塑料盒课程设计

1、成型技术与模具课程设计说明书塑料盒注射模具设计学生姓名薛浩然学生班级06机本（4）班指导教师郭华锋2009年12月17日 IITOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 绪论1 HYPERLINK l bookmark6 塑料注射模具简介1 HYPERLINK l bookmark8 我国塑料注射模具现状1 HYPERLINK l bookmark10 塑件成型的工艺性分析2 HYPERLINK l bookmark12 塑件的分析2 HYPERLINK l bookmark14 PP的性能分析2 HYPERLINK l bookmark16 PP的注射成型过程及工

2、艺参数32.3.1注射成型过程32.3.2注塑工艺参数3 HYPERLINK l bookmark22 拟定模具的结构形式4 HYPERLINK l bookmark24 分型面位置的确定4 HYPERLINK l bookmark26 型腔数量和排列方式的确定4 HYPERLINK l bookmark28 注射机型号的确定4注射量的计算4浇注系统凝料体积的初步估算4选择注塑机4 HYPERLINK l bookmark34 注塑机的相关参数的校核5 HYPERLINK l bookmark56 浇注系统的设计6 HYPERLINK l bookmark58 主流道的设计6主流道尺寸6主流道

3、的凝料体积6主流道当量半径6主流道浇口套的形式6 HYPERLINK l bookmark68 浇口的设计6 HYPERLINK l bookmark70 校核主流道的剪切速率7计算主流道的体积流量7计算主流道的剪切速率7 HYPERLINK l bookmark74 冷料穴的设计及计算7 HYPERLINK l bookmark76 成型零件的结构设计及计算8 HYPERLINK l bookmark78 成型零件的结构设计8 HYPERLINK l bookmark80 成型零件钢材的选用8 HYPERLINK l bookmark82 成型零件工作尺寸的计算8凹模宽度尺寸的计算8凹模长度

4、尺寸的计算8凹模高度尺寸的计算9凸模宽度尺寸的计算9凸模长度的计算9凸模高度尺寸的计算9 HYPERLINK l bookmark92 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算10凹模侧壁厚度的计算10凹模底板厚度的计算10动模垫板厚度的计算10 HYPERLINK l bookmark126 模架的确定与导向结构设计11 HYPERLINK l bookmark128 各模板尺寸的确定11 HYPERLINK l bookmark132 模架各尺寸的校核11 HYPERLINK l bookmark136 导向与定位结构的设计11 HYPERLINK l bookmark138 脱模推出机构的设计1

5、2 HYPERLINK l bookmark140 脱模机构设计原则12 HYPERLINK l bookmark142 推出方式的确定12 HYPERLINK l bookmark144 脱模力的计算12 HYPERLINK l bookmark154 推杆的直径计算及强度校核13推杆的直径计算13强度校核13 HYPERLINK l bookmark172 推出机构的复位13 HYPERLINK l bookmark176 冷却系统的设计原则14 HYPERLINK l bookmark180 冷却系统的简单计算14 HYPERLINK l bookmark190 结论16 HYPERLI

6、NK l bookmark192 参考文献17 绪论塑料注射模具简介塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。注塑成型是生产塑料制件最常用的制造方法之一，采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件和建筑构件，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。随着塑料材料技术和注塑成型加工技术的不断进步，塑料注塑加工行业得以持续发展。塑料加工是将原材料变为制品的关键环节，只有迅速的发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的制品，在国民经济的各领域发挥作用。模具是塑料成型加工的一种

7、重要的工艺装备，同时又是原料和设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业已成为国民经济的基础工业，被称为“工业之母”，模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。塑料摸是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设

8、备被确定后，塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80%。由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策略。尤其大型塑料模的设计与制造水平，常标志一个国家工业化的发展程度。我国塑料注射模具现状我国塑料注射模具的发展迅速。塑料注射模具的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化；CAD、CAE、FlowCool软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此努力

9、提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。塑件成型的工艺性分析塑件的分析外形尺寸该模具壁厚1.5mm,塑件的尺寸不大，塑料的熔体流程不太长，适合于注射成型。精度分析每个尺寸的公差不一样。有的属于一般的精度，有的属于高精度，就按实际公差进行计算。脱模斜度PP属于无定型塑料，成型收缩率较大，参考教材表2-10选择该塑件上型芯和凹模斜度为1。PP的性能分析(1)使用性能综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好，易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般的机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。(2)成型性能无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特

10、性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。吸湿性极弱。含水量小于0.3%(质量)，所以无需进行干燥。流动性中等。溢边料0.03mm左右。模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。(3)PP的主要性能指标见下表2-1表2-1PP的性能指标密度/gcm-30.8510.935屈服强度/Mpa40比体积/cm3g-11.0691.175拉伸强度/Mpa9.39-36.7吸水性/%0.02%拉伸弹性模量/Mpa694-1980熔点/c164170抗弯强度/Mpa30计算收缩率()1.02.5抗压强度/Mpa45比热容/kg.C1900弯曲弹性模

11、量/Mpa694-1980PP的注射成型过程及工艺参数注射成型过程1）成型前的准备。对PP的色泽、粒度和均匀度等进行检测，由于PP吸水性极小，成型前无需进行干燥。2）注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3）塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为6070C，处理时间为1620s。注塑工艺参数1）注塑机：螺杆式，螺杆转速为30r/min。2）料筒温度（C）：后段150170；中段165180；前段180200。3）喷嘴温度（C）：170180。4）模具温度（C）：5080。5）注射压力

12、（MPa）：60100。6）成型时间（S）：24.6（注射时间取1.6，冷却时间15,辅助时间8）。拟定模具的结构形式分型面位置的确定通过对塑件的结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上。型腔数量和排列方式的确定型腔数量的确定该塑件采用的精度一般在23级之间，且为小批量生产，可采取一模一腔的结构形式。注射机型号的确定注射量的计算通过三维软件建模设计分析计算得注塑体积：V=49.2cm3塑塑件质量：m=p/=49.20.9=44.28g,公式中密度参考教材表4-44可取。塑塑浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统的凝料在设计之前是不是能准确的数值,但是可以根据经验按塑件

13、体积的0.21倍来估算。由于采用的流道简单并且较短,因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算,故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V=V（1+0.2）=59.04cm3总塑选择注塑机根据第二步计算出来的一次注入模具型腔的塑料总质量V=59.04cm3,并总结合教材公式V=V/0.8得V=73.8cm3.。根据以上的计算，初步选定公称注公总公射量为104cm3,注射机型号为SZ-104/100卧式注射机,其主要技术参数见下表3-1表3-1注射机主要技术参数理论注射容量/cm3104移模行程/mm300螺杆柱塞直径/mm30取大模具厚度/mm300V注射压力/Mpa150最小模具厚度/mm20

14、0注射速率/gs-i54锁模形式双曲肘塑化能力/gs-142模具定位孔直径/mm100螺杆转速/rmin-110喷嘴球半径/mm12锁模力/kN900喷嘴口孔径/mm4拉杆内间距/mm260X3603.3.4注塑机的相关参数的校核1）注射压力校核。查课本表4-1可知，PP所需要的注射压力为70lOOMpa,这里取Po=8OMpa,该注塑机的公称注射压力P公=150Mpa，注射压力安全系数匕=1.11.3，这里取1.2，贝U：k1P0=1.2x80=96VP，所以，注塑机注射压力合格。O公2）锁模力校核塑件在分型面上的投影面积A，贝塑A=70 x142=9940mm2（忽略倒角投影面积）塑浇注系

15、统在分型面上的投影面积A，即流道凝料（包括浇口）在分型浇面上的投影面积A数值，可以按照单型腔模的统计分析来确定。A是塑件在浇浇分型面上的投影面积A的0.10.3倍。这里取A=0.2A。浇浇塑塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A，则总A=A+A=1.2A=11928mm2总塑浇塑模具型腔内的膨胀力F胀P为型腔的平均计算压力值。P是模具型腔内的压力，通常取注射压力的模模20%40%,大致范围为2540Mpa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。PP属于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故P取30Mpa模F=AP=30 x11928=357840N=357.84kN胀总模查表1-2可得该注

16、塑机的公称锁模力F=900kN，锁模力的安全系数为k2锁2=1.11.2这里取1.2，贝k2F=1.2F=1.2x357.84=429.408VF，所以该注射机锁模力合格。胀胀锁对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。浇注系统的设计主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝体的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。主流道尺寸主流道的长度：小型模具L、应尽量小于6

17、0mm，本次设计中初取27mm主进行设计。主流道小端直径：d二注射机喷嘴尺寸+(0.51)mm=(4+1)mm=5mm主流道大端直径：d，=d+2L、tan(a/2)=6.9mm,式中a=4主主流道球面半径：SR。二注射机喷嘴球头半径+(12)mm=(12+2)mm=14mm球面的配合高度：h=3mm主流道的凝料体积V=n/3L(R2+r2+Rr)=3.14/3x27x(3.452+2.52+3.45x2.5)mm3=756.73mm3主主主主=0.757cm3o主流道当量半径Rn=(d+d，)/4mm=3mm主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易

18、磨损。对材料要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采用碳素工具钢(T8A或T10A),热处理淬火表面硬度为5055HRC。浇口的设计该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模一腔注射。校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积，主流道的体积，分流道的体积(浇口的体积太小可以忽略不计)以及主流道的当量半径，这样可以校核主流道熔体的剪切速率。计算主流道的体积流量Q=(V+nV)/t=(0.757+49.2)/1.6=31.22cm3/s主主塑

19、计算主流道的剪切速率Y、=3.3q/nR?3.3x31.22x103兀X33=1.2xi3s-l主流道的剪切速率校核合格。冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量，本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。成型零件的结构设计及计算成型零件的结构设计凹模的结构设计凹模是成型制品的外表面的成型零件。根据对塑件的结构分析，本设计采用整体嵌入式凹模。凸模的结构设计凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可

20、以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析，选用组合式凸模。成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型塑件要有足够的刚度、强度、耐磨性以及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件是小批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用45号钢。成型零件工作尺寸的计算此塑件未注上下偏差，所以以下公差都是查表所得。凹模宽度尺寸的计算塑件尺寸的转换：l=70土0.43mm=7O.43omm，相应的塑件制造公差TOC o 1-5 h zsi-0.86A=0.86mm,l二50土0.32mm二50.32。mm,相应的塑件制造公差s2-0.64A=0.64mm。2/=

21、(1+S)1xA+%=(1+0.015)x70.430.6x0.86+i4=70.98+i4mmM1cps111000l=(1+S)lxA+Q2=(1+0.015)x50.320.7x0.64+.i7=50.63+0.107mmM2cps222000式中，S是塑件的平均收缩率，查表1-2可得聚丙烯的收缩率为1%2%,cp所以平均收缩率S=0.01+0.02=0.015；x、x是系数，查表4-15可知x一般cp212在0.50.8之间，此处取x=x=0.6；A、A分别是塑件上相应尺寸的公差(下12121同)；5、是塑件上相应尺寸制造公差对于中小型零件取5=1A(下同)。z1z2z6凹模长度尺寸的

22、计算塑件尺寸的转换：l=142土0.72mm=142.72。mm，相应的塑件制造公差s11.44A=1.44mm,l二122土0.64mm二122.64。mm,相应的塑件制造公差TOC o 1-5 h zs2-1.28A=1.28mm。2/=(1+S)l-xA+J=(1+0.015)x142.72-0.5x1.44+24=144.15+0.24mmM1cps111000l=(1+S)lxA+=(1+0.015)x122.640.6x1.28+o.21=123.71+0.21mmM2cps222000式中，x、x是系数，由查表4-15可知一般在0.50.8之间，此处取12x=0.5,x=0.6。

23、12凹模高度尺寸的计算TOC o 1-5 h z塑件尺寸的转换：H=42土0.32mm=42.32。mm，相应的塑件制造公差s1-0.64A=0.64mm,H=3土0.1mm=3.10mm，相应的塑件制造公差A=0.2mm。1s2-0.22H=(1+S)H一xA+sz1=(1+0.015)x42.32一0.7x0.64+007=42.51+0.107mmM1cps111000H=(1+S)H一xA+5z2=(1+0.015)x3.1-0.5x0.2+0.033=3.05+0.033mmM2cps222000式中，x、x是系数，由查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取12x=0.7,x=

24、0.5。12凸模宽度尺寸的计算塑件尺寸的转换：l=47土0.32mm=46.68+0.64mm，相应的塑件制造公差s0A=0.64mm。l=(1+S)l+xA0=(1+0.015)x46.68+0.6x0.640=47.760mmMcps-5-5-0.107zz式中，x是系数，由查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取x=0.6。凸模长度的计算塑件尺寸的转换：l=119土0.57mm=118.43+0.14mm，相应的塑件制造公差s0A=1.14mm。l=(1+S)l+xA0=(1+0.015)x118.43+0.65x1.140=120.950mmMcps-5-5-0.19zz式中，x

25、是系数，由查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取x=0.65。凸模高度尺寸的计算塑件尺寸的转换：H=40土0.32mm=40.18+0.64mm，相应的塑件制造公差s0A=0.64mm。h=(1+S)H+xA0=(1+0.015)x40.18+0.6x0.640=41.170mmMcps-5-5-0.107zz式中，x是系数，由查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取x=0.6。成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算凹模侧壁厚度的计算凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔布置，模架初选160mmx250mm的标准模架，其厚度计算如下：Icpb4,0.93x35x42.514

26、t33Q25mmE52.1x105x0.0325式中：a=42.51(型腔内高度)E=2.1x105MPa50.0325mmp=35MPac查表所得凹模底板厚度的计算c,pb4：0.0304x35x50.634t33q10mm3E532.1x105x0.0325式中：b=50.63(型腔内宽度)E=2.1x105MPa50.0325mmp=35MPac查表所得动模垫板厚度的计算动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在160mmx250mm这个范围之内，垫块之间的跨度大约为160-3232mm。那么，根据型腔布置及凸模对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的

27、厚度，即pA35x5776.6、丄T0.54L()0.54x96x()3-25.5mmEL52.1x105x250 x0.03251P为了垫板不因弯曲应力过大而变形，所以垫板厚度取30mm。式中，5是动模垫板刚度计算的需用变形量，50.0325mm；L是两垫块pp之间的距离，约为96mm；L1为动模垫板的长度，取250mm，A是型芯投影到动模垫板上的面积A47.76x120.955776.6mm2。模架的确定与导向结构设计根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为173.71mmX100.63mm,又考虑凹模最小壁厚，导柱，导套的布局等，再同时参考4.12.4节中

28、小型标准模架的选型经验公式和表4-38，可确定选用模架序号为3号(WXL=160mmX250mm),模架结构为A2型。各模板尺寸的确定A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度为42mm,凹模嵌件深度10mm,又考虑在模板上还要开设冷却水道，还需要留出足够的距离，故A板厚度取63mm。B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架标准板厚度取30mm。C板(垫块)尺寸。垫块二推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+(510)mm=(34.5+16+12.5+510)mm=6873mm，初步选定C为68mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已确定为模架序号为5号，板面为160mmX250mm，模架结构形式为A2型的标准模架

29、。其形外尺寸：宽X长X高=160mmX250mmX217mm，如图所示。模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。模具平面尺寸为160mmX250mm345mmX345mm(拉杆距离)，校核合格。模具高度尺寸217mm，200mm217mm300mm(模具的最大和最小厚度)，校核合格。模具的开模行程S=H1+H2+(510)mm=20+32+(510)mm=5762mm10，所兀t3兀以此塑件为薄壁矩形塑件。F=8tESLcos申（f-tan申）十脱（1|LX）K2(10.32)X1.0087=8X15X1300X0.015X119Xcos1。(.5tan1。)+0.1x9940沁2

30、0578.976N式中E塑料的弹性模量（1300MPa）；L型芯或凸模被包紧部分的长度（119mm）；申一脱模斜度（1。）；S塑料成型的平均收缩率（1.5%）;f-摩擦系数，一般取0.5；t-塑件的壁厚（1.5mm）；K由p与f决定的无因次数,2K二1+fsinpcosp=1.0087；卩一塑料的泊松比（0.32）；A塑件在与开模方2向垂直的平面上的投影面积（9940mm2）。推杆的直径计算及强度校核7.4.1推杆的直径计算L2F丄廿)4二1.5x(133.52x20578.976、丄)42x2.1x105二8.154mm取d二8.2mm；1L2F丄二k(2脱)4nE=1.5x(905784x

31、2.1x105二5.723mm取d二6mm；2式中L-推杆长度（133.5mm）；L-推杆长度（93mm）；n-推杆数量，12n取2,n取4；E推杆材料的弹性模量（2.1x105MPa）；k是安全系数，取k=1.5。12强度校核I4Fd|脱i沁6.398mmTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark166 1Vn兀Y1压q4.524mm4Fdn脱12Vn兀|X2*压所以合格。式中，L是推杆材料的许用压应力（320MPa）,查塑料模设计手册。压推出机构的复位脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计

32、采用复位杆复位。推杆与模体的配合推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的1.52倍，至少大于15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的。21 冷却系统的设计8.1冷却系统的设计原则（1）动、定模要分别冷却，保持冷却平衡。（2）孔径与位置，一般塑件的壁厚越厚，水管孔径越大。（3）冷却水孔的数量越多，模具内温度梯度越小，塑件冷却越均匀。（4）冷却通道可以穿过模板与镶件的交界面，但是不能穿过镶件与镶件的交界面，以免漏水。（5）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处

33、处相等。当塑件壁厚不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔，距离要小。（6）浇口处加强冷却。（7）应降低进水与出水的温差。（8）标记出冷却通道的水流方向。（9）合理确定冷却水管接头的位置。（10）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑。冷却系统的简单计算（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W1）塑料制品的体积V二V+V=0.757+49.2=49.957cm3主塑2）塑料制品的质量m=Vp=49.957x0.9=44.96g=0.04496kg3）由于塑件80%部分的壁厚为1.5mm,20%部分的壁厚为3mm,可查表，取综合冷却时间t=15s，取注塑时间t=1.6s,脱模时间t=8s，则注塑周期：t=t+t冷注脱冷注+t脱=15+1,6+8=24,6so由此得每小时注射次数：N=（3600/24.6）次=146次4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=Nm=146x0.04496=6.6kg/h（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q5查表4-35直接可知聚乙烯的单位热流量Q5的值的范围在（590-690）KJ/kg之间。故可取Q=590KJ/kgos（3）计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入口的水温为9二22。C，出水口的水温为9二25。C，取水的