塑料盖注射模具课程设计说明书

塑料盖注射模具课程设计目录TOC\o"1-2"\h\u66491.塑件的分析 2204512.PC塑料的性能分析 2215123.PC的注射成型过程及工艺参数 320141）注射成型过程 3219492）注射工艺参数 3290361.分型面位置的确定 426052.型腔数量和排位方式的确定 4187993.注射剂型号的确定 4185061）注射量的计算 4190122）浇注系统凝料体积的初步估算 6274993）选择注塑机 6273014）注射机的相关参数的校核 6320221、主流道的设计 7114771）主流道尺寸 7251062）主流道的凝料体积 8184033）主流道当量半径 8197184）主流道浇口套的形式 810942、分流道设计 928771）分流道的布置形式 9118122）分流道的长度 992763）分流道的当量直径 9212454）分流道的截面形状 9192765）分流道界面尺寸 9280576）凝料体积 10230897）校核剪切速率 10313308）分流道的表面粗糙度和脱模斜度 1116853、浇口的设计 11326591）侧浇口尺寸的确定 11204832）侧浇口的剪切速率的校核 11122624、校核主流道的剪切速率 12210791）计算主流道的体积流量 12173162)计算主流道的剪切速率 12187045、冷料穴的设计及计算 12172211、成型零件的机构设计 12127832、成型零件钢材选用 1261453、成型零件工作尺寸的计算 12127394、成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 1566631、脱模力的计算 16133912、推出方式的确定 17207791）采用推杆推出 17186062）采用推件板推出时的推出面积 1711011、各模板尺寸的确定 1714512、模架各尺寸的校核 18217111、冷却介质 19240252、冷却系统的简单计算 1920170参考文献 2118805[1]伍先明，张蓉，杨军，周志冰.塑料模具设计指导[M].国防工业出版社.2011. 2123530[2]李德群，唐志玉.塑料与橡胶模具设计[M].北京：电子工业出版社.2007. 217258[3]李建军，李德群.模具设计基础及模具CAD[M].机械工业出版社.2005. 2113840[4]叶久新，王群.塑料成型工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社.2007. 21一、塑料盖注射模设计本课程设计为一塑料盖，如图1所示。塑料结构比较简单，塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷，脱模斜度2°；材料要求为PC，生产批量为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。图1塑料盖二、塑件成型工艺性分析塑件的分析外形尺寸该塑件壁厚为3—4mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，塑件材料PC为热塑性塑料，流动性较好，适合注射成型。精度等级塑件的每个尺寸的公差不一样，任务书中已给定部分尺寸公差，未注公差的尺寸取公差为MT5。脱模斜度PC的成型性能良好，成型收缩率较小，由参考文献[1]表7-54，根据脱模高度18—30mm，PC为硬质塑料，可知脱模斜度为2°。PC塑料的性能分析聚碳酸酯透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击、抗蠕变性突出；但耐磨性差，不耐碱、酮、酯。耐寒性好，熔融温度高，粘性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹；质硬，易损模具，使用性能好。具体性能见表1。设计浇注系统时，注意尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥；不宜采用金属嵌件，脱模斜度＞2°。表1PC的性能指标密度kg1.20抗拉屈服强度MPa72比体积dm0.83抗拉弹性模量MPa2300吸水率24h/％0.15抗弯强度MPa113收缩率s/％0.5~0.7冲击韧度（缺口）kJ55.8~90热变形温度t/℃132~141硬度HB11.4M75熔点t/℃225~250体积电阻系数Ω·cm3.06PC的注射成型过程及工艺参数注射成型过程成型前的准备。对PC的色泽、粒度和均匀度等进行检验，PC成型前须进行干燥，处理温度60-80℃，干燥时间为2h。注射过程。塑料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的型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。塑件的后处理（退火）。退火的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为70℃，处理时间为2-4h。2）注射工艺参数由[2]表1.2-2可知：注射机：螺杆式，转速为28r/min。料筒温度t/℃：前段240~285；中段230~280；后段240~285。喷嘴温度t/℃：240~250；模具温度t/℃：90~110；注射压力p/MPa：80~130；成型时间s：104（注射时间初取50，冷却时间取50，高压时间取4）三、拟定模具的结构形式和初选注射机分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，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。型腔数量和排位方式的确定（1）型腔数量和排位方式的确定由于塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模四腔的结构形式。（2）型腔排列形式的确定由于该模具选择的是一模四腔，其型腔中心距的确定见图3-1及其说明，故流道采用H形对称排列，使型腔进料平衡，如图3所示。（3）模具结构形式的初步确定由以上分析可知，本模具设计为一模四腔，对称H型直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或推件杆推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板或推件板。由以上综合分析可确定采用大水口（或带推件板）的单分型面注射模。3.注射剂型号的确定1）注射量的计算通过Pro/E建模分析得塑件质量属性：图3-1图3-2塑件体积：V塑件质量：m塑=ρV塑=式中，由表1可知，ρ为1.20g·浇注系统凝料体积的初步估算由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2倍~1倍来估算。由于本次设计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0.3倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和）为：V总=1.3nV塑=1.3×4选择注塑机根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料总体积为V总=108.6cm3表2注射机主要技术参数理论注射量/200拉杆内向距/mm355x385螺杆柱塞直径/mm42移模行程/mm350注射压力/MPa150最大模具厚度/mm400注射速率/g·120最小模具厚度/mm230塑化能力/kg·h70锁模形式双曲肘螺杆转速/r·0~220模具定位孔直径/mm125锁模力1200喷嘴球半径/mm15喷嘴孔直径/mm4注射机的相关参数的校核（1）注射压力校核。查参考文献[4]表2-1可知，该制件属于厚壁件，PC所需注射压力为80-130Mpa，所以即使选用p0=110MPa，该注射机的公称注射压力p公=150MPa，注射压力的安全系数k1k1p0=1.3X110=133M所以，注射机注射压力合格。（2）锁模力的校核①塑件在分型面上的投影面积A塑=（602-82-4×52）π/4=2698.63②浇注系统再分型面上的投影面积A浇，A浇是每个塑件再分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍，本例中的流道较简单。分流道也较短，所以选择分流道凝料投影面积可适当取小些，这里选取A浇=0.2A塑。③塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积为A总=N(A塑+A浇)=N（A塑+0.2A塑）=4×1.2A塑=4×1.2×2698.63=12953.4④模具型腔内的胀型力F胀，则F胀=A总p模=12953.4×35=453.37KN上式中，p模是型腔的平均计算压力值，p模通常取注射压力的20%~40%，所以大致范围在25Mpa~45Mpa，因为材质是PC，根据其黏度和制品的精度要求，我们选择p模为35MPA。由表2可知该注射机的公称锁模力为F锁=1200KN，锁模力安全系数为k2=1.1~1.2,这里选择k2×F胀=1.2×F胀=1.2×453.37=544.04KN＜F锁，所以注射机锁模力满足要求。四、浇注系统的设计1、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，形状一般为圆锥形，便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。由于主流道和高温塑料熔体以及注射机喷嘴反复接触，故再设计时常设计为可拆卸更换的浇口套。主流道尺寸主流道的长度一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计初取50mm进行计算。主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸+（0.5-1）mm=4.5mm主流道大端直径D=d+L主tan（a）=8mm，其中式中a选取4°。主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+（1-2）mm=15+2=17mm。球面的配合高度h=3mm。主流道的凝料体积V主=L主（主+主+R主r主）π/3=50×(++4×2.25)×3.14/3=1573.33）主流道当量半径Rn==3.125mm4）主流道浇口套的形式主流道衬套是标准件可选购，主流道小端口入口与注射机喷嘴反复接触，易磨损，故对材料要求比较高，故一般将主流道衬套与定位圈分开设计，便于拆卸更换。材料选用优质钢材单独加工并进行热处理。故浇口套选用碳素钢T10A，并热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC。形式如下图4所示。图42、分流道设计1）分流道的布置形式为了减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低以及减少分流道的容积和压力平衡，采用平衡式分流道。如图5所示。图52）分流道的长度根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中，如图5所示。3）分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量m=ρV塑=1.20x20.88x2=50.112g<200g但该塑件的壁厚在3-4mm之间，查参考文选[1]图2-3的经验曲线差得=4.，再根据单向分流道长度60，由图2-5查得修正系数fL=1.05，则分流道直径经修正后为D=fL=4.935mm≈5mm4）分流道的截面形状本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，熔体的热量散失和流动阻力均不大。5）分流道界面尺寸设梯形的上底宽度为B=6mm（为了便于选择道具），地面的倒角为半径R=1mm，梯形高度取H=2B/3=4，设下底宽度为b,梯形面积应满足如下关系式。H=代值计算的b=3.813mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减小以及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。通过计算等梯形的斜度为a=10.6°，基本符合要求。如图6所示。图66）凝料体积（1）分流道的长度为L分=（55+7.5+42.5）×2=210mm（2）分流道截面积A分=x4=21（3）凝料体积V分=L分A分=220x21=1365=4.62考虑圆弧影响取V分=4.27）校核剪切速率（1）确定注射时间：根据V公=200cm（2）计算单边流道体量：q分=V分/2+2V塑t（3）由公式γ=可得到γ分===1.856x该分流道的剪切速率处于浇口主流道和分流道的最佳剪切塑料5x-5x。故分流道的熔体剪切速率合格。8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般去Ra1.25~2.5μm。这里我们根据加工实际选取Ra1.6μm，另外脱模斜度一般为5°~10°。而之前计算脱模斜度为10.6°，脱模斜度足够。3、浇口的设计根据塑件的要求，不允许出现裂纹和变形，表面质量要求也较高，并采用一模四腔，为便于调整冲模时的剪切塑料和封闭时间，采用侧浇口，其界面形状简单，易加工，也便于试模后修正，且开设再分型面上，从型腔的边缘进料。1）侧浇口尺寸的确定（1）计算侧加工的深度。根据表2-6，可得侧浇口的深度h计算公式为h=nt=3x0.6=1.8mm其中，n是塑料成型系数，PC系数为0.7，t为塑件壁厚，这里取t=3mm。为了便于试模时发现问题并进行修模处理，参照文选查找ABS的侧浇口厚度为1.8~3mm，这里我们选择浇口深度为2mm。（2）计算侧浇口的宽度，根据侧浇口宽度公式B=可得。B===0.64mm≈0.7mm式中，n为塑料成型系数，PC取0.7，A为凹模的内表面积。（3）计算侧浇口的长度，根据表2-7可取侧浇口的长度L浇=1.00mm2）侧浇口的剪切速率的校核（1）确定注射时间:根据公称注塑体积，查[1]表2-3知，t=2s。（2）计算单边流道体积流量：q浇===10.44·（3）由公式γ=≤4x，可得到γ====26007≈2.6x＜4x符合剪切速率。式中，为矩形浇口的当量半径，即===0.075cm。4、校核主流道的剪切速率1）计算主流道的体积流量Q主===44.87·2)计算主流道的剪切速率Γ主===1.545x103可得到，主流道的剪切速率处于浇口和分流道最佳剪切速率5x-5x之间。则主流道剪切速率合格。5、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，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴，由于该制件要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，采用球头拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱紧力使凝料从主流道衬套中脱出。五、成型零件的结构设计及计算1、成型零件的机构设计（1）凹模的结构设计。凹模是成型制品外表面的成型零件。其结构可分整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。这里采用整体嵌入式。（2）凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件。通常是整体式和组合式两种类型。这里采用整体式型芯。2、成型零件钢材选用对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的强度、刚度、耐磨性及良好的抗疲劳性，还考虑它的机械加工性能和抛光性能。该塑件是大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。成型塑件型芯，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材也选用P20。3、成型零件工作尺寸的计算采用相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差安塑件零件图给定的公差计算。凹模径向尺寸计算塑件外部径向尺寸的转换l=60mml=50.13mm根据公式：L=[(1+S)L-x△]计算可得：L=[（1+0.006）X60-0.7X0]=60.36mmL=50.25mm=50.2mm（2）凹模深度尺寸计算根据公式：H=[(1+S)H-X△]计算可得；H=30mmH=4.22mmH=[（1+0.006）x30-0.6x0.22]=30.05mm=30mmH=4mm（3）型芯径向尺寸计算根据公式：l=[(1+S)l-X△]计算可得；l=[(1+S)l+X△]=[(1+0.006)x43.74+0.7x0.26]=44.184mm=44.1mm(4)型芯高度尺寸计算根据公式：h=[(1+S)h+X△]计算可得；h=27mm=26.78mmh=[(1+S)h+X△]=[(1+0.006)x26.78+0.6x0.22]=27.073mm=27mm（5）Ø5、Ø8型芯径向尺寸计算Ø25、Ø8自由公差按MT5查得：Ø5、Ø8，不需要转换，则根据公式：l=[(1+S)l-X△]计算可得；l=[(1+S)l-X△]=[(1+0.006)x5+0.7x0.24]=5.198mm=5.1mml=8.244mm=8.2mm(6)成型孔的高度。4xØ5以及Ø8的成型芯是与凹模碰穿，所以高度应取正公差，便于修模。（7）成型孔间距的计算C=[(1+S)C]±=（1.006X26）±0.018=26.156±0.018=26.1mm塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标准如图7、图8所示。图7图84、成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算（1）凹模侧壁厚度的计算。凹模侧壁厚度与型芯内压强及凹模的深度有关。其厚度根据[4]表4-19中公式计算。可得S=（）=（）=25.16mm其中，=25=25x（0.45x30+0.001x30）=0.023mm凹模嵌件初定单边厚度选15mm，而壁厚不满足25.16mm要求，故凹模嵌件采用预应力的形式压入模板中，由模板和型腔共同承受型腔压力。由于型腔采用H型直线对称结构布置，型腔之间的壁厚为S1=120-60=60mm，由于是浅小型腔，间隔符合要求。初步估算模板平面尺寸选用300mmx300mm，比型腔布置尺寸大很多。完全符合强度和刚度要求。（2）动模垫板的厚度计算。动模垫板厚度与模架的两个垫块有跨度关系，根据前面型腔的布置。模架在200mm×200mm的范围内。查表7-4垫块之间跨度约为L=W-2W=(300-2×58)=184mm，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力可计算动模垫板厚度为T=0.54L（）=51.5mm其中，=25=25×（0.45×184+0.001×184）=0.0365mmL是两个垫块之间的距离，约184mm；L1是动模垫板的长度，取300mm，A是4个型芯投影到动模垫板上的面积。单个型芯所受压力的面积为A1=3.14/4×542=2289.06mm四个型芯的面积为A=4A1=9156.24mm。动模垫板按照标准厚度取45mm。六、脱模推出机构设计本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出或两者综合推出方式，要根据脱模力计算来决定。1、脱模力的计算（1）Ø44主型芯脱模力因为λ==22/3=7.3<10，所以视为厚壁圆筒塑件，其脱模力为F=其中：K====0.9536为脱模斜度，为1°=d=2r=2πrhF==3196.5N（2）4-Ø5型芯脱模力因λ=r/t=2.5/3=0.833<10，所以也是厚壁圆筒的受力状态，同样根据上式求得脱模力为F=×4=664.8N（3）Ø8小型芯脱模力/t=27/3=9<10所以视为厚壁圆筒塑件，其脱模力为F3=其中：K====0.9536为脱模斜度，为1°=（L+b）/2=2（L+b）h可以得出F==133.7N(4)总脱模力F=F+F+F=3196.5+664.8+133.7=3995N2、推出方式的确定1）采用推杆推出（1）推出面积设8mm的圆推杆设置8根，那么推出面积为==2πX4x4=401.92mm(2)推杆推出应力查表取许可应力[σ]=8MPaσ===9.94MPa>[σ]通过上述计算，应力偏大，推出时有顶白或破顶破的可能，为安全起见，在此不采用推杆推出。2）采用推件板推出时的推出面积A板=1557.44mm2σ=F/A=2.63MPa<8MPa合格七、模架的确定根据模具型腔的布局的中心距和凹模嵌件尺寸可算出凹模嵌件所占平面尺寸为220mmx210mm,型腔占平面尺寸为190mmx180mm，利用经验公式（7-1）进行计算，即W3=W+10=190+10=200mm,查表7-4得W=350mm，因此取300mmX350mm的模架。1、各模板尺寸的确定（1）A板尺寸A板是定模型腔板，塑件高度为30mm，考虑到模板上要开冷却水道留有距离，故A板厚度为50mm。（2）B板尺寸，B板是型芯固定板，按模架标准板件取40mm（3）C板尺寸垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5～10）mm=30+25+20+5～10=80～85mm，初选C为80mm。经上述尺寸计算，模架尺寸可以选择标记为：C3035-50×40×80/T12555-2006。其他尺寸按标准标注，如图9、图10：图9图102、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经过校核模具平面尺寸、模具高度尺寸和开模行程都符合要求。八、排气槽的设计塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑件下方的台阶向上充满型腔，每个型芯上有两根或四根推杆，配合间隙可作为气体排出，不会出现顶部憋气现象。而且底面的气体沿着分型面、型芯之间的间隙排出间隙外。九、冷却系统的设计这里只进行冷却系统的计算，忽略模具因空气对流、辐射以及注射机散发热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走的热量。1、冷却介质ABS熔融温度和成型温度分别是195～240°C与38～93°C。设模具温度为40°C.可以用常温水进行冷却。2、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的总质量W（1）塑料制品的体积V=V主+V分+nV塑=1.573+4.2+4x2