塑料外殼注塑模具設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 高分子材料與工程 題 目： 塑料外殼注射模具設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 王文生 付一政 職稱: 副教授 講師 年 月 日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 20122013 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 高分子材料與工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 課程設(shè)計(jì)題目： 塑料外殼注射模具設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任： 下達(dá)任務(wù)書日期: 年 月 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書目錄1. 塑件分析和工藝參數(shù)的設(shè)定211 塑件圖212 塑件的

2、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)213 塑件材料的成型特性與工藝參數(shù)21.3.1 PP塑料的材料特性21.3.2 PP塑料的成型特性31.3.3 PP塑料的注射成型工藝參數(shù)31.4 塑料外殼的參數(shù)31.4.1 塑件的質(zhì)量和體積31.4.2 塑件的投影面積42. 注射機(jī)的選擇52.1 選用注射機(jī)的方法和原則52.2 注射機(jī)的選用52.3 注射機(jī)參數(shù)的校核52.3.1 最大注射量的校核52.3.2 注射壓力的校核62.3.3 鎖模力的校核62.3.4 最大注射成型面積的校核63. 塑料注射模具設(shè)計(jì)73.1 型腔的數(shù)目和分布73.1.1 按注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)73.1.2 按注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)73.1.

3、3 按制品的精度要求確定型腔數(shù)73.1.4 按經(jīng)濟(jì)性確定型腔數(shù)83.2 分型面的選擇83.3 型芯和型腔93.3.1 型芯和型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.3.2型腔和型芯尺寸的確定93.4 整體式圓形型腔側(cè)壁和底板厚度的計(jì)算103.4.1 側(cè)壁厚度的計(jì)算103.4.2 底板厚度的計(jì)算103.5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)113.5.1 主流道的設(shè)計(jì)113.5.2 定位環(huán)的設(shè)計(jì)123.5.3 分流道的設(shè)計(jì)123.5.4 分流道的分布123.5.5 拉料桿的設(shè)計(jì)133.5.6 澆口的選擇133.5.7 冷料井的設(shè)計(jì)133.5.8 塑件在模具中的位置133.6 注射機(jī)最大開(kāi)模行程的校核133.7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)133.7

4、.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)133.7.2 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)143.8 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)153.8.1 推桿的設(shè)計(jì)153.8.2 復(fù)位桿的設(shè)計(jì)153.8.3 推板導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)163.8.4 推板導(dǎo)套的設(shè)計(jì)163.8.5 推板的設(shè)計(jì)163.8.6 推桿固定板的設(shè)計(jì)163.8.7 固定螺釘?shù)倪x用173.8.8 支承釘?shù)倪x用173.9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算173.10 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)183.11 機(jī)架的選用183.11.1 標(biāo)準(zhǔn)模架型號(hào)的選擇183.11.2 模架長(zhǎng)度和寬度的確定183.11.3 確定模架的厚度193.11.4 動(dòng)定模板和座板的設(shè)計(jì)194. 模具的動(dòng)作原理21參考文獻(xiàn)231. 塑件分析和工藝參數(shù)的設(shè)定

5、11 塑件圖塑件外殼示意圖，如圖1.1所示。圖1.1 塑件示意圖12 塑件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)塑件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)：此塑料外殼的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小，中空、無(wú)底，屬薄壁殼體塑件，其頂端部分設(shè)有外螺紋。為提高生產(chǎn)率，可采用多型腔。制品精度為一般精度，公差等級(jí)為MT3。13 塑件材料的成型特性與工藝參數(shù)1.3.1 PP塑料的材料特性PP是一種半結(jié)晶性材料，具有特別高的抗疲勞抗彎曲強(qiáng)度。它比PE要更堅(jiān)硬并且有更高的熔點(diǎn)。由于均聚物型的PP溫度高于0以上時(shí)非常脆，因此許多商業(yè)的PP材料是加入乙烯的無(wú)規(guī)則共聚物或更高比率乙烯含量的嵌段式共聚物。共聚物型的PP材料有較低的熱扭曲溫度（100）、低透明度、低光澤度、低剛性

6、，但是有有更強(qiáng)的抗沖擊強(qiáng)度。PP的強(qiáng)度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150。由于結(jié)晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。PP不存在環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。然而，它對(duì)芳香烴（如苯）溶劑、氯化烴（四氯化碳）溶劑等沒(méi)有抵抗力。PP也不象PE那樣在高溫下仍具有抗氧化性。1.3.2 PP塑料的成型特性(1)PP塑料吸水率（）：，吸濕性較弱。成型前允許的含水量：，如果儲(chǔ)存適當(dāng)則不需要干燥處理。(2)PP塑料收縮率較大，為，為了使制品具有較好的尺寸穩(wěn)定性，在成型過(guò)程中，可適當(dāng)增加冷卻時(shí)間。 1.3.3 PP塑料的注射

7、成型工藝參數(shù)PP塑料的注射成型工藝參數(shù)如表1.1所示：表1.1 PP塑料的注射成型工藝參數(shù)參數(shù)取值范圍選取數(shù)值密度（）0.91計(jì)算收縮率（%）1.5預(yù)熱溫度/時(shí)間/h902料筒溫度/后段中段前段170190210噴嘴溫度模具溫度85注射壓力/MPa85成型時(shí)間/s注射時(shí)間保壓時(shí)間冷卻時(shí)間總周期403801231.4 塑料外殼的參數(shù)1.4.1 塑件的質(zhì)量和體積塑件體積：已知PP的密度為，故塑件質(zhì)量：取。1.4.2 塑件的投影面積塑件成型的投影面積：2. 注射機(jī)的選擇2.1 選用注射機(jī)的方法和原則選用的方法和原則：（1）使用現(xiàn)有設(shè)備；（2）根據(jù)每次成型件數(shù)應(yīng)滿足最大注射量、鎖模力、經(jīng)濟(jì)性等要求選擇

8、合適的注射機(jī)。2.2 注射機(jī)的選用根據(jù)塑件的大小和實(shí)際中常用的注射機(jī)，選用型注射機(jī)。型注射機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表2.1所示：表2.1 型注射機(jī)的主要參數(shù)參數(shù)數(shù)值額定注射量：注射壓力鎖模力最大開(kāi)模厚度最大開(kāi)模行程最小模具厚度噴嘴球半徑噴嘴口孔徑拉桿內(nèi)間距螺桿（柱塞）直徑2.3 注射機(jī)參數(shù)的校核當(dāng)最大注射量的校核、注射壓力的校核、鎖模力的校核、最大注射成型面積的校核這四方面都滿足要求時(shí)，才能確定注射機(jī)選用的合適。2.3.1 最大注射量的校核注射機(jī)的額定注射量為：。塑件體積：，每次成型2個(gè)塑件。假設(shè)澆道凝料為，實(shí)際注射量：故最大注射量滿足要求。2.3.2 注射壓力的校核PP的注射壓力為：，取。型注射機(jī)的注

9、射壓力為，故注射機(jī)的注射壓力滿足要求。2.3.3 鎖模力的校核注射機(jī)的鎖模力為。塑料的注射壓力為，取。單個(gè)塑件在分型面上的投影面積為，澆道凝料為，注射時(shí)模具的膨脹力：鎖模力滿足要求。2.3.4 最大注射成型面積的校核型注射機(jī)的最大注射成型面積為。單個(gè)塑件在分型面上的投影面積為，澆道凝料為，注射時(shí)模具的成型面積：最大注射成型面積滿足要求。3. 塑料注射模具設(shè)計(jì)3.1 型腔的數(shù)目和分布確定型腔數(shù)目時(shí)要考慮的因素：（1）滿足注射機(jī)的最大注射量；（2）鎖模力；（3）塑件精度；（4）經(jīng)濟(jì)性。3.1.1 按注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù) (式3.1)型腔數(shù)量注射機(jī)最大注射量（或g），取澆注系統(tǒng)凝料量（或g）

10、，假設(shè)澆道凝料為單個(gè)制品的容積或質(zhì)量（或g），單個(gè)塑件為。3.1.2 按注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù) (式3.2)型腔數(shù)量注射機(jī)的額定鎖模力（），查手冊(cè)為單位投影面積需用的鎖模力，可近似取熔體對(duì)型腔的平均壓力（），取澆注系統(tǒng)和飛邊在模具水平分型面上的投影面積（），取單個(gè)塑件在模具水平分型面上的投影面積（），由計(jì)算得3.1.3 按制品的精度要求確定型腔數(shù)成型高精度制品時(shí)，型腔數(shù)不宜過(guò)多，通常推薦不超過(guò)4腔，因?yàn)槎嗲浑y于使各腔的成型條件均勻一致。 (式3.3)型腔數(shù)量塑件基本尺寸（）塑件的尺寸公差（），為雙向?qū)ΨQ偏差標(biāo)注單腔模注射時(shí)塑件可能產(chǎn)生的尺寸誤差的百分比3.1.4 按經(jīng)濟(jì)性確定型腔數(shù)根據(jù)總

11、成型加工費(fèi)用最小的原則，并忽略準(zhǔn)備時(shí)間和試生產(chǎn)原材料費(fèi)用，僅考兩年模具費(fèi)和成型加工費(fèi)。 (式3.4)型腔數(shù)量制品總件數(shù)每小時(shí)注射成型加工費(fèi)（元/h）成型周期（）型腔數(shù)目的確定：由于塑件的形狀簡(jiǎn)單，重量較輕，且生產(chǎn)批量大，所以應(yīng)使用多型腔模具。綜合分析本設(shè)計(jì)采用一模二腔、平衡布置。這樣模具的尺寸較小，生產(chǎn)率高，塑件質(zhì)量可靠，成本較低。3.2 分型面的選擇塑件的分型面應(yīng)位于截面尺寸最大的部位，故本實(shí)例中塑件的分型面的選擇如圖3.1所示。圖3.1 分型面的選取3.3 型芯和型腔3.3.1 型芯和型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定型芯和型腔的結(jié)構(gòu)形式：型芯和型腔可分別有整體式和組合式兩種形式。由于塑件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，型腔

12、加工容易，所以選用整體式型腔和組合式型芯，可通過(guò)數(shù)控機(jī)床、加工中心加工而成。（1）型腔示意圖如圖3.2所示：圖3.2 型腔示意圖（2)型芯可采用組合式結(jié)構(gòu)（軸肩+底板）型芯示意圖如圖3.3所示：圖3.3 型芯示意圖3.3.2 型腔和型芯尺寸的確定PP的收縮率在，取。PP塑件的精度一般為3級(jí)，模具最大磨損量取塑件公差的；由于塑件的尺寸較小，模具制造公差約占塑件總公差的左右，取。型腔和型芯的尺寸計(jì)算見(jiàn)表3.1：表3.1 型腔和型芯的尺寸計(jì)算類別塑件尺寸計(jì)算公式型腔成型尺寸型腔的計(jì)算型芯的計(jì)算3.4 整體式圓形型腔側(cè)壁和底板厚度的計(jì)算3.4.1 側(cè)壁厚度的計(jì)算自由膨脹分界點(diǎn)的高度為： (式3.5)由

13、于型腔深度為，側(cè)壁厚度按組合式圓形型腔作剛度、強(qiáng)度計(jì)算。壁厚： (式3.6)其中計(jì)算得。3.4.2 底板厚度的計(jì)算最大變形發(fā)生在圓板中心。按照剛度條件，底板厚度： (式3.7)按照強(qiáng)度條件，底板厚度： (式3.8)其中計(jì)算得：，。綜上所述，取側(cè)壁厚度為，底板厚度為。3.5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。3.5.1 主流道的設(shè)計(jì)主流道徑向尺寸的小端應(yīng)大于噴嘴口孔徑，取主流道徑向尺寸的小端為。主流道選用圓錐形，錐角取為，。凹球半徑R應(yīng)比噴嘴球半徑大，取凹球半徑。進(jìn)料口直徑取，出料口直徑，澆口套外徑取。主流道設(shè)計(jì)圖如圖3.4所示：圖3.4 主流道設(shè)計(jì)圖3.5.2 定位環(huán)的

14、設(shè)計(jì)定位環(huán)外徑與注射機(jī)定位孔采用間隙配合。定位環(huán)的外徑取，厚度取。定位環(huán)的設(shè)計(jì)圖如圖3.5所示：圖3.5 定位環(huán)設(shè)計(jì)圖3.5.3 分流道的設(shè)計(jì)分流道的截面形狀選用梯形，既節(jié)省加工費(fèi)用，又使熱量損失和阻力損失較小。分流道設(shè)計(jì)圖如圖3.6所示：圖3.6 分流道設(shè)計(jì)圖3.5.4 分流道的分布采用平衡式對(duì)稱分布結(jié)構(gòu)，示意圖如圖3.7所示：圖4.7 分流道分布圖3.5.5 拉料桿的設(shè)計(jì)澆口套出料口直徑取，拉料桿直徑也取為。桿上部選用Z字形結(jié)構(gòu)。3.5.6 澆口的選擇選擇標(biāo)準(zhǔn)側(cè)澆口，形狀為矩形。?。簜?cè)澆口寬度，深度為，長(zhǎng)度。3.5.7 冷料井的設(shè)計(jì)選擇冷料井底部帶推料桿的冷料井。在冷料井底部有一根與冷料井

15、圓孔成功配合的拉料桿，拉料桿的根部固定在推出版上，在推出制件時(shí)，冷料也一同將推出，取產(chǎn)品時(shí)向拉料鉤的側(cè)向稍許移動(dòng)，即可脫鉤將制件連同澆注系統(tǒng)凝料一道取下。3.5.8 塑件在模具中的位置塑件在模具中的位置見(jiàn)圖3.8所示：圖3.8 塑件在模具中的位置示意圖3.6 注射機(jī)最大開(kāi)模行程的校核對(duì)于雙分型面注塑模，取，。 （式3.9)故注射機(jī)滿足最大開(kāi)模行程。3.7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常導(dǎo)柱設(shè)在主型芯周圍，故考慮將導(dǎo)柱設(shè)在動(dòng)模一側(cè)，將導(dǎo)套設(shè)在定模一側(cè)。3.7.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)導(dǎo)柱位置的布置采用三根直徑相同的導(dǎo)柱不對(duì)稱布置，這樣能夠保證模具的動(dòng)模板只能按一個(gè)方向合模，防止在裝配或合模時(shí)因方位搞錯(cuò)而使型腔損壞。如

16、圖3.9所示。圖3.9 導(dǎo)柱位置的布置選用階梯型導(dǎo)柱，導(dǎo)向部分直徑50mm,高度93mm,倒角高度17mm。材料選用碳素工具鋼T8A,淬火處理，表面粗糙度Ra0.8。導(dǎo)柱示意圖如圖4.10所示。圖3.10 導(dǎo)柱示意圖3.7.2 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)選用臺(tái)肩型導(dǎo)套，導(dǎo)向部分直徑63mm,高度80mm,壁厚3mm,臺(tái)肩高度8mm。材料選用碳素工具鋼T8A,淬火處理，表面粗糙度Ra0.8。導(dǎo)套示意圖如圖3.11所示。圖3.11 導(dǎo)套示意圖3.8 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于塑件形狀簡(jiǎn)單且為圓柱形外殼，所以采用普通推出機(jī)構(gòu)中的推桿推出方式。每個(gè)制件用四根頂桿頂出，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推出可靠。 組成注射模的推桿推出機(jī)構(gòu)的零件有：

17、推桿、復(fù)位桿、推板導(dǎo)柱、推板導(dǎo)套、推板、推桿固定板、固定螺釘、支承釘。3.8.1 推桿的設(shè)計(jì)推桿的直徑選6mm，采用圓柱形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度由模板厚度和塑件的推出距離決定，取105mm。如圖3.12所示：圖4.12 推桿示意圖推桿材料選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45號(hào)鋼，淬火處理，低溫回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，與型芯的配合為間隙配合H8/g7。3.8.2 復(fù)位桿的設(shè)計(jì)復(fù)位桿的直徑選8mm，采用圓柱形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度由模板厚度和塑件的推出距離決定，取105mm。推桿材料選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45號(hào)鋼，淬火處理，低溫回火，,表面粗糙度Ra1.6，與動(dòng)模板的配合為間隙配合H8/f8。如圖3.13所示：圖3.

18、13 復(fù)位桿示意圖3.8.3 推板導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)材料選擇：碳素工具鋼T8A。熱處理為淬火處理硬度。推板導(dǎo)柱的尺寸如圖3.14所示：圖3.14推板導(dǎo)柱示意圖3.8.4 推板導(dǎo)套的設(shè)計(jì)材料選用碳素工具鋼T8A。淬火處理后。推板導(dǎo)套的尺寸如圖3.15所示：圖3.15 推板導(dǎo)套示意圖3.8.5 推板的設(shè)計(jì)推板的長(zhǎng)、寬、厚分別為230、180、15mm。材料采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼A3。3.8.6 推桿固定板的設(shè)計(jì)推桿固定板的長(zhǎng)、寬、厚與推板相同，分別為230、180、15mm。材料采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼A3。3.8.7 固定螺釘?shù)倪x用選用M6內(nèi)六角螺釘，長(zhǎng)度為20mm。3.8.8 支承釘?shù)倪x用支承釘工作部分的直徑為

19、20mm,高度為10mm。下面直徑12mm，材料選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。3.9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算本塑件在注射成型時(shí)不要求有太高的模溫，因而在模具上可不設(shè)加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)定模具平均工作溫度為55，用常溫20的水作為模具冷卻介質(zhì)，出口溫度為30，產(chǎn)量為（初算每1套，一模兩腔）1.459kg/h。冷卻水的體積流量 （式3.10）其中查詢冷卻水流速與管道直徑的關(guān)系表可知：表中冷卻水體積流量，對(duì)應(yīng)的最低流速、冷卻管道直徑由于遠(yuǎn)小于，可推得所需水管直徑非常小。由上述計(jì)算可知：因?yàn)槟＞呙糠昼娝璧睦鋮s水體積流量很小，故可不設(shè)冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式冷卻模具即可。3.10

20、 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于此塑料外殼的尺寸不大，且不采用特殊的高速注射，可利用分型面排氣或利用推桿與孔、推板與孔、脫模板與型芯、活動(dòng)型芯與孔的配合間隙排氣，故不必再增設(shè)專用的排氣槽。3.11 機(jī)架的選用選用標(biāo)準(zhǔn)模架應(yīng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容：1)選擇標(biāo)準(zhǔn)模架型號(hào)2)確定模架的長(zhǎng)度和寬度3)確定模架的厚度，并使之與注射機(jī)要求的最大、最小模具厚度適應(yīng)4)設(shè)計(jì)動(dòng)定模板和座板3.11.1 標(biāo)準(zhǔn)模架型號(hào)的選擇中小型模架國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有四種基本型的結(jié)構(gòu)。因?yàn)椴捎谜w式型腔和組合式型芯，所以選用A2型標(biāo)準(zhǔn)模架。如圖3.16所示：圖3.16 A2型標(biāo)準(zhǔn)模架3.11.2 模架長(zhǎng)度和寬度的確定模架主要尺寸確定的原則：模架的長(zhǎng)、寬取決于型腔

21、、型芯、導(dǎo)柱及 推出機(jī)構(gòu)的位置，以各零件不干涉為原則。確定模架的長(zhǎng)度和寬度，應(yīng)以設(shè)計(jì)動(dòng)模板為基準(zhǔn)。 模具的長(zhǎng)度為座板的長(zhǎng)度，在動(dòng)模板長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上兩側(cè)各加上壓板空間尺寸20mm。即：260+40=300mm。模具寬度與動(dòng)模板一致（200mm）。3.11.3 確定模架的厚度確定模架的厚度，并使之與注射機(jī)要求的最大、最小模具厚度適應(yīng)。如圖3.17所示：圖3.17 確定模架的尺寸型注射機(jī)要求：最小模具厚度：最大模具厚度模具厚度確定為 故模具厚度滿足注射機(jī)要求。3.11.4 動(dòng)定模板和座板的設(shè)計(jì)（1）動(dòng)模板的設(shè)計(jì)：動(dòng)模座板設(shè)計(jì)尺寸為：300 × 200 × 30 mm。 材料為A3鋼。（2）動(dòng)模墊板的設(shè)計(jì)：動(dòng)模墊板設(shè)計(jì)尺寸為：300 × 200×30mm。 材料為A3鋼。（3）動(dòng)模墊塊的設(shè)計(jì)：動(dòng)模墊塊設(shè)計(jì)尺寸為：200 X 30 X 70 mm。材料為A3鋼。（4）動(dòng)模座板的設(shè)計(jì)：動(dòng)模座板設(shè)計(jì)尺寸為：340 X 200 X 25