塑料蓋注射模課程設(shè)計說明書

1、湖南科技大學(xué)塑料模具課程設(shè)計說明書課程設(shè)計題目： 塑料蓋模具設(shè)計 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 院： 專業(yè)及班級： 學(xué) 號： 指導(dǎo) 教師： 2013 年 12月 2日目錄(一) 摘要1(二) 塑件成型工藝性分析2(三) 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機4(四) 注射機型號的確定5(五) 澆注系統(tǒng)的設(shè)計-8(六) 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算-12(七) 脫模退出結(jié)構(gòu)設(shè)計-16(八) 模架的確定-18(九) 排氣槽的確定-18 （十）冷卻系統(tǒng)的確定18 （十一）導(dǎo)向和定位機構(gòu)的設(shè)計20 （十二）心得體會21 （十三）參考文獻22 一 摘要在設(shè)計之前，學(xué)生已具備機械制圖、公差與技術(shù)測量、機械原理及零件、模具材料

2、及熱處理、模具制造工藝、塑料成型工藝及模具設(shè)計等方面必要的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，并已經(jīng)過金工實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)，做過塑料成型實驗、塑料模結(jié)構(gòu)拆裝實驗。課程設(shè)計的基本目的是：1.加強對課堂知識的理解。通過課程設(shè)計可以使我們更熟悉書本知識，能更加熟練地運用書本知識。2.培養(yǎng)工程意識。通過課程設(shè)計，綜合生產(chǎn)實際，貼近就業(yè)崗位，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決機械制造工程的實際問題，培養(yǎng)工程意識，做到學(xué)以致用。3.訓(xùn)練基本技能。通過課程設(shè)計使學(xué)生掌握工藝規(guī)程和工藝裝備設(shè)備設(shè)計的方法和步驟，初步具備設(shè)計工藝規(guī)程和工藝裝備的能力，進一步培養(yǎng)學(xué)生識圖、繪圖、計算和編寫技術(shù)文件的基本技能。4.培養(yǎng)質(zhì)量意識。技術(shù)設(shè)計是根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量

3、要求而進行的，應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下，充分考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。通過課程設(shè)計，可強化質(zhì)量意識，使學(xué)生學(xué)會協(xié)調(diào)技術(shù)性和經(jīng)濟性的矛盾。5.培養(yǎng)規(guī)范意識。通過課程設(shè)計，使學(xué)生養(yǎng)成遵守國家標準的習(xí)慣，學(xué)會使用與設(shè)計有關(guān)的手冊、圖冊、標準和規(guī)范。 二 塑件成型工藝性分析2.1 塑件的分析(1)外形尺寸。該塑件壁厚為3mm4mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔體流程不太長，塑件材料為熱塑性塑料，流動性較好，合適于注射成型。如圖2-1 圖2-1 塑件(2)精度等級。塑件每個尺寸的公差不一樣，任務(wù)書已給定部分尺寸公差，未標注公差的尺寸取公差為MT5。(3)脫模斜度。PC的成型性能良好，成型收縮率較小，選擇塑件上型芯和凹

4、模的統(tǒng)一脫模斜度為2。2.2 PC的性能分析(1) 使用性能 透光率較高，介電性能好，吸水性小，力學(xué)性能很好，抗沖擊抗蠕變性能突出，但耐磨性較差，有一定化學(xué)穩(wěn)定性，不耐堿酮、酯等。在機械上用作齒輪、凸輪、蝸輪、滑輪等，電機電子產(chǎn)品零件，光學(xué)零件等。（2）成型性能 成型收縮率為0.5%0.8%，流動性較差，吸濕性強，熔融溫度高，熔體黏度大，成型前原料需干燥。黏度對溫度敏感，制品要進行后處理。（3）主要性能指標 表2-1 PC的性能指標密度/kg dm-31.2抗拉屈服強度/MPa72比體積/dm3 kg-10.83拉伸彈性模量/MPa2.3103吸水率/%0.15,23,50%,RH抗彎強度/M

5、Pa113收縮率/%0.50.7沖擊韌度/Kjm-255.890熔點/225250硬度/HB11.4M75熱變形溫度/132141體積電阻系數(shù)/kv mm-13.0610172.3 PC的注射成型過程及工藝參數(shù) （1）注射成型過程成型前的準備 對PC的色澤，粒度和均勻度等進行檢驗，PC成型前須進行干燥，處理溫度為6080，干燥時間為24h。注射過程 塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具的型腔成型，其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻階段。塑件的后處理 退火處理的方法為紅外線燈、烘箱，處理溫度為130135，處理時間為1h。（2）注射工藝參數(shù)注射機：螺桿式

6、，轉(zhuǎn)速為28r/min。料筒溫度t/：前段240285；中段230280；后段240285。噴嘴溫度t/：240250；模具溫度t/：90110；注射壓力p/MPa：80130；成型時間s：104（注射時間初取50，冷卻時間取50，高壓時間取4） 三 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機3.1 分型面位置的確定 通過對塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)選在端面截面積最大且利于開模取出塑件的地平面上，其位置如圖3-1所示。 圖3-1 分型面的選擇3.2 型腔數(shù)量和排位方式的確定（1）型腔數(shù)量的確定。由于該塑件的精度要求不高，塑件尺寸較小，且為大批量生產(chǎn)，可采用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時，考慮到塑件尺寸、模具結(jié)

7、構(gòu)尺寸的關(guān)系，以及制造費用和各種成本費用等因素，初步定為一模兩腔結(jié)構(gòu)形式。（2）型腔排列形式的確定。由于該模具選擇的是一模四腔，其型腔中心距的確定見圖4-2及說明故采用H形對稱排列，使型腔進料平衡，如圖3-2所示 圖3-2型腔數(shù)量的排列布置（3） 模具結(jié)構(gòu)形式的初步確定。由以上分析可知，本模具設(shè)計為一模四腔，對稱H形直線排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機構(gòu)初選推件板退出或推桿推出方式。澆注系統(tǒng)設(shè)計時，流道采用對稱平衡式，澆口采用側(cè)澆口，且開設(shè)在分型面上。因此，定模部分不需要單獨開設(shè)分型面取出凝料，動模部分需要添加型芯固定板,支撐板或推件板。由上綜合分析可確定采用大水口的單分型面注射模。 四 注射機

8、型號的確定4.1注射量的計算 通過Pro/E建模分析得塑件質(zhì)量屬性如圖4-1所示塑件體積：V塑=20.88cm塑件質(zhì)量：m塑=V塑=1.220.88=25.056g式中根據(jù)參考文獻取1.2g/cm 圖4-1 塑件質(zhì)量屬性圖4.2澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計之前不能確定準確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.21倍來估算。由于本次設(shè)計采用的流道簡單且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3倍來計算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和4個塑件體積之和）為 V總=1.3nV塑=1.3420.9=108.6cm4.3選擇注射機 根據(jù)以上計算得出在一次注射

9、過程中注入模具型腔的塑料的總體積為V總=108.6cm，由參考文獻1式（4-18）V公/0.8=108.6/0.8=135.7 cm。根據(jù)以上的計算，初步選擇公稱注射量為200cm，注射機型號為SZ-200/120臥式注射機，其主要技術(shù)參數(shù)見表4-1。 表4-1注射機主要技術(shù)參數(shù)理論注射量/cm3200拉桿內(nèi)向距/mm355385螺桿柱塞直徑/mm42移模行程/mm350注射壓力/MPa150最大模具厚度/mm400注射速率/gs-1120最小模具厚度/mm230塑化能力/kgh70鎖模形式雙曲肘螺桿轉(zhuǎn)速/rmin-10220模具定位孔直徑/mm125鎖模力/kN1200噴嘴球直徑/mm15噴

10、嘴孔直徑/mm44.4注射機相關(guān)參數(shù)的校核（1）注射壓力校核。查參考文獻1表4-1可知，所需壓力為80MPa130 MPa，這里取P0=110 MPa,該注射機的公稱注射壓力P公=150 MPa,注射壓力安全系數(shù)k1=1.251.4,這里取k1=1.3，則：k1 P0=1.3110=143 MPaP公，所以注射機壓力合格。（2）鎖模力校核。塑件在分型面上的投影面積A塑=(60-8-45)/4=2698.63mm2澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆，即澆道凝料（包括料口）在分型面上的投影面積A=的數(shù)值，可以按照多型腔模具的設(shè)計分析來確定。A澆是每個塑件在分型面上的投影面積A塑的0.20.5倍。由于

11、本設(shè)計的流道比較簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以適當取小些。這里取A澆=0.2A塑。塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積，則A總=n（A塑A澆）=n（A塑0.2A塑）=41.2 A塑=12953.4mm2模具型腔內(nèi)脹型力F脹= A總P模=12953.435=453.27kN 式中，P模是型腔的平均計算壓力值。P模是模具型腔的壓力，通常取注射壓力的20%40%,大致范圍為25MPa45MPa。對于黏度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值，故P模取35MPa 由表5.1可知該注射機的公稱鎖模力F鎖=1200kN,鎖模力安全系數(shù)k2=1.11.2這里取k2=1.2,則取k2F脹=1.2

12、F脹=1.2453.27=544.04kNF鎖，所以注射機鎖模力滿足要求。 對于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進行。 五 澆注系統(tǒng)的設(shè)計5.1主流道的設(shè)計1)主流道尺寸（1）主流道的長度 一般有模具結(jié)構(gòu)確定，對于小型模具L應(yīng)盡量小于60mm，本次設(shè)計中初取50mm進行計算。（2）主流道小端直徑d=注射機噴嘴尺寸（0.51）mm=4.5mm。（3）主流道大端直徑D=dL主tan(/2)=8mm.式中4。（4）主流道球面半徑SR=注射機噴嘴球頭半徑（12）mm=152=17mm。（5）球面配合高度 h=3mm.2)主流道的凝料體積 V主=L主（R2主r2主R主r主）/3=60

13、（4+2.25+42.25）3.14/3=1573.3cm3）主流道當量半徑 Rn=(2.25+4)/2=3.125mm4） 主流道澆口套的形式 主流道襯套為標準件可選購。主流道小端入口處與注射機噴嘴反復(fù)接觸，易磨損。對材料的要求較嚴格，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯酪r套與定位圈設(shè)計成一個整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行單獨加工和熱處理。本設(shè)計中澆口套采用碳素工具鋼T10A，熱處理淬火表面硬度為50HRC-55HRC。如圖5-1所示。定位圈的結(jié)構(gòu)由總裝圖來確定。 圖5-1主流道澆口套5.2分流道的設(shè)計1）分流道的布置形式 為了盡量減少在流道

14、內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時還要考慮減少分流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道 圖5-2分流道的布置形式2）分流道的長度 根據(jù)四個型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分流道長度適中3）分流道的當量直徑 流過一級分流道塑料的質(zhì)量m=pV塑=1.220.882=50.112g200g 該塑件壁厚在3mm4mm之間，查得經(jīng)驗曲線可知分流道直徑D=4，再根據(jù)單向分流道長度60mm查資料得修正系數(shù)fL=1.05，則分流道直徑經(jīng)修正后為D= DfL=4.935mm5mm4）分流道的界面形狀 本設(shè)計采用梯形界面，其加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失、流動阻力均不大。5）分流道的界面尺寸 設(shè)梯形的上底寬度為B

15、=6mm，底面圓角的半徑R=1mm，梯形高度取H=2B/3=4mm，設(shè)下底寬度為b，梯形面積應(yīng)滿足關(guān)系式（B+b）H/2=D/4帶入計算得b=3.813mm，考慮到梯形底部圓弧對面積的減小及脫模斜度等因素，取b=4.5mm。通過計算梯形斜度=10.6，符合要求。6）凝料體積（1）分流道的長度L分=（55+7.5+42.5）2=210mm。（2）分流道截面積 A分=（6+4.5）/24.5=21mm2（3）凝料體積 V分=L分A分=22021=4620mm=4.62cm 考慮圓弧的影響取V分=4.2cm7）校核剪切速率（1 )確定注射時間；查資料得t=2s。 （2）計算單邊流道體量：q分=27.

16、59（3）由公式=可得到分=1.856x 該分流道的剪切速率處于澆口主流道和分流道的最佳剪切塑料5x-5x。故分流道的熔體剪切速率合格。8）分流道的表面粗糙度和脫模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般去Ra1.25 2.5m。這里我們根據(jù)加工實際選取Ra1.6m，另外脫模斜度一般為510。而之前計算脫模斜度為10.6，脫模斜度足夠。5.3澆口的設(shè)計 根據(jù)塑件的要求，不允許出現(xiàn)裂紋和變形，表面質(zhì)量要求也較高，并采用一模四腔，為便于調(diào)整沖模時的剪切塑料和封閉時間，采用側(cè)澆口，其界面形狀簡單，易加工，也便于試模后修正，且開設(shè)再分型面上，從型腔的邊緣進料。1）側(cè)澆口尺寸的確定（1）計算側(cè)加工的深

17、度。根據(jù)表2-6，可得側(cè)澆口的深度h計算公式為h=nt=3x0.6=1.8mm其中，n是塑料成型系數(shù)，PC系數(shù)為0.7，t為塑件壁厚，這里取t=3mm。為了便于試模時發(fā)現(xiàn)問題并進行修模處理，參照文選查找ABS的側(cè)澆口厚度為1.83mm，這里我們選擇澆口深度為2mm。（2）計算側(cè)澆口的寬度，根據(jù)側(cè)澆口寬度公式B=可得。B=0.64mm0.7mm式中，n為塑料成型系數(shù)，PC取0.7，A為凹模的內(nèi)表面積。（3）計算側(cè)澆口的長度，根據(jù)表2-7可取側(cè)澆口的長度L澆=1.00mm2）側(cè)澆口的剪切速率的校核（1）確定注射時間:根據(jù)公稱注塑體積，查1表2-3知，t=2s。（2）計算單邊流道體積流量：q澆=10

18、.44（3）由公式=4x，可得到=260072.6x4x符合剪切速率。式中， 為矩形澆口的當量半徑，即=0.075cm。5.4校核主流道的剪切速率1）計算主流道的體積流量 Q主=44.872)計算主流道的剪切速率 主=1.545x103可得到，主流道的剪切速率處于澆口和分流道最佳剪切速率5x-5x之間。則主流道剪切速率合格。5.5冷料穴的設(shè)計及計算 冷料穴位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是儲存熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔影響制品的表面質(zhì)量。本設(shè)計既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴，由于該制件要求沒有印痕，采用脫模板推出塑件，采用球頭拉料桿匹配的冷料穴。開模時，利用凝料對球頭的抱緊力

19、使凝料從主流道襯套中脫出。 六 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算6.1成型零件的機構(gòu)設(shè)計（1）凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計。凹模是成型制品外表面的成型零件。其結(jié)構(gòu)可分整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。這里采用整體嵌入式。（2）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計。凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件。通常是整體式和組合式兩種類型。這里采用整體式型芯。6.2成型零件鋼材選用 對成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的強度、剛度、耐磨性及良好的抗疲勞性，還考慮它的機械加工性能和拋光性能。該塑件是大批量生產(chǎn)，所以構(gòu)成型腔的嵌入式凹模鋼材選用P20。成型塑件型芯，由于脫模時與塑件的磨損嚴重，因此鋼材也選用P20。6.3成型零件工作尺寸的計

20、算 采用相應(yīng)公式的平均尺寸法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差安塑件零件圖給定的公差計算。（1） 凹模徑向尺寸計算 塑件外部徑向尺寸的轉(zhuǎn)換l=60mm l=50.13 mm 根據(jù)公式：L=(1+S)L-x 計算可得：L=（1+0.006）X60-0.7X0 =60.36mmL=50.25mm=50.2mm（2）凹模深度尺寸計算 根據(jù)公式：H=(1+S)H-X 計算可得；H=30mm H=4.22 mm H=（1+0.006）x30-0.6x0.22 =30.05mm=30mmH=4mm（3）型芯徑向尺寸計算 根據(jù)公式：l=(1+S)l-X 計算可得；l=(1+S)l+X=(1+0.006)x43.

21、74+0.7x0.26 =44.184mm=44.1mm(4) 型芯高度尺寸計算 根據(jù)公式：h=(1+S)h+X 計算可得；h=27 mm =26.78mmh=(1+S)h+X=(1+0.006)x26.78+0.6x0.22 =27.073mm=27mm（5）5 、8型芯徑向尺寸計算 25、8自由公差按MT5查得：5、8，不需要轉(zhuǎn)換，則根據(jù)公式：l=(1+S)l-X 計算可得；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。 4x 5以及 8的成型芯是與凹模碰穿，所以高度應(yīng)取正公差，便于修模。(7

22、) 成型孔間距的計算 C=(1+S)C=（1.006X26）0.018=26.1560.018=26.1mm塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的標準如圖6-1、圖6-2所示。圖6-1型腔圖6-2型芯6.4成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算（1） 凹模側(cè)壁厚度的計算。 凹模側(cè)壁厚度與型芯內(nèi)壓強及凹模的深度有關(guān)。其厚度根據(jù)公式計算。可得S=（）=（）=25.16mm其中， =25=25x（0.45x30+0.001x30）=0.023mm凹模嵌件初定單邊厚度選15mm，而壁厚不滿足25.16mm要求，故凹模嵌件采用預(yù)應(yīng)力的形式壓入模板中，由模板和型腔共同承受型腔壓力。由于型腔采用H型直線對稱結(jié)構(gòu)布置，型腔

23、之間的壁厚為S1=120-60=60mm，由于是淺小型腔，間隔符合要求。初步估算模板平面尺寸選用300mmx300mm，比型腔布置尺寸大很多。完全符合強度和剛度要求。（2） 動模墊板的厚度計算。 動模墊板厚度與模架的兩個墊塊有跨度關(guān)系，根據(jù)前面型腔的布置。模架在200mm200mm的范圍內(nèi)。查表7-4墊塊之間跨度約為L=(W-2)W=(300-258)=184mm，根據(jù)型腔布置及型芯對動模墊板的壓力可計算動模墊板厚度為T=0.54L（）=51.5mm其中， =25=25（0.45184+0.001184）=0.0365mmL是兩個墊塊之間的距離，約184mm；L1是動模墊板的長度，取300mm

24、，A是4個型芯投影到動模墊板上的面積。單個型芯所受壓力的面積為 A1=3.14/4542=2289.06mm,四個型芯的面積為 A=4A1=9156.24mm。動模墊板按照標準厚度取45mm。 七 脫模推出機構(gòu)設(shè)計 本塑件結(jié)構(gòu)簡單，可采用推件板推出、推桿推出或兩者綜合推出方式，要根據(jù)脫模力計算來決定。7.1脫模力的計算 （1）44主型芯脫模力 因為=22/3=7.310，所以視為厚壁圓筒塑件，其脫模力為F=其中：K= =0.9536 為脫模斜度，為1=d=2r =2rhF= =3196.5N（2）4-5型芯脫模力 因=r/t=2.5/3=0.83310，所以也是厚壁圓筒的受力狀態(tài)，同樣根據(jù)上式求得脫模力為