塑料模具设计课程设计说明书.doc

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1、塑料成型工艺及模具设计课程设计说明书题 目：盘丝包装盒塑料模具设计专 业：模具设计与制造班 级：11模具二班姓 名：李肖影学 号：11432指导老师：詹志明老师时 间 ：2013年4月目 录第一章：塑件工艺分析 一塑件工艺性分析 1第二章：HDPE的性能分析.2第三章：注射机型号的确定3-5第四章：模具结构方案的确定 5 一分型面的选择 5 二型腔数目的确定及排列 6 三初步设计主流道及分流道 7 四确定浇口形式及方位 8 五选择模架 9 六模具材料的选择11 七校核注塑机 11第五章：开模行程和塑件的推出距离的校核.12第六章：冷却系统的设计 13第七章：排气系统的设计 14第八章：导向机构

2、和定位机构的设计15第九章：成型零件的结构设计16 第十章：按要求绘制装配图 16-18第一章： 塑件工艺分析（1）外形尺寸 该模具壁厚2mm，塑件的尺寸不大，塑料的熔体流程不太长，适合于注射成型。（2） 精度分析 每个尺寸的公差不一样。精度等级为5级（3） 脱模斜度 HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，成型收缩率为1.53，参考教材表5-44选择该塑件上型芯和凹模斜度为2度.第二章： HDPE的性能分析（1）使用性能 HDPE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃 （四氯化碳）。该聚合物不吸湿并

3、具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。（2）成型性能 1）无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。 2）吸湿性极弱。含水量小于0.01%（质量），所以无需进行干燥。 3）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）HDPE的主要性能指标 见下表2-1表2-1 HDPE的性能指标密度/gcm-30.940.97抗拉屈服强度/Mpa220390比体积/ cm3g-11.031.06拉伸弹性模量/Mpa84009500吸水

4、性/%0.01%抗弯强度/Mpa208400熔点/105137计算收缩率(%)1.53.02.3 HDPE的注射成型过程2.3.1注射成型过程1） 成型前的准备。对HDPE的色泽、粒度和均匀度等进行检测，由于HDPE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。第三章： 注射机型号的确定 一按预选型腔数来选择注射机注射机型号主要是根据塑件的外形尺寸、质量大小及型腔的数量和排列方式来确定的。在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需用的锁模

5、力、模具厚度、拉杆间距、安装固定尺寸以及开模行程等进行计算，这些参数都与注射机的有关性能参数密切相关，如果二者不匹配，则模具无法安装使用。因此，必须对两者之间有关参数进行校核，并通过校核来设计模具与选择注射机型号。 模具所需塑料熔体注射量 m=nm1+m2=1.6nm1 (一般取m2=0.6nm1) 式中 m -一副模具所需塑料的质量(g)；n -初步选定的型腔数量；m1-单个塑件的质量(g)；m2-浇注系统的质量(g)。 成型收缩率一般取1.5%,加玻璃纤维增强后，其收缩率变为0.5%。按照实体图a所示塑料件图所示，似计算:塑件体积 Vs 36.7cm查表可知塑件密度为0.890.91g/c

6、m，密度可取0.9g/cm单件塑件重量 m1=0.936.7g33g所以m=1.6nm1=105.6g实体图a 塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积及所需锁模力A=nA1+A2 Fm=(nA1+A2)p型式中 A-塑件及流道凝料在分型面上的投影面积(mm2)；A1-单个塑件在分型面上的投影面积(mm2)；A2-流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积(mm2)；Fm -模具所需的锁模力(N)；p型-塑料熔体对型腔的平均压力(MPa)。 A2=0.35nA1所以A =1.35nA1=1.3525024=13564.8 mm2Fm=(nA1+A2)p型=13564.830=406.9 K

7、N 注塑机的初选根据上面计算得到的m和Fm值来选择一种注射机，注射机的最大注射量（额定注射量G）和额定锁模力F应满足 Gm/a=105.6/0.75140.8g式中 a -注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75。FFm二校核注射机技术参数确定型腔和选择注射机之后，这种注射机是否合适，还要对该机型的其他技术参数进行校核。 注射压力的校核该项工作是校核所选注射机的额定压力Pe能否满足塑件成型时所需要的注射力P0，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素所决定，在生产实践中其值一般为70MPa150 Mpa。设计中要求PekP0式中 k-注射压力安全

8、系数，一般取k=1.251.4。塑料PP所需注射压力一般为70MPa120 Mpa。所以 PekP0=87.5 MPa150MPa取 Pe90 MPa 锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大加紧力。当高压的塑料熔体充满型腔是，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。因此，注射机的锁模力必须大于该模的胀型力，即Fk0Ap型式中 p型-型腔的平均压力，查表得到；k0-锁模力安全系数，一般取k0=1.11.2。塑料PP所需p型为30Mpa。所以 Fk0Ap型406.94447.64KN3. 模具厚度Hm也称模具闭模高度，必须满足HminHmHmax式中 Hmin -注射机允许的最小模具厚

9、度，即动定模之间的最小开合距离；Hmax -注射机允许的最大模具厚度。所以 Hmin451mmHmax。4. 模具长、宽尺寸与注射机拉杆距离关系。模具安装有两种方式，即从注射机上方直接吊入机内进行安装，或者先吊到侧面再由侧面推入机内安装，为安装方便，应使模具尺寸与注射机拉杆间距离（拉杆中心距拉杆直径）小于10mm。根据以上初步校核，选择注射机为XS-ZY-125卧式注射机.表XS-ZY-125的技术规范理论注射容量/ cm3125移模行程/mm300螺杆柱塞直径/mm42最大模具厚度/mm300V注射压力/Mpa1190最小模具厚度/mm200最大注射面积/cm2320模具定位孔直径/mm10

10、0锁模力/kN900喷嘴球半径/mm12顶出两侧孔径/mm22喷嘴口孔径/mm4顶出两侧孔距/mm230第四章： 模具结构方案的确定一分型面的确定如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边（有的塑件需要定模推出的例外）。3)便于嵌件的安装。4)保证塑件的精度要求。5

11、)不影响塑件的外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件，更应注意分型面对外观的影响。6)便于模具加工，特别是型腔的加工。7)尽量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需锁模力。8)有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。9)长型芯应置于开模方向。图b如图b是一个简单的塑件，不需要设置任何侧抽芯机构，考虑到型芯的强度，把型芯放在前模，塑件的内表面放镶嵌件，安装在后模上。二. 型腔数量的确定及排列该件采用一模两腔的结构形式，所以浇注系统的设计应尽量采用从主流道到各个型腔分流道的形状及尺寸相同的设计，即型腔平衡式布置的形式，如图c所示图c三. 初步设计主流道及分流道 主流道形式及位置主流道的结构1

12、. 整体式主流道 这是一种最简单的主流道模式，是在定模板有整体构成中加工而成，其加工最简单，多适用于简单模具。2. 组合式主流道如果定模是由两块模板组成，主流道也可在两块模板上分别加工，再组合在一起而成，此形式简单，但要注意保证其同轴度。3. 衬套式主道这是目前最常用的主流道结构，是以浇口套的形式镶于模板中，适用于所有注塑模具，这种形式，便于加工、拆卸和热处理主流道的设计原则：l 为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料，主流道多设计成圆锥形，其锥度角为24度，对流动性差的熔料，锥角可取36度。l 主流道大端呈圆角，其半径常取r为13，以减少熔料转向过度时的阻力l 主流道的长度应尽可能短，否则会使主

13、流道的凝料增多，压力损失加大，熔料降温时过多而影响成型，主流道的长度应小于60l 为了使熔融塑料能从喷嘴处完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注塑机的喷嘴紧密对接，其对接处常设计成半球形凹坑，其半径略大于喷嘴头半径l 主流道的表面应加工尽量光滑，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺l 对于流动性好的塑料，如PE等，主流道的尺寸可小些，而对于流动性差的塑料，如PC、PS等，主流道的尺寸应大些根据以上原则，初步将主流道设计成圆锥型，其锥角度数为26。内壁粗糙度Ra为0.4m。分流道截面设计成圆锥截面，加工容易，且热量损失与压力损失不大，为常用形状。 分流道的设计分流道主要对进入模具的熔料起分流作用

14、，多型腔的模具一定要设置分流道，若是单腔成型大型塑件，如采用多浇口进料，也需要设置分流道。1. 影响分流道设计的因素：1） 制品的几何形状、壁厚、尺寸大小及尺寸的稳定性、内在质量及外观质量要求2） 塑料的种类、亦即塑料的流动性、熔融温度与熔融温度区间、固化温度以及收缩率3） 注射机的压力、加热温度及注射速度4） 主流道及分流道的拉料及脱落方式5） 型腔的布置、浇口位置及浇口形式的选择 2. 分流道的设计原则：l 熔体应以最短的路径、最小的热量和压力损失，快速射入型腔；l 熔料从各个浇口进入型腔的温度和压力相同，以保证各型腔中制品的收缩率相同；l 分流道的转折处应以圆弧过渡，与浇口的连接处应加工

15、成斜面，以利熔料的流动；l 在保证足够的注射压力时，分流道的截面和长度应尽量取最小值；l 尽量保证各型腔同时充满，并均衡的补料，以保证同模各塑件的性能、尺寸尽可能一致；l 各型腔之间距离恰当，应有足够的空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够的截面积承受注射压力； 3. 分流道的截面形状 常用的截面形状有圆形、U形、梯形、矩形等。在选择截面形状时，要综合考虑热量损失、流动阻力、加工难道等几方面的因素。熔料在流道中流动时，与模具接触的塑料冷凝固化，起绝热作用，熔料仅在流道中心流动，因此，分流道的理想状态是其中心线与浇口中心线位于同一直线上。 比表面积：单位体积所具有的表面积，约等于断面周长与断面面积之

16、比。比表面积越分流道直径：在此采用圆形断面分流道 分流道截面尺寸的确定。分流道截面尺寸越小，热损失越少，流动阻力也越小。图d圆型截面分流道的直径可根据塑件的流动性等因素来确定。该塑件采用hdpe料，流动性较好。根据经验公式分流道的直径d可取36mm。设计如图d所示四. 确定浇口形式及位置浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面尺寸最小的部分，但同时又是浇注系统的关键部位。浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量影响很大。浇口作用是使来自流道的熔融塑料以较快速度进入并充满型腔。浇口的设计与塑件的形状、截面尺寸、模具结构、注射工艺参数及塑料各方面性能等因素有关。浇口

17、若设计不合理会造成塑件的各种质量缺陷，如憋（困）气、收缩、银丝（夹水纹）、分解、波纹、变形等。一般而言，浇口截面尺寸宜小些。小浇口可以增加塑料熔体流速，并且料流经过小浇口时产生很大摩擦热而使料温升高，降低表观黏度，有利充填。另外小浇口固化快不会产生过量收缩而降低塑件内应力，同时可缩短注射成型周期，便于浇口去除。为了提高成型效率，采用侧浇口，并避开制品高光亮区域。浇口尺寸及位置如图c所示。主流道上端直径取3mm，斜度为1查上表侧浇口尺寸的经验数据及经验计算公式得：H=1.5，B=5，C=5，A=10，B=3mm，L=2.2mm五. 选用模架根据以上计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和

18、规格。 查表选用：FCI-3345-A130-B110-C150 定模板厚度： A = 130mm 动模板厚度： B = 110mm 方铁厚度： C = 150mm 模具厚度： H模 = 61+A+B +C = （61+130+110+150）mm =451mm 模具外形尺寸： 330mm450mm451mm六模具材料的选择 现有的模具模架已经标准化，主要采用45号钢。所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性，和使用要求选择合理的型腔和型芯材料。如何合理的选择模具钢，是关系到模具质量的前提条件，如果选材不当，浪费钱，时间。在选择模具钢时，首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能。从使用性能考虑：

19、硬度是主要指标之一。模具在高应力作用下欲保持尺寸不变，必须有足够的硬度，当承受冲击载荷时还要考虑折断、崩刃问题、所以韧性也是一重要指标、耐磨性是觉得模具寿命的重要因素，此外还有红硬性，抗压屈服强度、抗弯强度和耐疲劳能力的指标。 从工艺性能考虑：要热加工工艺好，加工温度范围宽，冷加工性能如切削、铣削、抛光等加工性能好，此外还要考虑淬硬性和淬透性、热处理变形等性能。另外从经济考虑，要求材料来源广，价格低。 查手册选择凸凹模的材料是4Cr13，属马氏体类型不锈钢。该钢机械加工性能较好，经热处理后，具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性，适于承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具、

20、透明塑料制品模具等。有关参数如下：物理性能：临界温度（C）AC1820;AC3:1100;线膨胀系数：10.5（在20100C）；热导率：27.6W.（M.K）（在20C左右）第五章：开模行程和塑件的推出距离的校核(1)推件力的计算 注塑机的开模行程是有限制的，取出制件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模距离。开模距离可分成两类情况校核。一种是注塑机最大开模行程与厚度无关时的校核，一种是注塑机最大开模行程与模厚有关时的校核。该塑件选择第一种校核。开模行程可按下式校核：SH1+H2+a+510（mm） 式中 H1塑件脱模（推出距离）距离，mm H2塑件高度，包括浇注系统在内，mma取出浇注系

21、统凝料必需的长度，mm S注塑机最大的开模（移动模板行程），mm所以, H1+H2+510 =45+10+10mm=65mms55mm符合要求（2）确定顶出方式及顶杆位置根据制品结构特点，确定在制品的圆周上设置四根普通的圆顶杆，如下图e所示图e对于流道的固化塑料也设置拉杆并顶出，如下图f所示。普通的圆形顶杆按GB4169.11984 选用，均可满足顶杆的刚度要求。查表可知，选用6mm230.5mm型号的圆形顶杆1根,选用6mm265mm由于制件较小，推出装置可不设导向自装置。第六章：冷却系统的设置冷却介质一般所需传热面积的设计计算冷却介质用量的计算 注塑成型时高温塑料熔体带入模具的热量可计算如

22、下，塑料制品在固化时每秒钟释放的热量为： Q1= m q = N m qm-平均单位时间（每秒钟）内注入模具塑料质量， kg/sq -单位质量塑料熔体在成型过程中放出的热量，kJ/kgN -每秒钟注塑次数m -每次注塑塑料质量，kg/次q可直接在相关表中查取。经计算 Q1=36kJ/s模具冷却水单位时间带走的热量Q2 Q2 = Q1 Qc QR - QLQc模具向空气对流传热QR模具向空气辐射传热QL模具通过上下底板向注塑机传热在一般情况下塑料熔体带入热量的90%-95%都是通过模具冷却通道由冷却介质（一般为冷却水）带走的，因此在作冷却水通道设计时可粗略地按照熔体带入热全部由冷却水带走进行计算

23、，即Q2Q1，这在工程计算中是合理的，所设计的冷却系统是比较安全的。即Q2Q1=36kJ/s。冷却系统的设计原则（1） 管道的直径一般取d=616。管道过细，加工和清理困难，水垢和铁锈辉是冷却效率变坏一个数量级，因此需定期清理。所以冷却水道应尽量多，截面尺寸应尽量大，只要不妨碍模具总体结构，管道的孔径和根数愈大愈多越好。进水和出水的接头尽可能在模具一侧，并不妨碍注塑操作的方向。（2） 冷却管道的布置应以均匀为前提,孔壁与型腔壁的间距H=(1.53)d=612，孔壁之间间距b=(2.54)d=1016。过大的间距会使模温不均匀；过小的间距孔壁承受型腔高压后，由于弯曲应力和剪切应力及其综合变形作用

24、，在孔的中央部位会产生型腔壁的压塌现象。（3） 浇口处应加强冷却，应避免接触塑件的熔接部位。（4） 冷却水道出入口温差应尽量小，应控制在5oC以内。（5） 冷却水道应沿着塑料收缩的方向进行（6） 从冷却效果来选用模具材料，常用的钢的导热系数均较低，含碳量和含铬量越高的钢种导热性越差。本设计冷却的对象是塑件的深度为45。对凹模部分和凸模部分都应该设置冷却水道。如图g为凸模的冷却水道走法，图h为凹模的冷却水道走法。考虑到塑料PET加玻璃纤维增强后，模具为走模温模具，所以分别在面板和底板上加了一块240mm240mm5mm的隔热板，使注射机上传给模具的热量得到减少。第七章：排气系统的设计当塑件熔体注

25、入型腔时，如果型腔内有气体、蒸汽等不能顺利地排出，将在制品上形成气孔、银丝、灰雾、接缝、表面轮廓不清，型腔不能完全充满等弊端，同图g图h时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前言物料温度过高，粘度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。而且型腔内气体压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量（特别在高速注射时）。因此设计型腔时必须充分地考虑排气问题。排气方式有以下几种：（1）利用专用排气槽。（2）利用型芯、镶件、推杆等的配合间隙；利用分型面上的间隙。（3）对于大中型、深型腔塑件为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，需设置进气装置。开设排气槽应注意以下几点：（1）根

26、据进料口的位置，排气槽应开设在型腔最后充满的地方。（2）尽量把排气槽开设在模具的分型面上，（3）对于流速较小的塑料，可利用模具的分型面及零件配合的间隙进行排气。（4）排气槽的尺寸，要视塑料种类，通常为0.010.03。（5）当型腔最后充填部位不在分型面上，起附近又无可供排气的推杆或可活动的型芯时，可在型腔相应部位镶嵌经烧结的金属块以供排气。综上所述可知，由于制品尺寸较小，利用分型面和推杆、型芯的配合间隙排气即可。 第八章：导向机构和定位机构的设计导向机构的作用：承受注塑时产生的侧压力;导向、定位。10.1导向机构的整体设计1）导向零件应均匀合理的分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心线至模具

27、边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导套和导柱后变形。2）该模具采用四根等径导柱对称布置，为了装模方便，有一根应错开一段距离。推板导柱有两根，对称布置。3)导柱安装在动模板上，导套安装在定模板上。4)合模时应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏，因此导柱应高出凸模断面68mm。5)为确保分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承料槽，如在导套的孔口倒角。10.2 导柱和导套设计 1）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证模具具有足够的抗弯强度，根据标准模架选用30的导柱和42的导套。 2）导柱导套的安装形式： 导柱滑动部分按H7/f7或H8/f8的间隙配合，导柱

28、的固定部分与模板孔采用H7/k6的过渡配合，导套与模板孔采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7的配合镶入模板。3）导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢淬火处理或碳素工具钢T8A或T10A经淬火处理，导套采用淬火处理的T8A。10.3 锥面定位机构的设计由于导套和导柱之间有配合间隙，不可能精确定位，为了进一步提高合模精度，同时减小导向机构承受的侧压力和开模时的磨损，这里增设了锥面定位机构，锥面定位最大特点：配合间隙为零，大大提高了定位精度。本次设计的模具采用的是精定位。第九章：成型零件的结构设计11.1 凹模的结构设计凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其结构不同可分为

29、整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌组合式和四壁拼合式五种。根据本塑件的结构，采用整体式，可用电火花加工型腔。用螺丝固定于定模板上。11.2 型芯和成型杆的设计本塑件较为简单，模具也较为简单，型芯采用组合式，台肩固定。与型芯组合的模仁用螺丝固定于动模板上第十章：按要求绘制装配图如图i、图j和图k分别为凸模和凹模的及它们的俯视图技术要求1型腔、型芯镶拼部位保证不溢料；2分型面保证不溢料；3.型芯与推管H9/f9配合；4.选标准模架FCI-3345-A130-B110-C151. 定模固定板 2.动模固定板 3.推板 4. 螺钉 5.垃圾钉 6.方铁 7.导套 8.导柱 9.内六角螺钉 10.定模板 11.动模板 12.推杆 13.复位杆 14.拉料槽 15.推杆固定板 16.定位圈 17.浇口套总结：