1、湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)部塑料成型模具課程設(shè)計(jì)任務(wù)書機(jī)械工程 學(xué)部 材料成型及控制工程 專業(yè)題目 塑料成型注射模具設(shè)計(jì) 任務(wù)起止日期： 2011 年 04 月 01 日至 20111 年 05 月 20 日止學(xué)生姓名： 肖 寧 班級(jí)： 材料0804 指導(dǎo)老師： 龔 寄 日期： 系主任： 徐友良 日期： 審查學(xué)部主任： 陳健美 日期： 批準(zhǔn)課程設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語：課程設(shè)計(jì)（論文）總評(píng)成績： 課程設(shè)計(jì)（論文）答辯負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 摘 要此設(shè)計(jì)書介紹了塑料的注射成型工藝分析及模具設(shè)計(jì)。著重介紹了塑料圓環(huán)的模具設(shè)計(jì)。該模具為兩板式單分型面注塑模具，由于該模具的型腔和型芯尺寸比較小，結(jié)構(gòu)也比較簡

2、單，型腔和型芯結(jié)構(gòu)為整體嵌入式。關(guān)鍵字：圓環(huán)建模，注射模具，側(cè)交口。AbstractIt is introduced the design of plastic injection molding process analysis and mold design. Introduces the design of die plastic rings. The mould plate for two single parting surface injection molds, because the mold cavity and cores size are small, structure

3、 simpler also, cavity and cores structure for the whole embedded.Key word: circle modeling, injection mould, lateral junction.目錄摘要3Abstract. 4目錄5第一章 緒論71.1設(shè)計(jì)的背景和意義. 71.2設(shè)計(jì)和論文的主要內(nèi)容 7第二章 塑件成型工藝的可行性分析 82.1塑件分析 82.2 ABS的分析 82.3 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) 9第三章 擬定模具結(jié)構(gòu)形式和注射劑型號(hào)的確定 .113.1分型面的位置確定.113.2型腔數(shù)量和排位方式的確定.113.

4、3注射劑型號(hào)的確定.12第四章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 154.1主流到的設(shè)計(jì). 154.2分流道的設(shè)計(jì). 164.3澆口的設(shè)計(jì). 194.4 校核主流道的剪切速率 19第五章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 205.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 205.2成型零件的鋼材選用 215.3成型零件工作尺寸的計(jì)算 215.4成型零件尺寸及動(dòng)模板厚度的計(jì)算 24第六章 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27 6.1推出方式的確定27 6.2脫模力的計(jì)算27 6.3推板推出許用應(yīng)力的校核28第七章 模架的選擇.297.1各模版尺寸的確定.297.2模架各尺寸的校核.29第八章 排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 318.1排氣槽的設(shè)計(jì).318.2冷

5、卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì).31設(shè)計(jì)心得 34塑件成型工藝卡 35參考文獻(xiàn) 36第一章 緒論1.1設(shè)計(jì)的背景和意義課程設(shè)計(jì)是畢業(yè)生畢業(yè)前的一次全面綜合訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和技能，去解決問題的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是鍛煉學(xué)生把實(shí)踐技能用書面語言表達(dá)總結(jié)的能力，有以下目的：1、理論分析、制定設(shè)計(jì)或試驗(yàn)方案的能力。2、調(diào)查研究、查閱中外文獻(xiàn)和收集資料的能力。3、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)處理的能力。4、設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖的能力。5、外語、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。6、綜合分析、總結(jié)提高、編制設(shè)計(jì)說明書及撰寫科技論文的能力。1.2 設(shè)計(jì)和論文的主要內(nèi)容(1) 圖示零件注射成型工藝的分析（包括材料性能、成型工藝、塑件結(jié)構(gòu)的分析

6、）；(2) 分析選擇并確定注塑模具的結(jié)構(gòu)；(3) 進(jìn)行工藝計(jì)算，選擇并校核注射機(jī)；(4) 繪制模具總裝圖及型芯、型腔零件圖；(5) 編寫上述內(nèi)容的設(shè)計(jì)說明書。第二章 塑件成型工藝分析2.1 塑件分析（1）外形尺寸 該塑件壁厚為1.6mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔體流程不太長，適合于注射成型。（2）精度等級(jí) 塑件每個(gè)尺寸的公差不一樣，任務(wù)書中已給定尺寸公差一般為MT5，有配合的地方為MT3。（3）脫模斜度 ABS屬于無定型塑料，成型收縮率較小，參考教材表210選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1度。2.2 ABS的性能分析（1）使用性能 綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性

7、，電氣性能良好；易于成型和機(jī)械加工，其表明可以鍍鉻，適合制作一般機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)零件。（2）成型性能 1）無定型塑料。其品種很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種來確定成型的方法及成型條件。 2）吸濕性強(qiáng)。含水量應(yīng)小于0.3%（質(zhì)量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件要求長時(shí)間預(yù)熱干燥。 3）流動(dòng)性中等。溢邊料0.04mm左右。 4）模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口位置，形式。推出力過大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈現(xiàn)白色痕跡。 5）ABS的主要性能指標(biāo)，其性能指標(biāo)見表1-1： 密度 g/cm1.02-1.08彈性模量 MPa1.810比容 cm/g0.86-0.

8、98彎曲強(qiáng)度 MPa80吸水率%（24h）0.2-0.4硬度 HB9.7R121收縮率%0.4-0.7體積電阻率 6.91016熔點(diǎn)C130-160擊穿電壓 Kv/mm15熱變形溫度C0.46MPa 90-1081.185MPa 83-103沖擊強(qiáng)度 kJ/m15.7-15.9抗拉屈服強(qiáng)度 MPa502.3 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) （1）注射成型過程 1）成型前的準(zhǔn)備。對(duì)于ABS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)，由于ABS吸水性較大，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。 2）注射過程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流

9、和冷卻五個(gè)階段。 3）塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為6075，處理時(shí)間為1620s。 （2）注射工藝參數(shù) 1）注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)速30r/min。 2) 料筒溫度（）：后段150170； 中段165180； 前段180200。 3）噴嘴溫度（）：170180. 4）模具溫度（）：5080。 5）注射壓力（MPa）：60100. 6）成型時(shí)間（s）：17.5（注射時(shí)間取2.5。冷卻時(shí)間7，脫模時(shí)間8）。第三章 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機(jī)3.1 分型面位置的確定通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)選擇在塑件面積最大且有利于開模取出塑件的平面上，其位置如圖31所示。 圖3-1

10、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)，用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，考慮到塑件的尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，以及制造費(fèi)用和個(gè)成本費(fèi)用等因素，初步選定為一模兩腔結(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兩腔，故流道采用直線對(duì)排列，使用平衡進(jìn)料，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(jì)為一模兩腔，故采用直線對(duì)排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機(jī)構(gòu)初選推件推板推出方式。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，交口采用側(cè)交口，且開設(shè)在分型面上。綜上分析可確定采用細(xì)水口的單分

11、型面注射模。 3.3 注射機(jī)型號(hào)的確定 1）注射量的計(jì)算 塑件體積：V塑=3.0 cm 塑件質(zhì)量：M塑=PV塑=1.02X3.0=3.06 g 式中，P可根據(jù)表1-1取1.02g/ cm 2)澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 由于澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2倍1倍來估算.由于本次設(shè)計(jì)塑件體積較小，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的1倍來估算，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2個(gè)塑件體積之和）為 V總=2nV塑=2X2X3=12.00 cm 3）注射機(jī)的選擇 根據(jù)以上計(jì)算得出在一次注射過程中注入模具型腔的塑件的總體積為V總=12.0

12、0 cm，并結(jié)合教材式（4-18）則有：V總/0.8=15.0cm。根據(jù)以上的計(jì)算，初步選擇公稱注射量為300 cm，注射機(jī)型號(hào)為XZY-300螺桿式注射機(jī)，其主要參數(shù)見表3-1.表3-1 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)理論注射量/cm3300移模行程/mm340螺桿直徑/mm60最大模具厚度/mm355注射壓力/Mpa175最小模具厚度/mm285注射行程/mm150模板尺寸/mm620520注射時(shí)間/s2.5拉桿空間/mm400350塑化能力/(g/s)19噴嘴球半徑/mm18合模力/N15105噴嘴口直徑/mm5注射方式 螺桿式定位孔直徑/mm1504）注射劑的相關(guān)參數(shù)的校核（1）注射壓力校核。有設(shè)

13、計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表2-1可知，ABS所需注射壓力為130150MPa,這里取P0=130MPa.該注射機(jī)的公稱壓力為P公=175MPa，注射壓力安全系數(shù)k1=1.251.4，這里取k1=1.25，則：k1P0=1.25X130=162.5MPaP公，所以，注射機(jī)注射壓力合格。（2）鎖模力校核。 1）塑件在分型面上的投影面積 A塑=748mm22）澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆，即交道凝料在分型面上的投影面積A澆數(shù)值，可以按照多型腔模具的統(tǒng)計(jì)分析來確定。A澆是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積A塑的0.2倍0.5倍。這里取A澆=0.5A塑。3）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

14、澆）=n(A塑+0.5 A塑)=4X1.5X748=4488mm24）模具型腔內(nèi)的脹型力F脹，則F脹=A總P型=4488X35=157.08kN其中由設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表2-2查的取P型=35MPa由表3-1可知該注射機(jī)的公稱鎖模力F鎖=1500kN，鎖模力安全系數(shù)為k2=1.11.2 這里取k2=1.2，則取k2F脹=1.2X157.08=188.5F鎖，所以注射機(jī)鎖模力滿足要求。對(duì)于其他的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(jìn)行。第四章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 主流道的設(shè)計(jì) 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便

15、熔體的流動(dòng)和開模時(shí)主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間。另外，由于主流道與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。4.1.1 主流道尺寸（1）主流道的長度 一般由模具結(jié)構(gòu)確定，對(duì)于小型模具L應(yīng)盡量小于60，本次設(shè)計(jì)初取50mm計(jì)算。（2）主流道小端直徑 d = 注射機(jī)噴嘴尺寸 + （0.5-1）mm = 5.5mm。（3）主流道大端直徑 D = d + L主tan()=8.5mm,式中a=40（4）主流道球面半徑 SR = 注射機(jī)噴嘴球頭半徑 + （1-2）mm = 20mm(5) 球面配合高度 h = 3mm4.1.2 主流道的

16、凝料體積V主= L主（R2主+r2主+R主r主）/3=1710.38mm34.1.3 主流道當(dāng)量半徑 Rn = (2.75+4.25)/2=3.5mm4.1.4主流道交口套的形式主流道小端入口處與注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損壞，對(duì)材料要求較嚴(yán)，因而模具主流道常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效地選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理，常采用45鋼或合金鋼等，熱處理硬度為52-56HRC。此設(shè)計(jì)若采用分開式結(jié)構(gòu)，主流道比較長，凝料體積比較大，因此把襯套和定位圈做成一整體的延伸式澆口套。因?yàn)榱鞯篱L短與所選模架有關(guān)，所以在確定流道尺寸之前應(yīng)根據(jù)型腔數(shù)量及布局估算動(dòng)定模板的平面尺寸，即粗定模架

17、的型號(hào)和規(guī)格，這樣才使得理論計(jì)算有據(jù)可依。根據(jù)布局及考慮到模板壁厚、順序分型時(shí)在主分型面的一些元件的布置等，選用側(cè)點(diǎn)交口模架，規(guī)格為350400，查設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表7-4得：H4 = 45，H5 =20，澆口形式如圖4-1所示。圖4-1 主流道交口套的結(jié)構(gòu)形式4.2 分流道的設(shè)計(jì)4.2.1 分流道的布置形式 為了盡量減少在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時(shí)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。4.2.2 分流道的長度 根據(jù)兩個(gè)型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分流道的長度適中，初選25mm，如圖4-2所示。圖4-2 分流道布置形式 4.2.3 分流道的當(dāng)量直徑 流過分流道塑料的質(zhì)量

18、 m塑 = nV塑 =1X1.02X3=3.06 g 200g根據(jù)教材式（4-16），分流道的當(dāng)量直徑為 D分=0.2654（m塑）1/2（L分）1/4=0.2654X（3.06）1/2X(25)1/4=1.04mm4.2.4分流道截面形狀本設(shè)計(jì)采用梯形截面，其加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失、流動(dòng)阻力均不大。4.2.5分流道截面尺寸由于分流道當(dāng)量直徑太小，為方便選擇道具加工本次設(shè)計(jì)采用梯形的上底寬度為B = 4mm ,地面圓角的半徑取R = 1mm,梯形高度取H = 2.5mm ,下底寬度為b= 2 mm，通過計(jì)算得梯形斜度= 5，基本符合要求。4.2.6 凝料體積 分流道的長度為L分 =

19、25X2=50mm 分流道截面積 A分 = （B+b）H/2 =7.5 mm2 凝料體積 V分 = L分A分 = 507.5 = 375mm3 = 0.75 cm3取V分 = 0.7 cm34.2.7校核剪切速率 確定注射時(shí)間：查設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表13-1,可取t = 2.5s 計(jì)算單邊分流道體積流量：q分 =（V分/2+V塑）/t=1.34 cm3/s 由教材式（4-20）可得剪切速率 r 分 = 3.3q分/R3分 = 417.3 s-1該分流道的剪切速率不處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率在5102 5103s-1之間。4.2.7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

20、，一般取Ra 1.25m-2.5m即可，此處取Ra 1.6m。4.3 澆口的設(shè)計(jì)4.3.1 側(cè)澆口尺寸的確定 根據(jù)教材表4-10, 由于此塑件壁厚為1.6mm，計(jì)算得側(cè)澆口的深度h取1 mm ,寬度b取1 mm,澆口長度取3 mm。4.3.2 側(cè)澆口剪切速率的校核。 確定注射時(shí)間：查設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表13-1，取t= 2.5s 計(jì)算澆口體積流量：q澆 = V塑/t = 3/2.5= 1.2 cm3/s 計(jì)算澆口的剪切速率： r = 3.3q分/R3澆=7181.3 s-1 10 ，所以算是薄壁圓筒的受力狀態(tài)，根據(jù)厚壁筒形脫模力的計(jì)算公式可得： F = 2tESLcos（f tan）/(1-)K2

21、+0.1A=23.141.618000.00559.8cos1（0.45-tan1）/(1-0.3)1.0069+0.1X2X748 = 523.45N 6.3 推板推出許用應(yīng)力校核 1）推出面積 A板=（R2-r2）/4=3.14X(37.92-36.72)/4=70 mm2 2）推板推出應(yīng)力 根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表2-12許用應(yīng)力【】=11.716.1 Mpa =F/A=523.45/70=7.5 Mpa 【】 合格第七章 模架的選擇查設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)表7-4得WL = 350mm400mm及各板的厚度尺寸。7.1各模板尺寸的確定 （1）定模型腔板 塑件高度為9.8mm?？紤]到模板上還要開設(shè)冷卻水

22、道，還需留出足夠的距離。故定模型腔板厚度取40mm。（2）型芯固定板，按模架標(biāo)準(zhǔn)板厚取45。（3）墊塊尺寸， 墊塊 = 推出行程+ 推桿固定板厚度 +(5-10)mm = （10+45+510）mm = 60 65初步定為90mm。其他尺寸按標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注，如下圖所示。7.2 模架各尺寸的校核根據(jù)所選注塑機(jī)來校核模具的尺寸。模具平面尺寸350mm400mm400300（拉桿間距），校核合格。模具高度尺寸320mm，285320355（模具最大厚度和最小厚度）模具的開模行程S = 10+50+（5-10）= 6570340，校核合格。第八章 排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8.1 排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 該塑件

23、由于采用側(cè)澆口進(jìn)料熔體經(jīng)塑件下方的臺(tái)階向上充滿型腔，其配合間隙可作為氣體排出方式，不會(huì)再頂部產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象。同時(shí)，地面的氣體會(huì)沿著分型面、型芯和推件板之間的間隙向外排出。8.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很麻煩，在此只能進(jìn)行簡單的計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)忽略模具因空氣對(duì)流、輻射以及與注射機(jī)接觸所散發(fā)的熱量，按單位時(shí)間內(nèi)塑料熔體凝固時(shí)候所放出的熱量應(yīng)該等于冷卻水所帶走的熱量。8.2.1冷卻介質(zhì)ABS屬流動(dòng)性好的材料，其成型溫度及模具溫度分別為160220和8090。熱變形溫度為102115。所以模具溫度初步選為50，用常溫水對(duì)模具進(jìn)行冷卻。8.2.2 冷卻系統(tǒng)的簡單計(jì)算1) 單位時(shí)間注入模具中的塑料熔體的

24、總質(zhì)量W（1）塑料制品的體積 V = V主 + V分 + nV塑 = 8.4 （2）塑料制品的質(zhì)量 m = V = 8.4 1.02 = 8.57 g（3）塑件壁厚為1.6，查教材表4-34得t冷 =7s 。注射時(shí)間t注 = 2.5s ,脫模時(shí)間8s,則注射周期：t = t注+ t冷+ t脫 =17.5 s。由此可得每小時(shí)注射次數(shù)N = 206次。（4）單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體總質(zhì)量為：W = Nm = 2068.57 = 1.77/h2）確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)放出的熱量Qs 查教材表4-35知ABS的單位熱流量取Qs=400kJ/。取3）計(jì)算冷卻水的體積流量qv設(shè)冷卻水道入水口的水溫為t2 = 22，出水口的水溫為t1 = 30，取水的密度 = 1000/m，水的比熱容c = 4.187Kj/()，則根據(jù)公式可得： qv = WQs/60