1、塑料課程設計課程名稱 班級與班級代碼 專 業 學 號： 姓 名： 提交日期： 年 月 日 青島科技大學高分子科學與工程學院 ABS直角彎頭設計1設計目的：運用所學的基礎理論和專業知識通過課程設計的實踐，鞏固和掌握專業知識，并為今后的畢業論文做必要的準備。通過塑料工程課程設計，掌握塑料工程設計中材料的選擇、制品設計結構的設計、加工設備的確定、生產工藝的要求，學習資料的查找、收集，方案的特點及幾種方案的比較，提高計算、繪圖能力。建立起一個完善的、符合塑料制品生產要求的整體過程。2設計任務和要求設計任務：輸水直角彎頭設計要求：5萬個/月3設計設計的一般程序3.1制品設計 材料的選擇原料選擇: 注塑級

2、ABS 特性備注：低溫沖擊強度好，光澤度硬度較好。 價格：9100-9300/噸 相關參數：性能項目實驗條件測試方法測試數據數據單位熔融流動速率ASTM-D12385.6比重ASTM-D9721.04模具收縮率ASTM-D955 %拉伸模量ASTM-D6382280MPa拉伸強度ASTM-D63833.8MPa斷裂伸長率ASTM-D63824%彎曲模量ASTM-D7902340MPa彎曲強度ASTM-D79072.4MPa缺口沖擊強度CASTM-D256320J/M熱變形溫度1.82MPa unannealed 33.20mmASTM-D64882.2維卡軟化點ASTM-D152598.9阻燃

3、性能1.52mmUL94HB生產配方的設計生產配方: ABS 100 制品形狀方面：圖2-1 直角彎頭零件圖從零件壁厚上看，塑件最小壁厚4mm，塑件壁厚較為均勻，壁厚大小適中，不會放大充模阻力，不易出現缺料現象，也避免了壁厚太厚所容易出現的氣泡、凹陷等缺陷，有利于零件的成型。塑件冷卻后會包緊在抽芯型芯上，為了使脫模順利，75.4mm孔處應設置脫模斜度，查取ABS常用脫模斜度351。該彎頭屬于輸水管路連接件，彎頭除需具備良較高的沖擊強度、良好的尺寸穩定性和耐腐蝕性外，無其他較為特殊的工藝要求。塑件選擇的ABS材料綜合力學性能好，滿足塑件機械性能要求。綜合分析，在注射成型工藝參數控制良好的條件下，

4、零件的成型要求可以得到保證。3.2 模具設計 確定生產方式采用注射成型注射成型模具注塑模具由動模和定模兩大部分組成，分析直角彎頭成型零件的特點，知道本次設計的模具應包括成型零件、澆注系統、導向機構、推出機構、側抽芯機構、模溫調節系統。(1)分型面 分型面對塑件外觀質量、尺寸、形位精度、脫模性能、鎖模力、型芯型腔結構、排氣、澆口和模具制造工藝性等都有直接影響。分型面的合理選擇，對提高成型塑件質量、簡化模具結構復雜程度等均有很大利好。注塑分型面的選擇，要根據塑件的幾何形狀、塑件質量要求，結合澆注系統，脫模機構選擇等綜合考慮。直角彎頭零件結構具有特殊性，分析比較如下分型面方案： 圖 3-1 分型面選

5、擇比較該零件為直角彎頭，由于有垂直孔的存在，必須有抽芯機構。方案一的分型面選擇，可使抽芯和分型同時進行，節省分型時間，但是型芯型腔結構復雜，加工成本較大。方案二分型面選擇在塑件最大截面處，加工容易，符合分型面選取一般原則，且型芯型腔加工較為容易。綜合分析，選擇方案二的設計。（2）確定型腔配置 型腔配置應有利于提高塑件成型效率，縮短成型周期。綜合考慮流道和分型面性能，確定零件在模具中排列如圖3-2： （3）確定澆注系統注塑模具的澆注系統指注射機噴嘴到成型型腔之間的料流通道，包括主流道、分流道、澆口、冷料穴四大部分。流道表面粗糙度Ra1.60.8m。A、主流道設計主流道軸線一般與注射機的噴嘴軸線重

6、合，并位于模具中心線上，型腔也以軸線為中心對稱布置。為便于凝料從澆道中脫出，主流道設計成圓錐型，因ABS材料流動性中等，取主流道錐角=3，內壁表面粗糙度Ra=0.63m。噴嘴與主流道對接處需緊密對接，可防止主流道與噴嘴處溢料，因此主流道對接處制成凹坑，凹坑半徑根據注射機噴嘴半徑決定，并在其基礎上加12，取19mm。小端直徑d2=d1+1=8.5mm，凹坑深度h=4mm。主流道大端呈圓弧過渡，其圓角半徑r=1mm，以減小料流從主流道進入分流道時的轉向過渡阻力。主澆道的長度應視模板厚度、水道等具體情況而定。考慮主流道與塑料熔體噴嘴反復碰撞，容易損壞，一般不將主澆道直接開設在模板上，而是將主流道制成

7、可拆卸的主流道襯套，如圖3-3所示。這樣可以使容易損壞的主澆道部分單獨選用優質鋼材，便于更換和節約成本并提高模具壽命。主流道襯套結構如圖3-3所示。通常，主澆道襯套需淬火處理。B、冷料穴設計兩次注射間隔間和塑料熔體注射前沿部分，由于塑料熔體的冷凝，會產生冷料，冷料穴可儲存這部分冷料，避免冷料進入模具型腔影響塑件質量。冷料穴必不可少，本模具中采用較為常用的帶Z形頭拉料桿的冷料穴。冷料穴長度取10mmC、分流道設計本模具采用一模四腔結構，需有分流道存在。由于塑料冷卻會在流道管壁形成凝固層，為使熔體能在流道中部暢通，分流道要求塑料熔體能在相同的溫度和壓力條件下，從各個澆口盡可能同時地進入并充滿模具型

8、腔。設計使分流道中心與澆口中心位于同一直線上，故采用圓形截面，其優點有：比表面積最小，料流阻力小，壓力損失小，流道中心冷凝慢，有利于保壓。但是加工難度稍大。其分流道直徑取D=6.5mm。分流道布置如圖所示。 D、澆口設計澆口連接分流道和模具型腔，具有兩方面的作用：首先，控制塑料熔體流入型腔；其次，保壓過程結束后，注射壓力撤銷，澆口首先固化，以封鎖型腔，避免腔中未冷卻的塑料倒流。根據型腔排布，和塑件成型工藝，采用側澆口較為合理。開設澆口在分型面上，選擇矩形側澆口，使加工容易，且便于試模時再進行修正。矩形側澆口的大小由其厚度、寬度和長度決定。側澆口厚度：h=nt 公式(3-1) h=nt=0.64

9、=2.4mm側澆口寬度：b=nA30 公式(3-2) b=nA30=0.67.54104/230=3.8mm，取4mm式中：t-塑件壁厚，mm n-系數，ABS取為0.6 A-塑件外表面面積，mm2由于該澆口屬于一般側澆口，根據經驗數據，澆口長度為2.5mm。（4）成型零部件的結構設計ABS塑件的平均收縮率為：Scp=0.5，采用劈塊，凸模結構如下所示，根據塑件尺寸85查表取塑件尺寸精度等級MT5，模具制造公差等級IT11。A、塑件型芯徑向尺寸：lm=ls+lsScp+x-z0 公式(3-3)ls-塑件內形尺寸；-塑件公差值；lm-型芯基本尺寸；z-型芯制造公差，取1/4x-系數，中小型塑件取

10、3/4彎頭連接口型芯直徑：塑件內形基本尺寸75.4mm，公差0.46mmlm1=ls1+ls1Scp+x1-z10=75.4+75.40.005+340.46-0.120=76.12-0.120彎頭內徑處型芯直徑：塑件內形基本尺寸64mm，公差0.4mmlm2=ls2+ls2Scp+x2-z20=64+640.005+340.4-0.10=64.62-0.100B、塑件型芯高度尺寸：hm=hs+hsScp+x-z0 公式(3-4)hs-塑件內形尺寸；-塑件公差值；hm-型芯基本尺寸；、z-型芯制造公差，取1/3x-系數，中小型塑件取2/3彎頭連接口型芯高度：塑件內形基本尺寸36mm，公差0.3

11、2mmhm1=hs1+hs1Scp+x-z10=36+360.005+230.32-0.110=36.39-0.110彎頭內徑處型芯高度：塑件內形基本尺寸14mm，公差0.22mmhm2=hs2+hs2Scp+x-z20=14+140.005+230.22-0.070=14.22-0.070C、塑件型腔徑向尺寸：Lm=Ls+LsScp-x0+z 公式(3-5)Ls-塑件外形尺寸；-塑件公差值；Lm-型腔基本尺寸；z-型腔制造公差，取1/4x-系數，中小型塑件取3/4彎頭連接口型腔直徑：塑件外形基本尺寸85mm，公差1.3mmLm1=Ls1+Ls1Scp-x0+z1=85+850.005-341

12、.30+0.3=84.50+0.3彎頭90拐彎處塑件外形基本尺寸72mm，公差1.06mmLm2=Ls2+Ls2Scp-x0+z1=72+720.005-341.060+0.3=71.60+0.3D、塑件型腔深度尺寸：Hm=Hs+HsScp-x0+z 公式(3-6)Hs-塑件外形尺寸；-塑件公差值；Hm-型腔基本尺寸；z-型腔制造公差，取1/3x-系數，中小型塑件取2/3彎頭連接口型腔深度：塑件外形基本尺寸36mm，公差0.76mmHm=Hs+HsScp-x0+z=36+360.005-230.760+0.25（5）成型型腔壁厚計算A、矩形型腔側壁厚度計算：該模具采用整體式矩形型腔，其長邊側壁

13、厚度按下式計算：S=3Cph4E 公式(3-7)C-常數，與l/h有關，l/h=249/42.5=5.86，C=35.86425.864+961.44h-型腔深度，h=42.5mm；p-型腔壓力，根據p=Kp0，取壓力損耗系數K為0.4，則型腔壓力p=Kp0=0.4121Mpa=48.4MPa；E-模具鋼材的彈性模量E=2.1105MPa；-塑料制件所用材料的允許變形量，對ABS，=0.04mm；S=3Cph4E=31.4448.442.542.11050.04=30.2mm，取35mmB、矩形型腔底板厚度計算：按剛度條件計算，其公式如下：t=3Cpb4E 公式(3-8)C-常數，C=5.86

14、432(5.864+1)=0.03；t=30.0348.424942.11050.04=88.4mm，取90mm。（6） 脫模方式和推出機構設計為使推出機構簡單，可靠，設計使開模時模具留在動模，由于塑件在動模板和定模板上為外圓環形，不會因塑件的收縮而包緊在模板上。為簡化模具結構設計，采用常用的推桿脫模機構，該機構主要由推桿固定板、推板、推桿、復位桿等組成，其尺寸選擇根據GB/T 4169.1.-2006 GB/T 4169.18.-2006選取。（7）側向分型抽芯機構設計 模具結構常采用碳素工具鋼，斜導柱要求耐磨，采用T8鋼制造。A、抽芯距S 直角彎頭抽芯采用斜導柱完成側向分型抽芯，抽芯距等于

15、側孔深度加23mm余量。S=S0+23 公式(3-9) S=S0+23=95+3=98mmS0-側孔或側凹深度，mmB、脫模力F根據塑件壁厚4.8mm與平均直徑80mm的比值t/d=0.060.05，確定該塑件為厚壁制件，且其截面為圓環型截面，采用如下公式計算脫模力F=2rESL(f-tan)(1+K1)K2+0.1A 公式(3-10)F-脫模力；K1-無量綱系數，隨和而定，=r/,r為型芯平均半徑，為塑件平均壁厚，K1值可查相關表；K2-無量綱系數，隨f和而定，可查表選取；S-塑料平均成型收縮率，取0.005E-塑料的彈性模量；查表得ABS為1800MPa；L-塑件對型芯的包容長度，mm；f

16、-塑件與型芯之間的摩擦因素，查表得ABS與鋼的摩擦因素為0.21；-模具型芯脫模斜度，查表取1；-塑料的泊松比，ABS為0.39；A-盲孔塑件型芯在垂直于脫模方向上的投影面積，mm；本零件的型芯為階梯型芯對拼，每個型芯均有兩部分被塑件包緊，其參數列于下表：代入數據得，F1=238.0618000.00536(0.21-tan1)1+0.39+7.4321.0035+0.14550.8=2140.2NF2=232.3118000.00514(0.21-tan1)1+0.39+7.631.0035+0.13279.6=872.1NF=F1+F2=2140.2+872.1=3012.3NC、斜銷傾斜

17、角度 若斜銷傾角過大，斜銷受力狀況差，傾角過小，又不利于開模，按實際生產經驗，選取斜銷傾角22，則最小開模行程：H=Scot 公式(3-11) H=Scot=98cot22=242.5mm斜銷工作長度L： 根據幾何關系，斜銷工作長度應大于L=Ssin 公式(3-12) L=Ssin=98sin22=262mmD、斜銷直徑抽芯時，斜銷受有彎矩作用，其最大值為：M=FL 公式(3-13)式中 F-斜銷受力L-斜銷有效工作長度。 F=23012.3cos22=6497.7N由材料力學可知圓形斜銷彎曲應力為w=MWw 公式(3-14)式中 w-斜銷抗彎截面系數，對于斜銷，其截面系數，W=132d3=0

18、.1d3；w-斜銷材料彎曲許用應力。對T8鋼，取200MPa由此，可得斜導柱直徑 d=3FL0.1w=33248.9450.1200=24.45mm取d=25mm。（8）冷卻系統設計 為控制模具溫度穩定，冷卻系統必不可少，通過控制水道出口和入口的溫度，以及水路流速，可以控制單位時間內帶走的熱量，以達到穩定模溫的目的。根據單個塑件的質量170.75g，成型周期54s，可以算得，該注射模產量為170.7541.2360054=55kg/h求塑件固化時每小時釋放的熱量Q查得ABS塑料的單位熱流量Q1=3.1104.010kJ/kg取3.6x10kJ/kg計算，Q=WQ1=553.610=1.9104

19、kJ/h求冷卻水的體積流量忽略空氣對流、熱輻射以及注射機傳導的熱量，模具冷卻時所需冷卻水體積流量按式(3-15)計算：qv=WQ1c1(1-2) 公式(3-15)式中qv-冷卻介質的體積流量，m/min；W-單位時間（每分鐘）內注入模具中的塑料質量，kg/min；Q1-單位重量的塑件在凝固時所放出的熱量，kJ/kg；-冷卻介質的密度，kg/m；c1-冷卻介質的比熱容，KJ/（kg）；1-冷卻介質出口溫度，；2-冷卻介質入口溫度，；參考同類模具，選取25的水作為冷卻介質，其出口溫度為28，水呈湍流狀態，根據表2-2，模具平均溫度50，則，qv=1.9104/601034.187(28-25)=2

20、.3810-2m/min查表3-2，為使得冷卻水處于湍流狀態，取d=10mm。求冷卻水在管道內的流速v其計算公式如下，v=4qvd2 公式(3-16)式中v-冷卻介質的流速，m/s；qv-冷卻介質的體積流量，m/s；d-冷卻管道的直徑，m。v=42.3810-2(10/1000)260=5.05m/s求冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱膜系數h冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱膜系數h計算公式如下：h=4.187f(v)0.8d0.2 公式(3-17)式中f-與冷卻介質溫度有關的物理系數；-冷卻介質在一定溫度下的密度，kg/m；v-冷卻介質在圓管中的流速，m/s；d-冷卻管道的直徑，m。以平均水溫

21、25選擇f值6.48h=4.1876.48(0.9961035.05)0.8(10/1000)0.2=6.23104kJ/(m2h)求冷卻管道總傳熱面積A冷卻管道總傳熱面積可按下式計算A=60WQ1h 公式(3-18)式中h-冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱膜系數，kJ/(mh)；-模溫與冷卻介質溫度之間的平均溫差，。 A=601.8104/606.2310450-(25+28)/2=0.02m2求模具上應開設的冷卻管道的孔數開設孔數可按下式計算n=AdL 公式(3-19)式中L-冷卻管道開設方向上模具長度或寬度；n=0.021010005161000=2工藝設計、設備 根據UG模擬制件功能塑

22、件 體積：162.62 cm3質量：170.75g注射成型時，模具定模板與注射機定模板相連，動模板則對應安裝在注射機動模板上，由鎖模裝置合模鎖緊，注入熔融塑料。為提高直角彎頭加工效率，結合該零件本身結構特性，采用多型腔模具，定型腔數為4。 根據制品的體積及質量來確定所需注射機的注射量。塑件總體積=型腔數X每腔塑件體積Vs=4v 公式(2-1)Vs=4v =4162.62cm3=650.48cm3以澆注系統凝料為塑件體積的20%估算，V=0.2V 公式(2-2)V=0.2650.48cm3=130cm3V=Vs+V=780.48cm3設計模具時，必須控制一個注射成型周期內所注射的塑料熔體容量在注

23、射機額定注射量的80%以內，考慮澆注系統中也存在一部分塑料熔體，按其為塑件體積的20%估算，注射機的注射量780.48cm3/0.8=975.6cm3為使制件推出后能自動落下，同時便于操作加料，選用臥式注射機。根據注射量，初選XS-ZY-1000型注射機，其主要技術參數如下表：確定工藝參數3.3.2生產線的配置月產量:5萬個/月根據成型周期和月產量，需要3臺注射機生產成本分析密度1.04g/cm3，四型腔，4170.75=683g，凝膠量20%683g（1+20%）=819.6g，總體積V=650.48cm3總量819.6g（50000件/4）=10245000g=10.245噸9200元/噸，10.245噸9200元/噸=94254元材料損耗3%，94254/(1-3%)=97169元選用注