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圆环盖注射模课程设计说明书
摘要
本次课程设计主要是针对圆形透盖的注射模具设计,该圆形透盖材料为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS），是工业生产中常见的一种产品。
通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注射模。
该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核等都有详细的设计。
通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。
根据题目设计的主要任务是圆形透盖注射模具的设计，也就是设计一副注射模具来生产塑件产品，以实现自动化提高产量。
针对塑件的具体结构工艺性要求，该模具是双分型面注射模具。
关键词：
ABS、注射成型、浇注系统、冷却系统、双分型面
第1章塑件的工艺性分析……………………………………………………1
1.1塑件的几何形状分析………………………………………………………1
1.2塑件原材料的成型特性分析………………………………………………1
1.3塑件的结构工艺性分析……………………………………………………2
1.3.1塑件的尺寸精度分析……………………………………………………2
1.3.2塑件的表面质量分析……………………………………………………2
1.3.3塑件的结构工艺性分析…………………………………………………2
第2章成型设备选择与模塑工艺参数……………………………………3
2.1塑件的体积计算……………………………………………………………3
2.2型腔数量选择………………………………………………………………3
2.3注射机的初步选择…………………………………………………………3
2.4塑件模塑成型工艺参数的确定……………………………………………4
第3章注射模的结构设计……………………………………………………5
3.1成型方法的确定……………………………………………………………5
3.2分型面的选择………………………………………………………………5
3.3浇注系统的设计……………………………………………………………6
3.3.1主流道的设计……………………………………………………………6
3.3.1.1主流道的尺寸………………………………………………………6
3.3.1.2主流道衬套的形式…………………………………………………6
3.3.1.3主流道衬套的固定…………………………………………………7
3.3.2分流道的设计……………………………………………………………7
3.3.3浇口的设计………………………………………………………………8
3.4排气槽的设计………………………………………………………………9
3.5脱模机构的设计……………………………………………………………9
3.6导向与定位机构的设计……………………………………………………9
3.7冷却系统的设计……………………………………………………………10
第4章成型零件的设计………………………………………………………11
4.1成型零件应具备的性能……………………………………………………11
4.2成型零件的结构设计………………………………………………………11
4.2.1型腔结构设计……………………………………………………………11
4.2.2型芯结构设计……………………………………………………………12
第5章成型零件的工作尺寸计算…………………………………………13
5.1型腔工作尺寸计算…………………………………………………………13
5.1.1型腔径向尺寸计算………………………………………………………13
5.1.2型腔深度尺寸计算………………………………………………………13
5.2型芯工作尺寸计算…………………………………………………………14
5.2.1型芯径向尺寸计算………………………………………………………14
5.2.2型芯高度尺寸计算……………………………………………………15
5.3型腔壁厚计算………………………………………………………………15
5.3.1整体式圆形型腔侧壁厚计算…………………………………………15
5.3.2整体式圆形型腔底板厚度计算………………………………………16
第6章注射机有关参数的校核……………………………………………17
6.1注射机最大注射量的校核…………………………………………………17
6.2锁模力的校核………………………………………………………………17
6.3模具闭合高度的确定与校核………………………………………………17
6.3.1模具闭合高度的确定…………………………………………………17
6.3.2模具安装部分的校核…………………………………………………17
6.4开模行程的校核……………………………………………………………18
第7章模具总装配图…………………………………………………………19
结束语……………………………………………………………………………20
参考文献…………………………………………………………………………21
第1章塑件的工艺性分析
1.1塑件的几何形状分析
材料：
ABS
生产批量：
大批量图1.1零件图
本塑件为圆形件，尺寸中等，结构简单。
考虑到该塑件的精度要求较低，结合其材料的性能，故选一般精度等级为MT5级精度。
1.2塑件原材料的成型特性分析
ABS是目前产量最大，应用最广的工程塑料。
ABS是不透明非结晶型聚合物，无毒，无味，密度为1.02-1.05g/cm3,ABS具有突出的力学性能，坚韧，坚固；易于成型和机械加工，成型塑料有较好的光泽，经过调色可配成任何颜色。
ABS可采取注射，挤塑，吹塑真空成型机表面涂饰等多种成型加工方法。
ABS成型性能如下：
（1）易吸水，成型加工前需进行干燥处理，表面光泽要求高的塑件需长时间预热干燥。
（2）比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。
（3）顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度宜取2o
以上。
（4）易产生熔接痕，模具设计时应尽量减少浇注系统对料流的阻力。
（5）宜采用高料温，高模温，高注射压力成型。
1.3塑件的结构工艺性分析
1.3.1塑件的尺寸精度分析
该塑件取SJ5级精度，则塑件的主要尺寸公差如下：
塑件外形尺寸：
Ф51
mm、Ф38
mm、26
mm
塑件形尺寸：
Ф44
mm、Ф20
mm
1.3.2塑件的表面质量分析
该塑件要求表面无凹痕、气泡、划痕，而表面无特殊要求。
1.3.3塑件的结构工艺性分析
从图1.1中可知，该塑件外形为圆形盖，圆角过渡且无尖角存在，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。
塑件型腔中等。
该塑件为方便开模分型，取分型面于盖下边缘平齐。
综上所述，该塑件可采用注射成型加工。
第2章成型设备选择与模塑工艺参数
2.1塑件的体积计算
通过三维造型可获得塑件的体积为：
V件=21.50cm3
2.2型腔数量选择
采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧，以方便浇口排列和模具的平衡。
2.3注射机的初步选择
塑件成型所需的注射总量应小于所选注塑机的注射容量。
注射机的注射容量可按以下公式计算：
V注=1.5nV件/0.7
式中：
V件—单个塑件的体积（cm3）
V注—注射机的注射容量（cm3）
n—塑件的数量
可知V注=1.5×2×21.50/0.7=92.10cm3
查塑料模具技术手册，初选注塑机为螺杆卧式xs-zy-125型，其主要参数如下：
理论注射容量：
100cm3移模行程：
220mm喷嘴球半径：
SR20mm
锁模力：
450KN最大模具厚度：
300mm喷嘴孔直径：
Ф4mm
注射压力：
170MPa最小模具厚度：
100mm螺杆转速：
30r/min
注射速率：
60g/s锁模形式：
双曲肘
拉杆间距：
280mm×250mm螺杆直径：
Ф30mm
塑化能力：
5.6g/s模具定位孔直径：
Ф55mm
2.4塑件模塑成型工艺参数的确定
ABS注射成型工艺参数见下表,试模时,可根据实际情况作适当调整
表2-1注射成型工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
预热和干燥
温度（℃）:
80-85
成型时间（s）
注射时间
20-90
时间（h）:
2-3
高压时间
0-5
料筒温度（℃）
后段
150-170
冷却时间
20-120
中段
165-180
总周期
50-220
前段
180-200
螺杆转速（r/min）
30
喷嘴温度（℃）
170-180
后处理
方法
红外线灯烘箱
模具温度（℃）
50-80
温度（℃）
70
注射压力（Mpa）
60-100
时间（h）
2-4
第3章注射模的结构设计
3.1成型方法的确定
塑件采用注射成型，为了保证塑件的表面质量，采用点浇口进行浇注，因此模具应采用双分型面结构（三板式结构）。
3.2分型面的选择
分型面的选择原则：
1.分型面应选在外形最大轮廓线上
2.应该尽量减少塑件在分型面上的投影面积
3.考虑到排气的效果
4.保证塑件的形状与尺寸精度要求
5.满足试件的外观质量要求
6.应尽可能的使试件开模后留在动模一侧
7便于模具加工
8.对侧向型芯的影响
综上所述，由于该塑件形状规则，则其分型面的位置如下：
图3.1分型面的选择
3.3浇注系统的设计
3.3.1主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。
喷嘴球半径:
R=21mm
喷嘴孔直径:
d=Ф4mm
3.3.1.1主流道的尺寸
主流道通常设计在浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角α为2～6o，流道表面粗糙度Ra≤0.8μm，小端直径d比注射机喷嘴直径大0.5～1mm。
现取锥角α=4mm，小端直径比喷嘴直径大1mm。
浇口套一般采用碳素工具钢材料制造，热处理淬火硬度50～55HRC。
由于小端的前面是球面，其深度为3～5mm（现取为3mm），注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大1～2mm。
浇口套与模板间配合采用H7/m6的过渡配合。
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
主流道小端尺寸为4mm。
3.3.1.2主流道衬套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。
常用浇口套分为浇口套、定位圈整体式和浇口套与定位圈单独分开两种，由于注射机的喷嘴球半径为20mm，所以浇口套的为SR21mm。
主流道衬套的计算公式如下：
D=d+（0.5～1）mm
R2=R1+（0.5～1）mm
式中D—主流道衬套小端喷嘴直径（mm）
d—机床喷嘴直径（mm）
R2—主流道衬套喷嘴球半径（mm）
R1—喷嘴球半径（mm）
图3.2主流道衬套
3.3.1.3主流道衬套的固定
因为采用的为分开式,所以用定位圈配合固定在模具的面板上。
定位圈的外径为Φ100mm，径Φ35mm。
具体结构如下图所示。
图3.3定位圈
3.3.2分流道的设计
分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关.该塑件的体积比较大但形状并不复杂,且壁厚均匀,可以考虑采用多点进料的方式,缩短分流道的长度,有利于塑件的成型和外观质量的保证.从便于加工的方面考虑,采用截面形状为U形的分流道.查有关的手册,选择R=5.5mm.由于
分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
分流道设计原则如下：
1）分流道对熔体的阻力要小，分流道转折处应以圆弧过渡。
2）各型腔均衡进料，各分流道的截面积和长度都要对应相等，各支分流道长度应一致，并尽量取短，平衡式布置的分流道能满足这点。
3）表面粗糙度要求达到Ra0.8为宜。
4）分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。
5）通常分流道开设在模具的一边，有利于开模时将流道凝料脱出。
6）分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并利用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及填充。
本设计采用U型断面分流道，切削加工在一块模板上，加工容易实现，且表面积不大，热量损失和阻力损失不太大。
取ABS的分流道直径为5.5mm。
对于壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的长度。
D=0.2654W1/2L1/4（mm）式（3-1）
式中D—分流道的直径（mm）
W—塑件的质量（g）
L—分流道的长度（mm）
从而求得L=36mm
3.3.3浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。
浇口的主要作用是：
（1）型腔充满后，熔体在浇口出首先凝结，防止其倒流；
（2）易于切除浇口凝料；（3）对于多型腔模具，用于平衡进料。
浇口截面积通常分流道截面积的0.03～0.09。
浇口截面形状有矩形和圆形两种。
浇口长度约为0.5～2mm左右。
浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
对于圆形盖塑件，采用点浇口，其浇口位置选择如下图所示，同时不容易产生熔接痕，并有利于型腔排气。
3.4排气槽的设计
从某种意义讲，注射模也是一种置换装置，即塑料熔体进入模腔，同时置换出模腔的空气。
实际上模具的空气并不局限于型腔，特别是三板式注射模，不能忽视存在于流道中的空气。
此外，塑料熔体会产生微量分解的气体。
这些气体必须及时排出。
对于小型模具，可利用分型面间隙排气，但分型面须位于熔体流动末端。
3.5脱模机构的设计
根据塑件的形状特点,模具大部分型芯在动模部分，开模后，塑件由于型芯的包紧力留在动模一侧，其推出机构可选择推板推出和推杆推出机构。
由于推杆推出简单,推出平稳可靠,故采用简单推杆推出机构推出塑件。
3.6导向与定位机构的设计
任何一副模具在定、动模之间都设有导向机构，其作用是：
定位作用、导向作用、承载作用、保持运动平稳作用等。
导柱：
通常采用带头导柱。
导套：
通常采用带头导套和带肩导套。
导柱、导套选取时注意事项如下：
1.合理布置导柱位置，导柱中心至模具外缘至少有一个导柱直径的厚度；导
柱不应设在矩形模具四角的危险端面上。
通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。
导柱布置方式常采用不等直径对称布置或等直径不对称布置。
2.导柱工作部分长度应比型芯端面高出6～8mm，以确保其导向和引导作用。
3.导柱工作部分的配合精度采用H7/f7；导柱固定部分配合精度采取H7/k6；
导套外径的配合精度采取H7/k6。
配合长度通常取配合直径的1.5～2倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，并降低加工难度。
4.导柱与导套应具有足够的耐磨性，多采用低碳钢经渗碳淬火处理，其硬度为HRC48～55；也可采用T8或T10碳素工具钢，经淬火处理。
导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4，固定部分为Ra0.8；导套外圆柱面表面粗糙度取为Ra0.8为妥。
5.导柱头部应制成截锥形或球头形；导套的前端也应倒角，一般倒角半径为1～2mm。
6.导柱可以设置在动模一侧或定模一侧，设在动模一侧可以保护型芯不受损坏，设在定模一侧便于塑件脱模。
3.7冷却系统的设计
设计冷却通道时，应遵循如下原则：
1.冷却水道数量尽可能多，孔径尽可能大。
2.冷却水孔至型腔表面的距离尽可能相等。
3.强化浇口处的冷却。
4.降低冷却水出入口处的温度差。
5.冷却水道应避免设在塑件熔接痕处。
6.合理确定冷却水接头位置。
综合上述原则，冷却水道布置如下图所示。
图3.5冷却水道的布置
第4章成型零件的设计
4.1成型零件应具备的性能
由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，它必须具有如下一些性能：
1.具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高压。
2.具有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损。
通常应进行热处理，使其硬度达HRC40以上。
3.材料的抛光性能好，表面应光滑美观。
表面粗糙度要求应在Ra0.4以下。
4.切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好。
5.熔焊性能好，以便于修理。
6.成型部位须有足够的尺寸精度。
4.2成型零件的结构设计
4.2.1型腔结构设计
型腔用于成型塑件的外表面，由于圆形盖形状简单，所以采用整体式型腔。
如图所示。
图4.1型腔结构
4.2.2型芯结构设计
型芯用来成型塑件的表面，可采用组合式型芯，其结构简图如下图所示。
图4.2型芯结构图
第5章成型零件的工作尺寸计算
5.1型腔工作尺寸计算
5.1.1型腔径向尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3；取x=0.75。
凹模型腔径向尺:
式（4-10）
式中：
-凹模径向尺寸（mm）
Ls-塑件径向工称尺寸（mm）
-塑件的平均收缩率为0.55%
Δ-塑件的公差值（mm）
δz–模具的制造公差（mm）
=51
mm
5.1.2型腔深度尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3；取x=
。
凹模型腔深度尺寸：
式（4-11）
式中：
—凹模深度尺寸（mm）
—塑件高度公称尺寸（mm）
=26
mm
5.2型芯工作尺寸计算
5.2.1型芯径向尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3；取x=0.75。
型芯的径向尺寸：
式（4-12）
式中：
—型芯径向尺寸（mm）
—塑件径向公称尺寸（mm）
δz—型芯制造公差（mm）
=24
mm
=44
mm
=30
mm
=36
mm
5.2.2型芯高度尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3；取x=
。
型芯的高度尺寸：
式（4-13）
式中：
—型芯高度尺寸（mm）
—型芯深度尺寸（mm）
=8
mm
=22
mm
5.3型腔壁厚计算
5.3.1整体式圆形型腔侧壁厚度计算
刚度计算：
式（3-32）
式中：
S—圆形型腔侧壁厚度（mm）
r—型腔半径，可取塑件半径（mm）
P—型腔压力（MPa）
E—模具材料的弹性模量（MPa），碳钢为
（MPa）
[δ]—刚度条件，即允许变形量（mm）
强度计算：
式（3-33）
式中：
[σ]—模具材料的许用应力（MPa）[σ]=160MPa
综合上述计算可知，型腔侧壁厚度需S≥6.6mm。
5.3.2整体式圆形型腔底板厚度计算
刚度计算：
式（3-36）
强度计算：
式（3-37）
综合上述计算可知，型腔底板厚度需h≥9.42mm。
第6章注射机有关参数的校核
6.1注射机最大注射量的校核
为确保塑件质量，注射模一次成形的塑料重量应在公称注射量的35%～75%
围，最大可达80%，最低不应低于10%。
既保证塑件质量，又充分发挥设备的
能力，选在50%～80%围为好。
75.73/100=75.73%，正好在围，所以XS-ZY-125型注射机选取的比较
合适。
6.2锁模力的校核
锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。
注射机锁模力的校核关系式为：
F≥kpA式（3-108）
式中F—注射机的锁模力，查相关表得XS-ZY-125型注射机的锁模力为450kN；
k—压力损耗系数，一般取1.1～1.2；
p—型腔熔体的压力，本塑件p=30MPa；
A—塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，
本模具A=908.706+1052.40=1961.106mm2
计算得kpA=1.2×p=46.7mpa
故注塑机的锁模力足够，满足锁模要求
6.3模具闭合高度的确定与校核
6.3.1模具闭合高度的确定
动模座板H动=25mm、垫块H垫=70mm、支承板H支=30mm、动模板H动模板=45mm、
定模板H定模板=35mm、垫板H垫板=20mm、定模座板H定=30mm
模具高度:
H闭=H动+H垫+H支+H动模板+H定模板+H垫板+H定=25+70+30+45+35+20+30=255mm
6.3.2模具安装部分的校核
该模具的外形尺寸为300mm×250mm，XS-ZY-125型注射机最大安装尺寸为
498mm×420mm,故能满足模具的安装要求。
由于XS-ZY-125型注射机所允许模具的最小厚度Hmin=100mm,最大厚度Hmax=300mm,即闭合高度满足Hmin≤H闭≤Hmax的安装条件。
所以XS-ZY-125型注射机满足模具安装要求。
6.4开模行程的校核
经查资料可知XS-ZY-125型注射机的最大开模行程为S=220mm,满足下式计算所需的出件要求：
S>H1+H2+a+（5～10）mm=30+25+57+10=122mm式（3-112）
式中：
a—定模座板与定模型腔板分开的距离（mm）
综上：
根据计算及经验得出结论，XS-ZY-125型注射机能，满足使用要求。
第7章模具总装配图
图7.1模具装配图
结束语
经过三周的课程设计，从中收获了一定知识，同时也积累了一些课程设计所需掌握的经验，对注射模有了更一步的了解，为以后的工作奠定了一定的专业基础。
设计阶段初期，由于对课程任务不是太了解，导致不知道从何处下手。
借阅资料以及查相关设计手册后，对此次课设设计才有了初步的认识。
接着从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核等进行详细的设计。
通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。
虽然在课程设计中遇到了一些问题，但在老师的悉心指导以及同学的帮助下，还是圆满的完成了此次课程设计。
参考文献
1.王文平主编.《塑料成型工艺与模具设计》大学2005
2.《塑料模设计手册》编写组.塑料模设计手册（第2版）
机械工业，1997.5
3.宋玉恒.塑料注射模具设计实用手.航空工业，1994.8
4.《塑料模设计书册》编写组.模具制造手册（第2版），1997.1
5.阎亚林主编.塑料成型工艺及模具
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