塑料模具课程设计说明书.docx
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塑料模具课程设计说明书
目录
第1章工艺计算..................................................................................................................1
1.1塑料件设计图.............................................................................................................1
1.2塑件分析...................................................................................................................2
1.3注射机的型号和规格选择及校核...........................................................................3
第2章结构设计................................................................................................................5
2.1浇注系统的设计...........................................................................................................5
2.2型腔排布及分型面选择.............................................................................................7
2.3成型零件工作尺寸计算...............................................................................................8
2.4导向及脱模机构.......................................................................................................13
小结..........................................................................................................................................16
参考文献………………………………………………………………………………………17
第1章工艺计算
1.1塑料件设计图
图1-1塑料零件图（t=3mm）
1.制品的设计要求
本次设计制品的用途是板体，结构简单，对称分布，对精度无太大要求，强度要求适中。
2.制品的生产批量
本制品为大规模生产，为缩短生产周期、节约成本，采用一模两腔。
3.制品的尺寸与公差
两孔间尺寸精度为MT3级，其他无公差要求为MT5级。
4.制品体积估算
由分析，可得塑件的体积为8.17cm3。
1.2塑件分析
材料：
聚乙烯（PE）
1.PE性能分析
聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。
按聚合时采用的压力不同可分为高压、中压和低压三种。
低压聚乙烯的分子链上支链较少，相对分子质量、结晶度和密度较高，所以低压聚乙烯比较硬，耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。
高压聚乙烯分子带有许多支链，因而相对分子质量较小，结晶度和密度较低，且具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性。
聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。
密度为0.91~0.96g/cm
，为结晶型塑料。
聚乙烯有一定的机械强度，但与其他塑料相比其机械强度低，表面硬度差。
聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。
聚乙烯有高度的耐水性，长期接触水其性能保持不变。
聚乙烯透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。
聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。
一般高压聚乙烯的使用温度在80
C左右，低压聚乙烯为100
C左右。
聚乙烯能耐寒，在-60
C时仍有较好的力学性能，-70
C时仍有一定的柔软性。
低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载力不高的零件，如齿轮、轴承等;高压聚乙烯常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。
表1-1注射成型机的技术规范
注射机类型：
柱塞式
螺杆转速：
40-80r/min
喷嘴温度：
90-100℃
料筒前端温度：
----
料筒后端温度：
40-50℃
料筒中端温度：
----
注射压力：
60-100MPa
模具温度：
60-70℃
注射时间12-60s
高压时间：
0-3s
冷却时间：
15-60s
成型周期：
40-130s
成型收缩率：
1.5%-3.6%
2.成型特性
聚乙烯成型时，在流动方向与垂直方向上的收缩差异很大。
注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生变形，并使塑件浇口周围部位的脆性增加；聚乙烯收缩率的绝对值较大，成型收缩率也较大，易产生缩孔；冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀；质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。
1.3注射机的型号和规格选择及校核
注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具是应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号
1.注射机的确定
由分析，可得锁盖件的体积为8.17cm3，考虑到设计为2腔，加上浇注系统的冷凝料，查阅塑料膜设计手册的国产注射机技术规范及特性，可以选择XS-Z-30。
表1-2注射机成型规格
理论注射容积（cm3）
30
螺杆直径（mm）
28
注射压力（MPa）
119
注射速率（g/s）
塑化能力（g/s）
35
螺杆转速（r/min）
0~200
锁模力（KN）
250
拉杆有效距离（mm）
220*300
移模行程（mm）
160
模具最大厚度（mm）
180
模具最小厚度（mm）
60
锁模形式
模具定位孔直径（mm）
55
喷嘴球半径（mm）
SR12
喷嘴口空孔径（mm）
4
模板尺寸（mm）
160*250
2.注射压力校核
P注=60-100MPaP公=119MPa；P公≥P注满足条件这里选80MPa。
3.锁模力校核
锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。
为此，注射剂的额定锁模力必须大于该胀型力，即：
——注射机的额定锁模力（N）；
——模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa）；一般为注射压力的0.3-0.65倍，通常取20-40MPa。
这里选
=40MPa；
——塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和（
）；由分析，可得投影面积27
，浇注系统的投影面积不超过10
；
小于250KN，符合要求。
4.开模行程校核
对于具有液压-机械式合模机构的注射机，其最大开模行程是由肘杆机构的最大行程所决定的，而不受模具厚度影响，因此本次设计中，开模行程与模具厚度无关，且为单分型面注射模，则所需开模行程H为：
式中，
——塑件推出距离（mm）；
——包括浇注系统在内的塑件厚度（mm）；
——注射机最大开模行程（mm）；
这里通过资料可得：
第2章结构设计
2.1浇注系统的设计
1.浇注系统的组成
所谓注射模的浇注系统是指主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。
其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。
因此，浇注系统十分重要。
而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。
这里选用普通浇注系统，它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。
2.浇注系统各部件设计
主流道通常设计成圆锥形，其锥角
，内壁表面粗糙度一般为
。
这里取
；
为防止主流道与喷嘴处溢料，喷嘴与主流道对接处紧密对接，主流道对接处应制成半球形凹坑，且
半径：
；
小端直径：
；
凹坑深：
h=3~5mm，这里取h=3.5mm；图2-1浇口套
为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径1~3mm；
在保证塑料良好成型的前提下，主流道长度L应尽量短。
通常由模板厚度确定，一般取
；这里上标准模架，并考虑塑件厚度，取L=43.5mm；
由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此将主流道制成可拆卸的主流道衬套，便于优质钢材加工和热处理,这里取A型衬套，如图三，且衬套大端高出定模端面H=5~10mm，起定位环作用；
3.冷料穴
为储存两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷料，防止熔体冷料进入型腔，设计冷料穴。
主流道冷料穴设计成带有拉料杆的冷料穴，冷料穴的孔设计成倒锥形，凝料推杆固定在推出固定板上。
开模时靠倒锥起拉料作用，然后由推杆强制推出，这种冷料穴取凝料不需要侧向移动，易实现自动化操作。
4.分流道
1.分流道截面形状
为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用圆形截面；
2.分流道截面尺寸
制品壁厚大于3mm，故不能采用课本公式6-1进行计算。
根据：
，取分流道截面直径5mm；
3.分流道长度
分流道长度应尽量短，且少弯折，这里取20mm；
4.分流道表面粗糙度
分流道表面不要求太光洁，表面粗糙度通常取
，可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层，有利于保温；
5.分流道的布置
模具为一模两腔，采用平衡式布置，在动模板和定模板上均开有分流道，如图五；
5.浇口
浇口是连接流通与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着调节控制料速、补料时间及防止倒流等作用，如图。
根据浇口的设计原则，选择矩形侧浇口。
其广泛应用于中小型塑件的多型腔注射模，截面形状简单，便于修正。
一般侧浇口的厚度为0.5~1.5mm,宽度为1.5~5.0mm,浇口长度为1.5~2.5mm。
据经验公式计算：
侧浇口厚度，其中
n为系数，参考课本表6-4取n=0.7；t为塑件壁厚，这里取t=5mm；则h=3.5mm，明显大于通常尺寸，这里取h=2mm；
由经验数据可得，侧浇口宽度与厚度的比例大致是3:
1，则宽度b=6mm；
浇口长度这里取2mm；
图2-2浇口
2.2型腔排布及分型面选择
1.分型面
1.分型面的形式
分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气系统、浇口形式等有关，我们常见的形式有如下五种：
水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面；
2.分型面的选择
图2-3分型面
根据教材塑件的分型面应取在位于塑件截面尺寸最大的部位。
按塑件结构，分型面选在塑件端面，垂直于开模方向，型芯设在动模，开模后塑件包在型芯上留在动模，符合分型面设计原则，便于脱模，保证制件精度，简化模具结构；
2.型腔
1.型腔数目的确定
为了使模具与注射机的生产能力匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用方法有4种：
a）、按注射机的额定注射量确定型腔数；b）、按注射机的额定锁模力确定型腔数；c）、按制品的精度要求确定型腔数；d）、按经济性确定型腔数；
由于是大批量生产，这里选用d）进行确定，并按a）校核，过程如下：
设型腔数目为n，制品总件数为N，每一个型腔所需的模具费用为
，与型腔无关的模具费用为
，每小时注射制品成型的加工费用为y（元/h），成型周期为t（min），则：
模具费用为
；
成型加工费用为
；
总成型加工费为
；
为使总成型加工费最小，令
，则：
。
对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过4个，以及模具制造成本、制造难度和生产效率的综合考虑，型腔数初定为2腔；
之前计算每个塑件体积为
，考虑到为两腔，并计算流道凝料，总体积小于注射机理论注射容积，符合要求。
2.型腔排布方式确定
由于塑件属于小型塑件又要满足大批量生产要求，为使模具制造简便，综合考虑浇注系统、模具结构等因素，拟采用平衡布置。
2.3成型零件工作尺寸计算
1.凹模的结构设计
凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。
根据需要有以下几种形式：
整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，本次产品属于小型制件，从各方面分析，我们选用整体式凹模。
2.凸模的结构设计
凸模（型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。
我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模——整体装配式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成
3.成型零部件尺寸计算
1.平均收缩率
制品原料为PF，收缩率为1.5%~3.6%，则：
平均收缩率
；
2.塑件轴向公差
根据塑件轴向尺寸5mm，精度等级MT5，查表7-2得模具制造公差为IT-11，查标准公差GB1800-79得模具制造误差
；
3.凹模深度
塑件高度5mm，由公式：
得：
型腔深度
；
4.凸模高度
塑件高度3mm，由公式：
得：
型芯高度
；
5.塑件径向公差
根据塑件长度116mm，宽度40mm，平均径向尺寸78mm，精度等级MT5，查表7-2得模具制造公差为IT-11，查标准公差GB1800-79得模具制造误差
；
6.型腔径向尺寸
塑件长度58mm，宽度30mm，由公式：
得：
长度方向
宽度方向
4.标准模架选用
图2-4250*L标准模架A2
根据塑件尺寸及型腔排布方式，选择250*LA2型标准模架，如图七；
查阅GB/T12556.1-90，确定各部件尺寸如下：
1.定模座板
尺寸315*250，厚度20mm
主流道衬套固定孔与其为H7/m6过渡配合；通过4个Φ10的内六角螺钉与定模固定板连接；
2.定模板
尺寸250*250，厚度25mm
上面的型腔为整体式；其导体固定孔与导柱为H7/m6过渡配合；
3.动模板
尺寸250*250，厚度25mm
导柱孔与导柱采用H7/m6配合；
4.动模垫板
尺寸250*250，厚度40mm
垫板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板，它的作用是防止型腔、型芯、导柱或顶杆等脱出固定板，并承受型腔、型芯或顶杆等的压力，因此它要有较高的平行度和硬度。
一般采用45钢，经热处理235HB或50钢、40Cr、40MnB等调质235HB，或结构钢Q235~Q275。
还起到了支撑板的作用，其要承受成型压力导致的模板弯曲应力；
5.垫块
尺寸32*250，厚度50mm
6.推出固定板
尺寸94*250，厚度16mm
固定推杆；
7.推板
尺寸94*250，厚度20mm
8.动模座板
尺寸315*250，厚度20mm
用于固定型芯（凸模）、导套。
为了保证凸模或其他零固定稳固，固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230~270HB；导套孔与导套为H7/m6或H7/k6配合；型芯孔与其为H7/m6过渡配合。
5.成型型腔壁厚校核
由于酚醛塑料需要早酚醛树脂中加入填料以改性，因此粘度不易确定，参考课本表7-7，这里取许用溢料间隙
；
1.型腔侧壁厚校核
由侧壁厚计算公式：
式中：
h——型腔内壁受压部分高度，mm；
p——塑料熔体对型腔的压力，MPa；
E——型腔材料的弹性模量，这里取
；
C——常数，查表7-8，这里取0.106；
计算得：
S=16.65
按强度进行校核时：
；
计算得：
，满足要求；
2.型腔底板厚度计算
刚度计算时，底板厚度为：
式中：
L——支脚间距，mm；
B——底板总宽度，mm；
计算得：
t=20.578
按强度条件计算时，底板厚度为：
计算得：
t=18.203，满足条件
取21mm.
6.排气及冷却系统
1.排气结构设计
排气是注射模设计中不可忽略的一个问题。
在注射成型过程中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热量可能使塑料烧焦。
这里利用模具的分型面以及推杆和型芯与模具的配合间隙排气，不需开设排气槽。
2.冷却系统设计
查阅资料得，PE的单位质量成型时放出的热300KJ/Kg~400KJ/Kg，取350KJ/Kg；
冷却水的体积流量：
；
查课本表10-1，冷却水管道直径，取d=8mm；
冷却水在管道中流速：
；
冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数：
；
冷却管道总传热面积：
；
模具上应开设的冷却管道孔数：
；
2.4导向及脱模机构
1.导柱导向机构
1.导柱
导柱往复运动过程受到较强的摩擦，应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不宜折断的内芯。
导柱的材料选用碳素工具钢（T8、T10）淬火处理，硬度为50~55HRC；
导柱直径尺寸按模具模板外形尺寸而定，查阅GB4196.4-84，选择导柱尺寸d=25mm；L=50mm；D=35mm；结构如图八。
导柱导向部分的长度比凸模端面的高度高出6~8mm；
导柱前端半球形，以使导柱顺利地进入导向孔；
导柱精度配合，如图九。
图2-5A型导柱图2-6导柱精度配合
2.导向孔
导向孔设计为通孔，便于排气。
直接在模板上开孔，适用于精度要求不高且小批量生产的模具；
导套前端有倒角，材料硬度低于导柱；
滑动部分按H8/f8间隙配合，外径按H7/m6过渡配合；
2.脱模机构
在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构。
1.脱模机构选用
由于该模具结构比较简单，采用推杆一次脱模机构。
因为此机构简单，具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较方便。
2.脱模机构的设计原则
1.保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观；
2.为使推出机构简单、可靠，开模时应使塑件留于动模；
3.推出机构运动要准确、灵活、可靠，无卡死于干涉现象；
3.推杆结构及形状
这里选用A型普通推杆，结构如图十；图十
4.脱模力的计算
由公式：
式中：
——无量纲系数；
——矩环形塑件的平均壁厚，mm；
S——塑料平均成型收缩率；
E——塑料的弹性模量，MPa；图2-7推杆
L——塑料对型芯的包容长度，mm；
f——塑件与型芯间的摩擦因数；
——模具型芯的脱模斜度，°；
——塑料的泊松比；
A——盲孔塑件型芯在垂直与脱模方向上的投影面积，
；
计算得：
F=148.2kN。
3.推出零件尺寸确定
1.推杆直径确定
由公式：
式中：
K——安全系数，取K=1.5；
L——推杆长度，这里为86mm；
n——推杆数目；
E——推杆材料弹性模量，MPa；
计算得：
d=6mm
进行强度校核：
，符合要求。
小结
通过对注塑模具的设计，对常用的塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了
更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计
模具具有了一次新的锻炼。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，参考各类书籍，同时在反复的
思考中不断深化对各种理论知识的理解，模具CAD技术是模具传统设计方式的革
命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。
以
计算机为手
段，模具分析设计软件为工具设计模具。
软件可直接调用数据库中模架尺寸，
金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得模板及模腔与型芯形
状尺寸，迅速完成模具设计。
通过课程设计的又一次锻炼，了解注塑模的整个设计过程，同时充分利用CAD
技术进行，并在实际中不断的累积经验，以设计出价廉物美并且实用性更强的模
具。
参考文献
[1]中国标准出版社第三编辑室.塑料模具标准汇编[M].北京:
中国标准出版社,1997.09
[2]机械原理及零件教研室.机械设计常用标准[M].山东:
山东大学机械学院,2009.6
[3]黄虹.塑料成型加工与模具[M].北京:
化学工业出版社,2008.12
[4]冯爱新.塑料模具工程师手册.北京：
机械工业出版社,2009.02
[5]杨占尧.塑料模具标准件及应用手册.北京:
化学工业出版社,2008.06
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