衬套注塑模设计书.docx

衬套注塑模设计书.docx

《衬套注塑模设计书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《衬套注塑模设计书.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

衬套注塑模设计书

模具课程设计计算说明书

设计课题：

线圈架的注塑模具设计

班级：

模具1221

姓名：

戴政

学号：

2012051312

指导老师：

李锐

完成时间：

2014.5

常州工程职业技术学院

目录

第一章3

1.塑件的材料、结构和尺寸精度及表面质量分析3

1.1塑件的原始材料分析3

1.2结构分析3

1.3尺寸精度分析4

1.4表面质量分析4

1.5计算塑件的体积和重量4

1.6塑件注射工艺参数的确定4

第二章6

2.注射模的结构设计6

2.1型腔数目的确定6

2.2型腔的分布7

2.3分型面的设计7

2.4浇注系统设计和排气系统8

2.4.1主流道设计8

2.4.2分流道设计9

2.4.3浇口形式及位置的选择10

2.4.4排气系统11

2.5.2侧向分型与抽芯机构的设计12

2.6塑件脱模机构设计14

2.7合模导向机构设计14

2.8模具温度调节系统设计16

第三章16

3模具设计的有关尺寸计算16

3.1型腔和型芯工作尺寸计算16

3.2其他板厚计算17

第四章18

4.分析校核18

4.1模板尺寸和拉杆间距是否相适合18

4.2注射压力的校核18

4.3锁模力的校核18

4.4开模行程和顶出装置的校核19

绘制模具总装图19

6.总结21

7.参考文献22

第一章

1.塑件的材料、结构和尺寸精度及表面质量分析

1.1塑件的原始材料分析

该材料为聚乙烯（PE塑料），线圈架塑件如图所示：

图

聚乙烯是一种性能优良的热塑性塑料，具有良好的韧性和强度，成型时收缩率为1.5%-3.0%，聚乙烯树脂为无毒、无味，呈白色或乳白色，柔软、半透明的大理石状粒料，密度为0.9-0.96g/cm3,为结晶型塑料。

聚乙烯的吸水性极小，且介电性能与温度、湿度无关，是最理想的高频绝缘材料，介电性能上只有聚苯乙烯、聚异丁烯及聚四氟乙烯可与之相比。

低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等；中压聚乙烯可制造瓶类、包装用的薄膜以及各种注射成型件、旋转成型件与电线电缆；高压聚乙烯通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电缆外皮等。

1.2结构分析

从零件图上分析，该零件总体形状为回转体，在一个直径为26

高为3

的圆柱中间有一个直径为12

高为9

和一个直径为6

高为15

的孔，然后留壁厚为3

。

该塑件有凹槽，因此，模具设计时必须设置侧向分型抽心机构，该零件属于中等复杂程度。

1.3尺寸精度分析

该塑件所有尺寸的精度为IT4级，对塑件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。

从塑件的壁厚上来看，该塑件的所有壁厚均匀，都为3

，有利于塑件的成型。

1.4表面质量分析

对该塑件表面没有什么要求，故比较容易实现。

综合以上分析，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

1.5计算塑件的体积和重量

塑件质量的计算是为了选择合理的注塑机，提高设备利用率，确定模具的型腔数目。

单个塑件的体积Vs=3777.42mm3=3.78cm3

塑件的质量M=0.92x3.78=3.48g

式中

为塑料密度（PE的密度

）

考虑到塑件结构不太复杂，需求量中等固采用一模2件的模具结构，考虑其外形尺寸、注射时所需压力和工厂现有的设备等情况，初步选用注射机为XZ-Z-30。

1.6塑件注射工艺参数的确定

根据实际情况，注塑机的实际注塑量是理论注塑量的80％左右。

即有

Ms=aM1（2.1）

Vs=aV1（2.2）

式中：

M1—理论注塑质量，g；

V1—理论注塑容量，cm3；

Ms—实际注塑质量，g；

Vs—实际注塑容量，g；

a——注塑系数，一般取值为0.8。

在注塑生产中，注塑机在每一个成型周期内向模内注入熔融塑料的容积或质量称为塑件的注塑量M，塑件的注塑量M必须小于或等于注塑机的实际注塑量。

当实际注塑量以实际注塑容量Vs表示时，如式（2.3）：

MS'=

，VS（2.3）

式中：

MS，—注塑密度为

时塑料的实际注塑质量，g；

，—在塑化温度和压力下熔融塑料密度，g/cm3。

，=C

（2.4）

式中：

—注塑塑料在常温下的密度，g/cm3;

C—塑化温度和压力下塑料密度变化的校正系数；对结晶型塑料，C=0.85，对非结晶型塑料C=0.93。

当实际注塑量以实际注塑质量MS表示时，有式（2.5）：

MS，=MS（

/

ps）（2.5）

式中：

ps—聚乙烯（PE）在常温下的密度（约为0.92g/cm3）。

所以，塑件注塑量M应满足式（2.6）：

MS，≥M=nMZ+MJ（2.6）

式中：

n—型腔个数；

MZ—每个塑件的质量，g；

MJ—浇注系统及飞边的质量，g

根据塑料制品的体积或质量查《模具课程指导设计》书选定注塑机型号为XZ-Z-30

注塑机的参数如下

注塑机的最大注塑量

30cm3

锁模力

250Kn

注塑压力

119Mpa

最小模厚

60mm

模板行程

160mm

注塑机定位孔直径

100mm

喷嘴前端孔径

ø4mm

喷嘴球面半径

SR12

成型工艺参数如下

注射机的类型

螺杆式

螺杆转速

30~60

喷嘴形式

直通式

喷嘴温度

170~190

料筒温度

前段

180~200

中段

200~220

后段

160~170

模具温度/

40~80

注射压力/MPa

70~120

保压压力/MPa

50~60

注射压力/s

0~5

保压时间/s

20~60

冷却时间/s

15~50

成型周期/s

40~120

第二章

2.注射模的结构设计

2.1型腔数目的确定

该塑件精度要求不高，但需求量中等，固应选多腔模更为合适。

它可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。

生产经验表明，每增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低4%。

按注射机的最大注射量计算型腔数目，设型腔数目n，由式2.1

（式2.1）

式中：

K:

注射机最大注射量的利用系数，取0.8

：

注射机最大注射量，g

：

浇注系统凝料量，g

：

单个塑件的质量，g

经过估算得n取2，采用一模两件的形式。

2.2型腔的分布

对于多型腔模具，由于型腔的排布与浇注系统密切相关的，所以在模具设计时应综合加以考虑。

型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充填每个型腔，从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定。

2.3分型面的设计

模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。

分型面与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键步骤。

应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。

该塑件表面质量无特殊要求，结构也比较简单，固选平直分型面。

如图3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。

（3）保证塑件的精度要求。

（4）满足塑件的外观质量要求。

（5）便于模具加工制造。

（6）对排气效果的影响。

确定分型面位置如图

2.4浇注系统设计和排气系统

浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。

普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四个部分组成。

浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具结构、塑料的利用率等有较大的影响。

对浇注系统进行设计时，一般应遵循如下基本原则。

（1）了解塑件的成型性能

（2）尽量避免或减少产生熔接痕

（3）有利于型腔中气体的排出

（4）防止型芯的变形和嵌件的位移

（5）尽量采用较短的流程充满型腔

（6）流动距离比和流动面积比的校核

2.4.1主流道设计

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。

根据设计手册查得注射机喷嘴的有关尺寸：

喷嘴前端孔径：

；

喷嘴前端球面半径：

；

根据模具主流道与喷嘴的关系

（2-2）

（2-3）

取主流道球面半径R=13mm；

取主流道的小端直径d=4.5mm.

凹坑深度H为3~5mm,取5mm

为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度为

，取

，内壁表面粗糙度Ra=0.8μm。

经换算得大端直径D=8mm。

为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=3mm的圆弧过渡。

2.4.2分流道设计

分流道是指主流道末端与浇口之间的一段进料通道。

分流道的作用是分流和转向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。

设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。

为了分流道的加工和凝料脱模，分流道大都设置在分型面上。

分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道长度等因素来确定。

本塑件的形状不算太复杂，熔料填充型腔比较容易。

根据型腔的放置方式可知分流道的长度不长，为了便于加工起见，选用形状为圆形分流道，查《设计手册》得R=4mm。

塑料迅速冷却，只有内布的熔体流动比较理想，因此分流道表面粗糙度一般取

=1.6mm,这样可以增加对外层塑料熔体的流动阻力，容易形成固定表皮层，有利于流道保温。

2.4.3浇口形式及位置的选择

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。

浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否完好、高质量地注射成型。

浇口可分成限制性浇口和非限制性浇口两大类。

按浇口的结构形式和特点，常用的浇口可分为以下几种形式。

（1）直接浇口

（2）中心浇口（3）侧浇口（4）环形浇口

（5）轮辐式浇口（6）爪形浇口（7）侧浇口（8）侧浇口

按此零件对外表面的要求:

该零件的表面要求没有明显的缺陷、毛刺、无飞边及要有一定的光泽。

模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。

总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：

（1）浇口应开设在塑件壁厚最大处。

（2）必须尽量减少熔接痕。

（3）应有利于型腔中气体排出。

（4）考虑分子定向影响。

（5）避免产生喷射和蠕动。

（6）浇口处避免弯曲和受冲击载荷。

（7）尽量缩短流动距离。

综合以上分析，浇口选择侧浇口，初步设计浇口尺寸B=2，h=1.5，L=2

位置如图

2.4.4排气系统

该模具为小型模具，可利用分型面间隙排气，该分型面位于熔体流动的末端。

芯系统设计

侧向分型与抽芯机构用来成形制品侧壁的内外侧孔和凹槽，该类机构活动零件多，动作复杂，为保证该机构能可靠，灵活和高效地工作，它们应具有以下基本功能：

（1）在保证不引起塑件变形的情况下准确的抽芯和分型；

（2）运动灵活，动作可靠；

（3）具有必要的强度和刚度；

（4）配合间隙和拼缝线不溢料；

这样既保证塑件必要的尺寸精度，又可以保证模具有较长的工作寿命。

此外，侧向分型和抽芯机构结构比较复杂，设计时应充分考虑制造和装配的难易程度。

2.5.1侧向分型与抽芯机构的分类

侧向分型与抽芯机构类型很多，按动力来源可分为三种：

（1）机动侧抽芯借助注塑机的开模力或顶出力进行模具的侧向分型与抽芯，该机构经济性好，实用性强，效率高，动作可靠，故应用最广泛。

机动抽芯按结构形式可分为下列几种：

1）斜导柱分型抽芯分型抽芯；

2）弹簧分型抽芯；

3）斜滑块分型抽芯；

4）弯销分型抽芯；

5）齿轮齿条分型抽芯；

6）其他形式抽芯机构；

其中尤以斜导柱分型抽芯机构最为常用。

（2）液压侧抽芯借助液压装置进行模具的侧向分型与抽芯及其复位，特点是抽拔距离长，但动作灵活，常在大型注塑模具中使用。

（3）手动侧抽芯采用手动侧抽芯的模具结构简单，其效率低，劳动强度大，抽拔力有限，只在特殊情况下使用。

2.5.2侧向分型与抽芯机构的设计

本设计采用斜导柱侧向分型抽芯机构

斜导柱侧抽芯机构由斜导柱，滑块，侧型芯，压紧块及滑块定位装置等组成，其特点是结构紧凑，制造方便，动作安全可靠。

故其应用较广，特别是在抽芯距离较短和抽拔力不太大的情况下更为适用。

斜导柱抽芯机构主要由开模力通过斜导柱作用于滑块上的分力驱动其朝一定的方向运动。

（1）斜导柱设计：

计算抽拔力

（3-1）

式中：

Q：

抽拔力（N）；

U：

塑料对金属的摩擦系数，u=0.3；

C：

型芯成型部分断面的平均周长（㎜）；

H：

型芯被塑料包紧部分的长度（㎜）；

P0：

塑料对型芯单位面积的包紧力（㎏/㎝2）；取

=80～120㎏/㎝2。

代入数据得：

Q=698（N）

计算抽芯距：

S=S1+2～3=15+（2～3）=17～18㎜（3-2）

式中：

：

抽芯距（㎜）

：

取出塑件的最小尺寸（㎜）

斜导柱其固定的模板之间采用过渡配合H7/m6。

斜导柱与滑块上斜道孔之间可以采用较松的间隙配合H11/b11。

斜导柱的基本尺寸主要以长度尺寸为主，斜导柱的长度计算为如下式：

L=1/2Dtanα+h×1/cosα+1/2dtanα+S/sinα+（10～15）（3-3）

=1/2×20×0.45+25×1.1×1/2×15×0.45+22/0.4+（10～15）≈142mm

式中：

L—斜导柱的长度；

D—斜导柱固定部分大端直径；

h—斜导柱固定板厚度；

斜导柱的形状与尺寸如图所示：

斜导柱的安装固定形式：

如图所示，斜导柱的倾斜角a为24°，而一般来说锁紧块的角度a′=a+（2～3）mm,斜导柱与固定板之间用三级精度第三种过渡配合。

由于斜导柱只起驱动滑块的作用，滑块运动的平稳性由导滑槽与滑块间的配合精度保证，滑块的最终位置由锁紧块保证，因此为了运动灵活，斜导柱和滑块间采用比较松的配合，斜导柱的尺寸为　Φ15-0.5-1.0，头部做成圆锥形，同时圆锥部的斜角为30°度，它大于斜导柱的倾斜角，这样避免了斜导柱的有效长度离开滑块时，其头部仍然继续驱动滑块。

那么固定形式如图所示：

（2）导滑槽设计斜导柱驱动滑块是沿着导滑槽移动的，故对导滑槽提出如下

要求：

1）滑块在导滑槽内运动要平稳，无上下窜动和卡紧现象；

2）滑块与导滑槽间应上，下与左，右各有一对平面呈过度配合，配合精度可选H7/e6，其余各面均应留有间隙；

3）导滑槽应有足够的硬度

（3）楔紧块设计：

本模具采用楔紧块与定模板制成一体的整体式结构。

楔紧块的作用:

1）注射时，型腔里的塑料熔体以很高的压力作用在侧型芯上，特别是当侧型芯的面积较大时，将产生一个很大的侧推力。

这个力通过滑块传给斜导柱，会使斜导柱产生弯曲变形。

因为计算斜导柱直径时只考虑了抽拔力的影响并未将这个侧推力的影响估计在内，因此必须另加闭锁装置即压紧块来承受这个侧推力。

2）由于斜导柱与滑块的配合间隙较大，故合模后靠斜导柱不能保证滑块的精确位置。

侧型芯的准确位置要靠精确加工的压紧块来保证。

设计要点：

压紧块的斜角应略大于斜导柱的倾斜角，一般a大于斜导柱倾斜角20～30.

（4）滑块设计滑块分为整体式和组合式，本设计采用的是整体式，即在滑块上直接制出側向型芯,整体式结构简单,配合精度高.

2.6塑件脱模机构设计

在注塑成型的每一个循环中，塑件必须由模具型腔中脱出，在该设计中，为了使符合脱模机构的要求：

（1）使塑件留于动模；

（2）塑件不变形损坏

这是脱模机构应当达到的基本要求。

要做到这一点首先必须分析塑件对模腔的附着力的大小和所在部位，以便选择合适的脱模方式和脱模位置，使脱模力得以均匀合理的分布。

（3）良好的塑件外观

顶出塑件的位置应尽量设在塑件内部，以免损坏塑件的外观。

（4）结构可靠

因此，根据4.6装配图所示，其模具结构的脱模机构主要由中心拉料杆拉断浇口，然后由顶杆推动推板使工作推出，还有在设计主型芯时也会有一定的拨模作斜度3°～5°。

2.7合模导向机构设计

导向机构对于塑料模具是必不可少的部件，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模这一边均可．通常导柱设在主型芯周围。

导向机构的主要定位、导向、承受一定侧压力三个作用。

在该设计中采用了导柱导向机构，而导柱导套为标准件。

导柱

导套

2.8模具温度调节系统设计

1、加热系统

查《成型工艺与模具设计》表2-2得：

本塑件的材料为PE，在注射成型时要求的模温为40

-80

当模具温度要求80

以上时需要对模具进行加热，故不需要要设加热系统。

2、冷却系统

可通过计算来确定是否需要冷却系统，设模具平均工作温度为40

，用常温20

的水作为模具的冷却介质，其出口温度为30

。

塑件在硬化时每小时释放的热量为

，冷却水的体积流量V由《成型工艺与模具设计》公式3-48得

式中：

V—所需冷却水的体积（

）

m—包括浇注系统在内的每次注入模具的塑件质量（Kg）

n—每小时注射的次数

—冷却水在使用状态下的密度（

）

—冷却水的比热容

—冷却水出口温度

—冷却水入口温度

—从熔融状态的塑料进入型腔是温度到到塑料冷却脱模为止,塑件所放出的热焓量

由上述计算可知,因为模具每分钟所需冷却水体积流量较小,故可不设冷料系统,依靠空冷的方式冷却模具即可。

结论：

该模具不需要设加热系统。

第三章

3模具设计的有关尺寸计算

3.1型腔和型芯工作尺寸计算

（1）型芯径向尺寸经查《设计手册》可知PE的平均收缩率为2.5%

已知在规定条件下的平均收缩率S，塑件的基本尺寸L是最大的尺寸，其公差△为负偏差。

塑件基本尺寸

，查表得

，即

故：

由式4-1得：

（4-1）

将数据带入式4-1得：

=

型芯的高度尺寸基本尺寸hs=15其公差△为负偏差，

代入数据得

=15.430-0.02

（2）型腔径向尺寸已知在规定条件下的平均收缩率S，塑件的基本尺寸Ls是最大的尺寸，其公差△为负偏差。

塑件基本尺寸

，查表得

，即

故：

由式4-1得：

（4-1）

将数据带入式4-1得：

=

基本尺寸为15mm时，得值如下：

Lm=15.3200.027

型腔深度尺寸也是按平均收缩率计算型腔的深度尺寸，在型腔深度尺寸的计算中，规定制件高度的名义尺寸为HS为最大尺寸，公差以负偏差表示。

型腔深度名义尺寸HM为最小尺寸，公差以正偏差表示。

型腔的底部或型芯的端面与分型面平行，在脱模过程中磨损很小磨损量就不考虑，

据HM=[HS+HS·SCP-23Δ]+δ

基本尺寸为3mm时，得值如下：

Lm=3.0400.0168

（3）型芯中心距

基本尺寸是56

=57.4

0.065

3.2其他板厚计算

选A4型模架

　　　　　　定模底板厚：

20mm

　　　　　　定模板厚：

A=32mm

　　　　　　滑块厚度：

17mm

　　　　　　推板厚度:

16mm

　　　　　　动模板厚:

B=25mm

　　　　　　动模垫板厚：

32mm

　　　　　　垫块厚度:

C=50mm

　　　　　　下模座厚：

20mm

　　　　　　模具厚度：

H模=A+B+C+20+16+32+20=195mm

　　　　　　模具外形尺寸：

160×200×195mm

第四章

4.分析校核

4.1模板尺寸和拉杆间距是否相适合

因为要满足上述要求，只有达到模具长×宽＜拉杆间距这样的条件。

模具长×宽=160×200（mm×mm）＜拉杆间距=295×295（mm×mm）成立，所以也是满足要求的。

4.2注射压力的校核

为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%~75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。

为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%~80%。

4.3锁模力的校核

在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式4-14校核注塑机的额定锁模力：

（4-14）

式中:

F：

注塑机额定锁模力：

1600KN；

K：

安全系数，取K=1.2；

将数据带入式4-14得：

因此锁模力满足要求。

4.4开模行程和顶出装置的校核

在此，本文所选注塑机的最大开模行程与模具厚度的关时的校核。

且该模具结构则属于有侧向抽芯开模动作的结构，故注塑机的开模行程要求符合下式；

S机－Hc＞H1+H2+（5～10）mm（5.2）

式中；S机—注塑机板间的最大开距，（mm）

Hc—完成侧抽芯距离l所需要的开模行程，（mm）

H1—开模要顶出的距离，（mm）

H2—塑件的高度，（mm）

而当，Hc≤H1+H2可以按S机－（H模H最小）＞H1+H2+（5～10）mm进行计算

式中，HM—成型模板的高度，（mm）

那么可以解得不等式；

S机－（H模H最小）=300-（270-170）＞60+116+（5～10）mm=181～186mm，

故也满足要求。

总结：

根据以上章节的计算与分析得出，该模具结构及各工作尺寸都符合要求。

绘制模具总装图

6.总结

当今制造业正向着数字化、全球化、网络化的方向发展，产品的生命周期越来越短，新产品的上市速度越来越快。

模具是制造业的基本工艺设备，模具设计及制造效率对产品的开发效率有着决定性的影响。

因此模具制造企业为了适应这一发展，提高产品开发力，增加市场竞争力，迫切需用优秀的设计制造软件。

线圈架是一个非常常用的零件，在日常生活中都可看见它的身影。

它的注射精度不高，需要大批量生产。

所以如何提高生产效率和保证其产品质量，是本次设计的关键。

在设计之前，

1.要明确塑件的几何形状，使用要求，塑件各个部分其什么作用。

明确成型收缩率，尺寸公差，表面粗糙度，允许形变范围。

2.检查塑件的成型工艺性对成型工艺性的检查，以确认塑件的各个细节是否满足注射成型的工艺条件。

3.明确现有的注射机型号和规格。

以选用最合适的注射机来注射模具。

通过本次设计，任何简单的塑件的注射成型都需要在设计之前都要明白其工艺性。

为提高工作效率，可以设计成一模多腔，但是这样回造成分流道凝料过多，影响产品精度，浪费原材料。

所以在一模多腔时，要合理设计流道和型腔配置，以免出现