挡圈注射模具设计.docx
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挡圈注射模具设计
课程设计
课程名称塑料成型模具课程设计
题目名称挡圈注塑模具设计
一、
注塑制品的注塑工艺分析
二、拟定模具的结构形式
三、确定模具基本结构和模具结构设计
四、塑料模具制造技术要求
五、设计小结
六、参考资料
1、塑料零件图及说明、要求：
该塑料产品的材料为ABS，结构简单壁厚均匀为4mm，大批量生产，无特殊要求。
图1塑料零件
技术要求：
1）未注外表面粗糙度：
Ra3.2
塑件分析
1）外形尺寸
该塑件壁厚为4mm，塑件外形尺寸不大，熔体流程不太长，适合于注射成型。
2）精度等级
所有尺寸均未标注公差，属于一般精度，参考表2-3得ABS公差等级为MT5。
3）脱模斜度
ABS属无定型塑料，成型收缩率较小，参考表2-10选择该塑件型芯、凹模统一脱模斜度为1°，侧抽芯取30’。
2、塑件的体积计算
计算塑件的体积是为了选用注射机及确定型腔数。
如图二所示，通过PRO/E三维软件建模计算得：
V件=8.318cm3
M=P*V=8.32*1.1=9.2g
图二单个塑件体积
3、材料性能
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成，属于热塑性塑料，该材料综合性能好，冲击强度、力学强度较好，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。
4、成型特性及条件
1）无定型塑料。
其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。
2）吸湿性强。
含水量应小于0.3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
3）流动性中等。
溢边值为0.04毫米左右。
4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。
推出力过大或机械加工时塑件表面呈现出白色痕迹。
5、ABS主要性能指标（见《塑料成型工艺及模具设计》P226）
表1ABS主要性能指标
性能
单位
数值
密度
g/cm3
1.02-1.16
比体积
cm3/g
0.86-0.98
吸水率
%
0.2-0.4
收缩率
%
0.3-0.8
熔点
℃
130-160
比热容
J.（kg.°C）-1
1470
屈服强度
MPa
50
拉伸强度
MPa
38
拉伸弹性模量
MPa
1.8×103
抗弯强度
MPa
80
抗压强度
MPa
53
弯曲弹性模量
MPa
1.8×103
6、ABS注射成型过程及工艺参数：
（1）注射成型过程
1）成型前的准备。
对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。
2）注射过程。
塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程为冲模-压实-保压-倒流-冷却。
3）塑件的后处理。
处理的介质为空气和水，处理温度为60-75℃，处理时间为16-20s。
（2）注射工艺参数：
1）注射机：
螺杆式，螺杆转速为30r/min。
2）料筒温度（℃）：
料筒后段温度：
150-170；料筒中段温度：
165-180；料筒前段温度：
180-200；
3）注射压力：
考虑到塑件不大，结构不算复杂，厚度较小，可以用较低的注射压力。
对于螺杆式注射机一般取60Mpa-100Mpa。
4）模具温度（℃）：
50-80。
ABS对于模温要求较低，仅需设置冷却系统即可，采用循环水冷却。
5）喷嘴温度（℃）:
170-180。
7）成型时间（s）：
（注射时间取1.6）
7、塑件的表面质量分析：
塑件为结构件，在使用上只要求一般的配合精度，且粗糙度等级为3.2级、塑件的尺寸均无公差要求，对应的模具零件的尺寸加工容易保证。
注射时,在工艺参数控制得较好的情况下，制件的成型要求可以得到保证。
1、分型面位置的确定
1）通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，拟选定分型面为塑件圆端面。
2）浇注系统凝料体积的初步估算
该塑件的精度要求不高，属小型塑件，且形状简单，又为大批量生产，初定为一模两腔平衡的模具形式。
根据经验按照塑件体积的0.2-1倍来进行估算，由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为
V总=V塑（1＋0.3）×2=8.318×1.3×2=21.63cm3
额定注射用量:
V总/0.8=27.038cm3
根据一次所需要的注射量，根据《塑料模具技术手册》P235表3-48初步选择螺杆式注塑成型机:
SZ-100/80注射机。
表2SZ-100/80型注射机的主要参数
螺杆直径/mm
Φ35
注射量/cm3
100
模具厚度/mm
最大
300
锁模力/KN
800
最小
170
注射压力/MPa
170
喷嘴
球半径/mm
10
模板最大行程/mm
305
定位孔直径/mm
Φ100
模板尺寸
宽×长/mm
320×320
2、注射机有关参数的校核和最终选择
1）锁模力的校核
单个塑件在分型面上的投影面积
A1=π/4×（382-302）mm2=427mm2
浇注系统在分型面上的投影面积
A2=K1A1（K1为统计分析所得，为0.2-0.5，这里取K1=0.2）
投影总面积
A=n（A1＋A2）=2×1.2×427mm2=1024.8mm2
模具型腔内胀型力
取型腔压力P腔=35Mpa（根据《塑料成型工艺及模具设计》P74查得ABS型腔压力一般取35MPa）。
胀型力F=P腔×A=35×1024.8=35868N=35.868KN
由表2可知注射机的公称锁模力F锁=800KN，锁模力安全系数为K2=1.1-1.2，这里取K2=1.2，则
K2×F=1.2×35.868=43.042KN＜F锁
即所选注塑机的锁模力满足要求
2）注射机压力校核
必须满足：
P成≦P注
式中P成——塑件成型塑件所需的注射压力，MPa或N/cm3而P成=80-110MPa，（表4-1）取中间值100MPa,,
P塑——所选注射机的额定注射压力，MPa或N/cm3而P塑=150MPa，注射压力安全系数K3=1.25-1.4，这里取K3=1.3，则：
K3P成=1.3×100=130＜170
P成≦P注,所以所选注塑机的注射压力满足要求。
3）型腔数量和排列方式的确定
1）型腔数量的确定
1、根据注塑机的合模力
式
式中F——注塑机的额定合模力N
N——型腔数目
P腔——塑料熔体对型腔的平均压力MPa
A2——浇注系统在分型面上的投影面积CM2
A1——单个产品在分型面上的投影面积CM2
即n≤（320000-35×427×0.2）/35×427
可得2≤20，即一模两腔。
2）型腔排列形式的确定
多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。
拟定以下三种排列形式：
方案一
方案二
方案三
方案一型腔布置和浇口开设部位对称，但流程过长；
方案二的流程短，压力及热量损失较小，但是结构不够紧凑；
方案三的流程短，结构对称、紧凑，减小了模具的外形尺寸；
由于工件含有侧孔，考虑到侧向抽芯结构的影响，采用方案二能够使结构最简单紧凑。
3、浇注系统的设计
A、主流道的设计
主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计特点：
（1）ABS的流动性好，主流道的锥角为2°-4°取3°。
（2）主流道的长度L，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计初取40mm计算。
（3）主流道小端直径：
d=注射机喷嘴直径+（0.5-1）mm=3.6mm.
（4）主流道大端直径：
D=d+2L*tana
a:
圆锥角2度到4度，这里取a=4度代入数值有：
D=3.6+2*50*tan2=7mm;
（5）主流道球面半径：
SR=注射机喷嘴球头半径+（1-2mm）=12mm.
（6）球面的配合高度取h=2/5×10=4mm
（7）主流道凝料体积：
V主=L主（R主2+r主2+R主*r主）*π/3
=40*（3.52+1.82+3.5*1.8）*3.14/3=912.3mm3=0.91cm3
（8）主流道当量半径：
Rn=（3.5+1.8）/2=2.65mm
结合上述尺寸绘制主流道的结构，如图所示：
主流道尺寸
②分流道设计
分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。
多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。
①分流道的截面形状：
通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。
为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道，如图六。
图六圆形流道
②分流道的尺寸：
可根据（0.8-0.9）×主流道大端直径计算，得D=6mm
③分流道的布置：
分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。
分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。
④分流道与浇口的连接：
分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。
（4）分流道截面形状：
为便于加工和凝料的脱模，又分流道大多设计在分型面上，本设计采用圆形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体热量散失，流道阻力均不大。
单边分流道长度L分取35mm.
（5）分流道截面积：
A分=（3*3）*3.14=28.26cm2
（6）凝料体积：
1）分流道的长度L分=35*2=70mm
2）凝料体积：
V分=L分*A分=70*28.26=1978mm3=2cm3
4）校核剪切速率：
1）确定注射时间：
t=0.8S
2）计算分流道体积流量：
q分=（V分+V塑）/t=（2+8.318）/0.8=12.9cm3
3）由文献【1】式4-20可得剪切速率：
R分=3.3q分/πR分3=5.02*102S-1
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道最佳剪切速率之间，即剪切速率合格。
③浇口设计
（1）模具为一模两腔结构，需从制品的外侧边缘进料，所以选择侧浇口，为使模具结构紧凑，降低制模成本，采用矩形侧浇口。
（2）计算侧浇口的深度h:
（见《塑料成型工艺及模具设计》P103），得：
h=nt=0.7*4=2.8mm;t:
塑件壁厚为4mm，n:
塑料成型系数，对于ABS，其成型系数为0.7.根据推荐的侧浇口深度（表4-9）为1.2-1.4mm，为便于试模时发现问题进行修模处理，故此处取浇口深度h为1.4mm；
⑶计算侧浇口的宽度：
据表4-10式，b=0.7×根号4657/30=1.58，取b=1.6mm
A为凹模型腔面积（2mm），约为塑件的外表面
⑷计算浇口长度：
应小于浇口厚度h，对于一般的制品，取长度L=0.5mm~0.75mm则长度取L=0.7mm。
⑸侧浇口与制品连接处应做成R0.5圆角或0.5×45°倒角以防止分离浇注系统时拉裂制品。
（6）侧浇口剪切速率的校核：
1）计算浇口的当量半径：
由面积相等可得:
πR2浇=bh，可得矩形浇口的当量半径R浇=（bh/π）1/2=0.8）
校核浇口的剪切速率：
确定注射时间t=0.8S；
计算浇口的体积流量：
q浇=V塑/t=8.318/0.8=10.4cm3/s=1.04×104mm3/s
计算浇口的剪切速率：
r流=3.3qv/πRn3=
3.3×1.04×104/3.14/（1.4×1.6/3.14）3/2=1.81×104s-1
该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率范围之内，符合要求。
3）校核主流道的剪切速率：
计算主流道的体积流量：
q主=（V主+V分+nV塑）/t
=（0.91+2+2×8.318）/0.8=24.43cm3/s
计算主流道的剪切速率：
r主=3.3q主/πR主3=
3.3×24.43×103/3.14/（2.625）3=1.41×103s-1
主流道的熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率范围之内，符合要求。
④冷料井设计
冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。
本设计仅有主流道冷料穴，采用脱模板推出塑件，且采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。
第七部分成型零件的工作尺寸计算
一、凹模的结构形式：
凹模是成型塑件外轮廓的零件。
根据需要有以下几种结构形式：
整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，从各方面分析我们
可选用整体嵌入式凹模。
二、凸模的结构设计
1、凸模的结构形式
凸模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。
由于本次设计为一模多腔，拟选用整体装配式凸模。
因塑件的包紧力大，所以设在动模一侧。
现设制品的名义尺寸LS是最大尺寸，其公差按规定为负值“-Δ”；凹模的名义尺寸LM是最小尺寸，其公差按规定为正值“+δZ”现由公式可得：
式中，“Δ”前的系数可随制品的精度和尺寸变化，一般在0.5～0.8之间，制品偏差大则取小值，偏差小则取大值（此处为0.5）。
ABS的收缩率S为平均收缩率，为0.0055。
对于未注公差尺寸，查表2-3得ABS公差等级为MT5，查表2-4得基本尺寸为38mm时，其Δ值为0.56，基本尺寸为20mm时Δ为0.64，基本尺寸为10mm时Δ为0.48。
固可由以上公式算出其尺寸：
A、凹模径向尺寸计算模具型腔的制造公差Zd
=[38（1+0.0055）-0.5*0.56]+0.56/6=37.93+0.09（mm）
计算凹模深度尺寸
H1=[Hs+Hs×Scp-0.5△]+δz
=[20（1+0.0055）-0.5*0.64]+0.64/6=19.79+0.11（mm）
H2=[Hs+Hs×Scp-0.5△]+δz
=[10（1+0.0055）-0.5*0.48]+0.48/6=9.82+0.08（mm）
C．型芯径向尺寸的计算：
基本尺寸为30mm时，其Δ值为0.50，基本尺寸为20mm时Δ为0.64。
=[30（1+0.0055）+0.5*0.5]-0.5/6=30.42-0.08mm
计算型芯深度尺寸
h1=[hs+hs×Scp+0.5△]+δz
=[20（1+0.0055）+0.5*0.64]-0.64/6=20.43-0.11（mm）
E:
成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算
由于凹模侧壁是采用嵌件，为结构紧凑，这里凹模嵌件单边厚度选15mm，由于型腔采用直线，对称结构布置，故两个型腔之间满足结构设计。
我们这里的塑件较小，故不需要对凹模侧壁厚度及动模垫板厚度进行计算，大致得体即可，动模垫板厚度按标准厚度取10mm。
第八部分侧抽芯的设计
在产品的侧面有直径为6mm的圆孔，所以必须设计一个侧抽芯机构，本设计采用斜导柱抽芯机构，斜导柱分型抽芯机构是应用最广的分型抽芯机构，它借助注塑机开模力或推出力完成侧向抽芯，结构简单，制造方便，动作可靠。
侧型心装在T形导滑槽内，可沿抽拔方向平稳滑移，驱动滑块的斜导柱与开模运动方向（或推出运动方向）成斜角安装，斜导柱与滑块上对应的孔呈松动配合，开模或推出时斜导柱和滑块发生相对运动，斜导柱对滑块产生一个侧向分力，迫使滑块完成抽芯动作。
其结构如CAD图所示。
S=S1+（2~3）
式中S——抽拔距离；
S1——塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度。
代入数据得：
S=4+（1~2）=5mm～6mm,，S取6mm。
斜导柱抽芯力计算：
式4-26
得F1=375.3N
斜导柱的材料选用T10A，淬火硬度HRC45~48，加工后的表面粗糙度值Ra为0.8。
取斜导柱的倾斜角为15度。
锁紧块的安装角度为15度。
斜导柱的工作长度L4=S/sina
代入数据得，L4=23.2m，取24mm。
开模行程H=S×cota
代入数据得，H=22.4mm，取23mm
初取斜导柱驱动部分直径d=12㎜，D=d+4=16㎜，斜导柱固定板厚度h=25㎜，则斜导柱的总长度为：
式4-38
代入数据得L=52.03+（8-15）mm。
取67mm。
第九部分导向装置的设计
导向机构的主要作用是⑴、定位作用⑵、导向作用⑶、承受一定的侧向压力注射模在工作中周期性地开模、合模。
当动、定模完全分开时，可依靠注射成型机的拉杆导向，但仅靠注射成型机的拉杆导向并不能保证注射模具正常工作，注射模本身必须设置导向与定位机构。
导向孔、导套的结构及要求考虑到装配方便，把导套的前面倒一个圆角，内孔有一定锥度；为避免孔内空气无法排出而产生反压力，给导柱的进入造成阻力，合模时有较大噪声，设计时把导柱孔打通。
该设计中，采用了有肩导柱和带头导套。
导柱设在定模一边，便于塑件脱模。
采用导柱的典型结构。
其结构简单，加工方便，用于模具的大批量生产时，一般需要导套，导柱和导套配合加工。
由于零件是简单型腔的小型模具，所以可以利用活动型芯、拉料杆、以及双支点固定的型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其配合间隙取0.03mm。
导柱布置根据模具的大小，选用两根等直径导柱，它们合理均布在模具分型面上，导柱中心至模具外缘有足够的距离，以保证模具的强度。
4.推出机构的选择
推出机构的设计要求：
⑴推出机构设计是应尽量使塑件留于动模一侧。
⑵塑件在推出过程中不发生变形和损坏。
⑶不损坏塑件的外观质量⑷合模时应是推出机构正确复位。
⑸推出机构应动作可靠。
根据上述要求，零件壁厚较小。
所以选择推件板推出机构。
第十一部分
通过相关计算，根据《塑料模具设计zhidao》表7-4，可选择300×L的A3型，其中L=300mm
（1）各模板尺寸的的确定：
1）A板尺寸：
A板是定模型腔板，按标准可取25mm;
2）B板尺寸：
B板是型芯固定板，按模架标注厚度取50mm.
3）C板（垫块）尺寸：
垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5-10），按标准可选为90mm
DT-3030-A25-B50-C90
实际上A为25
（2）模架各尺寸的校核
1）模具平面尺寸300*300<320*320，合格
2）模具高度尺寸
H模=H1+C+B+H3+A+H1=20+63+25+16+40+20=184
170<184<300，在模具的最大高度与最小高度之间，符合要求。
3）模具行程校核：
S=H1+H2+（5-10）mm=（85-90）mm<305mm，符合要求
第十二部分冷却系统的设计
冷却系统的简单计算
（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量
1）塑料制品的体积：
V=V主+V分+nV塑=46.17cm3
2）塑件制品的质量M=Vp=46.17*1.10=50.79g=0.05079Kg
3）塑件壁厚为4mm,可查表4-34得，t冷=38.0S，取注射时间t注=0.8S，辅助时间t辅=8S，可得注射周期T=46.8S由此每小时注射次数为N=77次4）单位时间内注入模具中塑料熔体的总质量W=Nm=3.91Kg
（2）确定单位质量的塑件在凝固是放出的热量Q。
查【1】表4-35可取ＡＢＳ的Q＝370KJ/Kg
（3）计算冷却水的体积流量q,设冷却水入水口的水温为Q2=22，出水口的水温为Q1=25，取水的密度为P=1000Kg/m3水的比热容为C=4.187KJ/（Kg*C）,可得q=WQs/60*p（Q1-Q2）=0.00804m3/min
（4）确定冷却水路的直径d;当q=0.00804m3/min，查【4-30】，暂时选为d=12mm.
v=式4-59=1.1854
（5）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h因平均水温为23.5C，查【1】表4-31可得f=6.72,有h=4.187f（pv）0.8/d0.2=1.961*104KJ/（cm2*hC）
（6）计算冷却谁通道的导热总面积A；A=WQs/h*△Q=0.00278m2
（7）计算所需冷却水管的总长度LL=A/πd=74mm
（8）冷却水路的根数，设每条水路的长度为l=200mm,则水路根数为X=L/l=0.37根，在此取冷却水道为2根。
冷却水管直径，采用直通式水道
导柱长度计算
由模架可知导柱直径为Ф16，导柱穿过的三块板的厚度为25+16+40=81mm,查设计手册的导柱长度系列可选导柱长度L=80mm
导柱和导套与固定板采取H7/K6过渡配合，导柱导向段与导向孔采取H7/f7间隙配合。
10、标准模架的选择
通过相关计算，根据《塑料模具设计手册》P134-156，可选择250×L的A2型，其中L=315mm
1定模由一块模板组成，其中无可移动模板，动模由两块模板组成；
2推杆推出制件。
3定模固定板厚25mm，A板40mm，B板40mm，动模垫板40mm,C板厚63mm，推杆固定板16mm，动模座板20mm。
导柱长度计算
由模架可知导柱直径为Ф16，导柱穿过的三块板的厚度为40+40+40=120mm,查设计手册的导柱长度系列可选导柱长度L=100mm
导柱和导套与固定板采取H7/K6过渡配合，导柱导向段与导向孔采取H7/f7间隙配合。
模具精度是影响塑料成型件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：
（1）组成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。
（2）组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求
（3）模具的功能必须达到设计要求
（4）为了鉴别塑料成型件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的成型件为止。
1．加工要求
（1）模具分型面及组合件的结合面应很好贴合，局部间隙不大于0.02mm
（2）模具成型表面的内外锐角、尖边、图样上未注明圆角时允许不大于0.3mm圆角（分型面及结合面除外）。
当不允许有圆角时，应在图样上注明。
（3）图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按GB1804，其孔按H13，轴按h13，长度按J14。
（4）模具中各承压板（模板）的两承压面的平行度公差按GB1184附录一的5级。
（5）导柱、导套孔对模板平面的垂直度公差按GB1184附录一的4级。
（6）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相应各孔配作。
（7）导柱（直导柱、台肩导柱）其配合部位的大径与小径的同轴度公差t按GB1184附录一的5级。
（8）导套（直导套、带头导套）外圆与内孔的同轴度公差t按GB1184附录一的5级。
（9）主流道衬套的中心锥孔应研磨抛光，不得有影响脱浇口的各种缺陷。
2．装配要求
（1）顶出制品的推杆的端面与所在的相应型面保持齐平，允许推杆端面高出型面不大于0.1mm。
（2）注射模的复位杆，其端面应与模具分型面齐平，允许低于分型面不大于0.03mm。
（3）型芯、凸模等，其尾部高度尺寸未注明公差时，其端面应在装配后与其配合的零件齐平。
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