探头塑料模具设计说明书.docx
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探头塑料模具设计说明书
湖南XX大学
课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）2011～2012学年第1学期
课程名称塑料成型工艺及模具指导教师职称
学生姓名专业班级学号
题目探头注塑成型工艺及模具设计
成绩起止日期2011年12月12日至2011年12月25日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
4
4
5
第1章塑料制件成型工艺能分析·····································1
1.1.1塑件的尺寸精度················································1
1.1.2塑件的所用材料（PE）概况······································1
1.2性能分析························································2
第2章塑件型腔数目及配置方式的确定································2
2.1塑件型腔数目的确定··············································2
2.2塑件型腔的配置方式··············································3
第3章分型面的分析和设计··········································4
3.1分型面的选择原则················································4
3.2分型面选择方案··················································5
第4章浇注系统的设计及计算·········································6
4.1主流道的设计····················································6
4.1.1主流道尺寸····················································7
4.1.2主流道衬套形式················································7
4.1.3主流道剪切速率校核············································8
4.2分流道的设计····················································8
4.2.1分流道布置形式················································9
4.2.2分流道长度····················································9
4.2.3分流道的形状及截面尺寸········································9
4.2.4分流道凝料体积···············································10
4.2.5分流道剪切速率校核··········································10
4.2.6分流道的表面粗糙度···········································11
4.3浇口设计·······················································11
4.4冷料穴的设计···················································12
4.5浇注系统的平衡·················································12
5.2塑件推出的基本方式············································13
5.3塑件的推出机构················································13
5．3．1推出机构的复位·············································14
第6章侧抽芯机构的设计···········································14
6.1斜滑块的组合形式··············································14
6.2抽芯距的计算···················································14
6.3斜导柱斜角的确定···············································15
6.4斜导柱侧抽芯机构···············································15
第七章温度调节系统的设计·········································17
7.1加热系统······················································17
7.2冷却系统······················································17
7．2．1冷却介质···················································17
7．2．2冷却系统设计原则···········································17
7．2．3冷却水回路的布置···········································18
7．2．4冷却系统的简约计算·········································19
7.2.4.1冷却水管的体积流量·········································19
7.2.4.2却水管的冷却时间···········································20
第8章成型零件的设计及计算·······································20
8.1成型零件的结构设计··········································20
8.1．1成型零件的材料选择·······································20
8.2成型零件工作尺寸计算··········································20
8.2.1凹凸模构设计··············································21
8.3成型零件的强度及支撑板厚度计算································22
8.4成型零件的钢材的选用··········································23
第9章模架和标准件的选用·······································23
9.1各模板尺寸的确定···············································23
第10章导向机构的设计··········································24
10.1导向结构的总体设计··········································24
10.2导柱的设计·················································25
10.3导向孔·····················································26
10.4定位圈设计·················································27
第11章排气槽的设计·············································28
第12章模具总体结构··············································29
第13章注射机的选择和有关参数的校核······························29
13.1所需注射量的计算··············································29
13.1.1注射机选择标准··········································30
13.1.2注射量的计算··············································30
13.2塑件和流道凝料在分型面投影面积及所需锁模力的计算·································································31
13.3注射机型号的选定··············································31
13.4有关工艺参数的校核···········································31
设计总结···························································33
参考文献···························································34
第1章塑料制件成型工艺能分析
★1.1塑件分析
1.1.1塑件的尺寸精度
探头塑件所用材料为聚乙烯（PE），探头塑件的二维图如下图所示。
图1.1探头二维图
查【参考文献1】中的表3-2可得，该塑料制件公差等级为MT6。
查【参考文献1】中的表7-2可得，该塑料制件的模具制造公差等级为IT11。
1.1.2塑件的所用材料（PE）概况
该塑件的材料为PE，物料性能耐腐蚀性,电绝缘性（尤其高频绝缘性）优良,可以氯化,辐照改性,可用玻璃纤维增强.低压聚乙烯的熔点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有良好的电性能和耐辐射性;高压聚乙烯的柔软性,伸长率,冲击强度和渗透性较好;超高分子聚乙烯冲击强度高,耐疲劳,耐磨.低压聚乙烯适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件;高压聚乙烯适于制作薄膜等;超高分子量聚乙烯适于制作减震,耐磨及传动零件.
PE材料的收缩率范围较大，对于收缩率范围较大的塑料品种，应根据塑件的形状，特别是根据塑件的壁厚来确定收缩率，对于壁厚者取上限，对于壁薄者取下限。
故查【参考文献1】中的表4-2得知，其高度方向的收缩大于水平方向的收缩，其百分比为110%～150%，收缩率范围为1.5%～2%，高度方向取平均收缩率1.75%乘以比值值1.3，内径取大值2%，外径去小值1.5%。
★1.2性能分析
成型性能：
1.结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分.不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大.注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形.
2.收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲.冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却系统.
3.加热时间不宜过长,否则会发生分解,灼伤.
4.软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模.
5.可能发生融体破裂,不宜与有机溶剂接触,以防开裂。
第2章塑件型腔数目及配置方式的确定
★2.1塑件型腔数目的确定
型腔指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。
注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔——型腔。
其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称为型芯。
为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。
该塑件精度要求一般（MT6），根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:
一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。
对于第二种布置方式，则要求模具侧向分模，这里拟采用1模2件的结构，冷却系统和推出机构的设计都较第二种方式有利。
型腔的结构采用滑块对称的结构。
根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用一模二腔的形式。
★2.2塑件型腔的配置方式
本设计成型同一塑件，且壁厚均匀，故采用平衡式，布局如图2-1
图2-1塑件型腔的布置方式
第3章分型面的分析和设计
★3.1分型面的选择原则
分型面的选择应注意以下几点：
1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处
当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向塑件的截面积最大，否则塑件无法从形腔中脱出。
2）保证制件的精度和外观要求与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具腔内。
因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。
3）考虑满足塑件的使用要求，注塑件在成型过程中，有一些难免的工艺缺陷，如脱模斜度、推杆及浇口痕迹等，选择分型面时，应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。
4）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适
5）考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积
6）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁相当厚但内孔较小时，则对型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。
这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。
7）不妨碍制品脱模和抽芯
在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直方向的侧凹或侧孔。
一般机械式分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。
8）有利于浇注系统的合理处置。
尽可能与料流的末端重合，以利于排气。
9）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。
★3.2分型面选择方案
分型面的选择有以下两种方案。
分型面方案1
分型方案2
分型面的选择方案有以上两个，对于带有侧凹或侧孔塑件，选择分型面应尽可能将侧型芯置于定模，以避免在定模内抽芯，故分型选择分型方案1。
第4章浇注系统的设计及计算
★4.1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，其主要设计要点为：
1）主流道圆锥角α=2°～3°对流动性差的塑料可取3°～6°，内壁粗糙度为Ra=0.63um，主流道大端呈圆角，半径r=1～3mm，以减小料流转向过渡的阻力，取d=3mm。
2）在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。
3）对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式，但在大多数情况下是将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上，主流道衬套与定模座采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。
4.1.1主流道尺寸
根据所选注射机，则
主流道小端尺寸为：
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）=3+1=4mm
主流道球面半径为：
SR=喷嘴球面半径+（1～2）=8mm
主流道长度为：
L=53mm
4.1.2主流道衬套形式
本设计虽然是小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度约等于定模板的厚度（见模架的确定和装配图）。
衬套如图5—1所示，材料选用45钢，热处理表面淬火后表面硬度为50~55HRC。
取d=5mm，α=3°
则D=
﹢2×
×52=6.9mm
主流道凝料体积为：
=
=
×（9.9/2）
×53
=1.9
图4-1主流道衬套
4.1.3主流道剪切速率校核
根据实际生产经验可知，主流道、分流道的剪切速度一般为
X
～5X
在模具设计过程中要进行剪切速度的校核，以保证能够顺利注射成型。
由经验公式
=
=
≈
式中
=q主+q分+q塑件=1.9＋0.844＋1.96×2
=6.66
=11.9/5mm=0.238mm
★4.2分流道的设计
分流道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。
多型腔模具必定设置分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口是也要设置分流道。
4.2.1分流道布置形式
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，见下图。
图4-1分流道
4.2.2分流道长度
在本设计中结合实际情况，取L=43mm
4.2.3分流道的形状及截面尺寸
分流道截面有圆形、矩形、梯形U形和六角形等等。
为了减少流道内的压力损失和传热损失,要尽量把流道的截面积设计得大些，表面积小些。
因此可以用流道的截面积与其周长的比值来表示流道的效率，各种截面分流道的效率如图所示
图4-2分流道的截面形式和效率
从图中可见，圆形和正方形流道的效率最高。
一般分型面为平面时，通常采用圆形截面的流道。
由于本设计采用一模二腔的点浇口，为了取出分流道凝料，且凝料在两个平板之间，故采用的是圆形截面。
因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗地估计分流道的直径，常用塑料的分流道直径推荐值如《塑料制品成型及模具设计》表4-3。
对于壁厚小于3mm,质量在200g以下的塑件，可用以下经验公式确定分流道的直径：
D=0.2645
式中W——流经分流道的塑料量（g）;
L——分流道长度（㎜）;
D——分流道直径，（㎜）;
其中W=Nm=2×1.74g=3.48g
式中n——为型腔数目;
m——为塑件质量（g）;
在本设计中结合实际情况，取L=43mmW=3.48g
D=0.2645
=0.2645×
×
=1.26mm
取D=1.2mm﹤3.2mm，故由【参考文献1】表6-1查得D=5mm。
4.2.4分流道凝料体积
分流道截面积A=
=3.14×
=19.63
分流道长度：
L=43mm
凝料体积：
q分=
=19.63×43
=0.844
4.2.5分流道剪切速率校核
剪切速度经验公式为：
式中r—剪切速率（
）；
q—熔体的体积容量
—表征流道断面尺寸的当量半径cm，查【参考文献1】图6-11查得
=0.22mm。
在
—5000
之间所以满足要求。
式中v—制品体积（
），通常取V=（0.5~0.8）Q[Q为注射机公称注射量
]；
Qn—注射机公称注射量（
）；
θ—注射时间由《中国模具设计大典》表9.2-1查得PE塑料的注射时间为1s；
4.2.6分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度并不要求很低，一般取0.8um~1.6um即可，在此取1.6um。
★4.3浇口设计
在本设计中，塑件表面要求不留下痕迹，不影响外观，结合塑件为薄板状结构，为减少翘曲变形，故采用潜伏浇口形式见图4-3。
图4-3潜伏浇口
★4.4冷料穴的设计
1）分流道冷料穴
根据需要，冷料穴不但在主流道的末端，而且可在各分流道转向的位置，甚至在型腔的末端开设冷料穴。
冷料穴应设置在熔体流动方向的转折位置，并迎着上游的熔体流向，如图5-4所示。
图4-4分流道冷料穴
冷料穴的长度通常为分流道直径d的1.5~2倍。
本设计中需要设计在分流道末端。
★4.5浇注系统的平衡
该塑件采用一模二腔的平衡式浇注系统,平衡式浇注系统的特点是,从分流道到浇口及型腔,其形状,长宽尺寸,圆角半径,模壁的冷却条件等都完全相同,因此溶体能以相同的成型压力和温度同时充满所有的型腔,从而可以获得尺寸相同，物理性能良好的塑件。
第5章脱模机构设计
★5.1脱模推出机构的设计原则
a、塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单。
b、防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。
由于塑料收缩时包紧型芯，因此推车力作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位，作用面积也应尽课能大一些，以防塑件变形或损坏。
c、力求良好的塑件外观，在选择顶处位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。
在采用推杆脱模时尤其要注意这个问题。
d、结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易且具有足够的刚度和强度。
★5.2塑件推出的基本方式
脱模机构可按动力来源分类也可按模具结构分类
a、按动力来源分类。
分为手动脱模、机支脱模、液压脱模、气动脱模，本设计采用液压脱模。
即在注射机上设有专用的顶出油缸，并开模到一定距离后，活塞的动作实现脱模。
b、按模具结构分类。
分为简单脱模机构、双脱模机构、顺序脱模机构、二级脱模机构、浇注系统脱模机构等。
本设计采用的顶出机构是顶杆顶出机构。
顶杆的机构特点：
顶杆加工简单，更换方便，脱模效果好，顶杆设计的注意事项：
a、顶出位置顶杆。
d、数量不保证塑件质量，能够顺利脱模的情况下，顶杆的数量不宜过多。
当塑件不许可有顶出痕迹，可用顶出耳的形式脱模后将顶出耳剪掉。
★5.3塑件的推出机构
由于制品分型面的确定，遥因此在塑件下表面设置推板，为了防止受礼不均匀，采取对称式排列。
为保证顶出机构的运动平稳，顶杆受力均匀和复位，在顶出机构设置了导向、复位机构。
5．3．1推出机构的复位
脱模机构完成塑件顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置。
目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。
复位杆又称回程杆或反推杆。
复位杆通常装在与固定推杆的同一固定板上，且各个复位杆的长度必须一致。
复位杆一般设2～4根，为避免长期对定模板的撞击，可采取两种防止措施，其一是使复位杆端面低于定模板平面0.02～0.05mm，其二是在复位杆底部增设弹簧缓冲装置。
此处设计复位杆也兼作导柱的作用。
由于本设计是标准模架，故
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