塑模设计毕业设计.docx
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塑模设计毕业设计
毕业设计
课题塑模设计说明书
专业模具设计与制造
学生姓名
指导教师（签名）
2006年5月20日
计算内容
说明
目录
一、塑件的分析……………………………………………
（2）
二、塑件的形状尺寸…………………………………………（3）
三、形腔数目的决定及排布…………………………………（3）
四、分型面的选择……………………………………………（4）
五、浇注系统的设计…………………………………………（4）
六、注射机的型号和规格校核……………………………（5）
七、成型零部件的工作尺寸计算……………………………（5）
八、导柱导向机构的设计…………………………………（11）
九、推出机构的设计……………………………………（12）
一十、温控系统的设计…………………………………（13）
十一、设计小结…………………………………………（15）
十二、参考文献…………………………………………（15）
共18页第1页
计算内容
说明
塑件材料分析
ABS：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
一、基本特性：
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。
每种单体都具有不同特性：
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
从形态上看，ABS是非结晶性材料。
三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。
这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。
这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。
ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。
成型特性：
结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。
冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。
收缩率大，方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温。
宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。
不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。
应注意选择浇口位置。
质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。
三：
综合性能
密度：
1.02～1.16g/cm³
比体积：
0.86～0.98cm³/g
熔点：
130°C～160°C
熔融指数：
200°C负荷50N，喷嘴2.09，0.41～0.82g/10min
热变形温度：
90°C～108°C（45N/cm²），83°C～103°C（180N/cm²）
抗弯强度：
80Mpa
屈服强度：
50Mpa
抗压强度：
53Mpa
抗拉强度：
38Mpa
抗剪强度：
24Mpa
冲击韧度：
261KJ/m²（无缺口），11KJ/m²（缺口）
断裂伸长率：
35%
拉伸弹性模量：
1.8Gpa
计算收缩率：
0.4～0.7%
布氏硬度：
9.7R121
参考文献：
《塑料模具技术手册》
《塑料成型工艺与模具设计》
《塑料模具技术手册》表1-9AP15
1-9BP21
共18页第2页
计算内容
说明
四：
ABS的注射工艺参数
注射成型机类型：
螺杆式
螺杆转速；30～60r/min
喷嘴形式及温度：
直通式180°C～190°C
料筒温度：
前段：
200°C～210°C
中段：
210°C～230°C
后段：
180°C～200°C
模具温度：
50°C～70°C
注射压力：
70MPa～90MPa
保压力：
50MPa～70MPa
注射时间：
3～5s
保压时间：
15～30s
冷却时间：
15～30s
成型周期：
40～70s
第二部分塑件的形状尺寸
一：
塑件图如下所示（CAD图）
二：
塑件的工作条件对精度的要求不高，根据ABS的性能可选择其塑件精度等级为8级精度（查阅《塑料成型工艺与模具设计》表3-9P67）。
参考文献：
《塑料成型工艺与模具设计》表3-1P55
共18页第3页
计算内容
说明
求塑件的体积：
V塑=40×20×25-36×16×23
=20000-13248
=6.752cm³
求塑件的质量：
M塑=V塑·P塑=7.4g（P塑取1.1g/cm³）
第三部分型腔数目的确定及其布局
一：
已知塑件的体积和质量，又因为此产品属于大批量生产的小型塑件，所以多型模腔可为其提供独特的优越条件。
二：
每增加一个型腔，由于型腔的制造误差和成型工艺的误差的影响，塑件的尺寸精度要降低约4%～8%，因此多型腔模具（n>4）的时候一般不能生产高精度塑件。
根据制件的尺寸，精度，表面粗糙度要求综合考虑生产率和成本及产品的质量等各种因素，初步确定此产品为一模4腔呈对称性排布。
排布图如下：
型腔数目及排布图
第四部分分型面与排溢系统的设计
一：
分型面的确定受到塑件在模具中的成型位置，浇注系统设计，塑件的结构工艺及其精度，嵌件位置，形状以及推出方法，模具的制造，排气操作工艺等各种因素的影响。
因此选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
1.分型面应在塑件外形最大的轮廓处。
2.确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模。
通常分型面的选择应尽可能使塑件留在动模一侧，这样有助于在动模内设置推出机构动作，否则在定模内设置推出机构往往会增加模具整体的复杂性。
共18页第4页
计算内容
说明
3.保证塑件的精度要求。
塑件的精度要求较高的成型表面不可设为分型面，以防止塑件达不到所需的精度要求而造成废品。
4.满足塑件的外观质量要求。
需考虑分型面处所产生的飞边是否容易修整清除。
5.对成型面积的影响，为了可靠的锁模以避免涨模溢料现象的发生，选择分型面应尽可能减少塑件（型腔）在合模分型面上的投影面积。
6.排气效果。
分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在型腔内壁表面重合。
根据以上几点原则，可确定塑件的分型面，如下图所示：
第五部分浇注系统的设计
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。
根据塑件的形状采用推杆推出。
由于采用复式点浇口，双分型面，分流道采用半圆形截面，分流道开设在中间板上，在定模固定板上采用浇口套,不设置冷料穴和拉料杆。
共18页第5页
计算内容
说明
根据塑件的材料及其外形尺寸和质量等决定影响因素，根据查表可确定其初步取值如下：
据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：
d=2.5mmD=5mmh=4mml1=1mmr=3mm
l2=5mma=4。
H=10～20mmL=50~60mm
初步估算浇注系统的体积，V浇=4.52～4.73cm3。
其质量约为：
W浇=V浇×r塑=4.90～5.28g。
总质量为：
S=（n×W塑+W浇）/0.8=24～26g
第六部分注射机的型号和规格
根据塑件的材料、外形以及质量等因素可确定注射机的型号为SZY—300
注射机的技术规格如下:
型号：
SZY-300
额定注射量（cm3）：
320
螺杆直径（mm）：
60
注射压力（MPa）：
77.5
注射行程（mm）：
150
注射时间（s）：
5
注射方式：
螺杆式
合模力kN）：
1500
最大开（合）模行程（mm）：
340
模具最大厚度（mm）：
355
模具最小厚度（mm）：
285
模板最大距离（mm）：
340
动、定模固定板尺寸（mm）：
620×520
合模方式：
液压-机械
电动机功率（kw）：
17
螺杆驱动功率（kw）：
7.8
螺杆转数（r/mm）：
15—90
拉杆空间（mm）：
400×300
机器外形尺寸（mm）：
5300×840×1815
第七部分成型零部件的工作尺寸计算
1、产生偏差的原因：
①．塑料的成型收缩 成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：
预定收缩率（设
计算参考
《塑料成型工艺与
模具设计》
第五章第三节P153
注射机型
号参见《塑
料成型工艺与模具设计》表4-1
P100
共18页第6页
计算内容
说明
计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。
σs=（Smax-Smin）×制品尺寸
σs——成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin——分别是制品的最大收缩率和最小收缩率。
②．成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和装配偏差。
③．成型零部件的磨损
２、本产品为LDPE制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取0.3%～0.8%。
平均收缩率s¯为0.5%。
此产品采用6级精度，属于一般精度制品。
因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT７～IT８级，综合参考，相关计算以及成型零件分析如下：
型腔径向尺寸：
（LM1）0+δz=[（1+s¯）Ls1-xΔ]0+δz
=[（1+0.5%）×20-0.5×0.04]0+0.04/4
=20.170+0.01mm
型芯径向尺寸：
（lM1）0-δz=[（1+s¯）lS1+xΔ]0-δz
=[（1+0.5%）×16+0.5×0.04]0-0.04/4
=16.130-0.01mm
收缩率见《塑料成型工艺与
模具设计》
附录B
共18页第7页
计算内容
说明
（Lz）0-δz=[（1+s¯）Ls+0.5×Δ]0-δz
=[（1+2.5%）×16+0.5×0.04]0-0.04/4
=13.120-0.01mm
型腔深度尺寸：
（HM）0+δz=[（1+s¯）HS+XΔ]0+δz
=[（1+0.5%）×25+0.5×0.08]0+0.08/4
=725.210+0.02mm
型芯高度尺寸：
（lM）0-δz=[（1+s¯）hS+xΔ]0-δz
=[（1+0.5%）×23+0.5×0.08]0-0.08/4
=23.080-0.02
型腔径向尺寸：
（LM2）0+δz=[（1+s¯）Ls1-xΔ]0+δz
=[（1+0.5%）×40-0.5×0.04]0+0.04/4
=40.190+0.01mm
计算参考
《塑料成型工艺与
模具设计》
第五章第三节P151
共18页第8页
计算内容
说明
型芯径向尺寸：
（lM2）0-δz=[（1+s¯）lS1+xΔ]0-δz
=[（1+0.5%）×36+0.5×0.04]0-0.04/4
=36.130-0.01mm
中心距尺寸：
（C1）±δz/2=（1+s¯）C1S±δz/2
=（1+0.5%）×10±0.04/2
=10.07±0.02mm
校核：
型腔，型芯径向尺寸：
（Smax-Smin）Ls+δz+δc<△此式成立
（Smax-Smin）ls+δz+δc<△此式成立
型腔，型芯深度尺寸：
（Smax-Smin）Hs+δz<△此式成立
（Smax-Smin）hs+δz<△此式成立
中心距尺寸：
（Smax-Smin）Cs<△此式成立
3、成型零件的强度、刚度计算
注射模在其工作过程需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。
如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲变形，引起成型零部件在它们的对接面或贴合面处出现较大的间隙，由此而发生溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求。
因此，在模具设计时，成型零部件的强度和刚度计算和校核是必不可少的。
一般来说，凹模型腔的侧壁厚度和底部的厚度可以利用强度计算决定，但凸模和型芯通常都是由制品内形或制品上的孔型决定，设计时只能对它们进行强度校核。
根据塑件产品可知此模具型腔设计时应采用的是组合式圆形型腔。
因此，计算参考公式如下：
型腔侧壁厚度的计算组合式圆形型腔侧壁可做为两端开口，仅受均匀内压的厚壁圆筒，当型腔受到熔体的高压作用时，起内半径增大，在侧壁与底版之间产生纵向间隙，间隙过大便会导致溢料。
共18页第9页
计算内容
说明
因在设计时采用的是镶嵌式圆形型腔。
因此，计算参考公式如下：
侧壁：
按刚度计算：
按强度计算：
底版厚度计算：
组合式圆形型腔底版固定在圆形模脚上，并假定模脚等与型腔内半径。
这样底板可做为周边筒支的圆板，最大的变形发生在板的中心。
按刚度条件，型腔的底版厚度应为：
按刚度条件，最大应力也发生在板的中心，底版厚度为：
共18页第10页
计算内容
说明
4.小型芯的结构小型芯成型素件上的小孔或槽。
小型芯单独制造，再镶入模板中。
型芯的固定方法如下图所示：
凸模、型芯计算公式：
按强度计算：
按刚度计算：
参数符号的意义和单位：
P模腔压力（MPa）取值范围50~70；
s型腔侧壁的厚度（mm）
R型腔外半径（mm）
r型腔内半径（mm）
E材料的弹性模量（MPa）查得2.06×105；
计算参考
《塑料成型工艺与
模具设计》
第五章第三节P153
共18页第11页
计算内容
说明
[ó]材料的许用应力（MPa）查得176.5；
u材料的泊松比查表得0.025；
[δ]成型零部件的许用变形量（mm）查得0.05；
采用材料为3Gr2W8V，淬火中温回火，≥46HRC。
由公式分别计算出相应的值为：
按强度计算得：
tc=4.91mmth=4.18mmr=8.32mm
按刚度计算得：
tc=0.95mmth=2mmr=3.87mm
第九部分合模导向机构设计
导向机构是保证动定模或上下合模时，正确定位和导向的零件。
合模导向机构主要有导柱导向和锥面导向两种形式。
通常是采用导柱导向定位。
一：
导柱导向机构的作用：
1.定位件用：
模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确，在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。
2.导向作用：
合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。
3.承受一定的侧向压力。
二：
导柱导向机构的主要零件是导柱和导套。
1.导柱的形式有带头导柱和有肩导柱。
带头导柱结构简单，加工方便，用与简单模具。
小批量生产一般不需要导套，而是导柱直接与模板中的导向孔配合。
生产大批量时，也可在模板中设置导套，导向孔磨损后，只需更换导套即可。
有肩导柱其结构复杂，用于精度高生产大批量的模具，导柱与导套配合，导套固定孔直径相等，两孔同时加工，确保同轴度的要求。
2.导柱结构和技术要求
（1）长度导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8-12mm，以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。
（2）形状导柱前端应做成锥台或半球形，以使导柱顺利的进入导向孔。
（3）材料导柱应具有耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢经渗碳淬火处理或T8钢，T10钢经渗碳淬火处理，硬度为50-55HRC。
导柱固定的部分表面粗糙度Ra为0.8um,导向部分表面粗糙度为Ra0.8-0.4um。
共18页第12页
计算内容
说明
（4）导柱固定的部分表面粗糙度Ra为0.8um,导向部分表面粗糙度为Ra0.8-0.4um。
数量及布置导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，一保证模具强度（导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1-1.5倍）。
为确保合模时只能一个方向合模，导柱的布置可采用等直径导柱不对称布置或不等直径导柱对称布置。
导柱可设置在动模一侧，也可以设置在定模一侧，应根据模具结构来确定。
在不妨碍脱模取件的条件下，导柱通常设置在型芯高出分型面较多的一侧。
（5）配合精度导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合；导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7间隙配合。
3.导套的结构形式导套主要有只导套和带头导套。
只导套结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫板的场合。
带头导套结构较复杂，用于精度较高的场合。
导套的结构和技术要求
（1）.形状为使导柱顺利进入导套，在导套的前端应倒圆角。
导柱孔最好作成通孔，以利于排气及残渣废料。
（2）.材料导套用于导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造，其硬度一般应低于导柱的硬度，以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛。
（3）.固定形式及配合精度一般采用H7/r6配合H7/m6或H7/k6配合。
为增加镶入的牢固性，防止开模时导套被拉出来，可采用在模板的侧面用紧固螺钉固定导套的方法。
三：
导柱与导套的配用选择根据模具的结构及生产要求可确定此模具应采用的导柱导套及配合方式。
如下图所示：
共18页第13页
计算内容
说明
要注意导柱的设置及导柱的长度，如刻导柱同时对动模部分导向，则导柱导向部分的长度应按下式计算：
L≥H+8~10mm
L——导柱导向部分长度（mm）;
H——动模及推件板的高度41（mm）;
定端与模板间用H7/m6或H7/k6的过渡配合,导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合。
根据模具结构的要求，导柱同应布置4个，并尽可能对称布置于A分型面的四周，以保持分型时受力均匀，中间板不被卡死。
布局形式如图示：
导柱排布图
第九部分推出机构的设计
1、推出机构的组成
推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。
即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。
2、设计原则：
a、推出机构应尽量设在动模一侧；
b、保证塑件不因推出而变形损坏；
c、机构简单动作可靠；
合模时的正确复位。
3、脱模力的计算：
根据力平衡原理，列出平衡方程式：
∑Fx=0
Ft+Fbsinα=Fcosα
共18页第14页
计算内容
说明
Fb塑件对型芯的包紧力；
F脱模时型芯所受的摩擦力；
Ft脱模力；
Α型芯的脱模斜度。
又：
F=Fbμ
于是Ft=Fb（μcosα-sinα）
而包紧力为包容型芯的面积与单位面积上包紧力之积，即：
Fb=Ap
由此可得：
Ft=Ap（μcosα-sinα）
式中：
μ为塑料对钢的摩擦系数，约为0.1~0.3；
A为塑件包容型芯的总面积；
p为塑件对型芯的单位面积上的包紧力，在一般情况下，模外冷却的塑件p取2.4~3.9×107Pa;模内冷却的塑件p约取0.8~1.2×107Pa。
所以:
经计算，A=615.44mm2,μ取0.25,p取1×107Pa,取α=45′。
Ft=615.44×10-6×1×107（0.25×cos45′-sin45′）
=1457.91N。
因此，脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。
由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值。
5.用推件板推出机构中,导柱结构应足够长，并且要控制好推出行程，以防止推件板脱落。
在推出过程在中，由于推出板和型芯有摩擦，所以推件板也必须进行淬火处理，以提高耐磨性，但由于外形为非圆形的塑件来说，复杂形状的型芯又要求淬火后能淬硬的推件板很好的相配，这样的[配合部分加工就较困难，因此，推件板推出机构主要适用于塑件的内孔为圆形或其他简单形状的场合。
6.导柱为了减少推件板与型芯的摩擦，在推件板与型芯间留20~0.25mm的间隙，并用锥面配合，防止推件因偏心而溢料。
7.导向零件推出机构的导向零件，通常由推板导柱与推板导套所组成，简单的小模具也可以由推板导柱直接与推板上的导向孔组成。
推板导柱的数量根据模具的大小而定，至少要设置两根，大型需要四根。
8.复位零件对于推件板推出机构而言，由于推杆端面与推件板接触，可以起到复位杆的作用。
因此，可以不必再另外设置复位杆。
第十部分温控系统设计
基本原则：
熔体热量95%由冷却介质（水）带走，冷却时间占成型周期的2/3。
参考《塑料成型工艺与
模具设计》
第五章第五节P169
共18页第15页
计算内容
说明
二：
注射模冷却系统设计原则：
1.冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大型腔表面的温度与冷却水道的数量、截面尺寸及冷却水的温度有关。
2．冷却水道至型腔表面距离应尽量相等当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但是当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。
一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm，常用12~15mm.
3．浇口处加强冷却塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。
4．冷却水道出、入口温差应尽量小如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。
冷却水道的总长度的计算可公式：
Lw=Aw/π
Lw——冷却水道总长度Aw——热传导面积Dw——冷却水道直径
根据模具结构要求，冷却水道长度
5．冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置聚乙烯的收缩率大，水道应尽量沿着收缩方向设置。
此外，冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为10mm左右
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