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塑料盘子注塑模具设计课程设计任务书

注塑模具设计课程设计

课程名称：

盘子注塑模具设计

5.1.2凸模的高度尺寸计算19

摘要

本设计针对分析盘子的塑件图，完成其造型设计，根据分析盘子的塑件的特点完成其注射模设计，本文主要阐述了塑料盘子注塑成型的基本原理，注射模具的结构设计方法及过程。

采用AUTOCAD的软件和UG软件完成对塑料盘子的模具的计算机辅助设计。

关键词计算机辅助设计，注射模具，塑料盘子

前言

模具课程设计是在完成冷冲模具设计、塑料模具设计、CAD软件等相关专业课程学习之后,一个重要的综合性的环节。

在设计之前,要具备机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺、塑件成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识。

初步了解塑件的成型工艺和出产过程,认识各类塑料模具的典型结构。

（1）综合运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺、塑件成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识,分析和解决塑料模具设计问题,进一步巩固加深和拓宽所学的知识。

（2）通过设计实践,逐步树立正确的设计思想,增强创新意识和竞争意识,基本掌握塑料模具设计的一般规律,培养分析问题和解决问题的能力。

（3）通过计较、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料,进行塑料模具设计全面的基本技能训练,为毕业设计打下一个良好的实践基础。

1工艺分析

1.1材料特性分析

PP是一种半结晶性材料。

它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。

由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。

共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。

PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。

PP的维卡软化温度为150℃。

由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。

PP不存在环境应力开裂问题。

通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。

PP的流动率MFR范围在1~40。

低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。

对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。

由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。

并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。

加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。

均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。

然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。

PP也不像PE那样在高温下仍具有抗氧化性。

1.2材料的参数

PP聚丙烯（纯）的主要技术指标

密度ρ（kg/cm3）:

0.90-0.91

比体积：

v/（dm3×kg-1）：

1.10-1.11

吸水率（24h）wpc×100:

0.01-0.3

收缩率s:

1.0-2.5

熔点t/°C：

170-176

热变形温度t/°C{0.46mpa102-115

抗拉屈服强度σw/mpa:

67.5

冲击韧度{dn/（kJ.m-2）无缺口78

硬度HB:

8.65

1.3注射参数

干燥处理：

如果储存适当则不需要干燥处理。

熔化温度：

220~275℃，注意不要超过275℃。

模具温度：

40~80℃，建议使用50℃。

结晶程度主要由模具温度决定。

注射压力：

可达到1800bar。

注射速度：

通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。

如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。

流道和浇口：

对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。

建议使用通体为圆形的注入口和流道。

所有类型的浇口都可以使用。

典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。

对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。

PP材料完全可以使用热流道系统。

成型时间：

注射时间20s~60s

高压时间0s~3s

冷却时间20s~90s

总周期50s~160s

1.4塑件制作数据

1.4.1塑件的尺寸

塑件尺寸的大小受制于以下因素：

1取决于用户的使用要求。

2受制于塑件的流动性。

3受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力

根据日常需要取盘子的盘子口半径为228mm，盘子底半径为80mm，盘子高33mm，盘子壁厚3mm。

图1.1盘子的实体模型

图1.2盘子的工程图

图1.3分模图

图1.4模具模架3D图

1.4.2塑件尺寸公差标准

影响塑件尺寸精度的因素主要有：

（1）塑料材料的收缩率及其波动。

（2）塑件结构的复杂程度。

（3）模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。

（4）成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。

（5）成型设备的控制精度等。

（6）其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。

题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算。

1.4.3塑件的表面质量

塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。

模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。

1.5确定注射机

从节省材料的角度我们选择一模一腔的浇注系统

估算出制品体积V=132cm3

所需熔体PP塑料质量M=119g

制品的正面投影面积S=415cm2

初步选用XS-ZY-250注射机

注射机容量250cm3

注射压力1300*10^5pa

锁模力1800N

最大注射面积500cm3

模具厚度350-250mm

模板行程350mm

喷嘴球半径18mm

喷嘴孔直径4mm

定位孔直径125mm

所需注射量80%注射机最大注射量；注射压力；锁模压力

根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积：

V=132+20=152

——塑件凝料体积（cm3）

V/0.8=152/0.8=190cm3<250cm3

（2）注射压力

PP塑料成型时的注射压力

（3）锁模力：

式中P—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。

PP塑料成型时的注射压力

，我们选择P=0.65×120=80MPa

P——塑料成型时型腔压力80MPa

F——塑件在分型面上的投影面积415（mm²）

F=132000mm²=0.132m²

P锁模力=80*0.132*100000=105600=105.6KN＜180KN

确定注射机型号XS-ZY-250

XS-ZY-250型注塑机的主要技术规格如下表：

表1-1注塑机的主要参数

理论注射容积（cm³）

250

注射压力（MPa）

130

锁模力（kN）

1800

移模行程（mm）

350

模具最大厚度（mm）

350

模具最小厚度（mm）

250

模具定位孔直径（mm）

￠125

喷嘴口孔径（mm）

￠4

喷嘴球半径（mm）

15

2模具结构设计

2.1分型面选择

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保证塑料制品能够脱模

这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。

根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。

分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。

2使型腔深度最浅

模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响：

①目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工，型腔越深加工时间越长，影响模具生产周期，同时增加生产成本。

②模具型腔深度影响着模具的厚度。

型腔越深，动、定模越厚。

一方面加工比较困难；另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜过大。

③型腔深度越深，在相同起模斜度时，同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大，如图2。

若要控制规定的尺寸公差，就要减小脱模斜度，而导致塑件脱模困难。

因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。

3使塑件外形美观，容易清理

尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。

即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上。

4尽量避免侧向抽芯

塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用。

5使分型面容易加工

分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。

因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。

如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。

6使侧向抽芯尽量短

抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度。

7有利于排气

对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。

因此，选择分型面时应有利于排气。

按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭。

综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。

当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。

对于本塑件，图示为最佳第一分型面。

图2.1分型面

2.2浇口设计

浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。

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性能及质量影响很大，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）尽量缩短流动距离。

（2）浇口应开设在塑件壁厚最大处。

（3）必须尽量减少熔接痕。

（4）应有利于型腔中气体排出。

（5）考虑分子定向影响。

（6）避免产生喷射和蠕动。

（7）浇口处避免弯曲和受冲击载荷。

（8）注意对外观质量的影响

根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，联系产品实际使用要求，本产品选用点浇口较为合适。

图2.2浇注点

2.3流道设计

流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。

其设计要点：

主流道设计成圆锥形，其锥角可取2°~6°，流道壁表面粗糙度取Ra=0.63μm，且加工时应沿道轴向抛光。

主流道如端凹坑球面半径R2比注射机的、喷嘴球半径R1大1~2mm；球面凹坑深度3~5mm；主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.5~1mm；一般d=2.5~5mm。

取d=2mm

主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径r=1~3mm。

主流道长度L以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm。

主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T8A，热处理淬火后硬度53~57HRC。

结合塑件特征和模架特征，采用流到设计如图所示：

图2.3

2.4浇口套设计

浇口套选用根据注射机喷嘴球半径15mm，再根据书111页点浇口的选择条件，翻书查阅资料，得到浇口套如图所示。

图2.4浇口套

图2.5浇口套的固定形式

3排气系统和冷却系统设计

3.1排气系统设计

排气系统的作用是将型腔中原有的空气及成型过程中产生的气体顺利的排出，以免塑件产生气泡，疏松等缺陷而影响成型及表面质量。

排气槽的作用主要有两点。

一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。

越是薄壁制品，越是远离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。

另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。

那么，模腔的排气怎样才算充分呢？

一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。

适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。

保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。

其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。

排气槽的设计原则：

（1）排气槽尽量开设在分型面；

（2）排气槽应在型腔最后充满的地方；

（3）排气槽一般应开设在分型面动模一方；

（4）排气槽的槽深按表3-3选用为0.02mm；

（5）排气槽的式要预防溢料溅出伤人，最好不要面对操作者；

3-1排气槽深度

塑料名称

深度h

塑料名称

深度h

聚乙烯

0.02

聚酰胺

0.01

聚丙烯

0.01-0.02

聚碳酰脂

0.01-0.03

聚氯乙烯

0.02

聚甲醛

0.01-0.03

ABS

0.03

丙烯酸共聚物

0.03

由于此类事小产品排气槽可以直接用分型面不必特别制作排气槽

3.2冷却系统的设计

注塑模在塑料成型过程中如果横温过高，成型收缩率会变大、塑件变化也相应增加，并且容易粘模，难以取出。

为防止塑件脱模变形、缩短成型周期，注塑模一般都应设计冷却系统装置，以控制模温。

冷却水孔开设原则：

（1）孔边离型腔的距离一般保持在8—15mm，太近则效率低，水孔直径一般在5mm以上，根据模具大小决定；

（2）孔管路应畅通无阻；

（3）水管接头的位置应尽可能放置在不影响操作的一侧；

（4）冷却水管最好不开设在型腔塑料熔接的地方以免影响塑件强度；

因为本塑件的加热温度对塑件的质量影响较大，温度过高易于分解（分解温度250

）、成型时要控制模温在50--80

，具体措施是布置冷却水管，具体要求：

1）冷却水管直径

5mm；

2）冷却回路形式为直流循环式；

3.1冷却系统

4脱模结构

4.1脱模机构设计的总体原则

（1）要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构。

（2）正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；力的作用面尽可能大一些，以防止塑件在被推出过程中变形或损坏。

（3）推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观。

（4）推出机构应结构简单，动作可靠（即：

推出到位、能正确复位且不与其他零件相干涉，有足够的强度与刚度），远动灵活，制造及维修方便。

（5）为了便于塑件从模具型腔中或从塑件中抽出型芯、在设计时必须考虑塑件内外壁应具有足够的脱模斜度。

表4-1各种材料推荐脱模斜度

材料

脱模斜度

聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯

-

ABS、尼龙、聚甲醛、聚苯醚氯化聚醚

-

硬氯乙烯、聚碳酸醋、聚砜、聚苯乙烯、有机玻璃

-

热固性塑料

-

本塑件模具采用推件板推出机构。

模型本身就可以脱模。

4.2推件力的计算

4.2.1脱模力

Q=Lhp（fcosa-sina）

式中：

L—凸模被包紧部分的断面周长（cm）

h—被包紧部分的深度（cm）

p—由塑件收缩率产生的单位面积的正压力，一般取～Pa

f—摩擦系数，一般取0.1

—脱模斜度。

则：

L=2*3.14*114=715.92mm

h=28mm

Q=715.92mm*28mm*10MPa（0.1*cos0-sin0）=20025.6

5底板设计

5.1凹模尺寸设计

根据制件的特性，选用整体式凹模。

凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐增大。

有关凹模的工作尺寸如下：

5.1.1凹模的径向尺寸计算

大圆直径

中圆直径

小圆直径

——塑件外形公称尺寸；

Scp——塑料的平均收缩率；

——塑件的尺寸公差；

模具制造公差

模具磨损公差

查书得k=0.01

5.1.2凸模的高度尺寸计算

——塑件高度方向公称尺寸

5.2凸模尺寸设计

凸模是成型塑件的外形，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中凸模的磨损会使包容尺寸逐渐减小。

5.2.1凸模的径向尺寸计算

——塑件内形径向公称尺寸

大圆直径

中圆直径

小圆直径

——塑件外形公称尺寸；

Scp——塑料的平均收缩率；

——塑件的尺寸公差；

模具制造公差

模具磨损公差

5.2.2凹模的高度尺寸计算

——塑件高度方向公称尺寸

6模架选择

图6.1.1模架

图6.1.2模具总装图

7导柱设计

7.1导柱

在模具进行装配或成型时，合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确对合，确以保证塑料制件的形状和尺寸精度，并避免模内各零部件发生碰撞和干涉。

合模导向机构主要有导柱导向和锥定位两种形式。

本设计采用导柱导向机构，其结构如图所示。

图7.1导柱

导柱布局原则：

1）、等径不对称；

2）、不等直径对称分布；

A、材料20钢

B、技术要求：

a．热处理50—55HRC，20钢渗碳0.8mm56—60HRC；

b．倒角不大于1×45°；

c．其它按GB/T4169.4—1984;

d.长度为动模型板A和垫板B的厚度A+B=80MM

7.2导套

根据导柱长度及所选模架的动模型板选择导套，如图。

A、材料T8A

B、技术要求：

a．热处理50—55HRC，20钢渗碳0.5--0.8mm56—60HRC；

b．倒角不大于1×45°；

图7.2导套

7.3推杆的选择

由模具的工作行程及所选模架的要求知所选的推杆长度

A、材料T8A；

B、技术要求：

a．工作端不允许倒锥；

b．工作端面不允许有中心孔；

图7.3推杆

8材料选择

8.1凹凸模材料的选择

本模具凹凸模采用铝合金。

现今人们已经改变了过去不愿意使用软质金属铝的观念，因为铝材料供货商对其性能和使用性做了显著的改进，铝（第三代铝，大约在1990年后投入使用）很多优点的应用日益增加，铝熔点低，热工作特性好（与钢相比），良好的机加工性能；此外，易于回收再利用，相对较低的能量消耗，这些使得铝这种材料在模具加工中广泛应用。

第三代铝合金的特性一点也不逊于塑料模具钢：

其有较低密度，足够强度，良好的机加工性能，良好的热传导性，良好的耐腐性，易于得到，合理的价格体积比。

9注射机校核

9.1注射量

塑件体积：

V=132

注射机理论注射容量：

V理=250

V

9.2注射压力

所选注射机的须大于塑件所需的注射压力，聚丙烯的注射压力为70~120MPa，注射机的注射压力为130MPa，符合要求。

注射压力

9.3锁模力

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，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力，即：

式中P—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。

PP塑料成型时的注射压力

，我们选择P=0.65×120=80MPa

P——塑料成型时型腔压力80MPa

F——塑件在分型面上的投影面积（mm²）

F=4150000mm²

P锁模力=80×4150000=332000N=332KN＜1800KN符合条件。

9.4开模行程

对双分型面注射模，

双分型面模具最小开模行程Hmin＞H=H1+H2+A+C+（5~10）mm

式中，H1——塑件推出的最小距离

H2——包括浇注系统在内的塑件高度

A---浇注系统凝料高度+10mm

C----6~10mm

5~10mm----安全距离

选用原则：

①注射机的动模板最大行程Smax＞Hmin

②注射机的动模板和定模板之间的最小间距Hmin＜模具的最小厚度H0

H=28+40+60+10+（5~10）=143~148mm

所选注塑机的移模行程为350mm＞148mm,满足要求；

结果:

所选注射机满足要求。

10小结

经过几周的课程设计，我基本上了解了模具设计的思想,并逐步树立了正确的设计思想,并且根据设计思路完成了一套塑料盘子的模具。

刚开始做设计的时候感觉有点困难,不知该从何下手去做,有点茫然,通过看参考书上的设计步骤,渐渐晓得了整个设计过程,这确实是项很有挑战性的工作,首先要对模具的结构有很好的了解,并知道各部分的名称及效用是啥子,这对于设计是非常重要的,如果连模具结构都不清楚,那还谈啥子设计,根本完成不了的工作;再次要有很好的制图能力,如果这项不行,那设计图纸就无法很好的完成,其次要能熟练掌握CAD绘图软件,这是基本了,整个图形的绘制都要用它。

通过设计我将所学的定见很好的运用到中实践来了,对于模具制造工艺、塑件成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识有了进一步的了解,这次设计我的收成很大,我很喜欢这次课程设计。

参考文献

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