塑料注射模设计说明书详细步骤.docx

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塑料注射模设计说明书详细步骤

一．塑件使用性能分析

此塑件为一个线架部件—导线杆支架，该塑件的材料为奶黄色聚乙烯。

二．PE塑料的性能特点、成型特点、用途及工艺参数：

1．聚乙烯树脂为白色或淡白色、柔软、半透明的大理石状粒料，手触似蜡，因而又名高分子石蜡。

聚乙烯的吸水性极小，且介电性能与频率、温度及湿度无关。

聚乙烯能耐大多数酸、碱、盐的侵蚀作用。

聚乙烯是高频电绝缘材料。

聚乙烯薄膜因具有坚韧、耐水、防蚀、无毒等优点，因而是一种理想的包装材料。

2．成型加工工艺性：

（1）吸湿性很小，成型前可不予干燥。

（2）流动性极好且对压力变化敏感。

（3）可能发生熔体破裂，与有机溶剂接触可发生开裂。

（4）加热时间常会发生分解、烧伤。

（5）冷却速度慢，因此必须充分冷却，模具应设有冷却系统。

（6）成型收缩率范围及收缩值大，方向性明显，容易变形、翘曲。

结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温，保持冷却均匀、稳定。

（7）宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分。

（8）不宜用直接浇口，否则易增大内应力，或产生收缩不均，方向性明显，增大变形。

（9）易软质脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模。

3．PE的部分性能及成型工艺参数：

工艺参数  取值范围  工艺参数  取值范围

力学性能  流动比  200～600  压力参数  注射压力MPa  80～120

  收缩率  1.5～5      模内平均压力MPa  100

料筒温度℃  后部  230～240  注射时间参数  注射时间（s）  0～5

  中部  240～260      保压时间（s）  20～80

  前部  230～250      冷却时间（s）  20～50

喷嘴温度℃  220～230  螺杆转速（r•min）20～40

模具温度℃  80～100      

三．对塑件设计的原则和要求：

塑料制件主要是根据使用要求进行设计，由于塑件有特殊的机械性能，因此设计塑件时必须充分发挥其性能上的优点，补偿其缺点，在满足使用要求的前提下，塑件的形状尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺特点，在设计时必须考虑：

（1）塑件的物理机械性能，如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性等；

（2）塑料的成型工艺性，如流动性；

（3）塑料形状应有利于充模流动、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化（热塑性塑料）或快速受热固化（热固性塑料）；

（4）塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异；

（5）模具总体结构，特别是抽芯与脱出塑件的复杂程度；

（6）模具零件的形状及制造工艺。

除此之外，还应考虑塑件设计原则：

（1）在满足性能和使用条件下，尽可能使结构简单、壁厚均匀、连接可靠、安装使用方便。

（2）结构合理，用简单的加工方法就能完成模具的制作。

（3）减小成型加工后的辅助加工。

四．模具结构的确定：

塑件的侧壁有两个孔，应考虑到内侧抽芯结构的确定。

斜导柱分型抽芯是应用最广的分型抽芯机构，它借助于机床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。

因此，我选用斜导柱抽芯机构。

因有侧抽芯，所以采用推杆脱模机构。

我采用了标准模架，省去了不必要的加工麻烦，减少了加工时间，从而减少了人力、物力、才力，提高了生产效率。

五．注射机的选择：

设计模具时，应详细地了解注射机的技术规范，才能设计出合乎要求的模具，应了解的技术规范有：

注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。

以下是制件的体积计算，由制件的体积来选择注射机的型号，并且列出了所选注射机各种技术参数。

PE为结晶性塑料C=0.85

∴Gmax=M×D×C=60×0.95×0.85=48.45g

一次注射和浇注系统重量为M=40×0.95/0.8=47.5g

∵Gmax=48.45g>47.5g

∴校核合格。

1、体积计算

（1）． 流动塑件的体积计算：

V=58×16×29－π（19.5/2）2×16－π（8/2）2×29－1.5×（17－8/2）×29－1.5×（22－19.5/2）×16－2π（5.8/2）2×19.5/2－2×6×1/2×4.3×3.72×4－2π（5.8/2）2×6.5/2－2×6×1/2×4.3×3.72×4

  =26912－4775.94－1456.96－565.5－294－514.94－383.90－171.65－383.90

  =18365.21mm3=18.36521㎝3

约取塑件的体积20㎝3

（2）.浇注系统的体积计算：

  主流道：

  主流道锥角α约为20～40，对流动性差的可取60～100。

通常主流道进口端直径为4～8㎜，

若熔体流动性好，且制品较小时，可取小值，反之取大值。

为了补偿对误差并解决凝料的脱模问题，主流道进口端直径比喷嘴直径大0.5～1㎜。

在保证制品成型的条件下，主流道的长度应尽可能短，以减少压力损失及废料，一般可小于或等于60㎜。

取α=20，进口端直径为4㎜，长度为30㎜。

出口端直径为：

4+2×30tan20=4+60tan20=4+2.1=6.1㎜

主流道的体积为：

V主=1/3π[（6.1/2）2－（4/2）2]×30=1/3π×5.30×30=166.42㎜3

      分流道：

选用梯形截面分流道，由于这种分流道，只切削加工在一个模板上，节省机械加工费用，且热量损失和阻力损失均不大，故为最常用的形式。

其断面尺寸比例为：

h=1～2/3w,x=3/4w,或取斜边与分模线呈100的斜角。

聚乙烯分流道的推荐直径为1.6～9.5㎜。

取w=6㎜,h=2/3w=2/3×6=4㎜,x=3/4w=3/4×6=4.5㎜

分流道的长度Lf一般在8～30㎜之间，也可根据型腔数适当加长，但不宜小于8㎜，否则会给修模带来困难。

取Lf=20㎜

分流道的体积为：

V分=1/2（6+4.5）×4×20×2=420㎜3

2.注射压力的校核：

注射压力的校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要，注射压力的大小与制品复杂程度、模具结构、塑料品种、注射速度、流动比、喷嘴及模具流到系统，以及注射机类型等因素有关。

以往仅能给模具设计者提供一些定性的经验和原则来帮助估计成型所需的压力，例如，螺杆式注射机传递压力的能力比柱塞式注射机强，注射压力可相应取小些

3.  选择成型设备：

总体积为：

V总=2V+V主+V分

=2×18365.21+166.42+420=37316.84㎜3=37.31684㎝3

      总体积约为40㎝3

0.8V总≥V总

V总——注射机的理论注射量

可得V总≥50㎝2

∴可选用注射机型号为XS-Z-60型的注射机。

4.型号为XS-Z-60型的注射机的主要技术参数规格：

工艺参数  取值范围  工艺参数  取值范围

螺杆直径（mm）  38  模具厚度  最大厚度H（mm）  200

最大理论注射容量（）

60      最小厚度H（mm）

70

最大注射面积（cm2）  130  模板参数  尺寸（mm×mm）  330×440

注射压力（MPa）  122      拉杆空间（㎜×㎜）  190×300

锁模力（KN）  500  合模方式  增压式    

拉杆空间（mm×mm）  190×300        

六．注射机有关工艺参数的校核：

1.最大注射量的校核：

选用螺杆式注射机，其最大注射能力通常以螺杆在料筒内最大推进容积M（cm3）表示，因此最大注射量就是该体积的塑料熔体在料筒内的温度及压力下的重量。

最大注射量为：

Mmax=M×D×C

M——注射机规定注射容积cm3

D——注射塑料在常温下的比重，PE在常温下的比重是0.95g/cm3

C——料筒温度下塑料体积膨胀率的矫正系数

对结晶性塑料C=0.85

对非结晶性塑料C=0.93

性差的塑料或细薄塑料制品的注射压力应取大些。

现可借助于注射模流动模拟计算机软件，对注射成型过程进行模拟，获得注射压力的预测值。

部分塑料的注射压力可参考下表：

塑料                      注射条件

      易流动的厚壁制品  中等流动程度的一般制品  难流动的薄壁窄浇口制品

PE      70～100        100～120          120～150

该制品属于中等流动程度的一般制品，注射压力为  100～120MPa  

所以满足要求。

3．锁模力的校核：

高压塑料熔体充满型腔时，会产生很大的，使模具沿分型面涨开，该压力等于制品与浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔内熔体的压力PM（PM常取20～40MPa）,即为作用在这个面积上的总力FL,该力称为工艺锁模力,它必须小于注射机的额定锁模力F,否则在注射成型过程中会因锁模不紧出现涨模溢料现象.

为了保证注射成型时模腔能够可靠的锁闭,FL≤（0.8～0.9）F.

制品在分型面上的投影面积为:

58×16=928mm2

FL=[928＋π（6.1/2）2＋4.5×40]×10－6×（20～40）=22744.197～45488.394×10－6

  =0.023～0.045N

注射机锁模力为500KN

  FL≤（0.8～0.9）F

故注射机的锁模力校核合格。

4.  开模行程和顶出装置的校核：

开模行程也叫合模行程,指模具开合过程中动模固定板的移动距离,用符号S表示.

取出制件的开模距离必须小于注射机的最大开模距离。

对于带有液压----机械联合作用的锁模机构,开模行程由连杆机构的冲程或其它机构的冲程所确定,其最大值与冲程的调节量有关,不受模具厚度影响.

对于双分型面注射模:

        Smax≥H1＋H2＋a＋（5～10）㎜

式中：

H----制品所需的脱模距离（顶出距离），mm；

    H2----制品高度,mm；

a----取出浇注系统凝料必须的长度，mm。

  所以S=29+29+30+（5～10）=103～108㎜

S＜Smax

∴所选注射机合格。

5.  模具安装尺寸校核：

为了注射模能顺利安装在注射机上,并生产出合格的塑料制品,设计模具时必须校验注射机上与模具安装有关的尺寸,因为不同型号和尺寸的注射机,其安装模具部位的形状和尺寸各不相同。

下面分别对喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具厚度以及模板上的螺孔尺寸等进行校核。

①喷嘴尺寸。

注射机喷嘴头的球面半径R1与模具主流道始端的球面半径R2必须吻合,以放止高压塑料熔体从缝隙中溢出。

一般R2应比喷嘴头半径R1大1～2㎜,否则主流道内的凝料无法脱出。

直角式注射机喷嘴头多为平面,模具主流道始端与其相接触处也应做成平面。

②定位圈尺寸。

为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线配合，注射机固定模板上设有定位孔，模具定模板上设计有凸出的与主流道同心的定位圈，定位孔与定位圈之间成较松动的间隙配合，定位圈高度取10mm。

③螺孔尺寸。

动模和定模固定板上的螺孔尺寸应分别与注射机动模板和定模板上的螺孔尺寸相适合,模具常用的安装方法有螺钉直接固定和压板固定两种,螺钉或压板数目常为2～4个。

当用螺钉直接固定时,模具固定板与注射机上的螺孔应完全吻合,而用压板固定时,只要在模具固定板附近有螺孔就可以了,因此,压板固定有较大的灵活性。

④模具厚度。

注射模的动、定模闭合后,沿闭合方向的长度叫做模具厚度或称模具闭合高度。

由于注射机的动模和定模固定板之间的距离都具有一定的调节量Δh,因此,对安装使用的模具厚度有一定的限制。

一般情况下,实际模具厚度Hm必须在注射机允许安装的最大厚度Hmax及最小厚度Hmin之间。

即:

Hmin≤Hm≤Hmax

其中Hmax=Hmin＋Δh

  若Hm＜Hmin,并无其它合用的注射机时,可用加设垫板的方法增大厚度。

设垫板厚度为H,使H＋Hm≥Hmin,以达到合模要求。

若H＞Hmax,就只能重新设计模具厚度或更换注射机，以满足合模要求。

七.导线杆支架注塑模设计：

（一）  腔数目的型确定:

因考虑到塑件的体积较小,侧面有多处抽芯,故选一模两腔。

（二）分型面的选择：

分型面为定模与动模的分界面，合理的选择分型面是使塑件能完好得成型的先决件。

⑴选择分型面时，应从以下几个方面考虑：

⑵塑件在开模后留在动模上。

⑶分型面上的痕迹不影响塑件的外观。

⑷浇注系统，特别是浇口能合理的安排。

⑸使推杆痕迹不留在塑件外观表面上。

⑹使塑件易于脱模。

分型面的位置必须开设在制件断面轮廓最大的地方，才能使制件顺利地从型腔中脱出。

（三）排气槽的设计：

当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体，使蒸汽不能顺利地排出，将在制品上形成气孔,接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时还会因气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生痕迹，而且型腔内气体被压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量（特别在高速注射时）。

因此设计型腔时必须考虑排气问题。

本模具采用分型面排气可满足要求，这样设计可以减少加工成本，减少一些不必要的工时，提高了工作效率。

（四）浇注系统的设计：

1.对浇注系统的要求：

浇注系统是塑料熔体由注射机喷嘴流向模具型腔的流动通道，因此它应能够顺利引导熔体迅速有序的充满型腔，获得外观清晰，质量优良的塑件，这就使得浇注系统必须具备以下要求。

⑴对型腔迅速有序的填充；

⑵能同时充满整个型腔；

⑶应尽可能的消耗较少的原料；

⑷对热量和压力的损失少；

⑸能够使型腔顺利的排气；

⑹浇道凝料容易与塑件分离或切除；

⑺浇口痕迹对塑件的外观的影响较小；

⑻冷料不会进入型腔。

2.主流道设计：

⑴主流道呈圆锥形，一般在2°～4°的锥角，此设计取α=2°，主流道带锥度是为了使凝料从主流道中拔出；

⑵径向尺寸：

主流道径向尺寸的小端直径应大于喷嘴口径0.5～1.0mm,所以主流道小端的径向尺寸取4.0mm，这样，当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉出。

⑶凹模球面半径R应比喷嘴球径R大1～2mm,可保证在注射过程中，喷嘴与模具紧密接触，防止两球面间产生间隙使熔体充入间隙中而妨碍主流道凝料顺利从定模拉出，此设计取凹模球面半径13mm。

⑷流道内壁有Ra1.6以上的光洁度。

⑸主流道应专门设在主流道衬套中，其结构如图所示。

3.分流道设计：

（1）塑料沿分流道流动时，要求通过它尽快的充满型腔，流动中温度降低尽可能小，阻力尽可能低，同时，应能将塑料熔体均衡的分配到各个型腔。

（2）分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从减少浇注系统的回料量、压力损失和热量的要求出发，应力求短，但不能过粗，过粗的分流道冷却缓慢，还会增长模塑周期。

（3）分流道的断面面积应尽可能保证型腔充满并补充因型腔内塑料收缩所需的熔体后方可冷却凝固，因此，分流道断面直径或厚度应大于塑件壁厚。

（4）断面形状，实际设计中所采用的分流道断面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，从使用观点来看，常用梯形分流道和U型分流道，此设计选用梯形分流道。

4.浇口的设计：

浇口是浇注系统的关键部分，浇口的形状和尺寸对塑件质量影响很大，浇口在多数情况下，系整个流道中断面尺寸最小的部分，浇口的断面积与分流道断面积之比约为0.03～0.09，选用点浇口。

壁厚（mm）  浇口宽（mm）  浇口深（mm）  浇口长（mm）

1.5  0.5～2㎜  1.5～15㎜  0.7～2.0㎜

取值    1.6㎜      8㎜    14㎜

5.冷却井的设计：

冷料井在主流道正对面的动模上，直径宜稍大于主流道大端直径，以利于冷料流入，冷料井底部常做成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料井兼有分模时将主流道凝料从流道中拉出附在动模边的作用。

（五）脱模机构的设计：

对脱模机构的要求有：

①塑件流于动模；②塑件不变形损坏；③良好的塑件外观；④结构可靠。

1.结构设计：

本模具采用推杆脱模结构，因制件侧面有多处抽芯，所以采用推杆脱模结构。

脱模机构应使塑件留于动模，使之不变形损坏且有良好的外观。

另外机构应机构可靠。

2.脱模力的计算：

塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力，此制件不带通孔，即脱模时还要克服大气压力。

此外，此制件是厚壁塑件，脱模力Q可用下式计算：

F=2（a＋b）ESL（f－tgφ）/（1＋μ＋k1）k2＋0.1A  

      式中：

k1、、k2为无因次系数，k2=1+fsinφcosφ≈1；

a、b为矩形型心的断面尺寸（㎜）；

f为制品与型心之间的静摩擦系数，常取为0.1～0.2；

  S为塑料平均成型收缩率（％）；

E为塑料的弹性模量（MPa）；

L为制品对型心的包容长度（㎜）；

φ为模具型心的脱模斜度（0）；

μ为塑料的泊松比；

A为盲孔制品型心在脱模方向上的投影面积（㎜2），通孔制品的A=0。

所以，可得脱模力：

F=2（a＋b）ESL（f－tgφ）/（1＋μ＋k1）k2＋0.1A  

=2（58＋16）×290×3×29（0.15－tg10）/（1＋0.5＋1）×1＋0.1×0

=197971.236N

注射机锁模力为500KN，故符合。

（六）侧向分型与抽芯机构设计：

此塑件上具有与开模方向不同的内侧凹，不能直接脱模，需设计有侧向分型与抽芯机构，此设计采用圆柱螺旋压缩弹簧与斜导柱共同作用完成抽芯的动作。

斜导柱几何尺寸和最小开模行程的计算：

1.斜导柱几何尺寸的计算：

已知必须的抽拔距S之后，即可计算斜导柱几何尺寸和开模时为了完成抽拔距斜导柱所需的平移距离，即最小开模行程。

斜导柱一的有效长度为：

L=S/sinα（α为斜导柱的斜角，一般为15°～20°，最大不得超过25°。

本设计取18°）

=（8-1.5/2）/sin18°=7.25/0.3090=23.4627=23.5

斜导柱二的有效长度为：

L=S/sinα（α为斜导柱的斜角，一般为15°～20°，最大不得超过25°。

本设计取18°）

=16/sin18°=16/0.3090=51.78=52.8

2.最小开模行程的计算：

最小开模行程是指抽出侧滑块所必须的开模运动距离H。

H=Sctgα=Lcosα

H1=23.5cos18°=23.5×0.9510=22.35

H2=52.8cos18°=52.8×0.9510=50.16

（七）成型零件工作尺寸的计算：

    PE的成型收缩率（％）为1.5～5，取3。

由平均收缩率计算尺寸：

型腔径向尺寸：

Dm=[（1+Scp）D-Xδ]+ξ

型心径向尺寸：

dm=[（1+Scp）D+Xδ]-ξ

型腔深度尺寸：

Hm=[（1+Scp）h-Xδ]+ξ

型心高度尺寸：

hm=[（1+Scp）h+Xδ]-ξ

其中：

Scp----平均收缩率；

X----模具尺寸系数；

δ----注射零件标准尺寸公差；

ξ----模具尺寸公差，其公差等级比塑件高一级，可查公差表。

a.型腔径向尺寸：

    成型制件φ19.5㎜处型腔直径D1的计算：

D1=Dm=[（1+Scp）D-Xδ]+ξ

  =[（1+3％）×19.5-0.40/6]+0.40/5=20.018+0.08㎜

成型制件φ8㎜处型腔直径D2的计算：

D2=Dm=[（1+Scp）D-Xδ]+ξ

  =[（1+3％）×8-0.40/6]+0.40/5=8.173+0.08㎜

成型制件φ5.8㎜处型腔直径D3的计算：

D3=Dm=[（1+Scp）D-Xδ]+ξ

  =[（1+3％）×5.8-0.40/6]+0.40/5=5.907+0.08㎜

b.型腔深度尺寸：

成型制件高29㎜处型腔深的计算：

Hm=[（1+Scp）h-Xδ]+ξ

  =[（1+3％）×29-0.22/6]3％+0.22/5=29.833+0.044㎜

c.型心径向尺寸：

成型制件φ19.5㎜处型心直径d1的计算：

d1=dm=[（1+Scp）D+Xδ]-ξ

  =[（1+3％）×19.5+0.22/6]-0.035=20.122-0.035㎜

成型制件φ8㎜处型心直径d1的计算：

d1=dm=[（1+Scp）D+Xδ]-ξ

  =[（1+3％）×8+0.22/6]-0.035=8.277-0.035㎜

成型制件φ5.8㎜处型心直径d3的计算：

d3=dm=[（1+Scp）D+Xδ]-ξ

  =[（1+3％）×5.8+0.22/6]-0.035=6.011-0.0

d.型心高度尺寸：

成型制件深29㎜处型心高度的计算：

hm=[（1+Scp）h+Xδ]-ξ

=[（1+3％）×29+0.22/6]-0.22/5=29.907-0.044㎜

（八）型腔壁厚及垫板厚度计算：

1.型腔壁厚的计算：

  型腔应有足够的壁厚以承受塑料熔体的高压，如壁厚不够，可表现为刚度不足，即产生过大的弹性变形，也可表现为强度不足，即型腔发生塑变甚至破坏。

  此设计的制件的形状简单，即模具的型腔可选用整体式，其特点是牢固，不易变形。

如图所示，整体式矩形型腔的受力图，任意侧壁均可简化成三边固定一边自由的矩形板

侧壁厚度可按下列公式计算：

其中：

C=  

P——型腔内塑料压力，取P=70MPa

E——材料弹性模量，取（kg/cm2）

δ——允许变形量，取δ=0.05

∴=35.2mm

型腔上部的深度：

1/3S=1/3×35.2≈12mm

型腔高度>32+12=44mm

∴型腔高度取50mm。

2．垫板厚度的计算：

H=  

H——动模垫板的厚度（mm）

P——型腔内塑料压力，取值为110MPa

L——垫板长度方向上的跨度，此设计取162mm

B——垫板在长度方向上的长度，值为350mm

L——凹模型腔的长度，此设计取180mm

L——凹模型腔的宽度，此设计取51mm

E——钢材的弹性模量，值为2.1×Pa

Y——垫板允许的最大变形量，值取为0.05mm

∴=10.5mm

  此设计取H=20mm。

（九）冷却装置的设计：

注射模不仅是塑料熔体的成型设备，而且是热交换器，为了获得良好的塑件质量，应使模具在工作时维持适当而均匀的温度，所以模具温度调节系统是至关重要的。

冷却系统对模具温度调节系统的影响：

1.对塑件质量的影响：

质量优良的塑料制件应满