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ABS塑料盒设计

1•塑件成型工艺性分析与设计2

1.1塑件原材料基本性质2

1.2塑件原材料成型性能2

1.3塑件成型方法确定2

2•注射机型号的确定3

2.1注射量的计算3

2.2塑件和流道凝料投影面积及所需锁模力的计算3

2.3选择注射机4

2.4注射机有关参数的校核4

3•拟定模具结构形式5

3.1型腔的数量和布置5

3.2确定分型面6

4.浇注系统形式和浇口的设计6

4.1主流道设计6

4.2分流道设计7

4.3浇口设计8

4.4冷料穴设计9

5.成型零件的结构设计和计算10

5.1结构设计10

5.2计算过程10

6.模架的确定11

7.脱模推出机构的设计11

7.1脱模力的计算11

7.2推出机构（脱模）11

8.排气系统的设计12

9.结论与总结14

10.参考文献14

塑件成型工艺性分析

1、塑件的分析

塑料盒，大批量生产，精度：

MT5。

「一］

I一

技术密戒：

l.吐厚均句；2塑件拆比许冇餵纹和变把缺陷；*號模斜厦祀、1花克4c注囲旳tn―也

31号

尺廿序号

I0U

（1）外形尺寸该塑件壁厚为3mm，塑件外形尺寸一般，塑料熔体流程不太长，适合于注射成型。

（2）精度等级按实际公差MT5进行计算。

（3）脱模斜度ABS属于无定型塑料，成型收缩率较小，参考表2-10选择该塑件上型芯

和凹模的统一脱模斜度为1°。

2、ABS的性能分析

（1）使用性能综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合做一般机械零件、剪摩零件、传动零件和结构零件。

（2）成型性能

1）无定型料，吸湿性强，含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的

塑件要求长时间预热干燥。

2）流动性中等，溢变料0.04mm左右

3）ABS的主要性能指标

表1:

塑料名称

ABS

密度

g/cm3

1.02-1.08

比容

cm/g

0.86-0.98

吸水率

0.2-0.4

收缩率

0.4-0.7

熔点

130-160

比热容

（Kg?

°C）1

1470

屈服强度

MPa

拉伸弹性模量

MPa

1.4103

抗弯强度

MPa

抗压强度

MPa

弯曲弹性模量

MPa

1.4103

3.ABS的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HIPS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，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。

3）塑件的后处理。

处理的介质为空气和水，处理温度为60~75C，处理时间为16~20s。

（2）注射工艺参数

1）注射机：

螺杆式，螺杆转数为30r/min.

2）料筒温度（C）:

后段150~170;

中段165~180;

前段180~200.

3）喷嘴温度（C）:

170~180

4）模具温度（C）:

50~80

5）注射压力（MPa）:

60~100

6）成型时间（s）:

30（注射时间取2.2，冷却时间19.8，辅助时间8）.

二、拟定模具的结构形式

1、分型面位置的确定

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，其位置如图所示。

丿':

2、型腔数量和排列方式的确定

（1）型腔数量的确定该塑件采用的精度一般5级，且需要保证表面质量，考虑到塑件

尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初步定为一模一腔，多点浇口形式。

（2）

（2）模具结构形式的确定从上面的分析可知，本模具设计为一模一腔，多点浇口形式，定模部分需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板和脱

模板。

由上综合分析可确定选用带脱模板和脱料板的三分型面注射模。

3、注射机型号的确定

（1）注射量的计算通过三维建模设计分析计算得：

塑件体积：

V塑130.20cm

塑件质量：

m塑V塑=130.20X1.02=132.804g

式中，参考表4-44可取1.02g/cm3.

（2）浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数

值,但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算•由于本次采用流道且较长，因此浇注系

统的凝料按塑件体积的0.5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型（10.4）185.93cm3

（3）选择注射机根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总质量

V总185.93cm,并结合式（4-18）则有：

V总/0.8185.93/0.8=232.41cm。

根据以上的计算，初步选定公称注射量为320cm3，注射机型号为XZY-300卧式注射机,其主要技术参数见下表：

理论注射容量/cm3

320

移模行程/mm

150

螺杆柱塞直径/mm

最大模具厚度/mm

355

V注射压力/MPa

775

最小模具厚度/mm

285

注射时间/s

2.2

锁模形式

液压-机械

拉料杆内间距/mm

400300

模具定位孔直径/mm

125

螺杆转速/r•min1

0~200

喷球嘴直径/mm

锁模力/kN

1500

喷嘴口孔径/mm

（4）注射机相关参数的校核

1）注射压力校核查表4-1可知ABS所需注射压力为80~110MPa,这里p0=100MPa，该注射

机的公称压力为p公=775MPa,注射压力安全系数k1=1.25~1.4,这里取k1=1.3,则:

kipo=1・3x100=130vp公,

所以，注射机注射压力合格。

2）锁模力校核

a、塑件在分型面上的投影面积A塑，则

A塑100944900mm。

b、浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面

积A浇数值，可以按照统计分析来确定。

A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的

0.2~0.5倍.由于本流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一些，这里取A浇=0.4A塑.

C、塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总,则

2A总=n（A塑+A浇）=n（A塑+0.4A塑）=1X1.4XA塑=1X1.4X9400=13160mm

d、模具型腔内的胀形力F胀，则

F胀A总p模1316035460600N406.6kN,

式中,p模是型腔的平均计算压力值.p模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%~40%,大致范围为25~40MPa.对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值.HIPS属于中等粘度塑

料及有精度要求的塑件,故p模取35MPa.查表4-45可得该注射机的公称锁模力

F锁1000kN,锁模力安全系数为k21.1~1.2,这里取k21.2，则

k2F胀1.2F胀1.2406.6552.72vF锁，所以，注射机锁模力合格.

对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。

三、浇注系统的设计

1、主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道

或型腔中。

主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

流

道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。

另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷

嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。

（1）主流道尺寸

1）主流道的长度：

小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行设计。

2）

主流道小端直径：

d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=（4+1）mm=5mm

3）主流道大端直径：

dd2L主tan10mm,式中4。

嘴反复接触，易磨损。

对材料的要求较严格，因面尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定

位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。

同时也

便于选用优质钢材进行单独加工和热火处理。

设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），

热处理淬火表面硬度为50~55HRC。

2、分流道的设计

（1）分流道的布置形式在高计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免

熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。

（2）分流道的长度采用5个点浇口，由塑件尺寸知应大于47•.2mm取70mm

（3）分流道的当量直径因为该塑件的质量m塑=132.804gV200g,分流道的当量直径

为D分0.2654m塑分0.2654132.8044708.85mm

（4）分流道截面形状常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。

本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。

（5）分流道截面尺寸设梯形的下底宽度为x，底面圆角的半径R=1mm，并根据表4-6设置梯形的高h=8mm,则该梯形的截面积为

再根据该面积与当量直径为8.85mm的圆面积相等，可得:

上底约为9mm.

（6）凝料体积

1）分流道的长度为470mm.

2）分流道截面积61.43mm

3）凝料体积V47061.4317200mm17.2cm

（7）校核剪切速率

4-8，可取t=2.2s

67.9cm3/s

1）确定注射时间：

查表

2）计算分流道体积流量

3）由式（4-20）可得剪切速率

3.3q分

3.367.910

分

3.14（晋）

3.7103s1

该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5102:

5103s1之间，所

以，分流道内熔体的剪切速率合格。

（8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取

Ra1.25~2.5m即可，此处取Ra1.6m，另外，其脱模斜度一般在5°:

10°之间，这里取脱

模斜度为8°。

3、浇口的设计

（1）点浇口尺寸的确定

根据资料一表4-10及资料二推荐数值确定点浇口尺寸如下:

（2）侧浇口剪切速率的校核

校核浇口的剪切速率

确定注射时间：

查表4-8,可取t=2.2s;

计算浇口的体积流量：

59.2cm3/s

计算浇口的剪切速率:

3®浇3.359.21031.00io

切速率校核合格。

4、校核主流道的剪切速率

上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积以及主流道的当量半径，这

样就可以校核主流道熔体的剪切速率。

（1）计算主流道的体积

（2）计算主流道的剪切速率

5102~5103s1之

主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率间，所以，主流道的剪切速率校核合格。

5、冷料穴的设计及计算

本设计仅有分流道冷料穴。

四、成型零件的结构设计及计算

1、成型零件的结构设计

（1）凹模的结构设计凹模是成型制品的外表面的成型零件。

按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。

根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体嵌入式凹模。

（2）凸模的结构设计（型芯）凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体

式和组合式两种类型，本设计中采用整体嵌入式凹模。

2、成型零件钢材的选用

根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好

的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。

又因为该塑件为大批量生产，所以

构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20（美国牌号）。

对于成型塑件外圆筒的大型芯来说，由

于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV,而对于成型内部圆筒的

型芯而言，型芯较小，但塑件中心轮毂包住型芯，型芯需散发的热量比较多，磨损出比较严

重，因此也采用Cr12MoV,型芯中心通冷却水冷却。

3、成型零件工作尺寸的计算

采用表4-15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。

（1）凹模径向尺寸的计算塑件外部径向尺寸的转换

ls1940.2094.200040mm，相应的塑件制造公差,0.60

ls21000；0100.2000.30mm相应的塑件制造公差20.80

lmi（1Scp）ls1X110z110.005594.20.60.6。

0.1098.830'10mm

lm2（1Scp）ls2x220z210.0055100.20.60.800.14105.1100.14mm

式中，Scp是塑件的平均收缩率，查表1-2可得ABS的收缩率为0.3%~0.8%,所以其平均

（2）

凹模深度尺寸的计算

塑件高度方向尺寸的转换：

塑件高度的最大尺寸

590.20mm59.2000.40

，相应的S

0.54mm

（1Sep）Hsx0z

（10.0055）59.200.650.54

0.090.09

0mm59.180mm

式中,

X是系数，由查表4-15可知

一般在0.5~0.7之间,此处取x0.65。

（3）

型芯径向尺寸的计算

ls1

19.30.1019.2000.20mm

.,1

0.44

ls2

0.400

44・60.3045.000.70mm

0.64

ls3

27.630.227.8300.4mm

0.50

ls4

27.930.228.1300.40mm4

0.50

lm1

1Sepls1x111

0.0055

19.20

0.70.440.07

19.610.07

lm2

1Sepls2x221

rz2

0.0055

45.00

0.70.640.09

45.7000.09

lm3

1Sepls3x331

0.0055

27.83

0.70.500.08

28.330.08

是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取

1（下同）。

000

lm41Scpls4x4410.005528.130.70.050.0828.630.08

（4）型芯高度尺寸的计算

塑件尺寸转换：

hs550.2mm54.80.mmS0.74mm

hM（1Sep）!

（10.0055）54.80.630.7400.12mm55.57°0.12mm

式中，X是模具尺寸计算系数，查表4-15可知一般在0.5~0.8之间,此处取X0.63。

（5）凹模侧壁厚度的计算

凹模侧壁是采用嵌件，为结构紧凑，根据简单模具单型腔侧壁厚度计算公式有：

S0.2L170.2941735.8mm

故可取36mm

（6）动模垫板厚度的计算

动模垫板厚度根据资料一表4-21经验公式计算如下：

b=100,初选第5序列模架，L=200-30-30=140型腔注射压力平p=35MPa

故有厚度H1.50.12b1.50.1210018mm

故动模垫板可按照标准厚度取32mm。

五、模架的确定

根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以计算出凹模嵌件所占的平面尺寸为

160mmx160mm又考虑凹模最小壁厚，导柱、导套的布置等，再同时参考4.12.4节中小型

标准模架的选型经验公式和表4-38，可确定选用模架序号为5号（WL=200mnX315mm,模架结构为4型。

1、各模板尺寸的确定

1）A板尺寸。

A板是定模型腔板，塑件高度为50mm，浇注系统高27.5mm.故凹模固

定板厚度取80mm。

2）B板尺寸。

B板是型芯固定板，按模架标准板厚取32mm。

3）C板尺寸。

垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5~10）mm=95-100mm,初步选定C为100mm.

2、模架各尺寸的校核

根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。

1）模具平面尺寸200mrtK315mmc345mm<345mm拉杆间距），校核合格。

2）模具高度尺寸330mm,285mm<330mm^355mm模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。

3）模具的开模行程SH1H2（5~10）mm（4040）mm85~90mm<325mm（开

模行程），校核合格。

、■

八、

排气槽的设计

该塑件由于采用点口进料，熔体由上而下充满型腔，推件板和凸模配合间隙推杆的配合间隙、分型面和型芯与脱模板之间的间隙向外排出。

七、脱模推出机构的设计

1、推出方式的确定

本塑件圆周采用脱模板、中心采用推杆的综合推出方式。

脱模板推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在用脱模板与型芯之间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合，可以防脱模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。

2、脱模力的计算

3497.17N

同理可算得

3567.97N

3768.35N

4023.77N

故

F总

4F12F2

2F3F4

3497.172

3567.9723768.354023.77

3、校核推出机构作用在塑件上的单位压应力

（1）推出面积

A42.8（943）1019.2mm

（2）推出应力

八、冷却系统的设计

冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。

设计时忽略模具因空气对流、辐射以

及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。

1、冷却介质

属于中等粘度材料，其成型温度及模具温度分别为200C和50~80C。

所以，模具温度

初步选定为50C，用常温水对模具进行冷却。

2、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W

1）塑料制品的体积

VV主V分nV塑（1.121.1235.571）cm373.36cm3

2）塑料制品的质量

mV73.361.0g73.36g0.07336g

3）塑件壁厚为3mm，可以查表4-34得t冷20.4s。

取注射时间t注1.6s，脱模时间

t脱8s，则注射时间:

tt注t冷t脱（1.620.48）s30s。

由此得每小时注射次数：

N=（3600/30）次=120次

4）单位时间注入模具中得塑料熔体得总质量：

W=Nm=120X0.07336kg/h=8.8kg/h。

（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs查表4-35直接可知HIPS的单位

热量Qs的值的范围在（310~400）KJ之间，故可取Qs=370Kj/kg。

（3）计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入水口的水温为224C，出水口的

水温为125C,取水的密度1000kg/m3,水的比热容c=4.187Kj/（kg?

C）。

贝U根据

公式可得:

8.8370

WQs8.83/033

qv-m/min0.00587m/min

60c126010004.187（2522）

（4）确定冷却水路的直径d当qv0.00587m/min时，查表4-30可知，为了使

3、凹模嵌件和型芯冷却水道的设置

型芯的冷却系统的计算与凹模冷却系统的计算方法基本上是一样的，因此不再重复。

冷

却水道设计时在型芯的采用隔片导流式来设计，凹模嵌件采用两条冷却水道进行冷却。

九、导向与定位结构的设计

注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。

按作用分为

模外定位和模内定位。

模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而

模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。

锥面定位则用于动、定模之间精密定位。

本模

具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。

十、总装图和零件图的绘制

经过一系列计算和绘图，把设计结果用总装图来表示模具的结构，零件图可由总装图来

拆分。

参考文献

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机械工业出版社，2007.

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机械工业出版社，2010.

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机械工业出版社，1999.

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