塑料支撑座的注塑模设计.docx
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塑料支撑座的注塑模设计
摘 要
这次毕业设计的内容是塑料支撑座的注塑模设计，重点是熟练地掌握模具设计的基本方法，包括设计前的准备工作，分型面的选取原则，型腔的布局与模架的选择，模具零件的分类，模具零件设计的标准化与图样的布局，成型尺寸的计算，模具零件公差配合关系与表面粗糙度，尺寸的标注，模具材料的选择等等，对其进行模具设计，包括对这个任务制作的一系列详细过程，涉及塑件的工艺分析、塑件的体积和重量、塑件工艺参数的确定、注塑模具的设计、成形零件结构设计等，并运用CAD制作模具的装配图及各个零件图。
本文将对塑料支撑座塑料模的设计过程进行详细阐述。
关键词：
塑料支撑座、注塑模设计、工艺分析。
第1章注塑件的分析
1.1功能设计
功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;该塑件的生产批量是大批量，所以是大批量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素。
1.2塑件的工艺性分析
本文设计的是塑料支撑座注塑模，塑料支撑座零件图见图2-1，设计要求为：
1.材料：
PP
2.收缩率：
1%-2.5%
3.外观要求：
光滑，无明显制件缺陷（如缩痕、气泡、翘曲）。
4.生产批量：
大批量
图1-1塑料支撑座零件图
1.2.1塑件的原材料工艺性分析
1.结晶料，湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。
2.流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔凹痕变形。
3.冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易产生翘曲变形。
4.塑料壁厚均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
1.2.2注塑模工艺条件
注塑机选用，对注塑机的选用没有特殊要求。
由于PP具有高结晶性，需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。
锁模力一般按3800t/m²来确定，注射量20%-85%即可。
干燥处理：
如果储存适当则不需要干燥处理。
熔化温度：
PP的熔点为160-175℃，分解温度为350℃，但在注射加工时温度设定不能超过275℃，熔融段温度最好在240℃。
模具温度：
模具温度50-90℃。
对于尺寸要求较高的用高模温。
型芯温度比型腔温度低5℃以上。
注射压力：
采用较高注射压力（1500-1800bar）和保压压力（约为注射压力的80%）。
大概在全行程的95%时转压，用较长的保压时间。
注射速度：
为减少内应力及变形，应选择高速注射，但有些等级的PP和模具部不适用（出现气泡、气纹）。
如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。
1.2.3塑件表面质量分析
该塑件表面没有提出特殊要求，通常，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到Ra=1.6um，无飞边，毛刺，缩孔等工艺缺陷。
1.2.4塑件结构工艺性分析
由图1-2可知，该塑件塑料支撑座为圆环形，侧壁厚为3mm，塑件的尺寸属于中小件，PP材料能够满足充模流动要求。
考虑制件壁厚不均，为防止变形，应强化冷却，模具温度取较小值，延长冷却时间。
1.2.5塑件的生产批量
该塑件的生产类型是大批量生产，因此在模具设计中，要提高塑件的生产效率，倾向于多型腔，高寿命，自动脱模模具，以便降低生产成本。
1.2.6确定成型工艺条件
1）温度：
注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。
喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。
2）压力:
注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。
注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。
保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。
对于像PP流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。
背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.4~27.5MPA。
3）时间:
完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。
包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为3~5秒，保压时间一般为20~120秒，冷却时间一般为30~120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。
确定成型周期的经验数值如表2.2所示。
表1.1成型周期与壁厚关系
制件壁厚/mm
成型周期/s
制件壁厚/mm
成型周期/s
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如下：
表2.2PP注射成型工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
料筒温度/℃
后段
中段
前段
160-220
180-200
160-180
成型时间/t
注射时间
保压时间
冷却时间
2
15
20
喷嘴温度/℃
220-310
螺杆转速/r.min-1
40
模具温度/℃
20-60
注射压力/Mpa
70-100
1.3注射机的选择
注塑机的主要参数有公称注射量，注射压力，注射速度，塑化能力，锁模力，合模装置的基本尺寸，开合模速度，空循环时间等。
这些参数是设计，制造，购买和使用注塑机的主要依据。
1）公称注塑量。
指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。
2）注射压力。
为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆（或柱塞）对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。
3）注射速率。
为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。
表2.4所示为注射量与注射时间的关系。
表1.2注射量与注射时间的关系
注射量/CM
125250500100020004000600010000
注射速率/CM/S125200333570890133016002000
注射时间/S11.251.51.752.2533.755
4）塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量。
塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调，若塑化能力高而机器的空循环时间长，则不能发挥塑化装置的能力，反之则会加长成型周期。
5）锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力，在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。
6）合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸，拉杆空间，模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等，这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。
7）开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏，要求模板在整个行程中的速度要合理，即合模时从快到慢，开模时由慢到快在到停。
8）空循环时间；在没有塑化,注射保压，冷却，取出制件等动作的情况下，完成一次循环所需的时间。
选择注射机
（1）由公称注射量选定注射机
计算塑件体积和质量
塑件的体积
图1-2体积测量
V=13328㎜³
流道凝料V’=0.2V（流道凝料的体积（质量）是个未知数,根据手册取0.2V来估算,塑件越大则比例可以取的越小）；单个产品实际注射量为:
V
=1.2V=1.2×13328=16cm
；
由于客户要求一模4腔以及根据书本上所说：
实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即：
0.8V
≧V
×4
V
=V
×4/0.8
=80cm3
（2）由锁模力选定注射机
F
F
=A
·P
=4×
·P
=3.14×25²×90*4≈706（KN）
P
型腔压力，取P
=90MP
；D取的是塑件的平均直径，D=50mm；
结合上面两项的计算以及模具的总高度H=255mm，初步确定注塑机为XS-ZY-125型注射机，
其参数如下：
额定注射量：
125
螺杆直径：
42mm
注射压力：
119Mpa
锁模力：
900KN
模板行程：
300mm
模具最大厚度：
300mm
模具最小厚度：
200mm
模板尺寸：
330×440mm
拉杆空间：
360×360mm
定位孔直径：
100mm
合模方式：
液压—机械
1.4注射机的校核
1.4.1最大注塑量的校核
为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%~75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。
为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%~80%。
V
=1.2V=1.2×13328=16cm
；V
＝125cm
；
（4*16）÷125×100%≦80%满足要求
1.4.2锁模力的校核
在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：
F＞A
P
＞3.14×40²×90=452KN
式中F注塑机额定锁模力小于900KN，满足要求。
在实际生产过程中，模具的主流道塑料支撑座始端的球面半径SR2取比注射机喷嘴球面半径SR1大1~2mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.5~1mm，如图2-2所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。
图2-2注射机喷嘴
注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。
注塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合，便于模具安装，并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。
模具端面凸台高度应小于定位孔深度。
注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。
模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。
1.4.3模具闭合高度的校核
由于XS-ZY-125型塑料注射机所允许的模具最小厚度Hmin=200mm，模具最大厚度为Hmax=300mm。
因计算得模具闭合高度H=255mm，所以模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件。
1.4.4模具安装尺寸的校核
该模具的外形最大部分尺寸为250mm×200mm,XS-ZY-125型塑料注射机模板最大安装尺寸为360×360mm²,故满足模具安装的要求。
1.4.5模具开模行程的校核
开模行程也称为合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，用S表示。
XS-ZY-125型塑料注射机的最大开模行程为Smax=300mm。
为了使塑件成型后能够顺利脱模，并结合该模具的单分型面特点，确定该模具的开模行程S应满足下式要求：
S＞H1+H2+（5-10）mm=20.1+20.1+8=48.2mm
式中H1—塑件所用的脱模距离
H2—塑件高度
因Smax=350mm＞48.2mm，故该机的开模行程满足要求。
第2章模具设计
2.1分型面的选择
选择分型面时，应有以下几项基本原则：
5.分型面应选在塑件外形最大轮廓处
6.分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模
7.分型面的选择应保证塑件的精度要求
8.分型面的选择应满足塑件的外观面的要求
9.分型面的选择应要便于模具的加工制造
10.分型面的选择应有利于排气
该塑件为塑料支撑座，外形表面质量要求一般。
在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清除毛刺和飞边，有利于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面应选择塑件外轮廓最大处。
如图2-1所示。
图2-1分型面
2.2型腔数目的确定
注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生产效益；
（4）模具制造难度。
在保证产品的精度要求前提下，冷却系统要便于设置，同时冷却效果要好。
又因为该产品大批量生产，所以本模具选择一模2腔。
型腔的分布：
由于型腔的排布与浇注系统密切相关的，所以在模具设计时应该综合加以考虑，型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需要的足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀的充填每个型腔。
该模具中4个产品十字布局如图所示：
图2-2型腔布局
2.3浇注系统的设计
注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。
它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。
对浇注系统进行设计时，一般应遵循如下基本原则：
1.了解塑料的成型性能。
2.尽量避免或减少产生熔接痕
3.有利于型腔中的气体排出
4.防止型心的变形和嵌件的位移
5.尽量采用较短的流程充填型腔
6.流动距离比和流动面积比的校核
2.3.1侧浇口尺寸的确定与设计
由于该塑件外观要求一般，浇口位置和大小以不影响塑件的外观质量为前提，同时，也应尽可能使模具结构更简单。
根据对塑件的分析，并结合确定分型面位置，选择矩形浇口进料方式，进料位置设计在塑件边缘。
2.3.2主流道设计
主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。
将主流道设计成圆锥形，其斜度为2°，同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道端设计r=16mm的圆弧过渡。
主流道塑料支撑座采用可拆卸更换的浇口套，浇口套的形状及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇口套；为了能与塑料注射机的定位圈相配合，采用外加定位环的方式，这样不仅减小了浇口套的总体尺寸，还避免了浇口套在使用中的磨损。
见图3-3所示为浇口套的设计尺寸。
图2-3浇口套
2.3.3分流道的设计
分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积，壁厚，形状的复杂程度，注射速率，分流道长度等因素来确定。
该模具是一模2腔，分流道平衡布局。
模具的浇注系统如图2-4所示
图2-4浇注系统
2.3.4冷料穴的设计
冷料穴是为了防止冷料进入浇注系统的流道和型腔,从而影响注塑成型和塑料件质量而开设的容纳注射间隔所产生的冷料井穴,本设计中冷料穴开设在主流道和分流道的交界处。
图2-5冷料穴示意图
2.4成型零件结构设计
2.4.1凸模的结构设计
模具的型芯采用组合式。
组合式的型芯是和模板分开的，容易更换清洗，使用中不易发生变形。
2.4.2凹模的结构设计
型腔采用整体式该塑件尺寸适中，最大处也只有Φ30.1mm,型腔加工容易实现。
2.4.3成型零件钢材的选用
根据所成型塑料的种类、制品的形状、尺寸精度、制品的外观质量及使用要求、生产批量大小等，兼顾材料的切削、抛光、焊接、蚀纹、变形、耐磨等各项性能，同时考虑经济性以及模具的制造条件和加工方法，以选用不同类型的钢材
本套模具成型零件采用crwmn热处理HRC50-55.
2.4.4模具型腔壁厚的确定
采用经验数据法，直接查阅设计手册中的有关表格，得该型腔的推荐壁厚为30-50mm，这样模具的冷却水道容易起到作用。
2.4.5成型零件的尺寸计算
该塑件的材料是一种收缩范围较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。
查手册得PP的收缩率为0.4%~0.8%,故平均收缩率为0.6%。
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸，通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括零件的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸及位置尺寸，故零件的工作尺寸计算主要是凹模和凸模的尺寸计算。
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制品的最小收缩率。
②．成型零部件的模具制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括模具的加工偏差和装配偏差。
加工偏差就是模具在制造过程中所产生的尺寸偏差，装配偏差主要是模具在分型面上的合模间隙以及组合模具的配合偏差。
③．成型零部件的磨损。
成型零部件的摩损相对于精度要求不高的大型零部件来说，可以不考虑，但对于精度要求较高的小型零部件，就必须要对其进行考虑。
２、该塑件的材料是一种收缩范围较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。
查手册得PP的收缩率为0.4%~0.8%,故平均收缩率为0.6%。
此产品采用5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，相关计算具体如下：
（相关公式参见《塑料制品成型及模具设计》第79-80页）
型腔凹模径向尺寸计算：
径向尺寸1:
30.1
径向尺寸2：
20.1
型腔深度1：
3
型腔深度2：
17.1
型芯凸模计算:
凸模径向尺寸1:
16
（LM1）0-δz=[（1+s¯）LM1S+0.5×Δ]0-δz
=[（1+0.6%）×16+0.5×0.48]0-0.48/4
=16.3360-0.12
2.4.5型腔底板厚度的尺寸计算
型腔底板厚度计算公式查参考文献得出：
T=
=
≈30
式中的p为型腔压力60（MPA）
材料许用应力PP的许用应力为150（MPA）
r为型腔内孔半径20.1mm
2.5导向机构的设计
导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。
导向具有如下功能。
定位作用：
模具闭合后，保证动定模或上下模位正确，保证型腔的形状和尺寸精确。
导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整；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；承受一定的侧向压力：
塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。
该塑件精度要求不算高，塑件形状对称，可采用常见的导柱导向定位结构，在动模板、推件板、定模板间使用4根导柱，导柱的长度要确保推件板推出塑件后部脱落。
设计导柱和导套需要注意的事项有：
1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。
通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。
导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。
2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出6~8mm，以确保其导向与引导作用。
3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。
配合长度通常取配合直径的1.5~2倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。
4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。
图3-6所示为导套导柱结构设计
图2-5导套导柱
2.6推出方式的确定
在注射成型的每一次循环中，都必须使塑件由模具型腔中或型芯上托出，模具中这种脱出塑件的机构称为推出机构，或称脱模机构。
在设计脱模机构时一般要综合考虑以下选用原则：
1.尽可能让塑件留在动模，使脱模机构易于实现；
2.不损坏塑件，不因脱模而使塑件质量不合格；
3.塑件被顶出位置应尽量在塑件内侧，以免损伤塑件外观；
4.脱模零件配合间隙合适，无溢料现象；
5.脱模零件应有足够的强度和刚度；
6.脱模零件要工作可靠，运动灵活，制造容易，配换方便。
另外，为实现注塑生产的自动化，必要时不但塑件要实现自动坠落，还要使浇注系统凝料能脱出并自动坠落。
根据塑件的形状特点，确定模具型腔在定模部分，模具型芯在动模部分。
塑件成型开模后，塑件与型芯一起留在动模一侧。
由于该塑件属于深腔类制品，故采用推件板推出结构，不会留下推出痕迹。
第3章总结与展望
在课程设计完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！
在论文工作中，遇到了一些问题，一直得到张老师的亲切关怀和悉心指导，使我获益匪浅，碰到的问题也一一解决了，提高了我的学习能力。
张老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和她敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘，再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助!
值此设计完成之际，谨向张老师致以最崇高的谢意!
在这次课程设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教各位老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。
模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。
通过此次模具设计，使我的专业知识更加系统化和完整化，在设计中我熟练掌握了查阅有关的技术标准与规范，知道了怎样学习和善于利用前人所积累的宝贵设计经验和资料，也锻炼了我综合考虑结构、工艺性、经济性以及标准化等的能力，巩固了过去所学的专业知识。
从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对模具的认识过程亦是如此。
经过半个月的努力，我相信这次课程设计一定能为三年的求学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。
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