塑料模具表盖课程设计设计说明书.docx
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塑料模具表盖课程设计设计说明书
设计说明书
题目：
表盖塑料模具设计
学院：
机械工程学院
班级：
成型081（模具）
*****
学号：
************
******
日期：
2011年7月1日
一产品的说明2
二塑件分析3
三注射机的选择及校核5
四分型面的选择7
五型腔数目的决定及排布8
六浇注系统的设计9
七成型零件的工作尺寸计算12
八导柱导向机构的设置17
九脱模机构的设计18
十温度调节系统的设置19
十一模架的选择20
十二设计小结21
十三参考资料21
一产品的说明
本塑件结构简单，模架结构较简单。
精度要求较高，材料为ABS成型性能一般，其他并无特殊要求。
（1）为降低成型费用，根据年制件数计算出，采用两腔成型。
（2）为了满足制件的表面光滑、光亮，无裂纹、气泡等要求与提高成型效率，采用点浇口。
（3）为了方便加工和热处理，型芯与型腔部分采用拼镶式结构。
二塑件的分析
塑件注射成型工艺参数的确定：
据参考文献可知，ABS的密度1030～1070
，收缩率0.3～0.8%，模具温度50～80℃注射压力60～100Mpa，最大不溢料间隙0.04mm，密度为1.02~1.16g/cm3产量为45万件。
根据工件所标注的公差，查《互换性与测量技术》得塑件的最高精度为IT7级，模具成型零件取IT5级。
材料分析
本制品采用ABS材料，根据注塑工艺分析的需要，首先对ABS塑料进行注塑工艺分析。
（1）ABS塑料的干燥 ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大,在加工前进行充分的干燥和预热,不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝,而且还有助于塑料的塑化,减少制件表面色斑和云纹。
ABS原料要控制水分在0.13%以下。
注塑前的干燥条件是:
干冬季节在75～80℃以下,干燥2～3h,夏季雨水天在80～90℃下,干燥4～8h,如制件要达到特别优良的光泽或制件本身复杂,干燥时间更长,达8～16h。
因微量水汽的存在导致制件表面雾斑是往往被忽略的一个问题。
最好将机台的料斗改装成热风料斗干燥器,以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮,但这类料斗要加强湿度监控,在生产偶然中断时,防止料的过热。
（2）注射温度 ABS塑料的温度与熔融粘度的关系有别于其他无定型塑料。
在熔化过程温度升高时,其熔融实际上降低很小,但一旦达到塑化温度（适宜加工的温度范围,如220～250℃）,如果继续盲目升温,必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反而使熔融粘度增大,注塑更困难,制件的机械性能也下降了。
所以,ABS的注射温度虽然比聚苯乙烯等塑料的更要高,但不能像后者那样有较宽松的升温范围。
某些温控不良的注塑机,当生产ABS制件到一定数量时,往往或多或少地在制件上发现嵌有黄色或褐色的焦化粒,而且很难利用加新料对空注射等办法将其清除排出。
究其原因,是ABS塑料含有丁二烯成分,当某塑料颗粒在较高的温度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易冲刷的表面上,受到长时间的高温作用时,造成降解和碳化。
既然偏高温操作对ABS可能带来问题,故有必要对料筒各段炉温进行限制。
当然,不同类型和构成的ABS的适用炉温也不同。
如柱塞式机,炉温维持在180～230℃;螺杆机,炉温维持在160～220℃。
特别值得提出的是,由于ABS的加工温度较高,对各种工艺因素的变化是敏感的。
所以料筒前端和喷嘴部分的温度控制十分重要。
实践证明,这两部分的任何微小变化都将在制件上反映出来。
温度变化越大,将会带来熔接缝、光泽不佳、飞边、粘模、变色等缺陷。
（3）注射压力 ABS熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高,所以在注射时采用较高的注射压力。
当然并非所有ABS制件都要施用高压,对小型、构造简单、厚度大的制件可以用较低的注射压力。
注制过程中,浇口封闭瞬间型腔内的压力大小往往决定了制件的表面质量及银丝状缺陷的程度。
压力过小,塑料收缩大,与型腔表面脱离接触的机会大,制件表面雾化。
压力过大,塑料与型腔表面摩擦作用强烈,容易造成粘模。
（4）注射速度 ABS料采用中等注射速度效果较好。
当注射速度过快时,塑料易烧焦或分解析出气化物,从而在制件上出现熔接缝、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。
但在生产薄壁及复杂制件时,还是要保证有足够高的注射速度,否则难以充满。
（5）模具温度 ABS的成型温度相对较高,模具温度也相对较高。
一般调节模温为75～85℃,当生产具有较大投影面积制件时,定模温度要求70～80℃,动模温度要求50～60℃。
（6）料量控制 一般注塑机注ABS塑料时,其每次注射量仅达标准注射量的75%。
为了提高制件质量及尺寸稳定,表面光泽、色调的均匀,要求注射量为标定注射量的50%为宜。
根据上述对ABS的工艺分析和制品的特点制定了注塑工艺过程如表3-1所示。
表3-1注塑工艺分析
预热
料筒温度/
模具温度
注塑压力MPa
成形时间/s
后期处理
温度
时间
后段
中段
前段
注射时间
高压时间
冷却时间
总周期
方法
温度
时间/h
80
3
150
170
180
50
70
30
4
50
84
红外线灯
70
3
螺杆转速/（r/min）
30～60
喷嘴温度/℃
150～170
三注射机的选择及校核
注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。
从模具设计角度考虑，需要了解注射机的主要技术规范。
在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标明的技术规范，。
因为即使同一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。
1、注射机的选用
选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。
以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号；为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：
式子中，
—实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（
）。
根据零件图进行体积计算：
V=2.5x28x100+1.5x52x100+2x4x1.5x100+2x7.5x3x100+2x74x7.5x3+2x77x4x1.5=24754mm3=24.754cm3
可得表盖的体积为24.754cm3，
考虑到设计为2腔，加上浇注系统的冷凝料，查阅塑料模设计手册的国产注射机技术规范及特性，可以选择XS—ZY—125/90.
螺杆（柱塞）直径42mm，
其最大理论注射容量为125cm3，
注射压力为116MPa
最大注射重量114g.
塑化能力：
35kg/h，
塑化速率：
72g/s
锁模力为900KN，
最大顶出行程180mm。
喷嘴球半径为10mm，
喷嘴移出量：
20mm
顶出力15KN，
注射时间1.8s,
最大成型面积360,
最大模厚300mm,
最小模厚200mm,
最大注射重量114g.
定位孔径：
100mm
注塑方式：
螺杆式
合模方式：
轴杆
移模行程：
300mm
2）最大注射量的校核
nm+m1<=kmp
n——型腔的数量为2；
m——单个塑件的质量或体积g/cm3；
m1——浇注系统所需塑件质量或体积g/cm3；
k——注射机最大注射量的利用系数，一般为0.8；
mp——注射机允许的最大注射量g/cm3；
较核如下：
2x24.754+0.5x2x24.754=74.262cm3<125cm3
3、注射压力的校核
该项工作是校核所选注射机的公称压力P能否满足塑件所成型时需要的注射压力P0，塑料注射压力70MPa，通常要求P=116MPa>P0=70MPa.
所选注塑机满足要求。
4、锁模力的校核
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：
F锁
F胀=p（nA+A1）
F锁—注射机的额定锁模力（N）；
P分—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，通常取20～40MPa。
我们这里选P型=30MPa。
A——塑料在分型面上的投影面积（Cm2）
A1——浇注系统分型面上的投影面积（Cm2）
由装配图分析可得投影面积为160cm2，浇注系统的投影面积不超过10cm2
∴F锁
F胀=p（nA+A1）=（2X80+10）10-4×30X106=5.1×105（N）
而锁模力为900KN，大于480KN，符合要求。
5、开模行程与推出机构的校核
开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。
由于注射机的锁模机构不同，开模行程可按以下两种情况进行校核：
一种是开模行程与模具厚度无关；二种是开模行程与模具厚度有关。
我们这里选用的是开模行程与模具厚度无关，且是双分型面注射模具。
1当开模行程与模具厚度无关时
这种情况主要是指锁模机构为液压-机械联合作用的注射机，其模板行程是由连杆机构的做大冲程决定的，而与模厚度是无关的。
对双分型面注射模，所需开模行程为：
S机
H=H1+H2+a+（5～10）mm
式中，a—中间板与定模的分开距离（mm）。
H1——塑件推出距离mm；
H2——塑件高度mm；
S——开模行程mm；
S机
H=11.691+14+73+8=106.691mm<180mm
开模行程符合要求
四 分型面的选择
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。
一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向垂直。
1、分型面的形式：
分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有如下五种：
水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。
这里我选择的是水平分型面。
2、分型面的选择原则：
a）、便于塑件脱模：
Ⅰ、在开模时尽量使塑件留在动模内
Ⅱ、应有利于侧面分型和抽芯
Ⅲ、应合理安排塑件在型腔中的方位；
b）、考虑和保证塑件的外观不遭损坏
c）、尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）
d）、有利于排气
e）、尽量使模具加工方便
3、我们这里选择曲线分型面，如下图所示：
五型腔数目的决定及排布
1、型腔数目的确定：
为了使模具与注射机的生产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种：
a）、根据经济性能确定型腔数目；
b）、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目；
c）、根据注射机的最大注射量确定型腔数目；
d）、根据制品精度确定型腔数目。
形腔数的选择：
依据C）进行选择
由注塑成型工艺参数得:
注射时间0～5保压时间15～60冷却时间15～60。
总的制件周期为40s-125s。
取120秒
由给的原始数据450000件/年得到1.736件/120s，所以考虑使用一模两件。
对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过４个，根据工件所标注的公差，查《互换性与测量技术》得塑件的最高精度为IT7级，模具取IT5级。
以及模具制造成本、制造难度和生产效率的综合考虑，型腔数目初定为2腔，排布形式为矩形的平衡布局。
（详细的布局参见零件布局图）。
六浇注系统的设计
1、浇注系统的组成
图四浇注系统的组成
所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。
其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。
因此，浇注系统十分重要。
而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。
我们在这里选用普通浇注系统，它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，如图四所示：
2、浇注系统各部件设计
1浇注系统的选择：
选择点浇口形式，而且流道凝料较少，在该塑件表面质量要求较高的情况下，点浇口能用有强大的优势！
A、主流道设计：
主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为：
⑴主流道圆锥角α=5o，内壁粗糙度为Ra0.63μm。
⑵主流道大端呈圆角，半径r=2mm，以减小料流转向过渡时的阻力。
⑶在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。
所以设计时设定主流道长度为52mm
⑷将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。
主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用
间隙配合。
⑸主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。
在这选的是T10做为主流道衬套的材料。
B、冷料穴的设计
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。
其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。
冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。
冷料穴的形式有三种：
一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。
我们这里选用无拉料杆的冷料穴，其结构如图五：
图五冷料穴
C、分流道的设计
分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。
多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。
1浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点：
①浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。
②浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。
③浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。
④浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。
⑤对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。
⑥浇口应设在不影响制品外观的部位。
⑦不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。
2分流道的截面形状：
通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。
为了
减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用、半圆形分
流道，如图六
半圆形流道
因为半圆形截面在分流道的效率是分流道中效率较高的，而且比较适合双分型面的模具。
固选它。
3分流道的尺寸：
因为各种塑料的流动性有差异
所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径，常用塑料的分流道直径推荐值如下表一。
但对于壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑料，直径D一般取2~12mm,现在取D=12mm。
流道深度为H=0.54D=5.4mm
4分流道的布置：
分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。
分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。
5分流道与浇口的连接：
分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。
6浇口的设计：
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。
浇口的结构形式很多，按照浇口的形状可以分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。
而我们这里选用的是点浇口
浇口的尺寸通过《材料成型工艺与模具设计》P129，得到结构尺寸。
。
简图如图七
七成型零件的工作尺寸计算
一、凹模的结构形式：
凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。
根据需要有以下几种结构形式：
整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，从各方面分析我们可选用组合式凹模——整体嵌入式凹模。
整体嵌入式凹模：
于小件一模多腔式模具，一般是将每个型腔单独加工后压入定模中。
这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。
凹模的外形通常是用带台阶的圆柱形，由台阶定位。
二、凸模的结构设计
凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非为整体式和组合式两种类型。
我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模——整体装配式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成。
三、成型零件的工作尺寸计算
现设制品的名义尺寸LS是最大尺寸，其公差按规定为负值“-Δ”；凹模的名义尺寸LM是最小尺寸，其公差按规定为正值“+δZ”现由公式可得：
式中，“Δ”前的系数可随制品的精度和尺寸变化，一般在0.5～0.75之间，ABS的收缩率S为0.005.制品偏差大则取小值，偏差小则取大值。
固可由以上公式算出其尺寸：
A、型腔尺寸计算：
对于100
=[100（1+0.005）-0.75*0.22]+0.22x0.67=100.34+0。
07（mm）
对于97
=[80（1+0.005）-0.75*0.15]+0.15x0.67=80.29+0.05（mm）
B、型芯尺寸的计算
设塑件内型腔尺寸为ls，公差为正值“+Δ”，制造公差为负值“-δZ”，经过与上面凹模径向尺寸相似推理，可得：
对于97+0.3
=[97（1+0.005）+0.75*0.3]-0.1=97.71-0.1mm
对于77+0.2：
=[77（1+0.005）+0.75*0.2]-0.2*0.67=77.54-0.07mm
对于94.4Lm=LSX1.005=94.4X1.005=94.87mm
对于74.4Lm=LSX1.005=74.4X1.005=74.77mm
对于孔径4.5Lm=LSX1.005=4.5X1.005=4.52mm
对于孔径4Lm=LSX1.005=4X1.005=4.02mm
对于孔径2Lm=LSX1.005=2X1.005=2.01mm
C、型芯高度的计算
Hm=[Hs（1+0.005）+
]
对于77+0.2：
Hm=[11.5x（1+0.005）+
*0.2]-0.07=11.69-0.07
对于4
Hm=4（1+0.005）=4.02
D、型芯高度的计算
Hm=[Hs（1+0.005）-
]
对于14
Hm=[14.2（1+0.005）-
0.2]
=14.14
对于13.0
Hm=[13.0（1+0.005）-
0.2]
=12.93
E中心距的计算
LM=[LSX（1.005）]
对于68
LM=[68X（1.005）]
=68.34
对于22
LM=[22X（1.005）]
=22.11
对于20
LM=[20X（1.005）]
=20.1
F、长方形模具的刚度较核：
G、长方形模具的强度较核：
材料的许用应力值与载荷有关，静载时才为定值，动载（即疲劳载荷）时与载荷循环次数有关。
对于P20,载荷循环次数为100次时,许用应力为830MPa；载荷循环次数为1E7次时降到456Mpa.
均满足强度刚度要求。
H、型腔壁厚和底板厚度计算
在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。
如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。
与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。
因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其是对大型塑件。
但我们这里的塑件较小，故不需要对型腔壁厚和底板厚度进行计算，大致得体即可。
八导柱导向机构的设计
为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。
导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。
导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，我们这里选取导柱导向机构，其结构如图十：
我们在设计此机构的同时还应注意以下几点：
⑴、导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。
⑵、导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm（图十），以免型
芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。
图十导向机构
⑶、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。
⑷、为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。
⑸、导柱的设置应根据需要而决定装配方式。
⑹、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。
⑺、一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。
⑻、导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考准模架数据选取。
九脱模机构的设置
1、何为脱模机构
在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种出塑件的机构称为脱模机构。
2、脱模机构的设计原则
设计脱模机构时，应遵循以下原则：
（1）结构可靠：
机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度。
（2）保证塑件不变形、不损坏。
（3）保证塑件外观良好。
（4）尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。
3、脱模机构的分类及选用
脱模机构的分类分多，推杆就需要一次动作，就能完成塑件脱模的一次脱模机构。
它通常包括推杆脱模机构、推管脱模机构、脱模板脱模机构、推块脱模机构、多元联合脱模机构和气动脱模机构等。
我采用的是：
推板一次脱模机构。
因为此机构是推出最可靠的一种，对于这个薄壁塑件有着很多好处，比如能不损坏塑件表面，因为该塑件的底面太薄，对与用推杆很不适宜。
4、推板的结构形式及形状
5推件板
十温度调节系统的设计
1、冷却系统设计
塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。
所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。
一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在50℃以下。
所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。
2、冷却系统设计原则
①、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡
②、冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。
③、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。
④、浇口处加强冷却。
⑤、应降低进水与出水的温差。
⑥、合理选择冷却水道的形式。
⑦、合理确定冷却水管接头位置。
⑧、冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。
⑨、冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。
3、冷却系统的结构形式
根据塑料制品形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。
其基本形式有六种，我们这里选用的是简单流道式。
简单流道式即通过在模具上直接打孔，并通过以冷却水而进行冷却，是生产中最常用的一种形式。
其结
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