异形透盖的塑料模具设计机械CAD图纸.docx
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异形透盖的塑料模具设计机械CAD图纸
一．设计题目：
异形透盖的设计（材料为PPO;精度MT2）
二．设计目的：
（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、模具制造工艺等课程的知识，分析解决塑料模具设计问题，进一步加强和巩固所学知识。
（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，培养分析和解决问题的能力。
（3）通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，进行塑料模具设计全面的基本技能训练，未毕业设计打下一个良好的实践基础。
三．塑件成型工艺性分析
1.塑件的分析
（1）外形尺寸该塑件壁厚为1.5
mm，塑件外型尺寸不大，塑料熔体流程不长塑件材料PPO为热塑性塑料，流动性较差，注射成型时需考虑各种因素。
（2）精度等级塑件的每个尺寸的公差不一样，任务书已给定部分公差，未标注的为MT
（3）脱模斜度PPO的成型性能好，图1异形透盖
成型收缩率较小，查参考文献，选择塑件上型芯和凹模的统一脱斜度为1°。
2.PPO工程塑料的性能分析
聚苯醚（PPO）为白色，无毒的粉末状固体，密度为1.06～1.07g/cm3，成型。
收缩率:
0.3～0.5% ，成型温度：
260～290℃ ，为无定形聚合物。
PP0的分子结构中无任何水解的基因，使其具有十分突出的耐水性，即使将其放人沸水中经10000h蒸煮，其抗拉强度，伸长率和冲击强度都没有明显下降。
由于PPO分子链的刚性大，作用力强，使PP0在受力时难以变形，表现出既硬且韧，有很高的机械强度和弹性模量及突出的抗蠕变性。
PP0有优良的耐热性，可在120℃时连续使用，间断使用温度可达205℃,它的耐热性可与PF、UP等热固性塑料相比美。
PP0的分子中无明显的极性。
因此，它的电绝缘性能十分优异，在-150～200℃。
的温度范围内和10～106hz的频率范围内，介电性能几乎不受影响。
PPO的化学性能稳定，对于吸水为介质的化学药品，如酸、碱、盐等，无论是在室温还是高温环境下都很稳定。
PPO的主要不足是熔体粘度高、流动性差，成型加工较困难。
另外，塑件的内应力大，塑件易开裂，耐疲劳性欠佳，在长期储存过程中，有转变为热固性塑料的趋势。
为了克服这些不足，可将PP0改性，即在其中加入适量的PS或HIPS共混而成，即成MPPO，在此基础上还可加人短玻纤而成为增强MPPO,其性能更优越。
3．PPO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PPO的色泽、粒度和均匀度等进行检验，成型前须进行干燥，处理温度130℃左右，干燥时间4h。
（2）注射过程。
塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后由模具内的浇注系统进入模具型腔成型，期过程可分为充模、压实、保压、倒流、冷却五个阶段。
（3）塑件的后处理。
退火处理的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为70℃，处理时间为2h～4h
2）注射工艺参数
（1）注射机：
螺杆式。
螺杆转速为
（2）料筒温度t/℃：
前段260～290；
中断250～280；
后段230～240。
（3）模具温度t/℃：
110～150；
（4）注射压力（p/MPa）：
80～220；
（5）成型时间（s）：
98（注射时间初取50，冷却时间取45，辅助时间取3）。
四．拟定模具的结构形式和初选注射剂
1.分型面位置的确定
通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在盖端截面积最大且有利于开模取出塑件的地平面上，其位置如下图所示。
2.型腔数量和排位方式的确定
（1）型腔数量的确定由于该塑件的精度要求不高，塑件的尺寸较小，且为大批量生产，可以用一模多腔的结构形式。
同时考虑到塑件的尺寸，模具结构的尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定该模具为一模四腔结构形式。
（2）型腔排列形式的确定由于该模具选择的是一模多腔，其型腔中心距的确定见下图，流道采用H形对称排列，使其型腔进料平衡，如下图所示。
（3）模具结构形式的初步确定由以上分析可知，该模具设计为一模四腔，对称H形直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推杆推出。
浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。
因此，定模部分不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。
由上综合分析课确定采用大水口的单分型面注射模。
3.注射机型号的确定
1）注射量的确定
通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如下图所示：
图4塑件质量属性
塑件体积：
V塑=23.258cm3，塑件质量：
m塑=ρV塑=23.258×1.07=24.9g，式中，密度参照参考文献取ρ=1.07g/cm3。
2）浇注系统凝料体积的初步估算
由于浇注系统凝料在设计之前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。
由于本次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算，古一次注入模具的型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统凝料和4个塑件体积之和）为
V总=1.3nV塑=1.3×4×23.258=120.94cm3
3）选择注射机
根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料总体积V总=120.94cm3，由参考文献的V公=V总/0.8=120.94/0.8=151.2cm3，根据以上的计算，初步选择公称注射量为200cm3，注射机型号为SZ-200/120卧式注射机，其主要技术参数见下表：
注射机主要技术参数
理论注射量/cm3
200
拉杆内向距/mm
355×385
螺杆柱塞直径/mm
42
移模行程/mm
350
注射压力/Mpa
150
最大模具厚度/mm
400
注射速率/g﹒s-1
120
最小模具厚度/mm
230
塑化能力/Kg﹒h
70
锁模形式
双曲肘
螺杆转速/r﹒min-1
0～220
模具定位孔直径/mm
125
锁模力/KN
1200
喷嘴球半径/mm
15
喷嘴孔直径/mm
4
4）注射机的相关参数校核
（1）注射压力校核。
查参考文献可知，PS所需注射压力为60～110Mpa，而PPO与PS相差不大，这里取P0=100Mpa，该注射机的公称注射压力P公=150Mpa，注射压力安全系数K1=1.25～1.4，这里取K1=1.3，则：
K1P0=1.3×100=130Mpa＜P公，所以，注射机的注射压力合格。
（2）锁模力校核。
①塑件在分型面上的投影面积
A塑=（262-82-42）л/4+6×8=515.86mm2
②浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括浇口）造分型面上的投影面积A浇的数值可以按照多型腔模具的统计来分析确定。
A浇是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2～0.5倍，由于本设计的流道较简单，分流道相对较短，因此流道凝料面积可适当取小些，由于PPO的流定性差，流道设计较大些。
综合这两方面这里取A浇=0.3A塑。
③塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积为：
A总=n（A浇+A塑）=n（0.3A塑+A塑）=4×1.3A塑=2682.5mm2
④模具型腔内的胀型力F胀=A总P模=2682.5×35=93.88kN
上式中，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25Mpa～40Mpa。
由于PPO的黏度大，流动性差，故需去较大值，有塑件有精度等级要求，故P模取35Mpa。
由上表注射机的主要技术参数知注射机的公称锁模力F锁=1200kN，锁模力安全系数为K2=1.1～1.2，这里取K2F胀=1.2F胀=1.2×93.88=112.65kN＜F锁=1200kN，所以注射机锁模力满足要求。
对于其他安装尺寸的校核等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。
五.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内。
主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模是主流道凝料的顺利拔出。
主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间，另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射喷嘴反复接触。
因此在设计中常设计为课拆卸更换的浇口套。
1）主流道尺寸
（1）一般主流道的长度由模具结构确定，对于小模具L应尽量小于60mm,本设计中初取L=50mm进行计算。
tan（）
（2）主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）mm=4.5mm
（3）主流道大端直径D=d=2L主tan（α/2）=8mm，式中α≈4°。
（4）主流道球面直径SR=主设计喷嘴球头半径=（1～2）mm=15=2=17mm。
（5）球面的配合高度h=3mm。
2）主流道的凝料体积
V主=L（R2主+r2主+R主r主）л/3=50×（42+2.252+4×2.25）×3.14/3=1573.3mm.
3）主流道当量半径
Rn=
=3.125mm
4）主流道浇口套的形式
主流道衬套为标准件可选购。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。
对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计为一整体，但考虑到上述因素仍然分开来设计，，以便拆卸和更换。
同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。
本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度达50HRC～55HRC。
如下图所示。
定位圈的结构由总装图来具体确定。
2.分流道的设计
1）分流道的布置形式
为了尽量减少在流道内的压力损失和尽量避免熔体温度降低，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，如下图所示：
图5主流道浇口套的结构形式
2）分流道的长度
根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中，如上图所示。
3）分流道的当量直径
流过一级分流道塑料的质量
m=
V塑=23.258×1.07×2=49.77g﹤200g
但该塑件壁厚在1.5mm～3mm之间，查参考资料①上图2-3的经验曲线得
D′=4.5再根据单向分流道长度60mm由参考资料①上图2-5查的修正系数fL=1.06，则分流道直径经修正后为
D=D′fL=4.5×1.06=4.77≈5
4）分流道的截面尺寸
本设计采用梯形截面，期加工工艺×性好，且塑料熔体的热量散失和流动阻力均不大。
5）分流道界面尺寸
设梯形的上底宽度为B=6mm（便于刀具的选择），底面圆角的半径R=1mm，梯形高度取H=2B/3=4mm，设下底宽度为b，则梯形面积应满足如下关系。
H=
D2
代入值计算得b=3.813mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等的因素，这里取b=4.5mm。
通过计算梯形斜度
=10.6°，基本符合要求，如右图所示。
6）凝料体积图6分流道面积形状
（1）分流道的长度为L分=（60+7.5+42.5）×2=220mm。
（2）分流道横截面积A分=
×4=21mm2
（3）凝料的体积V分=L分A分=220×21=4620mm3=4.62cm3
考虑到圆弧的影响取V分=4.2cm3
7）校核剪切速率
（1）确定注射时间：
查参考资料①表2-3可取t=2s。
（2）计算单边分流道体积流量：
q分=（V分+2V塑）/t=
=24.31cm3·s-1。
（3）由参考资料①公式2-22得剪切速率
分=3.3q分/（
R3分）=
×103=0.654×103s-1
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道最佳剪切速率5×102～5×103s-1的之间，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Ra1.25um～2.5um即可，此处取Ra1.6um，另外其脱模斜度一般在5°～10°之间，通过上述计算得的脱模斜度为10.6°，脱模斜度足够。
3.浇口的设计
该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模四腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口，其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。
1）侧浇口尺寸的确定
（1）计算侧浇口的深度。
根据表2-6得侧浇口深度的及算公式为
h=nt=0.8×1.5=1.2mm
式中，t为塑件的壁厚，这里t=1.5mm，n是塑料的成型系数，这里去PPO的成型系数n=0.8。
为便于试模发现问题进行修模处理，并根据相关参考文献中推荐的PS的浇口厚度为0.8～1.1mm，所以此处浇口的深度取h=1.0mm。
（2）计算侧浇口宽度。
根据表2-6，可得侧浇口的宽度B的计算式为
B=n
/30=0.8⨯
/30=1.1mm，由于PPO的流动性差，这里取B=2mm
式中，n为塑料成形系数取0.8；A为凹模的内表面积（约等于塑件的外表面积）。
（3）计算侧浇口的长度。
根据表2-6，可取侧浇口的长度L浇=0.75mm
2）侧浇口剪切速率的校核
（1）确定注射时间：
查表2-3，可取t=2s；
（2）计算浇口的体积流量：
q浇=V塑/t=23.258/2=11.63cm2.s-1
（3）计算浇口的剪切速率：
对于矩形浇口可得：
=3.3q浇/（πRn3≤4⨯104s-1），则
=3.3⨯11.63/（3.14⨯0.753）=29221≈2.9⨯104<4⨯104s-1
剪切速率合格。
式中，Rn为矩形浇口的当量半径，即Rn=
=
=0.75mm该矩形侧浇口的剪切速率比较大，首先把浇口面积适当做小一点，通过试模根据塑件成型情况来调整。
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（浇口的体积可以忽略不计）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）计算主流道的体积流量
q主=（V主+V分+nV塑）/t=（1.573+4.2+4⨯23.258）/2=49.40cm3.s-1
（2）计算主流道的剪切速率
主=3.3q主/πR3主=3.3⨯49.40/3.14⨯3.1253⨯10-3=1.701⨯103s-1
主流道的剪切速率处于浇口和分流道的最佳剪切速率5⨯102~5⨯103之间，所以，主流道的剪切速率合格。
5.冷料穴的设计及计算
冷料穴位于主流道正对面的动模上，其作用主要是储存熔体前锋的凝料，防止凝料进入模具型腔而影响制品的表面质量。
本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。
由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。
开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。
六．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，本设计中采用镶嵌式凹模，如图所示。
（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。
该塑件采用整体式型芯，如图所示，因塑件的包紧力较大，所以设在动模部分。
图7凹模嵌件结构图8凸模结构
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，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。
对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用P20钢，进行渗氮处理。
3．成型零件工作尺寸的计算
采用式（2-26）~（式2-30）相应公式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
ls1=32
mm，相应的塑件制造公差∆1=0.24mm
ls2=22
mm，相应的塑件制造公差∆2=0.28mm
ls5=26
mm，相应的塑件制造公差∆5=0.32mm
LM1=[（1+Scp）ls1-x1∆1]0+δZ=[（1+0.004）⨯32-0.7⨯0.24]
=31.96
=31.9
mm
LM2=[（1+Scp）ls2-x2∆2]0+σZ=[（1+0.004）⨯22-0.7⨯0.24]
=21.808
=21.8
mm。
LM5=[（1+Scp）ls5-x5∆5]0+σZ=[（1+0.004）⨯26-0.65⨯0.32]
=25.896
=25.8
mm
塑件基本尺寸13mm和10mm未注公差，属类尺寸按MT2级进行计算，则，Ls3=13
mm，Ls4=10
mm，∆s3=0.16mm，∆s4=0.16mm
LM3=[（1+Scp）ls2+x3∆3]0-δz=[（1+0.004）⨯13+0.75⨯0.16]
=13.111
=13.1
mm
LM4=[（1+Scp）ls4+x4∆4]0-δz=[（1+0.004）⨯10+0.75⨯0.15]
=10.16
=10.1
mm
式中，Scp是塑件的平均收缩率，查表1-1可得PPO的收缩率为0.3%～0.5%，所以其平均收缩率Scp=（0.003+0.005）/2=0.004，x1、x2、x3、x2、x5是系数，查表2-10可知x1=0.7，x2=0.7，x3=x4=x5=0.75；∆1、∆2、∆3、∆4、∆5分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；δz1、δz2、δz3、δz4、δz5是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取δz=∆/6（下同）
（2）凹模深度尺寸的计算塑件高度方向尺寸的换算：
塑件高度的最大尺寸Hs1=16
mm，相应的∆s1=0.28mm;Hs3=14.5
mm，相应的∆s3=0.28mm;塑件底部凸缘的基本尺寸为1.5mm未注公差，属B类尺寸按MT2级进行计算，则其最大尺寸Hs2=1.5
mm，相应的∆s2=0.20mm。
HM1=[（1+Scp）Hs1-x1∆1]0+δz1=[（1+0.004⨯16-0.60⨯0.28]
=15.89
=15.8
mm。
HM2=[（1+Scp）Hs2-x2∆2]0+δz1=[（1+0.004）⨯1.5-0.63⨯0.20]
=1.38
=1.3
mm。
HM3=[（1+Scp）Hs2-x2∆2]0+δz1=[（1+0.004）⨯14.5-0.60⨯0.28]
=14.39
=14.3
mm。
式中，x1、x2、x3是系数，由表2-10可知x1=x3=0.60，x2=0.63。
（3）型芯径向尺寸计算。
塑件内部径向尺寸的转换
φ19mm和φ4mm未注公差，属A类尺寸按MT2级进行计算，则
Ls1=19
mm，Ls2=4
，∆s1=0.20mm，∆s2=0.12mm
LM1=[（1+Scp）ls1+x1∆1]0-δz1=[（1+0.004）⨯19+0.75⨯0.20]
=19.226
=19.2
mm
LM2=[（1+Scp）ls2+x2∆2]0-δz1=[（1+0.004）⨯4+0.75⨯0.12]
=4.106
=4.1
mm
LM3=[（1+Scp）ls3+x3∆3]0-δz3=[（1+0.004）⨯8+0.75⨯0.20]
=8.182
=8.1
mm
φ16未注公差，属A类尺寸按MT2级进行计算，则Ls4=16
mm，∆s4=0.28mm，
LM4=[（1+Scp）ls2-x2∆2]0+σZ=[（1+0.004）⨯16-0.7⨯0.28]
=15.868
=15.8
mm
式中，x1、x2、x3、x4是系数，查表2-10取x1=x2=x3=0.75，x4=0.70。
（4）型芯高度尺寸计算。
塑件内腔高度尺寸转换：
hs1=13±0.26mm=12.74
mm，∆1=0.52mm
hM1=[（1+Scp）hs1+x1∆1]0-δz1=[（1+0.004）⨯12.74+0.55⨯0.52]
=13.076
=13.0
mm
（5）成型孔间距的计算。
CM=[（1+s）Cs]±
δz=[（1+0.004）⨯15]±0.03mm=15.06±0.03
=15.0
塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标注如图所示。
图9凹模嵌件及型芯的成型尺寸
4．成型零件尺寸及动模板垫板厚度的计算
（1）凹模侧壁厚度的计算。
凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度根据本节参考文献【1】表4-19中的刚度公式计算。
S=（3ph4/（2Eδp））1/3=（3⨯35⨯164/（2⨯3.23⨯105⨯0.012））1/3mm=9.61mm
式中，p是型腔压力（MPa）；E是材料弹性模量（MPa）；h=W,W是影响变形的最大尺寸，而h=30mm;δp是模具刚度计算许用变形量。
根据注射塑料品种查本节参考文献【1】表4-20得
δp=15i2=15⨯0.799μm=11.99μm=0.012mm
式中，i2=0.45⨯161/5+0.001⨯16=0.799μm
由于型腔采用H形直线对称结构布置，型腔之间的壁厚S1=82（中心距）-32（型腔直径）=50mm，由于不是深大型腔，这个间隔是能满足要求的。
根据型腔的布置，初步估算模板平面尺寸选用300⨯300mm，它比型腔布置的尺寸大得多，所以安全满足强度和刚度要求。
（2）动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在300mm⨯300mm这个范围之间，查表7-4垫块之间的跨度大约为L=W-2W2=（300-2⨯58）mm=184mm。
那么，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即T=0.54L（PA/EL1δp）1/3=0.54⨯184⨯（35⨯1133.54/3.23⨯105⨯300⨯1.4609）1/3=25.7mm
式中，δp是模具刚度计算许用变形量。
根据注射塑料品种查本节参考文献【1】表4-20得δp=15i2=15⨯（0.45⨯1841/5+0.001⨯184）=1.4609mm
L是两个垫块之间的距离，约184mm；L1是动模垫板的长度，取300mm；A是4个型芯投影到动模垫板上的面积。
单件型芯所受压力的面积为A1=πD2/4=0.785⨯192=283.39mm2
两个型芯的面积A=4⨯A1=1133.54mm2
动模垫板可按照标准厚度取45mm显然不符合要求，可采用支撑注的形式来增加支撑板的刚度。
采用两根直径为50mm的支撑注，且布置在支撑板正中间，根据力学模型认为n=1，所以垫板的厚度计算为T=[1（/n+1）]4/3T=（1/2）4/3⨯25.7=30.62mm<51.5mm符合要求。
七．脱模推出机构的设计
本塑件结构简单，可采用推荐板推出、推杆推出、或推件板加推杆的综合推出方式。
根据脱模力计算来决定。
1．脱模力的计算
（1）ϕ19主型芯脱模力因为λ=r/t=9.5/1.5=6.3<10，所以此处视为厚壁圆筒塑件，根据本节参考文献【1】式4-26脱模力为
F1=[2πESL（f-tanφ）]/（1+μ+K1）K2+0.1A
={[2⨯3.14⨯9.5⨯3.23⨯103⨯0.005
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