塑料模具课程设计说明书.docx
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塑料模具课程设计说明书
材料工程系模具设计与制造专业
注塑模具CAD/CAM实训说明书
：
学号：
指导教师：
日期：
2011年12月
机电高等专科学校
注塑模具CAD/CAM实训任务书
题目：
容：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
原始资料：
年月
设计课题：
学生：
班级：
塑料材料：
ABS产品收缩率：
0.006生产批量：
30万件/年
课程设计（论文）开始与完成时间：
年月日至年月日
摘要
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而塑料模是其中发展较快的种类。
因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、成型零部件和顶出（推管推出）的设计过程，并对模具强度要求做了说明。
通过对塑料成型模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼，对注射模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。
通过用PROE对塑件分模和利用AutoCAD对模具的排位与设计，从而有效的提高工作效率。
通过对塑料工艺的正确分析，设计了一副一模六腔的塑料模具。
详细地叙述了模具成型零件包括定模板板、型腔、动模板、型芯、支承板等设计与加工工艺过程，重要零件的工艺参数的选择与计算，推出与浇注系统以及其它结构的设计过程。
目 录
前言--------------------------------------------------------------------1
1.塑料制品的工艺性分析----------------------------------------2
2.注射机型号的初步拟定----------------------------------------5
3.模具结构方案的确定-------------------------------------------6
3.1分型面的确定---------------------------------------------------------------------6
3.2型腔的布置方案的比较与确定------------------------------------------------7
3.3浇注系统形式和浇口的设计---------------------------------------------------8
3.4成型零部件系统的设计---------------------------------------------------------11
3.5顶出的确定-------------------------------------------------------------------12
3.7其它系统与结构-------------------------------------------------------------------14
4.模具中相关的校核----------------------------------------------15
4.1注射机与模具尺寸的关系校核------------------------------------------------15
4.2模具强度和刚度的校核---------------------------------------------------------17
4.3成型零部件的工作尺寸计算----------------------------------------------------18
5.模具的工作过程-------------------------------------------------18
7.结束语-------------------------------------------------------------19
附录一成型零件加工工艺卡片
附录二成型零件零件图
附录三模具总装图
前言
三年大学的学习生涯，经历了种种困难与考验，通过了层层的技能测试与考核。
在校期间，我积累了模具相关的理论知识，熟悉模具常用及材料；对常用工程塑料、金属材料的成型工艺有一定的了解。
为了更具体地检验这三年来的学习效果，综合检测理论在实际应用的能力，更重要的是理论联系实际，即安排了此次的注塑模具的课程设计。
在完成三年大学的课程学习与生产实习，我掌握了机械制图、塑料注射模结构与设计等专业课程，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解。
本次毕业设计课题来源于生活，应用比较广泛，但模具结构较为简单，对初学模具的自己是一个很好的考验，它能加强对塑料模具成型的理解，同时也煅练对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以汽车用制件设计注射模具，在指导老师的协助下，同时在校办工厂拆装了一些塑料模具、学校图书管和网上查阅相关的注射模具设计的资料，并与同学进行充分讨论，明确了注射模的一般工作原理、制造、加工工艺，尽最大努力搞好本次课程设计。
在塑料模设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会圆满完成毕业设计。
由于学生水平有限，实践经验不足，加上时间仓促,设计中的错误和不足之处在所难免，恳请各位老师指正。
筒形件注塑模设计
1.制品的工艺性分析
剃须刀盖如图1所示为：
图1零件图
该塑料制品首先从它的使用性能上分析必须具备有一定的综合机械性能包括良好的机械强度、耐水性、化学稳定性和电器性能。
能满足以上性能的塑料材料有多种，但从材料的来源以及材料的成本考虑，所用的原料ABS更适合些。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
丙烯腈使聚合物耐油、耐热、耐化学腐蚀；丁二烯使聚合物具有优越的柔性、韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。
因此，ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。
同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。
ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它的来源广，成本低，符合塑料成型的经济性。
因此，在选用材料时，考虑采用ABS，并且作为剃须刀盖，ABS能满足它的使用性能合成型特性。
ABS的成型特性与工艺参数如表格1.1所示:
表格1.1ABS塑料主要的性能指标：
密度
（Kg.dm
）
1.13～1.14
收缩率
%
0.3～0.8
熔点
℃
130～160
热变形温度
45N/cm
65～98
弯曲强度
Mpa
80
拉伸强度
MPa
35～49
拉伸弹性模量
GPa
1.8
弯曲弹性模量
Gpa
1.4
压缩强度
Mpa
18～39
缺口冲击强度
kJ/㎡
11～20
硬度
HR
62～86
体积电阻系数
Ωcm
1013
击穿电压
Kv.mm-1
15
介电常数子
60Hz
3.7
成型特点
ABS在升温是粘度增高，所以成型压力较高；ABS易吸水，为避免出现云纹、斑痕等缺陷，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60°C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60～80°C。
ABS的注射成型工艺参数如表1.2所示:
表1.2ABS的注射成型工艺参数
注塑机类型
螺杆式
喷嘴形式
通用式
前端
150～170
中端
180～190
后端
200～210
喷嘴温度
180～190
模具温度
50～70
注塑压力
60～100
保压
40～60
注塑时间
2～5
保压时间
5～10
冷却时间
5～15
周期
15～30
后处理
红外线烘箱
温度
70
时间
0.3～1
根据情况，ABS的成型工艺参数表1.2可作如下选择，在试模时可根据实际情况做适当的调整。
注射温度：
料筒温度
料筒温度：
后段温度T1选用160℃
中段温度T2选用190℃
前段温度T3选用205℃
注射压力：
120～140MPa选用130MPa
注射时间:
3～5S选用3S
保压时间:
5～10S选用8S
冷却时间:
5～15S选用10S
总周期:
15～30S选用22S
2.注射机型号的初步确定
機型MODEL
单位
UNIT
HS120A
射料重量（按PS計算）
ShotWeightofInjection（PS）
OZ
g
5.7
162
7.5
210
螺杆直徑
SctewDiameter
mm
40
45
注射體積
InjectionVolume
cm
172
222
注射行程
InjectionStroke
mm
140
注射壓力
InjectionPressure
kg/cm
2300
1750
螺杆轉速
ScrewSpeed
R.P.M
10-190
鎖模力
WouldClampingForce
Ton
120
四柱內空間
ClearancebetweenTieBars（H×V）
mm
380×370
開模行程
MouldOpeningStroke
mm
330
範本最大開距
Max.DaylightOpening
mm
710
容模厚度
MouldThickness[Min.&.Max.]
mm
152-380
頂出力
EjectorForce
Ton
2.5
頂出行程
EjectorStroke
mm
75
油缸容量
OilReservoirCapacity
Litre
220
電熱功率
HeatingPower
KW
8
電馬達功率
ElectricMotorPower
KW
11.2
機身重量
MachineWeight
Ton
4
付船尺碼
ShippingMeasurement
m
4×1.3×1.9
根据工厂现有的注射机的型号和规格,以及考虑产品塑料制品的结构特征,注射机初步选定为HS120A。
HS120A注射机主要技术参数如表2.1所示。
3.模具结构方案的确定
3.1分型面的确定
塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。
定模和动模相接触的面称分型面。
通常有以下原则：
（1）分型面的选择有利于脱模：
分型面应取在塑件尺寸的最大处。
而且应使塑件留在动模部分，由于推出通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。
如果塑件的壁厚较大，孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。
拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。
（2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。
（3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。
（4）分型面的选择应有利于提高排气效果。
（5）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑。
综合考虑以上分型面的选择原则,结合制品的结构形式,该塑料盖的分型面的设计如图3.1所示:
图3.1筒形件的分型面示意图
3.2型腔的布置方案的比较与确定
型腔的数目与布置：
方案为平衡式，平衡式如图3.2
图3.2平衡式布置方案
3.3浇注系统形式和浇口的设计
普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。
在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：
（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。
（2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。
（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：
尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。
（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。
（5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。
（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。
3.3.1主流道设计
主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板。
主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。
采用带直流道与分流道的侧浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形，锥度为3，表面的粗糙度为Ra1.6微米,孔径为3
毫米。
主流道的设计要点如下：
（1）为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，因ABS的流动性为中性，故其锥度取2度，过大会造成流速减慢，易成涡流，壁粗糙度为R1.6um。
（2）主流道大端呈圆角，其半径取r=1～3mm,以减少流速转向过渡的阻力，r=2.5mm。
（3）在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形。
（4）为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径为r2=r1＋（1～2）,其小端直径D=d＋（0.5～1）,凹坑深度常取3～4mm。
（5）由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，其圆盘不凸出定模端面，与其相平。
3.3.2冷料井设计
冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。
冷料井的直径宜大于大端直径，长度取9mm。
基于本次设计的模具，可采用底部带有拉料杆的冷料井，这类冷料井的底部由一个拉料杆构成。
拉料杆装于推管固定板上，因此随脱模运动。
如图3.5所示
3.3.3分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。
分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。
但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。
（1）分流道设计要点：
1）在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。
2）分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。
对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。
3）分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。
4）分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧R=2.5过渡。
（2）分流道的长度
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，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。
（3）分流道的断面
分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。
因ABS的推荐断面直径为4.5～9.5（查表4-2），部分塑件常用断面尺寸推荐围。
分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。
分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表面积小等问题，由于采用侧浇口分流道，采用圆形的分流道，浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，提高熔体冷凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔塑料的后续作用，冷却后快速切除。
（1）流道的布局
在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据本模具的要求我们选取平衡式，也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状，尺寸都相同的布置形式，它要求各对应部位的尺寸相等。
这种布置可实现均匀送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。
而且在此模具中不会造成份流道过长的缺点。
该模具的分流道设计如图3.5示：
3.3.4浇口选择
浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。
其主要作用是：
（1） 型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。
（2）易于在浇口切除浇注系统的凝料。
浇口截面积约为分流道截面积的0.03～0.09，浇口的长度约为0.5mm～2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。
当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的磨擦加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。
但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。
浇口位置的选择：
（1）浇口位置应使填充型腔的流程最短。
这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。
（2）浇口设置应有利于排气和补塑。
（3） 浇口位置的选择要避免塑件变形。
浇口应设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。
（4）浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。
熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。
流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。
对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。
浇口结构设计如图3.5示:
图3.5.浇注系统简易示意图
3.4成型零部件系统的设计
模具中决定塑件几何形状尺寸的零件称为成型零件，包括型腔、型芯、成型杆等。
成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、流料的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。
因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙值，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度、及较好的耐磨性能。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑料的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
型腔是成型塑件外表面的主要零件，按其结构不同，可分为整休式和组合式两种，动模仁型腔结构设计如图3.9示。
图3.9动模仁型腔示意图
型芯是成型塑件表面的零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两种。
该型芯采用整体式，固定在动模的芯杆固定板上。
型芯结构设计如图3.10：
图3.10型芯示意图
3.5顶出的确定
塑件在从模具上取下以前，还有一个从模具的成型零件上脱出的过程，使塑件从成型零件上脱出的称为称为推出。
推出的动作是通过装在注射机合模上的顶杆或液压缸来完成的。
成推出主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出的导向与复位部件等组成。
推出的设计原则：
（1）推出应尽量设置在动模一侧出于推出的动作是通过装在注射机合模上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出设在动模模一侧。
正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。
（2）保证塑件不因推出而变形损坏为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出新出方式及推出位置，从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。
（3）简单动作可靠推出应使推出动作可靠、灵活，制造方便，本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利的脱模。
（4）良好的塑件外观推出塑件的位置应尽量设在塑件部，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。
（5）合模时的正确复位设计推出时，还必须考虑合模时的正确复位。
并保证不不与其他模具零件相干涉。
由于该零件是薄壁筒形件，且为一模六腔，由于推管整个周边接触塑件，故推出力均匀，塑件不易变形，也不会留下明显的推出痕迹，考虑采用推管脱模，推管固定在推针固定板上。
推管结构示意简图如图3.11：
图3.11推管结构形式
3.6模具冷却系统的设计
模具冷却系统的设计应尽量结构简单，加工容易，成本低廉。
根据模具冷却系统设计原则：
冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则，冷却水孔数量大于或等于3根都是可行的。
这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。
综合考虑以上模具冷却系统设计原则，结合制品的结构形状，该塑料制品不设冷却水道，采用空冷自然冷却，冷却时间30s~120s，本制品采用冷却时间：
60s。
3.7其它系统与结构
合模导向
合模导向导向合模对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围，导柱、导套在装配时应布置防呆导柱，防止装配时，装错配合导柱、导套，导致导向不平稳。
合模导向的作用：
（1）定位作用模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确；导向在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。
（2）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型零件损坏。
（3）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，使用使导柱承受了一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。
若侧压力很大时，不能单靠导柱承担，需增设锥面定位。
导柱选用FUTUBA公司的标准导柱、导套。
间隙配合H7/f6.
其他结构。
如排气方式利用推管间隙、分型面进行排气。
4.模具中相关的校核
4.1注射机与模具尺寸的关系校核
4.1.1模架的选定
根据塑件选定模架为：
FUTUBACI1515—A25—B30—C40,如图4.1所示：
图4.1模架的选择
4.1.2塑件体积
该产品材料为ABS，查书本得知其收缩率为0.003～0.008，密度为1.02～1.05g/㎝³，计算其平均密度为1.03g/㎝³。
计算得塑件的体积：
V=178.98㎜³
则塑件的重量为:
m=ρV=1.03g/㎝³×0.17898㎝³=0.18g
4.1.3最大注射压力的校核
剃须刀
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