塑料衣钩设计说明书.docx
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塑料衣钩设计说明书
一、塑件成型工艺性分析
1、塑件分析
1）塑件
图1
2）塑料名称
PP
3）生产纲领
大批量生产
4）塑件的结构及成型工艺性分析
（1）结构分析：
该塑件为一勾类零件
（2）成型工艺分析
精度等级：
采用一般精度6级
脱模斜度：
该塑件壁厚为4~10mm，结合模具设计手册脱模斜度去25’~45’
2、热塑性塑料PP性能分析
1）性能
有较高的抗弯曲疲劳强度，无色，无毒，无味，透明，轻，耐热性良好，绝缘性优越，可作为机器上的某些零部件。
2）PP的主要性能指标
密度：
0.90~0.91g/cm3
拉伸弹性模量：
1100~1600MPa
成型收缩率：
1.0~3.0%
3）聚丙烯（纯）注射成型的工艺参数
（1）注射机：
螺杆式
（2）预热（℃）80~100
和干燥（h）：
1~2
（3）螺杆转速（r/min）：
48
（4）料筒温度（℃）：
后段160~180
中段180~200
前段200~220
（5）模具温度（℃）：
80~90
（6）注射压力（MPa）：
70~100
（7）成型时间（s）：
注射时间20~60
保压时间0~3
冷却时间20~90
总周期50~160
二、拟订模具结构形式
1、分型面位置的确定
根据塑件结构形式，采用侧浇口，分型面选择在对称面，如图2所示
图2
2、确定型腔数量及排列方式
精度一般的小型零件，形状不算复杂，采用多型腔模具，初步拟订采用一模八腔，如图3所示
三、注射机型号的确定
1、所需注射量的计算
1）塑件质量、体积计算
塑件体积：
V1=11.11cm3
塑件质量：
m1=ρV1≈0.90*11.11≈10g
2）浇注系统凝料体积的初步估算
可按塑件体积的0.3倍计算，由于该模具采用一模八腔，所以浇注系统凝料体积为
V2=8V1*0.3=8*11.11*0.3≈26.664cm3
3）该模具一次注射所需塑料PP
体积V0=8V1+V2=8*11.11+26.664=115.54cm3
质量m0=ρV0=0.90*115.54≈103.99g
2、塑件和流道凝料在分型面上的投影面及所需锁模力的计算
凝料在分型面的投影面积A2，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，A2约是每个塑件在分型面的投影面积A1的0.2倍~0.5倍，因此可用0.35nA1来进行估算，所以
A=nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1=1.35*8*1194.25=26312.095mm2
式中A1由计算可知2
锁模力Fm=Ap型=1287.9*90≈1160KN﹤1500KN
式中型腔压力p型=120*0.85
3、选择注射机
根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用HTF150A卧式注射机，注射机主要技术参数：
结构类型：
卧式
理论注射容积/cm3：
253
螺杆直径/mm：
40
注射压力/MPa：
202
注射速率/（g/s）：
110
塑化能力/（g/s）：
16.5
螺杆转速/（r/min）：
0~180
锁模力/KN：
1500
拉杆内间距/mm：
410*410
移模行程/mm：
350
最小模具厚度/mm：
180
最小模具厚度/mm：
380
4、型腔数量及注射机有关工艺参数的校核
1）型腔数量的校核
（1）由注射机料筒塑化速率校核型腔数量
n≤（KMt/3600-m2）/m1
上式右边=（0.8*16.5*3600*50/3600-26.664*0.9*8）/10≈46＞8
符合要求
（2）按注射机的最大注射量校核型腔数量
n≤（KMN-m2）/m1
上式右边=（0.8*244.62*0.9-24）/10≈15.2＞8
符合要求
2）注射机工艺参数的校核
（1）注射量校核
注射量以容积表示，最大注射容积为
Vmax=αV=0.85*253=215.05cm3
α——注射系数，取0.75~0.85，无定型塑料（透明）取0.85，结晶型塑料取0.75，该处取0.85。
倘若实际注射量过小，注塑机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长，所以最小注射量容积Vmin=0.25V=0.25*253=63.25cm3。
故每次注射的实际注射量体积V’应满足Vmin＜V’＜Vmax，而V’=V0≈198.03cm3，符合要求。
（2）锁模力的校核
F≥KAp型=1.2*1160=1392KN，
而F=1500KN，锁模力校核合格。
（3）最大注射压力校核
注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力Pmax=202MPa，应该大与注射成型时所需调用的注射压力p0，即
pmax≥k’p0
式中k’——安全系数，常取k’=1.25~1.4
实际生产中，该塑件成型时所需注射压力p0为70MPa~100MPa。
代值计算，符合要求。
四、浇注系统形式和浇口的设计
1、主流道的设计
1）主流道尺寸
主流道的小端直径
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm，对于该模具，取4mm
主流道球面半径
SR=喷嘴球面半径+（1~2）mm=17+2=19mm
2）主流道衬套形式
主流道长度取64mm约等于定模板的厚度，衬套如图所示，材料采用T10A，热处理后表面硬度50HRC~55HRC。
图4
2、分流道设计
1）分流道布置形式
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑件熔体尽快地经分流道均衡地分配到各个型腔，因此采用平衡式分流道，如图3所示。
2）分流道长度
第一级分流道：
L1=226mm
第二级分流道：
L2=45mm
3）分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积
（1）形状及截面尺寸：
本设计的份流道在分型面两侧，截面形状采用流动性较好的圆形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，根据表5-3常用的不同塑料的圆形截面分流道直径推荐值，分流道直径取6mm，理论上二级分流道要比一级分流道的截面小10%但为了刀具统一加工方面，在分型面上的分流道均采用一样的截面。
5）分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8um~1.6um即可，在此取1.6um。
3、浇口的设计
1）浇口类型的位置及确定
该模具是中小型塑件的多型腔模具，塑件没有外形要求，可采用侧浇口，这类浇口加工容易，休整方便，并且可以根据塑件的形状灵活地选择进料位置，广泛使用于中小型塑件的多型腔模具。
2）浇口结构尺寸的经验计算
查阅参考文献，侧浇口的推荐尺寸。
长度L=0.7~2.0mm
深度t=0.5~2.0mm
宽度b=1.5~5.0mm或b=（0.6~0.9）
/30
式中A—塑件外侧表面积（mm2）
综上所述得侧浇口的尺寸：
深度t=2.0mm
长度l=1.0mm
宽度b=2.5mm
4、浇注系统的平衡
对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，浇注系统显然是平衡的。
5、冷料穴的设计
1）主流道的冷料穴
开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴直径应稍大于主流道大端直径。
塑件结构简单，表面无凹痕，塑料PP弹性较好，采用推杆推出，带钩形头拉料杆的冷料穴。
主流道大端直径为11mm，则取冷料穴直径13mm；深度h为10mm。
2）分流道的冷料穴
在分流道端部加长6mm作为分流道的冷料穴。
五、成型零件的结构设计和计算
1、成型零件的结构设计
1）型腔
塑件形状简单，凹模采用整体式。
2）型芯
型芯是一个阶梯圆柱体的整体式型芯。
2、成型零件钢材的选用
塑件为大批量生产，形状简单，无特殊要求，采用T10
3、成型零件工作尺寸的计算
图5
塑件材料为PP，平均收缩率S=（Smax+Smin）/2=（1.0+3.0）/2=2.0%
尺寸A,B,C,D,E,F,的极限值，正确标注形式和成型该塑件相关尺寸的模具工作部分尺寸填写在下表中：
单位：
（mm）
尺寸名称
基本尺寸
制品尺寸
标注形式
模具工作
部分尺寸
A
46
46.470-0.94
47.990-0.1313
B
60
59.45+1.10
59.67+0.33670
C
18
17.73+0.540
17.640.180
E
10
10.190-0.38
10.660-0.1267
F
4
4.160-0.32
4.440-0.1067
g
9
90-0.32
8.895+0.130
该塑件精度等级为一般精度，（6级），故选取制造公差为零件公差的1/2，模具磨损系数为0.5。
模具工作部分尺寸计算过程略：
4、模具型腔壁厚的确定
塑料模具型腔在成型在过程中受到熔体的高压作用，应用足够的强度和刚度，采用整体式巨型型腔壁厚计算公式确定型腔侧壁厚度S和型腔底板厚度T
1、型腔侧壁厚S的计算
2、按强度计算
S=
=9.06
式中：
P——型腔内最大熔体压力，取p=50MPa
H——型腔深度H=9mm
W——抗弯截面系数，由
L=[0.67r（R-r）3]1/4=[0.67*36.91*（40.61-36.91）3]1/4≈5.95<型腔高度
所以按组合式圆形型腔计算
按强度校核：
S=r{[σp/（σp-2p）]1/2-1}
=36.91{[300/（300-2*50）]1/2-1}≈8.3mm<<56mm
符合要求
无论强度和刚度都远远足够
六、抽芯机构的确定
塑件的一侧为阶级孔，采用用最为广泛的斜导柱侧抽芯机构、结构简单、制造简单、制造方便、动作可靠
塑件的抽拔力不大，抽芯距短，采用制造安装方便的圆柱形斜导柱外侧抽芯取出制件
主要零件的设计计算
抽芯机构的设计计算
1、抽芯距S的计算
S=h+（2~3）=9+3=12mm
式中——h——侧型芯成型部分高度为9mm
2、抽芯力的计算
Fc=chp（ucos
-sin
）
=31.4*9*1.2*107*10-6*（0.2*cos0.50-sin0.50）
=0.6487KN
式中：
Fc——抽芯力（ＫＮ）
Ｃ——侧型芯成型部分的截面平均周长（ｍ）
ｈ——侧型芯成型部分的高度 （ｍｍ）
Ｐ——塑件对侧型芯的收缩力，其值与塑件的几何形状及塑件的品种、成型工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件，Ｐ=（2.4~3.9）*107Pa
模外冷却的塑件，P=（2.4~3.9）*107Pa取1.2*107Pa
U—塑件在热状态时对钢的摩擦系数，一般u=0.15~0.20取u=0.20
--侧型芯的脱模斜度或倾斜角取
=30、
3、确定斜导柱的倾斜角
该处的侧向抽芯距小，抽芯力不大，斜导柱的倾斜角根据经验计算值120
220斜导柱的倾斜角取200。
L=S/sin
=12/sin200=35.088
H=S/tan
=12/tan200=32.97mm
式中：
L—斜导柱的工作长度
S—抽芯距
--斜导柱的倾斜角
H—与抽芯距S对应的开模距
4、确定斜导柱的直径
根据抽芯力Fc和斜导柱的倾斜角
可查表得最大弯曲应力Fw=2KN
然后根据Fw，
和Hw（侧型芯滑块所受的脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导柱中心线的的交点到斜导柱固定板的距离，该塑件为16.5mm）查相关表得斜导柱的直径d=12mm。
5、斜导柱总长度计算
L
=L1+L2+L3+L4+L5
=d2/2tan
+h/cos
+d1/2tan
+（5~10mm）=79.6mm~84.6mm式中取L
=80mm
式中：
L
--斜导柱的总长度（mm）
Dz—斜导柱固定部分大端直径（mm）
H—斜导柱固定板的厚度（mm）
S—抽芯距（mm）
6、斜导柱的结构设计
工作端的端部是锥台形斜角
取
=
+20=220
斜导柱的材料为T8T10等碳素工具钢，热处理要求硬度HRC
55，表面粗糙度值Ra
0.8um，斜导柱与其固定的模板之间可采用过度配合H7/m6。
滑块上斜导孔与斜导柱之间可采用间隙配合H11/b11,或在两者之间保留0.5~1mm的间隙。
7、侧滑块设计
侧向型芯是模具的成型零件，材料采用T8，T10，45钢等，热处理要求硬度HRC
40
由于侧向抽芯距小，抽芯力不大，用一圆柱销定位。
8、导滑槽设计
由于侧向抽芯距很小，抽芯力不大，滑块与导槽的配合采用间T形槽如图
该种结构为整体式，结构紧凑多用于小型模具的抽芯机构
一般情况下，整体式导滑槽通常在动模板上直接加工出，材料为45钢，为了便于加工和防止热处理变形，常调质至28~32HRC后铣削成形
导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合H8/f8,为了防止配合部分漏料可采用H8/f7或H8/g7。
其他各处均留有0.5mm左右的间隙，表面粗早度值均应Ra
0.8um
9、楔紧块设计
1）结构形式如图
采用螺钉固定形式，结构简单加工方便应用普遍
2）确定楔紧块的
1
由于滑块移动方向与合模方向垂直，故滑块装置的定位距离S应等于实际抽芯距
S=LsCOS
=（Lz-L1-L2-L3-L5COS200）=14
式中——Ls——为斜导柱有效抽芯长度，mm
——斜导柱的倾斜角，取200
七、模架的确定
根据型腔的布局，零件的大小等各方面问题，确定选用模架系列为355*L
（1）（410*410），模架结构为A1形式。
如图6所示。
模具上所用的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，涂防锈油。
两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。
各模板尺寸的确定：
1、定模座板（410mm*410mm、厚度32mm）
定模座板是模具与注射机接连固定的板，材料为45钢。
2、A板尺寸（355mm*355mm，厚50mm）
A板是定模型腔板，塑件高度3.5mm，在模板上还要开设冷却水道.斜导柱，冷却水道离型腔应有一定的距离，因此A板厚度取50mm。
3、B板尺寸（355mm*355mm，厚50mm）
B板是动模座板，需要流出挡块楔紧块的位置因此B板厚度取50mm。
5、垫块（63mm*355mm，厚80mm）
1）主要作用
在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。
2）结构形式
可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。
3）垫块材料
垫块材料为Q235A，也可以用HT200等。
该模具垫块采用Q235A制造。
4）垫块的高度h校核
h=h1+h2+h3+s+δ=32+20+25+（5~10）=77~83mm，符合要求。
图6
八、合模导向机构的设计
当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。
若需采用精密导向定位装置，则须设计人员根据模具结构进行具体设计。
1、导向机构的总体设计
1）导向零件应合理均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边
缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套变形。
2）该模具采用4根导柱，其布置为等径直导柱对称布置。
3）该模具导套安装在定模上，导柱安装在动模上。
4）在合模过程中应采用导向零件首先接触，避免凸模损坏。
2、导柱设计
1）该模具采用标准有头导柱。
2）导柱长度必须比凸模端面高度高出6mm~8mm。
3）为使导柱能顺利进入导向孔，导柱的端面通常必须做成圆锥或球形的先导部分。
4）导柱直径应根据模具体模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度，该模
具导柱直径由标准模架可知为32mm。
5）导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按K7/k6配合，导柱滑动部分按H7/f7
或H8/f7的间隙安装。
6）导柱工作部分的表面粗糙度为佳0.4um。
7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，多采用低渗碳淬火
处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、
表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。
3、导套设计
导套与导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。
1）结构形式。
采用标准带头导套。
2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内的剩余空气。
3）导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为0.4um。
导套外径与模板一端采用H7/k6配合；另一端采用H7/e7配合镶入模板。
4）导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。
九、脱模推出机构的设计
注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。
1、脱模推出机构的设计原则
塑件推出是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。
在设计推出脱模机构时应遵循
下列原则。
1）推出机构应尽量设置在动模一侧。
2）保证塑件不因推出而变形损坏。
3）机构简单、动作可靠。
4）良好的塑件外观。
5）合模时准确复位。
2、塑件推出机构
推杆推出是一种基本的、也是一种常用的塑件推出方式。
常用的推杆形式有圆形、矩形和阶梯形。
本模具采用圆形推杆推出。
十、排气系统设计
该模具不需要再设计排其系统，型腔中的气体会沿着分型面既动模座板和定模板间隙向外排出。
十一、温度调节系统设计
1、冷却系统
一般注射到模具内的塑料温度为200ºC左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时温时60ºC以下。
热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。
对于黏度低、流动性好的塑料，因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却。
PP的成型温度和模具温度分别为102ºC~115ºC、80ºC~90ºC，用常用温水对模具进行冷却。
1）冷却介质
冷却介质有水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大、传热系数大，成本低。
用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。
2）冷却系统的简略计算
如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具进行初步的和简略的计算。
（1）查表得PP单位质量放出的热量Q1=1.8*102kJ/kg，
故Q=WQ1=0.104*1.8*102=18.72kj/min=1121.04kJ/h
式中W——单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（kJ/min），该模具每分钟注射一次，
所以W=0.104kg/min
（2）求冷却水体积流量
qV=WQ1/[c1（1-2）]=0.104*1.8*102/[1000*4.187*（25-20）]
≈0.89*10-3m3/min
式中--冷却水的密度；
C1—冷却水的比热容；
1—冷却水出口温度；
2—冷却水入口温度。
（3）求冷却管道直径d
查书，取d=8mm。
（4）求冷却水在管道内的流速v
v=4qV/d2=（4*0.89*10-3/60）/（π0.008*102）m/s≈0.295m/s
（5）求冷却管道孔避与冷水之间的传热膜系数h
参考教材表4-23，取f=6.84
h=3.6f（v）0.8/d0.2
=3.6*6.84（1000*0.295）0.8/（0.008）0.2
=596.52Kj/（m2*h*C）
（6）求冷却管道总传热面积A
A=60WQ1/h=60*0.104*1.8*102/{596.52*[85-（25+20）/2]}
≈0.03275m2
式中——模具温度与冷却水之间的平均温差（C），模具温度取80C。
（7）求模具上应开设的冷却管道的孔数n
n=A/dL=0.3275/3.14*0.008*0.41=3.184（孔）
2、冷却装置的布置
对于型芯的冷却水道，可采用隔片导流式。
但由于上面计算可知该模具塑料释放的总热量不大，只要在模具型腔周围开设冷却水道即可。
十二、参考文献
1、《塑料成型工艺与模具设计》屈华唱机械工业出版社
2、《塑料模具设计指导》伍先明国防工业出版社
3、《塑料模具设计与指导与资料汇编》何冰强大连理工大学出版社
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