衬套注塑模具课程设计.docx

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衬套注塑模具课程设计

专业课程设计

设计说明书

：

学号：

2

班级：

指导教师：

日期：

2021.1.8

设计任务书

塑件名称：

衬套

材料：

PA1010

精度等级：

MT4

外表粗糙度：

Ra0.8

批量：

50万

概述

衬套是阀门密封的必备之一，要求具有较高的密封性，同时还需要该零件具有并要求注射操作简便易行，模具更换方便，周期短，注射成型过程可完全自动化，生产效率高，经济效益好。

本文将为衬套进展注塑模具设计，设计过程主要包括以下几个方面：

1、塑件成型分析。

冰箱冷藏门上下饰条是家族模，所以分析时包括特性分析和构造分析等。

2、注塑机的选择及校核。

先利用锁模力来进展初选择，然后就最大注射量、注射压力等参数初步校核。

3、分析和确定模具的分型面。

根据分型面的选取原那么逐步进展，最后综合考虑装饰条的构造特点和成型条件来确定分型面。

4、浇注系统。

浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴几局部组成，具体设计中对各局部分别进展。

本次产品属于环形浇口，设计时多加注意。

5、成型部件的设计与计算。

成型部件设计要考虑到模具的加工性和塑件成型要求，然后利用平均值法来进展主要尺寸的计算。

6、脱模机构设计。

脱模机构的设计需要考虑塑件的外观要求和具体构造进展。

顶出时注意圆顶杆、方顶杆以及顶管的设计。

7、冷却系统的设计。

冷却系统对于塑件的成型质量和生产效率影响很大，应根据塑件的构造特点合理确定冷却系统构造。

第一章塑件成型工艺性分析

1.1塑料原材料分析

化学名称：

PA1010

PA1010〔尼龙1010〕塑料是半透明、轻而硬、外表光亮的结晶形白色或微黄色颗粒，相对密度和吸水性比尼龙6和尼龙66低，机械强度高，冲击韧性、耐磨性和自润滑性好，耐寒性比尼龙6好，熔体流动性好，易于成型加工，但熔体温度围较窄，高于100℃时长期与氧接触会逐渐呈现黄褐色，且机械强度下降，熔融太时与氧接触极易引起热氧化降解。

PA1010〔尼龙1010〕塑料还具有较好的电气绝缘性和化学稳定性，无毒。

不溶于大局部非极性溶剂，如烃、脂类、低级醇等，但溶解于强极性溶剂，如苯酚、浓硫酸、甲酸、水合三氯乙醛等，耐霉菌、细菌和虫蛀。

1.2塑件的构造及成型工艺性分析

产品名称：

衬套

生产纲领：

批量

精度等级：

采用一般精度4级。

如图1-1。

图1-1衬套

收缩率：

 1.3~2.3（纵向），0.7~1.7〔横向〕。

脱模斜度：

该塑件壁厚约为2mm，查表3.4，选择常用塑料的脱模斜度，其脱模型芯斜度为20～45′，塑件型腔斜度为25～45′。

塑件最小厚度：

2mm较均匀，利于成型。

外表粗糙度：

Ra为1.6-0.2μm。

衬套塑件存在尖角，成型时会出现局部应力集中，因此需设计圆角，圆角半径选择0.5mm。

计算塑件的体积和质量

由UG三维软件得到模型体积V=7.054cm^3。

塑件质量M=ρV=1.04*7.054=7.5g。

第二章模具构造形式设计

2.1分型面确实定

分型面是决定模具构造形式的一个重要因素，分型面的类型、形状及位置与模具的整体构造、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有密切的关系。

在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否那么无法用模具成型。

在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的构造。

分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。

因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。

选择塑件的最大轮廓面作为分型面，有利于脱模。

如图2-1。

图2-1分型面

2.2型腔数量确实定

塑件的尺寸质量和生产纲领选择一模四腔形式。

型腔排列方式、模具构造形式确实定：

型腔排列方式选择四边形对角形式排列，如下列图2-2.

图2-2型腔排布

第三章注射机型号确实定

3.1注塑量确实定

塑件体积:

V=6.39471cm3

单个塑件质量:

ml=ρV=1.04*6.39471=6.67g

模具所需塑料熔体注射量

m＝nml+m2

式中m——一副模具所需塑料的质量或体积（g或cm3）；

n——初步选定的型腔数量；

m1——单个塑件的质量或体积（g或cm3）；

m2——浇注系统的质量或体积（g或cm3）。

m2是个未知值，在学校做设计时以0.6nm，来估算，即

m=1.6nm1=1.6*4*6.67=42.69g。

3.2塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积及所需锁模力

A＝nAl+A2=4A1+0.35A2=4.35A1=1363.2mm2

Fm＝〔nAl+A2〕p型=40895.3N

式中A——塑件及流道凝料在分型面上的投影面积（mm2）；

A1——单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）；

A2——流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm2）

Fm——模具所需的锁模力（N）；

p型——塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）。

流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2在模具设计前是未知值。

根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积A1的0．2～0．5倍，因此可用0.35A1来估算。

成型时塑料熔体对型腔的平均压力，其大小一般是注射压力的30％-65％。

3.3选择注射机型号

根据上面计算得到的m和Fm值来选择一种注射机，注射机的最大注射量（额定注射量G）和额定锁模力F应满足

式中α——注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75。

F>Fm

根据最大注射量和锁模力的计算值可选用XS-ZY-125立式注射机.

注塑量为：

m=1.6nm=48g，n为型腔数4。

注塑机额定注塑容量V=m/（0.8ρ）=48/（0.8*1.04）=58cm3，根据V选择注射机XS-ZY-125。

具体参数：

机构形式：

立式 

注射方式：

螺杆式 

螺杆直径〔mm〕：

42 

最大注射量/ cm3或g ：

125 

注射压力〔MPa〕 ：

119 

锁模力（kN）：

900 

最大注射面积/cm3 ：

320 

最大模具厚度（mm）：

300 

最小模具厚度（mm）：

200 

最大开模行程（mm）：

300 

喷嘴球半径（mm）：

12 

喷嘴孔直径（mm）：

φ4 

模板尺寸/mm*mm:

420*458。

第四章浇注系统形式和浇口的设计

该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴、浇口。

4.1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，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

4.1.1主流道尺寸

（1）主流道小端直径D：

注射机喷嘴直径+（0.5～1）＝4+（0.5～1），取D＝4．5mm。

（2）主流道球面半径SR0＝注射机喷嘴球头半径+（1～2）＝12+（1～2），取SR0＝13mm。

（3）球面配合高度：

h＝3mm～8mm，取h＝8mm。

（4）主流道长度尽量小于60mm，由标准模架结合该模具的构造，取L＝25+15＝40mm

（5）主流道大端直径D`＝D+2Ltanα≈7.29mm（半锥角α为1～2度，2度），取D`=7.3mm。

（6）浇口套总长L0＝25+15+h+2＝50mm。

4.1.2主流道衬套的形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道局部常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独进展加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC-55HRC。

由于该模具主流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较宜，其定位圈构造如图4-1所示。

图4-1定位圈

4.1.3主流道衬套的固定

主流道衬套的固定形式如图4-2所示。

图4-2主流道衬套固定

主流道的剪切速率为

式中qv——模具的体积流量（cm3／s）

R——主流道平均半径（cm）。

主流道剪切速率

。

4.1.4定位圈设计

为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，并使模具浇口套与注射机喷嘴孔准确定位，以及防止浇口套从模滑出，应在模具上安装定位圈，其大小应比注射机上模具定位孔直径小0.2～0.3mm，为了使定位圈的更换方便，现采用特殊型定位圈，材料选用45钢，经正火处理硬度为183-235HBS。

4.2冷料穴的设计

主流道冷料穴的设计

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。

拉料杆采用球字头拉料杆，如图4-3。

图4-3拉料杆

4.3分流道的设计

4.3.1分流道的布置形式

分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原那么：

一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。

该模具的流道布置形式采用平衡式，定模局部与瓣合模上均开有分流道。

该流道形式是由本模具构造形式所确定，选择梯形分流道。

4.3.2分流道的长度

长度应尽量短，且少弯折。

梯形分流道单向长度为L=21mm。

4.3.3分流道的形状及尺寸

为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上。

工程设计中常采用梯形截面，加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大，一般采用下面的经历公式可确定其截面尺寸，即B=0.2654，H=2/3（1.55）=1.04。

式中B——梯形大底边的宽度（mm）；

m——塑件的质量（g），为7.5g；

L`—单向分流道的长度（mm），为21mm；

H——梯形的高度（mm）。

4.3.4分流道的外表粗糙度

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的外表粗糙度及。

并不要求很低一般取0.63—1.6，这样外表稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。

防止熔流外表滑移，使中心层具有较高的剪切速率。

此处Ra＝0.8。

4.4浇口的设计

浇口选择侧浇口的形式，浇口截面积通常为分流道截面积的0.07倍～0.09倍，浇口截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度为0.5mm—2.0mm。

浇口具体尺寸一般根据经历确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。

4.4.1浇口类型及位置确实定

该模具是中小型塑件的多型腔模具，同时从所提供塑件图样中可看出，侧浇口开设在衬套最大外圆面壁厚处。

如图4-3。

图4-3浇口

4.4.2浇口构造尺寸的经历计算

〔1）侧浇口深度和宽度经历计算

经历公式为h＝nt＝1.6，

式中h——侧浇口深度（mm）；

w——浇口宽度（mm）；

A——塑件外外表积（约为4622.85mm2）；

t——塑件厚度（平均厚度约为2mm）；

n——塑料系数，由下表查得n＝0．8。

〔2〕侧浇口的经历计算

由于侧浇口的种类较多，从经历数据表中取值。

得侧浇口尺寸：

深度h＝1.0mm；宽度w＝1.5mm；长度l＝1.0mm，如图4-4。

图4-4浇口尺寸

第五章成型零件的设计

5.1成型零件的构造设计

〔1〕凹模的构造设计。

凹模是成型制品外外表的成型零件。

其构造可分整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。

这里采用整体式。

〔2〕凸模的构造设计。

凸模是成型塑件外表的成型零件。

通常是整体式和组合式两种类型。

这里采用整体式型芯.

5.2成型零件工作尺寸的计算

5.2.1型腔型芯径向尺寸计算

PA1010收缩率为0.5-4.0，平均收缩率取平均值1.75。

1.型腔径向尺寸：

L

=［LS+LSScp-XΔ］

式中Ls：

塑件外形根本尺寸；

Δ：

塑件公差；

Lm：

型腔根本尺寸；

SCP：

塑料的平均收缩率；

X：

修正系数，一般在1/2--3/4之间变化，在此取3/4；

δZ：

制造公差δZ。

LS1=34,LS2=38,Δ=0.42.代入数值得L1=

，L2=

2.型芯径向尺寸：

=[

+

Scp+XΔ]

式中

：

塑件形根本尺寸；

Δ：

塑件公差；

l

为型芯根本尺寸；

SCP：

塑料的平均收缩率；

X：

修正系数，一般在1/2--3/4之间变化，在此取3/4；

δZ：

制造公差δZ。

Lm=30,Δ=0.42,代入数值得L=

.

5.2.2型腔型芯深度高度尺寸计算

型腔深度方向尺寸：

型芯高度方向尺寸：

式中Hm—模具型腔深度根本尺寸；

Hs—塑件凸起局部尺寸；

hm—模具型芯高度根本尺寸；

hs—塑件孔或凹槽深度尺寸。

型腔：

H1=34,H2=2，Δ=0.42，0.16.得Hm1=

Hm2=

型芯:

H=36,Δ=0.42,得Hm=

。

第六章脱模推出机构的设计

注射成型后，使塑件从凸模或凹模上脱出的机构成为脱模机构。

脱模系统的工作方式一般是利用注射机的开模动作用机械力推出注塑制品。

脱模系统一般位于动模局部，它是由一系列推出零件和辅助零件组成。

比拟典型的零件有推杆、推板、顶块、推管等，根据其各自特性来选择。

6.1塑件脱模分析及顶出设计

首先模具在分型面处脱模，拉料杆将流道凝料拉断，由于塑件抱紧力的作用，收缩在型芯上，然后顶杆推动推板将塑件从型芯上卸料。

6.2脱模力计算

无斜度薄壁圆筒塑件的脱模力

=4500N。

式中fc——脱模系数，即在脱模温度下塑件与型芯外表之间的静摩擦因数，它受塑料熔体经高压在钢外表固化中粘附的影响；

α——塑料的线膨胀系数（1／℃）；

E——在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量（MPa）；

Tf——塑料的软化温度（℃）；

Tj——脱模时塑件温度（℃）；

t——塑件的壁厚（mm）；

h——型芯脱模方向的高度（mm）。

脱模力计算中物理参量的准确确定是困难的。

各参数随着温度而变化，其中脱模系数确实定最为复杂。

fc大于钢与塑料滑动系数的2倍，且与模温、压力、冷却时间、顶出速度等工艺条件有关。

第七章模架确实定和标准件的选用

7.1模架的选定

模具的根本构造形式已经确定，于是根据所定容确定模架，确定出标准模架的形式、规格及标准代号，根据题意选择A4型，如图7-1。

图7-1模架

模架大小确实定:

选择315*315的标准模架,温度调节系统的设计由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用构造形式为A4型、模架尺寸为315mmX315mm的标准模架，可符合要求。

模具上所有的螺钉尽量采用六角螺钉；模具外外表尽量不要有突出局部；模具外外表应光洁，加涂防锈油。

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。

1．定模座板（250

200mm、厚25mm）

定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。

通过4个M10的六角圆柱螺钉与定模固定板连接；定位圈通过4个M6的六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为H8／f8配合。

2．定模板（凸模固定板）（200mm×200mm，厚40mm）用于固定型芯（凸模固定板）、导套。

固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230HB—270HB。

其上的导套孔与导套一端采用H7／k6配合，另一端采用H7／e7配合；定模（凸模固定）板与浇口套采用H8／m6配合；定模（凸模固定）板与圆筒型芯为H7／m6配合。

上面还开有4个弹簧顶销孔，以便分模时，斜滑块顺利地留在动模局部，定模（凸模固定）板上的顶销孔与顶销为H8／f8配合。

3．推板（200mm×200mm，厚20mm）

4.动模板（200mm×200mm，厚25mm）   

5．托板（200×200mm，厚32mm）

6．动模座板（118×118mm，厚20mm）材料为45钢，其上的注射机顶杆为φ10mm。

其上的推板导柱孔与导柱采用H7／m6配合。

7.顶板〔118×118mm，厚16mm）

7.2导柱设计

（1）该模具采用带头导柱，不加油槽。

（2）导柱的长度必须比凸模端面高度高出6mm—8mm。

（3）为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导局部。

（4）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架可知为32mm）。

（5）导柱的安装形式，导柱固定局部与模板按H7／k6配合，导柱滑动局部按H7／f7或H8／f7的间隙配合。

（6）导柱工作局部的外表粗糙度为0.4m。

（7）导柱应具有坚硬而耐磨的外表、坚韧而不易折断的芯。

多采用低碳钢经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、外表淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。

第八章校核注射机技术参数

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

上式右边≥4，符合要求。

式中K——注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取0.75；

M——注射机的额定塑化量（g／h或cm3／h），该注射机为6g／s；

t——成型周期，因塑件小，壁厚不大，取30s；

m1——单个塑件的质量和体积（g或cm3），取m=7.3g；

m2——浇注系统所需塑料质量和体积（g或cm3），取0.6×4m1。

2）按注射机的最大注射量校核型腔数量

上式右边＝10.1≥4，符合要求。

式中mN——注射机允许的最大注射量（g或cm3），该注射机为125g。

3）按注射机的额定锁模力校核型腔数量

塑件在充模过程中产生的胀模力主要作用在两个位置：

在两瓣合模上的作用面积约为A11＝4×500＝2000mm2

瓣合模与支承板的接触处的作用面积约为A12≈4×200＝800mm2

上式右边＝4．41≥4，符合要求。

式中F——注射机的额定锁模力（N），该注射机为4×105N；

A1——4个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2），A1＝A11+A12≈2800mm2

A2——浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm2），A2≈0.35A1＝980mm2

P型——塑料熔体对型腔的成型压力（MPa），一般是注射压力的30％～65％，尼龙流动性好，该处取型腔平均压力为30MPa。

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＝0.75×125＝93.75cm3

式中Vmax——模具型腔和流道的最大容积（cm3）；

V——指定型号与规格的注射机注射量容积（cm3），该注射机为125cm3；

α——注射系数，取0.75—0．85，无定型塑料可取0．85，结晶型塑料可取0．75，该处取0.75。

倘假设实际注射量过小，注射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＝0.25×125＝31.25cm3。

故每次注射的实际注射量容积V′应满足Vmin

2）锁模力校核：

在前面已进展，符合要求。

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＝120MPa，应该大于注射成型是所需调用的注射压力P0，即Pmax≥k'po

式中k'——平安系数，常取1.25—1.4。

3.安装尺寸校核

1）喷嘴尺寸

（1）主流道的小端直径D大于注射机喷嘴d，通常为

D＝d+（0．5～1）mm，对于该模具d＝4mm，取D＝4.5mm。

（2）主流道凹球面半径SR0应大于注射机喷嘴球半径SR，通常为SR0＝SR+（1～2）mm

对于该模具SR＝2mm，取SR0＝13mm。

2）定位圈尺寸

注射机定位孔尺寸为

mm，定位圈尺寸取

mm，两者之间呈较松动的间隙配合。

3）最大与最小模具厚度

模具厚度H应满足Hmin

而该套模具厚度H＝247mm，符合要求。

4．开模行程和推出机构的校核

1）开模行程校核H≥H1+H2+（5～10）mm

式中H——注射机动模板的开模行程（mm），取300mm；

H1——塑件推出行程（mm），取18mm；

H2——包括流道凝料在的塑件高度（mm），值为18+39.5+45+（5～10）＝107.5～112.5mm

代值计算，符合要求。

2）推出机构校核

该注射机推出行程为44mm，大于H1＝18mm，符合要求。

5.模架尺寸与注射机拉杆间距校核

该套模具模架的外形尺寸为250mm×200mm，而注射机拉杆间距为215mm×265mm，因265mm>250mm，符合要求。

第九章温度调节系统的设计

一般注射到模具的塑料温度为200℃左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。

热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进展有效的冷却，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。

PA1010的成型温度和模具温度分别为250℃—280℃、50℃—80℃，用常温水对模具进展冷却。

冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大、传热系数大，本钱低。

用水冷却，即在模具型腔周围或部开设冷却水道。

9.1冷却系统的计算

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，可对模具冷却系统进展初步的和简单的计算。

（1）求塑件在固化时每小时释放的热量Q

聚酰胺单位质量放出的热量Q1＝6．5×10kJ／kg～7．5x102kJ／kg，取Q1＝7．5×102kJ／kg，故Q＝WQ1＝2.825×10-2×7．5×102×60＝1271．25kJ／h

式中W——单位时间（每分钟）注入模具中的塑料质量（kJ／min），该模具每分钟注射2次，所以W＝2×（4×2．37+3．36）×1．10≈2．825×10-2kg／min。

（2）求冷却水的体积流量

ρ——冷却水的密度，为1×103kg／m3；

c1——冷却水的比热容，为4.187kJ／（kg·℃）；

θl——冷却水出口温度，取25；

θ2——冷却水人口温度，取20

（3）求冷却管道直径d

查表，为使冷却水处于湍流状态，取d＝4mm。

（4）求冷却水在管道的流速v

（5）求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数h

查表，取f＝6，48（水温为25℃），那么h＝6.34×103KJ/〔m2·h·℃〕

（6）求冷却管道总传热面积A

A≈4.72×10-3m2

（7）求模具上应开设的冷却管道的孔数n

式中L——瓣合模长度，为194mm。

总水道数为2孔。

9.2冷却装置的布置

由于该塑件为阶梯形的轴类零件，大体可以以φ20mm的凸缘为基准分为上下两局部。

上局部有分流道，应重点加强冷却，因此布置在少20mm偏上的部位。

对于型芯的冷却水道，可采用隔片导流式。

但由上面计算可知该模具塑料释放的总热量不大，只在模具型腔周围开设冷却水道即可，如下列图9-1。

图9-1冷却系统

参考文献

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高等教育，2007.

[2]洪慎章.实用注塑模具构造图册.：

交通大学，2006.

[3]何铭新，钱可强.机械制图第五版.：

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