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模具论文
目录
第1章绪论1
第2章塑件的工艺分析3
2.1塑件形态3
2.2壁厚分析3
2.3圆角分析3
2.5成型特性：
4
2.6综合性能：
4
第3章塑件尺寸的计算6
第4章型腔数目的确定及排布7
4.1型腔的排布设计原则：
7
第5章分型面的选择9
第6章浇注系统的设计10
6.1设计原则10
第7章注射机的选择及型号和规格13
第8章成型零部件的结构设计及工作尺寸计算14
8.1成型零部件的结构设计：
14
8.2成型零件工作尺寸计算：
14
第9章导向机构的设计21
9.1导柱导向机构的作用：
21
9.2导柱导套的设计原则：
21
9.3导柱导套的设计：
22
9.4导柱的设计：
22
9.5导套的设计:
23
第10章脱模机构的设计26
10.1脱模机构的分类：
26
第11章温控系统设计30
11.1冷却系统工艺：
30
11.2冷却系统的计算：
31
11.3模具的闭模高度34
总结35
致谢36
参考资料37
第1章绪论
塑料模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具。
塑料模具对塑料制品的质量和操作难易程度都有相当的影响因此要求模具在生产度，外观，物理性能等各方面都满足使用要求并要求其效率高，操作简便，结构合理，制造容易，成本低廉。
现代塑料制品中合理的加工工艺，高效的设备，先进的模具是必不可少三项重要因素。
尤其是塑料模具要实现塑料加工工艺要求，制件使用要求和造型设计起着十分重要的作用。
因此，对塑料模具生产也提出了越来越高的要求。
因此促使模具生产不断向前发展。
模具工业是现代工业的基础，它的技术水平很大程度上决定了产品的质量和市场的竞争能力。
随着我国加入“WTO”步伐的日益加快。
“入世”将对我国模具工业产生重大而深远的影响，经济全球化的趋势日益明显，同时世界众多知名公司不断进行构调整，国内市场的国际性进一步现，该行业将经受更大的冲击，竞争也会更加激烈。
在如此严峻的行业背景下，我国的技术人员经过不断的改革和创新使得我国模具水平有了较大的提高，大型，复杂，精密，高效和长寿命模具有上了新的台阶。
第2章塑件的工艺分析
2.1塑件形态
该塑料制品为瓶盖，其塑件的结构以及表面形状较为简单，整个塑件呈筒状，整个塑件高达15mm，外径为28mm，壁厚1mm，中间衔接部分以圆弧过渡。
作为实用零件对其尺寸公差没有太严格的要求，故在本次设计中可以忽略此方面的考虑，以降低模具的加工制造成本。
且塑件本身壁厚较小、均匀，适合于大批大量的注塑模具生产。
塑件图如1-1所示：
图1-1
2.2壁厚分析
塑件的壁厚对塑件质量的影响很大。
壁厚过小，成型时熔融塑料流动阻力大，充模困难，特别是大型且形状复杂的塑件更为突出。
壁厚过大，不但浪费原料，而且增加冷却时间，更重要的是塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。
查相关手册可知，该塑件的壁厚均为1mm在其最小壁厚范围内。
因此，该塑件符合注塑模具成型的厚度条件。
2.3圆角分析
为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，改善熔体的流动情况且便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，应采用过渡圆弧。
塑件上的过渡圆弧对于模具制造也是必要的。
在无特殊要求时，塑件连接处均应有不小于0.5～1mm的圆角。
按照圆角的设计原则：
一般外圆弧半径应是厚度的1.5倍、内圆弧半径应是厚度的0.5倍。
本次设计要求该塑件的内外圆弧半径结合生产实际来设计，根据现有的生产力状况以及条件设备，此塑件的内外过渡圆弧是小半径为0.5mm，适合注塑制品的结构和工艺要求。
2.4材料的选择：
该塑件在尺寸上要求比较高,且在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，也要求有一定的耐磨性，在保证塑料制品的功能和性能的同时还要考虑到加工生产、成本和供应，综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际生产，选用收缩率较小、综合性能优良、在工程技术中应用广泛的塑料LDPE（低密度聚乙烯）。
材料简介：
LDPE中文名：
低密度聚乙烯
英文名：
Lowdensitypolyethylene
2.5成型特性：
结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。
冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。
收缩率大，方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温。
宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。
不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。
应注意选择浇口位置。
质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。
2.6综合性能：
压缩比：
1.84~2.30
热变形温度：
1.88MPa----48oC
0.46MPa----60~82oC抗拉屈服强度:
22~39MPa
拉伸弹性模量：
0.84~0.95GPa
弯曲强度：
25~40MPa
弯曲弹性模量：
1.1~1.4GPa
压缩强度：
225MPa
疲劳强度：
11Mpa（107周）
脆化温度：
-70
LDPE的注射工艺参数：
注射机类型：
柱塞式
喷嘴形式：
直通式
喷嘴温度：
150~170oC
料筒温度：
前170~200oC
后140~160oC
模温：
30~45oC
注射压力：
60~100Mpa
保压力：
40~50Mpa
注射时间：
0~5s
保压时间：
15~60s
冷却时间：
15~60s
成型周期：
40~140s
第3章塑件尺寸的计算
塑件图如3-1所示：
图3-1
塑件的工作条件对精度要求较高，根据LDPE的性能可选择其塑件的精度等级为6级精度（查阅《塑料成型工艺与模具设计》P67表3-9）。
外径:
28mm壁厚:
1mm
内径:
16mm壁厚:
1mm
由体积计算公式可计算得塑件的近似体积得:
V塑=
S*H
=2.825cm3
查得LDPE（低密度聚乙烯）密度约为:
由公式
代入数据可得塑件的质量为：
W塑=V塑×r塑=2.6（g）。
第4章型腔数目的确定及排布
4.1型腔的排布设计原则：
为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有以下：
1、根据经济性确定型腔数目。
根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。
2、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。
当成型大型平板制件时，常用这种方法。
设注射机的额定锁模力大小为F（N），型腔内塑料熔体的平均压力为Pm,单个制品在分型面上的投影面积为A1，浇注系统在分型面上的投影面积为A2，则：
（nA1+A2）Pm
F即：
n
3、根据制品精度确定型腔数目。
根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%,高模具中的型腔数目为n,制品的基本尺寸为L，塑件尺寸公差为
单型腔模具注塑模具生产时可能性产生的尺寸误差为
（
不同的材料，有不同的值，如：
聚甲醛为
0.2%,尼龙66为
0.3%,聚碳酸酯、聚氯乙烯、ABS等非结晶型塑料为
0.05%）,则有塑件尺寸精度的表达式为：
L
%+（n-1）L
%
4%
简化后可得型腔数目为：
n
对于高精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个.
4、根据注射机的额定最大注射量确定型腔数目。
设注射机的最大注射量G（g），单个制品的质量为W1（g），浇注系统
质量为W2（g），则型腔数目n为：
n
多型腔有模板上的排列形式通常有圆形、H形、直线型及复合型等，在设计时应遵循以下原则：
1、尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。
2、型腔布置与浇口开高部位应力求对称，以便停止模具承受偏载而产生溢料现象。
3、尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。
已知的体积V塑或质量W塑，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，但制件尺寸、精度、表面粗糙度较高，综合考虑生产率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模四腔对称性排布,分流道直径可选1.6~9.5mm（参见《塑料制品成型及模具设计》P59表4-3部分塑料常用分流道断面尺寸推荐范围）。
由塑件的外形尺寸（塑件壁厚0.8<1.0<2.4）和机械加工的因素，确定采用点浇口，根椐塑件的材料及尺寸，浇口直径可选0.8~1.3mm（参见《塑料制品成型及模具设计》P67表4-7侧浇口和点浇口的推荐值）。
采用对称平衡的排布,如4-1图示：
型腔数目及排布图
4-1
第5章分型面的选择
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.
分型面的选择应遵循以下原则:
1、便于塑件脱模：
开模是应尽量使塑件留在动模内；
应有利于侧面分型和抽芯；
应合理塑件在型腔中的方位。
2、考虑和保证塑件的外观不遭损害。
3、尽力保证塑件尺寸的精度要求。
4、有利于排气和尽量使模具加工方便。
本塑件属于薄壁壳小型塑件，塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模和精度要求角度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模，而且不影响塑件的质量和外观形状，以及尺寸精度。
综合以上因素，分型面应选择在瓶盖的下部较为合理，如图所示:
分型面图
第6章浇注系统的设计
6.1设计原则
注射模的浇注系统是指从注流道的开始端到型腔之间的熔体流动通道。
其作用是使塑料熔体平稳而有序地充真到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。
6.1.1主流道设计：
主流道是连接注射机喷嘴与公流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。
本塑件所用的材料为LDPE（低密度聚乙烯），根据其流动性特点，主流道设计的主要参数如下：
1、主流道圆锥角ａ=
，内壁粗糙度为Ra0.63µm.
2、主流道大端呈圆角，取半径r=3mm,以减小料流转过渡时的阻力。
3、主流道应尽可能的短，过长则会影响熔体的顺利充型，此处根据实际情况选35mm.
4、衬套与主流道设计成整体,材料使用T8，热处理强度为53-57HRC.
6.1.2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”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。
本塑件采用无拉料杆的冷料穴。
分流道设计：
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用。
多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。
1、分流道截面形状和尺寸的选择：
通常的分流道截面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等，为了减少流道内压力损失和传热损失，希望流道的截面积大、表面积小。
因此可用流道截面积与其周长的比值来表示流道的效率。
由于正方形流道凝料脱模困难，六角形流道效率低而圆形截面流道在加工时两半很难对准，在此，选择半圆形，取半圆直径4.5mm.参见《塑料制品成型及模具设计》59页表4-3
2、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。
分流道的布置分平衡式与非平衡式两种，根据上面所选型腔的布局，分流道采用平衡式的布置如6-1：
图6-1
6.1.3浇口设计：
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、位置和尺寸对塑件质量的影响很大。
本塑件属于小型塑件，用一模多腔，其表面要求较高，而点浇口截面积小，对于纤维增强的塑料，浇口断开时不会损伤塑件表面，故而确定采用点浇口。
浇口位置的选择：
浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口时，应遵循以下原则：
浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置
浇口应开设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩，
浇口的位置应选择在有利于型腔中气体的排除
浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位，对于圆筒类制品，采用中心浇口比侧浇口好。
对于带细长的型芯模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯因冲击变形。
浇口应设在不影响制品外观的部位
根据以上原则，瓶盖属于圆筒类制品，故而采用中心浇口。
基本参数如6-2所示:
图6-2
根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：
由塑件质量W塑=2.6g可得d取4D取6
d=4mmD=6mmR=15mmh=5mmd1=1mm
H1=4.5mml=60~70mmL=25mma=4。
a1=10。
L1=17mm
6.1.4溢流排气系统工艺：
排气系统对于让塑料充满型腔，防止产生接缝和表面轮廓不完整等缺陷有着很重要的作用。
一般大型模具，要在分型面开设专门的排气槽，以利型腔内气体的排除。
排气方式：
排气槽一般通常开设在分型面上凹模一边，位置位于塑料熔体流动的末端。
一般情况下，排气槽尺寸以气体能够顺利排出而不产生溢料为原则。
排气槽宽度可取1.5～6mm，深度可取0.025～0.1mm，长度可取0.8～1.5mm。
第7章注射机的选择及型号和规格
根据所选择的参数，初步估算浇注系统的:
体积:
V浇=8~9cm3。
其质量约为：
W浇=V浇×r塑=7.5~8.5g。
S=（n×W塑+W浇）/0.8=23~24g。
可以初步选项注射机型号为：
XS-Z-30
XS-Z-30注射机的技术规格如下:
型号：
XS-Z-30
额定注射量（cm3）：
30
螺杆直径（mm）：
28
注射压力（MPa）：
119
注射行程（mm）：
130
注射时间（s）：
0.7
注射方式：
柱塞式
合模力kN）：
250
最大注射面积（cm2）：
90
最大开（合）模行程（mm）：
160
模具最大厚度（mm）：
180
模具最小厚度（mm）：
60
模板最大距离（mm）：
340
动、定模固定板尺寸（mm）：
250×280
喷嘴圆弧（mm）：
12
喷嘴孔径（mm）：
2
第8章成型零部件的结构设计及工作尺寸计算
8.1成型零部件的结构设计：
塑料在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。
而构成这个型腔的零件叫做成型零件，通常包括凹模，凸模、小型芯、螺纹型芯或型环等。
由于这些成型零件直接与高温、高压的塑料熔体接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此要求它有足够的8强度、刚度、硬度、耐摩性和较低的表面粗糙度。
同时还应考虑零件的加工性和模具的制造成本。
8.1.1凹模的的结构设计：
凹模又称阴模，是成型塑件外轮廓的零件。
凹模有整体结构式和组合式。
1、整体式凹模：
由整块金属材料直接加工而成，这种形式的结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量较好。
但当塑件形状复杂时，采用一般机械加工方法制造型腔比较困难。
因此它适用于形状简单的塑件。
亦可以分为：
整体式凹模、整体嵌入式凹模、局部镶嵌式凹模、大面积镶嵌式凹模、四壁拼合式凹模。
本塑件的外形简单，采用整体式凹模。
其适用于形状简单且凸模高度较小的塑件，整体式凹模为非穿通式模体，强度好，不易变形。
8.1.2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，通常可分为整体式和组合式。
1、整体式凸模：
当塑件的内形比较简单，深度不大时，可采用整体式凸模，其结构牢固，成型塑件的质量好，但机械加工不便，钢材耗量较大，适用于小型凸模。
2、组合式凸模：
当塑件的内形比较复杂而不便于机械加工时，或形状虽不复杂，但为了节省贵金属，减少加工量，通常采用组合式凸模。
固定板和凸模可分别采用不同的材料制造和热处理，然后再连接成一体，这种结构形式适用于大型凸模。
由瓶盖的特殊结构，有两层，内有螺丝，采用镶件组合式凸模。
8.2成型零件工作尺寸计算：
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸，通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括零件的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸及位置尺寸，故零件的工作尺寸计算主要是凹模和凸模的尺寸计算。
产生偏差的原因：
1、塑料的成型收缩
成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：
预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。
σs=（Smax-Smin）×制品尺寸
σs成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin分别是制品的最大收缩率和制品的最小收缩率。
2、成型零部件的模具制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括模具的加工偏差和装配偏差。
加工偏差就是模具在制造过程中所产生的尺寸偏差，装配偏差主要是模具在分型面上的合模间隙以及组合模具的配合偏差。
3、成型零部件的磨损
成型零部件的摩损相对于精度要求不高的大型零部件来说，可以不考虑，但对于精度要求较高的小型零部件，就必须要对其进行考虑。
本产品为LDPE制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取1.5%和3.5％。
平均收缩率
为2.5%,此产品采用6级精度，属于一般精度制品。
因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT７～IT８级，综合参考，相关计算具体如下：
凹模径向尺寸计算：
（相关公式参见《塑料制品成型及模具设计》第79-80页）图8-1中：
图8-1
（C1）±δz/2=（1+s¯）C1S±δz/2
=（1+2.5%）×2±0.32/2
=2.05±0.16mm
8.2.1凸模计算:
8-1中：
（LM1）0-δz=[（1+s¯）LM1S+0.5×Δ]0-δz
=[（1+2.5%）×26+0.5×0.48]0-0.48/4
=26.650-0.12
（L1）0+δz=[（1+s¯）L1S-0.5×Δ]0+δz
=[（1+2.5%）×16-0.5×0.4]+0.4/40
=16.2+0.10
（lx）0+δz=[（1+s¯）lXS-0.5×Δ]0+δz
=[（1+2.5%）×2-0.5×0.24]+0.24/40
=1.93+0.040
（CX）±δz/2=（1+s¯）CXS±δz/2
=（1+2.5%）×11±0.38/2
=11.27±0.19
（wx）0+δz=[（1+s¯）wXS-0.5Δ]0+δz
=[（1+2.5%）×0.5-0.5×0.24]+0.24/40
=0.4+0.060
8.2.2中，螺纹型芯与大型芯的配合采用H8/f8。
型芯径向尺寸计算：
（hQ）0+δz=[（1+s¯）hQS-0.5×Δ]0+δz
=[（1+2.5%）×3-0.5×0.24]+0.24/40
=2.96+0.060
（hQ1）0-δz=[（1+s¯）hQ1s+0.5×Δ]0-δz
=[（1+2.5%）×10-0.5×0.32]0-0.32/4
=10.090-0.08
（lQ2）0-δz=[（1+s¯）lQ2S+0.5×Δ]0-δz
=[（1+2.5%）×9+0.50.32]0-0.32/4
=9.070-0.08
8.2.3计算螺纹型芯的工作尺寸：
（1）螺纹型芯大径：
（dM大）0-δz=[（1+s¯）ds大+Δ中]0-δz
螺纹型芯中径：
（dM中）0-δz=[（1+s¯）ds中+Δ中]0-δz
螺纹型芯小径：
（dM小）0-δz=[（1+s¯）ds小+Δ中]0-δz
dM大,dM中,dM小———分别为螺纹型芯的大，中，小径；
ds大，ds中，ds小———分别为塑件内螺纹大，中，小径基本尺寸；
Δ中———塑件螺纹中径公差；
δz———螺纹型芯的中径制造公差，其值取Δ/5。
将数据代入以上公式计算得：
（dM大）0-δz=[（1+2.5%）×14+0.03]0-0.03/5
=14.380-0.006
（dM中）0-δz=[（1+2.5%）×12.701+0.03]0-0.03/5
=13.0490-0.006
（dM小）0-δz=[（1+2.5%）×11.835+0.03]0-0.03/5
=12.1610-0.006
8.2.4型腔壁厚和底板厚度计算
注射模在其工作过程需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。
如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲变形，引起成型零部件在它们的对接面或贴合面处出现较大的间隙，由此而发生溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求。
因此，在模具设计时，成型零部件的强度和刚度计算和校核是必不可少的。
一般来说，凹模型腔的侧壁厚度和底部的厚度可以利用强度计算决定，但凸模和型芯通常都是由制品内形或制品上的孔型决定，设计时只能对它们进行强度校核。
因在设计时采用的是镶嵌式圆形型腔。
因此，计算参考公式如下：
侧壁：
按强度计算：
按刚度计算：
底部：
按强度计算：
按刚度计算：
凸模计算：
按强度计算：
按刚度计算：
参数符号的意义和单位以及经查表所得值如下：
Pm模腔压力（MPa）取值范围50~70
E材料的弹性模量（MPa）查得2.06×105
[
]材料的许用应力（MPa）查得176.5；
[δ]成型零部件的许用变形量（mm）查得0.05；
将以上值代入公式计算可得：
按强度计算得：
s
4.93mmhs
4.38mmr
8.52mm
按刚度计算得：
s
0.93mmhs
1.91mmr
3.97mm
模具采用材料为3Gr2W8V，淬火中温回火，≥46HRC
第9章导向机构的设计
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，定位以及承爱一定的侧向压力。
导向机构包括导柱导向和锥面定们两种，根据本塑件的实际情况，采用导柱导向机构。
9.1导柱导向机构的作用：
1、定位件用：
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在模具的装配过程中也起定位作用，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，避免型芯进入型腔造成成型零件损坏。
3、承受一定的侧向压力。
9.2导柱导套的设计原则：
1、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。
2、导柱的长度应比型芯端面的高度高出6-8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。
3、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。
4、为了使导柱能顺利的进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角.
5、导柱设在动模一侧可以保护型芯不爱损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱
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