塑料橡胶模具设计说明书.docx
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塑料橡胶模具设计说明书
中北大学
课程设计说明书
学生##：
李淋学号：
0903034250
学院：
材料科学与工程学院
专业：
高分子材料与工程
题目：
香皂盒注射模具设计
指导教师：
王文生付一政职称:
副教授讲师
2012年12月17日
中北大学
课程设计任务书
2012~2013学年第一学期
学院：
材料科学与工程学院
专业：
高分子材料与工程
学生姓名：
李淋学号：
0903034250
课程设计题目：
香皂盒注射模具设计
起迄日期：
2012年12月17日～2012年12月28日
课程设计地点：
中北大学材料科学与工程学院
指导教师：
王文生付一政
系主任：
李迎春
下达任务书日期:
2012年12月17日
课程设计任务书
1．设计目的：
通过塑料成型模具课程设计，强化学生课堂上学习到的塑料注射模具的知识，加深学生对注射模具动作原理的理解，培养学生独立设计注射模具的能力，使学生熟练掌握AutoCAD等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作打下良好的根底。
2．设计内容和要求〔包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等〕：
自行设计一个符合要求的塑料制件以与成型该制件的注射模具。
〔1〕对塑料制件的要求：
①塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使塑料制品到达高效、均匀冷却，具有一定的力学性能与使用价值；
②设计塑料制件时应明确指出塑件的尺寸精度、粗糙度、斜度、圆角、螺纹、侧孔、嵌件等；
③成型该塑件的注射模具必须满足以下条件之一：
Ⅰ：
成型模具应具有侧向抽芯机构；
Ⅱ：
成型模具应具有自动脱螺纹机构；
Ⅲ：
成型模具应具有点浇口凝料的自动脱出、顺序脱模、二级脱模等较为复杂的机构。
〔2〕对成型模具的要求：
所设计的模具能够高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品，模具结构合理，动作灵活，能够满足在使用时连续生产、高效率、自动化、操作简便的要求。
3．设计工作任务与工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
本次课程设计的工作内容包括以下几个局部：
①塑料制件图纸一X，要求标注尺寸公差、粗糙度、技术要求以与所用原材料；
②注射模具装配图〔零号图纸〕一X；
③注射模具零件图至少四X，包括型腔零件图、型芯零件图、模板的零件图、杆件的零件图；
④注射模具结构计算说明书一本。
注：
以上各项内容均要求打印。
课程设计任务书
4．主要参考文献：
[1]申开智.塑料成型模具.：
中国轻工业，2003
[2]宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册.：
航空工业，1995
[3]H.盖斯特罗.注射模设计108例.：
国防工业，2002
[4]贾润礼.实用注塑模设计手册.：
中国轻工业，2000
5．设计成果形式与要求：
本次课程设计的设计成果以模具设计图纸和模具设计说明书的形式提交。
6．工作计划与进度：
2012年12月17日~12月18日塑料制件设计
2012年12月19日~12月20日模具结构计算与草图设计
2012年12月21日~12月24日模具装配图的绘制
2012年12月25日~12月26日模具零件图的绘制
2012年12月27日模具设计计算说明书的撰写
2012年12月28日辩论和成绩考核
系主任审查意见：
签字：
2012年12月17日
第1章绪论
在21世纪的今天，随着科学技术的不断进步和社会的高速开展，产品更新换代越来越快。
无论是工业产品还是家电产品，大多数应用模具成型。
因此，产品对模具的精度要求越来越高、越来越普与。
其产品在人们的生产生活中的作用越来越大。
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，它对塑料零件的制造质量和本钱起着决定性影响，所以对塑料模具的设计要求还是比拟高的，从产品的角度讲，能生产出尺寸精度、外观、物理性能等各方面均满足使用要求的优质产品；从模具使用的角度讲，要求效率高、自动化并且操作简单；从模具制造角度讲，要求模具结构合理，制造容易，本钱低廉。
模具设计过程一般是设计收缩率、毛坯尺寸、型腔布局，然后进展分模，创立型芯型腔、滑块和镶块、添加模架和标准件，最后设计浇注系统，冷却系统和建腔，生成材料清单和模具图。
在现代塑料制品的生产中，合理的加工工艺，高效的设备，先进的模具是必不可少的三项重要因素。
尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺的要求，塑料制品使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效的全自动设备只有配上想适应的模具才能发挥作用，随着塑料制品的品种和产量需求量的增加，对塑料模具也提出了越来越高的要求，促使塑料模具不断的向前开展。
由于模具是典型的技术密集型产品，为了表达清楚设计意图，设计人员必须花费大量的时间来绘制模架、顶杆、滑块等结构相对固定的零部件。
目前，CAD/CAE的开展，为广阔模具设计人员提供了方便。
在科学技术飞速开展的今天，模具设计多借助计算机软件进展设计和加工，这就实现了模具设计有经历设计阶段向理论计算设计方面的开展。
例如CAD/CAM在模具设计方面的应用。
本设计就以UGNX3和CAD为辅助软件进展了塑料端盖的设计。
按照模具设计的一般步骤，从产品设计，型芯型腔的设计，模架设计，浇注系统，冷却系统的设计到标准件的选择，到模具工程图的生成。
每一步都按照模具设计的一般规那么，进展准确计算。
1.1设计背景与意义
随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴〞口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃开展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的开展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。
在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力〞，德国那么冠之为“金属加工业的帝王〞，在罗马尼亚那么更为直接：
“模具就是黄金〞。
可见模具工业在国民经济中重要地位。
我国对模具工业的开展也十分重视，早在1989年3月公布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的开展作为机械行业的首要任务。
近年来，塑料模具的产量和水平开展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精细模具在模具产量中所战比例越来越大。
注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。
1.2塑料模具的种类和应用
1.2.1塑料模具的种类
塑料模具的种类很多，比拟常见的有注射模、压缩模、压注模和挤出模。
1.2.2塑料模具的应用
注射模是安装在注射机上，完成注射成形工艺所使用的模具。
注射模的种类很多，其结构与塑料的品种、塑件的结构和注射机的种类等很多因素有关。
一般情况，注射模是由成形部件、浇注系统、导向机构、调温系统和支撑零部件组成，如果塑件有侧向的孔或凸台，注射模还包括侧向分型与抽芯机构。
压缩模可分为固定于压机上压板的上模和下压板的下模两大局部，由型腔、加料室、导向机构、侧向分型抽芯机构、脱模机构、加热系统组成，主要应用于成形热固性塑件。
压注成型是在压缩成型根底上开展起来的一种热固性塑料的成型方法，又称传递成型，压注成型的一般过程是，先闭合模具，然后将塑料参加模具加料室内，使其受热成熔融状态，在与加料室配合的压料柱塞的作用下，使熔料通过设在加料室底部的浇注系统高速挤入型腔。
塑料在型腔内继续受热受压而发生交联反响并固化成型。
然后翻开模具取出塑件，清理加料室和浇注系统后进展下一次成型。
它由型腔、加料室、浇注系统、导向机构、侧分型与抽芯机构、脱模机构、加热系统组成。
挤出模是热塑性塑料的成型方法之一，它可以成型各种塑料管材、棒材、板材、薄膜以与电线、电缆等连续型材，还可以对塑料进展塑化、混合、造粒、脱水以与喂料等准备工序或半成品加工。
1.3本次设计塑料注射模具的主要工作内容
本次设计以单分型面注射模具为主，主要内容包括所设计塑件的说明、注塑机的选用、塑料注射模具设计、一X塑料制件图纸、四X零件图和一X装配图的绘制。
第2章塑料注射模具的设计步骤和结构组成
2.1塑料注射模具的设计要求
自行设计一个符合要求的塑料制件以与成型该制件的注射模具。
设计收缩率、毛坯尺寸、型腔布局，然后进展分模，创立型芯型腔、滑块和镶块、添加模架和标准件，最后设计浇注系统，冷却系统和建腔，生成材料清单和模具图。
2.2塑料注射模具的设计步骤与内容
2.2.1设计前的准备工作
〔1〕熟悉塑件：
塑件的几何形状、塑件的使用要求、塑件原料的特性；
〔2〕检查塑件的成型工艺性；
〔3〕明确现有注射机的型号和规格。
2.2.2注射模具结构的设计步骤
〔1〕确定型腔的数目〔2〕选择分型面
〔3〕确定型腔的布置形式〔4〕确定浇注系统
〔5〕确定脱模方式〔6〕确定调温系统的结构
〔7〕确定凹模和型芯的固定方式〔8〕确定排气形式
〔9〕决定注射模的主要尺寸〔10〕选用标准模架
〔11〕绘制模具的结构草图〔12〕校核模具与注射机有关尺寸
〔13〕注射模结构设计的审核〔14〕绘制模具的装配图
〔15〕绘制模具零件图〔16〕复核设计图样
2.3塑料注射模具的结构组成和作用
2.3.1单分型面注射模的结构组成〔如图2.1〕
a模具整体 b动模局部 c定模局部
图2.1单分型面注射模的结构组成
2.3.2注射模的组成和作用
塑料注射模具一般是由成形部件、浇注系统、导向局部、推出机构、调温系统、排气系统、支撑零部件、侧向分型与抽芯机构组成。
成形部件是指动、定模局部有关组成型腔的零件。
浇注系统是将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道，它包括主流道、分流道、浇口、与冷料穴。
导向局部在注射模中，用导向局部对模具的动定模导向，以使模具合模时能准确对合。
推出机构是指分型后将塑件从模具中推出的装置。
调温系统是为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进展调整。
一般热塑性塑料的注射模主要是设计模具的冷却系统。
排气系统是为了将成形时塑料本身挥发的气体排出模外，常常在分型面上开设排气槽。
对于小塑件的模具，可直接利用分型面或推杆等与模具的间隙排气。
支撑零部件是用来安装固定或支撑成形零部件与前述的各局部机构的零部件。
侧向分型与抽芯机构是当有些塑件有侧向的凹凸形状的孔或凸台时，须先把侧向的凹凸形状的瓣合模块或侧向的型芯从塑件上脱开或抽出。
第3章香皂盒塑料件
塑件的结构特点：
本香皂盒塑件〔图3.1〕有侧凸的结构，尺寸适中，属薄壁壳体塑件。
为提高生产率可采用多型腔。
根据香皂盒塑件的特征，选用浇注系统为侧浇口的单分型面多型腔注射模。
采用侧浇口根本不影响塑件外观。
〔a〕香皂盒
〔b〕香皂盒零件图
图3.1香皂盒塑料件示意图
表3.1常用塑料与特性
塑料
高压聚乙烯
硬聚氯乙烯
聚苯乙烯
工程塑料ABS
温度/℃
喷嘴
150-180
150-170
160-170
180-190
料筒
180-200
`165-180
160-180
210-230
模具
30-60
30-60
20-60
50-70
压力MPa
注射
70-100
80-130
60-100
70-90
保压
40-50
40-60
30-40
50-70
时间/S
注射
0-5
2-5
0-3
3-5
保压
15-60
15-40
15-40
15-30
冷却
15-60
15-40
15-30
15-30
总计
40-140
40-90
40-90
40-70
ABS是一种新型工程塑料。
具有综合的优良性能（巩固、坚韧、坚硬），价格廉价，原料易得，是目前产量最大、应用最广的一种工程塑料。
ABS是微黄色或白色不透明粒料，无毒、无味。
ABS由三种成分组成，具有良好的综合力学性能。
在机械性能方面，ABS具有质硬、坚韧、刚性好。
有一定化学稳定性和良好的介电性能。
它还有很好的成型加工性能以与能与其他塑料和橡胶相混熔的特点。
ABS塑料的外表可以电镀。
ABS树脂的缺点是耐热性不高，耐低温性不好，而且不耐燃、不透明，耐气候性不好，特别是耐紫外线性能不好。
ABS塑料的成型特性：
〔1〕使用ABS塑料成型塑件时，由于溶体的黏度值较高，注射成形的压力值高，所以塑件对型芯的包紧力较大，为便脱模，塑件应采用较大的脱模斜度；
〔2〕ABS塑料的溶体黏度高，制品易产生熔接痕，设计模具时应减少浇注系统对料流的阻力，流道长度短一些；
〔3〕ABS塑料吸湿性强，易吸水，成型前应进展枯燥处理；
〔4〕在正常成型条件下，ABS塑件的尺寸稳定性好。
ABS塑料的注射成型工艺参数：
表3.2ABS塑料的注射成型工艺参数
参数
取值X围
选取数值
密度ρ
1.02～1.05g/cm2
1.03g/cm2
收缩率S
0.3%～0.8%
0.5%
温度/℃
喷嘴
180-190
180
料筒
210-230
220
模具
50-70
60
压力MPa
注射
70-90
80
保压
50-70
60
时间/S
注射
3-5
3
保压
15-30
20
冷却
15-30
30
总计
40-70
53
塑件质量：
25g
塑件体积：
24.1cm3
塑件成型投影面积：
选用的方法和原那么：
〔1〕使用现有设备；
〔2〕根据每次成型件数安满足最大注射量、锁模力、经济性等要求选择适宜的注射机。
根据塑件的大小和实际中常用的注射机，注射端盖塑件选用XS-YZ-125型螺杆式注射机〔图4.1〕。
图4.1XS-ZY-125型注射机
XS-ZY-125型注射机的主要参数：
额定注射量－－－125cm3
注射压力－－－－150MPa
锁模力－－－－900KN
最大成型面积－－320cm
最大开模行程－－300mm
最大模具厚度－－300mm
最小模具厚度－－200mm
喷嘴圆弧半径－－12mm
喷嘴孔直径－－－Φ4mm
模板尺寸－－－－428mmX458mm
拉杆空间－－－－260mmX290mm
定位孔直径：
Φ100+0.054
注射机的参数校核：
〔1〕最大注射量的校核：
注射机的额定注射量为125cm3；
塑件体积：
24.1cm3，每次成型2个塑件；
假设浇道凝料为20cm3；
实际注射量＝24.1X2+20=68.2cm3<125X80%=100cm3；
所以最大注射量满足要求。
〔2〕注射压力的校核：
ABS塑料的注射压力为70～90MPa,取72MPa；
SX-ZY-125注射机的注射压力为120MPa；
所以注射机的注射压力满足要求。
〔3〕锁模力的校核
注射机的锁模力为900KN；
ABS塑料的注射压力为70～90MPa,取72MPa；
单个塑件在分型面上的投影面积为78cm2；
通常用以下公式进展校核：
〔式4.1〕
F—投影面积q—单位面积压力P—注塑压力k—损耗系数〔0.3－0.5〕
所以：
锁模力满足要求。
〔4〕最大注射成型面积的校核
SX-ZY-125注射机的最大注射成型面积为320cm2；
单个塑件在分型面上的投影面积为78cm2；
浇道凝料为20cm2；
注射时模具的成型面积＝（78X2+20）=176cm2<320cm2
所以最大注射成型面积满足要求。
由于塑件的形状简单，重量较轻，且生产批量大，所以应使用多型腔模具。
综合分析本设计采用一模二腔、平衡布置。
这样模具的尺寸较小，生产率高，塑件质量可靠，本钱较低。
塑件的分型面应位于截面尺寸最大的部位，本实例中塑件的分型面选取如图5.1所示。
这样选取的塑件的外外表可以在整体的定模型腔内成型，外表质量好，而且塑件脱模方便。
图5.1分型面选取
确定型腔和型芯的结构形式
型腔、型芯可分别有整体式和组合式两种形式。
由于塑件的结构简单，型腔加工容易，所以选用整体式型腔和组合式型芯。
在定模板上直接加工型腔。
〔1〕型腔的结构采用整体式型腔如以下图〔图5.2〕所示：
图5.2整体式型腔
〔2〕型芯的结构采用组合式型芯：
图5.3组合式型芯
5.3.2确定型腔和型芯的尺寸
ABS的收缩率在0.3～0.8%，取0.5%。
〔1〕型腔的径向尺寸Lm
型腔径向尺寸
mmABS塑件的精度一般为4级，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.24mm；取x=0.75，ABS塑料的收缩率在0.3～0.8%，取0.5%。
塑件径向尺寸
mm
径向尺寸118的公差值为0.82mm，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.27mm；取x=0.75。
〔2〕型腔的深度Hm
塑件高度尺寸22mm的公差值为0.38mm，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.13mm；取x=0.5
〔3〕型芯的径向尺寸Lm
型芯径向尺寸
mm模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.24mm；取x=0.75。
ABS的收缩率为0.3～0.8%，取0.5%。
〔4〕型芯的高度Hm
型芯高度
mm
模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.13mm；取x=0.5。
ABS塑料的收缩率为0.3～0.8%，取平均收缩率为0.5%。
浇注系统的作用是将注射机中的熔化的塑料顺利引入模具中完成注塑。
5.4.2浇注系统的组成
组成浇注系统的零件有：
浇口套，定位圈，拉料杆，定模板
浇注系统的组成局部：
主流道，分流道，浇口，冷料穴
塑件采用侧浇口成型，其浇注系统如图〔图5.4〕所示。
侧浇口宽度b=2mm，深度为t=0.5mm，长度l=1mm。
分流道采用梯形截面流道，梯形大底边宽度b=6mm，梯形高度h=4mm，侧面斜角α=8°。
主流道为圆锥形，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径φ6～８mm。
图5.4主流道、分流道、冷料井的结构示意图
浇口套的结构使用XS－ZY－125注射机时定位孔直径为100mm，与浇口套下部尺寸相差较大，所以选用定位圈与浇口套别离的结构。
图5.5定位环与主流道衬套的结构示意图
〔1〕浇口套的设计
XS－ZY－125注射机的注射局部喷嘴球头半径为12mm，喷嘴直径为4mm。
浇口套凹球面半径取16mm，深度取3mm。
浇口套进料口直径取3.5mm，出料口直径取6mm。
浇口套外径取40mm。
浇口套的材料选T10A碳素工具钢，淬火处理≥55HRC。
图5.6主流道衬套示意图
〔2〕定位圈的设计
XS－ZY－125注射机的固定模板上定位孔直径为100mm。
定位圈的结构：
图5.7定位环的结构
定位圈的外径取100mm，厚度15mm。
定位圈的固定使用M6内六角螺钉。
定位圈的材料选用T8A碳素工具钢，淬火处理≥55HRC。
〔3〕拉料杆的设计
浇口套出料口直径为8mm，取拉料杆的直径与出料口相等8mm。
拉料杆上部选用钩头〔Z字形〕形结构。
拉料杆的结构：
图5.8拉料杆
材料选用T8钢，淬火处理52-55HRC，外表粗糙度Ra0.8，与动模板的配合H7/f7
〔4〕浇注系统的主流道
主流道上端直径为3.5mm,下端直径取6mm，高度为73mm,锥角3°。
〔5〕浇注系统的分流道
分流道由定模板形成，分流道的截面形状常选用梯形或U形，但考虑便于加工选梯形分流道在定模板上铣削加工形成。
〔6〕浇注系统的浇口
浇口共有十种形式，按照塑件的结构特点选用标准侧浇口，形状为矩形。
侧浇口宽度b=2mm，
深度为t=0.5mm，
长度l=1mm。
〔7〕浇注系统的冷料穴
冷料穴是浇注系统的结构组成之一。
冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料,以免这些冷料进入型腔。
主流道末端的冷料穴还有便于在该处设置主流道拉料杆的功能。
在模具分型时，注射凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开场工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。
图5.9冷料穴
〔1〕推出机构的作用：
推出机构的作用就是指分型后将塑件从模具中推出的装置。
〔2〕推出机构的种类：
推出机构的种类包括：
推杆推出、推管推出、推板推出三种形式。
由于塑件形状简单为圆柱形外壳，所以采用普通推出机构中的推杆推出方式。
每个制件用四根顶杆顶出，其结构简单，推出可靠。
组成注射模的推杆推出机构的零件有：
推杆、复位杆、推板导柱、推板导套、推板、推杆固定板、固定螺钉、支承钉。
〔1〕推杆
推杆的直径选6mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取105mm。
推杆材料选用优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，HRC45-50,外表粗糙度Ra0.8，与型芯的配合为间隙配合H8/g7。
图5.10推杆示意图
〔2〕复位杆
复位杆的直径选8mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取105mm。
推杆材料选用T8A钢，淬火处理，低温回火，HRC52-55,外表粗糙度Ra1.6，与动模板的配合为间隙配合H8/f8。
图5.11复位杆
〔3〕推板导套
材料选用碳素工具钢T10A淬火处理HRC54。
图5.12推板导套
〔4〕推板导柱
材料选择:
碳素工具钢T10A,热处理为淬火处理硬度HRC58。
图5.13推板导柱
〔5〕推板
推板的结构如下图，长、宽、厚分别286、300、13mm为采用优质碳素结构钢45号钢。
〔6〕推杆固定板
推杆固定板的结构如以下图所示，长、宽、厚与推板一样，分别为286、300、17mm，采用优质碳素结构钢45号钢。
〔7〕固定螺钉
选用M6内六角螺钉，长度为15mm。
〔8〕限位钉
支承钉工作局部的直径为10mm,高度为10mm。
下面直径12mm，GB/T119.1-2000，材料选用45号钢，调质处理HB270-290。
〔1〕导向机构的作用：
导向机构的作用就是在注射模中，用导向局部对模具的动定模导向，以使模具合模时能准确对合。
〔2〕导向机构的组成：
导柱，导套
〔1〕导柱的设计
选用阶梯型导柱，导向局部直径35mm,高度35mm,倒角高度5mm。
材料选用合金钢20Cr,热处理硬度58HRC，外表粗糙度Ra0.8。
图5.14导柱
〔2〕导套的设计
选用台肩型导套，导向局部直径18mm,高度47mm,壁厚2mm,台肩高度3mm。
材料选用碳素工具钢20钢,淬火处理HRC54。
外表粗糙度Ra0.8。
图5.15导套
冷却系统的设计通常是在定模板和动模板上设计冷却水道。
设计时应首先根据ABS塑料的成型温度和注射量进展热平衡计算，再确定冷却水道的尺寸和位置。
冷却水道水道直径为8mm,总长度为800mm
由于塑件的尺寸适中，为薄壳型塑件，模具型腔空间较小，排气量不大。
另外模具的推杆较多，形成的排气通道较多，所以可利用推杆与模板间的缝隙排气。
5.8机
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