多孔塑料罩注塑模课程设计.docx
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多孔塑料罩注塑模课程设计
HefeiUniversity
课程设计
COURSEPROJECT
题目：
注塑模课程设计
课程：
塑料成型工艺及模具设计
系别：
班级：
姓名：
成绩：
2016年月日
八、冷却系统的设计14
结论19
参考文献20
多孔塑料罩注塑模课程设计
1、塑件成型工艺性分析
名称：
塑料仪表盖，
要求：
大批量生产，精度：
MT5
塑件的质量要求不允许有裂纹和变形缺陷
脱模斜度1°~30′；
未注圆角R2-3,
塑件材料为LDPE
一．塑件的工艺性分析
（1）塑件的原材料分析如表4所示。
表4塑件的原材料分析
塑料品种
结构特性
使用温度
化学稳定性
性能特点
成型特点
低密度聚乙烯（LDPE）塑料材料
支链型线型分子机构的热塑性塑料
小于80℃
较高，比较稳定。
在-60℃时下仍具有较好的力学性能
成型性能好，熔体黏度小
结论
该塑料具有良好的工艺性能，适宜注射成型，成型前原料要干燥处理。
（2）塑件尺寸精度和表面粗糙度分析
每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有点属于高精度，就按实际公差进行计算。
（3）塑件结构工艺性分析
该塑件的厚度3mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合于注射成型。
（4）低密度聚乙烯的成型性特点：
1）成型性好，可用注射，挤出及吹塑等成型条件。
2）熔体黏度小，流动性好，溢边值为；流动性对压力敏感，宜用较高压力注射。
3）质软易脱模，当塑件有浅凹（凸）时，可强行脱模。
4）可能发生熔体破裂，与有机溶剂接触可发生开裂。
5）冷却速度慢，必须充分冷却，模具设计时应有冷却系统。
6）吸湿性小，成型前可不干燥。
二、拟定模具的结构形式和初选注射机
1．计算塑件的体积
根据零件的三维模型，利用三维软件可直接查询塑件的体积为：
V1=cm3
所以一次注射所需要的塑料总体积V=
2.计算塑件质量
查相关手册，LDPE的密度为~cm3。
取g/cm3
塑件与浇注系统的总质量为M=
3．选用注射机
根据塑件的形状，选择一模两件的模具结构，所以初选SZ150/630型塑料注射机，其各参数数据如下：
主要技术参数项目
参数值
主要技术参数项目
参数值
额定注射量/cm3
125
最小模具厚度/mm
170
锁模力/kN
630
模板最大行程/mm
270
注射压力/MPa
120
喷嘴前端球面半径/mm
15
最大注射面积/cm2
320
喷嘴直径/mm
4
动，定模模板最大安装尺寸
320mm×320mm
定位圈直径/mm
25
最大模具厚度/mm
300
二．模具结构方案的确定
1.分型面的选择
通过对塑件结构的形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的低平面上，其位置如下图
图2分型面
2.型腔数量的确定及型腔的排列
该塑件采用一模两件成型，型腔布置在模具中间，有利用与浇注系统的排列和模具平衡。
图三型腔排列
三、浇注系统的设计
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，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或者型腔中。
主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流体和开模时主流道凝料的顺利拔出。
主流道的尺寸直接影响到熔体的流体速度和充模时间。
【2】另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
（1）主流道尺寸
①主流道长度：
小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行设计。
②主流道小端直径：
d=注射机喷嘴尺寸+（~1）mm
=（3+）mm=mm
③主流道大端直径：
d＇=d+2L主tanα≈7mm，式中α=4º
④主流道球面半径：
SRo=注射机喷嘴头半径+（1~2）mm
=（10+2）mm=12mm
⑤球面的配合高度：
h=3mm
（2）主流道的凝料体积
V主=π/3×L主（R²主+r²主+R主r主）
=/3×50×（²+²+×）mm
=³=³
（3）主流道当量半径
Rn=（+）/2=
（4）主流道浇口套的形式
主流道衬套为标准间可选购。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。
对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述的因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。
同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。
设计中常采用碳素工具钢（T8A或者T10A），热处理淬火表面硬度为50~55HRC，如图3—1：
浇口采用侧浇口。
主流道设计如图：
侧浇口和分流道如图：
分流道的设计
（1）分流道的布置形式
在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。
（2）分流道的长度
由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可适当选小一些。
单边分流道长度L分取35mm。
（3）分流道的当量直径
因为该塑件的质量m塑=ρV塑=<200g，因此分流道当量直径为：
D分=×（m塑）^½×（L分）^¼
=×28^½×35^¼
=
（4）分流道截面形状
常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。
本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料融体的热量散失、流体阻力均不大。
（5）分流道截面尺寸
设梯形的下底宽度为x，地面圆角的半径R=1mm，并根据教材表4-6，设置梯形的高h=，则该梯形的面积为：
A分=（x+x+2׺）h/2=（x+º）×
再根据该面积与当量直径为的圆面积相等，得：
（x+º）×=πD²分/4=ײ/4，
可得x≈，则梯形的上底约为+º=，如图3—2：
（6）凝料体积
①分流道长度L分=35×2=70mm。
②分流道截面积A分=（+）/2×=²。
③凝料体积V分=A分L分=70×=²≈²。
（7）校核剪切速率
①确定注射时间：
查教材表4-8,可取t=。
②计算分流道体积流量：
q分=（V分+V塑）/t=（+）/=cm³/s
③可得剪切速率
γ分=分/（πR³分）=××10³/[×2）³]
=×10³s﹣¹
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×10²~5×10³s﹣¹之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。
（8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一边取~μm即可，此处去μm，另外，其脱模斜度一般在5º~10º之间，这里去脱模斜度为8º。
浇口的设计
该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整冲模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。
其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。
（1）侧浇口尺寸的确定
1）计算侧浇口的深度。
根据教材表4-10，可得侧浇口的深度h计算公式为
h=nt=×3mm=
式中，t为塑件壁厚，t=3mm；n为塑料成型系数，对于HIPS，其系数n=；
在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，一边在今后试模时发现问题进行修复处理，并根据教材表4-9中推荐的HIPS侧浇口的厚度为~，故此处浇口深度h取。
2）计算侧浇口的宽度。
根据教材表4-10，可得侧浇口的宽度B的计算公式：
B=n×A^½/30=×^½÷30=≈2cm
式中，n是塑料成型系数，n=；A是凹模的内表面面积（约为塑件的外表面面积）。
3）计算侧浇口的长度。
根据教材表4-10，可得次交口的长度L浇一边选用~，这里去L浇=。
（2）侧浇口剪切速率的校核
1）计算浇口的当量半径。
由面积相等可得πR²浇=Bh，由此矩形浇口的当量半径R浇=（Bh/π）^½。
2）校核浇口的剪切速率
①确定注射时间：
查教材表4-8，可取t=。
②计算浇口的体积流量：
q浇=V塑/t==³/s
③计算浇口的剪切速率：
γ浇=浇/（πR³浇）=浇/[π×（Bh/π）^3/2]
=××10^4÷÷（2×÷）^3/2
=×10^4s﹣¹
该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×10³到5×10^4之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。
校核主流道的剪切速率
上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。
（1）计算主流道的体积流量
q主=（V主+V分+nV塑）/t=++2×/=³/s
（2）计算主流道的剪切速率
γ主=主/（πR³主）=××10³÷÷³=×10³s﹣¹
主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×10²~5×10³s﹣¹之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。
冷料穴的设计及计算
冷料穴位于主流道正对面的动模板上，起作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。
本设计仅有主流道冷料穴。
由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。
开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。
四、成型零件的结构设计及计算
由零件图分析可知，决定型腔径向尺寸的主要有：
50mm、60mm、30mm,R2,塑件上尺寸均无特殊要求，为自由尺寸,可按MT5级塑件精度取公差值,分别是：
，
，
等。
凹模径向尺寸:
分别代入得：
轴向尺寸：
代入得：
凸模径向尺寸：
代入得：
轴向尺寸：
代入得：
式中△——塑件的允许公差；
Scp——塑料的平均收缩率，取Scp=%；
δz——成型零件制造公差,取塑件公差的1/4；
——修正系数，一般中小型塑件取为3/4；
——修正系数，一般精度较小型塑件取2/3；
Ls——塑件外型尺寸；
——塑件高度基本尺寸；
——塑件内形基本尺寸；
——塑件孔深基本尺寸
五、模架的确定
根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为105mm×251mm，又考虑吧凹模最小壁厚，导柱、导套的布置等，参考指导书表7-1，可确定选用200x300直浇口B型模架。
【2】
各模板尺寸的确定
①A版尺寸。
A板是定模型腔板，塑件高度为30mm，凹模嵌件深度为25mm，又在模板上还要开设冷却水道，还需要留出足够的距离，故此A版厚度取50mm。
②B板尺寸。
B板是型芯固定板，按模架标准板厚取40mm。
③C板（垫板）尺寸。
垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5～10）mm=75～80mm，根据指导书表7-4初步选定C为80mm。
经过上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架B2030--50x35x80GB/T
模架各尺寸的校核
根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。
①模具平面尺寸250mm×300mm<320mm×320mm（拉杆间距），校核合格。
②模具高度尺寸270mm，170mm<265mm<300mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。
③模具的开模行程S=H1+H2+（5～10）mm=（40+40）mm=75～80mm<300mm（开模行程），校核合格。
六、排气槽的设计
该塑件由于采用侧浇口进料，熔体经塑件下方的台阶充满型腔，其配合间隙可作为气体排出的方式，不会在顶部产生憋气的现象。
同时，底面的气体会沿着推杆的配合间隙、分型面和型芯与脱模之间的间隙向外排出。
【2】
七、脱模推出机构的设计
推出方式的确定
采用推杆的推出方式。
脱模力的计算
（1）圆柱大型芯脱模力
因为λ=r/t=3=>10,所以，此处视为薄壁圆筒塑件，因此：
F1=2πtESLcosΨ（f－tanΨ）/[（1－μ）K2]+
=[2××3××10³×××cos1º×－tan1º）]÷[（1－×（1+ºcos1º）]＋ײ≈N
式中，F是脱模力；E是塑料的弹性模量；S是塑料成型的平均收缩率（%）；t是塑件的壁厚；L是被包型芯的长度；μ是塑件的泊松比；Ψ是脱模斜度；f是塑料与刚才之间的摩擦因素；r是型芯平均半径；A是塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，当塑件底部有通孔时，A视为零；K1是由λ和Ψ决定的无因次数，K1=2λ²/（cos²Ψ+2λcosΨ）,其中λ的值与塑件的横截面形状和尺寸有关（K1下面将会出现）；K2是由f和Ψ决定的无因次数，K2=1+fsinΨcosΨ。
（2）成型塑件内部圆筒型芯的脱模力计算
因为λ=r/t=5/3=<10，所以，此处视为厚壁圆筒塑件，同时，由于该塑件的内孔是通孔，所以，脱模时不存在真空压力，因此：
F2=2πrESL（f－tanΨ）/[（1+μ+K1）K2]
=2×××10³××40׺）
÷[[1++2ײ÷（cos²1º+2××（1+ºcos1º）]
=N
（3）4-d2小型芯脱模力
F3=4x2×××10³××3׺）÷[[1++2ײ÷（cos²1º+2××（1+ºcos1º）]=
所以F=F1+F2+F3=
校核推出机构作用在塑件闪过的单位压应力
（1）推出面积
A1=π/4（D²－d²）=π/4×（75²－65²）mm²=1099mm²
A2=π/4（D1²－d2²）=π/4×（18²-12²）mm²=mm²
A=A1+A2=²
（2）推出应力
σ=F/A==MPa<10MPa
因此，抗压强度合格。
八、冷却系统的设计
设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机所散发的热量，按单位时间内的塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。
【2】
冷却介质
HIPS属于中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200℃和32～65℃。
所以，模具温度初步定为40℃，用常温水对模具进行冷却。
冷却系统的简单计算
（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W
①塑料制品的体积
V=V主+V分+nV塑=++=cm³
②塑件制品的质量
m=Vρ=×=g=kg
③塑件壁厚为3mm，可以查教材表4-34得，t冷=。
取注射时间t注=，t脱=6s。
则注射周期t=t注+t冷+t脱=（++6）=25s。
由此得每小时注射次数为：
N=3600/25=144次
④单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：
W=Nm=144×=kg/h
（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs，查教材表4-35直接可知HIPS的单位热流量Qs的值得范围在（310～350）kj/kg,故可以取Qs=320kj/kg。
（3）计算冷却水的体积流量qv
设冷却水道入水口的水温为θ2=23℃。
出水口的水温为θ1=25℃，取水的密度ρ=1000kg/m³，水的比热容c=kj/（kg·℃），则：
qv=WQs/[60ρc（θ1－θ2）]
=×320÷[60×1000××（25-23）]
=m³/min
（4）确定冷却水路直径d
当qv=m³/min时，查教材表4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径d=。
（5）冷却水在管内的流速v
v=4qv÷60÷π÷d²=4×÷60÷÷²=m/s.>s因此合理。
（6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h
因为平均水温为24℃，查教材表4-31可得f=，则有：
h=（ρv）^/d^
=××（1000×^÷^
=（m²·h·℃）
（7）计算冷却水通道的导热总面积A
A=WQs/（hΔθ）=×320÷[×｛40-（23+25）/2｝]
=m²
（8）计算模具所需冷却水管的总长度L
L=A/（πd）=÷÷=139mm
（9）冷却水路的根数X
设每根水路的长度ι=120mm，则冷却水路的根数为：
X=L/ι=139/120≈根
由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然不适合，因此应根据具体情况加以修改。
为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。
凹模嵌件和型芯冷却水道的设置
型芯的冷却系统的计算与凹模冷却系统的计算方法基本上是一样的。
设计时，在大型芯的下部采用简单冷却流道式来设计，小型芯采用隔片式冷却水道。
凹模嵌件拟采用两条冷却水道进行冷却。
冷却系统还要遵循：
【4】
1.浇口处加强冷却。
2.冷却水孔到型腔表面的距离相等。
3.冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大。
4.冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。
5.进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。
6.冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。
而且在冷却系统内，各相连接处应保持密封，防止冷却水外泄。
九、导向与定位结构的设计
注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。
按作用分为膜外定位和模内定位。
膜外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。
锥面定位则用于动、定模之间的精确定位。
本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不高，因此可采用模架本身所带的定位结构。
【1】
十、模具的装配
装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、寿命和各部分的功能。
模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。
在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触只有当各精度要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证。
【4】
塑料模的装配基准分为两种情况，一是以塑料模中和主要零件台定模，动模的型腔，型芯为装配基准。
这种情况，定模各动模的导柱和导套孔先不加工，先将型腔和型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套孔，最后安装动模和定模上的其它零件，另一种是已有导柱导套塑料模架的。
浇口套与定模部分装配后，必须与分模面有一定的间隙，其间隙为——毫米，因为该处受喷嘴压力的影响，在注射时会发生变形，有时在试模中经常发现在分模面上浇口套周围出现塑料飞边，就是由于没有间隙的原因。
为了有效的防止飞边，可以接近塑件的有相对位移的面上锉一个三角形的槽，由于空气的压力的缘故可以更好的防止飞边。
模具的装配顺序
1.确定装配基准；
2.装配前要对零件进行测量，合格零件必须去磁并将零件擦拭干净；
3.调整各零件组合后的累积尺寸误差，如各模板的平行度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻合面积不得小于80%，间隙不得小于溢料最小值，防止产生飞边；
4.在装配过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查；
5.组装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；
6.组装冷却和加热系统，保证管路畅通，不漏水，不漏电，门动作灵活紧固所连接螺钉，装配定位销。
装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中；
7.试模合格后打上模具标记，包括模具编号、合模标记及组装基面。
1）模具预热
模具预热的方法，采用外部加热法，将铸铝加热板安装在模具外部，从外部向内进行加热，这种方法加热快，但损耗量大。
2）筒和喷嘴的加热
根据工艺手册中推荐的工艺参数将料筒和喷嘴加热，与模具同时进行。
3）工艺参数的选择和调整
根据工艺手册中推荐的工艺参数初选温度，压力，时间参数，调整工艺参数时按压力，时间，温度这样的先后顺序变动。
4）注塑
在料筒中的塑料和模具达到预热温度时，就可以进行试注塑，观察注塑塑件的质量缺陷，分析导致缺陷的原因，调整工艺参数和其他技术参数，直至达到最佳状态。
8.模具的维护
模具优化设计的镶件和嵌件在这里就起到了很大的作用，只须更换个别已损坏的零件，不会导致用过程中，会出现正常的磨损或不正常的磨损。
不正常的损坏绝大多数是由于操作不当所致模具的彻底报废。
最后检查各种配件、附件待零件，保证模具装备齐全，另外在装配过程中应严防零件在装配过程中磕、碰、划伤和锈蚀。
装配滚动轴承允许采用机油进行热装，油的温度不得超过1000℃。
结论
历经三周的课程设计即将结束，请老师对我的设计过程作最后检查。
在这次课程设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，以及各位老师的指导，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。
使我对塑料模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。
从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对塑料模具设计的认识过程亦是如此。
经过三周的努力，我相信这次课程设计一定能为将来的事业奠定坚实的基础。
在这次设计过程中，感谢各位老师对我的指导，使我受益匪浅，在此，对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢!
参考文献
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机械工业出版社,2007.
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国防工业出版社，2013.
[3]洪滇章.注射加工速查手册[M].北京：
机械工业出版社，2009.
[4]吴生绪.塑料成型工艺技术手册[M].北京：
机械工业出版社，2007.
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