方盒盖注塑模设计说明书.docx

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方盒盖注塑模设计说明书

模具综合技能训练

注塑模部分

课题方盒盖

同课题学生姓名

专业模具设计与制造

学生姓名

班级

学号

指导老师

完成日期2011,10,28

第1章模塑工艺规程的编制

该塑件为盒盖，其零件图如图1所示，本塑件的材料采用工程塑料PE，尺寸精度为4级,生产批量为30万件。

技术要求：

1塑件表面要求无凹痕。

2壁厚均匀

图1

1.1塑件的工艺性分析

1.1.1塑件的原材料分析

塑件的材料采用工程塑料PE,属热塑性塑料，是由丙烯腈,丁二烯和苯乙烯组成的三不共聚物.本身耐热性和溶性比HIPS佳,且具有光泽性.由于丙烯腈的腈基极性较强,所以冲击强度,拉伸强度及塑料件的表面硬度均较HIPS佳.综合物理-力学性能更是优良.PE树脂为浅黄色粒状或珠状树脂,熔融温度为217-237℃,热分解温度为250℃以上,无毒,无味,吸水率低,具有优良的综合物理-力学性能,优异的低温抗冲击性能,尺寸稳定性,电性能,耐磨性,抗化学药品性,染色性,成型加工和机械加工较好.PE树脂耐水,无机盐,碱和酸类,不溶于大部分酸类溶剂,而容易溶于醛酮,脂和某些氯化氢中.PE树脂热变形温度较低,不透明,可燃,耐侯性较差,其成型性能较好,流动性好,成形收缩率较小（通常为0.3-0.8%）,比热容较低,在料筒中塑化效率高,在模具中凝固较快,成型周期短,但吸水性较大,成形前必须充分干燥,可在柱塞式或螺杆式卧式注射机上成形.

1.1.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析

1.2.1.1结构分析从零件图上分析，该零件总体形状为长方体，长度为70.6mm，宽度为51.6㎜,高度为10.2㎜的盖板.盖板内侧有两个侧突,长度为6㎜,壁厚为1.3㎜.由于侧突的存在,模具采用斜滑抽芯机构.此机构既方便脱模又动作连贯,效率高.

1.2.2.2尺寸精度分析制件尺寸选用尺寸精度4级（GB/T14486—1993）,零件的尺寸精度中等，对应的模具相关零件的尺寸加工可以得到保证。

从塑件的壁厚来看，壁厚较均匀，有利于制件的成型。

1.2.2.3表面质量分析该零件的表面除要求没有凹痕、毛刺，内部不得有杂质外，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。

综上分析可以看出，注塑时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

1.2计算塑件的体积和重量

计算塑件的重量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。

计算塑件的体积：

=2669.525mm3

过程：

将制件分成几部分,两个侧突,四个侧壁（不包括圆角部分）,底板（不包括圆角部分）,圆角组成的两个管状部分和半个空心球.

两个侧突的体积=2×L×B×h

=2×12×4×2=192mm3

四个侧壁的体积=L×B×h

=42×11×2×2+102×11×2×2=7904mm3，底板的体积=L×B×H=102×42×2=8568mm3，管状部分的体积=π（R2-r2）×h=3.14×（81-49）×11+1/2×3.14×（81-49）×102+1／2×3.14×（81-49）×42=8339.84㎜，半个空心球的体积V=4／3π（R3-r3）×0.5

=808.027mm3

塑件的体积=192+7904+8568+8339.84+808.027=25811.867㎜3

计算塑件的重量：

根据设计手册可查得工程塑料PE的密度为

=0.91~0.94g／㎝3，故塑件的重量为：

=25.812×1.07=27.61884g采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸、注塑时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注塑机为XS-ZY-125型。

XS-ZY-125型注塑机的参数：

公称注射量：

192

；

注射容量:

125克

螺杆（柱塞）直径:

42mm;

注射压力：

120MPa；

注塑行程：

115mm;

注射方式:

螺杆式；

合模力:

900KN；

模板最大行程：

300mm;

模具最大厚度：

300mm;

模具最小厚度：

200mm;

1.3塑件注塑工艺参数的确定

查找附录H和参考工厂实际应用的情况，增强ABS的成型工艺参数可作如下选择。

试模时，可根据实际情况作适当调整。

注塑温度：

包括料筒温度和喷嘴温度。

料筒温度：

后段温度

选用160℃

中段温度t

选用170℃

前段温度

选用190℃；

注塑压力：

选用100MPa（相当于注塑机表压35kgf）；

注塑时间：

选用30s；

保压：

选用72MPa（相当于注塑机表压25kgf）；

保压时间：

选用5s；

冷却时间：

选用30s。

2.1确定型腔数目

根据经验,模具每增加一个型腔,塑件的尺寸精度要降低4%,故有

N3=〔﹙M-d%LZ〕/（d%LZ4%）〕+1

将上式简化得

N3=（2500M/dLZ）-24

式中N3----由塑件决定的型腔数

LZ----塑件上决定制品精度的一个典型的公称尺寸（㎜）

M-----该LZ尺寸的公差值的1/2

d-----采用单型腔模具时,该种注塑件能达到的公差系数PSPEPC可取d=（0.05-0.07）

若N3为负值,则不能达到精度要求.

N3=（2500M/dLZ）-24=（2500×0.2/0.05×108）-24=53>0

制件尺寸精度满足要求,塑件注塑时采用一模两件.

2.2确定型腔的排列方式

本塑件在注塑时采用一模两件，即模具需要两个型腔。

综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素拟采取如图3所示的型腔排列方式。

采用3所示的型腔排列方式的最大优点就是流动支路平衡，这种情况是指相对于主流道按一定布局分布的各个型腔，从主流道到达各个型腔的分流道、浇口，其长度、断面形状和尺寸都完全相同、即到达各型腔的流动支路是完全相同的。

只要对各个流动支路加工的误差很小，就能保证各个型腔同时充模，压力相同。

2.3主流道设计

直浇口式主浇道呈截锥体,主浇道入口直径d应大于注射机喷嘴直径1㎜左右.主浇道入口的凹坑球面半径R应大于注射机喷嘴球头半径约2-3㎜.锥孔壁粗糙度Ra≦0.8,主流道锥角为2°-4°过大的锥角会产生湍流或涡流,卷入空气.

主流道的出口端应该有较大圆角r=1/8D,在熔料流量较大,粘度较高时,大端直径D设计得大些,可用经验公式求出.

D

式中V——流经主流道的熔体体积

K——因熔体材料而异的常数,PS类K=2.5PEPP的K=4PA的K=5PC的K=1.5POM的K=2.1CA的K=2.25

V=2V制+2V分=2×25.79093+2×0.1008576=51.784㎝3

D=5.6㎜

根据设计手册查得XS-ZY-125型注塑机喷嘴的有关尺寸：

喷嘴前端孔径：

0=φ4mm；

喷嘴前端球面半径：

0=12mm；

根据模具主流道与喷嘴的关系

R=RO+（1～2）mm

d=d0+（0.5～1）mm

取主流道球面半径R=14mm；

主流道出口端圆角半径R=D/8=0.7㎜

取主流道的小端直径d=φ5mm。

主流道衬套的选择如图4所示设计

图4

主流道衬套时应注意以下事项：

对于小型注塑模，可将主流道衬套与定位环设计成一个整体，但在多数情况下均分开设计;主流道衬套应选用优质钢材（如T8A等），热处理后硬度为53～57HRC;衬套的长度应与定模配合部分的厚度一致，主流道出口处的端面不得突出在分型面上，否则不仅会造成溢料，而且还会压坏模具;衬套与定模之间的配合采用H7/m6。

3.1确定成形方法

塑件采用注射成形法生产。

因为该产品设计为大批量生产，故设计的模具需要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用侧浇口，因此选用单分型面注射模，侧浇口自动脱模结构。

3.2型腔布置

注意的问题或原则:

根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。

由于塑件形状比较简单，质量较小，且需求大批量生产，所以模具选用一模四腔平衡布置，采用单分型面注塑模。

浇口形式采用侧浇口进料，这样模具尺寸较小，制造方便，利于充满型腔，塑件质量高，生产效率高，成本低，型腔排列如下图：

3.3分型面设计

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较以选出较为合理的方案。

选择分型面时的考虑方向：

（1）分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处

（2）将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧,以保征同心度

（3）轴芯机构要考虑轴芯距离

（4）分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。

（5）塑件开模后留在动模上

（6）分型面的痕迹不影响塑件的外观

（7）浇注系统和浇口的合理安排

（8）推杆的痕迹不露在塑件的外观上

（9）使塑件易于脱模

由于此模具的分型面有多种选择，如图A中分型面选者在下端面上，这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹，影响塑件表面质量。

B中分型面选择在上端面，这样的选择使塑件外表面可以在整体凹模型腔内成形，塑件大部分外表面光滑。

因此，塑件选择如图B所

示。

图3.2分型面选择示意图

3.4排气槽设计

当塑料熔体充填模具型腔时，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利排出模外。

如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡、产生熔接不牢、表面轮廓不清及填充不满等缺陷。

另外气体的存在还会产生反压力而降低充模速度，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。

本塑件模具采用开设专用排气槽来实现排气。

如图3.3所示，为了防止排气槽在面对操作工人注射时，熔料从排气槽喷出而引发人身事故，因此将排气槽设计成离型腔5～8mm后拐弯的形式，这样能降低熔料溢出的动能，同时在拐弯后再适当增加排气槽的深度。

图3.3分型面上的排气槽

3.5浇注系统设计

浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。

浇注系统一般由主流道、浇口道、浇口、冷料穴等四部分组成。

3.5.1分流道设计

分流道是指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。

分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。

设计时应注意尽量减少流动过程的热量损失和压力损失。

（1）分流道的截面形状及分布选择

分流道截面形状有：

圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式。

。

表3.3分流道截面形状的对比表

截面形状

特征

热量损失

加工性能

流动阻力

效果

圆形

小

较难

小

最佳

梯形

较小

易

较小

良

U形

较小

易

小

佳

矩形

大

易

大

不良

通过表3.3所示截面形状的对比，圆形截面形状效果最佳，但考虑到经济和加工难易，采用梯形截面形状。

分流道截面形状采用梯形且平衡分布。

因为梯形分流道热量损失较小，易加工，效率较高且可保证各型腔均衡进料，从而保证塑件质量。

（2）分流道的长度要尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热力损失，节约塑料的原

材料和降低能耗。

（3）由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，

此分流道的表面粗糙度要求不能太低，一般Ra取0.8µm左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。

（4）分流道尺寸经验计算

图3.5分流道截面示意图

查塑料成型工艺与模具设计书6.8

得分流道计算经验公式

式中b——梯形大底边宽度，

——塑件的质量，

L——分流道的长度,

h——梯形的高度，

——梯形小底边宽度，

故b≈0.2654√594√8=3.5

mm

梯形分流的侧面斜角

常取5o～10o，此取斜角为8o，底部以圆角相连。

综上可得，

梯形分流道的截面尺寸及图形，如图3.5所示。

（5）分流道在分型面上的布置形式与型腔在分型面上的布置形式密切相关。

因本模具采用一模四腔，故采用平衡式，如图3.6所示。

图3.6分流道在分型面上的布置形式

3.5.2浇口设计

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。

浇口的设计与位置的选择恰当与否直接关系到塑件能否完好，高质量地注射成型。

（1）浇口位置的选择：

1）尽量缩短流动距离；

2）保证熔料能迅速地充满型腔；

3）浇口开在塑件臂厚处；

4）考虑分子定向的影响；

5）减少熔接痕，提高溶解强度。

所以，塑件的浇口与塑件在分型面的两侧，浇口搭接在塑料上，其结构如图3.7所示。

（2）浇口尺寸计算

b=（0.6～0.9）/30√A

t=（0.6～0.9）δ

式中b─侧浇口的宽度，mm;

A─塑件外侧表面积，mm2;

t─侧浇口深度，mm;

δ─侧浇口处塑件的壁厚，mm2.

图3.7浇口结构

4.1模架的选定

4.1.1模架结构

模架是设计、制造塑料注射模的基础部件。

注射模标准：

我国目前标准化注射模零件的国家标准有12个；另外还制订了塑料注射模具的标准模架，分《中小型模架》（GB/T12556.1—90）和《大型模架》（GB/T12555.1—90）两种。

《中小型模架》标准中规定，模架的周界尺寸范围为：

≤560mmx900mm，并规定模架的形式为品种型号，即基本型，A1、A2、A3和A4四个品种。

其四种模架的组成、功能及用途见下表2.1

表2.1基本型模架的组成、功能及用途

型号

组成、功能及用途

A1型

定模采用两块模板，动模采用一块模板，与推杆推件机构

组成模架，适用于立式和卧式注射机。

A2型

动、定模均采用两块模板，与推件机构组成模架，适用于立式和卧式注射机，可用于带有斜导柱侧向抽芯的模具，

也可用于斜滑块侧向分型的模具

A3型

定模采用两块模板，动模采用一块模板，它们中间设置了一块推件板，用于推件板件的模具，适用于立式和卧式注

射机。

A4型

动、定模均采用两块模板，它们中间设置了一块推件板，

用于推件板件的模具，适用于立式和卧式注射机。

根据以上四种模架的组成，功能及用途可以看出，A3型模型适用于本次模具的设计。

（如图2.1所示）

4.1.2模架周界尺寸选择

中小型模架的周界尺寸参数、规格有：

100×L、125×L、160×L、180×L、200×L、250×L、315×L、355×L、400×L、450×L和500×L等模架规格。

根据模具型腔布置可以选用的模架规格为：

模具结构为单分型面注射模采用拉杆和限位螺钉，控制分型面的打开距离，其开距应大于10mm，方便取出制件，周界尺寸315mm×315mm，上、下模板的厚度为63mm、40mm，垫板厚度为80mm。

图2.1标准模架

4.1.3塑料注射模具技术要求

塑料注射模具应优先按GB/T12555.1—90和GB4169.1—11选用标准模架和标准件。

模具成形零件材料和热处理要求，优先按下表2.2内容选用：

表2.2模具成形零件优先选用材料和热处理硬度

零件名称

模具材料

热处理硬度

牌号

标准号

HBS

HRC

型腔、型芯定模镶件、动模镶件、活动镶件

45

GB699

216—260

40—45

4Cr

GB3077

216—260

40—45

40CrNiMOA

GB3077

216—260

40—45

3Cr2Mo

GB1299

预硬状态

35—45

4Cr5MoSiV1

GB1299

246—280

45—55

3Cr13

GB1220

246—280

45—55

3模具基本结构设计

b=0.9√7500=

t=0.9×2=

4.1.4冷料穴设计

冷料穴是浇注系统的结构组成之一。

冷料穴一般设在主流道的末端，底部作成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出，并滞留在动模一侧的作用。

该浇注系统选用带Z形头拉料杆的冷料穴，拉料杆固定在推板上，使凝料与拉料杆一道被出推出机构从模具中。

开模后稍许将制品作侧向移动，即可将制品连同凝料一道从料杆取下。

5.1脱模机构设计

塑件在模腔中成形后，便可以从模具中取下，但在塑件取下以前，模具必须完成一个将塑件从模腔中推出的动作，模具上完成这一动作机构称为脱模推出机构。

推出机构的组成：

第一部分是直接作用在塑件推出的零件；第二部分是用来固定推出零件的零件，有推杆固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出动作的导向及合模时推出零件复位的零件。

推出机构应使塑件脱模时不发生变形或损伤塑件的外观；推力的分布依脱模阻力的大小合理合理安排；推出机构的结构力求简单，动作可靠，不发生误动作，合模时要正确复位。

从塑件结形状分析属薄壁类制品，宜采用推板推出机构，随着动模运动顶杆推动推板推出机构。

脱模力的计算要将塑件从模腔中推出，必须克服推出所遇到的阻力，因此塑件脱模时必须有一个足够大的脱模力。

查[2]得脱模力可用下式计算：

式中Ft——脱模力（推出力），单位：

A——塑件包络型芯的体积，m2

P——塑件对型芯单位面积上的包紧力，取（0.8～1.2）×107Pa

α——脱模斜度

µ——塑件对钢的摩擦系数,一般为0.1～0.3。

则Ft=0.041×1.0×107（0.2×cos0.75-sin0.75）N

=80934N

5.2推出部分的选择

因为本塑件结构简单，所以使用一般的推杆推出机构、推板推出机构等即可满足塑件脱模要求。

5.3导向机构的设计

导向机构是保证动、定模板或在上、下模合模时正确地定位和导向的零件。

合模导向机构主要有导柱和锥面定位两种形式。

通常采用导柱导向定位。

导柱导向机构应用最普遍，其主要零件是导柱和导套。

图3.7导柱

图3.8导套

4注射机的有关工艺参数校核

5.4最大注射量校核

注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的25%～

。

因此可得：

式中V——模具要求的实际用料体积

V≈52.78cm3

≈31.25cm3

0.8

≈100cm3

确定的注塑机注塑量为125cm3，满足要求。

5．5锁模力的校核

Fn≥p（nA+Aj）

式中p————塑料熔体对型腔成型压力，其大小一般是注射压力的80%（注射压力见见表5.1）Mpa

A————单个塑件浇注系统在分型面上的投影面积，mm2

Aj———浇注系统在分型面上的投影面积，mm2

F锁————注塑机的额定锁模力,N。

故F锁＞p（nA+Aj）=120×0.8（4×150+113）=60KN

确定的注塑机锁模力满足要求

5.6模具与注塑机安装部分相关尺寸校核

模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合。

即模具长

宽>拉杆空间

模具的长宽为315mm和315mm，大于注塑机拉杆空间260×290故满足要求。

5.7模具闭合高度校核

模具实际厚度

=229mm

注射机最小闭合高度H最小=200mmH最大=300mm

即H最小<

5.8注射压力的校核

式中Pi——成型制品所需的注射压力，MPa

——模腔压力，MPa

K——安全系数，常取1.25～1.4

K=1/3～2/3

/k=1.3×30/（1/2）=78MPa

=120MPa

>KP/k

确定的注射机注射压力满足要求。

6.1开模行程校核

注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件（包括浇注系统）所需的开模距。

我们所选的注塑机的最大行程与模具厚度无关，即满足下式：

S≥

+

+（5～10）

式中S---注射机最大开模行程,mm

---推出距离（脱模距离）,mm

---包括浇注系统在内的塑件高度,mm

S=300

+

+（5～10）=38+38+（5～10）=81～86满足要求。

7.成型零部件工作尺寸的计算

为了降低模具加工难度和制造成本，在满足塑件使用的前提下，采用较低的尺寸精度。

塑件精度等级与塑料品种有关，根据塑料的收缩率的变化不同，塑料的公差精度分为高精度、一般精度、低精度三种（见表5.1）。

表5.1PE建议采用精度等级表

塑料品种

建议采用精度等级

高精度

一般精度

低精度

ABS

MT2

MT3

MT5

由塑件的工作环境知道工件的精度要求不高，所以精度等级选择一般精度

13、参考文献

1、刘毅，塑料模具综合技能实训，江阴，江阴学院，2011

2、冯炳尧，模具设计与制造贱明手册，上海，上海科学技术出版社，1998

3、屈华昌，塑料成型工艺与模具设计，北京，高等教育出版社，2006