塑模实训指导书.docx

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塑模实训指导书

塑模实训指导书

桂林理工大学高等职业技术学院

塑料模具设计实训

指导书

编者：

韦余苹周艳霞

机电系机械基础教研室

2011年8月

一、课程设计的目的

《塑料模具实训》是《塑料成型工艺与模具设计》课程的后续配套的课程实训环节，是对前期课程的消化吸收和实际演练，是模具专业的学生最为重要的实践教学环节之一，在该次实训中，还会综合运用到前期《机械制图与CAD》、《工程力学》、《机械设计》、《公差与测量》、《机械制造基础》、《模具CAD》、《数控技术》等多门课程的专业知识，是对学生进行模具设计工程师训练，培养学生分析和解决工程技术问题能力重要环节。

本次设计目的如下：

1．掌握中等复杂程度塑料模具的一般设计流程，具备初步的独立设计能力；

2．进一步熟练掌握计算机辅助设计软件在模具设计中的应用；

3．进一步学习和掌握各种塑料模具的基本类型和结构；

4．初步学会综合考虑塑料模具的制造工艺及经济合理性等因素，以选择正确的模具零件的设计方案；

5．了解模具制造厂对图纸的要求，所画图纸要遵守有关标准的规定，符合加工要求，标注和说明要齐全。

6．了解和掌握一定的模具标准化知识。

二、设计内容

塑料模设计实训题目，一般选择内容和份量都比较适当的中等复杂程度注射模进行设计（题目可由学生自选，教师审定，亦可由教师直接指定），要求学生在规定的时间内完成：

（1）三维产品造型图1张、二维塑件图1张；

（2）模具三维爆炸图1张、A0或A1模具装配图1张；

（3）主要零件零件工作图5～6张（成型零部件、侧向抽芯等非标准件）；

（4）编写设计计算说明书1份；

（5）模具价格估算清单1张。

三、设计要求

1．三维效果图的要求

三维图可用Pro/e、MasterCAM、UG、CAXA、AutoCAD等任意一个软件绘制实现。

2．装配图与零件图的要求

采用AutoCAD作图，图纸规格要求符合制图标准，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释使用工程字书写。

3．设计说明书的要求

设计说明书是课程设计的一个重要组成部分，它反映了学生设计中的工作及水平，编写说明书是培养学生撰写技术文件能力的一种锻炼。

说明书应力求简洁，文理通顺，语言流畅，字迹工整，无错别字，将与设计有关的问题分析、设计计算结果，系统的编写到说明书中。

说明书应以A4白纸书写，四周留有边框。

设计说明书由课程设计封面（统一格式）、产品设计任务书（包含产品二维图和三维造型图）、设计说明、模具价格估算清单等一起装订成册。

4．实训资料的上交要求

将设计图纸及设计说明书装入资料袋留档保存，资料袋上要求注写班级、学号、姓名，另在资料袋的背面注明“塑料模具课程设计资料1.A0装配图1张2.零件图XX张3.设计说明书）。

相关电子设计文档和图形文件整理归类存入一个以“学号－姓名”文件夹中，设计结束上交到班机学习委员处，各班学习委员收齐班上每位同学资料后，存入“XX模具X班模具塑料课程设计资料”文件夹中交设计老师留档。

5．答辩注意事项

答辩总时间为10分钟/人，6分钟简单介绍设计基本流程，重点强调设计过程中遇到的问题、解决的方法和经验教训，教师提问和答辩时间为4分钟。

四、设计过程中的注意事项

1、应预先准备好资料、手册、图册、绘图仪器、计算器、图板（计算机）、图纸、报告纸等；

2、应对塑料制品的成型工艺性进行认真地分析；

3、模塑成型工艺方案论证后，经指导老师认可后，方可进行模具设计；

4、画出的模具结构草图经指导教师认可后，方可绘制正式装配图及零件图；

5、设计过程中采用边计算、边绘图、边修改的方法，本阶段发现的问题，需要对前面的设计和计算作相应的修改，甚至有的结构和具体尺寸需要通过绘图或经验公式才能确定。

五、设计的一般程序

塑料模具设计实训一般程序见下图。

六、设计的进程安排

表1-1塑料模具设计的进程安排

周次

时间

主要内容

说明

第一周

0.5

参加设计动员会；准备好设计所需的资料、绘图用具及图纸等；明确设计任务

1.5

塑件产品造型设计和塑件工艺性分析

星期二定题，星期四检查塑件二维图和三维图

3

塑料模具设计的方案论证；主要零部件的设计计算；模具草图绘制和三维造型；编写设计说明书草稿

第二周星期一检查设计计算结果及模具草图

第二周

5

完成装配工作图：

绘制装配图，标注主要尺寸、公差配合及零件序号，编写标题栏、零件明细表及技术要求等

第二周星期五开始检查装配图完成情况

第三周

3

绘制零件工作图：

绘出必要的视图和剖面图，标注尺寸、公差及表面粗糙度，编写技术要求及标题栏

第三周星期四检查零件图绘制情况

1

整理编写设计计算说明书，根据计算草稿整理，并附以必要的插图和说明，打印设计说明书和图纸

1

带上资料袋，进行答辩

答辩时间安排在第三周星期五

七、实训时间与地点安排

1、CAD/CAM机房（3410j）

模具专业《塑料模具实训》辅导和上机时间安排表

09模具班（1～3周）

星期一

1、2节

星期二

5、6节

星期三

1、2节

星期四

5、6节

星期五

1、2节

（备注：

具体地点安排若有变动，以新安排为准）

2、模具拆装实训室，随时提前预约

八、设计成绩评定办法

设计成绩的评定，应以设计计算说明书、设计图纸和在答辩中回答的情况为根据，参考设计过程中的表现进行评定。

其中，以百分制计：

设计装配图纸约占30%

设计零件图纸约占30%

计算说明书约占20%

答辩成绩约占10%

考勤及设计过程表现约占10%

实例：

塑料模设计典型案例分析

1、注射模具设计案例分析一

1.1设计任务书

1.塑料制品名称：

油壶盖；

2.成型方法与设备：

在SZ120/630型注射机上成型；

3.塑料原料：

低密度聚乙烯；

4.收缩率：

1.5%～3.0%；

5.生产批量：

100万；

6.塑件图：

如图1-1所示为制品的二维图样，图1-2所示为该制品的三维图样。

图1-1油壶盖的二维图样

图1-2油壶盖的三维图样

1.2塑件成型工艺分析

1．塑料成型特性

低密度聚乙烯（LDPE）又称高压聚乙烯，为支链型线型分子结构的热塑性塑料。

结晶度为55%～65%，相对分子质量较小，密度为ρ=0.91～0.94g/cm3，压缩比为1.84～2.3，比热为2.30J/g·℃-1,低密度聚乙烯的化学稳定性较高，能耐大多数酸、碱及盐的侵蚀，但不耐强氧化酸的腐蚀，除苯及汽油外，一般不溶于有机溶剂。

耐低温性能好，在-60℃下仍具有较好的力学性能，但使用温度不高，LDPE的使用温度在80℃以下。

低密度聚乙烯在热、光及氧的作用下会发生老化变脆，力学性能和电性能下降。

在成型时，氧化会引起熔体粘度下降和变色，产生条纹，影响塑件质量。

因此，需添加抗氧剂及紫外线吸收剂等。

低密度聚乙烯的成型特性为：

（1）成型性好，可用注射、挤出及吹塑等成型加工方法。

（2）吸湿性小，成型前可不干燥。

（3）熔体粘度小，流动性好，溢边值为0.02mm；流动性对压力敏感，宜用较高压力注射。

（4）可能发生熔体破裂，与有机溶剂接触可发生开裂。

（5）成型温度范围：

160~240℃。

熔融温度低、熔体黏度小且塑件的质量小，塑件可采用柱塞式注射机成型。

严格控制模具温度，一般在35~65℃为宜，模具应采用调质处理。

（6）冷却速度慢，必须充分冷却，模具设计时应有冷却系统。

（7）收缩率大而且波动范围大，方向性明显（取向），不易采用直浇口，易翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温，保证冷却均匀稳定。

（8）易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后退火处理，消除内应力；塑件壁厚宜小，避免有尖角，脱模斜度宜取1～3°。

（9）质软易脱模，当塑件有浅侧凹（凸）时，可强行脱模。

本塑件的螺纹成型即采用强行脱模方式。

2．塑件的结构工艺性

（1）塑件的尺寸精度分析

该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT7查取公差，其主要尺寸公差要求如表1-1所示。

表1-1塑件上主要尺寸按MT7级精度的公差要求（单位mm）

塑件标注尺寸

塑件尺寸公差（按MT7级精度）

外

形

尺

寸

内

形

尺

寸

（2）塑件表面质量分析

该塑件表面没有提出特殊，通常，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到Ra=0.8μm，没有特殊要求塑件内部表面粗糙度可取Ra=3.2μm。

（3）塑件的结构工艺性分析

从图纸上分析，该塑件的外形基本上为回转体，圆周均匀分布12个R3的半圆柱凸起旋钮花纹，该处设计脱模容易，且飞边去除容易，设计合理；壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的要求；在塑件内壁有M50×3螺纹孔，查表可知螺纹牙形强度足够，在推荐选用的范围内，LDPE塑料为软塑料，螺纹可强制脱模成型，但要注意为了防止螺孔的最外圈的螺纹崩裂或变形，螺纹始末端应有0.2～0.8的台阶，始末的螺纹应渐渐开始结束，有l＝8的过渡长度，如图1－3所示。

该塑件端部已开有3mm的台阶，但顶部台阶未有留出，在做型芯设计时应注意该处的结构设计。

图1－3螺纹孔的设计

综合来看，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。

在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。

3．塑件的生产批量

该塑件的生产类型是大批量生产，因此，在模具设计中，要提高塑件的生产效率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模模具，以便降低生产成本。

4．关于注射机

（1）用户提出用SZ125/630型注射机生产，该注射机为柱塞式注射机，LDPE可以采用此类注射机成型，据查有关资料列出该注射机的主要技术参数，如表1-2所示。

表1-2SZ125/630型注射机的主要技术参数

序号

主要技术参数项目

参数数值

1

额定注射量/cm3

125

2

锁模力/kN

630

3

注射压力/MPa

120

4

最大注射面积/cm2

320

5

动、定模模板最大安装尺寸/mm×mm

370×320

6

最大模具厚度/mm

300

7

最小模具厚度/mm

150

8

模板最大行程/mm

270

9

喷嘴前端球面半径/mm

15

10

喷嘴孔直径/mm

4

11

定位圈直径/mm

125

（2）计算塑件体积和质量

塑件的体积计算：

经计算得到塑件的体积为（计算过程略）V≈37530（mm3）

塑件的重量计算：

查有关手册，取塑料LDPE的密度为ρ=0.92g/cm3，所以，塑件的质量为

W=ρV=37530×0.92×10-3≈34.53（g）

（3）确定型腔数目

考虑到SZ125/630注射机的额定注射量为125cm3，本设计中的塑件结构简单，单个塑件的体积为38cm3，注射机的额定注射量就限制最多的成型该塑件的数量为2，而改塑件的生产批量为大批量生产，为尽量提高生产率，决定采用一模两件的模具结构，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

（4）确定注射成型的工艺参数

根据选用塑料（LDPE）的特性和本设计中塑件的自身成型特点，查有关资料，确定注射成型工艺参数，如表1-3所示。

表1-3塑件的注射成型工艺参数

工艺参数

规格

工艺参数

规格

预热和干燥

成型时间/s

注射时间

0～5

保压时间

15～60

料筒温度

t/℃

后段

中段

前段

140～160

—

170～200

冷却时间

15～60

总周期

40～140

螺杆转速n/（r.min）

—

喷嘴温度

t/℃

150～170

后处理

方法

温度

t/℃

时间r/h

退火处理

循环烘箱（10～20）

8～12h

模具温度

t/℃

30～45

注射压力

p/MPa

60～100

（4）虽然塑件体积、壁厚不大，但该塑件生产类型为大批量，加上LDPE塑料比热容大，冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计时要求有冷却系统，所以该模具应采用冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短成形周期，提高生产率。

1.3分型面选择及浇注系统的设计

1.分型面的选择

该塑件为油壶盖，外形表面质量要求较高。

在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清除毛刺及飞边，有利于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如图1-4所示。

图1-4分型面的选择

如果按图1-4（a）所示的分型面分型，则塑件分别是由两个模板成型，由于合模误差的存在，会使塑件产生一定的同轴度误差，且飞边不易清除；而按照图1-4（b）所示的分型面分型，则塑件整体由一个模板成型，消除了由于合模误差使塑件产生同轴度误差的可能。

因此，决定采用图1-4（b）所示的分型面。

另外，为了提高自动化程度和生产效率，减少LDPE的取向变形，以及保证塑件表面质量，决定采用点浇口，而模具采用了双分型面结构。

一个分型面用于成型塑件，另一个分型面用于取出浇注系统凝料。

2.浇注系统的设计

（1）主流道设计

根据相关资料，查得SZ125/630型注射机喷嘴的有关尺寸为：

喷嘴孔直径d0=ф4mm；

喷嘴前端球面半径R0=15mm。

根据模具主流道与喷嘴的关系得到：

主流道进口端球面半径R=R0+（1～2）mm=15+（1～2）mm，取R=17mm；

主流道进口端孔直径d=d0+0.5mm=ф（4+0.5）mm，取d=4.5mm。

为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度取4°，同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=5mm的圆弧过渡。

主流道衬套采用可拆卸更换的浇口套，浇口套的形状及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇口套；为了能与注塑机的定位圈相配合，采用外加定位环的方式，这样不仅减小了浇口套的总体尺寸，还避免了浇口套在使用中的磨损。

（2）分流道的设计

该塑件的体积比较小，形状比较简单，壁厚均匀，且塑料的流动性好，可以采用单点进料的方式。

为便于加工，采用最为常用的截面形状为U形的分流道。

查分流道横截面及其尺寸的有关资料，取U形分流道截面半径R=3mm，h=3.75mm。

分流道截面形状及尺寸，如图1-5所示。

图1-5分流道截面形状及尺寸

（3）点浇口设计

由于该塑件外观质量要求较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。

同时，也应尽量使模具结构更简单。

根据对该塑件结构的分析，并结合已确定的分型面位置，选择如图1-6所示的点浇口进料方式。

根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在塑件顶部。

点浇口的直径尺寸可以根据不同塑料按塑件平均厚度查表确定。

图1-6浇口的结构、位置及尺寸

（4）冷料穴设计

由于LDPE质软高弹的特点，采用带球头形拉料杆的冷料井，定模底板的分流道尽头钻小斜孔，一次分型时斜孔内凝料使点浇口与塑件分离，同时球头拉料杆将主流道的凝料拔出，而二次分型时凝料被定模板硬刮掉落下来，实现浇注系统与塑件的自动分离与脱出，自动化程度高，劳动强度小。

1.4模具设计的方案论证

1．型腔的布局

因为塑件的外形是圆形的，各方向尺寸一致；另外，塑件结构简单，不需要侧向分型，所以型腔的排列方式只有一种。

即左右对称分布在模板两侧，如图1-7所示。

图1-7型腔的排列方式

2．成型零件的结构

（1）模具的型腔采用整体式型腔

整体式型腔是直接加工在型腔板上的，有较高的强度和刚度，使用中不易发生变形。

该塑件尺寸较小，最大处也只有ф62mm，且形状简单，型腔加工容易实现，可以采用整体式结构。

（2）模具的型芯采用整体镶嵌式型芯

整体镶嵌式型芯可节省贵重模具钢，便于机加工和热处理，修理更换方便。

同时也有利于型芯冷却和排气的实施。

由于该塑件具有螺纹，考虑到型芯加工制造方便和降低模具成本，型芯采用整体镶嵌式型芯。

3．推出机构的确定

根据塑件的形状特点，确定模具型腔在定模部分，模具型芯在动模部分。

塑件成型开模后，塑件与型芯一起留在动模一侧。

该塑件有螺纹孔，螺纹部分是由螺纹型芯成型的，由于成型该塑件的塑料（LDPE）有很好弹性，可以采用强制脱模的方式，但需要较大的脱模力，故采用推件板推出机构。

为了避免推件孔的内表面与型芯的成型面的螺纹相摩擦，造成型芯的迅速擦伤，将推件板的内孔与型芯成型面以下的配合段做成单边斜度为5～10°锥面，该锥面不仅有效避免了擦伤，且能准确定位推件板，避免了该处的飞边溢料。

4.合模导向机构的设计

该塑件精度要求不算高，塑件形状、型腔分布对称，无明显单边注射侧向力，可采用最为常见的导柱导向定位机构，在动模板、推件板、定模板间使用4对导柱，导柱的长度要确保推件板推出塑件后不脱落，在定模座板与定模板间采用4对限距拉杆，不仅起到限制第一次分型距的作用（所限距离要确保能取出凝料），同时还起到导向定位定模座板与定模板的作用。

5．冷却系统的设计论证

该塑件为大批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产率；加上LDPE塑料为结晶型塑料，成型时需要充分冷却，冷却要均匀分布。

因此，该模具的凹模冷却是在定模板上开出冷却水道，采用冷却水进行循环冷却型腔；而型芯的冷却则采用内部加装铜管喷流冷却的方式，其进出水孔开在支承板上，冷却水道的分布如图1－8所示。

图1－8冷却水道的设计

1.5主要零部件的设计计算

1．成型零件的成型尺寸计算

该塑件的材料是一种收缩范围较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。

前面已经查得LDPE的收缩率为1.5～3%，故平均收缩率为

Scp=（1.5+3）%/2=2.25%=0.0225

根据塑件尺寸公差的要求，模具的制造公差取δz=△/3。

成型零件尺寸的计算如表1-4所示。

表1-4成型零件尺寸的计算（单位mm）

尺寸类别

塑件尺寸

计算公式

型腔或型芯工作尺寸

径

向

尺

寸

型腔的径向尺寸

型芯的径向尺寸

轴

向

尺

寸

型腔的轴向尺寸

型芯的轴向尺寸

2．模具型腔壁厚的确定

采用经验数据法，直接查阅设计手册中的有关表格，得该型腔的推荐壁厚为35mm。

3.模具型腔模板总体尺寸的确定

该模具型腔直径为φ62，根据确定的型腔壁厚尺寸30mm。

综合以上数据，确定型腔模板的总体尺寸为B×L×H，其中B=160mm，L=250mm，H=50mm。

4.标准模架的确定

本塑件采用点浇口注射成型，根据模具结构形式、型腔数目、塑件尺寸、冷却水道的分布等因素，查有关资料，选择P4－160250―43―Z1型标准模架。

1.6注射机有关参数的校核

1.模具闭合高度的确定

组成模具闭合高度的模板及其它零件的尺寸有：

定模座板为H1=20mm；

型腔板为H2=50mm；

推件板为H3=16mm；

型芯固定板为H4=25mm；

支承板为H5=32mm；

垫铁为H6=63mm；

动模座板为H7=20mm。

则该模具闭合高度为：

H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7

=20+50+16+25+32+63+20=226mm。

2.模具闭合高度的校核

由于SZ125/630型注射机所允许的模具最小厚度为Hmin=150mm；模具最大厚度为Hmax=300mm。

因计算得模具闭合高度H=226mm，所以模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件。

3.模具安装部分的校核

该模具的外形最大部分尺寸为200mm×250mm，SZ125/630型注射机模板最大安装尺寸为370mm×320mm，故能满足模具安装的要求。

4.模具开模行程的校核

开模行程也叫做合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，用符号S表示。

SZ125/630型注射机的最大开模行程为Smax=270mm。

为了使塑件成型后能够顺利脱模，并结合该模具的双分型面特点，确定该模具的开模行程S应满足下式要求：

Smax＞H1＋H2＋a＋（5～10）mm

=（27+5）＋30＋48＋7

=117（mm）

其中H1—塑件所用的脱模距离；

H2—塑件高度；

a—取出浇注系统凝料必须的长度。

因Smax=270mm＞117mm，故该注射机的开模行程满足要求。

5.注射量的校核

在一个注射成型周期内，注塑模内所需的塑料熔体总量与模具浇注系统的容积和型腔容积有关，其值用下式计算：

mi=NmS+mj

式中N——型腔的数量；

ms——单个制品的质量或体积（g或cm3）；

mj——浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积（g或cm3）；

已知，N=2、ms=37.53cm3，经估算mj≈20cm3，则mi≈95cm3。

SZ125/630注射机的额定注射量为mⅠ=125cm3，为了使注射成型过程稳定可靠，应有

mi=（0.1～0.8）mⅠ

=12.5～100cm3

因此，该注射机的注射量满足模具的要求。

1.7绘制模具装配图

根据设计计算的结果，绘制模具装配图，如图1-9至图1-10所示。

需要注意的是在装配图上应画出塑件图，并标注主要尺寸，以便于更好地理解模具结构原理。

图1-9模具装配图Ⅰ（主、左视图）

图1-10模具装配图Ⅱ（塑件图、技术要求、标题栏与明细表）

1.8拆画零件图

根据设计要求拆画出必要的模具零件图，如图1-11至1-13所示。

图1-11定模板零件图

图1-12动模板零件图

图1-13型芯、限距拉杆零件图

1.9编制设计计算说明书（略）

桂林理工大学高等职业技术学院

塑料模具实训

实训课题：

________________________

说

明

书

系部_____________________________

班级_____________________________

姓名_____________________________

指导教师_________________________

年月日