塑料模具课件设计.docx
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塑料模具课件设计
苏州市职业大学
课程设计说明书
名称 塑料模具CAD
—— 电位器盒
院 系机电工程系
班级
姓名
第组第号
系 主 任
教研室主任
指导教师
目录
课程设计任务书……………………………………………......1
第一部分产品的说明………………………………......5
第二部分塑件分析………………………………….6
第三部分注射机的型号和规格选择及校核…………..7
第四部分分型面的选择……………….........................10
第五部分浇注系统的设计…………………………..11
第六部分成型零件的工作尺寸计算及结构形式…….15
第七部分导柱导向机构的设置…….…………………17
第八部分脱模机构的设计…………………………….18
第九部分温度调节系统的设置……………….……..19
第十部分开模…………….…………………...............21
第十一部分设计小结…………….………………….....23
第十二部分参考资料…………..………………24
苏州市职业大学
课程设计任务书
课程名称：
塑料模具设计
起讫时间：
院系：
机电工程系
班 级：
指导教师：
系主任：
一、课程设计课题：
注塑模具CAD
分组设计指定塑料件的注塑模具：
第一组：
皂盒上盖7人
第二组：
外壳7人
第三组：
电位器盒7人
第四组：
饭盒盖6人
第五组：
修正带盒上盖27人
第六组：
继电器盖7人
第七组：
修正带盒上盖17人
二、课程设计要求
1，运用PRO/E或UGNX软件进行设计；
2，根据提供的图纸和参考结构设计工艺可行的塑料件3D模型；
3，运用模具CAD模块设计塑料件模具的工作零件，并设计浇注系统，
要求1出2，采用侧浇口或点浇口；
4，从模架库调用合理的标准模架；
5，设计模具的所有结构零件；
6，进行模具装配；
7，运用3转2功能绘制料件、模具装配体的2D图；
8，运用Word编写课程设计说明书。
三、课程设计工作量（进度要求）
1，根据提供的图纸和参考结构设计工艺可行的塑料件3D模型；
2，运用模具CAD模块设计塑料件模具的工作零件，并设计浇注系统，要求1出2，采用侧浇口或点浇口；
3，从模架库调用合理的标准模架；设计模具的所有结构零件；
4，进行模具装配；
5，运用3转2功能绘制料件、模具装配体的2D图；
6，运用Word编写课程设计说明书并打印；
7，上交课程设计说明书书面资料及所有课程设计内容的电子档案。
四、课程设计说明书内容（有指导书的可省略）
1，目录；
2，课程设计任务书；
3，课程设计思路及过程：
按“课程设计要求”顺序
4，课程设计体会
5，相关图纸
以上内容的书面资料装订并装袋。
全班电子档案以CD上交。
第一部分产品的说明
电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。
此次设计的是电位器盒，结构比较简单，。
此次产品的三视图、三维图是在ProeWildfire2.0的辅助下完成的。
图3.1，3.2如下：
图3.1
图3.2
第二部分塑件的分析
1.塑件产品成型特性
材料为聚苯乙烯，简称PS，是一种无声透明的热塑性树脂。
PS具有良好的光学性能及电器性能，容易加工成型，着色性能好。
由于它具有良好的性能，因此，现在已经成为世界上应用最广的热塑性树脂，它是通用塑料的五大品种之一。
玻璃化温度80～90℃，非晶体密度1.04～1.06克/立方厘米，晶体密度1.11～1.12克/立方厘米，熔熔温度240℃，电阻率为1020～1022欧·厘米。
导热系数30℃时0.116瓦/（米·开）。
通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。
此外还有全同和间同立构聚苯乙烯。
全同聚合物有高度结晶性。
产品的成型特性：
（1）熔点不明显：
聚苯乙烯为无定形聚合物，熔融温度范围较宽，且热稳定性较好，约在95度左右开始软化，在190°C成为熔体，在290°C以上出现分解。
（2）受温度和压力影响较大：
成型温度和压力的增加，对聚苯乙烯熔体的流动性有明显的增长，其中温度比压力的影响更大，在成型过程中，可以通过改变温度和压力，来调节熔体的流动性。
（3）收缩率较低,聚苯乙烯的收缩率一般在0.5%左右，制品成型稳定性好。
（4）PS的注塑温度可在铰宽的范围内选取，但注射温度过高会降低制品的机械性能，而过低又会影响制品的透明度，因此一般空控制在140～245°C之间，可视机台能力大小和使用状态进行加工温度范围调整。
（5）注射压力，PS注射压力可在60～150MPa范围内选取。
流动比L/T>200,能够成型大型薄壁制品。
对于本产品为大型薄壁塑件，注射压力相对可取高一些70~160MPa即可。
但压力过高会使制品的残余应力增加，应控制好压力范围。
（6）注射速度，注射速度越快，越容易造成分子链的取向程度增加，从而引起更大的取向压力，但注射速度过低，塑料熔体进入模腔后，可能先后分层而形成融化痕，产生应力集中线，易产生开裂。
本制品注射速度可相对快一些，但过快会出现飞边，溢边值0.04～0.05。
所以最好采用变速注射，在速度逐渐减小下结束充模。
（7）吸湿性小，不以分解，成型前原料无需干燥处理，但由于其性脆易断裂，热膨胀系数较大，所以易产生应力开裂。
2.塑件的结构工艺分析
基本尺寸参数见图3.3
图3.3
（1）从图纸上来看该塑件外形为矩形壳体，各面连接圆滑，切塑件壁厚均匀，完全符合最小壁厚要求。
（2）塑件型腔较大，在其底面有尺寸不同的孔，如φ3、φ6.5，它们均符合最小孔径的求。
3.塑件表面质量分析
由于该塑件为电器盒用品，所以要求外观光洁、色彩均匀，不允许有斑点和过多熔接痕，Ra为0.4μm，其它无特殊要求。
综上所述，该塑件可以采用注射成型加工。
4.塑件的生产批量
塑件的生产生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。
在大批量生产中，由于注模具价格在整个生产费用中所占比例较小，提高生产率和注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使自动化程度较高、结构复杂、寿命精度较高的模具，同时一模多腔也是提高效率主要方法，但是相对于小批量来说，使用自动化程度高、结构复杂、寿命精度均较高的模具无疑是不切实际，这将大大增加生成本。
所以已采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。
该塑件的产量是12万件，产类型属于中批量，再根据要求可以采用一模两腔来提高生产效率。
第三部分注射机的型号和规格选择及校核
1、注射机的选用
注射机的选用一般可按3步进行：
首先是注射机形式的选择，其次是注射机塑化形式的选择；然后按照生产规模和产品质量要求确定注射机的主要技术参数。
（1）注射机形式的选择
电位盒结构简单，没有嵌件，生产批量大12万件，因此要求自动化程度高，在工厂厂房较为宽敞的条件下，选用卧式注射机。
（2）注射机塑化形式的选择
螺杆式注射机塑化均匀，塑化量大，初步选用螺杆式
（3）确定注射机的主要技术参数
1.注射量
Mmax=（NMg+Mj）*1.25（3-1）
N—型腔数Mg—塑件的最大质量Mj—浇注系统（废料）的质量（废料）
2.注射压力
根据塑件的结构特点和聚苯乙烯（PS）的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射压力70～160MPa
3.合模力
作用在分型面上的力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上投影面积之和乘以型腔内熔体的压力
4.确定注射成型的工艺参数
根据塑件的结构特点和聚苯乙烯（PS）的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数见表3.1
表3.1塑件的注射成型工艺参数
工艺参数
内容
预热和干燥
65~75
料筒温度°/C
后段
140~160
中段
前段
170~190
喷嘴温度°/C
模具温度°/C
32~65
注射压力/MPa
70~160
成型时间/s
注射时间
0~3
保压时间
15~45
冷却时间
15~60
总周期
40~120
螺杆转速（r/min）
后处理
方法
红外线灯、烘箱
温度°/C
70
时间/h
2~4
根据以上一次性注射量的分析计算和考虑到塑料品种、塑件结构生产批量以及注射工艺参数、注射模具尺寸的大小等因素，参考设计守则，初选SZ-100/60型螺杆式注射机。
记录下SZ-100/60型螺杆式注射机的主要技术参数，见下表3.2：
表3.2SZ-100/60型注射机主要技术参数
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
最大注射量/cm3
100
2
注射压力/MPa
150
3
锁模力/kN
600
4
动、定模版最大安装尺寸/（mm×mm）
350×350
5
最大模具厚度/mm
300
6
最小模具厚度/mm
170
7
最大开模行程/mm
300
8
喷嘴前端球面半径/mm
10
9
喷嘴孔直径/mm
2.5
10
喷嘴孔直径/mm
125
2、最大注射量的校核
通过PRO/E可以得出矩形壳体的塑件的体积V=33.064cm3，如图3.4所示。
聚苯乙烯（PS）的密度为ρ=1.05g/cm3，所以塑件的质量为M=ρ×V=1.05×33.064=34.72g。
所以Mmax=（NMg+Mj）*1.25=95.48g<100×ρ=105g
图3.4
综上符合要求。
3、注射压力的校核
该项工作是校核所选注射机的公称压力P能否满足塑件所成型时需要的注射压力P0，其值一般为70～160MPa，通常要求P>P0。
我们这里选70MPa。
4、型腔数量的校核
根据要求设计为一模两腔所以按注射机的最大注射量校核型腔数量
（3-2）
K=0.8mi为注射允许的最大注射量（g或cm3）mj为浇注系统和飞边所需塑料熔体的质量或体积ms为单个制品的质量和体积。
N≤2.219所以一模两腔满足要求。
5、锁模力的校核
注射成形时，当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力Fl，这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力，即：
（3-3）
式中，
为塑料熔体在分型面上的涨开力。
塑料熔体在分型面上的涨开力应小于注射机的的额定锁模力
，才能保证注射时不发生溢料现象，为了可靠地闭锁型腔，不使成形过程中出现溢料现象，该力必须小于注射机的额定锁模力，二者的关系：
（3-4）
式中，
为注射机的的额定锁模力。
经校核满足要求。
6、开模行程与推出机构的校核
开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。
由于注射机的锁模机构不同，开模行程可按以下两种情况进行校核：
一种是开模行程与模具厚度无关；二种是开模行程与模具厚度有关。
我们这里选用的是开模行程与模具厚度无关，且是单分型面注射模具。
对单分型面注射模，所需开模行程H为：
mm（3-5）
式中，H1—制品所用的脱模距离（mm）；
H2—为制品高度（包括与制品相连的浇注系统凝料）（mm）；
而我们这里通过可得出
Smax=30+58=88（mm）。
第四部分 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。
分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有五种：
水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。
分型面的选择原则主要如下：
（1）分型面应便于脱模
1）分型面要取在塑件的最大截面处
2）减小脱模阻力，便于脱模
3）带嵌件的制品，也应便于脱模
（2）分型面应有利于简化模具结构
1）尽可能的避免侧向分型和抽芯
2）使塑件尽可能留在动模一侧
3）塑件不止有一个抽芯的时候要使较大的型芯与开模方向一致
4）尽可能的把侧向分型机构设置在动模一侧
（3）有利于保证塑件质量
1）要满足塑件表面质量要求
2）位置要有利于模具的排气
3）尽量减少塑件在分型面上的投影面积
4）满足宿建德江形状精度要求
5）要有利于保证塑件的尺寸精度
6）要考虑飞边在塑件上的位置
（4）有利于模具成型零件的加工
根据上述原则分型面的选择如图3.5所示：
图3.5
图示分型面不但保证了塑件取出方便，且毛刺飞边的清楚也比较容易。
第五部分浇注系统的设计
所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。
其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，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、冷料穴四个部分组成。
考虑到塑件外观要求较高，外表面不允许较大的成型斑点和较多的熔接痕，切成型矩形壳体塑件时，适合中心点浇口进料，进浇口与塑件圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件。
浇注系统如下图3.6所示：
图3.6
主流道设计：
主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，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，其主要设计点为：
①主流道的尺寸。
见表3.3
②为了便于取出主流道凝料，主流道应呈圆锥形，锥角约取2°～4°。
对流动性差的塑料可取到6°～10°。
③主流道出口端应有圆角，圆角半径R约取0.3～3mm或取0.125D2
④主流道表壁的表面粗糙度值应小于Ra0.63～1.25μm。
⑤主流道长度一般小于或等于60mm。
相关尺寸如下：
D1=4.5mmD2=6mmL≦60mm
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”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。
冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。
冷料穴的形式有三种：
一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。
我们这里选用与推出杆匹配的倒锥形冷料穴，其结构如图3.7；
图3.7
1—定位圈2—冷料穴
3—推杆4—动模板
分流道的设计
分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。
多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。
①分流道的截面形状：
通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。
圆形截面的优点：
阻力小，压力损失小，冷却速度最慢，流道中心冷凝速度慢，有利于保压。
分流道直径一般在2～12mm范围内变动，长度一般在8～30mm之间。
为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道，如右图3.8所示。
因为圆形截面分流道的效率是分流道中效率最高的，固选它。
（Smax产品最大壁厚）
D=2.5+1.5=4mm
图3.8
②分流道的长度：
分流道的尺寸需根据制品的壁厚、体积、形状复杂程度以及所用塑料的性能等因素而定，具体可参考图3.9设计，流道长度宜短,长的流道不但会造成压力损失,不利于生产，同时也浪费材料；但过短,产品的残余应力增大,并且容易产生毛边。
分流道长度Lf一般在8～30mm之间，也可根据模腔数量适当加长，但不宜小于8mm，否则会给修模带来困难。
图3.9
Lf取12mmD取6mm
③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。
分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。
④分流道与浇口的连接：
分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。
浇口的设计
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、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。
浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。
一般浇口的截面积为分流道截面积的3%～9%，截面形状常为矩形或圆形，表面粗糙度Ra不低于0.4。
浇口设计一般有一下原则：
①浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。
②浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。
③浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。
④浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。
⑤对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。
⑥不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。
根据要求和实际生产条件选用测交口：
根据资料查的侧浇口的尺寸推荐值见下表3.4
表3.4侧浇口的尺寸推荐值
测浇口的直径也可以用下面的经验公式计算：
（3-6）
（3-7）
式中：
b-侧浇口的宽度，mm；δ-塑件在浇口处的壁厚，mm；A-塑件外侧表面积，mm２。
对于中小型塑件，一般厚度t=0.5～2.0mm（或取塑件壁厚的1/3～2/3），宽度b=1.5～5.0mm，浇口长度l=0.7～2.0mm；
相关尺寸如下：
t取1mmb取2mm
l取1mm
第六部分成型零件的工作尺寸计算
一、凹模的结构形式：
凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。
根据需要有以下几种结构形式：
整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，从各方面分析我们可选用组合式凹模——整体嵌入式凹模。
整体嵌入式凹模：
于小件一模多腔式模具，一般是将每个型腔单独加工后压入定模中。
这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。
凹模的外形通常是用带台阶的圆柱形，由台阶定位，以过渡配合嵌入定模板，然后用定模板座板将其固定。
二、凸模的结构设计
1、凸模的结构形式：
凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非为整体式和组合式两种类型。
我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模——整体装配式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成，如下图3.103.11所示：
图3.10
2、凹模的形状
图3.11
二、成型零件主要尺寸（公差等级为5级，入体原则）
该塑件的成型零件尺寸按照平均值法计算，查有关手册得PS平均收缩率为0.55%。
根据塑件尺寸要求取制造公差
，成型林零件尺寸见表3.5。
表3.5成型零件尺寸计算
类别
模具
塑件尺寸
计算公式
工作尺寸
型腔计算
型腔径
向尺寸
51-0.74
50.73+0.25
90-1.20
89.60+0.40
59-0.74
58.77+0.25
98-1.20
97.64+0.40
型腔深
度尺寸
2.5-0.20
2.38+0.07
30-0.56
29.80+0.19
型芯
计算
型芯径
向尺寸
3+0.24
3.20-0.08
6.5+0.28
6.75-0.09
46+0.64
46.73-0.21
85+1.00
86.22-0.05
型芯深度尺寸
27.5+0.50
28.00-0.17
成型孔中心距离
孔间
距离
36
36.20±0.28
9
9.05±0.14
第七部分导柱导向机构的设计
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、定位以及承受一定的侧向压力。
导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，我们这里选取导柱导向机构，其结构如图3.12：
我们在设计此机构的同时还应注意以下几点：
⑴、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。
⑵、导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm（图3.12），以免型图3.12导向机构
芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。
⑶、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。
⑷、为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。
⑸、导柱的设置应根据需要而决定装配方式。
⑹、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。
⑺、一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。
⑻、导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考准模架数据选取。
第八部分脱模机构的设计
在注射成形的每一循环中，塑件必须由模具型腔中取出。
完成取出塑件这个动作的机构就是推出机构，也称为脱模机构。
脱模机构的分类及选用
脱模机构的分类分多，我们采用的是混合分类中的一种：
推杆一次脱模机构，因为此机构是最简单、最为常用的一种，具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较实用和直观。
所谓一次脱模就是指在脱模过程中，推杆就需要一次动作，就能完成塑件脱模的机构。
它通常包括推杆脱模机构、推管脱模机构、脱模板脱模机构、推块脱模机构、多元联合脱模机构和气动脱模机构等。
脱模机构的设计原则
设计脱模机构时，应遵循以下原则：
1.应保证塑件推出时不变形不损坏
2.推出位置尽量选在塑件内侧，保证塑件外观良好
3.合模时推出机构应正确复位
4.应尽量做到结构简单、动作可靠
5.圆推杆的顶部不是平面时要防转
6.推出行程恰当，保证制品可靠脱模。
7.推出力的分布应尽量靠近型芯（因型芯处包紧力最大），且推出面积应尽可能大，以防塑件被推坏。
8.若推出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时，为不影响塑件尺寸和使用，一般使推杆与塑件接触部位处凹进塑件0.1毫米左右
推杆的结构形式及形状
因制品的几何形状及型腔结构等的不同，所用推杆的截面形状也不尽相同，常用推杆的截面形状为圆形。
推杆又可分为普通推杆与成型推杆两种，我们这里选用普通推杆。
其结构形式见图3.13,3.14。
推杆的固定方式
图3.13推杆图3.14推杆固定
第九部分温度调节系统的设计
在注射模中设置温度调节系统的目的：
通过控制模具温度，使注射成形具有良好的制品质量和较高的生产效率。
注射模的温度调节是采用加热或冷却反方式来实现的。
模具温度与塑料成形温度的关系：
模温过低：
塑料流动性差，塑件轮廓不清晰，表面无光泽；热固性塑料则固化不足，性能严重下降。
模温过高：
易造成溢料粘模，塑件脱模困难，变形大；热固性塑料则过熟。
模温不均：
型芯型腔温差过大，塑件收缩不均、内应力增大、塑件变形、尺寸不稳定。
冷却回路的布置原则：
（1）冷却水孔相对位置尺寸（参考图3.15）
d=（8～12）mmL≥10mm
L1=（1～2）d（3-8）
L2=（3～5）d（3-9）
（2）模具结构允许，冷却孔尽量大、多，使冷却更均匀。
（3）冷却孔要避开塑件的熔接痕部位。
（4）水孔排列与型腔形状吻合。
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