塑料端盖注塑成型模具设计.docx

1、塑料端盖注塑成型模具设计桂林电子科技大学材料科学与工程学院 课程设计任务书设计题目： 塑料端盖注塑成型模具的设计 系 部： 材料科学与工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学生姓名: 学 号: 起迄日期: 2010年12月10日 2010年12月30日指导教师: 教研室主任： 塑料端盖注射模课程设计本设计为一塑料端盖，塑料材料为ABS，如图所示。要求如下：1） 塑件壁厚为3mm,4块肋板厚度为2mm,塑件的质量要求不允许有裂纹和变形缺陷；2） 脱模斜度为30 -1o;3） 塑件为大批量生产；4） 尺寸公差按照课本所标出的尺寸公差设定。注：图中字母的实际数字按照题目一览表中的数据选择，数据的单

2、位为mm.数据：（两人一组，请选择其中一组数据进行模具设计。（mm）题号d0d1D1D2D3h1h2Ls481521838993394956.5设计如下图1-1所示的的一塑料端盖，阐明注射模的设计过程。塑件的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷；脱模斜度为301；塑件材料为ABS,大批量生产，塑件公差按模具设计要求进行转换。图1-1一、塑件成型工艺性分析1、塑件的分析（1） 外形尺寸 改塑件壁厚3mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合用于注射成型，如上图所示。（2） 精度等级 每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有的属于高精度，就按实际公差进行计算。（3） 脱模斜度 ABS属于无定型

3、塑料，成型收缩率较小，参考表2-10选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1。2、ABS的性能分析（1） 使用性能 综合性能良好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。（2） 成型性能1） 无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。2） 吸湿性强。含水量应小于0.3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。3） 流动性中等。溢边料0.04mm左右。4） 模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口的位置、形式。推出力过

4、大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。（3） ABS的主要性能指标如下表表1 密度/g.cm-31.02=1.08屈服强度/MPa50比体积/cm3.g -1）0.80.98拉伸强度/MPa38吸水率(%)0.20.4拉伸弹性模量/MPa1.4103熔点/130160抗弯强度/MPa80计算收缩率(%)0.40.7抗压强度/MPa53比热容/J.(kg. ) -11470弯曲弹性模量/MPa1.41033、ABS的注射成型过程及工艺参数（1） 注射成型过程1) 成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。2) 注射过程。塑件在注射机料筒内经

5、过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3) 塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为6075，处理时间为1620s。（2） 注射工艺参数1) 注射机：螺杆式，螺杆转数为30r/min。2) 料筒温度（）：后段150170； 中段165180； 前端180200。3）喷嘴温度（）：170180。4）模具温度（）：60805）注射压力(MPa): 80110.6)成型时间（s）：30（注射时间取1.6，冷却时间20.4，辅助时间8）二、拟定模具的结构形式1.分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面

6、积最大且利于开模取出塑件的底平面上。其位置如图1-2所示图2-1 分型面的选择2.型腔数量和排列方式的确定（1）型腔数量的确定 该塑件采用的精度一般在2-3级之间，且为大批量生产，可采取一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑料件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。（2）型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模两腔，故采用直线对称排比，如图 1-3所示图 2-2（3）模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构和拟采

7、用脱模板推出的推出形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板和脱模板。由上综合分析可确定选用带脱模板的单分型面注射模。3.注射机型号的确定（1）注射量的计算 通过三维软件建模设计分析计算得塑件体积： V塑=66.729cm3塑件质量： m塑=V塑=66.731.02g=68.1g式中，参加表【1】4-44可取1.02g/cm3. (2)浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因

8、此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为V总=V塑（1+0.2）2=66.7291.22cm3=160.15cm3 (2-1) (3) 选择注塑机 根据第二步计算得出一次注入型腔的塑料总质量V总=160.15cm3,并结合式（4-18）则有【1】：V总/0.8=160.15/0.8cm3=200.188cm3。根据以上的计算，初步选定公称注射量为250cm3, 注射机型号为SZ-250/100卧式注射机，其主要技术参数见表2。表2 注射机主要技术S参数理论注射容/cm3250移模行程/mm300螺杆柱塞直径/mmV注

9、射压力/MPa45最大模具厚度/mm380150最小模具厚度/mm220注射速率/g.s-1135锁模形式双曲肘塑化能力/g.s-145模具定位孔直径/mm110螺杆转速/r.min-116170喷嘴球直径/mm35锁模力/kN1000喷嘴口孔径/mm4拉杆内间距/mm400x400 (4)注射机的相关参数的校核1）注射压力校核。查表4-1可知，ABS所需要注射压力为80110MPa,这里取p0=100MPa,该注射机的公称注射压力p公=150MPa,注射压力安全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.3,则： k1 p0=1.3100=130p公，所以，注射机注射压力合格。2）锁模力校核

10、塑件在分型面上的投影面积A塑，则 A塑=（932-152 -452）mm2=6534mm2浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一些。这里取A浇=0.2 A塑。塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总，则A总=n(A塑+A浇)=n(A塑+0.2 A塑)=21.2 A塑=21.26534 mm2=15682 mm2模具型腔内的胀型力F胀，则 F胀=A总p模=1568235N=548856N=

11、548.87kN式中，p模 是型腔的平均计算压力值。p模 是模具型腔内的压力，通常取注射压力的2040，大致范围为2540MPa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。ABS属中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故取35MPa。 查表4-45可得该注射机的公称锁模力F锁=1000kN,锁模力安全系数为k2=1.11.2，则 k2 F胀=1.2 F胀=1.2548.87=658.64F锁，所以，注射机锁模力合格。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。 三、浇注系统的设计1、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型腔中

12、。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动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动速度和充模时间。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） 主流道的长度：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+（0.51）mm=（4+0.5）mm=4.5mm。3) 主流道大端直径：d= d+2 L主tan8mm，式中=2。4） 主流道球面半径：SR0=注射机喷嘴球头直径+（12）mm=(12+2)mm=14mm。5） 球面的配合高度：h=3mm。（2） 主流

13、道的凝料体积 V主=L主(R主+r主+ R主r主)=50（4.5+2.25+42.25）mm=1377.7 mm=1.38cm（3）主流道当量半径 Rn =mm=3.125mm（4）主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。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T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC，如图 1-4 所示。如图 1-42.分流道的设计（1）分流道的布置形

14、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，同时还要考虑减少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 由于分流道设计简单，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，如图1-3所示。（3）分流道的当量直径 因为该塑件的质量m塑=v塑=68.11.02g=69.46g200g，根据式（4-16），分流道的当量直径为D分=0.2654 =0.2654 mm=5.3mm(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

15、形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。（5）分流道截面尺寸 设梯形的下底宽度为x，底面圆角的半径R=1mm，并根据表4-6设置梯形的高h=3.5mm，则该梯形的截面积为A分=(x+3.5 tan8) 3.5 再根据该面积与当量直径为4.4mm的圆面积相等，可得 （x+3.5tan8）3.5=，即可得：x6mm，则梯形的上底约为7mm，如图1-5 所示。图1-5（6）凝料体积 1）分流道的长度L分=352=70mm。 2）分流道截面积A分= 3.5mm2 =22.75 mm2 。 3)凝料体积V分=L分A分=7022.75=1592.5mm31.59cm3。(7)校核剪切

16、速率 1）确定注射时间：查表4-8，可取t=2s。 2）计算分流道体积流量：q分=(V分+V塑)/t=(1.59+68.1)/1.6 cm3/s=111.5 cm3/s. 3)由式（4-20）可得剪切速率 r分=s-1=3.6103 s-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51025103s-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，一般取Ra1.252.5um即可，此处取Ra1.6um。另外，其脱模斜度一般在510之间，这里取脱模斜度为8。3.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，

17、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，且开设在分裂面上，从型腔的边缘进料，塑件轮毂和外周有4条肋板相连，而浇口正对其中一对肋板，有利于向轮毂和顶部填充。（1） 侧浇口尺寸的确定1） 计算侧浇口的深度。根据表4-10，可得侧浇口的深度h计算 公式为 h=nt=0.73mm=2.1mm 式中，t是塑件壁厚，这里t=3mm；n是塑件成型系数，对于ABS，其成型系数n=0.7。 在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，以便在今后试模时发现问题进行修模处理，并根据表4-9中推荐的ABS侧浇口的厚度为1.21.4mm，故此处浇口深

18、度h取1.3mm。 2） 计算侧浇口的宽度。根据表4-10，可得浇口处的宽度B的计算公式为B= =cm=2.54cm3cm式中，n是塑料成型系数，对于ABS其n=0.7；A是凹模的内表面积（约等于塑件的外表面面积）。3）计算侧浇口的长度。根据表4-10，可得侧浇口的长度一般选用0.72.5mm，这里取L浇=0.7mm。（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R2浇=Bh，由此矩形浇口当量半径R浇=()0.5。2）校核浇口的剪切速率确定注射时间：查表得4-8，可取t=2s：计算浇口的体积流量：q浇=V塑/t=68.1/1.6=42.56cm3/s=4.256104mm3/

19、s。 计算浇口的剪切速率：由式（4-20）可得：r浇=3.3qv/(Rn3),则()1.5r浇=s-1=3.34.256104/3.14(31.3/3.14)1.5=2.08104 s-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51035104s-1之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。4.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（浇口的体积太小可以忽略不计）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=（1.38+0.86+268.1）/1.6cm3/s=86.51cm3/

20、s-1（2） 计算主流道的剪切速率R主=3.3q主/（R主3）=3.386.51103/（3.143.125）s-1=2.98103s-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51025103s-1之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。5.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，其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1. 成型零件的结构设计（1

21、） 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体式凹模，如图 1-6 所示。（2） 凸模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯有两个：一个是成型零件的内表面的大型芯，如图 1-7所示，因塑件包紧力较大，所以设在动模部分；另一个是成型零件的中心轴孔内表面的小型芯，如图 1-8 所示，设计时将其放在定模部分，同时有利于分散脱模力和简化模具结构。将这几部分装配起来，如图1-9所示。图 1-6凹模嵌件图 1-

22、7大型芯模嵌件图 1-8小型芯2. 成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳强度性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20（美国牌号）。对于成型塑件外圆筒的大型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV。而对于成型内部圆筒的型芯而言，型芯较小，但塑件中心轮毂包住型芯，型芯需散发的热量较多，磨损也比较严重，因此也采用Cr12MoV，型芯新中心通冷却水，如图1-10所示。3. 成型零件工作尺寸的计算采用表4-15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸

23、，塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。（1）凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换：ls1=93+0.3 -0.2mm=93.30 -0.5mm，相应的塑件制造公差1=0.5mm，ls2=89+0.3 -0.2mm=89.30 -0.5mm,相应的塑件制造公差2=0.5mm。LM1=(1+Scp)l s1- X11 =(1+0.0055)93.3-0.60.5+0.083 0mm =93.51+0.083 0 mm LM2=(1+Scp)ls2- X22 =(1+0.0055)89.3-0.60.5+0.083 0mm =89.49+0.083 0mm式中，Scp塑件的平均收缩率，

24、查表1-2可得ABS的收缩率为0.30.8，所其平均收缩率Scp=0.0055；X1、X2是系数，查表4-15可知X一般在0.50.8之间，此处取X1= X2=0.6；1、2分别是塑料上相应尺寸的公差（下同）；是塑料上相应尺寸制造公差，对于中小型塑料件取Z=（下同）。（2）凹模深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的转换：塑件高度的最大尺寸Hs1=390.1mm=39.10 -0.2mm,相应的s1=0.2mm；塑件轮外凸台高度的最大尺寸Hs2=5+0.1 0mm=5.10 -0.1mm,相应的s2=0.1mm。HM1=(1+Scp)Hs1- X11 =(1+0.0055)39.1-0.630.2+

25、0.033 0mm =39.19+0.033 0HM2=(1+Scp)Hs2- X22 =(1+0.0055)5.1-0.650.1+0.017 0mm =5.06+0.017 0式中，X1、X2是系数，查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取X1=0.63，X2=0.65。（3）型芯径向尺寸的计算1）动模型芯径向的计算。塑件内部径向尺寸的转换：Ls1=83+0.2 -0.1mm=82.9+0.3 0mm,s1=0.3mmlM1=(1+Scp)ls1+ X11 =(1+0.0055)82.9+0.70.30 -0.05 mm =83.570 -0.05 mm式中，X1是系数，查表4-15

26、可知一般在0.50.8之间，此处取X1=0.7。2）动模型芯内孔尺寸。lM2=(1+Scp)ls2- X22 =(1+0.0055)21-0.80.1 mm=21.04+0.016 0mm 式中，ls2=210 -0.10mm是成型塑件轮毂外圆柱孔的径向尺寸；x2的值查表4-15一般在0.50.8之间。此处取X2=0.8。3）定模型芯尺寸的计算。塑件内孔径向尺寸的装换： Ls3=15+0.1 0mm=14.9+0.1 0mmlM3=(1+Scp)ls3-X31 =(1+0.0055)14.9+0.650.10 -0.017mm=15.050 -0.017 mm 式中，X3是模具尺寸计算系数，查

27、表4-15可取0.65。(4） 型芯高度尺寸的计算1）成型塑件内大型芯高度。塑件尺寸转换：hs1=360.1mm=35.9+0.2 0mmHM1=（1+ Scp）hs1+ X11 =(1+0.0055) 35.9+0.630.2 0 -0.033 mm =36.220 -0.033mm.式中，X1是模具尺寸计算系数，查表4-15可知一般在0.5-0.8之间，此处取X1=0.63。2）成型塑件中心圆筒的型芯高度。塑件中心圆筒高度尺寸转换： hs2=49+0.2 -0.1mm=48.9+0.3 0mmhM2=(1+Scp)hs2+ X22 = =(1+0.0055) 48.9+0.60.30 -0

28、.05 mm =49.350 -0.05mm试中，X2 模具尺寸计算系数，查表4-15可知一般在0.5-0.7之间。此处取X2=0.6。（5）成型孔间间距的计算 CM=(1+s)Csz mm=56.830.016mm 塑件型芯及凹模的成型尺寸的标注如下图1-11、图1-12、图1-13 所示图1-11图1-12图1-134、成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算（1）凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选200mm355mm的标准模架，其厚度根据表4-19中的刚度公式计算。p S=()=()mm=29.30mm式中，p是型腔压力（MPa）；E是材料弹性

29、模量（MPa）；h=W,W是影响变形的最大尺寸，而h=39mm；p是模具钢度计算许用变形量。根据注射塑料品种。p=25i2=250.975um=24.38um=0.024mm式中：i2=0.45391/5+0.00139um=0.975um。凹模侧壁是采用嵌件，为结构紧凑，这是凹模嵌件单边厚选15mm。由于型腔采用直线、对称结构布置，故两个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了。型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定，根据估算模板平面尺寸选用200mm355mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全满足强度和刚度要求。（2）动模垫板厚度的计算 动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前

30、面的型腔布置，模架应选在200mm355mm这个范围之内，垫板之间的跨度大约为200mm-40mm-40mm=120mm。那么，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即T=0.54L（pA/EL1P）1/3=0.54120(3510815.73)/(2.11053550.032)1/3=35.08mm式中，P是动模垫板刚度计算许用变形量，P=25i2=25（0.451201/5+0.001120）mm=250.00129mm=0.032mm；L是两个垫板之间的距离，约120mm；L1是动模垫板的长度，取355mm；A是两个型芯投影到动模垫板上的面积。单件型芯所受压力的面积为A1=D2=0.785832mm2