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1、塑料端盖注射模课程设计讲解八、冷却系统的设计 14结 论 19参考文献 20 1、塑件成型工艺性分析1.1 塑件的分析（1）外形尺寸 该塑件壁厚为3mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，塑件材料为热塑性塑料，流动性好，适合注射成型。（2）精度等级 每个尺寸公差不一样，按实际公差进行计算。（3）脱模斜度 HIPS成型性能良好，成型收缩率较小，参考文献1表2-10选择塑件上型芯和凹模统一脱模斜度为11.2 HIPS工程塑料性能分析 HIPS为乳白色不透明颗粒。密度为1.05g/cm3，熔融温度150180,热分解温度300。溶于芳香烃，氯化烃，酮类和酯类。能耐许多矿物油，有机酸，盐，碱，低级

2、醇及其水溶液，不耐沸水。HIPS是最便宜的工程塑料之一。其性能见表11。【1】表1-1密度（g） 1.041.06比体积（g）0.911.02熔点（）131165热变形温度（45N）6492.5弯曲强度（MPa） 70拉伸强度（MPa）38拉伸弹性模量（GPa）1.43.1弯曲弹性模量（GPa）1.4抗拉屈服强度（MPa） 1448缺口冲击强度（kJ）1.123.6硬度（HB）M2080体积电阻率（cm） 10 1.3 HIPS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HIPS的色泽、粒度和均匀度进行检验，HIPS成型前需进行干燥，处理温度6080，干燥时间2h。（2）注射

3、过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔进行成型，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(退火）。退火处理的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为70 ，处理时间2h4h。2）注射工艺参数 1(1)注射机:螺杆式，螺杆转速为48r/min。(2)料筒温度t/：前段170190 ；中段170190；后段140160。(3)模具温度t/: 3265(4)注射压力p/M Pa：60100M Pa.。(5)成型时间：25s（注射时间1.6s，冷却时间17.4s，辅助时间6s）。二、拟定模具的结构形式和初选注射机2.1分型面位置的确定

4、通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图21所示。 图212.2 型腔数量和排位方式的确定型腔数量的确定。 由于该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，为中等批量生产，可采用一模多腔的结构形式。考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和其他成本费等因素，初步定为一模两腔的结构。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，且要求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计是一模两腔，故采用直线对称排列，如图22所示。图22模具结构形式的确定。 本模具为一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用对称平衡式，浇口采用侧浇

5、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。由上综述分析可确定选用带脱模板的单分型面注射模。2.3注射机型号的确定注射量的计算 通过pro/e建模分析计算得塑件体积： V塑=26.618cm塑件质量： M塑=26.618x1.05=28g浇注系统凝料体积的初步计算 浇注系统的凝料在设计之前是不能准确确定的数值，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，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算，故一次注入模具型腔的塑料熔体总体积为 V总=V塑（1+0.3）x2=1.3x2x26.618=69

6、.20cm（3）选择注射机 根据第二步计算得出 V总=69.20cm，结合式（418）有 V公=V总/0.8=86.5cm根据以上计算初步选定注射机为公称注射量100cm，注射型号为SZ-100/60卧式注射机，其主要技术参数见表2-3【3】如下：表2-3理论注射容量（） 100最大模具厚度（mm）300螺杆直径/mm30最小模具厚度（mm）170注射压力（MPa）150喷嘴球半径（mm)15锁模力（KN）600喷嘴口直径（mm）3拉杆内间距（mm） 320x320模具定位孔直径（mm）60移模行程（mm）320注射速率（g.s） 105 注射机相关参数的校核注射压力校核。查表41知，HIPS

7、所需注射压力为80100MPa，这里取P=100MPa，该注射机公称注射压力P公=150MPa，注射安全系数k1=1.251.4取k1=1.3，则有 K1P=1.3x100=130P公，所以，注射机注射压力合格。锁模力校核塑件在分型面上的投影面积 A塑=/4(751044) mm=4287 mm 浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍，由于本次流道设计简单，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=0.2A塑。塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总，

8、A总=n（A塑+A浇）=21.2A塑=21.24287mm=10289mm模具型腔内的胀型力F胀， F胀=A总P模=1028935N =360.115 kN式中，P模是型腔的平均压力值。P模是模具型腔内的压力，通常 取注射压力的20%40%，大致范围为2652MPa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值，HIPS属于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故P模取35MPa，查教材表4-45可得该注射机的锁模力F锁=600kN，锁模力安全系数为K2=1.11.2，这里去K2=1.2，则： K2F胀=1.2F胀=1.2360.12KN=432.144KN F锁 所以，注射机锁模力合格。三、浇注系统

9、的设计 3.1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 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。 主流道小端直径：d =注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm =（3+0.5）mm= 3.5 mm 主流道大端直径：d=d+2L主tan7mm，式中=4 主流道球面半径：SRo =注射机喷嘴

10、头半径+（12）mm =（10+2）mm= 12mm 球面的配合高度：h=3mm （2）主流道的凝料体积V主=/3 L主（R主 + r主+R主r主） =3.14 / 3 50（3.5+1.75+3.51.75）mm =1121.9mm= 1.12cm（3）主流道当量半径Rn=（1.75+3.5）/ 2 = 2.625mm（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

11、计中常采用碳素工具钢（T8A或者T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC，如图31：图31 3.2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=V塑= 28.0g200g，因此分流道当量直径为： D分=0.2654 （m塑） (L分) =0.265428 35 =3.5mm （4）分流道截面形状

12、 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=3.5，则该梯形的面积为： A分=（x+x+23.5tan8）h / 2=(x+3.5tan8) 3.5再根据该面积与当量直径为3.5mm的圆面积相等，得： （x+3.5tan8）3.5= D分/ 4=3.143.5/4， 可得x2.25，则梯形的上底约为2.25+2X3.5tan8=3.25mm，如图32：图32

13、（6）凝料体积 分流道长度 L分=352=70mm。 分流道截面积 A分=（2.25+3.25）/2 3.5=9.625mm。 凝料体积 V分=A分L分=709.625=673.75mm0.67cm。（7）校核剪切速率 确定注射时间：查教材表4-8,可取t=1.6s。 计算分流道体积流量： q分=（V分+V塑）/t=（0.67+26.618）/ 1.6=17.055 cm/s 可得剪切速率分=3.3q分/（R分）=3.317.05510/ 3.14(3.5/2) =3.3410 s 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510510s之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。 （

14、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Ra1.252.5m即可，此处去Ra1.6m，另外，其脱模斜度一般在510之间，这里去脱模斜度为8。3.3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，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=0.6 3mm=1.8mm 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=

15、0.6；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0.81.1mm，故此处浇口深度h取1.0mm。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=nA / 30=0.68729.985 30 = 2.18 2cm式中，n是塑料成型系数，n=0.7；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0.72.5mm，这里去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R浇=Bh，由

16、此矩形浇口的当量半径R浇=（Bh/）。 2）校核浇口的剪切速率 确定注射时间：查教材表4-8，可取t=1.6s。 计算浇口的体积流量：q浇=V塑 / t=26.618/ 1.6 =16.64cm/s 计算浇口的剪切速率： 浇=3.3q浇 /（R浇）=3.3q浇/(Bh/)3/2 =3.31.6641043.14（21.03.14）3/2 =3.44104 s 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510到5104之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。3.4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

17、率。 （1）计算主流道的体积流量q主=（V主+V分+nV塑）/ t =(1.12+0.67+226.618)/1.6=34.39cm/s （2）计算主流道的剪切速率主=3.3q主/（R主）=3.334.4103.142.625=1.99910 s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510510s之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。3.5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，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

18、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 4.1成型零件的结构设计 （1）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分为整体式、整体嵌入式、组合式、镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体嵌入式凹模，如下图41： 图41 （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，通常可以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，如下图42，因塑件的包紧力较大，所以设在动模部分；图42另一个是成型零件的中心轴孔内表面的小型芯，如下图43所示，设计时将其放在定

19、模部分，同时有利于分散脱模力和简化模具结构。 图43五、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105mm251mm，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】 5.1各模板尺寸的确定 A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。 B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架标准板厚取35mm。 C板（垫板）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm=7580mm，根据指导书

20、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/T12555-2006 5.2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。 模具平面尺寸200mm300mm 320mm320mm（拉杆间距），校核合格。 模具高度尺寸265mm，170mm265mm300mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。 模具的开模行程S=H1+H2+（510）mm=（40+40）mm=7580mm 10,所以，此处视为薄壁圆筒塑件，因此： F1=2t ESLcos( ftan)/(1)K2+0.1A = 23.1432.0100.006527.1

21、7cos1(0.5tan1)(10.32) (1+0.5sin1cos1) 0.137.5 4903.282 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；是塑件的泊松比；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是由和决定的无因次数，K1=2/（cos+2cos）,其中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和决定的无因次数，K2=1+fsincos。（2）成型塑件内部圆筒型芯的脱模力计算 因为=r/t = 5/

22、3 = 1.67 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=2rESL(ftan)/（1+K1）K2 =23.14X52.0100.006540(0.5-tan1)1+0.32+21.67(cos1 +21.67X1.67cos1) (1+0.5sin1cos1)=3602.585 N（3）4-d2小型芯脱模力F3=4x23.14X52.0100.00653(0.5-tan1)1+0.32+20.67(cos1 +20.67X0.67cos1) (1+0.5sin1cos1)=522.702N所以 F=F1+F2+F3=9028.

23、569N 7.3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=/4 (Dd)=/4(7565)mm=1099 mm A2=/4 (D1d2)=/4(18 -12 )mm =122.5 mm A=A1+A2=1221.5mm (2)推出应力 =F/A=9028.6/1221.5=7.39 MPa 1.66m/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=6.75，则有： h=4.187f（v）0.8 / d0.2 =4.1876.75(10001.76)0.8 0.0080.2 =29308.9kj/(mh)(7)计算冷却水通道

24、的导热总面积A A=WQs/（h）=8.3232029308.940-(23+25)/2 =0.0035 m(8)计算模具所需冷却水管的总长度L L=A/(d)=0.00353.140.008= 139 mm(9)冷却水路的根数X设每根水路的长度=120mm，则冷却水路的根数为： X=L/=139/1201.16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。 8.3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

25、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。冷却水到布置如图81：图811-定模板水道，2-凹模嵌件水道，3、6、7、8、10-O型密封圈，4-小型芯水道隔片，5-小型芯水道，9-凹模嵌件圆周水道，11-动模大型芯圆周水道九、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