PSF注塑模设计说明书.docx

1、PSF注塑模设计说明书1 绪论1.1 模具在加工工业中的地位模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容置疑的作用。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高

2、、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。目前，世界模具市场仍供不应求。因此研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有这特别重要的意义。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。美国工业界认为“模具是美国工业的基石”；日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”；在德国，被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号；而欧盟一些国家称“模具就是黄金”；新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业”；中国模具权威经理称“模具是印

3、钞机”。可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的地位。1.2 塑料模具在模具行业中的重要性塑料模具是指用于成型塑件的模具，是型腔模的一种类型。随着机械工业（尤其是汽车、摩托车工业）、电子工业（尤其是家电工业）、航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的成长，塑件的需求量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件的模具开发、设计与制造的程度也必需越来越高。因此，塑料模具设计程度的凹凸、制造能力的强弱以及质量的好坏，都直接影响着良多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着各类产品的质量、经济效益的增长以及整个工业程度的提高。在仪器仪表、家用电器、交通、通信等行业中，有70以上的产品是用塑料模具来成

4、型的。用模具出产的塑件所展现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、横跨产率和低耗损，是其他加工制造方式所不能相比较的。模具出产技术程度的凹凸，已成为衡量一个国家产品制造程度凹凸的重要标识，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。根据塑料成型工艺的不同，通常将塑料模具分为注射模具、压缩模具、挤出模具、中空吹塑模具等。合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具，是实现现代塑料制品生产必不可少的三大重要因素。尤其是塑料模具对实现塑料成型工艺要求、保证塑件质量、降低生产成本起着重要的作用。一副质量优良的塑料模具可成型几十万次，甚至上百万次。这与模具设计、选材、制造、使用和维护有着很大关系。对塑

5、料模具设计的基本要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能、力学性能等各方面均能满足使用要求的优质制件。1.3 注射模具简介注塑模亦称注射模。它是热塑性塑料成型加工中常用的一种模具。注射模包括定模和动模两部分，其成型原理是将塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，在柱塞和螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔之中，充满型腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。这样在操作上完成了一个周期的生产过程。通常，一个成型周期从几秒钟到几分钟不等，时间的长短取决于塑件的大小、形状

6、和厚度、模具的结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件等因素。目前，注射成型工艺发展很快，除了热塑性塑料注射成型以外，一些热固性塑料也可以成功地用于注射成型，且具有效率高，产品质量稳定的优点；低发泡塑料注射成型提供了缓冲、隔音、隔热等优良性能的塑料制件；双色和多色注射成型提供了多种颜色、美观实用的塑料商品。1.4 本设计的目的和要求本设计为塑料纽扣。它来源于生活，具有很好的实用价值和推广价值。在此次设计中，主要用到所学的注射模设计，以及机械设计等方面的知识。设计时综合考虑模具精度、质量与使用性能、模具生产周期、模具价格等。模具零件特别是型芯型腔在高压、高温、连续使用及大冲击负载的条件下工作

7、，为保证模具的使用寿命，要求模具零件在工作过程中的变形和磨损尽可能小。在编写说明书过程中，参考了简明塑料模具设计手册、模具设计大典等有关教材。引用了有关手册的公式及图表。但由于我的水平有限，缺乏实际的模具设计经验，设计中肯定会存在错误和不妥之处，希望各位老师批评指正，以达到本次设计的目的。2 塑件的工艺分析2.1 塑件图图2-1 塑件零件图产品名称：塑料纽扣产品材料：PSF产品数量：大批技术要求：未注公差IT142.2 塑件的工艺分析2.2.1 塑件的尺寸精度分析尺寸精度是塑料件重要的制造和使用指标，塑料件同金属件不同，尺寸精度受到塑料收缩特性、模具质量、设备精度、成型工艺和周围环境等诸多因素

8、的影响。塑料件精度要求要合理，以能很好的满足设计和使用可靠性要求为主。精度过高会增加成本和制造难度，精度过低又满足不了使用要求。一般在满足使用要求的前提下，尽量降低尺寸精度。塑件公差数值根据塑料制品的尺寸精度等级SJ1372-78标准确定。此零件是日常用品，对塑件的精度要求不高，本塑件所用材料为PSF，根据塑料模具设计手册及其用途，塑件精度选用一般精度等级4级较为经济合理。2.2.2 塑件表面质量分析该塑件要求外形美观，手感好，外表面无熔接痕，而塑料件内部没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。经过以上分析可以看出，注射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。2.2.3 脱

9、模斜度分析该塑件采用的塑料是ABS，它的成型收缩率较小（1.02.5），且塑件结构简单，对型腔的包紧面积也不太大，所以应取较合适的脱模斜度。为保证壁厚的均匀一致，因此取塑料件的内外表面的脱模斜度一致，这里脱模斜度取2。2.2.4 计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量是为了选取合适的注塑机，提高设备利用率，确定模具型腔数。经计算塑件体积、质量为：（PPO的密度=1.021.05 gcm3，根据平均值算法，取平均密度为=1.035gcm3）体积V=2147.76mm3质量M=2.223g3 塑件的成型特性分析及成型工艺3.1PSF的结构性能及成型特性PPO是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，

10、A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。PPO树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，兼具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。 ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、耐油性、染色性、散热性、成型加工和机械加工较好。 ABS具有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，经过调色后可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度70C左右，热变形温度为93C左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS的塑料成型特性如下

11、：（1）ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理； （2）ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小；（3）ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流阻力； （4）可用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等成型加工方法；（5）流动性中等，溢边值为0.04mm，溶体粘度强烈依赖于剪切速率，因此模具设计大都采用点浇口形式；（6）熔融温度较低，熔融温度范围固定，宜采用高料温、高模温和高注射压力，有利于成型；（7）塑件精度高时，模具温度可控制在5060C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在6080C；比

12、热容低，塑化效率高，凝固也快，故成形周期短。综上所述，ABS材料具有优异的综合力学性能，相比于其他的材料，ABS更适合于该塑件的加工。3.2 塑件成型方法分析及成型工艺过程 3.2.1 塑件成型方法分析（1）压缩模塑又称为模压成型或压制。主要用于热固性塑料的成型，也可以用于热塑性塑料的成型。压缩模塑特点是塑料直接加入型腔，加料腔是型腔的延伸，没有浇注系统；模具是在塑件最终成型时才完全闭合。压力通过凸模直接传给塑料有利于成型流动性较差的以纤维为填料的聚合物、不能压制带有精细、易断嵌件及较多嵌件的塑件；不易获得尺寸精度尤其是高精度的塑件；操作简单，模具结构简单；没有浇注系统，料耗少；可压制较大平面

13、塑件或一次压制多个塑件；塑件收缩小、变形小、各向性能均匀、强度高。（2）压注模塑在压缩成型基础上发展起来的一种热固性塑料的 成型方法，又称传递成型、挤胶成型。模具闭合、热固性塑料放入加料室、受热熔融、塑料在压力下经浇注系统充满型腔、固化成型、开模取件模具闭合。 压注成型的特点是加料前模具处于闭合状态；塑件飞边很薄，尺寸准确，性能均匀，质量较高；可以成型深孔、形状复杂、带有精细或易碎嵌件的塑件；模具结构相对复杂，制造成本较高成型压力较大，操作复杂，耗料比压缩模多；气体难排除，一定要在模具上开设排气槽。（3）注射模塑又称注射成型法。热塑性塑料主要加工成型方法之一。注射模的成型原理是将原料由注射机的

14、加料漏斗加入压筒，加热使软化或变成流体，用栓塞经喷嘴压入模具，冷却后脱模即得制品。完成一个成型周期，栓塞可往复动作，不断的重复上述周期的生产过程。 优点是成型周期短，能一次成型外形复杂，尺寸精度高，带有金属或非金属嵌件的塑件，对各种塑料的适应性强，生产效率高，易于实现全自动化等。缺点是注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及小批量的塑件生产。综上所述，该塑件形状结构简单，尺寸精度要求较低，未注尺寸精度为MT5。属于大批量生产，通过对上述成型方法的工艺特点比较，综合考虑该塑件的成型方法选择注射模塑成型。3.2.2 注射成型工艺过程（1）注射前准备：预热、预压装入料斗预塑化和干燥。（2）

15、注塑过程：加料合模注射保压冷却、预塑开模顶出塑件注塑座复位。（3）注射后处理：模具清理、塑件后处理。3.3 ABS注塑成型工艺参数ABS注射成型工艺参数如表3-1所示，试模时根据实际情况作适当的调整。表3-1 ABS注射成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格树脂名称ABS形式直通式注射机类型柱塞式密度（g/cm）1.021.05注射时间/s35吸水率/0.20.4喷嘴温度/C180190模具温度/C5070预热温度t8085成型时间/s注射2090时间h23保压05料筒温度/C后段150170冷却20120中段165180周期50220前段180200螺杆转速（r/min）3060注射压力/MP

16、a119后处理方法红外线烘箱注射温度/C200270压缩比1.82.0温度C70保压压力/MPa5070时间h0.31 4 注射机的选择和注射有关参数的确定4.1 注射机概述注射机（又名注塑机），是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。注塑机的工作原理：与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注射机是生产热塑性塑料制件的主要设备，按其外形注射机可分

17、为立式、卧式和角式三种，本模具采用的是卧式注射机。4.2 注射机的基本参数注射机的主要参数有公称注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。这些参数是设计、制造、购置和使用注射成型机的依据。 （1）公称注射量是指在对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。公称注射量在一定程度上反映了注射机的加工能力，标志着能成型的最大塑料制品，因而经常被用来表征机器规格的参数。 （2）注射压力是指注射螺杆或柱塞的端部作用在物料单位面积上的压力。注射压力是为了克服熔料流经喷嘴、浇道和型腔时的流动阻力，螺杆（或柱塞）对熔料必

18、须施加足够的压力。注射压力的大小与流动阻力、制品的形状、塑料的性能、塑化方式、塑化温度、模具温度及对制品精度要求等因素有关。注射压力的大小要根据实际情况选用，如加工粘度低、流动性好的塑料，其注射压力可选用3555MPa；加工中等粘度的塑料，形状一般，但有一定的精度要求的制品，注射压力可选100140MPa；对高粘度工程塑料的注射成型，其注射压力大约选在140170MPa范围内。加工优质精密微型制品时，注射压力可用到230250MPa以上。 （3）注射时间（注射速率、注射速度）是指注射螺杆或柱塞往模腔内注射最大容量的物料时所需要的最短时间。 （4）螺杆直径和注射行程是指注射机的一次注射量由螺杆直

19、径D和注射行程S所决定，而S值与D值之间应保持一定比例。 （5）塑化能力是指单位时间内所能塑化的物料量。塑化能力应与注射机的整个成型周期配合协调，若塑化能力高而机器的空循环时间太长，则不能发挥塑化装置的能力，反之，则会加长成型周期。（6）注射功及注射功率是指机器在实际使用过程中，能否将一定量的熔料注满模腔，主要取决于注射压力和注射速度，即决定于充模时机器作功能力的大小。注射功及其注射功率即作为表示机器注射能力大小的一项指标。（7）锁模力（合模力）是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。在此力的作用下，模具不应被熔融的塑料所顶开。锁模力同公称注射量一样，也在一定程度上反映出机器所能塑制制

20、品的大小，是一个重要参数，所以有的国家采用最大锁模力作为注射机的规格标称。 （8）合模装置的基本尺寸包括模板尺寸、拉杆空间、模板间最大开距、动模板的行程、模具最大厚度与最小厚度等。这些参数规定了机器所加工制品使用的模具尺寸范围，亦是衡量合模装置好坏的参数。（9）开合模速度（动模板移动速度）是为使模具闭合时平稳以及开模、顶出制品时不使制件损坏，要求模板慢行，但模板又不能在全行程中都慢速运行，这样会降低生产率。因此，在每一个成型周期中，模板的运行速度是变化的：即在合模时从快到慢，开模时则由慢到快再慢。 （10）空循环时间是在没有塑化、注射保压、冷却、取出制品等动作的情况下，完成一次动作循环所需要的

21、时间（秒）。它由合模、注射座前进和后退、开模以及动作间的切换时间所组成。空循环时间是表征机器综合性能的参数，它反映了注射机机械结构的好坏、动作灵敏度、液压系统以及电气系统性能的优劣（如灵敏度、重复性、稳定性等），也是衡量注射机生产能力的指标之一。 综上所述，在选择注射机时应从注射机的基本参数上考虑。4.3 有关塑件的参数确定由2.2.4可知，塑件体积V=2147.76mm3，塑件质量M=2.223g。4.4 初选注射机型号根据塑件所用塑料的类型、体积和重量、塑件的生产批量及产品的特点和设计要求，初选注射机为XS-Z-30型注射机，其注塑机的相关参数如表4-1所示。表4-1 XS-Z-30型注射

22、机主要技术参数名称大小名称大小注射量/cm330模板最大行程/mm160螺杆直径/mm28模具厚度/mm最大180注射压力/MPa119最小60注射行程/mm130喷嘴球径/mmSR12注射时间/s0.7喷嘴孔径/mm4锁模力/KN250锁模方式液压-机械5 注射模具结构设计5.1 确定型腔数目一般来说精度要求高的小塑件和中大型塑件优先采用一模一腔结构，对于精度要求不高的小塑件（没有配合精度要求），形状简单又是大批量生产时，优先采用一模两腔结构。根据塑件精度及经验得，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低4。型腔数目的确定与注射机的公称塑化量、注射机的最大注射量及注射机的锁模力等参数有

23、关，此外还应考虑技术、经济、质量、设备及生产批量模型大小等因素的影响。而该塑件精度要求不高，为一般精度塑件，再依据塑件大小，采用一模八腔的模具结构。5.2 选择分型面5.2.1 分型面及其基本形式分型面是为了塑件及浇注系统凝料的脱模和安放嵌件的需要，将模具型腔适当地分成两个或更多部分，这些可以分离部分的接触表面。分型面是决定模具结构形式的重要形式，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料脱模。分型面可能是垂直于合模方向或倾斜于合模方向，也可能平行于合模方向。分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面。分型面应尽量选择平面的，但为了适应塑件成型的需要和便于

24、塑件脱模，与可采用后面三种分型面。后三种分型面虽然加工较困难，但型腔加工却比较容易。分型面有单分型面和多分型面之分。 方案一：双分型面 选用双分型面形式的优点：模具进料均匀、平稳，表面质量较好。 选用双分型面形式的缺点：增加模具的结构复杂性。 方案二：单分型面选用单分型面的优点：使模具的结构简单化，减小模具的厚度，也节省了模具材料，且在脱模后塑料制件的外表面无浇口的痕迹。进料的距离也大大的缩短了。5.2.2 分型面的选择原则（1）分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处；（2）满足塑件外观质量的要求及保证塑件的精度要求；（3）有利于塑件的留模方式，便于塑件的顺利脱模；（4）分型面的选择应有利于排气；

25、 （5）便于模具的制造；（6）应尽量减少塑件在合模方向上的投影面积；5.2.3 确定分型面根据分型面选择的原则，通过综合分析 零件图的特点，从以上的两个方案进行比较，采用方案二（单分型面）比采用方案一（双分型面）更符合要求。方案二符合了模具的加工经济性，使模具的结构简单化，减小模具的厚度，也节省了模具材料，且在脱模后塑料制件的外表面无浇口的痕迹。因此，本模具成型的零件虽然形状复杂但是结构简单宜采用单分型面。5.3 确定型腔的布置方案 由于该塑件采用的是一模八件非平衡式型腔成型。如图5-1所示。图5-1 一模八件非平衡式型腔6 浇注系统的设计6.1 浇注系统设计的基本原则浇注系统是指模具中由注塑

26、机喷嘴到型腔之间的进料通道。浇注系统设计是注射模设计的一个重要环节，它直接影响注射成型的效率和质量。设计时一般遵循以下基本原则：（1）塑料成型特性不同的塑料组成不同，有特殊要求的温度及剪切速率，设计的浇注系统应适用所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。（2）塑件的大小及形状根据塑件大小、形状、壁厚、技术要求等因素，结合选择分型面，同时考虑设置浇注系统的形式、浇口数量及位置，保证正常成形，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯或型芯受力不匀，以及充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。（3）塑件外观设置浇注系统时应考虑到去除、修整浇口方便，同时不影响塑件的

27、外表美观。（4）模具成形塑件的型腔数设计浇注系统时还应该考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。（5）冷料在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。（6）成形效率在大量生产时，设置浇注系统还应该考虑到在保证成形质量的前提下尽量缩短流程，减少断面面积以缩短填充及冷却时间，缩短成形周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。（7）注射机安装模板的大小在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设浇口，造成注射时受力不匀。因此，本模具的浇注系统设计遵循设计的基本原则，本模具设计符合要

28、求。6.2 普通浇注系统的组成注射模的浇注系统均由主浇道、分浇道、浇口及冷料穴四个部分组成。（1）主浇道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始，到有分浇道支线为止的一段料流通道。主流道是熔体最先流经模具的部分，它起到将熔体从喷嘴引入模具的作用，其尺寸的大小直接影响熔体的流动速度和填充时间。（2）分浇道是主浇道与型腔进料口之间的一段流道，主要起分流和转向作用，即将熔体由主浇道分流到各个型腔的过渡通道，也是浇注系统的断面变化和熔体流动转向的过渡通道。（3）浇口是指料流进入型腔前最狭窄部分，也是浇注系统中最短的一段，其尺寸狭小且短，目的是使料流进入型腔前加速，便于充满型腔，且又利于封闭型腔口，防

29、止熔体倒流。另外，也便于成型后冷料与塑件分离。 （4）冷料穴是在每个注射成型周期开始时，最前端的料接触低温模具后会降温、变硬，被称之为冷料。冷料穴是为防止堵塞浇口或影响制件的质量而设置的料穴，作用就是储藏冷料。冷料穴一般设在主浇道的末端，有时也增设在分浇道的末端。6.3 主浇道设计主流道是熔料注入模具最先经过的一段流道，直接影响到填充时间及流动速度。连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道，主浇道轴线一般位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合，型腔也以此轴线为中心对称布置。主流道太小，熔料流动过程中冷却面积相对增大，注射压力损失大，但主流道太大则会造成塑料损耗大，冷却时间长，发生漩涡及紊流，要求机床

30、可塑化能力增大。因此，必须选择恰当尺寸的流道。主流道的小端直径为5mm，主流道的球面半径取14mm，球面的配合高度取3mm，主流道的长度取42mm。分流道长按具体情况决定，不宜过长或过短且不宜小于8mm。主流道大端直径取6.06mm。浇口套尺寸取45mm。浇口套常采用碳素工具钢T8、T10制造，本套模具中浇口套与定位圈设计成整体形式，浇口套采用T8。热处理后硬度为50HRC55HRC，浇口套如图6-1所示。图6-1 浇口套简图6.4 分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的进料通道。在分流道的设计过程中应该考虑尽可能减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。根

31、据型腔在分型面上的排布情况，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量损失，节约塑件的原料和能耗，L3=610，选取6mm；b=510,选取b=8mm。常用的流道截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等，如表6-1所示。本模具采用梯形截面的流道，如图6-3所示。表6-1 分流道截面的形状截面形状特征热量损失加工性能流动阻力效果效率圆形小较难小最佳0.250D梯形较小易较小良0.195D单面圆形较小易小佳0.153D矩形大易大不良0.250D图6-3 梯形截面分流道根据成型条件不同L=510，取L=8mm。由公式h=2/3b得h=5.3mm。6.5 浇口的设计浇口是流道与型腔之间最短的一段距离，其尺寸狭小。目的是使料流进入型腔前加速，便于充满型腔