1、第一章 緒論1.1課程設計的背景和意義課程設計是對我們專業知識的一次實踐性綜合大考察，是培養學生綜合運用所學的理論知識和技能，去解決問題的實踐性教學環節，也是鍛煉學生把實踐各種軟件作圖技巧和用電腦編輯，書面語言表達總結的能力，有以下目的：1、理論分析、制定設計和試驗方案學習的能力。2、調查研究、查閱中外文獻和收集資料的能力。3、實驗研究和數據處理的能力。4、設計、計算和繪圖的能力。5、綜合分析、總結提高、編制設計說明書及撰寫科技論文的能力。1.2 注塑機簡介注射機是注射成型的主要設備，選擇注射機時，必須了解注射機的各主要工藝參數，使模具在注射機工藝參數的許可范圍內，主要包括一下幾項：最大注射量

2、、最大注射壓力、鎖模力、閉合高度、開模行程。1.3 課程設計和論文的主要內容(1) 圖示零件注射成型工藝的分析（包括材料性能、成型工藝、塑件結構的分析）；(2) 分析選擇并確定注塑模具的結構；(3) 進行工藝計算，選擇并校核注射機；(4) 繪制模具總裝圖及型芯、型腔零件圖；(5) 編寫上述內容的設計說明書。第二章 塑件成型工藝分析2.1 塑件分析（1）外形尺寸 該塑件壁厚為1.2mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔體流程不太長，適合于注射成型。（2）精度等級 塑件每個尺寸的公差不一樣，任務書中已給定尺寸公差一般為mt5，有配合的地方為mt3。（3）脫模斜度 abs屬于無定型塑料，成型收縮率較小，參考

3、教材表210選擇該塑件上型芯和凹模的統一脫模斜度為1度。2.2 abs的性能分析（1）使用性能 綜合性能好，沖擊強度、力學強度較高，尺寸穩定，耐化學性，電氣性能良好；易于成型和機械加工，其表明可以鍍鉻，適合制作一般機械零件、減摩零件、傳動零件和結構零件。（2）成型性能 1）無定型塑料。其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應按品種來確定成型的方法及成型條件。 2）吸濕性強。含水量應小于0.3%（質量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件要求長時間預熱干燥。 3）流動性中等。溢邊料0.04mm左右。 4）模具設計時要注意澆注系統，選擇好進料口位置，形式。推出力過大或機械加工時塑件表面呈

4、現白色痕跡。 5）abs的主要性能指標，其性能指標見表1-1： 密度 g/cm1.02-1.08彈性模量 mpa1.810比容 cm/g0.86-0.98彎曲強度 mpa80吸水率%（24h）0.2-0.4硬度 hb9.7r121收縮率%0.4-0.7體積電阻率 .cm6.91016熔點c130-160擊穿電壓 kv/mm15熱變形溫度c0.46mpa 90-1081.185mpa 83-103沖擊強度 kj/m15.7-15.9抗拉屈服強度 mpa502.3 abs的注射成型過程及工藝參數 （1）注射成型過程 1）成型前的準備。對于abs的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，由于abs吸水性較大，

5、成型前應進行充分的干燥。 2）注射過程。塑件在注射機料筒內經過加熱、塑化達到流動狀態后，由模具的澆注系統進入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。 3）塑件的后處理。處理的介質為空氣和水，處理溫度為6075，處理時間為1620s。 （2）注射工藝參數 1）注射機：柱塞式，速度30r/min。 2) 料筒溫度（）：后段150170； 中段165180； 前段180200。 3）噴嘴溫度（）：170180. 4）模具溫度（）：5080。 5）注射壓力（mpa）：80110. 6）成型時間（s）：12s（注射時間取2.9。冷卻時間1，脫模時間8.1）。第三章 擬定模具的結構

6、形式和初選注射機3.1 分型面位置的確定通過對塑件結構形式的分析，分型面應選擇在塑件面積最大且有利于開模取出塑件的平面上，其位置如圖31所示。 圖3-1 分型面的選擇 3.2 型腔數量和排位方式的確定（1）型腔數量的確定 由于該塑件的精度要求不高。塑件尺寸較小，且為大批量生產，用一模多腔的結構形式。同時，考慮到塑件的尺寸、模具結構尺寸的關系，以及制造費用和個成本費用等因素，初步選定為一模八腔結構形式。（2）型腔排列形式的確定 由于該模具選擇的是一模八腔，故流道采用h型對稱排列，使用平衡進料，如圖3-2所示。 圖3-2 型腔數量的排列布置（3）模具結構形式的初步確定 由以上分析可知，本模具設計為

7、一模八腔，故采用h型排列，根據塑件結構形狀，推出機構初選推件推桿推出方式。澆注系統設計時，交口采用側交口，且開設在分型面上。綜上分析可確定采用細水口的單分型面注射模。 3.3 注射機型號的確定 1）注射量的計算 塑件體積：v塑=0.27 cm 塑件質量：m塑=pv塑=1.05x0.27=0.28 g 式中，p可根據表1-1取1.05g/ cm 2)澆注系統凝料體積的初步估算 由于澆注系統的凝料在設計之前不能確定準確的數值，但是可以根據經驗按照塑件體積的0.2倍1倍來估算.由于本次設計塑件體積較小，因此澆注系統的凝料按塑件體積的1倍來估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統的凝料和8

8、個塑件體積之和）為 v總=1.2nv塑=（1+0.2）x8x0.28=2.688 cm 3）注射機的選擇 根據以上計算得出在一次注射過程中注入模具型腔的塑件的總體積為v總=2.688cm，并結合教材式（4-18）則有：v總/0.8=3.36cm。根據以上的計算，初步選擇公稱注射量為3.36cm，注射機型號為xs-z-30柱塞式注射機，其主要參數見表3-1.表3-1 注射機主要技術參數理論注射量/cm330移模行程/mm160螺桿直徑/mm28最大模具厚度/mm180注射壓力/mpa119最小模具厚度/mm60注射行程/mm130模板尺寸/mm250280注射時間/s0.7拉桿空間/mm235塑

9、化能力/(g/s)4噴嘴球半徑/mm12合模力/n2.5105噴嘴口直徑/mm4注射方式柱塞式定位孔直徑/mm63.54）注射劑的相關參數的校核（1）注射壓力校核。有設計指導手冊表2-1可知，abs所需注射壓力為130150mpa,這里取p0=130mpa.該注射機的公稱壓力為p公=119mpa，注射壓力安全系數k1=1.251.4，這里取k1=1.2，則：k1p0=1.2x80=96mpap公，所以，注射機注射壓力合格。（2）鎖模力校核。 1）塑件在分型面上的投影面積 a塑=3.14/4（9.32*9.32-6.42*6.42）=35.53mm22）澆注系統在分型面上的投影面積a澆，即交道凝

10、料在分型面上的投影面積a澆數值，可以按照多型腔模具的統計分析來確定。a澆是每個塑件在分型面上的投影面積a塑的0.2倍0.5倍。這里取a澆=0.2a塑。3）塑件和澆注系統在分型面上總的投影面積，則： a總=n（a塑+a澆）=n(a塑+0.2 a塑)=8x（35.53+7.1）=341.08mm24）模具型腔內的脹型力f脹，則f脹=a總p型=341.08x35=11.938kn其中由設計指導手冊表2-2查的取p型=35mpa由表3-1可知該注射機的公稱鎖模力f鎖=250kn，鎖模力安全系數為k2=1.11.2 這里取k2=1.2，則取k2f脹=1.2x341.08=14.325knf鎖，所以注射機

11、鎖模力滿足要求。對于其他的安裝尺寸的校核要等到模架選定，結構尺寸確定后方可進行。第四章 澆注系統的設計4.1 主流道的設計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和充模時間。另外，由于主流道與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，因此設計中常設計成可拆卸更換的澆口套。4.1.1 主流道尺寸（1）主流道的長度 一般由模具結構確定，對于小型模具l應盡量小于60，本次設計初取50mm計算。（2）主流道小端直徑 d = 注射機噴嘴尺寸 + （0.5-1）mm

12、 = 4.5mm。（3）主流道大端直徑 d = d + l主tan()=8mm,式中a=40（4）主流道球面半徑 sr = 注射機噴嘴球頭半徑 + （1-2）mm = 12+2=14mm(5) 球面配合高度 h = 3mm4.1.2 主流道的凝料體積v主= l主（r2主+r2主+r主r主）/3=1573.3mm34.1.3 主流道當量半徑 rn = (2.25+4)/2=3.125mm4.1.4主流道交口套的形式主流道小端入口處與注塑機噴嘴反復接觸，屬易損壞，對材料要求較嚴，因而模具主流道常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效地選用優質鋼材單獨進行加工和熱處理，常采用45鋼或合金

13、鋼等，熱處理硬度為52-56hrc。此設計若采用分開式結構，主流道比較長，凝料體積比較大，因此把襯套和定位圈做成一整體的延伸式澆口套。因為流道長短與所選模架有關，所以在確定流道尺寸之前應根據型腔數量及布局估算動定模板的平面尺寸，即粗定模架的型號和規格，這樣才使得理論計算有據可依。根據布局及考慮到模板壁厚、順序分型時在主分型面的一些元件的布置等，選用側點交口模架，規格為350400，查設計指導手冊表7-4得：h4 = 45，h5 =20，澆口形式如圖4-1所示。圖4-1 主流道交口套的結構形式4.2 分流道的設計4.2.1 分流道的布置形式 為了盡量減少在流道內的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低

14、，同時還要考慮減少分流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道。4.2.2 分流道的長度 根據兩個型腔的結構設計，分流道的長度適中，h型的分流道布置，幾級分流道的大小如圖 ，如圖4-2所示。圖4-2 分流道布置形式 4.2.3 分流道的當量直徑 流過分流道塑料的質量 m塑 = nv塑 =1.05x0.27x8=2.268 g 200g根據教材式（4-16），分流道的當量直徑為 d分=dfl=3.5*1.5=3.675mm4.2.4分流道截面形狀本設計采用梯形截面，其加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失、流動阻力均不大。4.2.5分流道截面尺寸由于分流道當量直徑太小，為方便選擇道具加工本次設計采用

15、梯形的上底寬度為b = 5mm ,地面圓角的半徑取r = 1mm,梯形高度取h =3.5mm ,下底寬度為b= 4mm，通過計算得梯形斜度= 5，基本符合要求。4.2.6 凝料體積 分流道的長度為l分 =（55+50+7.5+25+25）x2=325mm 分流道截面積 a分 = （b+b）h/2 =15.75 mm2 凝料體積 v分 = l分a分 = 32515.75 = 5.118cm3 取v分 = 4.6 cm34.2.7校核剪切速率 確定注射時間：查設計指導手冊表13-1,可取t = 0.86s 計算單邊分流道體積流量：q分 =（v分/2+v塑）/t=3.3 cm3/s 由教材式（4-2

16、0）可得剪切速率 r 分 = 3.3q分/r3分 = 5947 s-1該分流道的剪切速率不處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率在5102 5103s-1之間。4.2.7分流道的表面粗糙度和脫模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取ra 1.25m-2.5m即可，此處取ra 1.6m。4.3 澆口的設計4.3.1 側澆口尺寸的確定 根據教材表4-10, 由于此塑件壁厚為1.2mm，計算得側澆口的深度h取h=0.7*2=1.4 mm ,寬度b取0.4 mm,澆口長度取0.75mm。4.3.2 側澆口剪切速率的校核。 確定注射時間：查設計指導手冊表13-1，取t= 0.86s 計算澆口體積流量

17、：q澆 = v塑/t = 0.27/0.86= 0.3139cm3/s 計算澆口的剪切速率： r = 3.3q分/r3澆=4000 s-1 4x104 s-1,剪切速率合格。4.4 校核主流道的剪切速率上面分別求出了塑件的體積、主流道的體積、分流道的體積以及主流道的當量半徑，這樣就可以校核主流道熔體的剪切速率。4.4.1 計算主流道的體積流量 q主 =（ v主 + v分 + nv塑）/t =( 1.573 + 4.6 + 80.27)/2.5= 9.6893/s4.4.1 計算主流道的剪切速率 r =3.3q主/r3主 = 3.39689/3.143.1253 = 333s-1 主流道的剪切速

18、率不處于澆口與分流道的最佳剪切速率5102 5103s-1之間。4.5 冷料穴的設計及計算冷料穴位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是儲存熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔而影響制品的表面質量。由于該塑件要求表面沒有印痕，采用脫模板推出塑件，故采用與球頭形拉料桿匹配的冷料穴。開模時，利用凝料對球頭的抱緊力使凝料從主流道襯套中脫出。第五章 成型零件的結構設計及計算5.1 成型零件的結構設計5.1.1凹模的結構設計 凹模是成型制品外表面的成型零件。按凹模結構的不同可將其分成整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。本設計中采用整體嵌入式凹模，如5-1圖所示。圖5-1 凹模結構示意圖5.1.2 凸

19、模的結構設計凸模是成型塑件內表面的成型零件，通常可以分為整體式和組合式兩種類型。該塑件采用組合式型芯，如5-2圖所示，因為塑件的抱緊力較大，所以設在動模部分。5-2凸模結構示意圖5.2 成型零件的鋼材選用根據對成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的剛度、強度、耐磨性及良好的抗疲勞性，同時考慮它的機械加工性能和拋光性能。又因為該塑件為大批量生產，所以構成型腔的整體式凹模剛才選用p20。對于成型塑件內表面的型芯來說，由于脫模時與塑件的磨損嚴重，此剛才選用p20鋼，進行滲氮處理。 5.3 成型零件工作尺寸的計算采用教材表4-15中的平均尺寸法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照零件圖中給定的公

20、差計算。5.3.1型腔徑向尺寸的計算 凹模部分 塑件外部徑向尺寸的轉換ls1 =9.320.14 mm = 9.46 0-0.28 mm ,相應的塑件制造公差 1 = 0.28mm ;ls2 =6.420.28mm=6.560-0.28mm，相應的塑件制造公差2 =0.28mmlm1 =（1+scp）ls1- x110+z1 = (1+0.0055)9.46-0.60.280+0.14 = 9.340+0.046mmlm2 =（1+scp）ls2- x220+z2 = (1+0.0055)6.56-0.60.28 0+0.046=6.4280+0.046式中，scp是塑件的平均收縮率，查教材表

21、1-2可知abs的收縮率為0.3%0.8%，所以其平均收縮率scp=（0.003+0.008）/2=0.0055；x1 ，x2是系數，查設計指導手冊表2-10可知x1=x2= x3=0.56；1，2，3分別是塑件上相應尺寸的公差（下同）；z1,z2，z3是塑件上相應的尺寸制造公差，對于中小型塑件取=/6（下同）5.3.2 型腔深度尺寸的計算 塑件高度方向尺寸的換算：1）定模部分塑件高度的尺寸hs1 = 10.220.26=10.480-0.52 mm ，相應的公差1 = 0.52 hm1 =（1+scp）hs1- x110+z1 = (1+0.0055)10.48-0.60.520+0.086

22、 = 10.220+0.086mmhs2 = 9.120.2=9.320-0. 4 mm ，相應的公差2 = 0.4 hm2 =（1+scp）hs2- x220+z2 = (1+0.0055)9.32-0.60.40+0.066 = 9.1310+0.066mm5.3.3 型芯工作尺寸計算。 塑件內部徑向尺寸的轉換ls1 =6.840.14 = 72.570+0.28mm , s1 = 0.28mmlm1 =（1+scp）ls1+ x110-z1 = (1+0.0055)6.7+0.70.280-0.046 =6.9320-0.046ls2=4.960.12 = 4.480+0.24mm ,

23、s1 = 0.24mmlm2 =（1+scp）ls1+ x110-z1 = (1+0.0055)4.48+0.70.240-0.04 =5.0340-0.045.3.4 型芯高度尺寸計算。 塑件高度尺寸轉換：hs1= 7.480.14=7.7+0.280 mmhm1=（1+scp）hs1+ x110-z1 = (1+0.0055)7.7+0.650.28-0.046 = 7.922-0.046+0.0 mmhs1 = 20.1=1.9+0.20 mmhm1=（1+scp）hs1+ x110-z1 = (1+0.0055)1.9+0.630.2-0.330 = 2.036-0.33+0.0 mm

24、塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的標注如圖5-3所示5.4 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算5.4.1凹模側壁厚度的計算 凹模側壁厚度與型腔內壓強及凹模的深度有關，其厚度根據本教材表4-19中的剛度計算公式計算。s =（3ph4/2ep）1/3 =（3359.124/22.11050.014）1/3 =1.01mm式中，p是型腔壓力（mpa）；e是材料的彈性模量（mpa）;h=w，w是影響變形的最大尺寸而h=9.12 mm；p是模具剛度計算許用變形量。根據注射塑料品牌而定參考教材設計p=0.014mm。根據型腔的布置，初步估算模板平面尺寸選用200230，它比型腔的布置的尺寸大得多，所以完全滿足強

25、度和剛度的要求。5.4.2 動模墊板厚度的計算動模墊板厚度和所選木模架的兩個墊塊之間的跨度有關，根據前面的型腔布置，模架應選在350400這個范圍內，查設計指導手冊表7-4墊塊之間的跨度大約為l = 350 263 = 224mm。那么根據型腔布置及型芯對動模板的壓力就可以計算得到動模墊板的厚度，即t = 0.54l(pa / el1p) 1/3 = 0.54124（35293.81/2.11052001.304）1/3=3.84mm。式中，p是動模墊板剛度計算許用變形量，參照教材取其值為1.304mm;l是兩個墊塊之間的跨距約為124mm；l1是動模墊板的長度取200mm；a是8個型芯投影到

26、動模墊板上的面積。單個型芯所受壓力面積為：a1=/4*r2=3.14/4 x 6.842 =36.73 mm2兩個型芯的面積：a=8x a1=293.81 mm2依據上述計算動模墊板可按照標準厚度取1.52mm，滿足要求。第六章 脫模推出機構的設計6.1.1推出方式的確定本塑件采用脫模板推出方式。脫模板退出時為了減小脫模板與型芯的摩擦，設計中在脫模板與型芯之間留出0.2mm的間隙，并采用錐面配合，如圖6-1所示，可以防脫模板因偏心而產生溢料，同時避免了脫模板與型芯產生摩擦。圖6-1 型芯與脫模板結構示意圖 1推桿 2型芯 3脫模板 4型芯固定板 5工件6.1.2脫模力的計算1）6.84主型芯脫

27、模力因為 = r /t = 3.42/1.2 = 2.8510 ，所以算是薄壁圓筒的受力狀態，根據厚壁筒形脫模力的計算公式可得： f = 2tesl（f tan）/(1+ k1)k2 +0.1a=23.1418003.420.0055（9.12-1.2）（0.45-tan1）/(1+0.36.698)1.007+0.1x3.14x3.422 = 197.7n 2）4.96小型芯脫模力因為 = r /t = 2.48/1 = 2.4810 ，所以算是薄壁圓筒的受力狀態，根據厚壁筒形脫模力的計算公式可得： f = 2tesl（f tan）/(1+ k1)k2 +0.1a=23.1418002.48

28、0.00552（0.45-tan1）/(1+0.36.698)2.0645）1.007+0.1x3.14x3.422 = 39.27n 6.1.3推出方式的確定（1）推板推出許用應力校核 1）推出面積 a板=（r2-r2）=3.14x2x64=401.92 mm2 2）推板推出應力 根據設計指導手冊表2-12許用應力【】=11mpa =f/a=236.96/401.92=0.589mpa【】 合格（2）推桿推出許用應力校核1）推出面積 a板=（d2-d2）=31.46 mm2 2）推板推出應力 根據設計指導手冊表2-12許用應力【】=11mpa =f/a=236.96/31.46=7.53mp

29、a【】 合格第七章 模架的選擇查設計指導手冊表7-4得wl = 350mm400mm及各板的厚度尺寸。7.1各模板尺寸的確定 （1）定模型腔板 塑件高度為9.8mm。考慮到模板上還要開設冷卻水道，還需留出足夠的距離。故定模型腔板厚度取40mm。（2）型芯固定板，按模架標準板厚取45。（3）墊塊尺寸， 墊塊 = 推出行程+ 推桿固定板厚度 +(5-10)mm = （10+45+510）mm = 60 65初步定為90mm。其他尺寸按標準標注，如下圖所示。7.2 模架各尺寸的校核根據所選注塑機來校核模具的尺寸。模具平面尺寸350mm400mm400300（拉桿間距），校核合格。模具高度尺寸320m

30、m，285320355（模具最大厚度和最小厚度）模具的開模行程s = 10+50+（5-10）= 6570340，校核合格。第八章 排氣槽及冷卻系統的設計8.1 排氣槽及冷卻系統的設計 該塑件由于采用側澆口進料熔體經塑件下方的臺階向上充滿型腔，其配合間隙可作為氣體排出方式，不會再頂部產生憋氣現象。同時，地面的氣體會沿著分型面、型芯和推件板之間的間隙向外排出。8.2 冷卻系統的設計 冷卻系統的計算很麻煩，在此只能進行簡單的計算。設計時忽略模具因空氣對流、輻射以及與注射機接觸所散發的熱量，按單位時間內塑料熔體凝固時候所放出的熱量應該等于冷卻水所帶走的熱量。8.2.1冷卻介質abs屬流動性好的材料，

31、其成型溫度及模具溫度分別為160220和8090。熱變形溫度為102115。所以模具溫度初步選為50，用常溫水對模具進行冷卻。8.2.2 冷卻系統的簡單計算1) 單位時間注入模具中的塑料熔體的總質量w（1）塑料制品的體積 v = v主 + v分 + nv塑 = 8.333（2）塑料制品的質量 m = v = 0.27 1.05= 0.28 g（3）塑件壁厚為1.2，查教材表4-34得t冷 =2.9s 。注射時間t注 = 1s ,脫模時間8.1s,則注射周期：t = t注+ t冷+ t脫 =12 s。由此可得每小時注射次數n = 300次。（4）單位時間內注入模具中的塑料熔體總質量為：w = n

32、m = 3000.00028=0.084/h2）確定單位質量的塑件在凝固時放出的熱量qs 查教材表4-35知abs的單位熱流量取qs=370kj/。取3）計算冷卻水的體積流量qv設冷卻水道入水口的水溫為t2 = 22，出水口的水溫為t1 = 25，取水的密度 = 1000/m，水的比熱容c = 4.187kj/()，則根據公式可得： qv = wqs/60c(t1 t2) = 0.084370/6010004.187（25-22）= 4.12x10-5 m/min4)確定冷卻水路的直徑d當qv =4.12x10-5m/min 時，為了使冷卻水處在湍流狀態，取模具冷卻水孔的直徑d =1mm。5)冷卻水在管內的流速vv = 4qv/60d2 = 44.12x10-5/603.140.0012 =0.087m/s6)求冷卻管壁與水交界面的膜轉熱系數h因為平均水溫為23.5，查教材表4-31可知f = 0.672,則有： h = 4.187f(v)0.8