1、注塑模具課程設計 學 院：機械工程學院 專業班級：材料111班 姓 名：辛明明 學 號：201106094 指導老師：李麗華 日 期:設計任務書塑件名稱：小油壺蓋 塑件材料：ABS 中小產量 未注圓角R3塑件簡圖： 在設計之前，學生已具備機械制圖、公差與技術測量、機械原理及零件、模具材料及熱處理、模具制造工藝、塑料成型工藝及模具設計等方面必要的基礎知識和專業知識，并已通過金工和生產實習。做過注射成型實驗：韌步了解塑料的成型工藝和生產過程，熟悉多種塑料模具的典型結構。 課程設計的內容包括： (1)獨立擬定塑件的成型工藝，正確選用成型設備。 (2)合理地選擇模具結構。根據塑件圖的技術要求，提出模具

2、結構方案，并使之結構合理，質量可靠，操作方便。必要時可根據模具設計和制造的要求提出修改塑件圖紙的意見，但必須征得設計者或用戶同意后方可實施。(3)正確地確定模具成型零件的結構形狀、尺寸及其技術要求。(4)所設計的模具應當制造工藝性良好，造價便宜。(5)充分利用塑料成型優良的特點，盡量減少后加工。 (6)設計的模具應當能高效、優質、安全可靠地生產，且模具使用壽命長。目錄第1章塑件成型工藝性分析1.1塑件結構特征分析 41.2ABS塑料的性能分析 41.3成型工藝過程及參數 41.4塑件分型面位置的分析和確定 51.5塑件型腔數量及排列方式的確定5第2章 注射機的選擇及工藝參數的校核2.1注射量的

3、計算 72.2選擇注射機 72.3注射機參數的校核 7第3章 澆注系統的形式選擇和截面尺寸的計算3.1主流道的設計 83.2分流道的設計 83.3澆口的設計 93.4冷料穴和拉料桿的設計9第4章成型零件設計及力學計算4.1凹模的結構設計及尺寸計算 104.2凸模的結構設計及尺寸計算 104.3成型零件鋼材的選用 104.4推出方式的確定 104.4模架的選取 11第5章冷卻系統的設計5.1冷卻介質 125.2冷卻系統的計算 12設計總結 14第1章 塑件成型工藝性分析1.1塑件結構特征分析1.1.1外形尺寸：該塑件壁厚為3mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔體流程不太長，適合于注射成型。1.1.2精

4、度等級：未注尺寸按等級公差MT7計算，并對尺寸按入體原則標注。1.1.3脫模斜度：凸、凹模斜度均取1.2ABS塑料的性能分析1.2.1優點:（1）綜合性能較好、沖擊強度較高、化學穩定性、電性能良好。ABS塑膠制品。（2）與有機玻璃的熔接性良好、制成雙色塑件、且可表面鍍鉻、噴漆處理。（3）有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。（4）流動性比HIPS差一點、比PMMA、PC塑膠原料等好、柔韌性好。（5）ABS塑料具有優良的綜合性能，有極好 的沖擊強度、尺寸穩定性好、電能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性，成型加工和機械加工較好。（6）ABS樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和 烴類溶劑，

5、而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。1.2.2缺點：熱變形溫度較低，可燃，耐候性比較差。ABS塑膠原料注塑工藝ABS的流動性介于PS與PC之間，其流動性與注射溫度和壓力都有關系，其中注射壓力的影響稍大，因此成型時常采用較高的注射壓力以降低熔體粘度，提高充模性能。塑料的處理ABS的吸水率大約為0.2%-0.8%，對于一般級別的ABS，加工前用烘箱以80-85烘2-4小時或用干燥料斗以80烘1-2小時。對于含PC組份的耐熱級ABS，烘干溫度適當調高至100，具體烘干時間可用對空擠出來確定。1.2.3指標: 無毒、無味，外觀呈象牙色半透明，或透明顆粒或粉狀。密度為：1.051.18g/cm3收縮率：

6、0.4%0.9%彈性模量值為0.2Gpa泊松比為0.394吸濕性<1% 熔融溫度217-237。 熱分解溫度>250。1.3成型工藝過程及參數1.3.1注射成型過程：（1）成型前的準備:對ABS的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗。進行干燥和預熱，控制水分在0.3%以下。（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，其過程可分為沖模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。（3）塑件的后處理:塑件成型后要進行退火處理。1.3.2注射成型的工藝參數注射機： 螺桿式螺桿轉速/(r.min-1): 3060； 料筒溫度（）：前段200210；中段

7、210230； 后段 180200；噴嘴溫度（）： 180190 直通式模具溫度（）： 5070； 注射壓力（MPa）：7090；保壓壓力（MPa）：5070；成型時間（s）： 注射時間35； 保壓時間1530； 冷卻時間1530； 成型周期4070；1.4塑件分型面位置的分析和確定通過對塑件結構形式的分析，分型面應選在端蓋截面積最大且利于開模取件的底平面上，其位置如下圖所示。1.5塑件型腔數量及排列方式的確定1.5.1型腔數目的確定塑件結構簡單，根據用途推測批量較大，故采用一模四腔結構形式。1.5.2排列方式的確定考慮到塑件自動脫螺紋，所以采用一模四腔，平衡布置，兩行兩列矩形排布。這樣模具尺

8、寸較小，制造加工方便，生產效率較高，塑件成本較低。 第2章 注射機的選擇及工藝參數的校核2.1注射量的計算：2.1.1塑件的體積：15.134cm32.1.2澆注系統凝料體積：澆注系統的凝料可以根據經驗值計算，一般取塑件體積的0.21倍。此次選取塑件體積的0.5倍。V澆=7.567cm3一次注入模具型腔熔料的總體積為:V總=(15.134+7.567)×4=90.804cm32.2選擇注射機：根據V總=90.804cm3，根據公式V公= V總/0.8=113.505cm3初步選擇額定注射量為125cm3的螺桿式注射機。型號為：XS-ZY-125理論注射容量/cm3125最大成型面積/

9、cm2320螺桿直徑/mm42最大開合模行程/mm300注射壓力/MPa120模具最大厚度/mm300注射行程/mm115模具最小厚度/mm200注射方式螺桿式噴嘴圓弧半徑/mm12鎖模力/kN900噴嘴孔直徑/mm42.3注射機參數的校核2.3.1鎖模力的校核： (nA1+Aj)Fn 878.99KN900KN 符合要求。2.3.2模具與注射機安裝部分相關尺寸的校核:澆口套球面尺寸：澆口套內主流道始端的球面必須比注射機噴嘴頭部球面半徑略大一些。取SR=14mm第3章 澆注系統的形式選擇和截面尺寸的計算3.1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，它將注射噴嘴注射的熔體導入分流道或

10、型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模是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沖模時間。另外，由于其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。3.1.1主流道的尺寸:（1）主流道的長度：小型模具應盡量小于60mm，本次設計中取50mm進行設計。（2）主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸+(0.51)mm=(4+1)mm=5mm（3）主流道大端直徑：8.5mm ,式中（4）主流道球面半徑：=注射機噴嘴球頭半徑+(12)mm=(12+2)mm=14mm 。（5）球面配合高度：h3mm5mm，取h3mm。（6）主流道的平均半徑：3.1.

11、2主流道澆口套： 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，易磨損。對材料的要求嚴格，因而盡管小型注射模可以將主流道澆口套與定位圈設計成一個整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優質鋼材進行單獨加工和熱處理。設計中常采用碳素工具鋼（T8A或T10A），熱處理淬火表面硬度為5357HRC。3.1.3主流道的凝料體積： 3.2分流道的設計3.2.1單邊分流道的長度：由于塑件較小，所以取單邊分流道的長度為L=40mm。3.2.2分流道的形狀與尺寸：常用分流道形式有圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等幾種形式，U形分流道加工較容易，且熱量損失與壓力損失均不大，所以選擇U形截

12、面。U形截面分流道的寬度b可在510mm內選取，取b=6mm半徑R=0.5b=3mm，深度h=1.25R=3.75mm 斜角取10° 3.2.3凝料體積:分流道的長度=440=160mm 。分流道截面積=。凝料體積=160×18.822 =3011.523.2.3分流道在分型面上的布置形式：由于塑件在模具內呈兩行兩列矩形分布，所以分流道采用平衡式輻射狀布置。3.2.4分流道的表面粗糙度： 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內部的熔體流動狀態比較理想，因此分流道表面粗糙度值不能太低，一般取Ra=1.6，這可增加外層料熔體的流動阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱

13、層。 3.3澆口的設計此處采用側澆口。因為這類澆口加工和修整方便，應用廣泛，普遍適用于塑件的多型腔模具，且對各種塑料的成型適應性較強。由于澆口截面小，去除澆口較容易，且不留明顯痕接。澆口的長度l=0.82.0mm，取1.5mm。側澆口寬度和側澆口深度尺寸計算 mm h=（0.60.9）§=1.21.8mm 取1.6mm由于澆口體積較小，所以澆口凝料的體積忽略不計。 3.4冷料穴和拉料桿的設計 冷料穴一般設置在主流道和分流道的末端，其作用就是存放兩次注射間隔而產生的冷料和料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而形成各種缺陷。此次設計僅有主流道冷料穴。由于采用推件板推出機構，故采用與球

14、頭形拉料桿匹配的冷料穴。 第4章成型零件設計及力學計算 4.1凹模的結構設計及尺寸計算 根據對塑件的結構分析，本設計中采用整體嵌入式凹模，這種結構加工效率高，裝拆方便，容易保證形狀和尺寸精度。由材料的參數可知，ABS的收縮率為0.4%-0.9%，所以平均收縮率=0.75%塑件尺寸公差按照MT7級計算。查表得 公差=0.021mm 模具制造公差去塑件公差的1/3.凹模深度尺寸計算公式為: =cm4.2凸模的結構設計及尺寸計算凸模是成型制品的內表面的成型零件，通常可以分為整體式和組合式兩種類型。本例設計中采用整體嵌入式凸模。通過對塑件的結構分析可知，該塑件包緊力較大，所以設在動模部分。 模具的制造

15、公差為塑件公差的1/3凸模深度尺寸計算公式為: 公差=0.021mm =cm凸模徑向尺寸計算公式為: 公差=0.025mm =mm4.3成型零件鋼材的選用 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、磨性及良好的抗疲勞性能，同時考慮它的機械加工性能和拋光性能。又因該塑件為大批量生產，所以構成型腔的嵌入式凹模鋼材選用P20（美國牌號）。對于成型塑件內螺紋的螺紋型芯來說，由于脫模時與塑件的磨損嚴重，因此鋼材選用高合金工具鋼Cr12MoV。4.4推出方式的確定根據塑件的成型特點，確定模具型腔在定模部分。模具的型芯在動模部分。塑件成型開模后，塑件和型芯一起留在動模一側。該塑件有螺紋

16、孔，螺紋部分是由螺紋型芯成型的，由于成型塑件的塑料有很好的彈性，可以采用強制脫模的方式，但需要較大的脫模力，故采用脫模板推出機構。4.4模架的選取 根據模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以計算出凹模嵌件所占的平面尺寸為158x158mm,又考慮凹模最小壁厚，導柱、導套的布置等，再同時參考小型標準模架的選型經驗公式，可確定模架序號及結構。4.4.1小型標準模架的選型經驗公式：塑件在分型面上的投影寬度須滿足：；塑件在分型面上的投影長度須滿足：。式中，是推板寬度（mm）；是復位桿在長度方向的間距（mm）；是復位桿直徑（mm）。根據上式求得=158mm，=158mm。參照模具設計大典，可確定選用模

17、架序號為3號（），模架結構為A4型。4.4.2模架各尺寸：A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度為28mm，凹模嵌件深度35mm，又考慮在模板上還要開設冷卻水道，還需要留出足夠的距離，故A板厚度取50mm。B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架標準板厚取50mm。C板（墊塊）尺寸。墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（510）mm=28+16+20+（510）mm=6974mm，初步選定C為80mm。經上述尺寸的計算，模架尺寸已經確定為模架序號為3號，板面為模架結構形式為A4型的標準模架。其外形尺寸為：。4.4.2導向機構的確定：該塑件的要求精度不算高，塑件形狀，型腔分布對稱，無明顯單邊注射傾

18、向，可采用模架本身所帶的導柱導向定位機構，在動模板、脫模板、定模板間使用4對導柱，導柱的長度要確保推件板推出塑件不脫落，在定模板與定模座板間采用2對導柱，保證了澆注系統凝料方便取出，定位精度高。導柱直徑d=25mm 推桿直徑d=10mm 推桿固定板厚20mm 導柱導套的形式第5章冷卻系統的設計5.1冷卻介質本次設計的材料為ABS，查表得成型溫度為200-270，模具溫度為40-80，所以選用常溫水進行冷卻。5.2冷卻系統的計算塑料制品的體積：。塑料制品的質量 : 平均壁厚為2-4mm，所以水孔直徑可取1012mm，取10mm。5.2.1冷水的體積流量公式為： qv 冷卻介質的體積流量，q 單位

19、時間內樹脂在模具內釋放的熱量，KJ/kg； c 冷卻水的比熱容J/（kg.k)； 冷卻介質的密度，； 1 冷卻介質的出口溫度，；取60 2 冷卻介質的進口溫度，；取20M 單位時間(每小時)內注入模具的塑料質量，Kg/h； 設每分鐘兩次，得M = 2×60×0.073kg/min = 8.76kg/h查表得單位時間內ABS在模具中釋放的熱量為q=4×105J/kg冷卻水的比熱容為：c=4.2×10³ J/（kg)冷卻水的密度：=1000kg/m3 =0.00045.2.2冷卻水在管道內的流速V 公式10-161得：=0.51 m/s式中 V 冷卻介質的流速，m/s； qv 冷卻介質的體積流量，m3/s；d 冷卻水管的直徑，mm。5.2.3冷卻水的表面傳熱系數 由表11-4 得，用插值法求的取 =10.25。 = = 3716.3W/(m2·K) 式中 與冷卻介質溫度有關的物理系數； 冷卻介質在一定溫度下的密度，kg/m3； v 冷卻介質在圓管中的流速，m/s； d 冷卻水管的直徑，m。5.2.4冷卻水管總傳熱面積：A= 0.013m2 式中 冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱膜系數，W/(m2·K)m 模具成型表面溫度， 。 w冷卻水的平均溫度，。5.2.5冷卻管道總長度:由