1、課 程 設 計 課程名稱 塑料成型模具課程設計 題目名稱 擋圈注塑模具設計 一、注塑制品的注塑工藝分析二、擬定模具的結構形式三、確定模具基本結構和模具結構設計四、塑料模具制造技術要求五、設計小結六、參考資料1、 塑料零件圖及說明、要求：該塑料產品的材料為ABS，結構簡單壁厚均勻為4mm，大批量生產，無特殊要求。圖1 塑料零件技術要求：1）未注外表面粗糙度：Ra3.2塑件分析1）外形尺寸該塑件壁厚為4mm，塑件外形尺寸不大，熔體流程不太長，適合于注射成型。2）精度等級所有尺寸均未標注公差，屬于一般精度，參考表2-3得ABS公差等級為MT5。3）脫模斜度ABS屬無定型塑料，成型收縮率較小，參考表2

2、-10選擇該塑件型芯、凹模統一脫模斜度為1°，側抽芯取30。2、 塑件的體積計算計算塑件的體積是為了選用注射機及確定型腔數。如圖二所示，通過PRO/E三維軟件建模計算得：V件=8.318cm3M=P*V=8.32*1.1=9.2g圖二 單個塑件體積3、 材料性能 ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成，屬于熱塑性塑料，該材料綜合性能好，沖擊強度、力學強度較好，尺寸穩定，耐化學性，電氣性能良好；易于成型和機械加工，適合制作一般機械零件、減摩零件、傳動零件和結構零件。4、成型特性及條件 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方法及成

3、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應要求長時間預熱干燥。3）流動性中等。溢邊值為0.04毫米左右。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現出白色痕跡。5、ABS主要性能指標（見塑料成型工藝及模具設計P226）表1 ABS主要性能指標性能單位數值密度g/cm31.02-1.16比體積cm3/g吸水率%0.2-0.4收縮率%0.3-0.8熔點130-160比熱容J.（kg.°C）-11470屈服強度MPa50拉伸強度MPa38拉伸彈性模量MPa1.8×103抗彎強度MPa80抗壓強

4、度MPa53彎曲彈性模量MPa1.8×1036、ABS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ABS的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，由于ABS吸水性較大，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，其過程為沖模-壓實-保壓-倒流-冷卻。 3）塑件的后處理。處理的介質為空氣和水，處理溫度為60-75，處理時間為16-20s。（2）注射工藝參數： 1） 注射機：螺桿式，螺桿轉速為30r/min。2）料筒溫度（）： 料筒后段溫度：150-170；料筒中段溫度：165-180；料筒前段溫度：1

5、80-200；3） 注射壓力：考慮到塑件不大，結構不算復雜，厚度較小，可以用較低的注射壓力。對于螺桿式注射機一般取60Mpa-100Mpa。 4） 模具溫度（）：50-80。ABS對于模溫要求較低，僅需設置冷卻系統即可，采用循環水冷卻。 5） 噴嘴溫度（）:170-180。7）成型時間（s）：（注射時間取1.6）7、塑件的表面質量分析：塑件為結構件，在使用上只要求一般的配合精度，且粗糙度等級為3.2級、塑件的尺寸均無公差要求，對應的模具零件的尺寸加工容易保證。注射時,在工藝參數控制得較好的情況下，制件的成型要求可以得到保證。1、 分型面位置的確定1）通過對塑件結構形式的分析，分型面應選在端蓋截

6、面積最大且利于開模取出塑件的底平面上，擬選定分型面為塑件圓端面。2）澆注系統凝料體積的初步估算該塑件的精度要求不高，屬小型塑件，且形狀簡單，又為大批量生產，初定為一模兩腔平衡的模具形式。根據經驗按照塑件體積的0.2-1倍來進行估算，由于本次采用流道簡單并且較短，因此澆注系統的凝料按塑件體積的0.3倍來估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為V總=V塑（10.3）×2=8.318×1.3×2=21.63cm3額定注射用量: V總/0.8=27.038cm3根據一次所需要的注射量，根據塑料模具技術手冊P235 表3-48初步選擇螺桿式注塑成型機: SZ-100/80

7、注射機。 表2 SZ-100/80型注射機的主要參數螺桿直徑/mm35注射量/cm3100模具厚度/mm最大300鎖模力/KN800最小170注射壓力/MPa170噴嘴球半徑/mm10模板最大行程/mm305定位孔直徑/mm100模板尺寸寬×長/mm320×3202、 注射機有關參數的校核和最終選擇1）鎖模力的校核單個塑件在分型面上的投影面積A1=/4×（382-302）mm2=427 mm2澆注系統在分型面上的投影面積A2=K1A1（K1為統計分析所得，為0.2-0.5，這里取K1=0.2）投影總面積A=n（ A1 A2）=2×1.2×427

8、 mm2=1024.8 mm2模具型腔內脹型力取型腔壓力P腔=35Mpa(根據塑料成型工藝及模具設計P74查得ABS型腔壓力一般取35MPa)。脹型力F=P腔×A =35×1024.8=35868N=35.868KN由表2可知注射機的公稱鎖模力F鎖=800KN，鎖模力安全系數為K2=1.1-1.2，這里取K2=1.2，則K2×F=1.2×35.868=43.042KNF鎖即所選注塑機的鎖模力滿足要求2）注射機壓力校核必須滿足：P成P注式中 P成塑件成型塑件所需的注射壓力，MPa或N/ cm3而P成=80-110MPa，（表4-1）取中間值100MPa,

9、,   P塑所選注射機的額定注射壓力，MPa或N/ cm3而P塑=150MPa，注射壓力安全系數K3=1.25-1.4，這里取 K3=1.3，則： K3 P成=1.3×100=130170P成P注,所以所選注塑機的注射壓力滿足要求。3）型腔數量和排列方式的確定1）型腔數量的確定1、根據注塑機的合模力 式式中 F注塑機的額定合模力N N型腔數目 P腔塑料熔體對型腔的平均壓力 MPa A2澆注系統在分型面上的投影面積 CM2 A1單個產品在分型面上的投影面積 CM2 即n（320000-35×427×0.2）/35 ×427可得

10、220，即一模兩腔。2）型腔排列形式的確定 多型腔模具盡可能采用平衡式排列布置，且要力求緊湊，并與澆口開設的部位對稱。擬定以下三種排列形式：方案一方案二方案三方案一型腔布置和澆口開設部位對稱，但流程過長；方案二的流程短，壓力及熱量損失較小，但是結構不夠緊湊；方案三的流程短，結構對稱、緊湊，減小了模具的外形尺寸；由于工件含有側孔，考慮到側向抽芯結構的影響，采用方案二能夠使結構最簡單緊湊。3、澆注系統的設計A、 主流道的設計 主流道是連接注射機噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，帶有一定的錐度，其主要設計特點： （1）ABS的流動性好，主流道的錐角為2°-4

11、°取3°。 （2）主流道的長度L，對于小型模具L應盡量小于60mm，本次設計初取40mm計算。 （3）主流道小端直徑： d=注射機噴嘴直徑+（0.5-1）mm=3.6mm. （4） 主流道大端直徑： D=d+2L*tana a:圓錐角2度到4度，這里取a=4度代入數值有： D=3.6+2*50*tan2=7mm; (5)主流道球面半徑： SR=注射機噴嘴球頭半徑+（1-2mm）=12mm. (6)球面的配合高度取h=2/5×10=4mm(7)主流道凝料體積： V主=L主（R主2+r 主2+R主*r主）*/3=40*（3.52+1.82+3.5*1.8）*3.14/

12、3=912.3mm 3=0.91cm3(8)主流道當量半徑： Rn=(3.5+1.8)/2=2.65mm 結合上述尺寸繪制主流道的結構，如圖所示：主流道尺寸分流道設計分流道就是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向的作用。多型腔模具必定設計分流道，單型腔大型腔塑件在使用多個點澆口時也要設置分流道。 分流道的截面形狀：通常分流道的斷面形狀有圓形、矩形、梯形、U形和六角形等。為了減少流道內的壓力損失和傳熱損失，提高效率，我們這里就選用圓形分流道，如圖六。 圖六 圓形流道分流道的尺寸：可根據（0.8-0.9）×主流道大端直徑計算，得D=6mm 分流道的布置：分流道的布置取

13、決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道的布置形式分平衡式與非平衡式兩類，這里我們選用的是平衡式的布置方法。分流道與澆口的連接：分流道與澆口的連接處應加工成斜面，并用圓弧過渡，有利于塑料熔體的流動及充填。(4)分流道截面形狀：為便于加工和凝料的脫模，又分流道大多設計在分型面上，本設計采用圓形截面，其加工工藝性好，且塑料熔體 熱量散失，流道阻力均不大。單邊分流道長度L分取35mm. （5）分流道截面積： A分=（3*3）*3.14=28.26cm2（6） 凝料體積： 1） 分流道的長度L分=35*2=70mm 2）凝料體積： V分=L分*A分=70*28.26=1978mm3 =2cm3 4） 校核

14、剪切速率： 1） 確定注射時間：t=0.8S 2） 計算分流道體積流量： q分=（V分+V塑）/t=(2+8.318)/0.8=12.9cm3 3)由文獻【1】式4-20可得剪切速率： R分=3.3q分/R分3=5.02*102S-1該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道最佳剪切速率之間，即剪切速率合格。澆口設計（1）模具為一模兩腔結構，需從制品的外側邊緣進料，所以選擇側澆口，為使模具結構緊湊，降低制模成本，采用矩形側澆口。（2）計算側澆口的深度h: （見塑料成型工藝及模具設計P103），得： h=nt=0.7*4=2.8mm; t: 塑件壁厚為4mm， n: 塑料成型系數，對于ABS，其成

15、型系數為0.7. 根據推薦的側澆口深度（表4-9）為，為便于試模時發現問題進行修模處理，故此處取澆口深度h為1.4mm； 計算側澆口的寬度： 據表4-10式，b=0.7×根號4657/30=1.58，取b=1.6mmA為凹模型腔面積（2mm），約為塑件的外表面計算澆口長度：應小于澆口厚度h，對于一般的制品，取長度 L=0.5mm0.75mm則長度取L=0.7mm。 側澆口與制品連接處應做成R0.5圓角或0.5×45°倒角以防止分離澆注系統時拉裂制品。 （6） 側澆口剪切速率的校核： 1） 計算澆口的當量半徑：由面積相等可得:R2澆=bh，可得矩形澆口的當量半徑R澆

16、=（bh/）1/2= 0.8） 校核澆口的剪切速率： 確定注射時間t=0.8S；計算澆口的體積流量： q澆=V塑/t=8.318/0.8=10.4cm3/s=1.04×104mm3/s 計算澆口的剪切速率：r流=3.3qv/Rn3=3.3×1.04×104/3.14/（1.4×1.6/3.14）3/2=1.81×104s-1 該矩形側澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率范圍之內，符合要求。 3） 校核主流道的剪切速率： 計算主流道的體積流量：q主=（V主+V分+nV塑）/t=（0.91+2+2×8.318）/0.8=24.43

17、cm3/s 計算主流道的剪切速率： r主=3.3q主/R主3=3.3×24.43×103/3.14/（2.625）3=1.41×103s-1 主流道的熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率范圍之內，符合要求。冷料井設計冷料穴位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔而影響制品的表面質量。本設計僅有主流道冷料穴，采用脫模板推出塑件，且采用與球頭形拉料桿匹配的冷料穴。第 七 部分 成型零件的工作尺寸計算一、凹模的結構形式：凹模是成型塑件外輪廓的零件。根據需要有以下幾種結構形式：整體式凹模、組合式凹模、拼塊組合式凹模，我們的產

18、品屬于小型制件，從各方面分析我們可選用整體嵌入式凹模。二、凸模的結構設計1、凸模的結構形式凸模是成型塑件內表面的成型零件，通常可分為整體式和組合式兩種類型。由于本次設計為一模多腔，擬選用整體裝配式凸模。因塑件的包緊力大，所以設在動模一側。現設制品的名義尺寸LS是最大尺寸，其公差按規定為負值“-”； 凹模的名義尺寸LM是最小尺寸，其公差按規定為正值“+Z”現由公式可得：式中，“”前的系數可隨制品的精度和尺寸變化，一般在0.50.8之間，制品偏差大則取小值，偏差小則取大值（此處為0.5）。ABS的收縮率S為平均收縮率，為0.0055。對于未注公差尺寸，查表2-3得ABS公差等級為MT5，查表2-4

19、得基本尺寸為38mm時，其值為0.56，基本尺寸為20mm時為0.64，基本尺寸為10mm時為0.48。固可由以上公式算出其尺寸：A、凹模徑向尺寸計算 模具型腔的制造公差Zd=38（1+0.0055）-0.5*0.56+0.56/6=37.93+0.09 （mm）計算凹模深度尺寸H1=Hs+Hs×Scp-0.5+ z=20（1+0.0055）-0.5*0.64+0.64/6=19.79+0.11 （mm）H2=Hs+Hs×Scp-0.5+ z=10（1+0.0055）-0.5*0.48+0.48/6=9.82+0.08 （mm）C 型芯徑向尺寸的計算：基本尺寸為30mm時，

20、其值為0.50，基本尺寸為20mm時為0.64。=30(1+0.0055)+0.5*0.5-0.5/6 =30.42-0.08mm計算型芯深度尺寸h1=hs+hs×Scp+0.5+ z=20（1+0.0055）+0.5*0.64-0.64/6=20.43-0.11 （mm）E:成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算 由于凹模側壁是采用嵌件，為結構緊湊，這里凹模嵌件單邊厚度選15mm，由于型腔采用直線，對稱結構布置，故兩個型腔之間滿足結構設計。 我們這里的塑件較小，故不需要對凹模側壁厚度及動模墊板厚度進行計算，大致得體即可，動模墊板厚度按標準厚度取10mm。第八部分 側抽芯的設計在產品的側面

21、有直徑為6mm的圓孔，所以必須設計一個側抽芯機構，本設計采用斜導柱抽芯機構，斜導柱分型抽芯機構是應用最廣的分型抽芯機構，它借助注塑機開模力或推出力完成側向抽芯，結構簡單，制造方便，動作可靠。側型心裝在T形導滑槽內，可沿抽拔方向平穩滑移，驅動滑塊的斜導柱與開模運動方向（或推出運動方向）成斜角安裝，斜導柱與滑塊上對應的孔呈松動配合，開模或推出時斜導柱和滑塊發生相對運動，斜導柱對滑塊產生一個側向分力，迫使滑塊完成抽芯動作。其結構如CAD圖所示。 S=S1+(23)式中 S抽拔距離； S1塑件上的側孔、側凹的深度或側向凸臺的高度。 代入數據得：S=4+(12)=5mm6mm,，S取6mm。 斜導柱抽芯

22、力計算：式4-26得F1=375.3N斜導柱的材料選用T10A，淬火硬度HRC4548，加工后的表面粗糙度值Ra為0.8。取斜導柱的傾斜角為15度。鎖緊塊的安裝角度為15度。斜導柱的工作長度L4=S/sin a代入數據得，L4=23.2m，取24mm。 開模行程H=S×cot a代入數據得，H=22.4mm，取23mm初取斜導柱驅動部分直徑d=12，D=d+4=16，斜導柱固定板厚度h=25，則斜導柱的總長度為： 式4-38 代入數據得L=52.03+（8-15）mm。取67mm。第九部分 導向裝置的設計 導向機構的主要作用是 、定位作用 、導向作用 、承受一定的側向壓力 注射模在工

23、作中周期性地開模、合模。當動、定模完全分開時，可依靠注射成型機的拉桿導向，但僅靠注射成型機的拉桿導向并不能保證注射模具正常工作，注射模本身必須設置導向與定位機構。導向孔、導套的結構及要求 考慮到裝配方便，把導套的前面倒一個圓角，內孔有一定錐度；為避免孔內空氣無法排出而產生反壓力，給導柱的進入造成阻力，合模時有較大噪聲，設計時把導柱孔打通。該設計中，采用了有肩導柱和帶頭導套。導柱設在定模一邊，便于塑件脫模。采用導柱的典型結構。其結構簡單，加工方便，用于模具的大批量生產時，一般需要導套，導柱和導套配合加工。由于零件是簡單型腔的小型模具，所以可以利用活動型芯、拉料桿、以及雙支點固定的型芯端部與模板的

24、配合間隙進行排氣，其配合間隙取0.03mm。導柱布置 根據模具的大小，選用兩根等直徑導柱，它們合理均布在模具分型面上，導柱中心至模具外緣有足夠的距離，以保證模具的強度。4. 推出機構的選擇推出機構的設計要求： 推出機構設計是應盡量使塑件留于動模一側。 塑件在推出過程中不發生變形和損壞。 不損壞塑件的外觀質量 合模時應是推出機構正確復位。 推出機構應動作可靠。 根據上述要求，零件壁厚較小。所以選擇推件板推出機構。第十一部分通過相關計算，根據塑料模具設計zhidao表7-4，可選擇300×L的A3型，其中L=300mm（1） 各模板尺寸的的確定： 1） A板尺寸：A板是定模型腔板，按標準

25、可取25mm; 2） B板尺寸：B板是型芯固定板，按模架標注厚度取 50mm. 3） C板（墊塊）尺寸：墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5-10），按標準可選為90mmDT-3030-A25-B50-C90實際上 A為25(2)模架各尺寸的校核1）模具平面尺寸300*300<320*320，合格 2）模具高度尺寸 H模=H1+C+B+H3+A+H1=20+63+25+16+40+20=184170<184<300，在模具的最大高度與最小高度之間，符合要求。 3）模具行程校核： S=H1+H2+(5-10)mm=(85-90)mm<305mm，符合要求第十二部

26、分 冷卻系統的設計冷卻系統的簡單計算 （1） 單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量 1） 塑料制品的體積： V=V主+V分+nV塑=46.17cm3 2） 塑件制品的質量 M=Vp=46.17*1.10=50.79g=0.05079Kg 3） 塑件壁厚為4mm,可查表4-34得，t冷=38.0S，取注射時間t注 =0.8S，輔助時間t輔=8S，可得注射周期T=46.8S 由此每小時注射次數為N=77次 4） 單位時間內注入模具中塑料熔體的總質量W=Nm=3.91Kg(2)確定單位質量的塑件在凝固是放出的熱量Q。查【1】表4-35可取的Q370KJ/Kg (3)計算冷卻水的體積流量q,設冷卻水

27、入水口的水溫為Q2=22，出水口的水溫為Q1=25，取水的密度為P=1000Kg/m3 水的比熱容為C=4.187KJ/(Kg*C ), 可得q=WQs/60*p(Q1-Q2)=0.00804m3/min (4) 確定冷卻水路的直徑d; 當q=0.00804m3/min，查【4-30】，暫時選為d=12mm. v=式4-59=1.1854(5)求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數h 因平均水溫為23.5 C，查【1】表4-31可得f=6.72, 有h=4.187f(pv)0.8/d0.2=1.961*104KJ/(cm2*hC) (6)計算冷卻誰通道的導熱總面積A； A=WQs/h*Q=0.002

28、78m2 （7） 計算所需冷卻水管的總長度L L=A/d=74mm (8)冷卻水路的根數，設每條水路的長度為l=200mm,則水路根數為 X=L/l=0.37根，在此取冷卻水道為2根。冷卻水管直徑，采用直通式水道導柱長度計算由模架可知導柱直徑為16，導柱穿過的三塊板的厚度為25+16+40=81mm,查設計手冊的導柱長度系列可選導柱長度L=80mm導柱和導套與固定板采取H7/K6過渡配合，導柱導向段與導向孔采取H7/f7間隙配合。10、標準模架的選擇通過相關計算，根據塑料模具設計手冊P134-156，可選擇250×L的A2型，其中L=315mm 定模由一塊模板組成，其中無可移動模板，

29、動模由兩塊模板組成； 推桿推出制件。 定模固定板厚25mm，A板40mm，B板40mm，動模墊板40mm,C板厚63mm，推桿固定板16mm，動模座板20mm。導柱長度計算由模架可知導柱直徑為16，導柱穿過的三塊板的厚度為40+40+40=120mm,查設計手冊的導柱長度系列可選導柱長度L=100mm導柱和導套與固定板采取H7/K6過渡配合，導柱導向段與導向孔采取H7/f7間隙配合。模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一，為了保證模具精度，制造時應達到以下技術要求：（1）組成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和熱處理質量等方面均應符合相應圖樣的要求。（2）組成模架的零件應達到規定的加工要求

30、，裝配成套的模架應活動自如，并達到規定的平行度和垂直度要求（3）模具的功能必須達到設計要求（4）為了鑒別塑料成型件的質量，裝配好的模具必須在生產條件下試模，并根據試模存在問題進行修整，直至試出合格的成型件為止。1加工要求（1）模具分型面及組合件的結合面應很好貼合，局部間隙不大于0.02mm（2）模具成型表面的內外銳角、尖邊、圖樣上未注明圓角時允許不大于0.3mm圓角（分型面及結合面除外）。當不允許有圓角時，應在圖樣上注明。（3）圖樣中未注明公差的一般尺寸其極限偏差按GB1804，其孔按H13，軸按h13，長度按J14。（4）模具中各承壓板（模板）的兩承壓面的平行度公差按GB1184附錄一的5級

31、。（5）導柱、導套孔對模板平面的垂直度公差按GB1184附錄一的4級。（6）模具中安裝鏍釘（鏍栓）之螺紋孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相應各孔配作。（7）導柱(直導柱、臺肩導柱)其配合部位的大徑與小徑的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。（8）導套（直導套、帶頭導套）外圓與內孔的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。（9）主流道襯套的中心錐孔應研磨拋光，不得有影響脫澆口的各種缺陷。2裝配要求（1）頂出制品的推桿的端面與所在的相應型面保持齊平，允許推桿端面高出型面不大于0.1mm。（2）注射模的復位桿，其端面應與模具分型面齊平，允許低于分型面不大于0.03mm。（3）型芯、凸模等，其尾部高度尺寸未注明公差時，其端面應在裝配后與其配合的零件齊平。（4）制品同一表面的成型腔分布在上、下模或兩模時，裝配后沿分型面的錯邊不大于0.05mm，并其組合尺寸不超過型