注射模具设计——罩的课程设计.doc

1、湖南信息职业技术学院塑料成型工艺与模具设计课程设计设计课题：注射模具设计罩说明书系 部 机电工程 专 业 模具设计与制造班 级 模具0804学生姓名 谭玉亮指导教师 王宗华2009年12月2日目 录1、 设计任务书2、 塑件的分析 2.1 塑件原材料的分析2.2 塑件的工艺性分析2.2.1 塑件的结构分析2.2.2 塑件的尺寸精度分析2.2.3 塑件的表面质量分析3、 计算塑件的体积和重量4、 塑件注射工艺参数的确定5、 对注塑机主要工艺参数的校核5.1 最大注射量的校核5.2 最大注射压力的校核5.3 锁模力的校核5.4 安装尺寸的校核5.5 开模行程的校核6、 注射模的结构设计6.1 分型

2、面的选择6.2 型腔的排列方式6.3 浇注系统的设计6.3.1 主流道的设计6.3.2 分流道的设计6.3.3 浇口的设计7、 成型零件的结构设计7.1 型腔的结构设计7.2 型芯的结构设计8、 成型零件的尺寸计算9、 推出机构的设计10、 冷却水道的设计11、 标准模架的选择12、 参考文献附： 模具总装配图1、 设计任务书罩零件的设计任务书如下图所示：2、 塑件的分析2.1 塑件原材料的分析PP料是一种热塑性塑料，原料易得，价格便宜，产量很大，仅次于PE、PVC和PS。聚丙烯无味、无色、无毒，是结晶性的线性结构高聚物。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻。密度为0.900.91g/cm，硬度

3、为R80-110 ，吸水率为0.01%，收缩率为1.02.5，成型温度为160220。聚丙烯不吸水、光泽好、易着色。具有特别高的抗弯曲疲劳强度。聚丙烯的熔点为164170，其耐热性好,能在100以上的温度下进行消毒灭菌，聚丙烯在低温下使用温度可达-15，在-35时会脆裂。聚丙烯的高频绝缘性能好，而且由于其不吸水，绝缘性能不受湿度的影响。聚丙烯的严重缺点是在氧、热、光的作用下极易降解、老化，所以必须加入稳定剂。聚丙烯不吸水，所以成型前不需干燥。PP料的成型收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形等缺陷。聚丙烯的热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路，应注意控制模具温度，模温太低（50）

4、，塑件无光泽，易产生熔接痕；模温太高（90），易产生翘曲、变形。聚丙烯的成型特性为：（1） 成型性好，可采用注射、吹塑、真空热成型、涂覆、旋转成型、电镀和发泡，还可以在金属表面喷涂。（2） 结晶料，吸湿性小，成型前不需要干燥。（3） 易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解，成型时需加入稳定剂。（4） 流动性好，溢边值为0.03mm左右，收缩范围及收缩值大,易发生缩孔，凹痕，变形。（5） 冷却速度慢,模具应设计能充分进行冷却的冷却回路，并注意控制成型温度，模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕，填充不足,90度以上易发生翘曲变形。（6） 塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集

5、中。塑件成型后应采用火焰处理或类似技术。脱模斜度宜取13。（7） 质软易脱模，当塑件有浅侧凹（凸）时，可强制脱模。2.2 塑件的工艺性分析综合看来，该塑件结构简单，无特殊的结构要求，可采用注射成型加工。在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。2.2.1 塑件的结构分析从图纸上分析，该塑件的外形为回转体，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。塑件端面有6个17的孔，应注意孔的位置。塑件的转角处都采用圆弧过渡，以防止应力集中，提高塑件的强度。为使塑件保证尺寸精度，并能够顺利的脱模，零件的允许拔模斜度为1。塑件型腔较大，有尺寸不等的孔，如42、6-17，它们均符合最小孔径要求而且结构

6、简单。2.2.2 塑件的尺寸精度分析塑件的所有尺寸未注公差按MT5级查取，塑件上主要尺寸的公差要求如下： 塑件外形尺寸：1660-1.6、145、42、3.5、R2。塑件内形尺寸：62、42、6-17、R3、R2。孔心距尺寸：104。2.2.3 塑件的表面质量分析 对该塑件表面没有特殊要求。一般情况下，外表面要求光洁，表面粗糙度Ra可以取0.8,没有特殊要求的塑件内表面粗糙度Ra可取3.2。3、 计算塑件的体积和重量通过AutoCAD三维造型可获得罩的体积V塑155.58cm，另外浇注系统凝料体积初步计算，按塑件的0.06倍计算：V浇=0.06V塑=0.06155.589.335cm查有关手册

7、，取聚丙烯的密度为0.91g/cm，所以塑件的质量：m塑=V=0.91155.58=141.58g浇注系统凝料的质量：m浇=V=0.919.3358.50g4、 塑件注射工艺参数的确定由于塑件的生产批量为大批量，且该塑件形状为回转体，结构简单，但是单个塑件型腔较大，外形尺寸为16642，体积大约为155.58cm，所以应考虑采用一模一件的单分型面模具，模具结构简单，生产过程中操作方便，有利于提高塑件的生产效率。 根据该塑件的结构特点和PP的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见下表。塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度80-100成型时间/s注射时间20

8、-60时间1-2h保压时间0-3料桶温度/后段160-180冷却时间20-90中段180-200总周期50-160前段200-220螺杆转速/(r/min)48喷嘴温度/后处理（一般不需要）方法（整形）模具温度/80-90温度注射压力/MPa70-100时间5、 对注塑机主要工艺参数的校核 由于塑件采用注射成型加工，选用一模一腔，因此可以计算出一次注射成型过程所需塑料量为：M=m塑+m浇=141.58+8.5=150.08g，所以初选XS-ZY-250注射机。下表为XS-ZY-250注射机的主要技术参数；XS-ZY-250注射机的主要技术参数序号主要技术参数项目参数数值1最大注射量/cm250

9、2注射压力/Mpa1303最大成型面积/cm5004锁模力/kN18005动、定模模板最大安装尺寸/(mmmm)5985206拉杆空间/mm4483707最大模具厚度/mm3508最小模具厚度/mm2009最大开模行程/mm50010喷嘴前端球面半径/mm1811喷嘴孔直径/mm412定位圈直径/mm1255.1 最大注射量的校核 =V=2500.91=227.5 式中 V注射机最大注射量，cm； 聚丙烯的密度，g/cm。对于正常的批量生产，需满足如下关系式：150.08=M 0.8=0.8227.5=182式中 M成型塑件所要求的注射量（塑件加上浇注系统凝料所用塑料量）。 所以注射机最大注射

10、量满足要求。5.2 最大注射压力的校核罩零件的原料为PP，所需注射压力为70100Mpa，而XS-ZY-250注射机的最大注射压力为130Mpa。所以注射机的最大注射压力符合要求。5.3 锁模力的校核塑料熔体在注射机压力下充入模腔，经过注射机喷嘴和模具浇注系统时虽有压力损失，进入型腔时仍具有较高的压力，模腔沿分型面处会产生很大的使模具胀开的力。注射机的锁模机构应该提供足够的锁模力，使动、定模两部分在注射过程中保持紧密闭合。每一台注射机都有一个额定的锁模力，XS-ZY-250注射机的额度锁模力为1800 KN，所设计的模具在注射充模时，分型面张开的总力不能超过这一额定锁模力，可用如下关系式：AP

11、型 F 式中 A塑件加浇注系统在分型面上的投影面上的投影面积，mm； P型型腔内塑料熔体的单位面积压力，MPa； F注射机额定锁模力，N。此外， P型 = P0K 式中 P0注射压力； K熔体流经喷嘴和浇注系统时的压力损耗系数。一般取0.30.7。即P型 = P0K=1300.5=65 AP型 = 833.1465=1406044.9 N F =1800000 N所以锁模力满足要求。5.4 安装尺寸的校核模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适，注射机XS-ZY-250的拉杆间距为448370，所设计的模具外形尺寸应不超过注射机拉杆间的距离。 模具闭合高度校核Hmin注塑机允许最

12、小模厚=200mmHmax注塑机允许最大模厚=350mmH模具闭合高度=280mm即满足HmaxHHmin。5.5 开模行程的校核 因为XS-ZY-250注射机的锁模机构是机械式和液压式联合作用的注射机，所以注塑机的最大行程与模具安装厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式： S机H1H2(510) S机注塑机最大开模行程，500mm; H1推出距离，mm； H2包括浇注系统在内的塑件高度， mm; 500H1H2(510)即开模行程满足条件 以上分析证明，XS-ZY-250型注射剂能满足要求，故最终确定注射机型号为XS-ZY-250制定塑件成型工艺卡综上分析，填写塑件成型工艺卡：（校 名）塑件

13、注射成型工艺卡片资料编号共 页第 页塑件名称罩材料牌号PP设备型号XS-ZY-250装配图号材料定额每模件数1件零件图号单件质量/g141.58工装号材料干燥设备温度/80100时间/h12料筒温度后段/160180中段/180200前段/200220喷嘴/模具温度/8090压力/MPa注射压力70100背压时 间注射/s2060保压/s03冷却/s2090时间定额辅助/min后处理温度/单件/min时间/s检 验编 制校 对审 核组 长车间主任检验组长主管工程师6、 注射模的结构设计6.1 分型面的选择不论塑件结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分

14、型面的选择。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模板一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如下图所示： (a) (b)如果按图a所示的分型面分型，则塑件分别由两个模板成型，由于合模误差的存在，会使塑件产生一定的同轴度误差，且飞边不易清除；而按照图b所示的分型面分型，则塑件由一个模板成型，消除了由于合模误差产生同轴度误差的可能。因此，决定采用图b所示的分型面。6.2 型腔的排列方式 由于成型采用一模一件，塑件为回转体，所以型腔布置在定模板的中心。6.3 浇注系统的设计6.3.1 主

15、流道的设计由XS-ZY-250型注射机的主要技术参数可知注射机喷嘴的有关尺寸为:喷嘴孔直径 d0 = 4 mm；喷嘴前端球面半径SR0 = 18 mm。根据模具主流道与喷嘴的关系得到：主流道进口端球面半径SR=SR0 +（12）=18+（12）mm，取SR=20；主流道进口端孔直径 d = d0 +（0.51）= 4+（0.51）mm，取 d =5 mm。在模具结构允许的情况下，主流道长度尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响流体的顺利充型；为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成斜度为13的圆锥形，这里取其锥度为4；内壁粗糙度Ra小于0.4 m。为了使熔料顺利进入分流道，以及减小料流转

16、向时的阻力，在主流道出料端应设计13 mm的圆弧过渡；取r =2mm。主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，所以主流道衬套应尽量采用可拆卸更换的浇口套，其形状及尺寸按照常用浇口套设计。此模具的主流道设计如下图所示;6.3.2 分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形分流道设计要点：1、在保证足够

17、的注射压力使熔体能够顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过渡。2、分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动、定模板上，合模后形成分流道截面形状。3、分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。该塑件的体积比较大，但形状比较简单，壁厚均匀，且塑料的流动性好，所以采用梯形截面分流道，开设在动模板的大型芯上。梯形截面的分流道在一块模板上不但容易加工，而且热量损失和阻力损失都不大。根据经验，一般取梯形流道的深度H为梯形截面大底边宽度的2/33/4，侧面斜度取510。截面形状如右图所示；而截面大底边宽度尺寸可由下面的经验公式确定： 式中 D梯

18、形的大底边宽度，mm；m塑件的质量，g； L分流道的长度，mm；6.3.3 浇口的设计浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：1、型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。2、对于多浇口单型腔的模具，浇口不仅可以用来平衡进料，还可以用来控制熔合纹在塑件中的位置。3、易于在浇口切除浇注系统的凝料，二次加工方便。浇口截面积约为分流道截面积的0.030.09倍，断面形状常为矩形或圆形，浇口的长度约为11.5mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。4、当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨

19、檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。通过对罩零件的形状结构分析，所以在成型过程中采用侧浇口，如下图所示；通过Pro/E计算出塑件的表面积A =89066.47mm， 则 = 298.44浇口的有关尺寸计算为：b =(0.60.9) /307.461由于模具是一腔四浇口,则需b/4=7.46141.865取侧浇口的宽度为b=1.5mm；h=b/3=1.5/3=0.5,取侧浇口的厚度h=0.5mm,浇口长度为1.52.5mm,取L=2mm。7、 成型零件的结构设计7.1 型腔的结构设计由

20、于塑件的外形是圆形，且塑件结构简单，不需要侧向分型，但模具总体尺寸较大，所以采用一模一腔，型腔设在模具中心线上，不但浇注系统的分流道流程短，而且加大了模具的紧凑度。如图所示；型腔的布置以及各成型零件的结构图成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响到塑件的质量，该塑件的原材料为PP料，生产批量为大批量，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应该选用优质的模具钢制作，还应进行热处理以使其具备5055HRC的硬度。型腔采用整体嵌入式凹模，放在定模板一侧，主要是因为塑件的型腔较大，生产批量为大批量，为节省优质模具钢的材料、方便机加工及热处理，以及方便日后的更换和维修。注：凹模镶块

21、的尺寸大小设计除了要考虑壁厚的刚度和强度校核外，还应该留有足够的冷却水道位置。7.2 型芯的结构设计型芯的设计也采用嵌入式，可节省贵重的模具钢材料，减少加工工作量，成型塑件内壁的大型芯和6-17的孔的小型芯通过嵌入式装在动模板上，成型62、42孔的小型芯则装在定模板上，方便型芯的制作安装、塑件的飞边去除以及塑件内部冷却水道的排布。8、 成型零件的尺寸计算该塑件的原材料是一种收缩范围较大的PP塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。根据前面对原材料的成型工艺特性分析可知聚丙烯的收缩率为1.02.5，故平均收缩率为Scp =（1.0+2.5）% / 2 = 1.75% = 0.0175根据塑件的

22、尺寸公差的要求，模具的制造公差取z = / 3。成型零件尺寸计算见下表；成型零件尺寸计算尺寸类别塑件尺寸计算公式型腔或型芯工作尺寸径向尺寸 型腔的径向尺寸1660-1.6LM=（Ls+LsScp-3/4） 0+167.7050+0.5331450-1.44LM=（Ls+LsScp-3/4） 0+146.4580+0.48R20-0.2LM=（Ls+LsScp-3/4） 0+R1.8850+0.066 型芯的径向尺寸620+0.74lM=（ls+lsScp+3/4）-063.270-0.246420+0.64lM=（ls+lsScp+3/4）-043.2150-0.213170+0.38lM=（

23、ls+lsScp+3/4）-020.260-0.126R20+0.2lM=（ls+lsScp+3/4）-0R2.1850-0.066R30+0.2lM=（ls+lsScp+3/4）-0R3.2030-0.066690+0.86lM=（ls+lsScp+3/4）-070.850-0.2861380+1.28lM=（ls+lsScp+3/4）-0141.3750-0.426轴向尺寸 型腔的轴向尺寸420-0.64Hm=（Hs+HsScp-2/3） 0+42.3090+0.2133.50-0.24Hm=（Hs+HsScp-2/3） 0+3.4010+0.08型芯的轴向尺寸38.50+0.56hM=（

24、hs+hsScp+2/3）-039.5470-0.1863.50+0.24hM=（hs+hsScp+2/3）-03.720-0.08型芯位置尺寸104C =(C塑+C塑Scp）/2105.820.095塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此可用整体式圆形型腔壁厚计算公式来确定型腔的侧壁厚度tc和型腔的底板厚度th 。整体式圆形型腔 r 型腔的半径，取值为83 mm； h 型芯的高度，取值为42 mm； R 模板的半径，mm； tc 型腔侧壁厚度，mm； th 型腔底板厚度，mm。（1） 型腔侧壁厚度tc 的计算按刚度条件计算3.65

25、mm式中 r凹模的型腔的半径，83.8mm；E模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=Mpa，预硬化塑料模具钢E=Mpa；成型零部件的许用变形量，查机械零件设计手册得24.5mm； 材料的泊松比，查有关资料得PP的泊松比为1.321.42，取=1.4。型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%50%，P取40Mpa；按强度条件计算30.168mm 式中 r凹模的型腔的半径，83.8mm； 型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%50%，P取40Mpa； 模具强度计算许用应力，一般中碳钢=160Mpa，预硬化塑料模具钢=300Mpa；（二）型腔底板厚度的计算按刚度条件计算2.09mm式中 r凹模的

26、型腔的半径，83.8mm； 型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%50%，P取40Mpa；E模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=Mpa，预硬化塑料模具钢E=Mpa；成型零部件的许用变形量，查机械零件设计手册得24.5mm；按强度条件计算26.5mm式中 r凹模的型腔的半径，83.8mm；模具强度计算许用应力，一般中碳钢=160Mpa，预硬化塑料模具钢=300Mpa；型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%50%，P取40Mpa； 根据以上刚度和强度的计算，得出型腔的壁厚要求为：型腔侧壁厚度30.168mm， 型腔底板厚度26.5mm。该模具的型腔直径为167.705，查有关资料得型腔壁厚

27、 =R-r=19mm，模套壁厚 =55mm，又型腔侧壁厚度30.168mm， 型腔底板厚度26.5mm，综合考虑取，确定型腔模板的总体尺寸为300mm300mm60mm。9、 推出机构的设计根据塑件的形状特点，确定模具型腔在定模部分，成型模具内壁的型芯安装在动模部分。塑件成型开模后，塑件留在动模一侧。所以推出机构可采用推杆推出，推杆的直径不宜过细，应有足够的强度和刚度以承受推出力的作用，推杆的位置应该选在推出阻力的的地方，即塑件不易变形的部位，所以初选8根直径为8的国标推杆,分别均匀的设在塑件的152和55.5的圆的象限点上,注意保证推出距离略大于型芯的突出长度23mm，推杆的结构如图所示。其

28、结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不影响塑件外观。该塑件精度要求不高,塑件形状对称,无单边注射侧向力,可采用最常见的直导柱导向定位机构,便可满足合模导向及闭模后的定位。注: 导柱要比主型芯高出68 mm。10、 冷却水道的设计该塑件采用大批量生产，应该尽量缩短成型周期，提高生产率；且聚丙烯为结晶型塑料，成型时需要充分、均匀冷却。因此该模具的凹模冷却是在定模板上开出冷却水道，采用冷却水进行循环冷却型腔，水道开设时注意避开安装在定模上的小型芯；而型芯则不冷却，或者采用管道冷却。凹模冷却水道的设计如图所示；11、 标准模架的选择本塑件采用侧浇口注射成型，根据模具结构

29、形式、塑件尺寸、冷却水道的分布等因素，综合考虑；查有关资料，选择SA3030-60-40-80型标准模架。参考文献1 何冰强，高汉华.塑料模设计指导与资料汇编.大连理工大学出版社，2009.2 张秀玲，黄红辉.塑料成型工艺与模具设计.中南大学出版社，20063 张清辉.模具材料及模具价格估算.电子工业出版社，2007. 4 付宏生.塑料模设计手册.机械工业出版社，2002.5模具使用技术丛书编委会.塑料模具设计制造与应用实例.机械工业出版社，2002.6 伍先明.塑料模具设计指导.国防工业出版社，20067 刘靖岩.模具设计与制造.中国轻工业出版社，20058 刘京华.注塑制品与注塑模具设计.机械工业出版社，2002.