塑料模具课程设计B1结构件.doc

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1、课 程 设 计 课程名称_塑料成型工艺及模具设计课程设计_题目名称_结构件B1课程设计 专业班级 模具1101 _学 号_学生姓名_ _指导教师_ _2014年 06 月 26 日目 录第一章 任务与要求1.1课程设计目的31.2课程设计任务31.3课程设计要求4第二章 塑料制品工艺分析 2.1塑件产品成型特性52.2塑件结构性能分析 2.2.1塑件的尺寸精度. 8 2.2.2塑件的表面质量.92.3初选注射机.9第三章 模具设计3.1选择分型面 103.2确定型腔数目123.3设计浇注系统，安排型腔排列123.4冷却系统设计163.5脱模方式及设计173.6确定型腔和型芯结构及固定方式183

2、.7模具型腔壁厚的确.223.8模具与注射机有关尺寸校核.24 第一章 任务与要求11 课程设计的目的塑料成型模具课程设计是在修完专业课程高分子材料科学和塑料成型工艺及模具设计及其他的一些相关课程之后，进行的一个实践性教学环节。目的在于加深对本专业主干课程塑料成型工艺及模具设计课程的理解，更好掌握该课程的知识要点。要求通过本课程设计的训练，掌握以下知识和技能：1掌握各种常用塑料成型基本原理及工艺特点，能够分析判断成型工艺的合理性，根据塑料成型的特点进行一般塑料制品的工艺设计。2掌握塑料成型模具的设计程序，熟悉塑料注射成型模具的几种典型结构，掌握各种成型模具的结构特点及设计计算方法，独立完成设计

3、一套具有一定复杂程的塑料模具。3了解塑料成型模具的制造、装配要求。4了解塑料成型模具的试模、验收方法和标准，了解塑料成型模具的使用环境和要求，了解塑料制品在成型加工过程常出现的一些缺陷，初步培养分析塑料制品在成型加工过程出现常见缺陷所产生的原因。 5能够熟练使用有关设计手册和参考资料。12 课程设计的任务1对任务书指定的塑料零件进行工艺分析及工艺计算。并确定模具结构。 2根据模具的结构和尺寸选择使用的注塑机型号； 3设计该塑件的注射成型模具，计算各成型零件尺寸，校核主要零件的强度硬度；4绘制所设计模具的装配图和零件图，完成1.5张零号图纸的工作量；5编写设计计算说明书，用本校设计说明书专用纸书

4、写（约25页）并装订成册。13 设计要求1.在规定时间内独立完成自己的设计任务； 2.及时了解有关资料，作好准备工作，充分发挥自己的创造性；3.要求计算准确，结构合理，图面整洁，图样和标注符合国家标准；4.设计说明书要求表达清楚，句子流畅，书写工整，插图清晰整齐。第二章 塑料制品工艺分析2.1 塑件产品成型特性结构件材料为聚氯乙烯，简称PVC。PVC材料分软质PVC和硬质PVC，硬质PVC（未加增塑剂）具有良好的机械强度、耐候性和耐燃性，可以单独用做结构材料。符合塑件作为结构件的要求，故选用硬质PVC。硬质PVC为热塑性材料，密度为1.351.45gcm3。硬PVC的抗拉强度为3550MPa，

5、压缩比为2.3，拉伸弹性模量为2.44.2*103。力学性能强度高，电气性能良好，耐酸碱力极强，化学稳定性好，但软化点底。产品的成型特性： （1）无定形料，吸湿小，流动性差.为了提高流动性,防止发生气泡,塑料可预先干燥。模具浇注系统宜粗短，浇口截面宜大，不得有死角，模具须冷却，表面镀铬；（2）由于其腐蚀性和流动性特点，最好采用专用设备和模具。所有产品须根据需要加入不同种类和数量的助剂；（3）极易分解，在200度温度下与钢.铜接触更易分解，分解时逸出腐蚀，刺激性气体，成型温度范围小；（4）采用螺杆式注射机喷嘴时，孔径宜大，以防死角滞料，好不带镶件，如有镶件应预热。2.2塑件结构性能分析2.2.1

6、塑件的尺寸精度产品塑件的尺寸精度无特殊要求，所有尺寸都为自由尺寸，聚氯乙烯（PVC）可采取建议精度 8级。按 MT8 精度查取公差 ，塑件上主要尺寸的公差见塑件标注尺寸塑件尺寸公差外形尺寸5000.64890-1.00580-0.74970-1.00300-0.502.50-0.2内形尺寸82.5+0.5045+0.64084+ 1.000孔尺寸3+0.2 006.5 6.5+0.280孔间距尺寸18180.19360.2890.142.1.2 塑件表面质量分析 塑件为结构件，在使用上只要求一般的配合精度，但是表面精度要求高，外表面粗糙度Ra：1.6m，故比较难实现。由以上分析可见，该零件结构

7、属于简单构件,结构工艺性合理,不需要对制件的结构进行修改。塑件的尺寸精度要求不高,对应的模具零件的尺寸加工容易保证。注射时,在工艺参数控制得较好的情况下,制件的成型要求可以得到保证。2.3初选注射机因为塑件是大批量生产，且生产的精度要求不高，故采用一模两腔的设计方式(1)注射量的计算：通过UG建模分析，塑件的体积V为7108.3732 mm3，塑件的质量: m= =1.387108.3732 = 9.952 g(=1.38g/cm3)此时流道凝料的体积未知，可按塑件质量的0.6倍进行估算，所以注射量为: m总=1.6nm=1.629.952 = 31.85 g V总=1.6nV=1.62710

8、8.3732= 22746.79 mm3（2）选择注塑机：根据上面计算的注射量和锁模力，可选用国产XS-ZY-60 序号主 要技术参数参 参数值1 1最大 注射量/cm3125602 2注射 压力/MPa60 1223 3锁模力/kN5004 4动 、定模版最大安装尺寸/（mmmm）3304405 5最 大模具厚度/mm30070250666最小 模具最大开距/mm2003807 7最大 开模行程/mm300180 第三章 模具设计3.1 分型面及其浇注系统的设计分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向

9、，也可以与合模方向平行或倾斜。分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。分型面的选择原则主要如下： （1）符合塑件脱模：为使塑件能从模具内取出，分型面的位置应设在塑件断面最大尺寸的部位。 （2）分型面的数目和形状：通常只采用一个与开模运动方向相垂直的分型面。确定分形面应以模具制造及脱模方便为原则。 （3）型腔的选择：尽量防止形成侧孔和侧凹，以避免采用较复杂的模具结构。 （4）确保表面质量：分型面尽量不要选择塑件光滑的外表面，避免影响塑件的外观质量;将塑件要求同轴度的部分放在分型面的同

10、一侧。以确保塑件的同轴度;要考虑减小造成塑件大、小端的尺寸差异要求等。 （5）有利于塑件脱模：由于模具的脱模机构通常设置在动模一侧，故尽可能使开模后塑件留在动模一侧。 （6）考虑侧向轴拔距。一般机械式分型 抽芯机构的侧向轴拔距都较小，因此选择分型面的时应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，即将短轴拔距作为侧向分型或抽芯。并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯。 （7）锁紧模具的要求：侧向合模锁紧力较小，故对于投影面积较大的大型塑件，应将投影面积大的方向放在动、定模的合模方向上，而将投影面积小较小的方向作为侧向分型面。 （8）有利于排气。当分型面作为主要排气渠道时，应将分型面设计

11、在塑料的流动末端，以利于排气。 （9）模具零件易于加工。分析分型面，有以下3个方案：方案一： 单分型面注射模：型腔在动模模上，主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，利用斜滑块分型推出。开模时塑件连同流道内的凝料一起留在动模一侧。动模上有顶出机构，用以顶出塑件和流道内的凝料。可能的浇口形式有：直接浇口、侧浇口、扇形浇口。 方案二： 单分型面注射模：半边型腔在动模上，半边型腔在定模，主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，利用斜导柱测抽芯孔。开模时塑件连同流道内的凝料一起留在动模一侧。动模上有顶出机构，用以顶出塑件和流道内的凝料。适合的浇口形式有：点浇口、直接浇口、侧浇口等。该类模具采用的侧抽芯

12、机构一般是斜导柱在定模，滑块在动模。 该制件为结构件，要求外表光滑，无痕迹。可选用的浇口形式有点浇口和潜伏式浇口、护耳式浇口，其中侧浇口潜伏式浇口去除浇口留下的痕迹可选在加强肋上，对塑件外观无任何影响，但浇口的制造较为复杂；由于塑件材料流动性差，用点浇口会出现浇不满的现象，且一般采用结构复杂的三板模；护耳式浇口需要的注射压力较高，成型后去除耳槽比较麻烦；斜导柱的抽芯距离过长不合理。综上，选择方案一，单分型面注射模，侧浇口，采用斜滑块抽芯推出。3.2确定型腔数目该塑件的精度要求不高，属小型塑件，且形状简单，又为大批量生产，初定为一模两腔的模具形式，3.3设计浇注系统，安排型腔排列型腔的排列方式采

13、用平衡性较好的I型排列，其布置方式如下图所示：为了保证塑件表面质量要求，选择侧浇口成型，浇口位置安排在塑件圆环处，模具选用单分型面注射模。(1)浇注系统选择和设计所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。该塑件采用中心进料，重叠式浇口浇铸主流道的设计主流道尺寸(如图所示)喷嘴孔直径d0=3.5mm喷嘴前端球面半径SR0=12mm根据模具直流到与喷嘴的关系得到:主流道的进口端球面半径为： SR=SP0+（12）=12+（12）=13mm主流

14、道进口端球孔直径 d=d0+0.5=3.5+0.5mm,取d=4mm主流道锥角取:为了便于将凝料从主流道中拨出，其斜度取24。（2)分流道的设计该塑件的体检比较小，形状比较简单，壁厚均匀，但塑料流动性差，可见采用单点进料的方式。可采用最常用的半圆形分流道。查教材塑料模具设计指导书与资料汇编表9-6和表9-7，选取分流道横截面形状及其相应直径尺寸，在此取半圆形分流道直径D=6mm，深度t=3mm。分流形状如图所示。分流道的布置：为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使凝料熔体尽快地分配到各型腔，因此，采用如下图所示衡式分流道结构：（3）浇口的设计浇口是连接分流道与型腔之间的一段

15、细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。一般浇口的截面积为分流道截面积的 3%9%，截面形状常为矩形或圆形，表面粗糙度 Ra 不低于 0.4。浇口设计一般有一下原则： 浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。 浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。 浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。 浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。 对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。 不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。由于塑件的

16、外观表面质量要求比较高，所以浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。同时，也应尽量使模具结构更简单，根据对该塑件结构的分析，并结合一确定的分型面位置，悬着如图1-1所示的重叠式浇口进料方式。根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在塑件底部。3.4冷却系统设计塑料模具可以看作是一种热交换器，如果冷却介质不能及时有效地带走必须带走的热量，不能实现均一的快速冷却，则在一个成型周期内就不能维持热平衡，会式塑件内部产生应力而导致产品变形或开裂，从而就无法进行稳定的模塑成型。因此，设置冷却效果良好的冷却水回路的模具是缩短成型周期提高生产效率最有效的方法。所以，应根据塑件的形状壁厚及

17、塑料的品种，设计与制造出能实现高效的冷却回路 。 冷却机构设计应按照以下几条原则设计： 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。 浇口处加强冷却。 应降低进水与出水的温差。 合理选择冷却水道的形式。 合理确定冷却水管接头位置。 冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。 综上所诉，决定采用水冷却，凹模冷却水道采用环绕型腔布置的两层式冷却回路，；大型芯冷却采用直通式管道冷却，在型芯上开始两个深空，孔内插入导流板，与开在动模支撑板的横向管路形成循环冷却回路。冷却水道的直径为6mm，分别在定模镶

18、块和动模型芯上设置，在定模镶块上设置两层冷却水道，在动模型芯上采用直通式冷却水循环系统。3.5脱模方式及设计由于塑件基本对称切无侧向压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模厚的定位。 根据环状塑件壁薄的形状特点，其推出机构可采取顶针推出和推杆推出。其中顶针机构顶出塑件，推杆机构直接推出冷料井。(1)顶出距离根据斜滑块型腔上的限位槽，顶出距离大概是22cm。（2）脱模力根据教材式（4-58）圆环形塑件断面的脱模力 计算脱模力A-塑件在分型面上的投影面积mm2；r是型芯的平均半径；E是塑料的弹性模量（MPa）；l是塑件对型芯的包容长度（mm）；是模具型芯的脱模斜度；是塑件的泊比；经计算，结构

19、件的脱模力为1992.49 N。3.6确定型腔和型芯结构及固定方式模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结 构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度

20、和刚度校核。 （1）型腔结构设计： 型腔又称凹模，它是成型塑件外轮廓的零件。常有有以下几种结构形式：整体式型腔、组合式型腔、拼块组合式型腔，从各方面分析我选择整体式，整体式型腔直接在型腔板上加工，有较高的强度和刚度，在使用中不宜发生变形。由于该塑件结构简单，形状也简单中心对称，型腔加工容易实现，故可采用镶块式结构。如下图 （2）型芯结构设计： 型芯（即凸模）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非为整体式和组合式两种类型。这里采取了组合式，因为可以节省贵重模具钢，减少加工工作量。成型塑件内部的大型芯装在动模板上， 该塑件的成型尺寸均按平均值法计算，查有关手册得PS得收缩率为0.3%0.6%，故平均

21、收缩率S=(0.3+0.6)%/2=0.45%，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取1/3，磨损偏差为尺寸公差1/6，即： 类别模具 塑件尺寸计算公式 工作尺寸 型腔 计算径向 深度 型芯 计算径向 深度 孔 中心距 3.7模具型腔壁厚的确定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，本套模具是采用镶拼式的，因此可用镶拼式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚度 S 型腔底板厚度T。（1）型腔侧壁厚度 S 的计算 按照刚度条件计算 式中： c 查相关资料的 c=0.93； p 型腔内最大压力，可取注射成型的 25%50%，取 p=45MPa； h 型腔深度 h =30mm；

22、 E模具钢的弹性模量，一般中碳钢 E=MPa 预硬化模具钢E=MPa； 模具钢度计算许用变形量，PS 属于中粘度，查资料得 0.4。 按照强度计算 式中： p=45MPa； h=30mm； 抗弯截面系数，查相关资料得 1.08； =300MPa。 根据以上强度、刚度的验证计算，得出型腔的壁厚要求为 （2）型腔底板厚度 S 的计算 按照刚度条件计算 式中： 由决定，经查资料的=0.0251 p 取 45MPa； b 型腔深度为 58mm； E 取 MPa。 按照强度计算 式中： 型腔的长度与宽度比，查资料得为 0.4872； P 型腔内最大压力，取 45MPa； b 型腔宽度 b=58mm； 模

23、具强度许用应力 。 综上计算验证得型腔底板厚度 。3.8模具与注射机有关尺寸校核3.8.1 锁模力校核 锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大压紧压力。注射机锁模力的校核公式为 F kpA,式中 F 指注射机锁模力，查手册得所选注塑机锁模力为 900kN； k 为压力损耗系数，一般取 1.11.2； p 为型腔内熔体压力，本塑件 p=45MPa； A为塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，本模具 A=1.1642。 计算得 kpA=1.15x1.1642x=602 KN故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。 3.8.2 安装尺寸的校核 本套模具采用 2535 型标准模架，模架的外形尺寸

24、为300mm，模具闭合高度H=25+50+25+30+35+80+25=270mm，查XS-ZY-125型注塑机允许模具最小厚度 200mm，最大厚度 300mm，即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模板最大安装尺寸，模具的闭合高度也完全符合的安装条件，所以改模具满足所选注射机要求。 3.8.3开模行程的校核 注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机最大开模距离，校核公式为 S=50+30+20+10=110 式中 S 为注射机的最大开模行程，查资料的所使用注塑机最大开模行程为 300mm； 为塑件脱模所需要的推出距离； 为塑件高度。 所以经校核得该模架符合注射机要求。设计

25、小结到这里，为期两周的塑料成型课程设计就要告一段落了，在这两周的设计过程中，我对塑料成型模具课程所学习的知识进行了很好的实践，在检验知识掌握程度的同时，也使我对专业课程有了更深一步的理解。塑料模具的设计注重于结构上的设计，而且对模具在各方面需要考虑的更多。塑料模具的型腔加工要求更高，而且由于塑料的收缩率，在模具的成型零部件的设计上面还要考虑到收缩率的影响。通过这次的模具设计，我了解到模具设计不应只考虑模具本身，除此之外还必需要考虑到模具的加工工艺和制造工艺。还要考虑到经济性以及加工的合理性。最后衷心的感谢李思良老师的耐心指导，指出并辅助我改正在设计过程中的错误，使得我能够更好得完成这一次的模具设计。【参考文献】1齐晓杰主编.塑料成型工艺及模具设计.北京:机械工业出版社,2005.50-782张留成等编著.高分子材料基础.北京:化学工业出版社,20013自编.塑料成型工艺及模具设计课程设计指导书.4自编. 塑料模具设计资料5王鹏驹、张杰主编.塑料模具设计师手册.北京:机械工业出版社，20086吴宗泽主编.机械零件设计手册.北京:机械工业出版社,2003.117罗河胜.塑料材料手册.广州:广东科技出版社 word文档 可自由复制编辑