注塑模-塑料量杯课程设计

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1、注塑模-塑料量杯课程设计 题 目: 塑料量杯 学 院： 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 日 期： 本设计实例为一塑料水杯，如图（1）所示。材料为PP，塑件为倾斜壁不需脱模斜度；塑件的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷，大批量生产。 图1-1 塑件实体图及三视图 一、 塑料成型工艺性分析 1、 塑件的分析 （1） 外形尺寸 该塑件的壁厚为1mm，塑件的外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合于注射成型，如图1-1。 （2） 精度等级 每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有的属于高级精度，就按实际公差进行计算。 2、 PP的性能分析 （1）使用性能 密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低

2、压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨易老化. 适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件、盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。 （2）成型性能 1）结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。 2）流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形。 3）冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形。 4）塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。 （3）PP的主要

3、性能指针。其淘-宝.店- 铺搜索：“两个半学分”性能指针见表1-1。 表1-1 PP的性能指针 2、 ABS的注射成型过程及工艺参数 （1） 注射成型过程 1） 成型前准备。对PP的色泽、粒度和均匀度等进行校验，由于PP吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。 2） 注射过程，塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 3） 塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为6075，处理时间为1620s。 （2） 注射成型工艺参数 1） 注射机：螺杆式，螺杆转速为39r/min. 2） 料筒温度（）：后段 15

4、0170；中段 165180；前段 180200. 3） 喷嘴温度（）：170180. 4） 模具温度（）：5080. 5） 注射压力（MPa）：60100. 6） 成型时间（s）：30（注射时间取1.6，冷却时间20.4，辅助时间8）。 二、 拟定模具的结构形式 1、 分型面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图2-1所示。 图2-1分型面的选择 2、 型腔数量和排列方式的确定 （1） 型腔数量的确定 该塑件采用的精度一般在23级之间，且为大批量生产，可采取一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以

5、及制造费用和各种成本费等因 素，初步定为一模四腔结构形式。 （2） 型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模两腔，故采用直线对称排列，如图2-2所示。 图2-2型腔数量的排列布置 （3） 模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计为一模四腔，对角线方向排列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用脱模板推出的推出形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此定模 部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板和脱模板。由上综合分析可确定选用带脱模板的单分型面注射模。

6、 3、 注射剂型号的确定 （1） 注射量的计算 通过三维软件建模设计分析计算： 3塑件体积：V塑=6.831cm 塑件质量：m塑=V塑=0.906.831=6.15g。 3 式中，参考表1-1可取0.90g/cm （2） 浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V总=V塑（1+0.2）2=6.831 31.24=32.79cm （3） 选择注射机 根据第二步计算得出一次注入模具型腔的 3塑料总质量V总=

7、32.79cm,并结合式（4-18） 3则有：V总/0.8=40.99cm。根据以上的计算， 初步选定公称注射量为250cm，注射机型号为XS-ZY-250卧式注射机，其主要技术参数见表2-1。 表2-1 注射机主要技术参数 3 （4） 注射机的相关参数的校核 1） 注射压力校核。 查表4-1可知，PP所需注射压力为60-100MPa，这里取p0=80MPa，该注射机的公称注射压力p公=130MPa，注射压力安全系数k1=1.251.4,这里取k1=1.3，则： K1p0=1.380=104<p公，所以，注射机注射压力合格。 2）锁模力校核 塑件在分型面上的投影面积A塑，则 2A塑=*4

8、1*41/4=1319.6mm 浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一些。这里取A浇=0.2A塑。 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总，则 A总=n(A塑+A浇)=n（A塑+0.2A浇）=41.2A塑 =41.21319.6=6334.1mm 模具型腔内的胀型力F胀，则 F胀=A总p模=6334.135=221693.5N=222KN 式中，p模是型腔的平均压力值。p模是模具型腔内

9、的压力，通常取注射压力的20%40%，大致范围为2449MPa。对与粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。PP属中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故p模取35MPa。 查表4-45可得该注射机的公称锁模力F锁=1800KN，锁模力安全系数为k2=1.11.2，这里取k2=1.2,则 K2F胀=1.2F胀=1.2222=267<F锁。 所以，注射机锁模力合格。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。 三、 浇注系统的设计 1、 主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开

10、模时主流道凝料的顺利拔2 出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。 （1） 主流道尺寸 1） 主流道的长度：考虑到模架A板厚度为63mm，及侧浇口高度为2.7mm，本次设计中初取L主=65.3mm进行设计。 2） 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=4+0.5=4.5mm。 3） 主流道大端直径：d=d+2L主tan（/2）8mm，=3。 4） 主流道球面直径：SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=18+2=20mm。 5） 球面的配合高度：h=3mm。 （2） 主流道的凝料体

11、积 14V主=L主（R主+r主+R主r主）=3. 365.3（4?322 2+2.252+42.25）=2.05cm。 2.25（3） 主流道当量半径：Rn=4? 2=3.125mm。 3 （4） 主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入 口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC,如图3-1所示。 图3-1主流道浇口套的结构形式 2

12、、 分流道的设计 （1） 分流道的布置形式 在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还有考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。 （2） 分流道的长度 由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可适当选小一些。单边分流道长度L分取52.5mm，如图2-2所示。 （3） 分流道的当量直径 因为该塑件的质量m塑=6.831*0.90=6.15g<200g,根据式（4-16），分流道的当量直径为 D分=0.2654*mL =0.26546.1547.5=1.7mm 但查表4-7，其值在5-10之间，取D分=3.5mm. 分流道截面

13、形状 常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。 （4） 分流道截面尺寸 设梯形的下底宽度为x,底面圆角的半径R=1mm，并根据表4-5设置梯形的高h=2.7mm,设该梯形的截面积为 A分=x?x?2 2?4tan8?h=(x+4tan8)4 再根据该面积与当量直径为3.5mm的圆面积相等，可得 (x+2.7tan8)2.7=D分2/4=3.143.52/4,即可得x3.2mm,则梯形的上底约为4mm，如图3-2所示。 图3-2分流道截面形状 （5） 凝料体积

14、1） 分流道的长度L分=52.5*4=210mm。 2） 分流道截面积A分=3.2 2?4?2.7=9.72mm2。 3） 凝料体积V分=L分A分=210*9.72=2041.2mm3=2.041cm3。 （6） 校核剪切速率 1） 确定注射时间，查表4-8，可取t=2s。 2） 计算分流道体积流量：q分=(V分+V塑)/t=(2.041+6.831)/2=4.436cm3/s。 3） 由式（4-20）可得剪切速率 分=（3.3q分）/R分3=（3.34.436103） -1/(3.141.75)=0.910s 该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分 -1流道的最佳剪切速率51025103s之

15、间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。 （7） 分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分 流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.252.5m即可，此处取Ra1.6m。另外，其脱模斜度一般在510之间，这里取脱模斜度为8。 3、 浇口的设计 该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。 （1） 侧浇口尺寸的确定 1） 计算侧浇口的深度。根据表4-10，可得侧浇口的深度h计算公式为 h=nt=0.71=0.7mm 式中，t是塑件壁厚，这里t=1m

16、m；n是塑料33 成型系数，对于PP，其成型系数n=0.7。 2） 计算侧浇口的宽度。根据表4-10，可得侧浇口的宽度B的计算公式为 B=n30A=0.7?30=1.952cm 式中，n是塑料成型系数，对于PP其n=0.7；A是凹模的内表面积（约等于塑件的外表面积）。 3） 计算侧浇口的长度。根据表4-10，可得侧浇口的长度L浇一般选用0.50.75mm，这里取L浇=0.7mm。 （2） 侧浇口剪切速率的校核 1） 计算浇口的当量半径。由面积相等可得R浇2=Bh，由此矩形浇口的当量半径R浇=?Bh?12=（2*0.73.14）=0.668mm。 12 2） 校核浇口的剪切速率 确定注射时间：查

17、表4-8，可取t=2s； 计算浇口的体积流量：q浇=V塑 3/t=6.831/2=3.416cm3/s=3.41610m3 /s. 计算浇口的剪切速率：由式（4-20）可得：浇=3.3qv/Rn3，则 浇=3.3q ?R3=3.3q ?Bh?32=3.3?3.416?10333.14?0.668=1.210s 4-1 该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流 34-1道的最佳剪切速率510510s之间，所 以，浇口的剪切速率校核合格。 4、 校核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积（浇口的体积太小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速

18、率。 （1） 计算主流道的体积流量 q主=（V主+V分+nV塑）/t=2.05?1.847?2?6.831 2=15.61cm/s 33（2） 计算主流道的剪切速率 主 2=(3.3q-1主)/(Rn)=3.3?15.61?1033.14?3.1253=5.3710s 主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流 23-1道的最佳剪切速率510510s之间，所 以，主流道的剪切速率校核合格。 5、 冷料穴的设计及计算 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其主 要作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。该塑件采用脱模板推出塑件，采用与球头形拉料杆匹配的冷

19、料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。 淘-宝.店-铺搜索：“两个半学分” 四、 成型零件的结构设计及计算 1、 成型零件的结构设计 （1） 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计采用整体嵌入式凹模，如图4-1所示。 （2） 凸模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯有两个，一个是成型零件内表面的大型芯，如图4-2所示，因塑件包紧力较大，所以设在动模部分；另一个是成型零件上部小圆

20、筒内表面的 小型芯，如图4-3所示，设计时将其放在定模部分，与凹模镶接，方便更换。将这几个部分装配起来，如图4-4所示。 2、 成型零件钢材的选用 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以用来成型塑件外表面的嵌入式凹模钢材选用P20（美国牌号）。对于成型塑件内部的大型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV。而对于成型塑件上部小圆筒内表面的小型芯而言，型芯较小，易磨损，也采用Cr12MoV。 图 4-1凹 模 图4-2凸模 图4-3小型芯 图4-

21、4动、定模小型芯装配结构 3、 成型零件工作尺寸的计算 采用表4-15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。 （1） 凹模径向尺寸的计算： 1） 塑件外部径向尺寸的转换： ls1=41?0.18mm=41.18mm,相应的塑件制造公差?0.36mm， ls2=35?0.16mm=35.16mm,相应的塑件制造公差?0.32mm， ls3=39?0.16mm=39.16mm,相应的塑件制造公差?0.32mm， 0?0.3610?0.3220?0.32 2 则： LM1=?1?S?l?x?1?0.015?41.18-0.6?0.36?mm?41.58mm, L

22、M2=?1?S?l?x?1?0.015?35.16-0.6?0.32?mm?35.50mm。 LM3=?1?S?l?x?1?0.015?39.16-0.6?0.32?mm?39.56mm。 式中，Scp是塑件的平均收缩率，查表1-2可得PP的收缩率为1%2%，所以其平均收缩率 cp s1 1 ?z1 10 ?0.0830 ?0.0600 ?z2 cp s2 2 20 ?0.0830 ?0.0530 cp s 3 ?z330 ?0.0830 ?0.0530 Scp? 0.01?0.02 ?0.0152 ；x1,x2,x3是系数，查表4-15 可知x一般在0.50.8之间，此处取x1=x2= x3

23、=0.6；1，2，3分别是塑件上相应尺寸的公差，z1,z2,z3是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取 z=1。 6 （2） 凹模深度的计算 塑件高度方向尺寸的转换： 塑件高度的最大 Hs1?50?0.20mm?50.20mm，H?1.5?0.06mm?1.56?0.4s2?0.12 尺寸 mm,其相应 的? s1 ?0.4mm ，? s2 ?0.12mm ；则： 淘-宝.店-铺搜索：“两个半学分”以计算得到动模垫板的厚度，即： pA335*2149.43T?0.54L()?0.54*203*（）?41.55EL1?P2.1*10*200*0.03311mm,式 中，p是动模垫板刚度计算需

24、用变形量，?=25i=25?1.308=0.033mm 其中i?0.35W?0.001W?0.35?251?0.001?251?1.308mm，L是两个垫块之间的距离，约为203mm；L1是动模垫板的长度，取315mm；A是两个型芯投影到动模垫板上的面积。单件型芯所受的压p111515 D力的面积A? 412?0.785*372?1074.7mm2 2 两个型芯的面积A=2*A=2149.4mm，对于此动模垫板 计算尺寸相对于小型模具来说还可以再小一些，可以增加2根支承柱来进行支撑，故可以近似得到动模垫板厚度： 1 131Tn?()T?()3*51.32?20.4mmn?1244 故动模垫板可

25、按照标准厚度取50mm. 五、 模架的确定 根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为157mm157mm，有考虑凹模最小壁厚，导柱、 导套的布置等，同时参考标准模架的选型经验公式和表4-38，可确定选用模架序号为8号（WL=315mm315mm），模架结构为A4型的模架。 1、 各模板尺寸的确定 1） A板尺寸 A板是定模型腔班，塑件高度为50mm，凹模嵌件深度为50mm,又考虑到在模板上还有开设冷却水道，还需留出足够的间距，再参考表4-38，选择A板的厚度为63mm。 2） B板尺寸 B板是型芯固定板，按照模架标准板厚取40mm。 3） C板（垫块）尺寸 垫块

26、=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm=47+25+20+（510）mm=97122mm,初步选定C为100mm。 经上述尺寸的计算，模架尺寸已确定为模架序号为8号，版面为315mm315mm，模架结构形式为A4型的标准模架。其外形尺寸：宽长高=315mm315mm335mm. 2、 模架各尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。 1） 模具平面尺寸315mm315mm<448mm370mm（拉杆间距），校核合格。 2） 模具高度尺寸327mm,200mm<335mm<350mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。 3） 模具的开模行程S=H1+H2

27、+（510）mm=50+47+(510)mm112mm<500mm(开模行程)，校核合格。 六、 排气槽的设计 该塑件由于采用侧浇口进料，熔体经塑件下方的台阶充满型腔，顶部有一个4mm的小型芯，其配合间隙可作为气体排出的方式，同时，底面的气体会沿着推杆的配合间隙、分型面和型芯与脱模板之间的间隙向外排出。 七、 脱模推出机构的设计 1、 推出方式的确定 本塑件的四周采用脱模板推出方式。脱模板 推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在用脱模板与型芯之间流出0.2mm的间隙，并采用锥面配合，如图7-1所示，可以防止脱模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。 图7-1型芯与脱模板

28、 2、 脱模力的计算 （1） 长方体大型芯脱模力 .3?33.3?10，因为?r t?33所以此处视为薄壁塑件，1 根据式（4-24）脱模力为 F1?2tESLcos?f?tan?2?3.14?1?1400?0.01?47?cos2?0.5-tan2?0.1A?0.1?3.14?20.1?K21-0.321?0.5?sin2?cos2?=2934.5N。 3、 校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 （1） 推出面积 A1?2(D?d2)?(412?39.52)mm2?94.8mm2 44， （2） 推出应力 ?1.2F1.2?2934.5?MPa?37.1MPa?53MPaA94.8（抗压强度

29、） 所以合格。 八、 冷却系统的设计 冷却系统设计时忽略模具因空气对流、辐射以及注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量的关系来进行计算。 1、 冷却介质 PP属中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为160-260和40-60。所以，模具温度初步选定为50，用常温水对模具进行冷却。 2、 冷却系统的简单计算 （1） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的 总质量W 1） 塑料制品的体积 V=V主+V分+nV塑=（2.05+1.847+46.831）33cm=31.221cm 2） 塑料制品的质量 m=V=31.2210.90=28.1g=0.0281k

30、g 3） 塑件壁厚为1mm，可以查表4-34得t冷=4.5s。取注射时间t注=2s,脱模时间t脱=8s,则注射周期：t=t注+t冷+t脱=（4.5+2+8）s=14.5s。由此得每小时注射次数：N=（3600/14.5）次=248次。 4） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=Nm=2480.0281kg/h=6.97kg/h。 （2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs 查表4-35直接可知PP的单位热流量Qs的值的范围在590kJ/kg。 （3）计算冷却水的体积流量qv 设冷却水道入水口的水温为?22?C，出水口的水温为?25?C，取水的密度=1000kg/m3,水的比热容c

31、=4.187kJ/(kg)。则根据公式可得： 21 WQs6.97?590qv?60?c?1?260?1000?4.187?30.00546m/min。 3 （4）确定冷却水路的直径d 当qv=0.00546m/min时，查表4-30可知，为了使冷却时处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径d=10mm=0.01m。 （5） 冷却水在管内的流速v v?4qv4?0.00546?60?d260?3.14?0.0123m/s=1.16m/s。 （6） 求冷却管壁与水交界面的膜传热系数 h 因为平均水温为23.5，查表4-31可得f=6.7,则有： 4.187f?v?h?d0.20.84.187?6.7?

32、1000?1.16?0.010.20.8?2?104kJ/(m 2h)。 （7） 计算冷却水通道的导热总面积A A?WQs6.97?5902?m2?0.00776m4h?2?10?50-23.5。 （8） 计算模具所需冷却水管的总长度L L?A0.00776?0.247m?247mm?d3.14?0.01，。 （9） 冷却水路的根数x 设每条水路的长度为l=,则冷却水路的根数为 x=L l 有上述计算可以看出，我们应根据具体情况设置冷却水路的根数。为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。 3、 凹模嵌件和型芯冷却水道的设置 型芯的冷却系统的计算与凹模冷却系统的计算方法基本上是一样的。有

33、与塑件是矩形的，采用圆孔冷却流道。 根据上述分析，冷却水道的设置如图8-1所示。 图8-1冷却水道布置 九、 导向与定位结构的设计 注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定 位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位结构。 十、 总装图和零件图的绘制 经过上述一系列的计算和绘图，把设计结果用总装图来表示模具的结构，如图10-1所示。零件图可由总装图来拆分，如图4-5、4-6及4-7所示。 图10-1装配图