玩具小塑件的模具设计说明书

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1、目录一.塑件成型工艺性分析 2 1. 塑件的分析2. 聚乙烯（pe）的性能分析3. 聚乙烯（pe）的注射成型过程及工艺参数二.模具的结构形式和初选注射机41. 分型面位置的确定2.型腔数量和排位方式的确定3. 注射机型号的确定三.浇注系统的设计71.主流道的设计2.分流道的设计3. 浇口的设计4. 校核主流道的剪切速率5冷料穴的设计及计算四. 成型零件的结构设计及计算111.成型零件的结构设计2. 成型零件的钢材选用3成型零件工作尺寸的计算4.成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算五. 脱模推出机构的设计141.脱模力的计算2.推出方式的确定六. 模架的确定151.各模板尺寸的确定2. 模架各尺寸的

2、校核七.排气槽及冷却系统的设计161. 排气槽的设计2. 冷却系统的设计八.设计心得18九. 参考文献19塑件成型工艺性分析1. 塑件的分析 （1）外形尺寸 该塑件从柄部至心部的厚度分别为3.4，2.4，1.5.总长度为29 。塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，适合于注射成型，如图所示。 （2）精度等级 尺寸精度不高，均为MT5。表面粗糙度为Ra0.8。（3）脱模斜度 聚乙烯成型收缩率较大，参考模具成型工艺及模具设计第36页表2-10选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为30分。2.聚乙烯（pe）的性能分析1、 结构特点：线型结构结晶型；2、 使用温度：小于80摄氏度；3、 化学稳定性：较

3、好，但不耐强氧化剂，耐水性好；4、 性能特点：质软，力学性能较差，表面硬度底；聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70-100)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。5、 成型特点：成型性能好，粘度与剪切速率关系较大，成型前可不预热；6、 主要用途：薄膜，管，绳，电器绝缘零件，日用品等。3.聚乙烯（pe）的注射成型过程及工艺参数1）注射成型过程（1）成型前不可预热，收缩大易

4、变形，能却时间长成型效率低，塑料有浅侧凹可强制脱模。（2）浇注系统应尽快保证充型，需设冷却系统，采用螺杆注射机。收缩率：料流方向2.75%；垂直料流方向2.0%；注意防变形。密度0.940.97抗拉屈服强度2239比体积 1.031.06拉伸弹性模量 840950吸水率 0.01抗弯强度 20.840收缩率 1.53.0冲击韧度(缺口) 65.5热变形温度 6082硬度（hb） 2.07熔点 105137体积电阻系数 1015 1016 （2）注射过程。塑料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

5、处理。可在100摄氏度水中加热，时间为1小时。2）注射工艺参数（1）注射机：柱塞式。（2）料筒温度：前段170200； 后段140160。（3）模具温度：3555；（4）注射压力：60100mpa；（5）成型时间：60s（注射时间初取20s，冷却时间取37s，高压时间取3s）。拟定模具的结构形式和初选注射机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，其位置如图所示。 2、型腔数量和排位方式的确定（1） 型腔数量的确定。由于该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的

6、关系，以及制造费用等因素，初步定位一模四腔结构形式。（2） 型腔排列形式的确定。由于该模具选择的是一模四腔，由其型腔中心距可采用形对称排列，使型腔进料平衡如图：（3） 模具结构形式的初步确定。有以上分析可知，本模具设计为一模四腔，对称h 型直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推杆推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口。壁厚不均匀的塑件，浇口位置应尽量保持流程一致，避免产生涡流。定模部分需要单独开设做分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板和推件板。由上综合分析可确定采用细水口的双分型面注射模。2、 注射机型号的确定1） 注射量的计算通过pro/e建模分析得塑

7、件质量属性如图：塑件体积：v=0.556 cm3塑件质量：m=0.528g。2） 浇注系统凝料体积的初步估算由于浇注系统的凝料在设计之前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。由于本次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.5倍来计算。故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为v=3.336 cm3。3） 选择注射机根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为v=3.336 cm3由参考文献1式（4-18）得v公=4.17 cm3。根据以上的计算，初步选择公称注射量为30，注射机型号为xs-zs-22。其主要技术参数见下表：理论注射量

8、20拉杆内向距235螺杆柱塞直径20移模行程160注射压力117最大模具厚度350注射速率260最小模具厚度185塑化能力4锁模形式液压-机械螺杆转速-模具定位孔直径63.5锁模力250喷嘴球半径12喷嘴孔直径44） 注射机的相关参数的校核（1） 注射压力校核。查参考文献1表4-1可知，pe所需注射压力为80mpa，注射压力安全系数k=1.3，该注射机的工程注射压力117mpa。80x1.3=104117.所以，注射压力合格。（2） 锁模力校核。 1、 塑件在分型面上的投影面积A塑=6.58m。2、 浇注系统在分型面上的投影面积，可以按照多型腔模具的统计分析来确定。每个塑件在分型面上的投影面积

9、的0.20.5倍。由于本设计的流道较简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。这里取A浇=0.2A塑。3、 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总=4x1.2A塑=31.584 m。4、 模具型腔内的胀型力F胀=A总p模=1.105kN式中，p模是型腔的平均计算压力值。p模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%40%，可取30%即35mpa。该注射机的公称锁模力F锁=250kN，锁模力安全系数为k2=1.11.2 这里取k2=1.2，则取k2F胀=1.2X1.105=1.327F锁，所以注射机锁模力满足要求。对于其他的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。

10、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模时主流道凝料的顺利拔出。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，由于主流道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 一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60，本次设计初取50mm计算。（2）主流道小端直径 d = 注射机喷嘴尺寸 + （0.51）mm = 4.5mm。（3）主流道大端直径 D = d + L主tan()=8mm,式中a=40（4）主流道

11、球面半径 SR = 注射机喷嘴球头半径 + （12）mm = 14mm(5) 球面配合高度 h = 3mm。2）主流道的凝料体积V主= L主（R2主+r2主+R主r主）/3=1573.3 mm3 3）主流道当量半径 Rn = (2.25+4)/2=3.125mm 4）主流道浇口套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料要求较严格，因而模具主流道常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用45钢或合金钢等，热处理淬火表面硬度为5055HRC。本设计中交口套采用碳素工具钢T10A。此设计若采用分开式结构，主流道比较长，凝料体积比较

12、大，因此把衬套和定位圈做成一整体的延伸式浇口套。因为流道长短与所选模架有关，所以在确定流道尺寸之前应根据型腔数量及布局估算动定模板的平面尺寸，即粗定模架的型号和规格，这样才使得理论计算有据可依。根据布局及考虑到模板壁厚、顺序分型时在主分型面的一些元件的布置等，选用侧点交口模架，浇口形式如图2、分流道的设计1）分流道的布置形式为了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，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道，如图：2）分流道的长度 根据四个型腔的结构设计，分流道的长度适中，如上图所示。3）分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量m=0.556X0.95X2=1.

13、056g20g该塑件壁厚在1.53.4mm之间，按塑料模具设计指导p12图2-4的经验曲线查得D=3.2,再根据单向分流道长度55mm由p13图2-5查得修正系数f=1.05，则分流道直径经修正后为D=Df=3.296mm。4）分流道截面形状 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。5）分流道截面尺寸 由于分流道当量直径太小，为方便选择道具加工本次设计采用梯形的上底宽度为B =4mm，地面圆角的半径取R = 1mm,梯形高度取H = 2.5mm ,下底宽度为b，梯形面积应满足如下关系式：（B+b）H/2=DD/4计算得b=2.826mm，考虑到梯形底部圆弧对面

14、积的减少及脱模斜度等因数，取b=3.5mm。通过计算梯形斜度a=5.71，基本符合要求，如图： 6）凝料体积 （1）分流道的长度为L分=（55+7.5+60）2=245mm。（2）分流道截面积 A分=9.375 m（3）凝料体积 V分 = L分A分 =2296.875 mm3考虑到圆弧的影响取V分=2 cm37）校核剪切速率 （1）确定注射时间：查设计指导手册表13-1,可取t = 0.5s.（2）计算单边分流道体积流量：q分 =（V分/2+2V塑）/t=2.556 cm3 /S （3）由塑料成型工艺及模具设计式（4-20）可得剪切速率 r 分 = 3.3q分/R3分=3.3ql/2AA=60

15、0.2/s该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在5102 5103s-1之间,所以，分流道内熔体的剪切速率合格。8）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Ra 1.25m2.5m即可，此处取Ra 1.6m。另外其脱模斜度一般在510之间，通过上述计算脱模斜度为5.71，脱模斜度足够。3、浇口的设计塑件不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模四腔注射，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。其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且分开在分型面上，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。根据塑料模具设计

16、指导p18表2-6，可得浇口的深度计算公式为 h=nt=0.63.4=2.04mm故此处浇口深度h取2mm。（2）计算侧浇口的宽度。根据塑料模具设计指导p18表2-6，可得浇口的宽度计算公式为 b=nA/300.34mm（3）计算侧浇口的长度。根据塑料模具设计指导p18表2-6，可得浇口的长度L=0.75mm。 2）侧浇口剪切速率的校核。（1）确定注射时间：查设计指导手册表13-1,可取t = 0.5s（2）计算单边分流道体积流量：q浇=v塑/t=1.112 cm3 /S （3）计算浇口的剪切速率： r = 3.3 q浇/R3浇=9290 s-1 4X104 s-1,剪切速率合格。4、校核主流

17、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率。1）计算主流道的体积流量 q主 =（ V主 + V分 + nV塑）/t=11.594cm3 /S2）计算主流道的剪切速率 R =3.3q主/R3主 =399.3主流道的剪切速率不处于浇口与分流道的最佳剪切速率5102 5103s-1之间。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，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计既有主流到冷料穴又有分流道冷料穴。由于该塑件要求表面没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹

18、配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱紧力使凝料从主流道衬套中脱出。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。凹模是成型制品外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分成整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。本设计中采用整体嵌入式凹模，如图下所示：（2）凸模的结构设计。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。该塑件采用组合式型芯，如图下所示，因为塑件的抱紧力较大，所以设在动模部分。凸起的半球部分可做成单一部件，如下图：2、成型零件的钢材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，同时考虑它的机

19、械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模刚才选用P20。对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，此刚才选用P20钢，进行渗氮处理。3、成型零件工作尺寸的计算采用材料成型工艺及模具设计表4-15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照零件图中给定的公差计算。（1）型腔径向尺寸的计算1塑件外部径向尺寸的转换Ls1 =100.43 mm =10.43 0-0.86 mm ,相应的塑件制造公差 1 = 0.86mm ;Ls2 =40.30mm=4.30-0.60mm，相应的塑件制造公差2 =0.60mmLs3 =110.43mm=11.430-

20、0.86mm，相应的塑件制造公差3 =0.86mmLs4 =90.36mm=9.360-0.72mm，相应的塑件制造公差4 =0.72mmLM1 =（1+Scp）Ls1- x110+z1 = (1+0.02)4-0.580.600+0.14 = 3.7320+0.14mm式中，Scp是塑件的平均收缩率，查教材表1-2可知pe的径向收缩率为2 %，所以其平均收缩率Scp=0.02；x1 ，x2是系数，查设计指导手册表2-10可知x1=x2= x3=0.58；1，2，3，4分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；z1是塑件上相应的尺寸制造公差，对于中小型塑件取=/6（下同）（2）型腔深度尺寸的计算 塑

21、件高度方向尺寸的换算：Hs1 = 2.40.12=2.520-0.24 mm ，相应的公差1 = 0.24 Hs2 = 3.40.12=3.520-0.24 mm ，相应的公差2 = 0.24HM1 =（1+Scp）Hs1- x110+z1 = (1+0.02)5-0.580.240+0.04 = 4.960+0.04mm（3） 型芯工作尺寸计算。 塑件内部径向尺寸的转换Ls1 = 100.43 = 10.430+0.86mm , s1 = 0.86mmLs2 =0.50.06mm=0.560-0.12mm，相应的塑件制造公差2 =0.12mm5.3.4 型芯高度尺寸计算。 塑件高度尺寸转换：

22、hM1 =（1+Scp）Hs1- x110+z1 = (1+0.02)5-0.580.240+0.04 = 4.960+0.04mmhM2=（1+Scp）hs1+ x110-z1 = (1+0.02)0.5+0.580.24-0.0670 = 0.65-0.057+0.01 mm4、成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算（1）凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度根据本教材表4-19中的刚度计算公式计算。S =（3ph4/2Ep）1/3 =（32029.54/（22.11050.023）1/3 =20.5mm式中，P是型腔压力（MPa）；E是材料的弹性模量（MPa）;h

23、=W，W是影响变形的最大尺寸而h=29.5 mm；p是模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品牌而定参考教材设计p=0.023mm。根据型腔的布置，初步估算模板平面尺寸选用250400，它比型腔的布置的尺寸大得多，所以完全满足强度和刚度的要求。5.4.2 动模垫板厚度的计算动模垫板厚度和所选木模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在250450这个范围内，查设计指导手册表7-4垫块之间的跨度大约为L = 250 248= 154mm。那么根据型腔布置及型芯对动模板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即T = 0.54L(pA / EL1p) 1/3 = 0.54154（204

24、0500/（2.11052500.023）1/3=17。735mm。式中，p是动模垫板刚度计算许用变形量，参照教材取其值为0.032mm;L是两个垫块之间的跨距约为154mm；L1是动模垫板的长度取250mm；A是4个型芯投影到动模垫板上的面积。单个型芯所受压力面积为：A1=13575=10125 mm2四个型芯的面积：A=4X A1=40500 mm2依据上述计算动模垫板可按照标准厚度取25mm，满足要求。脱模推出机构的设计本塑件结构简单，可采用推件板推出、推板推出。或推件板加推杆的综合推出方式。根据脱模力来计算决定。1、脱模力的计算（1）10主型芯脱模力因为 = r /t =5/1.5 =

25、 3.3310 ，所以算是厚壁圆筒塑件，根据厚壁筒形脱模力的计算公式可得： F1 = 2rESL（f tan）/(1+K1)K2 +0.1A=23.1459000.0210（0.45-tan0.5）/(1+0.38+2.08)1.004+0.1X209.09= 738.39N（2）4小型芯脱模力因为 = r /t =2/3.4=0.58810，所以算是厚壁圆筒塑件，根据厚壁筒形脱模力的计算公式可得： F2 = 2rESL（f tan）/(1+K1)K2 +0.1A=307.9N（3）0.5小型芯脱模力 计算得F3=56.78N （4）总脱模力为F=F1+F2+F3=1103.07N2. 推出方

26、式的确定1）采用推杆推出（1）推出面积 设8mm的圆推杆设置4根，那么推出面积为200.96 mm2（2）推杆推出应力 根据表2-12取许用应力=10Mpa =F/A=5.49 Mpa =10Mpa故可用，可采取推杆推出。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330185考虑到采用推杆推出方式，且推杆布置在靠近凹模的中心，这样推杆边缘与推杆固定板边缘距离较大，因此为降低模具成本可适当减小模具架尺寸，同时有考虑到导柱导套水路的布置等因素可选450250.1、各模板尺寸的确定。（1）定模型腔板 塑件高度为7.31mm。考虑到模板上还要开设冷却水道，还需留

27、出足够的距离。故定模型腔板厚度取40mm。（2）型芯固定板，按模架标准板厚取40。（3）垫块尺寸， 垫块 = 推出行程+ 推杆固定板厚度 +(510)mm = （10+40+510）mm =55 60初步定为60mm。2、模架各尺寸的校核。根据所选注塑机来校核模具的尺寸。根据所选注塑机来校核模具的尺寸。模具平面尺寸250mm450mm320520（拉杆间距），校核合格。模具高度尺寸220mm，185220350（模具最大厚度和最小厚度）模具的开模行程S = 10+50+（5-10）= 6570160，校核合格。排气槽及冷却系统的设计排气槽的设计 该塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑件下方的台阶向上

28、充满型腔，每个型芯上有一根推杆，其配合间隙亦可作为气体排出方式，不会再顶部产生憋气现象。同时，底面的气体会沿着分型面、型芯和推件板之间的间隙向外排出。冷却系统的设计 冷却系统的计算很麻烦，在此只能进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与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该等于冷却水所带走的热量。1、冷却介质Pe属流动性好的材料，其成型温度及模具温度分别为105137和3555。热变形温度为6082。所以模具温度初步选为45，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 +

29、V分 + nV塑 =5.797（2）塑料制品的质量 m = V =5.794 0.95= 5.507 g（3）塑件壁厚为1.5，查教材表4-34得t冷 =8s 。注射时间t注 = 0.5s ,脱模时间8s,则注射周期：t = t注+ t冷+ t脱 =16.5 s。由此可得每小时注射次数N = 218次。（4）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量为：W = Nm = 2185.507 = 1.202/h2）确定单位质量的塑件在凝固时放出的热量Qs 查教材表4-35知ABS的单位热流量取Qs=700kJ/。取3）计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入水口的水温为t2 = 22，出水口的水温为t1 =

30、 30，取水的密度 = 1000/m，水的比热容c = 4.187Kj/()，则根据公式可得： qv = WQs/60c(t1 t2) = 1.77400/6010004.187（30-22）= 1.5X10-3 m/min4)确定冷却水路的直径d当qv =1.5X10-3 m/min 时，为了使冷却水处在湍流状态，取模具冷却水孔的直径d = 8mm。5)冷却水在管内的流速vV = 4qv/60d2 = 41.5X10-3 /603.140.0082 =0.5m/S6)求冷却管壁与水交界面的膜转热系数h因为平均水温为26，查教材表4-31可知f = 0.672,则有： h = 4.187f(v

31、)0.8/d0.2 = 4.1876.72(10000.5)0.8/0.0080.2 = 18093kJ/(mh)7）计算冷却水通道的导热总面积AA = WQs/ht = 1.77X400/18093（50-26） = 0.00168）计算模具冷却水管的总长度LL = A/d=0.0016/3.140.008=64mm9)冷却水路的根数x 设每根水路的长度为l =350mm,则本次设计冷却水路数为4根，合理。设计心得为期将近2个月的设计，终于将告一段落。经过这么久的忙碌终于到了出结果的时候了，我既松了一口气，又为接下来的评分担忧。通过两个月的忙碌，我得到了很多关于注塑模设计的心得体会。本次课程

32、设计相对之前的设计是比较复杂的，由于之前没有设计的经验，所以设计过程中遇到很多问题，从模具造型到分模再到选模架，这其中遇到了数不尽的困难。从零星的pro/e知识到自学ug分模再到选模架、零件，一直困难重重，麻烦不断。也不免有设计错误和由于设计顺序不当造成的重新计算和选取注塑机和模架的反复过程。虽然困难重重，错误不断，但是通过一次次修改，一次次攻克，我终于在一定程度上掌握了注塑模设计的一般步骤，了解到从整体的角度去设计和选取，考虑地更细致更缜密。对注射模具和各部分结构有了更深一层的认识。此外，由于本次装配图和零件图的绘制过程中有用到绘图软件，故我对AutoCAD、UG、pro/e等软件的掌握有了很大的提高。在此，也要多谢老师的指导和同学的帮助。参考文献1、叶久新，王群。塑料成型工艺与模具设计，机械工业出版社，20082、伍先明. 张蓉。塑料模具设计指导书，国防工业出版社，20103、张秀玲，黄红辉。塑料成型工艺与模具设计，中南大学出版社，2007 4、杨占尧。塑料模具课程设计指导与范例，化学工业出版社，200919