中北大学模具课程设计

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1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 题 目： 塑料底座注射模设计 指导教师： 李迎春 谢江波 职称: 教授 讲师 2012年12月17日目录1 塑件分析42塑料材料的成型特性与工艺参数52.1塑件成形工艺性分析52.2确定型腔数量53 设备的选择63.1注射量计算63.2塑件在分型面上的投影面积计算63.3注射机的选择63.4注射机有关参数校核73.4.1注射压力校核73.4.2锁模力校核73.4.3开模行程的校核73.4.4注射量的校核73.5标准模架的选择7图4.5.1 标准模架P9型74 浇注系统设计84.1主

2、流道的设计：84.1.1主流道尺寸84.1.2主流道衬套形式84.2分流道的设计94.3浇口的设计94.4冷料井的设计94.5排气槽的形式104.6分型面的选择105 成型零件的设计与计算115.1成型零件钢材的选用115.2成型零件工作尺寸的计算115.2.1型腔径向尺寸115.2.2型腔腔深度尺寸115.2.3型芯径向尺寸125.2.4型芯高度尺寸125.3成型零件厚度的计算125.3.1型腔侧壁厚度的计算125.3.2底板厚度的计算136 脱模结构的设计146.1脱膜力的计算146.2拉料机构的设计146.3脱模机构的设计156.4复位机构的设计157 合模导向结构设计167.1导柱的设

3、计167.2导套的设计178 温度调节系统设计189 支承与连接零件的设计与选择209.1模板的设计与选择209.2支承块的设计与选择209.3螺钉的选择209.4弹簧的选择2210 其他技术说明2310.1试模与修正2310.2模具的保养2310.2.1防锈措施:2310.2.2保持滑动部分的润滑:2311 设计小结24参考资料25中北大学课程设计任务书 20122013 学年第 一 学期学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 学 生 姓 名： 林金亮 学 号： 0903034146 课程设计题目： 塑料底座注射模设计 起 迄 日 期：2012年12月17日2012年12月

4、28日 课程设计地点： 中北大学材料科学与工程学院 指 导 教 师： 李迎春 谢江波 系 主 任： 李迎春 下达任务书日期: 2012年12月17日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：通过塑料成型模具课程设计，强化学生课堂上学习到的塑料注射模具的知识，加深学生对注射模具动作原理的理解，培养学生独立设计注射模具的能力，使学生熟练掌握AutoCAD等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作打下良好的基础。2 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：自行设计一个符合要求的塑料制件以及成型该制件的注射模具。（1）对塑料制件的要求：塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，

5、同时能使塑料制品达到高效、均匀冷却，具有一定的力学性能及使用价值；设计塑料制件时应明确指出塑件的尺寸精度、粗糙度、斜度、圆角、螺纹、侧孔、嵌件等；成型该塑件的注射模具必须满足下列条件之一：成型模具应具有侧向抽芯机构；：成型模具应具有自动脱螺纹机构；：成型模具应具有点浇口凝料的自动脱出、顺序脱模、二级脱模等较为复杂的机构。（2）对成型模具的要求： 所设计的模具能够高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品，模具结构合理，动作灵活，能够满足在使用时连续生产、高效率、自动化、操作简便的要求。3 设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：本次课程设计的工作内容包括以下

6、几个部分：塑料制件图纸一张，要求标注尺寸公差、粗糙度、技术要求以及所用原材料；注射模具装配图（零号图纸）一张；注射模具零件图至少四张，包括型腔零件图、型芯零件图、模板的零件图、杆件的零件图；注射模具结构计算说明书一本。注：以上各项内容均要求打印。4主要参考文献：1 申开智.塑料成型模具.北京：中国轻工业出版社，20032 宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册.北京：航空工业出版社，19953 H.盖斯特罗.注射模设计108例.北京：国防工业出版社，20024 贾润礼.实用注塑模设计手册.北京：中国轻工业出版社，20005设计成果形式及要求：本次课程设计的设计成果以模具设计图纸和模具设计说明书的形式

7、提交。6工作计划及进度：2012年12月17日12月18日 塑料制件设计2012年12月19日12月20日 模具结构计算及草图设计2012年12月21日12月24日 模具装配图的绘制2012年12月25日12月26日 模具零件图的绘制2012年12月27日 模具设计计算说明书的撰写2012年12月28日 答辩和成绩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日1 塑件分析塑件为塑料底座，本课题的塑件及所用材料为PP（聚丙稀），PP通称聚丙烯，因其抗折断性能好，也称“百折胶。PP是一种半透明、半晶体的热塑性塑料，具有高强度、绝缘性好、吸水率低、热变形温度高、密度小、结晶度高等特点。改性填充物通常有玻璃

8、纤维、矿物填料、热塑性橡胶等。它有很好的机械特性，流动性；其光泽性好，外观漂亮，由于收缩率较小，制件细小部位的清晰度好，达到设计的要求。一般来讲，为了降低模具的加工难度和模具制造成本。在满足塑件使用要求大前提下应尽量把塑件尺寸精度设计低一些。另外，塑件尺寸精度还与塑料品种有关，根据各种塑料收缩率的不同，又将塑料的公差等级分为高精度、一般精度、低精度三种。依据所选材料查取其一般精度为6级。塑件实体模型其主视图与俯视图分别为图1.1和图1.2： 图1.1 塑料制件主视图 图1.2塑料制件俯视图注：1.在视图中，除已标注的厚度外，其余的厚度均为2mm。2.底座的材料为聚丙烯（PP）3.公差等级为：M

9、T44.单位：mm由图可知，塑件不大且对称，塑件最大厚度为5mm，在材料所允许的范围之内。为了便于脱模，塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。脱模斜度的大小，与塑件的性质、收缩率、摩擦因数、塑件壁厚和几何形状有关。2塑料材料的成型特性与工艺参数2.1塑件成形工艺性分析该塑件是塑料底座，塑件壁厚属中等壁厚塑件，生产批量属中等，材料为PP塑料(聚丙烯），成型工艺性很好，可以注射成型。 聚丙烯（PP）成型相关参数如下表3.1.1： 表3.1.1 聚丙烯（PP）成型相关参数相对密度收缩率/熔点/热变形温度/0.90.911.03.0170176102拉伸强度/MPa弹性模量/MPa弯曲强度/MPa冲

10、击强度/MPa371.61.767.5782.2确定型腔数量该塑件精度属中等精度，中等批量，而且塑件的尺寸较大。考虑各种影响因素，初步确定为一模一腔。3 设备的选择注射机的选择主要是根据制件的质量，体积和模具的整体结构设计来确定的。主要依据是每次的注射量要大与额定注射量的20%小于额定注射量的80%，模具的整体结构要小于注射机的有效尺寸以便模具能放到注射机上，最重要的是锁模力要大与制件在分型面上的涨模力。3.1注射量计算通过计算分析，塑件的理论体积=86.66cm，实际注射成型后的体积为=108.33cm。流道凝料的体积计算得=20.37cm。从上述分析中确定为一模一腔。所以注射量为：=+=1

11、08.33+20.37=128.70cm3.2塑件在分型面上的投影面积计算通过计算，投影面积A=13270.09mm132.70cm。3.3注射机的选择根据每一生产周期的注射量128.70cm的计算值，初步选择sz-125/630卧式注射机，注射机相关参数见下表4.3.1。表4.3.1 注射机相关参数理论注射量/3140锁模力/kN630注射压力/MPa126移模行程/mm270注射速率/（g/s)16.8塑化能力（g/s)110喷嘴球半径/mm15定位孔直径/mm1253.4注射机有关参数校核3.4.1注射压力校核P = kp0 = 1/3126 = 42Mpa 126Mpa 注射压力校核合

12、格。其中：k - 取1/3；p0 - 取126Mpa。3.4.2锁模力校核F = 0.1Ap = 0.1132.70 = 557.74KN630 KN 锁模力校核合格。3.4.3开模行程的校核=+mm取=45mm ;=40mm ;=120mm，则：=3.4.4注射量的校核经上面计算可知= 由以上数据可知注射机的选择合适。3.5标准模架的选择由塑件成型要求和设计思路，选择派生型标准模架P9型，如图4.5.1图4.5.1 标准模架P9型由于塑件为圆形，经计算后型腔的最小侧壁厚为115mm，塑件的最大半径为70mm，所以型腔板的长度不能小于370mm，查手册可选355400型号的标准模架。4 浇注系

13、统设计浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。它的作用是使来自注射模喷嘴的塑料熔体平稳而顺利的充模、压实和保压。其遵循的设计原则如下：注射行程要短；排气要好；要防止型芯变形和嵌件位移；防止塑件翘曲变形等。4.1主流道的设计：主流道的设计原则：a）常设计成圆锥形。锥角在24度，内壁粗糙度为Ra=0.63m。b）为防止主流道与喷嘴处溢料，与主流道对接处紧密对接，主流道连接处 应制成半球形凹坑，主流道的小端直径大于注射机的喷嘴直径1-2mm，半球型凹坑的半径应大与注射机喷嘴的球型半径2m左右。c）为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径r=13mm.d)在保证塑料良好成

14、型前提下，主流道应尽量短，否则将增多流道凝料。e）由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此常将主流道制成可拆卸的主流道衬套，便于用优质钢材加工和热处理。4.1.1主流道尺寸 根据所选注射机，则主流道小端尺寸为：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）=4+0.5=4.5主流道球面半径为：SR= 喷嘴球面半径+（12）=15+2=174.1.2主流道衬套形式本设计模具较大，为了便于加工和缩短主流道长度，就注射模浇口套设计为整体式，材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC57HRC。:主流道衬套如下图5.1.1所示：图5.1.14.2分流道的设计与分型面平衡的分流道其断面采用梯形分流道，

15、如图5.2.1图5.2 .1分流道断面形状其上底长D=6mm，下底长d=4.5mm，高h=5mm，流道长65mm，共三道；与分型面垂直的分流道断面采用圆形分流道，其直径5mm长45mm，其中心与主流道中心距为48mm。分流道排列为沿圆周均匀分布。4.3浇口的设计浇口的设计主要还还是遵循以下设计原则：a）浇口尺寸及位置选择应绝对避免熔体破裂而产生喷射和蠕动（蛇形流）；b）浇口位置的选择及尺寸形状的设计应有利于熔体的流动、型腔的排气和补料；c）浇口位置应使容体流程最短，容体料流变向最少，并要防止型芯的变形；d）浇口位置及数量的选定要有利于减少熔接痕和增加熔接强度；e）浇口位置应考虑定位作用对塑件性

16、能的影响；f）浇口的位置应尽量开设在不影响塑件外观质量的的位置；g）流动比校。结合塑件的实际情况，浇口的位置设在与分型面平行的塑件两壁中间的横肋板处，这样既有利于流动、排气和补料，流程也是较短的，不影响塑件外观。采用点浇口，与分流道一样设3个，其直径为1mm，台阶长为0.8mm。4.4冷料井的设计冷料穴的作用是储存两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷料，以防止熔体冷料进入型腔。冷料穴一般设计在主流道的末端，底部常作成曲折的钩形或下陷的凹槽。结合本塑件及设计思路，在主流道衬套下放设圆形冷料井，这样利于开模时凝料有拉料杆作用留在定模一侧。在T形状分流道与圆形分流道交汇处设延长大约5mm长的

17、冷料井。4.5排气槽的形式当塑料熔体充填模具型腔时，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发性气体顺利排出模外。如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会产生气泡、产生熔接不牢、轮廓不清及充填不满等成型缺陷。另外气体的存在还会产生反压力而降低充模的速度，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。因为此工件的型腔体积比不大，注射时间在适中。气体可通过径向及轴向的配合间隙排出，不需要设置排气槽。4.6分型面的选择分型面选择的原则：a)分型面选择应便于塑件脱模和简化模具结构，选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模，制件在动模上时有利于脱模。

18、b)分型面应尽可能选择在不影响制件外部质量的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整，尤其是表面质量要求高的制件，对于本次的瓶盖要求不高。c)分型面的选择应有利于保证塑料制件的尺寸精度。d)选择分型面时要考虑行腔内气体的排出。e)分型面选择应便于模具零件的加工，尤其是成型零部件的加工。f）分型面选择应考虑注射机的技术规格。本模具设有两个分型面，一个分型面设在T形分流道的面上，其作用是使凝料能够自动脱出；另外一个设在型芯与型腔成型塑件的地方，开模时由于塑件对型芯的包裹作用，塑件留在型芯一侧。5 成型零件的设计与计算模具中确定塑件几何形状的和尺寸精度的零件称之为成型零件。在本设计中成型零件就是成型塑

19、料底座的各个零件。聚丙烯（PP）塑料的尺寸性稳定，收缩率在0.1%0.3%之间。5.1成型零件钢材的选用所设计的底座是中大批量生产，成型零件采用钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好；机械加工性能和抛光性能也应良好。因此构成型腔的式凹模钢材采用Gr12MoV。底座内部型芯磨损比较厉害，采用硬度较高的模具钢Gr12MoV，淬火后表面硬度为58HRC62HRC.5.2成型零件工作尺寸的计算5.2.1型腔径向尺寸公式：= 式中：塑件平均收缩率 S=（0.001+0.003）/2=0.002；塑件外径尺寸（取140mm和56mm）；塑件公差值（查塑件公差表，分别取0.16和0.12）；制造公差=；代入数据得到

20、：= = = 5.2.2型腔腔深度尺寸公式：= 式中：Hs塑件高度尺寸（取40mm和18mm）；塑件公差值（查表得0.10和0.084）；代入数据得：=5.2.3型芯径向尺寸公式：=式中：模具型芯径向基本尺寸；塑件内表面的径向基本尺寸(取126mm和52mm)；塑件内表面径向基本尺寸的公差（查表得0.16和0.12）；模具制造公差。代入数据得：= = =5.2.4型芯高度尺寸公式：=式中：Hs塑件高度尺寸（取40mm和20mm）塑件公差值（查表得0.10和0.084）代入数据得：= = =5.3成型零件厚度的计算 根据模具的结构可知本模具为矩形型腔，矩形型腔是指模具横截面呈矩形的结构，矩形结构

21、型腔可分为组合式和整体式。本模具为组合式。5.3.1型腔侧壁厚度的计算因为 =7067mm ,故：式中：=0.43，；p行腔内熔体的压力，取50MPa；允许压力，取160MPa.代入数据得：=44.38mm ，取45mm 。 6 脱模结构的设计注射成型后，使塑件从凸模或凹模上脱出的机构称为脱模机构，它有一系列的推出零件和辅助零件组成，可有不同的脱模动作。脱模机构的设计原则：a)保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观，这是对脱模机构最基本的要求。b)为使推出机构简单、可靠、开模时应使塑件留于动模，以利用注射机移动部分的顶杆或液压缸的活塞推出制件。推出机构运动要准确、灵活、可靠，无卡死与干涉现象。机

22、构本身应有足够的刚度、强度和耐磨性。6.1脱膜力的计算公式：式中：塑料的弹性模量，MPa，取MPa收缩率，取摩擦系数，在0.490.51间，取0.50塑料泊松比，数值为0.43脱模斜度，取A垂直于抽芯方向型芯的投影面积，13270.09mm。= 28844.968 N 28.85 KN6.2拉料机构的设计采用球形拉料杆，其作用是再开模时将浇口拉断，使凝料留在定模一侧，待开模到一定距离后，再用推板讲凝料脱出。材料为T8A，其小径，大经，杆头厚度，球半径。6.3脱模机构的设计此处考虑到成型零件的特殊情况，此零件采用推杆与推件板联合脱模机构，如图7.3.1图7.3.1 推杆与推件板联合脱模机构推杆的

23、位置及排列为沿圆周均匀分布。推件板的材料采用45钢，热处理硬度要求2832HRC。采用推杆与推件板联合脱模机构，推杆的小径，大经，长为，杆头厚度，材料为T8A。6.4复位机构的设计复位时复位杆实现自动复位，如图7.4.1图7.4.1其d=15mm，D=20mm，H=6mm，L=110mm。7 合模导向结构设计合模导向机构是保证动定模或在上下模板合模时，正确的定位和导向的零件，合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。在此设计中采用导柱导向定位。导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其它零部件之间的准确对合，起定位和定向作用，另外还要承受一些力，例如，在推出机构中保证推出机构的运动定向

24、，并承受推出时的部分侧压力；在垂直分型时，使垂直分型拼块在闭和时准确定位等。绝大多数导向机构由导柱和导套组成，称之为导套导柱机构。导柱导向机构是利用导柱和导向孔之间的配合来保证模具的对合精度。导柱导向机构设计内容包括：导柱和导套的典型结构；导柱与导向孔的配合以及导柱的数量和布置等。7.1导柱的设计a）导柱的直径必须具有足够的抗弯强度，而且表面要有一定的硬度，要耐磨，芯部要坚韧，因此，导柱的材料多半采用低碳钢渗碳淬火，或用碳素钢淬火处理，硬度为5055HRC。b）导柱的长度通常应高出凸模端面68mm，以免在没有导正时凸模先 进入型腔与其碰撞而损坏。c）导柱的端部常设计成锥形或半球形，便于导柱顺利

25、的进入导向孔。d）导柱的配合精度。导柱和导向孔通常采用间隙配合H7/h6或H8/f8，配合部分表面粗糙度为0.8m .d）导柱直径尺寸按模具模板外形尺寸而定，模板尺寸越大，导柱间中心矩应越大，所选导柱直径也越大f）注射模的导柱一般取24根，其数量和布置形式根据模具的结构形式和尺寸来确定，4根导柱对称布置的形式，其导向精度较高。导柱材料采用T10钢，经淬火处理，硬度为5055HRC。到主固顶部分的表面粗糙度为1.6，导向部分的表面粗糙度为0.8.导柱结构如下图8.1.1：图8.1.1 导柱结构导柱的分布形式为四角式如图8.1.2：图8.1.2 导柱分布形式7.2导套的设计导套也采用T10钢，其结

26、构形式如图8.2.1：图8.2.1 导套结构8 温度调节系统设计成型时塑件缩放的热量绝大部分有冷却水带走。该塑件在成型不需要有太高的摸温，在模具上可以不设加热系统。设定模具平均工作温度为55，用常温20的水作为模具冷却介质，其出水口温度为30，冷却水密度为1000 Kg/m3 ，比热容为4.2103 J/Kg ，材料的单位热流量q = 5.9105 J/Kg ，则产热量为：冷却水的体积流量：为使冷却水处于湍流状态，查资料取冷却水孔道直径，冷却水流速取冷却水空比平均温度，冷却水平均温度,则有冷却水孔壁面与冷却水的传热系数为：所需冷却水孔的表面积为：。单位时间内模具传给冷却水的热量为 ，其中（为性

27、墙壁传热面积，为冷却介质的传热面积）。设型腔的冷却水道为4根，星心的冷却水道为1根，则：，故：而碳钢的的导热系数： ，则：所以型芯每条冷却水孔回路长度为：而4根冷却水孔道长度，全部冷却水道的总长度为：，所以该模具的冷却系统设计满足成性要求。型腔的冷却水道分布如图9.1图9.1 型腔冷却水道分布图型芯的冷却水道分布如图9.2图9.2型芯冷却水道分布图9 支承与连接零件的设计与选择9.1模板的设计与选择由于型腔的最小壁厚选择115mm，加上塑件最大半径70mm，故模板变长不应小于370mm，查手册可选模板如图10.1.1：图10.1.1模板的形状各模板的数据如表10.1.1表10.1.1 各模板的

28、数据定模座板动模座板脱料板型腔底板型腔板H3232325063B400400400400400L500500400400400型芯板型芯底板推板推杆固定板H40503220B400400250250L4004004004009.2支承块的设计与选择支承块选用长400mm，宽50mm，高100mm的方铁2块。9.3螺钉的选择如图10.2.1图10.2.1 螺钉图所有的螺钉均采用内六角螺钉，具体如下表10.2.1：表10.2.1 所选的螺钉规格螺纹规格dktsb数量定位环固定螺钉M58.532.544.622254模板固定螺钉1M101610589.2322004定距拉杆螺钉1M6106355.7

29、241204定距拉杆螺钉2M6106355.7241604推板固定螺钉M58.532.544.622454型芯板固定螺钉M6106355.72410049.4弹簧的选择如图10.3.1图10.3.1 弹簧弹簧在模具中的作用是是使某个分型面优先打开，故应选用压缩弹簧，其D=18mm，d=2，10 其他技术说明10.1试模与修正1.对塑料底座模具设计完成后,必须进行试模,通过试模,来检验模具是否合格以及选择最佳成型工艺.2.经过第一次试模后,就合格的模具是理想的,实际上难以做到,所以,在试模后一般即需按照模具委托加工说明书进行修正加工.修改委托书内容时,必须慎重行事.10.2模具的保养 每一套模具

30、,往往造价及为昂贵,对模具必须进行保养.10.2.1防锈措施:卸模时,必须从下部卸下冷却管,用棉丝擦干,用压缩空气吹净.在防锈方法上可涂饰耐水性的黄油,也可以打用除锈液将型腔和冷却孔锈体清除.10.2.2保持滑动部分的润滑:在保养上要定其在滑动部分涂油,涂饰必须适当.如润滑油涂饰太多则会污染制品,涂少起不到润滑的效果.11 设计小结此次次课程设计检阅了大学所专业课程所有的知识，就像是一次挑战，没有了固定地点，没有固定的时间，没有老师的监督，完全把时间给我们去利用，开始独立的设计。在此次设计中我遇到了非常多的困难，但在老师、同学们的指导、帮助下，使我克服了重重的困难，在此表示衷心的感谢！感谢老师传授给我的不仅仅是全面系统的模具方面知识及机械各方面的知识，更包含了追求真理，严于律己、宽厚待人、助人为乐的优良品德。感谢我的同班同学，他们在学习上、生活上给予我长期的支持和鼓励，与他们共同学习，共同分享大学生活中的快乐。感谢所有曾经帮助过我的人。参考资料1 申开智.塑料成型模具.北京：中国轻工业出版社，20032 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京：机械工业出版社.20033 H.盖斯特罗.注射模设计108例.北京：国防工业出版社，20024 贾润礼.实用注塑模设计手册.北京：中国轻工业出版社，200024