塑料圆筒件一模两件注塑模具设计说明书.docx
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塑料圆筒件一模两件注塑模具设计说明书
XTU大学
塑料成型工艺课程设计说明书
题目：
塑料圆筒注塑模具设计
专业：
材料成型及控制工程
班级：
材料4班
姓名：
如风
指导老师：
肖哥
时间：
2010年3月2日
引言
本说明书为塑料注塑模具设计说明书，是根据塑料模具手册上的设计过程及相关工艺编写的。
本说明书的类容包括：
目录、课程设计指导书、课程设计说明书、参考文献等。
编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具的设计方法以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺、塑料脱模结构的设计。
由于本人设计水平有限，在设计过程中难免有不足之处，敬请各位老师批评指正。
设计者：
如风
课程设计指导书
一、题目：
塑料圆筒材料：
ABS
二、明确设计任务，收集有关资料：
1了解设计的任务、内容、要求和步骤，指定设计方案
2查阅、收集有关的设计参考资料
3了解所设计零件的用途、结构、性能，在整个产品中装配关系、技术要求、生产批量
4模具制造技能和设备条件及可采用的模具标准情况
三、工艺性分析
分析塑件的工艺性包括技术和经济两方面，在技术方面，根据产品图纸，只要分析塑件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性能等因素，是否符合模塑工艺要求；在经济方面，主要根据塑件的生产批量分析产品成本，阐明采用注射生产可取得的经济效益。
1塑件的形状和尺寸：
塑件的形状和尺寸不同，对模塑工艺要求也不同。
2塑件的尺寸精度和外观要求：
塑件的尺寸精度和外观要求与模塑工艺方法、模具结构型式及制造精度有关。
3生产批量
生产批量的大小，直接影响模具的结构型式，一般大批量生产可选用一模多腔来提高生产率；小批量生产时，可采用单行腔模具等进行生产来降低模具的制作费用。
4其他方面
在对塑件进行工艺分析时，除了考虑上述因素外，还应分析塑件厚度、塑料成型性能及模塑生产常见的制品缺陷问题对模塑工艺的影响。
四、确定成型方案及模具型式：
根据对塑件零件的形状、尺寸、精度及表面质量的分析结果，确定所需的模塑成型方案，制品后加工、分型面的选择、行腔的数目和排列、成型零件的结构、浇注系统等。
五、工艺计算和设计
1注射量计算：
涉及到选择注射机的规格型号，一般应先进行计算。
对于形状复杂的不规则制品可估算估计塑料的用量，及保证足够的塑料用量为原则。
2浇注系统设计计算：
这是设计注射模的第一步，只有完成浇注系统的设计后才能估算型腔的压力、注射时间、校核锁模力，从而进一步校核所选择的注射机是否符合要求。
浇注系统设计计算包括浇道布置、主流道和分流道截面尺寸计算、浇注系统压力降计算和型腔压力校核。
3成型零件工作尺寸计算：
主要有凹模和型芯径向尺寸高度尺寸，其最大值直接关系到模具尺寸大小，而工作尺寸的精度则直接影响制品精度。
为计算方便，凡孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，凡轴类尺寸均以最大尺寸作为公称尺寸；进行工作尺寸计算式应考虑塑料的收缩率和模具寿命等因素。
4模具加热冷却系统计算：
模具加热工艺计算主要是加热功率计算。
冷却系统计算包括冷却时间和冷却参数计算，冷却参数包括冷却面积、冷却水空长度和孔数计算及冷却谁流动状态校核和冷却水入口和出口处温差的校核。
5注射压力、锁模力和安装尺寸校核：
模具初步设计完成后，还需校核选择的注射机压力盒锁模力能否满足塑料成型要求，校核模具成型尺寸可否方便便安装，行程是否满足模塑成型及取件要求。
六、进行模具结构设计
1确定凹模尺寸：
先计算凹模厚度，再据厚度确定凹模周界尺寸，确定凹模周界尺寸是要注意：
第一、浇注系统的布置，特别是对于一模多腔的塑料模要仔细考虑模腔位置和浇道布置；第二、要考虑凹模上螺孔的布置位置；第三、凹模中心与模板几何中心应重合；第四、凹模外形尺寸尽量按国家标准选取。
2选择模架并确定其他模具零件的主要参数；在确定模架结构形式和定模、动模板的尺寸后，可根据定模、动模板的尺寸，从《塑料模国家标准》GB/TB12555-1990和GB/T12556-1990中确定模架规格，待模架规格确定后即可确定主要塑模零件的规格参数。
再查阅有关零件图表，就可以画装配图。
七、画装配图
1主视图：
绘制模具工作位置剖面图
2侧视图：
绘制定模部分视图
3俯视图和局部剖视图等
4列出零件明细表，注明材质和数量，凡标准件须注明规格
5技术要求及说明，包括所选注射机设备型号，所选用的标准模架型号及模具闭合高度，模具间隙及其他要求。
八、绘制各非标准零件图
零件图上应注明全部尺寸、公差与配合、行位公差、表面粗糙度、所用材料热处理方法及其他要求
九、编写技术文件
1编写注射成型工艺卡片：
根据塑料的成型特点，查阅相关资料，确定合理的注射成型工艺参数，并作成工艺卡片。
2编写加工工艺过程卡片：
选取两个重要模具成型零件，确定加工工艺路线，并作成加工工艺工程卡片
3编写设计说明书
目录
第一部分塑件分析
第二部分材料工艺特性分析
第三部分注射机的型号和规格初步选择
第四部分浇注系统的设计
第五部分分型面的选择
第六部分成型零件的设计
第七部分模体的设计
第八部分推出机构的设计
第九部分导向、定位、回复机构的设计
第十部分排气系统和加热冷却系统的设计
第十一部分注射机的校核
第十二部分参考资料
塑料圆筒件（一模两件）注塑模设计说明书
1、塑件分析：
1.该塑件为一小尺寸圆筒件，形状简单；壁厚t=1.5mm，壁厚内径比（t/d）为1/60小于1/10，该塑件为薄壁塑件，并且各处壁厚均匀。
2.该塑件表面粗糙度全部为Ra0.8mm，塑件各尺寸公差按MT5级精度标注。
3.该塑件无侧凹、侧孔等，不需设计侧抽芯装置，相应模具结构简单。
2、材料工艺特性分析：
1加工性能分析：
1）无定型塑料，吸湿性强，含水量应少于0.3%,必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间的预热干燥。
2）流动性中等，溢边料0.04mm左右。
3）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温，模温。
注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为180~230℃，注射压力为100~140Mpa，螺杆式注射机则取160~220℃，70~100Mpa为宜。
4）模具设计时应注意浇注系统，选择好进料口的位置、形式。
推力过大或机械加工时塑料表面呈现"白色痕迹"（但在热水中加热可消失）。
2成形条件分析：
塑料名称
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物
缩写
ABS
注射成型机类型
螺杆式
密度/g·cm-3
1.03~1.07
计算收缩率/%
0.3~0.8
预热
温度/℃
60~75
时间/h
2~3
料筒温度/℃
后段
150~170
中段
165~180
前段
180~200
喷嘴温度/℃
170~180
模具温度/℃
50~80
注射压力/Mpa
60~100
成型时间/s
注射时间
20~90
高压时间
0~5
冷却时间
20~120
总周期
50~220
后处理
方法
红外线灯、烘箱
温度/℃
70
时间/h
2~4
3、初选注塑机：
1注射量计算
通过几何估算得该塑件单件体积
V塑=2V筒
≈2{[π（6.3/2）²-π（6/2）²]X4+πX（6/2）²X0.15}cm3
=31.65cm3
一般浇注系统凝料体积V浇占V塑的10%~15%,取V浇=15%V塑,则最小总体积为V总=（1+15%）V塑,
ABS的计算收缩率s为0.3~0.8%，取s=0.7%，
可得V注=V总/（1-s）=36.65cm3
所选注塑机的理论注射容量必须大于以上计算结果。
2初选设备
根据ABS的成形条件、工艺性能及注射容量等，初选使用型号为SZ-800/3200的注射机，其主要技术参数如下表：
项目
SZ-800/3200
理论注射容量/cm3
840
螺杆直径/mm
67
注射压力/Mpa
142.2
锁模力/kN
3200
拉杆内间距/mm
600X600
移模行程/mm
550
模具厚度/mm
最大
600
最小
300
锁模形式
双曲肘
模具定位孔直径/mm
Φ160
喷嘴球直径/mm
SR20
4、浇注系统的设计
1主流道的设计
主流道通常采用半锥角为1°~2°的圆锥角，这里取2°。
浇口套材料为T8，直接压入定模座板内（配合H7/n6）。
主流道入口的凹坑球半径R应大于注射剂喷嘴球头半径r，通常为R=r+（0.5~1）mm,
喷嘴球头半径r=10mm,取R=10.5mm。
凹坑球深度一般取3~5mm,取5mm。
为了使凝料顺利拔出，主流道的小段直径D应稍大于注射机喷嘴直径d，通常为D=d+（0.5~1）mm,
其中d=4mm,取D=5mm。
2浇口设计
根据塑件壁厚均匀，大批量生产的要求，选择采用点浇口的形式进浇，其优点在于：
可显著提高熔体的剪切速率，是熔体黏度大为降低，有利于充模，这对于PE、PS、PP和ABS等对剪切速率敏感的熔体尤为有效。
熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，熔体温度升高，黏度再次下降，使熔体流动性更好。
有利于浇口与制品的自动分离，便于实现制品生产过程中的自动化。
浇口痕迹小，容易修整。
不适合厚壁或壁厚不均匀的制品成形，要求采用较高的注射压力。
为了取出流道凝料，必须采用双分型面结构。
3分流道设计和型腔布置
分流道一般要求尽可能采用平衡式分流道，而且力求流道最短。
为了便于流道凝料的脱出，将分流道布置在定模一侧，动模侧不布置。
采用梯形截面的分流道，且梯形长边D取7.5mm,高度h取5mm。
选用梯形截面分流道是因为它的效率高且加工比较简单。
5、分型面的选择
分型面是模具结构的基准面，它直接影响着成型塑件的质量、模具加工的工艺性以及注射成型的效率等。
选择分型面主要根据以下几个原则：
1分型面应该选择在制品的最大截面处；
2尽可能使制品留在动模一侧；
3有利于保证制品的尺寸精度；
4有利于保证制品的外观质量；
5尽可能满足制品的使用要求；
6有利于排气；
7有利于简化模具结构，
由于该模具采用点浇口，该模具必须采用双分型面的模具结构。
即，第一分型面在定模座板和定模板之间，主要作用是便于流道凝料的顺利取出;第二分型面即为了取出制品而设的主分型面，根据选取分型面的原则，为了保证制品脱模时留在动模一侧，并保证利于排气，将分型面选为制品凹腔开口向的那面，分模时制品凹腔朝向动模并留在动模上。
6、成型零件设计
将制品各尺寸公差按MT5级精度标注在制品图纸上，按所标尺寸进行计算。
1成型零件尺寸计算
1）型腔尺寸计算
型腔大端径向尺寸计算公式为:
D=[D0（1+S）-¾△]+§0【1】
式中D—型腔径向尺寸，mm；
D0—塑件的径向基本尺寸，mm；
S—塑件的平均收缩率，%；
△—塑件的尺寸偏差，mm；
§—成型零件的制造偏差，按IT9级公差选取而精度要求不高的塑件（1/3~1/6）△选取。
可得
D=[63X（1+0.7%）-¾X0.46]+1/3X0.460=63.10+0.150
取拔模斜度a1=1°
型腔深度尺寸的计算公式为
H=[H0（1+S）-2/3△]+§0【2】
式中H—型腔深度尺寸，mm；
H0—塑件高度基本尺寸，mm；
其余符合与【1】同。
同样可得
H=[40X（1+0.7%）-2/3X0.36]+1/3X0.360=40.04+0.120
2）型芯尺寸计算
型芯小端径向尺寸计算公式为
d=[d0（1+S）+3/4△]0-§【3】
式中d—型芯的径向尺寸，mm；
d0—塑件的径向基本尺寸，mm;
其余符号与【1】同。
得
d=[60X（1+0.7%）+3/4X0.46]0-1/3X0.46=60.770-0.15
斜度a2=1°15′
型芯高度的计算公式为
h=[h0（1+S）+2/3△]0-§【4】
式中h—型芯的高度尺寸，mm；
h0—塑件的深度基本尺寸，mm；
其余符号与【1】同。
得
h=[38.5X（1+0.7%）+2/3X0.36]0-1/3X0.36=39.010-0.12
以上各式均参见参考书[2]P107。
2成型零件的结构设计
该塑件内外形尺寸较小，且结构简单，型腔采用整体式，其优点是强度和硬度都相对较高，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。
型芯采用整体组合式，即将型芯镶嵌在模板上固定的形式，采用H7/h6的配合精度，将型芯嵌入后用螺栓在背面固定。
这种整体组合式多用于形状比较简单，即模框孔易于加工配合的模具中。
便于修配和更换。
3成型零件的力学计算
1）型腔侧壁厚度S的计算
取型腔压力P=35Mpa（一般从注射压力的25%~50%中选取），则，
a.按强度条件计算圆形型腔侧壁厚度的公式为
【5】
式中，S—型腔侧壁厚度，mm；
r—型腔内半径，r=63.10/2=31.55mm；
[σ]—型腔材料的许用应力，MPa,为淬硬钢材的[σ]=156.8MPa；见参考书[2]P99式（5-2）。
即，代入数值得S=19.97mm。
b.按刚度条件计算的公式为
【6】
式中，h—型腔高度，mm；
E—型腔材料的弹性模量，MPa，取E=2.1X105MPa；
[δ]—型腔许用变形量，ABS等中粘度的材料[δ]≤0.05，取[δ]=0.03；
其余符号见【5】，见参考书[2]P100（5-6）。
同样代入数值可得S=31.2mm。
取a、b两结果中的大者，则可取Smin=32mm。
2）型腔腔底厚度H的计算
c.按刚度条件计算计算公式为
【7】
式中符号见【4】、【5】，见参考书[2]P100（5-7）。
代入数值可得H=30.60mm。
d.按刚度计算的计算公式为
【8】式中符号见【5】、【6】，见参考书[2]P100式（5-6）。
同样代入所有数值有H=27.87mm。
取c、d中大者有效，可取Hmin=32mm。
由以上计算可知，定模板的最小厚Dmin=32+40.4=72.04mm,
模板的规格可随之确定。
7、模体设计
模体的设计要点如下：
1）模体应有足够的刚度和强度；
2）模腔的成型中心应尽可能接近注射机的锁模力中心，以防止模体受力偏移，造成局部锁模不严而影响塑件质量；
3）模体在注射机上的安装位置应稳定可靠，并符合注射机的参数要求；
4）推出机构的受力中心应该与注射机推出装置中心重合；
5）成型镶块边缘的磨面上应留有足够的位置，以设置导柱、导套、紧固螺钉等零件安装的安装位置；
6）连接模板用紧固螺钉，特别是连接动模部分的紧固螺钉应有均匀的布局和足够的强度；
7）为便于模体的加工、组装及安装，在动模部分和定模部分的侧面适宜位置应设置吊环螺纹孔。
该模具采用点浇口，须采用双分型面的三板式结构，总体结构如下示意图：
定模座板
定模板（A板）
动模板（型芯固定板、B板）
推板
型芯垫板
垫块（C板）
垫块（C板）
顶杆固定板
顶杆垫板
动模座板
根据上面的要点及前面的计算，该模具选用250mmX315mm标准模架的A2型，各板厚度分别如下：
A板：
80mm
B板：
50mm
C板：
80mm
模具厚度为H=115+A+B+C=325mm，在（300,600）的范围内，符合要求。
8、推出机构设计
该一模两腔薄壁桶形件，适合选用推板推出机构脱模。
推板脱模机构在分型面处沿制品周围将制品推出，适用于大筒形制品、薄壁容器及各种罩壳类制品的脱模。
其特点是推出均匀、力量大、运动平稳、制品不易变形、表面无退订痕迹，怒需要设置复位装置。
推顶推板的顶杆杆数目定为四，呈矩阵布置在盖底四个角的适当位置。
关于所使用顶杆的规格的计算如下
1脱模力的计算
该塑件受脱模力的实用计算式为
QC=10KfcαE（Tf-Tj）th【9】
式中K—脱模斜度系数，查书[1]P355图2.6-4得K=0.8；
fc—脱模系数，查书[1]P354表2.6-2得fc=0.3~0.5,取fc=0.5；
α—塑料的线膨胀系数（1/℃），同上查得α=7X10-5~10X10-5，取α=10X10-5；
E—在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量（Mpa）,同上查得E=1.8X103~2.6X103，取E=2X103；
（Tf-Tj）—热变形温差（℃）,同上查得该差值为40；
t—制品厚度（mm）,t=1.5;
h—型芯脱模方向高度（mm）,38.5；
见参考书[1]P354式（2.6-23）。
代入数字后，由上式可算得QC=2079N
又由于制品为封闭壳体，需克服真空吸力，其大小为
Qb=0.1Ab【10】
这里的0.1的单位为Mpa,Ab为型芯的横截面面积（m2）；
见参考书[1]P351式（2.6-1）
即Qb=0.1Xπ（63/4）2=78N
脱模力Qe=Qb+Qc≈2157N
由于是一模两腔，脱模力是上面计算结果的两倍，即4314N。
2顶杆直径的计算
推杆直径的计算式为
【11】
式中d—顶杆直径（mm）；
K—安全系数，K取1.5~2，这里取2；
l—推杆长度（mm），由模具结构得l=150；
Qe—脱模力（N）；
E—推杆材料的弹性模量（Mpa）,推杆材料为T8A，碳素钢的E=2.1X105；
n—顶杆根数；
见参考书[1]P368式（2.6-34）。
代入数值得d=6.56mm,取顶杆直径为8mm。
3推杆强度的校核
推杆强度校核公式为
【12】
式中σc—推杆所受的压应力（Mpa）；
σs—推杆材料的屈服点（Mpa）；
其余符号与【9】同，见参考书[1]P368式（2.6-35）。
计算得σc=21.5Mpa远小于σs，所以四根直径为8mm的顶杆符合要求。
4.推板的设计
推板选用比标准模架上的模板，厚度为25mm。
9、导向、定位、回复机构设计
1导向机构
根据标准模架采用φ25的标准带头导柱，安装在动模一侧，与导套配合确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度，保证制件的质量；导套选用孔径φ25的标准带头导套，安装在定模一侧。
2定位圈
定位圈的设计是为了便于模具在注射机上的安装以及模具浇口套与注射机的喷嘴孔精确定位。
如前所述，该模具定位圈采用日本JIS标准型定位圈，采用参考书[1]P3472.5-15中（b）图形式。
其外径比注射机上定位圈配合孔要稍小0.2~0.3mm，材料为T8碳素工具钢。
3复位机构
采用推板推出机构，能够自动复位，不需要再另外设计回复机构。
10、排气、加热冷却系统设计
1排气系统
由于该模具属于小型模具，排气量不大，且分型面之间的微小间隙和型芯与推板间的间隙都可以排气，因此不必再专门开设排气槽，也不会出现充型困难、充不满等问题。
2.加热冷却系统（略）
11、注射机的校核
在前面设计中，喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模具厚度、最小模具厚度等都已合适，无需再校核。
但对锁模力大小及其开模行程还未校核，需要进一步进行。
1.锁模力计算
高压塑料熔体在充满模具型腔时会产生沿开模方向的涨模力。
该涨模力等于制品和流道在分型面上的投影面积之和乘以型腔的平均压力P。
模具锁模力必须大于涨模力，才能防止分型面上产生溢边，保证制品在深度方向上的尺寸精度。
F≥KAP【13】
式中F—注射机的额定锁模力（kN）；
A—制品和流道在分型面上的投影面积之和（cm2）；
P—型腔的平均计算压力（Mpa）；
K—安全系数，通常取K=1.1~1.2；
见参考书[1]P430式（2.9-6）。
初选的设备时，K取1.2，
P=35Mpa（ABS）；
A≈2π（6.3/2）²+17X0.5
=62.34+8.5=70.84cm2；
则KAP=1.2X70.84X35=2975.28kN
即锁模力F≥2976kN
2开模行程校核
所选注射机的锁模方式为双曲肘锁模，其开模行程与模具厚度无关，其双分型面注射模的开模行程校核式为
H≥H1+H2+a+5~10mm【14】
式中H—注射机动模板的开模行程（mm）；
H1—制品推出距离（mm）；
H2—制品高度（mm）；
a—定模座板和定模板之间的距离（mm），此距离应保证足以取出流道凝料；
见参考书[1]P431式（2.9-9）。
由模具结构知H1=40mm，H2=40mm，a=30mm，即
H≥40+40+30+5~10=115~120mm；
而所选注射机的开模行程为550mm，显然符合要求，所以注射机SZ800/3200合适。
12、参考资料
[1]李德群唐志玉等中国模具工程大典·第三卷塑料与橡胶模具设计
[2]田宝善田雁晨刘永等塑料注射模具设计技巧与实例（第二版）
[3]唐曾宝常建娥等机械设计课程设计（第三版）
[4]周良德朱泗芳杨世平等现代工程图学（第二版）上册
[5]申开智等塑料成型模具
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