塑料壳体的注射模具设计毕业设计Word下载.docx

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（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模具的型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。

（3）塑件的后处理（退火）。

退火处理的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为70度，处理时间是2-4小时。

2）注射工艺参数

（1）注射机：

螺杆式，螺杆转速为48r/min。

（2）料筒温度（t/℃）：

前段160-170；

中段170-180；

后段180-190。

（3）模具温度（t/℃）：

80-120。

（4）注射压力（p/Mpa）：

56-140。

（5）成型时间（τ/s）：

注射时间20-60；

高压时间0-3；

冷却时间20-60；

总周期40-120。

第2章拟定模具的结构形式和初选注射机

2.1分型面位置的确定

通过对塑件结构形式的分析，分型面的选择如图所示2种方案

图2.1方案1

图2.1方案2

分型面应选在利于开模取出塑件的平面如图2.1方案1。

2.2型腔数目和排位方式的确定

（1）型腔数量的确定

由于该塑件的精度要求不高，塑件的尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。

同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构的尺寸的关系，以及制造费用和各种成本的费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。

（2）型腔排列的形式的确定

由于该模具选择的是一模两腔，故流道采用对称直线排列，使型腔进料平衡，如图2.3所示。

（3）模具结构形式的初步确定

图2.3型腔数量的排列布置

由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线对称排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或推杆推出方式。

浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，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、支撑板或者推件板。

由上综合分析可确定采用大水口（或者带推件板）的单分型面注射模。

2.3注射剂型号的确定

1）注射量的计算

通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图2.3所示。

塑件体积：

V塑34.34cm3

塑件质量：

m塑=ρV塑=1.42×

34.34=48.76g

式中，ρ可取1.42g/cm3

2）浇注系统凝料体积的初步计算

由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定的数值，但是可以根据经验按照塑件提及的0.2倍~1倍来估算。

由于本次设计采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积0.3倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为

V总=1.3nV塑=1.3×

2×

34.34=89.284cm3

图2.4体积分析

3）选择注射机

根据以上计算得出在一次过程中注入模具型腔的总体积为V总=89.284cm3，由参考文献[1]式（4-18）V公=V总/0.8=89.284/0.8=111.6cm3。

根据以上的计算，初步选择公称注射量125cm3，注射剂型号XS-ZY-125卧式注射机，其主要技术参数参见表2.1

表2.1注射机主要技术参数

理论注射量/cm3

125

拉杆间距/mm

260*360

螺杆柱塞直径/mm

42

模板最大行程/mm

300

注射压力/MPa

150

最大模具厚度/mm

塑化能力/g/s

168

最小模具厚度/mm

200

螺杆转速/r/min

10~140

喷嘴球直径/mm

12

合模力/KN

900

喷嘴直径/mm

4

4）注射剂的相关参数的校核

（1）注射压力校核参考文献[1]表4—1可知，POM所需注射压力为100MPa~120MPa，这里取p0=110Mpa，该注射机的公称注射压力p公=150MPa，注射压力安全系数k1这里取1.25~1.4,这里取k1=1.3。

k1p0=1.3×

110=143Mpa<

p公，所以，注射剂注射压力合格。

（2）锁模力校核

①塑件在分型面上的投影面积

A塑=70×

90+2×

π×

72=5992.28mm2

②浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模具的统计分析来确定。

A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍。

由于本设计的流道简单，分流道相对简单，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，则

A总=n（A浇+A塑）=2×

1.2A塑=14381.472mm2

④模具型腔内的胀型力F胀，则

F胀=A总×

p模=14381.472×

35=503.35kN

式中，p模是型腔的凭平均计算压力值。

p模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%~40%，大致范围为30MPa~60MPa。

对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。

POM属中等黏度的塑料且塑件有精度要求，故p模取35MPa。

由表2.1可知该注射机的公称锁模力900kN锁模力安全系数为k2=1.1~1.2，这里取k2=1.2，则取

k2F胀=1.2F胀=1.2×

503.38kN=604.02KN<

F锁=900KN

所以注射机锁模力满足要求。

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选择。

第3章浇注系统的设计

3.1主流道的设计

主流道通常位于建模中心塑料熔体的入口处，它将注射剂喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为椭圆形。

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）主流道的设计

（1）主流道的长度。

一般有模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行计算。

（2）主流道小端直径。

d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=4.5mm。

（3）主流道大端直径。

D=d+L主tanα=8mm，式中α≈4°

。

（4）主流道球面半径。

SR=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=12+2=14mm。

2）主流道的凝料体积

V主=L主（R主2+r主2+R主r主）π/3=50×

（3.52+1.752+3.5×

1.75）π/3=787.7mm3

3）主流道当量半径

Rn=

4）主流道浇口套的形式

主流道衬套为标准可选购。

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衬套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常任然将其分开来设计，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。

本设计中浇口套采用45钢,热处理淬火表面硬度为28HRC~32HRC。

如图3.1所示。

定位圈的结构由总装图来确定。

3.2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3.2所示。

2）分流道的长度

根据两个型腔的结构设计，单边分流道长度取L分=35mm，如图3.2所示

图3.1主流道浇口套的结构形式

图3.2分流道布置形式

3）分流道的当量直径

该塑料的质量

m=ρV塑=34.34×

1.42=48.76g<

200g

但该塑件壁厚在3mm~4mm之间，按参考文献[2]图2-3的经验曲线查得Dˊ=5.6mm，再根据单向分流道长度35mm由参考文献[2]图2-5查得修正系数fL=1.03，则分流到执行经修正后为

D=DˊfL=5.6×

1.03=5.768mm≈5.8mm

4）分流道的截面形状

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）分流道界面尺寸

设梯形的上底宽度为B=6mm（为了便于选择道具），底面圆角的半径R=1mm，梯形高度取H=2B/3=4mm，设下底宽度为x，梯形面积应满足如下关系式。

再根据该面积与当量直径为5.8mm的圆面积相等。

可得x=7.2mm。

通过计算梯形斜度α=8°

，基本符合要求，如图3.3所示。

6）凝料体积

（1）分流道的长度为

L分=35×

2=70mm

（2）分流道截面积

A分=×

4=26.4mm2

（3）凝料体积

V分=L分A分=70×

26.4=1848mm3=1.8cm3

考虑到圆弧的影响取V分=4.2cm3

7）校核剪切速率

（1）确定注射时间：

参考文献[2]表2-3，可取t=1.6s。

（2）计算单边分流道体积流量

q分===22.58cm3/s

（3）参考文献[2]式（2-22）可得剪切速率

γ分===973s-1

该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道德最佳剪切速率在5×

102s-1~5×

103s-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Ra1.25μm~2.5μm即可。

此处取Ra1.6μm。

另外其脱模斜度一般在5°

~10°

，通过上述计算脱模斜度为8°

，脱模斜度足够。

3.3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，为便于调增冲模时间的剪切速率和封闭时间美因茨采用侧浇口。

其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔边缘进料。

1）侧浇口尺寸的确定

（1）计算侧浇口的深度。

根据参考文献[2]表2-6，可得侧浇口的深度h计算公式为

h=nt=0.8×

3=2.4mm

式中：

t为塑件壁厚，这里t=3mm；

n为塑料成型系数，对于POM,其成型系数取n=0.8。

为了便于今后试模时间发现问题进行修模处理，并根据参考文献[1]表4-9中推荐的POM侧浇口的厚度为1.2mm~1.5mm，故此处浇口深度h取1.2mm。

（2）计算侧浇口的宽度。

根据参考文献[2]表2-6，可得侧浇口的宽度B的计算公式为

B===2.5cm

其中内表面积经计算A=8825mm2

式中：

n为塑料成型系数，对于POM取0.8；

A为凹模的内表面积（约等于塑件的外表面积）。

（3）计算侧浇口的长度。

根据参考文献[2]表2-6，可取侧浇口的长度L浇=0.5mm。

2）侧浇口剪切速率的校核

查参考文献[2]表2-3，可取t=1.6s；

（2）计算浇口的体积流量

q浇===21.46cm3/s

（3）计算交口的剪切速率：

对于矩形浇口可得γ=

γ分==≈2.4×

104s-1＜4×

104s-1

式中：

Rn为矩形交口的当量半径，即Rn===0.934

该矩形侧浇口的剪切速率合格。

3.4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（浇口的体积大小可以忽略不计）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率。

1）计算主流道德体积流量

q分===44.54cm3/s

2）计算主流道德剪切速率

γ分===2.586×

103s-1

主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×

102s-1~5×

103s-1之间，所以，主流道的剪切速率合格。

3.5冷料穴的设计及计算

冷料穴位于主流道正对面的模板上，其作用是储存熔体前锋的冷料，防止冷料模具型腔而影响制品的表面质量。

本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。

由于该塑件表面要求没有印痕，初定采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。

开模时，利用凝料对球头的拉力使凝料从主流道衬套中脱出。

第4章成型零件的结构设计及计算

4.1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。

根据对苏建德结构分析，本设计采用整体嵌入式凹模，如图4.1所示。

图4.1凹模嵌件结构图4.2凸模结构

（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。

该塑件采用整体式型芯，如图4.2所示，因塑件的包紧力，所以设在动模部分。

4.2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，同时考虑他的机械加工性能和抛光性能。

又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。

对于成型零件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用P20钢。

进行渗氮处理。

4.3成型零件工作尺寸的计算

采用参考文献[1]式（2-26）~式（2-30）相应公式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

塑件外部径向尺寸的转换：

相应的塑件制造公差Δ1=0.03mm

相应的塑件制造公差Δ2=0.3mm

Scp为塑件的平均收缩率，查参考文献[1]表1-3可得POM的收缩率为1%~1.5%，所以其平均收缩率，χ1、χ2为系数，查参考文献[2]表2-10可知χ1=0.8，χ2=0.7；

Δ1、Δ2分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；

是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取

（下同）。

（2）凹模深度尺寸的计算

塑件高度方向尺寸的换算：

塑件高度的最大尺寸

。

塑件底部凸缘基本尺寸为4mm，未注公差，按MT5计算。

HS2=

=

mm

χ1为系数，由参考文献[2]表2-10可知χ1=0.65，χ2=0.56

（3）型芯径向尺寸计算

塑件内部径向尺寸的转换：

相应的塑件制造公差Δs1=0.02mm

相应的塑件制造公差Δs2=0.02mm

相应的塑件制造公差Δs3=0.05mm

式中χ1、χ2、χ3为系数，查参考文献[2]表2-10取χ1=0.8，χ2=0.8，χ3=0.8

（4）型芯高度尺寸计算

塑件内腔高度尺寸转换：

式中χ1为系数，查参考文献[2]表2-10取χ1=0.65

（5）型芯径向尺寸φ14的计算

相应的塑件制造公差Δ3=0.32mm

（6）成型孔的高度

φ14的成型芯是与凹模碰穿，所以高度应取正公差，以利于修模。

（7）成型孔间距计算

塑料凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标注见零件图所示。

4.4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

主要考虑其强度，因此在此只做强度计算，凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度根据本节参考文献[1]表4-19中强度公式计算。

p为型腔压力（MPa）在第2章已求得为35MPa；

h=W，W为影响变形的最大尺寸，而h=30mm；

，

凹模嵌件初定单边厚选15mm。

壁厚满足要求。

根据型腔的布置，初步计算模板平面尺寸选用200mm×

400mm,它比型腔的尺寸大得多，所以完全满足强度和刚度要求。

（2）动模垫板厚度的计算

根据本节参考文献[1]表4-19中强度公式计算

p为型腔压力（MPa）为35MPa；

b为型腔宽度。

增加2根支撑住

动模垫板可按照标准厚度取25mm，显然符合要求。

第5章脱模推出机构的计算

本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出、或推件板加推杆的综合推出方式。

根据脱模力计算来决定。

5.1脱模力的计算

（1）主型脱模力型芯视为矩形来算。

因为

所以此处视为薄壁圆筒塑件，根据本节参考文献[1]式4-26脱模力为

其中，

（2）2-φ14小型芯脱模力

因为

，

所以是厚壁圆筒的受力状态，根据本节参考文献[1]式4-26脱模力为

=12350N

式中E塑料的拉伸弹性模量（MPa）取2.5×

103MPa；

S塑料成型的平均收缩率（%）为1.25%；

t塑件的壁厚（mm）为3mm；

L被包型芯长度（mm）为84mm；

μ塑料的泊松比为0.35；

脱模斜度（°

）为1°

；

f塑料与钢材之间的摩擦因数取0.3；

A塑件在与开模方向垂直的平面的投影面积（mm2）；

由λ和

决定的无因次数

由f和

；

（3）总脱模力

F=F1+F2=49029+12350=61379N

5.2推出方式的确定

1）采用推出杆推出

（1）推出面积设8mm的圆杆设置2根，那么推出面积为

（2）推杆推出应力根据表2-12取许用应力[σ]=63MPa

通过上述计算，应力偏大，推出时有顶白或顶破的可能（在生产实践中，这类简单非透明塑件，一般还是采用推杆推出），为安全起见，在此不采用推杆推出。

2）采用推件板推出

（1）推件板推出时的面积

（2）推件板推出应力

通过计算，应力满足要求，采用推板推出进行脱模，以保证塑件质量。

推件板推出时为了减少推件板与型芯的摩擦，设计时在推件板与型芯之间留出0.2mm的间隙并采用锥面配合。

第6章模架的确定

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120mm×

270mm，型腔所占平面尺寸为90mm×

240mm，利用经验公式（7-1）进行计算，即W3=W+10=90+10=100mm，查参考文献[2]表7-4得W=200mm，因此需采用200mm×

355mm的模架。

同时又考虑到导柱、导套、水路的布置等因素，根据参考文献[2]表7-1可确定选用带推件板的直浇口B型模架，查参考文献[2]表7-4得W×

L=200mm×

400mm及各板的厚度尺寸。

6.1各模板尺寸的确定

（1）A板尺寸A板是定模板型腔板，塑件高度为30mm，考虑到模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离，故A板厚度取50mm。

（2）B板尺寸B板是型芯固定板，取25mm。

（3）C板尺寸

垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5~10）mm=（30+20+16+5~10）mm=71mm~76mm,初步选定C为80mm

经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记：

C3030-50×

4025×

80GB/T12555--2006。

其他尺寸按标准标注，如图6.1所示。

图6.1B型模架结构

6.2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200mm×

400mm＜260mm×

360mm（拉杆间距），模架的安装可以从侧边和压力机上方用龙门吊安装，这里模架从一侧吊入，校核合格。

（2）模具高度尺寸255mm，200mm＜255mm＜300mm（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+（5~10）=35+70+（5~10）=105~110mm<

300mm（开模行程）,校验合格。

上式中H1是塑件脱模所需的推出距离，H2是包括浇注系统的塑件的高度

第7章排气槽和冷却系统的设计

7.1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上向上充满型腔，每个型芯上有1根推杆，其配合间隙可作为气体排出方式，不会在顶部产生憋气现象。

同时，底面的气体会沿着分型面，型芯和推板件之间的间隙向外排出。

7.2冷却系统的设计

冷却系统的设计很麻烦，在此只进行简单的计算。

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散发的热量应等于冷却水所带走的热量。

POM属流动性中等的材料，其成型温度及模具温度分别为190℃和80~120℃，所以模具的温度初步选定为100℃，用常温水对模具进行冷却。

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

（2）塑料制品的质量

（3）塑件壁厚为t=3mm，查参考文献[1]表4-34得

取注射时间

，脱模时间

，则注射周期

由此得每小时注射次数N=120次。

（4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：

2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量

查参考文献[1]表4-35直接可知POM的单位热流量的值

3）计算冷却水的体积流量

设冷却水道入水口的水温为

，出水口的水温为

，取水的密度

，水的比热容

，则根据公式可得：

4）确定冷却水路的直径d

当

，查参考文献[1]表4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径d=10mm。

5）冷却水在管内的流速

6）求冷却管壁与水交界面的膜转热系数

因为平均水温为23.5℃，查参考文献[1]表4-31可得

，则有

7）计算冷却水通道的导热总面积

8）计算模具冷却水管的总长度