眼镜片模具课程设计说明书.docx
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眼镜片模具课程设计说明书
江西理工大学
（南昌校区）
课程设计说明书
◆课程名称：
塑料模具设计
◆设计课程：
眼镜片注塑模设计
◆系别：
机电工程系
◆专业：
模具设计与制造
◆班级：
11模具班
◆姓名：
彭强辉
◆指导老师：
肖斌
目录
前言........................................................................................................1
第1章拟定模具的结构形式……………………………………….2
1.1塑件的成型工艺性分析……………………………………2
1.2分型面的选择………………………………………………2
1.3型腔的数量和排列方式…………………………................2
1.4模具结构形式的确定……………………………………….2
1.5注射机型号的确定………………………………………….3
1.5.1注射量的计算……………………………................3
1.5.2脱模力的计算……………………………................3
1.5.3注射机的选择……………………………................3
1.5.4注射机有关参数的校核…………………................3
第2章浇注系统的设计………………………………………………5
2.1主流道的设计………………………………………………..5
2.1.1主流道尺寸的设计……………………….................5
2.1.2主流道凝料的体积……………………….................5
2.1.3主流道剪切速率的校核………………….................6
2.2分流道的设计………………………………………………..6
2.2.1分流道的作用…………………………….................6
2.2.2分流道的长度…………………………….................6
2.2.3分流道剪切速率的校核………………….................7
2.2.4分流道的表面粗糙度……………………………...7
2.3浇口的设计…………………………………………………..7
2.3.1浇口尺寸的确定…………………………………...7
2.3.2浇口剪切速率的校核……………………………...7
第3章成型零件的设计……………………………………..................8
3.1成型零件的结构设计…………………………………………8
3.1.1型腔……………………………………….................8
3.1.2型芯……………………………………….................8
3.2成型零件钢材的选用…………………………………………8
3.3成型零件的工作尺寸的计算…………………………………8
3.4成型零件的强度及支撑板厚度的计算……………………10
3.4.1型腔侧壁的厚度………………………………….10
3.4.2型腔支承板的厚度……………………………….10
第4章模架的确定………………………………………................11
4.1各模版尺寸的确定………………………………………..11
4.2注射机安装尺寸的校核…………………………………..11
第5章排气槽的设计………………………………………………12
第6章脱模推出机构的设计………………………………………14
第7章设计小结……………………………………………………15
参考文献…………………………………………………….................17
前言
塑料的主要成分是树脂。
树脂这一名词最初是由动植物分泌出的脂质而得名，如松香、虫胶等，树脂是指尚未和各种添加剂混合的高聚物。
树脂约占塑料总重量的40%～100%。
塑料的基本性能主要决定于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。
有些塑料基本上是由合成树脂所组成，不含或少含添加剂，如有机玻璃、聚苯乙烯等。
所谓塑料，其实它是合成树脂中的一种，形状跟天然树脂中的松树脂相似，但因经过化学手段进行人工合成，而被称之为塑料。
发展趋势
近年来，中国模具制造程度已有较大进步。
我国塑料模具增长迅速，比重不断提高。
近年来，我国塑料模具发展迅速。
据前瞻网《2013-2017年中国模具制造行业细分产品产销需求与前景预测分析报告》调查数据显示，目前，塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%，在模具进出口中的比重高达50～70%。
随着中国机械、汽车、家电、电子信息和2006、2008年同期塑料橡胶模具在模具进出口中所占的比重。
据了解，制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具，而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具仅约50%能够满足。
而塑料建材大量替代传统材料也成为所趋，预计2010年全国塑料门窗和塑管普及率将达到30%～50%，塑料排水管市场占有率将超过50%，这些都会大大增加对模具的需求。
据专家预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。
注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求.与传统的模具设计相比，计算机辅助工程（CAE）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。
注塑模具在加工中，各种数控加工均有用到，应用最多的是数控铣及加工中心，数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工中的应用也非常普遍，线切割主要应用在各种直壁的模具加工，如冲压加工中的凹凸模，注塑模中的镶块、滑块，电火花加工用的电极等。
对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用电火花加工，另外对于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用电火花加工。
而数控车床主要用于加工模具杆类标准件，以及回转体的模具型腔或型芯，如瓶体、盆类的注塑模具，轴类、盘类零件的锻模。
在模具加工中，数控钻床的应用也可以起到提高加工精度和缩短加工周期的作用。
模具应用广泛，现代制造业中的产品构件成形加工，几乎都需要使用模具来完成。
所以，模具产业是国家高新技术产业的重要组成部分，是重要的、宝贵的技术资源。
优化模具系统结构设计和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和制造周期；研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和新产品试制，应用快速原型制造技术和快速制模技术，以快速制造成型冲模、塑料注射模或压铸模等，应当是未来5~20年的模具生产技术的发展趋势。
第1章拟定模具的结构形式
1.1塑件的成型工艺性分析
该塑件属于薄壁塑件，生产批量不大，材料选用聚丙烯（PC），成型工艺性好，可以采用注射成型。
1.2分型面的选择
根椐塑件的结构形式（如下图所示），分型面选在塑件的底平面。
图1-1塑件
1.3确定型腔的数量和排列方式
1）型腔数量的确定
该塑件的精度要求不高，属于中小批量生产，而且该塑件的体积比较大，再考虑到模具的制造成本，可以初定为一模两腔的模具形式。
2）型腔排列形式的确定
由于是一模两腔的形式，因此本设计采用并排的形式。
1.4模具结构形式的确定
根据以上的分析可知，本设计采用一模两腔的形式，并列排列的形式，由于该塑件的壁比较的薄，因此采用推件板推出的形式，流道采用平衡式，浇口采用点浇口的形式，动模部分需要一块垫块和一块型芯固定板，因此可以初步的确定模具的结构形式为Ａ４型带推件板的双分型面模具。
1.5注射机型号的选定
1.5.1注射量的计算
由该塑件图可知，该塑件的体积Ｖ＝Ｖ1－Ｖ2＝45310.2。
因此该塑件的质量为m1＝41.2（g）。
由于流道凝料的质量m2未知，根据经验，可以按照该塑件的质量60%来进行计算，因此注射量为m=m1+m2=1.6nm=132g。
1.5.2塑件和流道在分型面上的投影面积及所需的脱模力
流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积Ａ2，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析可得，Ａ2是每个塑件在分型面上的投影面积Ａ1的0.2-0.5倍，因此可以用0.35倍的Ａ1来进行估算，所以Ａ＝nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1=21195m㎡.
脱模力Ｆ＝Ａ×Ｐ型=635.850KN
其中，Ｐ型＝30Pa
1.5.3注射机的选择
根据每一生产周期的注射量和所需要的锁模力的计算值，可选用SZ-300/160卧式注射机，该注射机的有关参数见下表
表1-1注射机的参数
结构类型
注塑模
拉杆内向距
450×450
理论注射容量
300
开模行程
380
螺杆的直径
45
最大模具厚度
450
注射压力
150
最小模具厚度
380
注射速率
145
模具定位孔直径
160
塑化能力
82
喷嘴球半径
20
螺杆的转速
0-80
喷嘴口直径
4
锁模力
1600
1.5.4注射机有关参数的校核
1）由注射机的料筒的塑化能力来核模具的型腔的数量n。
n≤（kMt/3600-m2）/m1=（0.8×82×3600×30×3600-0.6×2×41.2）/41.2=46.4＞＞2,型腔数量校核合格。
式中 k——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;
M——注射机额定塑化量（82）；
T——成型周期，取30S。
2）注射压力的校核
塑料注射成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机的类型、喷嘴的形式、塑件的形状以及浇注系统的压力损失等因素决定的。
对于粘度大的塑料以及形状细薄、流程长的塑料，注射压力应取大一些。
柱塞式注射机的压力损失比螺杆式的损失要大一些，所以注射压力也应取大些。
注射压力的校核是校核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力，由于本设计是是采用聚已烯为材料，螺杆式注射机，并且塑件的结构比较的简单，压力损失较小，因此成型时所需的注射压力取为1.3×100Pa=130Pa，而该注射机的额定注射压力为150Pa，注射压力较核合格。
3）锁模力的较核
该设计所需要的锁模力为F=KAP型=1.2×635.8<1600,所以锁模力较核合格。
其它安装尺寸的较核要待模架选定之后才能进行。
第2章浇注系统的设计
2.1主流道的设计
2.1.1主流道尺寸的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必顺使熔体的温度降和压力损失最小。
在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直分型面，主流道通常设计在模具的浇口套中，但在本设计中，为了便于加工和安装，就把主流道和浇口套设计成整体式，如下图所示，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，锥度为2°-6°，在本设计中取3°，小端的直径比注射机喷嘴的直径大0.5-1mm,因此小端的直径取为5mm,小端的前面是球面，其深度为3-5mm,在本设计中深度取为4mm,注射机喷嘴的球面在此与浇口套接触并且贴合，因此要求浇口套上主流道前端面为球面，并且半径比喷嘴的半径要大1-2mm。
取为22mm,材料采用T10A，淬火后的表面硬度达到53HRC以上。
图2-1主流道
2.1.2主流道凝料的体积
=
=
1326.65=1.33
2.1.3主流道剪切速率的校核
2.2.3分流道剪切速率的校核由经验公式可得
3.32×
在5×
-5×
之间，剪切速率合格。
式中
=
=1.33+1.13+2×45.3=93.06
2.2.1分流道的作用
分流道的作用是改变熔体的流向，使其以平稳的流态均衡地分配到每个型腔，设计时应尽量减少流动过程中的热量和压力损失，并且分流道应满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。
因此采用平衡式分流道，为了便于模具的加工和安装，分流道的形状采用U型截面分流道，由于聚已烯的流动性比较好，因些U型截面分流道的宽度取为6，半径R=0.5×b=0.5×6=3,浓度h=1.25R=1.25×3=3.75,斜角取6°。
2.2.2分流道的长度：
为了减少热量和压力损失，分流道的长度尽可能短且少弯折，因此在本设计中一级分流道的长度取L1=1.5D=1.5×100=150。
二级分流道L2=10。
也可采用经验公式
0.0892,也在区间[0.05,0.005]之间，剪切
率校核合格。
2.2.4分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度并不要求很高，一般而言取0.8-1.6即可，在本设计中，取1.6
。
2.3浇口的设计
根据塑件的外部结构，要求表面质量比较高，应看不到明显的浇口痕迹，为了便模具的结构简化，又要满足塑件外部表面质量的要求，因此本设计选用点浇口的形式。
2.3.1点浇口尺寸的确定
点浇口的直径可由经验公式算得：
=1.2mm,
式中
为塑件在浇口位置的厚度，
A为型腔的表面积；
2.3.2浇口剪切速率的校核
由经验公式
0.0682在区间[0.005,0.05]之间，剪切速率校核合格，式中
为单个塑件的体积；R为浇口的直径；
第3章成型零件的设计
模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。
在本设计中成型零件指的是成型瓶盖外表面的凹模，成型内表面的凸模。
3.1成型零件的结构设计
3.1.1型腔
由于塑件的结构比较简单，因此凹模型腔的结构也比较的简单，为了便于安装，因此此凹模采用整体式模具。
3.1.2型芯
如下图如：
图3-1
3.2成型零件钢材的选用
由于瓶盖是中小批量的生产，成型零件所选的钢的材耐磨性和抗疲劳强度性能应该要求比较良好，机械加工性能应该比较良好，因此构成型腔的凹模选用模具钢SM1。
定模板构成瓶盖顶部的花纹、文字部分，成型时有料流的冲刷，但没有脱模时的塑件的磨擦，因此采用45钢调质处理。
凸模要求有比较高的耐磨性，因此要求凸模要有比较高的硬度，所以凸模采用T10A钢材，并且淬火后的硬度要求达到58HRC-62HRC。
3.3成型零件的工作尺寸的计算
塑件的公差按国标IT6型芯
产品图如下：
1）型腔的径向尺寸
式中s——塑件的平均收缩率取0.025;
——塑件的外径尺寸；
X——修正系数（取0.5）；
——塑件的公差值（1.48）
——模具的制造公差（取
）；
2）型芯的径向尺寸
式中
——塑件内径的基本尺寸；
3）型腔的深度
式中
——塑件的高度；
——塑件的高度尺寸公差（1.28）；
4）型芯的高度
——塑件内表面的深度；
3.4成型零件的强度及支承板厚度的计算
3.4.1型腔侧壁的厚度
式中p——型腔的压力；
h——塑件的高度
E——材料的弹性模量；
——根据注射塑料品种，模具刚度计算许用变形量；
=25i=25×0.82=20.5
=0.02mm
;
——型腔的半径；
3.4.2支承板的厚度
支承板的厚度和所选模架两块垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，以及塑件的高度，还有型芯的高度，模架应该选在355×355范围内，两垫块之间的跨度大约为200mm
根据型腔的布置及型芯对支承板的压力，就可计算出支承板的厚度，即
式中
——两垫块之间的距离；
——支承板的长度（取355）；
——2个型芯投影到支承板的面积；
取标准厚度为T=50。
第4章模架的确定
根据型腔的布置、型腔的侧壁的厚度，再考虑到导柱、导套及连接螺钉布置就站的位置和采用推件板推出等问题，可以初步的确定模架序号为10号（355×355），模架结构为A4形式，即动模定模均为两板式模具。
4.1各模板尺寸的确定
1）A板的尺寸
A板是定模型腔板，塑件的高度为73，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一定的距离，因此A板的厚度取为80。
2）B板的尺寸
B板是凸模（型芯）固定板，B板取标准厚度为80。
3）C垫块的尺寸
由公式：
垫块=推出行程+推板的厚度+推杆固定板的厚度+（5-10）=120，取标准厚度125；
上述尺寸确定之后，就可以确定模架序号为10号模架，板面为355×355，模架结构形式为A4形的标准模架。
从选定的模架可知，模架外形尺寸：
350×400×300;
装配图如图：
4.2注射机安装尺寸的校核
模具的平面尺寸355×355＜450×450（拉杆间距），合格；
模具的高度：
250＜355＜450，合格；
模具开模所需的开模行程：
L=型芯高度+塑件的高度+（5——10）=155.4＜380（注塑的开模行程）;校核合格；
所以此模具所选的模架完全符合使用要求。
第5章排气槽的设计
当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体，蒸汽等不能顺利的排出，将在制品上形成气孔，银丝，灰雾，接缝，表面轮廓不清，型腔不能完全充满等弊病，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，粘度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。
而且型腔内气体压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量（特别在高速注射时）。
因此设计型腔时必须充分地考虑排气问题。
通常有以下几个方法。
1.利用分型面或配合间隙排气
对于一般的小型塑件，当不采用特殊的高速注射时，可利用分型面排气，或利用推杆与孔，推管与孔，脱模板与型芯，活动型芯与孔的配合间隙排气。
为了增加分型面的排气效果可增加分型面的粗糙度，并使加工的刀痕或磨削痕随着排气方向。
2.开设专用排气槽
对大型塑件或高速注塑模，应开专用的排气槽最常见的是在型腔周边的分形面上开排气槽，槽深在0.01-0.03mm之间变化，宽约5-10mm,随塑料品种而定。
低粘度取小值，对大多数的结晶性塑料如PA，PE,PP,PET,槽深0.02-0.03mm，对于非结晶性的PS，ABS，PC，PMMA等槽深取0.03-0.08mm,而其宽度和数量取决于型腔的容积。
3.用多空烧结金属块排气
如果制品形状特殊，型腔最后充满的部位远离分型面和推杆而无法排气时，可在型腔表面气体聚集处镶嵌圆形的烧结金属块排气。
以金属粉末为原料经压膜烧结的烧结金属具有一定的透气性，应注意烧结金属的强度差，不宜过薄，其下方的通气孔直径不宜太大，以免受力变形。
4.负压及真空排气
通过冷却水的排气是在负压冷却技术基础上发展起来的新技术。
模具内冷却水通过特殊的容积泵抽吸流动，因此整个冷却水道在负压下操作，型腔内的气体通过排气间隙从冷却水道中随水带出，其中最好的办法是通过推杆间隙排气，推杆穿过冷却水道而与型腔相同。
高速成型时还可用真空泵在注塑前抽出型腔中空气，使形成真空，这就避免了排气不及时所引发的各种缺陷。
瓶盖的成型体积比较小，而且浇口开设在瓶盖的顶部，塑料熔体先充满型腔的顶部，然后充满型腔周边的下部，这样的话，型腔的顶部不会造成憋气的现象，气体会沿着分型面和型芯与推件板之间的轴向的间隙向外排出。
第7章设计小结
塑料工业是当今世界上发展最快的工业门类之一，对于我国面言，它在整个国民经济的各个部门发挥了越来越大的作用，我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的，但是通过这次塑料模具课程设计，我更深刻的理解了塑料模具的基础知识，通过实践操作所掌握的是无法通过上课可以学到的。
同时又让我温习了UG以及Pro/E的制图知识，加强了我与同学间的学习交流，这些都是非常可贵的.我更进一步的了解了注射模的结构及各工作零部件的设计原则和设计要点，达到了能明确和掌握塑料模具设计的整体过程的能力目标和知识目标。
进行塑料产品的模具设计首先要对成型制品进行分析，再考虑浇注系统、型腔的分布、导向推出机构等后续工作。
通过制品的零件图就可以了解制品的设计要求。
对形态复杂和精度要求较高的制品，有必要了解制品的使用目的、外观及装配要求，以便从塑料品种的流动性、收缩率，透明性和制品的机械强度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面考虑注射成型工艺的可行性。
在设计的过程中，理论指导实践，将所学的知识应用到实践中，通过这次瓶体注塑模具的设计，熟悉了基本的设计流程，掌握了一些简单的设计技能。
更重要的是进一步锻炼和加强统筹协调、全盘周到地考虑问题的能力，为今后的工作响。
在结束这段课程设计之前，还要感谢老师对我们一丝不苟的指导，让我们顺利的给这次经历画上了一个完美的记号。
谢谢肖老师！
参考文献：
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