塑料成型模具设计针筒.docx

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塑料成型模具设计针筒

设计任务书（零件图）······································1

一．设计目的·····································2二．塑料成型工艺······································3

三．模具结构形式······································4

四．浇注系统设计·····································5五.成型零件设计·······································5

六．模架结构形式·······································6

七．凸模推出机构·······································7

八．模架及其他零部件·····································8

九．冷却系统设计······························9

十．导向结构设计······································9

十一．参考文献··········································13

十二．附录··········································14

一．设计任务：

1.塑料模具装配图纸一张。

2.主要的零件图纸。

3.塑料制件图。

4.编写课程设计说明书一份。

二．设计目的：

（1）综合运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺等课程的知识，分析解决塑料模具设计问题，进一步加强和巩固所学知识。

（2）通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，基本掌握塑料模具设计的一般规律，培养分析和解决问题的能力。

（3）通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，进行塑料模具设计全面的基本技能训练，未毕业设计打下一个良好的实践基础。

三．塑件成型工艺性分析

1.塑件的分析

（1）外形尺寸该塑件壁厚为2mm，收缩率为0.03％~0.04％，塑件外型尺寸不大，塑料熔体流程不长塑件材料PP为结晶型高聚物，流动性较好，注射成型时需考虑各种因素。

（2）精度等级未标注的为MT6

（3）脱模斜度PP的成型性能好，成型收缩率较小，查参考文献，选择塑件上型芯和凹模的统一脱斜度为1°。

3．PPO的注射成型过程及工艺参数

1）注射成型过程

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内的浇注系统进入模具型腔成型，期过程可分为充模、压实、保压、倒流、冷却五个阶段。

2）注射工艺参数

（1）注射机：

螺杆式。

螺杆转速为30～60（r/min）

（2）料筒温度t/℃：

前段180～200；

中断200～220；

后段160～170。

（3）模具温度t/℃：

40～80；

（4）注射压力（p/MPa）：

70～120；

（5）成型时间（s）：

40～120.

四．拟定模具的结构形式和初选注射剂

1.分型面位置的确定

通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在截面积最大且有利于开模取出塑件的平面上.

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，塑件的尺寸较小，可以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费用等因素，初步定该模具为一模两腔结构形式。

（2）型腔排列形式的确定由于该模具选择的是一模多腔，其型腔中心距50mm,流道采用对称排列，使其型腔进料平衡。

3.注射机型号的确定

1）注射量的确定

塑件体积：

V塑=3.28cm3，塑件质量：

m塑=ρV塑=2.59g，式中，密度参照参考文献取ρ=0.9g/cm3。

2）浇注系统凝料体积的初步估算

由于浇注系统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0.2～1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0.3倍来估算，古一次注入模具的型腔塑料熔体的总体积为

V总=1.3nV塑=1.3×2×3.28=8.53cm3

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总体积V总=8.53cm3，由参考文献的V公=V总/0.8=8.53/0.8=10.66cm3，根据以上的计算，初步选择公称注射量为30cm3，注射机型号为SYS-30立式注射机。

4）注射机的相关参数校核

（1）注射压力校核。

查参考文献可知，PP所需注射压力为70～120Mpa，而这里取P0=90Mpa，该注射机的公称注射压力P公=157Mpa，注射压力安全系数K1=1.25～1.4，这里取K1=1.3，则：

K1P0=1.3×90=117Mpa＜P公，所以，注射机的注射压力合格。

（2）锁模力校核。

①塑件在分型面上的投影面积

A塑=2（32-22）л=31.4mm2

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）造分型面上的投影面积A浇的数值可以按照多型腔模具的统计来分析确定。

A浇是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2～0.5倍，由于本设计的流道较简单，分流道相对较短，因此流道凝料面积可适当取小些，由于PP的流定性较好，流道设计较小些。

综合这两方面这里取A浇=2×0.2×0.5×A塑=0.2A塑。

③塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积为：

A总=n（A浇+A塑）=1.2A塑=37.68mm2

④模具型腔内的胀型力F胀=A总P模=37.68×30=1.13kN

上式中，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﹪，大致范围为25Mpa～40Mpa。

由于PP流动性好，故需去较小值，故P模取30Mpa。

由上表注射机的主要技术参数知注射机的公称锁模力F锁=500kN，锁模力安全系数为K2=1.1～1.2，这里取K2F胀=1.2F胀=1.2×1.13=1.36kN＜F锁，所以注射机锁模力满足要求。

五.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内。

主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模是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喷嘴反复接触。

因此在设计中常设计为课拆卸更换的浇口套。

1）主流道尺寸

（1）一般主流道的长度由模具结构确定，对于小模具L应尽量小于60mm,本设计中初取L=30mm进行计算。

（2）主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）mm=3.7mm

（3）主流道大端直径D=d=2L主tan（α/2）+d2=5.27mm，式中α≈3°。

（4）主流道球面直径SR=主设计喷嘴球头半径+（1～2）mm=12+2=17mm。

（5）球面的配合高度h=3mm。

2）主流道的凝料体积

V主=L（R2主+r2主+R主r主）л/3=30×（2.6352+1.852+2.635×1.85）×3.14/3=473.6mm2.

3）主流道当量半径

Rn=（D+d2）/2=4.48mm

4）主流道浇口套的形式

主流道衬套为标准件可选购。

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。

因此，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碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度达50HRC～55HRC。

如下图所示。

定位圈的结构由总装图来具体确定。

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量避免熔体温度降低，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。

2）分流道的长度

根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中。

3）分流道的当量直径

根据材料为PP，选取D=4.8mm。

4）分流道界面尺寸

设梯形的上底宽度为B=4.8mm，底面圆角的半径R=1mm，梯形高度取3.8，斜度为5°

6）凝料体积图6分流道面积形状

（1）查表得分流道的长度为50mm。

（2）分流道横截面积A分=（4.8+4.8-2×3.8tan5°）×3.8/2=16.98mm2

（3）凝料的体积V分=L分A分=50×16.98=848.8mm3

7）校核剪切速率

（1）确定注射时间：

查参考资料可取t=2s。

（2）计算单边分流道体积流量：

q分=（V分+V塑）/t=848.8+3280=4128.8cm3·s-1。

（3）由参考资料①公式2-22得剪切速率

分=3.3q分/（

R3分）=

=627.8s-1

该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道最佳剪切速率5×102～5×103s-1的之间，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Ra1.25um～2.5um即可，此处取Ra1.6um，取脱模斜度为5°，脱模斜度足够。

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，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。

1）侧浇口尺寸的确定

（1）侧浇口的选择。

根据表得侧浇口深度为0.8mm，宽度为1mm，深度为1mm。

2）侧浇口剪切速率的校核

（1）确定注射时间：

t=2s；

（2）计算浇口的体积流量：

q浇=V塑/t=1.64cm2.s-1

（3）计算浇口的剪切速率：

对于矩形浇口可得：

=3.3q浇/（Rn3）=3.36×104在104~105之间

剪切速率合格。

4.校核主流道的剪切速率

1）计算主流道的体积流量

q主=（V主+V分+nV塑）/t=7882.4cm3.s-1

（2）计算主流道的剪切速率

主=3.3q主/R3主=

=737.1s-1

主流道的剪切速率处于浇口和分流道的最佳剪切速率5102~5103之间，所以，主流道的剪切速率合格。

5.冷料穴的设计及计算

冷料穴位于主流道正对面的动模上，其作用主要是储存熔体前锋的凝料，防止凝料进入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，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，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。

六．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。

根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体式。

（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。

该塑件采用组合式。

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，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。

所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用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，因此钢材选用P20钢，进行渗氮处理。

3．成型零件工作尺寸的计算

（1）凹模径向尺寸的计算塑件外部径向尺寸的转换

ls1=60-0.09mm，相应的塑件制造公差1=0.09mm

ls2=120-0.11mm，相应的塑件制造公差2=0.11mm

Ls3=250-0.13mm，相应的塑件制造公差5=0.13mm

LM1=[（1+Scp）ls1-

]0+Δ/6=[（1+0.00035）6-0.750.09]0+0.015=5.9350+0.015

LM2=[（1+Scp）ls2-

2]0+Δ/6=[（1+0.00035）12-0.750.11]0+0.018

=11.9220+0.018

LM3=[（1+Scp）ls5-

5]0+Δ/6=[（1+0.00035）25-0.750.13]0+0.022

=24.9110+0.022

式中，Scp是塑件的平均收缩率，查表1-1可得PPO的收缩率为0.03%～0.04%，所以其平均收缩率Scp=（0.0003+0.0004）/2=0.00035，，对于中小型塑件取z=/6（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Hs1=530-0.19mm，相应的s1=0.19mm;Hs2=30-0.075mm，相应的s2=0.075mm;

HM1=[（1+Scp）Hs1-

1]0+Δ/3=[（1+0.00035）53-0.670.19]0+0.063

=52.8910+0.063

HM2=[（1+Scp）Hs2-

2]0+Δ/3=[（1+0.00035）3-0.670.075]0+0.025

=2.9510+0.025

（3）型芯径向尺寸计算。

塑件内部径向尺寸的转换

Ls1=40+0.075mm，Ls2=80+0.09，Ls3=180+0.09,，s1=0.075mm，s2=0.09mm，s3=0.13mm

LM1=[（1+Scp）ls1+

1]0-Δ/6=[（1+0.00035）4+0.750.075]0-0.0013=4.0580-0.0013

LM2=[（1+Scp）ls2+

2]0-Δ/6=[（1+0.00035）8+0.750.09]0-0.015=8.0700-0.0015

LM3=[（1+Scp）ls3+

3]0-Δ/6=[（1+0.00035）18+0.750.13]0-0.022=18.1040-0.022

（4）型芯高度尺寸计算。

塑件内腔高度尺寸转换：

hs1=1mm，hs2=42.17mm，hs3=53mm，1=0.06mm，2=0.16mm，3=0.19mm

hM1=[（1+Scp）hs1+

1]0-Δ/3=[（1+0.00035）1+0.670.06]0-0.02=1.0410-0.02

hM1=[（1+Scp）hs1+

1]0-Δ/3=[（1+0.00035）42.17+0.670.16]0-0.053=42.2920-0.053

hM1=[（1+Scp）hs1+

1]0-Δ/3=[（1+0.00035）53+0.670.19]0-0.063=53.150-0.063

七．脱模推出机构的设计

本塑件结构简单，可采用推荐板推出、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。

1．脱模力的计算

（1）19主型芯脱模力因为=r/t=9.5/1.5=6.3<10，所以此处视为厚壁圆筒塑件，根据本节参考文献【1】式4-26脱模力为

F1=[2rESL（f-tan）]/（1++K1）K2+0.1A

={[23.14511000.0152（0.14-tan1）]/[（1+0.32+26.25/cos1+22.5cos1）]（1+0.14sin1cos1）}=646N

式中，E——塑料的拉伸弹性模量（MPa）

S——塑料成型的平均收缩率（%）

t——塑件的壁厚（mm）

L——被包型芯长度（mm）

——塑料的泊松比（查本书表2-12）

——脱模斜度（0）

f——塑料与钢材之间的摩擦因数

r——型芯的平均半径（mm）

A——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（mm2）

K1——由和决定的无因次数，K1=22/cos2+2cos

K2——由f和决定的无因次数，K2=1+fsincos。

（2）总脱模力F=2F1=1.3KN

2、推出方式的确定

1）采用推杆推出

（1）推出面积设1.5mm的圆推杆设置4根，那么推出面积为

A杆=d211.5/4=21.52=14.13mm2

（2）推杆推出应力根据查表取许用应力[]=29MPa

=F/A杆=1300/14.13=23Mpa<[]

2）推板厚度

（1）推件板推出时的推出面积

A板=（D2-d2）/4=3.14（322-192）=520.46mm2

（2）推件板推出应力[]=8MPa

=F/A=1300/520.46=2.5MPa<8MPa合格

t=

=7.1mm

八．模架的确定

1．各模架尺寸的确定

（1）A板尺寸A板是定模型腔板，A板厚度取15mm。

（2）B板尺寸B板是型芯固定板，按模架标准板厚取15mm。

（3）C板（垫块）尺寸垫块=推出行程+推板厚度+退杆固定板厚度+（5~10）mm=（53+7+5+7）mm=72mm.

（4）垫板尺寸取15mm。

（5）模架尺寸200160190mm。

（6）各板长宽尺寸160146mm。

2.模架各尺寸的校核

根据所选注射机来校核该模具设计的尺寸。

（1）模具平面尺寸270mm300mm<275mm385mm，校核合格。

（2）模具高度尺寸190mm<200mm（模具的最大厚度），校核合格。

（3）模具的开模行程S=H1+H2+（5~10）mm=25+40+（5~10）=70~75<350mm，校核合格。

九．冷却系统的设计

冷却系统的计算很麻烦，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放出的热量应等于冷却水所带走的热量。

1．冷却介质

PP属流动性较好的材料，其模具温度为40~80C，热变形温度为120C~130C。

所以模具温度初步选定为50C，用常温水对模具进行冷却。

2．冷却系统的简单计算

1）单位时间内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+V分+nV塑=7.88cm3

（2）塑料制品的质量

m=V=0.97.88=7.09g0.00709kg

（3）塑件壁厚为2mm，查本节参考文献得t冷=25s。

取注射时间t注=2s，脱模时间t脱=8s，则注射周期：

t=t注+t冷+t脱=35s。

由此得每小时注射次数N=102次。

（4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：

W=Nm=1020.00709=0.85kg/h。

2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs

查本节参考文献直接可知PP的单位热流量Qs的值的范围，故可取Qs=590KJ/kg。

3）计算冷却水的体积流量qv

设冷却水道入水口的水温为2=22C，出水口的水温为1=35C，取水的密度=1000kg/m3，水的比热容c=4.187KJ/（kg.0C）则根据公式可得：

qv=WQs/60c（1-2）

=0.85590/[6010004.187（35-22）]=1.5410-4m3/min

4）确定冷却水路的直径d

当qv=1.5410-4m3/min时，查本节参考文献可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔德直径d=8mm。

5）冷却水在管内的流速v

v=4qv/d2=41.5410-4/3.146410-6=3.07m/s>1.66m/s合理

6）求冷却管壁与水交界面的膜转热系数h

因为平均水温为28.5C，查本节参考文献可得

f=7.22，则有:

h=4.187f（v）0.8/d0.2

=4.1877.22（10003.07）0.8/（6410-6）0.2=12850.3kJ/（m2.h.0C）

7）计算冷却水通道的导热总面积A

A=WQs/h=0.85590/12850.3（40-28.5）=3.410-3m2

8）计算模具冷却水管的总长度L

L=A/d=3.410-3/3.140.008=0.135m=135mm

9）冷却水路的根数x设每条水路的长度l=160mm，则冷却水路的根数为x=L/l=160/135=1.19根

由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，本设计中采用动定模各两条冷却水道对型芯和凹模嵌件进行冷却.

十．导向与定位结构的设计

注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。

按作用分为模外定位和模内定位。

模外定位是通过定位圈与注射机相配合，是模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合膜定位。

锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。

本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。

十一．参考文献

1.《材料成型加工与模具》化学工业出版社黄虹编

2.《互换性与测量技术基础》中国标准出版社景旭文编著

3.《现代工程图学》上海交通大学出版社吴巨龙主编

附录