塑料篮筐注塑模具设计说明书.docx

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1、塑料篮筐注塑模具设计绪论近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、 长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压 铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济 体制改革的不断深入，“三资”及民营企业的发展较快。在注塑模具方面，2006年，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模 具水平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模 具单套重量已超过50吨，最精密的注塑模具精度已达到2微米。在CAD/CAM技 术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模 具新结构、新品种、新工艺

2、、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多。零件名称：塑料篮筐材料：合成树脂HDPE零件如图所示：图1-6浇口套1、主流道尺寸主流道的长度：主流道长度应尽可能短，一般不大于60mm,这里 取 L i=59mm主流道小端直径：应比注射机的喷嘴直径大0.51mmd=3+l= 6 4mm主流道大端直径：D=d+2Ltana=4+2 X 59 X tan2 4)8. 121mm 4 8mm主流道球面半径：比注塑机的喷嘴半径大12mmR=12+l=13mm主流道球面配合高度：h=6mm2、主流道的凝料体积V 主二L 主(R2主+2主+R 主r 主)jt/3(3-6)=3. 14X59x (36+18+9)

3、/3=3. 89cm3V 主+V 塑=3. 89+34. 833=38. 723 cm3 31(3-14)式中h一型腔底板厚度，mmb一型腔侧壁边长，mm由于c、=0.0138查塑料成型工艺与模具设计P137表7.6,人=300加，则/2229.3根相，因为此型腔侧壁厚力=40加，所以满足要求。五、模架的选择确定(-)模架类型的选择注射模标准模架目前共有两个国家标准：一个是使用于模板的尺寸为 BXLW560nlmX900mm 的中小型模架(GB/T12556. 1 1990)；另一个是使用 于模板的尺寸为B X L为630mm X 630mml250mm X 2000mm的大型模架 (GB/T

4、12555. 1 1990)o塑料模具的型腔在成型过程中承受着塑料熔体的高压，如果侧壁或底 板的强度不够，则可能会产生开裂，如果强度不足，则会引气较大的变形， 将会造成溢料，并且脱模困难，型腔侧壁和底板厚度的计算方法有强度计 算和刚度计算两种，一般情况下，大尺寸型腔的刚度不足是主要问题，所 以应按刚度条件计算，对于小尺寸型腔来说，强度不足是主要问题，所以 应按强度条件来计算。根据塑件的尺寸分析，本塑件的成型型腔属于比较大尺寸，所以应该 按刚度来计算，而型腔采用的是整体嵌入式，根据型腔的材料和经验，型 腔的壁厚应该为55160mm之间，模套的壁厚应在350nlm之间。由此按经验参考标准模架，应该

5、选取的标准模架为1-150200 GB/T 12556.1-1990表4-1模架参数8.3-1,阪中速做艇款机T14棘I3y日p图1-1零件三视图通过Pro/E软件建立三维立体如图1-2所示:图1-2零件3D图名称材料尺寸(mm)上模座板45钢600X544X60型腔板45钢544X456X 189型芯板45钢540X460X240滑块45钢70X50X280下模座板45钢600X540X40(-)模具开模行程的校核所选的注塑机为全液压式的锁模机构，最大的开模行程受到模具厚度 影响。此时最大的开模行程S开等于注塑机移动、固定模板台面之间的最 大距离减去模具的厚度。S开三七+乩+ (5-10)

6、mm(3-15)30020+104+10 300M134 满足要求。式中S开一一注塑机移模行程300 mm；Hi推出距离20 mm；H2流道凝料与塑件高度104 mmo六、排气和引气系统设计在塑料熔体填充注射模腔的过程中，模腔内除了原有的空气以外，还 有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部会分解产 生的低分子挥发的气体，塑料的助剂挥发(或化学反应)所产生的气体以 及热固性塑料交联硬化后释放的气体等；这些气体如果不能及时被熔融塑 料顺利地排出模腔外，将会在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不 能完全地充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件， 使之产生焦痕，色泽

7、不佳等缺陷问题。(-)排气的方式及结构设计(-)引气的方式及结构设计模具的排气可以利用排气槽去排气，分型面也可以排气，或者利用型 芯，推杆和镶件的间隙取排气。七、导向机构与定位机构设计(-)导向结构的作用注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机 构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运这动导向。锥面定位机 构用于动、定模之间的精密对中定位。(二)导向机构的设计设计导柱和导套需要注意以下几项：合理的布置导柱的位置，导柱的中心至模具外缘至少应该有一个导 柱的直径的厚度；导柱不应设在矩形模具的四角的危险断面上。通常应设 在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱的布置方式通常采用

8、等径且不对 称布置，或不等直径对称的布置。导柱的工作部分长度应比型芯的端面高出68 mm,以确保其导向 与引导的作用。导柱的工作部分应配合精度采用H7/f7,低精度时可取更低的配合 要求；导柱的固定部分配合精度应采用H7/k6；导套的外径的配合精度应 采取H7/k&配合的长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔， 用以减小摩擦，降低加工的难度。导柱可以设置在动模或者定模，设在动模这一边可以保护型芯不受 损坏，设在定模这一边有利于塑件的脱模。除了在动模和定模之间设置导柱和导套以外，还需要在推板与动模 坐之间来设置导柱、导套，以保证推板的顺利推出。本设计选择带头的导柱和带头的导套形式，由于

9、导柱导套是标准件， 所以在设计过程中只需根据使用要求来合适选择导柱导套与模架配合，可 根据GB/T4169. 4-1984选择合适的导柱导套。岛0,D18 A 00.85,6遮44J6图1-13斜导柱形式6.3.VA111.01D.05图1-14导套形式A 3 02 o. 01八、脱模推出机构设计(-)脱模方式的确定注射成型的每一次循环中，塑件都必须准确无误地从模具的凹模或型 芯上脱出来，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称为顶出机构。本设计使用简单的推杆脱模机构方式，通过顶销推出注塑成型的工 件。(-)脱模结构的形式因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用简单的脱模机构可以 简化模具结构，

10、给制造和维护带来方便，所以使用推杆推出机构。(三)脱模力的计算推出力是指从动模一侧由推杆向型芯上的塑件所需施加的外力。塑件 脱模刚开始时，所需推出力是最大的，其后推出过程中推出力仅仅为了克 服推出结构移动的摩擦力。但对于此塑件由于顶部无孔，所以脱模时要考 虑克服大气压力，可利用以下公式进行估算：Ft = AP(ucosd-sind) + Fo( 3-16 )式中巴一塑件对型芯包紧的脱模力，N ；A 一塑件包络型芯的面积，mm2；P 一塑件对型芯单位面积上的抱紧力，MPa.一制品与钢材表面之间的摩擦系数，一般取0. ro. 3；S一型芯的脱模斜度；Fo 一顶部无孔的塑件脱模推出时要克服的大气压力

11、，其大小为 大气压力与被包络塑件端部面积的乘积。查简明塑料模具设计手册P204 表 4-37 得：P = 16MPa, m = 0.3, A 136497mm2, F =4040 N , = 2。则 F,= 67232No九、冷却系统的设计(一)冷却介质HDPE材料的成型温度为200 280 C模具温度为50 80 C,模具初温为40 ,采用常温水对模具进行冷却。(-)冷却回路尺寸的计算冷却回路所需要的总表面积a.冷却水的表面传热系数的计算公式如下：”。丝二（3-17）式中夕一冷却水在该温度下的密度，kg/m3；v一冷却水的流速，mis ；d一冷却水孔直径，m ；。一与冷却水温度有关的物理系数

12、，查塑料成型工艺与模具设 计P233表11. 4；p lxlO3Z:g/m3, v = 2m/s , d = 0.014m ?查表得：平均水温 10 时。=6.6贝ija = 6990.92 W/（机2。K）；b.冷却回路所需要的总表面积按下式计算：4二Mq（3-18）3600（内-丽）式中“一单位时间内注入模具中树脂的质量，kg/h；4一单位质量树脂在模具内释放的热量，J/kg查塑料成型工 艺与模具设计P233表11. 3；a 一冷却水的表面传热系数，W /（m2 K）；内一模具成型表面温度，。C;然一冷却水的平均温度，。C；又有 M=0.Wg/s, 6,=50, 6h,=10,查表得：q

13、= 3x1 JI kg则A = 0.107m2c.冷却回路的总长度计算(3-19)冷却回路的总长度L计算公式如下L =7id式中A一冷却回路总表面积，m2；d一冷却水孔直径，m；有 d =0. 012 m, A = 0.107m2=2.43/71=2.43/71,0.107L - （三）冷却水道的设置冷却回路的设置是为了使成型塑件快速冷却，防止塑件内部产生应力，从而导致塑件变形或开裂，影响其质量。设置良好的冷却回路是提高生产率、缩短成 型周期的最有有效方法。冷却回路一般设计原则：(1)冷却回路中，冷却水道数量应尽量要多，每根水道的孔径应尽量设计的大占八、，(2)冷却水道到型腔表面之间的距离应该

14、尽量相等；(3)浇口处应该加强冷却；(4)冷却水道的出、入口的温差应尽量小；(5)冷却应沿着塑料收缩的方向取设置；(6)冷却水道的布置应尽量避开塑件容易产生熔接痕的部位。图1-15冷却水通道十、总装配图和零件图的绘制图1-15总装配图三维例mH-._:-:G8?林魅L魏盛购酝”鹿胡融独邓城& *上皿就一笏理币或瞒那看他查例师谿管总 2,触触就楙银馥当,痴 林娴嬲，麒的人的懒做 3就默刊雕I新胎； 4,身艮微傩麴心，牒丽轩学腺 酷飕勤财附t, 械孙楸,解酿.图1-16总装配图二维图致谢首先对指导老师在这次设计中给予我的帮助和支持表示衷心的感 谢。由于这是我第一次做模具设计，所以在开始做的时候都不

15、知道该何下 手。是老师教会了我如何去搜集和查阅一些相关的模具设计资料。在这次 设计过程中我遇到一些难以解决的问题，老师都很认真负责地给我分析讲 解，让我找到了怎样去解决这些问题的办法。在撰写论文的时候，老师及 时的给予我帮助建议，让我们中找到了自己的不足之处，使我更深层次的 了解到力模具的精髓，让我对模具制造有了新的认识和了解，使我能够更 好的去完成我的毕业设计。在王老师的指导之下，是我在这次的模具设计 中学到了更多的知识。在此再次对王老师的指导表示衷心感谢！在跨越大学的学习过程中，我还得到了各科任课老师和各位领导的大 力帮助。在你们的帮助下，我不仅学到了丰富的专业知识，而且丰富了我 的社会阅

16、历，让我学会了如何对待以后的学习、生活、如何从事设计研究 工作，使我顺利的完成了我的学业，给我的大学生活画上了一个圆满的句 号。在此，对各位帮助我、教育我的领导和老师们表示衷心的感谢。1 .屈华昌著：塑料成型工艺与模具设计，北京：高等教育出版社,2007. 8O.暴风创新科技著：Pro/ENGINEER野火版5.0从入门到精通，人民邮电出 版社,2010.7o2 .胡凤兰著：互换性与技术测量基础，北京：高等教育出版社，2010.8。3 .郭纪林余桂英著：机械制图，大连理工大学出版社，2010. 2o.刘玉莹陈爱荣著：AutoCAD2008项目化实例教程，北京理工大学出版社, 2011. 12o

17、4 .数字化手册编委会著：机械设计手册（新编软件版），化学工业出版社， 2008 o5 .朱光力著：模具设计与制造实训，北京，高等教育出版社，2008. 12。6 .齐卫东著：简明塑料模具设计手册，北京：北京理工大学出版社，2008. 2O7 .刘朝福著：模具设计实训指导书，北京，清华大学出版社，2010.7。8 .孙学强著：机械制造基础第二版，北京，机械工业出版社，2008.2。思一、塑件成型工艺性分析(-)塑件结构的分析塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑 料生产过程中，一方面成型会对塑件的结构，形状，尺寸精度等诸方面提出 要求，以便降低模具结构的复杂程度和制造难度

18、，保证生产出价廉物美的 产品；另一方面，模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析，弄清 塑件生产的难点，为模具设计和制造提供依据。(-)HDPE材料性能的分析HDPE树脂是五大合成树脂之一，它的抗冲击性、耐热性、耐低温性、 耐化学药品性及电气性能比较优良，而且还具有容易加工、制品尺寸较 稳定、表面光泽性好等特点，比较容易涂装和着色，它还可以进行表面喷、 镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、 电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途广泛的热塑性 工程塑料。HDPE树脂是当前产量最大，应用最广泛聚合物，它将PS、SAN、 BS的各种性能统一起来，兼具韧、

19、硬、刚相均衡的优良的力学性能。HDPE 工程塑料拥有优良的综合性能，而且有极好的冲击强度、尺寸稳定性能 好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，在成型加工和机械加工方 面较好。HDPE树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于多大部分醇类和燃类 溶剂，但它易溶于醛、酮、酯和某些氯代烽中。它的具体优点有以下6 占. 八、1 .它的综合性能比较好：机械强度比较高；抗冲击性能强，低温和高 温时候都不会有迅速的变化；缺口敏感性比较好；有一定的表面硬度，抗 抓伤；耐磨性能较好，摩擦系数比较低；.电气性能比较好，不会受温度、湿度、频率产生巨大变化；2 .耐低温可以达到零下40；.耐酸、碱、盐、油、水；3 .可以

20、用来涂漆、印刷、电镀等方法对一些制品进行表面的装饰；.收缩率比较小，拥有较宽的成型工艺范围。HDPE工程塑料的主要的缺点有：热变形的温度较低，可燃性，耐候 性特别差。选择注射成型制品的材料，不仅在一定的期限内能够保证其 使用功能和性能，而且还要考虑它的加工成型、成本和供应方面的问题。综合考虑来看，本注塑件应选材料为HDPEO（三）HDPE材料物理性能参数利用Moldflow对塑件进行最佳的浇口分析，塑料的流动性分析，冷 却质量分析和缩痕分析等方面。初始条件：HDPE在Moldflow中搜索到的材料，可以查看材料的一些具体 的基本信息。把这些信息作为分析的初始条件。其中模具的温度为38, 熔化的

21、温度为2402，材料融化的温度范围为：200。280（,模具的温 度范围为：20-57,塑料的固体密度为LOSg/mm）融化密度为1. 03g/ mm 3,最大的剪切应力为0. 26MPa。）HDPE塑料的加工特点高密度聚乙烯通常使用Ziegler-natta聚合法制造，其特点是分子链上没有支链，因此分子链排布规整，具有较高的密度。该过程在管式或釜 式低压反应器中把乙烯为原料，用氧或有机过氧化物为引发剂引发的聚合 反应。高密度聚乙烯属环保材料，加热达到熔点即可再回收利用。须知塑 料原料可分为两大类：“热塑性塑胶”及“热固性塑胶”。（五）HDPE材料的注射成型过程及工艺参数查得HDPE材料的注射

22、成型过程及工艺参数如表2-lo表2-1材料的注射成型过程以及工艺参数工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度t/ : 8095成型时间/s注射时间05时间1/h: 45保压时间1530料筒温度t/后段150170冷却时间1530中段165180总周期4070前段180200螺杆转速n/（尸min）3060喷嘴温度t/170180后处理方法红外线灯烘 箱模具温度t/5080温度t/70注射压力 p/Mpa60100时间r/h24二、拟定模具的结构形式(-)型腔数量确定注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在确定型腔 数目的时主要考虑以下几个有关因素：(1)塑件尺寸精度；(2)模具的制

23、造成本；(3)注塑成型的生产效益；(4)模具的制造难度。因为该塑件是一般日用品，在生活中应用比较广泛，根据生产批量和 经济因素，所以确定该模具应该为一模两腔。(-)分型面的确定因为分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结 构工艺性及尺寸精度、嵌件位置、塑件的推出和排气等诸多因素的影响， 所以在选择分型面的时候应综合分析，除了以上的这些基本原则以外，分 型面的选择还应该考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。为了确保侧 向型芯的位置的放置以及抽芯机构的动作的顺利，应以浅的侧向凹孔或者 短的侧向凸台作为抽芯的方向，而将较深的凹孔或者较高的凸台放置在开 合模的方向。图1-3(三)注射机

24、型号确定1、注射量的计算通过Pro/E三维建模软件绘制出零件图中的零件，并用Pro/E通过模 型质量分析模块分析，如图卜5所示得到：塑件体积：丫塑=528969.43 mm 3塑件质量：M 塑=pv=1.05X685304 6二0. 555kg(3-1)质量厘性分析特征Q Solid Geccietry，QuiltQ Solid Geccietry，Quilt坐标系选取项目7,使用缺省值密度1.05000000精度0. 00001000积面fwi5. 2896943e-O5 毫米3=7.2416662e-5 毫生、21. 0500000e-00 公吨 量米5. 554179Oe-O5 公吨LB

25、快速H 图1-4塑件质量属性2、浇注系统凝料体积初步估算浇注系统设计前其体积是不确定数值，可根据经验公式按塑件体积的 0.21倍来估算，由于采用一模一件的单型腔模具，流道简单，所以按 0.2倍来估算：V 总二V 塑 X ( 1+0.2) =634763. 316cm3(3-2)3、选择注塑机由公称注射量选定注射机由1-4分析得出单个塑件的体积V二528969. 43 mm 3 ,流道凝料V二4545 mm ?实际的注射量为：V宓=15144X2+4545=34. 833cm3；根据实际注射量应该小于0.8倍公称注射量的原则，即：0.8V 八2 V 宁(3-3)A头V 公= V 实/0. 8=3

26、4. 8334-0. 8=43.541cm3；由上计算初步确定注塑机型号为SZ-60/60o(1)最大注塑量的校核根据以往的生产经验，注射机的最大注射量应是其额定注射量的 80%o所以一个周期内所需的塑料溶体的总量必须在注射机的额定注射量 的80%以内。V 史=34.833cm3头V 公二60 mm3(详见注塑机参数表)/k X80%=60X0. 8=48cm3 V,一 校验合格。(2)锁模力的校核通过Pro/E软件分析塑件的投影面积A塑=66875. 42 mm 2浇注系统在模具分型面上的投影面积A浇=0. 2A塑=13375. 084 mm之模具 型腔内的涨型力为：F=AP(3-4)试中P

27、是型腔的平均计算压力值，通常取2040MPa,查常用塑料注塑 时所选用型腔压力表，取p=30MPa塑件和浇注系统在分型面上不重合的投影面积之和乘以型腔的压力 应小于注射机额定锁模力。即：fF=AP(3-5)查表3-1得，该注射机的公称锁模力f=600KN贝I：F= (1+0. 2) /塑X30=240KN600KN,所以注塑机锁模力合格。表2-2注射机主要技术参数项目XS-ZY-125注射方式螺杆式理论注射量/cn?60螺杆直径/mm40注射压力/MPa145塑化能力g/s11.7合模力/KN600注射时间/s1.8移模幻程/mm300拉杆空间/mm320x520取大模具厚度/mm350最小模具厚度/mm170合模方式液压-机械模具定位孔直径/mm125喷嘴球半径/mm35喷嘴口直径/mm4三、浇注系统设计(-)主流道的设计主流道它是一端和注塑机喷嘴相接触，另一端和分流道相连的一段带 有锥度的流动通道。根据注塑机型号去设计主流道尺寸，具体的尺寸详见 图 l-6o考虑到主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复的接触和碰撞，因此主 流道的部分常设计成可拆卸主流道浇口套，可以选用优质的钢材单独去加 工和热处理。浇口套结构设计如图1-6所示。由注塑机确定定位圈的尺寸， 定位圈如图1-5所示。图1-5定位圈