塑料外壳注塑模具设计说明书.pdf

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1、 中北大学 课 程 设 计 说 明 书 学生姓名：学 号：学 院：材料科学与工程学院 专 业：高分子材料与工程 题 目：塑料外壳注射模具设计 指导教师：王文生 付一政 职称:副教授 讲师 年 月 日 中北大学 课程设计任务书 20122013 学年第 一 学期 学 院：材料科学与工程学院 专 业：高分子材料与工程 学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：塑料外壳注射模具设计 起 迄 日 期：课程设计地点：中北大学材料科学与工程学院 指 导 教 师：系 主 任：下达任务书日期:年 月 日 课 程 设 计 任 务 书 目录 1.塑件分析和工艺参数的设定.6 11 塑件图.6 12 塑件的结构和特点.

2、6 13 塑件材料的成型特性与工艺参数.6 1.3.1 PP 塑料的材料特性.6 1.3.2 PP 塑料的成型特性.7 1.3.3 PP 塑料的注射成型工艺参数.7 1.4 塑料外壳的参数.7 1.4.1 塑件的质量和体积.7 1.4.2 塑件的投影面积.8 2.注射机的选择.9 2.1 选用注射机的方法和原则.9 2.2 注射机的选用.9 2.3 注射机参数的校核.9 2.3.1 最大注射量的校核.9 2.3.2 注射压力的校核.10 2.3.3 锁模力的校核.10 2.3.4 最大注射成型面积的校核.10 3.塑料注射模具设计.11 3.1 型腔的数目和分布.11 3.1.1 按注射机的最

3、大注射量确定型腔数.11 3.1.2 按注射机的额定锁模力确定型腔数.11 3.1.3 按制品的精度要求确定型腔数.11 3.1.4 按经济性确定型腔数.12 3.2 分型面的选择.12 3.3 型芯和型腔.13 3.3.1 型芯和型腔的结构设计.13 3.3.2 型腔和型芯尺寸的确定.13 3.4 整体式圆形型腔侧壁和底板厚度的计算.14 3.4.1 侧壁厚度的计算.14 3.4.2 底板厚度的计算.14 3.5 浇注系统的设计.15 3.5.1 主流道的设计.15 3.5.2 定位环的设计.16 3.5.3 分流道的设计.16 3.5.4 分流道的分布.16 3.5.5 拉料杆的设计.17

4、 3.5.6 浇口的选择.17 3.5.7 冷料井的设计.17 3.5.8 塑件在模具中的位置.17 3.6 注射机最大开模行程的校核.17 3.7 导向机构的设计.17 3.7.1 导柱的设计.17 3.7.2 导套的设计.18 3.8 推出机构的设计.19 3.8.1 推杆的设计.19 3.8.2 复位杆的设计.19 3.8.3 推板导柱的设计.20 3.8.4 推板导套的设计.20 3.8.5 推板的设计.20 3.8.6 推杆固定板的设计.20 3.8.7 固定螺钉的选用.21 3.8.8 支承钉的选用.21 3.9 温度调节系统的设计与计算.21 3.10 排气系统的设计.22 3.

5、11 机架的选用.22 3.11.1 标准模架型号的选择.22 3.11.2 模架长度和宽度的确定.22 3.11.3 确定模架的厚度.23 3.11.4 动定模板和座板的设计.23 4.模具的动作原理.25 参考文献.27 1.塑件分析和工艺参数的设定 11 塑件图 塑件外壳示意图，如图 1.1 所示。图 1.1 塑件示意图 12 塑件的结构和特点 塑件的结构和特点：此塑料外壳的结构简单，尺寸较小，中空、无底，属薄壁壳体塑件，其顶端部分设有外螺纹。为提高生产率，可采用多型腔。制品精度为一般精度，公差等级为 MT3。13 塑件材料的成型特性与工艺参数 1.3.1 PP 塑料的材料特性 PP 是

6、一种半结晶性材料，具有特别高的抗疲劳抗弯曲强度。它比 PE 要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的 PP 温度高于 0以上时非常脆，因此许多商业的 PP 材料是加入1 4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的嵌段式共聚物。共聚物型的PP 材料有较低的热扭曲温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击 强度。PP 的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP 的维卡软化温度为 150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP 不存在环境应力开裂问题。均聚物型和共聚物型的 PP 材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（

7、四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP 也不象 PE那样在高温下仍具有抗氧化性。1.3.2 PP 塑料的成型特性(1)PP 塑料吸水率（24h）：0.01 0.03%，吸湿性较弱。成型前允许的含水量：0.05%，如果储存适当则不需要干燥处理。(2)PP 塑料收缩率较大，为1.0 3.0%，为了使制品具有较好的尺寸稳定性，在成型过程中，可适当增加冷却时间。1.3.3 PP 塑料的注射成型工艺参数 PP 塑料的注射成型工艺参数如表1.1 所示：表 1.1 PP 塑料的注射成型工艺参数 参数 取值范围 选取数值 密度（3g/cm）0.90 0.91 0.91 计算收缩率（%）1.0 2.5 1.5 预热

8、温度/时间/h 80 100 1 2 90 2 料筒温度/后段 中段 前段 160 180 180 200 200 220 170 190 210 喷嘴温度 模具温度 80 90 85 注射压力/MPa 70 100 85 成型时间/s 注射时间 保压时间 冷却时间 总周期 20 60 0 3 20 90 50 160 40 3 80 123 1.4 塑料外壳的参数 1.4.1 塑件的质量和体积 塑件体积：3mm4419.23cmV22223塑（45-39）45+（18-12）10=19226.55 已知 PP 的密度为30.91/g cm，故塑件质量：m19.23 0.9117.4993g塑

9、 取m17.5g塑。1.4.2 塑件的投影面积 塑件成型的投影面积：2245 45 18 1022.05Smmcm 2.注射机的选择 2.1 选用注射机的方法和原则 选用的方法和原则：（1）使用现有设备；（2）根据每次成型件数应满足最大注射量、锁模力、经济性等要求选择合适的注射机。2.2 注射机的选用 根据塑件的大小和实际中常用的注射机，选用100/60SZ 型注射机。100/60SZ 型注射机的主要参数见表 2.1 所示：表 2.1 100/60SZ 型注射机的主要参数 参数 数值 额定注射量：3100cm 注射压力 150MPa 锁模力 600KN 最大开模厚度 340mm 最大开模行程

10、260mm 最小模具厚度 10mm 喷嘴球半径 12mm 喷嘴口孔径 4mm 拉杆内间距 440340mm 螺杆（柱塞）直径 35mm 2.3 注射机参数的校核 当最大注射量的校核、注射压力的校核、锁模力的校核、最大注射成型面积的校核这四方面都满足要求时，才能确定注射机选用的合适。2.3.1 最大注射量的校核 注射机的额定注射量为：3100cm。塑件体积：319.23cm，每次成型 2 个塑件。假设浇道凝料为315cm，实际注射量：3319.232 1553.46100 80%80Vcmcm 故最大注射量满足要求。2.3.2 注射压力的校核 PP 的注射压力为：70 100MPa，取85MPa

11、。100/60SZ 型注射机的注射压力为150MPa，故注射机的注射压力满足要求。2.3.3 锁模力的校核 注射机的锁模力为600KN。PP塑料的注射压力为70 100MPa，取85MPa。单个塑件在分型面上的投影面积为222.05cm，浇道凝料为215cm，注射时模具的膨胀力：46(22.05215)1085 10502.35600FKNKN 锁模力满足要求。2.3.4 最大注射成型面积的校核 100/60SZ 型注射机的最大注射成型面积为2300cm。单个塑件在分型面上的投影面积为222.05cm，浇道凝料为315cm，注射时模具的成型面积：22(22.05215)59.10300Scmc

12、m 最大注射成型面积满足要求。3.塑料注射模具设计 3.1 型腔的数目和分布 确定型腔数目时要考虑的因素：（1）满足注射机的最大注射量；（2）锁模力；（3）塑件精度；（4）经济性。3.1.1 按注射机的最大注射量确定型腔数 0.80.8 100 15319.23gjzVVnV (式 3.1)n型腔数量 gV注射机最大注射量（3cm或 g），取3100cm jV浇注系统凝料量（3cm或 g），假设浇道凝料为315cm zV单个制品的容积或质量（3cm或 g），单个塑件为319.23cm。3.1.2 按注射机的额定锁模力确定型腔数 36464600 1080 1010 10280 1022.05

13、10mjmzFp Anp A (式 3.2)n型腔数量 F注射机的额定锁模力（N），查手册为600KN mp单位投影面积需用的锁模力，可近似取熔体对型腔的平均压力（MPa），取80MPa jA浇注系统和飞边在模具水平分型面上的投影面积（2m），取210cm zA单个塑件在模具水平分型面上的投影面积（2m），由计算得222.05cm 3.1.3 按制品的精度要求确定型腔数 成型高精度制品时，型腔数不宜过多，通常推荐不超过 4 腔，因为多腔难于使各腔的成型条件均匀一致。250024ns L (式 3.3)n型腔数量 L塑件基本尺寸（mm）塑件的尺寸公差（mm），为双向对称偏差标注 s单腔模注射时塑

14、件可能产生的尺寸误差的百分比 3.1.4 按经济性确定型腔数 根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考两年模具费和成型加工费。160NYTnC (式 3.4)n型腔数量 N制品总件数 Y每小时注射成型加工费（元/h）T成型周期（min）型腔数目的确定：由于塑件的形状简单，重量较轻，且生产批量大，所以应使用多型腔模具。综合分析本设计采用一模二腔、平衡布置。这样模具的尺寸较小，生产率高，塑件质量可靠，成本较低。3.2 分型面的选择 塑件的分型面应位于截面尺寸最大的部位，故本实例中塑件的分型面的选择如图 3.1所示。图 3.1 分型面的选取 3.3 型芯和型腔 3.3.1

15、 型芯和型腔的结构设计 确定型芯和型腔的结构形式：型芯和型腔可分别有整体式和组合式两种形式。由于塑件的结构简单，型腔加工容易，所以选用整体式型腔和组合式型芯，可通过数控机床、加工中心加工而成。（1）型腔示意图如图 3.2 所示：图 3.2 型腔示意图 （2)型芯可采用组合式结构（轴肩+底板）型芯示意图如图 3.3 所示：图 3.3 型芯示意图 3.3.2 型腔和型芯尺寸的确定 PP 的收缩率在1.0 2.5%，取1.5%。PP 塑件的精度一般为 3 级，模具最大磨损量取塑件公差的16；由于塑件的尺寸较小，模具制造公差约占塑件总公差的13左右，取3z。型腔和型芯的尺寸计算见表 3.1：表 3.1

16、 型腔和型芯的尺寸计算 类别 塑件尺寸 计算公式 型腔成型尺寸 型腔的计算 00.2218 003(1)4zzMSLS L 0.07018.11 00.2055 002(1)3zzMSHS H 0.07055.69 0.14010 002(1)3zzMSHS H 00.0510.06 0.20045 003(1)4zzMSLS L 00.0745.53 型芯的计算 00.1212 003(1)4zzMSLS L 0.04012.27 0.15039 002(1)3zzMSHS H 00.0539.70 0.09013 002(1)3zzMSHS H 00.0313.26 00.2055 003

17、(1)4zzMSLS L 0.07055.96 3.4 整体式圆形型腔侧壁和底板厚度的计算 3.4.1 侧壁厚度的计算 自由膨胀分界点的高度为：2.52.531.5 324.30CPHRSmm (式 3.5)由于型腔深度为55mmH，侧壁厚度按组合式圆形型腔作刚度、强度计算。壁厚：(1)2Srp (式 3.6)其中22.5rmm 160MPa 15pMPa 计算得2.46Smm。3.4.2 底板厚度的计算 最大变形4max30.175p rE S发生在圆板中心。按照刚度条件，底板厚度：4310.175p rSE (式3.7)按照强度条件，底板厚度：2234 prS (式 3.8)其中 160M

18、Pa 15pMPa 52.1 10EMPa 0.05mm 22.5rmm 计算得：13.88Smm，25.96Smm。综上所述，取侧壁厚度为2.5mm，底板厚度为6mm。3.5 浇注系统的设计 浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。3.5.1 主流道的设计 主流道径向尺寸的小端应大于喷嘴口孔径0.5 1.0mm，取主流道径向尺寸的小端为5mm。主流道选用圆锥形，锥角取为3，0.8Ra。凹球半径 R 应比喷嘴球半径大1 2mm，取凹球半径13Rmm。进料口直径取5mm，出料口直径8mm，浇口套外径取40mm。主流道设计图如图 3.4 所示：图 3.4 主流道设计图 3.5.2 定位环的设计

19、 定位环外径与注射机定位孔采用间隙配合。定位环的外径取150mm，厚度取15mm。定位环的设计图如图 3.5 所示：图 3.5 定位环设计图 3.5.3 分流道的设计 分流道的截面形状选用梯形，既节省加工费用，又使热量损失和阻力损失较小。分流道设计图如图 3.6 所示：图 3.6 分流道设计图 3.5.4 分流道的分布 采用平衡式对称分布结构，示意图如图 3.7 所示：图 4.7 分流道分布图 3.5.5 拉料杆的设计 浇口套出料口直径取8mm，拉料杆直径也取为8mm。杆上部选用 Z 字形结构。3.5.6 浇口的选择 选择标准侧浇口，形状为矩形。取：侧浇口宽度3bmm，深度为1tmm，长度2l

20、mm。3.5.7 冷料井的设计 选择冷料井底部带推料杆的冷料井。在冷料井底部有一根与冷料井圆孔成功配合的拉料杆，拉料杆的根部固定在推出版上，在推出制件时，冷料也一同将推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。3.5.8 塑件在模具中的位置 塑件在模具中的位置见图 3.8 所示：图 3.8 塑件在模具中的位置示意图 3.6 注射机最大开模行程的校核 对于双分型面注塑模，取110Hmm，255Hmm，60amm。125 10130 135260HHammSmm （式 3.9)故注射机满足最大开模行程。3.7 导向机构的设计 通常导柱设在主型芯周围，故考虑将导柱设

21、在动模一侧，将导套设在定模一侧。3.7.1 导柱的设计 导柱位置的布置采用三根直径相同的导柱不对称布置，这样能够保证模具的动模板只能按一个方向合模，防止在装配或合模时因方位搞错而使型腔损坏。如图 3.9 所示。图 3.9 导柱位置的布置 选用阶梯型导柱，导向部分直径 50mm,高度 93mm,倒角高度 17mm。材料选用碳素工具钢 T8A,淬火处理HRC50 55，表面粗糙度 Ra0.8。导柱示意图如图 4.10 所示。图 3.10 导柱示意图 3.7.2 导套的设计 选用台肩型导套，导向部分直径 63mm,高度 80mm,壁厚 3mm,台肩高度 8mm。材料选用碳素工具钢 T8A,淬火处理H

22、RC45 50，表面粗糙度 Ra0.8。导套示意图如图 3.11 所示。图 3.11 导套示意图 3.8 推出机构的设计 由于塑件形状简单且为圆柱形外壳，所以采用普通推出机构中的推杆推出方式。每个制件用四根顶杆顶出，其结构简单，推出可靠。组成注射模的推杆推出机构的零件有：推杆、复位杆、推板导柱、推板导套、推板、推杆固定板、固定螺钉、支承钉。3.8.1 推杆的设计 推杆的直径选 6mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取105mm。如图 3.12所示：图4.12 推杆示意图 推杆材料选用优质碳素结构钢 45 号钢，淬火处理，低温回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与

23、型芯的配合为间隙配合 H8/g7。3.8.2 复位杆的设计 复位杆的直径选 8mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取105mm。推杆材料选用优质碳素结构钢 45 号钢，淬火处理，低温回火，HRC4550,表面粗糙度 Ra1.6，与动模板的配合为间隙配合 H8/f8。如图 3.13 所示：图 3.13 复位杆示意图 3.8.3 推板导柱的设计 材料选择：碳素工具钢 T8A。热处理为淬火处理硬度HRC5255。推板导柱的尺寸如图 3.14 所示：图 3.14 推板导柱示意图 3.8.4 推板导套的设计 材料选用碳素工具钢 T8A。淬火处理后HRC4548。推板导套的尺寸如图

24、3.15 所示：图 3.15 推板导套示意图 3.8.5 推板的设计 推板的长、宽、厚分别为 230、180、15mm。材料采用普通碳素结构钢 A3。3.8.6 推杆固定板的设计 推杆固定板的长、宽、厚与推板相同，分别为 230、180、15mm。材料采用普通碳素结构钢 A3。3.8.7 固定螺钉的选用 选用 M6 内六角螺钉，长度为 20mm。3.8.8 支承钉的选用 支承钉工作部分的直径为 20mm,高度为 10mm。下面直径 12mm，材料选用 45 号钢，调质处理HB270290。3.9 温度调节系统的设计与计算 本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，因而在模具上可不设加热系统。是否需

25、要冷却系统可作如下设计计算：设定模具平均工作温度为 55，用常温 20的水作为模具冷却介质，出口温度为30，产量为（初算每2min1 套，一模两腔）1.459kg/h。冷却水的体积流量 123600()GqVCtt （式3.10）其中1.459/GKg h 55.9 10/qJ Kg 1926/()CJKgC 31/Kg m 130tC 220tC 531.459 5.9 100.0124/3600 1926 1(3020)Vms 查询冷却水流速v与管道直径d的关系表可知：表中冷却水体积流量3min0.3/Vms，对应的最低流速1.66/vm s、冷却管道直径8dmm 由于30.0124/ms

26、远小于30.3/ms，可推得所需水管直径非常小。由上述计算可知：因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。3.10 排气系统的设计 由于此塑料外壳的尺寸不大，且不采用特殊的高速注射，可利用分型面排气或利用推杆与孔、推板与孔、脱模板与型芯、活动型芯与孔的配合间隙排气，故不必再增设专用的排气槽。3.11 机架的选用 选用标准模架应设计的内容：1)选择标准模架型号 2)确定模架的长度和宽度 3)确定模架的厚度，并使之与注射机要求的最大、最小模具厚度适应 4)设计动定模板和座板 3.11.1 标准模架型号的选择 中小型模架国家标准有四种基本型的结构。因为采用

27、整体式型腔和组合式型芯，所以选用 A2 型标准模架。如图 3.16 所示：图 3.16 A2 型标准模架 3.11.2 模架长度和宽度的确定 模架主要尺寸确定的原则：模架的长、宽取决于型腔、型芯、导柱及 推出机构的位置，以各零件不干涉为原则。确定模架的长度和宽度，应以设计动模板为基准。模具的长度为座板的长度，在动模板长度的基础上两侧各加上压板空间尺寸 20mm。即：260+40=300mm。模具宽度与动模板一致（200mm）。3.11.3 确定模架的厚度 确定模架的厚度，并使之与注射机要求的最大、最小模具厚度适应。如图 3.17 所示：图 3.17 确定模架的尺寸 100/60SZ 型注射机要

28、求：最小模具厚度：10mm 最大模具厚度300mm 模具厚度确定为H=220mm minmax220HHmmH 故模具厚度满足注射机要求。3.11.4 动定模板和座板的设计（1）动模板的设计：动模座板设计尺寸为：300 200 30 mm。材料为 A3 钢。（2）动模垫板的设计：动模垫板设计尺寸为：300 20030mm。材料为 A3 钢。（3）动模垫块的设计：动模垫块设计尺寸为：200 X 30 X 70 mm。材料为 A3 钢。（4）动模座板的设计：动模座板设计尺寸为：340 X 200 X 25 mm。材料为 A3 钢。（5）定模板的设计：定模板的设计尺寸为：300 200 40 mm。

29、材料为碳素工具钢淬火处理中温回火HRC4550。（6）定模座板的设计：定模座板设计尺寸为：340 200 25 mm。材料为 A3 钢。4.模具的动作原理 （a）图 4.1（a）塑料外壳注塑模具主视图及俯视图 （b）图 4.1（b）塑料外壳注塑模具侧视图 1定模座板 2型芯固定板 3型芯 4定模推板 5挡板 6动模板 7摆钩 8型芯固定板 9支承 10推杆 11支座 12推杆固定板 13推板 14限位板 15弹簧 16斜滑块 17斜导柱 模具的动作原理：制品矩形内腔由设定在定模一侧的型芯 3 成型，外形及螺纹由设在动模一侧的斜滑块15 成型。由于制品对型芯 3 包紧力较大，故设置了定模推板 4

30、,。此模具为定模设顶出机构的注塑模具。开模时，在摆钩 7 和弹簧 14 作用下，模具首先沿-面分型，从而使定模推板 4 及制品同时被带往动模。当摆钩 7 脱离挡板 5 的限制后，在弹簧作用下摆钩 7 脱开定模推板4，此时限位板 13 对定模推板 4 限位，模具沿-面分型，随后推杆 10 推动斜滑块 15完成制品螺纹部分脱模并顶出制品，见图4.1。参考文献 1申开智.塑料成型模具.第二版.北京：中国轻工业出版社，2010 2黄晓燕.简明塑料成型工艺与模具.上海：上海科学技术出版社，2006 3美T.A.奥斯瓦德.注塑成型手册.北京：化工工业出版社，2005 4 宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册.北京：航空工业出版社，1995 5 H.盖斯特罗.注射模设计 108 例.北京：国防工业出版社，2002 6 贾润礼.实用注塑模设计手册.北京：中国轻工业出版社，2000