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塑料模具设计课程设计任务书

学 院
材料科学与工程
专 业
材料成型及控制工程
学生姓名

学 号

设计题目
盖
设计依据
原始资料：塑料产品图纸
生产纲领：大批量生产
二、工作项目
1、成型工艺、成型方案的设计
2、设计模具和选择设备的各种必要计算
3、绘制模具装配图，成型零件图及塑件图
4、编写设计说明书（3000字以上）
三、设计应完成的技术文件
1、总装图 1 张，零件图 3 张，产品图 1 张。
2、填写工艺卡片（一份）
3、设计说明书（一份）
四、进度安排（见塑料模具课程设计指导书）

指导教师（签字）：

年 月 日
学院院长（签字）：

年 月 日
目 录

1 塑件的工艺分析，确定方案，设备校核 1
1.1 塑件工艺分析，填写工艺卡 1
1.1.1 塑件的工艺分析 1
1.2 确定模具结构方案 2
1.2.1 分型面 2
1.2.2 型腔数目的确定 2
1.3 选择设备，进行校核 2
1.3.1 选择注射机 2
1.3.2 设备校核 2
2 浇注系统的设计，排溢系统的设计 4
2.1 主流道的设计与定位圈的设计 4
2.1.1 主流道的设计 4
2.1.2 定位圈设计 4
2.2 分流道设计 4
2.3 冷料穴及浇口设计 5
2.3.1 冷料穴的设计 5
2.3.2 浇口设计 5
3 成型零部件的设计及校核 6
3.1 凹模的设计与校核 6
3.1.1 凹模直径 6
3.1.2 凹模深度 6
3.2 凸凹模尺寸 7
3.2.1 凸模高度 8
3.3 中心距计算 8
3.4 模底厚度计算 8
3.5 模壁厚度计算 9
4 导向机构的设计 10
4.1 导向机构的总体设计 10
4.2 导柱设计 10
4.3 导套设计 10
5 推出机构的设计及计算 12
5.1 推出机构的设计 12
5.2 推出机构的计算 12
5.2.1 脱模力及型腔计算 12
5.2.2 开模行程校核 13
5.2.3　推杆行程校核 13
6 温度调节系统设计 14
6.1 冷却介质的选用 14
6.2 冷却系统的简略计算 14
6.2.1 求塑件在固化时每小时释放的热量Q 14
6.2.2 求冷却水的体积流量 14
6.2.3 求冷却管道直径d 14
6.2.4 求冷却水在管道内的流速 15
6.2.5 求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数h 15
6.2.6 求冷却管道总传热面积A 15
6.2.7 求模具上应开设的冷却管道的孔数n 15
7 模架尺寸的确定 16
参考文献 17
感想 18
- 18 -
1 塑件的工艺分析 确定方案 设备校核
1.1 塑件工艺分析，填写工艺卡
1.1.1 塑件的工艺分析

图1.1 塑件图

该塑件是一盖，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量大，材料为聚苯乙烯。
聚苯乙烯塑料因本身吸水率小，成型前不一定要进行干燥。聚苯乙烯为无定型塑料，黏度适宜，流动性较好，热稳定性亦较好，注射成型比较容易。成型范围宽，在黏流态下温度的少许流波动不会影响注射过程。处于黏流态的聚苯乙烯，其黏度对剪切速率和温度都比较敏感，在注射成型中无论是增大注射压力或升高料筒温度都会使熔融黏度显著下降。因此，聚苯乙烯即可用螺杆式也可用柱塞式注射机成型。料筒温度可控制在140℃～260℃之间，喷嘴温度为170℃～190℃，注射压力为60℃～150℃pa.
1.2 确定模具结构方案
1.2.1 分型面
依据对塑件结构的分析，采用矩形浇口浇注，因此采用两板式分型面。
1.2.2 型腔数目的确定
塑件容积：Vn =222π×18-202π×14-172π×2-2.5 2π-316π=6.9㎝3
初步估计浇注系统凝料体积：Vj=6.9×0.6=4.41㎝3
该模具一次注射所需塑料：
体积：V0=Vn+Vj=6.9+4.41=11.31cm3
质量：m==1.05×11.31=11.88g
初步选择一模四腔。
1.3 选择设备，进行校核
1.3.1 选择注射机
根据塑件体积和注射机的最大注射量(额定注射量G)，可选用XS-Z-60注射机，注射机主要参数见表1.1：
表1.1 注射机主要参数
注射容量/cm3
60
锁模力/kN
50
螺杆直径/mm
38
注射行程/㎜
130
注射压力/Mpa
1220
最大注射面积㎝3
130
注射速率/(g/s)
60
最大模厚/mm
200
塑化能力/(g/s)

最小模厚/mm
70
螺杆转速/(r/min)

定位孔直径/mm
55
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
合模方式
液压-机械

1.3.2 设备校核
1) 注射量的校核
依据模具设计时必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料容体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。
即： 〔〕 (1.1)
其中Vn—单个塑件的容积㎝3
Vg—注射机额定注射量㎝3
Vj—浇注系统凝料的容积㎝3
11.88×4㎝3≦60×0.8 cm3
所以满足要求。
2) 锁模力的校核
查表得P平=30MPa
依据 T推=AP平均 (1.2)
= 1/4π×442×30×4=182371.2N
取压力耗损系数k=0.3
AkP0=4×1/4×π×442×88×0.4=213982.208N
T推≦AkP0
所以满足要求。
3) 注射压力的校核
注射机的额定注射压力即为该机器的最大压力Pmax=119Mpa,应该大于注射成型时所需调用的注射压力P,即：
P≧kP (1.3)
式中k—安全系数，常取k=1.25～1.4，实际生产中，该塑件成型时所需注射压力为20～40Mpa，经计算，符合要求。
4) 安装部分尺寸校核
主流道的小端直径D大于注射机喷嘴d，通常为
D=d+(0.5～1)mm
对于该模具d =4,取D=5mm，符合要求。
2 浇注系统的设计，排溢系统的设计
2.1 主流道的设计与定位圈的设计
2.1.1 主流道的设计
(1)主流道为圆锥形，其锥角α=2°～4°以便于凝料从主流道中取出，内壁表面粗糙度为Ra=0.63um。
(2)为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道对接处紧密对接，主流道对接处应制成半球形凹坑，其半径R2=12+(1～2)=13～14mm,其小端直径d2=4+(0.5～1)=4.5～5mm,凹坑深取h=4mm。
(3)为减小料流转向过度时阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径r=2mm。
(4)为保证塑件良好成型，避免增多流道凝料和增加压力损失，保证成型取L≤60mm.
(5)由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此将主流道制成可拆卸的主流道衬套。选择A型衬套，其大端高出定模端面H=8mm,起定位作用，与注射机定位孔间隙配合。
主流道尺寸计算；Qv=v/t=14.5/0.7=20.7。
主流道剪切速率取γ=103查表得Re=2.8mm.
取主流道大端直径为6mm。小段直径为3mm。
2.1.2 定位圈设计
注射机定位孔尺寸为63.6+0.064mm定位圈尺寸取62.6+0.064，两者之间较松动的间隙配合，符合要求。
2.2 分流道设计
由于分型面为平面，因此采用圆形截面流道，查表[1]知聚苯乙烯分流道直径在3.2～9.5㎜。
分流道尺寸计算：
Qv=v/t=14.5/(0.7×4)=5.175 取γ=1000。Re=1.8mm.取直径3.6mm。
分流道表面不要求太光洁，表面 粗糙度取Ra=2um.。这样可增加对外层塑料熔体流动阻力，使外层塑料冷却皮层凝固，形成决热层，有利于保温，但表壁不得凹凸不平，以免对分形和脱模不利。分流道与浇口的连接处加工成斜面并用圆弧过渡，这样有利于塑料熔体的流动及填充。
2.3 冷料穴及浇口设计
2.3.1 冷料穴的设计
聚苯乙烯塑性较好，采用Z形冷料穴，开模时拉料作用，然后由推杆强制推出，易于实现自动化操作。
2.3.2 浇口设计
矩形侧浇口广泛应用于中小型制品的多腔注射模，其优点是截面形状简单易于加工便于试模后修正，缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹。
浇口尺寸计算：查得系数m=0.6。
根据公式h=n×t=1.2mm b=A½/30=44π×18+π222 =1.27mm
长取1.5～2.5mm之间。
3 成型零部件的设计及校核
3.1 凹模的设计与校核
塑件的最大收缩率为0.7% ，最小收缩率为0.3%
3.1.1 凹模直径
公差带法：第一个直径：
公差带法：第一个直径：
凹模的直径制造公差δz=1/3Δ=1/3×0.357=0.119mm
此值在IT9到IT10之间。取IT9即δ=0.10
Lm =[(1+Smax ) ×Ls –Δ] +0δz =[(1+0.7%)×44-0.357]+0.10 =43.951+0.10 mm
校核塑件最大尺寸：Lm+δz+δc- Lsδmin≤Ls
设磨损余量δc=1/6Δ=1/6×0.357=0.059mm
则：(0.07-0.03) ×44+0.059+0.1=0.335mm
因此凹模直径43.951+0.10mm
第二个直径：凹模的直径制造公差δz=1/3Δ=1/3×0.324=0.108mm
此值在IT9到IT10之间。取IT9即δ=0.10
Lm =[1+Smax ) ×Ls –Δ] +0δz=[(1+0.7%)×38-0.324]+0.10 =37.942+0.10 mm
校核塑件最大尺寸： Lm+δz+δc- Lsδmin≤Ls
设磨损余量δc=1/6Δ=1/6×0.324=0.054mm
则：(0.07-0.04) ×44+0.54+0.1=0.306mm
因此凹模直径37.942+0.10mm
3.1.2 凹模深度
凹模的制造公差：δz=1/3Δ=1/3×0.272=0.087mm，选取IT9
δc=1/6Δ=1/6×0.24=0.04mm
公差带法：
Hm =[1+Smin ) ×Hs –δz] +0δz=[(1+0.3%)×16-0.052]+0.080=15.996+0.052
校核：Hm –Hs×Smax +Δ≥Hs (3.1)
即：（16.012-0.007×16）+0.272=16.156>16
满足要求，故取凹模深度为Hm=15.996+0.052
Hm =[1+Smin ) ×Hs –δz] +0δz=[(1+0.3%)×18-0.272] +0.052=15.996+0.052
校核：Hm –Hs×Smax +Δ≥Hs (3.2)
即：（18.002-0.007×18）+0.272=18.166>18
满足要求，故取凹模深度为Hm=18.002+0.052mm
3.2 凸凹模尺寸
第一段径向尺寸：
凸模制造公差：δz=1/3Δ=1/3×0.358=0.119mm
公差带法：
lm=[1+Smin)×ls+Δ]+0δz=[(1+0.3%)×34+0.358]-0.213=34.46-0.11
δc=1/6Δ=1/6×0.358=0.059mm
校核： lm –(δz+δc)- Smax×ls≥ls (3.3)
34.46-0.179-0.7%×34=34.052>34mm
满足要求，故取凸模直径
第二段径向尺寸：凸模制造公差：δz=1/3Δ=1/3×0.358=0.119mm
凸模制造公差：δz=1/3Δ=1/3×0.48=0.16mm
lm1=[（1+Smin）ls +Δ] -0δz=[(1+0.3%）×40+0.48] –00.18=40.6–00.18 mm
设磨损余量δc=1/6Δ=1/6×0.357=0.059mm

校核： lm –(δz+δc)- Smax×ls≥ls (3.4)
40.6-0.24-0.7%×40=40.8>40mm
满足要求，故取凸模直径

3.2.2 凸模高度
凸模制造公差：δz=1/3Δ=1/3×0.272=0.081mm,比值在IT9—IT10之间，按IT9制造，δz=0.052mm，设磨损余量δc=1/6Δ=1/6×0.272=0.045mm
公差带法：
hm=[(1+Smax)hs+δz] -0δz=[(1+0.7%)×16+0.045] –00.084=16.116–00.084 mm
校核：hm- hsSmin-Δ≤hs
16.116-16×0.007-0.272=15.78<16mm
满足要求，故凹模高度为16.110 -0.052mm
第二凸模高度计算：
hm=[(1+Smax)hs+δz] -0δz=[(1+0.7%)×14+0.052] –00.084=14.15–00.084 mm
校核：hm- hsSmin-Δ≤hs
满足要求，故凹模高度为14.150 -0.052mm

3.3 中心距计算
1) 制造公差：δz=1/4Δ=1/4×0.33=0.0825mm,现取IT10级精度δz=0.070mm
Cm=[Cm+CScp]±δz/2=(13+13×0.005)+0.070/2=13.605±0.035mm-0.17=12.951
满足要求
3.4 模底厚度计算
由图查表得模具主要按强度校核：
由公式得：t={(3×P×R)/4×[σ]}1/2=8.25mm。取10mm.
3.5 模壁厚度计算
由图可知此模具是整体式圆型模腔
计算公式为：S=prh/[σ]H=（30×22×18）/（160×238）=2.6mm
模具校核
δ=(pr/E)[(R2+r2)/(R2-r2)+μ]
=（1384/416+0.25）×[（22×100）/210000]
=0.0375≤0.04
合格

4 导向机构的设计
4.1 导向机构的总体设计
1) 导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。
2) 模具采用4根导柱，其布置为非等直径导柱对称布置。
3) 模具导柱安装在动模垫板上由动模固定板固定，导套安装在定模板上由定模固定。
4) 在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模进入型腔，导致模具损坏。
5) 动模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。
4.2 导柱设计
1) 该模具采用带头导柱，不加油槽。
2) 柱长度必须比凸模端面高出6～8㎜。
3) 使导柱顺利进入导向孔，导柱端部应做成圆锥形或球形的先导部分。
4) 导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证有足够的抗弯强度。
5) 导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/k6配合，导柱滑动部分按H7/f7间隙配合。
6) 导柱工作部分的表面粗糙度为Ra=0.4um.
7) 导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此，采用碳素工具钢T10A,经淬火处理，硬度为50HRC.
4.3 导套设计
导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动，定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。
1) 导套的端面应倒圆角，导柱孔最好作成通孔，利于排出孔内剩余空气。
2) 导套孔的滑动部分按H8/f7的间隙配合，表面粗糙度为0.4um,导套外径与模板一端采用H7/f7配合，另一端采用H7/e7配合镶入模板。
材料可采用淬火钢或铜等耐磨材料制造，该模具采用T8A.
5 推出机构的设计及计算
5.1 推出机构的设计
1) 每个塑件由3根推杆推出，共12根。
2) 杆应设在脱模阻力大的地方。
3) 推杆应均匀布置。
4) 推杆应设在塑件强度，刚度较大的地方。
5) 推杆形式为A型.
6) 推杆直径直径与模板上的推杆孔采用H7/f6间隙配合。
7) 通常推杆装入模具后，其端面与型腔底面平齐或高出型腔底面0.05—0.10㎜。
8) 推杆与推杆固定板通常采用单边0.5㎜的间隙，这样可降低加工要求。
9) 推杆材料采用T8碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC,配合部分的表面粗糙度Ra=0．8um.

5.2 推出机构的计算
5.2.1 脱模力及型腔计算
1) 脱模力计算
t/d=2/40=0.05所以制件为薄壁制件且为圆形断面
选公式为：F=2Пδ1ESLcosφ(f-tanφ)/(1-u)k2+0.1A (5.1)
其中 K2——无量纲系数，其值随f与φ而异;
E——塑料的弹性模量;
S——塑料的平均成型收缩率;
L——制件对型芯的包容长度为;
f——制件与型芯之间的摩擦因数;
φ——模具型芯的脱模斜度;
u——塑料的泊松比;
A——盲孔制品型芯在垂直与脱模方向上的投影面积
δ1=2,φ=0，S=0.005.
查表[4]得 f=0.45,u=0.32,E=3200Mpa,k2=1.0074,L=16mm,S=0.5%,A=0mm2
经计算 F=756.8kN
2) 推杆直径的确定
d=k(L2F/nE)1/4 (5.2)
＝1.5×(756.8×912/2.1×105×3)1/4=2.66mm.
为了避免损伤塑件取d=4mm
式中 d—推杆的最小直径，mm;
k—安全系数，取k=1.5;
L—推杆长度，mm;
F—脱模力，N;
n—推杆数目;
E—钢材的弹性模量，Mpa.
3) 推杆直径强度校核
σ＝4F/nΠd2 [1] (5.3)
＝4×756.8/3×Π×42=20.07<160
式中 σ—推杆所受的应力,Mpa.
5.2.2 开模行程校核
Smax=180mm.
S=S1+S2+10=18+60+10=88≤180mm
S1为模具落料件高，S2为浇道长度。
5.2.3　推杆行程校核　
Smax=21mm≥S＝18mm
6 温度调节系统设计
6.1 冷却介质的选用
冷却介质有冷却水和压缩空气，因为水的热容量大，传热系数大，成本低，所以本设计用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。因为成型工艺要求模温都不太高，所以采用常温水对模具进行冷却。
6.2 冷却系统的简略计算
6.2.1 求塑件在固化时每小时释放的热量Q
查表得聚苯乙烯的单位重量的塑件在凝固时所放出的热量Q1=0.28kJ/h。
式中 W—单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（kJ/h），该模具每分钟注射2.4次，所以W=（15.22×60）/（25×1000）=0.03654kJ/min

6.2.2 求冷却水的体积流量
qv=WQ1/ρC1(θ1-θ2)= 0.0364/4187(30-29)=2.44×10-3m3/ min
式中ρ—冷却水的密度，为1×103㎏/m3
C1—冷却水的比热容，为4.187KJ/(㎏.℃);
Θ1—冷却水出口温度，取30℃；
Θ2—冷却水入口温度，取29℃。
6.2.3 求冷却管道直径d
查表[3]知，为使冷却水处于湍流状态，取d=8mm

6.2.4 求冷却水在管道内的流速

6.2.5 求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数h
查表取f=7.22(水温为30℃时)
℃）
6.2.6 求冷却管道总传热面积A

式中⊿θ—模具温度与冷却水温度之间的平均温度（℃）模具温度取60℃。
6.2.7 求模具上应开设的冷却管道的孔数n
hhhhhhh

由于塑件体积较小，壁又薄，且成型工艺要求模温不太高，所以本设计不设置冷却装置。

7 模架尺寸的确定
由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸确定模架的尺寸，所以采用标准模架.
1) 定模座板（180mm×200mm、厚25mm）
定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。
浇口套通过4个M6的内六角螺钉与其连接。
2) 型腔板（180 mm×200mm、厚38mm）
该设计为二次分型，凹模形式采用整体式。
3) 动模垫板（250mm×250mm、厚20mm）
支撑板应具有较高的平行度和硬度，所以采用材料45钢较好，调质230~270HB。其上的导柱固定孔与导柱为H7/k6。
4) 垫块（50mm×200mm、厚32mm）
在动模座板与支撑板之间形成推出机构的动作空间，是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。
该模具采用平行垫块，材料为球墨铸铁。
5) 推杆固定板（114mm×200mm、厚12.5mm）
材料为45钢，用4个M10的内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。
6) 动模座板（180mm×200mm、厚25mm）

参考文献
[1] 黄虹主编.塑料成型加工与模具.北京：化学工业出版社，2003
[2] 谭雪松主编.塑料模具设计手册.人民邮电出版社，2007

感想

这次塑料模具设计我的题目是一盖，材料为PS.接到题目后首先我进行了塑料制件及塑料的工艺性能分析，然后确定成型方案，型腔数，及分模面。进行工艺计算，并画了草图，装配图，零件图。在这一系列过程中，我巩固了所学知识，提高了识图，绘图的能力。更在此过程中发现了很多不足，对工艺规程及模具结构还不是很清晰。希望能在以后得学习中得以加强。