多孔塑料罩注塑模专业课程设计.doc

Hefei University
课程设计
COURSE PROJECT

题目： 注塑模课程设计
课程： 塑料成型工艺及模具设计
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班级：
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月 日

目 录

一、塑件成型工艺性分析 1
二、拟定模具构造形式和初选注射机 3
三、浇注系统设计 5
四、成型零件构造设计及计算 10
五、模架拟定 11
六、排气槽设计 12
七、脱模推出机构设计 12
八、冷却系统设计 14
九、导向与定位构造设计 16
十、模具装配 16
结 论 19
参照文献 20

多孔塑料罩注塑模课程设计
一、 塑件成型工艺性分析
名称：塑料仪表盖，
规定：大批量生产，精度：MT5
塑件质量规定不容许有裂纹和变形缺陷
脱模斜度1°~30′；
未注圆角R2-3, 
塑件材料为LDPE

一． 塑件工艺性分析
（1）塑件原材料分析如表4所示。
表4 塑件原材料分析
塑料品种
构造特性
使用温度
化学稳定性
性能特点
成型特点
低密度聚乙烯（LDPE）塑料材料
支链型线型分子机构热塑性塑料
不大于80℃
较高，比较稳定。
在-60℃时下仍具备较好力学性能
成型性能好，熔体黏度小
结论
该塑料具备良好工艺性能，适当注射成型，成型前原料要干燥解决。
（2） 塑件尺寸精度和表面粗糙度分析
每个尺寸公差不同样，有属于普通精度，有点属于高精度，就按实际公差进行计算。
（3） 塑件构造工艺性分析
该塑件厚度3mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合于注射成型。
（4） 低密度聚乙烯成型性特点：
1）成型性好，可用注射，挤出及吹塑等成型条件。
2）熔体黏度小，流动性好，溢边值为0.02mm；流动性对压力敏感，宜用较高压力注射。
3）质软易脱模，当塑件有浅凹（凸）时，可强行脱模。
4）也许发生熔体破裂，与有机溶剂接触可发生开裂。
5)冷却速度慢，必要充分冷却，模具设计时应有冷却系统。
6）吸湿性小，成型前可不干燥。
二、拟定模具构造形式和初选注射机
1．计算塑件体积

依照零件三维模型，运用三维软件可直接查询塑件体积为：V1=24.39 cm3
因此一次注射所需要塑料总体积V=48.78cm3
2. 计算塑件质量
查有关手册，LDPE密度为0.916~0.930g/cm3。 取0.92 g/cm3
塑件与浇注系统总质量为M=44.88g
3．选用注射机
依照塑件形状，选取一模两件模具构造，因此初选SZ150/630型塑料注射机，其各参数数据如下：
重要技术参数项目
参数值
重要技术参数项目
参数值
额定注射量/cm3
125
最小模具厚度/mm
170
锁模力/kN
630
模板最大行程/mm
270
注射压力/MPa
120
喷嘴前端球面半径/mm
15
最大注射面积/cm2
320
喷嘴直径/mm
4
动，定模模板最大安装尺寸
320mm×320mm
定位圈直径/mm
25
最大模具厚度/mm
300

二． 模具构造方案拟定
1. 分型面选取
通过对塑件构造形式分析， 分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件低平面上 ，其位置如下图

图2 分型面
2. 型腔数量拟定及型腔排列
该塑件采用一模两件成型，型腔布置在模具中间，有运用与浇注系统排列和模具平衡。

图三型腔排列
三、浇注系统设计

3.1主流道设计
主流道普通位于模具中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴注射出熔体导入分流道或者型腔中。主流道形状为圆锥形，以便熔体流体和开模时主流道凝料顺利拔出。主流道尺寸直接影响到熔体流体速度和充模时间。【2】此外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴重复接触，因而设计中常设计成可拆卸更换浇口套。
（1）主流道尺寸
①主流道长度：小型模具L主应尽量不大于60mm，本次设计中初取50mm进行设计。
②主流道小端直径：d =注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm
=（3+0.5）mm= 3.5 mm
③主流道大端直径：d＇=d+2L主tanα≈7mm，式中α=4º
④主流道球面半径：SRo =注射机喷嘴头半径+（1~2）mm
=（10+2）mm= 12mm
⑤球面配合高度：h=3mm

（2）主流道凝料体积
V主=π/3 ×L主（R²主 + r²主+R主r主）
=3.14 / 3 ×50×（3.5²+1.75²+3.5×1.75）mm
=1121.9mm³= 1.12cm³
（3）主流道当量半径
Rn=（1.75+3.5）/ 2 = 2.625mm
（4）主流道浇口套形式
主流道衬套为原则间可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴重复接触，易磨损。对材料规定较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一种整体，但考虑上述因素普通依然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同步也便于选用优质钢材进行单独加工和热解决。设计中常采用碳素工具钢（T8A或者T10A），热解决淬火表面硬度为50~55HRC，如图3—1：
浇口采用侧浇口。
主流道设计如图：

侧浇口和分流道如图：

3.2分流道设计
（1）分流道布置形式
在设计时应考虑尽量减少在流道内压力损失和尽量避免熔体温度减少，同步还要考虑减小分流道容积和压力平衡，因而采用平衡式分流道。
（2）分流道长度
由于流道设计简朴，依照两个型腔构造设计，分流道较短，故设计时可恰当选小某些。单边分流道长度L分取35mm。
（3）分流道当量直径
由于该塑件质量m塑=ρV塑= 28.0g<200g，因而分流道当量直径为：
D分=0.2654× （m塑）^½ ×(L分)^¼
=0.2654×28^½ × 35^¼
=3.5mm

（4）分流道截面形状
惯用分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料脱模，分流道大多设计在分型面上。本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料融体热量散失、流体阻力均不大。
（5）分流道截面尺寸
设梯形下底宽度为x，地面圆角半径R=1mm，并依照教材表4-6，设立梯形高h=3.5，则该梯形面积为：
A分=（x+x+2×3.5tan8º）h / 2=(x+3.5tan8º) ×3.5
再依照该面积与当量直径为3.5mm圆面积相等，得：
（x+3.5tan8º）×3.5= πD²分/ 4=3.14×3.5²/4，
可得x≈2.25，则梯形上底约为2.25+2X3.5tan8º=3.25mm，如图3—2：（6）凝料体积
①分流道长度 L分=35×2=70mm。
②分流道截面积 A分=（2.25+3.25）/2 ×3.5=9.625mm²。
③凝料体积 V分=A分L分=70×9.625=673.75mm²≈0.67cm²。
（7）校核剪切速率
①拟定注射时间：查教材表4-8,可取t=1.6s。
②计算分流道体积流量：
q分=（V分+V塑）/t=（0.67+26.618）/ 1.6=17.055 cm³/s
③可得剪切速率
γ分=3.3q分/（πR³分）=3.3×17.055×10³/[ 3.14×(3.5/2) ³]
=3.34×10³ s﹣¹
该分流道剪切速率处在浇口主流道与分流道最佳剪切速率5×10²~5×10³s﹣¹之间，因此，分流道内熔体剪切速率合格。
（8）分流道表面粗糙度和脱模斜度
分流道表面粗糙度规定不是很低，一边取Ra1.25~2.5μm即可，此处去Ra1.6μm，此外，其脱模斜度普通在5º~10º之间，这里去脱模斜度为8º。

3.3浇口设计
该塑件规定不容许有裂纹和变形缺陷，表面质量规定较高，采用一模两腔注射，为便于调节冲模时剪切速率和封闭时间，因而采用侧浇口。其截面形状简朴，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔边沿进料。
（1）侧浇口尺寸拟定
1）计算侧浇口深度。依照教材表4-10，可得侧浇口深度h计算公式为
h=nt=0.6 ×3mm=1.8mm
式中，t为塑件壁厚，t=3mm；n为塑料成型系数，对于HIPS，其系数n=0.6；
在工厂进行设计时，浇口深度经常先取小值，一边在此后试模时发现问题进行修复解决，并依照教材表4-9中推荐HIPS侧浇口厚度为0.8~1.1mm，故此处浇口深度h取1.0mm。
2)计算侧浇口宽度。依照教材表4-10，可得侧浇口宽度B计算公式：
B=n×A^½ / 30=0.6×8729.985^½ ÷30 = 2.18 ≈2cm
式中，n是塑料成型系数，n=0.7；A是凹模内表面面积（约为塑件外表面面积）。
3）计算侧浇口长度。依照教材表4-10，可得次交口长度L浇一边选用0.7~2.5mm，这里去L浇=0.7mm。
（2）侧浇口剪切速率校核
1）计算浇口当量半径。由面积相等可得πR²浇=Bh，由此矩形浇口当量半径R浇=（Bh/π）^½。
2）校核浇口剪切速率
①拟定注射时间：查教材表4-8，可取t=1.6s。
②计算浇口体积流量：q浇=V塑 / t=26.618/ 1.6 =16.64cm³/s
③计算浇口剪切速率：
γ浇=3.3q浇 /（πR³浇）=3.3q浇/[π×(Bh/π)^3/2]
=3.3×1.664×10^4÷3.14÷（2×1.0÷3.14）^3/2
=3.44×10^4 s﹣¹
该矩形侧浇口剪切速率处在浇口与分流道最佳剪切速率5×10³到5×10^4之间，因此，浇口剪切速率校核合格。
3.4校核主流道剪切速率
上面分别求出了塑件体积、主流道体积、分流道体积以及主流道当量半径，这样就可以校核主流道熔体剪切速率。
（1）计算主流道体积流量
q主=（V主+V分+nV塑）/ t =(1.12+0.67+2×26.618)/1.6=34.39cm³/s
（2）计算主流道剪切速率
γ主=3.3q主/（πR³主）=3.3×34.4×10³÷3.14÷2.625³=1.999×10³ s﹣¹
主流道内熔体剪切速率处在浇口与分流道最佳剪切速率5×10²~5×10³s﹣¹之间，因此，主流道剪切速率校核合格。
3.5冷料穴设计及计算
冷料穴位于主流道正对面动模板上，起作用重要是收集熔体前锋冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面规定没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配冷料穴。开模时，运用凝料对球头包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。
四、成型零件构造设计及计算
由零件图分析可知，决定型腔径向尺寸重要有：50mm、 60mm、30mm，R2，塑件上尺寸均无特殊规定，为自由尺寸，可按MT5级塑件精度取公差值,分别是：，，等。
凹模径向尺寸:

分别代入得：
①
②
轴向尺寸 ：

代入得 ：
①
②
凸模径向尺寸：

代入得 ：

轴向尺寸：

代入得 ：

式中 △——塑件容许公差；
Scp——塑料平均收缩率，取Scp=0.6%；
δz——成型零件制造公差,取塑件公差1/4；
——修正系数，普通中小型塑件取为3/4；
——修正系数，普通精度较小型塑件取2/3；
Ls——塑件外型尺寸；
——塑件高度基本尺寸；
——塑件内形基本尺寸；
——塑件孔深基本尺寸
五、模架拟定
依照模具型腔布局中心距和凹模嵌件尺寸可以算出凹模嵌件所占平面尺寸为105mm×251mm，又考虑吧凹模最小壁厚，导柱、导套布置等，参照指引书表7-1，可拟定选用200x300直浇口B型模架。【2】
5.1各模板尺寸拟定
①A版尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度为30mm，凹模嵌件深度为25mm，又在模板上还要开设冷却水道，还需要留出足够距离，故此A版厚度取50mm。
②B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架原则板厚取40mm。
③C板（垫板）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5～10）mm=75～80mm，依照指引书表7-4初步选定C为80mm。
通过上述尺寸计算，模架尺寸已经拟定为模架B2030--50x35x80GB/T12555--
5.2模架各尺寸校核
依照所选注射机来校核模具设计尺寸。
①模具平面尺寸250mm×300mm < 320mm×320mm（拉杆间距），校核合格。
②模具高度尺寸270mm，170mm<265mm<300mm（模具最大厚度和最小厚度），校核合格。
③模具开模行程S=H1+H2+（5～10）mm=（40+40）mm=75～80mm<300mm（开模行程），校核合格。
六、排气槽设计
该塑件由于采用侧浇口进料，熔体经塑件下方台阶布满型腔，其配合间隙可作为气体排出方式，不会在顶部产生憋气现象。同步，底面气体会沿着推杆配合间隙、分型面和型芯与脱模之间间隙向外排出。【2】
七、脱模推出机构设计
7.1推出方式拟定
采用推杆推出方式。
7.2脱模力计算
（1）圆柱大型芯脱模力
由于λ= r/t = 32.5/3 = 10.83 > 10,因此，此处视为薄壁圆筒塑件，因而：
F1=2πt ESLcosΨ( f－tanΨ)/[(1－μ)K2]+0.1A
=[ 2×3.14×3×2.0×10³×0.0065×27.17×cos1º×(0.5－tan1º)]÷[(1－0.32) ×(1+0.5sin1ºcos1º)] ＋ 0.1×37.5² ≈ 4903.282 N
式中，F是脱模力；E是塑料弹性模量；S是塑料成型平均收缩率（%）；t是塑件壁厚；L是被包型芯长度；μ是塑件泊松比；Ψ是脱模斜度；f是塑料与刚才之间摩擦因素；r是型芯平均半径；A是塑件在与开模方向垂直平面上投影面积，当塑件底部有通孔时，A视为零；K1是由λ和Ψ决定无因次数，K1=2λ²/（cos²Ψ+2λcosΨ）,其中λ值与塑件横截面形状和尺寸关于（K1下面将会浮现）；K2是由f和Ψ决定无因次数，K2=1+fsinΨcosΨ。
（2）成型塑件内部圆筒型芯脱模力计算
由于λ=r/t = 5/3 = 1.67 < 10，因此，此处视为厚壁圆筒塑件，同步，由于该塑件内孔是通孔，因此，脱模时不存在真空压力，因而：
F2=2πrESL(f－tanΨ)/[（1+μ+K1）K2 ]
=2×3.14X5×2.0×10³×0.0065×40×(0.5-tan1º)
÷[[1+0.32+2×1.67²÷(cos²1º+2×1.67X1.67×cos1º)] ×(1+0.5sin1ºcos1º)]
=3602.585 N
（3）4-d2小型芯脱模力
F3=4x2×3.14X5×2.0×10³×0.0065×3×(0.5-tan1º)÷[[1+0.32+2×0.67²÷(cos²1º +2×0.67X0.67×cos1º)] ×(1+0.5sin1ºcos1º)]=522.702N
因此 F=F1+F2+F3=9028.569N
7.3校核推出机构作用在塑件闪过单位压应力
（1）推出面积
A1=π/4 (D²－d²)=π/4×(75²－65²)mm²=1099 mm²
A2=π/4 (D1²－d2²)=π/4×(18 ²-12 ²)mm ²=122.5 mm ²
A=A1+A2=1221.5mm ²
(2)推出应力
σ=F/A=9028.6/1221.5=7.39 MPa < 10 MPa
因而，抗压强度合格。

八、冷却系统设计
设计时忽视模具因空气对流、辐射以及与注射机所散发热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出热量应等于冷却水所带走热量。【2】
8.1冷却介质
HIPS属于中档黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200℃和32～65℃。因此，模具温度初步定为40℃，用常温水对模具进行冷却。
8.2冷却系统简朴计算
（1）单位时间内注入模具中塑料熔体总质量 W
①塑料制品体积
V=V主+V分+nV塑=1.12+0.67+2X26.618= 55.026 cm³
②塑件制品质量
m = Vρ= 55.03×1.05= 57.78 g =0.0578 kg
③塑件壁厚为3mm，可以查教材表4-34得，t冷=17.4s。
取注射时间 t注=1.6s ，t脱= 6s。
则注射周期t=t注+t冷+t脱=（1.6+17.4+6）= 25s。
由此得每小时注射次数为：N=3600/25= 144次
④单位时间内注入模具中塑料熔体总质量：
W=Nm=144×0.0578= 8.3232 kg/h
（2）拟定单位质量塑件在凝固时所放出热量Qs，查教材表4-35直接可知HIPS单位热流量Qs值得范畴在（310～350）kj/kg,故可以取Qs=320 kj/kg。
（3）计算冷却水体积流量qv
设冷却水道入水口水温为θ2=23℃。出水口水温为θ1=25℃，取水密度ρ=1000kg/m³，水比热容 c =4.187 kj/(kg·℃)，则：
qv=WQs/[60ρc(θ1－θ2)]
=8.3232×320÷[60×1000×4.187×(25-23)]
=0.0053 m³/min
(4)拟定冷却水路直径d
当qv=0.0053 m³/min时，查教材表4-30可知，为了使冷却水处在湍流状态，取模具冷却水孔直径d=0.008m。
（5）冷却水在管内流速v
v=4qv÷60÷π÷d²=4×0.0053÷60÷3.14÷0.008²=1.76 m/s.>1.66m/s 因而合理。
(6)求冷却管壁与水交界面膜传热系数h
由于平均水温为24℃，查教材表4-31可得f=6.75，则有：
h=4.187f（ρv）^0.8 / d^0.2
=4.187×6.75×(1000×1.76)^0.8 ÷0.008^0.2
=29308.9kj/(m²·h·℃)
(7)计算冷却水通道导热总面积A
A=WQs/（hΔθ）=8.32×320÷[29308.9×｛40-(23+25)/2｝]
=0.0035 m²
(8)计算模具所需冷却水管总长度L
L=A/(πd)=0.0035÷3.14÷0.008= 139 mm
(9)冷却水路根数X
设每根水路长度ι=120mm，则冷却水路根数为：
X=L/ι=139/120≈1.16根
由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然不适合，因而应依照详细状况加以修改。为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分冷却。

8.3凹模嵌件和型芯冷却水道设立
型芯冷却系记录算与凹模冷却系记录算办法基本上是同样。设计时，在大型芯下部采用简朴冷却流道式来设计，小型芯采用隔片式冷却水道。凹模嵌件拟采用两条冷却水道进行冷却。冷却系统还要遵循：【4】
1.浇口处加强冷却。
2.冷却水孔到型腔表面距离相等。
3.冷却水孔数量应尽量多，孔径应尽量大。
4.冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。
5.进水口水管接头位置应尽量设在模具同一侧，普通应设在注塑机背面。
6.冷却水孔应避免设在塑件熔接痕处。
并且在冷却系统内，各相连接处应保持密封，防止冷却水外泄。
九、导向与定位构造设计
注射模导向机构用于动、定模之间开合模导向和脱模机构运动导向。按作用分为膜外定位和模内定位。膜外定位是通过定位圈使模具浇口套能与注射机喷嘴精准定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间精准定位。本模具所成型塑件比较简朴，模具定位精度规定不高，因而可采用模架自身所带定位构造。【1】

十、模具装配
装配模具是模具制造过程中最后阶段，装配精度直接影响到模具质量、寿命和各某些功能。模具装配过程是按照模具技术规定和互相间关系，将合格零件连接固定为组件、部件直至装配为合格模具。
在模具装配过程中，对模具装配精度应控制在合理范畴内，模具装配精度涉及有关零件位置精度，有关运动精度，配合精度及接触只有当各精度规定得到保证，才干使模具整体规定得到保证。【4】
塑料模装配基准分为两种状况，一是以塑料模中和重要零件台定模，动模型腔，型芯为装配基准。这种状况，定模各动模导柱和导套孔先不加工，先将型腔和型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套孔，最后安装动模和定模上其他零件，另一种是已有导柱导套塑料模架。
浇口套与定模某些装配后，必要与分模面有一定间隙，其间隙为0.05——0.15毫米，由于该处受喷嘴压力影响，在注射时会发生变形，有时在试模中经常发当前分模面上浇口套周边浮现塑料飞边，就是由于没有间隙因素。为了有效防止飞边，可以接近塑件有相对位移面上锉一种三角形槽，由于空气压力缘故可以更好防止飞边。
模具装配顺序
1.拟定装配基准；
2.装配前要对零件进行测量，合格零件必要去磁并将零件擦拭干净；
3.调节各零件组合后累积尺寸误差，如各模板平行度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻合面积不得不大于80%，间隙不得不大于溢料最小值，防止产生飞边；
4.在装配过程中尽量保持原加工尺寸基准面，以便总装合模调节时检查；
5.组装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；
6.组装冷却和加热系统，保证管路畅通，不漏水，不漏电，门动作灵活紧固所连接螺钉，装配定位销。装配液压系统时容许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中；
7.试模合格后打上模具标记，涉及模具编号、合模标记及组装基面。
1)模具预热
模具预热办法，采用外部加热法，将铸铝加热板安装在模具外部，从外部向内进行加热，这种办法加热快，但损耗量大。
2)筒和喷嘴加热
依照工艺手册中推荐工艺参数将料筒和喷嘴加热，与模具同步进行。
3)工艺参数选取和调节
依照工艺手册中推荐工艺参数初选温度，压力，时间参数，调节工艺参数时按压力，时间，温度这样先后顺序变动。
4)注塑
在料筒中塑料和模具达到预热温度时，就可以进行试注塑，观测注塑塑件质量缺陷，分析导致缺陷因素，调节工艺参数和其她技术参数，直至达到最佳状态。
8.模具维护
模具优化设计镶件和嵌件在这里就起到了很大作用，只须更换个别已损坏零件，不会导致用过程中，会浮现正常磨损或不正常磨损。不正常损坏绝大多数是由于操作不当所致模具彻底报废。
最后检查各种配件、附件待零件，保证模具装备齐全，此外在装配过程中应严防零件在装配过程中磕、碰、划伤和锈蚀。装配滚动轴承容许采用机油进行热装，油温度不得超过1000℃。

结 论
历经三周课程设计即将结束，请教师对我设计过程作最后检查。在这次课程设计中通过参照、查阅各种关于模具方面资料，以及各位教师指引，特别是模具在实际中也许遇到详细问题，使我在这短暂时间里，对模具结识有了一种质奔腾。使我对塑料模具设计各种成型办法，成型零件设计，成型零件加工工艺重要工艺参数计算，产品缺陷及其解决办法，模具总体构造设计及零部件设计等均有了进一步理解和掌握。
从陌生到开始接触，从理解到熟悉，这是每个人学习事物所必经普通过程，我对塑料模具设计结识过程亦是如此。通过三周努力，我相信这次课程设计一定能为将来事业奠定坚实基本。
在这次设计过程中，感谢各位教师对我指引，使我受益匪浅，在此，对关怀和指引过我各位教师和协助过我同窗表达衷心感谢!

参照文献

[1]叶久新，王群. 塑料成型工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社,.
[2]伍先明，陈志钢.塑料模具设计指引[M].北京：国防工业出版社，.
[3]洪滇章.注射加工速查手册[M].北京：机械工业出版社，.
[4]吴生绪.塑料成型工艺技术手册[M].北京：机械工业出版社，.