MP3盖塑料注塑模具设计说明书.doc

MP3盖塑料注塑模具设计说明书

35
2020年5月29日
文档仅供参考

vv 大 学

课 程 设 计 说 明 书

题目:MP3盖塑料注塑模具设计

姓 名: vvv
专 业: 材料成型及控制工程
班 级: vvv
指导老师: vvvv

2 0 1 4 年 1 月 3 日

vv大学机械与能源工程学院
专 业 课 程 设 计 任 务 书
——材料成型及控制工程专业——
设计题目: MP3盖塑料注塑模架设计
设计任务:设计一简单塑料零件,并根据该零件设计一副注射模具。
制件年产量:10万件
完成的任务:
1. 注射成形工艺卡一份;
2. 产品零件图一份;
3. 注射模具装配图及模具成形零件工程图各一份;
4. 设计说明书一份。
时间安排:
1. 借资料、产品的结构设计及绘制零件图;(1.5天)
2. 确定零件生产的工艺方案,填写零件注射工艺卡;(1天)
3. 零件成形工艺分析;确定型腔的数目;模具胀型力的计算,选择注射设备;选定分型面;确定型腔配置、确定浇注系统、确定脱模方式;冷却系统和推出结构设计;凹模和型芯尺寸计算和结构设计;模具其它零件设计;模具有关零件的强度和刚度校核;模具与注射机有关尺寸校核。模具结构三维设计。(4天)
4. 绘制模具结构装配图、模具成型零件工程图;(2.5天)
5. 编写设计说明书;(2天)
6. 答辩。(1天)
参考书目:
[1]齐卫东.<塑料模具设计与制造 >[M].北京:机械工业出版社,
[2]陈剑鹤.<模具设计基础>[M].北京:械工业出版社, .04
[3]齐晓燕.<塑料成型工艺与模具设计>[M].北京:机械工业出版社, .01
[4]高济,申树义.<塑料模具设计>[M].北京:机械工业出版社, .09
[5]高锦张.<塑性成形工艺与模具设计>[M].北京:机械工业出版社, .03
[6]陈锡栋.<实用模具设计简明手册>[M].北京:机械工业出版社,

指导教师: 12月 23 日
材料成型及控制工程 vv 级 vv 班
学生: 学号: vvvv
12 月 23 日
MP3盖塑料注塑模具设计
[摘要] 本课题主要是针对MP3盖的模具设计,该MP3盖采用的材料为聚乙烯(PE),是工业中常见的一种塑料。经过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。本课题从产品结构工艺性,具体模具结构出发,对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核进行详细的设计,并简单的编制了模具的加工工艺。经过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是MP3盖注塑模具的设计,也就是设计一副注塑模具来生产塑件产品,以实现自动化提高产量。针对塑件的具体结构,该模具是侧浇口的单分型面注射模具。

[关键词] 塑料;模具;系统;工艺

目录
引言………………………………………………………………………………1
1 零件成型工艺基础分析 ……………………………………………………2
1.1 盖的造型设计……………………………………………………………2
1.2 盖塑料PE的性能分析与成型特性 ……………………………………2
2 塑件工艺性分析 ……………………………………………………………4
2.1 分析塑件的结构工艺性 ………………………………………………4
2.2 工艺性分析 ……………………………………………………………4
2.3 注射设备的选择…………………………………………………………4
3 塑料制件在模具中的位置与浇注系统的设计 ……………………………6
3.1 型腔数目的确定…………………………………………………………6
3.2 型腔的分布………………………………………………………………6
3.3 分型面的选择……………………………………………………………6
3.4 浇注系统的设……………………………………………………………7
4 脱模方式与推出机构的设计 ………………………………………………12
4.1 推出机构的设计原则……………………………………………………12
4.2 推出机构的选择…………………………………………………………12
4.3 推出力的计算……………………………………………………………12
4.4 推杆的设计 ……………………………………………………………13
5 冷却系统的设计 ……………………………………………………………14
6 凹模和型芯的结构设计和尺寸计算 ………………………………………15
6.1 凹模的机构设计 ………………………………………………………15
6.2 型芯的结构设计 ………………………………………………………16
6.3 型腔和型芯相关尺寸的计算……………………………………………16
7 模具其它零件设计 …………………………………………………………19
7.1 注射模架的选择 ………………………………………………………19
7.2 合模导向机构的设计……………………………………………………19
8 模具与注射机有关尺寸校核 ………………………………………………20
8.1 模具厚度的校核 ………………………………………………………21
8.2 开模行程的校核 ………………………………………………………21
8.3 锁模力的校核 …………………………………………………………21
结束语……………………………………………………………………………23
致谢语……………………………………………………………………………24
参考文献…………………………………………………………………………25
附录:注塑成型工艺卡…………………………………………………………26

引言
模具,是工业生产的基础工艺装备,在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中,60%～80%的零部件都依靠模具成形,模具质量的高低决定着产品质量的高低,因此,模具被称之为”百业之母”。模具又是”效益放大器”, 用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产的工艺水平及科技含量的高低,已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力,决定着一个国家制造业的国际竞争力。
从市场情况来看,塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具,并大力开发国际市场,发展出口模具。随着中国塑料工业,特别是工程塑料的高速发展,能够预见,中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度,未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。整体来看,中国塑料模具无论是在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都有很大进步,但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比,差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时,一些低档塑料模具却供过于求,市场竞争激烈,还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。 
中国加入WTO以来,全球制造业重心逐步向中国大陆转移,中国的汽车、电子、通信、电器、仪器和家电等相关产业得以飞速发展。而这些领域的产品85%以上都是靠模具成型,这势必会带动模具行业的迅猛发展。当前,中国模具行业总产值已达到400亿元以上,发展势头强劲。模具工业的发展对制造模具机床和设备的研制和生产也带来了前所未有的机遇,国内的模具制造设备及机床也已经逐步走上规模化、专业化、国际化的发展道路,反过来又为广大模具企业提供良好的发展契机。随着全球制造业重心加快向中国大陆地区转移,中国将在 内成为世界制造业中心。中国积极发展汽车工业,而且保持连续增长势头,从而将带动模具工业市场的进一步繁荣。能够预言,随着工业生产的不断发展,模具工业在国民经济中的地位将日益提高,并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。

1 零件成型工艺基础分析
1.1 MP3盖的造型设计
其图形如图2-1塑料制件图所示

图2-1MP3塑料制件图
相机是我们生活中比较经常使用的照相工具,近几年内在中国的普及度逐渐提高,市场上也有各种各样的相机,形状各异,功能也在不断提高,相机的外壳造型也在不断的变化中,外观对于购买者有一定的影响力。此次设计的相机盖的机构比较简单,主要是传统相机的相机盖,结构功能比较简单,外观设计容易。
1.2 盖塑料PE的性能分析与成型特性
1.2.1 PE性能分析
聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。按聚合时采用的压力不同可分为高压、中压和低压三种。低压聚乙烯的分子链上支链较少,相对分子质量、结晶度和密度较高,因此低压聚乙烯比较硬,耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。高压聚乙烯分子带有许多支链,因而相对分子质量较小,结晶度和密度较低,且具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性。
聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。密度为0.91~0.96g/cm,为结晶型塑料。聚乙烯有一定的机械强度,但与其它塑料相比其机械强度低,表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异,常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂,并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其它酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙烯有高度的耐水性,长期接触水其性能保持不变。聚乙烯透水气性能较差,而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般高压聚乙烯的使用温度在80C左右,低压聚乙烯为100C左右。聚乙烯能耐寒,在-60C时仍有较好的力学性能,-70C时仍有一定的柔软性。
低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载力不高的零件,如齿轮、轴承等;高压聚乙烯常见于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。

表1-1 注射成型机的技术规范
注射机类型:柱塞式
螺杆转速:40-80r/min
喷嘴温度:90-100℃
料筒前端温度:----
料筒后端温度:40-50℃
料筒中端温度:----
注射压力:60-100MPa
模具温度:60-70℃
注射时间12-60s
高压时间:0-3s
冷却时间:15-60s
成型周期:40-130s
成型收缩率:1.5%-3.6%

1.2.2 聚乙烯的成型特性
聚乙烯成型时,在流动方向与垂直方向上的收缩差异很大。注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率,易产生变形,并使塑件浇口周围部位的脆性增加;聚乙烯收缩率的绝对值较大,成型收缩率也较大,易产生缩孔;冷却速度慢,必须充分冷却,且冷却速度要均匀;质软易脱模,塑件有浅的侧凹时可强行脱模

2 塑件工艺性分析
2.1 分析塑件的结构工艺性
该塑件尺寸中等,整体结构较简单,精度要求相对较低,再结合其材料性能,故选一般精度等级:MT3。
表2-1 塑件工艺参数[1]:
工艺参数 取值范围

工艺参数 取值范围
后部 160~180
机筒温度/℃ 中部 180~200
前部 200~220
喷嘴温度/℃ 190~210
模具温度/℃ 40~70

注射压力/MPa 30~150
螺杆转速/(r/min) 70
后处理温度/℃ 70
后处理时间/h 2~4
2.2 工艺性分析
为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道中心位于模具的分型面上,浇口与塑件在分型面两侧[2]。塑料熔体经过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔,因而塑件外表面不受损伤,不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
2.3 注射设备的选择
由分析,可得MP3盖的体积为4.07cm3,考虑到设计为2腔,加上浇注系统的冷凝料,查阅塑料成型工艺与模具设计书中的部分国产注射机技术规范及特性,能够选择XS-Z-30。其参数如下图所示。

表2-3注塑机的参数

理论注射容积(cm3)
30
螺杆直径(mm)
28
注射压力(MPa)
119
注射速率(g/s)

塑化能力(g/s)
35
螺杆转速(r/min)
0~200
锁模力(KN)
250
拉杆空间(mm)
235
移模行程(mm)
160
模具最大厚度(mm)
220
模具最小厚度(mm)
60
锁模形式
液压-机械
模具定位孔直径(mm)
55
喷嘴球半径(mm)
SR12
喷嘴孔直径(mm)
2
模板尺寸(mm)
200*250

3 塑料制件在模具中的位置与浇注系统的设计
3.1 型腔数目的确定
与多型腔模具相比较,单型腔模具具有塑料制件的形状和尺寸一致性好、成型的工艺条件容易控制、模具结构简单紧凑、模具制造成本低、制造周期短等特点。可是,在大批量生产的情况下,多型腔应收更为合适的形式,它能够提高生产效率,降低塑件的整体成本[3]。
型腔数日的确定,应根据塑件的儿何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射力、模具成本等要求来综合考虑。
按注射机的最大注射量确定型腔的数目n,即
(3-1)
式中 k——注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8;
mn——注射机最大注射量,cm3或g
mj——浇注系统凝料量,cm3或g
m——单个塑件的体积或质量,cm3或g
根据proe软件计算得:mj =8.802 cm3 m =20.96 cm3 ,因此

根据注塑机的额定锁模力F的需求来确定型腔数目n [3],即
(3-2)
式中 Fn——注塑机额定锁模力(N)
P——型腔内塑料熔体的平均压力(MPa),约为注射压力大80%
Aj——浇注系统在分型面上的投影面积,mm2
A——单个塑件在模具分型面上的投影面积,mm2
根据proe软件计算得:Aj =798.34 mm2 A =3991.69 mm2 ,因此

大多数小型件常见多型腔注射模,而高精度塑件的型腔数原则上不超过4 个,因此我们根据上述公式估算,采用一模二腔。
3.2 型腔的分布
对于多型腔模具,由于型腔的排布与浇注系统密切相关,在模具设计时应综合加以考虑。型腔的排布应使每个型腔都能经过浇注系统从总压力中均等地分得所需足够压力,以保证塑料熔体能同时均匀地填充每一个型腔,从而使各个型腔的塑件内质量均一稳定[3]。
此制件采用一模两腔的平衡式布置,其特点是从主流道到各型腔浇口分流道的长度、截面形状与尺寸均对应相同,可实现各型腔均匀进料和同时充满型腔的目的,从而使所成型的塑件内在质量均一稳定,力学性能一致[3]。图形如图3-1所示:

图3-1型腔布置图
3.3 分型面的选择
由于分型面受塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析比较,以选出较为合理的方案[3]。
选择分型面时,应遵循以下几项基本原则[3]:
( l )分型而应选在塑件外形最大轮廓处;
( 2 )分型面的选择应有利于塑件是顺利脱模;
( 3 )分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量;
( 4 )分型面的选择应有利于模具的加工;
( 5 )分型面的选择应有利于排气。
除了上述这些基本原则以外,分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小以避免接近或超过所选用注射机的最大注射面积而可能产生溢流现象。
3.4 浇注系统的设计
普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料薛等四部分组成。浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节,设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内在质量、外在质量与模具的结构、塑料的利用率等有较大影响。对浇注系统进行设计时,一般应遵循以下基本原则[3]:
（1） 了解塑料的成型性能;
（2） 尽量避免或减少产生熔接痕;
（3） 有利于型腔中气体的排出;
（4） 防止型芯的变形和嵌件的位移;
（5） 尽量采用较短的流程充满型腔;
（6） 流动距离比的校核。
3.4.1 主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处部分到分流道为止的塑料熔体的流动通道,是熔体最先流经的部分,它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响,因此,必须使熔体的温度降和压力力损失最小。
为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出,主流道设计成圆锥形,锥角α为2°~6°,流道的表面粗糙度Ra≤0.8um[3]。
浇口套内主流道始端的球面必须比注塑机喷嘴头部球面半径略大一些,如图3-2所示,即SR比SR1大1~2mm,主流道小端直径要比喷嘴直径略大,即D比d大0.5~1mm.[3]
根据选用的XS-Z-30型号注塑机的相关尺寸得[3]:
喷嘴前端孔径: d0=3.5mm
喷嘴前端球面半径: R0=12mm
根据模具主流道与喷嘴的关系
R=R0+(1~2)mm=13mm
d=d0+(0.5~1)mm=4mm
锥角为2°~6°,取其3°
浇口套的选择应根据注射机里的定位孔来选择,它与定位孔是过渡配合。
3.4.2 分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道的作用是改变熔体流向,使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失[3]。
此次选用圆形截面,形状图如图3-4所示:

图3-4分流道
1、圆形截面
优点:流道形状效率较高,热损失小。
缺点:增加制作费用及成本,稍不注意会造成流道交错而影响流动效率。
2、分流道的设计要点 [2]
(1)分流道不必精修得很光(一般Ra为0.8左右),因为料流外层的流动要慢
些为好,但必须避免有凸起和凹入,以免分型和脱模不良;
(2)浇口与分流道间采用斜面及圆角相接,以便于塑料流动及填充,否则会使塑料流动时产生反压力,消耗动能;
(3)分流道的长度在模具结构允许的情况下应尽量取短,以免模具尺寸加大,塑料损耗增多,熔料冷却快,但分流道过短也会使去除流道不便;
(4)分流道分布有时只设置在定模或动模一方,有时则动、定模都开设流道,合模后成各种形状的截面。动、定模都分设流道的对料的流动有利,但加工较困难,要求两模一定要对准;
(5)在保证熔料充满型腔的情况下,流道截面及长度应该尽量取小,特别对小塑件显得更重要。流道转角处应圆滑过渡不能有尖角;
(6)分流道较长时,在其末端应设有冷料井;
(7)一模多腔时,分流道截面积应为各浇口截面积之和,各分流道的截面和长度应与塑件相适应,大塑件应去大截面短流道,小塑件则反之,以保证成型不同形状或质量的塑件诸型腔同时充满。
3、分流道的尺寸设计
流道的直径过大:不但浪费材料,而且冷却时间增长,成型周期也随之增长,造成成本上的浪费。
流道的直径过小:材料的流动限力大,易造成充填不足,或者必须增加射出压力才能充填。
因此流道直径应适合产品的重量或投影面积
流道长度宜短,因为长的流道不但会造成压力损失,不利于生产性,同时也浪费材料;但过短,产品的残余应力增大,而且容易产生毛边。
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有内部的熔体流动状态比较理想,因此分流道表面粗糙值不要太低,一般Ra取0.8um左右,此次选取Ra=0.8um。
流道长度能够按如下经验公式计算:
(3-3)
式中 D——分流道直径mm
W——产品质量g
L——流道长度mm
常见圆形分流道直径系列尺寸/mm:4、6、(7)、8、(9)10、12
因此分流道的直径选取为4mm,长度一般选取在8~30mm之间,不宜小于8mm,因此分流道长度选取18mm。
4、分流道的布置原则
a、 排列应尽量尽量紧凑,缩小模板尺寸;
b、 尽量使流程短,对称布置,使胀模力的中心与注射机锁模力的中心一致。
流道的布置要平衡,能够说自然平衡,如果自然没法平衡的话需要人工平衡[3]。
3.4.3 浇口的设计
浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择恰当与否,直接关系到塑件能否被完好高质量地注射成型 [3] 。
浇口作用:
1、 熔料经狭小的浇口增速、增温,有利于填充型腔;
2、 注射保压补缩后浇口处首先凝固封闭型腔,减小塑件的变形和破裂;
3、 狭小浇口便于浇道凝料与塑件分离,修整方便。
浇口的位置、数量、形状、尺寸等是否适宜直接影响到产品外观、尺寸精度、物理性能和成型效率。
浇口过小:易造成充填不足(短射)、收缩凹陷、熔接痕等外观上的缺陷,且成型收缩会增大。
浇口过大:浇口周围产生过剩的残余应力,导致产品变形或破裂,且浇口的去除加工困难等。
浇口位置选择应考虑一下几项原则[3]:
(1)尽量缩短流动距离;
(2)避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷;
(3)浇口应开设在塑件壁厚处;
(4)考虑分子定向的影响;
(5)减少熔接痕提高熔接强度;
(6)注意到实际塑料型腔的排气问题和塑件外观的质量问题。
综合塑料使用的浇口类型与选用原则,这次设计选用侧浇口。一般侧浇口的深度t=0.5~1.5mm(或取塑件壁厚的1/3~1/2),宽度b=1.5~5.0mm,浇口长度为L=0.8~2.0mm。因为塑件壁厚1mm,因此这边取t=0.5mm,b=1.5mm,L=1mm。
3.4.4 冷料穴和拉料杆的设计
冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料,以免这些冷料注入型腔,既影响熔体充填的速度,又影响成型塑件的质量。主流道末端的冷料穴除了上诉作用外,还便于在该处设置主流道拉料杆,注射结束模具分型时,在拉料杆的作用下,主流凝料从定模浇口套被拉出,最后推出机构开始工作,将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。
此次拉料杆采用在动模板上开设反锥度冷料穴的形式,它的后面设置有推杆,分型时靠动模板上的反锥度穴的作用将主流道凝料拉出浇口套,推出时靠后面的推杆强制的将其推出[3]。

4 脱模方式与推出机构的设计
4.1 推出机构的设计原则
每次注射模在注射机上合模注射结束后,都必须将模具打开,然后把成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱模,完成推出脱模的机构就是推出机构或脱模机构[3]。
推出机构的设计要求应考虑以下几项原则[3]:
(1)推出机构设计时应尽量使塑件留于动模一侧;
(2)塑件在推出过程中不发生变形和损坏;
(3)不损坏塑件的外观质量;
(4)合模时应使推出机构正确复位;
(5)推出机构应动作可靠。
4.2 推出机构的选择
此次采用推杆推出,推杆截面为圆形,推杆推出动作灵活可靠,推杆损坏后也便于更换。推杆位置选择应遵循一下原则[3]:
(1)推杆的位置应选择在脱模阻力最大的地方;
(2)推杆位置选择应保证塑件推出时受力均匀;
(3)推杆位置选择时应注意塑件的强度和刚度;
(4)推杆位置的选择还应考虑推杆本身的刚性。
此次单个制件采用2根推杆,因此一模两腔采用4根推杆推出。
推杆装入模具后,推杆端面不应低于型腔或型芯表面,允许平齐或有0.05~0.1mm的高出量[4]。
4.3 推出力的计算
塑件注射成型后在模内冷却定形,由于体积收缩,对型芯产生包紧力,塑件从模具中退出时,就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。型芯的成型端部,一般均要设计脱模斜度 [3]。
(4-1)
式中 Ft——脱模力(推出力)
A——塑件包络型芯的面积
P——塑件对型芯单位面积上的包紧力,一般情况下,模外冷却的塑
件,p取(2.4~3.9)×107Pa,模内冷却的塑件,p取(0.8~1.2)×107Pa
μ——塑件对钢的摩擦系数,一般为0.1~0.3

4.4 推杆的设计
推杆直径计算:
(4-2)
式中 d——圆形推杆直径cm
——推杆长度系数,约为0.7
l——推杆长度cm
n——推杆数量
E——推杆材料的弹性模量N/cm2(钢的弹性模量E=2.1×107N/cm2)
Q——总脱模力
经计算得,推杆直径取4mm

5 冷却系统的设计
模具冷却装置的设计与使用的冷却介质、冷却方法有关。模具能够用水、压缩空气和冷凝水冷却,但用水冷却最为普遍,因为水的热容量大,传热系数大,成本低廉。水冷就是在模具型腔周围和型芯内开设冷却水回路,使水或者冷凝水在其中循环,带走热量,维持所需的温度。冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传导的热量,使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度氛围内,而且要做到使冷却介质在回路系统内流动畅通,无滞留部位。但在冷却水回路开设时,收到模具上各种孔(顶杆孔、型芯孔、镶件接缝等)的限制,因此要按理想情况设计较困难,必须根据模具的具体特点灵活地设置冷却回路[3]。此次采用水冷,根据计算冷却水道直径采用6mm。

6 凹模和型芯的结构设计和尺寸计算
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件,包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时,直接与塑料接触,塑料熔体的高压、料流的冲刷,脱模时与塑件间还发生摩擦。因此,成型零件要求有正确的几何形状,较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度,另外,成型零件还要求结构合理,有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能[3]。
设计成型零件时,应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求,确定型腔的总体结构,选择分型面和浇口位置,确定脱模方式、排气部位等,然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计,计算成型零件的工作尺寸,对关键的成型零件进行强度和刚度校核[3]。
6.1 凹模的结构设计
凹模也就是所谓的型腔,是成型塑件外表面的主要零件,按结构不同可分为整体式和组合式。
由于此次的零件结构较简单,因此选用简单的局部镶嵌式型腔,模具加工方便,型腔的易损部分容易更换与维修,拼合处有间隙有利于排气。基本结构如图6-1所示:

图6-1凹模结构
根据制件的产量10万件及复杂程度,凹模的材料选用1Ni3Mn2CuAlMo(PMS),固溶淬火后的硬度在30 HRC,便于机械加工,在机械加工后进行时效处理,即可获得40~45 HRC的较高硬度[5],表面进行抛光处理,型腔表面的粗糙度为Ra0.2~0.1um,配合面需要达到0.8um[3]。根据塑料制件的精度为MT3,因此模具的制造精度取IT8 [2]。

6.2 型芯的结构设计
凸模亦称型芯,是成型塑件内表面的主要零件,按结构不同可分为整体式和组合式。
由于此次的零件结构较简单,因此选用简单的整体嵌入式结构,模具加工方便,嵌入牢固,不易变形,不会使塑件产生拼接痕迹。基本结构如下图所示:

图6-2型芯结构
根据制件的产量10万件及复杂程度,型芯的材料选用1Ni3Mn2CuAlMo(PMS),固溶淬火后的硬度在30 HRC,便于机械加工,在机械加工后进行时效处理,即可获得40~45 HRC的较高硬度[5],表面进行抛光处理,型腔表面的粗糙度为Ra0.2~0.1um,配合面需要达到0.8um[3]。根据塑料制件的精度为MT3,因此模具的制造精度取IT8 [2]。
6.3 型腔和型芯相关尺寸的计算
6.3.1 塑件平均收缩率[3]:

(6-1)
式中 ——塑料的平均收缩率
——塑料的最大收缩率
——塑料的最小收缩率
查表得计算得
6.3.2型腔径向尺寸计算[3]:
(6-2)
式中 ——模具型腔径向基本尺寸
——塑件外表面的径向基本尺寸
——塑件外表面径向基本尺寸的公差
——塑料的平均收缩率
——模具制造公差
(1)基本尺寸80mm 公差值为1.28mm

(2)基本尺寸40mm 公差值0.94mm

6.3.3 型芯径向尺寸计算[3]:

(6-3)
式中 ——模具型芯径向基本尺寸
——塑件内表面的径向基本尺寸
——塑件内表面径向基本尺寸的公差
(1)基本尺寸78mm 公差值1.28mm

(2)基本尺寸38mm 公差值0.80mm

6.3.4 型腔深度尺寸计算[3]:

(6-4)
式中 Hm——模具型腔深度基本尺寸
Hs——塑件凸起部分高度基本尺寸
x——修正系数,,当塑料尺寸较大、精度要求低时取小
值,反之取大值
基本尺寸8mm 公差值0.38mm

6.3.5 型芯高度尺寸计算[3]:

(6-5)
式中 hm——模具型芯高度基本尺寸
hs——塑件孔或凹槽深度尺寸
(1)基本尺寸7mm 公差值0.38mm

6.3.6 中心距尺寸计算[3]:

(6-6)
式中 Cm——模具中心距基本尺寸
Cn——塑件中心距基本尺寸
(1)基本尺寸42mm 公差值0.94mm

7 模具其它零件设计
7.1 注射模架的选择
模架是注射模的骨架和基体,经过它将模具的各个部分有机地联系成为一个整体。标准模架一般由定模座板、定模板、动模板、动模支承板、垫块、动模座板、推杆固定板、推板、导柱、导套及复位杆等组成。
此次的零件尺寸较小,因此采用中小模架,其尺寸范围是B(宽)×L(长)≤560mm×900mm,选用的模架尺寸为200x250,如图7-1所示

图7-1注塑模架结构
7.2 合模导向机构的设计
合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其它零件之间准确对合,以确保塑料制件的形状和尺寸精度,并避免模内各零件发生碰撞和干涉。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种。
此次设计采用导柱导向机构,其主要零件是导柱和导套
7.2.1 导柱的设计
长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高出6~8mm,以免导柱未导准方向而型芯
先进入型腔与其可能相碰而损坏。
形状 导柱前端应做成锥台形,以使导柱能顺利地进入导向孔。
材料 导柱的表面应具有较好的耐磨性,而芯部坚韧,不易折断,因此多采用
20钢(表面经渗碳淬火处理),硬度为50~55 HRC。

图7-2导柱
7.2.2 导套的设计
材料 用与导柱相同的材料制造导套,其硬度应略低于导柱硬度,这样能够减轻磨损,
避免运动过程的咬合。
形状 为使导柱顺利进入导套,导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔,以利于排出孔
内的空气。

图7-3导套

8 模具与注射机有关尺寸校核
8.1 模具厚度的校核
根据所选注射机的种类:
模具的最大厚度=220mm
模具的最小厚度=60mm
模具设计时,应使模具的总高度位于注射机可安装的最大模厚与最下模厚之间,模具厚度为215mm,介于最大与最小之间,因此模具厚度满足要求,注射机也满足需求。
8.2 开模行程的校核
注射机的开模行程是受合模机构限制的,注射机的最大开模距离必须大于脱模距离,否则塑件无法从模具中取出。对于单分型面注射模具,其校核公式为[3]:
(8-1)
式中 S——注射机最大开模行程,mm;
——推出距离(脱模距离),mm
——包括浇注系统在内的塑件高度,mm
根据公式计算得:
注射机的最大开模行程为160mm,因此满足要求。
8.3 锁模力的校核
胀型力的大小计算:
(8-2)
P——型腔内塑料熔体的平均压力(MPa),约为注射压力大80%
Aj——浇注系统在分型面上的投影面积,mm2
A——单个塑件在模具分型面上的投影面积,mm2
n——型腔数量

注塑机锁模力为2540kN,因此锁模力校核合格。

结束语
塑料工业是当今世界上最快的工业门类之一,对于中国而言,它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的,可是经过这次塑料模具课程设计,让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识,更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法,对塑料模有了一个更高的认识。这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助,也间接性的为今后的工作经验有了一定的积累。   
塑料制品成型及模具的设计还是个很专业性、实践性很强的技术,而它的主要内容都是在今后的生产实践中逐步积累和丰富起来的。因此,我们要学好这项技术光靠书本上的点点知识还是不够的,我们更多的还应该将理论与实际结合起来,这还需要我们到工厂里去实践。
我