小圆帽模具设计.docx

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小圆帽模具设计

1、塑料制品的说明

塑料制品用途广泛，几乎每个人都会用到，此次设计的是一结构比较简单的塑件，此次产品是在UG6.0的辅助下完成的，产品图如下：

图1.1零件实体图

图1.2零件设计图

产品名称

产品材料

收缩率

密度

塑料件公差等级

模具制造公差等级

生产批量

生产方式

塑件

ABS

0.55%

1.03g/cm3

MT3=0.24～0.46mm

IT10=0.12～0.24mm

中批量

注塑成型

表1.1产品设计要求

2、塑件的工艺分析

2.1塑件材料特性

材料：

ABS塑料

化学名称：

丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物

比重:

1.03~1.07克/立方厘米

成型收缩率:

0.3~0.8%

产品需要预热到80~85℃度，预热时间为2~3小时

成型温度：

240~275℃成型时间为50~220秒干燥条件：

80-90℃2小时

成型特性：

1．无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度，3小时。

2．宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度为>270℃）。

对精度较高的塑件，模温宜取50-60度；对高光泽.耐热塑件，模温宜取60～80℃。

3．如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。

4．如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

2.2型腔数目的决定及排布

为了使模具与注射机的生产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种：

a）根据经济性能确定型腔数目；b）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目；c）根据注射机的最大注射量确定型腔数目；d）根据制品精度确定型腔数目。

我们这里选用a）计算过程如下：

我们设型腔数目为n，制品总件数为N，每一个型腔所需的模具费用为C1，与型腔无关的模具费用为C０，每小时注射制品成型的加工费用为y（元／h），成型周期为t（min），则：

对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过４个，塑料件的精度为6级左右，以及模具制造成本、制造难度和生产效率的综合考虑，型腔数目初定为2腔，排布形式为直线并排方式。

2.3分型面的选择

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。

一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，常见的形式有如下五种：

水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。

图2-3为此次塑件的分型面，其垂直于合模方向，属于水平分型面。

图2-3塑料零件的分型面

3、注射机的选择与校核

注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。

3.1注射量与锁模力的计算

选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。

以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号；为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：

式子中，V实——实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（cm3）。

由UG分析/体测量，可得塑件的体积为5.6cm3，质量为5.78g，考虑到设计为2腔，流道凝料的质量还是个未知数，可按塑件质量的0.6被来估算，因此注射量为

m=1.6nm1=1.6*2*5.78=18.50g

流道凝料（包括浇口）在分型面上的的投影面积A2在模具设计前是个未知数，根据多型腔的统计分析，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2-0.5倍，因此可用0.35nA1来估算，所以

A=nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1=2308mm2

式中A1=π*d*d/2=0.785*33*33=854.87mm2

锁模力Fm=AP型=2308*30=69240N=69.24KN

3.2选择注射机

根据参考文献，查阅《塑料成型工艺及模具设计》一书表2-6部分国产注射机的主要技术参数，可选择型号为XS-Z-30注射机，其额定注射量为30cm3，螺杆直径为28mm，注射压力为119MPa，注射行程为130，注射方式柱塞式，锁模力为250KN，模具最大成型面积90cm2，模板最大行程160mm，模具厚度范围160~350mm，喷嘴球弧半径为12mm，喷嘴孔直径为2mm。

3.3注射机参数校核

由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n。

型腔数校核合格

式中k——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；

M——注射机的额定塑化量（5.6g/s）

t——成型周期。

取30S

注射压力P

ABS材料所需注射为70-100MPa，而所选注射机压力为119MPa，所以注射压力基本符合要求。

锁模力的校核

锁模力F为250KN，故锁模力校核合格。

4、浇注系统的设计

注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。

其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。

因此，浇注系统十分重要。

而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。

我们在这里选用普通浇注系统，它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。

4.1主流道设计

主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。

根据设计手册查的得XS-Z-30，注射机喷嘴的有关尺寸为：

喷嘴前端孔径d1=2mm

喷嘴后端球面半径R1=12mm

根据模具主流道球面半径R=R1+（1～2）mm及小端直径d=d1+（0.5～1）mm，故取主流道球面半径R=14mm

小端面直径d=3m

在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，过长则会影响熔体的顺利充型，这里选取L=35mm。

为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为：

1°～3°。

经换算得主流道大端直径

，取D=4.5mm。

主流道总长为

图4-1浇注系统主流道

4.2浇口设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。

浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。

浇口的结构形式很多，常见浇口有点浇口、直接浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。

而我们这里选用的是直接浇口配合侧浇口，结构形式如下图所示 。

图4-2浇注系统的浇口

主流道采用直接浇口有以下的优点：

从注射机喷嘴流来的熔融塑料直接通过浇口进入型腔。

所以，流程短，压力损耗小，保压补缩作用强；模具结构简单、成本低；分流道采用侧浇口，方便塑件固化后脱模，在推杆的强制作用下能够自

然脱模而没有较大的损伤。

4.3分流道设计

分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。

多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。

①分流道的截面形状：

通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。

为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道，如图4-3。

因为圆形截面分流道表面积最小，热量散失最小，阻力亦小，浇口可在流道中心线上，延长了冻结时间，效率是分流道中效率最高的，故选它。

图4-3圆形分流道截面

②分流道的尺寸：

因为各种塑料的流动性有差异，图2-5圆形流道所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径，常用塑料的分流道直径推荐值，由文献ABS塑料常用分流道尺寸推荐范围可知，推荐直径为4.8~9.5mm。

这里选取7mm。

③分流道的布置：

分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。

分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。

④分流道与浇口的连接：

分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。

4.4冷料穴设计

冷料井一般位于主流道对面的动模板上。

其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。

冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径D=4.5mm，取5mm，长度约为主流道大端直径，取H=5mm。

冷料穴的形式有三种：

一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。

我们这里选用与推出杆匹配的倒锥形冷料穴，其结构如图4-4。

图4-4浇注系统主流道冷料穴

1—定位圈2—冷料穴3—推杆4—动模板

5、成型零件的设计

模具中确定塑件的几何形状和尺寸精度的零件成为成型零件，在本设计中成型零件就是成型塑件外表面的凹模，成型内表面的型芯凸模

5.1成型零件的结构设计

凹模（型腔）与型芯

塑件的圆周部分采用局部嵌入式凹模，嵌件外径尺寸按经验取44mm。

凹模与凸模径向方向保持1mm的距离

图5-1凹模与型芯

5.2成型零件的钢材选用

塑件是中批量生产，用于盛放物品，所选用的钢材耐压性应该良好，机械加工性能和抛光性能也应良好，因此构成型腔嵌入式凹模钢材选用SM1。

定模板构成塑件顶部形状，成型时有料流的冲刷，但没有脱模时塑件的摩擦，因此采用55钢调质。

型芯因为是采用强制脱模，磨损比较厉害，采用硬度比较高的模具钢Gr12MoV，淬火后表面硬度为58HRC-62HRC。

5.3成型零件工作尺寸计算

1）凹模

凹模是成型塑件的外形的模型零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中会使包容尺寸逐渐增大。

所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时候，包容尺寸应该尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。

凹模的径向尺寸计算公式：

凹模的深度尺寸计算公式：

式中，

Ls——塑件外形公称尺寸

Hs——塑料高度方向的公称尺寸

S——塑料的平均收缩率，取

X——修正系数（取0.58）

Δ——塑件的尺寸公差，取0.3mm。

δ——模具制造公差,一般取塑件相应的尺寸公差的1/3~1/6，取0.2mm。

所以：

（凹模小圆）

（凹模大圆）

2）凸模

凸模是成型塑件内形的，其工作尺寸属于被包容尺寸，在使用过程中凸模的磨损会使包容尺寸逐渐减小。

所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时候，包容尺寸应该尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。

凸模的径向尺寸计算公式：

凸模的高度尺寸计算公式：

式中，

——塑件内形径向外形公称尺寸

——塑料内形高度方向位置尺寸

6、模具结构总体设计

6.1标准模架

1）模架的选择

根据产品的外形尺寸、型腔的排列方式，由《塑料注射模中小型模架》国家标准规定，初选模架为：

GB/T4169.5，B×L为200×250（mm×mm）。

图6-1标准模架

模架规格设计选定如下：

①模架参数：

B1=250mm，B2=118mm，B3=40mm，H1=25mm，H2=32mm，H3=20mm，H4=20mm，H5=16mm

②由以上的数据以及各模板厚度的选定，

模具厚度M＝（25+80+20+32+64+16+20+25）mm=282mm。

具体设置情况请参考装配图以及设计指导书中模具结构尺寸的说明

2）模具闭合高度的校核

安装模具的厚度应满足：

Hmin＋10mm＜H＜Hmax－5mm

设计模具厚度H总=282mm

XS-Z-30型，最大装模高度Hmax=350mm，最小装模高度Hmin=160mm

H总=282mm，满足模具厚度安装要求。

3）模具开模行程校核

开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。

对单分型面注射模，所需开模行程H为：

S≥H=H1+H2+（5～10）mm

式中，H1—塑件推出距离（也可以作为凸模高度）（mm）；

H2—包括浇注系统在内的塑件高度（mm）；

S—注射机移动板最大行程（mm）；

H—所需要开模行程（mm）。

H=55+55+24+8=142（mm）。

S=260mm>H=142mm，因此满足其开模行程要求。

综合验证，XS-Z-30型注射机完全能满足此模具的注射要求。

6.2排气机构

因为热塑性塑料模具排除的气体量比较少，且该零件体积较小，一模二腔，所以利用分模面和推杆之间的缝隙排气即可，不必单独考虑排气方式。

6.3合模导向机构

为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。

导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。

导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，我们这里选取导柱导向机构，其结构如图6-3。

图6-3导柱导向机构

在设计此机构的同时还应注意以下几点：

（1）、导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。

（2）、导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。

（3）、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。

（4）、为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。

（5）、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。

（6）、导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考准模架数据选取。

6.4脱模机构

在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具取出塑件的机构称为脱模机构。

脱模机构的分类分多，我们采用的是混合分类中的一种：

推杆一次脱模机构，因为此机构是最简单、更换方便、推出效果好中，推最为常用的一种，具有制造简单、等优点，在生产实践中比较实用和直观。

所谓一次脱模就是指在脱模过程，推杆需要一次动作，就能完成塑件脱模的机构。

因制品的几何形状及型腔结构等的不同，所用推杆的截面形状也不尽相同，常用推杆的截面形状为圆形。

推杆又可分为普通推杆与成型推杆两种，我们这里选用普通结构，其结构形式和固定方式见图6-4

图6-4推杆及推杆固定

6.5冷却系统

塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。

所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。

一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。

所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。

根据塑料制品形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。

根据塑件的形状和尺寸大小，以及模具的加工工艺便利，我们这里选用的是简单流道式。

简单流道式即通过在模具上直接打孔，并通过以冷却水而进行冷却，是生产中最常用的一种形式，因此定在型腔侧设置冷却水管冷却，其结构具体请参考图纸。

7、模具成型演示

根据前面确定的模具结构用ug软件绘制三维立体图。

图7-1模具总体结构造型

图7-2模具总体结构爆炸图

图7-3脱模机构

图7-4模具总装配图

8、设计小结

模具在机械业是一个应用很广泛的行业，通过这次的课程设计，我把模具课程中所学到的理论知识在实际的设计工作中综合地加以运用，初步培养了我模具设计的独立工作打下了良好的基础，树立了正确的设计思路。

在本次设计过程中，通过翻查和阅读各种技术资料及手册，不仅学会思考和探讨模具设计领域的各种问题，而且学会了对零件进行全面的分析。

例如，由于对产品的不熟悉及其对相关行业标准的不认识，我在在确定设计尺寸标准时，就出现很多问题。

但是通过查阅相关参考资料、计算图表、手册以及通过向老师请教，使我最终顺利克服了各种的困难。

同时我认识了更多的设计标准及提高我分析解决问题的能力。

这也为以后的毕业设计及实际工作设计奠定了必要的设计基础。

因此，本次设计不仅加深了自己对专业所学知识的理解和认识，而且也拓宽了自己的知识面。

此外，本次设计在绘图过程中，使用了AUTOCAD、UG等二维和三维绘图软件，这些都不同程度地使我们学到了更多的知识，进一步提高绘图能力，这些设计经验和绘图能力为以后的毕业设计和社会工作做了准备。

此外，在这次课程设计中，我还有很多的不够完善的地方，但通过这次的经历，我相信以后会越做越好！

最后，感谢老师及同学们在设计过程中给予我的指导和帮助！

9、参考文献

【1】申树义高济塑料模具设计机械工业出版社2001年1月

【2】成都科技大学等塑料成型模具中国轻工业出版社1997年6月

【3】邹继强主编塑料模具设计参考资料汇编清华大学出版社

2006年10月

【4】伍先明王群庞佑霞张厚安编著塑料模具设计指导国防工业出版社2005年11月

【5】黄晓燕、申开智编著简明塑料成型工艺与模具设计手册上海科学技术出版社2006年1月