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塑料笔筒模具设计

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

课程设计说明书

圆形笔筒塑料模具设计

学院

机械工程学院

专业

材料成型及控制工程

班级

材料0902班

姓名及学号

朱志明0911153045

2012年1月

前言3

简介------------------------------------3

塑料笔筒注射模具设计计算过程-------------------------------4

塑件材料的分析-----------------------------------------4

注射机的选用--------------------------------------------4

成型零部件-----------------------------------------------6

浇注系统--------------------------------------------------7

脱模系统--------------------------------------------------7

冷却及加热机构-----------------------------------------8

结构零件--------------------------------------------------8

导向零件--------------------------------------------------9

紧固零件-------------------------------------------------10

抽芯机构-------------------------------------------------10

电火花成型加工（定模型腔）----------------------13

模具装配及配作的总过程----------------------------13

模具的动作过程----------------------------------------14

塑料注射模制造的特点及趋势----------------------15

设计小结-------------------------------------------------15

前言

随着社会生产力的发展，国家模具技术的发展进入了一个新的阶段。

我国工业中，模具长期未受到重视。

但随着人们日常塑料用品的需求增大，模具工业有了一定发展，高效多工位模压设备、大型塑料成形设备以及供应高效冲压用的卷料设备是当前模具所需的主要设备。

我们需要有足够的知识和技术，来进一步发展我们的模具产业。

在这次塑料模具设计的过程中，我们对塑料模有了一个整体的认识与理解，并在设计过程中，对塑料模的性能，塑料结构的工艺性，以及注射模设计，塑料模制造工艺及装配，此外，由于近一二十年来电子技术和计算机科学的迅猛发展，促使模具制造业发生着深刻的变化。

在这次设计中，我只是制造一个简单的塑料模具也是对我们知识的一个巩固，但是还有很多不足的地方，希望老师多多指点，使我加以改正。

简介

模具是利用其特定的形状成型具有一定形状的制成品的工具。

注射塑料模具的结构构成、包括：

1.成型零件2.浇注系统零件3.脱模系统零件4.冷却、加热机构

5.导向零件6.分型抽芯机构7.紧固零件

模具一般为单件生产，制造技术要求较高。

模具精度是影响塑料成型件的重要因素之一。

为了保证模具精度，制造时应达到如下技术要求：

1．组成塑料模具的所有零件，在材料、加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。

2．组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并且达到规定的平行度和垂直度要求。

3．模具的功能必须达到设计要求。

4．为了鉴别塑料成型件的质量，装配好的模具必须在生产条件下或用试模机试模，并根据试模存在的问题进行修整，直至试出合格的零件为止。

本模具为塑料笔筒注射模具，由以下零部件组成：

动模固定板、内六角圆柱头螺钉、锁紧楔、斜导柱、定模固定板、定模板、浇口套、导柱、导套、动模板、型芯、垫板、模腿、顶杆板、垫钉、顶杆、复位杆、推板、涨钉、限位环。

塑料笔筒注射模具采用了直流道侧浇口，一次推杆推出机构。

其工作原理如下：

模具在工作时，将定模固定在注射机定模板上，动模固定在动模板上，将注射机喷嘴用定位圈定位，对准浇料口，模具首先将动模与定模合模锁住并开启注射机活塞，将在料筒内的熔融塑料以高压，高速挤入动模与定模合模所组成的型腔，并使其充满，保压，保压时，开动动模，使其与定模分开回到原来的位置，此时在顶杆的作用下，将塑件从动塑内卸下，在第二次合模时在复位杆的作用下动模与定模恢复到合模位置准备下一行程的注射。

塑料笔筒注射模具设计计算过程

塑件材料的分析：

由于零件图中标注该笔筒的材料是PC，所以，有：

PC属于热塑性塑料。

（热塑性塑料—在特定的温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料）

PC的性能：

综合性能较好，无毒，化学稳定性好，耐水、油等；吸水性较小，透光率很高，介电性能良好。

PC是非结晶型的线型结构的高聚物。

PC的塑件脱模斜度：

型腔35ˊ～1º

型芯30ˊ～50ˊ

综合上述条件，又根据常用热塑性塑料的成型条件，可知：

表1-1：

缩写

密度

（g/mm3）

计算收缩率

（%）

注射压力

（Mpa）

适用注射机类型

PC

1.19～1.22

0.5～0.6

60～100

螺杆、柱塞式均可

注射机的选用：

塑料的种类很多，其成形的方法也很多，有注射成形、压缩成形、压注成形、挤出成形、气动与液压成形、泡沫塑料的成形等，其中前四种方法最为常用。

其中，注射成形所用模具称为注射成形模具，简称注射模。

注射模主要应用于成形热塑性塑料，因此根据对零件的分析，该PC材料的塑料笔筒用注射成形为最佳。

另外，注射模区别于其他塑料模的特点是：

模具先由注射机合模机构合紧密，然后，由注射机注射装置将高温高压的塑料熔体注入模腔内，经冷却或固化定型后，开模取出塑件。

因此，注射模可一次成形出外形复杂、尺寸精确或带有嵌件的塑料制件，对笔筒的外观有精美、无明显毛刺等要求的情况下，应用注射成形可以很好的达到工艺要求。

注射成形所用的设备是注射机。

注射机类型的选择：

根据对塑件的分析，可选用XS-Z-60型热塑性塑料注射机。

该型号的注射机螺杆直径为φ38，所以，应在模具的动模座板上加工出一个大于该直径（例如：

φ40）的孔，以便顶出用。

注射部分的选择：

1）注射压力的校核：

p公≥p注

122（Mpa）≥60～100（Mpa）

p公—注射机的最大注射压力（Mpa）；

p注—塑件成型所需的实际注射压力（Mpa）；

2）嘴前端的孔和球：

D2=D1+（0.5～1）（mm）=4+0.5=4.5（mm）

R2=R1+（1～2）（mm）=12+1=13（mm）

D2—模具流道入口直径（mm）；

D1—喷嘴注口直径（mm）；

R2—模具浇注套球面半径（mm）；

R1—喷嘴球面半径（mm）；

合模部分的选用：

1）锁模力的校核：

F锁≥K损p注A分

500000≥0.67X100000000X0.005X0.0045=1507.5

F锁—注射机的额定锁模力（N）；

p注—塑件成型所需的实际注射压力（Pa）；

K损—注射压力到达型腔的压力损失系数，一般取0.34～0.67；

A分—塑件及浇注系统等在分型面上的投影面积（m2）；

经计算，锁模力合格。

2）模具闭合厚度及开模行程的校核：

Hmin≤Hm≤Hmax

70（mm）≤133（mm）≤200（mm）

Hmin—可装模具最小厚度；

Hm—模具闭合厚度（该模具闭合厚度为133mm）；

Hmax—可装模具最小厚度；

经计算，模具的闭合厚度合格。

经查表知，XS-Z-60型热塑性塑料注射机的模板行程为180mm大于设计模具的最大开距。

因此，该注射机可达到设计要求之用。

注射机的选用：

前述已知，该设计要应用注射模加工。

根据对塑料笔筒零件图的分析，可采用中小型模架标准（GB/T.12556.1—90）中派生组合类型的模架标准，它是以点浇口和多分型面为主的结构形式，其代号取P。

派生组合中，动、定模座板的连接方式，（如采用螺钉、定距拉杆或定距拉板等）有承制单位自定。

（模具中各种零部件具体尺寸要求可见模具装配图或零件图标注）。

一般注射模可由以下几个部分组成：

浇注系统、导向机构、脱模机构、侧向分型机构与抽芯机构、其它零件。

对该笔筒零件注射模具的基本设计：

成型部分

1）分型面的确定：

塑件分型面决定了模具的基本结构和飞边产生的位置，根据该塑料笔筒的形状要求，外表面要求精美、无明显的毛刺。

2）型腔数的确定：

设计为一模一腔

3）成型零件：

包括定模板、动模板和型芯等零件。

在注射时，这类零件直接接触塑料，以成形制品；其精度要求较高，是注射模的核心零件。

动、定模板：

主要成形塑料件的外部形状。

由于该工艺品盒的形状比较简单，尺寸也较小，所以采用整体式的凹模。

它是由整块金属材料直接加工而成的。

这种形式的凹模结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型的塑料件质量较好。

由于，零件技术要求中要求塑件的外观精美无明显的毛刺，所以，用特种加工中的电火花进行加工较好，见“电火花成型加工”。

型芯：

又称凸模，主要成形塑料件的内部形状，。

根据对该塑件整体进行分析，知其内形比较简单，深度较大，可以采用整体式凸模。

整体凸模的结构简单牢固，成型塑料件的质量好，且适合用于这种小型的凸模。

在实际的加工中，采用了型芯主要部分粗、精车，外圆和端面精磨，这样保证了零件图样中对圆弧半径、内圆弧角尺寸要求及对称度等技术要求，而且降低了零件的加工成本。

最后，用抛光机对型芯进行了表面抛光处理，使得塑料制件的内壁光滑、美观

。

浇注系统

浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，其由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。

零件主要包括浇口套等零件。

其主要作用是将注射机料筒内的熔融塑料填充到模具型腔内，并起传递压力的作用。

1）浇注套（浇口套）：

由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，所以模具的主流道部分经常设计成可拆卸更换的主流道衬套，简称浇注套或浇口套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。

2）点浇口：

一般点浇口又称针浇口、橄榄形浇口或菱形浇口，它是一种尺寸很小的直接浇口的特殊形式。

点浇口因为直径很小（一般为0.5—1.5mm），所以去除浇口后残留痕迹小，开模时浇口可自动拉断，有利于自动化操作。

3）冷料穴设计：

是用来储藏注射间隔期间产生的冷料头的，防止冷料进入型腔而影响塑件质量，并使熔料能顺利地充满型腔。

该模具的冷料穴形状为小圆柱型腔。

脱模系统零件

注射机的脱模机构又称推出机构，是由推出塑料件所需的全部结构零件组成。

如顶杆、顶杆板、顶杆固定板等零件。

这类零件使用时应便于脱出塑件，且不允许有任何使塑件变形、破裂和刮伤等现象。

其机构要求灵活、可靠、并要使更换、维修方便。

1）顶杆：

是为了从模具型腔内把塑料件顶出来的杆件。

2）推板：

是为了从模具型腔内把塑料件顶出来的板件。

常用于斜度较大零件的顶出，由于顶在塑料件的外壁，顶出力大、方便可靠，不需很大顶出行程。

在该套模具中同时应用了圆柱顶杆（见零件图07）和推板（见零件图02）两种形式，组成了脱模系统。

顶杆由两部分组成，其中的顶杆头与动模板零件型腔部分配合不好，塑件成型之后，配合部分会有少量毛刺，需要人工修理。

而且，在盘形顶杆上应用了弹簧装置，提高了顶出时的平稳程度，也起到了有效的缓冲作用。

这样，顶杆不但可以脱出塑件，还可以起到一定导向作用。

即当注射机的螺杆推动模具的推板和推杆固定板沿推板导柱运动时，顶杆受推力也向前顶出塑件，把塑件从型芯上脱下来，以完成脱件的过程。

塑件脱落后，待下次工作前，动模板和定模板合模时，定模板先是与复位杆顶端接触，复位杆受力带动推板和推杆固定板复位，顶杆也由工作位置回到起始位置，因顶杆与动模板配合较好，所以起到导向作用。

冷却及加热机构

冷却及加热机构主要包括冷却水嘴、水管通道、加热板等。

主要是为了调节模具的温度，以保证塑料件的质量。

加热系统主要应用于熔融粘度高，流动性差的塑料。

一般注射到模具内的塑料温度为200℃左右，而塑料固化后从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。

热塑性塑料在注射成型后，有些需要对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽量快地传给模具，以便使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。

此模具不需要冷却及加热机构，虽然PC的流动性较一般，但由于塑件较小，液体充满型腔比较快，而且散热比较快，所以可以满足塑件的成型需要。

结构零件

模具的结构零件主要是固定成形零件，使其组成一体的零件。

主要包括定模座板、动模座板、定模板和动模板等。

1）定模固定板它是固定连接定模部分并使之安装在注射机上用的板，也是镶嵌浇口套的支承板。

2）动模固定板固定连接动模部分并使之安装在注射机上用的板。

3）定模板为了形成定模型腔或直接加工成形用的板。

4）动模板为了形成动模型腔或直接加工成形用的板。

5）垫板主要是为了推（顶）板，能完成推顶动作而形成一定活动空间用的板。

表3-1:

模腔工作尺寸计算

尺寸部位

计算公式及过程

说明

凹模径向尺寸

LM=[（1+Scp）Ls-3/4Δ]0+δz

=[（1+0.55%）X30-3/4X0.2]0+0.03

=30.0150+0.03

LM=[（1+Scp）Ls-3/4Δ]0+δz

=[（1+0.55%）X24-3/4X0.2]0+0.03

=23.980+0.03

3/4Δ项,系数随塑件精度和尺寸变化

LM--凹件径向尺寸（mm）

Ls—塑件径向公称尺寸（mm）

Scp—塑料的平均收缩率（%）

Δ—塑料公差值（mm）

δz--凹模制造公差（mm）

凹模深度尺寸

HM=[（1+Scp）Hs-2/3Δ]0+δz

=[（1+0.55%）X40-2/3X0.2]0+0.03

=40.090+0.03

HM=[（1+Scp）Hs-2/3Δ]0+δz

=[（1+0.55%）X2.5-2/3X0.2]0+0.03

=2.380+0.03

2/3Δ项,有资料介绍系数为0.5

HM--凹模深度尺寸（mm）

Hs—塑件高度公称尺寸（mm）

δz--凹模深度制造公差（mm）

其余符号同上

型芯径向尺寸

LM=[（1+Scp）Ls+3/4Δ]0-δz

=[（1+0.55%）X26+3/4X0.2]0-0.03

=26.290-0.03

LM=[（1+Scp）Ls+3/4Δ]0-δz

=[（1+0.55%）X20+3/4X0.2]0-0.03

=20.260-0.03

LM=[（1+Scp）Ls+3/4Δ]0-δz

=[（1+0.55%）X18+3/4X0.2]0-0.03

=18.250-0.03

3/4Δ项,系数随塑件精度和尺寸变化

LM—型芯径向尺寸（mm）

δz—型芯制造公差（mm）

其余符号同上

型芯高度尺寸

HM=[（1+Scp）Hs+2/3Δ]0-δz

=[（1+0.55%）X1+2/3X0.2]0-0.03

=1.1360-0.03

HM=[（1+Scp）Hs+2/3Δ]0-δz

=[（1+0.55%）X38+2/3X0.2]0-0.03

=38.340-0.03

2/3Δ项,有资料介绍系数为0.5

HM—型芯高度尺寸（mm）

Hs—塑件孔深度尺寸（mm）

δz—型芯高度制造公差（mm）

其余符号同上

导向零件

导向零件主要包括导柱、导套，主要是对定模和动模起导向作用。

在该套模具中，应用了带头导柱，用种导柱可以不用导套，其导向孔直接开设在模板上，并做成通孔，但考虑到轴与孔磨损比较严重，磨损后影响定位和导向精度，在适当部位加导套，以便磨损后可以更换导套，而不用更换定模板。

另外为了防止导柱从模板中脱出来，在导柱凸台底部用支承板压住。

紧固零件

紧固零件主要包括螺钉、销子等标准零件，其作用是连接、紧固各零件，使其成为模具整体。

模具中，动模固定板、支承板、动模板、模腿采用合钻的方法，利用四个带头导柱连接并固定；推板、推杆固定板也采用合钻的方法，利用四个内六角螺钉连接并固定。

表3-2:

标准件明细表

名称

型号

件数

国标

内六角螺钉

M3X19

M3X14

M5X18

2

4

4

GB70-85

GB70-85

GB70-85

抽芯机构

当注射成型侧壁带有孔、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，以便衣脱模之前先抽掉侧向成型零件，否则就无法脱模。

带动侧向成型零件作侧向移动的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。

对于成型侧向凸台的情况，常常称为侧向分型，对于成型侧孔或侧凹的情况，往往称为侧向抽芯，但是，在一般的设计中，侧向分型与侧向抽芯常常混为一谈，不加分辩，统称为侧向分型抽芯，甚至只称侧向抽芯。

侧向分型与抽芯机构的分类

根据动力来源的不同，侧向分型与抽芯机构一般可分为机动、液压（双动）或气动以及手动等三大类型。

1）机动侧向分型与抽芯机构机动侧向分型与抽芯机构是利用注射机开模力作为动力，通过有关传动零件（如斜导柱）使力作用于侧向成型零件而将模具侧向分型或把侧向型芯从塑料制件中抽出，合模时又靠它使倒向成型零件夏位。

这类机构虽然结构比较复杂，但分型

与抽芯无需手工操作，生产率高，在生产中应用最为广泛。

根据传动零件的不同，这类机构可分为斜导柱、弯销、斜导槽、斜滑块和齿轮齿条等许多不同类型的侧向分型与抽芯机构，其中斜导柱侧向分型与抽芯机构最为常用，下面将分别介绍。

2）液压或气动侧向分型与抽芯机构液压或气动侧向分型与抽芯机构是以液压力或压缩空气作为动力进行侧向分型与抽芯，同样亦靠液压力或压缩空气使侧向成型零件复位。

液压或气动侧问分型与抽芯机构多用于抽拔力大、抽芯距比较长的场合，例如大型管子塑件的抽芯等。

这类分型与抽芯机构是靠液压缸或气缸的活塞来回运动进行的，抽芯的动作比较平稳，特别是有些注射机本身就带有抽芯液压缸，所以来用液压侧向分型与抽芯更为方

便，但缺点是液压或气动装置成本较高。

3）手动侧向分型与抽芯机构手动侧向分型与抽芯机构是利用人力将模具侧向分型或把侧向型芯从成型塑件中抽出。

这一类机构操作不方便、工人劳动强度大、生产率低，但模具的结构简单、加工制造成本他因此常用于产品的试制、小批量生产或无法采用其他侧向

分型与抽芯机构的场合。

手动侧向分型与抽芯机构的形式很多，可根据不同塑料制件设计不同形式的手动侧向分型与抽芯机构。

手动侧向分型与抽芯可分为两类，一类是模内手动分型抽芯，另一类是模外手动分型抽芯，而模外手动分型抽芯机构实质上是带有活动镶件的模具结构。

此套模具抽芯机构采用斜导柱和液压两种抽芯机构，下面根据斜导柱和液压抽芯机构的特点来具体论述此套模具的设计思路。

此套模具也可采用双斜导柱形式，根据斜导柱抽芯机构的优点可知：

该结构的优点在于小巧紧凑,运动灵活,易于拆装及维护保养。

此结构同样可应用于浅内凹槽塑件的情况,常用设在该处的斜推杆来完成塑件内凹槽的抽芯运动。

如下图：

图3-1

下面结合液压抽芯机构的优点具体论述：

液压抽芯机构抽拔力大，抽拔距长，运动平稳，用液压缸抽拔塑件侧面滑动型芯的模具结构。

现在小型液压缸已制成标准件。

作为模具附件供应，采用这种方法抽拔侧面滑动型芯，可使模具结构相对简化。

此套模具选用液压抽芯机构与斜导柱抽芯机构结合，是利用液压抽芯机构与斜导柱抽芯机构互补。

由于塑件几乎没有锥度,脱模斜度也很小，所以塑件与型芯的摩擦力很大，要用较大的抽拔力才能把型芯从塑件内部抽出，如果用斜导柱抽芯机构，会造成斜导柱过长,极易造成斜导柱的弯折，从而损坏模具。

为防止此类情况发生,此模具选用液压抽芯机构实现型芯的抽出。

既考虑了斜导柱抽芯结构紧凑，动作灵活，经济等优点，也考虑了液压抽芯机构能解决实际问题。

使此套模具更加经济，更加具有使用性，从而提高生产率，提高模具的寿命。

装配图如下：

图3-2

图示的两个型芯，左边用斜导柱抽芯机构，右边由于抽拔距比较长，所以采用液压抽芯机构，型芯与连接杆做成一体，液压缸的活塞杆与型芯连接杆用凸缘式连轴器连接，抽芯时，液压缸活塞受液压力，液压缸的抽芯力是可调的，当液压力大于型芯与塑件间拔模力时，活塞杆带动型心连接杆进行抽芯。

液压抽芯机构不仅可以弥补斜导柱抽芯机构的缺点，而且可以减小模具结构，对于简化模具结构有比较好的效果。

脱模阻力计算：

从主型芯上脱下塑件的脱模阻力可近似写为：

Q=Qc+Qb

Qc——克服塑件对型芯包紧的脱模阻力（N）

Qb——一端封闭壳体需克服的真空吸力

Qb=0.1MPa·AbAb——型芯的横断面面积

Ab=

d2=3.14×262=2.12×103mm

Qb=0.1MPa·Ab=0.1×2.12×103=2.12×102N

对于薄壁塑件：

包紧力：

E——塑性弹性模量，E=3.1×103MPa

ε——塑料收缩率，ε=0.55%

μ——塑料泊松比，μ=0.37

t——塑件壁厚，t=2mm

l——塑件对型芯的包紧长度，l=38mm

因此，代入得：

N

克服塑件对型芯包紧的脱模阻力：

Qc=P×K

K是无因次系数，只与脱模斜度和摩擦系数有关，可查表得K=0.29。

代入得：

Qc=P×K=1.29×104×0.29=3.745×103N

最后，得从主型芯上脱下塑件的脱模阻力为：

Q=Qc+Qb=3.745×103+2.12×102=3957N

在选用液压缸的时候，应考虑脱模阻力的影响。

电火花成型加工（定模型腔）:

目前，模具特种加工不仅有系列化的先进设备，而且广泛用于模具制造的各个部门，成了模具制造中一种必不可少的重要加工办法。

由于该塑料笔筒的外观要求精美，所以，其型腔的制造应用了特种加工中的电火花成型加工。

电火花成形加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象除去多余的金属，以达到对工件的尺寸，形状和表面质量预定的要求。

相当高的频率连续不断地放电，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形状复制在工件上，加工所需要的零件，整个加工表面将由无数个相互重叠的小坑所组成。

尺寸精度：

电火花加工时，工具电极与工件之间都存在一定的放电间隙，如果加工过程中放电间隙能保持不变，则可以通过修正工具电极尺寸来进行补偿，也能获得较高的加工精度。

然而，放电间隙的大小实际上是变化的。

电参数对放电间隙的影响是很大的，精加工时的单面放电间隙一般只有0.01mm，而粗加工时的单面放电间隙可达0.5mm以上。

形状精度：

1）斜度：

电火花加工时侧面产生斜度，是上端尺寸大而底端尺寸小。

这是由于“二次放电”和电极损耗而产生的。

2）圆角：

采用高频窄脉冲进行精加工时，由于放电间隙小，圆角半径也可以很小，一般可以获得圆角半径小于0.01mm的尖棱。

表面粗糙度：

电火花加工的表面质量主要包括加工表面粗糙度、表面层组织变化及表面微观裂纹等三部分。

该套模具中型腔的加工过程首先是用普通铣床进行粗加工，并进行孔的定位后，在进行特种加工。

在用电火花机床加工之前，要先加工出所需的电极，实际加工中