高分子模具设计说明书.docx

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高分子模具设计说明书

目录

1.塑件及成型特性与工艺参数分析.........................................1

1.1塑件分析.......................................................1

1.2塑件材料的成型特性与工艺参数...................................1

2.注射机的选择.........................................................4

2.1注射机的型号及主要参数.........................................4

2.2注射机有关参数的校核...........................................4

2.2.1注射量的校核.............................................4

2.2.2锁模力的校核.............................................4

2.2.3开模行程的校核...........................................5

3.浇注系统的设计.......................................................6

3.1塑件成型位置及分型面的选择.....................................6

3.2主流道及浇口的设计.............................................6

3.3排气系统的设计.................................................6

3.4流动比的校核...................................................7

4.成型零部件的设计及计算...............................................9

4.1型腔的设计.....................................................9

5.1.1型腔的机构设计...........................................9

5.1.2型腔的尺寸计算和强度校核.................................9

4.2型芯的设计....................................................12

4.2.1型芯的机构设计..........................................12

4.2.2型芯的尺寸计算和强度校核................................12

5.脱模机构的设计......................................................13

5.1脱模力的计算..................................................13

5.2顶出复位机构的设计............................................13

6.合模导向机构的设计..................................................17

6.1导柱导套的设计................................................17

6.1.1导柱的设计..............................................17

6.1.2导套的设计..............................................17

6.2导柱导套的位置分布............................................18

7.温度调节系统的设计与计算............................................19

8.支撑与连接零件的设计与选择...........................................21

8.1模板的设计.....................................................21

8.2螺钉与销钉的选择...............................................21

小结.....................................................................22

参考文献资料.............................................................23

1.塑件及成型特性与工艺参数分析

1.1塑件的分析

本塑件为普通塑料盖子，其产品主要通过注塑模成型制造，采用一模两腔。

塑件的具体形状尺寸及工艺要求如图1.1所示：

图1.1塑件形状尺寸

1.2塑件成型特性与工艺参数

选取聚丙烯作为塑件原材料。

聚丙烯的主要性能参数如表1.1所示：

表1.1PP的主要性能参数

项目

数值

成型收缩率/%

熔融温度/℃

连续耐热温度/℃

热变形温度/℃（1.86MPa）

拉伸强度（屈服点）/MPa

拉伸模量（屈服点）/MPa

断裂伸长率（%）

弯曲强度/MPa

压缩强度/MPa

洛氏硬度

体积电阻率/Ω·cm

介电常数/Hz

耐电弧性/S

介电强度/kV·mm-1

1.2~1.9

165~170

120

56~67

30~40

1100~1600

＞200

40~56

40~60

R95~105

≥1016

2.15×106

125~185

32

前人已经为我们总结了常用的塑料常用收缩率，实际已经证明，这些数据已经能够应付实际的生产要求了。

即使对于精密塑件也给予了其它方面的补偿。

故而，对于实际的生产只要按照经验数据就可以满足生产要求了。

材料PP理论收缩率为15/1000，按照前人经验此项设计收缩率取20/1000。

聚丙烯的成型工艺参数如表1.2所示：

表1.2聚丙烯注射成型工艺参数

性能

数据

熔体流动速率/g·（10min）-1

注射温度/℃

注射压力/MPa

模具温度/℃

熔体流动速率/g·（10min）-1

注射温度/℃

注射压力/MPa

模具温度/℃

熔体流动速率/g·（10min）-1

注射温度/℃

注射压力/MPa

模具温度/℃

3

200~250

40~70

40~60

1

220~260

40~70

40~60

0.3

240~280

40~70

40~60

2.注射机的选择

2.1注射机的型号及主要参数

根据所成型塑件的形状及大小可初步选用注射机SYS-30。

其主要参数如下表2.1所示

表2.1注射机的主要参数

项目

参数

项目

参数

最大注射量/cm3

螺杆直径/mm

理论注射压力/MPa

锁模力/KN

最大成型面积/cm2

注射方式

模板最大行程/mm

注射方式

30

28

157

500

130

螺杆式

80

螺杆式

模具最大厚度/mm

模具最小厚度/mm

喷嘴球半径/mm

模具定位环直径/mm

模板尺寸/mm

喷嘴口半径/mm

合模方式

200

70

12

55.5

330×440

3

机械—液压

2.2注射机有关参数的校核

2.2.1最大注射量的校核

在设计模具时，为确保塑件的质量，应保证注塑模内所需的注射量在注射机实际的最大注射量85%的范围内。

利用注射容量V（cm3）来表示：

（2.1）

式中V—一个成型周期内所需注射的塑料容积，cm3；

Vz—单个塑件的容积，cm3；

Vj—浇注系统凝料和飞边所需的塑料容积，cm3；

n—型腔的数目。

其中Vz=7.25cm3，Vj=4cm3，n=2代入上式可得

=2×7.25+4=19.5cm3，又因为19.5<30×85%，所以注射量符合设计要求。

2.2.2锁模力的校核

在注射成型时，塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力应小于注射机的额定锁模力，否则注塑时会因锁模不紧而产生溢边跑料的现象。

（2.2）

式中F—注射机额定锁模力，N；

Az—制品在分型面上的垂直投影面积，mm2；

Aj—浇注系统在分型面上的垂直投影面积，mm2；

n—型腔的数目；

Pm—塑料熔体在型腔内的平均压力，MPa。

其中Az=1256mm2，Aj=400mm2，n=2，取Pm=50MPa，代入式2.2可得

理论锁模力为500kN，故选用注射机的锁模力符合设计要求。

2.2.3开模行程的校核

模具开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机开模行程，因此，模具为单分型面注塑模，其最大开模行程可按下式校核。

（2.3）

式中S—开模行程，mm；

H1—塑件高度（包括浇注系统），mm；

H2—塑件顶出距离，mm；

mm

注射机的最大开模行程为80mm，所以符合要求。

3.浇注系统的设计

3.1塑件成型位置和分型面的选择

此塑件成型为一模两腔，将塑件成型位置对称置于模具的两侧，采用点浇口成型塑件。

因此，塑件的分型面位置在盖子口处，如下图3.1。

3.2主流道及浇口的设计

主流道指紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具时首先经过它。

它与注射机喷嘴在同一轴心线上，物料在主流道中不改变流动方向，主流道的形状一般为圆锥形或圆柱形，本设计为圆锥形。

主流道与喷嘴接触处作成半球形的凹坑，二者严密地配合，避免高压塑料熔体溢出，凹坑球半径R2应比喷嘴球半径R1大1mm~2mm，主流道小端直径比注射机喷嘴孔直径约大0.5mm~1mm，锥角一般取2º~6º，主流道的流道长度尽可能地短。

为了加工简单和模具的装配容易，所以设计成独立的流道衬套，选用优质钢材制作并经热处理提高硬度。

本设计的材料采用了PP，塑件属于小型制品，浇口套与定位环设计为一体，根据材料的特性确定主流道的小端直径d为4.5mm，锥角取2º；凹坑球半径R2为13mm，在注射过程中注射机的喷嘴与凹坑球相撞，凹坑球半径大能避免注射机喷嘴漏料。

其主要形状和尺寸如图3.1所示。

分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键组成部分。

浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。

此设计由于塑件美观性要求较高，制品较厚，故可采用点浇口，浇口及其位置去图3.1所示。

图3.1分型面的位置，主流道衬套，浇口及定位环

3.3排气系统的设计

为使塑料熔体在填充模具型腔过程中同时要排除型腔及流到的原有的空气，所以要设计排气系统。

气体必须及时排出负责影响塑件质量。

本设计制品较小，模具型腔较小，塑件最后充满型腔的的部位在其模具分型面处。

所以本设计采用分型面间隙排气。

3.4流动比的校核

浇口位置选择是否合适，利用流动比公式来计算，公式如下：

（4.1）

式中B—流动比；

Li—流路各段长度，mm；

δi—流路各段厚度，mm；

n—段数。

聚丙烯（PP）的流动比在压力120MPa下为280，此直浇口位置的流动比为75.25小于280，因此次水杯采用直浇口符合设计要求。

4.成型零部件的设计及计算

4.1型腔的设计

4.1.1型腔的结构设计

型腔采用整体式型腔，其结构如图4.1所示：

图4.1型腔的结构示意图

4.1.2型腔的尺寸计算及强度校核

模具的成型尺寸的计算方法有按平均收缩率计算和按极限条件计算两大类，本设计采用平均收缩率来计算。

塑件的尺寸如图1.1所示，已知PP的平均收缩率为2%，塑件未标注公差尺寸采用MT6。

（1）型腔的径向尺寸计算

型腔的径向尺寸计算的公式如下：

（4.1）

式中LM—模具型腔径向工作尺寸，mm；

LS—塑件径向尺寸，mm；

Scp—平均收缩率。

Δ—塑件尺寸公差，mm，差模塑体尺寸公差表得；

—为模具成型零件公差，差标准公差数值表得；

代入数值可得LM=40+40×2%-3/4×0.42=41.12

塑件选用MT5级公差，故模具制造公差取塑件公差的1/3，查表可知其制造偏差δZ=0.14

因此

（2）型腔的深度尺寸计算

型腔深度尺寸计算公式如下：

（4.2）

式中HM—型腔深度尺寸，mm；

HS—塑件深度尺寸，mm；

代入数值可得

塑件选用MT5级公差，故模具制造公差等级为IT11，

查表可知其制造偏差δZ=0.22

因此

（3）型腔侧壁厚度计算

由于塑件其外形大体是圆形，故采用整体式圆形型腔的计算强度公式来计算。

采用45号钢为侧壁与地板的材料。

其物理参数：

σ=200MPaE=2.1×105MPaP=30MPa

u=0.25σ=0.05mm

1〕利用刚度公式计算

（4.3）

式中S—型腔侧壁厚度，mm；

u—泊松比，碳钢取0.25；

P—型腔内压力，为30MPa；

E—弹性模量，碳钢为2.1×105MPa；

R—外半径，40mm；

r—内半径，为34mm；

将以上数据代入式4.3可得：

S=7.10mm

2〕利用强度公式计算

（4.4）

式中S—型腔侧壁厚度，mm；

σ—模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。

P—型腔内压力，为50MPa；

r—内半径，为34mm；

将以上数据代入式4.4可得S=24.04mm＞7.10mm

根据刚度和强度的比较，满足刚度，强度要求，型腔侧壁厚度应大于24.04mm。

（4）底板厚度计算

1）利用刚度公式计算

式中S—型腔侧壁厚度，mm；

σ—模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。

P—型腔内压力，为30MPa；

r—内半径，为34mm；

E—弹性模量，碳钢为2.1×105MPa；（4.5）

代入以上数据可得：

S=6.74mm

2）利用强度公式计算

（4.6）

式中S—型腔侧壁厚度，mm；

σ—模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。

P—型腔内压力，为30MPa；

r—内半径，为34mm；

代入以上数据可得：

S=7.36mm＞6.74mm

刚度和强度的比较，满足刚度，强度要求，型腔底板厚度应大于7.36mm.

4.2型芯的设计

4.2.1型芯的结构设计

本设计采用活动型芯以便于侧抽芯和塑件的脱模，具体结构如下图4.2所示：

图4.2型芯的结构图

4.2.2型芯的尺寸计算及强度校核

（1）型芯的径向尺寸计算

型芯的径向尺寸计算的公式如下：

（4.7）

式中LM—模具型芯径向工作尺寸，mm；

LS—塑件径向尺寸，mm；

Scp—平均收缩率。

Δ—塑件尺寸公差，mm，差模塑体尺寸公差表得；

—为模具成型零件公差，差标准公差数值表得

模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差δZ=0.15

（2）型芯的高度尺寸计算

型芯的高度尺寸计算的公式如下：

（4.8）

式中HM—型芯高度尺寸，mm；

HS—塑件深度尺寸，mm；

5.脱模机构的设计

5.1脱模力的计算

采用公式（5.1）对塑件的脱模力进行计算

（5.1）

式中Fd—脱模力，N；

A—垂直抽芯方向型芯的投影面积，51.5cm2。

E—塑料拉伸弹性模量，1.4；

ε—塑料收缩率，0.02；

t—塑件壁厚，3mm；

α—斜度，1.3º；

μ—塑料泊松比，0.43；

f—摩擦因素，0.50；

L—型芯长度，78mm。

=95.03N

5.2顶出复位机构的设计

本塑件是采用推件板脱模机构，其特点是推件板推出力大而均匀，运动平稳，且不会再塑件表面留下推出痕迹，制作也较简单。

而且不用另设复位杆，简化了模具的结构，推杆的结构如图5.1所示

图5.1推板和推杆结构尺寸示意图

（1）推杆受力的计算

每一推杆的平均受力

（5.2）

公式中：

Fｄ－脱模力；

ｎ－推杆的数目；

N

（2）推杆结构设计

推杆的直径按照公式（5.3）计算；

　　　　　　　　　　　　　　　　（5.3）

公式中；ｄ－推杆的直径；

　　　　Ｌ－推杆长度；

＝4.98

取推杆的直径为Ø8mm选用带台阶的A型推杆，材料选用T10A经退火处理，头部局部淬火，上段表面达到60-65HRC。

推板具体结构如图5.2所示

图5.2推板结构示意图

6.合模导向机构设计

6.1导柱导套的设计

6.1.1导柱的设计

导柱的直径在12mm～63mm之间，按经验其直径d和模板宽度B之比d/B在0.06～0.1之间，导柱的固定段的直径和导向段直径，其形位公差与尺寸公差之间的关系遵循包容原则，即轴的作用尺寸不得超过最大实体尺寸，而轴的局部实际尺寸必须在尺寸公差范围内。

导柱的端部做成半球形的先导部分，使其能顺利进入导向孔。

安装与模板间采用过渡配合H7/n6，导向段与导套孔间采用动配合H7/f6。

固定段表面的粗糙度为Ra1.6μm，导向段表面的粗糙度为Ra0.8μm。

材料采用优质钢材T8A，其具有硬而难磨的表面，坚韧而不易断的型芯，材料经过淬火硬度达到HRC55～60。

其具体结构尺寸如下图6.1.1所示：

图6.1.1导柱的结构尺寸示意图

6.1.2导套的设计

导套的主要作用是方便模板的加工和模具的维修。

导套与导柱之间的配合为动配合H7/f7，导套与模板之间的配合为过渡配合H7/m6。

其粗糙度内外表面均采用Ra1.6μm。

材料采用耐磨的优质钢材T8A，经过淬火表面硬度达到HRC50～55，比导柱的硬度低5度左右，这样工作时间久后磨损的是导套而不是导柱，导套的更换比导套容易。

其示意图如图6.2所示：

图6.1.2导套的结构尺寸示意图

6.2导柱导套的位置分布

本设计采用是三根直径相同的导柱和一根直径较大的导柱对称布置。

其置示意图如图6.2所示：

图6.2导柱位置分布示意图

7.冷却系统的设计

7.1冷却系统尺寸的确定

PP塑料在成型时:

喷嘴温度为200-260ºC；模具温度为40-60ºC；成型周期60-200s

（1）冷却回路所需的总表面积可按下式计算：

（7.1）

式中Q—单位时间内塑料传给模具的热量，kj/h；

m—每次注入模具中塑料的质量（包括浇注系统料），kg/h；

n—每小时的注塑数，n=120；

q—单位质量的塑料在型腔内散发热量Kj/kg;

=1416kj/h

（2）冷却水带走热量计算：

塑料熔体在注射模具中稳定注塑时其热量95%由冷却水带走：

（7.2）

式中:

QW—单位时间内模具由冷却水带走的热量，KJ/h;

Q—单位时间内塑料传给模具的热量，KJ/h

KJ

（3）热传导面积的计算：

冷却水对管壁的传热系数的计算：

（7.3）

公式中：

hw—冷却水的传热系数，℃；

θw—冷却水的平均温度，取平均水温为35℃；

v—冷却水的流速，m/s，1.10m/s;

dw—冷却水道的直径，mm,6mm。

热传导面积的计算：

（7.4）

公式中：

A—热传导面积，m2

θ—模具型腔表面的平均温度与冷却水道温度差值，取30ºC;

〔3〕冷却水路总长度的计算

其计算公式如下：

（7.5）

式中L—冷却水路总长度，mm；

A—冷却水路总面积，mm2；

dw—冷却水管的直径，6mm。

模板中单条水管长度为300mm，因此开设4条冷却水路，总长度为1200mm，能满足条件。

8.支撑与连接零件的设计与选择

8.1模板的设计

根据所选的注射机和型芯、型腔尺寸可采用300×400的定模板尺寸，模板结构如图8.1所示：

图8.1定模板结构示意图

8.2标准连接件

本设计所采用的全部为GB/T70.1-2000标准的为内六角螺钉，标准内六角螺钉M6总共10个，标准内六角螺钉M14总共4个。

9.小结

通过本次模具设计，我成功应运了课堂所学知识，体验了模具设计的整个过程，熟练掌握了CAD绘图技术，增长了信心。

这将对我以后的学习工作产生极大的帮助。

主要参考文献：

1.申开智.塑料成型模具.北京：

中国轻工业出版社，2003

2.宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册.北京：

航空工业出版社，1995

3.H.盖斯特罗.注射模设计108例.北京：

国防工业出版社，2002

4.贾润礼.实用注塑模设计手册.北京：

中国轻工业