玩具小塑件的模具設計說明書

1、目錄一.塑件成型工藝性分析 2 1. 塑件的分析2. 聚乙烯（pe）的性能分析3. 聚乙烯（pe）的注射成型過程及工藝參數(shù)二.模具的結構形式和初選注射機41. 分型面位置的確定2.型腔數(shù)量和排位方式的確定3. 注射機型號的確定三.澆注系統(tǒng)的設計71.主流道的設計2.分流道的設計3. 澆口的設計4. 校核主流道的剪切速率5冷料穴的設計及計算四. 成型零件的結構設計及計算111.成型零件的結構設計2. 成型零件的鋼材選用3成型零件工作尺寸的計算4.成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算五. 脫模推出機構的設計141.脫模力的計算2.推出方式的確定六. 模架的確定151.各模板尺寸的確定2. 模架各尺寸的

2、校核七.排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設計161. 排氣槽的設計2. 冷卻系統(tǒng)的設計八.設計心得18九. 參考文獻19塑件成型工藝性分析1. 塑件的分析 （1）外形尺寸 該塑件從柄部至心部的厚度分別為3.4，2.4，1.5.總長度為29 。塑件外形尺寸不大，塑件熔體流程不太長，適合于注射成型，如圖所示。 （2）精度等級 尺寸精度不高，均為mt5。表面粗糙度為ra0.8。（3）脫模斜度 聚乙烯成型收縮率較大，參考模具成型工藝及模具設計第36頁表2-10選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為30分。2.聚乙烯（pe）的性能分析1、 結構特點：線型結構結晶型；2、 使用溫度：小于80攝氏度；3、 化學穩(wěn)定性：較

3、好，但不耐強氧化劑，耐水性好；4、 性能特點：質軟，力學性能較差，表面硬度底；聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達-70-100)，化學穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質的酸)，常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，但由于其為線性分子可緩慢溶于某些有機溶劑，且不發(fā)生溶脹，電絕緣性能優(yōu)良；但聚乙烯對于環(huán)境應力(化學與機械作用)是很敏感的，耐熱老化性差。5、 成型特點：成型性能好，粘度與剪切速率關系較大，成型前可不預熱；6、 主要用途：薄膜，管，繩，電器絕緣零件，日用品等。3.聚乙烯（pe）的注射成型過程及工藝參數(shù)1）注射成型過程（1）成型前不可預熱，收縮大易

4、變形，能卻時間長成型效率低，塑料有淺側凹可強制脫模。（2）澆注系統(tǒng)應盡快保證充型，需設冷卻系統(tǒng)，采用螺桿注射機。收縮率：料流方向2.75%；垂直料流方向2.0%；注意防變形。密度0.940.97抗拉屈服強度2239比體積 1.031.06拉伸彈性模量 840950吸水率 0.01抗彎強度 20.840收縮率 1.53.0沖擊韌度(缺口) 65.5熱變形溫度 6082硬度（hb） 2.07熔點 105137體積電阻系數(shù) 1015 1016 （2）注射過程。塑料在注射機料筒內經(jīng)過加熱，塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入型腔成型，其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。（3）塑件的后

5、處理。可在100攝氏度水中加熱，時間為1小時。2）注射工藝參數(shù)（1）注射機：柱塞式。（2）料筒溫度：前段170200； 后段140160。（3）模具溫度：3555；（4）注射壓力：60100mpa；（5）成型時間：60s（注射時間初取20s，冷卻時間取37s，高壓時間取3s）。擬定模具的結構形式和初選注射機1、 分型面位置的確定通過對塑件結構形式的分析，分型面應選在端蓋截面積最大且利于開模取出塑件的底平面上，其位置如圖所示。 2、型腔數(shù)量和排位方式的確定（1） 型腔數(shù)量的確定。由于該塑件的精度要求不高，塑件尺寸較小，且為大批量生產(chǎn)，可采用一模多腔的結構形式。同時，考慮到塑件尺寸、模具結構尺寸的

6、關系，以及制造費用等因素，初步定位一模四腔結構形式。（2） 型腔排列形式的確定。由于該模具選擇的是一模四腔，由其型腔中心距可采用形對稱排列，使型腔進料平衡如圖：（3） 模具結構形式的初步確定。有以上分析可知，本模具設計為一模四腔，對稱h 型直線排列，根據(jù)塑件結構形狀，推出機構初選推桿推出方式。澆注系統(tǒng)設計時，流道采用對稱平衡式，澆口采用側澆口。壁厚不均勻的塑件，澆口位置應盡量保持流程一致，避免產(chǎn)生渦流。定模部分需要單獨開設做分型面取出凝料，動模部分需要添加型芯固定板、支撐板和推件板。由上綜合分析可確定采用細水口的雙分型面注射模。2、 注射機型號的確定1） 注射量的計算通過pro/e建模分析得塑

7、件質量屬性如圖：塑件體積：v=0.556 cm3塑件質量：m=0.528g。2） 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算由于澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前不能確定準確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.21倍來估算。由于本次設計采用的流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.5倍來計算。故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為v=3.336 cm3。3） 選擇注射機根據(jù)以上計算得出在一次注射過程中注入模具型腔的塑料的總體積為v=3.336 cm3由參考文獻1式（4-18）得v公=4.17 cm3。根據(jù)以上的計算，初步選擇公稱注射量為30，注射機型號為xs-zs-22。其主要技術參數(shù)見下表：理論注射量

8、20拉桿內向距235螺桿柱塞直徑20移模行程160注射壓力117最大模具厚度350注射速率260最小模具厚度185塑化能力4鎖模形式液壓-機械螺桿轉速-模具定位孔直徑63.5鎖模力250噴嘴球半徑12噴嘴孔直徑44） 注射機的相關參數(shù)的校核（1） 注射壓力校核。查參考文獻1表4-1可知，pe所需注射壓力為80mpa，注射壓力安全系數(shù)k=1.3，該注射機的工程注射壓力117mpa。80x1.3=104117.所以，注射壓力合格。（2） 鎖模力校核。 1、 塑件在分型面上的投影面積a塑=6.58m。2、 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，可以按照多型腔模具的統(tǒng)計分析來確定。每個塑件在分型面上的投影面積

9、的0.20.5倍。由于本設計的流道較簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以適當取小些。這里取a澆=0.2a塑。3、 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積a總=4x1.2a塑=31.584 m。4、 模具型腔內的脹型力f脹=a總p模=1.105kn式中，p模是型腔的平均計算壓力值。p模是模具型腔內的壓力，通常取注射壓力的20%40%，可取30%即35mpa。該注射機的公稱鎖模力f鎖=250kn，鎖模力安全系數(shù)為k2=1.11.2 這里取k2=1.2，則取k2f脹=1.2x1.105=1.327f鎖，所以注射機鎖模力滿足要求。對于其他的安裝尺寸的校核要等到模架選定，結構尺寸確定后方可進行。

10、澆注系統(tǒng)的設計1、主流道的設計主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和充模時間。另外，由于主流道與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，因此設計中常設計成可拆卸更換的澆口套。1）主流道尺寸（1）主流道的長度 一般由模具結構確定，對于小型模具l應盡量小于60，本次設計初取50mm計算。（2）主流道小端直徑 d = 注射機噴嘴尺寸 + （0.51）mm = 4.5mm。（3）主流道大端直徑 d = d + l主tan()=8mm,式中a=40（4）主流道

11、球面半徑 sr = 注射機噴嘴球頭半徑 + （12）mm = 14mm(5) 球面配合高度 h = 3mm。2）主流道的凝料體積v主= l主（r2主+r2主+r主r主）/3=1573.3 mm3 3）主流道當量半徑 rn = (2.25+4)/2=3.125mm 4）主流道澆口套的形式主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，易磨損，對材料要求較嚴格，因而模具主流道常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效地選用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理，常采用45鋼或合金鋼等，熱處理淬火表面硬度為5055hrc。本設計中交口套采用碳素工具鋼t10a。此設計若采用分開式結構，主流道比較長，凝料體積比較

12、大，因此把襯套和定位圈做成一整體的延伸式澆口套。因為流道長短與所選模架有關，所以在確定流道尺寸之前應根據(jù)型腔數(shù)量及布局估算動定模板的平面尺寸，即粗定模架的型號和規(guī)格，這樣才使得理論計算有據(jù)可依。根據(jù)布局及考慮到模板壁厚、順序分型時在主分型面的一些元件的布置等，選用側點交口模架，澆口形式如圖2、分流道的設計1）分流道的布置形式為了盡量減少在流道內的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時還要考慮減少分流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道，如圖：2）分流道的長度 根據(jù)四個型腔的結構設計，分流道的長度適中，如上圖所示。3）分流道的當量直徑流過一級分流道塑料的質量m=0.556x0.95x2=1.

13、056g20g該塑件壁厚在1.53.4mm之間，按塑料模具設計指導p12圖2-4的經(jīng)驗曲線查得d=3.2,再根據(jù)單向分流道長度55mm由p13圖2-5查得修正系數(shù)f=1.05，則分流道直徑經(jīng)修正后為d=df=3.296mm。4）分流道截面形狀 本設計采用梯形截面，其加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失、流動阻力均不大。5）分流道截面尺寸 由于分流道當量直徑太小，為方便選擇道具加工本次設計采用梯形的上底寬度為b =4mm，地面圓角的半徑取r = 1mm,梯形高度取h = 2.5mm ,下底寬度為b，梯形面積應滿足如下關系式：（b+b）h/2=dd/4計算得b=2.826mm，考慮到梯形底部圓弧對面

14、積的減少及脫模斜度等因數(shù)，取b=3.5mm。通過計算梯形斜度a=5.71，基本符合要求，如圖： 6）凝料體積 （1）分流道的長度為l分=（55+7.5+60）2=245mm。（2）分流道截面積 a分=9.375 m（3）凝料體積 v分 = l分a分 =2296.875 mm3考慮到圓弧的影響取v分=2 cm37）校核剪切速率 （1）確定注射時間：查設計指導手冊表13-1,可取t = 0.5s.（2）計算單邊分流道體積流量：q分 =（v分/2+2v塑）/t=2.556 cm3 /s （3）由塑料成型工藝及模具設計式（4-20）可得剪切速率 r 分 = 3.3q分/r3分=3.3ql/2aa=60

15、0.2/s該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率在5102 5103s-1之間,所以，分流道內熔體的剪切速率合格。8）分流道的表面粗糙度和脫模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取ra 1.25m2.5m即可，此處取ra 1.6m。另外其脫模斜度一般在510之間，通過上述計算脫模斜度為5.71，脫模斜度足夠。3、澆口的設計塑件不允許有裂紋和變形缺陷，表面質量要求較高，采用一模四腔注射，為便于調整充模時的剪切速率和封閉時間，因此采用側澆口。其界面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正，且分開在分型面上，從型腔的邊緣進料。1）側澆口尺寸的確定（1）計算側澆口的深度。根據(jù)塑料模具設計

16、指導p18表2-6，可得澆口的深度計算公式為 h=nt=0.63.4=2.04mm故此處澆口深度h取2mm。（2）計算側澆口的寬度。根據(jù)塑料模具設計指導p18表2-6，可得澆口的寬度計算公式為 b=na/300.34mm（3）計算側澆口的長度。根據(jù)塑料模具設計指導p18表2-6，可得澆口的長度l=0.75mm。 2）側澆口剪切速率的校核。（1）確定注射時間：查設計指導手冊表13-1,可取t = 0.5s（2）計算單邊分流道體積流量：q澆=v塑/t=1.112 cm3 /s （3）計算澆口的剪切速率： r = 3.3 q澆/r3澆=9290 s-1 4x104 s-1,剪切速率合格。4、校核主流

17、道的剪切速率上面分別求出了塑件的體積、主流道的體積、分流道的體積以及主流道的當量半徑，這樣就可以校核主流道熔體的剪切速率。1）計算主流道的體積流量 q主 =（ v主 + v分 + nv塑）/t=11.594cm3 /s2）計算主流道的剪切速率 r =3.3q主/r3主 =399.3主流道的剪切速率不處于澆口與分流道的最佳剪切速率5102 5103s-1之間。5、冷料穴的設計及計算冷料穴位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是儲存熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔而影響制品的表面質量。本設計既有主流到冷料穴又有分流道冷料穴。由于該塑件要求表面沒有印痕，采用脫模板推出塑件，故采用與球頭形拉料桿匹

18、配的冷料穴。開模時，利用凝料對球頭的抱緊力使凝料從主流道襯套中脫出。成型零件的結構設計及計算1、成型零件的結構設計（1）凹模的結構設計。凹模是成型制品外表面的成型零件。按凹模結構的不同可將其分成整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。本設計中采用整體嵌入式凹模，如圖下所示：（2）凸模的結構設計。凸模是成型塑件內表面的成型零件，通?？梢苑譃檎w式和組合式兩種類型。該塑件采用組合式型芯，如圖下所示，因為塑件的抱緊力較大，所以設在動模部分。凸起的半球部分可做成單一部件，如下圖：2、成型零件的鋼材選用根據(jù)對成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的剛度、強度、耐磨性及良好的抗疲勞性，同時考慮它的機

19、械加工性能和拋光性能。又因為該塑件為大批量生產(chǎn)，所以構成型腔的嵌入式凹模剛才選用p20。對于成型塑件內表面的型芯來說，由于脫模時與塑件的磨損嚴重，此剛才選用p20鋼，進行滲氮處理。3、成型零件工作尺寸的計算采用材料成型工藝及模具設計表4-15中的平均尺寸法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照零件圖中給定的公差計算。（1）型腔徑向尺寸的計算1塑件外部徑向尺寸的轉換ls1 =100.43 mm =10.43 0-0.86 mm ,相應的塑件制造公差 1 = 0.86mm ;ls2 =40.30mm=4.30-0.60mm，相應的塑件制造公差2 =0.60mmls3 =110.43mm=11.430-

20、0.86mm，相應的塑件制造公差3 =0.86mmls4 =90.36mm=9.360-0.72mm，相應的塑件制造公差4 =0.72mmlm1 =（1+scp）ls1- x110+z1 = (1+0.02)4-0.580.600+0.14 = 3.7320+0.14mm式中，scp是塑件的平均收縮率，查教材表1-2可知pe的徑向收縮率為2 %，所以其平均收縮率scp=0.02；x1 ，x2是系數(shù)，查設計指導手冊表2-10可知x1=x2= x3=0.58；1，2，3，4分別是塑件上相應尺寸的公差（下同）；z1是塑件上相應的尺寸制造公差，對于中小型塑件取=/6（下同）（2）型腔深度尺寸的計算 塑

21、件高度方向尺寸的換算：hs1 = 2.40.12=2.520-0.24 mm ，相應的公差1 = 0.24 hs2 = 3.40.12=3.520-0.24 mm ，相應的公差2 = 0.24hm1 =（1+scp）hs1- x110+z1 = (1+0.02)5-0.580.240+0.04 = 4.960+0.04mm（3） 型芯工作尺寸計算。 塑件內部徑向尺寸的轉換ls1 = 100.43 = 10.430+0.86mm , s1 = 0.86mmls2 =0.50.06mm=0.560-0.12mm，相應的塑件制造公差2 =0.12mm5.3.4 型芯高度尺寸計算。 塑件高度尺寸轉換：

22、hm1 =（1+scp）hs1- x110+z1 = (1+0.02)5-0.580.240+0.04 = 4.960+0.04mmhm2=（1+scp）hs1+ x110-z1 = (1+0.02)0.5+0.580.24-0.0670 = 0.65-0.057+0.01 mm4、成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算（1）凹模側壁厚度的計算 凹模側壁厚度與型腔內壓強及凹模的深度有關，其厚度根據(jù)本教材表4-19中的剛度計算公式計算。s =（3ph4/2ep）1/3 =（32029.54/（22.11050.023）1/3 =20.5mm式中，p是型腔壓力（mpa）；e是材料的彈性模量（mpa）;h

23、=w，w是影響變形的最大尺寸而h=29.5 mm；p是模具剛度計算許用變形量。根據(jù)注射塑料品牌而定參考教材設計p=0.023mm。根據(jù)型腔的布置，初步估算模板平面尺寸選用250400，它比型腔的布置的尺寸大得多，所以完全滿足強度和剛度的要求。5.4.2 動模墊板厚度的計算動模墊板厚度和所選木模架的兩個墊塊之間的跨度有關，根據(jù)前面的型腔布置，模架應選在250450這個范圍內，查設計指導手冊表7-4墊塊之間的跨度大約為l = 250 248= 154mm。那么根據(jù)型腔布置及型芯對動模板的壓力就可以計算得到動模墊板的厚度，即t = 0.54l(pa / el1p) 1/3 = 0.54154（204

24、0500/（2.11052500.023）1/3=17。735mm。式中，p是動模墊板剛度計算許用變形量，參照教材取其值為0.032mm;l是兩個墊塊之間的跨距約為154mm；l1是動模墊板的長度取250mm；a是4個型芯投影到動模墊板上的面積。單個型芯所受壓力面積為：a1=13575=10125 mm2四個型芯的面積：a=4x a1=40500 mm2依據(jù)上述計算動模墊板可按照標準厚度取25mm，滿足要求。脫模推出機構的設計本塑件結構簡單，可采用推件板推出、推板推出。或推件板加推桿的綜合推出方式。根據(jù)脫模力來計算決定。1、脫模力的計算（1）10主型芯脫模力因為 = r /t =5/1.5 =

25、 3.3310 ，所以算是厚壁圓筒塑件，根據(jù)厚壁筒形脫模力的計算公式可得： f1 = 2resl（f tan）/(1+k1)k2 +0.1a=23.1459000.0210（0.45-tan0.5）/(1+0.38+2.08)1.004+0.1x209.09= 738.39n（2）4小型芯脫模力因為 = r /t =2/3.4=0.58810，所以算是厚壁圓筒塑件，根據(jù)厚壁筒形脫模力的計算公式可得： f2 = 2resl（f tan）/(1+k1)k2 +0.1a=307.9n（3）0.5小型芯脫模力 計算得f3=56.78n （4）總脫模力為f=f1+f2+f3=1103.07n2. 推出方

26、式的確定1）采用推桿推出（1）推出面積 設8mm的圓推桿設置4根，那么推出面積為200.96 mm2（2）推桿推出應力 根據(jù)表2-12取許用應力=10mpa =f/a=5.49 mpa =10mpa故可用，可采取推桿推出。模架的確定根據(jù)模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸為330185考慮到采用推桿推出方式，且推桿布置在靠近凹模的中心，這樣推桿邊緣與推桿固定板邊緣距離較大，因此為降低模具成本可適當減小模具架尺寸，同時有考慮到導柱導套水路的布置等因素可選450250.1、各模板尺寸的確定。（1）定模型腔板 塑件高度為7.31mm?？紤]到模板上還要開設冷卻水道，還需留

27、出足夠的距離。故定模型腔板厚度取40mm。（2）型芯固定板，按模架標準板厚取40。（3）墊塊尺寸， 墊塊 = 推出行程+ 推桿固定板厚度 +(510)mm = （10+40+510）mm =55 60初步定為60mm。2、模架各尺寸的校核。根據(jù)所選注塑機來校核模具的尺寸。根據(jù)所選注塑機來校核模具的尺寸。模具平面尺寸250mm450mm320520（拉桿間距），校核合格。模具高度尺寸220mm，185220350（模具最大厚度和最小厚度）模具的開模行程s = 10+50+（5-10）= 6570160，校核合格。排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設計排氣槽的設計 該塑件由于采用側澆口進料熔體經(jīng)塑件下方的臺階向上

28、充滿型腔，每個型芯上有一根推桿，其配合間隙亦可作為氣體排出方式，不會再頂部產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象。同時，底面的氣體會沿著分型面、型芯和推件板之間的間隙向外排出。冷卻系統(tǒng)的設計 冷卻系統(tǒng)的計算很麻煩，在此只能進行簡單的計算。設計時忽略模具因空氣對流、輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，按單位時間內塑料熔體凝固時所放出的熱量應該等于冷卻水所帶走的熱量。1、冷卻介質pe屬流動性好的材料，其成型溫度及模具溫度分別為105137和3555。熱變形溫度為6082。所以模具溫度初步選為45，用常溫水對模具進行冷卻。2 冷卻系統(tǒng)的簡單計算1) 單位時間注入模具中的塑料熔體的總質量w（1）塑料制品的體積 v = v主 +

29、v分 + nv塑 =5.797（2）塑料制品的質量 m = v =5.794 0.95= 5.507 g（3）塑件壁厚為1.5，查教材表4-34得t冷 =8s 。注射時間t注 = 0.5s ,脫模時間8s,則注射周期：t = t注+ t冷+ t脫 =16.5 s。由此可得每小時注射次數(shù)n = 218次。（4）單位時間內注入模具中的塑料熔體總質量為：w = nm = 2185.507 = 1.202/h2）確定單位質量的塑件在凝固時放出的熱量qs 查教材表4-35知abs的單位熱流量取qs=700kj/。取3）計算冷卻水的體積流量qv設冷卻水道入水口的水溫為t2 = 22，出水口的水溫為t1 = 30，取水的密度 = 1000/m，水的比熱容c = 4.187kj/()，則根據(jù)公式可得： qv = wqs/60c(t1 t2) = 1.77400/6010004.1