爪形塑料蓋注射模課程設計

1、前   言    模具課程設計是在完成冷沖模具設計、塑料模具設計、cad軟件等相關專業(yè)課程學習之后，一個重要的綜合性的環(huán)節(jié)。在設計之前，要具備機械制圖、公差與技術測量、機械原理及零件、模具材料及熱處理、模具制造工藝、塑件成型工藝及模具設計等方面必要的基礎知識和專業(yè)知識。初步了解塑件的成型工藝和生產過程，熟悉各種塑料模具的典型結構。課程設計的基本目的是：（1）綜合運用塑料模具設計、機械制圖、公差與技術測量、機械原理及零件、模具材料及熱處理、模具制造工藝、塑件成型工藝及模具設計等方面必要的基礎知識和專業(yè)知識，分析和解決塑料模具設計問題，進

2、一步鞏固加深和拓寬所學的知識。（2）通過設計實踐，逐步樹立正確的設計思想，增強創(chuàng)新意識和競爭意識，基本掌握塑料模具設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。（3）通過計算、繪圖和運用技術標準、規(guī)范、設計手冊等有關設計資料，進行塑料模具設計全面的基本技能訓練，為畢業(yè)設計打下一個良好的實踐基礎。爪形塑料蓋注射模課程設計圖一爪形塑料蓋本課程設計為一爪形塑料蓋，如圖一所示。塑件結構比較簡單，塑件質量要求是不允許有裂紋、變形缺陷，脫模斜度301°；材料要求為hips，生產批量為大批量生產，塑件公差按模具設計要求進行轉換。一 塑件成型工藝性分析1.塑件的分析（1）外形尺寸 該塑件壁厚為3mm

3、4mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔體流程不太長，塑件材料為熱塑性塑料，流動性較好，適合于注射成型。（2）精度等級 塑件每個尺寸的公差不一樣，任務書中已給定部分尺寸公差，未注公差的尺寸取公差為mt5。（3）脫模斜度 hips的成型性能良好，成型收縮率較小，參考文獻1表2-10選擇塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°。2.hips工程塑料的性能分析高沖擊性強度聚苯乙烯是通過在聚苯乙烯中添加聚丁基橡膠顆粒的辦法而產生的一種抗沖擊的聚苯乙烯產品。這種聚苯乙烯產品通過添加微米級橡膠顆粒并通過枝接的辦法把聚苯乙烯和橡膠顆粒連接在一起。當收到沖擊時，裂紋擴展的尖端應力會被相對柔軟的橡膠顆粒釋放掉。因

4、此裂紋的擴展收到阻礙，抗沖擊性得到了提高。hips為乳白色不透明顆粒。密度為1.05g/cm3，熔體溫度150180，熱分解溫度300。溶于芳香烴，氯化烴，酮類（除爾酮外）和酯類。能耐許多礦物油，有機酸，堿，鹽，低級醇及其水溶液，不耐沸水。hips是最便宜的工程塑料之一，和abs，pc/abs，pc相比，材料的光澤性比較差，綜合性能也相對差一些。ps的沖擊強度低，做出的產品很脆，ps經改性后，可使ps的沖擊性能提高23倍。其性能指標見表一表一 hips的性能指標密度·dm-31.041.06抗拉屈服強度bm pa1448比體積（dm3·-1）0.911.02拉伸彈性模量e1

5、mpa（1.43.1）×103吸水率24h0.10.3抗彎強度mpa3570收縮率s0.30.6沖擊韌性（缺口） k（kj·m-2）1.123.6熱變形溫度t6492.5硬度（hb）m2080熔點t131165體積電阻系數（·cm）>10163.hips的注射成型過程及工藝參數1）注射成型過程（1）成型前的準備。對hips的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，hips成型前必須進行干燥，處理溫度6080，干燥時間2h。（2）注射過程。塑料在注射機料筒內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具的型腔成型，其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段

6、。（3）塑件的后處理（退火）。退火處理的方法為紅外線燈、烘箱，處理溫度為70，處理時間為2h4h。2）注射工藝參數（1）注射機：螺桿式，螺桿轉速為48rmin。（2）料筒溫度t：前段170190； 中段170190； 后段140160。（3）模具溫度t：3265；（4）注射壓力（pmpa）：60110；（5）成型時間（s）：30（注射時間初取1.6，冷卻時間取20.4，輔助時間取8）。二 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，分型面應該選在端蓋截面積最大且利于開模取出塑件的底面上，其位置如圖二所示。 圖二 分型面的選擇2.型腔數量和排位方式的確定（1）型腔

7、數量的確定 由于該塑件的精度要求很高，塑件尺寸較小，且為大批量生產，可才用一模多腔的結構形式。同時，考慮到塑件尺寸、模具結構尺寸的關系，以及制造費用和各種成本費用等因素，初步確定為一模兩腔結構形式。（2）型腔排列形式的確定 由于該模具選擇的是一模兩腔，故才用對稱排列，使型腔進料平衡，如圖三所示。圖三 型腔數量的排列布置（3）模具結構的形式的初步確定 由以上分析可知，本模具設計為一模兩腔，對稱直線排列，根據塑料結構形狀，推出機構初選推件板推出或推桿推出方式。澆注系統(tǒng)設計時，流道采用對稱平衡式，澆口采用側澆口，且開設在分型面上。因此，定模部分不需要單獨開設分型面取出凝料，動模部分需要添加型芯固定板

8、、支撐板或推件板。由上綜合分析可確定才用大水口（或帶推件板）的單分型面注射模。3.注射機型號的確定1）注射量的計算通過proe建模分析得到塑件質量屬性如圖四所示。圖四 塑件質量屬性塑件體積：v塑=31.945cm3塑件質量：m塑=v塑=31.945×1.05=33.5gcm3式中，可根據參考文獻2表9-6取1.05gcm3。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值，但是可以根據經驗按照塑件體積的0.2被1倍來估算。由于本次設計才用流道簡單并且較短，因此，澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3倍來估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和

9、2個塑件體積之和）為v總=1.3nv塑=1.3×2×31.945=83.06cm33）選擇注射機根據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總=83.06cm3，由參考文獻1式（4-18）v公=v總0.8=103.8cm3。根據以上的計算，初步選擇公稱注射量為200cm3，注射機型號為sz-200120臥式注射機，其主要技術參數件表二。表二 注射機主要技術參數理論注射量cm3200拉桿內向距mm355×385螺桿柱塞直徑mm42移模行程mm350注射壓力mpa150最大模具厚度mm400注射速率g·s-1120最小模具厚度mm230塑化

10、能力·h70鎖模形式雙曲肘螺桿轉速r·min-10200模具定位孔直徑mm125鎖模力kn1200噴嘴球半徑mm125噴嘴孔直徑mm44）注射機的相關參數的校核（1）注射壓力校核。參考文獻1表4-1可知，ps所需注射壓力為80mpa100mpa，而hips與ps相差不大，這里取p0=100mpa，該注射機的公稱注射壓力p公=150mpa，注射壓力全系數k1=1.251.4，這里取k1=1.3，則：k1p0=1.3×100=130mpa<p公，所以，注射機注射壓力合格。2)鎖模力校核。塑件在分型面上的投影面積a塑=7624=4534mm2澆注系統(tǒng)在分型面上的投

11、影面積a澆，即澆道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積a澆數值，可以按照多型腔模具的統(tǒng)計分析確定。a澆是每個塑件在分型面上的投影面積a塑的0.2倍0.5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。塑件和澆注系統(tǒng)分型面上總的投影面積，則a總=n（a塑+a澆）=2×1.2a塑=10881.6mm2模具型腔內的脹型力f脹，則f脹=a總p模=10881.6×35=380.856kn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%，大致范圍為25mpa40mpa。對于黏度較大的精密度較高

12、的塑料制品應取較大值。hips屬中等黏度的塑料且塑件有精度要求，故p模取35mpa。由表二可知該注射機的公稱鎖模力f鎖=1200kn，鎖模力安全系數k2=1.11.2這里取k2=1.2，則取k2f脹=1.2f脹=1.2×380.856=457.03<f鎖，所以注射機鎖模力滿足要求。對于其他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。三 澆注系統(tǒng)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到或型腔中。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

13、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60mm，本次設計中初取50mm進行計算。（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+2l主tan（2）=8mm，式中取4°。（4）主流道球面半徑 sr=注射機噴嘴球頭半徑+（12）mm=15+2=17mm。（5）球面的配合高度 h=3mm。2）主流道的凝料體積v主=l主（r2主+r2主+r主r主）3=50×（42+2.252+4×2.25）

14、5;3.143=1573.3mm33）主流道當量半徑rn=mm4）主流道澆口套的形式主流道襯套為標準件可選購。主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，易磨損。對材料的要求較嚴格，因而盡管小型注射模可以將主流道襯套與定位圈設計成一個整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質剛才進行單獨加工和熱處理。本設計中澆口套才用碳素工具鋼t10a，熱處理淬火表面硬度為50hrc55hrc。如圖五所示。定位圈的結構由總裝圖來確定。圖五 主流道澆口套的結構形式2.分流道的設計1）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，同時還需要考慮到減少分流道容積的壓力平衡，因

15、此采用平衡式分流到，如圖六所示。圖六 分流道布置形式2）分流道的長度根據兩個型腔的結構設計，分流道長度適中，如圖六所示。3）分流道的當量直徑流過一級分流道塑料的質量m=v塑=31.945×1.05×2=67.1g<200g但該塑件壁厚在3mm4mm之間，按經驗曲線查得d=4.7,再根據單向分流道長度43mm，再查得修正系數fl=1.05，則分流道直徑經修正后為d=dfl=4.9355mm4）分流道的截面形狀本設計采用梯形截面，其加工工藝性好，且塑料熔體熱量散失、流動阻力均不大。5)分流道界面尺寸設梯形上底寬為b=6mm（為了便于道具選擇），底面圓角的半徑r=1mm，梯

16、形高度取h=2b3=4mm，設下底寬度為b，梯形面積應滿足如下關系式。代值計算得b=3.813mm，考慮到梯形底部圓弧對面積減小及脫模斜度等因素，取b=4.5mm。通過計算梯形斜度=10.6°，基本符合要求，如圖七所示。圖七 分流道截面形狀6）凝料體積（1）分流道的長度l分=43×2=86mm。（2）分流道截面積（3）凝料體積v分=l分a分=86×21=1806mm3=1.81cm3考慮到圓弧的影響取v分=1.6 cm37）校驗剪切速率（1）確定注射時間：取t=2s。（2）計算單邊分流道體積流量：（3）由公式可得剪切速率該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最

17、佳剪切速率在5×1025×103s-1之間，所以，分流道內熔體的剪切速率合格。8）分流道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ra1.25m2.5m即可，此處取ra=1.6m。另外其脫模斜度一般在5°10°之間，通過上述計算脫模斜度為10.6°，脫模斜度足夠。3.澆口的設計該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質量要求較高，采用一模兩腔注射，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，且開設在分型面上，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。根據公

18、式，得h=nt=0.6×3=1.8mm式中，t是塑件壁厚，這里t=3mm；n是塑件成型系數，對于hips，其成型系數與ps相近取n=0.6.為了便于今后試模時發(fā)現問題進行修模處理，并根據參考文獻1表4-9中推薦的ps側澆口厚度為0.8mm1.1mm，故此處澆口深度h取1.0mm。（2） 計算側澆口的寬度。根據資料，可得側澆口的寬度b的計算公式為mm式中，n為塑料成型系數，對于hips取0.6；a為凹模的內表面積（約等于塑件的外表面積）。（3） 計算澆口的長度。根據資料，可取側澆口的長度l澆=0.75mm。2） 側澆口剪切速率的校核（1） 確定注射時間：取t=2s；（2） 計算澆口的體

19、積流量：（3） 計算澆口的剪切速率：對于矩形澆口可得: ，則剪切速率合格式中，rn為矩形澆口的當量半徑，即mm該矩形澆口的剪切速率比較大，首先把澆口面積適當做小一點，通過試模根據塑件成型情況來調整。4.校核主流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（澆口的體積大小可以忽略不計）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2） 計算主流道的剪切速率主流道的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5×102s-15×103s-1之間，所以，主流道的剪切速率合格。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

20、，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。本設計既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。由于該塑件表面要求沒有印痕，采用脫模板推出塑件，故采用與球頭形拉料桿匹配的冷料穴。開模時，利用凝料對球頭的包緊力使凝料從主流道襯套中脫出。四 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。凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模結構的不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。根據對塑件的結構分析，本設計中采用整體嵌入式凹模，如圖八所示。圖八 凹模嵌件結構（2）凸模的結構設計（型芯）。凸模是成型塑件內表面的成型零件，通常可以分為整體式和組合式兩種類

21、型。該塑件采用整體式型芯，如圖九所示，因塑件的包緊力較大，所以設在動模部分。圖九 凸模結構2.成型零件鋼材的選用根據對成型零件的綜合分析，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，同時考慮它的機械加工性能和拋光性能。又因為該塑件為大批量生產，所以構成型腔的嵌入式凹模鋼材選用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，因此鋼材選用p20鋼，進行滲氮處理。3.成型零件工作尺寸的計算采用相應公式中的平均尺寸法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件圖中給定的公差計算。（1）凹模徑向尺寸的計算。 塑件外部徑向尺寸的轉換，相應的塑件制造公差mm；mm，相應塑件

22、制造公差mm；=mm=mm=mm=mm式中，scp是塑件的平均收縮率，查表一可得hips的收縮率為0.3%0.6%，所以平均收縮率，x1,x2是系數，查資料，可知x1=0.65，x2=0.65；1、2分別是塑件相應尺寸的公差（下同）；z1、z2是塑件上相應尺寸制造公差，對于中小型塑件取z=6(下同)（2）凹模深度尺寸的計算 塑件高度方向尺寸的換算：塑件高度的基本尺寸為25mm未注公差，屬b類尺寸按mt2級進行計算，其最大尺寸mm，相應公差 s1=0.32mm；塑件底部凸緣的基本尺寸為5mm未注公差，屬b類尺寸按mt2級進行計算，則其最大尺寸mm，相應的s2=0.32mm。=mm=mm=mm=m

23、m式中，x1、x2是系數，查表可知x1=0.65，x2=0.65。 （3）型芯徑向尺寸計算。塑件內部徑向尺寸轉換： mm，mm=mm=mm式中x1是系數，查表可知x1取0.65。 （4）型芯高度尺寸計算。塑件內腔高度尺寸轉換 mm，mm=mm=mm式中是x1系數，查表可知x1取0.7。塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的標注如圖十所示。圖十 凹模嵌件及型芯的成型尺寸4.成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算（1）凹模側壁厚度計算。凹模側壁厚度與型腔內壓強及凹模的深度有關，其厚度根據參考文獻1表4-19中的剛度公式計算。=mm=19.11mm式中 p是型腔壓力（mpa）；e是材料彈性模量（mpa）；h=w，

24、w是影響變形的最大尺寸，而h=25mm；p是模具剛度計算需用變形量。根據注射塑料品種查參考文獻1表4-20得=15×0.918=13.77=0.014mm式中，。凹模嵌件初定單邊厚選15mm。由于壁厚不能滿足19.11mm要求，所以凹模嵌件采用預應力的形式壓入模板中，由模板和型腔共同來承受型腔壓力。由于型腔采用直線對稱結構布置，型腔之間的壁厚s1=162（中心距）-76（型腔直徑）=86mm，由于不是深大型腔，這個間隔是能夠滿足要求的。根據型腔的布置，初步估算模版平面尺寸選用350×350，它比型腔布置的尺寸大得多，所以完全滿足強度和剛度要求。（2）動模板厚度的計算。動模墊

25、板厚度和所選模架的兩個墊塊之間的跨度有關，根據前面的型腔布置，模架選在350mm×350mm這個范圍內，查表可得墊塊之間的跨度大約為l=w-2w2=（300-2×58）mm=184mm。那么，根據型腔布置及型芯對動模墊板的壓力就可以計算得到動模墊板的厚度，即=57.63mm式中 是模具剛度計算許用變形量，根據注射塑料品種查參考文獻1表4-20得 =0.0219mml是兩個墊塊之間的距離，約184mm；l1是動模墊板的長度，取350mm；a是2個型芯投影到動模墊板上的面積。單件型芯所受壓力的面積為兩個型芯的面積 動模墊板可按照標準厚度取45mm，顯然不符合要求，可采用支撐柱的

26、形式來增加支撐板的剛度。采用一根直徑80mm的支撐柱，且布置在支撐板正中間，根據力學模型認為n=1，所以墊板的厚度計算為mm 符合要求。五 脫模推出機構的設計本塑件結構簡單，可采用推件板推出、推桿推出、或推件板加推桿推出的綜合推出方式。根據脫模力計算來決定。1.脫模力的計算（1）70主型芯脫模力 因為=11>10，所以此處視為薄壁塑件，根據參考文獻1式4-26脫模力為+0.1a=+0.1×3.14×502=3771.6n式中 e塑料的拉伸彈性模量（mpa）； s塑料成型的平均收縮率（%）； t塑件的壁厚（mm）； l被包型芯長度； 塑件的泊松比； 脫模斜度（°

27、;）； f塑料與鋼材之間的摩擦因素； r型芯的平均半徑（mm）； a塑件在開模方向垂直的平面上的投影面積（mm2）； k2由f和決定的無因次數，k2=1+fsincos。2.脫模方式的確定1）采用推桿推出（1）推出面積 設8mm的圓推桿設置8根，那么推出面積為（2）推桿推出應力 根據資料選取許用應力=8mpa； 通過上述計算，應力偏大，推出時有頂白或頂破的可能（在實際生產實踐中，這類簡單非透明塑件，一般還是采用推桿推出），為安全起見，在此不采用推桿推出。2）采用推件板推出（1）采用推件板推出時的推出面積 （2）推件板推出應力 合格推件板推出時為了減少推件板與型芯的摩擦，設計時在推件板與型芯之間

28、留出0.2mm的間隙，并采用錐面配合。為了防止推件板因為偏心或加工誤差而使錐面配合不良而產生溢料，推件板與凸模（型芯）應進行適當預載，這樣也就保證了推件板與凸模錐面準確定位。本設計采用側澆口，充模時容易形成封閉式氣囊，因此在型芯上還設置2根或4根8推桿，以供排氣，另外推出更加平穩(wěn)。六 模架的確定根據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140mm×280mm，可查得w=400mm，因此需采用400mm×400mm的模架。但又考慮到時采用推件板和推桿綜合推出方式，且推桿布置在靠近凸模的中心，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

29、可適當減小模架尺寸，同時又考慮到導柱、導套、水路的布置等因素，根據把資料可確定選用帶推件板的直澆口b型模架，查資料可得w×l=350mm×350mm及各板的厚度尺寸。1.各板尺寸的確定（1）a板尺寸 a板時定模型腔板，塑件剛度為25mm，考慮到模板上還要開設冷卻水道，還需留出足夠的距離，故a板厚度取50mm。（2）b板尺寸 b板時型芯固定板，按模架標準板厚取40mm。（3）c板（墊塊）尺寸 墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（510）mm=（30+25+30+510）mm=90mm95mm，初步選定c為90mm。經上述尺寸計算，模架尺寸已經確定，標記為：b35355

30、0×40×90gbt125552006。取其他尺寸按照標準標注如圖十一所示。圖十一 b型模架結構尺寸2.模架各尺寸的校核根據所選注射機來校核模具設計的尺寸。（1） 模具平板尺寸350mm×350mm<355mm×385mm，校驗合格。（2） 模具高度尺寸315mm，260mm15mm<400mm，校驗合格。（3） 模具開模行程s=h1+h2+（510）mm=30+60+（510）mm=95100<350mm校驗合格七 排氣槽的設計該塑件由于采用側澆口進料熔體塑件下方的臺階向上充滿型腔，每個型芯上有兩根或4根推桿，其配合間隙可作為氣體排出方式，不會在頂部產生憋氣現象。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。八 冷卻系統(tǒng)的設計冷卻系統(tǒng)的計算很麻煩，在此只進行簡單的計算。設計時忽略模具因空氣對流、輻射以及注射機接觸所散發(fā)的熱量，按單位時間內塑料熔體凝固時所放出的熱量應等于等缺水所帶走的熱量。1.冷卻介質hips的屬流動性中等的材料，其成型溫度及模具溫度分別為200和3265，熱變形溫度為6492.5。所以模具溫度初步選定為40，用常溫水對模具進行冷卻。2.冷卻系統(tǒng)的簡單計算1）單位時間內注入模具中