1、塑 料 课 程 设 计课程名称 班级与班级代码 专 业 学 号： 姓 名： 提交日期： 年 月 日 青岛科技大学高分子科学与工程学院ABS 直角弯头设计1 设 计 目 的 ：运用所学的基础理论和专业知识通过课程设计的实践，巩固和掌握专业知识，并为今后的毕业论文做必要的准备。通过塑料工程课程设计，掌握塑料工程设计中材料的选择、制品设计结构的设计、加工设备的确定、生产工艺的要求，学习资料的查找、收集，方案的特点及几种方案的比较，提高计算、绘图能力。建立起一个完善的、符合塑料制品生产要求的整体过程。2 设 计 任 务 和 要 求设 计 任 务 ： 输 水 直 角 弯 头设 计 要 求 ： 5 万 个
2、 /月3 设 计设计的一般程序3.1 制品设计3.1.1 材料的选择原料选择: 注塑级 ABS特性备注：低温冲击强度好，光泽度硬度较好。价格：9100-9300/吨相关参数：性能项目 实验条件 测试方法 测试数据 数据单位熔融流动速率230/.8CkgASTM-D1238 5.6 /10ming比重 ASTM-D972 1.04 3/c模具收缩率 ASTM-D955 0.5-0.8 %拉伸模量 ASTM-D638 2280 MPa拉伸强度 ASTM-D638 33.8 MPa断裂伸长率 ASTM-D638 24 %弯曲模量 ASTM-D790 2340 MPa弯曲强度 ASTM-D790 72
3、.4 MPa缺口冲击强度C23ASTM-D256 320 J/M热变形温度 1.82MPa unannealed 33.20mmASTM-D648 82.2 C维卡软化点 ASTM-D1525 98.9 C阻燃性能 1.52mm UL94 HB3.1.2 生产配方的设计生产配方: ABS 1003.1.3 制品形状方面：图 2-1 直角弯头零件图从零件壁厚上看，塑件最小壁厚 4mm，塑件壁厚较为均匀，壁厚大小适中，不会放大充模阻力，不易出现缺料现象，也避免了壁厚太厚所容易出现的气泡、凹陷等缺陷，有利于零件的成型。塑件冷却后会包紧在抽芯型芯上，为了使脱模顺利，75.4mm孔处应设置脱模斜度，查取
4、 ABS 常用脱模斜度 351。该弯头属于输水管路连接件，弯头除需具备良较高的冲击强度、良好的尺寸稳定性和耐腐蚀性外，无其他较为特殊的工艺要求。塑件选择的 ABS 材料综合力学性能好，满足塑件机械性能要求。综合分析，在注射成型工艺参数控制良好的条件下，零件的成型要求可以得到保证。3.2 模具设计3.2.1 确定生产方式采用注射成型3.2.2 注射成型模具注塑模具由动模和定模两大部分组成，分析直角弯头成型零件的特点，知道本次设计的模具应包括成型零件、浇注系统、导向机构、推出机构、侧抽芯机构、模温调节系统。(1)分型面分型面对塑件外观质量、尺寸、形位精度、脱模性能、锁模力、型芯型腔结构、排气、浇口
5、和模具制造工艺性等都有直接影响。分型面的合理选择，对提高成型塑件质量、简化模具结构复杂程度等均有很大利好。注塑分型面的选择，要根据塑件的几何形状、塑件质量要求，结合浇注系统，脱模机构选择等综合考虑。直角弯头零件结构具有特殊性，分析比较如下分型面方案：图 3-1 分型面选择比较该零件为直角弯头，由于有垂直孔的存在，必须有抽芯机构。方案一的分型面选择，可使抽芯和分型同时进行，节省分型时间，但是型芯型腔结构复杂，加工成本较大。方案二分型面选择在塑件最大截面处，加工容易，符合分型面选取一般原则，且型芯型腔加工较为容易。综合分析，选择方案二的设计。（2）确定型腔配置型腔配置应有利于提高塑件成型效率，缩短
6、成型周期。综合考虑流道和分型面性能，确定零件在模具中排列如图 3-2：（3）确定浇注系统注塑模具的浇注系统指注射机喷嘴到成型型腔之间的料流通道，包括主流道、分流道、浇口、冷料穴四大部分。流道表面粗糙度 Ra1.60.8m。A、主流道设计主流道轴线一般与注射机的喷嘴轴线重合，并位于模具中心线上，型腔也以轴线为中心对称布置。为便于凝料从浇道中脱出，主流道设计成圆锥型，因 ABS 材料流动性中等，取主流道锥角 =3，内壁表面粗糙度 Ra=0.63m。喷嘴与主流道对接处需紧密对接，可防止主流道与喷嘴处溢料，因此主流道对接处制成凹坑，凹坑半径根据注射机喷嘴半径决定，并在其基础上加 12，取 19mm。小
7、端直径 d2=d1+1=8.5mm，凹坑深度 h=4mm。主流道大端呈圆弧过渡，其圆角半径 r=1mm，以减小料流从主流道进入分流道时的转向过渡阻力。主浇道的长度应视模板厚度、水道等具体情况而定。考虑主流道与塑料熔体喷嘴反复碰撞，容易损坏，一般不将主浇道直接开设在模板上，而是将主流道制成可拆卸的主流道衬套，如图 3-3 所示。这样可以使容易损坏的主浇道部分单独选用优质钢材，便于更换和节约成本并提高模具寿命。主流道衬套结构如图 3-3 所示。通常，主浇道衬套需淬火处理。B、冷料穴设计两次注射间隔间和塑料熔体注射前沿部分，由于塑料熔体的冷凝，会产生冷料，冷料穴可储存这部分冷料，避免冷料进入模具型腔
8、影响塑件质量。冷料穴必不可少，本模具中采用较为常用的带 Z形头拉料杆的冷料穴。冷料穴长度取 10mmC、分流道设计本模具采用一模四腔结构，需有分流道存在。由于塑料冷却会在流道管壁形成凝固层，为使熔体能在流道中部畅通，分流道要求塑料熔体能在相同的温度和压力条件下，从各个浇口尽可能同时地进入并充满模具型腔。设计使分流道中心与浇口中心位于同一直线上，故采用圆形截面，其优点有：比表面积最小，料流阻力小，压力损失小，流道中心冷凝慢，有利于保压。但是加工难度稍大。其分流道直径取 D=6.5mm。分流道布置如图所示。 D、浇口设计浇口连接分流道和模具型腔，具有两方面的作用：首先，控制塑料熔体流入型腔；其次，
9、保压过程结束后，注射压力撤销，浇口首先固化，以封锁型腔，避免腔中未冷却的塑料倒流。根据型腔排布，和塑件成型工艺，采用侧浇口较为合理。开设浇口在分型面上，选择矩形侧浇口，使加工容易，且便于试模时再进行修正。矩形侧浇口的大小由其厚度、宽度和长度决定。侧浇口厚度：公式(3-1)=0.64=2.4侧浇口宽度：公式(3-2)=30=30=0.67.54104/230 =3.8，取 4式中：t-塑件壁厚，mmn-系数，ABS 取为 0.6A-塑件外表面面积， 2由于该浇口属于一般侧浇口，根据经验数据，浇口长度为2.5mm。（4）成型零部件的结构设计ABS 塑件的平均收缩率为：Scp=0.5，采用劈块，凸模
10、结构如下所示，根据塑件尺寸 85 查表取塑件尺寸精度等级 MT5，模具制造公差等级 IT11。A、塑件型芯径向尺寸：公式(3-3)=+0-塑件内形尺寸；-塑件公差值；-型芯基本尺寸；-型芯制造公差，取 1/4 x-系数，中小型塑件取 3/4弯头连接口型芯直径：塑件内形基本尺寸 75.4mm，公差 0.46mm=1=1+1+101=75.4+75.40.005+340.46 00.1276.1200.12弯头内径处型芯直径：塑件内形基本尺寸 64mm，公差 0.4mm= =2=2+2+20264+640.005+340.4 00.164.6200.10B、塑件型芯高度尺寸：公式(3-4)=+0-
11、塑件内形尺寸；-塑件公差值；-型芯基本尺寸；-型芯制造公差，取 1/3、 x-系数，中小型塑件取 2/3弯头连接口型芯高度：塑件内形基本尺寸 36mm，公差 0.32mm=1=1+1+0136+360.005+230.32 00.11=36.3900.11弯头内径处型芯高度：塑件内形基本尺寸 14mm，公差 0.22mm=2=2+2+0214+140.005+230.22 00.07=14.2200.07C、塑件型腔径向尺寸：公式(3-5)=+0-塑件外形尺寸；-塑件公差值；-型腔基本尺寸；-型腔制造公差，取 1/4 x-系数，中小型塑件取 3/4弯头连接口型腔直径：塑件外形基本尺寸 85mm
12、，公差 1.3mm= =1=1+1+10 85+850.005341.3+0.3084.5+0.30弯头 90拐弯处塑件外形基本尺寸 72mm，公差 1.06mm= =2=2+2+10 72+720.005341.06+0.3071.6+0.30D、塑件型腔深度尺寸：公式(3-6)=+0-塑件外形尺寸；-塑件公差值；-型腔基本尺寸；-型腔制造公差，取 1/3 x-系数，中小型塑件取 2/3弯头连接口型腔深度：塑件外形基本尺寸 36mm，公差 0.76mm=+0 36+360.005230.76+0.250（5）成型型腔壁厚计算A、矩形型腔侧壁厚度计算：该模具采用整体式矩形型腔，其长边侧壁厚度按
13、下式计算：公式(3-7)=34C-常数，与 l/h 有关，l/h=249/42.5=5.86，1.44=35.86425.864+96h-型腔深度，h=42.5mm；p-型腔压力，根据 p=K ，取压力损耗系数 K 为 0.4，则型0腔压力 p=K =0.4121Mpa=48.4MPa；0E-模具钢材的弹性模量 E=2.1 MPa；105-塑料制件所用材料的允许变形量，对 ABS， =0.04mm； = =30.2mm，取 35mm=3431.4448.442.542.11050.04B、矩形型腔底板厚度计算：按刚度条件计算，其公式如下：公式(3-8)=34-常数， =0.03； = 5.86
14、432(5.864+1)=88.4mm，取 90mm。=30.0348.424942.11050.04（6） 脱模方式和推出机构设计为使推出机构简单，可靠，设计使开模时模具留在动模，由于塑件在动模板和定模板上为外圆环形，不会因塑件的收缩而包紧在模板上。为简化模具结构设计，采用常用的推杆脱模机构，该机构主要由推杆固定板、推板、推杆、复位杆等组成，其尺寸选择根据 GB/T 4169.1.-2006 GB/T 4169.18.-2006 选取。（7）侧向分型抽芯机构设计模具结构常采用碳素工具钢，斜导柱要求耐磨，采用 T8 钢制造。A、抽芯距 S 直角弯头抽芯采用斜导柱完成侧向分型抽芯，抽芯距等于侧孔
15、深度加 23mm 余量。公式(3-9)=0+(23)=0+(23)=95+3=98-侧孔或侧凹深度，mm0B、脱模力 F根据塑件壁厚 4.8mm 与平均直径 80mm 的比值 t/d=0.060.05，确定该塑件为厚壁制件，且其截面为圆环型截面，采用如下公式计算脱模力公式(3-10)=2()(1+1)2+0.1F-脱模力；-无量纲系数，随 和 而定，=r/,r 为型芯平均半1 径， 为塑件平均壁厚， 可查相关表；1值-无量纲系数，随 f 和 而定，可查表选取；2 S-塑料平均成型收缩率，取 0.005E-塑料的弹性模量；查表得 ABS 为 1800MPa；L-塑件对型芯的包容长度，mm；f-塑
16、件与型芯之间的摩擦因素，查表得 ABS 与钢的摩擦因素为 0.21；-模具型芯脱模斜度，查表取 1；-塑料的泊松比，ABS 为 0.39；A-盲孔塑件型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，mm；本零件的型芯为阶梯型芯对拼，每个型芯均有两部分被塑件包紧，其参数列于下表：代入数据得，1=238.0618000.00536(0.211)(1+0.39+7.432)1.0035 +0.14550.8=2140.22=232.3118000.00514(0.211)(1+0.39+7.63)1.0035 +0.13279.6=872.1=1+2=2140.2+872.1=3012.3C、斜销倾斜角度 若斜销
17、倾角过大，斜销受力状况差，倾角过小，又不利于开模，按实际生产经验，选取斜销倾角 22，则最小开模行程：公式(3-11)=9822=242.5斜销工作长度 L： 根据几何关系，斜销工作长度应大于公式(3-12)=9822=262D、斜销直径抽芯时，斜销受有弯矩作用，其最大值为：公式(3-13)=式中 -斜销受力L-斜销有效工作长度。=23012.322=6497.7由材料力学可知圆形斜销弯曲应力为公式(3-14)=式中 w-斜销抗弯截面系数，对于斜销，其截面系数，；=1323=0.13-斜销材料弯曲许用应力。对 T8 钢，取 200MPa由此，可得斜导柱直径=3 0.1=33248.9450.1
18、200=24.45取 d=25mm。（8）冷却系统设计为控制模具温度稳定，冷却系统必不可少，通过控制水道出口和入口的温度，以及水路流速，可以控制单位时间内带走的热量，以达到稳定模温的目的。根据单个塑件的质量 170.75g，成型周期 54s，可以算得，该注射模产量为170.7541.2360054=55/求塑件固化时每小时释放的热量 Q查得 ABS 塑料的单位热流量 Q1=3.1104.010kJ/kg取 3.6x10kJ/kg 计算，=1=553.610=1.9104/求冷却水的体积流量忽略空气对流、热辐射以及注射机传导的热量，模具冷却时所需冷却水体积流量按式(3-15)计算：公式(3-15
19、)=11(12)式中 -冷却介质的体积流量，m/min；W-单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量，kg/min；-单位重量的塑件在凝固时所放出的热量，kJ/kg；1-冷却介质的密度， kg/m；-冷却介质的比热容， KJ/（kg） ；1-冷却介质出口温度，；1-冷却介质入口温度，；2参考同类模具，选取 25的水作为冷却介质，其出口温度为28，水呈湍流状态，根据表 2-2，模具平均温度 50，则，= 1.9104/601034.187(2825)=2.38102/查表 3-2，为使得冷却水处于湍流状态，取 d=10mm。求冷却水在管道内的流速 v其计算公式如下，公式(3-16)=42式中 -
20、冷却介质的流速，m/s；-冷却介质的体积流量，m/s；d-冷却管道的直径，m。= 42.38102(10/1000)260=5.05/求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数 h冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数 h 计算公式如下：公式(3-17)=4.187()0.80.2式中 -与冷却介质温度有关的物理系数；-冷却介质在一定温度下的密度， kg/m；v-冷却介质在圆管中的流速，m/s；d-冷却管道的直径，m。以平均水温 25选择 f 值 6.48=4.1876.48(0.9961035.05)0.8(10/1000)0.2 =6.23104/(2)求冷却管道总传热面积 A冷却管道总传热
21、面积可按下式计算公式(3-18)=601式中 h-冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数，kJ/(mh)；-模温与冷却介质温度之间的平均温差，。=601.8104/606.2310450(25+28)/2=0.022求模具上应开设的冷却管道的孔数开设孔数可按下式计算公式(3-19)=式中 L-冷却管道开设方向上模具长度或宽度；= 0.02(101000)5161000=23.3.1 工艺设计、设备根据 UG 模拟制件功能塑件 体积：162.62 质量：3 170.75g注射成型时，模具定模板与注射机定模板相连，动模板则对应安装在注射机动模板上，由锁模装置合模锁紧，注入熔融塑料。为提高直角弯头加
22、工效率，结合该零件本身结构特性，采用多型腔模具，定型腔数为 4。根据制品的体积及质量来确定所需注射机的注射量。塑件总体积=型腔数 X 每腔塑件体积Vs=4v 公式(2-1)Vs=4v =4162.62 =650.483 3以浇注系统凝料为塑件体积的 20%估算，V=0.2V 公式(2-2)V=0.2650.48 =1303 3V=Vs+V=780.483设计模具时，必须控制一个注射成型周期内所注射的塑料熔体容量在注射机额定注射量的 80%以内，考虑浇注系统中也存在一部分塑料熔体，按其为塑件体积的 20%估算，注射机的注射量780.48 /0.8=975.63 3为使制件推出后能自动落下，同时便
23、于操作加料，选用卧式注射机。根据注射量，初选 XS-ZY-1000 型注射机，其主要技术参数如下表：确定工艺参数3.3.2 生产线的配置月产量:5 万个/月根据成型周期和月产量，需要 3 台注射机生产3.3.3 成本分析密度 1.04g/cm3，四型腔，4170.75=683g，凝胶量 20%683g（1+20%）=819.6g，总体积 V=650.48cm3总量 819.6g（50000 件/4）=10245000g=10.245 吨9200 元/吨，10.245 吨9200 元/吨=94254 元材料损耗 3%，94254/(1-3%)=97169 元选用注塑机型号 XS-ZY-1000，
24、成型周期 54s，注射时间 4s，保压时间 20s，冷却时间 30s马达输出功率 62.5kw，加热器输出功率 18kw，青岛工业用电价0.7556 元/千瓦时，（62.5+18）0.6（3024）=7838.5kwh，7838.50.7556=10354 元员工 6 人三班三到，3000 元/月，63000=18000 元设备单价 8 万元每台折旧 5 年单件成本（97169+10354+18000+800005）50000=2.83 元/个总 结通 过 此 次 课 程 设 计 ， 使 我 更 加 扎 实 的 掌 握 了 有 关 方 面 的 知 识 ，在 设 计 过 程 中 虽 然 遇 到
25、了 一 些 问 题 ， 但 经 过 一 次 又 一 次 的 思 考 ，一 遍 又 一 遍 的 检 查 终 于 找 出 了 原 因 所 在 。我 了 解 了 如 何 在 满 足 产 品 性 能 的 前 提 下 ， 如 韧 性 ， 拉 伸 强 度 ，屈 服 强 度 ， 耐 热 性 ， 透 明 性 ， 防 老 性 等 ， 选 取 最 佳 原 料 ， 并 结合 料 成 型 工 艺 与 模 具 设 计 所 学 的 注 射 模 具 的 组 成 ， 分 型 面 和浇 注 系 统 的 设 计 ， 成 型 零 部 件 的 设 计 ， 结 构 零 部 件 的 设 计 和 推 出机 构 的 设 计 等 的 知 识
26、， 根 据 制 品 的 形 状 和 要 求 ， 设 计 模 具 结 构和 选 取 注 射 机 以 及 温 度 ， 压 力 和 时 间 工 艺 参 数 的 确 定 。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。评 语 ：成 绩 ： 教 师 ： 年 月 日
