1、1目 录一、塑件分析、塑料的选取及其工艺性分析二确定注射机三、型腔数目确定四、分型面的选择及浇注系统设计五、成型零部件设计六、推出机构计算七、冷却系统的设计八、标准模架的选择九、注射机相关参数的校核十、模具装配图2第 1 章 塑件分析、塑料的选取及其工艺性分析该塑件为透盖，承载要求不高，外形尺寸不大不允许有裂纹和变形缺陷。壁厚较均匀为 35mm。脱膜斜度 30 分1 度；精度为MT3；材料选用聚苯硫醚(PPS)；大批量生产，塑件公差按模具设计要求进行转换。塑件如图（1.1）所示：图 1.11.1 PPS 塑 料 的 主 要 特 点PPS 具 有 机 械 强 度 高 、 耐 高 温 、 高 阻
2、燃 、 耐 化 学 药 品 性 能 强等 优 点 ； 具 有 硬 而 脆 、 结 晶 度 高 、 难 燃 、 热 稳 定 性 好 、 机 械 强 度较 高 、 电 性 能 优 良 等 优 点 。 PPS 是 工 程 塑 料 中 耐 热 性 最 好 的 品 种 之 一 ， 热 变 形 温 度 一 般大 于 260度 、 抗 化 学 性 仅 次 于 聚 四 氟 乙 烯 ， 流 动 性 仅 次 于 尼 龙 。1.2 PPS 塑 料 的 物 理 性 能1） .电 绝 缘 性 （ 尤 其 高 频 绝 缘 性 ） 优 良 ， 白 色 硬 而 脆 ， 跌 落于 地 上 有 金 属 响 声 ， 透 光 率 仅
3、 次 于 有 机 玻 璃 ， 着 色 性 耐 水 性 ， 化学 稳 定 性 良 好 。 有 优 良 的 阻 燃 性 ， 为 不 燃 塑 料 。2） .强 度 一 般 ， 刚 性 很 好 ， 但 质 脆 ， 易 产 生 应 力 脆 裂 ， 不 耐3苯 .汽 油 等 有 机 溶 剂 .长 期 使 用 温 度 可 达 260 ， 在 400 的 空 气或 氮 气 中 保 持 稳 定 。 通 过 加 玻 璃 纤 维 或 其 它 增 强 材 料 改 性 后 ， 可以 使 冲 击 强 度 大 为 提 高 ， 耐 热 性 和 其 它 机 械 性 能 也 有 所 提 高 ， 密度 增 加 到 1.6 1.9，
4、 成 型 收 缩 率 较 小 到 0.15 0.25%适 于 制 作 耐热 件 .绝 缘 件 及 化 学 仪 器 .光 学 仪 器 等 零 件 .1.3 PPS 塑 料 的 成 型 性 能1） .无 定 形 料 ， 吸 湿 小 ， 但 宜 干 燥 后 成 型 。2） .流 动 性 介 于 ABS 和 PC 之 间 ， 凝 固 快 ， 收 缩 小 ， 易 分 解 ，选 用 较 高 的 注 射 压 力 和 注 射 速 度 。 模 温 取 100 150。 主 流 道锥 度 应 大 ， 流 道 应 短 。3） .生产过程中，不排放废气、无有害物质污染、无气味、安全性高，不会发生爆炸，生产中的原材料易
5、得。PPS 的应用范围及其广泛，因其本身耐高温，可长期在265稳定下保持原有特性不变。1.4 PPS 塑 料 的 缺 点脆 性 大 、 韧 性 差 ， 耐 冲 击 强 度 低 ， 经 过 改 良 以 后 ， 可 以 获 得十 分 优 异 的 综 合 性 能 ， 市 场 出 售 的 产 品 均 为 其 改 良 的 产 品 .1.5 塑料及成型方式的选择选用 PPS 能降低原料成本，缩短生产周期，同时提高了提高了设备的生产原料装填量及单位时间内的产量，使生产成本能大幅降低。因此该塑件的塑料可选用聚苯硫醚 ，成型方式为注塑成型。1.6 注射成型过程1） 成型前的准备。对 PPS 的色泽、粒度、和均匀
6、度进行检验，PPS 成型前须进行干燥，处理温度60 80 ， 干 燥 时 间 2h。2） 注 射 过 程 。 塑 料 在 注 射 机 料 筒 内 经 过 加 热 、 塑 化 达 到 流 动状 态 后 ， 由 模 具 的 浇 注 系 统 进 入 模 具 的 型 腔 成 型 ， 其 过 程 可 分 为充 模 、 压 实 、 保 压 、 倒 流 和 冷 却 五 个 阶 段 。3） 塑 件 的 后 处 理 （ 退 火 ） 。 退 火 处 理 的 方 法 为 红 外 线 灯 、 烘箱 。 处 理 温 度 为 70 ， 处 理 时 间 为 2h 4h。41.8 注 射 工 艺 参 数1） 注 射 机 ：
7、螺 杆 式 ， 螺 杆 转 速 为 48r/min.2)料 筒 温 度 t/ :前 段 170 190； 中 段 170 190； 后 段140 160。3） 模 具 温 度 t/ ： 32 65。4） 注 射 压 力 （ p/MPa):60 110。5） 成 型 时 间 （ s） ： 30（ 注 射 时 间 初 取 1.6， 冷 却 时 间 取20.4， 辅 助 时 间 取 8） 。1.7 PPS 的主要技术指标密度：1.34g/cm 3成型收缩率：0.7%吸水率：（约 0.02%）成 型 温 度 ： 300 330摩 擦 系 数 ： 在 0.010 .02 之 间第 2 章 注射机型号的确
8、定2.1 注射量的计算通过 ProE 建模分析得塑件质量属性如图 2.1 所示：5图 2.1塑件体积： =20.33cm3;V塑件质量： g。43.26.0.1塑M该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且应为大手批量生产，可采用一模多腔的结构形式，同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模四腔的结构形式。且型腔的排列采用平衡式排列。2.2 浇注系统凝料体积的初步估算由于浇注系统的关设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的 0.21 陪来估算，由于本次采用的流产简单并且较短，因此浇注系统的按塑件体积的 0.3 倍来估算，故一次注入模具
9、开腔塑料的总体积（即浇注系统的凝料和 4 个塑件体积之和）为：= = cm3;总V塑n3.172.1053.24.由资料可知注射机的额定注射量 V 为：= cm3;1.0.82.3 选择注射机根据椐以上初步选择额定注射量为 200cm3，注射机型号为6SZ200/120 卧式注射机。SZ200/120 型卧式注射机有关技术参数如下表：理论注射量/cm 3 200 拉杆内向距/mm 355385螺杆柱塞直径/mm42 移模行程/mm 350注射压力/MPa 150 最大模具厚度/mm400注射速率/gs 1 120 最小模具厚度/mm230塑化能力/kgh 70 锁模形式 双曲肘螺杆转速/rmi
10、n10220 模具定位孔直径/mm125锁模力/kN 1200 喷嘴球半径/mm 15喷嘴孔直径/mm 4表 2.12.4 注射机的相关参数的校核1）.注射压力校核查参考文献1表 4-1 可知，PPS 所需注射压力为60MPa110MPa,这里取 100MPa，该注射机的公称折射压力0p=150MPa,注射压力安全系数 =1.251.4，这里取 =1.3，公p1k1k则，所以，注射机压力合格。公pk30MPa13.012）.锁模力校核（1）塑件在分型面上的投影面积=3717.76mm24/5-870）（塑 A（2）浇注系统在分型面上的投影面积 ，即浇道凝料浇A（包括浇口）在分型面上的投影面积
11、数值，按照多型腔模具浇的统计分析来确定。 是每个塑件在分型面上的投影面积浇A塑A的 0.20.5 倍。由于本设计流道较简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。这里取 =0.2 。浇A塑7（3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则mm2.178452.4.0( 塑塑塑浇塑总 ） AAnnA（4）模具型腔内的胀型力 ，则胀FkN58.632.17845模总胀 pF式中， 是模具型腔内的压力，通常取注射压力的模20%40% ，大致范围为 25MPa40MPa。对于黏度较大的精度的塑件制品应取较大值。PPS 属于中等黏度的塑件且塑件精度要求不高，故 取 35MPa。模p由表 2-
12、1 可知该注射机的公称锁模力 =1200kN，锁模力安全锁F系数 =1.11.2，这里取 =1.2，则可取2k2kk ，所以注射机锁模力满足50.7498.6.1.胀胀 F锁要求。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。第 3 章 型腔数目和排位方式确定3.1 型腔数量的确定我们小组采用按注射机的额定锁模力来确定型腔数目 n，有1pAFn式中 注射机的额定锁模力 254000（N ）pF单个塑件在分型面上的投影面积 8167.14（mm 2）A浇注系统在分型面上的投影面积 200（mm 2）1塑料熔体对型腔的成型压力（ MPa） ，其大小一般是P注射压力的 80%。代值计
13、算得 n = 14.27 故取值为 14综合考虑塑件的尺寸及表面的精度要求以及塑件的结构，宜采用盘型浇口。若采用一模多腔设计、加工难度大，成本高。所以采用一模四腔。83.2 型腔排列形式的确定由于该模具选择的是一模四腔，其型腔中心距的确定查参考文献2图 3-1 及其说明，故采用 H 形对称排列，使型腔进料平衡，如图 3.1 所示。图 3.1第 4 章 分型面的选择及浇注系统设计4.1 分型面选择一般原则1）.分型面应选在塑件外形最大轮廓处2）.避免模具结构复杂3）.分型面应便于塑件脱模4）.分型面应有利于侧面分型及抽芯5）.分型面应保证塑件质量6）.分型面的选择用力与防止溢流7）.分型面的选择
14、应有利与排气8）.分型面的选择应使成型零件便于加工9）.应尽量减少由于脱模斜度造成塑件大小端的差异参考着以上原则，我们的分型面选在了 AA 面，如图 4.1 所示9图 4.14.2 浇注系统设计原则1）.了解塑料的工艺特性2）.排气量好3）.防止型芯和塑件变形4）.减少熔体流程即塑料耗量5）.修整方便，并保证塑件的外观质量6）.要求热量及压力损失小参考着以上原则，我们采用如图所示浇注系统，如图 4.2 所示：图 4.24.2.1 主流道的设计4.2.1.1 主流道尺寸101）.主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴喷射2）.主流道的长度一般由模具结构确定，对于小型模具 L 应尽
15、量小于 60mm，设计中初取 50mm. 3）.注流道的小端直径 =注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=4.5mm.d4）.主流道的大端直径 =d+2L 主 tan(a/2)=8mm(其中取值在D26，这里取 4)。5）.主流道的球面半径 =注射机喷嘴球头半径+（12）SRmm=15+2=17mm.6）.球面的配合高度 =3mm.h4.2.1.2 主流道的凝料体积 3.157/4.325.4.503/22 ）（）（ 主主主主主主 rRLVmm3.4.2.1.3 主流道当量半径 =（2.25+4）/2=3.125mm总4.2.1.4 主流道的浇口套选用及形式主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口
16、处与注射机反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流衬套与定位圈设计成一个整体，介考虑上述因素通常公然将其分开来设计，以便天拆卸更换。同时也便于选用优质刚材进行单独加工和热处理。本设计中浇口套采用工具刚 T10A，热处理淬火表面硬度为 50HRC55HRC，流道表面的粗糙度 Ra=0.8um。浇口套如图 4.3 所示：11 20+.158R450-.1 .528-03R76050图 4.34.2.2 分流道的设计1）分流道的布置形式为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。2）分流道的长度根据四个型
17、腔的结构设计，分流道长度适中，如图 4.4 所示图 4.43）分流道的当量直径12流过一级分流塑料的质量gVm2086.530.12塑但该塑件厚度在 3mm5mm 之间，参考文献2图 2-3 的经验曲线查得 D=4.7,再根据单向分流道长度 60mm 由图 2-5 查得修正系数 =1.05,则分流道直径经修正后为Lfmm75.0.15 Lf4）分流道的截面形状分流道的截面形状采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料的热量散失、流动阻力均不大。5）分流道界面尺寸梯形的上底宽度为 B=7mm 了便于选择刀具） ，底面的半径R=1mm 形高度取 H=2B/3=4.7mm 下底宽度为 b 梯形面积应满足关
18、系式：24DHbB代值计算得 b=4.1mm,考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素，取 b=5mm,通常计算梯形斜度 a=12.0,基本符合要求，如图 4.4 所示。 6）凝料体积（1）分流道的长度为m204965）（分L（2）分流道截面积3.27分A（3）凝料体积336.m60cLV分分分考虑到圆弧的影响取 c5.分7）校核剪切速率（1）确定注射时间：查参考文献2表 2-3，可取 t=2s。13（2）计算单边分流道体积流量：1-3scm95.23.02/5.62/ tVq塑分分（3）查参考文献2（式 2-22）可得剪切速率1-33-3 s07.10)2/75.(14.93. 分 分
19、分 R该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在 5102s-15103s-1 之间，所以分流道内熔体的剪切速率合格。8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取1.25 2.5 即可，此处取 1.6 。另外脱模斜度RamRam512 之间，通过上述计算脱模斜度分别取 5 和 12 即可。4.2.3 浇口的设计该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求高，采用一模四腔注射，为便是于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正且开设在分型面上，从开腔的边缘进料。1） 侧浇口尺寸的确定（1）计算侧浇口的深度。根
20、据表 2-6，可得侧浇口的深度 h 算公式为 式中，t 是塑件壁厚，这里 t 取 3mm;nm1.230.7nth是塑料成型系数，查资料可得 n=0.7。（2）计算侧浇口的宽度。根据表 2-6，可得侧浇口的宽度 和计B算公式为： 代入数据可得 =2mm.30AnBB（3）计算侧浇口的长度。根据表 2-6，可取侧浇口的长度 L 浇=0.75mm.2）侧浇口剪切速率的校核14（1）确定注射时间，查参考文献2表 2-3，可取 t=2s。（2）计算浇口的体积流量： 1-2cm65.023.stVq塑浇（3）计算侧浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得：，则143s0.nRq浇，剪切速率14433 s05.2
21、7.6. n浇合格。 为矩形浇口的当量半径。n4.2.4 校核主流道的剪切速率1）计算主流道的体积流量13scm5.423.06.573.1tnVq塑分主主2）计算主流道的剪切速率 133-3 s.104. 主 主主 R主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 之间，所以，主流道的剪切速率合格。1205s13s4.2.5 冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球状形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球状的包紧
22、力凝料从主流道中脱出。第 5 章 成型零部件设计15查有关资料得聚苯硫醚(PPS)的收缩率为 S = 0.7% 3.5% ，故平均收缩率 Sca = （1.5%+3.5%）/2 = 2.5% =0.025 根据塑件尺寸公差要求，模具的公差取 z = /4 。51、44.01、20、10、R1.5、16、5、3 自由公差按 MT6，查得510.55、44.010.47、 200.31、100.23、 R1.50.13、160.35、50.16、30.16。（1）：凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换510.55=51.5501.1 mm，相应的塑件制造公差为：1.1mm；44.010.47
23、=44.4800.94 mm,相应的塑件制造公差为：0.94mm。由公式 LM=（1+Sca）Lsx 可算得z0(51)= （51.55+51.55*0.0250.75*1.1） +0.2750=52.01+0.2750(40.01)= (44.48+44.48*0.0250.75*0.94) +0.2350=44.87+0.2350由以上公式依次算出 16 截面的尺寸为 16.27 mm，20 截1.0面的尺寸为 20.35 mm15.0(2) 凹模深度尺寸的计算 Hm =(H+H*Scp2/3)=(3.26+3.26*0.0252*0.52/3) =2.99 mmz0 13.013.0由此
24、公式依次算出 16 的截面高度为 16.28 mm，26 的截面24.016高度为 26.51 mm。 30.型芯 （38）dm =(d+d*Scp+3/4)=(37.60+37.60*0.025+3*0.8/4) =39.14 mm0z 0z02.由此公式依次算出 34 截面尺寸为 35.04 mm，10.2 截.0面尺寸为 10.56 mm01.(1) hm =(h+hScp+2/3) 0z=(0.77+0.77*0.025+2*0.46/3) 0z=1.09 mm01.由此公式算出 5 的截面高度尺寸为 5.20 mm013.六、推出机构计算（1）推出力计算推件力： Ft=Ap(coss
25、in)+qA1 塑件对钢的摩擦因素，一般为 0.10.3；A塑件包容型芯的面积；P塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件 p 取（2.43.9）10 Pa；模内冷却的塑件 p 取7（0.81.2） 10 Pa.7由式子可以看出；脱模力的大小由塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。当然，影响脱模的因素还很多，所以只是个估算值。（2）确定推出方式及推杆位置根据制品结构特点，确定制品的推出方式为二次推出，保证塑件不顶出而变形损坏及影响外观。位置如图所示。17七、冷却系统的设计该塑件的原料为聚苯硫醚（PPS） ，在前面塑料的工艺性分析时已经指出：聚乙烯冷却时应保证冷
26、却均匀、稳定、速度慢且充分冷却。针对该塑件采用加平行水道，以达到塑件的稳定充分冷却。如图所示：八、标准模架的选择根据以上分析，计算以及型腔尺寸位置尺寸可确定模架的结构型式和规格，查中国模具设计大典选用模架 250250 系列；具体尺寸为：18定模座板厚度：A=20mm定模厚度：A1=32mm动模型腔板厚度：B=40mm凸模固定板厚度：32mm支承板厚度：40mm垫块厚度：C=80动模座板：B1=25mm模具高度：H=16+32+50+63+16=177mm模具外形尺寸：125125177mm3九、注射机相关参数的校核（1）最大注射量的校核Nm+m1Kmp式中： n型腔数目;mp注射机允许的最大
27、注射量（g 或 cm3）m单个塑件的质量或体积（g 或 cm3）m1浇注系统凝料及飞边的质量和体积（ g 或 cm30）K注射机最大注射量利用系数，一般取 K=0.8代值 n=2，m=20.147cm3，m1=4.358cm3 计算得出结论：符合 （2）注射压力的校核注射压力的校核的目的是校核注射机的最大注射压力能否满足塑件成型的需要。现在一般借用注射模流动摸拟计算机软件，获得注射压力的预测值，后经试模确定。（3）锁模力的校核锁模力应大于高压熔体塑料充满模具型腔时，沿分型面将模具分开的那个压力，保证不发生溢料现象。即Fs=p(nA+A1)Fp19式中： Fs高压塑料熔体产生的胀模力（N）Fp注
28、射机的公称锁模力（ N）n模具的型腔数目A单个塑件在分型面上的投影面积（ mm2）A1浇注系统在分型面上的投影面积（ mm2）P型腔内熔体压力， 2040Mpa。代值有 Fs=20（2*3.14*51*51/4+3.14*12*12/4）=83932.2N2540KN(4) 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核为了使注射模具能够顺利的安装到注射机上并产生合格的塑件，一般情况下设计模具时应校核的部分包括喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大和最小模厚度、模板上安装螺孔位置及尺寸等。a 喷嘴尺寸注射机喷嘴前端球面半径 r 应比模具浇口套始端的球面半径R 小 12mm，注射机喷嘴直径 d 比模具浇口套始端小口径
29、D小 0.51mm。以防止凝料及影响脱模。b定位圈的尺寸与注射机固定模板的定位孔按 H9/f9 间隙配合，一般厚度为 515mmc 模具外形尺寸应小于拉杆间距 290mm368mm，符合。d模具厚度模具厚度应位于注射机安装模具最大厚度 406mm 与最小模具厚度 165mm 之间，该模具为 177mm，符合e 安装螺孔位置及尺寸 （略）十、模具装配图（见设计图）20参考文献1 中国机械工程学会，中国模具设计大典编委会.中国模具设计大典.南昌：江西科学技术出版社，2003.2 伍先明，张蓉主编 .塑料模设计指导 (第二版) .北京 :国防工业工业出版社,20023 杨安主编.塑料成型工艺与模具设计.北京:理工大学出版社,2001 3 4 孙玲， 塑料成型工艺与模具设计学习指导.北京：北京理工大学出版社， 20085 蔡佳伟主编.模具制造工艺课程设计.化学工业出版社 ,20016 邹继强主编.塑料模具设计参考资料汇编.清华大学出版社 ,2001
