塑料端盖的注塑模具成型设计 毕业设计

1．设计目的：
通过塑料成型模具课程设计，强化学生课堂上学习到的塑料注射模具的知识，加深学生对注射模具动作原理的理解，培养学生独立设计注射模具的能力，使学生熟练掌握Auto CAD等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作打下良好的基础。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：自行设计一个符合要求的塑料制件以及成型该制件的注射模具。

（1）对塑料制件的要求：
①塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使塑料制品达到高效、均匀冷却，具有一定的力学性能及使用价值；
②设计塑料制件时应明确指出塑件的尺寸精度、粗糙度、斜度、圆角、螺纹、侧孔、嵌件等；
③成型该塑件的注射模具必须满足下列条件之一：
Ⅰ：成型模具应具有侧向抽芯机构；
Ⅱ：成型模具应具有自动脱螺纹机构；
Ⅲ：成型模具应具有点浇口凝料的自动脱出、顺序脱模、二级脱模等较为复杂的机构。

（2）对成型模具的要求：
所设计的模具能够高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品，模具结构合理，动作灵活，能够满足在使用时连续生产、高效率、自动化、操作简便的要求。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
本次课程设计的工作内容包括以下几个部分：
①塑料制件图纸一张，要求标注尺寸公差、粗糙度、技术要求以及所用原材料；
②注射模具装配图（零号图纸）一张；
③注射模具零件图至少四张，包括型腔零件图、型芯零件图、模板的零件图、杆件的零件图；
④注射模具结构计算说明书一本。

注：以上各项内容均要求打印。

4．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：中国轻工业出版社，2000
5．设计成果形式及要求：
本次课程设计的设计成果以模具设计图纸和模具设计计算说明书的形式提交。

6．工作计划及进度：
2011年 12月 05日~ 12月 05日塑料制件设计
2011 年 12月 06日~ 12月 07日模具结构计算及草图设计
2011年 12月 08日~12月 09日模具装配图的绘制
2011年 12月 12日~ 12月 14日模具零件图的绘制
2011年 12月 15日模具设计计算说明书的撰写
2011年 12月 16日答辩和成绩考核
系主任审查意见：
签字：
年月日
目录
1.塑件的工艺性分析 (5)
1.1塑件的原材料分析 (5)
1.2.计算塑件的体积和重量 (5)
1.3.塑件注塑工艺参数的确定 (6)
1.4 塑料成型设备的选取 (6)
2.注塑机有关参数的校核 (7)
2.1 模具合模时校核： (7)
2.2 模具开模时校核： (7)
3.注塑模的结构设计 (7)
3.1分型面选择 (7)
3.2确定型腔的数目及排列方式 (8)
3.2.1模腔数量的确定 (8)
3.3浇注系统设计 (10)
3.3.1 主流道设计 (10)
3.3.3浇口设计 (11)
3.3.5主流道衬套的选取 (12)
3.4抽芯机构设计 (12)
3.4.1确定抽芯距 (12)
3.4.2确定斜销的倾角 (12)
3.4.3确定斜销的尺寸 (12)
3.4.4 滑块和导滑槽设计 (16)
3.5成型零件结构设计 (13)
4.端盖注塑模具的有关计算 (14)
5.模具加热和冷却系统的设计 (16)
5.1求塑件在硬化时每小时释放的热量为Q3 (16)
5.2求冷却水的体积流量V (16)
6.模具闭合高度确定 (17)
6.2．校核注塑机的开，合模空间 (17)
6.2.1：模具合模时校核： (17)
6.2.2：模具开模时校核： (17)
7.冷却系统的简单计算 (18)
7.1单位时间内注入模具中塑料熔体的总质量W (18)
7.2确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 (18)
7.3计算冷却水的体积流量 (18)
7.4确定冷却水路的直径 (19)
7.5冷却水在管内的流速 (19)
7.6冷却管壁与水交界面的膜转热系数h (19)
7.7计算冷却水通道的导热总面积A (19)
7.8计算模具冷却水管的总长度L (19)
八、参考文献 (20)
1.塑件的工艺性分析
1.1塑件的原材料分析
塑件的材料采用ABS，属热塑性塑料。

从使用性能上看，该塑件具有高强度，良好的耐水、耐油性，其介电性能与温度和频率无关，使优良的绝缘高的成型温度和注射压力，以提高熔料的流动性，减小收缩率。

塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
（a）结构分析：从零件图上分析，该零件总体形状为矩形，在两端有两个凸台，其厚度为2mm，该零件结构简单。

（b）尺寸精度分析：该零件各个尺寸均未注明公差，为提高经济效益，则按未注明公差尺寸来处理，根据表2—14查得ABS材料的适用未注公差等级为MT5级，对应的模具相关零件的尺寸加工容易保证。

（c）表层质量分析：该零件的表面质量除要求没有缺陷、毛刺、内部不得有导电杂质外，没有特别的表面质量要求，因此表面要求易于实现。

综上分析，可以看出，注塑时在工艺参数控制的较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

1.2.计算塑件的体积和重量
计算塑件的体积：用体积分割法求得
V=50×60×3+5×3.14×2×2 (式1-2)
=3062.8mm3
计算塑件的质量：根据设计手册查得ABS的密度为ρ=1.0g/cm3,
故塑件的质量为：W=Vρ
=3062.8×1.0×103
=3.1g (式1-3)经计算塑件体积和质量，根据手册，采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸，注塑时所需压力和设备等情况，初选用注塑机XS—Z—30型。

1.3.塑件注塑工艺参数的确定
查相关文献资料，ABS塑料的成型工艺参数可作如下选择：（试模时，可根据实际情况作适当调整）
表1.3 ABS成型工艺参数
项目数值项目数值料筒温度/℃200 220 240 喷嘴温度/℃200
注塑压力/Mpa100 注塑时间/s15
保压/Mpa72 保压时间/s10
冷却时间/s15
1.4 塑料成型设备的选取
根据计算及原材料的注射成型参数初选注塑机为XS-ZY-125查材料知：
表1.4 注塑机相关参数
项目数值项目数值
标准注射量/ cm3192 螺杆直径/mm 42 注射容量/克125 注射压力/ Mpa 1500
锁模力/kN 90 最大注射面积/㎝2320
模具厚度/mm 200～300 模板行程/mm 300
孔半径/mm 4 定位孔直径/㎜100
2.注塑机有关参数的校核
本模具的外形尺寸为300mm×300mm×220mm,XS-ZY-125型注塑机模板最大安装尺寸是370mm×350mm。

由于上述计算的模具闭合高度为220mm，XS-ZY-125型注塑机的最小模具厚度为200mm，最大模具厚度为300mm
2.1 模具合模时校核：
200mm<220mm<300mm
2.2 模具开模时校核：
200mm<220mm＋15mm<300mm
其中：15mm为模具的抽拔距
经校核XS-ZY-125型注塑机能满足使用要求故可以采用。

3.注塑模的结构设计
注塑模结构设计主要包括：分型面选择﹑模具型腔数目的确定﹑型腔的排列方式﹑冷却水道布局﹑浇口位置设置﹑模具工作零件的结构设计﹑侧向分型与抽芯机构的设计﹑推出机构的设计等内容。

3.1分型面选择
模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。

应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。

该塑件为端盖，表面无特殊的要求，其分型面选择如图3.1.1所示：
A A
图3.1.1 分型面
如图3.1.1所示取A-A向为分型面，不影响零件外观质量，抽芯在动模构简单。

A A
图3.1.2分型面
如图2-2所示取A-A向为分型面，抽芯在定模，抽芯机构复杂，应当避免定模抽芯。

从以上两个分型面的比较可以很容易的看出应该选择第一个分型方法，有利于模具成型。

3.2确定型腔的数目及排列方式
3.2.1模腔数量的确定
塑件的生产属大批量生产，宜采用多型腔注塑模具，其型腔个数与注塑机的塑化能力，最大注射量以及合模力等参数有关，此外还受制件精度和生产的经济性等因素影响，有上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量；
3.2.1.1.按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1
N1=（F/PC）/A－B/A (式3.1) 其中： F 注塑机的锁模力 N
PC 型腔内的平均压力MPa
A 每个制件在分型面上的面积（㎜2）
B 流道和浇道在分型面上的投影面积（㎜2）
B 在模具设计前为未知量，根据多型腔模具的流动分析B为（0.2～0.5），常取B=0.35，熔体内的平均压力取决于注射压力，一般为25～40MPa实际所需锁模力应小于选定注塑机的名义锁模力，为保险起见常用0.8F则
N1=0.6F/APC=500000×0.6/30×342=29.2 （个）
3.2.1.2.注射机注塑量确定型腔数目N2
N2=（G－C）/V
其中： G 注射机的公称注塑量（㎜3）
V 单个制件体积（㎜3）
C 流道和浇口的总体积（㎜3）
生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的0.75～0.45倍，取0.6倍计算，同时流道和浇道的体积为未知量，据统计每个制品所需浇注系统是体积的0.2～1倍，现取C=0.6则
N2=0.6G/1.6V=0.375G/V=60×0.375
=10.7（个） (式3.2) 从以上讨论可以看到模具的型腔个数必须取N1，N2中的较小值，在这里可以选取的个数是2，4，6，8，10个，考虑的制件的取出和模具的开模等情况，以及模具的主流道长度最好小于60mm，以防止因为注塑压力的降低而带来的制件充型不足等缺陷。

我们所设计的端盖注塑模具采用一模两腔的方案，即N=2 3.2.2型腔的排列方式
图3-2流道分布
本塑件在注塑时采用一模两腔,综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素采取如图3-2所示的型腔排列方式。

采用的型腔3-2排列方式的最大优点是便于设置侧向分型抽芯机构，其缺点是熔料进入型腔后到另一端的料流长度较大，但因本塑件较小，故对成型没有太大影响。

若采用如图3-2所示的型腔排列方式，显然料流长度较短，但侧向分型抽芯机构设置则相当困然，势必成倍增大模具结构的复杂程度。

所以应该采用2-2-2-1的排列方式。

3.3浇注系统设计
3.3.1 主流道设计
根据XS-ZY-125型注塑机喷嘴的有关尺寸
喷嘴前端孔径： d0=Ф4mm
喷嘴前端球面半径： R0=12mm
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R=R0+（1～2）mm
D=d0+(0.5～1)mm
取主流道的球面半径： R=13mm
取主流道的小端直径d=Ф4.5mm
为了方便将凝料从主流道中拔出，将主流道设计为圆锥形式其斜度取1～3度经换算得主流道大端直径D=Ф8.5mm，为了使料能顺利的进入分流道，可在主流道的出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。

3.3.2分流道设计
分流道的形式和尺寸应根据塑件的体积，壁厚和形状的复杂程度来确定分流道的长度的。

由于塑件的形状比较简单，尼龙1010的流动性好，冲型能力比较好，因此可采取梯形分流道，便于加工。

根据主流道大端直径D=Ф8.5mm，则梯形可选用上底为b=5.5mm,高为h=8mm的截面。

截面形状为U型，在流道设计中要减小压力损失，则希望流道的面积大。

要减少传热损失，又希望流道的面积小。

因此可用流道的面积与周长的比值来表示流道的效率。

U型实质上是一种双梯形流道截面，效率为0.195D。

分流道的尺寸：
尼龙1010 分流道直径/mm 3.8-7.5
选取6mm
分流道表面粗糙度：
分流道表面不要求太光洁，表面粗糙度常取1.25—2.5R
μm，这可增加对
a
外层塑料熔体流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。

有利于保温。

但表面不得凸凹不平，以免对分型不利。

3.3.3浇口设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想。

设计时考虑选择从塑件的表面进料，而且在模具结构上采取镶拼型腔﹑型心，有利于填充﹑排气。

故采用截面为矩形的侧浇口，查表初选尺寸为（b×l×h）1mm
×0.8mm×0.6mm,试模时修正。

3.3.4排气结构的设计
在注塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进入模具型腔内，气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡，甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。

排气方式有两种：开排气槽排气和利用合模间隙排气。

由于端盖注塑模是小型镶拼式模具，可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气，而不需在模具上开设排气槽。

（尼龙1010塑料的最小不溢料间隙为0.03mm，间隙较小，再加上尼龙1010的流动性较好，也不宜开排气槽）
3.3.5主流道衬套的选取
为了提高模具的寿命在模具与注塑机频繁接触的地方设计为可更换的主流道衬套形式，选取材料为T8A，热处理以后的硬度为53～57HRC，主流道衬套和定模的配合形式为H7/m6的过渡配合。

3.4抽芯机构设计
此设计的塑件侧壁有两个修袄突台,它们均垂直于脱模方向,阻碍成型后塑件从模具脱出.因此成型小突台的零件必须做成活动的型心,即必须设置抽芯机构.本模具采用斜销抽芯机构.
3.4.1确定抽芯距
抽芯距一般大于侧凹的深度本副模具设计中必须高于制件最小高度的一半 H1=B2/2=22.5/2=11.25mm
另加3～5mm的抽芯安全系数，可取抽芯距为15mm
3.4.2确定斜销的倾角
斜导柱的倾角a是斜销机构的主要技术参数，它与抽拔距和抽芯距有直接关系，一般取15°～25°本副模具取a=20°
3.4.3确定斜销的尺寸
斜导柱的直径取决于抽拔力及倾角可按设计资料有关公式进行计算，本例可采用经验估值，取斜导柱的直径d=Ф16mm
3.5成型零件结构设计
凹模的设计
本副模具采用整体式凹模结构，由于制件结构简单，模具牢固，不易变形，制件没拼界逢，适用用于本制件的模具。

如图3.5所示：
图3.5 凹模
材料选用T8A, 硬度在50HRC以上.
根据分流道与浇口的设计要求，分流道与浇口设在凹模型腔上其结构见上图所示。

4.端盖注塑模具的有关计算
本例中成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸，平均收缩率平均制造公差和平均磨损率来计算。

查常用塑料的收缩率塑料尼龙1010的成型收缩率为S=0.5～4.0％，故平均我们取为Scp=0.5％。

考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取Б=Δ/3。

表4.1 凹模工作尺寸的计算
塑件尺寸计算公式型腔工作尺寸120 Lm=(Ls+LsScp％－3/4Δ)+Б119.95+0.05
114 Lm=(Ls+LsScp％－3/4Δ)+Б113.95+0.07
40 Lm=(Ls+LsScp％－3/4Δ)+Б39.96+0.08
成型Φ34mm的型芯：
图4.1.1 型芯
成型φ10mm孔的型芯：
图4.1.2型芯
材料选用T8A, 硬度在50HRC以上.
成型零部件的制造误差：
成型零部件的制造误差包括成型零部件的加工误差和安装误差，配合误差等几个方面。

设计时一般应将成型零部件的制造公差控制在塑件的1/3左右，通常取IT6—9级，综合考虑取IT8级。

5.模具加热和冷却系统的设计
塑料在生产过程中由于需要对熔融的塑料流体进行冷却，塑料制件不能有太高的温度（防止出模后制件发生翘曲，变形）冷却系统设计可按下式进行计算：设该模具平均工作温度为60°，用20°的常温水作为模具的冷却介质，其出口温度为30°，产量为（1分钟2模）1000g/h。

5.1求塑件在硬化时每小时释放的热量为Q3
查有关文献得尼龙1010的单位热流量为Q2=314.3～398.1J/g ,取Q2=350J/g：
Q3=WQ2=1008g/h×350J/h=352800J (式5.1)
5.2求冷却水的体积流量V
V=WQ1/Pc1(T1－T2)
=352800/60×1/1000×4.2－（30－20）=140cm3 (式5.2) 温度调节对塑件的质量影响主要表现在以下几个方面：
变形尺寸精度力学性能表面质量
在选择模具温度时，应根据使用情况着重满足制件的质量要求。

在注射模具中溶体从200℃0C,左右降低到600C左右，所释放的能量5％以辐射，对流的方式散发到大气中，其余95％由冷却介质带走，因此注射模的冷却时间只要取决与冷却系统的冷却效果。

模具的冷却时间约占整个循环周期的2/3。

缩短循环周期的冷却时间是提高是提高生产效率的关键。

表5.2 冷却水道参数
冷却水道直径d/（mm）最低流量v
/（m/s）
流量
qv/（m3/min）
12 1.10 7.4×10－３
6.模具闭合高度确定
在支撑板与固定零件的设计中根据经验确定：定模板厚度H1=42mm，斜楔块厚度为H2=34mm，腔板型芯固定板厚度为H3=28mm，推件板厚度为H4=16mm，垫块厚度H5=73mm动模板厚度H6=27mm(考虑模具的抽芯距)如下图所示：
6.1计算模具的闭合高度：
H=H1＋H2＋H3＋H4＋H5
=25＋46＋23＋70＋25＋31
=220mm (式6.1)
6.2．校核注塑机的开，合模空间
6.2.1 模具合模时校核：
110mm<220mm<277mm （模具符合注塑机的要求）
6.2.2：模具开模时校核：
110mm<220mm＋15mm<200mm （模具符合注塑机的要求）
7.冷却系统的简单计算
7.1单位时间内注入模具中塑料熔体的总质量W
①塑料制品的体积
V=8.358错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。

②塑料制品的质量=W=V错误！未找到引用源。

=0.0087KG
(式7.1)
③塑件壁厚为2mm，查文献可知冷却时间为此37秒，取注射时间错误！未找到引
用源。

，脱模时间错误！未找到引用源。

则注射周期t=错误！未找到引用源。

=46.5s (式7.2)
N=(3600/46.5)=77次
④单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W=N错误！未找到引用源。

m=77×
8.7=673.5g
7.2确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量
由文献可知,HDPE的单位热流量错误！未找到引用源。

的值的范围在(690～810)KJ/kg之间,故可取错误！未找到引用源。

=690KJ/kg
7.3计算冷却水的体积流量
设冷却水道入口的水温为错误！未找到引用源。

,出口水温为错误！未找到引用源。

,取水的密度错误！未找到引用源。

,水的比热容c=4.187KJ/(kg错误！
未找到引用源。

根据公式有
错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

=1.35错误！未找到引用源。

(式7.3)
7.4确定冷却水路的直径
当错误！未找到引用源。

1.35错误！未找到引用源。

时,由文献可知为了使冷却水处于湍流状态,取模具冷却水孔直径d=20mm
7.5冷却水在管内的流速
错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

=0.71＞
0.66m/s 合理 (式7.5)
7.6冷却管壁与水交界面的膜转热系数h
因为平均水温为23.5℃，查文献[]有f=6.65
h =错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

=11628.5KJ/错误！未找到引
用源。

(式7.6)
7.7计算冷却水通道的导热总面积A
错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

(式7.7)
7.8计算模具冷却水管的总长度L
L=错误！未找到引用源。

(式7.8) 冷却水路的根数x,设每条水路的长度均为l=400mm,则冷却水路的根数为: x=L/l=796/400=1.99根 (取2根)
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：中国轻工业出版社，2000。