轴承盒盖设计说明书

课程设计

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目录

一．设计任务书--------------------------------------------------------------------------------3 二．塑件成型工艺分析--------------------------------------------------------------------4

1.塑件成型特性-----------------------------------------------------------------------------------4

2.塑件的结构工艺--------------------------------------------------------------------------------5

3.初选注射机--------------------------------------------------------------------------------------6

4.确定冷却方式-----------------------------------------------------------------------------------6

5.确定成型设备-----------------------------------------------------------------------------------7 三．分型面的选择及浇注系统的设计--------------------------------------------7

1.分型面的选择----------------------------------------------------------------------------------7

2.浇注系统的设计-------------------------------------------------------------------------------8 四．模具设计的方案论证----------------------------------------------------------------9

1.型腔的布局---------------------------------------------------------------------------------------9

2.成型零件的结构--------------------------------------------------------------------------------10

3.推出机构的确定--------------------------------------------------------------------------------10

4.合模导向机构的设计--------------------------------------------------------------------------10

5.冷却系统的设计论证--------------------------------------------------------------------------11 五．主要零部件的设计算----------------------------------------------------------------11

1.成型零件的成型尺寸计算---------------------------------------------------------------------11

2.型腔壁厚的确定---------------------------------------------------------------------------------13

3.标准模架的确定--------------------------------------------------------------------------------13 六．注射机有关参数的核----------------------------------------------------------------13 七．型腔和凸模固定板加工卡--------------------------------------------------------15

1.型腔加工工艺过程----------------------------------------------------------------------------15

2．凸模固定板加工工艺卡--------------------------------------------------------------------16 八．装配图-----------------------------------------------------------------------------------------17 九．附录---------------------------------------------------------------------------------------------18 参考文献-------------------------------------------------------------------------------------21 设计体会------------------------------------------------------------------------------------22

一．设计任务书

图1塑件

按图1的要求，进行塑件的设计；

塑件材料：聚乙烯

二．塑件成型工艺分析

1.塑件成型特性

低密度聚乙烯（LDPE）又称高压聚乙烯，为支链型线型分子结构的热塑性塑料。其洁净度为55﹪～65﹪，相对分子质量较小，密度为0.91～0.94g/3

cm，压缩比为1.84～2.3，比热为2.30J/(g2℃)。低密度聚乙烯的化学稳定性较高，能耐大多数酸、碱及盐的侵蚀，但不耐强氧化酸的腐蚀；除苯及汽油外，一般不溶于有机溶剂。低密度聚乙烯耐低温性能好，在-60℃下仍具有较好的力学性能，但其使用温度不高（在80℃以下）。低密度聚乙烯在热、光及氧的作用下会发生老化变脆，力学性能和电性能下降。在成型时，氧化会引起熔体黏度下降和变色，产生条纹，影响塑件质量。因此，需添加抗氧化剂及紫外线吸收剂等。

低密度聚乙烯的成型特性为：

⑴成型型好，可采用注射、挤出及吹塑等成型加工方法。

⑵吸湿性小，成型前可不干燥。

⑶熔体黏度小，流动性好，溢边值为0.02 mm；流动性对压力铭感，宜采用较高的压力注射。

⑷可能发生熔体破裂，与有机溶剂接触会发生开裂。

⑸成型温度范围为160～240℃.熔融温度低且塑件质量轻，塑件可采用柱塞式注射机成型。应严格控制模具温度，一般以35～65℃为宜，模具应采用调质处理。

⑹冷却速度慢，必须充分冷却，模具设计时应有冷却系统。

⑺收缩率大而且波动范围大，应控制模温，保证冷却均匀稳定。

⑻易产生应力集中，应严格控制成型条件，塑件成型后应进行退火处理，以消除内应力；塑件壁厚宜小，应避免有尖角，脱模斜度宜取1°～3°。

⑼质软易脱模，当塑件有浅侧凹（凸）时，可强行脱模。该塑件的螺纹成型应采用强行脱模方式。

2.塑件的结构工艺

⑴塑件的尺寸精度分析

该塑件的尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT7级精度查取公差，塑件上主要尺寸的公差要求见表1.

表1 塑件上主要尺寸的公差要求（按MT7精度查取）

⑵塑件表面质量分析

对该塑件表面特殊要求。一般情况下，表面要求光洁，表面粗糙度Ra可以取

0.8μm；没有特殊要求的塑件内部表面粗糙度Ra可取3.2μm。

⑶塑件的结构工艺性分析

从图纸上分析，该塑件的外形基本上为回转体。最大外形为φ70厚2.5mm的环形边。中间为φ52的圆筒，中间为φ32的圆形通孔。内部是高15.5mm宽2.5mm 的和宽为4mm的环形槽。

综合来看，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。

3.初选注射机

⑴计算塑件体积或重量

①塑件的体积计算：通过三维造型可获得圆形上壳罩的体积V≈14.63

cm。

②塑件的质量计算：查有关手册，取低密度聚乙烯的密度为ρ=0.92 g/3

cm，所以塑件的质量为ω=ρV=14.6 0.92=1g

⑵确定型腔数量

考虑到塑件的结构，还有注射机的选择，决定采用一模两件的模具结构，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

⑶确定注射机成型的工艺参数

根据所选用塑料（LDEF）的特性和本设计中塑件自身的成型特点，查阅有关资料，确定注射成型工艺参数，见下表2.

表2 注射成型工艺参数

4.确定冷却方式

虽然塑件的体积、壁厚不大，但该塑件生产类型为大批量，加上低密度聚乙烯比热容大、冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计时要求有冷却系统，所以该模具应采用冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短成型周期，提高生产率。

5.确定成型设备

由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：W=2ω+

ω=2313.432+13.432320％=29.5504g。

废料

根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选SZ125/630型注射机。据查有关资料列出该注射机的主要参数，见下表3

表3 SZ125/630型注射机参数

三.分型面的选择及浇注系统的设计

1.分型面的选择

该塑件为圆筒形壳盖，外形表面质量要求较高。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如图2所示。

a b

如果按如图5-a所示的分型面分型，则塑件分别由两个模板成型，由于合模误差的存在，会使塑件产生一定的同轴误差，且飞边不易清除；而按照图5-b所示的分型面分型，则塑件整体由一个模板成型，消除了由于合模误差使塑件产生同轴度误差的可能。因此，决定采用如图5-b的分型面。

另外，为了提高自动化程度和生产率，减少低密度聚乙烯的取向变形以及保证塑件表面质量，决定采用点浇口；而模具采用了双分型面结构，一个分型面用于成型塑件，另外一个分型面用于取出浇注系统凝料。

2.浇注系统的设计

⑴主流道设计

由表4可知，SZ125/630型注射机喷嘴的有关尺寸为：

喷嘴孔直径

d=4mm；

喷嘴前端球面半径S

R=15mm。

根据模具主流道与喷嘴的关系得到：

主流道进口端球面半径SR= S

R+(1～2)=15+(1～2)mm，取SR=17mm；

为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度取4°；同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=5mm的圆弧过渡。主流道衬套采用可拆卸更换的浇口套，其形状及尺寸按照常用浇口套设计；为了能与注塑机的定位圈相配合，采用外加定位环的方式，这样不仅减小了浇口套的总体尺寸，还避免了浇口套在使用中的磨损。

⑵分流道设计

该塑件的体积比较小，形状比较简单，壁厚均匀，且塑料的流动性好，可采

用单点进料的方式。为了便于加工，采用最常用的半圆形截面分流道。根据设计经验一般半圆形截面取D=4mm如下图3所

⑶浇口设计

由于该塑件外观质量要求较高，所以浇口位置和大小应以下不影响塑件的外观质量为前提。同时，也应尽量使模具结构更简单。根据对该塑件的结构分析，并结合已确定的分型面位置，选择如图4所示的位置。浇口为方形，尺寸长度=1mm，高度=1mm。

图3 分流道截面形状图4 浇口的位置

四．模具设计的方案论证

1.型腔的布局

由于塑件的外形是圆形，各方面尺寸一致，且塑件结构简单，不需要侧向分型，因此我们的排列方式有2种一种是左右对称分布在模板两侧一种是前后放置。如果采用左右放置的方式我们选用的模架模板的宽度尺寸将会很大这样就加大了设计成本，而选取前后放置模板的宽度比较小成本低。所以采用前后对称放置，如图4所示。

图5 型腔的排列方式

2.成型零件的结构

⑴模具的型腔采用整体式

整体式型腔是直接加工在型腔板上的，有较高的强度和刚度，使用中不易发生变形。由于该塑件尺寸较小，最大处也只有 70mm，且形状简单，型腔加工容易实现，故可以采用整体式结构。

⑵模具的型芯采用整体镶嵌式

整体镶嵌式型芯可节省贵重模具钢，便于机加工和热处理，修理更换方便，同时也有利于型芯冷却和排气。由于该塑件具有两个环形槽，考虑到型芯加工制造方便和降低模具成本，故采用整体镶嵌式型芯。

3.推出机构的确定

根据塑件的形状特点，确定模具型腔在定模部分，模具型芯在动模部分。塑件成型开模后，塑件与型芯一起留在动模一侧。该塑件有环形凹槽，凹槽部分由整体镶嵌式型芯成型的。由于成型该塑件的塑料（LDPE）有很好的弹性，可以采用强制脱模的方式，但需要较大的脱模力，故采用推件板推出机构。

4.合模导向机构的设计

该塑件精度要求不算高，塑件形状、型腔分布对称，无明显单边注射侧向力，可采用最为常见的导柱导向定位机构。在动模板、推件板、定模板间使用四根导柱，导柱的长度要确保推件板推出塑件后不脱落。在定模座与定模板间采用四根限距拉杆，不仅起到限制第一次分型距的作用，同时还起到导向定位定模座

与定模板的作用。

5.冷却系统的设计论证

该塑件采用大批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产率；且低密度聚乙烯为结晶型塑料，成型时需要充分、均匀冷却。因此，该模具的凹模冷却是在定模板上开出冷却水道，采用冷却水进行循环冷却型腔；而型芯的冷却则采用内部加装铜管喷流冷却的方式，其进出水孔开在支撑板上，冷却水道的设计如下图5.

（a）型芯喷流式冷却回路（b）定模板上循环冷却回路

图5 冷却水道设计

五.主要零部件的设计计算

1.成型零件的成型尺寸计算

该塑件的材料是一种收缩范围较大的塑料、，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。前面已经查得低密度聚乙烯的收缩率为1.5％～3％，故其平均收缩率为

S=(1.5+3) ％/2=2.25％=0.0225

cp

根据塑件尺寸公差的要求，模具的制造公差取

δ=△/3.

z

成型零件尺寸的计算见下表4

表4 成型零件尺寸的计算

2.模具型腔壁厚的确定

采用经验数据法，依据直径φ70mm查阅设计手册表9-25，得到型腔的推荐壁厚为25mm。

3.标准模架的确定

本塑件采用侧浇口注射成型，根据模具结构形式、型腔数量、塑件尺寸、冷却水道的分布等因素，查设计手册8-26和表8-27，选择BI-2035-A50-B70-C70型标准模架。

六．注射机有关参数的校核

a)模具闭合高度的确定

组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有：

定模座板为

H=25mm；

1

型腔板为

H=50mm；

2

推件板

H=20mm；

3

型芯固定板为

H=70mm；

4

支撑板为

H=30mm；

5

垫铁为

H=70mm；

6

动模座板7H =25mm ； 则该模具闭合高度为

H=1H +2H +3H +4H +5H +6H +7H =25+50+20+70+30+70+25=290mm

b) 模具闭合高度的校核

由于SZ125/630型注射机所允许的模具最小厚度min H =150mm ；模具最大厚度max H =300mm ，而计算得模具闭合高度H=290mm ，所以模具闭合高度满足min H ≤H ≤max H 的安装条件。

c) 模具安装高度的校核

该模具的外形最大部分尺寸为300mm 3350mm,SZ125/630型注射机模板最大安装尺寸为370mm 3320mm ，故能满足模具安装的要求。

d) 模具开模行程的校核

开模行程也叫做合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，用符号S 表示。SZ125/630型注射机的最大开模行程max S =270mm 。为了使塑件成型后能够顺利脱模，确定该模具的开模行程S 应满足

max

S ＞H+H(3

1+

3

2)=18+6=24mm

式中 H ——塑件高度，mm ；

因max S =270mm ＞24mm ，故该注射机的开模行程满足要求。

e) 注射量的校核

在一个注射成型周期内，注塑模具内所需的塑料熔体总量（W ）与模具

浇注系统的容积和型腔容积有关，计算如下：

W=N ω+废料ω=2313.432+13.432320％=29.5504g 式中 N —型腔数量；

ω—单个制品的质量或体积，g 或3cm ；

废料ω—浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积，g 或3cm ；

SZ125/630型注射机额定注射量为w=1253cm ，为使注射成型过程稳定可靠，

应有

W=（0.1～0.8）w=12.5～1003

cm 因此，该注射机的注射量满足模具的要求。七.型腔和凸模固定板加工工艺卡

八.装配简图

九、附录

附录Ａ

模具材料

1、渗碳钢

渗碳钢含碳量一般在0.1%~0.25%范围内，退火状态硬度较低，具有良好的切削性能和良好的塑性，可以采用冷挤压成型法制造模具。渗碳后经淬火、低温回火处理，模具表面具有高硬度、高耐磨性及抛光性，同时具有一定的强度和韧性，从而保证模具的使用性并有效地提高模具使用寿命。

常用的渗碳钢有碳素低碳钢10、20钢及合金钢20Cr、12CrNi2、12CrNi3A 等。

碳素低碳钢因其淬透性较差，因而只适用承受载荷较小，要求不高的模具。合金低碳钢与碳素低碳钢相比，其淬透性较好，故只适用做截面较大、承受较大载荷的塑料模具。

用渗碳钢制造模具，因其周期长，渗碳设备及批量的限制而较少使用。

2、调质钢

塑料模具所用调质钢为中碳钢如45、55钢等碳素钢及40Cr、3Cr2Mo、4CrT5MoSiV1等合金钢。

用调质钢制造塑料模具，在退火状态下进行粗加工，在进行调质处理，最后进行精加工，或在调质或正火处理后，直接进行粗加工和精加工，避免或减少模具热处理是产生变形和裂纹等缺陷。

碳素调质钢45钢是常用的塑料模具钢，具有良好的切削性能，但因其淬透性较差，回火后强度和硬度较低，较适用的硬度为HRC33~38，所以只适用小型或生产批量小的塑料模具。

对于塑料制品批量较大，型腔复杂的中型或大型塑料模具，宜采用合金调质

钢。这类钢在预硬化处理后硬度一般为HRC42~48。

3、高碳工具钢

高碳工具钢如CR12、CR12MOV、CRWMN、9MN2V等，经淬火和低温回火后具有高硬度和高耐磨性。因此，常被用于制造热固性塑料模具或要求耐磨的热塑性塑料（如玻璃纤维增强的热塑性塑料）模具。这类钢经热处理后的适宜硬度为HRC58~60

4、耐蚀钢

耐蚀钢的耐蚀性主要与其化学成分有关，耐蚀钢基本是属于含铬量较高的不锈钢。用耐蚀钢加工模具其表面不用进行镀铬。常用的耐蚀钢有4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4V等马氏体不锈钢。

5、马氏体时效钢

马氏体时效钢是超低碳的超高强度钢。超低碳马氏体时效钢具有良好的加工性、焊接性、耐蚀性及镜面加工性。马氏体时效钢在固溶状态下的硬度为HRC30~35，经480 C时效3~6h后，其硬度可达HRC50以上，而且时效过程中产生的变形很小。因此，采用马氏体时效钢制造模具，可在固溶状态下进行机械加工后再进行时效处理，以获得模具所需的硬度和强度。马氏体时效钢适合制造大型复杂、精密度要求高、耐磨耐蚀的塑料模具钢。

常用的马氏体时效钢有：Ni18Co8Mo5TiAl、Ni20Ti2AlNb、Ni25Ti2AlNb、Cr5Ni12Mo3TiAl0.

附录Ｂ

塑料模具主要构件的材料及热处理硬度

注：①支承柱兼作推板导柱时，支承柱材料用T8A、T10A、GCr15，热处理硬度HRC55～60。

附录Ｃ

塑料模常用成型零件的材料及热处理