骨架的注塑模具设计

塑料成型工艺与模具设计课程设计设计课题_________________________________________说明书系部现代制造工程系专业模具设计与制造班级学生姓名指导教师2012 年 5 月 18 日塑料成型工艺与模具设计任务书_现代制造工程 _系_模具设计与制造_专业__________班姓名__________一、设计课题_________________________________________二、设计工作自_2012_年 5月_14_日起至_2012_年5月_18_日三、设计进行地点：___CAD/CAM机房______________四、课程设计的内容要求：1.对教师指定的塑料件进行工艺设计，包括塑件成型工艺分析、分型面及浇注系统的确定、塑料模具设计的方案论证、主要零部件的设计计算、注射机有关参数的校核；2.完成一套塑料模的设计，包括确定模具结构尺寸、绘制该塑料模的总装配图和主要零件图；3. 编写设计计算说明书（20～25页）。

现代制造工程系模具教研室2012.5.18第一章塑件工艺分析1、塑件的原始材料分析该材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS塑料）ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成，收缩率为0.3%~0.8% 。

ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。

从使用性能上看，该塑料具有极好的抗冲击强度，有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。

从成型性能上看，该塑料在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。

在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60℃，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60~80℃。

2、塑件的结构、尺寸精度及表面质量分析1、结构分析从零件图上分析，该零件总体形状为回转体，在一个直径为38mm高为17mm的圆柱中间有一个直径为16mm高为11mm和一个直径为19mm高为6mm的台阶孔，然后留壁厚为 1.5mm。

该塑件有凹槽，因此，模具设计时必须设置侧向分型抽心机构，该零件属于中等复杂程度。

2、尺寸精度分析该塑件所有尺寸的精度为IT4级，对塑件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。

从塑件的壁厚上来看，该塑件的所有壁厚均匀，都为1.5mm，有利于塑件的成型。

3、表面质量分析对该塑件表面没有什么要求，故比较容易实现。

综合以上分析，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

.3、 明确塑件生产批量该塑件要求大批量生产。

4、估算塑件的体积和重量按照图2 塑件各部分体积近似计算：3218.19270171914.3V mm =⨯⨯=总321m m 1700.3169.53.14 V =⨯⨯=3222m m 4521.66)11-(193.14 V =⨯⨯=3223mm 6801.258)9.5-(193.14 V =⨯⨯=324m m 2210.561183.14 V =⨯⨯=故塑件的体积为：33cm 4.044036.46mm 2210.56-6801.25-4521.6-1700.31-19270.18V ===塑件重量为g 4.28244.041.06v G S =⨯=⨯=ρ式中ρ为塑料密度(ABS 的密度307.1~04.1cm g =ρ)5、分析塑件的成型工艺参数干燥处理：ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。

建议干燥条件为80~90C 下最少干燥2小时。

材料温度应保证小于0.1%。

熔化温度：210~280℃；建议温度：245℃。

模具温度：25~70℃。

（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。

注射压力：50~70MPa 。

注射速度：中高速度。

根据塑件形状及尺寸采用一模二件的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册初选螺杆式注射机：XS —Z —60。

第二章确定模具结构方案1、脱模原理制品为骨架。

该模具采用斜导柱抽心机构来实现垂直分型动作。

锁紧锲与定模板做成整体，确保凹模滑块14的定位锁紧。

工作原理模具分流道与侧浇口开设在垂直分型面II—II上，并由骨架凸翼腔底进料。

开模时，I—I分型面分型，斜导柱3带动凹模滑块14做II—II垂直分型面分型。

最后，由推板4推出塑件制品。

如图3：图3 模具结构原理图2、确定型腔数量及布局形式该塑件在注射时采用一模二件，即模具需要二个型腔。

综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素拟采取图4所示的型腔排列方式。

3、选择分型面确定分型面位置如图5：图5 分型面位置4、确定浇注系统与排气系统（1）浇注系统形式采用普通浇注系统，由于二型腔模，必须设置分流道，用潜伏式浇口形式从零件内部进料，利用分型面间隙排气。

（2）主流道设计根据《塑料成型工艺与模具设计》初步得XS －Z －60型注射机喷嘴的有关尺寸：喷嘴前端孔径：mm 4d 0φ=；喷嘴前端球面半径：mm 12R 0=；根据模具主流道与喷嘴的关系：m m 2)~(1R R 0+=mm 1)~(0.5d d 0+=取主流道球面半径：mm 13R =；取主流道的小端直径mm 5d φ=；为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为︒6~2，取︒4，经换算得主流道大端直径为mm 8D φ=。

（3）分流道设计分流道的形状和尺寸分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速度、分流道的长度等因数来确定。

本塑件的形状不复杂，熔料填充型腔比较容易。

根据型腔的排列方式可知分流道的形状长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，查表得mm2.5R=。

分流道的表面粗糙度由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般Ra 取m1.6μ左右，这可增加对外层塑料熔体的阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。

（4）浇口的设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用潜伏式浇口较为理想，如图6。

设计时在模具结构上采取瓣合式型腔，潜伏式浇口的锥角取︒︒20~10。

图6 潜伏式浇口示意图查表选尺寸为直径mm1φ,试模时修正。

（5）排气系统该模具为小型模具，可利用分型面间隙排气，该分型面位于熔体流动的末端。

5、选择推出方式该塑件为簿壁塑件，综合各个因素，选定为推板推出机构，如图7。

为了防止推板刮伤凸模，推板内孔应比凸模成型部分大mm25~mm0.20外，将凸模和推板的配合做成锥面，以防止因推板偏心而出现飞边，其单边斜度︒10左右为易。

图7 顶出方式第三章模具设计的有关计算1、型芯和型腔工作尺寸的计算查表塑料ABS收缩率：0.3%~0.8%。

平均收缩率：0.55%0.8%)/2.3%0(S=+=-计算如下表：类别尺寸类型塑件尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸型腔的计算径向尺寸的计算φ38ZZSMLSLδδ+-+∆-+=]43)1[()(φ087.001.38+φ22φ073.096.21+φ19φ073.094.18+1.504.042.1+深度尺寸的计算8ZZSMHSHδδ+-+∆-+=]32)1[()(053.094.7+6047.094.5+1.504.043.1+2、侧壁厚度与推板厚度的计算侧壁厚度该型腔为组合式。

因此，型腔的强度和刚度按组合式进行计算。

由于型腔壁厚计算比较麻烦，也可以参考经验推荐数据。

查表 型腔侧壁厚表，取mm S 20=。

推板厚度[]3474.0δE pr H = 其中查，MPa E 5101.2⨯=，[]δ可取制品轴向尺寸公差的1/10，取[]mm 03.0=δ，p 由表4.1取MPa 30。

35400003.0101.28.03074.0⨯⨯⨯⨯=Hcm 13.1=≈ mm 163、斜导柱等侧抽芯有关计算斜导柱的设计与计算斜导柱的倾斜角α取︒5.22。

则脱模力的计算为：)k)(1m (12f f L S E r F t +++⨯⨯⨯⨯⨯=πt F —脱模力（推出力）（N ）E —塑料弹性模量（2cm N ，ABS 塑料取25100.2cm N ⨯） S 塑料的平均成型收缩率（mm mm ） L 包容凸模的长度（cm ）f 塑料与刚的摩擦系数（ABS 塑料取0.2） m 塑料的帕松比（取0.3）rt t k ⨯+=2222γt 塑料平均壁厚(cm ) r 圆柱半径(cm ))2.0)(187.53.0(12.07.10055.02000009.1222+++⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πt F97.1393=（N ）查 表 取KN F w 10=。

再查表 得mm d 16=在斜导柱的设计中斜导柱采用了理论上最佳的斜角：︒5.22，直径取mm 16。

先计算抽心距：mm r R S )3~2(22+-=抽其中：R —塑件的大圆盘半径r —塑件的最小的腰部外圆半径)3~2(5.91922+-=抽S )3~2(45.16+≈mm 19=然后在CAD 里根据抽心距算出斜导柱的长度，如图8：图8 斜导柱长度的计算其强度校核：αcos 抽弯F F =其中：弯F —斜导柱所受的弯曲力（N ） 抽F —抽拔力（N ）α—斜导柱的斜角N F F 8.15085.22cos 97.1393cos =︒==α抽弯w F F <弯，所以斜导柱强度合格。

斜滑块（型腔）的设计 斜滑块设计如图9：图9 斜滑块楔紧块的设计本模具采用楔紧块与定模板制成一体的整体式结构。

如图10图10 楔紧块导滑条的设计导滑条的设计如图11：图11 导滑条斜滑块的导滑长度不能太短，一般应保证滑块在完成抽拔动作后，留在导滑条中的长度不小于有效长度的32，经计算，该滑块在完成抽拔动作后留在导滑条中的长度为mm 5.47，总的有效长度为mm 5.65，所以导滑条的长度足够。

4、冷却与加热系统本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，所以在模具上可不设加热系统。

是否需要冷却系统可作如下计算设定模具平均工作温度为50℃，用常温20℃的水作为模具冷却介质，其出口温度为30℃，产量为（初选每二分钟一套）h kg 257.0。

故冷却水体积流量： )(6021T T c MqV -=ρ式中：V —冷却水体积流量，（min 3m ）M —单位时间注射人模具内的树脂质量，（h kg ）q —单位时间内树脂在模具内释放的热量，（kg J ，ABS 为J/kg 104~3 5⨯）c —冷却水的比热容，（J ） ρ—冷却水的密度，（3m kg ） 1T —冷却水出口处温度，（℃） 2T —冷却水进口处温度，（℃）)2030(100.1102.460104257.0335-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=Vm in 1041.034m -⨯=查表可知所需的冷却水道直径非常小。