Y型密封圈模具设计说明书

第一章塑件及材料的工艺性分析

1．1 设计任务的原始依据

本次设计是由指导老师以样件的形式为我们下达的设计任务，要求我们设计一套成型自选样件注射模具。我所设计Y型密封圈样件的塑料制品图如图1-1所示。该塑件的材料为TPU，塑件的使用精度为一般精度要求，塑件外表面光滑、无飞边毛刺及明显的熔接痕，侧面不允许有浇口痕迹。塑件的强度和刚度要满足装配及其他方面的使用要求。

该塑件的生产属于较大批生产。生产条件为卧式中小型注射机。

图1-1Y形密封圈塑料制品图

1．2 塑件的工艺性分析

1. 塑件的材料特性和成型性能分析

塑件材料为TPU，查手册知TPU塑料的收缩率为1%。热塑性聚氨酯弹性体，具有高张力、高拉力、强韧和耐老化，抗撕裂性的特性。挤出级系列（硬度75A-64D）以表面光泽度分为光面及雾面两种，成形性良好，表面无麻点、应用于弹性肩带、各种线材、装饰材料、运动器材、服装辅料、密封材料等领域。

2. 材料的工艺性分析

TPU塑料可以使用螺杆注射机。一般使用螺杆注射机时得工艺条件如下：

料筒温度后段130～180℃；

中段，前段150～210℃；

注射压力80～120Mpa；

模具温度20～40℃；

注射时间15～20s；

保压时间15～20s；

冷却时间20～40s。

成型TPU90塑料时，熔融粘度对温度依存性大。温度过高则粘度降低，树脂一流动，容易产生溢料孔隙、凹凸收缩等不良现象；

3. 浇口的选择

TPU在浇口、方面没有特别的限制，用浇口粗、倾角大的模具在脱模时十分方便。比通用树脂的大些。但须注意采用点状空隙节流孔时孔直径要大于Φ0.7mm,否则树脂填充不好得不到好的制品。

4. 成型零件的结构设计

为了方便加工和热处理，型芯、型腔均采用整体式结构。

1.3 型腔数目的确定

根据塑件形状简单，但形状较大，生产批量较大及尺寸精度要求，应使用单型腔注射模具，故模具采用一模一腔。

按照塑料件图所示（小沟、槽等部位简化）近似计算：

单件塑件体积为： VS≈14.539cm3

查手册知塑料LDPE的密度为1.10～1.25g/cm3(取平均密度为1.175g/cm3) 由制品尺寸计算出单件塑件重量为ms=14.539 x 1.175 = 17g

1.4 塑件推出方式确定的

由于塑件形状为圆环形，由于是高端密封件所以使用推杆推出容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用；由于塑件柔软，单独使用推件板推出时容易使塑件变形。所以选择导柱兼推杆综合推出机构完成塑件的推出，这种方法使推出力均匀，塑件在推出时变形小，推出可靠，强制脱模容易。推出方式见图2-2.

图2-2 塑件的推出方式

第二章成型零件结构设计和工作尺寸计算

2.1 成型零件结构设计

成型零件结构设计包括凹模和凸模的设计。

凹模采用镶拼式结构，有定模板、型腔镶件组成，如图1-2所示。型腔镶件成型塑件的侧壁，潜伏浇口也开设在型腔镶件上，这样使加工方便，有利于凹模的抛光。型腔镶件可以更换，提高了模具的使用寿命。

凸模采用整体式结构，如装配图所示。可以成型制件上的凸圆，进行强制脱模。由于凸模形状简单，凸模可以直接通过数控车进行车制。

图2-1 凹模镶拼式结构

2.2 成型零件工作尺寸计算

成型零件工作尺寸是指直接用来构成塑件型面的尺寸，主要有凹模和型芯的径向尺寸、深度（高度）尺寸和中心距尺寸等。

塑料制品在成型过程中影响其尺寸精度的主要因素有以下几个方面：

（1）型腔、型芯等成型零件在制造时的尺寸精度。

（2）型芯和型腔采用整体嵌入式结构，起制造和组装误差会影响到创造产品的尺寸精度。

（3）塑料收缩率波动值：对于工艺条件，一般讲，注塑压力提高，收缩率减小；温度升高，收缩率增加；保压时间延长，收缩率也减小；脱模速度加快，收缩率增大。制品结构对收缩率的影响有：有嵌件比没有嵌件、薄壁比厚壁、形状复杂比形状简单的，其收缩率都有一定程度的减小，而径向尺寸的收缩率比厚度方向尺寸要大。当然

塑料本身由于牌号不一，批号、厂家不同，即使同一类塑料，其收缩率也往往波动不

一，引起制品精度的降低。

（4）型腔成型零件长期在工作过程中的磨损：塑料在型腔中流动或制品脱模时

与型腔壁摩擦都会造成成型零件的磨损，一般估计与制品脱模方向平行的壁面磨损较

大，与制品脱模方向垂直的壁面则磨损较小。当然塑料本身的性质关系也很重大。

已知TPU塑料的收缩率是1%，塑件未注公差按一般精度的3级精度公差选取，

即取φ255为φ255±0.05，根据计算公式得尺寸如下：

取δz=1/4Δ=1.0/4=0.25

DM=[D+DS-△/2-δz/2]δz

=[257+257X0.01-0.5-0.125]δz

=258.9+0.25

D’M=[DM-K]δz=[258.945-0.25] +0.25=258.7+0.25

dM=[d+ds+△/2+δz/2]0- δz

=[241.4+241.4X0.01+0.05+0.125]0-0.25

=244.4390-0.25

d’M=[d M+K] 0- δz=[244.439+0.25] 0-0.25=244.70-0.25

K=(1/4~1/3) △=0.25

第三章浇注系统设计

3.1 确定分型面位置

该塑件的结构如图1-1所示，塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，塑件的分型面位置如图3-1所示。分型面选择在塑件的上端面的最大截面处，这样的选择使塑件的外表面可以在镶拼凹模型腔内成型，塑件的外表面光滑，塑件强制脱模方便。因此选择如图所示的分型面位置。

图3-1 分型面的选择

3.2 型腔位置的排布

由于塑件采用一模一腔的结构形式，可遵循浇注系统的设计应尽量采用从主流道到各个型腔分流道的形状及尺寸相同的设计的原则，则采用平衡式的型腔布置，这样的模具结构分布均匀，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。型腔布置如图

3-3所示

图3-2 型腔的布置

3.3 主流道、分流道及浇口设计

普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，本设计采用一模一腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：

型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。

型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。

系统流道应尽可能短，断面尺寸适当，尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。

对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。

浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。

塑件采用潜伏浇口成型，其浇注系统形式如图3-3所示。潜伏浇口潜伏在模芯部分，潜伏浇口的锥角β为18°，倾斜角α为50°。

主流道设计成圆锥型，其锥角为2°～6°内壁粗糙度Ra取0.4μm,上端直径与注射机喷嘴相配合，下端直径为φ12毫米。如图3-3所示。

分流道截面设计成U形截面流道，加工较容易，且热量损失与压力损失均不大，为常用形式。U形截面分流道的尺寸可根据制品的壁厚、体积、形状复杂程度及所用塑料的性能等因素确定，该塑料件采用TPU塑料，根据经验分流道的半径R可取3。

5~4mm。如图3-3所示。

图3-3浇注系统的设计

第四章选择注射机和标准模架

4.1 初选注射机

一、注射量的选择

在一个注射成型周期内，注射模内所需的塑料熔体总量 m i与模具浇注系统的容积和型腔容积有关，其值用下式计算：

+m j

M i=Nm

s

＝17g，N为型腔数目，本模具型腔数目为1，浇注系统和飞该塑料制品单件重m

s

边所需的塑料质量根据经验一般为10~20g，对于此模具的浇注系统和飞边所需的塑料质量m j,取15g。

设计注射模时，必须保证M i小于注射机允许的最大注射量M I，即满足注射量

M I≥M i /0.8

式中：M I—额定注射量（g）；

M i—塑件与浇注系统凝料的重量和（g）；该制品单件重2 g;共4件；浇注系统估算取8g；所以M i =17×1 + 15 = 32g

即M i /0.8=32/0.8g = 40g

二、注射压力的选择

p注≥p成型

查手册TPU塑料成型时的压力p

=80~120Mpa

成型

三、锁模力计算

锁模力P锁模力≥PF

式中：P—塑料成型时型腔压力，TPU塑料的型腔压力p=80Mpa；

F—浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（mm2）。

各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积（尺寸参照图3-3）；

根据以上分析、计算，查教材表4-2初选注射机型号为：XS-ZY-125。

4.2 注射机的规格参数

注射机XS-ZY-60有关参数如下：

最大注射量 125克

最大注射压力 1460公斤/平方厘米

锁模力 90吨

最大成型面积 320平方厘米

装模高度 200-300毫米

最大开模行程 300毫米

喷嘴圆弧半径 12毫米

喷嘴孔直径 4毫米

4.3 选模架

一、计算模架中A、B、C板的厚度

本模具为非标准模架

A板：水道直径＋制件凹入部分＋余量=10＋3.5＋20=33.5；

B板：根据制件高度+水道+余量=10+10+16，高度取35~40取36，B板型芯高度与B板同高，则B板型芯高度为36；

C板：推杆固定板的高度与推板的高度与制件的高度之和加点余量取102；

二、计算模架外形尺寸

由于本模架为非标准模架，在不防止模架变形的基础上，根据经验和选择的注塑机最大装模高度来计算模架的尺寸。

所以根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。

模架具体结构如图4-3所示。

图4-3 模架结构

4.4校核注射机

一、注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核

由于在初选注射机和选用标准模架时是根据以上四个技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、锁模力、注射压力、模具厚度不必进行校核，已符合所选注射机要求。

二、开模行程的校核

注射机最大开模行程S：S≥2h

件+h

浇

+（5～10）

式中h

件

—塑料制品高度（mm）；

h浇—浇注系统高度（mm）。

取制件和浇注系统所需的开模行程应为：

2 h件+ h浇+(5～10)=[2×10+78+(5～10)]mm=108mm, 取108mm

即注射机开模行程S=300mm大于取制件和浇注系统所需的开模行程108mm，故注射机的开模行程满足要求。

三、模具在注射机上的安装

该注射模具外形尺寸为φ470X295毫米，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便的安装在注射机上。

第五章冷却系统和排气系统的设计

5.1 冷却系统的设计

注射模具的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的质量都有重要的影响。注射模中设置温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射机具有良好的产品质量和较高的生产效率。

冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传到的热量，使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内，并且要做到使冷却介质在回路系统内的流动畅通，无滞留。

模具冷却系统的过程中，还应同时遵循：

1.冷却水孔到型腔表面的距离相等；

2.冷却水道的数量尽量多，孔径尽量大；

3.冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水；

4.进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背

面；

5.冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处；而且在冷却系统内，各相连接处应保

持密封，防止冷却水外泄。

由于制件比较简单（件小），冷却水道的位置、结构形式、孔径、表面状态、水的流速、模具材料等很多因素都不会影响模具的冷却效果。实际生产中，通常都是根据模具的结构确定冷却水路，通过调节水温、水速来满足要求。模具的冷却分两部分，一部分是凹模的冷却，另一部分是凸模的冷却。

凹模冷却回路形式采用直流式的单层冷却回路，该回路是由在型腔镶块和定模板上的两条φ8mm的冷却水道完成，如图5-1所示。

型芯冷却回路形式采用直流式的单层冷却回路，该回路是由在动模板上的四条φ8mm的冷却水道完成，如图5-2所示。

图5-1 凹模冷却水道 图5-2 凸模冷却水道

5.2 排气系统的设计

当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不能及时被排出，将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清晰及缺料等缺陷；此外气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反压力而降低充模速度，因此型腔设计时必须考虑排气方式。由于制品尺寸较小，利用分型面间隙排气。

致谢

通过对Y型密封圈成型模具的设计，使我对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，综合地掌握产品零件的成型工艺分析、模具结构设计的基本方法和步骤、非标准模具零件设计、塑料成型模具的结构特点及设计计算方法。在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，使我把所学到的基本理论知识运用到实践，拓宽设计思路，使所设计的模具结构在生产中便于加工，贴近实际。

总之，通过这次设计巩固了我们所学的理论专业知识，理解了模具设计在模具加工过程中的重要性，并结合CAD培养自己的设计能力、绘图速度与准确性，从中掌握技巧。同时也培养了我们综合应用基础知识和专业知识进行塑料模具设计的能力及解决实际问题的能力，为以后进一步学习和就业打下稳固的基础。

这次设计能顺利完成，还得感谢老师的精心指导。但对于有的模具结构的思考设计会有所欠缺，望批评指正,非常感激！。

参考文献

<1>杨占尧王高平《塑料注射模结构与设计》北京：高等教育出版社，2008

<2> 韩瑞云《塑模课程设计讲义》天津轻工职业技术学院