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塑料成型加工与模具

课程设计

学院：材料科学与工程学院

专业：材料成型与控制工程

班级：08406012

学号：0840601226 姓名：许庆磊

指导教师：周应国

2012 年01 月06 日

任务书

一、任务与要求

（1）给定形状比较简单塑件，独立拟定塑件的成型工艺，正确选用成型设备；（2）合理选择模具结构，根据塑件图的技术要求，提出模具结构方案，并使之结构合理，质量可靠，操作方便。

（3）正确地确定模具成型零件的结构形状、尺寸及技术要求；

（4）所设计的模具应当制造工艺性良好，能高效、优质、可靠地生产，且模具使用寿命长，造价便宜。

（5）课程设计时间为1周，设计中要完成以下工作：

模具装配图1张（A1或A2）

成型零件图2～4张

制品图1张

设计计算说明书（10～20页）

二、设计题目

设计主要内容

一、塑件成型工艺分析

1、塑料性能分析

本塑件材料为聚丙烯，代号为PP。聚丙烯的主要特点是密度小，约为0.9g/cm3。它的力学性能如屈服强度、抗张强度、抗压强度及硬度等，均优于低压聚乙烯，并有很突出的刚性，耐热性较好。可在100℃以上使用。若不受外力，则温度升到150℃也不变形。基本上不吸水，并且有较好的化学稳定性，除对浓硅酸、浓硝酸外，几乎都很稳定。高频电性能优良，且不受温度影响，成形容易。缺点是耐磨性不够高，成形收缩率较大，低温呈脆性。热变形温度亦较低。可做各种机械零件，如法兰、齿轮、接头、泵叶轮、汽车零件，化工管道及容器设备。并可用于制造衬里，表面涂层、录音带，医疗仪器及手术仪器等。

2、成型工艺分析

PP的吸湿性很小，因此成型前不需要干燥处理。PP的抗氧化能力很低，因此在塑化时应加入抗氧化剂。粒状PP在注射机料筒内进行加热塑化，达到流动后由模具的浇注系统进入模具型腔，分为充模、压实、保压、倒流、冷却五个阶段，尽量缩短保压时间。

PP的成型条件如下：

（注：以上数据来自《塑料模具设计手册》）

3、塑件结构分析

塑件结构比较简单，如下图所示，此塑件的尺寸无精度要求，为自由尺寸，均按MT6级精度取公差值。表面粗糙度没有特别要求。此塑件外型如下，总体尺寸不大不小，塑件成型性能良好。

图1

二、塑件分型面位置的分析

分型面应选择在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，利于排气，保证塑件表面质量。该塑件的最大截面在尺寸L处，如图1所示。所以分型面设置在尺寸L

处符合模具的开模要求，避免了在塑件表面留下分型线的痕迹。另外塑件对型芯产生的包紧力足以保证塑件留在动模一侧，使得产品的推出并无太大阻碍。考虑塑件收缩率的问题，可设置脱模斜度和表面粗糙度解决。

三、塑件型腔数量及排列方式的确定

根据设计要求，模具结构为单型腔模具，型腔设置在模具中心，所以不存在排列问题。

四、注射机的选择及有关参数的校核

1、注射量的计算

通过proe三维软件，计算出塑件的体积为：

'V=3770613

m m

塑件的质量为：

m塑=ρV塑=0.9x377.061=339.355g

另外，流道凝料可按塑料体积的0.3陪来估算，则

3

V=

?

=

V

=

3.1mm

490179

377061

3.1

'

3..

2.塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需胀型力的计算

由于该塑件为单型腔模具，根据塑件形状得知塑件与浇注系统在分型面上的投影面积A为

25.

2

d mm

=π

A=

6358

4/

胀型力：

?

AP2=

F

6358

=

=mm

N

5.

95377

5.

15

MPa

胀

型

P=15MPa（查《塑料成型加工与模具》表5-1得）

其中

型

3.初选注射机

PP的吸湿性很小，因此成型前不需要干燥处理。PP的抗氧化能力很低，因此在塑化时应加入抗氧化剂。粒状PP在注射机料筒内进行加热塑化，达到流动后由模具的浇注系统进入模具型腔，分为充模、压实、保压、倒流、冷却五个阶段，尽量缩短保压时间。

根据每一生产周期的注射量和胀型力的值，选用型号为XS-ZY-500的注射成型

4、注射机的校核

（1）、注射量的校核

为保证成型过程顺利进行，模具需要实际注射量应该小于或等于某注射机标称注射量的80%，即：

标

浇塑V 8.0V ≤+nV

式中n 为型腔个数；塑V 为单个塑件容积；浇V 为浇注系统的容积。 代入数据得：

33mm 5240006550008.03..490179 3770613.1=?≤=?mm

结论：满足要求。

（2）、注射压力的校核

为保证成型过程顺利进行，注射机的标称注射压力标P 应大于塑件成型所需的注射压力0P 。查《塑料模具设计手册》得PP 料的注射压力为（80～130）MPa 。

又

MPa P P 196MPa ～120)80(0=<=标

所以符合要求。

（3）、锁模力校核

注射机的标称锁模力必需大于塑件的胀型力即：胀锁F F >。根据前面的数据：

KN F KN F 1653500=>=胀锁

结论：符合要求。

（4）、开模行程的校核

确定该塑件采用单分型面模具。要求注射机的最大开模行程大于模具实际开模所需的开模距离。

因XS-ZY-500是具有液压-机械式合模机构的注射机，其最大开模行程与模具厚度无关。所以对于单分型面注射模而言，模具所需的开模行程为：

mm mm H H H 700)150~145()10~5(8060)10~5(21<=++=++=

结论：符合要求。

综上所述，注射机满足本塑件的使用要求。

五、成型零部件工作尺寸的计算

此塑件的尺寸无精度要求，为自由尺寸，均按MT7级精度取公差值。且塑件各类尺寸均为不受模具活动部分影响的A 类尺寸。

查塑料模设计手册知，对于pp 塑件，取收缩率cp S =2%。

型腔径向尺寸计算公式：z

x L S L cp m δ+?-+=0])1[(

因为塑件的精度较低，所以取型腔制造公差Z δ =1/4?，磨损量c δ=1/12?， x=2/3。则型腔径向各尺寸计算如下： 尺寸1：

mm mm A S A z

cp m 525.00

4

10.2004.90]329002.1[]32)1[(=??÷-?=??÷-+=÷+δ

尺寸2：

mm

mm C S C z

cp m 45.004

80.10028.74]327402.1[]32)1[(=??÷-?=??÷-+=÷+δ

尺寸3：

m m

m m D S D z

cp m 45.004

8.100034.77]327.7602.1[]32)1[(=??÷-?=??÷-+=÷+δ

型芯径向尺寸计算公式：0])1[(z x l S l cp m δ-?++=，取型芯制造公差Z δ =1/4?，

x=2/3。则型芯径向各尺寸计算如下：

尺寸4：

mm

mm F S F z

cp m 022.004)88.0(099.20]88.03/22002.1[]3/2)1[(-÷--=?+?=??++=δ

尺寸5 ：

mm

mm H S H z

cp m 0385.004)54.1(096.66]54.13/264.6402.1[]3/2)1[(-÷--=?+?=??++=δ

尺寸6：

mm

mm G S G z

cp m 0285.004)14.1(056.41]14.13/24002.1[]3/2)1[(-÷--=?+?=??++=δ

型腔深度尺寸计算公式：z

x H S H cp m δ+?-+=0])1[(，取Z δ =1/3?，x=1/2。则

型腔的深度为： 尺寸7：

mm mm B S B z

cp m 60.00

3

80.1007.80]218002.1[]21)1[(=??÷-?=??÷-+=÷+δ

型芯的高度尺寸计算公式：0])1[(z x h S h cp m δ-?++=，取Z δ =1/3?，x=1/2。则

型芯的高度为：

尺寸8：

mm

mm E S E z

cp m 0513.003)54.1(097.61]54.1216002.1[]21)1[(-÷--=?÷+?=??÷++=δ

六、浇注系统的形式的选择及工艺参数的校核

1、主流道的设计

本塑件型腔的深度较大，属于体积较大的深壳体塑件，对塑料熔体形成较大阻力，适合使用直接浇口。使用直接浇口可以增大浇口横截面积，减少流动阻力，有助于排气及消除熔接痕，并且其强大的保压补缩能力更容易保证塑件的完整成型。另外，塑件底部平整度的要求不高，所以直接浇口留下的冷凝料对塑件的使用要求影响较小。于是本塑件采用直接浇口。

(1)为了防止浇口套与注射机喷嘴对接处溢料，主流道与喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑，凹坑深度为5mm ~3=H ，其球面半径SR 应比注射机喷嘴头球面半径大1~2mm ；主流道小端直径比喷嘴大0.5~1mm ，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。

已知已选的机台喷嘴孔直径为6mm ，喷嘴球半径为18mm ，则主流道小端直径为7mm ，球面半径为20mm ，凹坑深度取5mm =H 。

(2)为了减少对塑料熔体的阻力及顺利脱出主流道凝料，主流道通常设计成圆锥形，内壁表面粗糙度应加工小于等于m R a μ63.0。

(3)主流道的圆锥角设得过小，会增加主流道凝料的脱出难度；设得过大，又会产生湍流或漩涡，卷入空气，所以，通常取 4~2=a 。本塑件主流道的圆锥角取 3。

(4)主流道大端呈圆角过渡，圆角半径mm r 3~1=，以减小料流转向过渡时的阻力。本塑件主流道大端圆角半径取mm r 5.1=。

(5)在模具结构允许的情况下，主流道的长度应尽能短，一般取mm L 60≤，过长则会增加压力损失，使塑料熔体的温度下降过多，从而影响熔体的顺利充型。L 根据模板的厚度而定。初选L=50mm 。

(6)为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈分开设计，主流道长约等于模板厚度。衬套如下图所示材料采用T10A 钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC ～57HRC 。

七、成型零件刚度及支承板厚度计算

该模具的凸、凹模均采用整体式。

底板厚度t=][4Pr 32

σ=5mm

侧壁厚度s=

H

h

][Pr σ=1.11mm

八、排气系统设计

当塑料熔体充填型腔时，必须有顺序的排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热分解而产生的气体；若不及时的排出气体塑件会因填充不足而出现气泡或表面轮廓不清。一般模具采用间隙配合进行排气，也可以在分型面上开设排气槽进行排气。根据实际情况并考虑成本，本模具直接利用分型面排气，并且推件板与型芯的配合间隙辅助排气。

九、导向机构的设计

注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈与注射机相配合，是模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。

十、脱模推出机构的设计

由于塑件形状较为简单，本模具计划选用推件板推出机构来完成塑件的推出。推件板推出机构又称顶板顶出机构，他有一块与型芯按一定配合精度相配合的模板和推杆所组成。这种推出机构简单，运动平稳，且推出力大，顶出力也均匀。塑件在推出时所受到的变形比较小，推出也比较可靠。为了减少推出过程中推件板和型芯的摩擦，应在推件板和型芯间留有0.20～0.25mm 的间隙（原则上应不摩擦型芯）。 推出机构工作时，推件板除了与型芯作配合外，还依靠与推件板用螺钉相连的推杆进行支撑与导向。这种推出机构结构紧凑，推板在推出过程中也不会掉下。推件板和型芯的配合精度为H7/f7～H8/f7的配合。

十一、模架的选择

1、各模板尺寸的确定

由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，在根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为A3型、模架尺寸为mm mm 355315?的标准模架，可符合要求。

(1)A 板尺。A 板是定模型腔板，塑件高度为80mm ，型腔最小底板厚度为5mm, 考虑到直浇口的长度等因素，故A 板厚度取97mm 。

(2)B 板尺寸。是型芯固定板，考虑力学稳定性及模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离，故B 板厚度按模架标准板厚取32mm 。

(3)C 板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（5～10）mm=（60+20+15+5～10）mm=100～105mm ，初步定C 板厚度为100mm 。 （4）模架高度H H=32+97+20+32+100+32=313mm

经上述尺寸计算，模架已经确定,模架结构形式为A3型标准模架，其外形尺寸为：mm 313mm 355mm 315??=??高宽长。

2.模架各尺寸的校核

根据所选注射机来校核该模具设计的尺寸。 （1）模具高度尺寸426mm ，300mm<313mm<450mm （模具的最小厚度和最大厚度），校核合格。 （2）模具的开模行程S=H1+H2+（5～10）mm=60+80+（5～10）=145～150<700mm ，校核合格。

十二、模具开合模动作过程

模具装配试模完毕之后，模具进入正式工作状态，基本工作过程如下. (1)对塑料PP 进行烘干，并装入料斗。

(2)清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热。 (3)合模、锁紧模具。

(4)对塑料进行预塑化，注射装置准备注射。

(5)注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。

(6)脱模过程。开模时，由于塑件对型芯的包紧力式塑件留在动模一侧。开模到一定距离后，推出机构动作，推板在注射机顶杆的作用下，带动推杆和推件板动作。随着推件板的推出，塑件进而从动模上的型芯中脱出。最后将塑件取出。

(7)塑件的后处理。切掉塑件上的浇注系统凝料，对塑件进行调湿处理。

十三、装配图与成型零件图

总装配图：

凹模零件图：

凸模零件图：

参考文献：

（1）、《塑料成型加工与模具》化学工业出版社黄虹编

（2）、《简明塑料模具设计手册》北京理工大学出版社齐卫东主编（3）、《塑料模设计手册》软件版标准下载网

（4）、《现代工程图学》上海交通大学出版社吴巨龙主编