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塑料成型工艺与模具设计课程设计说明书

Answer 1

塑料成型工艺与模具设计课程设计说明书

设计课题： 冷水壶盖注射模设计

设 计 者: 李 立
专 业: 模具设计与制造
班 级: 2005级模具(三)班
设计时间: 2007.12
教 研 室: 模具教研室
指导老师: 刘 全 心

鄂州大学机械系

“塑料成型工艺与模具设计”课程设计任务书
课题设计名称： 冷水壶盖 的注射模设计

塑件图：（模具课程设计指导－塑件图汇编：页面 P68 图例 3-18 ）

塑件名称 冷水壶盖 材料 PE-HD 厚度 1 工件精度 5

设计内容：
1、 编制模塑成型工艺规程（即填写“塑件成型工艺卡”）
2、 绘制塑件注射模总装图（A3图纸1张）
3、 绘制该模具凸模、凹模的零件图各一套（A3图纸多张）
4、 编写完善模具设计说明书（按A4打印纸装订）

目 录

一、编制塑件成型工艺卡…………………………………………………………4
二、塑件成型工艺分析与设计
1. 塑件原材料特性……………………………………………………………5
2. 塑件原材料成型性能………………………………………………………5
3. 塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析…………………………………5
4. 塑件成型方法确定…………………………………………………………6
三、塑件成型模具设计
5. 型腔的数量和布置…………………………………………………………6
6. 选择注塑机型号及其参数…………………………………………………6
7. 确定分型面…………………………………………………………………7
8. 浇注系统选择和设计………………………………………………………9
9. 成型部件的设计计算………………………………………………………10
10. 侧向抽芯机构………………………………………………………………10
11. 排气系统设计………………………………………………………..…..…11
12. 模架的确定和标准件选择（示意图）…………..………………………11
13. 温度调节系统设计…………………………………………..……………12
14. 推出机构（脱模）……………………………………………..…………12
15. 导向机构…………………………………………………………………..13
16. 模具设计心得体会………………………………………………………..13
17. 参考文献…………………………………………………………………..13
18. 模具总装图和零件图…………………………………………………..…13

塑件成型工艺卡

塑 件 名 称 高密度聚乙烯 塑件草图

材 料 牌 号 PE-HD
单 件 重 量 25.9g
成型设备型号 XS-ZY-1000
每 模 件 数 4
成型工艺参数
材料干燥 干燥设备名称 烘箱
温度 /℃ 70~80
时间 /h 1~2
成型过程 料筒温度 后段 /℃ 140~160
中段 /℃ 180~200
前段 /℃ 180~190
喷嘴 /℃ 150~180
模具温度 /℃ 30~60
时间 注射 /s 0~5
保压 /s 15~60
冷却 /s 15~60
压力 注射 /MPa 70~105
保压 /MPa
后 处 理 温度 /℃ _____
时间 /min _____

编 制 日 期 审 核 日 期
李立 2007.12.4 刘全心 2007.12.15

设计计算和说明
一、塑件成型工艺分析与设计
1. PE-HD(高密度聚乙烯)的特性
(1) 化学和物理特性
PE-HD的高结晶度导致了它的高密度，抗张力强度，高温扭曲温度，粘性以及化学稳定性。PE-HD比PE-LD有更强的抗渗透性。PE-HD的抗冲击强度较低。PH-HD的特性主要由密度和分子量分布所控制。适用于注塑模的PE-HD分子量分布很窄。密度为0.91- 0.925g/cm3，该材料的流动特性很好，MFR为0.1到28之间。分子量越高，PH-LD的流动特性越差，但是有更好的抗冲击强度。PE-LD是半结晶材料，成型后收缩率较高，在1.5%到4%之间。PE-HD很容易发生环境应力开裂现象。可以通过使用很低流动特性的材料以减小内部应力，从而减轻开裂现象。PE-HD当温度高于60℃时很容易在烃类溶剂中溶解，但其抗溶解性比PE-LD还要好一些。
(2) 典型应用范围
电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等。
(3) PE-HD注塑模工艺条件
干燥：如果存储恰当则无须干燥。
熔化温度：220-260℃。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200-250℃之间。模具温度：50-95℃。6mm以下壁厚的塑件应使用较高的模具温度，6mm以上壁厚的塑件使用较低的模具温度。塑件冷却温度应当均匀以减小收缩率的差异。对于最优的加工周期时间，冷却腔道直径应不小于8mm，并且距模具表面的距离应在1.3d之内（“d”是冷却腔道的直径）。
注射压力：70-105MPa射速度：使用高速注射。流道和浇口：流道直径在4到7.5mm之间，流道长度应尽可能短。可以使用各种类型的浇口，浇口长度不要超过0.75mm。聚乙烯成型时，在流动方向和垂直方向的收缩差异较大，注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生变形，并使浇口周围部位的脆性增加；成型收缩率较大，易产生缩孔；冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀；质软易脱模，有浅侧凹时可强制脱模。特别适用于使用热流道模具。
2. 塑件原材料成型性能
 结晶料、吸湿性小
 流动性极好，溢边值0.02mm左右，流动性对压力变化敏感
 可能发生熔融破裂，与有机溶剂接触可发生开裂
 加热时间长则发生分解、烧伤
 冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模 应有冷却系统
 收缩率范围大，收缩值大、方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温，保持冷却均匀、稳定
 宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分
 不宜用直接浇口，易增大内应力，或产生收缩不匀，方向性明显增大变形，应注意选择进料口位置，防止产生缩孔、变形
 质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模
3. 塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析
 结构分析：从零件图上分析，此零件总体为圆形侧面有6个4mm×22MM和长方孔，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构，零件口部上有一个小台。
 尺寸精度：该塑件的精度为7级，精度要求较低。
 表面质量分析：
该零件的要求表面没有缺陷、毛刺，由于冷水壶盖经常与人的手接触较多，因此表面要求光滑，最好自然形成圆角。
4. 塑件成型方法确定
综上所述，该塑件的结构比较简单，而且壁厚均匀，成型工艺性好，可以采用注射成方法生产。
二、塑件成型模具设计
5. 型腔的数量和布置
该塑件的精度要求不高，属小型塑件，且形状简单，又为大批量生产，初定为一模四腔的模具形式，型腔的排列方式采用平衡性较好的H型排列，其布置方式如下图所示：为了保证塑件表面质量要求，选择点浇口成型，浇口位置安排在塑件顶部，
模具选用双分型面注射模（三板式）.
6. 选择注塑机型号及其参数
(1) 注射量的计算：通过Pro/E建模分析，塑件的体积 为27265㎜，塑件的质量: 此时流道凝料的体积未知，可按塑件质量的0.6倍进行估算，所以注射量为:
(2) 锁模力的计算：流道凝料(包括浇口)在分型面上的的投影面积 ，在此时还是个未知数，根据经验公式： ( 为每个塑件在分型面上的投影面积)，用 进行估算：

 式中
 查塑件所需的注射压力70-105Mpa，而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%，因塑件为薄壁塑件，且浇口为点浇口，其压力损失比较大，所以取大一些，则

(3) 选择注塑机：根据上面计算的注射量和锁模力，可选用国产XS-ZY-1000螺杆式注射成型机，其有关参数如下：

标称注射量/
1000 模板的最大厚度/mm 700
螺杆直径/mm 55 模板的最小厚度/mm 300
合模力/N
模板尺寸 690×790
注射压力 /MPa 121 拉杆空间/mm 650×550
注射行程/mm 280 合模方式 液压机械
螺杆转速/（r/mm） 0~47 电机功率/KW 22
模板最大行程/mm 700 定位圈尺寸/mm 150
喷嘴球半径/mm 18 喷嘴孔直径/mm 7.5
注射方式 螺杆式 最大成型面积/
1800
定位圈尺寸/mm 150 注射时间/s 4
(4) 射机有关参数的校核
 型腔数量的校核
由注射机的额定注射量校核模具的型腔数量：
型腔数目校核合格
式中为Vj注系统凝料和飞边所需的体积
　　　Vz为每个塑件的体积
　　　Vg为注射机的额定注射量
 注射压力的校核
注射压力校核合格
式中　K为注射压力安全系数一般为1.25－1.4
 锁模力的校核
锁模力校核合格
K 为锁模力安全系数，一般取1.1—1.2
其它尺寸的校核只有待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。
7. 确定分型面
本塑件要求外侧表面光滑，下端外沿无浇口痕迹。依据分型面的选择原则，该塑件的分型面应选如下A-A所示位置，这样凹模型腔整体加工成型，塑件外表面光滑，且容易脱模。
8. 浇注系统选择和设计
(1) 主流道的设计
 主流道尺寸
主流道的小端直径： ；
主流道的球面半径为： ；
主流道锥角：取 ；主流道长度：取L=70mm；
主流道的大端直径：
 主流道衬套的形式
由于主流道入口处与注射机喷嘴反复接触，极易损坏，对材料的要求比较高，因而主流道设计为浇口套，采用T10A，热处理为50HRC－55HRC，如上图所示：
与之相配合的定位圈的结构如下图所示：

(2) 分流道的设计
 分流道的布置：为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使凝料熔体尽快地分配到各型腔，因此，采用如下图所示衡式分流道结构：

 分流道的形状和截面尺寸：
由于聚乙烯的流动性很好，因此选用加工性能比较好的半圆形流道，查表得d=10㎜
 分流道的表面粗糙度：
流道的表面粗糙度的Ra并不要求很低，一般为0.8—1.6,在此取1.6，如上图所示
(3) 浇口的设计
由于塑件的外观表面质量要求比较高，应没有明显的烧口痕迹，因此采用点浇口查表得其尺寸如右图所示：
(4) 注射行程的校核
查XS-ZY-1000注射注射行程为280，浇注系统的长度：
，成立。
9. 模具成型部件的设计计算
分析塑件的结构可知根据尺寸公差可知：塑件在径向上的公差等级为MT7级(GB4458.5-84)，对于此塑料此精度为中等。分析塑件的结构可知动模部分若采用整体式结构将无法加工，所以采用组合型芯结构。
 圆柱型芯
采用台肩固定的形式，其下底面用模仁将其压紧。
尺寸计算。查其尺寸公差：
由于尺寸精度为中等，故分别取制造偏差为尺寸公差1/3，磨损偏差为尺寸公差
1/6，即： 。
塑料收缩率范围为：1.5-2.0%，则平均收缩率为：
。
故型腔芯尺寸为：（设计尺寸参见零件图）

 动模仁型腔
动模仁采用组合式，用螺钉将其固定在动模板上，查其尺寸公差：
腔体尺寸：
（设计尺寸参见零件图）
 定模仁型腔
定模仁采用组合式，用螺钉将其固定在动模板上查其尺寸公差： 腔体尺寸：
（设计尺寸参见零件图）
 滑块型芯
滑块型芯的设计 为整体式结构，总共4个，其相应的侧孔尺寸为：

10. 9、侧向抽芯机构
 侧向抽芯机构的选用
塑件的侧壁有6个方孔，其均垂直于脱模方向，阻碍成型后的塑件从模具脱出。因此成形时必须设置侧向分型抽芯机构，经分析本模具采用斜导柱抽芯机构。
确定抽芯距：此塑件的的侧孔深度为1mm，则S=h+(2-3)=4mm
确定斜导柱的倾角：由于此模具的抽芯距比较短因此其倾角可取小一些，取为12°。
 确定斜导柱的尺寸：
，查表取整得d=18mm
经计算得 ,查表取标准斜导柱长度为100㎜。
11. 模架的确定和标准件选择。
由前面的型腔大布置以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合模架标准架，选用结构 形式为P4型，模架尺寸为500×560的标准模架，可符合要求。

与型腔零件有关参数的校核
 型边缘距离的校核

校核合格
为模腔材料的许用应用，查Cr12MoV 的许用应力为245MPa
P为型腔的平均压力
 腔底板厚度的校核
，校核合格
 模具闭合高度的.校核
计算模具的闭合高度为：

查XS－ZY－1000得 ，即模具满足
的安装要求。
 模具的外形的校核：
本模具的外形的尺寸为： 查XS－ZY－1000注射机的模板的最大安装尺寸为 ，故能满足模的安装要求
 开模行程的校核：
模具的行程为 查XS－ZY－1000的最大开模行程为700mm>183mm,即能满足注射机的开模要求。
12. 排气的系统设计
此塑件为小型逆件，可利用推杆、活动型芯与模板之间的间隙排气，其间隙为 。

13. 11、温度调节系统设计
查表得聚乙烯成型时所需的模具温度为30-60℃，此设模具的温度为40℃。
 冷却水的体积流量

 冷却水管直径
为了使水处于湍流状态，查表得在 .
 冷却水在管道内的流速
由式
大于最低流速1.10m/s，达到湍流状态，所以管道直径选用合理。
 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数
查表得f=7.22(水温为30℃时)，因此

 冷却管道的总传热面积：

 模具上应开设的冷却水孔数：

14. 推出机构（脱模）
 推出机构的形式确定：
此塑件采用顶杆推出，推杆设计在塑件的台阶处，每个塑件由8根推杆推出，在台阶处圆形均布，共32根。其结构如装配图所示。
 脱模力的计算：

脱模力系数 塑料的线性膨胀系数
在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量 塑料的软化温度
脱模时塑件的温度 塑件的厚度
型芯脱模方向高度
 脱模力的校核
查XS－ZY－1000的顶出力为 即能满足注射机的要求。
15. 导向机构
导柱选用模架本身的规格，但其长度与开模行程有关，必须另行设计选择.经计算得查表取标准得到长导柱的长度取为 ，导柱的长度取为
其相关的配合见装配图所示，与之相应的导套选用模架自带规格。
16. 参考文献
1．伍先明等•塑料模具设计指导•北京：国防工业出版社，2006•5
2．余冬蓉，程胜文•塑料成型工艺与模具设计•北京：科学出版社，2005
3．中国机械工程学会，中国模具设计大典编委会•中国模具设计大典。南昌：江西科学技术出版社，1998
17. 模具设计心得体会
通过此次模具设计，使我的专业知识更加系统化，完整化。在设计中我熟练撑握了查阅有关的技术标准与规范，知到了怎样去学习和善于利用前人所积累的宝贵设计经验和资料。也锻炼了我综合考虑结构、工艺性、经济性以及标准化等的能力，巩固了过去所学的专业课程知识。已撑握了注射模具设计的基本流程，也锻炼了我的动手能力和对于工程技术的严谨性。总之，通过此次模具设计使我的专业水平更上了一层楼。
18. 模具总装图和零件图：(附后工程图) 结果

此塑件的成型工艺性较好

采用一模四腔点浇口浇注选用三板式结构

选用XS-ZY-1000螺杆式注射成型

分流道采用半圆形，D=10
mm

采用组合型芯结构

斜导柱的规格为
其倾角为12°

选用模架尺寸为500×560的P4型标准模架

型腔零件校核合格

模具闭合高度的校核合格

模具的外形的校核合格

开模行程的校核合格

冷水管的直径：

其所开孔数为2

采用推杆推出机构

脱模力校核合格