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塑料成型工藝與模具設(shè)計課程設(shè)計說明書

時間：2022-08-18 16:08:59 畢業(yè)設(shè)計我要投稿

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設(shè)計課題：冷水壺蓋注射模設(shè)計

設(shè) 計者:        李   立
專    業(yè):     模具設(shè)計與制造
班    級:     2005級模具(三)班
設(shè)計時間:        2007.12
教研室:       模具教研室
指導老師:        劉全心

鄂州大學機械系

“塑料成型工藝與模具設(shè)計”課程設(shè)計任務(wù)書
課題設(shè)計名稱：冷水壺蓋的注射模設(shè)計

塑件圖：（模具課程設(shè)計指導－塑件圖匯編：頁面 P68 圖例 3-18 ）

塑件名稱冷水壺蓋材料 PE-HD 厚度 1 工件精度 5

設(shè)計內(nèi)容：
1、編制模塑成型工藝規(guī)程（即填寫“塑件成型工藝卡”）
2、繪制塑件注射�？傃b圖（A3圖紙1張）
3、繪制該模具凸模、凹模的零件圖各一套（A3圖紙多張）
4、編寫完善模具設(shè)計說明書（按A4打印紙裝訂）

目錄

一、編制塑件成型工藝卡…………………………………………………………4
二、塑件成型工藝分析與設(shè)計
1. 塑件原材料特性……………………………………………………………5
2. 塑件原材料成型性能………………………………………………………5
3. 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度、表面質(zhì)量分析…………………………………5
4. 塑件成型方法確定…………………………………………………………6
三、塑件成型模具設(shè)計
5. 型腔的數(shù)量和布置…………………………………………………………6
6. 選擇注塑機型號及其參數(shù)…………………………………………………6
7. 確定分型面…………………………………………………………………7
8. 澆注系統(tǒng)選擇和設(shè)計………………………………………………………9
9. 成型部件的設(shè)計計算………………………………………………………10
10. 側(cè)向抽芯機構(gòu)………………………………………………………………10
11. 排氣系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………..…..…11
12. 模架的確定和標準件選擇（示意圖）…………..………………………11
13. 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………..……………12
14. 推出機構(gòu)（脫模）……………………………………………..…………12
15. 導向機構(gòu)…………………………………………………………………..13
16. 模具設(shè)計心得體會………………………………………………………..13
17. 參考文獻…………………………………………………………………..13
18. 模具總裝圖和零件圖…………………………………………………..…13

塑件成型工藝卡

塑件名稱高密度聚乙烯塑件草圖

材料牌號 PE-HD
單件重量 25.9g
成型設(shè)備型號 XS-ZY-1000
每模件數(shù) 4
成型工藝參數(shù)
材料干燥干燥設(shè)備名稱烘箱
溫度 /℃ 70~80
時間 /h 1~2
成型過程料筒溫度后段 /℃ 140~160
  中段 /℃ 180~200
  前段 /℃ 180~190
  噴嘴 /℃ 150~180
模具溫度 /℃ 30~60
時間注射 /s 0~5
  保壓 /s 15~60
  冷卻 /s 15~60
壓力注射 /MPa 70~105
  保壓 /MPa
后處理溫度 /℃ _____
時間 /min _____

編制日期審核日期
李立 2007.12.4 劉全心 2007.12.15

設(shè)計計算和說明
一、塑件成型工藝分析與設(shè)計
1. PE-HD(高密度聚乙烯)的特性
(1) 化學和物理特性
PE-HD的高結(jié)晶度導致了它的高密度，抗張力強度，高溫扭曲溫度，粘性以及化學穩(wěn)定性。PE-HD比PE-LD有更強的抗?jié)B透性。PE-HD的抗沖擊強度較低。PH-HD的特性主要由密度和分子量分布所控制。適用于注塑模的PE-HD分子量分布很窄。密度為0.91- 0.925g/cm3，該材料的流動特性很好，MFR為0.1到28之間。分子量越高，PH-LD的流動特性越差，但是有更好的抗沖擊強度。PE-LD是半結(jié)晶材料，成型后收縮率較高，在1.5%到4%之間。PE-HD很容易發(fā)生環(huán)境應(yīng)力開裂現(xiàn)象�？梢酝ㄟ^使用很低流動特性的材料以減小內(nèi)部應(yīng)力，從而減輕開裂現(xiàn)象。PE-HD當溫度高于60℃時很容易在烴類溶劑中溶解，但其抗溶解性比PE-LD還要好一些。
(2) 典型應(yīng)用范圍
電冰箱容器、存儲容器、家用廚具、密封蓋等。
(3) PE-HD注塑模工藝條件
干燥：如果存儲恰當則無須干燥。
熔化溫度：220-260℃。對于分子較大的材料，建議熔化溫度范圍在200-250℃之間。模具溫度：50-95℃。6mm以下壁厚的塑件應(yīng)使用較高的模具溫度，6mm以上壁厚的塑件使用較低的模具溫度。塑件冷卻溫度應(yīng)當均勻以減小收縮率的差異。對于最優(yōu)的加工周期時間，冷卻腔道直徑應(yīng)不小于8mm，并且距模具表面的距離應(yīng)在1.3d之內(nèi)（“d”是冷卻腔道的直徑）。
注射壓力：70-105MPa射速度：使用高速注射。流道和澆口：流道直徑在4到7.5mm之間，流道長度應(yīng)盡可能短�？梢允褂酶鞣N類型的澆口，澆口長度不要超過0.75mm。聚乙烯成型時，在流動方向和垂直方向的收縮差異較大，注射方向的收縮率大于垂直方向的收縮率，易產(chǎn)生變形，并使?jié)部谥車课坏拇嘈栽黾�；成型收縮率較大，易產(chǎn)生縮孔；冷卻速度慢，必須充分冷卻，且冷卻速度要均勻；質(zhì)軟易脫模，有淺側(cè)凹時可強制脫模。特別適用于使用熱流道模具。
2. 塑件原材料成型性能
 結(jié)晶料、吸濕性小
 流動性極好，溢邊值0.02mm左右，流動性對壓力變化敏感
 可能發(fā)生熔融破裂，與有機溶劑接觸可發(fā)生開裂
 加熱時間長則發(fā)生分解、燒傷
 冷卻速度慢，因此必須充分冷卻，宜設(shè)冷料穴，模應(yīng)有冷卻系統(tǒng)
 收縮率范圍大，收縮值大、方向性明顯，易變形、翹曲，結(jié)晶度及模具冷卻條件對收縮率影響大，應(yīng)控制模溫，保持冷卻均勻、穩(wěn)定
 宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度應(yīng)快，保壓充分
 不宜用直接澆口，易增大內(nèi)應(yīng)力，或產(chǎn)生收縮不勻，方向性明顯增大變形，應(yīng)注意選擇進料口位置，防止產(chǎn)生縮孔、變形
 質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的側(cè)凹槽時可強行脫模
3. 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度、表面質(zhì)量分析
 結(jié)構(gòu)分析：從零件圖上分析，此零件總體為圓形側(cè)面有6個4mm×22MM和長方孔，模具設(shè)計時必須設(shè)置側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，零件口部上有一個小臺。
 尺寸精度：該塑件的精度為7級，精度要求較低。
 表面質(zhì)量分析：
該零件的要求表面沒有缺陷、毛刺，由于冷水壺蓋經(jīng)常與人的手接觸較多，因此表面要求光滑，最好自然形成圓角。
4. 塑件成型方法確定
綜上所述，該塑件的結(jié)構(gòu)比較簡單，而且壁厚均勻，成型工藝性好，可以采用注射成方法生產(chǎn)。
二、塑件成型模具設(shè)計
5. 型腔的數(shù)量和布置
該塑件的精度要求不高，屬小型塑件，且形狀簡單，又為大批量生產(chǎn)，初定為一模四腔的模具形式，型腔的排列方式采用平衡性較好的H型排列，其布置方式如下圖所示：為了保證塑件表面質(zhì)量要求，選擇點澆口成型，澆口位置安排在塑件頂部，
模具選用雙分型面注射模（三板式）.
6. 選擇注塑機型號及其參數(shù)
(1) 注射量的計算：通過Pro/E建模分析，塑件的體積為27265㎜，塑件的質(zhì)量: 此時流道凝料的體積未知，可按塑件質(zhì)量的0.6倍進行估算，所以注射量為:
(2) 鎖模力的計算：流道凝料(包括澆口)在分型面上的的投影面積，在此時還是個未知數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗公式： ( 為每個塑件在分型面上的投影面積)，用進行估算：

       式中
 查塑件所需的注射壓力70-105Mpa，而型腔的平均壓力是注射壓力的30%-65%，因塑件為薄壁塑件，且澆口為點澆口，其壓力損失比較大，所以取大一些，則

(3) 選擇注塑機：根據(jù)上面計算的注射量和鎖模力，可選用國產(chǎn)XS-ZY-1000螺桿式注射成型機，其有關(guān)參數(shù)如下：

標稱注射量/
1000 模板的最大厚度/mm 700
螺桿直徑/mm 55 模板的最小厚度/mm 300
合模力/N
模板尺寸 690×790
注射壓力 /MPa 121 拉桿空間/mm 650×550
注射行程/mm 280 合模方式液壓機械
螺桿轉(zhuǎn)速/（r/mm） 0~47 電機功率/KW 22
模板最大行程/mm 700 定位圈尺寸/mm 150
噴嘴球半徑/mm 18 噴嘴孔直徑/mm 7.5
注射方式螺桿式最大成型面積/
1800
定位圈尺寸/mm 150 注射時間/s 4
(4) 射機有關(guān)參數(shù)的校核
 型腔數(shù)量的校核
由注射機的額定注射量校核模具的型腔數(shù)量：
型腔數(shù)目校核合格
式中為Vj注系統(tǒng)凝料和飛邊所需的體積
　　　Vz為每個塑件的體積
　　　Vg為注射機的額定注射量
 注射壓力的校核
注射壓力校核合格
式中　K為注射壓力安全系數(shù)一般為1.25－1.4
 鎖模力的校核
鎖模力校核合格
K 為鎖模力安全系數(shù)，一般取1.1—1.2
其它尺寸的校核只有待模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定以后才可進行。
7. 確定分型面
本塑件要求外側(cè)表面光滑，下端外沿無澆口痕跡。依據(jù)分型面的選擇原則，該塑件的分型面應(yīng)選如下A-A所示位置，這樣凹模型腔整體加工成型，塑件外表面光滑，且容易脫模。
8. 澆注系統(tǒng)選擇和設(shè)計
(1) 主流道的設(shè)計
 主流道尺寸
主流道的小端直徑：；
主流道的球面半徑為：；
主流道錐角：取；主流道長度：取L=70mm；
主流道的大端直徑：
 主流道襯套的形式
由于主流道入口處與注射機噴嘴反復接觸，極易損壞，對材料的要求比較高，因而主流道設(shè)計為澆口套，采用T10A，熱處理為50HRC－55HRC，如上圖所示：
與之相配合的定位圈的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

(2) 分流道的設(shè)計
 分流道的布置：為了讓分流道要能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使凝料熔體盡快地分配到各型腔，因此，采用如下圖所示衡式分流道結(jié)構(gòu)：

 分流道的形狀和截面尺寸：
由于聚乙烯的流動性很好，因此選用加工性能比較好的半圓形流道，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，一般為0.8—1.6,在此取1.6，如上圖所示
(3) 澆口的設(shè)計
由于塑件的外觀表面質(zhì)量要求比較高，應(yīng)沒有明顯的燒口痕跡，因此采用點澆口查表得其尺寸如右圖所示：
(4) 注射行程的校核
查XS-ZY-1000注射注射行程為280，澆注系統(tǒng)的長度：
，成立。
9. 模具成型部件的設(shè)計計算
分析塑件的結(jié)構(gòu)可知根據(jù)尺寸公差可知：塑件在徑向上的公差等級為MT7級(GB4458.5-84)，對于此塑料此精度為中等。分析塑件的結(jié)構(gòu)可知動模部分若采用整體式結(jié)構(gòu)將無法加工，所以采用組合型芯結(jié)構(gòu)。
 圓柱型芯
采用臺肩固定的形式，其下底面用模仁將其壓緊。
尺寸計算。查其尺寸公差：
由于尺寸精度為中等，故分別取制造偏差為尺寸公差1/3，磨損偏差為尺寸公差
1/6，即：。
塑料收縮率范圍為：1.5-2.0%，則平均收縮率為：
。
故型腔芯尺寸為：（設(shè)計尺寸參見零件圖）

 動模仁型腔
動模仁采用組合式，用螺釘將其固定在動模板上，查其尺寸公差：
腔體尺寸：
（設(shè)計尺寸參見零件圖）
 定模仁型腔
定模仁采用組合式，用螺釘將其固定在動模板上查其尺寸公差：腔體尺寸：
（設(shè)計尺寸參見零件圖）
 滑塊型芯
滑塊型芯的設(shè)計為整體式結(jié)構(gòu)，總共4個，其相應(yīng)的側(cè)孔尺寸為：

10. 9、側(cè)向抽芯機構(gòu)
 側(cè)向抽芯機構(gòu)的選用
塑件的側(cè)壁有6個方孔，其均垂直于脫模方向，阻礙成型后的塑件從模具脫出。因此成形時必須設(shè)置側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，經(jīng)分析本模具采用斜導柱抽芯機構(gòu)。
確定抽芯距：此塑件的的側(cè)孔深度為1mm，則S=h+(2-3)=4mm
確定斜導柱的傾角：由于此模具的抽芯距比較短因此其傾角可取小一些，取為12°。
 確定斜導柱的尺寸：
，查表取整得d=18mm
經(jīng)計算得 ,查表取標準斜導柱長度為100㎜。
11. 模架的確定和標準件選擇。
由前面的型腔大布置以及相互的位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合模架標準架，選用結(jié)構(gòu) 形式為P4型，模架尺寸為500×560的標準模架，可符合要求。

與型腔零件有關(guān)參數(shù)的校核
 型邊緣距離的校核

校核合格
為模腔材料的許用應(yīng)用，查Cr12MoV 的許用應(yīng)力為245MPa
P為型腔的平均壓力
 腔底板厚度的校核
，校核合格
 模具閉合高度的校核
計算模具的閉合高度為：

查XS－ZY－1000得，即模具滿足
的安裝要求。
 模具的外形的校核：
本模具的外形的尺寸為：查XS－ZY－1000注射機的模板的最大安裝尺寸為，故能滿足模的安裝要求
 開模行程的校核：
模具的行程為查XS－ZY－1000的最大開模行程為700mm>183mm,即能滿足注射機的開模要求。
12. 排氣的系統(tǒng)設(shè)計
此塑件為小型逆件，可利用推桿、活動型芯與模板之間的間隙排氣，其間隙為。

13. 11、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計
查表得聚乙烯成型時所需的模具溫度為30-60℃，此設(shè)模具的溫度為40℃。
 冷卻水的體積流量

 冷卻水管直徑
為了使水處于湍流狀態(tài)，查表得在 .
 冷卻水在管道內(nèi)的流速
由式
大于最低流速1.10m/s，達到湍流狀態(tài)，所以管道直徑選用合理。
 冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù)
查表得f=7.22(水溫為30℃時)，因此

 冷卻管道的總傳熱面積：

 模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻水孔數(shù)：

14. 推出機構(gòu)（脫模）
 推出機構(gòu)的形式確定：
此塑件采用頂桿推出，推桿設(shè)計在塑件的臺階處，每個塑件由8根推桿推出，在臺階處圓形均布，共32根。其結(jié)構(gòu)如裝配圖所示。
 脫模力的計算：

脫模力系數(shù)                                   塑料的線性膨脹系數(shù)
在脫模溫度下，塑料的抗拉彈性模量             塑料的軟化溫度
脫模時塑件的溫度                              塑件的厚度
型芯脫模方向高度
 脫模力的校核
查XS－ZY－1000的頂出力為即能滿足注射機的要求。
15. 導向機構(gòu)
導柱選用模架本身的規(guī)格，但其長度與開模行程有關(guān)，必須另行設(shè)計選擇.經(jīng)計算得查表取標準得到長導柱的長度取為，導柱的長度取為
其相關(guān)的配合見裝配圖所示，與之相應(yīng)的導套選用模架自帶規(guī)格。
16. 參考文獻
1．伍先明等•塑料模具設(shè)計指導•北京：國防工業(yè)出版社，2006•5
2．余冬蓉，程勝文•塑料成型工藝與模具設(shè)計•北京：科學出版社，2005
3．中國機械工程學會，中國模具設(shè)計大典編委會•中國模具設(shè)計大典。南昌：江西科學技術(shù)出版社，1998
17. 模具設(shè)計心得體會
通過此次模具設(shè)計，使我的專業(yè)知識更加系統(tǒng)化，完整化。在設(shè)計中我熟練撐握了查閱有關(guān)的技術(shù)標準與規(guī)范，知到了怎樣去學習和善于利用前人所積累的寶貴設(shè)計經(jīng)驗和資料。也鍛煉了我綜合考慮結(jié)構(gòu)、工藝性、經(jīng)濟性以及標準化等的能力，鞏固了過去所學的專業(yè)課程知識。已撐握了注射模具設(shè)計的基本流程，也鍛煉了我的動手能力和對于工程技術(shù)的嚴謹性�？傊�，通過此次模具設(shè)計使我的專業(yè)水平更上了一層樓。
18. 模具總裝圖和零件圖：(附后工程圖) 結(jié)果