线夹塑料模具设计

引 言本说明书为塑料注射模具设计说明书，是根据塑料模具手册上的设计过程及相关工艺编写的。本说明书的内容包括：目录、毕业设计指导书、毕业设计说明书、参考文献等。编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺、塑料脱模机构的设计。本说明书在编写过程中，得到张清老师和同学的大力支持和热情帮助，在此谨表谢意。由于本人设计水平有限，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位老师批评指正。目 录第 一 部分 产品说明 第 二 部分 塑件分析 第 三 部分 注射机的型号和规格选择及校核 第 四 部分 型腔的数目决定及排布 第 五 部分 分型面的选择 第 六 部分 浇注系统的设计 第 七 部分 成型零件的工作尺寸计算及结构形式 第 八 部分 导柱导向机构的设置 第 九 部分 推出机构的设计 第 十 部分 模具的动作过程 第十一部分 设计小结 第十二部分 参考资料 第 一 部分 产品的说明此次产品是在 Pro/E 4.0 的辅助下完成的。产品图如下：图一 零件实体图第 二 部分 塑件的分析PA 塑料 化学名称：聚酰胺树脂比重:1.141.20 克/立方厘米 成型收缩率 12% 熔点：215-225。温度一旦达到就出现流动.成型特性： 1. 吸水性大，饱和水可以达到 3%以上.一定的程度上影响尺寸稳定性和电性能，特别是薄壁件增厚影响较大, 所以加工前材料必需干燥处理。 2、流动性好，易溢料，宜用自锁时喷嘴，并应加热。同时由于溶体冷凝速度快，应防止物料阻塞喷嘴、流道、浇口等引起制品不足现象.3、成型收缩范围及收缩率大，方向性明显，易发生缩孔，变形等。4、用螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径易大，以防死角滞料，滞料必须及时处理清除5、模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，不得有死角滞料，模具应冷却，其表面应镀铬第 三 部分 注射机的型号和规格选择及校核注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。从模具设计角度考虑，需要了解注射机的主要技术规范。在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标明的技术规范，。因为即使同一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。1、注射机的选用选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号；为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即： 公实 V式子中， 实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（ ） 。 实V 3cm由 Pro/E 分析/体测量，可得塑料盒的体积为 1.93cm3，考虑到设计为 2 腔，加上浇注系统的冷凝料，查阅塑料模设计手册的国产注射机技术规范及特性，可以选择 XSZY60.其最大理论注射容量为 60cm3，注射压力为 122MPa，锁模力为 500KN，最大注射面积为 130cm2.模具高度在 200300mm，最大开模行程 180mm。喷嘴圆弧半径为 12mm，喷嘴孔直径为 4mm。2、注射压力的校核该项工作是校核所选注射机的公称压力 P 能否满足塑件所成型时需要的注射压力 P0，其值一般为 70150MPa，通常要求 P P0。我们这里选 70MPa。3、锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力，即：F 锁 F 胀 = A 分 P 型F 锁注射机的额定锁模力（N） ； P 型模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa） ；一般为注射压力的 0.30.65倍，通常取 2040MPa。我们这里选 P 型=30MPa。A 分塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和（mm 2）由 Pro/E 分析/测量/区域，可得投影面积为 3cm2，浇注系统的投影面积不超过 1cm2 F 锁 F 胀 = A 分 P 型= 420030=24 KN而锁模力为 500KN，大于 24KN，符合要求。4、开模行程与推出机构的校核开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，用 H 表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程 S。由于注射机的锁模机构不同，开模行程可按以下两种情况进行校核：一种是开模行程与模具厚度无关；二种是开模行程与模具厚度有关。我们这里选用的是开模行程与模具厚度无关，且是单分型面注射模具。1、当开模行程与模具厚度无关时这种情况主要是指锁模机构为液压-机械联合作用的注射机，其模板行程是由连杆机构的做大冲程决定的，而与模厚度是无关的。此情况又两种类型： 对单分型面注射模，所需开模行程 H 为：S H = H1 + H2 + （510） mm式中，H1塑件推出距离（也可以作为凸模高度） （mm） ；H2包括浇注系统在内的塑高度 （mm） ；S 注射机移动板最大行程 （mm） ；H 所需要开模行程 （mm） 。 对双分型面注射模，所需开模行程为：S 机 H = H1 + H2 + a +（510） mm式中，a中间板与定模的分开距离 （mm） 。可得：H=29.25+35+45+10=119.25 S 机2、推出机构的校核各种型号注射机的推出装置和最大推出距离各不同，设计模具时，推出机构应与注射机相适应，具体可查资料。3、装模高度1.模架高度 295 小于装模最大高度 300 。第 四 部分分型面的选择分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向倾斜。1、分型面的形式：分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有如下五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。2、分型面的选择原则：a） 、便于塑件脱模：、 在开模时尽量使塑件留在动模内 、应有利于侧面分型和抽芯 、应合理安排塑件在型腔中的方位；b） 、考虑和保证塑件的外观不遭损坏c） 、尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）d） 、有利于排气 e） 、尽量使模具加工方便3、主分型面及侧分型面图二 分型面侧分型线主分型线第 五 部分 型腔数目的决定及排布1、型腔数目的确定：为了使模具与注射机的生产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种：a） 、根据经济性能确定型腔数目； b） 、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目； c） 、根据注射机的最大注射量确定型腔数目； d） 、根据制品精度确定型腔数目。我们这里选用 a） ，其计算过程如下：我们设型腔数目为 n，制品总件数为 N，每一个型腔所需的模具费用为C1，与型腔无关的模具费用为 C ，每小时注射制品成型的加工费用为 y（元h） ，成型周期为 t（min） ，则：模具费用为 （元） ，01nXM注塑成型费用为 （元） ，)6(ytNs总成型加工费用为 ，即SMX01)0(Cnyt为使总的成型加工费用最少，即令 ，则有 ： nxd0)1(602ytN所以 n 。160Cyt对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过个，塑料件的精度为 6 级左右，以及模具制造成本、制造难度和生产效率的综合考虑，型腔数目初定为 2 腔，排布形式为矩形的平衡布局（详细的布局参见零件布局图） 。图三 型腔布局图第 六 部分 浇注系统的设计1、浇注系统的组成图四 浇注系统的组成所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统十分重要。而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。我们在这里选用普通浇注系统，它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，如图四所示： 2、浇注系统各部件设计A、主流道设计：主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为： 主流道圆锥角 =2 o6 o，对流动性差的塑件可取 3 o6 o，内壁粗糙度为 Ra0.63m。主流道大端呈圆角，半径 r=13mm，以减小料流转向过渡时的阻力。在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于 60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座板采用 H7/m6 过渡配合，与定位圈的配合采用 间隙配合。9hH主流道衬套一般选用 T8、T10 制造，热处理强度为 5256HRC。B、分流道的设计分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。 分流道的截面形状：通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U 形和六角形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道，如图五因为圆形截面 分流道的效率是分流道中效率最高的，固选它。分流道的尺寸：因为各种塑料的流动性有差异， 图五 圆形流道所以可以根据塑料 的品种来粗略地估计分流道的直径，常用塑料的分流道直径推荐值如下表一。 但对于壁厚小于 3mm，质量在 200g 以下的塑料，可用此经验公式确定其流道直径：式中 ， m流经分流道的塑料量（g） ；L分流道长度（mm） ；D分流道直径（mm） 。对于黏度较大的塑料，可按上式算得的 D 值再乘以 1.21.25 的系数。我们这里取 m=60*1.05=63g，L=50mm 。固分流道尺寸为 1.2D，即D=1.2D=1.20.26563 =8（ mm） 。所以450S=8*8/2 21.22=72.4（mm 2） 分流道的布置：分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。分流道与浇口的连接：分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。C、浇口的设计：浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。 浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。 一般浇口的截面积为分流道截面积的 3%9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为0.52mm，表面粗糙度 Ra 不低于 0.4m。浇口的结构形式很多，按照浇口的形状可以分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。而我们这里选用的是侧浇口。浇口的截面一般只取分流道截面积的 39，浇口的长度约为0.5mm2mm，现在可算出我们需要的浇口面积 S=5s=3.9 。 2m浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点：浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。浇口应设在不影响制品外观的部位。不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。第 七 部分 成型零件的工作尺寸计算一、凹模的结构形式：凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下几种结构形式：整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，从各方面分析我们可选用组合式凹模整体嵌入式凹模。整体嵌入式凹模：于小件一模多腔式模具，一般是将每个型腔单独加工后压入定模中。这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。凹模的外形通常是用带台阶的圆柱形，由台阶定位，以 过渡配合嵌入定模板，然后用67mH定模板座板将其固定。其结构如图六所示：二、凸模的结构设计1、凸模的结构形式：凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非为整体式和组合式两种类型。我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模整体装配式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成，如下图所示：图五 型芯图2、凹模的形状 图六 型腔图三、主要（成型）零件的工作尺寸计算现设制品的名义尺寸 LS是最大尺寸，其公差按规定为负值“-” ； 凹模的名义尺寸 LM是最小尺寸，其公差按规定为正值“+ Z”现由公式可得：SM05.)1(式中， “”前的系数（此处为 0.5）可随制品的精度和尺寸变化，一般在0.50.75 之间，ABS 的收缩率 S 为 0.005.制品偏差大则取小值，偏差小则取大值。 值由塑料模设计手册公差数值表可查基本尺寸为 120mm 时，其 值为 0.68，基本尺寸为 70mm 时，其 值为 0.52,基本尺寸为 15mm 时 为0.24.（这里塑料件的精度取 6 级）固可由以上公式算出其尺寸：A、型腔尺寸计算：ZSLDM015.)(=65（1+0.005）-0.5*0.68 +0.2*0.68= 65.26+0.14 （mm） ZSLDM025.)1(= 50(1+0.005)-0.5*0.52+0.2*0.52=50.14+0.10mmZSLM035.)1(=30(1+0.005)-0.5*0.24+0.2*0.24=30.0+0.04 (mm) B、型芯尺寸的计算设塑件内型腔尺寸为 ls，公差为正值“+” ，制造公差为负值“- Z”，经过与上面凹模径向尺寸相似推理，可得： 05.1ZSlM015.ZSdM=5.5(1+0.005)+0.5*0.68-0.2*0.68 =6.42-0.14mm0125.ZSdM=5.9(1+0.005)+0.5*0.52-0.2*0.52=6.5-0.10mm0135.ZSdM=26.75(1+0.005)+0.5*0.24-0.2*0.24=26.935-0.04mm0145.ZSdDM=8(1+0.005)+0.5*0.24-0.2*0.24=8.94-0.04mmC、型腔壁厚和底板厚度计算在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其是对大型塑件。但我们这里的塑件较小，故不需要对型腔壁厚和底板厚度进行计算，大致得体即可。D、抽芯机构的设计计算（1）抽芯距 S 的计算S 小=h+(23)=8+3=11 mmS 大=h+(23)=5.75+3=8.75 mm 式中 h侧型芯成型部分的高度，h 分别为 8、5.75 mm .( 2 ) 抽芯力计算Fc=chp(ucos-sin)Fc 小=21.8x8x10(0.2cos0 -sin0)=348NFc 大=104.5x5.75x10(0.2cos0 -sin0)=1201.75N式中 c侧型芯成型部分截面平均周长；h侧型芯成型部分高度；p塑件对单位面积上的包紧力，一般模具内冷却的塑件 P 为812MPa,取 10MPa;u塑料对模具钢的摩擦系数，u 为 0.10.3，取 0.2；侧型芯脱模斜度和倾斜角，该塑件 为 0.E、确定斜导柱的倾斜角/直径和长度（1）该处侧向抽芯力不大，抽芯距小，斜导柱倾斜角取 12（2）根据抽芯力 Fc 和倾斜角 可查表 9-27 的最大弯曲力 Fw=1KN,然后根据 Fw/ 和 Hw,查表 9-27 得斜导柱直径 d=10 mm .（3）斜导柱总长度计算：L 大=25/cos12+5.75/sin12+(510)=52 mmL 小=25/cos12+8/sin12+(510)=70 mm F、确定楔紧块的 由于滑块移动方向于合模方向垂直，故 =+（23） ，取15G、确定滑块装置的定位距离由于滑块移动方向于合模方向垂直，故滑块装置定位距离应等于实际抽芯距离：S 大=5.75 mm ; S 小=8 mm .第 八 部分 导柱导向机构的设计为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，我们这里选取导柱导向机构，其结构如图十：我们在设计此机构的同时还应注意以下几点：1、 导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。、导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出 68mm，以免型 图七 导向机构芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。 、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。、为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。、导柱的设置应根据需要而决定装配方式。、一般导柱滑动部分的配合形式按 H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按 H7/k6。、一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。、导柱的直径应根据模具大小而决定，参考准模架数据选取。第 九 部分 脱模机构的设计1、何为脱模机构在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种出塑件的机构称为脱模机构。2、脱模机构的分类及选用脱模机构的分类分多，我们采用的是混合分类中的一种：推杆一次脱模机构，因为此机构是最简单、最为常用的一种，具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较实用和直观。所谓一次脱模就是指在脱模过程中，推杆就需要一次动作，就能完成塑件脱模的机构。它通常包括推杆脱模机构、推管脱模机构、脱模板脱模机构、推块脱模机构、多元联合脱模机构和气动脱模机构等。3、脱模机构的设计原则设计脱模机构时，应遵循以下原则：（1）结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度。（2）保证塑件不变形、不损坏。（3）保证塑件外观良好。（4）尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。4、推杆的结构形式及形状因制品的几何形状及型腔结构等的不同，所用推杆的截面形状也不尽相同，常用推杆的截面形状为圆形。推杆又可分为普通推杆与成型推杆两种，我们这里选用普通推杆。5、推杆的固定方式（图八）图十二 推杆固定第 十 部分 模具动作过程模具开启，由 16 号弹簧压着动模板跟随动模一起下移；在斜导柱作用下四侧滑块分别向外滑移，到达侧抽芯位置。继续开模在拉杆 13 的作用下限制住开模的行程，再由 17号推杆（也是复位杆）推动 5 号推板将动模板及其固定板一并推出制定距离，到达竖直方向的抽芯距离，取出塑件，合模重复循环。第 十一 部分 设计小结毕业设计是我们专业课程知识大综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程从模具设计工作的实际训练到培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充模具设计课程所学的内容，掌握模具设计的方法和步骤，如何分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中把自己平时学习的不足和薄弱环节加以巩固和完善，得到新的提高。虽然之前有些生疏的知识和作图方法通过此次设计都得到了熟练并有所提高，但我却有认识到：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正用到的时候才发现是两回事。这一次我决定把全部的设计过程给自己备份，所有的操作流程和绘图方法加以记录，待以后查阅使用。只有真正会运用知识才算是学会了知识；如果只是知道那也就只是知道罢了。相信在以后的工作学习中一定会不断提高自己、发展自己。另外，在此真诚感谢我们的张老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师的教导和不拘一格的思路给我予以启发；学生的每一点进步都离不开老师的细心指导。同时，也感谢对我提供帮助的每一位同学，谢谢你们对我的帮助和支持，我一定会继续努力、不断提高。 第 十二 部分 参考资料1 屈华昌主编，塑料成型工艺与模具设计，高等教育出版社，20092 塑料模具设计手册编委会，塑料模具设计手册，机械工业出版社，20043 叶久新、王群主编，塑料制品成型及模具设计，湖南科学技术出版社，2003