塑料壳体模具设计

塑 料 模 具 课 程 设 计 说 明 书设计题目 塑料壳体模具机械工程 系 模具设计与制造 专业班级学号 设计人指导老师 目 录一.塑件成型工艺性分析2二.分型面位置的确定2三.确定型腔数量和排列方式2四.模具结构形式的确定3五.注射机型号的选定3五.浇注系统的设计5七.成型零件的结构设计和计算12八.合模导向机构的设计16九.脱模推出机构的设计19十.湿度调节系统设计21塑料壳体模具设计一.塑件成型工艺性分析该塑料件是一壳体,塑件壁属厚壁塑件,生产批量大,材料选PS,考虑到主流道应尽可能短,一般小于60mm,过长则会影响熔体的顺利充型,因此采用下例数据:材料 A B C D E F G H I J PS 60 80 25 4 3 45 20 74 12 35二.分型面位置的确定 根据塑件结构形式分型面应选在I上如下图:三.确定型腔数量和排列方式1.该塑件精度要求不高,批量大,可以采用一模多腔,考虑到模具的制造费用和设备的运转费用,定为一模四腔。2.型腔排列形式的确定如下图:四.模具结构形式的确定 从上面的分析中可知本模具采用一模四腔,双列直排,推件板推出,流道采用平衡式,浇口采用侧浇口,动模部分需要一块型芯,固定板,支撑板.五.注射机型号的选定1.通过Pro/E建模分析,塑件为m1=26.5g,v1=m1/, =1.05V1=25.2cm3,流道凝料的质量m2=0.6m1 m=1.6nm1=2.塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需的锁模力. 流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积A2,A2可用0.35nA1来进行估算,所以 A=nA1+A2=1.35A1 n=1.354A1=25920mm2 式中A1=8060=4800mm2查表2-2取P型=25MpaFm=AP型=2592025=648000N3.选择注射机 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值可选用SZ-250/1250理论注射量/cm3_270_ 锁模力/ KN 1250_螺杆直径/mm _45_ 拉杆内间距/mm_415415注射压力/ MPa 160_ 移模行程/mm_360_注射速率/g/s_110_ 最大模厚/mm_塑化能力/_18.9 最小模厚/mm150螺杆转速/10200_ 定位孔直径/mm160喷嘴半径/mm15 锁模方式/双曲肘4.注射机有关参数的校核n(KMt/3600-m2)/m1=(0.810.530/3600)-m2/m2 =(0.8*18.9*3600*30/3600-0.6*4*26.5)/26.5 =14.74型腔数校核合格.式中,K注射机最大注射量的利用系数一般取0.8 m-注射机的额定塑化量(10.5g/s) t成型周期取30s1)注射压力的校核 PekP0=1.3150=195Mpa K-注射压力的安全系数,一般取K=1.25-1.4 P0-取130Mpa,中等壁厚件2)锁模力校核 FKAP型=1.2648=777.6KN.而F=1250 KN K0锁模力安全系数,一般取K0=1.1-1.2 其他安装尺寸的校核要待模架的选定,结构尺寸确定后才可进行.六. 浇注系统的设计1. 主流道设计1)主流道尺寸设计 根据所选注射机,则主流道小端尺寸为 d=注射机喷嘴尺寸+(0.51) =3.5+0.5=42) 主流道球面半径为 SR=喷嘴球面半径+(12)=15+(12)=16mm3) 球面配合高度 h=3mm5mm,取h=3mm4) 主流道长度,尽量小于60,由标准模架结合该模具的结构,取L=25+20=45mm5) 主流道大端直径 D=d+2Ltan=6.54mm(半锥角为1- 2,取= 2)取D=6.5mm.6) 浇口套总长 L0=25+20+h+2=502. 主流道衬套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触属易损件,对材料要求严格,因而模具主流道部分常设计可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套,以便常用碳素工具钢如T8A,T10A等,热处理硬度为50HRC-55HRC.如图示由于该模具主流道较长,定位圈和衬套设计成分体式较宜,其定位圈结构尺寸如下图3.主流道衬套的固定 主流道衬套的固定形式如图4.冷料穴的设计1)主流道冷料穴的设计 开模时应将主流道中的凝料拉出,所以冷料穴直径稍大于主流道大端直径.采用Z形头冷料穴,很容易将主流道凝料拉离定模,如图所示1；定模座板 2；冷料穴 3；动模板 4；推杆主流道凝料体积Q主= h/12(D2+Dd+d2)=40/12(6.52+6.53.5+3.52) =809mm2=0.8cm3主流道剪切速率校核 由经验公式 v=3.3qv/Rqv=q主+q分+q塑件=0.8+425.28+0.58=102.5cm2Rn=（3.5+6.5）/2/2=0.25cm 主流道剪切速率偏小主要是注射量小，喷嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。5 分流道设计分流道布置形式 分流道布置有多种形式，但是需要循两方面原则：一方面排列紧凑，缩小模具版面尺寸；另一方面流程尽量短，锁模力力求平衡。应采用平衡式分流道。如图：分流道长度第一级分流道 L1=50mm第二级分流道 L2=15mm分流道的形式.截面尺寸以及凝料体积为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上。工程设计中常用梯形截面，加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失.流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸，即 B=0.2654式中，B-梯形大底边的宽度 m-塑件的质量（g），为26.5g根据塑料模具设计手册表4-9，取B=4 H=2/3B=2.67mm 取H=3mm 从理论上L2,L3分流道可以L1截面小1/10,但为了刀具的统一和加工方便,在分型面上的分流道采用一样的截面.分流道的表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63m-1.6m，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力，避免熔体表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。此处Ra=0.8m。 凝料体积分流道长度 L=（50+82+12）2=136mm分流道截面积 A=（3+4）/23=10.5mm2凝料体积 q分=13610.5=1428mm3=1.428cm3分流道剪切速率校核采用经验公式 r =3.3q/R 3=3.3101.12/(3.140.253)=6801式中 q=1/t=425.28=101.126浇口的设计 浇口截面积通常为分流道截面积的0.07倍0.09倍，浇口截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度为0.5mm2mm。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐渐修正。1 浇口类型及位置确定该模具是中小型塑件的多型腔模具，设置侧浇口比较合适。侧浇口开设在垂直分型面上，从型腔（塑件）外侧面进料，侧浇口是典型的矩形截面浇口，能很方便的调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间，因而又被称为标准浇口。这类浇口加工容易，修正方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具。2 浇口结构尺寸的经验公式侧浇口深度和宽度经验计算：经验公式为 h=nt=1mm w=2.3式中，h-侧浇口深度（mm）； W-浇口宽度（mm）； A-塑件外表面积； t-塑件厚度（约为3mm ） n-塑料系数，查表得 n=0.67 浇注系统的平衡对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，浇注是平衡的。8 浇注系统凝料体积计算 主流道与主流道冷料井凝料体积 V主=v锥v冷=h/12（D2+Dd+d2）+/4（D2h）=15919.8mm39 普通浇注系统截面尺的计算与校核确定适当的剪切速率r根据经验浇注系统各段的r取以下值，所成型塑件质量较好。 主流道 rs=5102s-15103s-1 分流道 R=5102s-1 点浇口 rG=105s-1 其他浇口 rG=5103s-15104s-1 确定体积流率q1）. 主流道体积流率qs 因塑件小，即使是一模四腔的模具结构，所需注射塑料熔体的体积也还是比较小的，而主流道尺寸并不小，因此主流道体积流率并不大，取rs=1103s-1代入得 qs=/4R3=/41030.33=21.9cm3/s2）. 浇口体积流率qG 侧（矩形）浇口用适当的剪切速率rG=1104s-1代入得 qG=Wh2/6=2.30.12104/6=38cm3/s. 注射时间（充模时间）的计算 1）.模具充模时间 ts=vs/qs=25.28/21.9=1.15s 式中 qs-主流道体积流率； ts-注射时间，s； Vs-模具成型时所需塑料熔体的体积，cm32）. 单个型腔充模时间 tG=VG/qG=25.25/38=0.66s3）. 注射时间 根据经验公式5求得注射时间 t=ts/3+2tG/3=0.82s4 校核各处剪切速率1）.浇口剪切速率 rG=6V3/Wh2=625.25/2.30.12=6.59103s-12）.分流道剪切速率 由经验公式 =3.3q/R3=3.3101.12/3.140.253 =6.8103s-1七.成型零件的结构设计和计算塑料模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底版厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏，也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。1.模部分的型芯 为了便于加工设置一个定模型芯，它的配合可以采用过盈配合。 2.成型零件钢材的选用 零件是大批量生产，成型零件所选用钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好，机械加工性能和抛光性能也应该良好，因此构成型腔的嵌入式凹模钢材选用SMI3.成型零件工作尺寸的计算 塑件尺寸公差按SJ137278标准中的6级精度选取1）.型腔径向尺寸Lm1=(1+s)Ls1-x+20=(1+s)80-0.580.70+0.120 =80.28+0.120Lm2=(1+s)Ls2- x+20=1.003560-0.580.7+0.120 =59.79+0.120式中， S塑件平均收缩率S=（0.006+0.008）=0.0035X修正系数（取0.58） 塑件公差值（查塑件公差表取0.70）2制造公差，（取/5） 参考塑料模具设计手册P49型腔深度尺寸 Hm=（1+s）h-x0+=24.7+0.120 式中，h塑件厚度最大尺寸（取25）x修正系数（取0.56） 塑件公差值（取0.40）参考塑料模具设计手册P47型芯高度尺寸hm=（1+s）H+x0-2=3.130-0.04式中，h塑件厚度最小尺寸（取3） X修正系数（取0.58） 塑件公差值（查塑件公差表取0.20）模架的确定和标准件的选用 模架尺寸确定后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度的计算，以校核所选模架是否适当，尤其对大型模具。 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用模架尺寸为250mm315mm的标准模架，可符合要求。 模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉，模具外表尽量不要有突出部分，模具外表面应光洁，加涂防锈油。两模板之间应用分模间隙，即在装配，调试，维修过程中，可以方便地分开两块模板。1 定模座板（315mm315mm，厚25mm）材料为45钢.通过4个M10的内角圆柱螺钉与定模板连接定位圈通过4个M6的内六角圆柱螺钉与其连接，定模座板与浇口套为H8/f8配合。2.定模板（凸模固定板）（250mm315mm，厚20mm）固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好用调质230HB270HB。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7，定模板与浇口套采用H8/m6配合，定模板与圆筒型芯为H7/m6配合。3.支撑板（180 mm250mm）支撑板应具备较高的平行度和硬度。4.垫块（40mm315mm，厚50mm） 1）主要作用 在动模座板与支撑板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。 2.）结构形式可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。 3.）垫块材料 垫块材料为Q235A，也可用HT200，球墨铸铁等，该模具垫块采用Q235A制造。 4.）垫块的高度h校核. H=h1+h2+h3+s+=0+16+12.5+18+3.5=50mm式中，h1推板厚度，为16mmh2推杆固定板厚度，为12.5mmh3推出行程， 为18mm推出行程富余量，一般为2mm6mm，取3.5mm5.）动模座板（315mm315mm，厚25mm）材料为45钢，注射机顶杆孔为 mm，其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。6.）推板（118mm315mm，厚16mm） 材料为45钢，其上的推板导套孔和推导套采用H7/k6配合，用4个，M6的内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。7.）推杆固定板（118mm315mm。厚12.5mm） 材料为45钢，其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f6配合。八.合模导向机构的设计 1.导向机构的总体设计1. ）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部分。2. ）该模具采用4根导柱，其分布为等直径导柱不对称装置3. ）该模具导柱安装在支撑板和模套上，导套安装在定模固定板上。4. ）为了保证分型面很好的接触，采用在导套的孔口倒角。5. ）在合模时，应保证到向零件首先接触。6. ）动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。2.到导柱的设计 该模具采用带头导柱,不加油槽,如下图示导柱的长度必须比凸模端面高度高出,6mm8mm.1.) 为使导柱能顺利地进入导向孔,导柱的端部常做成锥形或球形的先导部分.2.) 导柱的直径应根据模具尺寸来确定,应保证具有足够的抗弯强度,该导柱直径由标准模架可知为mm.3.) 导柱的安装形式,导柱固定部分与模架按H7/f6配合,导柱的滑动部分按H7/f7或H8f7的间隙配合.4.) 导柱工作部分的表面粗糙度为Ra=0.4mm5.) 导柱应具有坚硬耐磨的表面,坚韧而不易折断的内芯.多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A.T10A,经淬火处理,硬度为50HRC以上或45钢经调质表面淬火,低温回火,硬度为50HRC以上.3.导套设计 导套与安装在另一半模上的导柱相配合,用一确定运动定模的相对位置,保证模具运动导柱相配合,用以确定运动定模的相对位置,保证模具运动导向精度的圆套形零件.导套常用的结构形式有两种:直导套(GB/T41692.2-1984(带头导套(GB/T4169.31984).1.) 结构形式,采用带头导套(型)如图所示2.) 导套的端面应倒角,导柱孔最好做成面孔,利于排出孔内剩余空气.3.) 导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合,表面粗糙度为0.4mm.导套外径与模板一端采用H7/k6配合;另一端采用H7/e7配合 入模板.4.) 导套材料可用,淬火钢或青铜合金等耐磨材料制造该模具中采用T8A.4.推板导柱与导套设计推板导柱除了起导向作用外,还支撑着支撑板,从而改善了支撑板的受力情况,大大提高了支撑板的刚性,该模具设置了4套推板导柱与导套,它们之间采用H8/f7配合其形状与尺寸配合如图所示九.脱模推出机构的设计注射成型每一循环中,塑件必须准确无误地从模具的凹模中型芯上脱出,完成脱出塑件的装置称为脱模机构也常推出机构1. 塑件推出的基本方式1.) 推杆推出 推杆推出是一种基本的,也是一种常用的塑件推出方式常用的推杆形式有圆形,矩形,阶梯形.2.) 推件板推出对于轮廓封闭且周长较长的塑件,采用推件推出结构.推件板推出部分的形状根据塑件形状而定.3.) 气压推出对于大型深型塑件,经常采用或 助气压推出方式本模具,考虑到塑件轮廓封闭且周长较长故采用推板推出.脱模力的计算脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力它是设计脱模机构上午重要依据之一.F阻=f(F正-F脱.sin)=f.F正-f.F脱sin式中, F阻摩擦阻力（N） f摩擦系数,一般取f=0.151.0 (取f=0.3)F正塑件收缩对型芯产生的正压力即包紧力（N）F脱脱模脱模斜率，一般为12（取=1）根据受力图可列平衡方程式 F脱+ F正sin= F阻. cos 由于，一般很小，式中（f.F脱sin项之值可以忽悠。F脱= f.F正cos- F正sin=F正(f. cos-sin)PAF正= PA 式中,P塑件对型芯产生的单位正压力（包紧力），一般为P=812MPa薄件取小值，厚件取大值，（P=10MPa） A塑件包紧型芯侧面积（mm） A F脱=22X74=1628mm2 F正= AP=1628 X10=16280NF脱= F正(f. cos-sin)=16280 X0.2=3256N由于塑件有孔不需要计算,真空吸引阻力 F总脱=n(F脱+F阻)=4 X3256=13024N推杆的尺寸计算,圆形推杆的直径可由欧拉公式简化得,d=k(* 式中, d推杆直径（mm） L推杆长度（mm） F脱塑件的脱模力（N） E推杆材料的弹性模量（MPa） n推杆数量 k安全系数，取k=1.5推杆直径确定后，还应进行强度校核 d =5.49十.湿度调节系统设计1. 加热系统由于该套模具的模温要求在80以下，又是中小型模具，所以无需设置加热装置。2. 冷却系统一般注射到模具内的塑料温度为200左右，塑件固化后，从模具型腔中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并迅速脱模。因为PS黏度低流动性好，因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用温水对模具进行冷却。PS的成型温度和模具温度分别260280，3265用常温水对模具进行冷却。 1.）冷却介质 冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低，用水冷却即在模具型腔周围或内部开设冷却水道 2.）冷却系统的简略计算 如果忽略模具因空气对流，热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步和简略计算。 1.）求塑件在固化时每小时释放的热量Q查塑料制品成型与模具设计表425 PS单位质量放出的热量Q=2.8 X102KJ/kg3.5 X102 KJ/kg 取， Q1=3.5 X102KJ/kg 故 Q= Q1 X W0.215 X 3.5 X102 X60=4275KJ/h 式中，W单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（KJ/h）该模具每分钟注射2次 所以，W=2 X102.5 X1.05=0.215kg/min2.）求冷却水的体积流量 qv=WQ1/PC1(Q1-Q2)=215.253.5102/4.187103(25-20) =3.5910-3m3/min 式中 ，e冷却水的密度，为1 X103kg/m3c1冷却水的比热容，为4.187kj/kg.Q1冷却水出口温度，取25Q2冷却水入口温度，取203.）求冷却管道直径 查塑料制品成型及模具设计表4-27，取f=6.84（水温为25）取d=8mm求冷却管道总传热面积A 由公式得，A=60WQ1/hQ1=600.2153.5102 /h65-(25+20)/2=22.410-3 m2式中，Q模具温度与冷却水温之间的平均温度差（）模具温度取654.）计算凹模上座设冷却管总长度（mm）由于传热面积A=dL所以。L=A/d=22.410-3 (3.14810-6)=0.887m5.）求凹模所需冷却水管根数 n=L/B （B为模具的宽度） =0.887/0.315=2.83孔25