模具设计说明书设计.doc

1、2. 塑件成型工艺学分析2.1 塑件的分析2.1.1 外形尺寸零件外形如图2.1所示。该塑件壁厚为1.5毫米左右，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合于注射成型。2.1.2 精度等级该零件未注精度，故默认取一般精度，即IT4级。2.1.3 材料选择选用材料为30%玻璃纤维增强级尼龙6（即PA6-GF30），符合经济要求也提高了成型效率。2.1.4脱模斜度PA6-GF30为无定型塑料，成型收缩率较小，参考表2.1选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为30。表2.1 常用塑件的脱模斜度塑料名称脱模斜度凹模型芯聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、氯化聚醚25 4525 45硬聚氯乙烯、聚碳酸酯35 453

2、0 50聚苯乙烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛35 13030 40热固性塑料25 4020 502.2 PA6-GF30的性能分析2.2.1 使用性能综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学稳定性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可以镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。2.2.2 成型性能（1）无定型塑料。 其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。（2）吸湿性强。 水的质量分数应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。（3）流动性中等 溢边料0.05mm左右。（4）模具设计时要注意浇

3、注系统，选择好进料口的位置、进料形式。当推出力过大或机械加工时塑件表面易呈现白色痕迹。2.2.2 PA6-GF30的主要性能指标其性能指标见表2.2。表2.2 PA6-GF30的性能指标密度（）1.211.35屈服强度（MPa）164比体积（）0.870.91拉伸强度（MPa）150吸水率（%）0.91.3拉伸弹性模量（MPa）2600熔点（）210225抗弯强度（MPa）227计算收缩率(%)0.30.7抗压强度（MPa）140比热容1470弯曲弹性模量（MPa）14002.3 PA6-GF30的注射成型过程及工艺参数2.3.1 注射成型过程（1）成型前的准备。对PA6-GF30的色泽、粒度

4、和均匀度等进行检验，由于PA6-GF30吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。（2）注塑过程。 塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型。其过程可分为充模，压实、保压、倒流和冷却5个阶段。（3）塑件的后处理，处理的介质为空气和水，处理温度为6075，处理时间为1620s。2.3.2 注射工艺参数（1）注射机：螺杆式，螺杆转速为30r/min。（2）料筒温度（）：后段150170；中段165189；前段180200。（3）喷嘴温度（）：170180。（4）模具温度（）：5080。（5）注射压力（MPa）：80130。（6）成型时间（s）：30（注射时间取1.

5、6，冷却时间20.4，辅助时间8）。3.拟定模具的结构形式3.1 分型面位置的确定模具上用来取出塑件或浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面。模具的分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具复杂程度具有很大的影响。通过对塑件结构的形式分析，分型面应选在零件截面积最大且利于开模取出塑件的平面上，其位置如图3.1所示。图3.1 分型面的选择3.2 型腔数量和排列方式的确定3.2.1型腔数量的确定型腔数量的确定主要是根据制品的质量、投影面积、几何形状（有无侧抽芯）、制品精度、批量以及经济效益来确定。但是以上这些因素有时是相互制约的，所以在确定设计时，必须进行协调以保证满足其主要条件。该

6、塑件的精度要求一般，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模两腔的结构形式。3.2.2型腔排列形式的确定多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模两腔，故采用直线对称排列，如图3.2所示。图3.2 型腔数量的排列分布3.2.3 模具结构形式的确定从上面的分析可知，本模具设计为一模两腔，呈直线对称排列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用脱模板推出的推出形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分

7、型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板，支撑板和脱模板。由以上综合分析可确定选用带脱模板的单分型面注塑模。3.3 注射机型号的确定3.3.1 注射量的计算通过三维软件建模设计分析计算得塑件体积：塑件质量：式中，参考表2.2，可取1.3。3.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。由于本次采用的流道简单且较短，因此浇注系统的凝料按照塑件体积的0.5倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和两个塑件的体积之和）为3.3.3 选择注射机根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑件总体积，依公式（

8、）则有：。根据以上的计算。初步选定公称注射量为10cm3，注射机型号为SZ-60/450卧式注射机，其主要参数见表3.1。表3.1 注射机主要技术参数理论注射容量/cm378移模行程/mm220螺杆柱塞直径/mm30最大模具厚度/mm300注射压力/MPa170最小模具厚度/mm100注射速率/gs-160锁模形式双曲肘塑化能力/gs-15.6模具定位孔直径/mm55螺杆转速/rmin-114200喷嘴球半径/mm20锁模力/KN450喷嘴口半径/mm3拉杆内间距/mm2802503.3.4 注射机的相关参数校核（1）注射压力校核。查表3.2可知，PA6-GF30所需注射压力为90101MPa

9、，这里取PO=100MPa，该注射机的公称注射压力P公=170MPa，注射压力安全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.3,则所以，注射机注射压力合格。表3.2 部分塑料所需的注射压力Po塑料注射条件厚壁厚（易流动）中等壁厚度难流动的薄壁厚窄浇口件聚乙烯70100100120120150聚氯乙烯100120120150150聚苯乙烯80100100120120150ABS80110100130130150聚甲醛85100100120120150聚酰胺90101101140140聚碳酸酯100120120150150有机玻璃100120110150150(2)锁模力校核。. 用Pro/e对塑

10、件进行分析，得到塑件在分型面上的投影面积A塑。浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积，可以按照多型腔模具的统计分析来确定，A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一些，这里取A浇=0.2A塑。塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总，则模具型腔内的胀型力F胀，则式中，P模是型腔的平均计算压力值，通常取注射压力的20%40%，大致范围为2540MPa。对于黏度较大且精度较高的塑料制品应取较大值。PA6-GF30属于中等黏度塑料及有精度要求的塑件，故P模取35MPa。查表3

11、.1可得注射机的公称锁模力F锁=450KN，锁模力的安全系数为k2=1.11.2，这里取k2=1.2，则所以，注射机锁模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。4. 浇注系统的设计注射模的浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔融塑料的通道。其作用是将熔融状态的塑料填充到模具型腔内，并在填充及凝固过程中将注射压力传递到型腔塑件各个部位，而得到要求的塑件。4.1 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速

12、度和充模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。4.1.1主流道尺寸（1）主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行设计。（2）主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=（3+0.5）mm=3.5mm。（3）主流道大端直径：（4）主流道球面半径：SRo=注射机喷嘴球头半径+（12）mm = 22mm（5）地面的配合高度：h=3mm。4.1.2 主流道的凝料体积 4.1.3 主流道当量半径4.1.4 主流道浇口套形式主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严

13、格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套和定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采用碳素工具钢，热处理淬火表面硬度为5055HRC,如图4.1所示。图4.1 主流道浇口套的结构形式4.2 分流道的设计4.2.1 分流道的布置形式 在设计时候应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。4.2.2 分流道的长度由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时候可适当选小一些。单边分流道长度L分取12mm，如图3.2所示。

14、4.2.3 分流道的当量直径因为该塑件的质量。所以分流道的当量直径:式中，D是流道的当量直径（mm）；M是流经分流道的熔体质量（g）；L是分流道的长度（mm）。4.2.4 分流道截面形状常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。本设计采用圆形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量损失、流动阻力均不大。4.2.5 分流道截面尺寸 分流道的横截面的尺寸应根据塑件的大小，壁厚、形状与所用塑料的工艺性能、注射速率及分流道的长度等因素来确定。对于常见（2.03.0）mm壁厚，采用的圆形截面分流道的直径一般在3.77.0mm之间变动。对于流动性能

15、好的材料，比如:PA、PE、PP等，当分流道很短时，可以小到2.5mm。初步确定分流道的尺寸为4。4.2.6 凝料体积（1） 分流道的长度 （2） 分流道截面积 （3） 凝料体积 4.2.7 校核剪切速率（1）确定注射时间：查表4.1，可取t= 1.0s。表4.1 注射机公称注射量V公与注射时间t的关系公称注射V公/cm3注射时间t/s公称注射量V公/cm3注射时间t/s601.040005.01251.660005.72502.080006.43502.2120008.05002.5160009.010003.22400010.020004.03200010.630004.66400012.

16、8（2）计算分流道体积流量(3) 计算分流道剪切速率该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以分流道内熔体的剪切速率合格。4.2.8 分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.252.5即可，此处取。另外，其脱模斜度一般在510之间，这里取脱模斜度为8。4.3 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，其作用是使从分流道流过来的塑料熔体以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满后，浇口部分的熔体能迅速地凝固而封闭浇口，防止型腔内的熔体倒流。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采

17、用一模两腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口，其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开始在分型面上，从型腔的边缘进料。4.3.1 侧浇口尺寸的确实（1）计算侧浇口的深度。根据侧浇口的深度h计算公式为式中，t是塑件壁厚，这里t=1.5mm，n是塑料成型系数，对于PA6-GF30，其成型系数n=0.7。在工厂进行设计时候，浇口深度常常先取小值，以便在今后试模时发现问题进行修模处理，并根据设计手册中推荐的PA6-GF30侧浇口的厚度为1.01.4mm，故此处浇口深度取1.0mm。（2）计算侧浇口的宽度。侧浇口的宽度B的计算公式为（3）计算侧浇口的长度。侧浇口的长度L浇一

18、般选用0.72.5mm，这里选取L浇=0.7mm。4.3.2 侧浇口剪切速率的校核（1）计算浇口的当量半径。由面积相等可得，由此矩形浇口的当量半径（2）校核浇口的剪切速率 确定注射时间：查表4.1，可取t= 1.0s 计算浇口的体积流量： 计算浇口的剪切速率：该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。4.4 校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积（浇口的体积太小可以忽略不计）以及主流道和当量半径，这样就可以校核主流道的剪切速率。（1）计算主流道的体积流量（2）计算主流道的剪切速率主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流

19、道的最佳剪切速率之间，所以主流道的剪切速率校核合格。4.5 冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱紧力使凝料从主流道衬套中脱出。5成型零件的结构设计和工作尺寸的确定塑料在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔或模膛。而构成这个型腔的零件叫做成型零件，通常包括凹模、凸模、小型芯、螺纹型芯或型环等。由于这些成型零件直接与高温、高压的塑料熔体接触，并且脱模时反复与

20、塑件摩擦，因此要求它们有足够的强度、刚度、耐磨度和较低的表面粗糙值。同时，还应该考虑零件的加工性及模具的制造成本。5.1 成型零件的结构设计5.1.1 凹模的结构设计凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析。本设计中采用整体嵌入式凹模。5.1.2 凸模的结构设计凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯有一个还有其余几个镶件，共同组成凸模的结构。5.2 成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲

21、劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模刚才选用718H。5.3 成型零件工作尺寸的确定成型零件上直接用于成型塑件部分的尺寸，成为成型零件的工作尺寸。成型零件工作尺寸只要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形零件的长和宽），型腔和型芯的深度尺寸，中心距等。任何塑料制品都是有一定的几何形状及尺寸要求，其中有配合要求的尺寸，精度要求较高。在设计模具时，必须根据塑件的尺寸和公差要求来确定相应的成型零件的尺寸和公差。5.3.1型腔尺寸的计算公式：(1)径向尺寸计算公式：L = ( L + LS - 3/4 ) （7）式中： - 塑件的尺寸公差，单位

22、：；L- 成型零件的径向尺寸，单位：； - 成型零件的制造公差，=( 1/31/6 ) () ；S - 塑件的成型收缩率，取平均值；L - 塑件的径向基本尺寸，单位： ；(2)高度计算公式：H = ( H + HS- 2/3 ) （8）式中： - 塑件的尺寸公差，单位：； - 成型零件的制造公差，=( 1/31/6 ) () ； S - 塑件的成型收缩率，（取平均值）； H- 成型零件的深度方向的尺寸，单位：；H - 塑件的深度方向基本尺寸，单位：；5.3.2型芯尺寸的计算公式：(1) 型芯长度的计算公式：L = ( L + LS + 3/4 ) （9）式中： - 塑件的尺寸公差，单位：； -

23、 成型零件的制造公差，=( 1/31/6 ) () ； S - 塑件的成型收缩率，取平均值 ；L - 成型零件的径向尺寸，单位：；L - 塑件的径向基本尺寸，单位：；(3)型芯高度的计算公式：H = ( H + HS + 2/3 ) （10）式中： - 塑件的尺寸公差，单位：； - 成型零件的制造公差，=( 1/31/6 ) () ； S - 塑件的成型收缩率，取平均值 ； H- 成型零件的深度方向的尺寸，单位：；H- 塑件的深度方向基本尺寸，单位： 。3、成型模零件的设计计算：查表2.2得PA6-GF30的收缩率为：S = 0.30.7，因此模具中的成型零件工作尺寸计算时均采用平均收缩率：S

24、 = 0.5；模具制造公差取： = /3 。连接件零件图中未注公差均按IT12级计算（均为单向极限公差）；将尺寸120.14换算为单向极限为：12.14。型腔和型芯工作尺寸的计算结果见表5-1所示，计算过程如下：1）型腔镶块型腔的计算：a、根据连接件尺寸：20； =0.22 ；=0.22/3=0.073 ：计算得： L = ( L + LS - 3/4) = ( 20 + 200.5 - 30.22/4) = 19.94 。b、根据连接扣帽部尺寸： 3 ； =0.1 ； =0.1/3=0.033 ：计算得： H = ( H + HS - 2/3 ) = ( 3 + 30.5 - 20.1/3

25、) = 2.95 。2）哈夫块型腔的计算： a、根据连接扣塞部尺寸：12.14 ；=0.28 ；=0.28/3=0.093 ： 计算得： H = ( H + HS - 2/3) = ( 12.14 + 12.140.5-20.28/3 ) = 12.01 。b、根据连接扣帽部尺寸：2 ； =0.1 ； = 0.1/3=0.033 ：计算得： H = ( H + HS-2/3 ) = ( 2 + 20.5 - 20.1/3 ) = 1.94 。c、根据连接扣塞部尺寸：60.06 ； =0.12/3=0.04 ：计算得：L = ( L + LS ) /2 = ( 6 + 60.5 ) 0.02 =

26、 6.030.02 。d、根据连接扣塞部尺寸：12 ； =0.18 ； =0.18/3=0.06 ：计算得： L = ( L + LS - 3/4 ) = ( 12 + 120.5 - 30.18/4 ) = 11.93 。e、根据连接扣塞部尺寸：15 ； =0.22 ； =0.22/3=0.067 ：计算得： L = ( L + LS - 3/4 ) = ( 15 + 150.5 - 30.22/4 ) = 14.93 。3）型芯的计算：a）型芯杆的长度计算：根据连接扣凹槽尺寸：8 ； =0.15 ； =0.15/3=0.05 ：计算得： L = ( L + LS + 3/4 ) = ( 8

27、 + 80.5 + 30.15/4 ) = 8.15 。b）410的镶块凸台计算：根据连接扣凸台部尺寸：4 ； =0.12 ； =0.12/3=0.04 ：计算得： L = ( L + LS + 3/4 ) = ( 4 + 40.5 + 30.12/4 ) = 4.11 。根据连接扣槽部尺寸：10 ； =0.15 ； =0.15/3=0.05 ：计算得： H = ( H + HS + 2/3 ) = ( 10 + 100.5 + 20.15/3 ) = 10.15 。其中： - 塑件的尺寸公差，单位：； - 成型零件的制造公差，=(1/31/6) () ； S - 塑件的成型收缩率，0.30.

28、7； H- 成型零件的深度方向的尺寸，单位：；H - 塑件的深度方向基本尺寸，单位：；L- 成型零件的径向尺寸，单位：；L 塑件的径向基本尺寸，单位：；4）型腔侧壁厚度和底板厚度的计算：a）上型腔侧壁厚度的确定：上凹模镶块型腔为圆形整体式型腔，可根据圆形整体式型腔侧壁厚度计算公式进行计算。由于型腔的高度h=3，尺寸很小，因而所需的壁厚t也较小，由模具设计大典查得：型腔壁厚t取510较适宜。其具体尺寸则可根据模具结构设计图最终确定。设计镶块为矩形，其设计尺寸为：9050。b）哈夫块的设计计算:设计中塑件的下部分型腔是由两块哈夫块组合拼接而形成的，所以应根据组合式圆形型腔的计算公式进行设计计算。同

29、时，由于型腔的尺寸小于86，应采用刚度计算公式确定侧壁厚，则侧壁厚度t为：t = Rr r （11）式中：t - 型腔的侧壁厚度，单位：； R - 型腔外半径，单位：； r - 型腔内半径，单位：； - 泊松比，取0.25； E - 钢的弹性模量，取2.0610MPa； P - 型腔内的塑料熔体压力，取50 MPa； - 型腔允许变形量，取最大溢边值：0.05。计算得： t 7.5 t 7.51.04t 7.51.04 t 7.78 。考虑到哈夫块的定位问题，需安装定位销进行定位，故根据结构设计哈夫块从边距至型腔最大处取15 。c）动模座板的设计:由模具设计手册查取动模座板的总长度：B 102

30、300,取动模座板的厚度为：（0.130.15）B,即板厚H为13左右即满足结构设计要求。综合考虑模具整体结构的协调，最终确定动模座板总厚度为55，支承板厚选为20。型腔和型芯的工作尺寸计算汇总表如表3-1所示：表3-1 型腔和型芯的工作尺寸计算汇总表类别序号模具零件名称塑件尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸型腔的计算1型腔镶块的型腔2哈夫块型芯的计算1型芯杆2410的型芯固定块凸台5.3.1 影响塑件尺寸公差的因素模具成型零件工作尺寸必须保证所成型塑件的尺寸达到要求，而影响塑件的尺寸及公差的因素相当复杂，这些影响因素应该作成为成型零件工作尺寸确定的依据。（1）成型零件的制造误差它直接影响着塑件

31、的尺寸公差，成型零件的公差等级越低，塑件的公差等级也越低。成型零件的公差约占塑件总公差的1/3左右，因而在确定成型零件的工作尺寸公差值时可取塑件公差的1/3。（2）成型零件的磨损由于成型过程中的磨损，型腔尺寸变大，型芯尺寸变小，中心距基本保持不变。（3）成型收缩率的偏差和波动成型收缩率系指温室时塑件与模具型腔两者尺寸的相对差。（4）模具安装配合的误差模具成型零件的安装误差或在成型过程中成型零件配合间隙的变化，都会影响塑件尺寸的精确性。（5）水平飞边厚度的波动塑料注射成型模具，水平飞边厚度很薄，甚至没有飞边，故对制品高度尺寸影响不大。所以，综上所述，塑件可能产生的最大误差为上述各种误差的总和。制

32、品的公差要求受可能产生的误差限制。塑件制品的公差值应大于或等于上述各种因素所引起的积累误差。型腔的径向尺寸，已知塑件尺寸为Ls-，磨损量为c，平均收缩率为Sap，塑料的平均尺寸为Ls-/2，设型腔径向尺寸为Lm+z,型腔的平均尺寸为Lm+z/2，型腔磨损量为c/2的平均尺寸为Lm+z/2+c/2，按平均值计算方法可得下式：Lm+z/2+c/2=（Ls-/2）+（Ls-/2）Sap对于中小型塑件，取z=/3，c=/6，并将上式展开整理得到：Lm= Ls+ Ls Sap-3/4根据材料的选择、注塑件形状、注塑件材料、MOLD FLOW分析结果及经验，通过CATIA V5的计算机辅助设计确定凹模尺寸（具体见零件图）大体尺寸如图5.1：图5.1 凹模结构尺寸根据材料的选择、注塑件形状、注塑件材料、MOLD FLOW分析结果及经验，通过CATIA V5的计算机辅助设计确定凸模尺寸（具体见零件图）大体尺寸如图5.2：图5.2 凸模的结构尺寸