課程設計—塑料盒模具設計說明書

1、<p><b>　　廣東白云學院</b></p><p>　　塑料成型工藝及模具設計</p><p>　　PP塑料盒模具設計說明書</p><p>　　學生姓名 </p><p><b>　　學生學號 </b></p><p>　　所在系別 機電工

2、程系 </p><p>　　所學課程 塑料成型工藝及模具設計</p><p>　　任課教師 </p><p>　　二O一O年六月二十一日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 、塑件成型工藝分析3</p><p>　　二、塑

3、件分型面位置的分析4</p><p>　　三、塑件型腔數量及排列方式的確定4</p><p>　　四、注射機的選擇及有關參數的校核4</p><p>　　五、零件成型尺寸的計算7</p><p>　　六、澆注系統的形式的選擇及工藝參數的校核9</p><p>　　七、成型零件強度及支承板厚度計算11<

4、/p><p>　　八、模架的選擇13</p><p>　　九、導向機構的設計14</p><p>　　十、脫模推出機構的設計14</p><p>　　十一、排氣系統設計17</p><p>　　十二、溫度調節(jié)系統的設計17</p><p>　　十三、模具開合模動作過程20</p&g

5、t;<p><b>　　任務書</b></p><p><b>　　一．任務與要求</b></p><p>　?。?）給定塑件零件圖一張，按模具設計要求將塑件有關公差進行變換</p><p>　?。?）完成模具裝配圖一張用手工繪制成A0~A1圖幅，按制圖標準。</p><p>　?。?

6、）完成模具成型零件（凸模，凹模）圖2張~3張。</p><p>　?。?）編寫設計說明書</p><p>　　（5）個人答辯后利用業(yè)余時間CAD繪圖裝配圖</p><p>　　二．設計時間及進程安排</p><p><b>　　三．設計題目</b></p><p>　　一 、塑件成型工藝分析<

7、;/p><p><b>　　1.塑料性能分析</b></p><p>　　本塑件材料為聚丙烯，代號為PP。聚丙烯是塑料中最青的，機械強度比PE高。耐水耐熱，電性能和彎折性號。一般用于電器絕緣制品，包裝容器，打包帶，編織袋等。</p><p><b>　　2.成型工藝分析</b></p><p>　　PP

8、的工藝參數如下：</p><p>　?。ㄗⅲ阂陨蠑祿碜浴端芰夏＞咴O計》學習指導第41頁，下面簡稱文獻①）</p><p><b>　　3.塑件結構分析</b></p><p>　　塑件結構如圖1所示，塑件壁厚大致均勻，除底部厚度為4mm外，其余壁厚都在2mm左右。表面粗糙度沒有特別要求，無需進行特別處理便可達到的要求。在尺寸精度方面，塑料盒盒

9、壁的中心距精度較高，所以對模具型芯精度要求較高，另外考慮型芯的工藝性凸模采用鑲嵌式。</p><p>　?。ㄗⅲ阂陨戏治黾儗賯€人意見，如有類同純屬巧合）</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　二、塑件分型面位置的分析</p><p>　　分析塑件的最大截面在尺寸L處，如圖1所示。所以分型面設置在尺

10、寸L處復合模具的開模要求，避免了在塑件表面留下分型線的痕跡，另外塑件對型芯產生的包緊力足以保證塑件留在動模一側，使得產品的推出并無太大阻礙?？紤]塑件收縮率的問題，可設置脫模斜度和表面粗糙度解決。（注：以上分析參考《塑料成型工藝及模具設計》，下面簡稱文獻②，第81頁）</p><p>　　三、塑件型腔數量及排列方式的確定</p><p>　　根據設計要求，模具結構為單型腔模具，型腔設置在模具

11、中心，所以不存在排列問題。</p><p>　　四、注射機的選擇及有關參數的校核</p><p><b>　　1.注射量的計算</b></p><p><b>　　塑料盒外殼：</b></p><p><b>　　塑料盒格子：</b></p><p>&

12、lt;b>　　側凸緣：</b></p><p><b>　　底面：</b></p><p><b>　　底面凸緣：</b></p><p><b>　　所以塑件體積：</b></p><p>　　另外，流道凝料可按塑料體積的0.6陪來估算（注：該結論摘自《塑料

13、模具設計指導》）</p><p>　　2.塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需脹型力的計算</p><p>　　由于該塑件為單型腔模具，根據塑件形狀得知塑件在分型面上的投影面積A包含流道冷凝料的投影面積，所以</p><p><b>　　脹型力：</b></p><p><b>　　3.初選注射機</

14、b></p><p>　　根據每一生產周期的注射量和脹型力的值，選用型號為HTF86X-C的注射成型機。其具體參數如下：</p><p><b>　　4.注射機的校核</b></p><p><b>　　(1)注射量的校核</b></p><p>　　為保證成型過程順利進行，模具需要實際注射量

15、應該小于或等于某注射機標稱注射量的80%即：</p><p>　　式中n為型腔個數；為單個塑件容積；為澆注系統的容積。</p><p><b>　　代入數據得：</b></p><p>　　(2)注射壓力的校核</p><p>　　為保證成型過程順利進行，注射機的標稱注射壓力應小于塑件成型所需的注射壓力查文獻①附錄2得P

16、P料的注射壓力</p><p><b>　　(3)鎖模力校核</b></p><p>　　注射機的標稱合模力必需大于塑件的脹型力即：。根據前面的數據</p><p>　　(4)開模行程的校核</p><p>　　確定該塑件采用單分型面模具。要求注射機的最大行程大于模具實際開模所行程。</p><p&g

17、t;<b>　　模具開模所需的行程</b></p><p>　　綜上所述，注射機滿足本塑件的使用要求。</p><p>　　五、零件成型尺寸的計算</p><p>　　塑件尺寸一般公差精度為MT3；未注公差為MT5。（GB/T14486-1993）</p><p><b>　　尺寸1：</b><

18、;/p><p><b>　　尺寸2：</b></p><p><b>　　尺寸3：</b></p><p><b>　　尺寸4：</b></p><p><b>　　尺寸5：</b></p><p><b>　　尺寸6：<

19、;/b></p><p><b>　　尺寸7：</b></p><p><b>　　尺寸8：</b></p><p><b>　　尺寸9：</b></p><p><b>　　尺寸10：</b></p><p><b&g

20、t;　　尺寸11：</b></p><p><b>　　尺寸12：</b></p><p>　　其中——塑料收縮率，前面已查得收縮率，計算中取2%。——型腔制造公差,為該塑件的尺寸公差（按GB/T14486——1993查?。?，計算中取。計算公式參考文獻①</p><p>　　計算精確到小數點后兩位。</p><p

21、>　　六、澆注系統的形式的選擇及工藝參數的校核</p><p><b>　　1.主流道的設計</b></p><p>　　本塑件的型腔壁薄，結構復雜含有多腔結構，對塑料熔體形成較大阻力，適合使用直接澆口。使用直接澆口可以增大澆口橫截面積，減少流動阻力，有助于排氣及消除熔接痕，并且其強大的保壓補縮能力更容易保證塑件的完整成型。另外，塑件底部的兩個凸緣減少了對塑件底

22、部平整度的要求，所以直接澆口留下的冷凝料對塑件的使用要求影響較小。于是本塑件采用直接澆口。</p><p>　　(1)為了防止?jié)部谔着c注射機噴嘴對接處溢料，主流道與噴嘴的對接處應設計成半球形凹坑，凹坑深度為，其球面半徑SR應比注射機噴嘴頭球面半徑大1~2mm；主流道小端直徑大0.5~1mm，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模。</p><p>　　已知已選的機臺噴嘴孔直徑為4mm，噴嘴球半

23、徑為12mm，則主流道小端直徑為5mm，球面半徑為14mm，凹坑深度取。</p><p>　　(2)為了減少對塑料熔體的阻力及順利脫出主流道凝料，澆口套內壁表面粗糙度應加工到。</p><p>　　(3)主流道的圓錐角設得過小，會增加主流道凝料的脫出難度；設得過大，又會產生湍流或漩渦，卷入空氣，所以，通常取。本塑件主流道的圓錐角取。</p><p>　　(4)主流道

24、大端圓角半徑，以減小料流轉向過渡時的阻力。本塑件主流道大端圓角半徑取。</p><p>　　(5)在模具結構允許的情況下，主流道的長度應盡能短，一般取，過長則會增加壓力損失，使塑料熔體的溫度下降過多，從而影響熔體的順利充型。根據頂模座板的厚度而定。</p><p>　　(6)為了便于加工和縮短主流道長度，襯套和定位圈還是設計成分體式主流道長約等于模板厚度。襯套如下圖所示材料采用T10A鋼，

25、熱處理淬火后表面硬度為53HRC～57HRC。</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　2.主流道凝料體積</b></p><p>　　3.主流道剪切速率的校核</p><p><b>　　由經驗公式</b></p><p>

26、;　　其中——模具的體積流量</p><p>　　——主流道的平均半徑</p><p>　　七、成型零件強度及支承板厚度計算</p><p>　　理論分析表明，對于大尺寸的型腔剛度不足是主要矛盾，應按剛度條件計算零件的結構尺寸。而小尺寸的型腔在發(fā)生足夠大的彈性變形前往往因強度不足而破壞，因此應按強度條件進行計算。由于沒有詳細的資料對大尺寸型腔與小尺寸型腔進行區(qū)分，一

27、下將按強度條件和剛度條件進行計算然后取其較大者。</p><p>　　對于模具型腔剛度條件的校核，根據模具成型的特殊情況，必須考慮一下幾個方面的問題：</p><p>　　(1)不發(fā)生溢料避免高壓塑料熔體注模具型腔體后，側壁或底板發(fā)生變形，使配合面產生溢料間隙，應該根據不同塑料的最大溢料間隙來決定其剛度條件。本塑件材料PP屬于低粘度塑料，其允許間隙為0.025~0.04mm.(數據參考《

28、塑料模具設計與制造》，下文簡稱文獻③第139頁)</p><p>　　(2)保證制造精度塑件的尺寸精度要求模具型腔具有良好的剛性，即塑料注入時不產生過大的彈性變形，最大彈性變形值可以取制件允許公差值的五分之一左右。本塑件型腔最大尺寸為68.69mm,其公差值為0.46，因此從保證尺寸精度的角度出發(fā)，允許的彈性變量為0.092mm。</p><p>　　(3)保證制件的順利脫模避免由于模

29、具剛度不足，塑料熔體的壓力使模具變形過大，即變形值大于制件收縮率時，成型后制件的周邊將被型腔壁包緊。脫模時，塑件因摩擦而劃傷或因脫模力過大而頂壞。因此型腔允許彈性變形值應小于或等于制件收縮值。已知PP料的收縮率為1%~3%,則本塑件的最大收縮值為0.67~2.01mm。</p><p>　　綜上所述，當以不溢料間隙作為允許變形量進行剛度計算時，可以同時滿足以上三個要求。</p><p>　

30、　考慮到模具型腔的工藝性，根據本塑件的結構特點，若用整體式型腔塑件的許多深腔結構會大大增加材料成本，因此本模具的凹模采用組合式結構。</p><p>　　1.型腔最小側壁壁厚的計算</p><p>　　(1)按剛度條件計算型腔壁厚</p><p>　　兩端固定承受均布載荷的矩形梁，其最大變形發(fā)生在梁的中點，于是根據剛度條件有：</p><p>

31、;<b>　　其中，</b></p><p>　　——型腔內的成型壓力，已知PP料注射時型腔的平均壓力；</p><p>　　——型腔內高度，本塑件內高；</p><p>　　——型腔外高，為確定時可按計算；</p><p>　　——模具許用變形量，根據上文的分析取；</p><p>　　——材料

32、的彈性模量，碳鋼。</p><p>　　所以，按剛度條件確定側壁壁厚S的公式為</p><p>　　(2)按型腔強度條件計算型腔壁厚S</p><p>　　對兩端固定，承受均布載荷的矩形梁，其最大應力發(fā)生在梁的端點，根據強度條件</p><p>　　其中——材料的許用應力，碳鋼。</p><p>　　所以按強度條件確定

33、側壁壁厚S的公式為</p><p>　　于是得到型腔最小壁厚為15.2mm。</p><p>　　2.型腔最小底板厚度的計算</p><p>　　(1)按剛度條件計算底板厚度h</p><p>　　成型壓力作用在的區(qū)域內，如果支架的間距也取L，則底板的力學模型可以簡化為受均布載荷作用，長為L的矩形截面的簡支梁，其最大變形量發(fā)生在梁的跨度中心處

34、，根據剛度條件有</p><p>　　由此按剛度條件確定底板厚度公式為：</p><p>　　(2)按強度條件計算底板厚度h</p><p>　　對于受均布載荷作用的矩形截面的間支梁，其最大應力發(fā)生在梁的端點處，根據強度條件有</p><p>　　由此按強度條件計算底板厚h的公式為：</p><p>　　于是得到型腔最

35、小底板厚度為19.06mm。</p><p>　?。ㄗⅲ阂陨嫌嬎氵^程參考文獻③第138頁）</p><p><b>　　八、模架的選擇</b></p><p>　　1.各模板尺寸的確定。</p><p>　　由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，在根據成型零件尺寸結合標準模架，選用結構形式為BI型、模架尺寸為的標準模架，可

36、符合要求。</p><p>　　(1)A板尺。A板是定模固定板，塑件成型高度為40.29mm，故A板厚度取50mm。</p><p>　　(2)B板尺寸。是型芯固定板，考慮力學穩(wěn)定性，B板厚度應該與型芯高度相約，故B板厚度取35mm。</p><p>　　(3)C板（墊塊）尺寸。墊塊=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（5~10）mm=（35+20+15+5~10

37、）mm=75~80mm，初步定C板厚度為80mm。經上述尺寸計算，模架尺寸已經確定為模架序號為5號，板面為，模架結構形式為BI型標準模架。其外形尺寸：。</p><p><b>　　2.模架尺寸的校核</b></p><p>　　模架高度尺寸255.29mm，150mm<255.29mm<360mm(模具的最大尺寸和最小尺寸)，校核及格。</p>

38、;<p><b>　　九、導向機構的設計</b></p><p>　　注射模的導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。按作用分為模內定位和模外定位。</p><p>　　1.模外定位：本模具通過定位圈使模具澆口套能與注射機噴嘴精確定位；具體尺寸如圖2。</p><p><b>　　2.模內定位：<

39、/b></p><p>　　本模具的模內定位通過導柱導套進行合模定位，導柱位置按標準模架設置。</p><p>　　十、脫模推出機構的設計</p><p><b>　　1.推出力的估算</b></p><p>　　(1)因塑件對型芯的包緊產生的摩擦力</p><p>　　L——型芯周長，單位

40、mm；</p><p>　　h——型芯高度，單位mm；</p><p>　　——單位面積正壓力，一般取7.8～11.8MPa，計算中取11.8Mpa；</p><p>　　f——摩擦系數，一般取0.1～0.2，計算中取0.2;</p><p>　　a——脫模斜度，計算中取1°</p><p>　　(2)因真空

41、產生的包緊力</p><p>　　A——垂直脫模方向上的面積，單位</p><p>　　注大氣壓取0.09Mpa</p><p>　　參考《塑料成型模具設計手冊》</p><p>　　有計算結果得知，該塑件的脫模力較大，</p><p>　　為提供充足且均勻的脫模力，本模具對塑件周邊采用推板脫模，對塑件中心采用推桿脫模

42、機構進行脫模，降低脫模板的制造難度。</p><p>　　2.推桿的尺寸、數量和布置</p><p>　　(1)圓形推桿的直徑d，可由公式：</p><p><b>　　推算。</b></p><p>　　其中L——推桿長度，單位mm；</p><p>　　——塑件脫模力，單位N，計算中?。?lt

43、;/p><p>　　E——材料的彈性模量，碳鋼。</p><p><b>　　n——推桿數量；</b></p><p>　　k——是安全系數，取k=1.5</p><p><b>　　(2)推桿的布置</b></p><p>　　根據推桿布置的一般原則，推桿必需布置在需要排氣而又

44、不能靠分型面排氣的區(qū)域，根據本塑件的特殊結構，在肋與肋的相交點上布置四根直徑為2mm的階梯推桿，避免了對型芯的摩擦。在中央的方塊布置直徑為12mm的推桿提供主要的脫模力。</p><p>　　3.推板的設計及厚度的確定</p><p>　　為減少脫模過程中脫模板與與型芯之間的摩擦，根據溢料間隙，兩者之間應有0.2~0.3mm的間隙，并采用錐面配合，一防止脫模板偏斜溢料。錐面的斜度約取5&#

45、176;~10°。另外在脫模板上安裝矩形嵌件，進一步提高脫模板的耐磨性，減小熱處理帶來的變形。</p><p>　　對于脫模板的厚度的計算，根據剛度條件</p><p>　　其中L——矩形件長度，單位mm，本模具取150mm；</p><p>　　B——矩形件寬度，單位mm，本模具取84mm；</p><p>　　——模具許用變形量

46、，根據上文的分析?。?lt;/p><p>　　——塑件脫模力，單位N，計算中??；</p><p>　　——材料的彈性模量，碳鋼。</p><p><b>　　十一、排氣系統設計</b></p><p>　　在注射成型過程中，模具內除了型腔和澆注系統原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體和塑料中的水分在注塑溫度下

47、汽化形成的水蒸氣。這些氣體若不能順利排出，則有可能因填充時氣體被壓縮而產生的高溫引起塑件局部碳化燒焦，同時這些高溫高壓氣體頁可能擠入塑料熔體內而使塑件產生氣泡、空洞或填充不足等缺陷。因此有必要在分型面設計排氣槽進行改善。</p><p>　　參考《塑料成型工藝及模具設計》表4-14，得PP的排氣槽深度為0.01~0.03mm，取0.02mm；導氣溝深度為0.8~1.5mm，取1.5mm。根據塑件</p>

48、;<p>　　結構排氣槽的位置如下：</p><p>　　十二、溫度調節(jié)系統的設計</p><p><b>　　1.冷卻介質</b></p><p>　　PP屬低黏度材料，其成型溫度及模具溫度為</p><p>　　105～116℃和40～60℃，所以，模具溫度初步選定40℃，用常溫水對模具進行冷卻。<

49、;/p><p>　　2.冷卻系統的簡單計算</p><p>　　(1)單位時間內注射入模具中的塑料熔體的總質量</p><p>　　1)塑件制品的體積前面已算得</p><p><b>　　2)塑料制品的質量</b></p><p>　　已知PP的密度，取則塑料制品的質量</p><

50、;p>　　3)塑件平均壁厚為3.1mm，可查《塑料成型工藝及模具設計》表4-34得。</p><p>　　塑件的冷卻時間為，取注射時間，脫模時間，則注射周期：。由此得每小時注射次數</p><p>　　4)單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量：</p><p>　　(2)確定單位質量的塑件在凝固時所放出的熱量</p><p>　　查《

51、塑料成型工藝及模具設計》表4-35直接可知PP單位熱流量</p><p>　　(3)計算冷卻水的體積流量</p><p>　　設冷卻水道入水口的水溫為22℃，出水口的水溫為25℃，取水的密度為，水的比熱容。</p><p><b>　　則根據公式可知得：</b></p><p>　　(4)確定冷卻水道的直徑</p&

52、gt;<p>　　當時，查《塑料成型工藝及模具設計》表4-30可知，為了使冷卻水處于穩(wěn)定湍流狀態(tài)，取模具冷卻水孔直徑8mm。</p><p>　　(5)冷卻水在管內的流速</p><p>　　(6)求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數h</p><p>　　因為平均水溫為23.5℃，查《塑料成型工藝及模具設計》表4-31可得，則有：</p>

53、<p>　　(7)計算冷卻水通道的導熱總面積</p><p>　　(8)計算模具所需冷卻水管的總長度</p><p>　　(9)冷卻水路的根數x</p><p>　　設每條水路的長度為，則冷卻水路的根數為</p><p><b>　　根</b></p><p>　　由上述計算可以看出，三

54、條冷卻水道對于模具來說顯然是不合格的，因此應根據具體情況加以修改。為了提高生產效率，凹模和型芯都應得到充分的冷卻，具體布置如下圖。</p><p>　　3.凹模嵌件和型芯冷卻水道的設置</p><p>　　為保證開模時塑膠留在動模側，要求凹模需要冷卻充分，故在凹模采用采用井字形冷卻。同時把凹模設置成鑲塊式，最大限度地減少冷卻水道對模具強度的削弱。對于凸模的冷卻水道的設計，根據型芯的特殊結構

55、，本模具適合采用點冷卻以提高模具的冷卻效果。</p><p>　　十三、模具開合模動作過程</p><p>　　模具裝配試模完畢之后，模具進入正式工作狀態(tài)，基本工作過程如下.</p><p>　　(1)對塑料PP進行烘干，并裝入料斗。</p><p>　　(2)清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進行適當的預熱。</p><

56、p>　　(3)合模、鎖緊模具。</p><p>　　(4)對塑料進行預塑化，注射裝置準備注射。</p><p>　　(5)注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結后的冷卻和脫模。</p><p>　　(6)脫模過程。開模時，由于塑件對型芯的包緊力式塑件留在動模一側。開模到一定距離后，推出機構動作，推板在注射機頂干的作用下，帶動推桿和脫模板動作。隨著脫模板和推桿的

57、推出，塑件進而從型芯動模上的型芯中脫出。最后將塑件取出。</p><p>　　(7)塑件的后處理。切掉塑件上的澆注系統凝料，對塑件進行調濕處理。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 吳生緒《塑料成型模具設計手冊》；</p><p>　　[2] 葉久新 王群《塑料成型工藝及模具設計》

58、 2007年，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　[3]伍先明 王群主 龐佑霞 張厚安《塑料模具設計指導》2009年，國防工業(yè)出版社；</p><p>　　[4]楊占堯《復雜·精密·高效·長壽命注塑模具典型結構圖例》2005年，化學工業(yè)出版社；</p><p>　　[5]王永平《注射模具設計經驗點評》2004年，機械工業(yè)出版社；<