支承座模具設(shè)計塑料模具課程設(shè)計1.doc

塑料模具課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目： 支承座模具設(shè)計 目 錄第1章 塑件成型工藝性分析1 1.1 塑件成型工藝分析1 1.2 abs通用塑料的性能分析1 1.3 abs的注射成型過程及工藝參數(shù)2第二章 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機 3 2.1 分型面位置的確定3 2.2 型腔數(shù)量和排位方式的確定4 2.3 注射機型號的確定 4 2.4 注射機相關(guān)參數(shù)的校核 6第三章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 7 3.1 主澆道的設(shè)計7 3.2 分流道的設(shè)計8 3.3 澆口的設(shè)計10 3.4 校核主流道的剪切速率11 3.5 冷料穴的設(shè)計及計算11第四章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算11 4.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計11 4.2 成型零件鋼材的選用12 4.3 成型零件工作尺寸的計算12 4.4 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算的計算14 第五章 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計14 5.1 脫模力的計算14 5.2 推出方式的計算16 第六章 模架的確定16 6.1 各模板尺寸的確定16 6.2 模架各尺寸的校核16第七章 排氣系統(tǒng)的設(shè)計17第8章 冷卻介質(zhì)的設(shè)計 17 8.1 冷卻介質(zhì) 17 8.2 冷卻系統(tǒng)的簡單計算 17第九章 導向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計18設(shè)計心得 19參考文獻 20 第一章 塑件成型工藝性分析支承座注射模設(shè)計本課程設(shè)計為一支承座，如圖1-1所示。塑件結(jié)構(gòu)比較簡單，塑件質(zhì)量要求是不允許有裂紋、變形缺陷，脫模斜度30-1；材料要求為abs，生產(chǎn)批量為大批量，塑件公差按模具設(shè)計要求進行轉(zhuǎn)換。1.1塑件成型工藝性分析 1.塑件的分析(1) 外形尺寸 該塑件壁厚為2mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔體流程不太長，塑件材料為熱塑性塑料，流動性較好，適合于注射成型。(2) 精度等級 塑件每個尺寸的公差不一樣，任務書已給定尺寸公差，未注公差的尺寸取公差為mt3級。(3) 脫模斜度 abs的成型性能良好，成型收縮率較小，參考文獻1表選擇塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1。 圖1-1支承座1.2 abs工程材料的性能分析abs是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看，abs是非結(jié)晶性材料。三中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。abs的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上百種不同品質(zhì)的abs材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。abs材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。abs是一種綜合性能十分良好的樹脂，無毒，微黃色，在比較寬廣的溫度范圍內(nèi)具有較高的沖擊強度，熱變形溫度比pa、pvc高，尺寸穩(wěn)定性好，收縮率在0.4%-0.8%范圍內(nèi)，若經(jīng)玻纖增強后可以減少到0.2%-0.4%，而且絕少出現(xiàn)塑后收縮。abs具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。干燥處理：abs材料具有吸濕性，要求在加工之前進行干燥處理。建議干燥條件為8090下最少干燥2小時。材料溫度應保證小于0.1%。 熔化溫度：210280；建議溫度：245。 模具溫度：2570。（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導致光潔度較低）。 注射壓力：5001000bar。 注射速度：中高速度。1.3 abs的注射成型過程及工藝參數(shù)1) 注射成型過程(1) 成型前的準備。干燥處理：abs材料具有吸濕性，要求在加工之前進行干燥處理。建議干燥條件為8090下最少干燥2小時。材料溫度應保證小于0.1%。 熔化溫度：210280；建議溫度：245。 模具溫度：2570。（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導致光潔度較低）。 注射壓力：5001000bar。 注射速度：中高速度。表1-1 abs的性能參數(shù)密 度(g/ )1.031.07計算收縮率 (%)：0.30.8吸水率(%)：0.20.4熔點（）：130160熱變形溫度（）：90108拉伸彈性模量（mpa）：1.8彎曲強度（mpa）：80硬度（hb）：11體積電阻率 ：9.7擊穿電壓（kv/mm）：6.9（2）注射過程。塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具的型腔成型，其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。2）注射工藝參數(shù)注射機：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)速為48r/min預熱溫度()： 80-85 時間()： 23料筒溫度（）：前段180-200中段165-180后段150-170噴嘴溫度（）：170-180模具溫度()：50-80注射壓力（mpa）： 60-100成型時間（s）：注射時間20-90高壓時間0-5冷卻時間20-120總周期50-220 第二章 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機2.1分型面位置的確定 通過對塑件的結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應選在支承座的截面積最大且利于開模取出塑件的底面上，其位置如圖1-2所示。2.2 型腔的數(shù)量和排位方式的確定1）型腔數(shù)量的確定 由于該塑件的精度要求不搞，尺寸也較小，并且為大批量生產(chǎn)，可采用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時，考慮到塑件尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，以及制造費用和各種成本費用等因素，初步制定為一模四腔形式。2）型腔排列形式的確定 由于該模具選擇的是一模四腔，其型腔中心距地確定見圖1-3及其說明，故流道采用h形對稱排列，使型腔進料平衡。如圖1-3所示。 圖1-2 分型面的選擇 圖1-3 型腔數(shù)量的排列布置3）模具的結(jié)構(gòu)形式的初步確定 由上分析，該模具的設(shè)計為一模四腔，對稱h型直線排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機構(gòu)初選推板推出或推桿推出。澆注系統(tǒng)設(shè)計時，流道采用對稱平衡式，澆口采用側(cè)澆口，且開設(shè)在分型面上，這樣，動模部分需要添加型芯固定板、支撐板或推件板。綜上分析可確定采用大水口的單分型面注射模。2.3 注射機型號的確定1）注射量的計算通過pro/e建模分析得塑件質(zhì)量屬性如圖1-4所示。圖1-4pro/e建模分析塑件體積為：v塑=2.634塑件質(zhì)量：m塑=v塑=1.05x2.634=2.766g 公式中，可根據(jù)參考文獻2表9-6取1.05g/2) 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 由于澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計之前不能去定準確的數(shù)值，但是可根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2倍到1倍來估算。由于本次設(shè)計采用的流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3倍來估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和4個塑件體積之和）為v總=1.3n v塑=1.3*4*2.634= 13.69613.7003) 選擇注射機根據(jù)以上的計算得出在一次注射過程中注入模具型腔的塑料的總體積為13.700，由參考文獻1式（4-18）v公= v總/0.8=13.7/0.8=17.125。根據(jù)以上的計算，初步選擇公稱注射量為200,注射機型號為sz-200/120臥室注射機，以及主要技術(shù)參數(shù)見表1-2。表1-2 注射機主要技術(shù)參數(shù)理論注射量/200拉桿內(nèi)向距/mm355x385螺桿柱塞直徑/mm42移模行程/mm350注射壓力/mpa150最大模具厚度/mm400注射速率/g120最小模具厚度/mm230塑化能力/kgh70鎖模形式雙曲肘螺桿轉(zhuǎn)速/r0220模具定位孔直徑/mm125鎖模力1200噴嘴球半徑/mm15噴嘴孔直徑/mm44）注射機的相關(guān)參數(shù)的校核（1）注射壓力校核。 查參考文獻1 表4-1可知，該制件屬于厚壁件，abs所需注射壓力為80-110mpa，所以即使選用p0=110mpa，該注射機的公稱注射壓力p公=150mpa，注射壓力的安全系數(shù)k1=1.251.4,這里我們?nèi)1=1.3，則：k1p0=1.3*110=143。所以，注射機注射壓力合格。（2）鎖模力的校核塑件在分型面上的投影面積a塑=（-4*）* /4-=337.455=338澆注系統(tǒng)再分型面上的投影面積a澆，a澆是每個塑件再分型面上的投影面積a塑的0.20.5倍，本例中的流道較簡單。分流道也較短，所以選擇分流道凝料投影面積可適當取小些，這里選取a澆=0.2a塑 。塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積為a總=n(a塑+a澆)=n（a塑+0.2a塑）=4*1.2a塑=4x1.2*338=1862.4模具型腔內(nèi)的脹型力f脹，則f脹=a總p模=1862.4*50=93.12kn上式中，p模是型腔的平均計算壓力值，p模通常取注射壓力的20%40%，所以大致范圍在30mpa60mpa，因為材質(zhì)是abs，根據(jù)其黏度和制品的精度要求，我們選擇p模為50mpa。由表1-2可知該注射機的公稱鎖模力為f鎖=1200kn，鎖模力安全系數(shù)為k2=1.11.2,這里選擇k2*f脹=1.2*f脹=1.2*93.12=111.744f鎖 。 對于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進行。 第三章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 3.1主流道的設(shè)計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機注射出的熔體導入分流道或型腔中。形狀一般為圓錐形，便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流道速度和充模時間。由于主流道和高溫塑料熔體以及注射機噴嘴反復接觸，因此設(shè)計時常設(shè)計為可拆卸更換的澆口套。1）主流道尺寸（1） 主流道的長度 一般由模具結(jié)構(gòu)確定，對于小型模具l應盡量小于60mm，本次設(shè)計初取50mm進行計算。（2） 主流道小端直徑 d=注射機噴嘴尺寸+（0.5-1）mm=4.5mm（3） 主流道大端直徑 d=d+l主tan（a/2）=8，其中式中a選取4。（4） 主流道球面半徑sr=注射機噴嘴球頭半徑+（1-2）mm=15+2=17mm。（5） 球面的配合高度 h=3mm。2）主流道的凝料體積v主=l主（主+主+r主r主）/3=50x(+4x2.25)x3.14/3=1573.33) 主流道當量半徑 rn=3.125mm4）主流道澆口套的形式 主流道襯套是標準件可選購，主流道小端口入口與注射機噴嘴反復接觸，易磨損，故對材料要求比較高，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯酪r套與定位圈設(shè)計成一個整體，但考慮上述因素故一般將主流道襯套與定位圈分開設(shè)計，便于拆卸更換。材料選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨加工并進行熱處理。本設(shè)計中澆口套選用碳素鋼t10a，并熱處理淬火表面硬度為50hrc-55hrc。形式如下圖1-5所示。 圖1-5澆口套3.2分流道設(shè)計1）分流道的布置形式 為了減少再流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低以及減少分流道的容積和壓力平衡，采用平衡式分流道。2） 分流道的長度 根據(jù)四個型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分流道長度適中。3）分流道的當量直徑流過一級分流道塑料的質(zhì)量 m=v塑=1.052.634x2=55.3200g但該塑件的壁厚在2-3.5mm之間，查參考文選2圖2-3的經(jīng)驗曲線查得=4.3，再根據(jù)單向分流道長度60，由圖2-5查得修正系數(shù)fl=1.05，則分流道直徑經(jīng)修正后為d=fl=4.31.05=4.5154.6mm4）分流道的截面形狀本設(shè)計采用梯形截面，其加工工藝性好，熔體的熱量散失和流動阻力均不大。5）分流道界面尺寸設(shè)梯形的上底寬度為b=6mm，地面的倒角為半徑r=1mm，梯形高度取h=2b/3=4，設(shè)下底寬度為b,梯形面積應滿足如下關(guān)系式。h=代值計算的b=3.813mm，考慮到梯形底部圓弧對面積的減小以及脫模斜度等因素，取b=4.5mm。通過計算等梯形的斜度為a=10.6，基本符合要求。如圖1-6所示。 圖1-6 分流道截面形狀6）凝料體積（1）分流道的長度為l分=（23+3.5+6）2=65mm（2）分流道截面積 a分=4=21（3）凝料體積 v分=l分a分=6521=1365=1.365考慮圓弧影響取v分=1.37）校核剪切速率（1）確定注射時間：查參考文選2表2-3可取t=2s。（2）計算單邊流道體積流量：q分=3.634（3）由公式=可得到分=2.361該分流道的剪切速率處于澆口主流道和分流道的最佳剪切塑料5x5x。故分流道的熔體剪切速率合格。8）分流道的表面粗糙度和脫模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般去ra1.25 2.5m。這里我們根據(jù)加工實際選取ra1.6m，另外脫模斜度一般為510。而之前計算脫模斜度為10.6，脫模斜度足夠。3.3澆口的設(shè)計 根據(jù)塑件的要求，不允許出現(xiàn)裂紋和變形，表面質(zhì)量要求也較高，并采用一模四腔，為便于調(diào)整沖模時的剪切塑料和封閉時間，采用側(cè)澆口，其界面形狀簡單，易加工，也便于試模后修正，且開設(shè)再分型面上，從型腔的邊緣進料。1）側(cè)澆口尺寸的確定（1）計算側(cè)加工的深度。根據(jù)查參考文選2表2-6，可得側(cè)澆口的深度h計算公式為h=nt=3x0.7=2.1mm其中，n是塑料成型系數(shù)，abs系數(shù)為0.7，t為塑件壁厚，這里取t=3mm。為了便于試模時發(fā)現(xiàn)問題并進行修模處理，參照文選查找abs的側(cè)澆口厚度為1.83mm，這里我們選擇澆口深度為2mm。（2）計算側(cè)澆口的寬度，根據(jù)側(cè)澆口寬度公式b=可得。b=0.64mm0.7mm式中，n為塑料成型系數(shù)，abs取0.7，a為凹模的內(nèi)表面積。（3）計算側(cè)澆口的長度，根據(jù)查參考文選2表2-6可取側(cè)澆口的長度l澆=0.75mm2）側(cè)澆口的剪切速率的校核（1）確定注射時間為t=2s。（2）計算單邊流道體積流量：q澆=13.169（3）由公式=4，可得到=328063.2x4符合剪切速率。式中， 為矩形澆口的當量半徑，即=0.75。3.4校核主流道的剪切速率1）計算主流道的體積流量q主=55.772)計算主流道的剪切速率=1.920x可得到，主流道的剪切速率處于澆口和分流道最佳剪切速率55之間。則主流道剪切速率合格。3.5冷料穴的設(shè)計及計算 冷料穴位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是儲存熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔影響制品的表面質(zhì)量。本設(shè)計既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴，由于該制件要求沒有印痕，采用脫模板推出塑件，采用球頭拉料桿匹配的冷料穴。開模時，利用凝料對球頭的抱緊力使凝料從主流道襯套中脫出。 第四章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算4.1 成型零件的機構(gòu)設(shè)計（1） 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計。凹模是成型制品外表面的成型零件。其結(jié)構(gòu)可分整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。這里采用整體嵌入式。如圖1-7。 圖1-7 凹模嵌塊 圖1-8 凸模嵌塊（2） 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計。凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件。通常是整體式和組合式兩種類型。這里采用整體式型芯。如圖1-8.4.2成型零件鋼材選用對成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的強度、剛度、耐磨性及良好的抗疲勞性，還考慮它的機械加工性能和拋光性能。該塑件是大批量生產(chǎn)，所以構(gòu)成型腔的嵌入式凹模鋼材選用p20。成型塑件型芯，由于脫模時與塑件的磨損嚴重，因此鋼材也選用p20，進行滲碳處理。4.3成型零件工作尺寸的計算 采用相應公式的平均尺寸法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差安塑件零件圖給定的公差計算。（1） 凹模徑向尺寸計算 塑件外部徑向尺寸的轉(zhuǎn)換l=27 l=17 l=10.5根據(jù)公式：l=(1+s)l-x 計算可得：l=（1+0.0055）x27-0.6x0.46 =26.8725=26.8l=16.9045=16.9l=10.5578=10.5（2）凹模深度尺寸計算根據(jù)公式：h=(1+s)h-x 計算可得；h=2 h=14 h=18h=（1+0.0055）x2-0.75x0.14 =1.906=1.9h=13.888=13.8h=17.91=17.9（3）型芯徑向尺寸計算根據(jù)公式：l=(1+s)l-x 計算可得；l=(1+s)l+x=(1+0.0055)13.5+0.7x0.27 =13.763=13.7(4) 型芯高度尺寸計算根據(jù)公式：h=(1+s)h-x 計算可得；h=2 h=12.25 h=(1+s)h+x=(1+0.0055)2+0.750.14 =2.116=2.1h=12.506=12.5（5）2 、6型芯徑向尺寸計算2 、6自由公差按mt3查得：2、6，不需要轉(zhuǎn)換，則根據(jù)公式：l=(1+s)l-x 計算可得；l=(1+s)l-x=(1+0.0055)2+0.750.14 =2.116=2.1l=6.168=6.1(6) 成型孔的高度。 4 2以及 6的成型芯是與凹模碰穿，所以高度應取正公差，便于修模。（7）成型孔間距的計算c=(1+s)c=（1.005517）0.003=17.09350.003=17.04.4 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算（1）凹模側(cè)壁厚度的計算。 凹模側(cè)壁厚度與型芯內(nèi)壓強及凹模的深度有關(guān)。其厚度根據(jù)公式計算?？傻胹=（）=（）=57.51mm其中， =25=25（0.45x18+0.00118）=250.820m=20.50m=0.020mm凹模嵌件初定單邊厚度選30mm，而壁厚不滿足57.51mm要求，故凹模嵌件采用預應力的形式壓入模板中，由模板和型腔共同承受型腔壓力。由于型腔采用h型直線對稱結(jié)構(gòu)布置，型腔之間的壁厚為s1=80-27=53mm，由于是錢小型腔，間隔符合要求。初步估算模板平面尺寸選用200x200，比型腔布置尺寸大很多。完全符合強度和剛度要求。（2） 動模墊板的厚度計算。動模墊板厚度與模架的兩個墊塊有跨度關(guān)系，根據(jù)前面型腔的布置。模架在200x200的范圍內(nèi)。查表7-4墊塊之間跨度約為l=w-2w=(200-2x38)=124mm，根據(jù)型腔布置及型芯對動模墊板的壓力可計算動模墊板厚度為t=0.54l（）=0.54124（）=20.97mm其中， =25=25（0.45124+0.001124）=251.304m=32.60m=0.033mml是兩個墊塊之間的距離，約124mm；l1是動模墊板的長度，取200mm，a是4個型芯投影到動模墊板上的面積。單個型芯所受壓力的面積為 a1=ab=13.5x13.5=182.25mm四個型芯的面積為 a=4a1=730mm。動模墊板按照標準厚度取25mm。 第五章 脫模推出機構(gòu)設(shè)計 本塑件結(jié)構(gòu)簡單，可采用推件板推出、推桿推出或兩者綜合推出方式，要根據(jù)脫模力計算來決定。5.1脫模力的計算 （1）6型芯脫模力 因為=3/3=110，所以視為厚壁圓筒塑件，其脫模力為f=其中：k= =0.9536 為脫模斜度，為1=d=2r =2rh可以得出 444.5278218f=299.6n（2）2型芯脫模力 參照（1）6型芯脫模力的計算方法得到f=34.745n四個2型芯的脫模力為 4 f=138.98n（3）13.5*13.5矩形型芯脫模力 /t=27/3=910所以視為厚壁圓筒塑件，其脫模力為f=其中：k= =0.9536 為脫模斜度，為1=（l+b）/2 =2（l+b）h可以得出f=60.15n(4) 總脫模力 f= f+ f+ f=299.68+138.98+60.15=498.41n5.2推出方式的計算1）采用推桿推出（1）推出面積 設(shè)4mm的圓推桿設(shè)置4根，那么推出面積為= =44=50.24mm(2)推桿推出應力 查表取許可應力=12mpa =9.921.66 m/s. 6）求冷卻管壁與水交界面的膜轉(zhuǎn)熱系數(shù)h因為平均水溫為23.5，查書的f=0.782，則h=35489.68kj/（mhc）7)計算冷卻水通道的導熱總面積aa=0.0073 m 8）計算模具冷卻水管的總長度l