塑料模具课程设计
课题：垫块注射模
设计人：洪辉跃、段泽熙、
卓文辉、陈孝斌
学号：1006070108
指导老师：陈咏梅
课题要求说明
（1）塑料制品名称：垫块
（2）成型方法与设备：在XS-ZY-125型注射机上成型 （3）生产批量：8万件 （4）塑料原料：ABS （5）收缩率：0.8%
（6）塑料图：如图（1）为垫块的二维图样
图（1）垫块的二维图样
一． 塑料的成型工艺分析
1.塑料原材料的成型特性分析
ABS是聚苯乙烯的改性产品，是目前最大、应用最广的工程塑料。ABS是不透明非结晶型聚合物，无毒。无味，密度为1.02~1.05g/cm3,ABS具有突出的力学性能，坚固、坚韧、坚硬；具有一定的化学稳定性和良好的介电性质；具有较好的尺寸稳定性，易于成型和机械加工，成型塑件表面有较好的光泽，经过色调可调配成任何颜色，表面可镀铬。其缺点是耐热性差，连续工作温度为70ºC左右，热变形温度为93ºC左右，但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高；耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。ABS可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等多种成型加工方法。 ABS成型性能如下
（1）易吸水，成型加工前应进行干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥。 （2）流动性中等，溢边值为0.04mm左右。
（3）壁厚和熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高。 （4）比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。
（5）表现黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大部分采用点浇口形式。 （6）顶出力过大或机械加工是塑料表面会留下白色痕迹，脱模斜度宜取2º以上。 （7）易出现熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。
（8）宜采用高料温、高模温、高注射压力成型。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60ºC;而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60~80ºC。 2、塑件的结构工艺性分析 （1）塑件的尺寸精度分析
该塑件的尺寸均未标注公差的自由尺寸，可按IT5查取公差，表（1）所列为塑件主要尺寸的公差要求。 部位 尺寸 尺寸公差 部位 尺寸 6XФ8 尺寸公差 Ф62 外 形 尺 寸 0-0.013 0-0.0.060 50 孔 尺 寸 9XФ4 36.7 0-0.011 0-0.09 0-0.09 0.050 20 18 R2.5 0.040 0.045 3 0-0.03 孔 30
7 0-0.04 0.060 间 距 尺 寸 36.7 内形 10 0.055 尺寸 5 0.050 表（1）塑件主要尺寸的公差要求
（2）塑件的表面质量分析
该垫块要求外观光洁、色彩艳丽，不允许有成型斑点和熔接痕Ra为0.4μm，而内表面无特殊要求
（3）塑件的结构工艺性分析
①从图纸上看，该塑件外形为半圆形边框，圆角过渡且无明显夹角存在，壁厚均匀，符
合最小壁厚要求。
②塑件的型腔较小，有尺寸相同的孔和凸台，如Ф4、Ф8。它们均符合最小孔径要求。 ③在塑件的中间凸台两侧有R2.5的凹陷，要考虑侧向分型抽芯装置。 ④为使塑件顺利脱模，可在塑件内部及加强肋处增设1º~2º的拔模斜度。 综上所述，该塑件可采用注射成型加工。 3.塑件的生产批量
塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。在大批量生产中，由于注射模具价格在整个生产费用中所占比例较小，提高生产率和注射模具寿命问题比较突出，所以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。如果是小批量生产，则采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。该塑件产量为8万件，生产类型属于中批量生产，可以考虑采用一模多腔，快速脱模以及成型周期不宜太长的模具，同时模具造价要适当控制。
4.初选注射机
（1）计算塑件体积或质量
通过三维造型可获得垫块的体积 V=15472.8mm3≈15.47cm3
ABS的密度 ρ=1.03g/cm3，所以塑件的质量 W=ρV=15.47X1.03≈15.93g （2）根据塑件本身的几何形状及生产批量来确定型腔数目。
由于塑件两侧面有内凹，加上塑件尺寸有一般精度要求，外表面有光洁要求，不易采用太多型腔数目，所以考虑采用一模两腔，两套模具。型腔平衡布置在型腔板两侧，以方便侧抽实现、浇口排列和模具的平衡。 （3）确定注射成型的工艺参数
根据该塑件的结构特点和ABS的成型性能，查有光资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见表（2）。 工艺参数 预热和干燥 料筒温度/ºC 温度/ºC 时间/h 后段 中段
内容 80~90 2 180~200 210~230 工艺参数 成型时间/s 注射时间 保压时间 冷却时间 成型周期 内容 3~5 15~30 15~30 40~70
前段 喷嘴温度/ºC 模具温度/ºC 注射压力/ºC
200~210 180~190 60~80 70~90 螺杆转速/（r/min） 后处理 方法 温度/ºC 时间/h 30~60 红外线灯烘箱 70 2~4 表（2）塑件注射成型工艺参数
（4）确定模具温度及冷却方式
ABS为非结晶型塑料，流动性中等，壁厚一般，因此在保证顺利脱模的前提下尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。所以模具应考虑适当的循环水冷却，成型模具温度控制在60ºC~80ºC。 （5）确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用的塑件量为V=2v/80%=2X15.47/80%=38.8cm3。
根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因数，参考设计手册，初选SZ-100/60型螺杆式注射机。记录下SZ-100/60型螺杆式注射机的主要技术参数，见表（3）。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
主要技术参数 最大注射量/cm3 注射压力/map 锁模力/kN 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 最大开模行程 喷嘴前端球面半径/mm 定位圈直径/mm 参数数值 100 150 600 300 170 300 10 125 表（3）SZ-100/60型螺杆式注射机的主要技术参数
（6）制定塑件注射成型工艺卡
综上所诉，填写塑件注射成型工艺卡，见表（4） 车间 零件名称 装配图号 零件图号 垫块 塑料注射成型工艺卡片 材料牌号 材料定额 单件质量 ABS 15.93g 资料编号 共 页 设备型号 每模件数 第 页 SZ-100/60 4件
材料干燥 设备 温度/0C 时间/h 80~90 180~200 210~230 200~210 180~190 60~80 3~5 15~30 15~30 70~90 料筒温度/0C 后段 中段 前段 喷嘴温度/0C 模具温度/0C 成型时间/h 注射时间 保压时间 冷却时间 压力/MPa 后处理 温度/0C 时间/h 红外线灯烘箱 70 2~4 时间定额/min 注射压力 背压力 辅助 单件 检验 编制 校对 审核 组长 车间主任 检验组长 主管工程师 表（4）塑件注射成型工艺卡
二、分型面及浇注系统的设计
1、分型面的选择
不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。为保证塑件能顺利分型，主分型面应首先考虑选择在塑件外形的最大轮廓处。如图（2），在满足该原则的三个方案中，方案A的塑件开模后留在定模一侧，塑件不易取出，顶出机构设计复杂；方案B的侧向抽芯滑块课安放在动模，实现侧抽机构简单，但会产生影响塑件外观的飞边，且飞边不易清除；方案C不但保证了塑件取出方便，且毛刺，飞边清除也比较容易，因此选择方案C。
图（2）分型面的选择方案
2、浇注系统的设计
浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。考虑到塑件的外观要求较高，外表面不允许有成型斑点和熔接痕，以及一模四腔的布置、ABS对剪切速率较为敏感等因素，浇口采用方便加工修整、凝料去除容易且不会在塑件留下痕迹的侧浇口，模具采用单分型面结构三模板，模具制造成本比较容易控制在合理的范围内。浇注系统的设计如图（3）所示。
（1）主流道设计和定位圈的设计
主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，采用优质钢材制作，并经热处理提高硬度，定位圈和浇口套分开设计，如图（4）所示。 根据手册查得SZ-60/40型注射机喷嘴的有关尺寸：喷嘴球半径：R0=10mm， 喷嘴孔直径：d0=4mm，定位圈直径为Φ125mm。
根据模具主流道与喷嘴的关系：R=R0+（1~2）mm, d=d0+0.5mm。
取主流道球面半径：R=12mm 取主流道小端直径：d=4.5mm
为了能让主流道凝料能顺利地从浇口套拔出，主流道应设计成圆锥形，其锥角为2º~4º。计算其大端直径约为Φ12mm；同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R=2mm的圆弧过渡；为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形，将浇口套的长度设计得比模板厚度短0.02mm；浇口套外圆盘轴肩转角半径R宜大一些，取R=3mm，以免淬火开裂和应力集中。
定位圈是安装模具时做定位用的，查资料得SZ-100/60型螺杆式注射机的定位圈直径为Φ125mm，一般定位圈高出定模板表面5~10mm. 由于浇口套与定位圈均属于注射模具的通用件，所以应尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。
（2） 分流道的设计
分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。该塑件的体积比较大，但形状不算太复杂，从便于加工方面考虑，采用截面形状为半圆形的分流道。查有关经验表格得ABS得分流道推荐直径为Φ4.8~9.8mm，取Φ8mm，据此，该模具的分流道设计如图（5）所示。 （3） 浇口的设计
根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图（6）所示的侧浇口。从塑件的最大轮廓侧边进料，去除凝料时不会在塑件的外壁留下浇口痕迹，不影响塑件的外观。
（4）冷料穴的设计
采用带Z形头拉料杆的冷料穴，如图（7）所示，将其设置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼起开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧，稍做侧向移动便可取出凝料的作用。
图（3）浇注系统的设计 图（4）浇口套与定位圈的设计
图
（5）分流道的设计 图（6）浇口的设计
图（5）分流道的设计
三.模具设计方案论
1、型构布置
对于一模多件的模具型腔布置 ，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。次模具采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧。 2、成型零件的结构确定
成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响塑件的质量。该塑件的材料为ABS工程塑料，对表面粗糙度和精度要求较高，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理以使其具备50~55HRC的硬度。 （1）凸凹模设计
采用整体式凸凹模，放在动模板一侧，主要是从节省优质模具钢材料、方便热处理、方便日后的更换维修等方面考虑的。 3、导向定位机构设计
由于塑件基本对称且无单向侧压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模后的定位。
4、 推出机构设计 根据垫块的形状特点，其推出机构可采用推件板推出或推杆推出。其中推件板推出结构可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但制造困难，成本高；推杆推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不影响塑件外观，所以采用推杆推出机构。 5、抽芯机构的确定 塑件内侧还有凹陷，采用应用最为广泛的斜导柱侧向抽芯机构，结构简单、制造方便、动作可靠。
6、冷却系统设计 采用冷却水冷却，凸凹模冷却水道采用环绕型腔布置的两层式冷却回路，水道开设时注意避开安装在动模板上的小型芯及侧向抽芯滑块。
四、主要零部件的设计计算
1.成型零件的成型尺寸
该塑件的成型零件均按平均值法计算，查有关手册得ABS得收缩率为0.4%~0.7%，故平均收缩率Sap=（0.4+0.7）%/2=0.55%=0.0055，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δz=Δ/3，成型零件尺寸计算见表（5）。 类别 模具零件名称 塑件尺寸 050-0.011 0-0.013计算公式 z工作尺寸 50.270.0037 0Lm=（（1+Scp）Ls-0.75Δ） Lm=（（1+Scp）Ls-0.75ΔHm=（（1+Scp）Hs-0.67Δz）0 z）0 型腔计Φ6230-0.03Φ62.330.0043 0 2.990.01 0型腔 Φ840.060Lm=（（1+Scp）Ls-0.75Δz）0 Φ7.990.02 00.050 zHm=（（1+Scp）Hs-0.67Δ）0 3.980.017 0
算 5 0.050 015-0.09 zLm=（（1+Scp）Ls-0.75Δ）0 z4.990.017 0Hm=（（1+Scp）Hs-0.67Δ）0 0Lm=（（1+Scp）Ls+0.75Δ）-z 15.020.03 0型芯计算 中心距计算 型芯 Φ4100.050Φ4.0610.115.14R2.5400.0200.017 0.060 Lm=（（1+Scp）Ls+0.75Δhm=（（1+ Scp）hs+0.67ΔLm=（（1+Scp）Ls+0.75Δ0）-z 0015-0.09 0）-z 0）-z -0.030.04R2.50 0-0.02中心距 300.045 36.70.055 Cm=（（1+Scp）Cs）z/2 30.1650.0075 36.90.0092 表（5）成型零件尺寸计算
2.模具型腔壁厚的确定
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体式，因此可用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚度S和型腔底板厚度T,如图（8）。
图（8）整体式矩形型腔 （1）型腔侧壁厚度S的计算 ①按刚度条件计算 S刚≥
3cph4/E【】=30.903x60x184（/2.2x105x27.2=0.98mm
式中c——由h/l决定的系数，查《塑料模具设计指导与资料汇编》中表9-22得c=0.903；
P——型腔内最大熔体压力，可取注射压力的25%~50%，p取60Mpa； h——型腔深度，h=18mm；
E——模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=2.1x10M pa，预硬化塑料模具钢 E=2.2x10M pa；
[δ]——模具钢度计算许用变形量，查《机械零件设计手册》得[δ]=25i2=25x
55
（0.45l
1/5+0.001l）=25x（0.45x62
1/5+0.001x62）=27.2mm。
②按强度条件计算
21Wa)【/】 S强≥3ph（=3x60x182x（10.108x0.8）/300=14.53mm
式中p——型腔内最大熔体压力，取p=60Mpa；
h——型腔深度，h=18mm； W——抗弯截面系数，由h/l决定，查教材《塑料成型工艺与模具设计》表4-6得W=0.108； a——型腔的边长比，a=b/l=50/62≈0.8；
[δ]——模具强度计算许用应力，一般中碳钢[δ]=160Mpa，预硬化塑料模具钢 [δ]=300Mpa。
（1）型腔底板厚度T的计算 ①按刚度条件计算
pb4/E[]=0.0188 T刚≥c’=1.09mm x60x504（/2.2x105x27.2）式中 c’——由型腔边长比l/b决定的系数，查《塑料模具设计指导与资料汇编》中表9-23
得c’=0.0188；
P——型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%~50%，p取60Mpa； b——型腔宽度，b=50mm；
E——模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=2.1x10M pa，预硬化塑料模具钢 E=2.2x10M pa；
[δ]——模具刚度计算许用变形量，查《机械零件设计手册》得[δ]=25i2=25x （0.45l
1/555+0.001l）=25x（0.45x62
1/5+0.001x62）=27.2mm。
②按强度条件计算
pb2/[]=0.3834 T强≥a’x60x502/300=13.84mm
式中 a’——由型腔长度与型腔宽度之比l/b所决定的系数，查《塑料成型工艺与模具设计》
表4-7得a’=0.3834；
P——型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%~50%，p取60Mpa； b——型腔宽度，b=50mm；
[δ]——模具强度计算许用应力，一般中碳钢[δ]=160Mpa，预硬化塑料模具钢 [δ]=300Mpa。
根据以上刚度、强度的计算，得出型腔的壁厚要求为：型腔侧壁厚度S≥14.53mm；型腔底板厚度T≥13.84mm。
3.抽芯机构的设计计算 （1）抽芯距S的计算
S=h+（2~3）=25+3=28 式中 h——侧抽芯成型部高度，h为25mm。
（2）抽芯力的计算
Fc=chp（μcosα-sinα）=65.71x25x10x（0.2cos0º-sin0º）=3285.5N 式中 c——侧型芯成型部分截面平均周长，c=50+5Π≈65.71mm；
h——侧型芯成型部分高度，h为25mm； p——塑件对型芯单位面积上的包紧力，一般模内冷却的塑件p为8~12Mpa，取10Mpa； μ——塑料对模具模具钢的摩擦系数，μ为0.1~0.3，取0.2；
α——侧型芯的脱模斜度和倾斜角，该塑件α为0º。 （3）确定斜导柱的倾斜角
该处的侧向抽芯距大，抽芯力较大，斜导柱的倾斜角取20º。
（4）确定斜导柱的直径
根据抽芯力Fc和斜导柱的倾斜角α可查《塑料模具设计指导与资料汇编》中表9-28得最大弯曲力Fw=4KN，然后根据Fw、α和Hw（侧型芯滑块所受得脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导柱固定板得距离，该塑件为10mm），查《塑料模具设计指导与资料汇编》中表9-29得斜导柱的直径d=12mm。
（5）斜导柱总长度计算
Lz=L1+L2+L3+L4+L5=（d2/2）tanα+h/cosα+（d/2）tanα+S/sinα+（5~10） =（17/2）tan20º+40/cos20º +（12/2）tan20º +28/sin20º +（5~10） =3.09+42.6+2.2+81.87+（5~10）=134.76~139.76 取Lz =137mm。
式中Lz——斜导柱总长度，mm；
d2——斜导柱固定部分大端直径，mm； h——斜导柱固定板的厚度，mm； d——斜导柱工作部分的直径，mm； S——抽芯距，mm。 （6）确定楔紧块的a’
由于滑块移动方向与合模方向垂直，故a’=a+（2 º~3 º）=22 º ~23 º，取a’=23 º。 （7）确定滑块装置的定位距离
由于滑块移动方向与合模方向垂直，故滑块装置的定位距离S应等于实际抽芯距。 S=Lscosα=（Lz-L1-L2-L3-L5）sin20 º=81.87 式中 Ls——斜导柱有效抽芯长度，mm； α——斜导柱的倾斜角，取20 º。 4.推出机构的设计
采用推杆推出机构，由于塑件的脱模力不是很大，推杆的布置空间足够，所以无须用繁琐的计算方法确定推杆的尺寸大小，可以根据经验选取d=8mm的国际推杆（GB/T4169.1-2006）,注意保证推出距离略大于型芯的突出长度2~3mm，即推出距离大于18mm。
5.标准模架的确定
综合考虑本塑件采用一模两腔平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚要求、塑件尺寸大小、侧向抽芯机构、冷却水道的布置等多种因数，估算型腔模板的概略尺寸，查《塑料模具设计指导与资料汇编》中表8-27选取标准模板的尺寸为350mmx350mmx40x60x90,选用A型模架。
五、成型设备的校核计算
1.锁模力的校核
锁模力是指注射机的合模机构对模具所施加的最大夹紧力。注射机锁模力的校核关系式为
F≥kpA
式中 F——注射机锁模力，查《塑料模设计手册》附录表8得SZ-100/60型螺杆式注射机
得锁模力为600kN；
k——压力损耗系数，一般取1.1~1.2；
p——型腔内熔体的压力，本塑件p=60 M pa；
A——塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，本模具A=2832.69mm2
计算得kpA=1.2x600x0.28 =489kN〈F=600kN。故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。 2.安装尺寸的校核
本模具采用的是尺寸为350mmx350mmx40x100x90的标准模架，模具的闭合高度为H=105+A+B+C=105+40+60+90=295mm，查资料得SZ-100/60型螺杆式注射机动、定模模板最大安装尺寸为355mmx385mm，允许模具的最小厚度为170mm，最大厚度为300mm，即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装尺寸，模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件，故该模具满足SZ-100/60型螺杆式注射机的安装要求。 3.推出机构的校核
SZ-100/60型螺杆式注射机的推出形式为中心及上下两侧设有推杆。由于该模具推力不太大，在SZ-100/60型螺杆式注射机上采用8xΦ8mm推杆推出；塑件实际推出距离为80mm〉（18+10）mm，满足推出距离要求。
4.开模行程的校核
注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离。本模具为单分型面注射模具，SZ-100/60型螺杆式注射机的最大开模行程与模厚无关，校核关系为
S〉H1+H2+（5~10）
式中 S——注射机的最大开模行程，查《塑料模设计手册》附录表的SZ-100/60型螺杆式
注射机的最大开模行程S=300mm；
H1——塑件脱模所需的推出距离，该塑件的脱模推出距离为20mm； H2——塑件的高度（不包括浇注系统高度），该塑件的高度为18mm。 计算得 H1+H2+（5~10） =20+18+（5~10）=48mm〈S=300mm SZ-100/60型螺杆式注射机的开模行程足够。
以上分析证明，SZ-100/60型螺杆式注射机能满足要求，故可以采用。根据校核结论，将SZ-100/60型螺杆式注射机填入塑件的成型工艺卡中。
六、绘制模具装配图
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容