塑料成型工艺与模具设计课程设计说明书_塑料成型模具课程设计
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塑料成型工艺与模具设计课程设计说明书
设计课题： 冷水壶盖注射模设计
设 计 者: 李 立
专 业: 模具设计与制造
班 级: 2005级模具(三)班
设计时间: 2007.12
教 研 室: 模具教研室
指导老师: 刘 全 心
鄂州大学机械系
“塑料成型工艺与模具设计”课程设计任务书
课题设计名称： 冷水壶盖 的注射模设计
塑件图：（模具课程设计指导－塑件图汇编：页面 p68 图例 3-18）
塑件名称冷水壶盖材料pE-HD厚度1工件精度
5设计内容：
1、编制模塑成型工艺规程（即填写“塑件成型工艺卡”）
2、绘制塑件注射模总装图（A3图纸1张）
3、绘制该模具凸模、凹模的零件图各一套（A3图纸多张）
4、编写完善模具设计说明书（按A4打印纸装订）
目 录
一、编制塑件成型工艺卡…………………………………………………………
4二、塑件成型工艺分析与设计
1.塑件原材料特性……………………………………………………………
52.塑件原材料成型性能………………………………………………………5
3.塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析…………………………………
54.塑件成型方法确定…………………………………………………………6
三、塑件成型模具设计
5.型腔的数量和布置…………………………………………………………6
6.选择注塑机型号及其参数…………………………………………………6
7.确定分型面…………………………………………………………………7
8.浇注系统选择和设计………………………………………………………9
9.成型部件的设计计算………………………………………………………10
10.侧向抽芯机构………………………………………………………………10
11.排气系统设计………………………………………………………..…..…1
112.模架的确定和标准件选择（示意图）…………..………………………11
13.温度调节系统设计…………………………………………..……………1
214.推出机构（脱模）……………………………………………..…………12
15.导向机构…………………………………………………………………..1
316.模具设计心得体会………………………………………………………..13
17.参考文献…………………………………………………………………..13
18.模具总装图和零件图…………………………………………………..…13
塑件成型工艺卡
塑 件 名 称高密度聚乙烯塑件草图
材 料 牌 号pE-HD
单 件 重 量25.9g
成型设备型号XS-ZY-1000
每 模 件 数
4成型工艺参数
材料干燥干燥设备名称烘箱
温度 /℃70~80
时间 /h1~2
成型过程料筒温度后段 /℃140~160
中段 /℃180~200
前段 /℃180~190
喷嘴 /℃150~180
模具温度 /℃30~60
时间注射 /s0~
5保压 /s15~60
冷却 /s15~60
压力注射 /Mpa70~105
保压 /Mpa
后 处 理温度 /℃_____
时间 /min_____
编 制日 期审 核日 期
李立2007.12.4刘全心2007.12.15
设计计算和说明
一、塑件成型工艺分析与设计
1.pE-HD(高密度聚乙烯)的特性
(1)化学和物理特性
pE-HD的高结晶度导致了它的高密度，抗张力强度，高温扭曲温度，粘性以及化学稳定性。pE-HD比pE-LD有更强的抗渗透性。pE-HD的抗冲击强度较低。pH-HD的特性主要由密度和分子量分布所控制。适用于注塑模的pE-HD分子量分布很窄。密度为0.91-0.925g/cm3，该材料的流动特性很好，MFR为0.1到28之间。分子量越高，pH-LD的流动特性越差，但是有更好的抗冲击强度。pE-LD是半结晶材料，成型后收缩率较高，在1.5%到4%之间。pE-HD很容易发生环境应力开裂现象。可以通过使用很低流动特性的材料以减小内部应力，从而减轻开裂现象。pE-HD当温度高于60℃时很容易在烃类溶剂中溶解，但其抗溶解性比pE-LD还要好一些。
(2)典型应用范围
电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等。
(3)pE-HD注塑模工艺条件
干燥：如果存储恰当则无须干燥。
熔化温度：220-260℃。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200-250℃之间。模具温度：50-95℃。6mm以下壁厚的塑件应使用较高的模具温度，6mm以上壁厚的塑件使用较低的模具温度。塑件冷却温度应当均匀以减小收缩率的差异。对于最优的加工周期时间，冷却腔道直径应不小于8mm，并且距模具表面的距离应在1.3d之内（“d”是冷却腔道的直径）。
注射压力：70-105Mpa射速度：使用高速注射。流道和浇口：流道直径在4到7.5mm之间，流道长度应尽可能短。可以使用各种类型的浇口，浇口长度不要超过0.75mm。聚乙烯成型时，在流动方向和垂直方向的收缩差异较大，注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生变形，并使浇口周围部位的脆性增加；成型收缩率较大，易产生缩孔；冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀；质软易脱模，有浅侧凹时可强制脱模。特别适用于使用热流道模具。
2.塑件原材料成型性能
结晶料、吸湿性小
流动性极好，溢边值0.02mm左右，流动性对压力变化敏感
可能发生熔融破裂，与有机溶剂接触可发生开裂
加热时间长则发生分解、烧伤
冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模 应有冷却系统
收缩率范围大，收缩值大、方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温，保持冷却均匀、稳定
宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分
不宜用直接浇口，易增大内应力，或产生收缩不匀，方向性明显增大变形，应注意选择进料口位置，防止产生缩孔、变形
质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模
3.塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析
结构分析：从零件图上分析，此零件总体为圆形侧面有6个4mm×22MM和长方孔，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构，零件口部上有一个小台。
尺寸精度：该塑件的精度为7级，精度要求较低。
表面质量分析：
该零件的要求表面没有缺陷、毛刺，由于冷水壶盖经常与人的手接触较多，因此表面要求光滑，最好自然形成圆角。
4.塑件成型方法确定
综上所述，该塑件的结构比较简单，而且壁厚均匀，成型工艺性好，可以采用注射成方法生产。
二、塑件成型模具设计
5.型腔的数量和布置
该塑件的精度要求不高，属小型塑件，且形状简单，又为大批量生产，初定为一模四腔的模具形式，型腔的排列方式采用平衡性较好的H型排列，其布置方式如下图所示：为了保证塑件表面质量要求，选择点浇口成型，浇口位置安排在塑件顶部，模具选用双分型面注射模（三板式）.6.选择注塑机型号及其参数
(1)注射量的计算：通过pro/E建模分析，塑件的体积 为27265㎜，塑件的质量: 此时流道凝料的体积未知，可按塑件质量的0.6倍进行估算，所以注射量为:
(2)锁模力的计算：流道凝料(包括浇口)在分型面上的的投影面积，在此时还是个未知数，根据经验公式：(为每个塑件在分型面上的投影面积)，用 进行估算：
式中
查塑件所需的注射压力70-105Mpa，而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%，因塑件为薄壁塑件，且浇口为点浇口，其压力损失比较大，所以取大一些，则
(3)选择注塑机：根据上面计算的注射量和锁模力，可选用国产XS-ZY-1000螺杆式注射成型机，其有关参数如下：
标称注射量/
1000模板的最大厚度/mm700
螺杆直径/mm55模板的最小厚度/mm300
合模力/N
模板尺寸690×790
注射压力 /Mpa121拉杆空间/mm650×550
注射行程/mm280合模方式液压机械
螺杆转速/（r/mm）0~47电机功率/KW2
2模板最大行程/mm700定位圈尺寸/mm150
喷嘴球半径/mm18喷嘴孔直径/mm7.5注射方式螺杆式最大成型面积/
1800
定位圈尺寸/mm150注射时间/s
4(4)射机有关参数的校核
型腔数量的校核
由注射机的额定注射量校核模具的型腔数量：
型腔数目校核合格
式中为Vj注系统凝料和飞边所需的体积
Vz为每个塑件的体积
Vg为注射机的额定注射量
注射压力的校核
注射压力校核合格
式中 K为注射压力安全系数一般为1.25－1.4
锁模力的校核
锁模力校核合格
K 为锁模力安全系数，一般取1.1—1.2
其它尺寸的校核只有待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。
7.确定分型面
本塑件要求外侧表面光滑，下端外沿无浇口痕迹。依据分型面的选择原则，该塑件的分型面应选如下A-A所示位置，这样凹模型腔整体加工成型，塑件外表面光滑，且容易脱模。
8.浇注系统选择和设计
(1)主流道的设计
主流道尺寸
主流道的小端直径： ；
主流道的球面半径为： ；
主流道锥角：取 ；主流道长度：取L=70mm；
主流道的大端直径：
主流道衬套的形式
由于主流道入口处与注射机喷嘴反复接触，极易损坏，对材料的要求比较高，因而主流道设计为浇口套，采用T10A，热处理为50HRC－55HRC，如上图所示：
与之相配合的定位圈的结构如下图所示：
(2)分流道的设计
分流道的布置：为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使凝料熔体尽快地分配到各型腔，因此，采用如下图所示衡式分流道结构：
分流道的形状和截面尺寸：
由于聚乙烯的流动性很好，因此选用加工性能比较好的半圆形流道，查表得d=10㎜
分流道的表面粗糙度：
流道的表面粗糙度的Ra并不要求很低，一般为0.8—1.6,在此取1.6，如上图所示
(3)浇口的设计
由于塑件的外观表面质量要求比较高，应没有明显的烧口痕迹，因此采用点浇口查表得其尺寸如右图所示：
(4)注射行程的校核
查XS-ZY-1000注射注射行程为280，浇注系统的长度：，成立。
9.模具成型部件的设计计算
分析塑件的结构可知根据尺寸公差可知：塑件在径向上的公差等级为MT7级(GB4458.5-84)，对于此塑料此精度为中等。分析塑件的结构可知动模部分若采用整体式结构将无法加工，所以采用组合型芯结构。
圆柱型芯
采用台肩固定的形式，其下底面用模仁将其压紧。
尺寸计算。查其尺寸公差：
由于尺寸精度为中等，故分别取制造偏差为尺寸公差1/3，磨损偏差为尺寸公差
1/6，即：。
塑料收缩率范围为：1.5-2.0%，则平均收缩率为：。
故型腔芯尺寸为：（设计尺寸参见零件图）
动模仁型腔
动模仁采用组合式，用螺钉将其固定在动模板上，查其尺寸公差：
腔体尺寸：
（设计尺寸参见零件图）
定模仁型腔
定模仁采用组合式，用螺钉将其固定在动模板上查其尺寸公差： 腔体尺寸：
（设计尺寸参见零件图）
滑块型芯
滑块型芯的设计 为整体式结构，总共4个，其相应的侧孔尺寸为：
10.9、侧向抽芯机构
侧向抽芯机构的选用
塑件的侧壁有6个方孔，其均垂直于脱模方向，阻碍成型后的塑件从模具脱出。因此成形时必须设置侧向分型抽芯机构，经分析本模具采用斜导柱抽芯机构。
确定抽芯距：此塑件的的侧孔深度为1mm，则S=h+(2-3)=4mm
确定斜导柱的倾角：由于此模具的抽芯距比较短因此其倾角可取小一些，取为12°。
确定斜导柱的尺寸：，查表取整得d=18mm
经计算得 ,查表取标准斜导柱长度为100㎜。
11.模架的确定和标准件选择。
由前面的型腔大布置以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合模架标准架，选用结构 形式为p4型，模架尺寸为500×560的标准模架，可符合要求。
与型腔零件有关参数的校核
型边缘距离的校核
校核合格
为模腔材料的许用应用，查Cr12MoV 的许用应力为245Mpa
p为型腔的平均压力
腔底板厚度的校核，校核合格
模具闭合高度的校核
计算模具的闭合高度为：
查XS－ZY－1000得，即模具满足的安装要求。
模具的外形的校核：
本模具的外形的尺寸为： 查XS－ZY－1000注射机的模板的最大安装尺寸为，故能满足模的安装要求
开模行程的校核：
模具的行程为 查XS－ZY－1000的最大开模行程为700mm>183mm,即能满足注射机的开模要求。
12.排气的系统设计
此塑件为小型逆件，可利用推杆、活动型芯与模板之间的间隙排气，其间隙为。
13.11、温度调节系统设计
查表得聚乙烯成型时所需的模具温度为30-60℃，此设模具的温度为40℃。
冷却水的体积流量
冷却水管直径
为了使水处于湍流状态，查表得在.冷却水在管道内的流速
由式
大于最低流速1.10m/s，达到湍流状态，所以管道直径选用合理。
冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数
查表得f=7.22(水温为30℃时)，因此
冷却管道的总传热面积：
模具上应开设的冷却水孔数：
14.推出机构（脱模）
推出机构的形式确定：
此塑件采用顶杆推出，推杆设计在塑件的台阶处，每个塑件由8根推杆推出，在台阶处圆形均布，共32根。其结构如装配图所示。
脱模力的计算：
脱模力系数 塑料的线性膨胀系数
在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量 塑料的软化温度
脱模时塑件的温度 塑件的厚度
型芯脱模方向高度
脱模力的校核
查XS－ZY－1000的顶出力为 即能满足注射机的要求。
15.导向机构
导柱选用模架本身的规格，但其长度与开模行程有关，必须另行设计选择.经计算得查表取标准得到长导柱的长度取为，导柱的长度取为
其相关的配合见装配图所示，与之相应的导套选用模架自带规格。
16.参考文献
1．伍先明等•塑料模具设计指导•北京：国防工业出版社，2006•
52．余冬蓉，程胜文•塑料成型工艺与模具设计•北京：科学出版社，2005
3．中国机械工程学会，中国模具设计大典编委会•中国模具设计大典。南昌：江西科学技术出版社，1998
17.模具设计心得体会
通过此次模具设计，使我的专业知识更加系统化，完整化。在设计中我熟练撑握了查阅有关的技术标准与规范，知到了怎样去学习和善于利用前人所积累的宝贵设计经验和资料。也锻炼了我综合考虑结构、工艺性、经济性以及标准化等的能力，巩固了过去所学的专业课程知识。已撑握了注射模具设计的基本流程，也锻炼了我的动手能力和对于工程技术的严谨性。总之，通过此次模具设计使我的专业水平更上了一层楼。
18.模具总装图和零件图：(附后工程图)结果
此塑件的成型工艺性较好
采用一模四腔点浇口浇注选用三板式结构
选用XS-ZY-1000螺杆式注射成型
分流道采用半圆形，D=10
mm
采用组合型芯结构
斜导柱的规格为
其倾角为12°
选用模架尺寸为500×560的p4型标准模架
型腔零件校核合格
模具闭合高度的校核合格
模具的外形的校核合格
开模行程的校核合格
冷水管的直径：
其所开孔数为2
采用推杆推出机构
脱模力校核合格
