塑料模具设计书.docx

编号：

塑料模具课程设计说明书

题 目： 圆盖卡扣的塑料模具设计
院 （系）： 机电工程系
专 业： 模具设计与制造
学生姓名： 倪文明、王文超、黄建成
学 号：091214115、091214117、091214118
指导教师： 甘勇、张闯开

题目类型： 工程设计 实验研究 理论研究 工程技术研究 软件开发

2011 年 5 月 24 日

摘 要

该圆盖卡扣是用于玩具、机械外壳等的一些机件的一个重要的塑料零件，本设计的工作是为该圆盖卡扣设计一个完整的注射模具。在本设计中，综合考虑制品的精度要求及产量因素，采用了一模六腔的布局方式，浇注系统采用的是侧浇口，从圆盘卡扣的边缘进料，有效的避免了疤痕对制品的表面质量的不良影响。
在本设计过程中，充分利用了CAD、Pro/e的模具设计模块与设计制图。通过创建实图和工程图的绘制，设计完成了模具的装配图、零件图等设计所需的制图。

关键词：圆盖卡扣；注射模具；设计。

目 录
第 一 章 序言-----------------------------------------1
第 二 章 产品的说明----------------------------------2
第 三 章 塑料件的结构与成型工艺的分析-------------2
3.1 圆盖材料的特性-----------------------------------------------2
3.2 塑料件的注射成型过程及工艺参数-----------------------2
3.2.1 成型前的准备-------------------------------------3
3.2.2 ABS塑料的成型工艺参数----------------------3
第 四 章 注射机的选用-------------------------------3
4.1 所需注射量的计算--------------------------------------------3
4.1.1 塑料件质量、体积计算-------------------------3
4.1.2 浇注系统凝料体积的初步计算----------------3
4.1.3 该模具一次注射所需要的ABS---------------4
4.2 注射机型号的选定------------------------------------------4
第 五 章 分型面的选择-------------------------------4
第 六 章 型腔数目的决定及排布----------------------5
6.1 型腔数目的确定5
第 七 章 浇注系统的设计-----------------------------5
7.1 主流道设计-----------------------------------------------------5
7.2 浇口位置的选择-----------------------------------------------6
第 八 章 排气系统的设计-----------------------------6
第 九 章 温度调节系统设计---------------------------6
9.1 冷却系统的计算-----------------------------------------------6
9.2 冷却水道的出、入口排布-----------------------------------7
第 十 章 成型零件的设计与计算----------------------8
10.1 凹模的结构形式-----------------------------------------------8
10.2 凸模的结构形式-----------------------------------------------8
10.3 导柱导向机构的设计-----------------------------------------8
10.4 确定型芯和型腔的尺寸--------------------------------------8
10.4.1 型腔的径向尺寸---------------------------------8
10.4.2 型腔的深度---------------------------------------8
10.4.3 型芯的径向尺寸---------------------------------9
10.4.4 型芯的高度----------------------------------------------------9
第 十一 章 脱模机构设计-----------------------------9
第 十二 章 模架的设计-------------------------------11
12.1 A板尺寸----------------------------------------------------11
12.2 B板尺寸----------------------------------------------------11
12.3 C板尺寸----------------------------------------------------11
第 十三 章 注射机参数的校核------------------------13
13.1 注射压力的校核-------------------------------------------13
13.2 锁模力的校核----------------------------------------------13
13.3 开模行程与推出机构的校核----------------------------13
13.3.1 模具闭合高度长度尺寸校核--------------13
13.3.2 模具闭合高度校核--------------------------13
13.3.3 开模行程校核--------------------------------13
第 十四 章 设计小结与致谢--------------------------14
第 十五 章 参考文献--------------------------------15

第 一 章 序 言

课题研究的目的和意义
工业的发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大的发展，无无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用了不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生存率不高、周期长、总之，是拖了机电、轻工等行业发展的后退。
因此我们必须意识到，对模具设计的研究的目的和意义在于能够跟好的认识模具工业在国民经济中的地位的重要性。因为利用模具成型的方法，质量上市一种减少切削。无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，大批生产的主要技术手段，它对保证制品质量，缩短试用周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性的意义，因此德国把模具称为“金属加工的帝王”，把模具工业视为“关键工业”，美国把模具称为“美国工业的基石”，把模具工业视为“不可估量其力量的工业”，日本把模具说成是“促进社会富裕繁荣的动力”，把模具工业视为“整个工业发展的秘密”。
因此，要使用国民经济各个部门获得高速发展，加速实现社会四个现代化，就必须尽快将模具工业搞上去，使模具生产形成一个独立的工业部门，从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键作用。

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第 二 章 产品的说明

塑料圆盖卡扣是塑料产品中常用的组合封盖，它结构紧凑，寿命长，可受冲击力大。塑料圆盖广泛应用于玩具，钟表，仪器等各种场合。所以，选择合适的注射模具成型圆盖很有必要。

图 2-1 制件图

第 三 章 塑料件的结构与成型工艺的分析

3.1 圆盖材料的特性
ABS是一种常用的具有良好的综合力学性能的工程塑料，是在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后形成的改性共聚物，也可称改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯更好的使用性能和工艺性能。ABS塑料一般不透明、无毒且无味，成型塑料件的表面有较好的光泽。ABS具有良好的机械强度，特别是抗冲压强度高；ABS还具有一定的耐磨性、耐寒性、耐油性和耐水性以及化学稳定性。其缺点是耐热性不高且易燃。改变ABS树脂中混合物的比例可改变得到一系列具有不同冲击强度、流动特性的品种。
ABS的密度 ρ=1.1g/cm³,收缩率为0.3%-0.8%，现取值0.5%。
3.2 塑料件的注射成型过程及工艺参数
ABS是吸水的塑料，在室温下，24h可吸收0.2%-0.35%的水分，虽然这种水分不至于对其力学性能构成重大的影响，但注射是若湿度超过0.2%，塑料表面会受打的影响，所以对ABS进行成型加工时一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。

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3.2.1 成型前的准备
成型前，应对ABS的色泽、细度和均匀度进行检查。由于ABS的吸水率为0.2%-0.8%，容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量小于0.3%。干燥条件：用烘箱以80—85°C烘2—4h或用干燥斗以80°C烘1—2h。
3.2.2 经查有关手册，得到一班情况下ABS塑料的成型工艺参数如下：
 密度 ：1.0—1.1g/cm³.
‚ 收缩率 ： 0.3%-0.8%。
ƒ 预热温度 ： 80—85°C。预热时间为2—4h
„ 料筒文温度 ： 后段150—170°C，中段180—190°C，前段200—210°C。
… 喷嘴温度 ： 180—190°C。
† 模具温度 ： 50—70°C。
‡ 注射压力 ： 60—100MPa。
ˆ 成型时间 ： 注射时间为2—5s，保压时间为5—10s,冷却时间为5—15s，总共为15—50s。

第 四 章 注射机的选用

4.1 所需注射量的计算
选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。
以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号；为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：
V实<V公
式子中，V实—实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（cm³）。
4.1.1 塑料件质量、体积计算
对于塑料件，根据合格尺寸，利用Pro/e获得三维模型，对其进行分析，得：

塑料件的体积：V1 =1.25cm³；
塑料件的质量：M1 =1.3126g；

4.1.2 浇注系统凝料体积的初步计算
可按塑料件体积的0.6倍计算，由于该模具采用一模六腔，所以浇注系统凝料体积为：
V2 =6V1X0.6=6X1.25X0.6=4.5cm³

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4.1.3 该模具一次注射所需要的ABS：

体积：V0=2V1+V2=12cm³
质量：M0=ρV0 =1.05X12=12.6g

4.2 注射机型号的选定
根据以上的计算，初步选定型号为XS-Z-30（立式）,改注射机参数如下表4-1所示。
注射量
参数
注射量
参数
注射机最大注射量
30cm³
喷嘴球面半径
SR12mm
注射压力
119MPa
最小模厚
60mm
最大开距
160mm
注射机定位孔直径
Φ63.5mm
注射机拉杆的间距
250mmX280mm
锁模力
250KN

表 4-1 注射机参数

第 五 章　　　分型面的选择

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。
5.1 分型面的选择原则：
a）、便于塑件脱模：
Ⅰ、 在开模时尽量使塑件留在动模内
Ⅱ 、应有利于侧面分型和抽芯
Ⅲ、应合理安排塑件在型腔中的方位；
b）、考虑和保证塑件的外观不遭损坏
c）、尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）
d）、有利于排气
e）、尽量使模具加工方便
我们这里选择水平分型面。

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第 六 章 型腔数目的决定及排布

6.1 型腔数目的确定：
为了使模具与注射机的生产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精 度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种：
1)、根据经济性能确定型腔数目；
2）、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目；
3）、根据注射机的最大注射量确定型腔数目；
4）、根据制品精度确定型腔数目。
我们选择的是一模六腔。

图 6-1

第 七 章 浇注系统的设计

7.1 主流道设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。其主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模使主流道凝料顺利拔出。
主流道小断直径D=注射机喷嘴直径+（0.5—1）
=4+（0.5—1）取D=5
主流道球面半径SR=主流道喷嘴球头半径+（1—2）
=12+（1—2）取SR=14
球面配合高度h=3—5mm 取h=3mm
主流道长度L=55mm

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主流道大端直径D`=D+2Ltanα=5+2X55Xtan2°=8.84 取 D`=9mm
选择标准的主流道衬套（浇口套）为主流道零件，因此浇口套的总长度
L0=L+h+2=55+3+2=60mm。
7.2 浇口位置的选择
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。
浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。
我们在开设浇口时应注意以下几点：
①浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。
②浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。
③浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。
④浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。
⑤对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。
⑥浇口应设在不影响制品外观的部位。
⑦不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。
该模具是中、小型塑料件的多型腔模具，我们这里选用侧浇口。

第 八 章 排气系统的设计

该套模具属于小型模具，排气量小，可利用分型面、滑块和顶杆等间隙进行排气，不需要单独开设排气槽。

第 九 章 温度调节系统设计
无论何种塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑胶脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量比较高。为了是模具稳定控制在一个合理的范围内，必须设计模具的温度调节系统。
9.1 冷却系统的计算
塑料传给模具的热量与自然对流散发到空气中的模具热量、辐射散发到空气中的模具热量及模具传给注射机热量的差值即为用冷却水扩散的模具热量。
塑料传给模具的热量 单位时间内塑料传给模具的热量可用下式计算：

Q = n m q

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式中 Q——单位时间内塑料传给模具的热量（KJ/h）；
n——每小时注射次数；
m——每次注射的塑料量，包括浇注系统（kg)；
q——单位质量的塑料在模腔内的热量（KJ/kg)。
根据ABS塑料的成型工艺参数，取
注射时间t1=3s

保压时间t2=6s

冷却时间t3=10s

注射周期t=t1 + t2 + t3 +（5～8）=3+6+10+（5～8）=25s

每小时注射次数 n=3600÷25=144

单位热流量系数 q = 350（KJ/kg)

总热量 ：

Q = n m q = 144×0.0126×350
= 635.04KJ/h
9.2 冷却水道的出、入口排布
由上面计算可知，该模具塑料释放的总热量不大，在模具型腔周围增设冷却水管即可，凹模的水管直径为10mm，凸模水管直径为8mm。该模具这里采用侧浇口的冷却水道，冷却水道的出、入口排布如下图9-1.

图 9-1 冷却水道的出、入口排布

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第 十 章 成型零件的设计与计算

10.1 凹模的结构形式：
凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下几种结构形式：整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，从各方面分析我们可选用组合式凹模。
10.2 凸模的结构形式
凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非为整体式和组合式两种类型。我们根据凹模的结构形式选择整体装配式凸模。
10.3 导柱导向机构的设计
为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。
我们在设计此机构的同时还应注意以下几点：
导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以 保证模具的强度。
一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。
我们所选的导柱还充当复位杆的功能。
10.4 确定型芯和型腔的尺寸
ABS的收缩率在0.3～0.8%，取取平均收缩率0.5%。
1)、型腔的直径L m
2)、型腔的深度 H m
3)、型芯的直径 l m
4)、型芯的高度h m
10.4.1 型腔的径向尺寸
ABS塑料的精度一般为4级，模具的最大磨损量去塑胶公差的1/6；模具的制作公差 δz=△/3≈0.08mm；取x=0.75。
LM1 +δ =[（1+S）Ls—x△]0+δz
=[（1+0.5%）x41—0.75x0.26]0+0.08
=41.010+0.08
10.4.2 型腔的深度
塑料高度尺寸5mm的公差为0.24，模具的最大磨损量去塑胶公差的1/6；模具的制作公差 δz=△≈0.08mm；取x=0.5。
LM0+δ =[（1+S） Ls—x△]0+δz
=[（1+0.5%）x5—0.5x0.24]0+0.08
=4.9050+0.08

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10.4.3 型芯的径向尺寸
模具的最大磨损量去塑胶公差的1/6；模具的制作公差 δz=△/3≈0.08mm；取x=0.75。
lm0-δz=[（1+S）ls—x△]0- δz
=[（1+0.5%）x41+0.75x0.28]0-0.08
=41.4150-0.08
10.4.4 型芯的高度
模具的最大磨损量去塑胶公差的1/6；模具的制作公差 δz=△/3≈0.08mm；取x=0.5。ABS的收缩率在0.3～0.8%，取平均收缩率0.5%。
hm0-δz=[（1+S）hs—x△]0- δz
=[（1+0.5%）x34+0.5x0.24]0-0.08
=34.290-0.08

第 十一 章 脱模机构设计
注射成型的每一个循环中，塑料件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑料件的装置称为脱模机构，也称为推出机构或顶出机构。
圆盖卡扣塑料件推出的基本方式采用最常见的推杆推出即能满足脱模要求。选择圆形推杆，顶杆布局如图11-1所示，布局为对称布置，故只标注一侧，顶杆编号为1～5。
其中，1～4号为普通推杆，推出制件，无特殊挖口，如图11-2。5号为拉料杆，脱模时顶出浇道凝料，达到自动切断浇口的目的，如图11-3.

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图 11-1 顶杆布局

图 11-2 1～4号为普通推杆 图 11-3 5号为拉料杆

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第 十二 章 模架的设计

选用标准模架，可以大大缩短模具的制作周期，提高企业的经济效益。由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，本模具选用GB/T4196.1～GB/T4169.23—2006基本型模架，模架大小为230x180x200(1818型）。各模板尺寸的确定过程如下。
12.1 A板尺寸
A板是定模腔板，塑料件高度为5mm，A板厚度取标准模架尺寸30mm.
12.2 B板尺寸
B板是凸模固定板，凸模的成型部分高度为标准模架尺寸30mm.
12.3 C板尺寸
垫板=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（5～10）=15+20+15+（5～10）=55～60（mm）。去垫块厚度为60mm。
上述尺寸确定之后，从模具设计（实训指导书）的基本型模架表中选择标准模架，如下图12—1、12-2。

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图12-1

图 12-2
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第 十三 章 注射机参数的校核

13.1 注射压力的校核
该项工作是校核所选注射机的公称压力P是否满足塑件成型时需要的注射压力P0。而ABS的注射压力的大小取决于ABS的熔融流动性，流道、浇口的厚度和宽度，以及制品的厚度等。注射压力的范围较宽，通常为40~130MPa， 对于厚壁制品，注射压力可取小值；而薄壁制品则应取大值。对于本例中的斜齿轮我们选择P0100Mpa < P = 119Mpa 。
13.2 锁模力的校核
锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力，即：
F锁 F胀 = A分 × P型
F锁—注射机的额定锁模力（N）；
P分—模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa）；一般为注射压力的0.3～0.65倍，通常取20～40MPa。我们这里选P型=35MPa。
A分—塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和（mm2）
通过使用Pro/e软件计算面功能，自动得出A分=1290mm²X2=2580mm²
所以F锁 F胀 = A分 × P型=1290mm²X2X35MPa=90.3kN
而锁模力为250KN，大于90KN，符合要求。
13.3 开模行程与推出机构的校核
13.3.1模具闭合高度长度尺寸要与注射机模板尺寸和拉杆间距相适合
模具的长X宽为180mmX230mm（注射机拉杆的间距250mmX280mm)
故满足要求。
13.3.2 模具闭合高度校核
模具实际高度H模 =200mm
注射机最小闭合厚度 H最小 =60mm 既H模>H最小。
故满足要求。
开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。由于注射机的锁模机构不同，开模行程可按以下两种情况进行校核：一种是开模行程与模具厚度无关；二种是开模行程与模具厚度有关。我们这里选用的是开模行程与模具厚度无关，且是单分型面注射模具。
13.3.3 开模行程校核
对单分型面注射模，所需开模行程H为：
S =160mm H = H1 + H2 + （5～10） mm
式中，H1—塑件推出距离（也可以作为凸模高度） （mm）；
H2—包括浇注系统在内的塑料件高度 （mm）；
S —注射机移动板最大行程 （mm）；
H —所需要开模行程 （mm）。

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而我们这里通过资料和计算可得出：
H = 4 + 60 + 6 = 70（mm）<160（mm）。
故开模行程满足要求。

第 十四 章 设计小结与致谢

塑料工业是当今世界上最快的工业门类之一，对于我国而言，它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的，但是通过这次塑料模具课程设计，让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识，更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法，对塑料模有了一个更高的认识。这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助，也间接性的为今后的工作经验有了一定的积累。
塑料制品成型及模具的设计还是个很专业性、实践性很强的技术，而它的主要内容都是在今后的生产实践中逐步积累和丰富起来的。因此，我们要学好这项技术光靠书本上的点点知识还是不够的，我们更多的还应该将理论与实际结合起来，这还需要我们到工厂里去实践。我相信在未来的我一定能走到最前头。
在本次实训即将结束之际，我们要感谢在这一阶段所有帮助过我们的人。首先，我们要最忠心地感谢我们的指导老师——张闯开老师、周光耀老师和甘勇老师。其次，我们要感谢同学们。正是这些老师的悉心指导和同学们的探讨中，我们才对自己的专业有了更深层次的认识，提高了利用Pro/e和CAD等软件的应用设计。此外，张老师良师益友、严谨细致、诲人不倦的教学态度也令我深受感动。

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第 十五 章 参考文献

1.《塑料成形工艺与模具设计》  屈华昌  主编  （机械工业出版社）
2.《模具设计（实训指导书）》 刘朝福 编著 （清华大学出版社)
3.《塑料成型模具设计》 单小根 主编 （西安电子科技大学出版社）
4.《塑料模具设计师手册》 王鹏驹 张杰 主编 （机械工业出版社）
5.《机械制图》（第三版） 刘力 主编 王冰 副主编 （高等教育出版社）
6.《模具课程设计指导》 梅伶 主编 （机械工业出版社）

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