塑料方形盒模具设计要点.docx

塑料方形盒模具设计
苯课程设计任务为一塑料方形盒，顶面盒两侧各有各方形孔，材料为ABS，精度为MT2级，初始零件图尺寸如图一所示：

一、 塑件成型工艺性分析及工艺选择：
1、 塑件工艺性分析
（1） 外形尺寸 该塑件壁厚约2mm,塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，塑件流程不太长，塑件材料为ABS，是热塑性塑料，流动性中等，适合于注射成型。
（2） 精度等级 塑件精度为MT2，并分为A、B类尺寸，按类别、精度和基本尺寸计算公差。
（3） 脱模斜度 ABS的成型性能好，成型收缩率较小，且塑件形状容易脱模，设脱模斜度为1°，很短部分可以取36ˊ即0.6°，如深2mm的侧型芯。
2、 ABS工程塑料的性能分析
　ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料，常被用于制造仪器的塑料外壳。
　　ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.04~1.06 g／cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。
ABS树脂可以在-25℃~60℃的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。因此它可以被用于家电外壳玩具等日常用品。
3、 ABS的注射成型过程及工艺参数
1） 注射成型过程
混料—干燥—螺杆塑化—充模—保压—冷却—脱模—塑件后处理
（1） 成型前的准备。
对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验。因为ABS塑料的吸湿性和对对水分的敏感性较大，在ABS成型前还必须进行干燥和预热，不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹。ABS原料需要控制水分在0.3%以下。
（2） 注射成型时各段温度
ABS塑料非牛顿性较强，在熔化过程温度升高时，其黏度降低较大，但一旦达到成型温度（适宜加工温度的温度范围，如200℃~300℃），如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反而使熔融黏度增大，注射更加困难，塑件的机械性能也下降。
ABS温度相关工艺参数如表6-3所列
表1-1 ABS工艺参数表
工艺参数
通用型abs
工艺性参数
通用型abs
料筒后段温度/℃
160~180
喷嘴温度/℃
170~180
料筒中段温度/℃
180~200
模具温度/℃
50~80
料筒前段温度/℃
200~220

（3） 注射压力
ABS熔融的黏度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高。在注射时需要比较高的注射压力。但并非所有的abs制件都需要施用高压，考虑到本塑件不大、结构不复杂，厚度适中，可以用比较低的注射压力。注射过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了塑件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小，塑件收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，制件表面容易雾化。压力过大，塑件与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。对于螺杆式注射机一般取70MPa~100MPa。
（4） 注射速度
ABS塑料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料易烧焦或分解析出气化物，从而在制件上出现熔接痕、光泽差及浇口附近塑件发红等缺陷。但塑料壳体为薄壁制件，且浇口又为侧浇口，故而又要有足够高的注射速度，否则塑料熔体难以充满整个型腔。
（5） 模具温度
ABS宜取高料温、模温，料温对物性影响较大，料温过高易分解，对于精度要求较高塑料件模温宜取50/℃~60/℃，要求光泽及耐热型塑料宜取60/℃~80/℃。塑料壳体属于中小型制件，形状比较规则，故不需专门对模具加热。
（6） 料量控制
注塑机在注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的80%。为了提高塑件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，注射量选为标定注射量的50%为宜。
二、 拟定模具的结构形式和初选注射机
1、 分型面位置的确定
通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端面截面积最大且有利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图二所示

2、 型腔数量和排列方式的确定
（1）型腔数量的的确定 由于该塑件精度MT2要求较高，塑件尺寸较小，但塑件两侧都具有侧孔，需进行侧抽芯。如采用一模一腔固然可以简化模具结构，恐高制件精度，但考虑到经济效益和生产效率，结合模具结构，初步拟定为一模两腔。
（2）型腔排列形式的确定 由于在塑件顶部有方形孔，且表面精度较高，可以选用潜伏式浇口，既达到质量要求又可比点浇口少一块型腔板，综合一模二腔的小型模具结构，分型面的承压面宽度≥10mm。型腔中心距初定为120mm，流道采用扩口的U形对称排列，使型腔进料平衡如图1-3所示

（3）模具结构形式的初步确定 由以上分析可知，本模具设计为一摸四腔，对称H型直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板或推杆推出方式。浇注系统设计事，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用大水口（或带推件板）的单分型面注射模。
3、注射机型号的确定
1）注射量的计算
通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如下图所示

塑件体积：V塑=11.53cm³
塑件质量：m塑=ρV塑=11.53×1.05=12.11g
式中ρ根据参考文献取1.05g/cm³
2）浇注系统凝料体积的初步估算
由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。由于本次设计采用的流道简单但较深且弯曲，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.8倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2 个塑件体积之和）为V总=1.8nV塑=1.8×2×11.53=53.988cm³
3）选择注射机
根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为V总=53.988cm³，由参考文献[1]式（4-18）V公/0.8=53.988/0.8=67.48 cm³。根据以上的计算，初步选择公称注射量应大于67.48 cm³，注射机型号为SZ—125/400卧式注射机，其主要技术参数见表1-2。
表1-2注射机主要技术参数
理论注射量/ cm³
125
拉杆内向距/mm
355×385
螺杆柱塞直径/mm
42
移模行程/mm
350
注射压力/Mpa
150
最大模具厚度/mm
400
注射速率/g·s-1
120
最小模具厚度/mm
230
塑化能力/kg·h
16.8
锁模形式
双曲肘
螺杆转速/r·min-1
0~220
模具定位直径/mm
125
锁模力/kN
1200
喷嘴球半径/mm
15
喷嘴孔直径/mm
4

4）注射机相关参数的校核
（1）注射压力校核。查参考文献[1]表4-1可知，所需压力为70MPa~100 MPa，这里取P0=100 MPa,该注射机的公称注射压力P公=150 MPa,注射压力安全系数k1=1.25~1.4,这里取k1=1.3，则：
k1 P0=1.3×100=130 MPa＜P公，所以注射机压力合格。
（2）锁模力校核。
①塑件在分型面上的投影面积
A塑==44*44=1936mm2
②浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括料口）在分型面上的投影面积A浇的数值，可以按照多型腔模具的设计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍。由于本设计的流道比较简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。这里取A浇=0.5A塑。
③塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则
A总=nA塑＋A浇=nA塑＋0.5A塑=2.5 A塑=4840mm2
④模具型腔内胀型力F胀= A总P模=4840×35=169.4kN
式中，P模是型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔的压力，通常取注射压力的20%~40%,大致范围为25MPa~40MPa。对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值，故P模取35MPa
由表1-2可知该注射机的公称锁模力F锁=400kN,锁模力安全系数k2=1.1~1.2这里取k2=1.2,则取k2F胀=1.2 F胀=1.2×169.4=203.28＜F锁，所以注射机锁模力满足要求。
对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。

三、 浇注系统的设计
1、 主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处

1） 主流道尺寸
（1） 主流道的长度 一般有模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm,但本次设计中使用的式潜伏式浇口，主流道长度应该扩大一倍，初取100mm进行计算。
（2） 主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸＋（0.5~1）mm=4.5mm。
（3） 主流道大端直径D=d＋2L主tan(α/2)=12mm.式中α≈2°。
（4） 主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径＋（1~2）mm=15＋2=17mm。
（5） 球面配合高度 h=3mm.
2) 主流道的凝料体积
V主=L主（R2主＋r2主＋R主r主）π/3=100×（6²+2.25²+6×2.25）×3.14/3=3250.1mm³
1） 主流道当量半径
Rn=(2.25+6)/2=4.125mm
4)主流道浇口套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较为严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体，但考虑上诉因素通常仍将其分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和和热处理。此设计中浇口套采用碳素工具钢T10A,热处理淬火表面硬度50HRC~55HRC。其结构形式如下图所示

 2、分流道的设计
1） 分流道的布置形式
为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道
2） 分流道的长度
根据2个型腔的结构设计，分流道长度适中
3） 分流道的当量直径
流过一级分流道塑料的质量
m=pV塑=11.25×1.05×1=11.81g＜200g
该塑件壁厚在2mm左右，在3mm以下，采用经验公式：见塑料模具设计指导/伍先明、张蓉等著/国防工业出版社 P12页： D=0.2654，将m=11.81,L=50,带入得D=4.8506mm
4） 分流道的界面形状
本设计采用圆形界面，且塑料熔体的热量散失、流动阻力较小。
5） 分流道的界面尺寸
为使熔体阻力小，可优先选用圆形分流道，直径D=5mm，Fl =60mm
6） 校核剪切速率
（1） 确定注射时间；查资料得t=2s。
（2） 计算单边分流道体积流量：q=（V分/2+V塑）/t=（2.1+11.53）/2=6.815cm ³/s
（3） 查资料得剪切速率
γ分=3.3q分/πR分³==5.6×10 2/s
其中R分==2.5cm
该分流道的剪切速率处于浇口主流道和分流道的最佳剪切速率在5×10²~5×10³/s之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。
7） 分流道的表面粗糙度和脱模斜度
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般去Ra 1.25μm~2.5μm即可，这里取1.5μm，脱模斜度一般在5~10 º之间，通过上面的计算知脱模斜度为10.6 º，脱模斜度足够。
3浇口的设计
该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用潜伏式浇口。其界面形状简单，易于脱模，表面外观质量较高。
1） 潜伏式浇口尺寸的确定
分流道界面尺寸及浇口尺寸：
因为本设计选用潜伏式浇口，依据 塑料成型工艺及模具设计 叶久新、王群 P107 表4-10 各种浇口尺寸计算 中的经验公式：
d=nk k=0.206,,对于ABS，n=0.7，将t=2,A=V塑/t=6125得到浇口直径d=1.86,，取l=1mm,L=3mm
（1） 查资料得侧浇口的长度计算公式为
L浇=L/sinβ =3/ sinβ=8.78mm,β=15°到25°,取20°，其中t是塑件壁厚此设计中为3mm，n是塑料成型系数，ABS的成型系数为0.7。
2） 潜伏式浇口剪切速率的校核
（1） 确定注射时间：查资料得t=2s；
（2） 计算浇口的体积流量；q浇=V塑/t=11.53/2=5.765cm ²/s
计算浇口的剪切速率：对于潜伏式浇口可知：γ=≤4×10 ³/s，
经计算得γ=26397/s<40000/s，剪切速率合格
式中Rn为潜伏式浇口的当量半径，即Rn=0.93
4校核主流道的剪切速率
（1） 计算主流道的体积流量
q主=（V主+V分+nV塑）/t=（1.573+2.138+4×3.49）/0.86
=20.55cm ³/s
（2） 计算主流道的剪切速率
r主=3.3q主/（πR 主³）=3.3×20.55÷3.14÷3.125 ³×10 ³ =707.7/s,主流道的剪切速率处于浇口和分流道的最佳剪切速率500~5000/s之间，所以主流道的剪切速率合格。
5.冷料穴的设计和计算
冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷聊，防止冷聊进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。

六、成型零件的结构设计和计算
a.型腔和型芯工作尺寸计算:
型腔和型芯工作尺寸计算见下表。
ABS收缩率为S=0.4~0.7%，取平均收缩率为Scp=0.55%,模具制造公差取δz=Δ/4，对小尺寸（≤5mm）按Δ/6计算,系数x取0.75
类型
塑件尺寸
计算公式
计算结果

型
腔
590-0.20=

Lm+δz0=[(1+Scp)l-xΔ] +δz0

590-0.20=

LM+δz0=[(1+Scp)l-xΔ] +δz0

型
芯

φ140-0.20 =4 φ13.98+0.200
lm 0-δz =[(1+Scp)l+xΔ] 0-δz
14.210-0.05
590-0.20=
58.98+0.200
lm 0-δz =[(1+Scp)l+xΔ] 0-δz
59.450-0.05

其中φ20属于A类尺寸查其中表得其公差为0.24，l =20±0.12=20.120-0.24,
2为B类尺寸差表得其公差为0.32, HS=2±0.16=2.160-0.32,
其中x为修正系数通过查表得出每个尺寸公差相应的修正系数然后代入计算。 
b.成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算
（1）凹模侧壁厚度的计算。凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度公式查资料的：
S=(3ph4/2EσP)1/3
=33.47mm，取35mm.式子中p是型腔压力（MPa）；E是材料弹性模量（MPa）；h=W，W是影响变形的最大尺寸，σP是模具刚度计算许用变形量。；
凹模成型型腔内含两个侧抽芯机构，为组合式矩形型腔，凹模尺寸如型腔零件图所示，型腔不是深大型腔，根据模板尺寸可大致确定其值满足要求。
（2）动模垫板厚度的计算。动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据型腔布置及型芯对型腔的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即T=0.54L[pA/(L1EσP )]1/3,
得到T=38mm,可以取标准厚度45mm,经检验知其合格。

七、脱模推出机构的设计:
1、脱模力的计算
（1）、主型芯脱模力：因为

八、模架的确定
1、模具的大小主要取决于宿建德大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度和高度的情况下，结构以紧凑为好，对于我们学生来说设计还没有什么经验，可参照下面这种标准模架选型的经验方法（详见塑料模具设计指导 伍先明 张蓉等著 国防工业出版社 P155页） 根据塑件在分型面上的投影的面积或模仁周边尺寸，以塑件布置在推杆推出范围之内即复位杆与型腔或模仁边缘保持一定距离为原则来确定模架大小
塑件投影宽度W‘≤W3-10;
塑件投影长度L‘≤L2-D2(复位杆直径)-30
在本次设计中塑件投影宽度W‘=L塑件+2S抽芯+2L滑=44+2*5+2*67=188mm；依据W‘≤W3-10，得198≤W3，
塑件投影长度L‘=d主+2L分+2*L浇口+2L塑件+=12+2*60+2*4+2*44=228
根据以上方法算得208≤W3， 查表7-4选W3=220，因此W=350，D2=25；
228+25+30≤L2， 即283≤L2查表7-4选L2=290，因此得到L=350，故选用的模架为Ｗ*Ｌ＝350*350，ＤＡ模架（带支承板）
根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。查表（查《塑料模具设计指导 伍先明、张蓉等著 国防工业出版社》的第153页的表7-4）确定:
考虑实际情况刚度保证足够，把定模垫板去掉，考虑到动模部分只有一个不大的型芯，所以动模板和型芯固定板组成一块整体板，H1 =３０mm, H2=４５mm， H3=３５mm，H4=４５mm, H5=２０mm, H6=２５mm,
,A=80，B=40，C=100，D1=30， D2=25， 4*M16, 4*M10
W1=450,W2=63，W3=220，W4=134，W5=196，W6=284，W7=285;
L1=326，L2=290，L3=178，L4=284，L5=144，L6=212，L7=284
九、排气槽的设计
该俗家由于采用潜伏式浇口进料熔体向上下排气，最下部有分型面可以通畅排气，最后在顶面充满型腔，顶面有型芯，型芯上有间隙，其配合间隙可作为气体排出方式，不会再顶部产生憋气现象，因此无需设置专门的排气系统。

十、冷却系统的设计
由于塑料件的壁厚均为2mm，塑料件尺寸又不大，确定水孔直径为8mm。
由于冷冷却水道的位置、结构形式、孔径、表面状态、水的流速、模具材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较困难。成离型腔的上面１５mm处开设２处冷却水流道，在大型芯上开一处冷却水流道。如装配图所示：

十一、导向和定位机构的设计
由于塑料件尺寸不大，利用分型面的配合间隙排气即可。
联接螺钉的选用
    螺钉都选用GB/T70.1-2000内六角圆柱头螺钉，螺钉长度依据联接件厚度而定。
固定浇口套的螺钉：M6×30
固定定模座板与凹模的螺钉：M10×50
固定动模座板、垫块、支承板、凸模固定板的螺钉：M16×150
推杆螺钉：M14×129
固定推板与推杆固定板的螺钉：M8×22
f.拉料杆的设计
Z字形拉料杆是最常用的一种形式。工作时依靠Z字形钩将主流道凝料拉出浇口套。设计结构如图8所示与主流道冷料穴相适应：

 十二、绘制模具总装图
罩盒注射模总装图如图所示

图10  罩盒模具总装图
1—浇口套  2—定模座板  3—导套  4—定模板  5—导柱
6—推板  7—动模板  8—推杆  9—支承板  10—垫块
11—推杆固定板  12—推板  13—动模座板  14、15、18、19—螺钉
16—拉料杆  17—凸模

 七、总  结
模具课程设计是我们专业当中的非常重要的实训。通过本次塑料模具课程设计让我们从中收获了很多的知识，认识到了模具设计过程中存在的一些问题及解决办法。
   在实习过程中，老师耐心地给我们讲解了塑料模具设计的过程和相关要求，在老师的指导下，我们积极的进行自己的设计，我们认真地对待设计过程中的每个环节，认真完成老师布置下来的任务。在设计中，尺寸的计算、方案的确定是最重要的，在这次设计中也让我体会到了要学会查资料。
一周的实训转眼就过去了，像这样的实训以后也不多了。今年下学期，我们就要踏上工作岗位，面临就业了，在今后的工作中，需要我们自己去观察、学习和总结。具备独立完成工作的能力，才能胜任未来的挑战。
　  一周的课程设计实习带给我们的，不全是我们单单查找相关资料，也不仅仅是通过所要求的来我们锻炼的几种能力，更多的则需要我们每个人在塑料课程设计结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，才能有所收获。

参考文献：
1.屈华昌  塑料成型工艺与模具设计   高等教育出版社     
2.梅伶    模具课程设计指导         机械工业出版社
3.夏巨谌  李志刚 中国模具设计大典