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1、前 言模具课程设计是在完成冷冲模具设计、塑料模具设计、CAD软件等相关专业课程学习之后，一个重要的综合性的环节。在设计之前，要具备机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺、塑件成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识。初步了解塑件的成型工艺和生产过程，熟悉各种塑料模具的典型结构。课程设计的基本目的是：（1）综合运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺、塑件成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识，分析和解决塑料模具设计问题，进一步巩固加深和拓宽所学的知识。（2）通过设计实践，逐步树立正确的设计思想
2、，增强创新意识和竞争意识，基本掌握塑料模具设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。（3）通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行塑料模具设计全面的基本技能训练，为毕业设计打下一个良好的实践基础。爪形塑料盖注射模课程设计图一爪形塑料盖本课程设计为一爪形塑料盖，如图一所示。塑件结构比较简单，塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷，脱模斜度301；材料要求为HIPS，生产批量为大批量生产，塑件公差按模具设计要求进行转换。一 塑件成型工艺性分析1.塑件的分析（1）外形尺寸 该塑件壁厚为3mm4mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，塑件材料为热塑性塑料，流动性较好，适合
3、于注射成型。（2）精度等级 塑件每个尺寸的公差不一样，任务书中已给定部分尺寸公差，未注公差的尺寸取公差为MT5。（3）脱模斜度 HIPS的成型性能良好，成型收缩率较小，参考文献1表2-10选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1。2.HIPS工程塑料的性能分析高冲击性强度聚苯乙烯是通过在聚苯乙烯中添加聚丁基橡胶颗粒的办法而产生的一种抗冲击的聚苯乙烯产品。这种聚苯乙烯产品通过添加微米级橡胶颗粒并通过枝接的办法把聚苯乙烯和橡胶颗粒连接在一起。当收到冲击时，裂纹扩展的尖端应力会被相对柔软的橡胶颗粒释放掉。因此裂纹的扩展收到阻碍，抗冲击性得到了提高。HIPS为乳白色不透明颗粒。密度为1.05g/cm3，
4、熔体温度150180，热分解温度300。溶于芳香烃，氯化烃，酮类（除尔酮外）和酯类。能耐许多矿物油，有机酸，碱，盐，低级醇及其水溶液，不耐沸水。HIPS是最便宜的工程塑料之一，和ABS，PC/ABS，PC相比，材料的光泽性比较差，综合性能也相对差一些。PS的冲击强度低，做出的产品很脆，PS经改性后，可使PS的冲击性能提高23倍。其性能指标见表一表一 HIPS的性能指标密度dm-31.041.06抗拉屈服强度bM Pa1448比体积（dm3-1）0.911.02拉伸弹性模量E1MPa（1.43.1）103吸水率24h0.10.3抗弯强度MPa3570收缩率s0.30.6冲击韧性（缺口） k（kJ
5、m-2）1.123.6热变形温度t6492.5硬度（HB）M2080熔点t131165体积电阻系数（cm）10163.HIPS的注射成型过程及工艺参数1）注射成型过程（1）成型前的准备。对HIPS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，HIPS成型前必须进行干燥，处理温度6080，干燥时间2h。（2）注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。（3）塑件的后处理（退火）。退火处理的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为70，处理时间为2h4h。2）注射工艺参数（1）注射机：螺杆式，螺杆转速为48rmin。（2
6、）料筒温度t：前段170190； 中段170190； 后段140160。（3）模具温度t：3265；（4）注射压力（pMPa）：60110；（5）成型时间（s）：30（注射时间初取1.6，冷却时间取20.4，辅助时间取8）。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，分型面应该选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底面上，其位置如图二所示。 图二 分型面的选择2.型腔数量和排位方式的确定（1）型腔数量的确定 由于该塑件的精度要求很高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可才用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等
7、因素，初步确定为一模两腔结构形式。（2）型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模两腔，故才用对称排列，使型腔进料平衡，如图三所示。图三 型腔数量的排列布置（3）模具结构的形式的初步确定 由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线排列，根据塑料结构形状，推出机构初选推件板推出或推杆推出方式。浇注系统设计时，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，定模部分不需要单独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才用大水口（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ProE建模分析得到塑件质量属性如图四所示。图
8、四 塑件质量属性塑件体积：V塑=31.945cm3塑件质量：m塑=V塑=31.9451.05=33.5gcm3式中，可根据参考文献2表9-6取1.05gcm3。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被1倍来估算。由于本次设计才用流道简单并且较短，因此，浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算，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=1.3nV塑=1.3231.945=83.06cm33）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=83.06cm3，
9、由参考文献1式（4-18）V公=V总0.8=103.8cm3。根据以上的计算，初步选择公称注射量为200cm3，注射机型号为SZ-200120卧式注射机，其主要技术参数件表二。表二 注射机主要技术参数理论注射量cm3200拉杆内向距mm355385螺杆柱塞直径mm42移模行程mm350注射压力MPa150最大模具厚度mm400注射速率gs-1120最小模具厚度mm230塑化能力h70锁模形式双曲肘螺杆转速rmin-10200模具定位孔直径mm125锁模力kN1200喷嘴球半径mm125喷嘴孔直径mm44）注射机的相关参数的校核（1）注射压力校核。参考文献1表4-1可知，PS所需注射压力为80M
10、Pa100MPa，而HIPS与PS相差不大，这里取p0=100MPa，该注射机的公称注射压力p公=150MPa，注射压力全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.3，则：k1p0=1.3100=130MPap公，所以，注射机注射压力合格。2)锁模力校核。塑件在分型面上的投影面积A塑=7624=4534mm2浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模具的统计分析确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2倍0.5倍。由于本设计的流道较简单，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=0.2A塑。塑件和浇注系
11、统分型面上总的投影面积，则A总=n（A塑+A浇）=21.2A塑=10881.6mm2模具型腔内的胀型力F胀，则F胀=A总p模=10881.635=380.856kN式中，p模是型腔的平均计算压力值。p模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%40%，大致范围为25MPa40MPa。对于黏度较大的精密度较高的塑料制品应取较大值。HIPS属中等黏度的塑料且塑件有精度要求，故p模取35MPa。由表二可知该注射机的公称锁模力F锁=1200kN，锁模力安全系数k2=1.11.2这里取k2=1.2，则取k2F胀=1.2F胀=1.2380.856=457.03F锁，所以注射机锁模力满足要求。对于其他安装尺
12、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，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流到或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。1）主流道尺寸（1）主流道的长度 一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行计算。（2）主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=4.5mm。（3）主流道大端直径 D=d+2L主t
13、an（2）=8mm，式中取4。（4）主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=15+2=17mm。（5）球面的配合高度 h=3mm。2）主流道的凝料体积V主=L主（R2主+r2主+R主r主）3=50（42+2.252+42.25）3.143=1573.3mm33）主流道当量半径Rn=mm4）主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件可选购。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，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质刚才进行单独加工和热处理。本设计中浇口套才用碳素工具钢
14、T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。如图五所示。定位圈的结构由总装图来确定。图五 主流道浇口套的结构形式2.分流道的设计1）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，同时还需要考虑到减少分流道容积的压力平衡，因此采用平衡式分流到，如图六所示。图六 分流道布置形式2）分流道的长度根据两个型腔的结构设计，分流道长度适中，如图六所示。3）分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量m=V塑=31.9451.052=67.1g200g但该塑件壁厚在3mm4mm之间，按经验曲线查得D=4.7,再根据单向分流道长度43mm，再查得修正系数fL=1.05，则分流道直径经修正后为D=DfL=4.9355mm4）分流道的截面形状本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体热量散失、流动阻力均不大。5)分流道界面尺寸设梯形上底宽为B=6mm（为了便于道具选择），底面圆角的半径R=1mm，梯形高度取H=2B3=4mm，设下底宽度为b，梯形面积应满足如下关系式。代值计算得b=3.813mm，考虑到梯形底部圆弧对面积减小及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。通过计算梯形斜度=10.6，基本符合要求
