塑料壳体课程设计

《塑料成型工艺及模具设计》

——课程设计任务书

设计内容及基本要求

1．独立拟定塑料制品的成型工艺，正确选用成型设备。

2．合理地选择模具结构。

3．正确设计模具成型零件的形状和尺寸。

4．所设计的模具其浇注系统充型快，冷却系统效果好，脱模机构灵活可靠，自动化程度高。

5．所设计的模具应达到制造工艺简单、组装方便、造价合理的要求。6．充分考虑塑件的结构特点，应尽量通过模具一次性成型出如孔、槽、凸、凹等结构，减少后加工工序。

二、设计工作量

1．根据所选定的塑件，绘制1张制品零件图，按制品精度设计要求确定塑件公差，并按模具设计要求对塑件的公差进行变换。

2．完成模具装配图1张，用手工绘制成A0或A1图幅，按制图标准绘制。3．完成模具零件图3张～8张。其中，定模板、动模板、凸模、凹模任选2件用手工绘制出零件图，其他零件图及其绘制方法自定。

绘制的零件图要求在零件图上标明该零件的材料、数量、图号（代号）、尺寸公差和形位公差、热处理及其他技术要求。

4．编写设计说明书（20页～30页）

设计说明书包括以下内容：

（1）目录；

（2）设计题目或设计任务书；

（3）塑件分析（含制品图）；

（4）所选塑料材料的成型特性与工艺参数；

（5）浇注系统的设计、分型面选择、型腔布置，浇注系统及排气系统的形式、部位与尺寸及流动比的校核等；

（6）成型零部件的设计与计算：型腔、型芯等的结构设计、尺寸计算、强度校核等；

（7）脱模机构的设计：脱模力的计算，拉料机构、推出机构、复位机构等的结构形式、安装定位、尺寸配合等；

（8）侧抽芯机构的设计：抽拔距离和抽拔力的计算，抽芯机构的形式、结构、尺寸以及必要的验算；

（9）合模导向机构的设计：组成元件、结构尺寸、安装方式等；

（10）温度调节系统的设计与计算；

（11）其他技术说明；

（12）设计小结：有何体会与建议等；

（13）参考资料：资料编号、名称、作者、出版年月。

在编写过程中要注意：文字简明通顺、书写整齐清晰，计算正确完整，并画出有关的结构简图，图的下方有图号和图题。计算部分只要求列出公式，代入数据，得出结果，其运算过程从略。最后打印装订成册。

三、设计时间及进度安排

1．设计时间：校历第14～16周

2．进度安排：

第1周：制定塑件成型工艺；论证并确定设计方案；完成有关设计计算、

设备选择；完成设计说明书草稿。

第2周：完成模具装配图的绘制，完成零件图草图的绘制。

第3周：完成3张～8张零件图的绘制，并进一步修正装配图，完成说明书正稿的誊写。

四、设计题目

1、按设计任务书中给定的题目每个同学按学号顺序选择一题，不得重复。独立完成设计任务。

2、选择题目后，按要求绘制出制品图。题目名称定为“塑料壳体（4）注塑成型模具设计”，例如：“塑料盒（02）注塑成型模具设计”。在本人的课程设计的所有文档中要求题目名称一致。

目录

一、塑件成型工艺性分析 (7)

1、塑件的分析 (7)

2、PP的性能分析 (7)

（1）、使用性能 (7)

（2）、成型性能 (7)

（3）、PP的主要性能指标 (8)

3、PP的注射成型过程及工艺参数 (8)

二、拟定模具的结构形式 (10)

2、型腔数量及排列方式的确定 (10)

3、射机型号的确定 (11)

（1）、注射量的计算 (11)

（2）、浇注系统凝料体积的初步计算 (11)

（3）、选择注射机 (11)

4、注射机相关参数的校核 (12)

三、浇注系统的设计 (13)

1、主流道的设计 (13)

2、浇口的设计 (14)

3、校核主流道的剪切速率 (16)

四、成型零件的结构设计及计算 (17)

1、成型零件的结构设计 (17)

2、成型零件钢材的选用 (17)

3、成型零件工作尺寸的计算 (17)

4、成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 (20)

五、模架的确定 (21)

1、模板尺寸的确定 (21)

2、架各尺寸的校核 (22)

六、排气槽的设计 (23)

七、脱模推出机构的设计 (23)

1、脱模方式的确定 (23)

3、校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 (24)

八、侧抽芯机构的设计 (24)

1、侧抽芯方式的选择 (24)

2、相关计算 (25)

3、校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 (25)

4、导柱设计 (26)

九、冷却系统的设计 (26)

1、冷却介质 (27)

2、冷却系统的简单计算 (27)

十、小节 (28)

参考文献 (29)

塑料壳体注射成型模具设计

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2mm，塑件外形尺寸不

大，塑料熔体流程不长，适合于注射成型。

（2）、精度等级每个尺寸的公差不一样，有的属于一般

精度，有的属于高精度，就按实际公差进行计算。

（3）、脱模斜度PP属非结晶型塑料，成型收缩率较大，

参考表2-10［1］选择该塑件上型芯和凹模的图1

统一脱模斜度为1°。

2、PP的性能分析

（1）、使用性能

为白色蜡状塑料，强度、刚度、硬度、耐热性均优于聚乙烯，有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响，但低温时易变脆，不耐磨、易老化，适于制造一般机械零件，耐磨蚀零件和绝缘零件。

（2）、成型性能

①是非极性结晶型塑料，吸湿性小，约为0.03%~0.04%，一般不需要干燥，易发生融体破裂吧，长期与热金属接触易分解；

②流动性好，熔体流动速率为2~9g/10min。收缩性范围及收缩值大，成型收缩率为1.0%~2.5%，并具有各向异性，易发生收缩、凹痕和变形；

③热稳定性好，熔点温度范围为165~170℃，分解温度高于350℃，成型温度范围较宽，一般为205~315℃；

④冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低方向性明显；

⑤抗氧化能力低，在塑化前应加入一定比例的抗氧剂。

（3）、PP的主要性能指标

表1

密度（g／cm3）0.9~0.91屈服强度(Mpa)78~90

比体积（cm3／

g）

1.10~1.11拉伸强度(Mpa)37

吸水率（%）0.03~0.04拉伸弹性模量

(Mpa)

2800~4200

熔点（℃）160抗弯强度(Mpa)67

计算收缩率(%) 1.0~2.5抗压强度(Mpa)56

比热容(Kg ／℃)1930弯曲弹性模量

(Mpa)

14500

3、PP的注射成型过程及工艺参数

（1）、注射成型过程,注射成型工艺过程包括：成型前的准备、注射成型过程及塑件的后处理三个阶段。

①、成型前的准备。对PP的色泽、粒度和均匀度进行检验，由于PP的吸水率＜0.03%，允许水含量为0.05%~0.20%，由于该塑料不易吸水，故可以不进行干燥处理；对料筒通常需要清洗，螺杆式料筒可采用对空注射法清洗，柱塞式料筒可拆卸清洗。

②、注射过程。

塑件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。

塑件经过注射成型后，去除浇口凝料、修饰浇口处余料及飞边毛刺外，常需要进行适当的后处理，查表3-2［3］处理的介质为空气，处理的温度为150℃，处理的时间为30~60min。

（2）、注射工艺参数

①、注射机：查表3-1［1］选螺杆式，螺杆转数为45r/min，高螺杆转速是允许的，只要满足冷却时间结束前完成塑化过程就可以。

②、料筒温度（℃）：查表3-3［4］PP的料筒温度和喷嘴温度如下：

进料段：150~210

塑化段：170~230

出料段：190~250

喷嘴温度：240~250

③、查表3-4［4］模具温度（℃）：20~40

④、查表3-1［1］注射压力（MPa）：70~120，注射时间为：1~5s

保压压力（MPa）50~60，保压时间20~50s。

⑤、注射时间：1.6s

冷却时间：12.5s

辅助时间：8s

二、拟定模具的结构形式

1、型面的确定

通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图2所示A-A截面。

图2塑件分型面

2、型腔数量及排列方式的确定

为了制模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。型腔数目的确定一般可以根据经济性、注射机的额定锁模力、注射机的最大注射量、制品的精度等。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构。该塑件精度要求不高，生产批量适中，且具有两边抽芯，但抽芯距较短，从模具尺寸考虑，故拟定为一模一腔。采用一模一腔，能够适应生产的需求，潜伏式点浇口，浇口去除方便，模具结构孔不复杂，容易保证塑件质量。

3、射机型号的确定

（1）、注射量的计算

通过Pro/E三维建模设计分析得塑件体积：V塑=130.6cm3

塑件质量：m塑=ρV塑=130.6×0.9g=117.54g

（2）、浇注系统凝料体积的初步计算

浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值的，但可以根据经验按照塑料体积的0.2～1倍来估算。根据流道的设计要求，浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统凝料和1个塑件体积之和）为：

V总=V塑（1+0.2）=117.54×1.2cm3=156.72cm3

（3）、选择注射机

根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积

V总=156.72cm3

V总/0.8=156.72/0.8cm3=195.9cm3

根据以上的计算，初步选定公称注射量为250cm3的注射机，注射机型号为SZ—500/200卧式注射机。其主要参数见表（2）

表（2）

4、注射机相关参数的校核

①、注射压力校核

查表4-1［］可知，PP所需注射压力为70~120MPa。这里取P o=100MPa，

该注射机的公称注射压力P 公=150MPa 。注射压力安全系数k 1=1.25~1.4,这里取k 1=1.3，则：

10 1.3100k P P =??公，所以注射机压力合格。

②、锁模力的校核

a 、塑件在分型面上的投影面积A 塑，则

222(2)(14610)1910.7644A d z mm π

π

=+=+=

b 、浇注系统在分型面上的投影面积

A 浇，即流道凝料（它包括浇口）在分型面上的投影面积和A 浇数值，可以按照多腔模的统计分析来确定。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。由于本例流道设计简单，分流道有一定的长度，因此流道凝料投影面积可以取A 浇=0.3A 塑。

c 、塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积A 总，则

A 总=n （A 塑+A 浇）=n （A 塑+0.3A 塑）=1.3A 塑=24834.882mm

d 、模具型腔内的胀型力F 胀，则

F 胀=A 总P 模=24834.88×25N=620.9KN

式中P 模是模具型腔内塑料熔体平均压力值（MPa ），一般为注射压力的0.3~0.65倍。查表4-2［1］得PP 塑料模具型腔内的压力P 模为25MPa 。 由上表2知该注射机的公称锁模力F 锁=2000KN ，锁模力安全系数为

k 2=1.1~1.2，这里取k 2=1.2，则

k 2F 胀=1.2F 胀=1.2×620.9=745.08

所以，注射机锁模力合格。

三、浇注系统的设计

1、主流道的设计

（1）、主流道的尺寸

①、主流道长度：小型模具L 主应尽量小于60mm ，本次设计中初取40mm 。

②、主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸

+(0.5~1)mm=(4+0.5)mm=4.5mm

③、主流道大端直径：d ＇=d+2L 主tan α≈8mm ，式中α=2.5°。

④、主流道球面半径：SR o =注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=（18+2）=20mm

⑤、球面的配合高度：h=（3~5）mm ，取h=5mm 。

（2）、主流道的凝料体积

()π222223.14d r dr 404 2.254 2.251573.2733

V L mm =++=

??++?= （3）、主流道当量半径

2.254

3.1252n R mm +== （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。对材料的要求较严

格，为了防止浇口套被挤出，用螺钉固定。同时也便于选用优质钢材

进行单独加工和热处理。设计常采用碳素工具钢（T8A 或T10A ），热

处理淬火表面硬度为50～55HRC ，如图3所示。

图3

2、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

模一腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间。

在注塑模设计中，按浇口的结构形式和特点，常用的浇口形式有如下几种：直接浇口、中心浇口、侧浇口、环行浇口、轮辐式浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏式浇口。

浇口的设计与塑件的形状，截面尺寸，模具结构，注射工艺参数及塑料性能等因素有关。浇口的截面尺寸要小，长度要短，这样才能增大料流速度，快速冷却封闭。便于与塑件分离或切除，且浇口的痕迹不明显。由于我设计的是中小型塑件一模多腔表面不允许有大的痕迹的塑件，所以选用点浇口。

（1）点浇口尺寸的确定

点浇口的结构形式如图4：

图 4浇口的结构形式

本模具采用的点浇口的结构形式如图5：

图5

根据表410-可得浇口大端直径处δ=0.3mm

∴点浇口大端直径18.6d mm =

查表410-，取018α=，小端直径'

1d =1.6mm 则 ''11()/2tan 22l d d mm α=-=

（2）点浇口的剪切速率的校核

①当量直径R='11()/4(8.6 1.6)/4 2.55d d mm +=+=

②校核浇口的剪切速率

a 、确定注射时间： 查参考文献[1] 表4-8 可得 t=1.6s

b 、计算浇口的体积流量： Q=V ／T=130.6/2.0=65.33/cm s

c 、计算浇口的剪切速率： γ分= 4

41333.3 3.365.310 4.14103.14 2.25

q s r π-??==?? 该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口最佳剪切速率