两板式注塑模具设计模板.doc

注塑模具设计
模具设计说明书
此塑件为一塑料壳，该塑件的材料为硬质聚氯乙烯。
一：RPVC塑料的性能特点、:
聚氯乙烯：机械强度高，电气性能优良，耐酸碱力极强，化学稳定性好，但软化点低.
二．塑料的成型性能、用途及工艺参数：
1．成型加工工艺性:
（1）无定型料,吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡则宜先干燥。
（2）流动性差，极易分解，特别在高温下与钢铜等金属接触易发生分解,分解温度为200度，分解有腐蚀和刺激性气体
（3)成型温度的范围小，必须严格控制料温.
（4）用螺杆式注射机及直通喷嘴,孔径易大 以防止死角泻料泻料必须及时清除。
（5)模具浇注系统应粗短,浇口截面宜大,不得有死角泻料；模具应冷却，表面应镀铬。
2．用途：始于制造棒、管、板、电线电缆的绝缘层，密封件等。
3．RPVC的部分性能及成型工艺参数:
工艺参数
取值范围
工艺参数
取值范围
力学性能
流动比
200～600
压力参数
注射压力MPa
80～120
收缩率
0．6～2。5
模内平均压力MPa
100
料筒温度℃
后部
160~170
注射时间参数
注射时间(s)
15~60
中部
165~180
保压时间(s）
0～5
前部
170～190
冷却时间(s）
15~60
喷嘴温度℃
———-——-
螺杆转速(r·min）
28
模具温度℃
30~60
三．对塑件设计的原则和要求：
塑料制件主要是根据使用要求进行设计，由于塑件有特殊的机械性能，因此设计塑件时必须充分发挥其性能上的优点,补偿其缺点，在满足使用要求的前提下，塑件的形状尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺特点，在设计时必须考虑：
(1）塑件的物理机械性能,如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性等；
（2）塑料的成型工艺性,如流动性；
（3）塑料形状应有利于充模流动、排气、补缩,同时能适应高效冷却硬化（热塑性塑料)或快速受热固化（热固性塑料)；
(4)塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异；
（5）模具总体结构，特别是抽芯与脱出塑件的复杂程度；
（6）模具零件的形状及制造工艺。
除此之外，还应考虑塑件设计原则:
（1)在满足性能和使用条件下，尽可能使结构简单、壁厚均匀、连接可靠、安装使用方便。
（2)结构合理，用简单的加工方法就能完成模具的制作。
（3）减小成型加工后的辅助加工。
四：注射机的选择:
设计模具时，应详细地了解注射机的技术规范，才能设计出合乎要求的模具,应了解的技术规范有：注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。以下是制件的体积计算,由制件的体积来选择注射机的型号，并且列出了所选注射机各种技术参数。
1． 塑件的体积计算:
2． V1=10×3。14×7×7=1538。6
3． V2=10×3。14×9×9=2543.4mm
4． V3=0.5×10×3。14(11×11-9×9)=628。6mm
5． V4=0.5×3×3。14（12×12-11×11）=108.33mm
6． V=(V2—V1）+V3+V4=2012。73mm
2。 浇注系统的体积计算：
主流道： 主流道锥角α取2—4度，通常取主流道进口端直径为4-—8mm,取5mm：
若熔体流动性好,且制品较小时，可取小值，反之取大值。为了补偿对误差并解决凝料的脱模问题，主流道进口端直径比喷嘴直径大0。5～1㎜.在保证制品成型的条件下，主流道的长度应尽可能短，以减少压力损失及废料，一般可小于或等于60㎜。取α=20,进口端直径为5㎜，长度为40㎜。
出口端直径为:
主流道的体积为:
V主=1/3π［(5×5+3×3+5×3)+3。14／4×3。2×3。2×4×+1。8×1。5×1=2118。4㎜3
3. 选择成型设备：
总质量为：
m总=2M+ M主
=2×2012。73×1.3×10+2118.4×1。3×10=7.98g
0。8M总≥M总
M总——注射机的理论注射量。
可得M总≥30g.
∴可选用注射机型号为XS—ZS—30型的注射机。
4。 型号为XS—ZS-30型的注射机的主要技术参数规格:
工艺参数
取值范围
工艺参数
取值范围
螺杆直径（mm）
28
模具厚度
最大厚度H(mm)
180
最大理论注射容量（g
)
30
最小厚度H（mm）
60
最大注射面积(cm2)
90
模板参数
尺寸（mm×mm)
2340＊850*1460
注射压力（MPa）
119
拉杆空间（㎜×㎜)
190×300
锁模力(KN）
250
合模方式
液压—机械式

拉杆空间（mm×mm）
235
五．注射机有关工艺参数的校核:
1。 最大注射量的校核:
选用螺杆式注射机,其最大注射能力通常以螺杆在料筒内最大推进容积M(cm3）表示,因此最大注射量就是该体积的塑料熔体在料筒内的温度及压力下的重量.最大注射量为：Mmax= D×C
D—-注射塑料在常温下的比重,PVC在常温下的比重是1。3g/ cm3
C——料筒温度下塑料体积膨胀率的矫正系数
对结晶性塑料C=0.85
对非结晶性塑料C=0。93
PVC为结晶性塑料C=0。85
∴Gmax= D×C=5417。46×1.3×0。95×=7.98g
一次注射和浇注系统重量为M=7。98g∵Gmax=7。98g>30g
∴校核合格。
2。 注射压力的校核：
注射压力的校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要,注射压力的大小与制品复杂程度、模具结构、塑料品种、注射速度、流动比、喷嘴及模具流到系统，以及注射机类型等因素有关.以往仅能给模具设计者提供一些定性的经验和原则来帮助估计成型所需的压力,例如，螺杆式注射机传递压力的能力比柱塞式注射机强，注射压力可相应取小些，流动性差的塑料或细薄塑料制品的注射压力应取大些。现可借助于注射模流动模拟计算机软件，对注射成型过程进行模拟，获得注射压力的预测值.部分塑料的注射压力可参考下表:
塑料 注射条件
易流动的厚壁制品 中等流动程度的一般制品 难流动的薄壁窄浇口制品
PE 70～100 100～120 120～150
该制品属于中等流动程度的一般制品，注射压力为 40-—80MPa
所以满足要求。
3．锁模力的校核：
高压塑料熔体充满型腔时，会产生很大的，使模具沿分型面涨开,该压力等于制品与浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔内熔体的压力PM（PM常取20～40MPa ），即为作用在这个面积上的总力FL,该力称为工艺锁模力,它必须小于注射机的额定锁模力F,否则在注射成型过程中会因锁模不紧出现涨模溢料现象.
为了保证注射成型时模腔能够可靠的锁闭, FL≤（0。8～0。9）F。
制品在分型面上的投影面积为:
58×16=928mm2
FL=3.14／4×9×9+117+64+1／4×3。14×36=272。845mm
所以:PF=20×272.845N=5。456KN。
注射机锁模力为250KN
FL≤（0。8～0.9）F
故注射机的锁模力校核合格.根据以上分析计算。初选注射型号位;XS—ZS-30
4。开模行程的校核：
开模行程也叫合模行程，指模具开合过程中动模固定板的移动距离，用符号S表示。
取出制件的开模距离必须小于注射机的最大开模距离。
对于单分型面注射模:
Smax≥2H1＋H2＋(5~10)㎜
式中：H——-—制品所需的脱模距离（顶出距离）,mm；
H2-—--制品高度，mm；
所以，S=2×10+52+5=77mm
S＜Smax
∴所选注射机合格.
5。模具安装尺寸校核:
为了注射模能顺利安装在注射机上,并生产出合格的塑料制品，设计模具时必须校验注射机上与模具安装有关的尺寸，因为不同型号和尺寸的注射机,其安装模具部位的形状和尺寸各不相同。下面分别对喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具厚度以及模板上的螺孔尺寸等进行校核。
①喷嘴尺寸.注射机喷嘴头的球面半径R1与模具主流道始端的球面半径R2必须吻合，以放止高压塑料熔体从缝隙中溢出。一般R2应比喷嘴头半径R1大1～2㎜，否则主流道内的凝料无法脱出.直角式注射机喷嘴头多为平面, 模具主流道始端与其相接触处也应做成平面.
②定位圈尺寸。为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线配合,注射机固定模板上设有定位孔，模具定模板上设计有凸出的与主流道同心的定位圈,定位孔与定位圈之间成较松动的间隙配合，定位圈高度取10mm。
③螺孔尺寸.动模和定模固定板上的螺孔尺寸应分别与注射机动模板和定模板上的螺孔尺寸相适合， 模具常用的安装方法有螺钉直接固定和压板固定两种， 螺钉或压板数目常为2～4个。当用螺钉直接固定时， 模具固定板与注射机上的螺孔应完全吻合，而用压板固定时，只要在模具固定板附近有螺孔就可以了，因此，压板固定有较大的灵活性.
④模具厚度。注射模的动、定模闭合后，沿闭合方向的长度叫做模具厚度或称模具闭合高度。由于注射机的动模和定模固定板之间的距离都具有一定的调节量Δh,因此，对安装使用的模具厚度有一定的限制。一般情况下，实际模具厚度Hm必须在注射机允许安装的最大厚度Hmax及最小厚度Hmin之间。即：Hmin≤Hm≤Hmax
选用标准模架：A2—160×160
定模板厚度：A=32
动模板厚度:B=20
垫块厚度：C=50
模具厚度：H模=40+A+B+C=40+32+20+50=142mm
在最大模厚和最小模后之间,故满足要求。
六.塑模设计：
（一)腔数目的型确定：
因考虑到塑件的体积较小,故选一模两腔。
（二)分型面的选择:
分型面为定模与动模的分界面，合理的选择分型面是使塑件能完好得成型的先决件。
⑴选择分型面时，应从以下几个方面考虑:
⑵塑件在开模后留在动模上。
⑶分型面上的痕迹不影响塑件的外观。
⑷浇注系统，特别是浇口能合理的安排。
⑸使推杆痕迹不留在塑件外观表面上。
⑹使塑件易于脱模。
分型面的位置必须开设在制件断面轮廓最大的地方，才能使制件顺利地从型腔中脱出.
（三）排气槽的设计：
当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体，使蒸汽不能顺利地排出，将在制品上形成气孔，接缝，表面轮廓不清,不能完全充满型腔，同时还会因气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生痕迹，而且型腔内气体被压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量（特别在高速注射时).因此设计型腔时必须考虑排气问题.
本模具采用分型面排气可满足要求,这样设计可以减少加工成本，减少一些不必要的工时，提高了工作效率.
（四） 浇注系统的设计：
1。 对浇注系统的要求：
浇注系统是塑料熔体由注射机喷嘴流向模具型腔的流动通道，因此它应能够顺利引导熔体迅速有序的充满型腔,获得外观清晰，质量优良的塑件，这就使得浇注系统必须具备以下要求。
⑴对型腔迅速有序的填充；
⑵能同时充满整个型腔;
⑶应尽可能的消耗较少的原料；
⑷对热量和压力的损失少；
⑸能够使型腔顺利的排气；
⑹浇道凝料容易与塑件分离或切除;
⑺浇口痕迹对塑件的外观的影响较小；
⑻冷料不会进入型腔.
2。主流道设计：
⑴主流道呈圆锥形，一般在2°~4°的锥角，此设计取α=2°，主流道带锥度是为了使凝料从主流道中拔出;
⑵径向尺寸：主流道径向尺寸的小端直径应大于喷嘴口径0.5～1。0mm,所以主流道小端的径向尺寸取4。0mm,这样，当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉出。
⑶凹模球面半径R应比喷嘴球径R大1～2mm，可保证在注射过程中，喷嘴与模具紧密接触，防止两球面间产生间隙使熔体充入间隙中而妨碍主流道凝料顺利从定模拉出，此设计取凹模球面半径13mm。
⑷流道内壁有Ra1。6以上的光洁度。
⑸主流道应专门设在主流道衬套中，其结构如图所示。
图
3。分流道设计：
（1）塑料沿分流道流动时,要求通过它尽快的充满型腔，流动中温度降低尽可能小，阻力尽可能低，同时,应能将塑料熔体均衡的分配到各个型腔.
(2）分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从减少浇注系统的回料量、压力损失和热量的要求出发,应力求短，但不能过粗，过粗的分流道冷却缓慢，还会增长模塑周期。
（3）分流道的断面面积应尽可能保证型腔充满并补充因型腔内塑料收缩所需的熔体后方可冷却凝固，因此，分流道断面直径或厚度应大于塑件壁厚。
（4)断面形状，实际设计中所采用的分流道断面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，从使用观点来看，常用梯形分流道和U型分流道，此设计选用梯形分流道.
4.浇口的设计：
浇口是浇注系统的关键部分，浇口的形状和尺寸对塑件质量影响很大，浇口在多数情况下，系整个流道中断面尺寸最小的部分,浇口的断面积与分流道断面积之比约为0.03～0.09，选用点浇口。
壁厚（mm）
浇口宽（mm)
浇口深（mm）
浇口长（mm）
1。5
0。5～2㎜
1.5~15㎜
0.7~2。0㎜
取值
1。6㎜
8㎜
14㎜
5。冷却井的设计：
冷料井在主流道正对面的动模上，直径宜稍大于主流道大端直径，以利于冷料流入,冷料井底部常做成曲折的钩形或下陷的凹槽,使冷料井兼有分模时将主流道凝料从流道中拉出附在动模边的作用.
(五） 脱模机构的设计：
对脱模机构的要求有：①塑件流于动模；②塑件不变形损坏；③良好的塑件外观；④结构可靠。
1.结构设计：
本模具采用推杆脱模结构。脱模机构应使塑件留于动模，使之不变形损坏且有良好的外观.另外机构应机构可靠。
2.脱模力的计算：
塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力，此制件不带通孔,即脱模时还要克服大气压力。此外，此制件是厚壁塑件,脱模力Q可用下式计算：
F=<2×3.14rEGLcosǎ(f—tagǎ）／（1+u+k2）k1〉+10B
r为型芯的直径(㎜)；
f为制品与型心之间的静摩擦系数，常取为0。1～0。2;
S为塑料平均成型收缩率(%)；
E为塑料的弹性模量（MPa）;
L为制品对型心的包容长度(㎜）；
φ为模具型心的脱模斜度（0);
μ为塑料的泊松比;
B为盲孔制品型芯在脱模方向上的投影面积(㎜2)
ǎ为脱模斜度；
f为塑料与型芯的摩擦因素;
G为塑料的平均收缩率
所以，可得脱模力：
F=〈2×3。14rEGLcosǎ（f—tagǎ)／(1+u+k2）k1〉+10B=1200005.73N
注射机锁模力为250KN,故符合.
六:成型零件尺寸计算
1、成型零件工作尺寸计算
1）、型腔径向尺寸计算
按平均收缩率计算：
RPVC最大成型收缩率为2。5%，最小成型收缩率为0.6％
则:平均收缩率为:
εscp=（2。5%+0。6％）/2=1。55％
型腔平均尺寸：
LMcp= LPcp+εscp·LPcp +εscp2·LPcp
其中 根据ABS塑件查表 取MT3精度
塑件平均尺寸:
LPcp=LP—△/2=24-0.48/2=23。76mm
所以 LMcp=23.76+0.0155×23.76+0。01552×23.76=24。13mm
模具型腔按IT11级精度制造，其制造偏差δm=0。13mm
型腔名义尺寸：
LM=(LMcp—δm）+δm =（24。13-0.13） +0.13=24。0+0。13 mm
按极限尺寸计算:
LM=［(Lp—△）/（1—εsmax）］ +δm
=［（24—0.48)/（1-0.025）]+0。13=24。12+0。13 mm
校核塑件可能出现的最大尺寸
取模具最大磨损量δw=0。03mm
（Lm+δm+δw）（ 1-εsmin）≤Lp
上式左端
(24。13+0。13+0。03）（1-0。006)=24。13>Lp
不 满足要求,故型腔直径为Φ24.12+0.13mm,比按平均收缩率计算的结果偏小，有最大的修模余量.
2)型芯直径
按平均收缩率计算
塑件内孔直径为18mm，查表得偏差△=0.44
塑件平均尺寸：
LPcp=LP+△/2=18+0.44/2=18。22mm
型芯平均尺寸：
LMcp= LPcp+εscp·LPcp +εscp2·LPcp
=18。22+0。0155×18.22+0。01552×18.12=18。50mm
模具型芯按IT11级精度制造,其制造偏差δm=0.13
型芯名义尺寸：
LM=（LMcp+δm）+δm =（18。50+0.13）-0.13=18。55-0.13mm
按极限尺寸计算：
LM=［(Lp+△）/（1-εsmin）] —δm
=［（18+0.44)/（1—0。006)]—0。13=18。55—0。13 mm
校核塑件可能出现的最小尺寸
取模具最大磨损量δw=0。03mm
(Lm—δm—δw）（ 1—εsmin）≥Lp
上式左端
(18。55-0.13—0。03）（1-0。025）=18。01mm≥Lp
满足要求，故型腔直径为Φ18。55—0。13mm，比按平均收缩率计算的结果偏大，有最大的修模余量。
3）型腔深度
按平均收缩率计算
塑件高度为7mm，查表得偏差△=0.32
塑件平均尺寸：
HHcp=14—0。32/2=6。84mm
型腔平均深度：
HMcp= HPcp+εscp·HPcp +εscp2·HPcp
=6.84+0。0155×6。84+0。01552×6。84=6。95mm
模具型腔深按IT11级精度制造，其制造偏差δm=0。09mm
HM=（HMcp）+δm =（6。95）。09mm
按极限尺寸计算：
HM=[(Hp-δm）/（1—εsmin)] —δm
=［（7+0。09)/(1-0.006）］+0。09=6。90+0。09 mm
校核塑件最小高度是否合格
HM（1-εsmin)+△≥Hs
6.90×（1—0.025)+0。09=6.82㎜<Hs
不满足要求，故型腔高度为6.82+0。09mm，比按平均收缩率计算的结果更深，有最大的修模余量。
4）型芯高度
按平均收缩率计算
塑件高度为10mm，查表得偏差△=0。32
塑件平均尺寸：
LPcp=10+0。32/2=8。16mm
型芯平均深高度：
HMcp= HPcp+εscp·HPcp +εscp2·HPcp
=8。16+0。0155×8。16+0。01552×8.16=8。23mm
模具型腔按IT11级精度制造,其制造偏差δm=0.32mm
HM=（HMcp）+δm =8。23 —0.09mm
：
校核型芯可能出现的最大高度是否在制件公差范围内
HM（1—εsmin)-△≤HP
8.23×(1—0。006）-0。32=7.86㎜≤HP
满足要求,所以故型芯高度为8。32—0.090mm。
（七）型腔壁厚及垫板厚度计算：
1。 型腔壁厚的计算：
型腔应有足够的壁厚以承受塑料熔体的高压，如壁厚不够,可表现为刚度不足,即产生过大的弹性变形，也可表现为强度不足，即型腔发生塑变甚至破坏。
此设计的制件的形状简单，即模具的型腔可选用整体式，其特点是牢固,不易变形。
侧壁厚度可按下列公式计算：
2．垫板厚度的计算：
H=
H-—动模垫板的厚度(mm）
P-—型腔内塑料压力，取值为30MPa
r——型芯直径
E——钢材的弹性模量,值为2。1×Pa
∴=23.45mm
此设计取H=32mm。
(八） 零件结构设计:
1。凹模板 :
制件的外表面成型由型腔来完成,型腔选用整体式。
2。凸模板:
制件的内表面成型由型芯来完成，型芯选用整体式。
3。定位环，浇口套，拉料杆：
①定位环，定位环是使浇口套和注射机喷嘴孔起对正定位的作用，定位环与注射机定位孔配合直径应按选用的注射机的定位孔直径设计，一般比定位孔直径小0。1到0。3mm，以便于装模,定位环的材料选用T8A。
②浇口套尺寸见浇注系统设计，浇口套的材料选用T8A
③拉料杆，设在主流道正对面的动模上，直径宜稍大于主流道大端直径,以利冷料流入,冷料井底部常做成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料井兼有分模时将主流道凝料从主流道拉出附在动模边的作用，此设计选用底部带顶杆的Z形冷料井，起拉料作用，
4。合模导向机构:
模具在闭合时要求有一定的方向和位置，导向机构对于塑料模具是必不可少的部件,它主要有三个方面的作用:
①定位作用:为避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。
②导向作用：动定模合模时,首先导向机构接触，引导动定模正确闭合避免凸模或型芯先进入型腔，以保证不损坏成型零件。
③承受一定侧压力：塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力,或由于注射机精度的限制,使导柱在工作中承受了一定的侧压力，当侧压力很大时，不能单靠导柱来承担,需要增设锥面定位位置。
本模具选用A型导柱，导柱用轴间固定在型芯固定板上，与定模板和上模座的配合均为H7/f7，与型芯固定板的配合为H7/k6。导柱与拉料板及推板均有0.5mm的双边间隙，为避免模具闭合时的空气阻力，打通上模座的导柱孔,导柱的材料为T8A
表面淬火HBC55～65,在装合动定模时，为方便及正确安装,四根导柱并非对模板中心对称,其中一根有2mm的向内偏置，如图示:
5。模具选用标准模架2035AX型，有关参数如下表所示:
模板

A
B
C
H

20
20
50
162

（九） 模具材料的选用：
1. 选择模具的材料应按其用途而定，对成型材料的零件应考虑以下几点要求:
2. ①要承受在高温高压下长期工作，因此，要有足够的机械强度，耐疲劳性和耐热性;
②用于大批量生产的模具应具有足够的耐磨性,并具有良好的热处理性能,对形状复杂的零件及易变形的零件要求热处理变形小；
③对于成型零件尺寸精度要求较高的,应考虑用尺寸稳定性好的料
④模具钢要便于加工、易抛光.
2。根据上述要求选择模具各个成型部分的材料:
①型芯、型腔：
材料：45钢，热处理规范为：淬火温度820℃～850℃、回火温度为160℃～200℃、最后硬度为HRC61～62
加工工艺过程：下料→锻造→球化退火→粗精加工→淬火加低温回火→精磨。
②板料：
材料:45,调质，即淬火后加低温回火,HRC55～65
加工工艺过程:下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火→低温回火→精磨。
③导柱、导套、浇口套、定位圈以及杆类：
材料：T8A，淬火加低温回火HRC55～65
加工工艺过程：下料→锻造→球化退火→粗精加工→淬火加低温回火→精磨。
注意:球化退火,加热至760℃～780℃保温后冷却至700℃，在保温3h以上，就可缓冷至500℃以下出炉；淬火加低温回火:淬火温度为780℃低
回火温度为180℃～200℃，回火后组织为回火马氏体加渗碳体，硬度HRC＞62
七。 小结：
该注射模为两板式模具，开模后，制品留在动模一侧，随后在注射机的顶出装置的作用下，顶出板带动顶杆出制件,考虑制件为一规则形状的圆柱形,所以设计时选用了标准模架，从而减少了加工时间，提高了生产效率.
八。 制件的最后检测：
塑件注射后，需要进行检测确定是否达到要求，无气泡、无缺陷、工作表面质量好、光洁度高、表面平整、尺寸公差在制品的公差3级以内，不满足则需要修模.
13