课程设计
一、塑料模具工艺设计
1.塑件的成型工艺性分析
1.1 塑件所用的塑料品种及其性能
1.1.1 塑件采用塑料品种为ABS材料，其名称为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
1.1.2 原材料ABS性能分析
① 分析制件材料使用性能。
ABS属热塑性非结晶性塑料，不透明。ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的，这3种成分各自的特性使ABS具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工和染色性能。根据ABS中这3中成分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而可以适应各种不同的需要。根据使用要求的不同，ABS可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热性等。
ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的制件有较好的光泽，密度为1.02~1.05g/cm3。ABS有极好的抗冲压强度，且在低温下也不迅速下降。ABS有良好的的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响，但在酮、醛、酯、氯化烃中ABS会溶解或形成乳浊液。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等物质的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，经过调色可配成任何颜色。
ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70℃左右，热变形温度为93℃左右，且耐气侯性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
② 分析塑件成型工艺性能。
根据相关资料可知，ABS属无定形塑料，流动性中等；熔化温度高，粘度对剪切作用不敏感，对注射压力稍敏感些；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理，预热干燥85℃~95℃，时间4~5h；ABS易产生熔接痕，模具设计使应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，其壁厚、熔料温度对收缩率影响极小，在要求制件精度高时，磨具温度可控制在50℃~60℃，而在强调之间光泽和耐热时，模具温度应控制在60℃~80℃；如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采用高料温、高模温或者改变浇注口位置等方法；成型耐热级或阻燃级材料，生产3~7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具进行及时处理，同时模具表面需增加排气位置。
③ 结论。
护罩制件要求具有足够的强度和耐磨性能，中等精度，外表面无瑕疵、美观、性能可靠。采用ABS材料，产品的使用性能基本满足要求，但在成型时，要注意选择合理的成型工艺。
2.塑件的结构工艺性分析
如图1所示
产品名称：防护罩
产品材料：ABS
产品数量：大批量生产
塑料质量：30.9g
塑料要求：塑料外侧表面光滑，
下端外沿不允许有浇口痕迹
图1
该零件总体形状为长方形，其壁厚均匀且为2mm，在塑件的顶面开2个圆柱孔，直径为 mm，长、宽分别为 mm、mm，高为mm的长方体护罩，该零件属于简单程度。
① 塑件的尺寸精度
该塑件要求具有中等精度（一般精度），外表面无瑕疵、美观、性能可靠。重要的尺寸如：mm、mm、mm、mm，尺寸精度为1、2级,次重要尺寸如：mm等，精度为MT5级标注。查表2-8（选自GB/T14486-2008），丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS高精度为MT2，一般精度为MT3，而塑件重要尺寸要求1、2级，建议协调降低精度。
② 塑件的表面粗糙度
查表2-10（选自GB/T 14234-1993）可知，ABS注射成型时，表面粗糙度的范围在Ra0.025~1.6μm，而该塑件表面粗糙度无要求，取为Ra0.8。
③ 脱模斜度
查表2-11可知，材料为ABS的塑件，其型腔脱模斜度一般为35′~1°20′，型芯脱模斜度为35′~40′，而该塑件为开口薄壳类塑件，深度较深，脱模难，因此，取型芯的脱模斜度为35′，型腔的脱模斜度为1°。
④ 壁厚
塑件的厚度较薄且均匀，为2mm，利于塑件的成型。
⑤ 圆角
该塑件对圆角没有提出要求，结构工艺性较差，不利于塑件的成型，建议在满足要求的前提下在料流转弯处增设圆角；如果没有，模具成型塑件应采用组合式结构，避免应力集中。
⑥ 侧孔和侧凹
该塑件无侧孔和侧凹。
⑦ 孔
该塑件有两个8mm的通孔，间距为40mm，型芯结构简单，便于安放。
通过以上分析可见，该塑件结构属于简单程度，结构工艺性合理，不需对塑件的结构进行修改，成型塑件采用组合式模具结构成型；塑件尺寸精度较高，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，对应的模具零件的尺寸加工要得到保证。
3.确定成型方式及成型工艺流程
3.1 塑件成型方式的选择
所生产制品选择ABS工程塑料，属于热塑性塑料，制品需要大批量生产。虽然注射成型模具结构较为复杂，成本较高，但生产周期短、效率高，容易实现自动化生产，大批量生产模具成本对于单件制品成本影响不大，所以该护罩塑件选择注射成型工艺。
3.2 注射成型工艺过程的确定
一个完整的注射成型工艺过程包括成型前准备、注射过程及塑件的后处理3个过程。
① 成型前的准备。
a. 对ABS原料进行外观检验。检验原料的色泽、粒度均匀度等，要求色泽均匀、细度均匀度。
b. ABS是吸湿性强的塑料，成型前应进行充分的预热干燥，使含水量降至0.1%以下。查表2-7（常用塑料的成型前处理和后处理的工艺条件）及相关模具设计资料。ABS干燥条件为：干燥85℃~95℃，时间4~5h。除去物料中过多的水分和挥发物，防止成型后塑件出现气泡和银丝等缺陷。
c. 生产开始如需改变塑料品种、调换颜色，或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，则应对注射机料筒进行清洗。
d. 为了使塑料制件容易从模具内脱出，模具型腔或模具型芯还需涂上脱模剂，根据生产现场实际条件选用硬脂酸锌、液体石蜡或硅油等。
② 注射过程一般包括加料、塑化、充模、保压补缩、冷却定型和脱模等步骤。
③ 塑件后处理。
由于塑件壁厚较薄，精度要求高，耐气侯性差，且有些塑件发生翘曲变形，采用以下退火处理工艺。
a. 热水。将水加热到80℃100℃，将产品放进去15~20min。
b. 烘箱。把产品放入红外线烘箱里，把烘箱温度调节到70℃~90℃，时间15~20min。
4. 确定成型设备规格
初选注射机规格通常依据注射机允许的最大注射量、锁模力及塑件外观尺寸等因素确定。习惯上依据其中一个设计依据，其他都作为校核依据。
(1) 依据最大注射量初选设备
通常保证制品所需注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%，否则就会造成制品的形状不完整、内部结构疏松或制品强度下降等缺陷；但制品所需注射量过小，注射机利用率偏低，浪费电能，而且塑料长时间处于高温状态可导致塑料分解或变质，因此，应注意注射机能处理的最小注射量，最小注射量通常应大于额定注射量的20% 。
① 护罩单个塑件体积。
V=29.47104 (cm3) （过程略）
② 护罩单个塑件重量。
M=VP=30.944(g) （ABS塑料密度按p=1.05g/cm3计算）
③ 塑件成型每次需要注射量。
2M+8=70(g)
由于塑件尺寸较小，基本尺寸为50mm×40mm，为长方形薄壳类零件，初步按一模两腔选用，加上凝料的质量（初步估算为8g）。
④ 根据注射量，查表2-20及相关资料，选择XS-ZY-125型号的卧式螺杆式注射机，满足注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80% 。
⑤ 设备主要参数见下表1。
项目
设备参数
项目
设备参数
额定注射量(cm3)
125
拉杆空间(mm)
355
锁模力(kN)
900
最大开合模行程(mm)
300
注射压力(Mpa)
119
最大模厚(mm)
300
注射行程(mm)
225
最小模厚(mm)
200
定位圈(mm)
100
最大注射面积(cm2)
320
最大注射面积(cm2)
320
模板尺寸(mm)
420×450
两侧顶出
孔径(mm)
Φ22
喷嘴
喷嘴圆弧半径(mm)
12
孔距(mm)
230
喷嘴孔直径(mm)
Φ4
表1
(2)依据最大锁模力初选设备校核
当熔体充满模腔使，注射压力在模腔内所长生的作用力会使模具沿分型面胀开，为此，注射机的锁模力必须大于模腔内熔体对动模的作用力，以避免发生溢料和胀模现象。
① 单个塑件在分型面上投影面积A1
A1 =50mm×90mm=4500mm2<3.2×104mm2
② 成型时熔体塑料在分型面上投影面积A
由于塑件是长方形薄壳类零件，生产中通常选用一模两腔，初步估算凝料在分型面上投影面积约600mm2。
A=2×A1 +A凝=2×4500mm2+600mm2=9600mm2
③ 成型时熔体塑料对动模的作用力F
F=Ap=328.3kN<900kN
式中：p——塑料熔体对型腔的平均成型压力，查表2-21（不同制件形状常用型腔单位压力）
可知，成型ABS塑件型腔所需的平均成型压力p=34.2MPa。
④根据锁模力必须大于型腔内熔体对动模的作用力的原则，查表2-20，选择XS-Z-60型号的柱塞式注射机，设备参数见上表1。
5.确定成型工艺参数并编制成型工艺卡片
注射成型工艺条件的选择可查表2-24（常用的热塑性塑料成型工艺参数）。
① 温度。
料筒一区：150℃~170℃，料筒二区：180℃~190℃，料筒三区：200℃~210℃，
喷嘴：180℃~190℃，模具：150℃~170℃。
② 密度及收缩率
密度：1.02~1.16g/mm3 ，收缩率：0.4%~0.7%
② 压力。
注射压力：60~100MPa，保压压力：40~60MPa。
③ 时间(成型周期)。
注射时间：2~5s，保压时间：5~10s，冷却时间：5~15s，成型周期：40~70s。
④ 后处理。
方法：热水，温度：80℃~100℃，时间：20~30min。
该制件的注射成型工艺卡片见下表2。
表2 护罩注射成型工艺卡片
（产名）
塑料注射成型工艺卡片
资料编号
车间
共 页
第 页
零件名称
护罩
材料牌号
ABS
设备型号
XS-ZY-125
装配图号
A0
材料定额
每模制件数
2
零件图号
A2
单件质量
30.944g
工装号
材料干燥
设备
红外线烘箱
温度(℃)
85~95
时间(h)
4~5
料筒温度
(℃)
料筒一区
150~170
料筒二区
180~190
料筒三区
200~210
料筒四区
180~190
模具温度(℃)
50~70
时间
(s)
注射(s)
2~5
保压(s)
5~10
冷却(s)
5~15
压力
（MPa）
注射压力
60~100
保压压力
40~60
塑化压力
2~6
后处理
温度(℃)
红外线烘箱80~100
时间定额
(min)
辅助(min)
0.5
时间(min)
30~40
单件(min)
0.5~1
检验
编辑
校对
审核
组长
车间主任
检验组长
编辑
二、塑料模具结构设计与模架选用
1. 确定模具型腔数及布置
根据初选螺旋式注射机XS-ZY-125型号，注射机主要技术参数见上表1
(1) 按注射机的最大注射量确定型腔数n1
式中：mi——单个塑件的体积或质量，约30.944g；
mj——浇注系统及飞边体积或质量，约8g；
k——最大注射量的利用系数，一般取0.8；
mmax——注射机的最大注射量，g或cm3
(2) 按注射机的锁模力大小确定型腔数n2
式中：F0——注射机的额定锁模力；
Aj——浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2；
A——单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2；
P——塑料熔体对型腔的平均成型压力，p=34.2MPa，见表2-21
该塑件要求较高精度，对于生产成本、批量没有提出具体要求，因此其余腔数量计算计算从略。
所以成型塑料制件——护罩的型腔数量应为一模两腔，型腔布置采用前后对称平衡式排列。这样也有利于两型腔均衡进料和模具受力的平衡，从而保证制品质量的均一和稳定。
图2
2. 选择分型面
该塑件外形要求美观、无斑点和熔接痕，表面质量要求高。在选择分型面时，根据分型面的选择原则——便于脱模，不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件，分型面应设置在塑件外形最大轮廓处，所以选择塑件开口断面为分析面。
3. 浇注系统的设计
(1) 主流道的设计
XS-ZY-125型的注射机喷嘴的有关尺寸(如表1所示)。因此，主流道球面半径为R=20mm，主流道的小端直径为d0=4.5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，如图4所示，其锥角α=4°，表面粗糙度Ra≤0.8μm，抛光时沿轴向进行，以便于浇注系统凝料从其中顺利拔出。同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流到出料端设计r=1mm的圆弧过渡。
(2) 分流道设计
为使流到中热量和压力损失最小，而且便于加工，采用截面形状为半圆形的分流道，查表3-2（分流道尺寸与产品质量及型腔投影面积的关系），按截面积相等折算后，分流道直径取Φ=5mm，
(3) 浇口设计
① 浇口形式的选择。
由于该塑件外观质量要求较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。同时，也应尽量使模具结构更简单。根据对该塑件结构的分析及已确定的分型面的位置，可选择侧浇口，进料位置如图5所示。
② 浇口尺寸的确定。
查表3-3侧浇口尺寸要求：宽度B=1.5~5mm；高度h=0.5~2mm；长度L=0.5~2mm。依次初步设计浇口尺寸，宽度B=1mm；高度h=1mm；长度L=1.5mm，如图5所示。在试模过程中进一步调整。
(4) 冷料穴设计
冷料穴有Z形、球头形、菌头形和倒锥头形等，其中Z形拉料杆的冷料穴应用较普遍，但这个用其他.其拉料杆固定在推杆固定板上，
4.流动比的校核
查表2得护罩塑件成型注射压力60~100MPa，流动比超过允许值Φ使会出现冲型不足，流动比K按以下式计算：
≤Φ
查表3-5可看出一般极限流动比满足成型要求。
5.排气和引气系统设计
由于该塑件整体较薄，排气量较小，最后充满的地方位于分型面，因此可利用分型面进行排气，当然推板与模板的配合间隙也能起到排气的作用。其配合间隙不能超过0.03mm（查表3-6，分型面上排气槽的深度）。一般为0.03~0.04mm。
该塑件开模及脱模过程中不会形成真空负压现象，因此不需要设计排气系统。
6.确定推出方式
由于塑件形状为长方形壳而且壁厚较薄，使用推杆推出容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用。所以选择推件板推出机构完成塑件的推出，这种方法结构简单，推出力均匀，塑件在推出时变形小，推出可靠。
7.模架开模结构形式
模具结构为单分型面注射模，如下图7所示，定模板与推件板间的距离为50mm，推件板与动模板间的距离为50mm。
图7
1-定模座板 2-推板 3-推杆固定板 4-垫板 5-支承板 6-动模板 7-复位杆
8-水口推板 9-定模板 10-定模座板 11-导套 12-导柱
8.选择成型设备
选用XS-ZY-125型号的卧式螺杆式注射机，其参数为：
额定注射量：125cm3； 注射压力：110MPa；
锁模力：900kN； 最大注射面积：320cm2
模具厚度：200~300mm； 最大开合模行程：300mm；
9. 模架结构
图8
10. 模架的安装尺寸校核
模具外观尺寸为，长300mm，宽300mm，高340mm，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便地安装在注射机上。
结论：选用标准模板规格：模架A2530-90×60×100GB/T 12555-2006，考虑到设备安装空间限制，可以将垫块二次加工（较小垫块高度）后满足要求。
三、模具结构与成型零件尺寸设计计算
1. 成型零件结构设计(略)
2. 成型零件尺寸计算
查表2-8（常用塑料模塑件尺寸公差等级的选用）有填料是ABS高级精度为MT2，一般精度MT3而未标注精度MT5。由前面可知，护罩塑件所注的尺寸中有多个尺寸公差尺寸精度为MT1级，在成型零件尺寸计算及机校核过程中应特别注意，确保塑件质量。
查附表1ABS的收缩率为0.4%~0.7%，收缩率波动范围为平均收缩率为0.6%，考虑到模具制造的制造成本，模具制造公差取。
① 型腔结构
型腔有定模镶件与小型芯组成，定模镶件构成型腔壁，小型芯构成腔壁和起到抽芯作用。侧浇口开在定模镶件上，这样加工方便，有利于型腔的抛光，定模镶件可以更换，提高了模具的使用寿命。
A径向尺寸由计算公式： 得：
塑件尺寸mm，mm；
塑件尺寸mm，mm；
B深度尺寸由计算公式： 得：
塑件尺寸mm，mm；
② 型芯结构
大型芯有动模板上的固定，小型芯由定模镶件上的孔固定。型芯于推件板采用锥面配合，以保证配合紧密，防止塑件产生飞边。另外，锥面配合可以减少推件板在推件运动时与型芯之间的磨损。大型芯中开有冷却水孔，用来强制冷却型芯。
A径向尺寸由计算公式： 得：
塑件尺寸mm，mm；
塑件尺寸mm，mm；
塑件尺寸mm，mm；
B高度尺寸由计算公式： 得：
尺寸塑件mm，mm；
中心距
由计算公式 得:
塑件尺寸mm，mm
③ 模具的导柱结构
为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱和导套的导向定位。推件板上装有导套，推出时，导套在导柱上运动，保证了推件板的运动精度。
四、模具加热和冷却系统的计算
1. 模具加热
一般生产ABS材料塑件的注射模具不需要外加热。
2. 模具冷却
模具的冷却分为两部分，一部分是型腔的冷却，另一部分是型芯的冷却。型腔的冷却是由在定模板和定模镶件上的2条Φ8mm的冷却水道完成。如图12所示。
型芯的冷却如图13所示，在型芯内部开有Φ16mm的冷却水孔，中间用隔水板隔开，冷却水由支承板上的Φ8mm冷却水孔进入，沿着隔水板的一次上升到型芯的上部，翻过隔水板，进入另一侧，再流回支承板上的冷却水孔，然后继续冷却第二个型芯，最后由支承板上的冷却水孔流出模具。型芯与支承板之间用密封圈密封。
五、模具装配图和主要零件图
1. 模具装配图
模具采用龙记模架，其型号为：2530-BI-A90-B40-C100，
1-动模座板 2-杯头螺丝 3-推板 4-推杆固定板 5-支承板 6-导柱 7-水堵头
8-导套 9-定模板 10-水管接头 11-定模座板 12-杯头螺丝 13-密封圈
14-凹模 15-水口推板 16-动模板 17-杯头螺丝 18-杯头螺丝
19-复位杆 20-拉料杆 21-杯头螺丝 22-杯头螺丝 23-定位圈 24-杯头螺丝
2. 模具主要零件图
① 定模板
定模板采用四条水路对模板进行冷却，同时对塑件进行间接冷却，为了方便模具的搬运，在模架两端开了两个吊环螺丝孔，并且为了方便把型腔镶块敲出，在定模板上开了四个工艺孔。
② 型腔
型腔也用有四条水路通过对模具进行冷却，其流道有分流道，其直径为6mm。同时塑件顶面的孔利用型腔上做一个小型芯进行开孔
③动模板
实训感想
在这两周的实训中，涉及到注塑机的选择，模具结构方案的确定，抽芯机构的设计，却系统。常用塑料在成型过程中对模具的工艺，求，塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，例如对侧向分型机构设计时要考虑抽芯距的计算，侧滑块的设计，楔紧块的设计，侧型芯的设计，斜导柱直径、长度的计算。冷却系统设计时要考虑冷却水道的位置，以便达到最佳冷却效果。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，参考不同的文献资料，对比不同的设计
方案，找出最经济、最实用、最合理的。在确定型腔数目时，综合考虑一方面它是大批量生产；一方面考虑它有两个孔，需要两个侧抽，所以选择一模两腔。设计推出装置时，考虑到塑件比较薄，所以采用推板推出。在设计侧型芯时，考虑到塑件比较薄，型芯长度比较段，所以采用整体式的侧向分型机构，即把侧滑块设计成带侧型芯，并和定模板组成型腔。在确定浇注系统时，为保证塑件的表面质量，采用点浇口浇注系统，并且采用三板式模具结构。在设计型腔时，凹模采用组合式结构，定模镶件和定模板一块组成型腔，并且点浇口开在定模镶件上，这样可使加工方便，有利于凹模的抛光。并且定模镶件可更换，提高模具寿命，定模镶件和定模板采用过渡配合，提高配合要求，保证型腔的高度精密，以便加工出高精度塑件。
还有感想杨老师在这次实训多我的教导。授予我知识，让我们花更多时间去巩固课堂上刚学的。也让我无论在学习方法和学习态度上都有一定的变化。刚开始老师讲的太快我无法跟上进度，但下课后就要自己去问老师或同学。上交的作业老师每次都会评讲，让我知道自己错在哪里，为什么错？给时间我修改。
33 结论
防护罩成型模具的设计，涉及到注塑机的选择、模具结构方案的确定、侧抽芯机构的
设计、冷却系统。常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求，塑料成型模具的结构特点及
设计计算方法，例如对侧向分型机构设计时要考虑抽芯距的计算，侧滑块的设计，楔紧块
的设计，侧型芯的设计，斜导柱直径、长度的计算。冷却系统设计时要考虑冷却水道的位
置，以便达到最佳冷却效果。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，参考不同的文献资料，对比不同的设计
方案，找出最经济、最实用、最合理的。在确定型腔数目时，综合考虑一方面它是大批量
生产；一方面考虑它有两个孔，需要两个侧抽，所以选择一模两腔。设计推出装置时，考
虑到塑件比较薄，所以采用推板推出。在设计侧型芯时，考虑到塑件比较薄，型芯长度比
较段，所以采用整体式的侧向分型机构，即把侧滑块设计成带侧型芯，并和定模板组成型
腔。在确定浇注系统时，为保证塑件的表面质量，采用点浇口浇注系统，并且采用三板式
模具结构。在设计型腔时，凹模采用组合式结构，定模镶件和定模板一块组成型腔，并且
点浇口开在定模镶件上，这样可使加工方便，有利于凹模的抛光。并且定模镶件可更换，
提高模具寿命，定模镶件和定模板采用过渡配合，提高配合要求，保证型腔的高度精密，
以便加工出高精度塑件
