结构件C1塑料模具设计论文

1 1 绪 论 . 3 料注射模具简介 . 3 内外塑料模具现状 . 4 模具的发展趋势 . 4 本设计的研究目的和意义 . 5 2 塑件的成形工艺性分析 . 6 件材料的选择及生产要求 . 6 制品分析 . 6 塑件的结构和成型工艺的分析 . 6 注射成型工艺 . 8 射成型工艺过程 . 8 注射成型工艺参数 . 8 能分析 . 9 用性能 . 9 成型注意事项 . 9 型塑件的主要缺陷及消除措施 . 10 3 模具结构形式的拟定 . 12 定型腔数量及排列方式 . 12 设计中型腔的确定 . 13 4 注塑机型号的确定 . 13 件和浇注系统体积的计算 . 13 射机型号的确定 . 14 射机及参数量的校核 . 14 射量的校核 . 14 腔数量的确定和校核 . 15 件和流道凝料在分型面上的投影面积与锁模力校核 . 16 大注射压力校核 . 16 模行程校核 . 17 5 分型面的确定 . 17 型面的形式 . 18 型面的设计原则 . 18 型面的确定 . 18 6 浇注系统的形式和浇口的设计 . 19 注系统设计原则 . 19 流道的设计 . 20 流道 冷料井的设计 . 21 流道的设计 . 21 口的设计 . 21 口的主要作用是： . 22 口的形式及特点 . 22 口尺寸的确定 . 22 口位置的选择 . 22 型零件的选材 . 24 腔部分的结构设计 . 24 2 腔的结构形式 . 24 腔尺寸的计算 . 25 芯部分的结构 设计 . 26 芯的结构形式 . 26 芯尺寸的计算 . 26 8 模架的确定和标准件的选用 . 28 9 脱模推出机构 的设计 . 30 模机构设计 . 30 模阻力计算 . 31 10 合模导向机构的设计 . 32 构的功用 . 32 向结构的总体设计 . 33 柱的设计 . 33 套的设计 . 33 11 排气系统与温控系统 . 34 气系统 . 34 控系统 . 34 结 论 . 35 参 考 文 献 . 36 3 1 绪 论 料注射模具简介 模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料和设备的 “ 效益放大器 ” ，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业已成为国民经济的基础工业，被称为 “ 工业之母 ” 。模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。塑料成型加工及模具技术不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备成型机械的革新、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。 注射成型也称为注塑成型，其基本 原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。 采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件和建筑构件，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。据统计，注 射制品约占所有塑料制品总产量的 30，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的 50。早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有 70被注射成型所取代。注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。据统计，在当前的工程塑料制品中， 80以上都要采用注射成型的方法生产。 随着塑料材料技术和注塑成型加工技术的不断进步，塑料注塑加工行业得以持续发展。塑料加工是将原材料变为制品的关键环节，只有迅速的发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材 料变成功能各异的制品，在国民经济的各领域发挥作用。 4 内外塑料模具现状 我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来发展很快，有些已达到或接近国际水平。随着改革开放政策的不断深入，国外先进制造技术的不断引进，模具 技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别 是 术的应用较为普遍，已经取得了很大成绩。目前，使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。此外，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高，模具寿命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设 备。这些先进技术的发展对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了重大的作用。 然而，由于我国模具制造基础薄弱，各地发展极不平衡，其中广东、江苏昆山、浙江宁波等沿海一带模具工业最为发达，但内地模具工业基本上还是空白。而且从总体上来看，与国际先进水平相比差距还很大。主要表现在以下方面：塑料模具生产技术水平不高，与国外先进水平相差甚远；我国塑料模制造企业设备数控化率和 用覆盖率比国外低很多，且设备不配套、利用率低的现象十分严重；开发能力低，在市场上处于被动地位，创造的经济效益方面，国内有些企 业是微利甚至亏损；国内外模具企业管理上的差距十分明显；我国塑料模具市场总体上供不应求，特别是大型、复杂、长寿命塑料模产需矛盾十分明显。 模具的发展趋势 随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高 技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展 有重大影响。因 此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而 5 提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景 好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基础，属于有条件、有可能发展起来的产品。 塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，高精度、高效率、自动化、精密、高寿命仍然是模 具发展必然的趋势。从技术上来说，主要有以下几个方面： （ 1） 术将全面推广； （ 2）快速原型制造（ 、高铣削加工、热流道技术、气体辅助注射技术、高压注射成型及相关技术将得到更好的发展； （ 3）开发新的模具材料，如采用粉末冶金及喷射成型工艺制作出硬制合金、陶瓷及复合材料； （ 4）模具表面强化热处理新技术应用，如我国研制的镜面塑料模具，就是在低级材料中加入 合金元素后，经过毛坯淬火与回火处理，使其硬度 3 0后加工成型，再进行时效处理，使模具硬度上升到 40 50而大大提高了模具的使用寿命。 用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。振兴和发展我国塑料模具工业，特别是注射模具将越来越受到人们的重视。 本设计的研究目的和意义 （ 1） 检验理论知识掌握情况，将理论与实践相结合； （ 2） 初步掌握模具设计的方法、过程，掌握 关设计软件为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科 研论文打下基础； （ 3） 培养自己的独立思考能力、动手能力、创新能力和计算机运用能力。 6 2 塑件的成形工艺性分析 件材料的选择及生产要求 制品分析 1、制品模型图 制品三位视图如图 图 塑件图 2、塑件材料的选择：选用 聚酰胺 66（ 6） ）。 3、色调：白色，透明。 4、生产批量：大批量。 塑件的结构和成型工艺的分析 1、 结构分析 7 塑件为 结构件 ，应有一定的结构强度， 整体类似圆筒， 上部为球形凹坑，底部有凸缘，凸缘上均布四个小孔，塑件尺寸大小中等，形状不算复杂，不用采用抽芯机构，从制造模具方便的角度看，型芯宜采用镶嵌型芯组合而成 ；由于该塑件为结构件 ，因此还要注意表面的粗糙度。 2、 成型工艺分析 （ 1）精度等级 影响尺寸精度的因素较多，如模具制造精度及其使用的磨损程度，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件制品的形状、脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等等。在一般的生产设计过程中 ,为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑件使用要求的条件下，选取较低等级的公差 , 这样便于加工与生 产。结合本设计的具体情况，查塑料模具设计资料表 2得，塑件的精度等级采用 6级低精度； （ 2）脱模斜度 由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。只有塑件高度不大、没有特殊狭窄细小部位时，才可以不设计斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率、塑件的几何形状等因素有关。查塑料模具设计资料表 2得，塑件外表面 25 40 ，内表面 20 40 。由于该塑件所用材料 动性 好 ，溢边值为 右，需提高注射压力，但压力过高则又使塑料制品开裂，所以塑件外形应放脱模斜度，一般取大于或等于 2 为宜。 （ 3）壁厚分析 从塑件的壁厚来看 ,塑件壁厚基本均匀，壁厚 均 为 口设计在 底部凸缘处 ，整体来说成型不难。 （ 4）表面质量分析 塑件为 结构 件，在使用上除要求表面没有缺陷，毛刺外，还要考虑到外表面的粗糙度和光洁度等。 故比较容易实现。 由以上分析可见，该零件结构属于简单构件，结构工艺性合理，不需要对制件的结构进行修改。塑件的尺 寸精度要求不高，对应的模具零件的尺寸加工容易保证。注射时， 8 在工艺参数控制得较好的情况下，制件的成型要求可以得到保证。 注射成型工艺 射成型工艺过程 1）成型前的准备：对 色泽、细度和均匀度等进行检验。由于 度高，耐磨性好，热稳定性差，交易吸湿，须干燥，含水量不得超过 流动性好，易溢料，注射、冷却时间应取长，注射压力应取高，并用白油作脱模剂。 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型腔成型，其过程可以分 为充模、压实、保压、倒流和冷却 5 个阶段。 3）塑件的后处理： 为防止后结晶产生的收缩变形，制品一般需经热水浸泡处理。 注射成型工艺参数 1. 注射机类型 螺杆式 螺杆转速 2050 r/ 筒温度 前段 240 250 中段 260 280 后段 255 265 喷嘴 250 260 （直通式） 模具温度 60 120 注射压力 80 130 保压力 40 60 注射时间 2 5 S 保压时间 20 50 S 冷却时间 20 40 S 收缩率 。 9 浇口系统 浇口直径应该至少等于制品最大壁厚的 60% 70%，但是浇口直径至少为 1.2 口斜度为 3 5, 或表面质量好的制品需要 2 ） 。 能分析 用性能 一般性能 1. 机械强度高，韧性好，有较高的抗拉、抗压强度。比拉伸强度高于金属，比压缩强度与金属不相上下，但它的刚性不及金属。抗拉强度接近 于屈服强度，比 一倍多。对冲击、应力振动的吸收能力强，冲击强度比一般塑料高了许多，并优于缩醛树脂。 2. 耐疲劳性能突出，制件经多次反复屈折仍能保持原有机械强度。常见的自动扶梯扶手、新型的自行车塑料轮圈等周期性疲劳作用极明显的场合经常应用 热 (如尼龙 46 等 ,高结晶性尼龙的热变形温度高 ,可在 150 度下长期使用 过玻璃纤维增强以后 ,其热变形温度达到 250 度以上 ). 4. 表面光滑，摩擦系数小，耐磨。作活动机械构件时有自润滑性，噪声低，在摩擦作用不太高时可不 加润滑剂使用；如果确实需要用润滑剂以减轻摩擦或帮助散热，则水油、油脂等都可选择。从而 ,做为传动部件其使用寿命长 . 5. 耐腐蚀，十分耐碱和大多数盐液，还耐弱酸、机油、汽油，耐芳烃类化合物和一般溶剂，对芳香族化合物呈惰性，但不耐强酸和氧化剂。能抵御汽油、油、脂肪、酒精、弱堿等的侵蚀和有很好的抗老化能力。可作润滑油、燃料等的包装材料。 6. 有自熄性，无毒，无臭，耐候性好 ,对生物侵蚀呈惰性，有良好的抗菌、抗霉能力。 7. 有优良的电气性能。电绝缘性好 ,尼龙的体积电阻很高 ,耐击穿电压高 ,在干燥环 境下，可作工频绝缘材料，即使在高湿环境下仍具有较好的电绝缘性。 8. 制件重量轻、易染色、易成型。因有较低的熔融粘度，能快速流动。易于充模，充模后凝固点高，能快速定型，故成型周期短，生产效率高。 成型注意事项 为了解决增强塑料的工艺弊病，在成形时应注意下列事项： 10 1、宜用高温、高压、高速注射。 2、模温宜取高（对结晶性料应按要求调节） ,同时应防止树脂玻纤分头聚积 ,玻纤裸露及局部烧伤。 3、保压补缩应充分。 4、塑件冷却应均匀。 5、料温、模温变化对塑件收缩影响较大 ,温度高收缩大 ,保 压及注射压力增大 ,可使收缩变小但影响较小。 6、由于热刚性好 ,热变形温度高可在较高温度时脱模 ,但要注意脱模后均匀冷却。 7、应选用适当的脱模剂。 8、宜用螺杆式注射机成形。尤其对长纤维料必须用螺杆式注射机加工 ,如果没有螺杆式注射机则应在造粒后象短纤维料一样才可在柱塞式注射机上加工。 型塑件的主要缺陷及消除措施 1、缺陷 气 泡、缩痕 、溢料飞边、 光泽不良、龟裂泛白、翘曲变形 。 2、消除措施 加大主流道、分流道、浇口，加大喷嘴，增大注射压力，提高模具温度。 具体如下： 一 )熔接痕 熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。可参考以下几项予以改善： l）调整成型条件，提高流动性。如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。 2）增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。 3）尽量减少脱模剂的使用。 4）设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。 5）若仅影响外观，则可改变烧四位置，以改变 熔接痕的位置。或者将熔接痕产生 11 的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。 二）气孔 与加工参数有关的原因与改良措施见下表： (1）提高注射能量：压力、速度、时间和料量，并提高背压，使充模丰满。 （ 2）增加料温流动顺畅。降低料温减少收缩，适当提高模温，特别是形成真空泡部位的局部模温。 （ 3）将浇口设置在制件厚的部份，改善喷嘴、流道和浇口的流动状况，减少消耗。 （ 4）改进模具排气状况。 与设计有关的原因与改良措施见下表： 1、浇口横截面太小 增加浇口横截面，缩短浇道 2、喷嘴孔太小 增大喷嘴孔 3、浇口开在薄壁区 浇口 开在厚壁区 三）翘曲、变形 1）由成型条件引起残余应力造成变形时，可通过降低注射压力、提高模具并使模具温度均匀及提高树脂温度或采用退火方法予以消除应力。 2）脱模不良引起应力变形时，可通过增加推杆数量或面积、设置脱模斜度等方法加以解决。 3）由于冷却方法不合适，使冷却不均匀或冷却时间不足时，可调整冷却方法及延长冷却时间等。例如，可尽可能地在贴近变形的地方设置冷却回路 四）缺料 1. 机台方面： 机台的塑化量或加热率不定，应选用塑化量与加热功率大的机台； 1） 低造成入料困难，应适当提高模温； 2） 件壁厚过薄造成压力消耗过磊而且充模不力。应增加整个制件或局部的壁厚或可在填充不足处的附近，设置辅助流或浇口解决。 3） 大时会出现射胶无力；过于粗糙都会造成制件不满。应适当设置流道的大小，主流道与分流道，浇口之间的过渡或本身的转弯处应用适当的圆弧过渡。 4） 入型腔的料受到来不及排走的气体压力的阻挡而造成充填不满。可以充分 12 利用螺杆的缝隙排气或降低锁模力利用分型面排气，必要时要开设排气沟道或气孔。 整方面：注塑压力太小，速度太慢，时间太短，温度太低，熔料位置偏小。 五溢料飞边 器的额定合模力必须高于注射成型制品纵向投影面积在注射时形成的张力，否则将造成胀模，出现飞边。 3. 检修模具。 3 模具结构形式的拟定 定型腔数量及排列方式 型腔数量以及位置如何确定要根据塑件制品的尺寸大小、结构难易程度、生产效益等诸多因素灵活确定。 1、一般确定型腔数目的四种方法 1）根据经济性确定型腔数目 根据总成型加工费用最小的原 则，并忽略准备时间和生产原料费用，仅考虑模具加工费和塑件成 型加工费。 2）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目 当成型大型平板制件时，常用这种方法。设注射机的额定锁模力为 F（ N ），型腔内塑料熔体的平均压力为 P（ ，单个制品在分型面上的投影面积为 ，浇注系统在分型面上的投影面 积为 ，则 P （ n + ） F 即： n (F - ( 3）根据注射机的最大注射量确定型腔数目 设注射机的最大注射量为 G（ g），单个制品的质量为 g），浇注系统的质量为g），则型腔的数目 n 为： n(4）根据制品精度确定型腔数目 13 一般来说，每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低 4%，所以不是型腔的数目越多越好。对于高精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过 4 个。 设计中型腔的确定 大中型塑件和精度要求高的小型塑件一般优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的 小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可使生产效率大为提高。该塑件上表面精度要求较高，塑件体积较 大 ，生产批量为大量生产， 只有一边 边抽芯，从模具加工成本、制品生产时的成本以及制品精度考虑，拟定采用一模 四 腔 ， I 型平衡式排列 4 注塑机型号的确定 除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法 使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。 件和浇注系统体积的计算 1、 通过 析计算可得塑件的体积 =； ； 由于采用一模 四 腔的模具结构。则一个成型周期的总注射量为： =j = 单个塑件的容量或质量 ( g）。 14 浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量 ( g）。 2、计算 塑件和浇注系统的质量： 材料 密度 g/ ， =g/ ，则 m 总 = =g 射机型号的确定 根据塑件的体积初步选定用 式）型注塑机。 式）型注塑机的主要技术规格如表 表 注塑机的主要参数 理论注射容积 ( 250 螺杆直径 (50 注射压力 (130 注射速率 (g/s) 95 塑化能力 (g/s) 50 螺杆转速 (r/0 220 锁模力 (1800 拉杆间距 (560560 移模行程 (350 模具最大厚度 (350 模具最小厚度 (250 锁模形式 双曲肘 模具定位孔直径 ( 125 喷嘴球半径 (嘴口孔径 ( 4 模板尺寸 (315315 射机及参数量的校核 射量的校核 注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。 在一个注射成型周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应 为制件和浇注系统两部分容量或质量之和，即 15 V = （ 或 M = （ 式中 V（ m） 一个成型周期内所需射入的塑料容积或质量 ( g）； n 型腔数目 单个塑件的容量或质量 ( g）。 浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量 ( g）。 故应使 （ 或 （ 式中 注射机额定注射量 ( g）。 根据容积计算 见注射机的注射量符合要求 腔数量的确定和校核 型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件的精度和生产的经济性等因素影响。 可根据注射机的最大注射量确定型腔数 n n(2)/1 K 注射机的最大注射量的得用系数，一般取 注射机允许的最大注射量； m 2 浇注系统所需塑料的质量或体积（ g 或 ； m 1 单个塑件的质量或体积（ g 或 。 所以需要 n( n=4 符合要求 16 件和流道凝料在分型面上的投影面积与锁模力校核 注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁 模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 模具设计前是个未知值： 02 =11304 = 1304+射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积