塑料滑轮注塑模具设计

I 摘 要 该塑料骨架总体形状为回转体，整体尺寸不小，需要大批量生产，为了提高生产率，降低成本，故采用模具成批注射生产。 。该模具 采用普通浇注系统，由于一模一腔，利用分型面间隙排气，该分型面位于熔体流动的末端利用分型面间隙排气。本模具采用楔紧块与定模板制成一体的整体式结构，牢固可靠性大。利用 导滑条导滑。 选尼龙 (关键词：斜导柱 ；斜滑块 ；浇注系统 he of of is i.e,on of of a is of of by of of at of to a as as by of is in in in he of is is 1 目录 摘 要 . I 第一章、塑件工艺分析 . 3 件的原始材料分析 . 3 件的结构、尺寸精度及表面质量分析 . 6 构分析 . 6 寸精度分析 . 6 面质量分析 . 6 明确塑件生产批量 . 7 算塑件的体积和重量 . 7 析塑件的成型工艺参数 . 7 第二章、确定模具结构方案 . 8 模原理 . 8 定型腔数量及布局形式 . 9 择分型面 . 9 定浇注系统与排气系统 . 9 注系统形式 . 9 流道设计 . 9 流道设计 . 10 流道的形状和尺寸 . 10 流道的表面粗糙度 . 11 口的设计 . 11 气系统 . 13 择推出方式 . 13 第三章、模具设计的有关计算 . 15 芯和型腔工作尺寸的计算 . 15 壁厚度与推板厚度的计算 . 16 壁厚度 . 16 2 板厚度 . 16 导柱等侧抽芯有关计算 . 16 导柱的设计与计算 . 16 滑块（型腔）的设计 . 19 紧块的设计 . 19 滑条的设计 . 19 却与加热系统 . 20 第四章、选择模架 . 21 选注射机 . 21 浇注系统重量 . 21 射压力 . 23 标准模架 . 23 第五章、校核注射机 . 24 射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核 . 24 模行程的校核 . 24 具在注射机上的安装 . 24 第六 章、推出机构的设计与校核 . 25 件力的计算 . 25 杆的设计 . 25 管的直径计算 . 25 管压力校核 . 25 板强度校核 . 26 总结 . 27 参考文献 . 28 致 谢 . 29 2 概 述 模具是制造业的重要基础装备，是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不及的。 换句话说， 没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品。 模具 业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。 其开始是从零件的材料选择择接下是成型参数、密度、收缩率的确定的模具种类与模具设计的关系、塑件的尺寸精度与结构、注射机的选择、模具设计有关尺寸的计算（包括模具行腔型芯的计算及其公差的确定）、注塑机参数的校核、模具结构设计、模具冷却、加热系统计算、注射模标准件的选用及总装技术要求等内容。这样更有利于加工人员的一线操作，使其通俗易懂加工方便。本次设计不仅让我熟悉了课本所学的知识，而且让我做到所学的运用到实践当中，更让我了解了塑料模具设计的全过程和加工实践的各种要点。 最后也 是最重要的一部，即要画出模具的装配图，并要表示出分型面的位置和最后的的试模。 这次毕业设计的设计过程得到了指导老师的大力帮助，在此表示忠心的感谢。 由于本人的设计水平有限，书中难免有不足的地方，恳请各位老师能给予我批评和指正。 3 第一章、塑件工艺分析 塑 件： 塑料滑轮如图 1 产品名称： 塑料滑轮 产品材料 : 品数量： 大批量生产 塑件尺寸： 如图 1 所示 塑件要求： 塑件外表面光滑平顺，不能有气泡，划痕等缺陷，且不能有顶杆痕迹。 图 1 塑件 件的原始材料分析 塑件外表面光滑平顺，不能有气泡，划痕等缺陷，且不能有顶杆痕迹。 + 4 尼龙类工程塑料外观上都呈现为角质、韧性、表层光亮、白色（或乳白色）或微黄色、透明或半透明的结晶性树脂，它容易被著成任一种颜色。作为工程塑料的尼龙分子量一般为 。它们的密度均稍大于 1，密 度： 伸强度： 60 0 长 率： 30%。弯曲强度： 缺口冲击强度： ( 5。尼龙的收缩率为 1% 2%. 需注意成型后吸湿的尺寸变化。吸水率 100% 相对吸湿饱和时能吸 8%40 105之间。熔 点： 215 225。合適壁厚 2 以水相对是 增塑剂，加入玻纤后，其抗拉抗压强度可提高 2 倍左右，耐温能力也相应提高， 身的耐磨能力非常高，所以可在无润滑下不停操作，如想得到特別的润滑效果，可在 加入硫化物。 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 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。 1. 易吸水。吸水性大，饱和水可以达到 3%以上 别是薄壁件增厚影响较大；吸水亦会大大降低塑料的机械强度。在选材时，应顾及使用环境及与别的元件的配合精度的影响。纤维增强可降低树脂吸水率，使其能 5 在高温、高湿下工作。尼龙与玻璃纤维亲合性十分良好 。常用于制作梳子、牙刷、衣钩、扇骨、网袋绳、水果外包装袋等等。无毒性，但不可长期与酸碱接触。 值得注意的是 ,加入玻纤后 ,尼龙的抗拉强度可提高 2 倍左右 ,耐温能力也相应得到提高 . 2. 耐光性较差。在长期偏高温环境下会与空气中的氧发生氧化作用 ,开始时颜色变褐，继面破碎开裂。 3. 注塑技术要求较严：微量水分的存在都会对成型质量造成很大损害 ;因热膨胀作用使制品尺寸稳定性较难控制；制品中尖角的存在会导致应力集中而降低机械强度；壁厚如果不均匀会导致制件的扭曲、变形；制件后加工时设备精度要求高。 4. 会吸收水、 醇而溶胀，不耐强酸及氧化剂，不能作耐酸材料使用。 尼龙主要用于汽车工业 ,电气电子工业 ,交通运输业 ,机械制造工业 ,电线电缆通讯业 ,薄膜及日常用品 齿轮 ,圆齿轮、凸轮、伞齿轮、输油管 ,储油器 ,保护罩 ,支撑架 ,车轮罩盖 ,导流板 ,风扇 ,空气过滤器外壳 ,散热器水室 ,制动管 ,发动机罩 ,车门把手 轮、滑轮泵叶轮、叶片、高压密封圈、垫、阀座、衬套、输油管、贮油器、绳索、传动带、砂轮胶粘剂、电池箱、电器线圈、电缆接头各种滚子、滑轮、泵叶轮、风扇叶片、蜗轮、推进器、螺钉、螺母、耐油密封垫片、耐 油容器、外壳、软管、电缆护套、剪切机、滑轮套、牛头刨床滑块、电磁分配阀座、冷陈设备、衬垫、轴承保持架、汽车和拖拉机上各种输油管、活塞、绳索、传动皮带，纺织机械工业设备零雾料，以及日用品和包装薄膜等。等。还有包装用带、食品用薄膜（熟食用的高温薄膜和清凉饮料用的低温薄膜）的产量也相当大。 除透明尼龙外，其它尼龙都属于结晶性塑料，有较高的熔点，熔融温度范围较窄，热稳定性不好。 易吸湿，潮湿的尼龙在成型过程中，表现为粘度急剧下降并混有气泡制品表面出现银丝，所得制品机械强度下降，所以加工前材料 必需干燥处理，可在80 110干燥 6 小时，成型时允许含水量尼龙 6 和尼龙 66为 尼龙 11 为 尼龙 610 为 最高不得超过 注意， 塑料在 90以上干燥易引起变色。 动性好，易溢料，宜用自锁时喷嘴，并应加热。同时由于溶体冷凝速度快，应防止物料阻塞喷嘴、流道、浇口等引起制品不足现象。模具溢边值 且熔体粘度对温度和剪切力变化都比较敏感，但对温度更加敏感，降低熔体粘度先从料筒温度入手。成型收缩范围及收缩率大，方向性明显，易发生缩孔，变形等。 的使用最好不超过三次，以免引起制品变色或机械物理性能的急剧下降，应用量应控制在 25%以下，过多会引起工艺条件的波动，再生料与新料混合必须进行干燥。 6 开机时应首先开启喷嘴温度，然后再给料筒加温，当喷嘴阻塞时，切忌面对喷孔，以防料筒内的溶体因压力聚集而突然释放，发生危险。在停机时要清空螺杆，防止下次生产时，扭断螺杆。 使用少量的脱模剂有时对气泡等缺陷有改善和消除的作用。尼龙制品的脱模剂可选用硬脂酸锌和白油等，也可以混合成糊状使用，使用时必须量少而均匀，以免造成制品表面缺陷。 尼龙制品的后处理是为了防止和消除制 品中的残留应力或因吸湿作用所引起的尺寸变化。后处理方法有热处理法和调湿法两种。 a). 热处理常用方法在矿物油、甘油、液体石蜡等高沸点液体中，热处理温度应高于使用温度 10 20，处理时间视制品壁厚而异，厚度在 3下为 10 15 分钟，厚度为 3 65 30分钟，经热处理的制品应注意缓慢冷却至室温，以防止骤冷引起制品中应力重新生成。 b). 办法有两种：一沸水调湿法，二醋酸钾水溶液调湿法（醋酸钾与水的比例为 ,沸点 121 ） ,沸水调湿法简便 ,只要将制品放置在湿度为 65%的环境下 ,使其达到平衡吸湿量即可 ,但时间较长 ,而醋酸钾水溶液调湿法的处理温度为 80 100醋酸钾水溶液调湿法 ,处理时间主要取决制品壁厚 ,当壁厚为 小时 ,3小时 ,66 18小时 . 件的结构、尺寸精度及表面质量分析 构分析 从零件图上分析，该零件总体形状为回转体，在一个直径为 118为 28圆柱中间有一个直径为 30，上下表面还有对称的凹面，然后留壁厚为 5该塑件有凹槽，因此，模具设计时必须设置侧向分型抽心机构，该零件属于中等复杂程度。 寸精度分析 该塑件所有尺寸的精度为 塑件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。 从塑件的壁厚上来看，该塑件的所有壁厚均匀，都为 5有利于塑件的成型。 面质量分析 对该塑件表面没有什么要求，故 比较容易实现。 综合以上分析，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。 7 明确塑件生产批量 该塑件要求大批量生产。 算塑件的体积和重量 按照图 2 塑件各部分体积近似计算： V 总 =28=52 *28=197822 *8= 0*18*8=5*23*5=23*2 )*9=故塑件的体积为： V 总 =1712 塑件重量为 V* =中 为塑料密度 (5 3 图 2 塑件各部分体积 析塑件的成型工艺参数 干燥处理： 料具有吸 湿性 ,加工前材料必需干燥处理，可在 80 110干燥 6小时 熔化温度： 215225；建议温度： 220。 模具温度： 4060。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 注射压力： 8090 注射速度：中高速度。 根据塑件形状及尺寸采用一模二件的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册初选螺杆式注射机： Z 125。 8 第二章、确定模具结构方案 模原理 制品为骨架。该模具采用斜导柱抽心机构来实现垂直分型动作。锁紧锲与定模板做成整体，确保 凹模滑块 14的定位锁紧。 工作原理 模具分流道与侧浇口开设在垂直分型面 A A 上，并由骨架凸翼腔底进料。开模时，分型面分型，斜导柱带动凹模滑块做 A A 垂直分型面分型。最后，由推板推出塑件制品。如图 3： 图 3 模具结构原理图 9 定型腔数量及布局形式 该塑件在注射时采用一模一件，即模具需要一个型腔。 择分型面 定浇注系统与排气系统 注系统形式 采用普通浇注系统。 流道设计 根据塑料模具设计手册初步得 Z 125型注射机喷嘴的有关尺寸： 型号 定注射量 /125 螺杆直径 /2 注射压力 /20 注射行程 /15 注射方式 螺杆式 锁模力 /00 最大成型面积 /320 最大开合模具行程 /00 模具最大厚度 /00 模具最小厚度 /00 10 喷嘴圆弧半径 /2 喷嘴直径 / 动、定模固定板尺寸 /28*458 拉杆空间 /60*290 合模方式 液压 液压泵 流量 /(L ) 100、 12 压力 /动机功率 /1 螺杆驱动力 / 加热功率 / 机器外形尺寸 /340*750*1150 喷嘴前端孔径： d 0 ； 喷嘴前端球面半径： 2R 0 ； 根据模具主流道与喷嘴的关系： )(1 )(d 0 取主流道球面半径： 3R ； 取主流道的小端直径 d ； 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为 62 ，取 4 ，经换算得主流道大端直径为 。 流道 设计 流道的形 状 和尺寸 分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速度、分流 11 道的长度等因数来确定。本塑件的形状不复杂，熔料填 充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的形状长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，查表 5料模具设计手册 )得 。 流道的表面粗糙度 由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般 左右，这可增加对外层塑料熔体的阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。 口的 设计 根据塑件的成型要求及型腔的排 列方式，采用中心辐射式浇口，如图 6。 12 图 6 中心辐射浇口示意图 查表 5料模具设计手册 )选尺寸为直径 ,试模时修正。 13 气系统 该模具为小型模具，可利用分型面间隙排气，该分型面位于熔体流动的末端。 择推出方式 该塑件为簿壁塑件，综合各个因素，选定为推板推出机构，如图 7。因为不允许有推杆痕迹，所以推料用推管。 14 图 7 顶出方式 15 第三章、模具设计的有关计算 芯和型腔工作尺寸的计算 查表塑料模设计手册表 1料 缩率： 1% 2%.。 平均收缩率： S=(1%+2%)/2= 计算如下表： 类别 尺寸类型 塑件尺寸 计算公式 型腔或型芯的工作尺寸 型腔的计算 径向尺寸的计算 108 M 00 43)1()( 40 4 度尺寸的计算 M 00 32)1()( 芯的计算 径向尺寸的计算 30 00 43)1()(M 0 70 度尺寸的计算 28 00 32)1()(M 16 型芯中心距尺寸 2)1( 壁厚度与推板厚度的计算 壁厚度 该型腔为组合式。因此，型腔的强度和刚度按组合式进行计算。由于型腔壁厚计算比较麻烦，也可以参考经验推荐数据。查塑料成型工艺与模具设计表 0 。 板厚度 其中查， ， 可取制品轴向尺寸公差的 1/10，取 ， 3 H 导柱等侧抽芯有关计算 导柱的设计与计算 斜导柱的倾斜角 取 则脱模力的计算为： )k )(1m(12 f t 脱模力（推出力）（ N ） E 塑料弹性模量（ 2 61032.2 ） 17 S 塑料的平均成型收缩率（ L 包容凸模的长度（ f 塑料与刚 的摩擦系数（ m 塑料的帕松比（取 2222t 塑料平均壁厚 ( r 圆柱半径 ( ) 2 0 0 0 =N ） 查塑料成型工艺与模具设计表 取 0 。 再查表 得 6 在斜导柱的设计中斜导柱采用了理论上最佳的斜角： 直径取 先计算抽心距： 32(22 抽 其中： R 塑件的大圆盘半径 r 塑件的最小的腰部外圆半径 )32(2 抽S )32(40 然后在 图 8： 18 图 8 斜导柱长度的计算 其强度校核： 19 其中： 弯F 斜导柱所受的弯曲力（ N ） 抽F 抽拔力（ N ） 斜导柱的斜角 3 4 o s 8 9 1c o s 抽弯 弯 ，所以斜导柱强度合格。 滑块（型腔）的设计 斜滑块设计如图 9： 图 9 斜滑块 紧块的设计 本模具采用楔紧块与定模板制成一体的整体式结构。如图 10 图 10 楔紧块 滑条的设计 导滑条的设计如图 11： 20 图 11 导滑条 斜滑块的导滑长度不能太短，一般应保证滑块在完成抽拔动作后，留在导滑条中的长度不小于有效长度的 32 ，经计算，该滑块在完成抽拔动作后留在导滑条中的长度为总的有效长度为 所以导滑条的长度足够。 却与加热系统 本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，所以在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下计 算 设定模具平均工作温度为 50，用常温 20的水作为模具冷却介质，其出口温度为30，产量为（初选每二分钟一套）。 h 故冷却水体积流量： )(60 21 式中： V 冷却水体积流量，（ M 单位时间注射人模具内的树脂质量，（ q 单位时间内树脂在模具内释放的热量，（ J/5 ） c 冷却水的比热容，（ J ） 冷却水的密度，（ 3 1T 冷却水出口处温度，（） 21 2T 冷却水进口处温 度，（） )2030(表可知所需的冷却水道直径 10冷却水直径 10 冷却水在管内的流速： v =0 297m/s 冷却管壁与水交界的膜传热系数 h= ( 0 0(=9 310 )/( 02 冷却水通道的导热总面积 A= =模具所需冷却水的总长度 L= = =01=L/l= 所以冷却水管为 2根 第四章 选择模架 为了方便加工热 处理，其型腔镶块可分为两部分。如图 12： 图 12 型腔镶块 选注射机 注系统重量 单件塑件重量 gM s 注射机额定注射量 次注射量不超过最大注射量的 80% 22 即 j n 型腔数 浇注系统重量 (g ) 塑件重量 (g ) 注射机额定注射量 (g ) 浇注系统估算结果： 3221 5 7 5 . 7 m 1 V 322 2104 323 715322 33j . 0 2 60268 4 7 . 86 0 2 . 8 85 7 5 . 7V 浇注系统重量 g 2 1 2 6G j 设 1n 则得： 8 总质量： 满足注射量： V 式中 机V 额定注射 ( 3 塑件V 3 33 塑件机 或满足注射量 M 23 2 塑件机 射压力 成型注 查塑料模具设计手则表 1 81106成型 锁模力： 锁 式中 p 塑料成型时型腔压力 0 F 浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和分型腔及浇住引流及型腔在分型面上的投影面积 22 8 3 6) m 3 8 922 0 0 . 9 62( 1 0 0 2 3 . 6 6 5 F 77 5 8 3 630 根据以上分析与计算 ,根据塑料注射机技术规格表 料成型工艺与模具设计选用 Z 60型注射机。 注射机 Z 60有关技术参数如下 : 模具锁模力： 900板最大开合模行程 300模具最大厚度 300模具最小厚度 200喷嘴圆弧半径 12喷嘴孔直径 4动、定模板尺寸 425 458拉杆空间 300选标准模架 根据以上分析计算型腔尺寸及斜导柱位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。 查塑料成型工艺与模具设计表 7用： 12556 24 定模底板厚 ： 20 定模板厚： A=50 滑块厚度： 28 推板厚度 : 16 动模板厚 : B=25 动模垫板厚： 32 垫块厚度 : C=80 下模座厚： 20 模具厚度： 32+20+25+25+32+80+20=225模具外形尺寸： 200*400*225第五章、校核注射机 射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核 由于在初选注射机和标准模架时是根据以上四个技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、锁模力、注射压力、模具厚度不必进行校核，已符合所选注射机要求。 模行程的校核 注射机最大行程 S )105(2 浇件 式中 件h 塑料制品高度 ( 浇h 浇注系统高度 ( 1 81052282)105(2 浇件 S=300118满足要求。 具在注射机上的安装 从标准模架外形尺寸看小于注射机拉杆空间，并采用压板固定模具，所以选注射机规格满足要求。 25 第六章、推出机构的设计与校核 件力的计算 则脱模力的计算为： )k )(1m(12 f t 脱模力（推出力）（ N ） E 塑料弹性模量（ 2 61032.2 ） S 塑料的平均成型收缩率（ L 包容凸模的长度（ f 塑料与刚的摩擦系数（ m 塑料的帕松比（取 2222t 塑料平均壁厚 ( r 圆柱半径 ( ) 2 0 0 0 =N ） 杆的设计 管的直径计算 根据零件的要求 推管外直径 0内直径 0 推管压力校核 查塑料模设计手册式 5 24 s 取 2320 26 22 /2 08 . 4 684 4 18 9 1 . 34 s 推杆应力合格，硬度 65板强度校核 推板 选用 45钢，允许变形 查塑料模设计手册由式 5 3 H 推板厚度 L 推杆间距 Q 总脱模力 N B 推板宽度 E 钢材的弹性模量 2(钢的弹性模量 2710 ) y 推板允许最大变形量 0 2 . 1 8 9 所以