塑料盖注塑模具设计要点

塑料盖注塑模具设计摘 要塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明，通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理关键词：塑料模具；分型面；设计AbstractThe plastics industry in the world grows one of now quickest industry classes, but the injection mold is develops the quick type, therefore, the research injection mold to understood that the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance. This design introduced injection moldings basic principle, specially single is divided the profile to inject molds structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection mold gating system, the temperature control system and goes against systems design process, and has given the explanation to the mold intensity request, through this design, may have a preliminary understanding to the injection mold, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of workKey word: Plastic；injection mold；design二 塑件的工艺分析2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征该塑件材料选用ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）。用途：汽车配件（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等），收音机壳，电话手柄、大强度工具（吸尘器，头发烘干机，搅拌器，割草机等），打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。比重:1.05克/立方厘米 燃烧鉴别方法：连续燃烧、蓝底黄火焰、黑烟、浅金盏草味溶剂实验：环已酮可软化，芳香溶剂无作用特点： 1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好. 2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理. 3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。 5、用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件. 6、同PVC（聚氯乙烯）一样在屈折处会出现白化现象。成型特性： 1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时. 2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度. 3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。 4、如成形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，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。 ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。 ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。 ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，散热性（现在ABS工程塑料的工艺已经很成熟了，笔记本电脑只要内部结构设计合理，同样可以有出色的散热效果。)成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。 ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.021.05g/cm。ABS有良好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。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有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，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70C左右，热变形温度为93C左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。ABS主要技术指标：表1-1 热物理性能密度(g/ cm)1.02105比热容(Jkg-1K-1)12551674导热系数(Wm-1K-110-2)13.831.2线膨胀系数(10-5K-1)5.88.6滞流温度(C)130表1-2 力学性能屈服强度（MPa）50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率()35拉伸弹性模量(GPa)1.8抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa)1.4抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)24冲击韧度(简支梁式)无缺口261布氏硬度9.7R121缺 口11表1-3 电气性能表面电阻率（）1.21013体积电阻率（m）6.91014击穿电压（KV/mm）介电常数（106Hz）3.04介电损耗角正切（106Hz）0.007耐电弧性(s)50852.2 分析塑件的结构工艺性 该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级： MT7级。2.3 工艺性分析 为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用点浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口纵向开设在模具的型腔处，从塑料件顶面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。塑件的工艺参数：干燥条件：80-90 2小时成型收缩率:0.4-0.7% 模具温度：25-70（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）融化温度：210-280（建议温度：245）成型温度：200-240 注射速度：中高速度 注射压力：500-1000bar 三 初步确定型腔数目3.1初步确定型腔数目根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。这里拟采用第一种方式，1模1件的结构。四 注射机的选择4.1 塑件体积的计算塑件：零件塑件的体积 V=7.5cm 浇注系统的体积：V2=2.8cm塑件与浇注系统的总体积为V=7.5+2.8=10.3cm 4.2计算塑件的质量：查手册取密度=1.05g/cm塑件体积：V=7.5cm塑件质量：根据有关手册查得：=1.05g/cm 所以，塑件的重量为：M=V=7.5cm1.05=7.9g 4.3按注射机的最大注射量确定型腔数目根据 （4-1）得 (4-2) 注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8; 注射机最大注射量，cm或g; 浇注系统凝料量，cm或g； 单个塑件体积或质量，cm或g；根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模1腔 4.3计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下 图4.1 浇注系统示意图根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=2.8cm4.4注塑机选择1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:（1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。常用的注射速率如表3-4所示。表3-4 注射量与注射时间的关系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5查国产注射机主要技术参数表取CJ80NC3,主要技术参数如下。五 浇注系统的设计浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。 5.1主流道的设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止 塑料熔体 流动通道 根据选用的CJ80NC3型号注射机的相关尺寸得 喷嘴前端孔径：d0=4.0mm； 喷嘴前端球面半径：R0=10mm； 根据模具主流道与喷嘴的关系 取主流道球面半径：R=11mm； 取主流道小端直径：d=4.5mm 为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为，此处选用2，经换算得主流道大端直径为7.8MM。 图5.1 主流道示意图5.2 分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。表4-1流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取半圆形断面形状，直径为4mm。 分流道选用半圆形截面：直径D=4mm流道表面粗糙度 图5.2 分流道示意图5.3 分型面的选择设计原则分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。一、 分型面的形式该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。二、 分型面的设计原则由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则： 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模 保证塑件的精度 满足塑件的外观质量要求 便于模具制造加工 注意对在型面积的影响 对排气效果 对侧抽芯的影响在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。其分型面如图5.3.1 图5 .3 .1 分型面示意图5.4 浇口的设计根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用点浇口。该模具采用点浇口，其有以下特性:形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；试模时如发现不当，容易及时修改；能相对独立地控制填充速度及封闭时间；对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。浇口设计如图5.3 图5.3 浇口示意图5.5 冷料穴的设计冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，有影响成型塑件的质量，另外还便于在该处设置主流道拉料杆的功能。注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。冷料穴位于主流道的正对面的动模板上，其作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。冷料穴分两种，一种专门用于收集、储存冷料，另一种除储存冷料外还兼有拉出流道凝料作用，此处应用后者。在分流道的末端，冷料穴的长度通常为流道直径的1.52倍，相机面壳模具属于中小型模具，故冷料穴长度取流道直径的1.6倍，即8.0mm。在主流道对面采用冷料井底部带推料杆的冷料井，推管为带Z型头拉料钩，其侧凹可以将主流道凝料钩住，分模时即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推出板上，在推出制件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。由文献资料11，其结构尺寸如下：Z头高3/4d，其中d=D+（0.51） （3-3）则d=4+（0.51）=5mm，六 确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计6.1型腔、型芯工作尺寸计算ABS塑料的收缩率是0.3%-0.8%平均收缩率: =（0.3%-0.8%）/2=0.5% 型腔内径： =60.3mm型腔深度： =7.54mm型芯外径： =57.29mm型芯深度： =6.039mm 型腔径向尺寸（mm ）;- 塑件外形基本尺寸（mm）;-塑件平均收缩率；-塑件公差-成形零件制造公差，一般取1/41/6；-塑件内形基本尺寸（ mm）;-型芯径向尺寸（mm）;-型腔深度（mm）；-塑件高度（mm）-型芯高度（mm）；-塑件孔深基本尺寸（mm）；型腔：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型型芯：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型七 模架的选择注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架，型号为：FCI-1818-A40-B50-C60。 图6.1 模架模型图八 导向机构的设计 导向机构的作用：1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力 8.1导柱的设计 8.1.1长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出812 cm，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。 8.1.2形状 导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。 8.1.3材料 导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为5055HRC。 8.2导套的结构设计 8.2.1材料 用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。 8.2.2形状 为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，以利于排出孔内的空气。 8.3推出机构的设计注塑模中的脱模机构可以在注塑的每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动的脱出模外。推管脱模机构在生产实际中应用广泛，是脱模机构的典型型式，它一般包括推管、拉料杆、复位杆、推管固定板等组成，当开模到一定距离时，注塑机推出装置推动推板并带动所有推管、拉料杆和复位杆一道前进，将塑件和浇注系统一起推出模外。合模时复位杆首先与定模边的分型面相接触，而将推板和所有的复位杆一道推回原位。根据塑件的形状特点， 模具型腔在定模部分，型心在动模部分。其推出机构可采用推管推出机构、推件板推出机构。由于分型面有台阶，为了便于加工，降低模具成本，我们采用推管推出机构，推管推出机构结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件底部装配后使用时 不影响外观，设立五个推管平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。注：推管推出塑件，推管的前端应比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm 采用推管推出，推管截面为圆形，推管推出动作灵活可靠，推管损坏后也便于更换。结合制品的结构特点，模具型腔的结构采用了整体式型腔板，这种结构工作过程中精度高，并且在此模具中容易加工得到， 在推出机构中采用厂组合式推管，如图中，这种结构主要是防止推管在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断，因为产品较小，另外折断后也易于更换。这里采用设计推管，全部固定在顶杆固定板。 推管的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。根据推管本身的刚度和强度要求，推管装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.050.1cm.8.3.1推件力的计算 对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（Q）： (8-1) 式中 -型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）; -被包紧部分的深度（cm）; -由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取7.811.8MPa； -磨擦系数，一般取0.11.2； -脱模斜度； L=436.97MMH=6.03MM Q=436.97MM*6.03MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5)=263.5 (N) 8.3.2 推管的设计 推管的强度计算 查塑料模设计手册之二由式5-97得d=（） (8-2) d圆形推管直径cm推管长度系数0.7l推管长度cmn推管数量 E推管材料的弹性模量N/(钢的弹性模量E=2.1107N/) Q总脱模力 取 D=5MM。推管压力校核 查塑料模设计手册式5-98= (8-3) 取320N/mm 推管应力合格，硬度HRC5065九 冷却系统的设计注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大，一般注入模具的塑料熔体的温度为200300，而塑件固化后从模具中取出的温度为6080以下，视塑料品种不同有很大差异。为了调节型腔的温度，需在模具内开设冷却水通道，通过模温调节机构调节冷却介质的温度。高温塑料熔体在模具型腔内凝固并释放热量，模具内存在着一个合适的温度分布，使制品的质量达到最佳。模具温度调节对制品质量的影响主要表现在以下几个方面：1）变形，模具温度稳定、冷却速度均衡可以减小制品的变形；2)尺寸精度，利用模具温度调节系统保持模具温度的恒定，能减小制品成形收缩率的波动，提高制品尺寸精度的稳定性；3）力学性能，从减小制品应力开裂的角度出发，降低模温是有利的；4）表面质量，提高模具温度能够改善制品表面质量，过低的模温会使制品轮廓不清晰并产生明显的融接痕，导致制品表面粗糙度过大。冷却水回路布置的基本原则： a) 冷却水道应尽量多，b) 截面尺寸应尽量大； c) 冷却水道离模具型腔表面的距离应适当； d) 适当布置水道的出入口； e) 冷却水道应畅通无阻； f) 冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位； 由以上原则我们可以确定冷却水道的布置情况，以及冷却水道的截面积浇注系统中的分流道布置如图所示，采用非平衡式布置，从主流道末端到每个浇口的距离不相等，但是分流道的截面形状和尺寸大小完全相同，这样的设计可以使进人每型腔的流程最短，减少了热量散失，缩小了模具的体积，对于该小型什的注射成型来说，并不影响制品的使用性能。分流道的横截面形状为梯形，浇口的类型采用侧浇口。冷却系统的设计对于成型小型件的1模多腔模具来说是十分重要的。如果冷却不好或冷却不均匀，必然导致收缩不均匀，特别是非平衡式分流道的结构。放为了使冷却效果好，在模具的定模型腔板和动模利腔板内开没了如图所示的水道，横向穿过这两块模板，这样使塑件各处的冷却均匀，模具的模温均匀设定模具平均工作温度为，用常温的水作为模具冷却介质，其出口温度为。 9.1 确定冷却水道直径 查表3-26得ABS的单位流量为 依据塑件体积可知所需的冷却水管直径较小。 设计冷却水道直径为6mm符合要求。冷却水示意图：十、模具排气槽的设计 当塑料熔体充填型腔时，必须顺序地排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热而产生的气体。如果气体不能被顺利排出，塑料会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。特别是对大型塑件、容器类和精密塑