纱窗滑轮塑料模具设计要点

1 塑件分析1.1 塑件工艺性分析在进行模具设计之前，首先对制品图及形状结构分析，其内容主要包括以下几个方面：1.纱窗轮滑轮（见图1-1），材料为聚丙烯（PP），要求形状规则，滑轮槽面光滑，表面无毛刺，无凹陷，大批量生产，采用注塑成型。 图1-1纱窗轮滑轮 2.制品的尺寸精度和表面粗糙度：塑料的尺寸精度主要决定于塑料收缩率的波动和模具制造误差。本塑料制品的尺寸按MT5级精度取值。塑件的表面粗糙度主要取决于模具成型部分粗糙度，一般情况下，塑件的表面粗糙度比模具成型部分的粗糙度高12级。3.制品的脱模斜度：脱模斜度的取向根据塑件的内外形尺寸而定，以塑件内孔型芯小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由扩大方向取得；塑件外形，以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由缩小方向取得。一般情况，脱模斜度不包括塑件的公差范围内。由于本塑件导滑槽具有斜度，滑轮的轴肩厚度尺寸又较小，所以本设计不设置脱模斜度。1.2 塑件材料及性能1.2.1 聚丙烯（PP）聚丙烯（PP）作为热塑塑料聚合物于1957年开始商品化生产，其历史意义更体现在，它一直是增长最快的主要热塑性塑料，1991年它的世界总产量达到240亿磅。它在热塑性塑料领域内有十分广泛的应用，特别是在纤维和长丝、薄膜挤压、注塑加工等方面。 基本特性 聚丙烯无色、无味、无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻。密度仅为0.900.91g/cm。它不吸水，光泽好，易着色。屈服强度、抗拉、抗压强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后聚丙烯可制作铰链，有特别高的抗弯曲疲劳强度。如用聚丙烯注射成型一体铰链（盖和本体合一的各种容器），经过7107次开闭弯折未产生损坏和断裂现象。聚丙烯熔点为1641700C，耐热型好，能在1000C以上的温度下进行消毒灭菌。其低温使用温度达-150C，低于-350C时会断裂。聚丙烯的高频绝缘性能好。因不吸水，绝缘性能不受湿度的影响。但在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。（2）主要用途 聚丙烯可用作各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件。作水、蒸气、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层。制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。成型特点 1) 结晶性好料,吸湿性小,可能发生熔融破裂,长期与热金属接触易发生分解。2) 流动性极好，溢边值0.03mm左右。3) 聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路。4) 成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强。5） 注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，聚丙烯成型的适宜模温为80左右，模具温度低于50以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90以上易发生翘曲、变形。6) 塑件应壁厚均匀，避免缺口，尖角，以避免应力集中。1.2.2 聚炳烯塑料的主要技术指标:( 查塑料模具设计指导第2版表9-6)密度(Kg.dm-3)比体积dm3.kg-11.101.11吸水率（24h）0.010.83收缩率%1.03.0熔点170176热变形温度0.46MPa1021150.185MPa5667抗拉屈服强度MPa37抗弯强度MPa67.5冲击韧度无缺口78缺口3.54.8硬度HB8.65R95105体积电阻系数击穿强度301.2.3 聚丙烯（PP）的注射成型工艺参数注射机类型螺杆式料筒温度前段150170中段180190后段190205加热和干燥温度170190时间h3 5喷嘴温度170190模具温度4060注射压力MPa60100成型时间S注射时间15高压时间5 10冷却时间1020总周期1535螺杆转速r/min30802注塑设备选择2.1拟订模具结构形式和初选注射机2.1.1分型面位置的确定模具上用来取出塑件和（或）浇注系统凝料可分离的接触表面称为分型面。在模具设计的初始阶段，首先应确定分型面的位置，然后才能确定模具的结构形式。分型面设计的是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具复杂程度具有很大影响。本设计浇注系统凝料分型面为定模板与中间板之间的配合面。塑件分型面选择如图2-1示。图2-1 塑件分型面2.1.2 型腔数量和排位方式的确定由于本塑件要求大批量生产，故应采用一模多腔的结构，考虑到模具大小，初步确定为一模四腔，浇口形式采用点浇口，如图2-2示。图2-2 模具型腔布局2.2 注射机选择2.2.1 注射量计算该塑件材料为聚丙烯（PP），其密度为0.90.91g/cm, 收缩率为1%2.5%，本塑件取其密度为=0.9 g/cm,平均收缩率为 1.75%。通过Pro/E造型，对塑件进行分析，如图2-3示，得知塑件体积V1=1.17 cm3，塑件质量m1=1.05g浇注系统凝料的质量m2还是个未知数，由于该塑件属于小型制件，可按塑件质量的4倍来估算, 图2-3 塑件质量属性即m2=4m1从上述分析中确定为一模 四腔，所以注射量为： m=8m1=81.05=8.4gV=m/=8.4/0.9=9.32.1.2 选择注射机根据塑料制品的体积或质量，查模具设计与制造实训书附录5的附表5-2或查有关手册选定注塑机型号为SZ-60/40。注塑机的参数如下：螺杆直径/mm30理论注塑容量/60注塑压力/MPa180注塑速率（g/s）70塑化能力(kg/h)35锁模力/kN400拉杆间距模板行程/mm250模具最小厚度/mm150模具最大厚度/mm250定位孔直径/mm80定位孔深度/mm10喷嘴伸出量/mm20顶出行程/mm70喷嘴球面半径/mm10喷嘴孔直径/mm3.5顶出力/kN123 浇注系统的设计普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。在设计浇注系统前首先必须确定塑件的成型位置，该纱窗轮滑轮模具采用一模四腔三板式结构，点浇口，顶出装置采用推杆式结构。3.1 主流道设计3.1.1 主流道的作用主流道（也叫进料口），它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁，也是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系。若主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收冷料多，冷却时间增长，使包藏的空气增多，如果排气不良，易在塑料制品内造成气泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也易造成进料时形成旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成形困难。主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢T8A、T10A等，热处理要求淬火5357HRC。在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。小型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开设在定模板上。浇口套是注射机喷嘴在注射模具上的座垫，在注射时它承受很大的注射机喷嘴端部的压力同时由于浇口套末端通过流道浇口与型腔相连接，所以也承受模具型腔压力的反作用力。为了防止浇口套因喷嘴端部压力而被压入模具内，浇口套的结构上要增加台肩，并用螺钉紧固在模板上，这样亦可防止模腔压力的反作用力而把浇口套顶出。3.1.2 主流道设计要点(1) 浇口套的内孔（主流道）呈圆锥形，锥度2 6。若锥度过大会造成压力减弱，流速减慢，塑料形成涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使阻力增大，热量损耗大，表面黏度上升，造成注射困难。(2) 浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径d1大0.5mm。若等于或小于注射机喷嘴直径，在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后，脱模困难。(3) 浇口套内孔出料口处（大端）应设计成圆角r，一般为0.53mm。(4) 浇口套与注射机喷在接触处球面的圆弧度必须吻合。设球面浇口套球面半径为SR，注射机球面半径为r，其关系式为：SR喷嘴球面半径0.51mm。浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大，接触时圆弧度吻合的好。(5) 浇口套长度（主流道长度）应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。(6) 浇口套锥度内壁表面粗糙度0.72，满足要求。5 脱模推出机构的设计在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构（或称推出、顶出机构）。推出是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出机构是不可忽视的。在设计脱模推出机构时应遵循下列原则。(1)推出机构应尽量设在动模一侧。由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因为如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。(2)保证塑件不因推出而变形损坏。为了保证塑件在推出过程最后不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具包紧力和黏附力的大小，合理的选择推出方式和推出位置。推力点应作用在塑件刚性好的部位，如肋部、凸缘、壳体形塑件的壁缘处，尽量避免推力点作用在塑件的薄平面上，防止塑件破裂、穿孔。从而时塑件受力均匀、不变形、不损坏。用推杆推出时，推杆作用在塑件表面的面积要进行计算，以防推出力过大而使塑件发白或变形报废。(3)机构简单、动作可靠。推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。(4)良好的塑件外观。推出塑件的位置应尽量设置在塑件内部或隐蔽面好非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。(5)合模时的正确复位。设计推出机构时，还必须考虑合模时推出机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。推出机构的种类按动力来源可分为手动推出、机动推出、液压或气动推出机构。由于设置推杆位置的自由度较大因而推杆推出机构是最常用的推出机构，常被用来推出各种塑件。推杆推出机构的特点：推杆加工简单，更换方便，脱模效果好。推杆设计的注意事项：（1）推杆的推出位置应设在脱模阻力大的地方，推杆不宜设在塑作最薄的处，以免塑件变形或损坏，当结构需要顶在薄壁处时，可增加推出面积来改善塑件受力状况。推出面积较少时，一般采用推出盘推出，此设计的推杆放置在产品的中央。（2）推杆直径不宜过细，应有足够的刚度和强度，能承受一定的推力，一般推杆的直径为2.515mm。为了避免细长杆变形，对于直径为2.5mm以下的推杆最好设计成阶梯形。（3） 装配位置 推杆端面应和型腔在同一平面或比型腔的平面高出0.051mm，否则，会影响塑件使用。（4）推杆的材料多用钢45、T8、T10, 推杆头部要淬火处理HRC50以上，工作端面的粗糙度低于Ra0.8。 常用的推杆形式有、矩形、D形。圆形结构简单，应用最广。推杆直经d与形腔部分推杆孔采用H7/e7H8/f8的间隙配合。本设计塑件结构比较简单，采用推杆推出塑件，同时在本设计中，推杆还起成型塑件轴肩端面的作用。见图4-1。由于滑轮轴肩高度很小，且塑件冷却后会收缩，因此脱模力极小，推杆足够推出塑件。由于成型要求，只能选择直径为5mm的圆形推杆。本设计推杆才用T8钢，热处理5055HRC。参照GB/T 4169.1-1984设计其结构主要尺寸如图5-1：图5-1 推杆其中D=5mm，d=10mm，s=3mm，L=93.7mm，数目： 4根。6 侧向分型与抽芯机构的设计6.1侧向分型与抽芯机构当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等塑料制件时模具上成型该处的零件就必须制成侧向移动的零件，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件，否则就无法脱模。带动侧向成型零件作侧向移动（抽拔与复位的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。对于成型侧向凸台的情况（包括垂直分型的瓣合模），常称为侧向分型，对于成型侧孔或侧凹的情况，往往称为侧向抽芯。但是，在一般的设计中，侧向分型与侧向抽芯常常混为一谈，不加分辨，统称为侧向分型抽芯，甚至只称侧向抽芯。根据动力来源的不同，侧向分型与抽芯机构一般可分为机动、液压（液动）或气动以及手动等三大类。1.机动侧向分型与抽芯机构2.液压或气动侧向分型与抽芯机构3.手动侧向分型与抽芯机构6.2 侧向分型机构的设计该塑件为纱窗轮滑轮，外侧为深度较浅的导滑槽，滑块设计成对开式（瓣合式）镶块，即型腔由两个斜滑块组成。由于侧向成型零件所需的分型力和分型距都不大，本设计采用弹性元件侧向分型机构。弹性元件为强力弹簧。6.2.1 滑块的设计滑块是侧向型芯（小型芯）的安装和固定的基本或者是部分侧向型腔，在模板和和压块构成的导滑槽中滑动，要求滑动灵活，感觉无明显间隙而又不会有卡滞现象。如图6-1滑块受力分析图，滑块楔角不宜过大或过小, 增大，F1增大，F2减小；减小，F1减小，F2增大。图6-1 滑块受力分析图由于滑块F2方向上还受到模板之间的压力，所以F2值可稍微取小些，的取值应在2030 左右。在本设计中取=30。滑块的结构如图6-1所示。图6-2 滑块部分尺寸如图6-3所示。图6-3滑块6.2.2 滑块导滑形式的确定考虑到综合机械加工因素，本设计采用“T”形导滑块进行导滑，其结构如图6-4所示。图6-4 “T”形导滑块与滑块关系“T”形导滑块部分尺寸如图6-5所示。图6-5 “T”形导滑块6.3抽芯距的确定侧向型芯或侧向成型模腔从成型位置到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离称为抽芯距，用S表示。为了安全起见，侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度大23mm，但在某些特殊情况下，当侧型芯或侧型腔从塑件中虽已脱出，但仍阻碍塑件脱模时，就不能简单地使用这种方法确定抽芯距离。本设计的抽芯距如图6-6所示。图6-6 抽芯距抽芯距计算公式为S=S1+23mm （式6-1）式中S1=所以抽芯距S=6.93+23mm，在此设计中取S=10mm。由限位螺钉对滑块限位。塑件的开模行程H1=塑件厚度+（510）mm=7+（510）mm=（1217）mm，本设计取H1=15mm。浇口凝料开模行程H2,考虑到模具结构及加工，而且塑件加工批量不是很大，本设计浇口凝料采用手工取出。所以H2取40mm。6.4 楔紧块的设计（1）滑块的锁紧形式：为了防止滑块在成型过程中受力而移动，滑块应采用楔紧块锁紧。该模具采用组合式楔紧块（制造精度比较高）。（2）楔紧块的楔角：模具在合模时，为了使滑块能够复位，锁紧，其楔角应等于滑块楔角，为30。（3）楔紧块的固定方式：楔紧块用螺钉固定在中间板上。如图6-7所示。图6-7 楔紧块的固定7 模架的确定根据滑块的大小及滑块滑动行程为114mm122mm，同时考虑到导柱、复位杆的安装以及模板之间的连结，初步将模架定位180mm180mm。根据塑料模具设计指导（第2版）表7-3简化点浇口模架组合形式（摘自GB/T12555-2006）可确定选用简化点浇口JA型，由于模具形式为瓣合形式，所以模架中的导柱采用反装形式，复位杆位置也有所改变。7.1各模板尺寸的确定（1）A板尺寸 A板为中间板，考虑到二级分流道高度尺寸为28.7mm，所以A板尺寸定为30mm。（2）B板尺寸 B板为动模板，考虑到滑块的安装，按标准取25mm。（3）C板尺寸 C板为垫块，垫块尺寸取60mm。经上述尺寸确定，模架尺寸已改装后的模架形式如图7-1所示。图7-1 JA型标准模架7.2模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具的尺寸。（1）模具平面尺寸180mm180mm220mm300mm（拉杆间距），校核合格。（2）模具高度尺寸195mm，150mm195mm250mm(模具最小厚度和最大厚度), 校核合格。（3）模具的开模行程S=H1+H2 =15+40 =55mm250mm，校核合格。8 排气系统的设计该塑件由推杆端面成型，其配合间隙可作为气体排出方式，不会在顶部产生憋气现象。同时型腔是由两个滑块组成，其配合间隙也可排出气体，沿着分型面之间的间隙向外排出。9 温度调节系统的设计注射模具的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率、塑件的形状和尺寸精度都有重要影响。注射模具中设置温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产效率。冷却系统的设计原则（1）冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大 为了使型腔表面温度分布趋于均匀防止塑件不均匀收缩和产生残余应力，在模具结构允许的情况下，应尽量多设冷却水道，并使用较大的截面尺寸。（2）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等 当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小些。一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm，常用1215mm。 （3）浇口处加强冷却 塑料熔体充型时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后温水作用下冷却。（4）冷却水道出、入口温差应尽量 如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。（5）冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置 对收缩率较大的塑料，例如聚乙烯，冷却水道应尽沿着塑料收缩的方向设置。此外，冷却水道的设计还必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度