塑料模毕业论文.doc

宁波职业技术学院标题：毕业论文正文或毕业设计方案（作品）修改状态：01教育质量管理体系质量记录编号：nzqms-qr-2014-26生效日期：2007.9.1接头塑料注射模具设计摘 要模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。如模具的cad/cam技术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术。本设计介绍了塑料注射模具的设计与制造方法。该注射模采用了1模1腔的结构。关键词：塑料；注射模具；设计abstractthe die making technology rapidly expand, has become the modern technique of manufacture the important component. if molds cad/cam technology, molds laser fast formation technology, molds precise form technology, molds ultra precision sizing technology. this design introduced the plastic injects molds design and the manufacture method. this injection mold has used 1 mold 1 cavity structures.key word: plastic；injection mold；design目录摘 要1abstract1第一章 塑件的工艺分析31.1分析塑件使用材料的种类及工艺特征31.2分析塑件的结构工艺性41.3工艺性分析4第二章 初步确定型腔数目4 2.1初步确定型腔数目4第三章 注射机的选择 5 3.1塑件体积的计算 5 3.2计算塑件的质量5 3.3按注射机的最大注射量确定型腔数目6 3.4计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下6 3.5查表文献4、2得选用cj150nc型号注射机8第四章 浇注系统的设计84.1 主流道的设计94.2分流道的设计94.3分型面的选择设计原则104.4浇口的设计114.5冷料穴的设计12第五章 确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计125.1型腔、型芯工作尺寸计算125.2模架的选择14第六章 导向机构的设计146.1导柱的设计146.2导套的结构设计146.3推出机构的设计15第七章 冷却系统的设计177.1 确定冷却水道直径17第八章 模具排气槽的设计18第九章 校核189.1注射机有关工艺参数的校核189.2模具厚度h与注射机闭和高度19结束语19参考文献19一、塑件的工艺分析1.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征该塑件材料选用pp。pp 聚丙烯典型应用范围: 汽车工业（主要使用含金属添加剂的pp：挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如 剪草机和喷水器等）。 化学和物理特性: pp是一种半结晶性材料。它比pe要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的pp温度高于0以上时非常脆，因此许多商业的pp材料是加入14%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的pp材料有较低的热扭曲温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。pp的强度随着乙烯含量的增加而增大。pp的维卡软化温度为150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。pp不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对pp进行改性。pp的流动率mfr范围在140。低mfr的pp材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同mfr的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。由于结晶，pp的收缩率相当高，一般为1.82.5%。并且收缩率的方向均匀性比pe-hd等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的pp材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。pp也不象pe那样在高温下仍具有抗氧化性。 聚丙烯（pp）是常见塑料中较轻的一种，其电性能优异，可作为耐湿热高频绝缘材料应用。pp属结晶性聚合物，熔体冷凝时因比容积变化大、分子取向程度高而呈现较大收缩率(1.0-1.5)。pp在熔融状态下，用升温来降低其粘度的作用不大。因此在成型加工过程中，应以提高注塑压力和剪切速率为主，以提高制品的成型质量。（1） pp成型各阶段所需压力及熔体流动过程pp成型主要包括充模阶段、增密阶段、保压阶段和冷却阶段，每个阶段所需压力各有不同，熔体流动情况也有所不同。a、充模阶段pp在注塑机机筒内经预塑受热熔融。注塑开始，螺杆头部产生注塑压力到熔体充满模腔这一阶段是在动压作用下的高压高速充模过程。此时高温熔体在模腔内的流动情况很大程度上决定着制品表面质量和物理性能，而熔体流动情况是受注塑压力和熔体自身影响的。当注塑压力过低时，熔体进入模腔缓慢，紧贴在模腔内壁表面的那一层熔体会因温度急速下降而使粘度增高凝固，并很快向中心波及，使熔体的流动通道在很短时间内变得十分狭窄，大大削弱了进入模腔的熔体流量，结果使制品表面出现波纹、缺料、气泡。当注塑压力过高时，熔体充模过快，在浇口附近以湍流形式进入模腔，且发生自由喷射，模腔内气体来不及排出，于是制品表面呈现云雾斑等缺陷，制品脱模残余应力大，易产生飞边使脱模困难。虽然高的注塑压力在注塑过程中能提高注射速率而获得大的剪切作用。从而降低熔体粘度，但从物理意义上说，过高的压力会使熔体粘度增大，这是因为随着压力的增大，分子链之间的距离被压缩，分子链间的错动更加困难，熔体流动困难，粘度也就增大了。因此，在充模阶段应注意把握高速注塑，即高剪切速率的作用，而不应一味地提高注塑压力。对一些高档的壁厚变化大、有较厚突缘和筋的制品，应采用多级注塑来控制剪切速率。在实际生产中，一般先调成低速低压，使熔体平稳进入模具；再用两级不同的高速高压使熔体接近充满模腔，并防止发生涡流；最后用一级低速中压，避免溢边产生，以便顺利完成充模过程。b、增密阶段充模结束后，pp熔体的快速流动停止，模腔压力开始增加，与此同时注塑压力也迅速增加。当注塑压力达到最大值时，模腔压力并没有达到最大值，模腔压力的极值要滞后于最大注塑压力一段时间，此间熔体的流动过程为增密过程。在这段很短的时间内，熔体要充满模腔的各部分缝隙，本身要受到压缩，熔体流速很小，温度变化也不明显，这时注塑压力也被熔体传递到模腔表面，产生模腔压力(传递的难易程度取决于熔体的流动性)。可以说注塑压力的最大值在注塑增密过程中决定了模腔压力所能达到的最大值。随着注塑压力迅速提高，模腔压力也达到最大值，模腔内产生很大的动能冲击，使注塑机合模机构及模具系统发生变形，并微胀开模具。在正常变形条件下，模具微动胀开有放气作用，因此要以偏高的压力注塑，这样既能压紧熔体，又能使从不同方向先后充满模腔的粘流态熔体熔成一个整体。但注塑压力也不能过大，否则会造成制品粘模，出模后制品有溢边、尺寸胀大，影响成型质量。c、 保压阶段保压阶段pp熔体在模腔内的压力和比容积不断变化(pp的比容积变化为16)，并一直维持到浇口封闭为止。影响保压过程的主要因素是压力。保压压力能使模腔内熔体在完全凝固前始终获得充分的压力和补料，从而出现熔体的流动，特点是流速慢，原因是熔体因降温而收缩。因为pp熔体从注塑温度降低到模具温度时，熔体中大分子会松弛、结晶，体积收缩较大，所以必须以足够大的保压压力来克服浇口阻力以进行补料。保压压力的增大还会令制品的密度增加，出模后的制品表面自由变化程度减小，获得接近模面的表面租糙度，减少成型收缩，增进熔体各部分之间的熔合，提高制品的力学性能。一般保压压力可取最高注塑压力值的60-70，为改善制品成型质量，也可采用分段保压进行压力控制。保压时间是保压过程中的另一重要工艺参数。在保压初期，制品件重随保压时间而增加，达到一定时间不再增加。延长保压时间有助于减少制品的收缩率，但过长的保压时间会使制品的径向收缩率与轴向收缩率程度不同，令制品各个方向上的内应力差异增大，造成制品翘曲、粘模。在保压压力及熔体温度一定时，保压时间的选择应取决于浇口凝固时间。d、冷却阶段保压结束后，保压压力解除，流道内的压力随之急剧下降，大大低于模腔内的压力。这时浇口虽然封闭，但尚未完全凝固，在模腔压力的反作用下，模腔内熔体将向浇注系统回流，模腔内压力迅速下降，直至模腔与流道之间的通道被逐渐凝固的熔体阻断(阻断时模腔内的压力和温度称为封口压力和封口温度)，回流方停止。这时，模腔中熔体的物料量虽不再发生变化，但却产生了两个相反效应，一个是熔体的冷却收缩，一个是释压膨胀，两个效应是相互矛盾的。如果收缩占优势，制品很快与模腔表面脱离，在残余热量作用下，制品表面出现雾霾、麻点、无光泽等缺陷；如果膨胀占优势，会造成制品粘模、开模拉伤等缺陷。生产实践证明，当封口温度一定时，封口压力越高，制品密度越大，释压膨胀越明显；当封口压力一定时，封口温度越高，制品密度越小，冷却收缩效应越明显。为了避免这两种效应的产生，应延长保压时间，目的在于控制封口压力，降低封口温度，以获得高质量的制品。随着冷却时间的延长，制品凝固层加厚，模腔内熔体在没有外界压力作用下不再流动，只进行热传导，直到制品有足够的刚度从模具中脱出。2 结语(1)充模阶段应注意调整注塑压力和注射速率，使其配合得当，以控制剪切速率，使熔体在模腔推进过程中每点线速度接近一致。(2)增密阶段是注塑压力向模腔内传递并产生模腔压力的阶段，注塑压力决定模腔压力的大小，用相对偏高的压力注塑，熔体才能被压紧成一整体。(3)保压阶段要以控制保压压力来达到向模腔补料的目的。保压压力一般可取最高注塑压力值的60-70。(4)冷却阶段模腔内熔体会发生倒流，模腔压力下降，控制封口压力，降低封口温度，有利于提高制品成型质量1.2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： 5级。1.3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侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，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。注塑模工艺条件: 干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。 熔化温度：220275，注意不要超过275。 模具温度：4080，建议使用50。结晶程度主要由模具温度决定。 注射压力：可大到1800bar。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。 流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是47mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是11.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。pp材料完全可以使用热流道系统。二、初步确定型腔数目2.1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。三、注射机的选择3.1 塑件体积的计算塑件：图31零件塑件的体积 v=58.7cm 浇注系统的体积：v2=3.5cm塑件与浇注系统的总体积为v=58.7+3.5=62.2cm3.2计算塑件的质量：查手册取密度=0.904g/cm塑件体积：v=58.7cm塑件质量：根据有关手册查得：=10.904g/cm所以，塑件的重量为：m=v=58.7cm0.904=53.06g3、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 图323.4计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下 图33 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=3.5cm3.5 查表文献4、2得选用cj150nc型号注射机，其参数如下：四、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。 4.1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cj150nc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3，经换算得主流道大端直径为6.39mm。 图41 主流道示意图4.2 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。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。 分流道选用圆形截面：直径d=6mm流道表面粗糙度 图42 分流道示意图4.3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。1、 分型面的形式该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。2、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：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处（2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模（3）保证塑件的精度（4）满足塑件的外观质量要求（5）便于模具制造加工（6）注意对在型面积的影响（7）对排气效果（8）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43 图43 分型面示意图4、 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。本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口） 该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。该模具采用侧浇口，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54图44 浇口示意图4.5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。其设计如下图图45 冷料穴示意图五、确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计5.1型腔、型芯工作尺寸计算pp塑料的收缩率是1%-2.5%平均收缩率: =（1%-2.5%）/2=1.75% 型腔内径： =96.66mm型腔深度： =32.56mm型芯外径： =73.26mm型芯深度： =27.98mm 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5.2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：ci3030a60b80。 图51 模架模型图六、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 6.1导柱的设计 6.1.1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。 6.1.2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。 6.1.3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。 6.2导套的结构设计6.2.1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。6.2.2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。6.3推出机构的设计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杆推出机构、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，我们采用推杆推出机构，推杆推出机构结构简单，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，设立五个推杆平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。注：推杆推出塑件，推杆的前端应比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm 采用推杆推出，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。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杆，如图中，这种结构主要是防止推杆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。这里采用设计推杆，全部固定在顶杆固定板。 推杆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。根据推杆本身的刚度和强度要求，推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.050.1cm.6.3.1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= 230.04mmh=27.98mm q=230.04mm*27.98mm*10mpa(0.1*cos0.5-sin0.5)= 643.65(n)6.3.2 推杆的设计 推杆的强度计算 查塑料模设计手册之二由式5-97得d=（） (8-2) d圆形推杆直径cm推杆长度系数0.7l推杆长度cmn推杆数量e推杆材料的弹性模量n/(钢的弹性模量e=2.1107n/)q总脱模力取 d=8mm。本设计采用斜顶杆结构，依据塑料件脱模部位尺寸设计斜顶杆截面尺寸16mm*28mm推杆压力校核 查塑料模设计手册式5-98= (8-3) 取320n/mm 推杆应力合格，硬度hrc5065七、冷却系统的设计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，模具的模温均匀本塑件在注射成型机时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下设计算计。 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。7.1 确定冷却水道直径查表3-26得pp的单位流量依据塑件体积设计冷却水道直径为8mm。冷却水示意图：八、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