窥视镜注塑模具设计.doc

摘 要：根据设计任务书的要求,本设计说明书针对取样管注射模设计进行说明。 主要内容包括模具结构形式的制定、浇注系统的设计、成型零件的设计、推出机构的设计、模架的选用。根据生产批量和产品结构的要求，拟定了方案，经过各种方案的比较，最后确定最优方案。此外，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量。关键词：取样管、注射模、模具结构、推出机构、浇注系统、成型零件、加工工艺 目 录第一章 绪论11.1 课题的来源、目的、意义11.2课题主要内容和工作方法41.3 解决的重点问题与创新5第二章 产品的设计与制作 62.1拟定模具结构形式 62.2浇注系统的设计122.3成型零件的设计182.4模架的选用 212.5排气槽的设计 222.6推出机构的确定22 2.7温度调节系统的设计 23 第三章 模具零件制造与装配 3.1型腔制造工艺方案 253.2型芯制造工艺方案 26 3.3模具装配 27第四章小结29第五章 结果与建议30参考文献 30致谢 32第一章 绪 论1.1 课题的来源、目的、意义 随着塑料制品在日常生活中的大规模应用，适用于大批量生产形式的注塑模在塑料制品的生产中得到了广泛的应用。国内当今注塑迅速发展，但是与国际水平却相差很远，主要缺陷明显的表现在精度不高，技术含量低，复杂程度低等缺点。严重的阻碍着国内模具业的发展。设计出好的产品却无法做出是我模具业的最大不足。因此，注重科技含量，借助了国外的先进理论技术则尤为重要。 本课题多用于减速器的窥视窗来检验齿轮的啮合情况和润滑油的油面高低情况，基于这一特点，采用注塑模具，既能满足以上所需的要求也能进行大批量生产，这样生产成本大大降低。 本产品原料为pc(聚碳酸酯)，产品为透明的，这样就能达到预期目的，设计本产品模具的意义在于，用塑料制件代替玻璃产品安全系数大大增加，也大大降低了生产成本，另外，玻璃产品易碎，更换次数较大，这样就增加了非工作时间，影响工作效率。 从以上几方面考虑采用注塑模具生产窥视镜要经济合理，安全系数也大大增加。 1.2课题主要内容和工作方法本课题的主要内容是设计出制造窥视镜的模具，这样就要设计出模具型腔，型芯，推出机构，分型面的确定，型腔数量的确定，注塑机的选取，浇口的设计，模架的选取等等。工作方法为先对零件进行工艺性分析，确定分型面，再确定型腔数量，计算得出模板的长宽，再根据长宽选取模架，然后根据注塑量，注射压力，锁模力等等，来选取注塑机，最后来设计成型零件，浇口形式，推出机构，导向机构。1.3 解决的重点问题与创新本课题设计模具的重点问题是浇口，流道的设计，推出机构的设计，因本制件为透明产品，故产品表面质量要求较高，而这几个位置的设计就跟表面质量有重要关系，另外，模具材料的选取也是本课题的重点问题，零件要求透明性较高，所以模具材料的选取很重要，好的模具材料可以制造出好的零件，模具材料的好坏直接影响产品的质量。以上便是本课题要解决的重点问题。在设计上，模具的流道采用半圆形，这样可以降低加工难度，以往的模具流道多采用圆形，梯形等形状，这样加工难度大，而装配难度也会大大增加，在满足要求的情况下采用半圆形流道可以降低加工难度，也可降低装配难度，这样就大大降低了生产成本。本副模具的另一创新之处在于推出机构的设计，以往的模具设计多采用推杆，推板推出，而本零件要求表面质量高，通过分析零件的工艺性得出，用推管推出是最合理的方法，故采用长型芯，推管推出。以上便是本副模具的创新之处。第二章 产品的设计与制作 2.1.拟定模具结构形式2.1.1塑件成型工艺性分析 该塑件为一塑料窥视镜，如图2-1所示，塑件壁厚属于中等壁厚塑件，壁厚均匀，生产批量较大，脱模斜度合理，材料为pc（聚碳酸酯），塑件为透明状，要求表面质量较高，在零件表面没有任何表面修饰，表面粗糙度，尺寸精度注塑都能达到其要求。 根据以上分析该塑件成型工艺性很好，可以注射成型。 图 2-12.1.2分型面位置的确定 根据塑件结构形式，本副模具为单分型面，分型面选在窥视镜的顶部平面，如图2-2所示。 图 2-22.1.3确定型腔数量和排列方式 1）型腔数量的确定 该塑件精度要求较高，又是大批量大量生产，初步考虑采用一模多腔的形式。考虑到模具制造费用，设备运转费用低一些，模具制造精度高，制造难度大，模具材料的质量高，初步定为一模四腔的模具形式。 2）型腔排列形式的确定 该塑件为回转体，直径较大，采用一模四腔，若成环形排列，这样模具结构尺寸就比较大，制造费用也比较高。所以，本副模具采用方形型腔排列，这样模具结构尺寸要小得多。 因为所用材料为pc（聚碳酸酯），根据零件的本身特点，本设计采用推管推出，型腔的排列方式采用方形排列，如图2-3所示。 图 2-32.1.4模具结构形式的确定 从上面分析中可知，本模具拟采用一模四腔，方形排列，推管推出，流道采用平衡式，浇口采用侧浇口，定模不需要设置分型面，动模部分需要一块型芯固定板和支撑板，因此基本上可确定模具结构形式为a型带推管的单分型面注射模。2.1.5注射机型号的选定 1）注射量的计算 通过计算或pro/e建模分析，塑件质量m1为13.8g，塑件体积v1=m1/p=13.8/1.19=11.6cm3,流道凝料的质量m2还是未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算。从上述分析中确定为一模四腔，所以注射量为m=1.6nm1=1.6413.8=88.32g。 2）塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积a2，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，a2是每个塑件在分型面上的投影面积a1的0.2-0.5倍，因此可用0.35na1来进行估算，所以 a=na1+a2=na1+0.35na1=1.35na1=14259.996mm2式中 a1=3.14dd/4=2640.74mm2。 fm=ap型=14259.99635=499.10kn式中型腔压力p型取35mpa（因是中等壁厚塑件，浇口是侧浇口，压力损失大，取值应大一些）。 3）选择注射机 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用sz-100/630。注射机主要技术参数理论注射容量/cm3 105 锁模力/kn 630螺杆直径/mm 35 拉杆内间距/mm 370320注射压力/mpa 164.5 移模行程/mm 270注射速率/（g/s） 80 最大模厚/mm 300塑化能力/（g/s） 11.8 最小模厚/mm 150螺杆转速/（r/min） 14-200 定位孔直径/mm 125喷嘴球半径/mm 15 喷嘴孔直径/mm 4锁模方式 双曲肘 4）注射机有关参数的校核 （1）由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n。 n1=(kmt/3600-m2)/m1=(0.811.8360060/3600-0.6413.8)/13.8=38.6 而n取4远远小于38.6，所以型腔数校核合格。 式中k-注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； m-注射机的额定塑化量（11.8g/s） t-成型周期，取60s （2）注射压力的校核。 pe1=kpo=1.3120=156mpa 而pe=164.5mpa，注射压力校核合格。 式中k-取1.3 po-取120mpa（属中等壁厚）。 （3）锁模力校核 f=kap型=1.2499=598.8kn 而f=630kn，锁模力校核合格，其它安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可以进行。2.2浇注系统的设计2.2.1主流道的设计 1）主流道尺寸 根据所选注射机，则主流道小端尺寸为 d=注射机喷嘴尺寸+（0.5-1）=4+1=5mm 主流道球面半径为 sr=喷嘴球面半径+（1-2）=15+2=17mm 2）主流道衬套形式 本设计虽然是中小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈设计成分体式，衬套如图2-4，材料采用t10a钢，热处理，淬火后表面硬度为53hrc57hrc。 图 24 3）主流道凝料体积 q主=3.14h/12（dd+dd+dd）=1003.14/12（10.910.9+10.95+55）=5.189cm3 4）主流道剪切速率校核 由经验公式 r=3.3qv/3.14rnrnrn=3.356.2205/3.140.39850.39850.3985=933.7/s 得出r远远小于5000/s 式中rn为主流道平均半径 rn=（5+10.94）/4=0.3985mm qv=q主+q分+q塑件=5.189+4.6315+11.64=56.2205cm3主流道剪切速率偏小主要是注射量小、喷嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。2.2.2 分流道的设计 1）分流道布置形式 分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快的经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，如图25所示。 图 25 分流道布置2）分流道长度第一级分流道 l1=108mm第二级分流道 l2=30mm3）分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积（1）形状及截面尺寸。因pc（聚碳酸酯）流动性较差，其分流道截面直径可达到10mm以上，为了便于机械加工及凝料脱模，采用半圆形分流道，并设计在动模一侧，截面直径尺寸为10mm。其截面形状及尺寸如图26所示。 图26 分流道截面形状理论上第二级分流道要比第一级分流道小10%，但为了刀具的统一和加工的方便，第二级分流道的截面直径尺寸为10mm。 （2）凝料体积。 分流道长度 l=l1+l2=108+88=196mm 分流道截面积 a=3.1425/2=39.25mm2 凝料体积 q分=39.25196=7693mm3=7.693cm34）分流道剪切速率校核 采用经验公式 r=3.3q/3.14rnrnrn=3.346.4/3.140.3970.3970.397=779/s 在5005000之间，剪切速率校核合格。 式中q=v/t=411.6/1=46.4cm2 rn=2aa/3.14c=239.2539.25/3.145=0.397cm式中t注射时间，取1sa-半圆面积c-半圆周长 5）分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度ra并不要求很低，特别是这种流动性不好的塑料其表面粗糙度要求较高，一般取0.8um1.6um即可，在此应取0.8um。2.2.3 浇口的设计根据外部特征，外观表面质量要求比较高，应看不到明显的浇口痕迹，另外，本产品要求透明性较高，所以在其表面和内部工作表面的质量很高，而且分流道在动模上，浇口位置选在动模上，采用侧浇口。1）侧浇口的尺寸确定由经验公式得： h=nt=30.7=2.1mm b=na/30=2.12mm 式中 a=8265.36mm2 n塑料材料系数，取0.7 t=3 2）浇口剪切速率校核 由侧浇口的经验公式得 r=6q/whh=61900/s 在10000/s和100000/s之间，所以剪切速率校核合格。2.2.4 冷料穴的设计1） 主流道冷料穴 主流道冷料穴采用z字形，并采用z字形头拉料杆，该拉料杆固定在推管固定板上，工作时靠z字形头部把主流道中的废料与冷料穴中的废料拉断，另外，z字形可依靠自身的重力使废料与拉料杆实现自动分离，不需要人工取出，可以节约工时。 2）分流道冷料穴 在分流道端部加长15mm（约1.5d）作为分流道冷料穴。2.3 成型零件的设计 模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。在本设计中成型零件就是成型窥视镜外表面的凹模，成型内表面的凸模。2.3.1 成型零件的结构设计 1）凹模（型腔） 零件是一个回转体，其顶部表面是一段圆弧，可用数控铣削的加工方法，又因为其材料价格较贵，所以采用镶嵌件，如图27所示。 图 27 型腔结构图 2）型芯型芯是一个带台阶的回转体，且是一个镶嵌件，其顶部是一个半球形，如图28所示。 图 28 型芯结构图2.3.2成型零件材料的选用 窥视镜是大批量生产，而且是透明塑料制件，其表面质量要求较高，所以所选用的材料要有良好的耐磨性和抗疲劳性，另其机械性能和镜面抛光性能要求也较高，根据这一特点选用pms钢。pms钢用于塑料镜片，透明塑料制品以及外观光洁、光亮、质量高的各种热塑性塑料壳体件成型模具。另外，该钢种具有良好的冷热加工性能和综合力学性能，热处理工艺简便，变形小，淬透性高，适宜进行表面强化处理，特别是对其进行渗氮后，制成的模具表面硬度，耐磨性，抗咬合性都会提高。2.3.3 成型零件的工作尺寸计算塑件公差尺寸按sj137278标准中的5级精度选取1）型腔径向尺寸 lu=(1+s)ls-x 式中s塑件的平均收缩率s=0.006 ls塑件的外形尺寸 x修正系数（取0.75） 塑件公差值（查塑件公差表） z制造公差（取/5）（lu1）=(1+s)ls1-0.75 =(1+0.006)42.63-0.750.40=42.58578 （lu2）=(1+s)ls2-0.75 =(1+0.006)58-0.750.46=58.003 (lu3) =(1+s)ls3-0.75 =(1+0.006)48-0.750.46=47.9882)型芯径向尺寸 (lu) =(1+s)ls+0.75 =(1+0.006)42+0.750.40=42.5523)型腔深度尺寸 （hu）=(1+s)h-x 式中h塑件高度最大尺寸 x修正系数（取0.65） 塑件公差值，查塑件公差表 hu1=(1+s)h1-0.651 =(1+0.006)2.23-0.650.16 =2.13938 hu2=(1+s)h2-0.652 =(1+0.006)11.5-0.650.22 = 11.426 hu3=(1+s)h3-0.653 =(1+0.006)8.5-0.650.20 =8.424)型芯高度尺寸hu=(1+s)h-x =(1+0.006)32-0.650.40 =31.932 式中h长型芯的高度尺寸 x修正系数 塑件公差值，查塑件公差表2.4 模架的确定 模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度和刚度的条件下，结构越紧凑越好。 为了节约模具钢材和便于热处理，根据产品的外形尺寸（平面投影面积与高度），以及产品本身结构，可以确定镶件的外形尺寸，确定镶件的尺寸后，就可大致确定模架的打大小了。 窥视镜的投影面积a=29294=10630.24mm2选择c型结构，可查得：a=50 d=28则模具宽度 b=(50+28)2+126=282 模具长度 l=(50+28)2+126=282选择标准模架： bl=315315标准模架组合bl=315315 导柱间距（bl）32；240260模板a尺寸25315315 模板b尺寸25315315垫块c 10056315 复位杆直径d间距（bl）20;140240螺钉数量规格；间距（bl） 8m16；259160其余模架尺寸如图29所示。 图29 模架示意图2.5 排气槽的设计（利用配合间隙）窥视镜成型型腔体积不大，约为11.6cm3，注射时间约为1s，采用的是侧浇口向型腔最大直径处注入塑料，塑料熔体会先充满型腔底部，然后再充满型腔顶部，所以应将排气槽开设在型腔顶部，这样才不会造成憋气的现象，这样气体会沿着顶部气孔排出。2.6 脱模推出机构的设计本设计中采用的是推杆推出机构，这样的推出机构自由度打大，而且界面形状变化多样，本设计采用的死圆形截面，制造修配方便，容易达到推杆与模板或型心上推杆孔德配合精度，推杆推出时运动阻力小，推杆动作灵活可靠，推杆损坏后也便灵活更换，因此在生产中广泛应用。根据以上分析，采用推杆推出是最可行的方法。推杆结构示意图如图210所示。 图 210 推杆结构示意图2.7 温度调节系统的设计2.7.1 冷却系统的设计产品在注射成型后，为了节约时间，提高工作效率，常常采用冷却的方法来对塑件进行降温，所以本副模具也开设了冷却系统冷却水道。在单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量，模具温度设为100。1）冷却水的体积流量 qv=wq1/pc1(q2-q3)=0.00185m3/min 式中 w单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（kg/min）按每分钟注射两次则为0.134kg/min q1单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 冷却水的密度（1000kg/m3） c1冷却水的比热容 q2冷却水出口温度（30） q3冷却水入口温度（25）2） 冷却水管道直径 为使冷却水处于湍急状态，查资料，取d=10mm3） 冷却水在管道内的流速 v=4qv/dd=0.40m/s2.7.2 模具加热系统的设计 塑件材料为pc（聚碳酸酯），这种材料流动性较差，所以在模具上要开设加热系统。 经分析，本套模具可采用电热棒加热装置对模具进行加热，这种加热装置既方便也可满足一般生产车间的技术要求，而且，这种加热装置可以达到环保要求，不会浪费。另外，该加热系统加工时方便，可以进行机械加工，根据以上分析，故采用电棒加热装置对本副模具进行加热。第三章 模具零件制造与装配3.1 型腔制造工艺方案3.1.1 型腔一的加工工艺方案型腔一是镶嵌件，为一个回转体，其顶部为一个半球形，如图31所示，而这正是型腔部分，所以型腔一的加工难点和重点就是该半球形的加工。 图 31 型腔一结构示意图加工工艺路线：下料-热处理-毛坯外形粗加工（数控车床粗车外圆）-外圆表面半精加工（数控车床半精加工）-顶部半球形粗加工（数控铣床）-顶部半球形半精加工（数控铣床）-热处理-外圆表面精加工（外圆磨床精加工外圆）-顶部半球形精加工（数控加工中心）-顶部半球形超精加工-抛光，镜面处理3.1.2 型腔二的加工工艺方案 型腔二是一镶嵌件，为一回转体，为一阶梯状的通孔如图32所示，而通孔就是零件成型的重要组成部分，所以孔的加工是该零件的重要加工部分，也决定着注射成型零件质量的好坏。 图 32 型腔二结构示意图 加工工艺路线：下料-热处理-毛坯外形粗加工（数控车床粗车外圆）-型孔粗加工（数控车床粗车型孔）-外圆柱表面半精加工（数控车床半精车外圆）-型孔半精加工（数控车床半精镗型孔）-热处理-外圆柱表面精加工（外圆磨床精磨）-型孔精加工（坐标磨床上精磨型孔）-型孔超精加工-抛光，镜面处理3.2 型芯制造工艺方案 型芯为一个镶嵌件，其外形为回转体，顶部是一个半球形，结构示意图如图33所示。塑件的工作表面就是这个半球形，所以顶部半球形的加工是最重要的，其技术要求和精度要求一定要严格保证。 图33 型芯结构示意图 加工工艺路线：下料-热处理-毛坯外形粗加工（数控车床粗车外圆柱表面）-外圆柱表面半精加工（数控车床半精车）-热处理-外圆柱表面精加工（外圆磨床精磨）-顶部半球形超精加工-抛光，镜面处理3.3 模具装配在装配时时有很多零件组合起来的，在组装前钳工必须对所有零件尺寸检查和测定零件与零件的配合。没有达到尺寸要求的药进行研配加工达到尺寸的要求的尺寸。研配是对分型面、镶件、测型芯、限位块、浇口部分、推板部分、制品壁厚成形部分等进行研配加工。在进行分型面研配时，由于分型面兼有排气的功能，因为为了排除空气，又不产生飞边，一般分型面的研配间隙应在0.02以下。各部分的研配不是绝对的，大部分是以配合为目的的加工，但对于成形部位的镶件、壁厚等的加工必须达到要求精度。单个零件的修正、研配等加工结束后进行装配加工。在装配时，还要一些研配加工。在装配时首先要把凹凸模的镶件装入动定模并紧固，然后装入顶出装置，最后装入导柱、上模板、下模板、支撑板等，为了便于导柱装配，可以涂上润滑油。模具在试模前还要装上冷却龙头、定位器的那个模具零件。装配时各零件的装配次序无明确规定，通常以前面的零件装入后不影响后面的零件装入为原则。 第四章 小结 塑料工业是当今世界上最快的功能工业门类之一，对于我国而言，它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的，但是通过这次塑料模具毕业设计，让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识，更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法，对塑料模具有了一个更高的认识。这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助，也间接性的为今后的工作经验有了一定的积累。塑料制品成型及模具的设计还是个很专业性、实践性很强的技术，而它的主要内容都是在今后的生产实践中逐步积累丰富起来的。因此，我们要学好这项技术光靠书本上的点点知识还是不够的，我们更多的还应该将理论与实践结合起来，这还需要我们到工厂里去实践。我相信在未来的我一定能走到最前头。 第五章 结果与建议在完成全部图纸及编写设计计算说明书之后，对设计计算和结构设计进行优缺点分析，特别是对不合理的设计和出现的错误做出意义剖析，并提出改进的设想，从而提高自己的机械设计能力。1. 根据设计任务书的要求，分析设计方案的合理性，设计计算及结构设计的正确性，自己对设计结果感到满意，并且满足设计任务书的要求。2. 认真检查和分析自己设计的机械传动装置部件的装配工配工作图，主要零件的零件工作图以及设计计算说明书等。3. 对装配工作图