材料成型及控制工程专业课程设计滚轮注塑模具设计课件

目目 录录 1、塑件成型工艺设计塑件成型工艺设计 2、分型面位置及型腔数目的确定分型面位置及型腔数目的确定 3、成型零部件的结构设计成型零部件的结构设计 4、成型零部件的尺寸计算成型零部件的尺寸计算 5、浇注系统设计浇注系统设计 6、导向机构设计导向机构设计 7、推出机构设计推出机构设计 8、温度调节及排气系统设计温度调节及排气系统设计 9、结构零部件设计及模架选择结构零部件设计及模架选择 10、注射机选择注射机选择 11、模具零部件材料的选用模具零部件材料的选用 12、模具的装配及调试模具的装配及调试 一、塑件成形工艺分析一、塑件成形工艺分析 1.1 塑件的尺寸和精度分析 该塑件的尺寸如下图所示： 该塑件无尺寸 精度特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，按 MT5 查取公差。其主要尺寸公差要求如 表所示： 1.2 塑件表塑件表 面质量分面质量分 析析 该塑 件表面没 有提出特殊要求，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到。没0.8 a Rm 有特殊要求时，塑件内部表面粗糙度可取。3.2 a Rm 1.3 塑件结构工艺性分析 （1）壁厚分析：设计合理，壁厚相对均匀。 （2）圆角过渡：要从分型面位置、型芯、型腔结构来分析过渡圆角的设置。根据本 塑件的壁厚，均采用圆角半径 R1mm。 （3）脱模斜度：为便于塑件从模腔中取出，塑件的内外壁需要足够的脱模斜度。外 形尺寸以大端为基准，斜度往小处取；内形尺寸以小端为基准，斜度往大处取。 型芯脱模斜度为：0.7，型腔脱模斜度为 0.5 塑件标注尺寸 塑件尺寸公 差 （按 MT5 级 精度） 塑件标注尺 寸 塑件尺寸公 差 （按 MT5 级 精度） 外圆 尺寸 27.5 27.5-0.56 内孔 尺寸 4.5 4.5+0.56 内圆 尺寸 21.5 21.5+0.24 圆角 R1R1+0.2 1.4 生产实际考虑 该塑件的生产类型应该是大批量生产，因此在设计模具时，要提要塑件的生产效率， 倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模的模具。 2、分型面位置及型腔数目的确定分型面位置及型腔数目的确定 2.1 型腔数目的确定型腔数目的确定 确定型腔数目时应该考虑塑件制品的精度、经济性、成型工艺、保养和维修。该模具 的主要特点是：一模多腔而又结构紧凑，采用的潜伏式浇口在顶出时被切断并自行脱 落，省去了浇口工序，因此很适合大批量生产。 2.2 确定型腔布局确定型腔布局 模具采用一模十二腔，布局如下图所示： 2.3 分型面的选择分型面的选择 根据分型面的选择原则，分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处，且分型面的选 择应有有利于塑件的留模及脱模，而且还要保证塑件的精度要求，满足塑件的外观要 求及边缘模具的制造，同时还得考虑模具的排气效果等等。 故该塑件的分型面应选如下图示 A-A 位置，这样分型后，塑件会包紧型芯而留在动模 一侧，且塑件外表面光滑，且同意脱模。 2.4 确定模具尺寸 模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具 外表面应光洁，加涂防锈油。 1. 定模固定板（205mm245mm、厚 60mm） 定模固定板是模具与注射机连接固定的板，定模固定板上固定导柱和定位圈，材 料为 45 钢。定位圈通过 4 个 M6 的内六角圆柱螺钉与其连接。定模座板上的导柱与 导柱孔采用 H7/k6 配合，定模座板与拉料杆采用 H7/k6 配合。 2. 定模板（167.5245mm、厚 25mm） 用于固定定模模仁（型腔镶块）和导套。应该有一定的厚度，并有足够的强度。 一般用 45 钢。其上的导套孔与导套一端采用 H7/k6 配合，定模与定模模仁（型腔镶 块）采用 H7/m6 配合。 3. 动模板（167.5mm245mm、厚 30mm） 用于固定动模模仁（型芯镶块）和导套。一般用 45 钢。动模板应具有较高的平 行度和硬度。动模模仁（型芯镶块）通过 4 个沉头螺钉 M10 固定在动模板上面。其 上的导套孔与导套一端采用 H7/k6 配合，动模与动模模仁（型芯镶块）采用 H7/m6 配 合。 4推板（207.5mm93.5mm、厚 18.75mm） 推板上的推板导套孔与推板导套采用 H7/k6 配合。用 4 个 M10 的内六角圆柱螺 钉与推半固定板固定。材料为 45 钢。 5推杆固定板（207.5mm93.5mm、厚 15mm） 材料为 45 钢。其上的推板导套孔与推板导套采用 H7/f9 配合。 三、成型零部件的结构设计三、成型零部件的结构设计 3.1 成型零件的结构分析 1. 型腔的设计 （1）定模模仁（型腔镶块） 型腔采用整体嵌入式结构。整体嵌入式型腔主要用于成形小型塑件，而且是多型 腔的模具，各单个型腔采用机加工、冷挤压、电加工等方法加工制成，然后压入模板 中。这种结构加工效率高，拆装方便，可以保证各个型腔的形状尺寸一致。整体式型 腔有较高的强度和刚度，在使用中不易发生变形。 本模具是一模十二腔，十二个型腔均做在一个模仁内，而不是分别做十二个嵌入 定模板，同时型腔里的底部有局部的镶嵌。 （2）定模模仁（型腔镶块）的固定 由于定模模仁（型腔镶块）比较大，而且厚度较厚，故采用螺钉连接，这样做能 够达到很好的紧固作用。 2. 型芯的设计 （1）型芯 成形零件内表面的零件称型芯，主要有主型芯、小型芯等。按结构主型芯可分为 整体式和组合式两种。本塑件考虑到排气效果，因此，型芯采用组合式。 型芯均为圆形，但较小，因此采用台阶固定，销钉防转。如图所示： 2）动模模仁（型芯镶块） 由于分型面取在塑件最大投影面积处，因此，动模部分也有型腔。 由于动模板厚度较厚，因此动模模仁（型芯镶块）既采用螺钉紧固。 4、成型零部件的尺寸计算成型零部件的尺寸计算 如图所示塑件，该塑件无尺寸精度特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，按 MT5 查取公差。其主要尺寸公差要求如表所示： 已知，mmD5 .27 1 mmD5 .12 2 mmd5 . 4 1 mmd5 . 4 2 mmC17 ，, ,。mmh20 1 mmh15 2 mmH15 1 mmH20 2 1、 由已知条件，查得该塑料的收缩率为 0.40.9%， 求塑料的平均收缩率 S=(0.4%+0.9%)/2=0.65% 模具制造公差取，模具的磨损取 c=/63/ z 2、 型腔尺寸计算 Z SDDD M 0 111 4 3 =mm 3 44 . 0 0 44 . 0 4 3 %65 . 0 5 . 27 5 . 27 =mm 15 . 0 0 35.27 Z SDDD M 0 222 4 3 =mm 3 44 . 0 0 44. 0 4 3 %65 . 0 5 . 12 5 . 12 =mm 15 . 0 0 25.12 Z SHHH M 0 111 3 2 =mm 3 44 . 0 0 44. 0 3 2 %65 . 0 1515 =mm 15 . 0 0 80.14 Z SHHH M 0 222 3 2 =mm 3 44 . 0 0 44 . 0 3 2 %65 . 0 2020 =mm 15 . 0 0 83.19 4、 型芯尺寸计算 0 111 4 3 z Sddd M =mm 0 3 44 . 0 44 . 0 4 3 %65 . 0 5 . 45 . 4 =mm 0 15 . 0 86. 4 0 222 4 3 z Sddd M =mm 0 3 44 . 0 44 . 0 4 3 %65 . 0 5 . 45 . 4 =mm 0 15 . 0 86. 4 0 111 3 2 z Shhh M =mm 0 3 44. 0 44. 0 3 2 %65 . 0 2020 =mm 0 15 . 0 43.20 0 222 3 2 z Shhh M =mm 0 3 44 . 0 44 . 0 3 2 %65 . 0 1515 =mm 0 15. 0 40.15 5、 中心距尺寸计算 2 z M CSCC =mm2/3/44 . 0 %65 . 0 1717 =mm07 . 0 11.17 五、浇注系统设计五、浇注系统设计 5.1 浇注系统设计原则 （1）了解塑料的成型性能； （2）尽量避免或减少产生熔接痕； （3）尽量采用较短的流程充满型腔； （4）有利于型腔气体的排出； （5）防止型芯变形和嵌件的位移； （6）流动距离比和流动面积比的校对； 5.2 主流道设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导入分流 道或型腔中。 主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。 5.2.1 主流道尺寸 （1）主流道小端直径d 主流道小端直径d = 注射机喷嘴直径+0.5 1 = 4 + 0.51 取d = 5（mm）这样便于喷嘴和主流道能同轴对准，也能使的主流道凝料能顺利 脱出 （2）主流道球面半径 主流道入口的凹坑球面半径R，应该大于注射机喷嘴球头半径的23mm。反之， 两者不能很好的贴合,会让塑件熔体反喷,出现溢边致使脱模困难. SR = 注射机喷嘴球头半径 + 23 SR = 18+ 23 取d = 20（mm） （3）主流道长度L 一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好，小 模具控制在50之内。在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入 模具。本设计中结合该模具的结构，取L=43（mm） （4）主流道大端直径 D = d + 2 Ltg（半锥角： 为1 2，取=2） 12 5.2.2 主流道衬套形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模 具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，即浇口套。 方案：用浇口套标准件，这样只需购买，但是主流道长度过大，在凝料脱模时会产生 困难.其形式如下： 5.3 分流道的设计 本模具的流道布置形式采用平衡式。 分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有 关。 此外该模具是一模 12 件，型腔的数量较多,模具的结构复杂而紧凑，所以采用平 衡式，各个型腔的分流道的断面形状及大小、分流道长度都取作一致。这样，熔体就 能以相同的成型压力和温度同事充满各个型腔，使一模内成型出的各个塑件的尺寸及 性能容易保持一致。 5.4 浇口的设计 潜伏式浇口一般是圆形的截面这种浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇口却 在斜向开设在模具的隐蔽处。塑料熔休通过型腔的侧或推杆的端部注入型腔，因而塑 件的表面不会损伤，而且利于大批量的生产了，所以本模具采用了这个浇口的设计。 如图： 六、导向机构设计六、导向机构设计 6.1 合模定位和导向机构设计 当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模 架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具 体设计。 6.1.1. 导向机构的总体设计 （1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边 缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。 （2）该模具采用 4 根导柱，其布置为等直径导柱对称布置。 （3）该模具导柱安装在定模座板上，导套有四个，都安排在动模板。 （4）在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。 （5）动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。 6.1.2 导柱设计 （1）本模具采用的导柱，不加油槽，如图所示。 （2）导柱的长度必须比凸模断面高度高出 6mm8mm。 （3）为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先到部分。 （4）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径 由标准模架可知为 12mm） 。 （5）导柱的形式，导柱固定部分与模板按 H7/f7 配合，导柱滑动部分按 H7/f7 配合。 （6）导柱工作不分的表面粗糙度为 Ra=0.4m。 （7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳 淬火处理或碳素工具钢 T8A、T10A 经淬火处理，硬度为 50HRC 以上或 45 钢经调质、 表面淬火、低温回火，硬度为 50HRC 以上。本模具采用 T8A。 6.1.3 导套设计 导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模 具运动导向精度的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种：直导套（GB/T4169.2- 1984） 、带头导套（GB/T4169.3-1984） 。 （1）结构形式。采用带头导套和直导套， （2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排除孔内剩余空气。 （3）导套的滑动部分按 H7/f7 配合，表面粗糙度为 0.4m。带头导套外径与动定模 板一端采用 H7/k6 配合；与流道推板一端采用 H7/n6 配合镶入模板。 （4）导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用 T8A。导 套如图所示： 七、推出机构设计七、推出机构设计 5.1 推杆设计 注射成型后的塑件制品及浇注系统的凝料从模具推出的装置称推出机构。 推出机构的设计要求： （1）设计推出机构时应尽量使塑件设置在动模一侧。 （2）塑件在推出过程中不发生变形和损坏。 （3）推出机构应动作可靠。 （4）不损坏塑件外观质量。 （5）合模时应使推出机构正确复位。 本模具采用推杆推出，推杆推出是一种基本的、也是一种常用的塑件推出方式。 5.2 塑件的顶出方案 顶杆布置在包紧力较大的地方。布置在：角、加强筋、四周等。推杆不能太靠边， 距离边界 12mm。尽量不要放在镶拼处。根据经验放置 12 根。 推杆如图： 八、温度调节及排气系统设计八、温度调节及排气系统设计 8.1 冷却系统 该塑件为大批量生产，应该尽量缩短成型周期，提高生产率。成型时需要充分冷 却，冷却要均匀。因此，该模具的凸模和凹模均开设冷却水道，采用冷却水进行循环 冷却。 为了使得模具冷却更快，而且制件不同部位冷却速度必须相等。 冷却水道直径按经验取 8mm，水嘴采用外置型水嘴。 冷却水道布置如下图: 8.2 排气系统的设计 当塑料熔体充填模具型腔时，模具内除了型腔和浇注系统原有的空气外，还有塑 料受热或凝固时产生的低分子挥发气体。如果这引起气体不能排除干净，则有可能因 填充时气体被压缩而引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件形成气泡、产生熔接不牢、表 面轮廓不清及充填不满等成性缺陷。另外气体的 存在还会产生反压力而降低充模速度， 因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。 由于该模具的总体尺寸一般，属于中小型模具，可以利用推杆、活动型芯以及型 芯端部与模板的配合间隙、分型面进行排气。其配合间隙为 0.030.05mm。 9、结构零部件设计及模架选择结构零部件设计及模架选择 9.1 模具闭合高度的校核 模具闭合高度的校核公式为： MINMAX HHH 闭 由装配图可知模具的闭合高度=180mm，而注射机的最大模具厚度H闭 =350mm，最小模具厚度=250mm，满足安装要求。 MAX H MIN H 9.2 模具安装部分的校核 模具定位圈的直径 125mm 与注射机定位孔的直径 125 相等，满足安装要求。 浇口套的球面半径 SR1=SR+（12）mm=20mm，满足要求。 浇口套小端直径 R1=R+（12）mm=8mm，满足要求。 8.2.4 模具开模行程的校核 模具开模行程的校核公式为： 12 aHHHH 注模 式中 模具的开模行程，mmH模 注射机的移模行程，mmH注 制件的推出距离，mm 1 H 包括流道凝料在内的制品的高度，mm 2 H 取出凝料所需分开的距离，mma 代入数据得：，满足要求。350H106762010H 注模 9.3 锁模力的校核 锁模力的校核公式为： 0max 1.3 80104104K pMPapMPa m FKAp 式中 F注射机的额定锁模力，kN A制件和流道在分型面上的投影面积之和，cm2 型腔的平均压力，MPa m p K安全系数，通常取 1.11.2 代入数据得：。满足要求。KN1800FKN44.28904.8302.1KApm 十、注射机选择十、注射机选择 10.1 计算塑件的体积 根据制件的三维模型，利用三维软件直接求得塑件的体积为：V1=7247mm3。 10.2 计算所需的体积 浇注系统凝 7267 按 1：1 取，故：V2= V1=7247mm3 塑件和浇注系统凝料总体积为（按一模十二腔算）：V= 12（V1 +V2 ）=173928 mm3 =173.928 cm3 10.3 选用注射机 根据总体积 V= 173.928 mm3，初步选取 XS-ZY-250 型螺杆式注射成型机。 XS-ZY-250 型螺杆式注射成型机主要参数如下表所示 项 目参 数项 目参 数 理论注射量250cm3移模行程350mm 注射压力13000MPa定位孔的直径125 锁模力180kN喷嘴球半径SR18mm 最大模具厚度350mm喷嘴口孔径4 最小模具厚度250mm 10.4 注射机的终选 10.4.1 注射量的校核公式是 （0.8 0.85）WW 公注 式中 注射机的公称注射量，cm3W公 每模的塑料体积量，cm3W注 如前所述，塑件及浇注系统的总体积为 173.928 cm3，远小于注射剂的理论注射量 250cm3，故满足要求。 11、模具零部件材料的选用模具零部件材料的选用 11.1.1 成形零件的主要性能要求 塑料模具的成形零件时直接成型制品内外表面的组成零件，包括型腔、型芯、成 型镶件、成型顶杆等。由于这些零件直接与塑料接触，因此要求具有一定的强度、表 面耐磨性好、热处理性能好、淬火变形小、对带腐蚀性添加剂塑料成型的模具，还应 具有抗蚀能力好。 11.1.2 导向零件的主要性能要求 导向零件包括导向柱、导向套、限位导柱、顶板导柱及导套、销钉等。这类零件 在使用中起导向作用。开合模具时相对运动，成型过程中要承受一定的压力，或偏载 负荷。因此要求表面耐磨性好，芯部具有一定的韧性。 11.1.3 浇注系统零件 包括浇口套、拉料杆、分流锥等。这类零件的工作条件与成形零件相近，要求具 有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性。 11.1.4 顶出机构和抽芯机构零件 这类零件要求表面耐磨性好，并具有足够的机械强度。 11.1.5 模体零件 包括各种模板、顶出板、固定板、模架垫板等。这些零件是成型制品中主要承力 零件，因此要求具有足够的机械强度。 11.2 塑料模具零件的材料及热处理选择 11.2.1 成型零件 1. 定模型腔镶套：选择牌号为 45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。 2. 型芯：选择牌号为 45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。 3. 动模镶套：选择牌号为 45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。 4. 齿形型腔镶套：选择牌号为 45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。 5. 动模型腔镶套：选择牌号为 45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。 11.2.2 模板零件 1. 动、定模板：选择牌号为 45#钢，热处理方法为调质，230270HRC。 2. 动、定模底板：选择牌号为 45#钢，热处理方法为调质，230270HRC。 3. 推板：选择牌号为 45#钢，热处理方法为调质，230270HRC。 4. 浇口套:选择牌号为 T8A 钢，热处理方法为淬火，5055HRC。 11.2.3 导向零件 1. 导柱：选择牌号为 20#钢，热处理方法为渗碳、淬火，5660HRC。 2. 导套：选择牌号为 T8A 钢，热处理方法为淬火，5055HRC。 3. 推板导柱、导套：选择牌号为 T8A 钢，热处理方法为淬火，5055HRC。 11.2.4 顶出机构零件 1. 推杆：选择牌号为 T10A 钢，热处理方法为淬火，5055HRC。 2. 推杆固定板：选择牌号为 45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。 11.2.5 定位零件 1. 定位螺钉：选择牌号为 45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。 2. 定位圈：选择牌号为 45#钢。 十二、模具的装配及调试 12.1 模具的安装试模 试模是模具制造中的一个重要环节，试模中的修改.补充和调整是对于模具设计的 补充。 12.2 试模前的准备 试模前要对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与.于注射机的 各个配合尺寸.推出形式.开模距.模具工作要求等要符合所选设备的技术条件。检查模 具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活.可靠，起止位置的定位 要正确。各镶嵌件.紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头.阀门.附件.备件要齐全。 对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路.水路.电路.机械运动部位.各操纵件 和显示信号要检查.调整，使之处于正常运转状态。 12.3 模具的安装及调试 模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全 过程。 模具安装在注射机上要注意以下方面： 1模具的安装方位要满足设计图样的要求。 2模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。 3当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。 4模具带有液压油路接头.气路接头.热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作 一侧，以免操作不方便。 模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上