线轮注射模成型工艺及模具设计

线轮注射模成型工艺及模具设计 一 . 塑料成型工艺分析 1. 塑件分析 件的结构分析 该塑件是线轮，如图 1所示： 图 1 塑件图 从零件图上分析，该零件总体形状为回转体，在一个直径为 径为 度为 圆边，然后壁厚均为 塑件有凹槽，因此，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。 查阅资料， 聚丙烯的性能参数如下： 项 目 性能参数 密度 /(g/0. 90 0. 91 吸水率 /% 0. 02 0. 03 成型收缩率 /% 伸强度 /0 40 拉伸弹性模量 /1. 6 断裂伸长率 /% 200 冲击强度（缺口）(kJ/2. 2 6. 4 洛氏硬度 95 105 熔融温度 / 165 170 热变形温度（ 56 67 连续耐热温度 / 120 脆化温度 / 胀系数 /10 10 热导率 /W/（ 0 热容 /J/( 1. 92 该塑件材料为聚丙烯 ( 收缩率为 成型工艺性好，可以注射成型 。 聚丙烯属于线型烯烃类聚合物，是 20 世纪 60年代发展起来的热塑性塑料。聚丙烯密度低，无色，无味，无毒，外观和聚乙烯很相似，呈白色蜡状，和聚乙烯相比，它的透明性更高，透气性更低。此外，聚丙烯的弹性、屈服强度、硬度及抗拉、抗压强度等都高于聚乙烯，其中拉伸强度甚至高于聚苯乙烯和 丙烯吸水率 几乎不吸水，因此其高频绝缘性能好，绝缘性能不受湿度的影响。此外，聚丙烯耐热性好，能在 100摄氏度以上的温度下 进行消毒灭菌 ,熔点为 164170 摄氏度，其最高使用温度可达 150摄氏度，最低使用温度为 当温度低于 35摄氏度时会脆裂。聚丙烯在氧、光、热的作用下极易降解、老化，所以必须加入防老化剂。定向拉伸后聚丙烯可制作铰链，抗弯曲疲劳强度特别高。聚丙烯成型加工时成型收缩率大，易导致成型加工出来的制件出现变形、缩孔等缺陷。 由于聚丙烯具有上述许多优良特性，因此常用它来制作各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件等，也可用做水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，盖和箱壳及各种绝缘零件，此外还可用于医 药工业中等。 件的尺寸精度分析 该塑件各尺寸均未注明公差 ， 为提高经济利益，则按未注明公差尺寸来处理，选该塑件未注公差等级为 对应的模具相关零件的尺寸可以保证。 从塑件的壁厚上来看，该 塑件的所有壁厚均匀，均为 利于塑件的成型。 2. 聚丙烯的塑料成型工艺参数如下： 温度 模具表面温度： 95 模具温度范围： 70 120 熔体温度范围： 260 340 绝对熔体最大熔体温度： 380 顶出温度： 127 最大剪切力： 大剪切速率： 40000 1/m 喷嘴温度 ( )： 170 200 料筒温度 ( )：后段 160180 中段 180220 前段 200220 成型温度 ( )： 8090 压力 注射压力（ 70100 保压压力（ 80 成型周期 注射成型时间有注射时间和合模冷却时间两部分组成，注射时间又有冲模时间和保压时间组成。 所选材料 s）： 2060 保压时间（ s）： 03 冷却时间（ s）： 2090 二 拟定磨具结构形式 1. 分型面的位置确定 模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，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工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。 因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。 分型面的选择应注意以下几点： 1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 2） 保证制件的精度和外观要求 3） 考虑满足塑件的使用要求 4） 考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适 5） 考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积 6） 确定有利的留模方式，便于塑件顺利 脱模 7） 不妨碍制品脱模和抽芯 8） 有利于浇注系统的合理处置。 9） 分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。 分型面如图 2所示： 图 2 分型面 3. 确定型腔数量和排列 由于该塑件需要侧向分型与抽芯，设计一摸多腔比较复杂，所以最后确定 该模具为一模两 腔 ，如图 3所示。 图 3 型腔排列 三 注射机型号选择 V 外 =（ 2 （ 2（ = 内 = 122 外 = 考虑到设计 为一模两腔，加上浇注系统冷凝料 V 凝 =2V 塑 过计算，塑件 V=查 资料知： 聚丙烯密度 /立方厘 米，立方厘 米，塑件质量为： V=以按照塑件质量的 从上 述分析中确定为一模两 腔，所以注射量为 2 2 m=2m1+g 查表选用压力机型 号为 各项参数如下： 理论注射量： 10g/用模内压力 :大注射面积 :45模力 :150大模具厚度 :180小模具厚度 :100板行程 :120杆空间 :214位孔直径 :55嘴球半径 :12嘴孔径 :按注射的额定锁模力进行校核 : (j)p=2 ( +8 25 50满足要求 四 浇注系统设计 设计 （ 1） 根据所选注射机，则主流道小端尺寸为 : d=注射机喷嘴尺寸 +（ 1） = （ 2） 嘴球面半径 +（ 12） =12+2=14 3） h= 3 h=3 4） =2 6，取 =3 （ 5） . 主流道长度 L=50 6） . 主流道大端直径 D=d+29 7） . 浇口套总长 +h=53以主流道如图 5所示： 图 5 主流道 2. 分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道。 分流道就是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。 圆形截面的流道总是比任何其他形状截面的流道更可取，因为在相同的截面积的情况下，其比表面积最小，因此从流动性、传热性等方面考虑，圆形截面是分流道比较理想的形状。但是圆形截面分流道因其要以分型面为界分成两半进行加工才利于凝料脱出，这种加工的工艺性不佳，且模具闭合后难以精确保证两半圆对准，故生产实际中不常用。 故采用梯形截面 （图 6） 的分 流道。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大 。 图 6 梯形截面 所以尺寸为： B=H=5 浇口也称进料口，是连接分流道与型腔的通道。除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小部分，但却是浇注系统的关键部分。浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。 浇口有多种类型，如直浇口、侧浇口、点浇口、重叠式浇口、扇形浇口、潜伏式浇口等。 直接浇口虽然有如以等流程充模、浇注系统流程短、压力损失和热烈散失小，且有利于补缩和排气等优点，但是，塑件上残留痕迹较大， 切除困难。 重叠式浇口多用于大型腔。 扇形浇口适合于大面积薄壁塑件。 点浇口必须采用双分型面的模具结构；浇口位置可以自由选择，不受限制。剪切速率高，能使流程比增大；浇口必须用三板模切断； 潜伏式浇口是点浇口在特殊场合下的一种应用形式。但可以在脱模时自动拖断；它可以隐藏在外表不露出的部位，使浇口痕迹不外漏。但加工比较空难，容易磨损。 侧浇口也称为边缘浇口，由于它开设在主分型面上，截面形状易于加工和调整。中小型塑件的 多型腔模具常采用侧浇口。 综上所述，该模具 为 一模多腔故选用侧浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形。 l=1 t=1 b=3. 浇注系统的平衡 在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，本塑件采用平衡式。 如下图 7所示： 图 7 型腔排布 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的 终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。 选用端部为 图 8） 拉料杆的形式，开模时主流道凝料被拉料杆拉出，推出后常常用人工取出而不能自动脱落。 图 8 五 成型零件的结构设计和计算 1） 型腔 型腔是成型塑件外表面的主要零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。 整体式型腔由整块材料加工而成，它的特点是牢固，使用中不易发生变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。但由于加工困难，热处理不方便，整体式型腔常用在形状简单的中小型模具上。 组合式型腔是指凹模由两个以上的零件组合而成。按组合方式的不同，可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁 镶拼 式和四壁拼合式等形式。 由于该塑件 需要进行侧向抽芯 。若采用整体式 型腔 则无法进行侧向抽芯导致无法取出塑件 。故该模具采用 镶拼 式 型腔 。 2） 凸模和型芯 凸模和型腔均是成型塑件内表面的零件。凸模一般是指成型塑件中较大的、主要内形的零件，又称主型芯；型芯一般是指成型塑件上较小孔槽的零件。 主型芯按结构可分为整体式和组合式两种，其中整体式结构牢固，但不便加工，消耗的模具钢多，主要用于工艺试验模或小型模具上的形状简单的型芯。在一般模具中，型芯常采用如图所示的结构，这种结构是将型芯单独加工，再镶入模板中 。 如图9所示。 图 9 凸凹模配合 成型零件工作尺寸 是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要是有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸等。 计算塑件的平均收缩率 m a x m i n 1002 式中 S 塑件的平均收缩率； 最大收缩率； 最小收缩率； 查表的聚丙烯 (最大收 缩率为 最小收缩率为 1%。 得平均收缩率 S 为 型腔径向尺寸的计算 0=+s )2 =z=41 = c =61 =0=+s )2 =(1+2 = =z=41 = c =61 =0=+s )2 =(1+2 =腔深度 0=+s )+2 z =z =41 =0=+s )+2 z=(1+2 = =z =41 =0=+s )+2 z =(1+ 2 =芯径向尺寸 =+s )+2 12取为 12 =z=41 = c =61 =+s )+2 =12 (1+2 = 模架的确定和标准件的选用 根据以上分析计算型腔尺寸及滑块位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。选用100 4型模架，模架各尺寸如下： 定模底板厚 :16 定模板厚 :37 滑块厚度 : 推板厚度 : 动模板厚 :B=20 动模垫板厚 :20 垫块厚度 :40 下模座厚： 16 模具厚度： H 模 =16+0+20+40+16+38+72 模具外形尺寸： 160 125 169 开模行程的校 核 : 注射机最大行程 S S 2H 件 +H 浇 +（ 5 10） 式中 H 件 H 浇 2H 件 +H 浇 +（ 5 10） =2 0 10=81 S=120 81 故满足要求 模具在注射机上的安装 : 从标准模架外形尺寸看模具高度在压力机允许模具高度范围内，小于注射机拉 杆空间，并采用压板固定模具，所以选注射机规格满足要求。 2. 标准件的选取 导套的选取：带头导套 D=12 L=60柱的选取：带头导柱 D=12 L=80位杆的选取： 限位钉的选取： d=8 L=16芯固定板的选取： 100 125 20 推板的选取： 100 125 块的选取： 20 125 40 紧固螺钉的选取 : l=20 l=100 l=30 合模导向机构设计 合模机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。通常采用导柱导向定位。 导向机构有定位、导向和承受一定的侧压力的作用。 1. 导柱的结构设计 （ 1）长度 导柱导 向部分的长度应比凸模端面的高度高出 6 8避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。 （ 2） 形状 导柱前端应做成锥台形或半球形，以使导柱顺利地进入导向孔 （ 3）材料 导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20 钢经渗碳淬火处理或 经淬火处理，硬度为 50 55柱固定部分表面粗糙度值 向部分表面粗糙度值 （ 4）数量及布置 导柱应合理均匀布置在分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度。 导柱 既 可以设置在动模一侧，也可以设置在定模一侧，应根据模具结构来确定，应根据模具结构来确定。在不妨碍脱模取件的条件下，导柱通常设置在型芯高出分型面较多的一侧。 （ 5）配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用 H7/ H7/渡配合；导柱的导向部分通常采用 H7/8/间隙配合。 （ 1）形状 导套的端面应倒圆角，一般倒角半径为 1 2柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气。 （ 2）固定形式及配合精度 导套孔的滑动部分按 H7/ H8/间隙配 合，表面粗糙度为 套外径按 H7/ H7/合镶入模板。 （ 3）材料 导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。多用 20 钢渗碳后淬火或 火。 八 脱模 推出机构设计 推出机构主要有推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构导向与复位部件等组成。 简单推出机构包括推杆推出机构、推管 推出机构 、推件板 推出机构 、活动镶块及凹模 推出机构 、多元综合 推出机构 等等。由于 该塑件为圆柱型空心件，采用推件板推出机构。推杆推动推件板，推件板从塑件的端面将其从型芯上推出。 =N 力的校核 = 4 s 20N/ s 推杆应力合格 硬度 50 65 侧向分型与抽芯机构设计 当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的零件必须制成可侧向移动的零件，以便于 脱模 之前先抽掉侧向成型零件，否则就无法脱模。带动侧向成型零件做侧向移动的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。 1. 抽芯力的计算 =1967N 2. 抽芯距的计算 抽芯距是将侧型芯从成型位置抽到不防碍塑件顶出时侧型芯的距离。当塑件的外形为矩形并且两等分抽芯时，其公式如下： s= 22 +(23) 代入相关数据得到： s=10 斜滑块斜角应比斜导柱大 2 3 ,取为 23 斜滑块的长度取为 100 排气系 统设计 排气系统设计原则： (1)利用分型面排气是最简单的方法，排气效果与分型面的接触精度有关。 (2)利用顶杆与孔的间隙排气，必要时可对顶杆作些排气的结构措施； (3) 利用球状合金颗粒烧结块渗导排气，烧结块应有足够的承压能力，设置在塑件隐蔽处，并需要开设排气通道； (4) 在熔合缝位置开设冷料井，在储存冷料前也滞留了不少气体； (5) 可靠有效的方法是在分型面上开设专用的排气槽，尤其上大型注塑模具必须如此； (6) 对于大型的模具，也可以利用镶拼的成型零件的缝隙排气。 由于 该套模具是属于小型模具，排气 量小，因此本设计不单独开设排气槽，直接利用间隙排气 。 十一 注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑料的形状和尺寸精度都有重要的影响。注射模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率。 冷却系统的设计原则 设计冷却系统需要考虑模具的结构、塑件的尺寸和壁厚、镶块的位置、熔接痕的产生位置等。 （ 1） 塑件厚度均匀，冷却通道至型腔表面的距离相等，亦即冷却通道的排列与型腔的形状相吻合，塑件壁厚处冷却通道应靠近型腔，间距 要 小以加强冷 却。一般冷却通道与型腔表面的距离大于 10冷却通道直径的 1倍。 （ 2） 在模具结构