骨架塑件注塑模具设计

前言伴随着现代工业发展的需要，塑料制品在工农业和日常生活中等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高，在现如今的塑件生产过程中模具设计的高质量化，先进模具制造设备的出现，完善的加工工艺，优质的模具材料和现代化成型设备以及计算机辅助设计，计算机辅助设计的出现，为生产优质的塑件提供了重要条件。通过几年的学习，理论结合实践，为培养学生的理解分析能力、学生编制塑件成型工艺规程的能力、学生设计和编制加工工艺的能力、培养学生综合应用专业理解知识分析问题解决问题的能力和严谨。科学的工作态度为目的，积极的促进学生综合运用塑料模具设计与制造的专业知识、系统的进行塑件的设计与制造，通过对塑件成型工艺的编制、塑料模具设计、非标准模具的加工工艺设计的全过程，为今后走向工作岗位打下了坚实的基础。摘 要本设计着重对模具结构的设计，因为注射模具结构是塑料模具设计的灵魂，它不仅决定了模具的功能，同时也决定了模具开发的成本和制造周期及操作的安全性。 本模具型腔采用镶拼结构，便于塑件的制造，有利于节约成本；，型芯和型腔分别加工再配合一起，便于加工；定模板和定模座板采用螺钉固定。动模板和支承板，垫块，动模座板采用螺钉加销钉固定，保证了相对位置准确，提高了加工精度。推出机构采用推板推出，使推出力均匀制件表面质量好。推出机构用导柱与导套结合保证运动精度，并由限位螺钉限制行程。采用侧浇口，本塑件较小，一模四腔设计出的结构可确保模具工作运行可靠并能保证塑件的精度要求，提高材料利用率，与生产效率。关键词：最优方案；分型面；注射模目 录 摘 要IAbstractII目 录III1塑件造型及工艺分析11.1 塑件的形状11.2塑件分析11.2.1 材料分析11.3 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析21.3.1 结构分析21.3.2 精度分析21.3.3 表面质量分析22 注射方案和注射设备选择确定32.1 确定模具结构方案32.1.2 型腔数目的确定32.2 选择注射设备33成型部分结构设计64 模具整体设计与标准件的选择84.1 选择标准模架84.2 建立浇注系统84.2.1浇口套与定位圈的选择设计84.2.2 浇口的设计104.2.3 冷料穴的设计104.3 脱模机构的设计104.3.1 推出机构设计准则104.3.2 推出力的确定114.3.3 推出方式的确定114.3.4 推板设计114.4 冷却系统的设计计算114.4.1 求塑件固化时每小时释放的热量Q114.4.2 求冷却水的体积流量124.4.3 冷却管道直径124.4.4 求冷却水在管道内的流速v124.4.5 求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数134.4.6 求冷却管道总传热面积134.4.7 求模具上应开设的冷却管道的孔数n134.5 完整模具展示14参考文献15致 谢16 151工艺分析1.1塑件的形状如图所示 图1.1 工件图1.2塑件分析.塑料的性能特点：该塑件选用的是聚苯乙烯（PS），是一种无色透明的热塑性树脂，具有良好的光学性能，容易加工成型，着色性能好，由于它具有良好的性能，因此，现在已经成为世界应用最广的热塑性树脂，是通用塑料的五大品种之一。PS注塑成型是PS制品的主要加工方法。PS是由聚苯乙烯单体加聚反应得到的无定形聚合物。聚苯乙烯的聚合方法很多，主要有本体聚合悬浮聚合和乳液聚合等。PS的热稳定性较好，约在95度左右开始软化，在190度为熔体，在270度以上出现分解，这种材料受温度和压力影响较大，吸水性较低，聚苯乙烯的吸水性0.05%，成型中所允许的水分含量通常为0.1%，因此一般无需进行干燥处理。收缩率较低，PS的收缩率一般在0.4%左右，制品成型稳定性好。PS的注塑温度可在较宽的范围内选取，但注射温度过高会降低制品的机械性能，而过低又会影响制品的透明度，因此一般控制在180245C之间，可根据机器能力来调节。注射压力可在60150MPa范围内选取。1.3 塑件的结构和表面质量分析1.3.1 结构分析从零件图上分析，该零件总体形状为圆柱形，总体形状较为简单。 1.3.2 表面质量分析该零件的表面除缺陷、毛刺、浇口痕迹外，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，此零件的材料为通用塑料，成型无特殊要求；精度要求也不高，使得模具的加工装配要求较为宽松；表面质量要求也较易达到；所以此模具在设计上应考虑模具结构上的可实现性和经济性。2 注射方案和注射设备选择确定2.1 确定模具结构方案2.1.1 分型面的选择根据塑件的结构特征，分型面选在塑件外形轮廓最大处，如装配图中所示的。（如图2.1），这样有利于塑件的顺利脱模、保证塑件的精度要求、便于模具加工制造，也有利于排气。图2.1 分型面 综上所述，此塑件成型时型芯采用整体式型芯。2.1.2 型腔数目的确定由于塑件外形比较小，一模二腔设计出的结构可确保模具工作运行可靠并能保证塑件的精度要求，提高材料利用率，与生产效率。2.2 选择注射设备2.2.1 计算注射量运用UG NX 6.0 的“质量属性查询”功能，可以得到塑件的体积为5.0557查到聚乙烯的密度为=1.05 g/cm3。那么，塑件质量为=5.05571.05g/=5.5g。初步估计浇注系统凝料体积：该模具一次注射所需塑料体积和质量分别为：体积：= + =5.0557+10 =15.0557质量： = =1.05g/15.0557=15.81g2.2.2 选择注射设备初选注塑机为XS-Z-60 其技术参数如下：采用螺杆式注射机，注射机额定注射量为60，螺杆直径为38mm，注射压力为122，注射行程为170mm，锁模力为500，最大成型面积为130，最大开合模行程为180mm，模具厚度在200mm，动定固定板尺寸为330x440mm，拉杆空间为190x300mm.2.2.3 校核设备1、注射量的校核依据模具设计时必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料溶体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。nVn+Vj0.8Vg （3.1）其中：Vn单个塑件的容积cm3；Vg注射机额定注射量cm3；Vj浇注系统凝料的容积；5.0557+10 =15.05570.860=48所以注射量满足设计要求。2、安装部分尺寸校核 模具厚度校核： ,一般取20mm； H =20+20+40+25+50+20+20=195mm 200mm 所以，XS-ZY-60注射机符合要求。3、开模行程校核 模具采用单分型面分型，所以模具所需的开模距离。因为选用的注射机的合模机构为液压-机械式，所以注射机的最大开模行程与模具厚度无关，此时，可按下式进行计算： 式中： 注射机最大开模行程，； 推出距离(脱模距离)，； 包括浇注系统在内的塑件高度，。 由塑件的尺寸得：，。 所以： 所以开模行程符合要求。其余参数无需校核，在设计时保证即可，包括以下参数：模具长宽、定位环尺寸，浇口尺寸满足喷嘴尺寸要求、顶出位置满足要求。3成型部分结构设计3.1成型零件的结构设计3.1.1型腔的结构设计材料选用Cr12，型腔表面粗糙度Ra为0.8，热处理55-58HRC。3.1.2型芯的结构设计型芯由定模固定，型芯材料选用Cr12，表面粗糙度Ra为0.8，热处理3.2成型零件工作尺寸的计算塑件尺寸公差查表GB/T 14486-1993得：; ; ; ; ; ; ;3.2.1型腔尺寸计算：，3.2.2型芯尺寸计算： ， 3.2.3中心距尺寸计算：（1+）（1+0.006）140.43/214.0840.215mm4 模具整体设计与标准件的选择4.1 选择标准模架 根据所算的尺寸，进行对标准模架的选择。我们对模架的尺寸要求，模架参数如下：动、定模板厚为20mm，最大模具高度为162mm.。因为动定固定板尺寸为330x440mm，拉杆空间为190x300mm，所以，模具的长度和宽度选择为265200。4.2 建立浇注系统 浇注系统是指模具中有注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。对浇注系统进行设计时，一般应遵循如下原则（1） 了解塑料的成型性能（2） 尽量避免或减少产生熔接痕（3） 有利于型腔中气体的排出（4） 防止星心的变形和嵌件的位移（5） 尽量采用铰短的流程充满型腔（6） 流动距离比和流动面积比的校核4.2.1浇口套与定位圈的选择设计1、 浇口套的选择浇口套外形尺寸如图4.1所示： 图4.1 浇口套、定位圈尺寸主流道直径，注射机喷嘴直径+，取；注射机的喷嘴直径，取；注射机球面半径，取；球面半径，喷嘴球面半径+，取；球面配合高度，取；主流道锥角，取；定位圈高度，取；定位圈直径，取；与定模座板配合长度，定模座板厚度=；2、定位圈的选择 根据浇口套的尺寸选择定位环4.2.2 浇口的设计 浇口亦成进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。交口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否完好、高质量的注射成型。浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类按浇口的结构形式和特点常用的浇口有：直接浇口、中心浇口、侧浇口，环形浇口、轮辐式浇口、爪形浇口、点交口和潜伏交口等。其中侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内测或外侧充填模具型腔，其截面形状为矩形，改变浇口的宽度与厚的可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。加工和修整方便，普遍用于中小型模具,且对各种塑料成型适应性较强。由于交口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且不留明显的痕迹，所以选用侧浇口。 4.2.3 冷料穴的设计冷料穴的作用的是贮存因两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷料，以防止熔体冷料进入型腔。而且塑件用球形拉料杆，且拉料杆固定在型芯固定板上。4.3 脱模机构的设计4.3.1 推出机构设计准则1、保证塑件不因顶出而变形及影响外观，这是最基本的要求。2、为使推出机构简单、可靠，开模式应使塑件留于动模，以利于推出塑件。3、推出机构的运动要准确，要灵活，可靠，无卡死或干涉现象。4.3.2 推出力的确定脱模力是指将制品从抱紧的型芯上脱出时所克服的阻力，其中包括摩擦力，大气压力造成的阻力，真空吸力粘附力和脱模机构本身的运动阻力。4.3.3 推出方式的确定该塑件形状较简单，采用推杆推出4.3.4 推板设计注射机为推板顶出，使用推板顶出结构简单，制造方便。 4.4 冷却系统的设计计算在塑模注射成型中，注射模具不仅是塑料熔体的成型设备，还起着热交换作用。模具温度调节系统直接影响到制品的质量和生产效率。在注射成型中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不同。由于聚乙烯的模温为低于80C，需要设置冷却系统。温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。冷却方案的设计应注意以下几点：（1）合理的确定冷却管道的中心距及冷却管道与型腔的距离。（2）尽量使所有的冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等。（3）应加强浇口处的冷却。（4）应避免冷却管道开设在制品熔合纹的地方。（5）注意水管的密封问题，以防漏水。（6）进、出水口水管的位置应尽量设在模具的同一侧，方便操作。（7）采用多而细的冷却水道，比采用独根大冷却管道好。因为多而细的冷却管道扩大了模温的调节范围，但管道不可太细，以免堵塞，一般管道的直径为623mm1。4.4.1 求塑件固化时每小时释放的热量Q查ABS单位质量放出的热量=6102/由公式 （5.18）式中： 单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量，该模具每90s注射1次由式(5.18)代入数据得：Q=0.76896 610260=27.682 W =0.1076/次=0.06896 4.4.2 求冷却水的体积流量 根据公式： (5.19)式中：-冷却水的密度， 为1103 ； -冷却水的比热容，为4.187 ; -冷却水出口温度，取30； -冷却水入口温度，取25。由公式（5.19）代入数据得： 4.4.3 冷却管道直径冷却水应处于湍流状态，所以取水管直径4.4.4 求冷却水在管道内的流速v根据公式： (5.20)4.4.5 求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 取f = 6.48（水温为25）根据公式： (5.21)）4.4.6 求冷却管道总传热面积根据公式： （5.22） 式中： 模具温度与冷却水温之间的平均温差（），模具温度取604.4.7 求模具上应开设的冷却管道的孔数n 根据公式 ，保险起见，取4孔式中：-冷却管道开设方向上的模具长度或宽度, =200mm. 5完整模具展示图4.3.二维装配图主视图图4.4 二维装配图俯视图参考文献1 黄虹塑料成型加工与模具第一版.化学工业出版社，2003：2 冯炳尧，韩泰荣，蒋文森模具设计与制造手册.第二版上海科技出版社，1985.6：3 塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册第2版.机械工业出版社，2002：4 王孝培塑料成型工艺及模具简明手册第三版机械工业出版社，2000：5 郑大中，房金妹，谭平宇模具结构图册第三版机械工业出版社，1994：6 宋玉恒塑料注射模具设计实用手册第四版航空工业出版社，1994：7 张玉，刘平几何量公差与测量技术第四版东北大学出版社，1999：8 屈华昌 主编塑料成型工艺与模具设计第二版北京：机械工业出版社，2001：致 谢经过3个月的努力，我们终于完成了毕业设计，这次设计是在几位老师的共同指导下完成的，每一篇都