旋纽模具的设计与计算

丽水职业技术学院机电信息分院毕 业 设 计旋纽模具的设计 学生学号： 学生姓名： 导师姓名： 班级 专业名称 提交日期 答辩日期 年 月 日2019整理的各行业企管，经济，房产，策划，方案等工作范文，希望你用得上，不足之处请指正摘 要在这次设计中充分运用了所学的专业知识，将所学的知识运用到实践中来，在设计的塑料件也是利用注射模具来成型的，本套设计说明书主要放在塑件结构和模具设计这一环节，如注射机的选择和校核、分型面的选择、模具的结构设计、浇注系统和冷却系统的设计等方面。市场的竞争越来越激烈的；不断增长的控制或减少成本的压力；更小的批量；更短的交付时间/JIT；更少的存货；有限的资金承担；更高的生产率。实现快速简易模具卸换的挑战“部件与部件”生产转换时的最短停工期；当最后流程完毕，需要卸下以及移动用过的热态模具；安装新的模具，如果可能，在操作温度范围内进行作业；新的装夹系统要求容易改进； 必须保持安全操作。关键字：注塑模具、模具卸换.、模具设计、装夹系统、CAD、安全操作目 录目 录2一引言3二塑件的工艺性分析42.1塑件的原材料分析42.2塑件的尺寸精度及表面质量分析42.3塑件的注射工艺参数的确定4三合模导向机构的设计53.1合模导向机构5四型腔数的确定及浇注系统的设计64.1分型面的选择64.2型腔数的确定64.3确定型腔的排列方式74.4浇注系统的设计74.4.1浇口的设计8五排气、冷却系统的设计与计算105.1排气系统的设计105.2冷却系统的设计与计算10六模具工作零件的设计与计算116.1型芯与型腔的设计116.2型腔侧壁厚度和底板厚度的计算13七脱模机构的设计与计算147.1脱模力的计算147.2推板的厚度147.3顶杆直径的计算15八注射机与模具各参数的校核168.1工艺参数的校核168.2安装参数的校核16九模具的装配：17十总结评价：18致谢18参考文献19附录：19一引言当今市场竞争日趋激烈，批量生产使得模具更换频繁，生产商必须具备警觉的观念以帮助提高生产力。减少系统模具卸换所需的冗长时间，将有助于改善车间的效率，以及帮助降低成本。当讨论涉及到使用快速模具卸换的理由以及任务执行的时候，就涉及到许多不同的需要考虑的因素。比如劳动力成本，机器成本，机器生产能力，减少停机时间以及安全和人体工程学等。二塑件的工艺性分析2.1塑件的原材料分析塑件的材料采用聚甲基丙烯酸甲酯，属热塑性塑料，该塑料具有如下的成型特性：无定形料、吸湿性大、不易分解。质脆、表面硬度低。性中等，溢边值0.03mm左右，易发生填充不良、缩孔、凹痕、熔接痕等缺陷。宜取高压注射，在不出现缺陷的条件下宜取高料温、模温，可增加流动性，降低内应力、方向性，改善透明度及强度。模具浇注系统应对料流阻力小，脱模斜度应大，顶出均匀，表面粗糙度应好，注意排气。质透明，要注意防止出现气泡、银丝、熔接痕及滞料分解、混入杂质。2.2塑件的尺寸精度及表面质量分析该零件的重要尺寸，如，30.90.09mm的尺寸精度为3级，次重要尺寸3.750.07mm的尺寸精度为4级，其它尺寸均无公差要求，一般可采用8级精度。由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为4.5mm，最小处为2.25mm，壁厚差为2.25mm，较为均匀。2.3塑件的注射工艺参数的确定根据情况，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：后段温度t1选用180中段温度t2选用200前段温度t3选用220喷嘴温度：选用220注射压力：选用100MP注射时间：选用20s保压时间：选用2s保压： 80MP冷却时间：选用28s总周期： 50s三合模导向机构的设计3.1合模导向机构导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。导向机构的主要作用有：定位、导向和承受一定侧压力。定位作用：为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向作用。动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而坏零件。由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力，导致导柱容易折断。对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。导柱、导套零件图如下图（1）图（2）所示： 图1导柱零件图 图2导套零件图四型腔数的确定及浇注系统的设计4.1分型面的选择该塑件为旋纽，表面质量无特殊要求，端部因与人手指接触因此形成自然圆角，此零件可采用下图（3）所示的分型面比较合适。图3旋钮图零件图4.2型腔数的确定型腔数的确定有多种方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其公式如下： n2=(G-C)/V 式中：G注射机的公称注射量/cm3 V单个制品的体积/cm3 C浇道和浇口的总体积/cm3生产中每次实际注射量应为公称注射量G的（0.750.45）倍，现取0.6G进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.21）倍，现取C0.6V进行计算。 n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.37560)/90132=2.46由以上的计算可知，可采用一模两腔的模具结构。4.3确定型腔的排列方式本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用下图（4）所示的型腔排列方式。图4型腔排列图4.4浇注系统的设计主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。主流道的设计要点如下：为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形。在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形。为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径为r2=r1+(12),其小端直径D=d+(0.51),凹坑深度常取34mm。由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。所以根据设计手册查得SZ60/40型注射机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前端孔径：d0=3.5mm 喷嘴前端球面半径：R015mm为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径D应稍大于注射喷嘴直径d。Dd+(0.51)mm=3.5+14.5mm主流道的半锥角通常为12过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用2。经换算得主流道大端直径D8.5mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径5mm的圆弧过渡。主流道的长度L一般控制在60mm之内，可取L55mm。分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。分流道设计要点：（1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。（2）.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。（3）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。（4）.分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。（5）所以根据一般分流道直径在310mm范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度由中国模具设计大典第2卷中图9.212所示的经验曲线来选定，经查取D=5.6mm较为合适，分流道长度取L20mm从图9.214中查得修正系数fL=1.02，则分流道直径经修正后为DDfL=5.61.02=5.712，取D6mm4.4.1浇口的设计浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积约为分流道截面积的0.030.09，浇口的长度约为0.5mm1.5mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。浇口位置的选择：浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。浇口设置应有利于排气和补塑。浇口位置的选择要避免塑件变形。采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。因冲击细长型心或镶件，型心易变形镶件易脱落，造成塑件变形。 所以根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹，因为该制件无表面质量的特殊要求，又是中小型制品的一模两腔结构，所以可以采用侧浇口。在侧浇口的三个尺寸中，以浇口的深度h最为重要。它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度W的大小对熔体的体积流量的直接的影响，浇口长度L在结构强度允许的条件下以短为好，一般选L0.51.5mm。确定浇口深度和宽度的经验公式如下： h=nt W=nA1/2/30 式中：h侧浇口深度（mm）中小型制品常用h=0.52mm，约为制品最大壁厚的1/32/3,取1.5mm t制品的壁厚（mm） 3.38mm n塑料材料的系数查表得0.8 W浇口的宽度（mm） A型腔的表面积（mm2） 计算得2940mm2 将以上各数据代入公式得：h=1.5mm，W=1.5mm, L取0.5mm。计算后所得的侧浇口截面尺寸可用r=6q/(Wh2)104s-1作为初步校验。制品的体积V9.132cm3，设定充模时间为1s，于是：q=9.132/1=9132mm3/s r=6q/Wh2=(69132)/(1.51.52)=1.6104104s-1所以符合要求。五排气、冷却系统的设计与计算5.1排气系统的设计注意：排气槽尽量设置在分型面上。排气槽应位于型腔最后充模位置。排气槽应制成曲线状，并逐渐变宽，且排气口不应正对操作工人，以防止熔料从排气槽喷出而引发人身事故。5.2冷却系统的设计与计算冷却系统设计的有关公式：qV=WQ1/c1(1-2) 式中：qV冷却水的体积流量(m3/min)W单位时间内注入模具中的塑料重量(kg/min)Q1单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(kJ/kg)冷却水的密度(kg/m3) 0.98103c1冷却水的比热容kJ/(kg.)4.1871冷却水的出口温度() 252冷却水的入口温度() 20 Q1可表示为：Q1=c2(3-4)+u 式中：c2塑料的比热容kJ/(kg.) 1.465 Q3塑料熔体的初始温度() 200 4塑料制品在推出时的温度() 60 u结晶型塑料的熔化质量焓(kJ/kg) Q1=c2(3-4)+u=1.465(200-60)=205.1kJ/kg 将以上各数代入式得： qV=(0.013205.1)/0.981034.187(25-20)m3/min =0.1310-3m3/min上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为40，用常温20的水作为模具的冷却介质，其出口温度为25，产量为0.013kg/min。 由体积流量查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当的位置布置直径d为8mm的管道来调节温度。六模具工作零件的设计与计算6.1型芯与型腔的设计凹模的结构采用整体嵌入式，这样有利于节省贵重金属材料。型芯采用镶拼式结构，有利于加工和排气，如图（5）所示图5型芯零件图型腔如图（6）所示图6型腔零件图本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这PMMA的成型收缩率为0.005，模具的制造公差取z=/3，型腔型芯工作尺寸的计算见表1。表1型腔型芯工作尺寸类别塑件尺寸计算公式模具尺寸型腔计算型腔板35.250-1.0Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4)0+z34.6800.33R7.50.64R7.0600.2119.200.44Hm=(Hs+Hs.Scp%-2/3)0+z18.7100.15推件板30.90.09Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4)0+z30.8800.06型芯计算主型芯26.2500.96Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4)0-z27.100-0.32R2.250.24R2.620-0.1617.250.48Hm=(Hs+Hs.Scp%+2/3)0-z17.980-0.32小型芯3.750.07Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4)0-z3.870-0.057.50.32Hm=(Hs+Hs.Scp%+2/3)0-z8.050-0.116.2型腔侧壁厚度和底板厚度的计算1、型腔侧壁厚度的计算根据圆形整体式型腔的侧壁厚度计算公式： S0.90Pr4/E()1/3 式中：S侧壁厚度(mm) P型腔压力(Mpa) 40 r型腔半径(mm) 17.625 E模具材料的弹性模量(MPa) 2.1105 刚度条件，即允许变形量(mm) 0.05 将以上各数代入式得： S1.15(4019.84)/(2.11050.05)1/3 =9.62mm2、底板厚度的计算公式如下： hs0.56(Ph4/E)1/3 将各参数代入式中得： hs4.68mm型腔的厚度h腔hc+h=4.68+19.8=24.48mm S可取10mms腔取32mm根据计算，型腔侧壁厚度应大于9.62mm，而型腔的直径为3525mm。根据浇注系统的条件及制件的大小，初选标准模架，依据塑料注射模中小型模架及技术条件(GB/T12556-90)，根据模板的参数确定导柱、导套、垫块等的有关尺寸。七脱模机构的设计与计算7.1脱模力的计算 此模具采用推件板脱模，因该制件的，属厚壁制品，厚壁制品脱模力受到材料向壁厚中性层冷却收缩的影响，可用弹性力学的有关厚壁圆筒的理论进行分析计算，公式如下：Qc=1.25kfcaE(Tf-Tj)Ac/(dk+2t)2+dk2/(dk+2t)2-dk2 式中，对于圆筒制品中：k脱模斜度系数 k=(fcCos-Sin)/fc(1+fcSinCos)=0.92fc脱模系数，即在脱模温度下制品与型芯表面之间的静摩擦系数，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响。 0.50 塑料的线膨胀系数（1/） 查表得：610-5 塑料的泊松比 0.40 E在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量（MPa） 3.16103 Tf软化温度() 100 T脱模顶出时制品的温度（） 60 Ac制品包紧在型芯上的有效面积（mm2） 1422.55 t制品的厚度（mm） 3.38将以上各数据代入公式得： Qc=1372.45N7.2推板的厚度筒形或圆形制品采用推件板脱模，推件板的受力状态可简化为圆环形平板周界受集中载荷的力学模型，最大挠度产生在板的中心。按刚度条件和强度条件的计算公式如下，取大者为依据。按刚度条件： h=(C2QeR2/Ep)1/3 按强度条件： h=(K2Qe/p)1/2 式中： h推件板的厚度(mm) C2随R/r值变化的系数 0.3500 R推杆作用在推件板上的几何半径(mm) 61 r推件板圆形内孔或型芯半径(mm) 13.125 Qe脱模力(N) 1372.45 E推杆材料的弹性模量(MPa) 2.1105 K2随R/r值变化的系数 1.745 p推件板材料的许用应力(MPa) 610 p推件板中心允许变形量(mm)，通常取制品尺寸公差的1/51/10，即p=(1/51/10)i 0.088其中i制品在被推出方向上的尺寸公差(mm) 0.88 将上述各数据代入式得：h=1.69mm 将上述各数据代入式得：h=1.98mm 所以推件板的厚度可取：16mm7.3顶杆直径的计算推杆推顶推件板时应有足够的稳定性，其受力状态可简化为一端固定、一端铰支的压杆稳定性模型，根据压杆稳定公式推导推杆直径计算式为： d=K(l2Qe/nE)1/4 推杆直径确定后，还应用下式进行强度校核： c=4Qe/nd2s 式中： d推杆直径(mm) K安全系数，通常取K=1.52 l推杆的长度(mm) 92.5 Qe脱模力(N) 1372.45 E推杆材料的弹性模量(MPa) 2.1105 n推杆根数 4 c推杆所受的压应力(MPa) s推杆材料的屈服点(MPa) 360将以上各数据代入式得： d=4.06mm 圆整取5mm将以上各数据代入式进行校核： c=4Qe/nd2=17.47 MPas=360 MPa所以此推杆符合要求。顶杆的形式如图（7）所示： 图7顶杆零件图八注射机与模具各参数的校核8.1工艺参数的校核1、注射量的校核（按体积） Vmax=V 式中： Vmax模具型腔流道的最大容积(cm3) V指定型号与规格注射机的注射量容积(cm3) 塑料的固态密度(g/cm3) 注射系数取0.750.85，无定形料可取0.85，结晶形可取0.75。 将以上各数代入式得：Vmax=V 0.856051cm3 倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留的时间会过长。所以最小注射量容积Vmin0.25V。 Vmin0.25V=0.2560=15cm3 实际注射量V=2V0+20.6V0=29.132+20.69.132=29cm3 即Vmin VVmax 所以符合要求。8.2安装参数的校核模具各模板的厚度分别为： H1上模座 30mm H2型腔板 32mm H3脱件板 16mm H4型芯板 25mm H5型芯固定板 32mm H6垫块 63mm H7下模座 30mm模具的闭合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7=228mm所允许的最小模具厚度 Hmin=160mm所允许的最大模具厚度 Hmax=280mm即模具满足 Hmin228mmHmax的安装条件。经查资料 SZ-60/40型注射机的最大开模行程S=180mm SH1+ H2+(510)mm =17.5+20+10 =47.5mm满足要求九模具的装配：（1）确定装配基准；（2）装配前要对零件进行测量，合格零件必须去磁并将零件擦拭干净；（3）调整各零件组合后的累积尺寸误差，如各模板的平行度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻合面积不得小于80%，间隙不得小于溢料最小值，防止产生飞边。（4）在装配过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查；（5）组装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；（6）组装冷却和加热系统，保证管路畅通，不漏水，不漏电，门动作灵活紧固所连接螺钉，装配定位销。装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中；（7）试模：试模合格后打上模具标记，包括模具编号、合模标记及组装基面。 模具预热 模具预热的方法，采用外部加热法，将铸铝加热板安装在模具外部，从外部向内进行加热，这种方法加热快，但损耗量大。筒和喷嘴的加热根据工艺手册中推荐的工艺参数将料筒和喷嘴加热，与模具同时进行。工艺参数的选择和调整根据工艺手册中推荐的工艺参数初选温度，压力，时间参数，调整工艺参数时按压力，时间，温度这样的先后顺序变动。在料筒中的塑料和模具达到预热温度时，就可以进行试注塑，观察注塑塑件的质量缺陷，分析导致缺陷的原因，调整工艺参数和其他技术参数，直至达到最佳状态。（8）模具的维护模具在使。那么优化设计的镶件和嵌件在这里就起到了很大的作用，只须更换个别已损坏的零件，不会导致用过程中，会出现正常的磨损或不正常的磨