塑料模具说明书图纸配.doc

南昌航空大学 南昌航空大学航空制造工程学院 级学生专业课程设计任务书I、专业课程设计题目：塑料按钮 塑料模具设计II、专业课程设计任务及设计技术要求：设计任务：1、绘制产品零件图；2、绘制模具总装配图1张；图纸用R1。3、绘制零件图35张；图纸用R4或R3。4、撰写设计说明书要求12页左右。技术要求：模具工作原理准确结构合理；零件图纸齐全规范，尺寸标注正确。III、专业课程设计进度：2013.12.23-2013.11.27 塑件零件图绘制及工艺分析，提出工艺方案；2013.11.28-2013.12.01 模具装配图绘制；2013.12.02.2013.12.06 模具零件图绘制；2013.12.07-2013.1.5 撰写设计说明书并装订。 班 系 专业类 学生：日期： 2013 年 12 月 23日 至2013 年 1 月 5日指导教师： 胡德锋 系主任： 董洪波附注:任务书应该附在已完成的专业课程设计说明书首页。 目录目录- 2 -1塑料的工艺性设计- 3 -1.1材料分析- 3 - 1.2塑件的尺寸与公差- 3 -1.2.1塑件的尺寸- 3 -1.2.2塑件尺寸公差标准- 3 -1.2.3塑件的表面质量- 4 -2注射成型机及标准模架的选择- 4 -2.1产品零件图- 4 -2.2 选择注射机的相关计算- 4 -2.3 模架的初步选择- 6 -3型腔布局与分型面设计- 7 -3.1型腔的数目- 7 -3.2型腔的布局- 7 -3.3分型面的设计- 7 -3.3.1考虑对成型面积的影响- 8 -3.3.2考虑对排气效果的影响- 8 -3.3.3，分型面的确定- 9 -4浇注系统的设计- 9 -4.1主流道设计- 9 -4.2主流道衬套的固定- 10 -4.3分流道的设计- 11 -4.4 浇口的设计- 12 -4.5 排气的设计- 13 -5、成型零件的结构设计- 13 -5.1、型腔凹模结构设计- 13 -5.2型芯结构设计- 14 -5.3 成型零件工作尺寸计算- 14 -5.3.1计算原则- 14 -5.3.2、型腔、型芯和中心距计算公式- 15 -6脱模机构的设计- 18 -6.1脱模机构设计的总体原则- 18 -6.2推杆设计- 19 -6.3 冷却系统结构的设计- 19 -6.4 冷却水回路的布置- 21 -7 参考文献- 22 -1塑料的工艺性设计1.1材料分析 聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。按聚合时采用的压力不同可分为高压、中压和低压三种。低压聚乙烯的分子链上支链较少，相对分子质量、结晶度和密度较高，所以低压聚乙烯比较硬，耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。高压聚乙烯分子带有许多支链，因而相对分子质量较小，结晶度和密度较低，且具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性。聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。密度为0.910.96g/cm，为结晶型塑料。聚乙烯有一定的机械强度，但与其他塑料相比其机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙烯有高度的耐水性，长期接触水其性能保持不变。聚乙烯透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般高压聚乙烯的使用温度在80C左右，低压聚乙烯为100C左右。聚乙烯能耐寒，在-60C时仍有较好的力学性能，-70C时仍有一定的柔软性。1.2塑件的尺寸与公差1.2.1塑件的尺寸塑件尺寸的大小受制于以下因素：1、取决于用户的使用要求。2、受制于塑件的流动性。3、受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。1.2.2塑件尺寸公差标准影响塑件尺寸精度的因素主要有：1、塑料材料的收缩率及其波动。2、塑件结构的复杂程度。3、模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。成型设备的控制精度等。 其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT6。1.2.3塑件的表面质量塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。2注射成型机及标准模架的选择2.1产品零件图图12.2 选择注射机的相关计算 查得PE塑料的密度为0.91-0.96g/cm,取中间值=0.93g/cm估算出两个制品体积：V=216106.9532.22，两个塑料质量：M=V*=32.220.9329.97，利用UG分析模块得出单个制品的正面投影面积F=2375.82，所需注射量80%注射机最大注射量；注射压力；锁模压力。1） 注射量：该塑料制件单件重=14.99g，浇注系统重量的计算可根据浇注系统尺寸（浇注系统的体积取制件体积的0.2-1倍）。浇注系统的体积： 。2） 粗略计算浇注系统的重量总体积：总重量 对于注射机满足注射量 式中额定注射量（cm3）塑件与浇注系统凝料体积和（cm3） 3） 注射压力PE塑料成型时的注射压力P= 4）锁模力： 式中 P塑料成型时型腔压力； F浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（cm） 流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积,可用1.35nF来进行估算=1.352F=6415.00mm2 查塑料模具设计指导表1 取P型=25Mpa ，Fm=P型=641525=160.4KN。塑件特点举例型腔平均压力 / Mpa 容易成型塑件 PE,PP,PS等薄厚均匀的日用品，容器等 25一般塑件在模温较高下，成型壁薄容器类 30中等粘度塑件及有精度要求的塑件ABS，POM等有精度要求的零件，如壳体等35高粘度塑件及高精度，难充型塑件 高精度的机械零件，如齿轮,凸轮等 40 表1常用塑料注射时型腔的平均的压力 查塑料成型工艺与模具设计附录C,根据以上计算初步选定注塑机为XSZY350，注射压力为130MPa，合模力为180kN，注射方式为螺杆式。2.3 模架的初步选择一模两腔根据GB/T 12555-2006定模板厚度：A=25mm动模板厚度：B=25mm垫块厚度： C=60mm初选250*250*300图23型腔布局与分型面设计3.1型腔的数目根据设计要求选择一模两腔3.2型腔的布局考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式：图33.3分型面的设计 分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择。分型面应选在塑件外形最大轮廓处，便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边，保证塑件的精度要求，满足塑件的外观质量要求，便于模具加工制造，对成型面积的影响，对排气效果的影响，对侧向抽芯的影响。主要有以下几种分型面形式：平面分型面，倾斜分型面，阶梯分型面，曲面分型面，互垂直分型面，为操作简单，节约经济，选用平面分型面。3.3.1考虑对成型面积的影响选择分型面时应尽量减少塑件在合模分型面上的投影面积。尽量减少制品在合模方向上的投影面积，可以减小所需锁模力。从而可以可靠的锁模以避免胀模溢料的现象发生，如下图4就比较合理。 图4 3.3.2考虑对排气效果的影响分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁表面重合，以利于把型腔内的气体排出。如下图5 图5 3.3.3，分型面的确定综合考虑选择以下A-A面作为分型面较为合理图64浇注系统的设计4.1主流道设计主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。形状结构如图7所示，其设计要点： 1) 主流道尺寸设计 根据所选注射机,则主流道小端尺寸： d=注射机喷嘴尺寸+(0.51)=1.5+0.5=2 mm2) 主流道球面半径为： SR=喷嘴球面半径+(12)=15+(12)=16mm 3) 球面配合高度 h=3mm5mm,取h=3mm 4) 主流道长度,尽量小于60mm,由标准模架结合该模具的结构,取L=25+20=45mm 5) 主流道大端直径 ： D=d+2Ltan=4.54mm(半锥角为1- 2,取= 2)取D=4.5mm. 6) 浇口套总长 L0=25+20+h+2=50mm 7) 主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T10A，热处理淬火后硬 度HRC。8) 主流道凝料体积 ： q主= L0/12(D2+Dd+d2)=50/12(4.52+4.52+22) =435.02mm3=0.435cm34.2主流道衬套的固定因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为65mm，内径23mm。具体固定形式如图所示： 图7 4.3分流道的设计a) 分流道是脱浇板下水平的流道。为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形梯形U形半圆形及矩形等，工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸： 式中 B梯形大底边的宽度（mm） m塑件的重量（g） L分流道的长度（mm） 图8 H梯形的高度（mm） 质量大约58.5g，分流道的长度预计设计成mm长，且有2个型腔，所以取B为mm=2.6 取H为3mmb) 分流道长度分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。将分流道设计成直的，总长mm。c) 分流道表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6m左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。D)分流道凝料体积 分流道长度 L=252=50mm 分流道截面积 A=（3+4）/23=10.5mm2q分=5010.5=525mm3=0.525cm3q=q主+q分+q塑件=(0.435+0.525+216.10695)cm3=33.18cm34.4 浇口的设计 浇口截面积通常为分流道截面积的0.07倍0.09倍。浇口截面积形状多为矩形和圆形两种。浇口长度为0.5mm2mm。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐渐修正。 1）浇口类型及位置确定 该模具是中小型塑件的多型腔模具，设置侧浇口比较合适。侧浇口开设在垂直分型面上，从型腔（塑件）外侧面进料，侧浇口是典型的矩形截面浇口，能很方便的调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间，因而又被称为标准浇口。这类浇口加工容易，修正方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具。 浇口结构尺寸的经验公式 2）侧浇口深度和宽度经验计算 经验公式为 t=n=mm ，b=mm 浇口长度l取值1.5m式中t-侧浇口厚度 b-侧浇口宽度 -塑件厚度约为1.3mm n-塑料系数取 n=0.6 （对于PE选择0.6） A塑件表面的面积4.5 排气的设计排气槽的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。越是薄壁制品，越是远离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎样才算充分呢？一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。 适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。5成型零件的设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。5、成型零件的结构设计5.1、型腔凹模结构设计凹模是成型产品外形的主要部件。 其结构特点：随产品的结构和模具的加工方法而变化。 镶拼的组合方式的优点：对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。所以采用组合式的凹模结构。同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。5.2型芯结构设计整体嵌入式型芯，适用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中。最常用的嵌入装配方法是台肩垫板式，其他装配方法还有通孔螺钉联接式，沉孔螺钉联接式。5.3 成型零件工作尺寸计算5.3.1计算原则所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸，其直接对应塑件的形状与尺寸。鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难以达到高精度，为了计算简便，规定：1）塑件的公差塑件的公差规定按单向极限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“”，制品叫做腔尺寸公差取正值“”，若制品上原有公差的标注方法与上不符，则应按以上规定进行转换。而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即取。2）模具制造公差实践证明，模具制造公差可取塑件公差的，即z=，而且按成型加工过程中的增减趋向取“+”、“-”符号，型腔尺寸不断增大，则取“+z”,型芯尺寸不断减小则取“-z”，中心距尺寸取“”。现取。3）模具的磨损量实践证明，对于一般的中小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的，对于大型塑件则取以下。另外对于型腔底面（或型芯端面），因为脱模方向垂直，故磨损量c=0。4）塑件的收缩率塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算。=%=2%5）模具在分型面上的合模间隙由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时，塑件产生的飞边也小。飞边厚度一般应小于是0.020.1mm。为了降低模具加工难度和制造成本，在满足塑件使用的前提下，采用较低的尺寸精度。 塑件精度等级与塑料品种有关，根据塑料的收缩率的变化不同，塑料的公差精度分为高精度、一般精度、低精度三种(见表2)。 表2 塑料品种建议采用精度等级高精度一般精度低精度PE567由塑件的工作环境知道工件的精度要求不高，所以精度等级选择一般精度。 表35.3.2、型腔、型芯和中心距计算公式一、型腔计算公式1） 型腔径向尺寸=(1+S)-X2） 型腔深度尺寸=(1+S)-X二、 型芯计算公式1) 型芯径向尺寸=(1+S)+X2) 型芯高度尺寸=(1+S)+X3）中心距计算公式=(1+S) 图9三、型腔径向尺寸=(1+S)-X=（1+S）55.00.6455.62=(1+S)-X=（1+S）40.00.5240.41式中 S塑件平均收缩率 塑件外型径向尺寸 X修正系数取 塑件公差值 制造公差四、型腔深度尺寸1=(1+S)-X=（1+S）6.00.285.932=(1+S)-X=（1+S）2.00.241.88式中 h塑件外型深度尺寸 x修正系数取 五、型芯径向尺寸=(1+S)-X=（1+S）50.00.5650.58（按照型腔公式计算）=(1+S)-X=（1+S）5.00.28=4.89（按照型腔公式计算）=(1+S)+X（1+S）21.00.44=21.54=(1+S)+X（1+S）2.00.242.22式中 L塑件内型径向尺寸 x修正系数取 6、 型芯高度尺寸=(1+S)-X=（1+S）7.00.326.86（按照型腔公式计算）=(1+S)+X=（1+S）9.00.329.30=(1+S)+X=（1+S）2.00.242.2式中L塑件内型高度尺寸 x修正系数取6脱模机构的设计6.1脱模机构设计的总体原则（1） 要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构。（2） 正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；力的作用面尽可能大一些，以防止塑件在被推出过程中变形或损坏。（3） 推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观。（4） 推出机构应结构简单，动作可靠（即：推出到位、能正确复位且不与其他零件相干涉，有足够的强度与刚度），远动灵活，制造及维修方便。6.2推杆设计 图10 6.3 冷却系统结构的设计 一般注射到模具内的塑料温度为200左右，塑件固化后，从模具型腔中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并迅速脱模。 因为PE黏度低流动性好，因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用温水对模具进行冷却。PE的成型温度和模具温度分别260280、3565，用常温水对模具进行冷却。 (1) 冷却介质：冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低。用水冷却即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。 (2) 冷却系统的简略计算 ：如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步和简略计算。 1) 求塑件在固化时每小时释放的热量Q，PE单位质量放出的热量Q1=6.0 102KJ/kg8.0 102 KJ/kg 取Q1=7.0 102KJ/kg 故Q= Q1 W=0.0617 7 X102 60=2592.02KJ/h 式中，W单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（Kg/h)。该模具每分钟注射2次，所以W=2q=2 33.1810-3 0.93=0.0617kg/min 2) 求冷却水的体积流量=WQ1/C1(T1-T2)=0.06177102/4.187103(25-20)=2.063510-3m3/min 式中 冷却水的密度，为1 X103kg/m3 C1冷却水的比热容，为4.187kj/kg. T1冷却水出口温度，取25 T2冷却水入口温度，取20 3) 求冷却管道直径 查塑料制品成型及模具设计表3所示， 取d=8mm 表4表6.2-1冷却水的稳定湍流速度与流量4） 求冷却水在管道中的流速v=42.063510-3 /3.14（8/1000）260 =0.6846m/s5） 求冷却管壁与水交界面的膜传热系数 K查塑料制品成型及模具设计表4所示，水温为25，取f=6.48表44.1876.48(1030.6846)0.8/（8/1000）0.2 =1.322104KJ/(mh)6）求冷却管道总传热面积A 由公式得，A=60WQ1/KT=600.06177102 /K65-(25-20)/2 =3.13710-3 m2 式中T模具温度与冷却水温之间的平均温度差，模具温度取65 7）计算凹模上座设冷却管总长度L（mm）由于传热面积A=dL 所以，L=A/d=3.13710-3 /(3.14810-3)=0.1249m 8) 求凹模所需冷却水管根数 n=L/B B为模具的宽度 =0.1249/0.250=0.4991根据模具冷却系统设计原则:冷却水孔数量尽量多,尺寸尽量大的原则。可知，冷却水孔数量大于或等于1根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。根据书上的经验值取4，冷却水口口径为8mm。 6.4 冷却水回路的布置冷却机构设计应按照以下几条原则设计 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡； 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀； 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等；浇口处加强冷却；应降低进水与出水的温差； 合理选择冷却水道的形式； 合理确定冷却水管接头位置； 冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。 综上所诉，决定采用水冷却，凹模冷却水道采用环绕型腔布置的两层式冷却回路，水道开设时注意