毕业设计（论文）-汽车音响面板注塑模具设计.doc

目 录目 录III1.引言12.塑料工艺分析与模具方案确定22.1 制件的分析22.2 模具方案的初步确定22.3总装图33. 塑料的成型特性及工艺参数34. 注塑设备的选择44.1 计算塑件的体积和重量44.2 选择设备型号、规格、确定型腔数45. 浇注系统55.1 确定成型位置55.2 分型面的选择55.3 浇口套的选用65.4 流程比的校核76. 脱模机构的设计86.1 顶出机构86.2 脱模力的计算87. 侧向抽芯机构的设计97.1 抽拔距与抽拔力的计算107.1.1抽芯距107.1.2抽芯力的计算107.2 抽芯机构的设计117.2.1滑块与滑块槽的设计117.2.2定位装置的设计127.2.3斜导柱的设计与计算128. 温度调节机构的选择138.1模具温度调节对塑件质量的影响138.2冷却系统的设计原则138.3冷却装置的布置如下149. 注射机有关工艺参数的校核159.1 注射量的校核159.2 锁模力与注射压力的校核159.2.1锁模力的校核159.2.2注射压力的校核169.3 材料厚度与注射机开模行程的校核1610. 成型零部件的设计与计算机构形式1710.1 成型零部件的结构形式1710.1.1凹模的结构设计1710.1.2型芯的结构设计1710.2成型零部件的工作尺寸的计算1711. 模架、支承与连接零件的设计与选择2011.1定模座板2011.2定模板2011.3动模板2111.4 动模座板2112. 合模导向与定位机构的设计2112.1 导柱导向机构2212.2 导向孔、导套的结构及要求2212.3 导柱布置2213. 排气与引气系统2213.1.1排气系统的作用及气体来源2213.1.2排气系统的设计要点2313.2引气装置23结 论24全套图纸加扣3012250582 241.引言随着各种性能优越的工程塑料不断开发，注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品。要高质量、经济地生产出注塑制品，必须综合考虑成型树脂、注塑模具及注塑机的问题，注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本。注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE。我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。塑料模是应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。2.塑料工艺分析与模具方案确定2.1 制件的分析如下图所示，该制件为汽车音响面板，使用材料为PP。图2-1制件图图2-2制件三维图2.2 模具方案的初步确定 由于塑件属于薄壁深壳状零件，我们采用滑块抽芯两侧扣位，用顶杆顶出。工作过程：开模后，受到压缩的弹簧回复原始状态。合模时，滑块机构在斜导柱的引导下复位，顺利完成合模。2.3总装图总装图如图2-3所示。图2-3总装图3. 塑料的成型特性及工艺参数PP的材料名称是聚丙烯（百折胶）。百折胶质轻，可浮于水，它具有高的结晶度，高耐磨性，高温冲击性好，化学稳定性高，卫生性能好，无毒，耐热性高，可在100摄氏度左右使用，突出的延伸性能和抗疲劳性能。可应用于微波炉、餐具、盆、塑料桶、保温瓶外壳、编织袋等生活用品，也可用于法兰，齿轮，接头，把手等工业元件。PP的最大缺点就是容易氧化老化。可用添加抗氧化剂与紫外光吸收剂等加以克服。收缩率：1.02.5% 熔融温度：230275 成型温度：1565度比重：0.9020.906 成型压力：100130Mpa 流比长：100200结晶性：半结晶性 射速：高速注射 4. 注塑设备的选择4.1 计算塑件的体积和重量体积：通过PROE软件的“质量属性”分析塑件，得到塑件的体积为=17.4mm3=15.8cm3。质量：材料PP的密度取=0.91g/ cm3，则单个塑件的质量m=V=15.8g。4.2 选择设备型号、规格、确定型腔数根据以上所计算的结果，可选择设备型号、规格、确定型腔数。注射机的额定注射量为Vb，每次的注射量不超过它的80%，即 n=(0.8-)/ (4-1)式中 n型腔数；Vj浇注系统的体积（g）；塑件体积。估算浇注系统的体积Vj：根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积。=0.78由于该塑件外形较小，且需要比较复杂的抽芯机构，因此采用一模1腔，即n=1则 Vb=(nVg+Vj)/0.8= 230.2 (4-2)根据所计算的各项参数，选用J54-S200/400型注塑机，注塑机的参数如下：表4-1注塑机主要参数标称注射量(cm3)400注射行程(mm)160注射压力(Mpa)109合模力/N螺杆直径(mm)55最大成型面积（cm2）645模板厚度/mm最大406螺杆转速(r/min)16,28,48最小165喷嘴球半径（mm）12注射时间(s) 1.8喷嘴孔直径（mm）45. 浇注系统5.1 确定成型位置由于塑件的两侧处有方孔，我们使用滑块机构来成型，将两个滑块安排在两侧的方孔，每个滑块成型两侧的一半方孔。5.2 分型面的选择选择分型面的原则：(1)有利于脱模；(2)有利于保证塑件的外观质量和精度要求；(3)有利于成型零件的加工制造；(4)分型面数目与形状通常采用平行分型面，即采用一个与注射机开模运动方向垂直的分型面；(5)型腔方位的确定：在决定型腔在模具内的方位时，分型面的选择应尽量防止形成侧孔或方孔，以避免采用比较复杂的模具结构；(6)有利于侧向抽芯；(7)考虑侧向抽拔距；(8)应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，而将短抽拔距作为侧向分型芯或抽芯，并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯；(9)锁紧模具的要求；(10)有利于排气；(11)分型面的选择应考虑注射机的技术参数。综上所述，结合本塑件实际情况，将分型面定为如图5-1所示图5-1 分型面为了避免A板和滑块有尖角产生，分型面应在边倒圆底端。5.3 浇口套的选用由于采用直接浇口，在产品底部的花纹需要成型，所以交口套底面必须加工出所需要的花纹，详细数据请参见浇口套零件图，示意图如下5-2所示图5-2 浇口套由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触和碰撞,所以常将主流道设计成可拆卸的浇口套，材料为T10A钢,并淬火处理到洛氏硬度5055HRC.T10A钢适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动，需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，可用作不受较大冲击的耐磨零。5.4 流程比的校核在确定浇口位置及数量时，对于大型塑件还应该考虑所允许的最大流程比。因为当塑件壁厚较小，而流程较长时，不但内应力增大，而且会因为料流温度降低较多而造成注射不满，这时必须增大塑件的壁厚，或增加浇口数量、改变浇口位置，以缩短最大流程。流程比是指塑料熔体在型腔内流动的最大流程与其厚度之比。即： （5-1）B流程比；各段流程长度；各段流程的型腔厚度；允许的流程比，（这里塑料PP的允许流程比为280）所以在允许的范围内，可行。6. 脱模机构的设计6.1 顶出机构产品属于薄壁、深腔壳状物件，故采用推板顶出，可简化模具结构，缩短模具闭合时间，同时塑件无顶痕，保证了产品表面的光滑度。6.2 脱模力的计算脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。塑件在模具冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时还要克服大气压力；此外，尚需克服机构本身运动的摩擦阻力几塑料和钢材之间的粘附力。一般而论，制品刚刚开始脱模之瞬间的摩擦力最大。由于=2.5mm，d=90mm；/d=0.02780.05所以该塑件为薄壁塑件，又因为塑件的断面为圆环形，根据参考知其计算公式： F=+0.1A （6-1）式中，S是塑料平均成型收缩率（%）；E是塑料的弹性模量（MPa）; 是塑件对型芯的包容长度（mm）;是模具型芯的脱模斜度（）；是塑料的泊松比；是塑件的平均壁厚；f是塑件与型芯之间的静摩擦力，常取0.10.2;A是盲孔塑件型芯在脱模方向上的投影面积，=1+fsincos1。本塑件的材料选择为PP（百折胶），有关参数为S=1.75%,E=950MPa, =40mm，=0.392，A=276.46mm2，=3；代入求得：脱模力F=81.65kN。7. 侧向抽芯机构的设计当注射成型侧壁带有孔，凹穴，凸台等的塑件时，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，以便在脱模前先抽调侧向成型零件，否则就无法脱模。带动侧向成型零件作侧向移动的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。按动力来源可分为：手动抽芯机构、液动或气动抽芯机构和机动抽芯机构等三大类型。其中机动抽芯机构是利用注射机的开模运动和动力，通过传动零件将侧型芯或侧型腔抽出。这种机构结构比较复杂，但抽芯不需要人工操作，生产效率高，与液压或气动抽芯机构相比较无须另行设计液压或气压抽芯系统，成本较低。根据传动零件的不同，机动抽芯又可分为斜导柱抽芯、斜滑块抽芯、弯销抽芯、斜导槽抽芯、弹簧抽芯、齿轮齿条抽芯等多种抽芯形式。本次设计根据模具的结构，采用斜导柱抽芯机构。斜导柱抽芯机构是最常用的一种抽芯机构，具有结构简单、制造方便、安全可靠等特点；其工作原理是：斜导柱固定在定模板上，滑块在动模板的导滑槽内可以移动。开模时，开模力通过斜导柱作用于滑块，迫使滑块在动模板的导滑槽内向两边移动，完成抽芯动作；塑件由推板推出型腔；挡板、弹簧及螺钉是滑块保持抽芯后的最终位置，保证合模时斜导柱能准确地进入滑块的斜孔，使滑块回到成型位置；在注射成型时，滑块受到型腔熔体压力的作用，有产生位移的可能，因此用楔紧块来保证滑块在成型时的准确位置。斜导柱抽芯机构主要由滑块、滑块槽、滑块固定板和斜导柱等零件组成。由于本塑件两侧有和一端有凹槽，阻碍成型后塑件直接从模具里脱模，所以必须采用内侧抽芯机构。又因为抽芯距不是很大，侧凸的成型面积较小，故可采用滑块内侧抽芯机构。斜滑块应考虑分型与与抽芯方向的要求，并尽量保证塑件具有较好的外观质量，不要使塑件表面留有明显的拼缝痕迹。另外，还应使斜滑块的组合部分具有足够的强度。图7-1 抽芯机构7.1 抽拔距与抽拔力的计算7.1.1抽芯距抽芯距是指型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置，滑块所移动的距离。一般抽芯距等于侧孔深加23mm。则 S=S1+（1+3)mm=10mm+3mm=13mm （7-1）7.1.2抽芯力的计算查表得抽芯力Q的计算公式9： （7-2）式中 l活动型芯被塑件包紧的断面形状周长；h型腔部分的深度；塑件对型芯单位面积的挤压力，一般取812MPa；塑料与钢的摩擦系数，一般取0.10.2；侧孔或方孔的脱模斜度()，本设计中取=。则 =（10.2315+24.0785+11.4292+18.0456+3）458（0.1cossin）=125189.1N7.2 抽芯机构的设计图7-1 斜导柱抽芯机构塑件的侧向抽芯机构如上图所示，开模时，滑块随定模一起运动，其带动滑块运动，直到运动到定位装置的位置；闭模时，滑块先进入斜导柱孔，在斜导柱和楔紧块的作用下，使侧向机构顺利合模。 7.2.1滑块与滑块槽的设计(1)滑块与侧向型芯的连接斜导柱抽芯机构的滑块分为整体式和组合式两种，考虑到节约材料和机械加工容易，本次设计中的滑块采用整体式，侧向型芯作为滑块的一部分一起加工。(2)滑块槽的设计侧向抽芯过程中，滑块必须在滑槽内运动，并要求运动平稳且具有一定的精度。本次设计采用“T”形组合式的导滑槽，其由一块板做成滑槽板，导滑部分容易磨削，精度也容易保证。设计滑槽时还应注意下面问题： 滑块完成抽拔动作后，其滑动部分仍应有全部或部分长度留在滑槽内，滑块的滑动配合长度常大于滑块宽度的1.5倍；滑块完成抽拔动作后，其滑动部分留在导滑槽中的长度不应小于滑块配合长度的2/3，否则，滑块复位时容易倾斜，甚至破坏模具。为不增大模具体积又要保证导滑槽长度，可在模具上采用局部加长导滑槽的方法； 滑槽对滑块的导滑部分采用间隙配合，配合特性可选用H8/g7或H8/h8，其它各部分均留有间隙，滑块的滑动部分和滑槽导滑面的粗糙度Ra为0.8；由于模具工作时，滑块在导滑槽内要往复移动，为降低磨损，滑块的材料可用T8A、T10A、或45钢，导滑部分淬火硬度在40HRC以上，导滑槽的材料可用耐磨材料或铜滑板，淬火硬度为5458HRC。在本设计中，查阅模具设计与制造简明手册表2-4-74，选定滑槽高度为12mm，滑槽宽度为9mm，材料选为T10A，热处理5458HRC。7.2.2定位装置的设计侧抽芯动作完成后，滑块应留在所要求的位置上，不可任意滑动，以便合模时斜导柱能准确地进入滑块的斜孔中，该设计采用钢珠联合弹簧定位形式。钢珠直径7mm，弹簧丝直径1mm。7.2.3斜导柱的设计与计算综合实际情况，本模具采用斜导柱安装在定模，滑块安装在动模的。斜导柱倾斜角选为20，则斜导柱有效工作长度为L=S/sin20，其中S为抽芯距。即 L2=13/sin20=38mm 斜导柱直径取决于斜导柱所受的最大弯曲力，按斜导柱所受的最大弯曲应力小于其许用弯曲应力的原则，直径的计算公式为d=m=14.97mm （7-3）其中P为斜导柱所受的弯曲力,主要取决于抽拔力Q和倾斜角，其简化计算公式为 ； （7-4）在这里P=125189.1/cos=133223.46NH是抽芯孔中心与A点的垂直距离（mm）；是斜导柱材料的许用弯曲应力（MPa），可取=300MPa。经计算与校核，斜导柱直径选则d=16mm。8. 温度调节机构的选择8.1模具温度调节对塑件质量的影响(1)尺寸精度 对一般塑件,必须使模温较低,并保持恒定温度,以减少塑件成型收缩率的波动,提高塑件尺寸稳定性；(2)形状精度 模具型芯和型腔的各部分温差太大,会使塑件收缩不均匀导致翘曲变形,特别是对于壁厚不一致和形状复杂的塑件,常常会出现因收缩不均匀而变形的情况,因此,必须设计合适的冷却回路,使模具型腔、型芯各个部分的温度基本一致，从而使塑件各部分的冷却速度相同；(3)力学性能 对于结晶型塑料冷却速度影响其结晶度，而结晶度又影响其力学性能。冷却速度快，结晶度低，应力开裂的倾向小。一般可采用较高的熔体温度、较低的模具温度、较短的保压时间和快速填充，这样成型条件来减少塑件应力开裂的倾向。(4)表面质量 当模具的温度过低时，会使塑料熔体粘度提高，流动阻力增大，从而出现填充不满，塑件轮廓不清，或者产生熔接痕或振动痕；提高模具温度即可改善塑件表面状态，使塑件表面粗糙度降低。8.2冷却系统的设计原则(1)冷却系统的布置应先于脱模机构(2)合理地确定冷却管道的直径中心距以及与型腔壁的距离(3)降低进出水的温度差，普通模具的进出水温差不应超过5(4)浇口处应加强冷却(5)应避免将冷却水道开设在塑件熔接痕处(6)冷却水路应便于加工和清理。8.3冷却装置的布置如下图8-1型腔冷却系统 9. 注射机有关工艺参数的校核9.1 注射量的校核本塑件采用一模一腔的结构，由上面的计算结果可知： =46.813；=0.78故每次注射需要的塑料为：G=0.78+46.813=47.593由于注射机J54-S200/400的标称注射量为400，大于47.593，所以满足要求。9.2 锁模力与注射压力的校核9.2.1锁模力的校核由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个很大的推力，这个力应小于注射机的公称锁模力，否则将产生溢料现象即： （10-1）式中 注射机的公称锁模力（N），本次设计中，=900KN；P注射时型腔内注射压力，由下表10-1得： p =25MPa；表10-1 常用塑料注射成型时型腔平均压力 单位：MPa塑件特点举例容易成型的塑件一般塑件中等粘度及有精度要求的塑件高粘度及高精度、难充模塑料25303540PE、PP、PS等壁厚均匀的日用品、容器类在模温较高的情况下，成型薄壁容器类PP、POM等有精度要求的零件、如壳类高精度的机械零件，如齿轮、凸轮等塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和（mm2）。 则 = nA1+A2 (10-2)其中单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm2）本模具采用一模一腔，因此= =602.74mm2 则=1506.9KN (10-3)得知N所以注塑机的锁模力能够满足要求。9.2.2注射压力的校核J54-S200/400注射机的最大注射压力为109MPa，能够满足PP塑料成型所需要T的注射压力80140MPa的要求。9.3 材料厚度与注射机开模行程的校核材料厚度的校核查文献17得材料校核的公式： (10-4) 式中 注射机允许的最小厚度（J54-S200/400注射机的165mm）；注射机允许的最大厚度(J54-S200/400注射机的406mm)。则 H=204mm所以能够满足上面的要求。注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件(包括浇注系统)所需要的开模距，即满足下式： (10-5) 式中 Sk注射机的行程(J54-S200/400注射机的Sk160mm)；H1脱模距离(顶出距离),H140mm；H2塑件高度+浇注系统高度，H2(46+52)mm=98mm则 H1+ H2+10mm148mm160mm所以能够满足要求。10. 成型零部件的设计与计算机构形式10.1 成型零部件的结构形式10.1.1凹模的结构设计中小型凹模宜采用整体式凹模，本设计采用整体式凹模，这是因为凹模板厚度为25mm，比较薄，模板尺寸也较小，采用整体式并不会浪费材料，整体式凹模的优点是：强度大，塑件上不会产生拼模缝痕迹。10.1.2型芯的结构设计凸模的装配形式有模体与底板一体式，底板装配式，螺钉配合底板式。本模具属于小型模具，为了减少模具零件的加工量和便于加工，采用过渡配合（H7/m6）将型芯压入模具，型芯底部用凸肩固定。10.2成型零部件的工作尺寸的计算成型零部件中与塑件接触并决定塑件几何形状的各处尺寸，称为工作尺寸，它包括型腔深度与型芯高度尺寸、型腔和型芯径向尺寸、成型零件中心距。根据与塑件熔体或塑件之间产生摩擦磨损之后尺寸的变化趋势，可将工作尺寸分为三类：1) 孔类尺寸(A类)；2)轴类尺寸(C类)；3)中心距类尺寸(C类).任何制品都有一定的尺寸要求，制品成型后的实际尺寸与基本尺寸之间的误差叫制品的尺寸偏差。引起制品产生尺寸偏差的原因很多，据目前的生产经验来说，主要的原因是来自塑件的收缩率、成型零部件的制造偏差及其在使用过程中的磨损等三方面。生产中一般根据制品尺寸允许的公差来确定成型零部件的制造偏差及其磨损量，它们关系如下：; 。利用平均收缩率来计算，平均收缩率(Scp)是塑件的最大收缩率(Scpmax)与最小收缩率(Scpmin)的和的一半，即： Scp（Scpmax + Scpmin）/2 (11-1)=(0.3%+0.8%)/2=0.0055该塑件尺寸较大，因此精度要求较低，查表（SJ/T106281995），选用6级精度。因此每个尺寸的公差均可由表中查出。已知塑件尺寸如下：图11-1 制件图 表11-1 尺寸计算类型塑件尺寸计算公式计算结果型腔表11-1续型芯 中心距11. 模架、支承与连接零件的设计与选择注射模中的各种固定板、垫块、支承板及模座等均称为支承零部件，它们与合模机构组装，便可构成模具的基本骨架。注射模架的作用就是用来安装和固定注射模具中的各种功能结构，因此，在设计注射模时，必须保证各种支承零部件有足够的强度和刚度。11.1定模座板定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过8个16的斜导柱与定模固定板连接，定位圈通过4个M4的内六角螺钉与其连接，定模座板与浇口套为H6/f5配合。11.2定模板用于固定型腔、导套、楔紧块、斜导柱。厚度经计算校核应大于12，取标准值25。采用45钢制成，调质230HB270HB。其上的导套孔与导套一端采用H7/r6配合，另一端采用H8/h7配合；定模板与浇口套采用H6/f5配合。注射模中的各种固定板、垫块、支承板及模座等均称为支承零部件，它们与合模机构组装，便可构成模具的基本骨架。注射模架的作用就是用来安装和固定注射模具中的各种功能结构，因此，在设计注射模时，必须保证各种支承零部件有足够的强度和刚度。11.3动模板用于固定型芯，厚度经计算采用180mm11.4 动模座板模座是与注射机相联的模具底板，其作用是支承所有零部件、传递合模力及承受成型力。设计要点：(1)应有一定厚度；(2)轮廓形状和尺寸应与注射机上的动定模固定板相匹配；(3)模座上开设的安装结构（螺栓孔、压板台阶等）必须与设备上安装的螺孔的大小和位置相适应；(4)材料：碳钢、45钢、合金结构钢，调质230270HBS。12. 合模导向与定位机构的设计注射模在工作中周期性地开模、合模。当动、定模完全分开时，可依靠注射成型机的拉杆导向，但仅靠注射成型机的拉杆导向并不能保证注射模具正常工作，注射模本身必须设置导向与定位机构。导向机构的作用是：(1)定位作用：为了避免模具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的形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失效；另外，导向机构在模具的装配过程中也起定位作用，方便模具的装配和调整；(2)导向作用：在动定合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件；(3)承受一定侧压力：塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定的侧压力；(4)保持运动平稳作用：对于大、中型模具的脱模机构，有保持机构运动灵活平稳的作用。12.1 导柱导向机构考虑到塑件的精度要求和生产批量大小，故导柱要有导套配合，导套的外径与导柱的相等，也就是导柱的固定孔与导套的固定孔同径，两孔可以一刀加工，以保证位置精度。导柱同导套的配合都是间隙配