毕业设计（论文）-分型面偏移轴线式长筒注塑模设计.doc

毕业设计任务书系 部： 专 业： 学生姓名: 学 号: 设计题目 ： 分型面偏移轴线式长筒注塑模设计 起 迄 日 期: 指 导 教 师: 1 绪 论模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。1.1国内模具发展现状及发展趋势1.1.1国内模具的现状随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。近年来，随着我国产品制造业蓬勃发展，模具制造业也相应进入了高速发展时期。据中国模具工业协会统计，1995年我国模具工业总产值约为145亿，而2003年已达450亿左右，年均增长14%。另据统计，我国（不含台湾、香港、澳门地区）现有模具生产厂点已超过20000家，从业人员有60万人，模具年产值在一亿以上的企业已达十多家。可以预见，我国经济的高速发展将对模具提出更为大量、迫切的需求，特别需要发展的大型、精密、复杂、长寿命的模具。同时要求模具设计、制造和生产周期要达到全新的水平。1.1.2国内模具的发展趋势我国模具制造业面临着发展的机遇，但同时也面临着更大的挑战。虽然我国模具行业发展迅速，但还远远不能适应国民经济发展的需要。我国模具行业尚存在很大的不足，主要表现在以下几个方面: 第一、体制不全，基础薄弱。“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。根据国内和国际模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。1.2国外模具的现状和发展趋势 在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 随着科学技术的发展，国外一些掌握和运用高新技术的人才。如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高。故人均产值也较高。我国模具标准件使用覆盖率只有45%，而国外先进国家模具标准件使用覆盖率却已达70%以上。 综观模具行业发展现状，国外模具发展趋势主要表现在以下几个方面：理论研究的加强和模具的标准化；模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展；模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展；快速经济制模技术；模具材料及表面处理技术发展迅速；模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同。 2 模塑工艺规程的编制 该塑件为日常生活中经常见到的塑料长筒，其零件图如图1所示，此塑件的材料采用聚苯乙烯（PS），生产类型为中小批量生产。 图 1 塑料长筒技术要求： 1 零件表明不得有毛刺，内部不得有杂质。 2 未注圆角半径为R0.5。 3 材料为聚苯乙烯（PS）。2.1塑件的工艺性分析2.1.1塑件的原材料分析 具有一定的力学强度，化学稳定性及电气性能都较优良，透光性好，着色性佳，并易于成形。它的特点是差不多完全能耐水。缺点是耐热性较低，性较脆。而且其制品由于内应力容易碎裂，仅能于低负荷和不高的温度(6075)下使用。 塑件的材料选用聚苯乙烯（PS），属于常见的热塑性塑料。聚苯乙烯（PS）的化学和光学性能和物理特点：聚苯乙烯（PS）树脂有耐热，阻燃，高冲，高光泽，抗静电，抗震，抗蠕变，流动性好。聚苯乙烯（PS）在成型时需进行干燥(这是因为其吸湿和粘附水分倾向)。干燥的作用是除去塑料中的超量水分，防14击穿电压/(kvmm-1)： 19.757.5耐电弧性/s： 6080密度/(gcm-3)： 1.041.06吸水率24h长时间(%)： 0.030.05折射率(%)： nD1.591.60，8892透光率或透明度(%)： 透明摩擦系数： 0.350.45玻璃化温度/C： 100熔点/C： 131165熔融指数(MFI)/G(10min)-1： 190负荷,21N,喷嘴 2.09，0.37 维卡针温度/C： 70马丁耐热/C： 65962.1.2塑件的结构，尺寸精度及表明质量的分析 （1）结构分析 从零件图上分析，该零件的形状为圆筒形，长为226mm，塑件的主体部分直径为33毫米，最大的直径为40毫米，塑件的内孔为直径25毫米，壁厚4毫米塑件的壁厚均匀，聚苯乙烯（PS）塑料的合适的壁厚范围为0.75-4.0毫米。该塑件的结构简单，采用模外手动脱模机构，可以使模具结构简单。 （2）尺寸精度分析 有该塑件可知，此塑件除尺寸25给了公差之外，其余的为未注公差尺寸，选用的公差等级为MT5级，查模塑件的尺寸公差表可得铁机械有限公司生产的FT-800K型注塑机。FT-800K型注塑机的主要工艺参数射出系统项目 单位 FT-800K 螺杆直径mm 36 42 48 射出压力 kg/cm22074 1523 1166 理论射出容积 cm3 162 221 289 射出重量g/oz 150/5.3 203/7.1 266/9.4 射出率 cm3/sec 88 120 157 螺杆转速 r/min 210 锁模系统 锁模力 ton 80 上模板尺寸 mm 700550 下模板尺寸 mm 740590 模柱间距 mm 510360 最小模厚 mm 200/300 开模行程mm 270 最大开模距 mm 470/570 顶出力 ton 2.2 顶出行程 mm 70 其他 滑板尺寸mm 滑板行程 mm 系统最大压力kg/cm2140 油箱容量L 380油泵电机 hp(kW) 15(11) 电热容量 kW 7 总用电量 kW 18 机器尺寸 m 2.11.33.1机器重量ton 3 表1 注塑机的主要工艺参数塞均可 螺杆转速/（r/min）： 48 喷嘴形式： 直通式 预热温度： 6075 预热时间： 2 喷嘴温度/C： 180190 料筒温度/C前段： 140160 料筒温度/C中段： 150170 料筒温度/C后段： 170190 模具温度/C： 3265 注射压力/MPa： 60110 成型时间（注塑时间）： 1545 成型时间（高压时间）： 03 成型时间（冷却时间）： 1560 成型时间（总周期）： 40120 保压力/MPa： 5070 注塑时间/s： 35 保压时间/s： 530 冷却时间/s： 1530 成型周期/s： 4070 后处理方法： 红外线灯，鼓风烘箱注塑模结构设计主要包括：分型面选择、模具型腔数目的确定及型腔的排列方式和冷却水道布局以及浇口位置设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。3.1分型面选择 制品在模具中的位置，直接影响到模具结构的复杂程度，模具分型面的确定，浇口的设置，制品尺寸精度和质量等。因此，开始制定模具方案时，首先必须正确考虑制品在其中的位置；然后再考虑具体的生产条件（包括模具制造的），生产的批量所需的机械化和自动化程度等其他设计问题。 制品在模具中的位置设计时应遵循以下基本要求：制品或制品组件(含嵌件)的正视图，应相对于注塑机的轴线对称分布，以便于成型；制品的方位应便于脱模，注塑模塑时，开模后制品应留在动模部分，这样便于利用成型设备脱模；当用模具的互相垂直的活动成型零件成型孔、槽、凸台时，制品的位置应着眼于使成型零件的水平位移最简便，使抽芯操作方便；如果制品的安置有两个方案，两者的分型面不相同又互相垂直，那么应该选择其中能使制品在成型设备工作台安装平面上的投影面积为最小的方案；长度较长的管类制品，如果将它的长轴安置在模具开模方向，而不能开模和取出制品的；或是管接头类制品，要求两个平面开模的，应将制品的长轴安置在与模具开模相垂直的方向。这样布置可显著减小模具厚度，便于开模和取出制品。但此时需采用抽芯距较大的抽芯机构(如杠杆的、液压的、气动的等)；如果是自动旋出螺纹制品或螺纹型芯的模具，对制品的安置有专门要求;最后制品位置的选定，应结合浇注系统的浇口部位、冷却系统和加热系统的布置，以及制品的商品外观要求等综合考虑。 选择分型面的原则是：脱出塑件方便、模具结构简单、型腔排气顺利、确保 塑件质量,无损塑件外观、设备利用合理。 所以，模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。 根据以上规则，该塑件为放大器壳盖，表明质量无特殊要求。选择如图2所示的分型面较合理，这样有利于成型，塑件的脱模，和气体的排放。这样的分型面，型腔采用两半分型，此结构采用了分型面偏移的方法，型腔轴心往动模部分偏移“L”后，是动模型腔对制品的包角圆弧增大，同时，边缘出现了圆角，保证了制品粘在动模上，然后可由顶出装置，顶出。启模后，制品连通型芯一到在模外进行人工抽芯。 图 2 分型面的选择 图 3 型腔布局3.3浇注系统设计3.3.1主流道设计 根据设计手册查得FT-800K型注塑机喷嘴的有关尺寸： 喷嘴前端孔径：0=4mm 喷嘴前端球面半径：0 =10mm 根据模具主流道与喷嘴的关系 R = RO +（12）mm D = d0 +（0.51）mm 取主流道球面半径 R =11mm 取主流道的小端直径d =4.5mm3.3.2主流道衬套的选择与设计 主流道衬套时应注意以下事项：对于小型注塑模，可将主流道衬套与定位环设计成一个整体，但在多数情况下均分开设计;主流道衬套应选用优质钢材（如T8A等），热处理后硬度为5357HRC;衬套的长度应与定模配合部分的厚度一致，主流道出口处的端面不得突出在分型面上，否则不仅会造成溢料，而且 图4 浇口衬套3.3.3分流道设计 由于分流道可将高温高压的塑料熔体流向从主流道转换到模腔，所以，设计时不仅要求熔体通过分流道时的温度下降和压力损失都应尽可能小，而且还要求分流道能平稳均衡地将熔体分配到各个模腔。从这些要求出发，分流道应设计得短而粗，但过短过粗时又会增加塑料消耗量，并使冷却时间延长，另外还会使模腔布置发生困难。因此，恰当合理的分流道形状和尺寸应根据制品的体积、壁厚、形状复杂程度、模腔的数量以及所用塑料的性能等因素综合考虑。分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注塑速率、分流道长度等因素来确定。本塑件的形状不算太复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为U形分流道，长度为80mm，查表得D=6mm，二级分流道h=7mm，R=3.5mm。3.3.4浇口的设计 根据本塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用扇形浇口较为理想。扇形浇口通常用于流动性大的塑料。如聚苯乙烯，ABS等。浇口呈扇形。 扇形浇口适用于长条或扁平而薄的塑件，例如：托盘，标尺，盖板等。由于融熔塑料分散进入型腔，所以减少了流纹和定向效应，对于着色料来说，可以3.4.1导柱的选择 导柱的选择直形导柱和阶梯形导柱的前端都设计为锥形，便于导向。两种导柱都可以在工作部分带有贮油槽。带贮油槽的导柱可以贮存润滑油，延长润滑时间。直形导柱用于塑件生产批量不大的模具，可以不用导套。阶梯形导柱用于塑件大批量生产的模具，或导向精度要求高，必须采用导套的模具，装在模具另一侧的导套安装孔可以和导柱安装孔采用同一尺寸，一次加工而成，保证了严格的同轴，本模具采用带头导柱。其形状，如图5所示。 图5带头导柱 导柱直径尺寸随模具分型面处模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所选导柱直径也应愈大。除了导柱长度按模具具体结构确定外，导柱其余尺寸随导柱直径而定。本模具的中心距为420mm,本模具选用带头导柱，选用d=35mm,L=200mm,L1=40mm有肩导柱。3.4.2导套的选择 导向孔，可带有导套，也可以不用导套，无论是否由导套，导向孔，应设置成通孔，否则，会增加模具闭合时的阻力，使模具不能紧密闭合。 本模具采用不带导套的方法，直接在模具的定模部分加工出导套孔，具体形状可以查看模具装配图。螺纹型芯和螺纹型环一样，成型时也需要可靠的定位，不因外界震动和塑件的冲击而位移，在开模时能随制品一道方便的取出。对于本模具，可在螺纹芯环的外表面设置一个凹孔，用键定位，起形状见模具装配图。3.6排气系统的设计 注塑模的排气是一个不可忽视的问题，特别是快速注塑成型的工艺，对注塑模的排气的要求更加严格。在排气不良的模具中，气体受到很大的压缩力，而产生压缩反力，这种反力，阻止塑料熔体快速充满型腔，而且，压缩的气体产生的热也可能使塑料熔体烧焦。对于小型模具可利用分型面排气，本模具的分型面位于塑料溶体流动的末端，易于排气。 由于此塑件的分型面的，面积很大，可以利用分型面的拼合的缝隙，对型腔进行排气，此外，此塑件的型腔为组合式的型腔，塑件采用模外手动脱模，塑件的内部有几个组合式的型芯，可以利用其拼合的缝隙，进行排气。3.7成型零件结构设计3.7.1凹模的结构设计 本例中模具采用一模两件的结构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素，凹模拟采用整体式结构，型腔板采用优质合金钢，表面应抛光处理，以减少塑料熔体对型腔的摩擦阻力。 根据本例分流道与浇口的设计要求，分流道和点浇口开在型腔板上，如图7所示。3.7.2滑块的设计 滑块相当于成型塑件的内表面，结构设计如图8所示。3.7.3滑块座的设计 4 模具有关尺寸计算 本例中成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。 查表得聚苯乙烯（PS）的收缩率为Q=0.2%0.8%，故平均收缩率为Qcp=(0.2+0.8)%/2=0.5%，考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取z=/3。4.1型腔和型芯工作尺寸的计算4.2凹模型腔和型芯尺寸的计算4.2.1凹模型腔板侧壁的计算与底板厚度计算 成型零件的工作尺寸，要保证所成型塑料制品的尺寸。而影响塑料制品尺寸和公差的因素相当复杂，如模具的制造误差及模具的磨损；塑料成型收缩率的偏差及波动；溢料飞边厚度及其波动；模具在成型设备上的安装调整误差、成型方法及成型工艺的影响等。成型的零件的工作尺寸计算，要考虑塑料制品的尺寸公差，所成型塑料的收缩率、溢料飞边厚度、塑料制品脱模、模具制造的加工条件及可达到的水平等因素。 单型腔侧壁厚度的经验计算公式为：tc=0.20l+17。多型腔模具的型腔与型腔之间的壁厚tc的经验计算公式为tctc/2。 根据经验数据法，型腔的单侧壁厚为45毫米，底板厚度为32毫米。4.2.2螺纹型芯、型环的尺寸的计算 5 模具加热与冷却系统的计算 本塑件在注塑成型时不要求太高的模温，因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下设计计算： 设定模具平均工作温度为40,用20常温水作为模具冷却介质，其出口温度为30,产量为（初算每1.5分钟1套）0.302/h。5.1求塑件在硬化时每小时释放的热量Q3 查有关文献得ABS的单位热流量为2710J/。Q3=WQ2=0.3022710 J/ =8.15410 J/5.2求冷却水的体积流量V V=V= =0.3210m/min 由体积流量V查表可知所需的冷却水管直径为20毫米左右。 由上述计算可知，模具每分钟所需的冷却水体积可以通过模具上的冷却水道通入冷水，达到冷却，可以大致确定，定模板的冷却水道的直径为24mm，动模板的冷却水道的直径为18mm。 6 模具闭合高度的确定 在支承与固定的零件的设计中，由于本塑件的定模座板和型腔板设计成了一体的，其厚度为H1=115mm，动模板和支撑板设计成一体，其厚度为H2=175mm。 根据推出行程和推出机构的结构的尺寸确定模脚高度：模脚的高度H3=180mm; 7 注塑机有关参数的校核 本模具的外形尺寸为490mm350mm470mm。FT-800K型注塑机模板最大安装尺寸为510mm360mm，故能满足模具的安装要求。 由上述计算模具的闭合高度H=470mm，FT-800K型注塑机所允许模具的最小模厚：200/300 最大开模距470/570，即模具满足 H min H H max的安装条件。 经查资料FT-800K型注塑机的最大开模行程S =270mm， 对于单分型面模具注塑模 SH1+H2+a+510 S150mm 式中：H1制品所用的脱模距离；H1=10mm H2制品高度；H2=40mm a取出浇注系统凝料必需的长度。a=150mm 此外，模具结构上不会过大增加开模距离，注塑机的开模行程足够。 经验证，FT-800K型注塑机能满足使用要求，故可采用。零件图8.1本模具的总装图和零件图见附图8.2本模具的工作原理 模具的工作原理：注塑完成，模具打开，动模后退，由于塑件采用了分型面偏移轴线的方法，是动模型腔对塑件的包角增大，保证了塑件留在动模上，在后退的过程中，碰到了注塑机的顶杆，顶出装置将塑件从动模型腔中顶出，此时，将塑件连同型芯一道拿出，在模外进行人工抽芯，模具开模完成。 图6 模具总装图 9 模具主要零件加工工艺规程的编制 定模型腔板的加工工艺过程见下表3 机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号01设计日期审核日期标准化日期会签日期标记记数更改文件号签字日期标记处数更该文件表3定模型腔板的加工工艺过程见下表 10 注塑模具的安装和试模10.1模具安装 （1 )清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物，毛刺。 （2）因本模具的外型尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面两根导轨上垫好木板，模具从侧面进入机架间，定模入定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平衡，灵活，无卡住现象，然后固定动模。 （3）调节锁模机构，保证有足够的开模距及锁模力，使模具闭合适当。 （4）慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平衡，灵活，协调。 （5）模具装好后，等料筒及喷嘴温度上升到距预定温度20-30，即可校正喷嘴与浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，须使松紧合适，校正后拧紧注射座定位螺钉，紧固定位。 （6）开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后才可注射试模。10.2试模 通过试模塑件上常会出现各种弊病，为此必须进行原因分析，排除故障。造成次废品的原因很多，有时是单一的，但经常是多个方面综合的原因。需按成型条件，成型设备，模具结构及制造精度，塑件结构及形状等因素逐个分析找出其中主要矛盾，然后再采取调节成型条件，修整模具等方法加以解决。首先，在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件。常因塑件被粘附于模腔内，或型芯上，甚至因流道粘着制品被损坏。这是试模首先应当解决的问题。10.2.1粘着模腔 制品粘着在模腔上，是指塑件在模具开启后，与设计意图相反，离开型芯一侧，滞留于模腔内，致使脱模机构失效，制品无法取出的一种反常现象。其主要原因是： （1） 注射压力过高，或者注射保压压力过高。 （2） 注射保压和注射高压时间过长，造成过量充模。 （3） 冷却时间过短，物料未能固化。 （4） 模芯温度高于模腔温度，造成反向收缩。 （5） 型腔内壁残留凹槽，或分型面边缘受过损伤性冲击，增加了脱模阻力。10.2.2粘着模芯（5） 可能存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。10.2.3粘着主流道 （1） 闭模时间太短，使主流道物料来不及充分收缩。 （2） 料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完成料道物料的固化。 （3） 主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充分收缩。 （4） 主流道衬套内孔尺寸不当，未达到比喷嘴孔大0.51 。 （5） 主流道拉料杆不能正常工作。 一旦发生上述情况，首先要设法将制品取出模芯，不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤。仔细查找不合理粘模发生的原因，一方面要对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达到要求，方可进行二次注射。 10.2.4成型缺陷 当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个排出，逐步改进，方可得到理想的样件。下面就对度模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。 注射填充不足， 所谓填充不足是指在足够大的压力、足够多的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。这种现象极为常见。其主要原因有： （1） 熔料流动阻力过大 这主要有下列原因：主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形状、尺寸不利于熔料流动。尽量采用整圆形、梯形等相似的形状，避免采用半圆形、球缺形料道。熔料前锋冷凝所致。塑料流动性能不佳。制品壁厚过薄。 （2） 型腔排气不良 这是极易被忽视的现象，但以是一个十分重要的问题。模具加工精度超高，排气显得越为重要。尤其在模腔的转角处、深凹处等，必须合理地安排顶杆、镶块，利用缝隙充分排气，否则不仅充模困难，而且易产生烧焦现象。 （3） 锁模力不足 因注射时动模稍后退，制品产生飞边，壁厚加大，使制件料量增加而引起 （2） 锁模力不足 （3） 流动性过好 （4） 模具局部配合不佳 （5） 模板翘曲变形 制件尺寸不准确 初次试模时，经常出现制件尺寸与设计要求尺寸相差较大。这时不要轻易修改型腔