微型模具成型的热量和挤压控制.pdf

西安工业大学北方信息工程学院西安工业大学北方信息工程学院 本科毕业设计(论文) 题目：题目：固定支架注塑固定支架注塑模具模具的的设计设计 系系别：别：机电信息系 专专业：业： 机械设计制造及其自动化 班班级：级：B100205 学学生：生：赫晓会 学学号：号：B10020540 指导教师：指导教师：张新运 2014 年 05 月 毕业设计（论文）任务书 系别 机电信息系专业 机械设计制造及其自动化 班级 B100205 姓名赫晓会学 号 B10020540 1.毕业设计(论文)题目：固定支架注塑模具的设计 2.题目背景和意义：模具工业是国民经济的基础工业，模具生产技术水平的高低是衡量一个 国家产品制造水平高低的重要标志， 它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。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。 中国模具出口数量极少，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质 量，缩短生产周期，加强外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高 模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要意义。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：(1)塑件分析 (2)初步拟订结构 方案 (3)选择设备、校核有关工艺参数 (4)方案论证、结构设计、强度计算 (5) 绘制模具装配图及零件图(6)应用 Pro/E 做出制件图并进行分析。 5.毕业设计（论文）的工作量要求： 实验（时数）*或实习（天数）： 图纸（幅面和张数）*：折合 A0 号图纸 3 张 参考文献篇数：中文 15 篇，英文 2 篇 指导教师签名：年月日 学生签名：年月日 系（教研室）主任审批：年月日 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：1)基本要求：(1)绘图 要求(用 AutoCAD 和 Pro/E 软件)二维及三维图(2)编写说明书具体内容如下：(编 写格式和装订要求按教务处统一规定)(3)计算下列尺寸：a.有关成型零件工作尺 寸的计算 、斜导柱长度及抽拔力的计算 b.成型型腔壁厚、动模垫板厚度校核计 算及冷却水道面积计算 (4)外文资料翻译 10002000 字符(5)生产批量：20 万件 2)进度安排：(1)查阅资料及翻译第 12 周(2)零件分析并绘图第 34 周(3)方案选择与确定第 58 周(4)绘制零件图与装配图(二维和三维) 第 814 周(5)编写论文第 1516 周(6)打印并交主审教师审阅第 17 周。 I 固定支架注塑模具设计固定支架注塑模具设计 摘摘要要 在本设计中进行了塑件工艺性分析、总体方案的设计、注塑机的选择、浇注 系统的设计、成型零件的设计、脱模机构的设计、侧抽芯机构的设计及计算、 导 向和定位机构的设计、模架的选择、冷却系统的设计和计算等设计工作。在本次 设计中，需要加工的工件有侧孔，采用了一个由侧型芯、固定件、挡块组成的侧 抽芯机构，避免了采用斜导柱结构。 关键词：关键词：注射成型；热塑性；塑料制品；模具 II Design of Injection Mold Fixing Bracket Abstract In the design of plastic parts process analysis, the overall program design, injection molding machine of choice, the gating system design, forming part of the design, stripping the design side pulling mechanism and calculation, direction and positioning of design, die-choice, the cooling system design and calculation of design work. In this design, the processing workpieces with a side of the hole, using a side-by-core, fixed pieces block consisting of lateral pulling mechanism to avoid the use of derivative-ramp structure. Key words：injection molding；thermoplasticity；plastic products；mold III 主要符号表主要符号表 M机max注射机最大注射量（g/h 或 cm/h） K塑料注射成型机最大注射量的利用系数 mi一个塑件的质量(g) m浇模具浇注系统中凝料的质量(g) F0注射机的公称锁模力(N) P单位投影面积所需的锁模力(MPa) A浇浇注系统及飞边在分型面上的投影面积(cm2) Ai一个塑件在分型面上的投影面积（cm2） Q抽拔力（N） 塑料对钢的摩擦系数 p0单位面积的包紧力（kg/cm2） h支承板厚度（mm） p成型压力（Mpa） E弹性系数（Mpa） V冷却介质的体积流量（m 3/min） W单位时间内注入模具中的塑料重量（kg/min） Q1塑件在凝固时所放出的热量（J/kg） 冷却介质的密度（/mm 3） c却介质的比热容J/（C） t1冷却介质的出口温度（） IV 目目录录 1绪论绪论.1 1.1 概述.1 1.2 注塑模具研究目的和意义.1 1.3 国内外相关研究情况.1 1.4 论文的提出及本文的组织.2 1.4.1 论文的提出及本人所做的主要工作.2 1.4.2 本设计所选的方案及说明.2 1.4.3 论文主要内容.2 2塑件成型工艺性分析塑件成型工艺性分析.3 2.1 塑件的分析.4 2.1.1 结构分析.4 2.1.2 外形尺寸.4 2.1.3 精度等级.4 2.2 PC 工程塑料的性能分析.4 2.3 PC 的注射成型过程及工艺参数.5 2.3.1 注射成型过程.5 2.3.2 注射工艺参数.5 3拟定模具的结构形式和初选注射机拟定模具的结构形式和初选注射机.6 3.1 分型面位置的确定.6 3.2 型腔数量和排位方式的确定.6 3.2.1 型腔结构设计.6 3.2.2 型腔排列形式的确定.6 3.2.3 模具结构形式初步确定.7 3.3 注射机型号的确定.7 3.3.1 注射量的计算.7 3.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算.7 3.3.3 选择注射机.8 3.3.4 注射机有关参数的校核.8 4浇注系统的设计浇注系统的设计.10 4.1 主流道的设计.10 4.1.1 主流道的设计.10 V 4.1.2 主流道的凝料体积.10 4.1.3 主流道当量半径.10 4.1.4 主流道浇口套的形式.11 4.2 分流道的设计.11 4.2.1 分流道的布置形式和长度.11 4.2.2 分流道的当量直径.12 4.2.3 分流道的截面形状.12 4.2.4 分流道截面尺寸.12 4.2.5 凝料体积.12 4.2.6 校核剪切速率.13 4.2.7 分流道的表面粗糙度和脱模斜度.13 4.3 浇口的设计.13 4.3.1 侧浇口尺寸的设计.13 4.3.2 侧浇口剪切速率的校核.14 4.4 校核主流道的剪切速率.14 4.4.1 计算主流道的体积容量.14 4.4.2 计算主流道的剪切速率.14 4.5 冷料穴的设计及计算.15 5成型零件的结构设计及计算成型零件的结构设计及计算.16 5.1 成型零件的结构设计.16 5.1.1 型腔的结构设计.16 5.1.2 主型芯的结构设计.16 5.1.3 侧型芯的结构设计.16 5.2 成型零件钢材的选用.17 5.3 成型零件工作尺寸的计算.17 5.3.1 型腔径向尺寸的计算.17 5.3.2 型腔深度尺寸的计算.17 5.3.3 型芯径向尺寸计算.18 5.3.4 型芯高度尺寸计算.18 5.3.5 侧型芯高度尺寸计算.18 5.3.6 侧型芯径向尺寸计算.18 5.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算.18 5.4.1 凹模侧壁厚度的计算.18 5.4.2 动模垫板厚度的计算.19 VI 6脱模推出机构的设计脱模推出机构的设计.20 6.1 脱模力的计算.20 6.1.1 10 主型芯脱模力.20 6.1.2 四个正方形主型芯的脱模力.20 6.1.3 总脱模力.20 6.2 推出方式的确定.20 6.2.1 推出面积.20 6.2.2 推杆推出应力.21 7模架的确定模架的确定. 22 7.1 各模板尺寸的确定.22 7.1.1 A 板尺寸.22 7.1.2 B 板尺寸.22 7.1.3 C 板（垫板）尺寸.22 7.2 模架各尺寸的校核.23 7.2.1 模具平面尺寸.23 7.2.2 模具高度尺寸.23 7.2.3 模具的开模行程.23 8斜滑块侧向抽芯机构的设计斜滑块侧向抽芯机构的设计.24 8.1 侧向分型与抽芯机构类型的确定.24 8.2 斜导柱抽芯机构的设计.24 8.2.1 抽拔力计算.24 8.2.2 抽芯距计算.25 8.2.3 斜导柱弯曲力计算.25 8.2.4 斜导柱截面尺寸的确定.25 8.2.5 斜导柱长度及开模行程计算.26 8.2.6 斜导柱与滑块斜孔的配合.26 8.2.7 滑块设计.26 8.2.8 压紧楔的设计.27 9排气系统的设计排气系统的设计.29 10温度调节系统的设计温度调节系统的设计. 30 10.1 加热系统.30 10.2 冷却系统和冷却介质.30 10.3 冷却系统的简略计算.30 11导向与定位机构的设计导向与定位机构的设计.32 VII 11.1 导柱与导套设计.32 11.2 支撑柱的设计.32 12模具工作过程模具工作过程. 34 13结结论论.35 参考文献参考文献.36 致致谢谢.37 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明. 38 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.39 1绪论 1 1绪论绪论 1.1 概述概述 在电子电器、汽车、电机、仪器仪表等产品中，目前有 60%80%的零部件 都要采用模具成型。用模具生产制件的精度、复杂程度、一致性、高生产率和低 消耗，是其他产方法所不能比拟的。而且用模具生产最终产品的价值，往往是模 具自身价值的几十倍，甚至上百倍。 模具结构设计更加重视提高注射成型的生产效率和适应快速成型的需要。 不 少模具在自动脱模方面进行精心设计，同时更加重视冷却系统的设计。一些看来 结构一般的模具，由于采用高效率的冷却系统，注塑生产效率平均提高一倍。 高 寿命模具比较突出。产品的大批量生产，要求模具的寿命达到一百万次或更高。 为了适应上述要求，除模具工作零件选择一些优质材料外（例如日本 NAK80、 PX88、瑞典 718、德国 2738 和国产 H13 等），还要求工作零件通过热处理来提 高硬度和耐磨性。 1.2 注塑模具研究目的和意义注塑模具研究目的和意义 在当今模具行业中，占大部分比例的是塑料成型模具，而塑料注射成型又是 塑料工业中主要的加工方法之一， 世界塑料成型模具产量中约半数以上是注射模 具。 随着塑料工业的飞速发展，塑料材料在电子、建筑、服装、家电、汽车等领 域得到广泛的应用。众所周知，塑料制品的成型大多依靠塑料模具。塑料模具的 质量对制品的产量和质量都有决定性影响。模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、 分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品尺寸 精度及物理力学性能、内应力、表观质量与内在质量等起着十分重要的作用。 1.3 国内外相关研究情况国内外相关研究情况 中国的模具行业产值跻身于世界的第三位。 但中国模具行业的质量并不是世 界上最好的，目前还赶不上德国和日本但中国模具行业大有发展的空间。德国、 日本模具企业的加工设备先进， 基本是数控、 高速切削、 单向走丝线切割或 4 轴 5 轴联动的高速加工机床， 能实现模具型面的镜面加工。 而国内模具企业的 4 轴 5 轴联动的高速加工机床占的比例有限，高光模具的加工与国外相比差距较大。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 2 德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化，制品精度高、制造周期短。 1.4 论文的提出及本文的组织论文的提出及本文的组织 1.4.1 论文的提出及本人所做的主要工作论文的提出及本人所做的主要工作 固定支架是限制管道和设备移动的，是一种支架形式。固定支架在生产生活 及医疗行业都广泛应用，因此对固定支架的注塑模具设计格外重要。 本人所做的主要内容是通过查阅资料，了解工作原理及特点，完成基础知识 的积累，然进行方案的论证，深化方案的具体实施步骤，设计出符合实际应用的 注塑结构。 1.4.2 本设计所选的方案及说明本设计所选的方案及说明 一般最佳浇口位置位于塑件表面，考虑到此固定支架外观要求不大，观察发 现在塑件表面设置浇口即可。考虑到塑件尺寸和模具结构尺寸的大小关系，又考 虑到型腔的平衡布置和浇口开设部位的对称，所以采用一模两腔布置。 1.4.3 论文主要内容论文主要内容 论文主要进行塑件工艺性分析、总体方案的设计、注塑机的选择、浇注系统 的设计、成型零件的设计、脱模机构的设计、侧抽芯机构的设计及计算、导向和 定位机构的设计、模架的选择、冷却系统的设计和计算等设计工作4。 2 塑件成型工艺性分析 3 2塑件成型工艺性分析塑件成型工艺性分析 本设计为一固定支架,其零件图如图 2.1 所示.塑件结构较简单，塑件质量要 求是不允许有裂纹，变形缺陷；材料要求为 PC，生产批量为大批量，塑件公差 按塑件材料要求进行转换，取 MT2。 图 2.1 固定支架 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 4 2.1 塑件的分析塑件的分析 2.1.1 结构分析结构分析 要想获得合格的塑料制件除选用塑料的原材料外， 还必须考虑塑件的结构工 艺性，塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，该制件外观为一尺寸不大的固 定支架,需要侧抽芯，结构复杂程度一般。因而设计的模具属中等复杂程度。 2.1.2 外形尺寸外形尺寸 该塑件壁厚为 8mm12mm，塑形外形尺寸不大，塑料熔体流程较短，塑件 的材料为热塑性塑料，流动性好，适合于注射成型。 2.1.3 精度等级精度等级 塑件每个尺寸的公差一样，取 MT2。 2.2 PC 工程塑料的性能分析工程塑料的性能分析 塑件的材料采用 PC 属热塑性塑料。PC 是指聚碳酸酯。聚碳酸酯(简称 PC) 是分子链中含有碳酸酯基的线性结构非结晶型高分子聚合物， 有一点的化学稳定 性，不耐碱，酮，脂等，透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能很好， 抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性较差。熔融温度高，熔体粘度大，成型前原 料需干燥。粘度对温度敏感，制品要进行后处理。在机械上用作齿轮，凸轮， 窝 轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等。其性能指标见表 2.1。 表 2.1 PC 的性能指标 性能参数性能参数 密度 )dmkg( 3 1.20抗拉屈服强度 MPa 1 72 体积 )kgdm(v 13 0.83拉伸弹性模量 MPaE1 3 103 . 2 吸水率 % cp 0.15抗弯强度 MPa 1 113 收缩率 %S 0.5-0.8冲击韧度 2 k mkJ 908 .55 热变形温度 Ct -45-135硬度 HB11.4M75 熔点 Ct 225-250体积电阻系数 cm v 17 1006 . 3 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 5 2.3 PC 的注射成型过程及工艺参数的注射成型过程及工艺参数 2.3.1 注射成型过程注射成型过程 （1）成型前的准备。对 PC 的色泽，粒度和均匀度等进行检验，PC 成型前 须进行干燥，处理温度 110120，干燥时间 10 小时左右。 （2）注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热，塑化达到流动后，由模具 的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为充模，压实，保压，倒流和冷却 五个阶段。 （3）塑件的后处理(退火)。退火处理的方法为红外线灯，鼓风烘箱。 2.3.2 注射工艺参数注射工艺参数 （1）注射机：螺旋式,螺杆转速 28r/min （2）料筒温度 t/：前段：240285 中段：230280 后段：210240 （3）模具温度 t/：90100 （4）注射压力（P/MPa）：80130 （5）成型时间（S）：25s（注射时间 1.6s，高压时间 3s，冷却时间 20.4s） 3 拟定模具的结构形式和初选注射剂 6 3拟定模具的结构形式和初选注射机拟定模具的结构形式和初选注射机 3.1 分型面位置的确定分型面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析， 分型面应选在端盖面积最大且有利于开模取出 塑件的底平面上，其位置如图 3.1 所示： 图 3.1 分型面的选择 3.2 型腔数量和排位方式的确定型腔数量和排位方式的确定 3.2.1 型腔结构设计型腔结构设计 由于该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模 多腔的结构形式。同时，考虑塑件尺寸模具结果尺寸的关系，以及制造费用和各 种成本费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。 3.2.2 型腔排列形式的确定型腔排列形式的确定 由于该模具结构选择的是一模两腔，其型腔中心距的确定见下图 3.2。 图 3.2 型腔数量的排列布置 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 7 3.2.3 模具结构形式初步确定模具结构形式初步确定 由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，根据塑件结构形状，推出机构初 选推杆推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口， 开 设在塑件底部边缘。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分 需要添加型芯固定板，支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用带推杆的单分 型面注射模。 3.3 注射机型号的确定注射机型号的确定 3.3.1 注射量的计算注射量的计算 通过 Pro/E 建模分析得塑件质量属性如图 3.3： 图 3.3 塑件质量属性 塑件体积： 3 8 .31 cmVs 塑件质量： gms38 3.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统凝料体积的初步估算 由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值， 但是可以根据经验按 照塑件体积的 0.2 倍到 1 倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短，因 此浇注系统的凝料按塑件体积的 0.3 倍来估算，故一次注入模具型腔熔体的体积 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 8 为 33 68.82 8 . 3123 . 13 . 1cmcmnVV sz 3.3.3 选择注射机选择注射机 根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为 3 68.82cmVz ，由参考文献 3 14.668 . 0cmVzVg 。根据以上的计算，初步选择 公称注射量为 104 3 cm ，注射机型号为 XSZY250 卧式注射机，其主要技术 参数见表 3.1： 表 3.1 注射机主要技术参数 理论注射量 3 cm/ 250拉杆内向距 mm/ 370448 螺杆柱塞直径 mm/ 50移模行程 mm/ 500 注射压力 MPa/ 130最大模具厚度 mm/ 350 注射速率 1 sg/ 89最小模具厚度 mm/ 200 塑化能力 hkg/ 18.9锁模形式液压-机械 喷嘴口直径 mm/ 4模具定位孔直径 mm/ 125 锁模力/kN1800喷嘴球半径 mm/ 12 3.3.4 注射机有关参数的校核注射机有关参数的校核 （1）注射压力的校核。）注射压力的校核。查参考文献1表 4-1 可知，PC 所需注射压力为 Mpa13080，这里取 0 p =130Mpa,该注射机的工程注射压力为 MpaPg150 ,注射 压安全系数 k1=1.251.4,这里取 k1=1.3，则： MPaPMPaPk g 1505 .136 01 ，所以，注射机注射压力合格。 （2）锁模力的校核：）锁模力的校核： 塑件在分型面上的投影面积 s A ，则 s A = 22 16004040mmmm 浇注系统在分型面上的投影面积 j A ，即流道凝料（包括浇口）在分型面 上的投影面积 j A 数值，可以按照单型腔模的统计分析来确定。 j A 是塑件在分型 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 9 面上的投影面积 j A 的 0.10.3 倍。这里取 sj AA2 . 0 。 塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积 z A ，则 2 38402)(2mmAAAA sjsz 模具型腔内的膨胀力 F 胀 P模为型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的 20%40%，大致范围为 3060Mpa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取 较大值。PC 粘度较大且塑件有精度要求，故取 P 模=50Mpa F胀=A总P模=384050=192KN 查表 1-2 可得该注塑机的公称锁模力 F 锁=900kN，锁模力的安全系数为 k2 =1.11.2 这里取 1.2，则 k2F胀=1.2 F胀=1.2192=230.4KNF锁， 所以注射机锁模力合格。 其他安装尺 寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。 4 浇注系统的设计 10 4浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统是指模具中从注塑机的喷嘴起到型腔入口为止的塑料融体的流动 通道。它的作用是将塑料熔体顺利的充满型腔的各个部位，并在填充及保压过程 中，将注塑压力传递到型腔的各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑件。 由 于 PC 熔体粘度大，所以可以采用侧浇口的形式。 4.1 主流道的设计主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处， 它将注射机喷嘴注射出的熔体 导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道 凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外， 由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触， 因此设计中常设计成可拆卸 更换的浇口套。 4.1.1 主流道的设计主流道的设计 根据设计手册查得 XS-ZY-125 型注塑机喷嘴的有关尺寸: 喷嘴口直径： 0 4dmm ; 喷嘴前端球面半径： mmR12 0 ; ( (1) ) 主流道的长度主流道的长度一般由模具结构确定，对于小型模具 L 应尽量小于 60mm，本次设计初取 50mm 进行计算。 （2） 主流道小端直径主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸+（ 15 . 0 ）mm=4.5mm （3） 主流道大端直径主流道大端直径D=d+ )tan(Lz =7mm 式中 3 （4） 主流道球面半径主流道球面半径S