模具设计与制造项目课程设计-轿车门塑料卡扣注射模设计及改进.doc

目录1、前言12、塑件分析22.1外形分析22.2 功能分析22.3 材料选择22.4工艺分析32.5结构分析33、注塑成型的准备43.1成型工艺简介43.2注塑成型工艺条件53.3注塑机的选择54、模具设计64.1分型面选择64.2 浇注系统设计64.2.1主流道设计74.2.2分流道设计74.2.3浇口设计74.3收缩率计算84.4温控系统设计84.5导向与定位机构设计84.6侧向分型抽芯机构设计94.7推出机构设计104.8排气设计105、总结116参考文献121、前言模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。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。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。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，但中国模具钳工技术水平高，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，沟通外贸渠道，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的意义。全套图纸加扣 30122505822、塑件分析2.1外形分析如图1所示零件为富康加长型轿车车窗密封左前条塑料卡扣零件（右前条卡扣和左件互为对称结构），该塑件的外观部分由圆弧面与二维斜面组合而成，内侧壁有4条凸筋，塑件背面的椭圆形卡扣按设计与车门槽孔紧密贴合，1mm厚的舌片则插入车窗橡胶密封条起定位作用。除前车窗一组卡扣外，分别还有中段左右中条和后窗左右后条两组卡扣塑件，3组零件彼此间除总长和顶部斜度略有不同外，其余形状和尺寸完全一致。图1 零件图2.2 功能分析卡扣是一种连接件，除了装拆方便还要有锁紧功能，故要有一定的强度和精度，抗变形能力强。2.3 材料选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.。PBT（聚对苯二甲酸丁二脂）为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯（1）具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，自润滑、低摩擦系数，耐候性、吸水率低，仅为0.1% （2）潮湿环境中仍保持各种物性（包括电性能），电绝缘性，但体积电阻、介电损耗大。 （3）耐热水、碱类、酸类、油类、但易受卤化烃侵蚀，耐水解性差，低温下可迅速结晶，成型性良好。2.4工艺分析卡扣为外观件，技术要求除塑件表面呈指定皮纹外，塑件不能产生飞边。在成型工艺方面，PBT对粒料预干燥、成型温度、模具温度、注射压力和注射速度等均有特定要求，如处理不当，常会引起塑件的翘曲变形、外观不良和强度不足等缺陷。对于像卡扣这种长条扁平、工艺性较差的塑件类型而言，为避免以上不良现象的发生，需要从浇注系统设计，模温控制、以及塑件收缩变形等方面进行综合考虑，以达到产品技术要求。2.5结构分析塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据。（1）壁厚各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节 约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷.（2）脱模斜度于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度。塑件内表面在造型时就有弧度,如果要有脱模斜度就是在凹槽和锁位处,这不仅对脱模有好处，而且可以更好的锁紧。（3）加强筋塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强筋还能降低充模阻力，提高融体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。在该塑件中的加强筋起到引导物料流动的作用，通常加强肋的设计原则为高度低（过高时容易在弯曲和冲击负荷作用下受损），宽度小，而数量多为好（塑件形状所允许的情况下），塑件内侧壁有4条凸筋。（4）圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。3、注塑成型的准备3.1成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。 图2 注塑成型压力时间曲线（1）物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。（2）注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图2所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。（3）制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。3.2注塑成型工艺条件（1）温度注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。（2）压力注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大。（3）时间完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间。3.3注塑机的选择注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据。 该模具型腔数量设计为1模两件，包括浇注系统在内的塑件总质量约15g，由于塑件顶出行程需70mm,这样将使模具厚度达到300mm，为满足此项要求，故选用125g卧式注射机。4、模具设计4.1分型面选择如图3所示，卡扣塑件可有两种分型面方案：（1）选择A-A分型面。此时塑件的长度方向与分型面一致，可大大减少模具厚度，但在定模成型的椭圆型卡扣和在动模部分的舌片形状均需抽芯脱模，由此造成模具结构复杂。（2）选择B-B分型面。B-B分型面为阶梯形，它避免了上述情况所设置的抽芯机构，明显简化了模具结构。不足之处在于塑件顶出距离较长，另外，由于塑件外观面（皮纹面）全部在动模部分成型，且与分型面呈垂直角度，在无法设计脱模斜度的情况下，为保护皮纹面不被划伤，同样需采取相适应措施加以解决。综合以上情况分析，最终决定选用第二分型方案。图3 分型面4.2 浇注系统设计浇注系统设计是注射模设计的一个重要环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件，以及最佳成型效率都有直接的影响。在对浇注系统进行总体考虑时，除了应了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动特性外，设计上要采用尽量短的流程，以减少热量与压力损失，应利于良好的排气，同时，便于修整浇口以保证塑件外观质量。4.2.1主流道设计主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，选用优质钢材制作并经热处理提高硬度。如下图：图4 主流套衬套4.2.2分流道设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。4.2.3浇口设计浇口设计如图5所示，在分型面已经确定的情况下，潜伏式浇口较侧浇口更易满足上述条件。由于浇口开设定模方向，浇口余料在开模时即被自动切断。图5 潜伏浇口4.3收缩率计算PBT属于结晶性塑料，成型收缩率较大（约为1.0%-2.2%），且收缩具有明显的各向异性，其垂直与塑料流动方向收缩率最大时可为流动方向收缩率的2倍，所以通过选择浇口型式和利用浇口位置来调节收缩率，控制塑件变形度变为一种简便和有效的方法。从分型面可以看出，塑件总长度在定模和动模部分所占比例为1：2，而潜伏式浇口位置又处在定模型腔1/2部分，这样就满足了对此种长条形塑件，浇口位置的开设应保证塑料流动方向与塑件长边方向相一致，这一点对于阻止和减缓塑件弯曲变形是至关重要的。而内侧壁的四条凸筋对于阻碍垂直与塑料流动方向的材料收缩和预防塑件弯曲变形起着不可缺少的作用。经过实验分析，最后确定塑件长度和宽度方向的收缩分别按1.8%和2%计算，试模后结果令人满意。4.4温控系统设计PBT树脂本身的熔点约为225，添加玻璃纤维增强的成型温度约为240-250左右，但不宜超过260，如此窄小的温度变化范围给生产调试带来较大困难。在注射速度方面，由于PBT结晶速度很快，故应使用尽可能快的注射速度，特别是薄壁和形状复杂的制品。另外在加工温度下，不能让PBT料在机筒中长时间停留，也不能有过热现象，否则会发生降解，直接影响产品质量，甚至还会分解出腐蚀性气体，损坏机器和模具。针对PBT材料注塑工艺的要求，模温控制系统采取将4路独立水道分别穿过定、动模主镶件的方式，把模温稳定的控制在80-85，注射周期20s，良好的冷却系统保证塑件质量和模具正常工作。4.5导向与定位机构设计注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。 设计导柱和导套需要注意的事项有：（1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。（2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm，以确保其导向与引导作用。（3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。（4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。图6 导柱4.6侧向分型抽芯机构设计虽然塑件抽芯距短，但抽芯面较高，用斜导柱侧抽芯机构不能与动模镶件完全重合，易使塑件产生飞边，所以此抽芯机构摆块式抽芯机构，如图7所示。图7 摆块式抽芯机构4.7推出机构设计由于推出行程较长，避免在推出时造成推杆弯曲，推杆必须有一定的强度，材料选为Cr12，淬火硬度为45-50HRC. 由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。此塑件推出机构必须保证推杆与斜滑块在顶出时要同步，否则塑件皮纹面出现轻微的拉痕现象。调整模具相关零件的配合间隙，使斜滑块的起动时间稍滞后于推杆，通过认为干预逆向控制延时现象的发生。由于推杆较细且较长，为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，一般称为推板导柱，如图8所示。图8 推板导柱4.8排气设计在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不