注塑模具课程设计-衬套零件的注塑模具设计.doc

课程设计 标题:衬套零件的注塑模具设计学 院 机械工程学院专 业 机械工程（模具设计与制造方向）班 级 机械学生姓名 学 号 指导老师 2016年6月摘要本文主要介绍了塑料衬套模具设计的全过程。首先对塑件进行分析、成型工艺分析，确定模具的总体结构与所采用注塑机的型号，计算工作零件的工艺参数。并依次对浇注系统、导向机构和脱模结构进行分析设计，确定了模架的结构，从而完成了塑料衬套模具的设计。通过参与模具的设计，初步掌握了简单模具设计的基本步骤，为将来的发展打下基础。关键词：塑料公差、成型工艺、工艺参数、模具设计 目录 一、绪论二、塑件成型工艺分析32.1塑件图32.2塑件的工艺分析32.3塑件成形工艺参数确定4三、模具结构的确定53.1 型腔数目的确定53.2 分型面的选择5四、注塑机型号的确定64.1注射容量的计算64.2锁模力的计算64.3注射机的选用7五、浇注系统设计85.1 主流道设计85. 2 分流道设计85.3冷料穴的设计95.4 浇口的设计95.5排气系统的设计10六、成型零件设计116.1 成型零件的结构设计116.2 成型零件钢材选用116.3 成型零件工作尺寸的计算126.4模架的确定15七、导向与脱模结构的设计167.1 导向机构的设计167.2脱模机构设计16八、参考文献19九、致 谢20一、绪论 模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料日用品等工业生产的重要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业，没有模具，就没有高质量的产品。用模具加工的零件，具有生产效率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此其已经成为现代工业的重要手段和工艺发展方向。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已经成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。根据国际生产协会报告，在目前阶段，工业产品零件粗加工的75%、精加工的50%都是由模具成型完成的。目前，美国、日本、德国等发达国家模具工业的产值均已超过机床的总产值；我国台湾地区模具工业也以每年35%以上的年增长率迅速发展；我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展，尤其是塑料模具，在模具设计和制造水平上都有了长足的进步。本文主要是论述用于衬套注射模的设计过程和介绍模具个组成部分的作用。在现在的中国的平均制造水平下，设计一副一模四腔的衬套注射模，能制造出符合实际工作需要衬套。本课题能够让我充分了解熟悉模具的设计过程，也是对我的模具知识的一次综合考验，也可以使我了解自己的不足。本设计能在较低的成本下，制造出精度较高的衬套制件。25二、塑件成型工艺分析2.1塑件图 塑件衬套的视图如图2-1所示：图2-1 零件图图2-2零件 三维图2.2塑件的工艺分析产品名称：衬套产品材料：尼龙（PA1010）生产批量：中批产品特点：衬套是用途非常广泛的零件，零件简单，产量大。要求一模四件，并设计冷却管道。 该塑件为衬套，要求塑件具有很好的耐磨性。2.2.1塑件材料使用特性及用途尼龙有优良的力学性能，抗拉、抗压、耐磨。经过拉伸定向处理的尼龙，其抗拉强度很高，接近于钢的水平。因尼龙的结晶性很高，表面硬度大，摩擦系数小，固具有十分突出的耐磨性和自润滑性。它的耐磨性高于一般用做轴承材料的铜、铜合金、普通钢。尼龙耐碱、弱酸，但强酸和氧化剂能侵蚀尼龙。尼龙的缺点是吸水性强、收缩率大，常常因吸水而引起尺寸变化。其稳定性较差，一般只能在80C100C之间使用。为了进一步改善尼龙的性能，常在尼龙中加入减摩剂、稳定剂、润滑剂、玻璃纤维填料等，以克服尼龙存在的一些缺点，提高机械强度。2.2.2成形特点尼龙原料较易吸湿，因此在成形加工前必须进行干燥处理。尼龙的热稳定性差，干燥时为避免材料在高温时氧化，最好采用真空干燥法；尼龙的熔融黏度低，流动性好，有利于制成强度特别高的薄壁塑件，但容易产生飞边，故模具必须采用最小间隙；熔融状态的尼龙热稳定性较差，易发生降解是塑件性能下降，因此不允许尼龙在高温料筒内停留过长时间；尼龙成形收缩范围及收缩率大，方向性明显，易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷，因此应严格控制成形工艺条件。2.3塑件成形工艺参数确定PA1010熔程较窄，一般为34。熔融流动性较好。适合注射成型、挤出成型和吹塑成型。主要成型工艺参数如下：密度 1.04 g/ cm3；收缩率 1.32.3(纵向) 0.71.7（横向）(1)干燥鼓风干燥温度905干燥时间约45h、真空干燥温度855，一般最好选择真空干燥工艺，避免热氧化变色(2)注塑工艺料筒温度: 后部190210 中部200220前部210230喷嘴200210模具温度2040注射压力6080MPa 注射周期3050S三、模具结构的确定3.1 型腔数目的确定为了制模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。模具的型腔数可根据塑件的产量、精度高低、模具制造成本以及所选用注射机的最大注射量和锁模力大小等因素确定。小批量生产，采用单型腔模具；大批量生产，宜采用多型腔模具。但如果塑件尺寸较大时，型腔数将受所选用注塑机允许最大成型面积和注塑量的限制。由于多型腔模的各个型腔的成型条件以及熔体到达各型腔的流程难以取得一致，所以塑件精度较高时，一般采用单型腔模具。 该塑件精度要求不高，又是中批量生产，采用一模四件，如图3-1所示。图3-1一模四腔3.2 分型面的选择分型面选择原则：1） 分型面是指分开模具能取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。 合理地选择分型面对于塑件质量、模具制造、与使用性能都有着很大的影响，模具设计时应根据塑件的结构、尺寸精度来设计。2） 不要设在塑件要求光亮平滑的表面或带圆弧的转角处，以免意料飞边、拼合痕迹影响塑件外观。 3） 开模时，尽量使塑件留在动模一边，一般在动模边设脱模机构较为方便。 4） 尽力保证塑件尺寸的精度要求。 5） 应有利于侧面分型和抽芯。 6） 尽量使分型面位于料流末端，以利于排气。 7） 尽量使模具加工方便。 由于本塑件的结构形状较为简单，只应在塑件最大轮廓处。如图3-2所示：图3-2塑件结构简图四、注塑机型号的确定一副模具都只能安装在与其相适应的注塑机上方能生产。因此，模具设计时应了解模具和注塑机之间的关系，了解注塑机的技术规范，使模具和注塑机相互匹配。4.1注射容量的计算注射机的理论注量，指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量(cm3).模具安装后，对模腔注射容量的计算,可以制件产品为主,计算其体积量，然后确认总体积注射量。 注射模一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的 10%-80%之间，既能保证制品的质量，又可充分发挥设备的能力，则选在 50%-80%之间为好。通过计算可得出塑件的体积 V=3438.3mm3，塑件质量m1=3.58g ，流道凝料的质量m2是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来算。此设计为一模四腔，所以注塑量为：m=1.6nm1 =（1+0.6）43.58=22.90g，n 为型腔数。因此，注塑机额定注塑容量V=m/(0.8)=22.90/(0.8*1.04)=27.52cm34.2锁模力的计算 锁模力是指注塑机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。 当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注塑机的额定锁模力必须大于该胀型力，即： F锁 F胀=A分P型 式中，F锁注塑机的额定锁模力(N)； P型模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa），一般为注塑压力的 0.30.65 倍，通常为2040 MPa，取 P型 为35 MPa。 A分 塑件和浇注系统在分型面的投影面积之和（mm2）流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 A 2 ，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积 A1（A1=152-82=505.54mm2） 的 0.20.5倍，因此，可用0.35nA 1 来进行估算，所以 A = nA1 + A2 = nA1 + 0.35nA1 =1.35nA1 =2729.9mm2式中 ，N型腔数；故模具胀型力 F = A*P =2729.9 30 =81.897KN式中，型腔压力 P 取30 Mpa4.3注射机的选用根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，查阅参考书模具实用技术手册，选用XSZY125 卧式注射机，其主要技术参数如下：机构形式：卧式注射方式 ：螺杆式螺杆直径（mm） ：42最大注射量（cm3或g） ：125注射压力（MPa） ：119锁模力(kN)：900最大注射面积（cm3）：320最大模具厚度(mm)：300最小模具厚度(mm)：200最大开模行程(mm)：300拉杆内间距（mm）：260290喷嘴球半径(mm)： SR12喷嘴孔半径(mm)： 4定位孔直径（mm）：五、浇注系统设计5.1 主流道设计5.1.1主流道浇口尺寸由上述可知注塑机喷嘴球孔径 d1 =4 mm，喷嘴球半径 R1 =12mm。1） 主流道小端直径要比喷嘴直径略大0.51mm，则主流道小端尺寸取5mm。2） 主流道设计成圆锥形，其锥角取3。3） 由于小端前面是球面，其深度为35mm，取3mm。4） 主流道球面半径比喷嘴球面半径大12mm，取14mm。5） 流道的表面粗糙度值Ra为0.8m。6） 通常主流道长度由模板厚度确定，一般要小于60mm。7） 主流道大端过渡圆角半径取2mm。5.1.2主流道浇口套主流道浇口套一般采用碳素工具钢如T8、T10 等材料制造，热处理淬火硬度5357HRC。主流到浇口套及固定形式如下图所示。浇口套与定位圈设计成整体形式，用螺钉固定于定模板上，浇口套与模板间的配合采用H7/m6的过渡配合。 图5-1 主流道浇口套及固定形式5. 2 分流道设计5.2.1分流道的形状与尺寸分流道的截面尺寸与所用塑料的种类、塑件壁厚、形状、体积、分流道长度等多种因素有关。一般的，当分型面为平面时，常采用圆形截面的流道，本设计的分流道设置在分型面上而且为平面，故此次设计采用圆形截面流道。PA1010塑件的流动性好，分流道较短，其截面半径为1.69.5mm，取5mm。5.2.2分流道的长度分流道的长度要尽可能短，且弯折少，分流道的长度一般取主流道大端直径的12.5倍，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和能耗。本设计只需一次分流，所以主流道到浇口的长度为18mm。5.2.3分流道的表面粗糙度由于分流道的表面粗糙度值不能太小，一般Ra值0.16m左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。5.3冷料穴的设计当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量， 在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。为了使主流道 凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有 开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用。图5-2 冷料穴结构图本设计选用Z字形拉料杆，工作时依靠Z字形钩将主流道凝料拉出浇口套。5.4 浇口的设计根据塑件的形状和要求，浇口形式采用侧浇口，侧浇口开在分型面上，形状为长矩形，加工方便、简单。浇口痕迹小，不太影响外观，去除浇口方便。 图5-3 浇口形式长度L=2mm宽度b=1mm 深度t=2.4mm5.5排气系统的设计在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低挥发气体，这些气体若不能顺利排出，塑件会由于填充不足而出现气泡接、缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。本塑件为小型塑件，且不须采用特殊的高速注射，故利用分型面和推杆的配合间隙排气即可，间隙值为0.030.05mm。六、成型零件设计6.1 成型零件的结构设计6.1.1型腔的机构设计凹模是成型塑件外表面的部件，按其结构形式可分为整体式和组合式。整体式凹模是由一整块金属材料直接加工而成。其特点是为强度好，不易变形，塑件表面光滑平整，没有镶拼的痕迹。用于小型且形状简单的塑件成型。本塑件结构简单，分型面设在衬套的底面，凹模设计成通孔，且深度比较浅，易加工，故可采用整体凹模结构。6.1.2型芯的结构设计本塑件结构简单，只需一个型芯即可，采用组合式主型芯结构。图6-1 组合式主型芯结构图5-1所示为通孔台肩式，型芯用台肩和模板连接，在用垫板、螺钉紧固，连接牢固。6.2 成型零件钢材选用塑料模刚材的性能要求：（1）机械加工性能良好 （2）抛光性能优良 （3）耐磨性和抗疲劳性能好 （4）芯部强度高 （5）具有耐腐性能 （6）有一定的热硬性凹模的技术要求：材料：45钢热处理：HRC4050表面粗糙度：型腔表面Ra0.2Ra0.1，配合面Ra0.8表面处理：表面镀鉻，抛光凹模加工：模套与模块锥面配合严密处配制加工型芯的技术要求：材料：T8热处理：HRC4550表面粗糙度：型芯表面Ra0.1Ra0.025，配合面Ra0.8型芯加工：同轴度高处配制加工6.3 成型零件工作尺寸的计算工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，成型零件的加工精度和质量决定了塑件的精度和质量，工作尺寸的计算受塑件尺寸精度的制约。查找模具实用手册P401页的表3-2-12（常用热塑性塑料主要技术指标），取PA1010的平均收缩率1.5%。塑件未注公差查塑料成型工艺与模具设计P37页表3.1(塑件公差尺寸数值表（GB/T 14486-2008）选取公差等级为MT6。塑件尺寸如图所示：6.3.1型腔径向尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.75。1） 大径300.35 （Lm1）=(1+S)Ls1-x =(1+1.5%)*30.35-0.75*0.70 =2） 小径200.30（Lm2）=(1+S)Ls2-x =(1+1.5%)*20.30-0.75*0.60 =6.3.2型腔深度尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.5。1）30.13（Hm1）=(1+S)Hs1-x =(1+1.5%)*3.13-0.5*0.26 =2）200.30（Lm2）=(1+S)Ls2-x =(1+1.5%)*20.30-0.5*0.60 =6.3.3型芯径向尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.75。1）小径160.26（Lm1）=(1+S)Ls1+x =(1+1.5%)*15.74+0.75*0.52 = 2）大径300.35（Lm1）=(1+S)Ls1+x =(1+1.5%)*29.65+0.75*0.70 =6.3.4型芯高度尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.5。1）200.30（Hm2）=(1+S)Hs1+x =(1+1.5%)*19.70+0.5*0.60 = 2）30.13（Hm2）=(1+S)Hs1+x =(1+1.5%)*2.87+0.5*0.26 =6.4模架的确定6.4.1模架的结构1） A板尺寸。A板是定模型腔板，根据一模四腔、腔型最大直径为30.28mm、壁厚为2mm、底板厚度为4mm和型腔深度为20.30mm同时又考虑到导柱、导套、拉料杆等因素，确定型腔板的总体尺寸为“150mm（长度）150mm（宽度）30mm”。2） B板尺寸。B板是型芯固定板（动模板），按模架标准板厚取30mm。3） C板（垫块）尺寸。垫块厚度=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+限位钉厚度+（510）mm=【20+15+13+5+（510）】mm=5863mm,初步选定C板的厚度为60mm。按上述计算，模架尺寸已经基本确定，查塑料注射模模架标准GB/T12555-2006，选择系列代号为1515的直浇口有推料板式模架。，模架的结构如图6-3所示。图6-3模架结构图6.4.2模具安装尺寸校核1） 模架闭合高度的确定直浇口模架组成零件的名称及尺寸如下： 定模座板为H1=20mm； 定模板为A=30mm； 推件板为H3=20mm； 动模板为B=30mm； 支承板为H2=30mm； 垫块为C=60mm； 动模座板为H1=20mm。 因而模具的闭合高度为 H=H1+A+H3+B+H2+C+H1=(20+30+20+30+30+60+20)mm=210mm2) 模具闭合高度的校核 模具的闭合高度H=210mm，注射机所允许的最小模具厚度为Hmin=210mm，最大模具厚度Hmax=300,所以模具满足Hmin=H=Hmax的安装条件。3) 模具安装部分的校核 该模具的外形尺寸为200mm（长）150mm（宽），查表？得注射机拉杆内间距为260mm290mm，因而200mm150mm260mm290mm，故能满足模具的安装要求。4） 开模行程的校核 对于单分型面来说，其开模行程 SmaxH1+H2+a+（510）mm式中 Smax-注射机移动模板的最大行程，mm，查表？可知Smax=300mm； H1-塑件推出距离（脱模距离），mm，取H1=18mm； H2-塑件的高度，mm，取20mm； a-取出浇注系统凝料必须的长度，mm，取a=50mm； 余量取10mm。则有Smax（18+20+50+10）mm=98mm，故该注射机的开模行程符合出件要求。通过上述校核，XS-ZY-125卧式注射机满足该模具的使用要求，故可以采用。 七、导向与脱模结构的设计7.1 导向机构的设计为了保证注塑模准确合模和开模， 在注塑模中必须设有导向机构。 导向机构主要起定位、导向以及承受一定侧压力的作用。导柱导向机构，包括导柱和导套两个主要零件，分别安装在动、定模两边。导柱的基本机构形式有两种。一种是除安装部分的凸肩外，长度的其余部分直径相同，称带头导柱，另一种是除安装部分的凸肩外，使安装的配合部分直径比外伸的工作部分直径大，称有肩导柱。带头导柱用于生产批量不大的模具，可以不用导套。有肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导向的模具。装在模具另一边的导套安装孔，可以和导柱安装孔以同一尺寸一次加工而成，保证了同轴度。导柱前端均须有锥形引导部分，并可割有储油槽。导柱直径尺寸随模具模板外形尺寸而定。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。 设计导柱和导套时应注意以下几点： (1) 导柱应合理地均匀布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。 (2) 导柱的长度应比型芯端面的高度高出 68mm， 以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。 (3) 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，常采用 20#低碳钢经渗碳 0.50.8mm，淬火5055HRC,也可采用 T8A 碳素工具钢，经淬火处理。 (4) 为了使导柱能顺利地进入导套，导柱端部应做 成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。 (5) 导柱设对称分布根据所选模架尺寸，可确定采用直径为16mm，长度为75mm，数量为4根的标准带头导柱，采用对称布置，由此查GB/T4169.3-2006，可确定选择直径为16mm、