塑料仪表盖注塑模成型模具.docx

目 录第1章 塑料成型工艺性分析1.1 塑料的分析1.2 ABS塑料的性能分析1.3 ABS的注射成型过程及工艺参数第2章 拟定模具的结构形式和初选注射机2.1 分型面位置的确定2.2 型腔数量和排位方式的确定2.3 注塑机型号的确定第3章 浇注系统的设计3.1 主流道的设计3.2 分流道的设计3.3 浇口的设计3.4 校核主流道的剪切速率3.5 冷料穴的设计及计算第4章 成型零件的结构设计及计算4.1 成型零件的结构设计4.2 成型零件钢材的选用4.3 成型零件工作尺寸的计算4.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算第5章 脱模推出机构的设计5.1 脱模力的计算5.2 推出方式的确定第6章 模架的确定6.1 各模板尺寸的确定6.2 模架各尺寸的校核第7章 排气槽和冷却系统的设计第8章 导向与定位结构的设计结 论参考文献第1章 塑料成型工艺性分析1.1 塑件的分析（1）外形尺寸 如图1.1所示，该塑件壁厚为2.5mm处处相等，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，塑件材料为热塑性塑料，流动性较好，适合于注射成型。（2）精度等级 任务书中塑件未注公差，未注尺寸公差按所用塑料的高精度级查取。（3）脱模斜度 ABS的成型性能良好，化学稳定性较好，成型时收缩大，易变形翘曲。参考文献1表2-10选择塑件上的型芯与凹模的统一脱模斜度为45。（4）塑件尺寸如图1.1所示。 图1.1 塑件尺寸1.2 ABS塑料的性能分析（1）使用性能ABS（高密度聚乙烯）是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130，相对密度为0.9410.960。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。原态ABS的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。ABS具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。ABS具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。各种等级ABS的独有特性是四种基本变量的适当结合：密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些结合生产出不同用途的ABS品级；在性能上达到最佳的平衡。常用于电缆、软管、管材和型材、日用品和食品薄壁包装物等。（2）成型性能1）、ABS吸水率很小（0.01%），而成型水分允许含量可达0.1%左右，因此加工前不必要进行干燥处理。2）、ABS熔点不高，料筒温度对熔体流动性的影响不如压力。由于结晶晶核的熔融需要吸收大量的热量，故料筒温度的选择点应比熔点高，通常要高出十多度。提高熔体的流动性。一般为108204。3）ABS的流动性能好，较低压力下既能成型大多数制品。薄壁件、长流程、窄浇口的制品一般用120MPa；一般制品用100MPa。4）、模具温度对ABS制品的质量有较大的影响，模具温度大概为5080以保证侧壁的易变性问题。以提高其韧性及尺寸稳定性。（3）ABS的主要性能指标 其性能指标见表1.1。详细的纯ABS性能指标见表1.1。密度/ (kg/dm3)1.02-1.16抗拉屈服强度2239吸水率24h/%0.01拉伸弹性模量0.840.95收缩率S0.4-0.7（%）弯曲强度20.840热变形温度t/80熔点t/105137表1.1 ABS的性能指标1.3 的注射成型过程及工艺参数（1）注射成型过程（1）成型前的准备 对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于DHPE不吸湿并具有好的防水蒸汽性，如果存储恰当则无须干燥。（2）注射过程 塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。（3）塑件的后处理（退火）。塑件在成型过程中，由于塑化不均匀或由于塑料在型腔中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂。因此需要退火处理以消除存在的内应力，改善塑件的性能和提高尺寸稳定性。退火处理的介质为空气和水，处理温度为75度，处理时间是2-4小时。2）注射工艺参数（1）注射机：螺杆式，螺杆转速为48r/min。（2）料筒温度(t/)：前段180-190；中段180-200；后段140-160。（3）模具温度(t/)：50-80。（4）注射压力（p/Mpa）：70-100。（5） 成型时间（/s）：注射时间0-5；保压时间15-60；冷却时间15-60；总周期40-140。第2章 拟定模具的结构形式和初选注射机2.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面的选择有图2.1与图2.2所示的两种方案 图2.1 方案1 图2.2 方案2分型面应选在利于开模取出塑件的平面即选择图2.2的方案2。2.2 型腔数目和排位方式的确定（1）型腔数量的确定 由于该塑件的精度要求较高，塑件的尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构的尺寸的关系，以及制造费用和各种成本的费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。（2）型腔排列的形式的确定多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模两腔，故采用直线对称排列，如图2.3所示。（3）模具结构形式的初步确定图2.3 型腔数量的排列布置由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或推杆推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。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、支撑板或者推件板。由上综合分析可确定采用带推件板的单分型面注射模。2.3注射剂型号的确定1）注射量的计算通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图2.3所示。塑件体积：V塑=21.303cm3塑件质量：m塑3=V塑=21.3031=21.303g式中，可根据参考文献1表9-6取1g/cm32) 浇注系统凝料体积的初步计算 由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定的数值，但是可以根据经验按照塑件提及的0.2倍1倍来估算。由于本次设计采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积0.3倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和）为 V总=1.3nV塑=1.3221.303=111.18cm3图2.4 体积分析3) 选择注射机根据以上计算得出在一次过程中注入模具型腔的总体积为V总=121.18cm3，由参考文献1式(4-18)V公 =V总/0.8=111.18/0.8=141.47cm3。根据以上的计算，初步选择公称注射量200cm3，注射剂型号SZ-200/120卧式注射机，其主要技术参数参见表2.1表2.1 注射机主要技术参数理论注射量/cm200移模行程/mm350螺杆柱塞直径/mm42最大模具厚度/mm400注射压力/MPa150最小模具厚度/mm230螺杆转速/r 0220喷嘴孔直径/mm4塑化能力/kgh70喷嘴球半径/mm15锁模力/kN1200拉杆内间距/mm3553854）注射剂的相关参数的校核（1）注射压力校核 参考文献1表41可知，PP所需注射压力为70MPa100MPa，这里取p0=90Mpa，该注射机的公称注射压力p公=150MPa，注射压力安全系数k1 这里取1.251.4,这里取k1=1.3。 k1 p0=1.3100=130Mpap公，所以，注射剂注射压力合格。（2）锁模力校核 塑件在分型面上的投影面积 A塑=（70-10-415）/4=3648.4mm3浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模具的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于本设计的流道简单，分流道相对简单，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。这里取A浇=0.2A塑。塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则 A总=n(A浇+ A塑)=41.2 A塑=16992.28mm2模具型腔内的胀型力F胀，则 F胀=A总p模=16992.2835=619.73kN式中，p模是型腔的凭平均计算压力值。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20MPa40MPa。对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。PP属中等黏度的塑料且塑件有精度要求，故p模取30MPa。由表2.1可知该注射机的公称锁模力F锁=1200kN锁模力安全系数为k2=1.11.2，这里取k2=1.2，则取k2F胀=1.2 F胀=1.2629.73=755.67kN F锁 ，所以注射机锁模力满足要求。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。第3章 浇注系统的设计3.1 主流道的设计主流道通常位于建模中心塑料熔体的入口处，它将注射剂喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为椭圆形。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。1）主流道的设计（1）主流道的长度。一般有模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行计算。（2）主流道小端直径。d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=4.5mm。（3）主流道大端直径。D=d+L主tan=8mm，式中4。（4）主流道球面半径。SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=15+2=17mm。2）主流道的凝料体积 V主=L主（R主2+r主2+ R主r主）/3=50(42+2.252+42.25) /3=1573.3mm23）主流道当量半径 Rn= =3.125mm4) 主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常任然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A,热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。如图3.1所示。定位圈的结构由总装图来确定。3.2分流道的设计1）分流道的布置形式为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡。因此采用平衡式分流道，如图3.2所示。2）分流道的长度由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道长度较短，故设计时可适当选小些，单边分流道长度L分取35，如图3.2所示图3.1 主流道浇口套的结构形式图3.2 分流道布置形式3）分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量 m=V塑=23.3030.9052=42.18g200g但该塑件壁厚为2.5mm，按参考文献2图2-3的经验曲线查得D=4.7，再根据单向分流道长度60mm由参考文献2图2-5查得修正系数fL=1.05，则分流到执行经修正后为 D= DfL=4.71.05=4.945mm4) 分流道的截面形状本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。5) 分流道界面尺寸设梯形的上底宽度为B=6mm（为了便于选择道具），底面圆角的半径R=1mm，梯形高度取H=2B/3=4mm，设下底宽度为b，梯形面积应满足如下关系式。 H= D2代值计算得b=3.813mm，考虑到梯形地步圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。通过计算梯形斜度=10.6，基本符合要求，如图3.3所示。6) 凝料体积图3.3 分流道截面形状（1） 分流道的长度为 L分=（55+7.5+42.5）2=210mm（2） 分流道截面积 A分= 4=21mm2（3） 凝料体积 V分=L分A分=21021=4410mm3=4.41cm3考虑到圆弧的影响取V分=4.2cm37） 校核剪切速率（1）确定注射时间：参考文献2表2-3，可取t=2s。（2）计算单边分流道体积流量 q分= =（2.1+23.3032）/2 =24.353cm3/s （3）参考文献2式（2-22）可得剪切速率 分= =3.324.353/(3.142.52.52.510-3) =1.638103 s-1该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道德最佳剪切速率在5102 s-1 5103 s-1之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.25m2.5m即可。此处取Ra1.6m。另外其脱模斜度一般在510，通过上述计算脱模斜度为10.6，脱模斜度足够。3.3浇口的设计该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调增冲模时间的剪切速率和封闭时间美因茨采用侧浇口。其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔边缘进料。1）侧浇口尺寸的确定（1）计算侧浇口的深度。根据参考文献2表2-6，可得侧浇口的深度h计算公式为 h=nt=0.62.5=1.5mm式中：t为塑件壁厚，这里t=2.5mm；n为塑料成型系数，对于ABS其成型系数取n=0.6。为了便于今后试模时间发现问题进行修模处理，并根据参考文献1表4-9中推荐的侧浇口的厚度，故此处浇口深度h取1mm。（2）计算侧浇口的宽度。根据参考文献2表2-6，可得侧浇口的宽度B的计算公式为 B= = =2.6mm3mm 式中：n为塑料成型系数，对于PP取0.7；A为凹模的内表面积（约等于塑件的外表面积）。（3）计算侧浇口的长度。根据参考文献2表2-6，可取侧浇口的长度L浇=0.75mm。2）侧浇口剪切速率的校核（1）确定注射时间：查参考文献2表2-3，可取t=2s；（2）计算浇口的体积流量 q浇= = 9L =31.615cm2/s（3）计算交口的剪切速率：对于矩形浇口可得= 4104s-1； 分= = 3.32103 s-14104s-1 式中：Rn为矩形交口的当量半径，即Rn= = =0.1cm 该矩形侧浇口的剪切速率比较大，首先把浇口面积适当做小一点，通过试模根据塑件成型情况来调整。3.4校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积，主流道的体积，分流道的体积（浇口的体积大小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。1）计算主流道德体积流量 q分= = =61.79cm3/s2） 计算主流道德剪切速率 分= = =2.231103s-1主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5102s-15103s-1之间，所以，主流道的剪切速率合格。3.5冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的模板上，其作用是储存熔体前锋的冷料，防止冷料模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，初定采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。第4章 成型零件的结构设计及计算4.1成型零件的结构设计（1）凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对苏建德结构分析，本设计采用整体嵌入式凹模，如图4.1所示。 图4.1 凹模嵌件结构 图4.2 凸模结构（2）凸模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。该塑件采用整体式型芯，如图4.2所示，因塑件的包紧力，所以设在动模部分。4.2成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时考虑他的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。对于成型零件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用P20钢。进行渗氮处理。4.3成型零件工作尺寸的计算采用参考文献1式（2-26）式（2-30）相应公式中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照ABS高精度取MT5的公差计算。（1） 凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换： 相应的塑件制造公差1=1.0mm 相应的塑件制造公差2=0.44mm 式中：Scp为塑件的平均收缩率，查参考文献2表6-1可得ABS的收缩率为1.5%3%，所以其平均收缩率 ，1、2为系数，查参考文献2表2-10可知1=0.56，2=0.56；1、2分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）； 是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取（下同）。 （2） 凹模深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的换算：塑件高度的最大尺寸Hs1=650.47=65.47 。 Hs2=550.47=55.47 式中：1，2为系数，由参考文献2表2-10可知1=0.54,2=0.54。（3） 型芯径向尺寸计算 塑件内部径向尺寸的转换： 相应的塑件制造公差s1=1.0mm 相应的塑件制造公差s2=0.74mm 式中1，2为系数，查参考文献2表2-10取1=0.56，2=0.56。（4） 型芯高度尺寸计算 塑件内腔高度尺寸转换： 相应的塑件制造公差1=0.94mm 相应的塑件制造公差2=0.94mm 式中1、2为系数，查参考文献2表2-10取1=0.54、2=0.54（5） 型芯径向尺寸10的计算 10、13自由公差按MT5查得： ， 不需要转换，因此得 （6） 成型孔的高度 410，13的成型芯是与凹模碰穿，所以高度应取正公差，以利于修模。（7） 成型孔间距计算 塑料凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标注见零件图所示。4.4成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算（1）凹模侧壁厚度的计算主要考虑其强度，因此在此只做强度计算，凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度根据本节参考文献1表4-19中强度公式计算。 式中：p为型腔压力（MPa）在第2章已求得为30MPa；h=W，W为影响变形的最大尺寸，而h=65mm；p为模具强度计算许用变形量。根据注射塑料品种查看参考文献1 表4-20得式中。 凹模嵌件初定单边厚选15mm。壁厚满足要求。根据型腔的布置，初步计算模板平面尺寸选用230mm400mm,它比型腔的尺寸大得多，所以完全满足强度和刚度要求。（2） 动模垫板厚度的计算 动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在230mm400mm这个范围之内，垫块之间的跨度大约为230243=144mm。根据本节参考文献1表4-20中强度公式计算 式中：。 。L1是动模垫板的长度，取400，A是两个型芯投影到动模垫板的面积。单件型芯所受压力的面积为 两个型芯的面积动模垫板可按照标准厚度取45mm，显然不符合要求，可采用支撑柱的形式来增加支撑板的刚度。可以增加2根支撑柱，且布置在支撑板的正中间，根据力学模型认为n=1，垫板的厚度计算为第5章 脱模推出机构的计算 本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出、或推件板加推杆的综合推出方式。根据脱模力计算来决定。5.1脱模力的计算（1）95主型脱模力 因为，所以此处视为薄壁圆筒塑件，根据。根据本节参考文献1式4-26脱模力为 ， 其中， （2）55主型脱模力 因为，所以此处视为薄壁圆筒塑件，根据。根据本节参考文献1式4-26脱模力为 ， 其中，（3）4-10小型芯脱模力 因为 ，所以是厚壁圆筒的受力状态，根据本节参考文献1式4-26脱模力为 =490.8N（4）13小型芯脱模力。通过计算得脱模力为F4=159.5N 其中， 式中 E 塑料的拉伸弹性模量（MPa）取0.9103MPa； S 塑料成型的平均收缩率（%）为2.25%； t 塑件的壁厚（mm）为2.5mm； L 被包型芯长度（mm）； 塑料的泊松比为0.38； 脱模斜度（）； f 塑料与钢材之间的摩擦因数取0.23； r 型芯的平均半径（mm）； A 塑件在与开模方向垂直的平面的投影面积（mm2）； 由和决定的无因次数 ； 由f 和决定的无因次数 ；（3） 总脱模力 F=F1+F2+F3+F4=7480.5N5.2推出方式的确定 因为壁厚较薄所以采用推件板推出。 （1） 推件板推出时的面积 （2） 推件板推出应力 通过计算，应力满足要求，但考虑到变形，采用推板推出的同时采用一根推杆进行脱模，以保证塑件质量。 推件板推出时为了减少推件板与型芯的摩擦，设计时在推件板与型芯之间留出0.2mm的间隙并采用锥面配合。 本设计采用侧浇口，充模时容易形成封闭气囊，型芯上设置1根直径8mm的推杆，同时利于供排气，另外推出更加平稳。第6章 模架的确定 根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为310mm140mm，型腔所占平面尺寸为270mm100mm，利用经验公式（7-1）进行计算，即W3=W+10=100+10=110mm，查参考文献2表7-4得W=230mm，因此需采用230mm400mm的模架。但又考虑是采用推件板和推杆综合方式，且推杆布置在靠近凸模的中心，这样推杆边缘与推杆固定板边缘距离较大，因此为降低模具成本可适当减少模具架尺寸，同时又考虑到导柱、导套、水路的布置等因素，根据参考文献2表7-1可确定选用带推件板的直浇口B型模架，查参考文献2表7-4得WL=230mm400mm及各板的厚度尺寸。6.1各模板尺寸的确定（1） A板尺寸 A板是定模板型腔板，塑件高度为65mm，考虑到模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离，故A板厚度取100mm。（2） B板尺寸 B板是型芯固定板，按模架标准板厚度取40mm。（3） C板尺寸垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm=（40+20+15+510）mm=80mm85mm,初步选定C为80mm经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记：C2340-10040s80GB/T 12555-2006。其他尺寸按标准标注，如图6.1所示。 图6.1 B型模架结构6.2模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。（1） 模具平面尺寸230mm400mm448mm370mm(拉杆间距)，模具从一侧吊如，校核合格。（2） 模具高度尺寸325mm，200mm325mm350mm(模具的最大厚度和最小厚度)，校核合格。（3）模具的开模行程S=推出距离+包括浇注系统的塑件的高度(510)开模行程S=40mm+80mm(510)=125130500mm，校验合格。第7章 排气槽和冷却系统的设计7.1 排气槽的设计该塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑件下方的台阶上向上充满型腔，每个型芯上有1根推杆，其配合间隙可作为气体排出方式，不会在顶部产生憋气现象。同时，底面的气体会沿着分型面，型芯和推板件之间的间隙向外排出。7.2冷却系统的设