第10章模具.ppt

第十章塑料注射模具制造与实例 10 1塑料模具制造特点 10 2塑料注射模具零件常用加工方法 10 3塑料注射模具装配 10 4塑料注射模具设计与制造实例 10 1塑料注射模具制造特点 要保证模具质量要保证模具制造周期要保证模具使用寿命要保证模具成本低廉要提高模具的加工工艺水平要保证良好的劳动条件 一 塑料注射模具制造过程的基本要求 10 1塑料注射模具制造特点 1 接受设计任务 设计任务书 开模指令 2 原始资料分析 塑料分析 注塑机分析等 3 塑件基本参数计算 收缩率 公差选择等 4 模具结构确定 有无抽芯 何种顶出等 5 绘制模具结构草图 平面图 排位图 抽芯等 6 绘制模具装配图 三维造型和分模 7 绘制模具零件图 出工程图 8 校核后投产9 试模反馈后更改设计至合格 二 塑料模具设计流程 1 经过审签的正规塑件图纸 并注明采用塑料的牌号 透明度 颜色等 2 塑料制件说明书或技术要求 3 生产批量 4 如果是仿制 则提供塑料制件样品 1 接受任务书 二 塑料模具设计流程 1 塑件分析塑料的分析塑件成型工艺性分析 2 熟悉工厂实际情况 3 熟悉有关参考资料及技术标准 10 1塑料注射模具制造特点 二 塑料模具设计流程 2 原始资料分析 1 确定成型工艺方法 2 塑件成型工艺过程的制定 3 成型工艺条件的确定 4 选择成型设备 5 工艺文件的制定 10 1塑料注射模具制造特点 二 塑料模具设计流程 3 塑件成型工艺规程的制定 1 确定塑件成型位置及分型面 2 模具型腔数的确定 浇注系统和排气系统的设计 3 确定主要成型零件 结构件的结构形式 4 侧向分型抽芯机构的设计 5 选择塑件的推出方式 推杆 推管 推板 组合式推出 6 拉料杆形式的选择 7 模具外形结构及所有连接 定位 导向件位置的设计 8 决定冷却 加热方式及加热冷却沟槽的形状 位置 加热元件的安装部位 10 1塑料注射模具制造特点 二 塑料模具设计流程 4 模具结构设计 参照有关塑料模架标准和其他零件标准 绘制模具结构草图 为正式绘图作好准备 10 1塑料注射模具制造特点 二 塑料模具设计流程 5 绘制模具结构草图 模具总装图内容 1 模具成型部分结构 2 浇注系统 排气系统结构 3 分型面及分模取件方式 4 外形结构及所有连接件 定位 导向件的位置 5 辅助工具 取件卸模工具 校正工具等 6 按顺序将全部零件序号编出 填写明细表 7 标注模具必要尺寸 如模具总体尺寸 特征尺寸 装配尺寸 极限尺寸 8 标注技术要求和使用说明 10 1塑料注射模具制造特点 二 塑料模具设计流程 6 绘制模具装配图 由模具总装图拆画零件图的顺序为 先内后外 先简单后复杂 通常主要工作零件加工周期较长 加工精度较高 认真绘制 其余零部件尽量采用标准件 1 根据需要按比例绘制零件图 视图选择要合理 2 标注尺寸要集中 有序 完整 3 根据零件的用途正确标注表面粗糙度 4 填写零件名称 图号 材料牌号 热处理和硬度要求表面处理 图形比例 自由尺寸的加工精度 技术要求等都要正确填写 10 1塑料注射模具制造特点 二 塑料模具设计流程 7 绘制零件图 1 校对 2 审图 3 投产制造 10 1塑料注射模具制造特点 二 塑料模具设计流程 8 校核后投产 一 注射模模架 1 模架的结构组成 图10 1注射模模架1 定模座板 2 定模板 3 动模板 4 导套 5 支撑板 6 导柱 7 垫块 8 动模座板 9 推板导套 l0 导柱 11 推杆固定板 12 推板 安装模具工作零件和其他零件 保证模具工作部分有正确的相对位置 10 2塑料注射模具常用加工方法 2 模架的技术要求 安装或支撑成形零件和其他结构零件的基础 保证零件 如型芯型腔 的准确对合 导柱 导套和复位杆等零件装配后要运动灵活 无阻滞现象 模架组合后其安装基准面应保持平行 其平行度公差等级见下表 模具主要分型面闭合时的贴合间隙值应符合下列要求 级精度模架为0 02mm 级精度模架为0 03mm 级精度模架为0 04mm 3 模架零件的加工 基本组成零件有三种类型 导柱 导套及模板类零件 图10 9 内 外圆柱面加工 模板平面的平面度和平行度以及导柱 导套安装孔的尺寸精度 孔与模板平面的垂直度要求 3 模架零件的加工 基本组成零件有三种类型 导柱 导套及模板类零件 在平面加工过程中要特别注意防止弯曲变形 粗加工后若有变形可利用电磁吸盘把这种变形矫正过来 磨削后加工表面的形状误差并不会得到矫正 精度更高的平面 应采用刮研方法加工 图10 9 3 模架零件的加工 基本组成零件有三种类型 导柱 导套及模板类零件 位置精度 采用坐标镗床 双轴坐标镗床或数控坐标镗床进行加工 精度要求较低也可在卧式镗床或铣床上 将动 定模板重叠在一起 一次装夹同时镗出相应的导柱和导套的安装孔 模板的装夹如图10 9所示 图10 9 a 单个模板镗孔 b 模板同时镗孔1 模板2 镗杆3 工作台4 等高垫铁图10 9模板的装夹 图10 10浇口套 1 浇口套的加工 常见的浇口套有两种类型 如图10 10所示 4 其他结构零件的加工 工艺分析 与一般套类零件相比 浇口套锥孔 主流道 小 锥度为2 6 其小端直径一般为3 8mm 其加工较难 同时还应保证浇口套锥孔与外圆同轴 以便在模具安装时通过定位圈使浇口套与注射机的喷嘴对准 工艺过程 表10 7 图9 11斜销抽芯机构 当注射成型带有侧凹或侧孔时 模具必须带有侧向分型或抽芯机构 下图为一种斜销抽芯机构的结构图 在侧型芯滑块上装有侧型芯或成型镶块 1 动模板 2 限位块 3 弹簧 4 侧型芯滑块 5 斜销 6 楔紧块 7 凹模固定板 8 定模座板 2 侧型芯滑块的加工 滑块与滑槽的配合部分B1 h3常选用H8 g7或H8 h8 其余留有较大的间隙 配合面的表面粗糙度小于Ra0 63 1 25mm 滑块材料常采用45钢或碳素工具钢 导滑部分可局部或全部淬硬 硬度为40 45HRC 图9 12侧型芯滑块 表10 8侧型芯滑块的加工工艺过程 一 加工特点 二 凸模型芯类零件的制造工艺 凸模加工一般是外形加工 凸模一般都由两部分组成 即工作部分和安装部分 当凸模有强度要求时 其表面不允许出现影响强度的沟槽 各连接部分应采用圆弧过渡 对于塑料模 为了使塑件容易从凸模上脱下 凸模往往带有一定的脱模斜度 圆形凸模 10 2塑料注射模具常用加工方法 二 圆形凸模的加工工艺 圆形凸模的制造简单 毛坯一般采用棒料 在车床上进行粗加工和半精加工 经热处理后 在外圆磨床上精磨 最后将工作部分抛光及刃磨即可 三 非圆形凸模的加工工艺 刃口轮廓精加工的传统加工方法有压印锉修和仿形刨削 这两种方法是在热处理前进行的 凸模的加工精度必然会受到热处理变形的影响 但若选用热处理变形小的材料 并改进热处理工艺 热处理后凸模尺寸的微小变化可由钳工修整 因此 这两种工艺仍有较普遍的应用 凸模工作表面的先进加工方法是电火花线切割加工和成型磨削 它们是在凸模热处理后才进行精加工的 尺寸精度容易保证 图9 13用凹模压印凸模 1 压印锉修 当凸 凹模配合间隙小 精度要求较高时 缺乏先进模具加工设备的条件下 压印锉修是模具钳工常采用的一种方法 它最适合于无间隙冲模的加工 1 凸模 压印件 2 淬硬凹模 基准件 将未经淬硬 并留有一定挫修余量的凸模垂直放置在已加工完成并经淬硬的凹模上 加以压力 通过凹模刃口的切削与挤压作用 在凸模上压出印痕 钳工按印痕均匀地锉修四周余量 加工出凸模 图9 14所示的凸模的主要技术要求 材料CrWMn 热处理硬度58 62HRC 表面粗糙度Ra0 63mm 与凹模双面间隙为0 03mm 由于凸模与凹模配合间隙小 该凸模采用压印锉修进行加工 压印锉修工程实例 图9 14凸模 仿形刨床用于加工由圆弧和直线组成的各种形状复杂的凸模 加工精度为 0 02mm 表面粗糙度可达Ra0 8 1 6mm 2 仿形刨削 精加工前 先预加工 并将必要的辅助面 包括凸模端面 磨平 然后在凸模端面上画出刃口轮廓线 并在铣床上加工凸模轮廓 留有0 2 0 3mm的单面精加工余量 最后用仿形刨床精加工 因刨削后的凸模在经热处理淬硬后需研磨工作表面 所以 一般应留0 01 0 02mm的单边余量 采用仿形刨床加工时 凸模的根部应设计成圆弧形 可增加凸模的刚性 凸模根部圆弧过渡 注意事项 为便于加工 一般应将凸模设计成直通式 且其尺寸不宜超过线切割机床的加工范围 加工时 应考虑工件的装夹 切割路线等 3 线切割加工 特点 提高了自动化程度 简化了加工过程 缩短了生产周期 而且提高了模具的质量 工程实例 图10 15线切割加工凸模 特点 具有高精度 高效率等优点 4 成型磨削 选择基准和确定磨削程序时应考虑以下几点 当凸模有内形孔时 先加工内形孔并以其为基准加工凸模外形 选择大平面作为基准面 先磨基准面及有关平面 以增加加工的稳定性并易于测量 如无大平面时 可添加工艺平面 先磨削精度高的部分 后磨削精度低的部位 以减少加工中的积累误差 先磨平面后磨斜面及凸圆弧 先磨凹圆弧后磨平面及凸圆弧 这样便于加工成型及达到精度要求 最后磨去添加的工艺基准及装夹部分 注意事项 为了便于成型磨削 凸模一般设计成直通式 对于半封闭式的凸模 则应设计成镶拼结构 即将凸模分解成几件 分别进行磨削 最后装配成一件完整的凸模 成型磨削前 首先要了解机床的特性 并有效地利用各种夹具和成型砂轮 然后根据凸模的形状选择合理的基准面及工艺孔基准 并进行工艺尺寸换算 最后确定磨削程序 成型磨削工程实例 图9 16凸模 如图9 16所示 采用万能夹具对刃口工作型面进行成型磨削加工 工艺尺寸计算过程 1 确定工艺中心和工艺坐标 2 计算各工艺中心的坐标尺寸 3 计算d面到工艺中心O1的距离 4 计算各圆弧的圆心角 图10 16所示的凸模采用万能夹具进行成型磨削的加工工艺过程见表10 9 图10 17工艺尺寸计算图图10 18成型磨削工序图 表10 9 表10 9凸模成形磨削加工工艺过程 采用万能夹具 一 加工特点 三 凹模型孔的制造工艺 一般为内形加工 加工难度大 镗孔时 有位置精度要求 加工时要求确定基准 并准确确定孔的中心位置 增加难度 凹模淬火前 其上所有的螺钉孔 销钉孔以及其他非内腔加工部分均应先加工好 否则会增加加工成本 甚至无法加工 为了降低加工难度 减少热处理的变形 防止淬火开裂 凹模类零件经常采用镶拼结构 10 2塑料注射模具常用加工方法 1 单圆形型孔凹模 工程实例 图10 19所示为一圆筒形拉深件的凹模 材料选用Cr12 热处理淬火硬度为58 62HRC 图10 19 二 圆形型孔凹模的加工 这类凹模制造工艺比较简单 毛坯经锻造 退火后进行车削 或铣削 及钻 镗型孔 并在上 下平面和型孔处留适当磨削余量 再由钳工划线 钻所有固定用孔 攻螺纹 铰销孔 然后进行淬火 回火 热处理后磨削上 下平面及型孔即成 加工注意事项 平面磨削时 一定要以先车的面即A面作为基准 磨出B面 然后再磨A面 内孔精磨后 一定要修整及研光孔口圆角R 图10 20凹模孔口 工艺过程 图10 19拉深凹模 2 多圆形型孔凹模 图10 21 1 单件孔系的加工 划线找正法 试镗法 坐标法立式铣床加工坐标镗床或坐标磨床加工 对于同一零件的孔系加工 常用方法有如下几种 图10 22 冲裁模中的连续模和复合模 凹模有时会出现一系列圆孔 各孔尺寸及相互位置有较高的精度要求 这些孔称为孔系 加工时除保证各型孔的尺寸及精度外 还要保证各型孔之间的相对位置 图10 21试镗法加工孔系 1 立铣床 2 检验棒 3 百分表 4 量块组图10 22附加百分表在铣床上镗孔 图10 23 2 相关孔系的加工 同镗 合镗 加工法 对于同一零件的孔系加工 常用方法有如下几种 配镗加工法为保证零件使用性能 许多零件都要进行热处理 热处理后零件会发生变形 使热处理前的孔位精度受到破坏 如上模与下模中各对应孔的中心会发生偏斜等 在这种情况下 可以采用配镗加工法 即加工某一零件时 不按图样的尺寸和公差进行加工 而是按与之有对应孔位要求的热处理后的零件实际孔位来配做 图10 24 坐标磨削法配镗不能消除热处理对零件的影响 加工出的孔位绝对精度不高 为了保证各相关件孔距的一致性和孔径精度 可以采用高精度坐标磨削的方法来消除淬火件的变形 保证孔距精度和孔径精度 图10 23模板的同镗加工 图10 24双轴镗床同时镗孔 对于上 下模座的导柱孔和导套孔 动 定模模板的导柱孔和导套孔以及模板与固定板的销钉孔等 可以采用同镗加工法 同镗加工法就是将孔位要求一致的两个或三个零件用夹钳装夹固定在一起 对同一孔位的孔同时进行加工 如图10 23所示 在有双轴镗孔机时 可将模板的两孔同时镗出 见图10 24 这样更容易保证孔距的一致性 三 非圆形型孔凹模的加工 在缺少精密加工机床的情况下 可用锉削加工或压印法对型孔进行精加工 目前 较先进的加工方法主要有电火花线切割加工和电火花成型加工 此外 尺寸较大的型孔常用仿形铣床进行平面轮廓仿形加工 而精度要求特别高的型孔 则需用坐标磨床进行精密磨削 若将凹模设计成镶拼结构的话 还可应用成型磨削方法加工型孔 非圆形型孔凹模通常采用矩形锻件作为毛坯 型孔精加工之前 首先要去除型孔中心的余料 去除中心余料的方法如下 沿洞口轮廓线钻孔 见图10 25 用带锯机切除废料 气割 图10 25沿型孔轮廓线钻孔 1 锉削加工 锉削前 先根据凹模图样制作一块凹模样板 并按照样板在凹模表面画线 然后用各种形状的锉刀加工型孔 并随时用凹模样板校验 锉至样板刚好能放入型孔内为止 此时 可用透光法观察样板周围的间隙 判断间隙是否均匀一致 锉削完毕后 将凹模热处理 然后用各种形状的油石研磨型孔 使之达到图样要求 去除型孔余料后 可采用下列方法对型孔进行半精加工或精加工 压印锉修加工是模具钳工常用的一种方法 主要应用于缺少机械加工设备的工厂 试制模具或凸模与凹模型孔要求间隙很小甚至无间隙的冲裁模具的制造中 这种方法能加工出与凸模形状一致的凹模型孔 但型孔精度受热处理变形的影响较大 图10 26 2 压印锉修 压印锉修是利用已加工好的凸模对凹模进行压印的 其压印方法与凸模的压印加工基本相同 如图10 26所示 将准备好的压印件 凹模板 和压印基准件 凸模 置于压床工作台的中心位置 用找正工具 如角尺 找正二者的垂直度 在凸模顶端的顶尖孔中放一个合适的滚珠 以保证压力均匀和垂直 并在凸模刃口处涂上硫酸铜溶液 启动压床缓慢压下 压印时 第一次压印深度为0 2 0 5mm 以后各次的压印深度可以逐次加深 每次压印都要锉去多余的金属 直至压印深度达到图样要求为止 图10 26压印过程 图10 27多型孔的压印锉修 对于多型孔的凸模固定板 卸料板和凹模型孔等 要使各型孔的位置精度一致 可利用压印锉修方法或其他加工方法加工好其中的一块 然后以此块作为导向 按压印锉修的方法和步骤加工另一块板的型孔 即可保证各型孔的相对位置 如图10 27所示 3 铣削 在仿形铣床上采用平面轮廓仿形 对型孔进行半精加工或精加工 其加工精度可达0 05mm 表面粗糙度可达Ra1 5 2 5mm 仿形铣可以获得形状复杂的型孔 减轻工人的劳动强度 但需要制造靠模 生产周期长 通常靠模用易加工的木材制造 因受温度 湿度的影响极易变形 影响加工精度 用数控铣床加工型孔 容易获得比仿形铣削更高的加工精度 且不需要制造靠模 通过数控指令使加工过程实现自动化 降低对操作工人的技能要求 生产率高 此外 还可以采用加工中心加工凹模型孔 经一次装夹不但能加工出非圆形型孔 还能同时加工出固定用的螺孔和销孔 在没有仿形铣床和数控铣床时 也可在立铣或万能工具铣床上加工型孔 铣削时按型孔轮廓线 并留出一定的锉削加工余量 手动操作铣床工作台的纵 横运动进行加工 该方法对操作者的技术水平要求较高 劳动强度大 加工精度较低 生产率低 且加工后钳工修正工作量大 4 电火花成型加工型孔 加工特点 是在凹模热处理后进行的 所加工出的型孔表面呈颗粒状麻点 有利于润滑 能提高冲件质量和延长模具寿命 与线切割加工相比 电火花机床需要制作成型电极 制模成本较高 电极的损耗会影响到加工精度 凹模电火花穿孔工艺方法 直接法 混合法 修配凸模法和二次电极法 加工方法的选择主要根据凸 凹模的间隙而定 见表10 10 采用电火花成型加工凹模的特点如下 采用整体模具结构 可减薄模板厚度 型孔尖角改用小圆角 刃口及落料斜度小 标出凸模的名义尺寸和公差 刃口表面粗糙度要求可适当加大 图10 28 电火花加工与机械加工不同 在设计模具时 应根据电火花加工的特点 对模具结构等方面作相应的改革 这样不仅能使模具便于电火花加工 而且有利于提高模具质量 图10 29 原因 电火花成型加工型孔实例1 图10 30所示凹模采用电火花加工 凹模材料为T10A 与凸模的配合间隙为单边0 05 0 10mm 加工余量为单边3 4mm 要求刃口粗糙度Ra为0 8 m 图10 30用电火花加工的凹模 图10 31电火花加工用的电极L1 凸模长度L2 电极长度 注 采用混合法 利用凸模加长一段铸铁后作为电极 电加工完成后去掉铸铁部分后做凸模用 如图9 31所示 因凹模上有36个嵌线孔 且凸 凹模配合间隙要求较高 故选用组合电极结构形式 用冲头直接作电极 电极装夹如图10 32所示 专用夹具由镶块1 热套圈2 衬圈5 斜销3组成 其中36块镶块的精度要求很高 热处理后由成形磨削加工完成 装夹时只需将电极4插进镶块槽内 用斜销轻轻敲入夹紧 电极装夹后检查各电极平行度 电火花成型加工型孔实例2 SYL电动机转子冲模 凹模上有36个嵌线孔 材料为Cr12 刃口高度为12mm 淬火硬度为62 64HRC 配合间隙为0 04 0 06mm 属小间隙配合 图10 32电极装夹1 镶块2 热套圈3 斜销4 电极5 衬圈 5 电火花线切割加工型孔 当凹模形状复杂 带有尖角 窄缝时 线切割加工是一种精加工凹模型孔的方法 电火花线切割是在凹模热处理后加工型孔的 可避免热处理变形带来的不良影响 型孔加工精度高 质量好 制造周期短 但被加工工件的尺寸受机床的限制 而且加工出的型孔孔壁呈条纹状 线切割后需要钳工研磨 以保证凸 凹模的间隙均匀 在线切割之前 要对凹模毛坯进行预加工 凹模的厚度和水平尺寸必须在机床的加工范围内 选择合理的工艺参数 还要安排好凹模的加工工艺路线 做好切割前的准备工作 采用电火花线切割加工模具时 在模具材料的选用和模具结构方面 都应考虑线切割加工工艺的特点 以保证模具的加工精度 提高模具的使用寿命 为了提高线切割模具的使用寿命和加工精度 应选用淬透性能良好的合金工具钢或硬质合金来制造 对于精密细小 形状复杂的模具 不必采用镶拼结构 线切割模具所具有的结构特点 电火花线切割加工型孔实例 图9 36所示凹模材料为Cr12MoV 凹模厚度为10mm 采用线切割加工 图9 36线切割加工的凹模 6 坐标磨削 坐标磨床是在淬火后进行孔加工的机床中精度最高的一种 加工精度可达5 m左右 表面粗糙度可达Ra0 2 m 对于精度要求特别高的非圆形型孔 则需用坐标磨床进行精密磨削 坐标磨床综合运用基本磨削方法 可以对一些形状复杂的型孔进行磨削加工 由于镶拼型孔能将型孔的内表面变换为外表面 便于机械加工 同时可以节约原材料 减少或消除热处理引起的变形 提高型孔的制造精度 便于维修更换 提高模具使用寿命等优点 因而在大 中型形状复杂的型孔或形状十分复杂的小型型孔的模具结构中得到广泛应用 如大 中型冲模型孔 塑料箱体类注射模 挤出中空吹塑模具等 一般都采用镶拼结构进行制造 7 镶拼型孔的成型磨削 型孔的镶拼方法 拼接法和镶嵌法两种 镶拼型孔的成型磨削实例 如图9 39所示定子槽型孔拼块 材料为合金钢 由于加工精度要求较高 采用光学曲线磨床加工 图9 39定子槽型孔拼块 a 镶拼结构 b 整体结构 采用整体结构可以减小模具的体积 提高模具的刚性 简化结构 从而减少了模具设计和制造的工作量 电火花加工可采用整体模具结构 a 电火花加工避免了热处理变形的影响 原来考虑为了减小变形而增加的厚度已无必要 b 电火花加工后的模具 刃口平直 间隙均匀 耐磨性提高 模具寿命较长 减少了刃磨次数 c 从电火花本身来说 减薄模板厚度可以减少每副模具的加工工时 缩短模具制造周期 d 可以节省模具钢材 电火花加工可减薄模板厚度的原因 电火花加工的落料斜度一般为30 50 落料模的刃口斜度在10 以内 复合模的刃口斜度为5 左右 对落料模而言 斜度均比手工做的小 手工做的a1 15 或30 a2 1 3 但因电火花加工的斜度在各个方向都比较均匀 故仍能顺利落料 电火花加工模具的斜度 a1 刃口斜度a2 落料斜度 电火花加工刃口及落料斜度小 图9 34铣削台阶 图9 35电火花加工凹模背面 凹模的刃口厚度 因为线切割加工所得的型孔不带斜度 所以凹模的刃口厚度应在保证强度的前提下尽量减薄 一般可以在凹模的背面用铣削加工来减薄凹模的刃口厚度 图9 34 这样也可以使线切割加工凹模更为方便 但在某些特殊情况下 图9 35 采用上述方法不能保证凹模的强度时 可以先用线切割加工凹模 然后 再加工一个比凹模型孔稍大的紫铜电极 最后用这个电极在凹模的背面以电火花加工扩大型孔 使凹模背面得到斜度 线切割模具所具有的结构特点 图9 37拼接型孔 图9 38镶嵌型孔1 制件2 型孔体3 镶件 拼接法是将型孔分成若干段 对各段分别进行加工后拼接起来 如图9 37所示 镶嵌法则是在型孔形状复杂或狭小细长的部位另做一个镶件嵌入型孔体内 如图9 38所示 型孔的镶拼方法 型孔的分段要求 一般是将形状复杂的内形表面加工转换为外形表面加工 为防止刃口处的尖角部分加工困难 淬火时易开裂等 应在尖角处拼接 且镶块应避免做成锐角 型孔的凸出或凹进部分容易磨损 为便于更换 应单独分成一段 有对称线的型孔应沿对称线分段 10 4塑料注射模具设计与制造实例 产品名称 防护罩产品材料 ABS 抗冲 塑料质量 15克塑料颜色 红色 10 4塑料注射模具设计与制造实例 ABS塑料 丙烯脂 丁二烯 苯乙烯共聚物 具有比聚苯乙烯更好的使用和工艺性能 ABS塑料一般不透明 无毒 无味 成形塑件的表面有较好的光泽 有良好的机械强度 特别是抗冲击强度高 ABS还具有一定的耐磨性 耐寒性 耐油性 耐水性 化学稳定性和电性能 1 塑件成型工艺性分析 1 塑件材料特性 缺点 耐热性不高 并且耐气候性较差 在紫外线作用下易变硬发脆 10 4塑料注射模具设计与制造实例 使用ABS注射成形塑料制品时 熔体黏度较高 所需的注射成形压力较高 塑件对型芯的包紧力较大 应采用较大的脱模斜度 另外熔体黏度较高 易产生熔接痕 所以设计时应尽量减少浇注系统对料流的阻力 ABS易吸水 成形加工前应进行干燥处理 在正常的成形条件下 ABS制品的尺寸稳定性较好 2 塑件材料成形性能 1 塑件成型工艺性分析 查有关手册得到ABS 抗冲 塑料的成形工艺参数 密度1 0 1 1g cm 收缩率0 3 0 8 预热温度80 c 85 c 预热时间2 3h 料筒温度后段150 c 170 c 中段180 c 190 c 前段200 c 210 c 喷嘴温度180 c 190 c 模具温度50 c 70 c 注射压力60 100MPa 成形时间注射时间2 5s 保压时间5 10s 冷却时间5 15s 2 塑件的成形工艺参数确定 塑件采用注射成形法生产 为保证塑件表面质量 使用点浇口成形 因此模具应为双分型面注射模 三板式注射模 3 模具的基本结构 1 确定成形方法 2 型腔布置 塑件形状较简单 质量较小 生产批量较大 应使用多型腔注射模具 塑件的侧面有 10mm的圆孔 需侧向抽芯 所以模具采用一模二腔 平衡布置 这样模具尺寸较小 制造加工方便 生产效率高 塑件成本较低 3 模具的基本结构 图a分型面选择在轴线上 塑件表面留下分型面痕迹 影响塑件表面质量 也使侧向抽芯困难 图b分型面选择在下端面 塑件外表面在整体凹模型腔内成形 大部分外表面光滑 仅在侧向抽芯处留有分型面痕迹 侧向抽芯容易 脱模方便 3 确定分型面 3 模具的基本结构 采用点浇口成形 如图示 点浇口直径为 0 8mm 点浇口长度为1mm 头部球R1 5 2mm锥角 为6 分流道采用半圆截面流道 其半径R为3 3 5mm 主流道为圆锥形 上部直空与注射机喷嘴相配合 下部直径 6 8mm 4 选择浇注系统 3 模具的基本结构 塑件形状为圆壳形而且壁厚较薄 使用推杆易在塑件上留下推出痕迹 不宜采用 所以选择推件板推出机构完成塑件的推出 这种方法结构简单 推出力均匀 塑件在推出时变形小 推出可靠 5 确定推出方式 塑件的侧面有 10mm的圆孔 因此模具应有侧向抽芯机构 由于抽出距离较短 抽出力较小 所以采用斜导柱 滑块抽芯机构 斜导柱装在定模板上 滑块装在推件板上 6 侧向抽芯机构 3 模具的基本结构 模具结构为双分型面注射模 如图所示 采用拉杆和限位螺钉 控制分型面A A的打开距离 其开距应大于40mm 方便取出浇口 分型面B一B的打开距离 其开距应大于65mm 用于取出制件 7 模具的结构形式 3 模具的基本结构 选用G54 5200 400型卧式注射机 其有关参数为额定注射量200 400cm 注射压力109MPa锁模力254OkN最大注射面积645cm 模具厚度165 406mm最大开合模行程260mm喷嘴圆弧半径18mm喷嘴孔直径4mm拉杆间距290mmX368mm 8 选择成形设备 3 模具的基本结构 1 模架的结构模架结构如图所示 2 模架安装尺寸校核模具外形尺寸为长300mm 宽250mm 高345mm 小于注射机拉杆间距和最大模具厚度 可以方便地安装在注射机上 4 选择模架 10 4塑料注射模具设计与制造实例 如图所示 型腔由定模板4 定模镶件26和滑块19共三部分组成 定模板4和滑块19构成塑件的侧壁 定模镶件26成形塑件的顶部 而且点浇口开在定模镶件上 使加工方便 利于型腔的抛光 定模镶件可更换 提高了模具的使用寿命 5 模具结构设计 1 型腔结构 如图所示 型芯由动模板16上的孔固定 型芯于推件板18采用锥面配合 以保证配合紧密 防止塑件产生飞边 另外 锥面配合可以减少推件板在推件运动时与型芯之间的磨损 型芯中心开有冷却水孔 用来强制冷却型芯 2 型芯结构 如图所示 为了保证模具的闭合精度 模具的定模部分与动模部分之间采用导柱1和导套2导向定位 推件板18上装有导套6 推出制件时 导套6在导柱1上运动 保证了推件板的运动精度 定模座板上装有导柱30 为点浇口凝料推板24和定模板4的运动导向 3 斜导柱 滑块结构 如图所示 4 模具的导向结构 5 结构强度计算 略 5 模具结构设计 取ABS的平均成形收缩率为0 6 塑件末注公差按照SJ1372中8级精度公差值选取 6 模具成形尺寸设计计算 1 模具加热一般生产ABS材料塑件的注射模具不需要外加热 2 模具冷却模具的冷却分为两部分 一部分是型腔的冷却 另一部分是型芯的冷却 型腔的冷却是由在定模板 中间板 上的两条 10mm的冷却水道完成 如图所示 7 模具加热 冷却系统的计算 型芯的冷却如图所示 在它内部开有 6mm的冷却水孔 中间用隔水板2隔开 冷却水由支承板5上的 10mm冷却水孔进入 沿着隔水板的一侧上升到型芯的上部 翻过隔水板 流入另一侧 再流回支承板上的冷却水孔 然后继续冷却第二个型芯 最后由支承板上的冷却水孔流出模具 型芯1与支承板5之间用密封圈3密封 定模板 中间板 零件图如图所示 8 模具主要零件图及加工工艺规程 1 模具定模板 中间板 零件图及加工工艺规程 1 以基准角定位 加工 52mm和 40 31mm的型腔孔 可以采用坐标镗床或加工中心完成 2 以基准角定位 加工宽32mm 长40mm 深25mm及宽l0mm 深20 66mm的装配侧滑块孔 采用铣床或加工中心完成 3 以基准角定位 加工宽32 长2O 深4Omm的斜楔装配孔及其上的M8螺钉沉孔 用铣床和钻床完成 4 钳工研配侧滑块和斜楔 5 将侧滑块装入定模板侧滑块孔内锁紧固定 共同加工 5mm的斜导柱孔 可以采用铣床或钻床完成 6 以基准角定位 加工4x 6mm孔 用钻床或铣床完成 7 加工2x 10mm冷却水孔 钻床或深孔钻床完成 定模板 中间板 的加工工艺 8 模具主要零件图及加工工艺规程 侧滑块零件图如图所示 2 模具侧滑块零件图及加工工艺规程 8 模具主要零件图及加工工艺规程 1 加工外形尺寸 由铣床或加工中心完成 2 钳工研配 首先与推件板研配侧滑块的滑道部分 要求滑动灵活 无晃动间隙 其次研配侧滑块与型芯及定模板的配合 要求配合接触紧密 注射成形时不产生飞边 最后研配斜楔 要求斜楔在注射成形时锁紧侧滑块 3 与定模板配钻斜导柱孔 4 加工侧滑块的两个 3mm定位凹孔 侧滑块加工工艺如下 动模板 型芯固定板 零件图如图所示 3 模具动模板 型芯固定板 零件图及加工工艺规程 8 模具主要零件图及加工工艺规程 1 以基准角定位 加工 5Omm和 6Omm的型芯固定孔 可以采用坐标镗床或加工中心完成 2 以基准角定位 加工4x 21mm孔 可采用镗床或钻床完成 3 钳工装配型芯 动模板 型芯固定板 加工工艺如下 8 模具主要零件图及加工工艺规程 9 模具总装图及模具的装配 试模 10 4塑料注射模具设计与制造实例 产品名称 音箱外壳产品材料 ABS 抗冲 生产纲领 中批生产 1设计任务 材料 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS 收缩率0 3 0 8 生产批量为中批生产 该塑件为中小尺寸 一般精度等级 为保证精度 兼顾经济性 采用一模一腔 并对制品进行后续加工 10 4塑料注射模具设计与制造实例 10 4塑料注射模具设计与制造实例 ABS塑料一般不透明 无毒 无味 成形塑件的表面有较好的光泽 有良好的机械强度 特别是抗冲击强度高 ABS还具有一定的耐磨性 耐寒性 耐油性 耐水性 化学稳定性和电性能 2塑件成型工艺性分析 2 1塑件材料特性 缺点 耐热性不高 并且耐气候性较差 在紫外线作用下易变硬发脆 10 4塑料注射模具设计与制造实例 使用ABS注射成形塑料制品时 由于其熔体黏度较高 所需的注射成形压力较高 因此塑件对型芯的包紧力较大 应采用较大的脱模斜度 另外熔体黏度较高 制品易产生熔接痕 所以模具设计时应尽量减少浇注系统对料流的阻力 2 2塑件材料成形性能 2塑件成型工艺性分析 ABS易吸水 成形加工前应进行干燥处理 在正常的成形条件下 ABS制品的尺寸稳定性较好 查有关手册得到ABS 抗冲 塑料的成形工艺参数 密度1 0 1 1g cm 收缩率0 3 0 8 预热温度80 c 85 c 预热时间2 3h 料筒温度后段150 c 170 c 中段180 c 190 c 前段200 c 210 c 喷嘴温度180 c 190 c 模具温度50 c 70 c 注射压力60 100MPa 成形时间注射时间2 5s 保压时间5 10s 冷却时间5 15s 2 3塑件的成形工艺参数确定 3音箱外壳注射模具设计 3 1注塑成型设备3 1 1注塑机结构组成注塑系统合模系统液压系统电气控制系统加热 冷却系统 3 1 2注塑机的选择 计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数 由塑件尺寸 100 100 50 计算得塑件的体积 V 40701mm3计算塑件的质量 公式为W V 根据设计手册查得ABS树酯的密度为 1 05g cm3 故塑件的重量为 W V 40701 1 05 10 3 42 7g 可初步选用的注射机为 SZ 160 1000型卧式注塑成型机 注塑机的各参数如下表3 1所示 3 2音箱外壳模具的结构设计 3 3 1分型面位置的确定 以音箱外表面投影面积最大处为分型面 3 2音箱外壳模具的结构设计 n G C V式中 G 注射机的公称注射量 cm3V 单个制品的体积 cm3C 浇道和浇口的总体积 cm3生产中每次实际注射量应为公称注射量G的0 8倍 每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的 0 2 1 倍 现取C 1V进行计算 n 0 8 G 1C V 0 8 179 1 40 701 40 701 2 5因为塑件精度要求较高取n 1 3 3 2型腔数量的确定 3 3 3浇注系统设计 形状为圆锥形 便于熔体顺利地向前流动 开模时主流道凝料又能顺利地拉出来 由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞 通常不直接开在定模板上 而是将它单独设计成主流道衬套 即是浇口套 镶入定模板内 1 主流道 1 主流道 根据设计手册查得SZ 160 1000型注射机喷嘴有关尺寸如下 喷嘴前端孔径 d0 3 5mm喷嘴前端球面半径 R0 10mm主流道的小端直径 d d0 0 5 1 mm 3 5 1 4 5mm主流道始端球面凹坑半径 R 10 1 2 mm 11mm 1 主流道 主流道其它设计要点 1 主流道圆锥角 2 4 对流动性差的塑料可取3 4 内壁粗糙度为Ra 0 63 2 主流道大端成圆角 半径r 1 3mm 以减小料流转向过度时的阻力 3 在模具结构允许 主流道应尽可能短 一般小于90mm 过长则会影响熔体的顺利充型 4 主流道衬套与定模座板采用H7 m6过渡配合 与定位圈的配合采用H9 f9间隙配合 1 主流道 轮辐式浇口是由盘式浇口演变而来如下图所示 它将盘式浇口的整个周边进料变化成几小段圆弧或直线进料 也可视为内侧浇口 轮辐式浇口尺寸选择 可参照扇形浇口截面尺寸选择 2 浇口 轮辐式浇口中间进料 由于制件的形状特点 使用轮辐式浇口 且使用四个浇口 不仅填充时间短 而且我们可以看出轮辐式浇口的气泡数和熔接痕较少于其他浇口 所以 采用轮辐式浇口 相应的模具结构形式也比较简单 节约成本 2 浇口 浇口尺寸 浇口的高取1mm 宽取1mm 分流道至产品的距离取3mm 四个侧浇口 3 3 4分流道设计 拉料杆装于推杆固定板上 利用Z型的拉料杆配合冷料井 3 3 5冷料穴 3Cr2W8V的供货硬度为HRC35 易于切削加工 而后在真空环境下经过500 550 以5 10h时效处理 钢材弥散析出复合合金化学物 使钢材硬化 具有HRC49 52 耐磨性好且处理过程变形小 3 3 6成型零件设计 1 成型零件的选材 2 型腔和型芯工作尺寸的计算 音箱面板的壁厚为1 5 音箱面板大小端的径向尺寸为100 横向尺寸为100 由塑件的精度等级查得 径 0 094 横 0 094 查表得按平均值计算模具尺寸中修正系数x分别为0 8和0 8 因为音箱面壳是用ABS材料注射成型的 因此取塑件的平均收缩率 平 0 4 0 7 2 0 55 由于其尺寸较小 所以取 m 3 成型零件工作尺寸 3 3 7合模导向机构设计 国家标准规定了两种结构形式 分为带头导柱和有肩导柱 此处选用带头导柱如下图所示 1 导柱 导向机构的作用 1 导向作用 2 定位作用 3 承受一定的侧压力 4 承载作用 5 保持机构的运动平稳 可初步选定模架的尺寸为250 250 所以选用直径为25的导柱 然后选用相对应的导套 2 导向机构的设计 3 3 8脱模机构设计 音箱面壳可以近似为矩形制品来估算其脱模力 估算薄壁矩形制品脱模力 Qe Qc Qb式中Qc 制品对型芯的包紧力Qb 使封闭壳体脱模需克服的真空吸力 N Qb 0 1Ab 这里的0 1表示压力为0 1MPa Ab为型芯的横截面积 mm2 分析塑件约为Ab 9409mm2所以Qb 0 1 9409 940 9N包紧力 Qc 8tE hKf 1 式中E 塑料的拉伸弹性模量 MPa 查表为2x103 塑料的平均成型收缩率 查表为0 006h 型芯脱模方向高度 mm Kf 脱模斜度修正系数 此处忽略不计 塑料泊松比 查表为0 3t 制品厚度 mm Qc 8 1 5 2 103 0 006 48 1 0 3 5074 272N综上 脱模力Qe Qc Qb 5074 272 940 9 6015 172N 1 脱模力计算 2 推杆的设计 估计推杆长度 推板厚度 型心高度 B板厚度 空余值取185mm圆形推杆直径d式中 d 圆形推杆直径 mm 推杆长度系数 取0 7l 推杆长度 cm n 推杆数量E 推杆材料的弹性模量 合金钢E 210Gpa Q 总脱模力 N 取d 5mm 推杆选A型推杆 如图3 5所示 推板尺寸的设计 式中 H 推板厚度 mm L 推杆间距 cm 初选L 80mm Q 总脱模力 N E 钢材的弹性模量 一般中碳钢E Y 推板允许最大变形量 cm 一般为塑件在脱模方向的尺寸公差的1 5 1 10 得Y 0 003 代入 得 取H 15mm 所以推板的尺寸为250 150 15 推杆固定板的厚度是15mm 3 3 9排气糟的设计 因该模具为小型模具 且分型面适宜 可利用分型面排气 所以无需设计排气槽 3 4标准模架的选用 1 确定模架组合形式 根据前面项目分析 塑件作为薄壳类塑件 一模一件 采用轮辐式浇口成型 则该模架选两板模就能满足要求 3 4标准模架的选用 型腔模板的长度 L 170 2x40 250mm 长度方向模套壁厚取40mm 型腔模板宽度 N 170 2x40 250mm 宽度方向上取40mm 2 确定型腔侧壁厚度 1 计算型腔模板周界 根据上面计算模板周界尺寸 查GB T12556 2006标准模板的尺寸将计算出的数据向标准尺寸靠拢修整 确定模板周界尺寸为250 x250mm 2 模板周界尺寸 根据已确定下来的模具周边尺寸 配合模板所需要的厚度GB T12556 2006 即模架的参数为 模板宽为250mm 长为250mm 定模板厚度为120mm 动模板厚度为80mm 垫块厚度为90mm A型模架 3 4标准模架的选用 3 选择模架类型 模架尺寸的确定 3 5注射机参数的校核 注射机的额定注射量为179cm3塑件体积 40 701cm3 每次成型1个塑件 假设浇道凝料为40cm3 1 最大注射量的校核 实际注射量为 40 701 1 40 80 701 179 0 8 143 2最大注射量满足要求 2 注射压力的校核 ABS塑料的注射压力为70 100MPa 取80MPa SZ 160 1000注射机的注射压力为132MPa注射机的注射压力满足要求 3 锁模力的校核 注射机的锁模力为1000KN 流道凝料 包括浇口 分浇道 主浇道凝料 在分型面上的投影面积 在模具设计前是个未知值 根据多型腔模的统计分析 是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0 2 0 5倍 因此可用1A1来进行计算 所以A nA1 A2 nA1 0 5A1 2 5A1 1 5 7174 10761mm2 式中 A1 7174mm2 ABS塑料的注射压力为70 100MPa 取80MPa 3 锁模力的校核 所以所需锁模力Fs APc 10761 50 538 05 103N 538 05KN 1000KN锁模力满足要求 式中Pc k P 0 5 100 50Mpa其中k 压力损耗系数 k 0 25 0 5 取k 0 5ABS塑料的注塑压力 查 塑料模设计手册 知p 70 100MPa 取100MP 4 安装部分尺寸校核 注射机喷嘴头部的球面半径R0应与模具主流道的球面半径R吻合 以避免高压塑料熔体从缝隙处溢出 一般R应该比R0大1 2mm 浇道小端直径d比注射机喷嘴直径d0大0 5 1mm 否则主流道内的塑料凝料将无法脱出 其正确关系为 R R0 d d0 本次设计R 11mm R0 10mm d 4 5mm d0 3 5mm 满足要求 1 喷嘴尺寸 2 最大与最小模厚 已知sz 160 1000注射机的最小模厚Hmin 170mm 最大模厚Hmax 360mm 本次设计模厚Hmin H 340mm Hmax 故满足要求 3 注塑机定模板定位孔与模具定位圈 两者按H9 f9配合 以保证模具主流道的轴线与注塑机喷嘴轴线重合 否则将产生溢料并造成流道凝料脱模困难 选用LRA型 外径100mm内径70mm 定位圈的高度h 15mm 深度5mm螺距85mm螺钉M6 5 开模行程的校核 经查资料SZ 160 1000型注射机的最大开模行程S 280mmS H1 H2 5 10 mm 50 95 10 155mm式中S 注射机动模板的开模行程 mm H1 制品推出距离 mm H2 包括流道凝料在内的制品高度 mm 满足要求 4模具的安装试模 1 试模前的准备 2 模具的安装及调试模具安装到注射机上要注意以下几个问题 1 模具的安装方位要满足设计图样的要求 2 模具中有侧向滑动机构时 尽量使其运动方向为水平方向 3 当模具长度与宽度尺寸相差较大时 应尽可能使较长的边与水平方向平行 4 模具带有液压油路接头 气路接头 热流道元件接线板时 尽可能放置在非操作一侧 以免操作不方便 将模具安装在注射机上 选用合格的原料 根据推荐的工艺参数调整好注射机 采用手动操作 3 试模 作业 搅拌机底座 三维图如图所示 塑件壁厚均匀 结构比较复杂 要求材料为ASB 大批量生产 2 1 5ABS的注射成型工艺参数塑料名称 ABS密度 g cm 1 02 1 05 计算收缩率 0 5 模具温度 50 60 注射压力 MPa 60 100 成型时间 s 15 30 注射时间15 60 加压时间0 3 冷却时间20 90 总周期50 160 适应注射机类型 柱塞式 表2 2ABS工艺参数表 2 2 2注射成型的工艺过程 注射成型工业过程包括 成型前的准备 注射成型过程以及塑件的后处理三个阶段 1 成型前的准备为确保注射过程顺利进行和保证质量 应对所用设备和塑料进行一下准备工作 成型前对原料的预处理 料筒的清洗 螺杆式注射机通常是直接换料清洗 脱模剂的使用 2 注射成型过程注射过程是塑料转变为塑件的主要阶段 它包括加料 塑化 加压 注射 保压 冷却定型和脱模等步骤 加料 塑化 加压注射 保压 冷却定型 脱模 3 塑料的后处理 退火处理 调湿处理2 2 3注射成型工艺参数 1 温度 2 压力 3 时间 成型周期 2 2注塑模的机构组成 成型零部件 合模导向机构 浇注系统 推出机构 调温系统 排气结构 支承零部件 2 3方案设计 塑件外形尺寸为64 750 123 253 24 276 塑件比较大 为降低设计难度采用一模一腔 利用侧浇口从中间的大孔进胶 侧孔采用斜导柱抽芯成型 3注射成型机的选择 3 1估算塑件体积 1 用UG软件计算单件塑件体积为 26 126 2 估算浇注系统的体积 2 213 3 估算总体积 28 339 3 2估算塑件质量 此塑件材料为ABS ABS 经查表的其密度 则 其质量为 3 3注塑机的注射容量式中 注射机最大注射容量 成型塑件与浇注系统体积总和 0 8 最大注射容量的利用系数 计算得 3 4锁模力 型腔总的投影面积为 A 5490mm2 计算其所需锁模力F为 F 1 2 P A 658 8KN 式中 型腔单位面积的注射压力 MPa 查模具设计得 100MP 3 5选择注塑机及主要参数 3 5 1注射机的选择综