小瓶盖塑料注塑模具设计说明书.doc

目录引言2第一章 总体方案的确定31.1 塑件分析31.2 分型面位置的确定41.3 确定型腔数量和排列方式41.3.1 型腔数量的确定41.3.2 型腔排列形式的确定41.4 确定模具结构形式51.5 确定成型工艺51.5.1 塑件材料的确定51.5.2 工艺特点61.6 确定注射机型号71.6.1 利用UG进行体积的计算71.6.2 锁模力的计算81.6.3 注射机的选择81.6.4 注射机有关参数的校核8第二章 浇注系统的设计92.1 主流道设计92.1.1 主流道尺寸92.1.2 主流道衬套形式92.2 分流道设计102.2.1 分流道的布置形式102.2.2 分流道长度102.2.3 分流道的形状、截面尺寸112.2.4 分流道的表面粗糙度112.3 浇口设计112.4 冷料穴和拉料杆设计12第三章 冷却及排气系统设计133.1 冷却系统设计133.2 排气系统设计14第四章 成型零件设计144.1 成型零件结构设计144.2 成型零件尺寸计算15 4.3 成型零件钢材的选用16第五章 模架的确定和标准件的选用175.1 模架的选择175.2 校核注射机18结论18致谢19参考文献19引言模具是汽车、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，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此已经成为现代工业生产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，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。塑料模是指用于成型塑料制品的模具，它是型腔模的一种类型，其地位与重要性正日益被人们所认识。随着塑料工业的飞速发展，以及通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，如：家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。由于在工业产品中，一个设计合理的塑件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，成倍地减少整个产品中的各种紧固件，大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配工时，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加工不仅产量多，而且适用于多种原料，能够成批、连续地生产，并且具有固定的尺寸，可以实现生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。随着工业生产的迅速发展，注塑模具设计可以根据人们的具体要求进行产品的尺寸设计，设计一副能够生产所给塑件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的模具产品，最大程度的满足了用户的需求。塑料模具工业在国民经济发展过程中发挥着越来越重要的作用。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模 HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。第一章 总体方案的确定1.1 塑件分析图1-1小瓶盖 该塑件是一塑料瓶盖，如图1-1所示 ，该塑件结构简单，外轮阔为圆台形，上底面直径为21mm，下底面直径为22mm,塑件高为27mm，口部有圆柱台阶，高为2mm,直径为26mm。尺寸精度为MT7级，尺寸精度不高，无特殊要求，壁厚为1mm，属于薄壁塑件，生产批量大。1.2 分型面位置的确定根据塑件结构形式，最大底面为底平面，故分型面应选在底面处，为了满足制品的高光亮的要求与提高成型速率决定采用点浇口，采用三板模。分型面位置如图1-2所示。 图1-2分型面1.3 确定型腔数量和排列方式1.3.1 型腔数量的确定 该塑件为小型制品，尺寸精度不高。可以采用一模多腔的形式。考虑到模具制造成本和生产效率，初定为一模四腔的模具形式。1.3.2 型腔排列形式的确定 该塑件为规则图形型腔采用如图1-3所示两行两列的矩形排列式。 图1-3模具型腔排列方式1.4 确定模具结构形式该塑件为小型制品，尺寸精度不高。采用UG分析后，一个制件的体积为2.153cm3。为了提高生产效率，设计一模四腔的三板式模具结构。三板式塑料模具和两板式塑料模具相比，多了一个分型面。总体模具结构如图所示。 图1-4模具结构1.5 确定成型工艺1.5.1 塑件材料的确定 考虑到小瓶盖的工作环境以及所受的力的大小来看，其在工作过程中需要频繁的开合，所以综上各种塑料的性能来考虑，聚丙烯（PP）具有以上工作环境所需的性能，为此确定使用材料为：聚丙烯（PP），PP成型工艺性好，可以注射成型。聚丙烯特征见表1-1。表1-1 聚丙烯的特征塑料特征聚丙烯PP（结晶型）点浇口增大塑料熔体的剪切速率，流动性增加冷却速度快流动性好具有铰链性能1.5.2 工艺特点PP在熔融温度下有较好的流动性，成型性能好，PP在加工上有两个特点：其一：PP熔体的粘度随剪切速度的提高而有明显的下降（受温度影响较小）；其二：分子取向程度高而呈现较大的收缩率。其注射成型工艺参数见表1-2。 PP的加工温度在200-300左右较好，它有良好的热稳定性（分解温度为310），但高温下（270-300），长时间停留在炮筒中会有降解的可能。因PP的粘度随着剪切速度的提高有明显的降低，所以提高注射压力和注射速度会提高其流动性，改善收缩变形和凹陷。模温宜控制在30-50范围内。PP熔体能穿越很窄的模具缝隙而出现披锋。PP在熔化过程中，要吸收大量的熔解热（比热较大），产品出模后比较烫。PP料加工时不需干燥，PP的收缩率和结晶度比PE低。材料性能参数见表1-3表1-2 聚丙烯（PP）注射成型工艺参数： 序号项目 聚丙烯（PP）1喷嘴温度/2002702料筒温度/1802403模具温度/20604注射压力MPa40805保压力MPa50-606注射时间S057保压时间S20608冷却时间S15509成型周期S40120 表1-3 材料性能参数材料代号密度（kg.m-3）收缩率（%）模具温度（）注射压力P注（Mpa）最大不溢料间隙/mmPE940-9601.5-3.660-7060-1000.02PP900-9101.0-2.580-9070-1000.03ABS1030-10700.3-0.850-8060-1000.04PVC13800.6-1.530-6080-1300.03由表1.1知聚丙烯PP的收缩率（1.0-2.5）% 。由聚丙烯的成形特点可知其成形收缩率范围及收缩率大，所以在选择聚丙烯的收缩率时应取平均值1/2（1.0+2.5）=1.075%，确定收缩率值为1.075%，其平均密度为1/2（0.9+0.91）=0.905g/cm3 。确定密度值为0.905g/cm3 。聚丙烯（PP）注射成型工艺参数见表1.3。1.6 确定注射机型号1.6.1 利用UG进行体积的计算 根据产品图纸，将塑料瓶盖按1:1的尺寸比例在UG里完成三维构图。利用UG分析指令对塑料瓶盖进行体积的计算如图1-5所示。 图1-5经过三维软件UG建模分析，可知单个塑件体积V2.153cm3，四个塑件体积V18.612cm3。按经验公式算得：V总=1.68.612cm3=13.779cm3。单个塑件质量m16.9864g，四个塑件质量m167.456g。按经验公式算得：m总=1.667.456=107.9296g。1.6.2 锁模力的计算通过计算，可知单个塑件在分型面上的投影面积约为：S=R2, S=3.14132=503.66mm2。四个约为：S总=503.664=2122.64mm2。按经验公式算得：1.352122.64=2865.264mm2。又聚丙烯（PP）成型时型腔的平均压力为25MPa（经验值）。故所需锁模力为：Fm=2865.264mm225MPa=71.631KN。1.6.3 注射机的选择 根据以上计算决定选用XS-Z-125注射机，其主要技术参数见下表： 表1-4 XS-ZY-125A注射机主要技术参数理论注射容量/cm3 125锁模力/KN 900螺杆直径/mm 42拉杆内间距/mm 360360注射压力/MPa 120移模行程/mm 300注射时间/s 1.6最大模厚/mm 300注射方式 螺杆式最小模厚/mm 200喷嘴球半径/mm 12定位圈尺寸/mm 100锁模方式 液压机械喷嘴孔直径/mm 41.6.4 注射机有关参数的校核（1） 最大注射量的校核为了保证正常的注射成型，注射机的最大注射量因稍大于制品的质量或体积 (包括流道凝料)。通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大注射量的80%以内。XSZY125注射机润许的最大注射量为125cm3。 0.8125=100cm3 13.773cm3 100cm3 ，最大注射量符合要求。（2） 注射压力的校核 安全系数取1.3，注射压力根据经验值取80MPa。1.380MPa=104MPa 104MPa120MPa 注射压力的校核合格。（3） 锁模力的校核安全系数取1.2，1.271.631KN=85.96KN 85.96KN900KN 锁模力校核合格。第二章 浇注系统的设计2.1 主流道设计2.1.1 主流道尺寸 根据所选注射机，则主流道小端尺寸为:d = 注射机喷嘴尺寸 + （0.51）mm= 4+1 = 5mm 主流道球面半径为:SR = 喷嘴球面半径 + （12）mm= 12+ 1 = 13mm2.1.2 主流道衬套形式本设计虽然是小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，浇口套和定位圈还是设计成分体式，主流道设计成圆锥形，锥角取5o,内壁粗糙度Ra取0.4，浇口套如图2-1所示，材料采用T10A钢，热处理淬火回火后表面硬度为50HRC55HRC 。 图2-1主流道衬套2.2 分流道设计2.2.1 分流道的布置形式采用一模四腔的平衡式结构形式（如图2-2所示）要求从主流道各个型腔的分流道其长度、形状及断面尺寸对应相等，达到各个型腔同时均匀进料，保证各个型腔成型出的塑件在强度、性能及质量上的一致性。图2-2 分流道的布置形式2.2.2 分流道长度 采用两级分流道，对称分布，考虑到浇口位置，故第一级分流道 L = 80mm第二级分流道 L = 72mm2.2.3 分流道的形状、截面尺寸为了便于机械加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上定模一侧，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，为常用形式。该塑件采用聚丙烯（PP）塑料，成型工艺性好，考虑到加工和安装的方面，决定第一级分流道采用改良型梯形截面，第二级分流道采用圆锥形。改良型梯形截面分流道的直径可根据塑料的流动性等因素确定，根据经验，分流道的直径一般取212mm，比主流道的大端小12mm。本模具第一级分流道的直径取6mm,圆锥形分流道的大端直径取6mm,小端和浇口尺寸相一致。形状截面尺寸如下图所示：图2-3 分流道形状、截面尺寸2.2.4 分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8um 1.6um 即可，在此取1.6um。2.3 浇口设计 该塑件外形近似为圆柱形，结构较简单，生产批量很大，故选择采用点浇口。点浇口是一种进料口很小的特殊形式的直接浇口。其优点是去除浇口后，制品上留下的痕迹不明显，开模后可自行拉断，成型时可减少熔接痕，但模具应设计成双分型面模，以便脱出浇道凝料。本模具点浇口进料口直径取1.2mm，浇口长度取2.5mm。其形状尺寸如图2-4所示： 图2-4 点浇口尺寸参数 2.4 冷料穴和拉料杆设计 本模具具有两级分流道，流程较长，在主流道末端设置冷料穴（图2-5）。冷料穴设置在定模板上，直径稍大于主流道的大端直径，取8mm,拉料杆采用带球头拉料杆，直径取6mm，该拉料杆固定在动模固定板上，开模时，浇道板先分型，浇道冷料穴点拔出，球头拉料杆将流道凝料拉到定模板上。随着动定模分开，制品被推荐板推出。开模时利用凝料对球头的包紧力使主流道凝料从主流道衬套中脱出。 图2-5 带球头拉料杆的冷料穴 第三章 冷却及排气系统设计3.1 冷却系统设计 一般注射到模具内的塑料温度在200o左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60o以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效地冷却，使熔融塑料的热量尽快的传给模具，以使可靠冷却定型并可迅速脱模。对于流动性好的塑料，因为成型工艺要求模温都不太高，所以 常用常温水对模具进行冷却。 由于冷却水道的位置、结构形式、孔径、表面形状，水的流速、模具材料等很多因素都会影响模具的热淋想冷却水道传递，精确计算比较困难，实际生产中，通常都是根据模具的结构确定冷却水路，通过调节水温、水速来满足要求。本塑件除口部外壁厚均为1mm,口部壁厚约为2mm，制品总体尺寸较小，在定模板上及型腔镶件上设置冷却系统。考虑到冷却水道的密封性及可加工性，故冷却水道应从定模板上进入，然后再垂直进入型腔镶件上，型腔镶件上采用直流循环式冷却装置，沿镶件四周开设冷却水道，水管直径取8mm。然后、再垂直进入定模板，从定模板出来。如图3-1所示: 图3-1型腔镶件上冷却水路3.2 排气系统设计由于制品尺寸相对较小，排气量很小，利用分型面及型芯间的配合间隙排气即可，因此不需要单独开设排气槽或增设引起装置。第四章 成型零件设计4.1 成型零件结构设计 塑件表面光滑，无其它特殊结构，塑件最大尺寸为26mm，故型腔镶件尺寸可根据经验公式算出： A=3S+2a=225+226=127mm B=3S+2b=225+226=127mm式中： A矩形型腔镶件长 B矩形型腔镶件宽 S整体式型腔侧壁厚 a矩形型腔内壁短边 b矩形型腔内壁短边 通过计算并结合实际经验，型腔镶件尺寸可取120mm120mm，因型腔镶件上需开设直径为8mm的冷却水道，考虑到型腔镶件的强度，型腔镶件厚度可取43mm。与型腔相对，型芯分割为四个，总高度为76mm。4.2 成型零件尺寸计算 查表得聚丙烯（PP）的收缩率为1.0-2.5%，故其平均收缩率为Scp=1/2（1.0-2.5%）=1.075% 根据塑件尺寸公差的要求，模具的制造公差取z=/3;型腔的径向尺寸（以尺寸26mm为例进行计算）为Lm=(1+Scp)Ls-3/40+z =(1+0.0175)x26-3/4x0.480+0.16=26.100+0.16表4-1 成型零件的尺寸计算尺寸部位塑件尺寸计算公式及过程计算结果说明 型腔径向尺寸260-0.48Lm=(1+Scp)Ls-3/40+z=(1+0.0175)x26-3/4x0.480+0.1626.100+0.16Lm-凹件径向尺寸(mm)Ls塑件径向公称尺寸(mm)Scp塑料的平均收缩率(%)塑料公差值(mm)z-凹模制造公差(mm)220-0.44Lm=(1+Scp)Ls-3/40+z=(1+0.0175)x22-3/4x0.440+0.14 22.060+0.14型腔深度尺寸270-0.48Hm=(1+Scp)Hs-2/3 0+z =(1+0.0175)x27-2/3x0.48 0+0.1627.150+0.16Hm-凹模深度尺寸(mm)Hs塑件高度公称尺寸(mm)z-凹模深度制造公差(mm)20-0.24Hm=(1+Scp)Hs-2/3 0+z =(1+0.0175)x2-2/3x0.24 0+0.081.880+0.08型芯径向尺寸200+0.44lm=(1+Scp)ls+3/4 0-z=(1+0.0175)x20+3/4x0.44 0-0.1420.680-0.14lm-型芯径向尺寸(mm)ls塑件径向公称尺寸(mm)z-型芯制造公差(mm)型芯高度尺寸260+0.48hm=(1+Scp)hs+2/3 0-z =(1+0.0175)x26+2/3x0.48 0-0.16 26.770-0.16Hm型芯高度尺寸(mm)Hs塑件孔深度尺寸(mm)z型芯高度制造公差(mm)4.3 成型零件钢材的选用 该塑件是大批量生产，成型零件所选用的钢材耐磨性及抗疲劳性能应该良好，机械加工性能和抛光性能也应良好。因此决定采用硬度比较好的模具钢Cr12MoV，淬火后表面硬度为5055HRC。第五章 模架的确定和标准件的选用5.1 模架的选择根据型腔的布局可看出采用一模四腔四个镶件，镶件的尺寸为120120又查表可得此种矩形型腔侧壁厚度为20mm。再考虑到导柱、导套及连接螺钉布置应占得位置和采用的推出机构等各方面的问题，确定选用版面为250mm250mm，结构为P7的模架，定模座板和动模座板厚度均取25mm，下面确定各模板的尺寸： 1.A板尺寸A板是型腔固定板，塑件高度27，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一定的距离，因此A板厚度取63mm。 2.B板尺寸B板是凸模（型芯）固定板，在模板上无需开设冷却水道，所以B板取25mm。 3.C板块尺寸垫块 = 推出行程 + 推板厚度 + 推杆固定板厚度 + （510）= 27 + 25+16 +（510）=73 78mm，查设计手册，垫块厚度C取80。从选定模架可知，模架外形尺寸为：长宽高=250mm250mm283mm5.2 校核注射机模具平面尺寸315mm250mm360mm360mm（拉杆间距），合格；模具高度283mm,200mm 283mm 300mm合格；模具开模所需行程 = 26（型芯高度）+ 27（塑件高度）+凝料高度+（510）= （9499）300mm（注射机开模行程），合格；其他各参数在前面校核均合格，所以本模具所选注射机完全