洗衣机把手注塑模具设计说明书.doc

1 目目 录录 引 言 2 1 注塑模具概论 3 1 1 塑料成型模具及其在塑料成型加工中的作用 3 1 2 塑料成型模具的分类 5 1 3 注塑模具概况 6 2 塑件的分析 7 2 1 塑件实体分析 7 2 2 设计任务 7 2 3 塑件工艺分析 8 3 塑料材料的成型特性与工艺参数 8 3 1 苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 abs 的性质与材料性能 9 3 2 abs 材料的成型工艺参数 9 3 3 溢边值 10 4 注射机的选择 10 4 1 注射机的初步选择 10 4 2 校核模具的型腔数目 11 4 3 校核注射机技术参数 12 5 浇注系统的设计 13 5 1 主流道设计 13 5 2 分流道的设计 14 5 3 浇口的设计 14 6 模架的选择和标准件的选用 15 6 1 模架的选择 15 6 2 标准件的选用 16 7 成型零件的设计 17 7 1 成型零件的结构设计 17 7 2 成型零件的工作尺寸计算 18 8 排气系统与冷却系统的设计 20 8 1 排气系统的设计 20 8 2 冷却系统的设计 20 9 合模导向机构的设计 22 9 1 导向装置的作用 22 9 2 导向机构的设计 22 10 脱模推出机构的设计 23 10 1 侧向抽芯机构的设计 23 10 2 齿轮齿条抽芯机构 26 11 模具工作过程 26 12 pro e 二维装配图和三维图展示 27 致 谢 30 参考文献 30 2 洗衣机把手注塑模具设计 摘要摘要 本文对塑料洗衣机把手了实体及工艺分析 并按照其要求选定材料 分析材料的特性及 工艺参数 选择了注射机的类型并对其进行了校核 对成型零部件进行了结构设计和工作尺寸 计算 完成了浇注系统 排气系统 脱模推出机构 冷却系统和合模导向机构的设计 最后 完成了模具装配图和三维立体图 关键词关键词 塑料 注塑模 侧向抽芯机构 引 言 塑料是以合成树脂为基础的 在一定的温度和压力下能塑化流动成型并在冷却后能保 持其既定形状的一大类可塑性材料 现在塑料在我们的生活中已得到越来越大的应用 目前 塑料的注射成型这一方式已经普遍应用于塑料加工领域 注塑有成型周期短 能一次成型外形复杂 尺寸精确 带有金属或非金属嵌件的塑料制品 生产效率高 能实 现自动化生产 对原材料的适应性强等一系列的优越性 因此 注塑是一种先进的 经济 的成型技术 发展迅速 当然注塑也有设备复杂 投资大 设备的维修与保养较难 工艺 控制难度较大等方面的局限性 模具是现代化工业生产的重要工艺装备 被称为 工业之母 而塑料模具又在整个模 具工业中的一枝独秀 发展十分迅速 注塑模具更是具有更大的发展前途和应用前景 塑 料制件中有许多的小制件 模具相应的也有许多的中小型的模具 设计中小型模具也成为 许多院校学生毕业设计的首选 这对学生将来毕业走向社会有着很大的帮助 也会提高我 国模具设计专业人才的水平 对我们国家的经济发展有着巨大的影响 采用塑料注射成型工艺是成型塑料制品的一种重要方法 其基本工艺路线为塑料原材 料经注射机熔融塑化并注入模具 在模具中固化后脱模成为制品 目前采用的注射成型工 艺生产的塑料制品产量 约占塑料制品总量的 20 30 注射工艺在注射制品成型中起着 极其重要的作用 因此 如何提高塑料制品的表面质量 内在质量 成型精度和成型效率 成为发挥注塑成型工艺优越性 扩大注塑制品应用的首要问题 注塑模具结构由浇注系统 冷却系统 脱模机构 排气机构等构成 而浇注系统是决 定模具质量的关键因素之一 其构造方式则成为模具设计的核心部分 脱模机构是设计的 难点之一 其脱模机构复杂程度视成型制品复杂程度而定 浇注系统分为两大类 固化后 的浇注系统和制品一同从模具中取出的浇注系统称之为冷流道浇注系统 而在模具内通过 加热装置 保持流道内的树脂为熔融状态的称之为热流道浇注系统 塑件上有与开模方向 不同的内外侧孔或侧凹 塑件不能直接脱模 必须将成型侧孔或侧凹的零件在塑件脱模前 先抽出 然后再脱出塑件 完成侧抽芯和复位的机构称为侧向分型与抽芯机构 本次设计的模具属于中小型注塑模具 其设计过程如下 3 1 查阅相关资料 注塑模具现在 发展趋势进行一定的了解 2 对塑件进行实体分析 工艺分析 对塑件进行三维造型 进行模具制造工艺分 析 3 对塑料材料的成型特性与工艺参数进行分析 了解材料 abs 的特性和成型工艺 参数 4 进行注射机的选择和相关参数的校核 5 对浇注系统的设计 包括主流道 分流道 浇口的设计 6 模架的选择额标准间的选用 7 成型零件的设计包括结构设计和尺寸的设计 8 排气系统和冷却系统的设计 9 合模导向机构的设计 10 脱模推出机构和复位机构的设计 1 注塑模具概论 1 1 塑料成型模具及其在塑料成型加工中的作用 材料只有通过成型才能成为具有使用价值的各种制品 75 以上的金属制品 95 的 塑料制品是通过模具来成型的 模具是工业生产的重要工艺装备 它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品 在 各种材料的加工工业中广泛的使用着各种模具 如金属制品成型的压铸模 锻压模 浇铸 模 非金属制品成型的玻璃模 陶瓷模 塑料模等 每种材料成型模具按成型方法不同又 分为若干种类型 采用模具生产制件具有生产效率高 质量好 切削少 节约能源和原材料 成本低等 一系列优点 模具成型已成为当代工业生产的重要手段 成为多种成型工艺中最具有潜力 的发展方向 模具是机械 电子等行业的基础工业 他对国民经济和社会的发展起着越来 越大的作用 一个国家模具生产能力的强弱 水平的高低 直接影响着许多工业部门的新产品开发 和老产品更新换代 影响着产品质量和经济效益的提高 我国为了优先发展模具工业 制 订了一系列优惠政策 并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位 对塑料模具的全面的要求是 能高效的生产出外观和性能均符合使用要求的制品 模具使用时要求高效率 自动化 操作简便 因尽量减少合模和取制件过程的手工操 作 为此常用自动脱模 自动侧抽芯等高效率自动化的模具 在全自动生产时还要保证制 品脱出时能自动坠落或能用机械手取出 模具制造要求模具零件的加工工艺性能好 选材合理 制造容易 成本价廉 除简易 模具外一般来说制模费用是十分昂贵的 一幅优良的注塑模具可生产百万件以上的制品 压制模具一般也能生产制品约 25 万件 因此当塑件批量不大时 分摊在每一个塑件上的模 具费用会很高 这时应尽可能的采用简单 合理 廉价的模具 4 应特别强调塑料制品质量与模具之间的关系 模具的形状 尺寸精度 表面粗糙度 分型面位置 脱模方式对塑件的尺寸精度 形位精度 外观质量影响很大 模具的控温方 式 进浇点 排气槽位置等对塑件的结晶 取向等凝聚态结构及由它们决定的物理力学性 能 残余内应力 光学 电学性能 以及气泡 凹陷 烧焦 冷疤 银纹等各种制品缺陷 有重要的关系 塑料制品生产中先进合理的成型工艺 高效的设备是必不可少的重要因素 塑料模具 对实现塑料成型工艺要求和塑件使用要求起着十分重要的作用 任何塑件的生产和更新换 代都是以模具的制造和更新为前提的 由于目前工业和民用塑件的产量猛增 质量要求越 来越高 因而导致了塑料模具研究 设计和制造技术的迅猛发展 80 年代以来 在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下 中国 塑料模具工业发展迅速 年均增速为 13 1999 年我国模具工业产值为 245 亿 至 2000 年我 国模具总产值已达 270 亿元 其中塑料模约占 30 左右 在未来的模具市场中 塑料模在模 具总量中的比例还将逐步提高 中国塑料模具工业从起步到现在 历经半个多世纪 有了很大发展 模具制作水平有了较 大提高 在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具 6 5kg 大容量洗衣机 全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具 精密塑料模具方面 已能生产照相 机塑料件模具 多型腔小模数齿轮模具及塑封模具 如天津津荣天和机电有限公司和烟台 北极星 i k 模具有限公司制造的多腔 vcd 和 dvd 齿轮模具 所生产的这类齿轮塑件的尺寸精 度 同轴度 跳动等要求都达到了国外同类产品的水平 而且还采用最新的齿轮设计软件 纠正了由于成型收缩造成的齿形误差 达到了标准渐开线齿形要求 还能生产厚度仅为 0 08mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等 注塑模型腔制造精度 可达 0 02 0 05mm 表面粗糙度 ra0 2 m 模具质量 寿命明显提高了 非淬火钢模寿命可 达 10 30 万次 淬火钢模达 50 1000 万次 交货期较以前缩短 但和国外相比仍有较大差距 成型工艺方面 多材质塑料成型模 高效多色注射模 镶件互换结构和抽芯脱模机构的 创新设计方面也取得较大进展 气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟 如青岛海信模具有 限公司 天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 29 34 英寸电视机外壳以及一些厚壁零 件的模具上运用气辅技术 一些厂家还使用了 c mold 气辅软件 取得较好的效果 目前中国模具产品已经形成 10 大类 46 个小类 模具生产厂点两万多家 从业人员约 50 万人 在所有模具产品中 自产自用的比例占大部分 2003 年实现了商品化流通的模具 占 45 左右 在 10 大类模具产品中 塑料模具的比例在 2000 年模具总量中已达到 36 2002 年则接近 40 塑料模具在进出口中的比重更是高达 50 60 并且随着中国机 械 汽车 家电 电子信息和建筑建材等国民经济支柱产业的快速发展 这一比例还将持 续提高 近年来 中国塑料模具工业年均增长速度达到 10 以上 塑料制品年产量在世界位居 第二 2001 年达到 2000 万吨 塑料制品在农业 塑料包装 塑料管材和异型材 汽车 5 家电 电子 交通 邮电等领域发展迅猛 掀起了一股国内外厂商投资的热潮 据预测 到 2005 年中国塑料模具总产值将达到 460 亿元 模具及模具标准件出口将从 现在的 9000 多万美元增长到 2005 年的 2 亿美元左右 专家认为 国内模具制造业的发展 方向 重点应是既能满足大量需要 又有较高技术含量 特别是目前国内尚不能自给 需 要大量进口的模具 以及能代表发展方向的大型 精密 复杂 长寿命的模具 1 2 塑料成型模具的分类 不同的塑料成型方法采用原理和结构特点各不相同 按照成型加工方法的不同 可将 塑料模具分为以下几类 4 1 2 11 2 1 压塑成型模具压塑成型模具 压塑成型模具简称压模 将塑料原料直接加在敞开的模具型腔内 再将模具闭合 塑 料在热和压力作用下成为流动状态并充满型腔 然后由于化学或者物理变化使塑料硬化成 型 这种成型方法叫压塑成型 这种成型方法所用的模具叫压塑成型模具 压塑模具多用 于成型热固性塑料 也有用来成型热塑性塑料的热挤冷压模具 另外还有一类不加热的冷 压成型模具 用于成型聚四氟乙烯坯件 1 2 21 2 2 注塑成型模具注塑成型模具 塑料先加在注塑机的加热料筒内 塑料受热熔融后 在注塑机的螺杆或者活塞的作用 下 经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔 塑料在模具型腔内固化定型 这就是注塑成 型的简单过程 注塑成型所用的模具叫注塑模具 注塑模具主要用于热塑性塑料制品的成 型 但近年来也越来越多地用于热固性塑料成型 注塑成型在塑料制件成型中占有很大比 重 世界塑料成型模具产量中的约半数以上为注塑模具 近年来发展了一种在注塑成型时注入塑料溶体后 立即向制件内部充入惰性气体 以 进行保压的气体辅助注塑成型方法及其模具 它能生产厚壁的和壁厚相差悬殊的注塑制品 能获得更加优良的制品的外观和性能 同时还能减轻制品的重量 节约原材料 1 2 31 2 3 传递成型模具传递成型模具 传递成型模具是将塑料原料加入预热的加料室 然后通过压柱向塑料施加压力 塑料 在高温高压下熔融并通过模具的浇注系统 进入型腔 逐渐硬化成型 这种塑料成型方法 叫做传递成型 这种成型方法所用的模具叫传递模具 传递模具多用于热固性塑料的成型 1 2 41 2 4 挤塑成型模具挤塑成型模具 挤塑成型模具包括挤出机头和定型模两部分 在挤塑机螺杆的推动下 使粘流状态的 塑料在高温下通过具有特定断面形状的机头口模 然后连续进入温度较低的定型模 塑料 在定型模中固化 生产出具有所需断面形状的连续型材 该成型方法叫挤塑成型 用于塑 料挤塑成型的模具叫挤塑成型模具 6 1 2 51 2 5 中空制品吹塑成型模具中空制品吹塑成型模具 将挤塑或注塑成型的处于塑化状态的管状坯料 趁热放到模具成型腔内 立即在管状 坯料的中心通以压缩空气 使管坯膨胀而紧贴于模具型腔上 冷硬后即可得到一中空制品 此种制品成型方法所用的模具叫中空制品吹塑模具 用挤塑的方法生产管坯的叫挤吹模具 用注塑方法生产管坯的叫注吹模具 产品的性能和尺寸精度因上述方法不同而有很大差异 1 2 61 2 6 真空或压缩空气成型模具真空或压缩空气成型模具 真空或压缩空气成型模具 它是一单独的阴模或阳模 将预先制成的塑料片 加热软 化后 将其周边紧压在模具周边上 然后在紧靠模具的一面抽真空 或在其反面充以压缩 空气 使塑料发生塑性变形 而贴到模具上 冷却定型后得到制品 此种成型方法 模具 受力较小 强度要求不高 甚至可用非金属材料 但是为了取得较高的生产效率 模具的 导热性是很重要的 铝合金模具得到了广泛的应用 除了上述的几种塑料模具外 还有搪塑成型模具 反应注塑成型模具 泡沫塑料成型 模具 玻璃纤维增强塑料低压成型模具等 在此就不再一一叙述了 1 3 注塑模具概况 根据要求本设计采用注塑模 现在简要的介绍一下注塑模的历史和发展 1 3 11 3 1 注塑技术的发展历史注塑技术的发展历史 注塑技术经历了移植 技术成熟 发展创新几个阶段 1 技术移植阶段 1920 年以前 早期的塑料注射成型技术是从其它材料的加工方法 如铸造 热成型 中借鉴过来的 成型技术主要是移植改造 使粘弹性高的塑料熔体成型 2 技术成熟阶段 1920 一 1970 年 聚碳酸醋 pc 聚甲醛 pom 聚苯醚 ppo 聚 矾 psu 聚酞亚胺 pi 环氧树脂 ep 等一大批高性能塑料的出现 要求塑料成型加工技 术向更高的阶段发展 同时 随着塑料成型设备设计和制造技术的不断进步 以及塑料成 型加工理论研究的不断深人 为塑料成型加工技术的提高创新提供了条件 往复式螺杆注塑 机 双螺杆挤出机的出现 使热敏性和高熔体粘度的热塑性 热固性塑料都能采用高效的 成型技术生产出高质量的制品 反应注塑技术使聚氨醋 pur ep 和 up 的液态单体或低聚 物的聚合成型成为可能 这一切标志着塑料成型加工已从改造 移植为主的时期过渡到了 技术成熟时期 3 发展创新阶段 1970 年以后 随着科技的发展 控制技术 计算机技术的引人 促 使塑料制品的生产过程从机械化 自动化进一步向连续化 程序化和自适应控制的方向发 展 此阶段的塑料成型加工技术与前一时期相比 在可加工原材料的范围 制品的范围和 制品质量等方面均有重大突破 不仅以往难以成型的热敏性 高熔体粘度的原料能方便地 加工成制品 而且长纤维增强塑料 片状和团状模塑料也被用作高效成型技术的原材料 件重超过 100 kg 的汽车外壳 容积超过 50000 l 的特大容器 幅宽大于 30 m 的薄膜和宽度 7 大于 2m 的板材及件重仅几十克的微型齿轮 都成为塑料制品家族中的成员 1 3 21 3 2 发展趋势发展趋势 在传统注射成型技术基础上创新或揉合其它先进技术 利用 杂交优势 出新 仍是注 射成型技术发展的主流 新技术使制品用料更省 性能更高 水辅助注射成型 薄壁注射 成型 金属粉末注射成型 等这些似乎尚有些陌生的术语 已在企业得到应用 塑料成型 加工技术的发展仍在继续 其发展趋势是 1 由单一性技术向组合性技术发展 如注射 拉伸 吹塑成型技术和挤出 模压 热 成型技术等 2 由常规条件下的成型技术向特殊条件下的成型技术发展 如超高压和高真空条件下 的塑料成型加工技术 3 由基本上不改变原有性能的保质成型加工向赋予塑料新性能的变质性成型加工技术 发展 如发泡成型 借助电子束与化学交联机使热塑性塑料在成型过程中进行交联反应的 交联挤出等 4 为提高加工精度 缩短制造周期 在模具加工技术方面更广泛地应用仿形加工 数 控加工等 5 广泛应用模具新材料 模具材料的选用直接影响到模具的加工成本 使用寿命以及 塑料制品的成型质量等 因此 国内外己开发出许多具有良好使用性能 加工性能 热处 理变形小的新型塑料模具钢 如预硬钢 新型淬火回火钢 马氏体时效钢 析出硬化钢和 耐腐蚀钢 经过试用 均取得了较好的技术和经济效果 6 cae 技术将在注塑领域发挥越来越重要的作用 其本身也将随着注塑技术的发展要 求而更加完善 实用 方便 2 塑件的分析 对塑料端盖进行分析是模具设计的基础工作 是决定模具结构形状和所采用加工工艺的 依据 所以对塑件分析非常重要 现分别论述 其制成品形状剖视图如图 2 1 所示 2 1 塑件实体分析 该塑件是一塑料洗衣机把手 塑件壁厚差别较大 生产批量中等 材料苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 absabs 成型工艺性能很好 可以注射成型 图 2 1 为其制成品形状剖视 图和侧视图 从其形状上看 外形较复杂 侧壁具有凹槽结构 下部具有斜孔结构 8 12 15 90 图 2 1 洗衣机把手 fig2 1 washing hands 2 2 设计任务 1 确定型腔数量和排列方式 2 确定分型面 流道 浇口的位置和形式 3 确定推出方式 4 确定温度调整的方式 5 完成浇注系统 成型系统 热交换系统 脱模系统等的设计工作 撰写设计说明 书一份 6 设计并绘制模具设计装配图一套 7 绘制指定的成型零件工作图 2 3 塑件工艺分析 为了保证在生产过程中制造出理想的塑料制品 除应合理选用塑件材料外 还必须考虑 塑件的成形工艺性 塑件的成形工艺性与模具设计有直接的关系 只有塑件的设计能适应 成形工艺要求 才能设计出合理的模具结构 这样既能保证塑件顺利成形 防止塑件产生 缺陷 又能达到提高生产率和降低成本的目的 2 3 12 3 1 脱模斜度脱模斜度 为保证塑件很好的脱模 塑件应有一定的脱模斜度 最小脱模斜度与塑料性能 收缩率 的大小 塑件的几何形状有关 材料质脆 硬的 脱模斜度要求大 本塑件内表面外表面 都有脱模斜度 可取脱模斜度为 40 2 3 22 3 2 圆角圆角 在塑件设计过程中 为了避免应力集中 提高塑件强度 改善塑件的流动情况及便于 脱模 在塑件的各面或内部连接处 应采用圆弧过渡 另外 塑件上的圆角对于模具制造 和机械加工及提高模具强度 也是有利的 本塑件中未注圆角为 r 1 r2 2 3 32 3 3 塑件的壁厚塑件的壁厚 塑件的壁厚应使各部分均匀 避免太薄 否则会应引起收缩不均匀使塑件变形或产生气 泡 凹陷等成型问题 塑件壁厚一般在 1 6mm 之间 而最常用的数值是 2 3mm 大型塑 9 件的壁厚也有比 6mm 更大的 这都随塑料类型及塑件的大小而定 壁厚还与流程有密切相 关 本塑件的壁厚均匀 为 2m 2 3 42 3 4 制品物理化学性能要求制品物理化学性能要求 具有吸湿性强 耐化学性和电性能良好 不透明 满足精度要求 表面光滑平整 不 得有翘曲 裂缝 气孔 满足强度 韧性 硬度要求 使用安全 2 3 52 3 5 模具制造工艺性模具制造工艺性 由于制品没有复杂的曲面 结构简单 有利于简化模具型腔及型芯的设计和 cnc 数控 编程及加工制造程序 也有利于很好地保证加工精度 3 塑料材料的成型特性与工艺参数 成型树脂的性质直接影响模具的设计 在设计模具之前 必须清楚成型树脂的性质 然后根据成型树脂的性质进行设计 以确定模具的浇注系统及选择适当的浇口位置 减少 成型后由于收缩产生的变形 本塑件的树脂材料选为苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 abs 缩写为 abs 具有坚韧 质硬 刚性 高强度 不透明 在机械工业系统中被广泛应用于制造凸轮 齿轮 泵叶轮 轴承 电机外壳 手柄 冰箱衬里等 汽车工业中用来制造驾驶盘 热空气调节管 加热 管等 还可以供电视机晶体管收音机制造外壳等 3 1 苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 abs 的性质与材料性能 树脂颗粒的结晶度 非结晶性材料 不透明 结晶体密度 935kg m3 熔体密度 900kg m3 熔点 170 热扩散率 0 067m2 s 导热系数 0 117w m k 塑料系数 0 7 泊松比 0 43 与钢的摩擦因数 f 0 21 0 35 比热容 1 926 1000j kg k 潜热 e 180 1000j kg 成型热焓量 590000j kg 热变形温度 150 良好的流动性 熔体流动速率 mfr 范围 1 40g 10min 注射成型熔融指数 230 1 9 成型收缩率 0 3 0 8 平均收缩率为 0 55 收缩率较高 收缩方向的均匀性好 10 制品成型形状特性 表面光泽性好 制件细小部位的清晰度好 透明性好 尺寸稳定 性好 制品成型拉伸强度为 27 6 41 4 刚度为 1 38 拉伸模量为 1 6 1 7e 1 103mpa 制品硬度高 韧性低 抗裂性能好 制品成型化学特性 吸湿性强 抗腐蚀性 抗耐热性 抗溶解性优良 良好的韧性和 低温弹性 良好的成型工艺性 刚性和着色性 力学性能优良 耐疲劳强度 冲击性好 耐候性差 热稳定性较差 3 2 abs 材料的成型工艺参数 注射机类型 螺杆式 预热和干燥 温度 80 85 时间 2 3h 料筒温度 后段 150 170 中段 165 180 前段 180 200 喷嘴温度 170 180 模具温度 50 80 注射压力 60 100 mpa 成型时间 注射时间 20 90s 高压时间 0 5s 冷却时间 20 120s 总周期 50 220s 螺杆转速 30r min 后处理 方法 红外线灯 烘箱 温度 70 时间 2 4h 3 3 溢边值 由于设计或制造精度的不合理 高压塑料熔体注入模腔后可能出现溢料 毛边 不同 的熔体粘度不同 出现溢料所需的间隙不同 溢边值即是塑料可能出现溢料的最小间隙值 模具设计和制造及使用时 模腔及分型面等处间隙不得大于此值 abs 是中等粘度的树脂 材料 溢边值 0 04mm 左右 4 注射机的选择 4 1 注射机的初步选择 4 1 14 1 1 计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量 根据本塑件的三维零件图及相关尺寸 利用 pro e 软件计算出该塑件的体积 11 v1 16 68 abs 的密度 1 05 g cm3 所以塑件质量 m1 v1 1 05 16 68 17 5g 流通凝料的质量 m2还是个未知数 由于此模具结构 浇注系统简单 根据以往设计模 具的经验 我们可以去塑件质量的 0 2 倍 故注射量为 m m1 m2 21g 4 1 24 1 2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 由于设计此塑件结构较复杂 根据产量和设计等因素考虑 设计次模具为一模一腔注 塑系统并且采用点浇口直接进料方式 故 塑件投影绝大多数在分型面上 a 104 27 2808mm2 锁模力 fm ap 2808 35mp 98 280kn 式中 p 为型腔压力单位 mpa abs 料一般型腔压力为 20 40mpa 此处取 p 35mpa 4 1 34 1 3 根据根据 m m 和和 fmfm 来选择注射机来选择注射机 注射机的最大注射量 额定注射量 g 和额定锁模力 fm 应满足 g m 21 0 75 26 67 g 其中 注射系数 在此取 0 75 f fm 267 98kn 根据以上分析 可采用一模一腔的模具结构 考虑塑件的结构 塑 件的材料 塑件的注射成型工艺等 现选用 xs z 30 型注射机 表 4 1 xs z 30 型注射机参数 项目xs z 30 型注射机参数 结构形式卧 理论注射容量 cm 30 螺杆 柱塞 直经 28 注射压力 mpa 119 塑化能力 g s 10 螺杆转速 r min 14 200 锁模力 kn 250 拉杆内间距 280x250 移模行程 220 最大模具厚度 250 最小模具厚度 100 锁模形式双曲肘 模具定位孔直径 55 喷嘴球半径 sr12 喷嘴口孔径 3 5 4 2 校核模具的型腔数目 12 注射机选择完以后 就可以根据注射机的性能参数 注射机的塑化速率 最大注射量 及锁模力 塑件精度等级 在模具中每增加一个型腔 塑件精度要降低 4 来确定模具 的型腔数量 1 按注射机的最大注射量确定型腔数量 以机床的注射能力为基础 每次注射量不 超过注射机的最大注射量的 80 即 n1 符合要求 2 按注射机的最大锁模力确定型腔数量 n1 符合要求 3 根据塑件精度考虑 一般多型腔时制造精度低 塑件精度也低 4 根据塑件产量考虑 对试制或小批量塑件宜取单型腔或少型腔 大量时宜取多型 腔 本塑件的产量为中等 综上所述 该塑件适合采用一模一腔结构 4 3 校核注射机技术参数 确定型腔和选择注射机以后 这种注射机是否合适 还要对该机型的其他技术参数进 行校核 4 3 14 3 1 注射压力的校核注射压力的校核 该项工作是校核所选注射机的额定压力 pe能否满足塑件成型时所需要的注射压力 p0 塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性 塑件结构的壁厚以及浇注系统类型等因素所 决定 生产实践中其值一般为 70mpa 150mpa 设计中要求 pe k p0 1 3 80mpa 104mpa 式中 k 注射压力安全系数 在此取 1 3 而 pe 119mpa 所以 pe 104mpa 符合要求 4 3 24 3 2 锁模力的校核锁模力的校核 锁模力是指注射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满型 腔时 会沿锁模方向产生一个很大的胀型力 因此 注射机的锁模力必须大于该模的胀型 13 力 即 f k0ap 式中 p 型腔的平均压力 在此取 35mpa k0 锁模力安全系数 在此取 1 2 f 250kn k0 ap 106kn 符合要求 4 3 34 3 3 注射机安装模具部分相关尺寸的校核注射机安装模具部分相关尺寸的校核 不同型号的注射机安装部位的形状和尺寸各不相同 设计模具时应对其相关尺寸加以 校核 以保证模具能顺利安装 需校核的主要内容有喷嘴尺寸 定位圈尺寸 模具的最大 与最小厚度及安装螺钉孔等 1 喷嘴尺寸 注射机喷嘴一般为球面 其球面半径 r 与相接触的模具主流道始端凹 球面半径 r凹相适应 即 r凹 r 1 2 mm 12 2 14mm 2 定位圈尺寸 模具安装在注射机上必须使模具中心线与料筒 喷嘴的中心线相重 合 定位圈与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合 h8 e8 定位圈的高度 对小型模 具为 8mm 10mm 对大型模具为 10mm 15mm 在此取 10mm 3 模具厚度 hm也称模具闭合高度 必须满足 hmin hm hmax 式中 hmin 注射机允许的最小模具厚度 即动定模之间的最小开合距离 hmax 注射机允许的最大模具厚度 根据设计估计本模具高度在 180 200mm 之间满足设计要求 4 模具与注射机的安装关系 模具的安装固定形式有压板式与螺钉式两种 压板式安 装灵活而被广泛采用 而螺钉式需模座上的孔和模板上的孔完全吻合 安装比较麻烦 但 对于大型模具的安装 这种安装安全可靠本塑件可以选择螺钉安装 6 脱模距与模板行程的校核 由于采用单分型面注射模 所以其开模行程公式 h1 h2 5 10 l l 式中 h1 脱模距离 h2 包括浇注系统在内的制品高度 l 注射机开模行程 即移动模板的行程 h1 h2 5 10 30 30 5 10 70mm 220 所以符合要求 5 浇注系统的设计 浇注系统由浇道 主流道 分流道 浇口组成 从注塑机喷嘴至模具型腔的熔融树脂 流路称之为流道 其浇口套内树脂流路称之为主流道 其余部分称之为分流道 分流道末 端通向型腔的节流孔称之为浇口 在不通向型腔的分流道末端设置冷料井 浇注系统分为 两大类 制品与固化的浇注系统一同从模具中取出的浇注系统称之为冷流道浇注系统 通 过加热装置保持流道中树脂为熔融状态的称之为热流道浇注系统 14 浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔各处 以便获得外形轮廓清晰 内在 质量优良的塑件 因此要求充模速度快而有序 压力损失小 热量散失少 排气条件好 浇注系统凝料易于与塑件分离或切除 且在塑件上留下浇口痕迹小 5 1 主流道设计 主流道是指连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔体通道 是熔体注入模具最先经过的一 段流道 其形状 大小会直接影响熔体的流动速度和注射时间 注射机的喷嘴头部与主流道衬套的凹下的球面半径 r 相接触 二者必须匹配 无漏料 一般要求主衬套球面半径比喷嘴球面半径大 1 2mm 主流道进口直径 d 比注射机喷嘴出口直 径 d 应大 0 5 1mm 其作用 一是补偿喷嘴与主流道的对中误差 二是为了便于流道凝料 的脱出 主流道设计成锥形 锥角一般为 2 6 表面粗糙度 ra 0 8um 主流道出口应 做成圆角 圆角半径 r 0 5 3mm 为减少压力损失和回收料量 主流道长度应尽量短些 常取 l 60mm 本塑件的各参数选择如下 锥度 2 6 取 3 小径 d d1 0 5 1 0 取 1 则 d d1 0 5 3 5 0 5 4mm sr 主流道球面半径 sr 14 球面配合高度 h 3 5 取 4 轴部长度 l 60mm 取 l 40mm 由于主流道大端需要与高温塑料和喷嘴频繁接触与相碰 设置浇口套是很必要的 尤 其当主流道需要穿过几块模板时更应该设置浇口套 否则在模板接触面可能溢料 致使主 流道凝料难以取出 浇口套一般选用碳素工具钢 如 t8a t10a 等 在此选用 t10a 钢 热处理要求 53 57hrc 其与定模板配合可采用 h7 m6 其结构形式如图所示 图 5 1 主流道 fig5 1 main channel 5 2 分流道的设计 分流道是熔料从主流道进入型腔前的过渡部分 其作用是通过浇道截面及方向变化 15 使熔料平稳的转换流向 注入型腔 常见的分流道的截面形状有圆形 半圆形 梯形和 u 型等 其中 圆形截面分流道的表面积最小 热量不容易散失 流动阻力最小 但它需要 开在动模和定模上 要保证两半圆完全吻合 制造困难 梯形截面分流道加工容易 热量 散失和阻力也不大 是最常用的形式 u 形截面分流道的优缺点与梯形截面基本相同 分 流道的形状及尺寸 应根据塑料的体积 壁厚 形状的复杂程度 注射速率 分流道长度 因素来确定 另外 从传热面积考虑 热固性塑料的注射模宜用矩形截面分流道 而热塑 性塑料宜用圆形截面分流道 从压力损失考虑 圆形分流道最好 由于该塑件采用了一模 一腔 熔体能够较快的充满型腔 所以 该模具可以不设置分流道 5 3 浇口的设计 浇口的基本作用是使分流道来的熔体产生加速 以快速充满型腔 浇口在大多数情况 下是整个浇注系统中截面最小的部分 除直接浇口外 当熔体通过狭小浇口时 其剪切速 率增高 同时由于摩擦作用 熔体温度升高 熔体粘度降低 流动性提高 有利于填充型 腔 获得外形清晰的制品 当浇口截面尺寸过小时 压力损失大 冷凝快 补缩困难 会 造成制品缺料 缩孔等疵病 甚至还会产生熔体破裂形成喷射现象 制品表面出现凹凸不 平 相反 浇口截面尺寸过大 注射速度降低 温度下降 制品可能产生明显的熔接痕和 表面云层现象 所以浇口形式 大小和位置的选择 数量多少 在很大程度上决定了成品 质量的好坏 也影响着制品成型周期的长短 浇口形式较多 一般可分为直接浇口 中心浇口 侧浇口 点浇口 潜伏式浇口及护耳 浇口等 一般来说小浇口优点较多 它可以增加熔体通过的流速 充模容易 这对于塑料 熔体粘度对剪切速率较敏感的塑料 如聚乙烯 聚苯乙烯等尤其有利 小浇口对熔体有较 大的摩擦阻力 结果使熔体温度明显上升粘度降低 流动性增大 有利于薄壁复杂制品的 成型 浇口设计很重要的一方面是位置的设计 浇口位置选择不当会使塑件产生变形 熔接痕 凹陷 裂纹等缺陷 一般说来 浇口位置选择要遵循以下原则 1 浇口位置的设置应使塑料熔体填充型腔的流程最短 料流变向最少 2 浇口位置的设置应有利于排气和补缩 3 浇口位置的选择要避免塑件变形 4 浇口位置的设置应减少或避免产生熔接痕 提高熔接痕的强度 根据该塑料的特性及塑件的结构形式 由于本塑件采用一模一腔结构模具设计简单 为了 减少注射成型后的修饰工作因此采用直流道点浇口的形式 6 模架的选择和标准件的选用 6 1 模架的选择 模架是模具的骨架 用模架将模具的各个部分联系在一起 对于注塑模具常常用通用 型的模架 其模架是标准的 可以在市场上够买 也可以自己设计 选择模架应从以 16 下几个方面考虑 1 塑件的结构尺寸 2 根据型腔的大小和布置方式 3 根据所选用模架的类型 将导柱 导套分布在合理的位置上 4 模具的大小主要取决于塑件的大小和结构 对于模具而言 在保证足够强度和刚 度的条件下 结构越紧凑越好 结合本塑件在分型面上的投影面积或周边尺寸以及齿条及型芯沿抽出方向移动的距离等因 素来确定模架大小的原则 本塑件以 p5 型模架为基础进行必要的设计改进如下图 图 6 1 模架 fig6 1 mold 压板 20 45 170 mm 垫板 20 170 200mm 动模板厚度 50 170 200mm 动模座板厚度 240 定模座板厚度 35 带头导柱 4 15 紧固螺钉 4 m8 螺栓 4 m6 6 2 标准件的选用 标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类 通用标准件如紧固件等 模具专用 标准件如定位圈 浇口套 推杆 推管 导柱 导套 模具专用弹簧 冷却及加热元件 顺序分型机构及精密定位用标准组件等 17 在设计模具时 应尽可能地选用标准模架和标准件 因为标准件有很大一部分随时可 在市场上买到 这对缩短制造周期 降低制造成本是及其有利的 模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉 模具外表面尽量不要有突出部分 模具外表 面应光洁 加涂防锈油 两模板之间应有分模间隙 即在装配 调试 维修过程中 可以 方便地分开两块模板 1 定模座板 110mm 170mm 厚 35mm 座板是模具与注射机连接固定的板 材料 为 45 钢 通过 4 个 m10 的内六角圆柱螺钉与定模固定板连接 定位圈通过 4 个 m6 的内六 角圆柱螺钉与其连接 定模座板与定位圈为 h8 f8 配合 2 压板 连接在定模座上的 起到轴向固定动模 在垫块上固定导柱 其中和导柱固 定的配合是 h8 k6 配合 压板材料为 q235a 也可用 ht200 球墨铸铁等 该模具采用 q235a 制造 3 垫板 20 170 200mm 在垫块和动模座之间 是为了提高齿条的刚度而增加的材料 为垫板材料 q235a 也可用 ht200 球墨铸铁等 该模具采用 q235a 制造 4 带头导柱 4 15 是为了保证模具正确的合模 塑件顺利的脱模 其安装在压 板上 与压板的配合采用 h8 k6 的配合与导套 在动模设计的孔 h7 f8 配合 导柱应该 有足够的耐磨性 一般选用 20 钢渗碳处理 其硬度不低于 50 55hrc 5 紧固螺钉 起到固定模具的作用 材料选 45 钢 7 成型零件的设计 模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件 成型零件包括凹模 型芯 镶件 成型杆和成型环等 成型过程中成型零件受到塑料熔体的高压作用 料流的冲刷 脱模时与塑件间发生摩擦 因此 成型零件要求有正确的几何形状 较高的尺寸精度和较 低的表面粗糙度 此外还要求成型零件具有合理的结构和良好的加工工艺性 具有足够的 强度 刚度和表面硬度 7 1 成型零件的结构设计 7 17 1 1 1 滑块的设计滑块的设计 在此次设计中 由于采用了侧向抽芯机构 滑块的型腔充当凹模结构 它的结构决定 于塑件制品的成型需要和加工与装配的工艺要求 通常可分为整体式和组合式两大类 其 中 整体式凹模是由整块钢材直接加工而成的 这种凹模结构简单 成型出的塑件质量较 好 模具强度好 不易变形 但加工工艺性差 所以只适用于形状简单的塑件成型 在此 采用整体式凹模 其结构如下图所示 注 注 考虑到塑件的精度 本塑件滑块采用整体的加工 然后在进行切断 18 图 7 1 滑块的剖面视图 fig7 1 cross section view of the slider 7 7 1 1 2 2 动模的结构设计动模的结构设计 本模具的动模设计时采用的是整体设计 这种设计可以使得成型出的塑件质量较好 模具强度好 不易变形 其结构图 7 2 所示 图 7 2 动模的结构 fig7 2 dynamic model of the structure 7 7 1 1 3 3 型芯的结构设计型芯的结构设计 型芯是指注射模中成型塑料制品有较大内表面的凸状零件 它又称主型芯 型芯有整体式和组合 式两类 1 整体式型芯 将型芯与模板制成一体 其结构牢固 但工艺性较差 同时模具材料耗费多 这 类型的型芯主要用于形状简单的单型腔模具 2 组合式型芯 可以分为整体式嵌入型芯和镶拼式 这种类型型芯可以节约贵重的模具材料 便于 加工 尺寸精度容易保证 用于本模具的型芯式用来成型斜孔 故设计时采用齿轮齿条抽芯 为了保证成型后的塑件 精度 整体式型芯 可以采用电火花线切割机床进行加工 7 2 成型零件的工作尺寸计算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸 主要有型腔和型芯的径 向尺寸 包括矩形和异形零件的长和宽 型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯和型芯 19 之间的尺寸等 任何塑件都有一定的几何形状和尺寸精度的要求 如有配合要求的尺寸 则精度要求较高 在模具设计时 应根据塑件的尺寸精度等级确定模具成型零件工作尺寸 的依据 影响塑件尺寸精度的主要因素相当复杂 这些因素应作为确定成型零件工作尺寸 的依据 影响塑件尺寸精度的主要因素有如下几个方面 5 1 塑件收缩率所引起的尺寸误差 s 2 模具成型零件的制造误差 z 3 模具成型零件的磨损 c 4 模具安装配合的误差 j 在计算型腔和型芯工作尺寸之前 对塑件各重要尺寸应按机械设计中最大实体原则进 行转化 即塑件外形尺寸 名义尺寸 为最大尺寸 其公差 为负值 塑件的内腔尺寸 名义尺寸 为最小尺寸 其公差 为正值 中心距尺寸为公称尺寸 其公差为正负 2 1 型腔径向尺寸的计算 根据成型零件的型腔径向尺寸计算公式可知 lm ls ls x mm s 式中 lm 型腔的径向尺寸 ls 塑件的径向尺寸 所用塑料的平均收缩率 abs 为 0 55 s x 为修正系数 此处为 0 75 塑件允许的公差值 模具的制造公差 一般取 1 3 1 滑块的型腔 0 2 ls 90 lm ls ls x mm 90 345 s 2 动模的型腔 0 2 ls 110 lm ls ls x mm 110 455 s 2 型芯径向尺寸的计算 根据成型零件的型芯径向尺寸计算公式可知 lm ls ls x s 式中 lm 型腔的径向尺寸 ls 塑件的径向尺寸 s 所用塑料的平均收缩率 abs 为 0 55 x 为修正系数 此处为 0 1 塑件允许的公差值 故型芯的径向尺寸为 x 0 1 20 lm ls ls x 90 570 s 3 型腔深度尺寸的计算 根据成型零件型腔深度计算公式可知 hm hs hs 0 5 s 式中 hm 型腔深度尺寸 mm hs 塑件高度尺寸 mm 其它符号意义同上式 1 滑块的深度 0 5 ls 7 28 hm hs hs 0 5 7 22 s 4 型芯高度尺寸的计算 根据型芯高度尺寸计算公式可知 hm hs hs 0 5 s 式中 hm 型芯高度尺寸 mm hs 塑件高度尺寸 mm 故型芯高度 0 1 hs 7 28 hm hs hs 0 5 7 37 mm s 8 排气系统与冷却系统的设计 8 1 排气系统的设计 注塑成型的排气机构设计是一个很重要的问题 对于成型大型制品 精密制品等易分 解产生气体的树脂来说尤为重要 当塑料熔体注入型腔时 如果型腔内原有气体 蒸汽或 塑料降解等产生的气体不能顺利地排出 将在制品上形成气孔 接缝 表面轮廓不清 不 能完全充满型腔 同时还因气体被压缩而产生的高温灼伤制件 使之产生焦痕 色泽不佳 等缺陷 如果在成型时 气体不能快速排出 可能会造成不能实现完全填充 流动末端的 树脂会因气体被压缩 绝热 而烧焦等 无法成型制品要求的状态 所以向型腔填充熔融 树脂的同时 必须设置能将型腔内的空气快速排出的机构 否则 会无法成型填充或影响 制品的质量 实行高速注射时 一般易出现排气不通畅的状况 采用低速注塑或注射速度 采用程序控制 在填充的最终阶段实行低速 则可改善排气不善的状况 排气机构的设置 一般有如下几种方法 6 利用分型面排气 在型腔周围设置排气槽 采用这种方法排气时 易在模具上 的排气处残留树脂分解的物质 特别是浇口对侧的部位 必须及时将其清除 否则久而久之会腐蚀模具的型腔的表面 利用推杆排气 在推杆槽上设置排气槽 由于推杆是运动零件 可达到自清理 21 效果 清理效果较好 利用镶件排气 对于制品的筋 槽部位经常采用这种方法排气 利用烧结合金排气 一般情况下 模具不开设专门的排气槽 气体也能由分型面的间隙中排出 由于本课 题设计的是塑料端盖的模具 有一个分型面 而且因 abs 流动性较好的特点 型腔内的气 体是完全可以由分型面和型心与推件板之间的轴向间隙排出 又因为此塑件的厚度较小 所以该模具适合利用配合间隙直接进行排气 不需要开排气槽 8 2 冷却系统的设计 模具的温度控制是提高产品质量 提高生产效率的一个有效途径 模具的温度明显地 影响了收缩率 表面光泽 内应力 充填难易以及注塑周期等 如果对模具温度不加控制 就会在模塑过程中使注塑条件改变 使产品质量和生产效率下降 因而 良好的模具设计 和注塑工艺应该包括严格合理的模具温度控制 它的合理控制应能达到令人满意的效果 改善成型 模具具有和注塑适应的温度能改善流动性能 产品质量稳定 模具温度的变动将影响塑料的收缩 对于结晶料尤其如此 模具温 度恒定 均匀 将使收缩率稳定 产品质量稳定 减少应力变形 均匀恒定的温度使收缩均匀 应力减少 变形量减少 改善外观质量 合理的模具温度能使塑件表面光泽提高 冷流痕减少 尤其对于透 明件更为有益 提高塑件物理性能 模具温度在合适条件下使塑料处于较佳的物理状态 提高生产效率 模具温度在很大程度上控制制品的冷却脱模时间 如果能保持在相 对较低的水平 则能使生产周期缩短 生产效率提高 模具中冷却通道设计有两条基本原则 即冷却要迅速 冷却要均匀 使模具迅速冷却就是要在比较短的时间内使模具摄取的过多的热量被带走 模具的绝 大部分热量由循环通道内的冷却介质带走 可以忽略自然对流 热辐射和模具与注塑机之 间的热传递造成的热量损失 所以 迅速冷却只有通过较多的冷却通道 表面积 和较大 的流量 以及适当的介质温度来达到 任何情况下 尽量开设多而大且均匀布置的冷却孔道 孔道密不仅加大了冷却面积 而且使冷却孔道布置变得均匀 模腔表面温度也