双层滴斗注塑模具设计(DOC毕设论文).doc

双层滴斗注塑模具设计双层滴斗注塑模具设计 摘 要 根据双层滴斗塑件结构特点 设计了双层滴斗的双色注塑模具 模具的 成型零件采用局部镶嵌式凹模 浇注系统由梯形流道 内层点浇口和外层潜 伏浇口组成 导向系统采用香港龙记 3540 FCI 90 80 350 标准模架导柱导向 推出系统利用推件板 拉料杆 推杆 弹簧式自动脱模四个机构达到全自动 生产 排气系统是通过型腔镶块配合间隙达到排气槽效果 模温调节系统由 型腔的半环绕式和型芯的喷流式冷却回路组成 注塑机选用 KRAUSS MAFFEI KM 150 2F 关键词 双层滴斗 双色模具 模具设计 Injection Molding Design of Double Drop Bucker Abstract According to the character of structure of double layer drop bucket The doulbe color injection molding was designed which was double layer drop bucket The molding components of mould adopts local mosaic die and the gating system was comprised of trapzezoidal type runner inner point gate and outer submarine gate Directing system used HK LongJi 3540 FCI 90 80 350 derivative oriented which is standard model and the launch system utilizes the stipper plate sprue puller pucher Spring type automatically knockout of which all of them are four mechanisms for realizing the automatic production The exhust system uses the Cavity insert to cooperate clearance to achieve the effect of airvent Mould temperature adjusting system was comprised of cavity of half wrap round and mold core of circuit flow of spray cooling The injection machine selects KRAUSS MAFFEI KM 150 2F Key words double drop bucket Two color molds Mold Design 目录 1 绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 双色模具介绍 2 1 2 1 国内模具特点 2 1 2 2 双色模具前景 3 2 双色模具的结构设计 5 2 1 成型零件设计 5 2 2 浇注系统设计 8 2 2 1 内层浇注系统设计 8 2 2 2 外层浇注系统设计 15 2 3 模架选取和导向合模设计 19 2 3 1 模架选取 19 2 3 2 导向合模设计 22 2 4 推出系统设计 24 2 4 1 产品的推出系统设计 25 2 4 2 凝料的推出系统设计 28 2 5 排气系统设计 31 2 6 模具温度调节系统设计 32 2 6 1 型腔温度调节系统设计 33 2 6 2 型芯温度调节系统设计 37 3 注塑机的选择 41 3 1 双色注塑机简介 41 3 2 注塑机的性能参数与校核 42 4 结论 45 5 致谢 46 6 主要参考文献 47 7 附录 49 8 外文翻译及原文 50 1 1 绪论绪论 1 11 1 课题背景课题背景 随着医疗行业的发展 为了避免输液交叉感染 我国于 1980 年开始规定 使用一次性输液器 一次性输液器是一种主要用于静脉输液的经过无菌处 理的 建立静脉与药液之间通道的常见的一次性的医疗耗材 一般由静脉 针 护帽 输液软管 药液过滤器 流速调节器 滴斗 滴壶 瓶塞 穿刺器 进气管空气过滤器连接组成 一次性输液器的输液软管和滴斗以及输液袋均为医用PVC 材料制成 但是医用 PVC 材料的组成极为复杂包括 聚氯乙烯 C CL 键具有极性 吸附药物 增塑剂 DEHP 占重量比 30 40 存在析出和迁移的问题 易溶解于脂类和醇类物质 稳定剂 金属离子和润滑剂 但是随着DEHP 风险的研究 PVC 材料的一次性输液器安全问题暴露出来 美国 FDA 关于 DEHP 的安全公告 经实验室试验证明 与 DEHP 接触会导致动物产生一系 列不良反应 而其中最受关注的则是对雄性生殖系统发育以及处于青春期 的动物制造正常的精子所产生的影响 国内外对 PVC 应用的限制 1 2007 年 德国和奥地利禁止使用 PVC 输液器 2 2008 年 美国 FDA 医疗器械注册指南 3 2009 年 国家药监局对 PVC 输液器的注册要求提 交 PVC 危害的评估报告 目前最后好的解决方法是采用用PU 代替 PVC 材料 但是价格昂贵 如英国生产的纯PU 输血器 45 英镑 支 难以 推广 不符合国情 为解决价格与安全的矛盾 设计双层滴斗 滴斗内层 采用 PU 材料达到输液安全目的 滴斗外层为PVC 材料 达到节约成本 降低价格目的 图 1 1 双层滴斗 双层滴斗采用注塑成型 因为双层滴斗是两种不同材料构成所以要用双 色模具来完成注塑 双色模具 两种塑胶材料在同一台注塑机上注塑 分 两次成型 但是产品只出模一次的模具 一般这种模塑工艺也叫双料注塑 通常由一套模具完成 且需要专门的双色注塑机 1 21 2 双色模具介绍双色模具介绍 1 2 11 2 1 国内模具特点国内模具特点 双色注塑是一种可以一次成型生产出表面高光泽并具有内外两层不同颜 色搭配塑件的技术 该技术的应用可以大大提高整机产品的外观效果 据长 三角模具城总工程师查鸿达老师介绍 大型双色注塑采用转台式大型双色注 塑机 合模后先进行外层塑料的注射 开模后型腔带着塑件随旋转工作台旋 转 180 再次合模后进行内层塑料的注射 最后开模顶出 在连续生产时 外层注射和内层注射同时进行 因此成型周期与常规注塑基本接近 大型双 色注塑技术可与高光无熔痕注塑技术结合应用 生产中采用高温高压的热水 或水蒸气加热模具 并在注射完成后迅速切换冷却介质使模具快速降温 得 到表面无熔痕并具有很高光泽度的双色塑件 能显著提高整机的外观效果 与普通模具和目前已经广泛应用的小型双色 双组份注塑相比 大型双色 注塑模具在产品特点 模具结构 动作顺序 浇口设置 流道布局等方面都 有很大差异 难度大大增加 由于是内外两层分别注塑 大型双色注塑模具 需要两套型腔 两套型芯 其中两套型腔要完全相同 并且与两套型芯能够 互换配合 两套浇注系统都设在型芯侧 属于反装结构 顶出也都设在型芯侧 采用油压顶出 再加上冷却系统 整个型芯侧结构的复杂程度大大增加 在塑件优化设计方面 第一次成型的外层形状需要尽可能简单 第二次 成型的内层可以设计筋 柱等结构 但必须充分考虑浇口布局和料流形态 需要通过 CAE 分析来进行优化设计 为使塑件的外观面呈现颜色渐变的效果 外沿周圈的壁厚可采取由薄到厚的渐变设计 在成型工艺方面 大型双色注塑技术第二次成型时 塑料沿着第一次成 型的塑件表面进行流动 容易出现气泡 色差 跑胶等注塑缺陷 需要对注 塑工艺参数进行反复调试和精确控制 并结合成型情况对模具进行改进和优 化 1 2 2 双色模具前景 大型双色高光注塑成型技术生产效率高 表面质量好 内外两层颜色可 以根据需要灵活进行搭配 能够大大提高整机产品的外观效果和档次 目前 将该技术应用的医疗行业 可以让产品内外层采用不同的材质 从而缓解医 疗安全也医疗成本矛盾问题 双层滴斗在双层管材 钢塑一体针的配合上在 保证了患者的医疗安全的同时 降低了患者的负担 相信随着中国双色模具 技术的日渐成熟 人们对医疗安全问题的重视 双色模具在医疗行业将有广 阔的市场前景 2 2 双色模具的结构设计 双色模具的结构设计 2 12 1 成型零件设计成型零件设计 构成模具型腔的零件统称为成型零件 他主要包括凹模 凸模 型芯 镶块 各种成型杆和成型环 根据产品的尺寸 结构不同成型零件种类 数 量 形式也有所不同 双色滴斗做完一次性重力输液器的一部分满足 GB 8368 2005 的要求 图 2 1 双层滴斗 根据产品外形 结果 双层滴斗模具采用 2 2 腔设计 成左右对称分布 双色模具需两次注塑工艺设计要求型腔必须左右或者上下对称 成型机 构设计 考虑塑件的结构 凸模的细长型芯必须保证工作稳定 所以设计 成整体式主型芯 结构稳固 以防注射时型芯产生变形影响注塑成型 在多型腔的模具中 凹模一般采用冷挤压或电火花等加工方法单独加 工成凹模镶块 型腔输了多而制件尺寸不大时 采用冷挤压成型型腔比切 削加工效率高 并保证各型腔尺寸 形状的一致性 凹模镶块的外形采用 轴肩台阶的圆柱形 然后分别从上下嵌入凹模固定板中 如图2 1 2 所 示 成型尺寸的计算按平均收缩率计算 最常用的计算方法 型腔径向尺 寸计算 为了统计计算基准 按照一般习惯 规定型腔的最小尺寸Lm 偏差 m 为正值 塑件的最大尺寸为名义尺寸 Lp 偏差 为负值 当考 虑型腔允许的最大磨损值为 w 后 型腔平均尺寸为 Lmcp Lm 2 m 2 w 在不考虑磨损值 w 0 不考虑修模余量的情况下 公式简化为现在模具 厂普遍采用的形式 Lmcp Lpcp ScpLpcp cpLpcp 或者 2 S Hmcp Hpcp ScpHpcp cpHpcp 当制品尺寸较小 500mm 收缩率较小 2 S 0 8 时 以上公式中最后一项的绝对值很小 0 03mm 若该尺寸要 求不太高的可以忽略不计 PVC 的平均收缩率为 0 5 型腔直径 Lmcp Lpcp ScpLpcp cpLpcp 2 S Lpcp 20 19 9 mm 0 2 2 Lmcp 19 9 0 005 19 9 0 005 19 9 19 999 mm 型芯直径 Lmcp Lpcp ScpLpcp cpLpcp 2 S Lpcp 16 8 16 9 mm 0 2 2 Lmcp 16 9 0 005 16 9 0 005 16 9 17 745 mm 型腔深度 按平均收缩率计算 Hmcp Hpcp ScpHpcp cpHpcp 2 S Hpcp 56 2 56 1 mm 0 2 2 Hmcp 56 1 0 005 56 1 0 005 56 1 58 9 mm 型芯高度 Hmcp Hpcp ScpHpcp cpHpcp 2 S Hpcp 53 52 9 mm 0 2 2 Hmcp 52 9 0 005 52 9 0 005 52 9 55 55 mm 图 2 2 模具型芯 图 2 3 模具型腔 2 22 2 浇注系统设计浇注系统设计 2 2 1 内层浇注系统设计 浇注系统可以分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类 浇注系统设 计是注塑模具设计的关键环节 浇口是浇注系统最重要的组成部分 它是连接 分流道与型腔的狭小通道 其作用是保证熔体充模时具有较快的流动速度和较 好的流动性 控制保压和补缩进而影响制品品质 便于制品与废料分离和脱模 双层滴斗的内层浇注是由正注塑机喷嘴出料注塑成型 图 2 4 内层浇注系统 1 主流道 2 7 分流道 3 双层滴斗内层 4 5 冷料井 6 浇口 主流道 指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流道 熔融塑料进入模 具时首先经过他 它与注塑机喷嘴在同一轴线上 物料在主流道中不改变流 动方向 主流道形状一般为圆锥形或者圆柱形 双层滴斗模具 考虑方便料 棒从浇注系统中脱落采用圆锥形 如图 2 4 分流道 指将从主流道来的塑料沿分型面引入各个型腔的那一段流道 因 此它设在分型面上 分流道的截面可以呈圆形 六边形 半圆形 梯形 矩 形 U 字行等 其中圆形和六边形在动模和定模两边同时开槽组合而成 其 余截面可以单开在定模一边或者动模一边 考虑减少加工量 减少配合尺寸 要求 双层滴斗模具分流道截面采取梯形 浇口 是指紧接流道末端将塑料引入型腔的狭窄部分 主流道浇口以外的 各种浇口 其截面尺寸都比分流道的截面尺寸小的多 起着调节料流速 控 制补料时间作用 起段截面形状常见的有圆形 矩形 本模具采用圆形 冷料井 用来除去料流中的先锋冷料 在注塑循环中 由于喷嘴与低温模 具接触 使喷嘴前存有一小段低温料 在开始注塑入模时 冷料在料流前端 如冷料进入型腔将造成制件上的冷斑 冷接缝 甚至在进入型腔前冷料头即 将浇口堵塞而不能进料 冷料井一边设置正在主流道末端 本模具考虑到流 道较长在分流道末端也设有冷料井 主流道设计 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触 属易损件 对 材料要求较严 因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式 俗称浇口套 也称唧咀 以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理 常用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种下图为前者 次浇口套用于配 装定位圈 唧咀的规格有 12 16 20 等几种 由于注射机的喷嘴半径 为 20 所以浇口套尺寸如图 2 5 图 2 5 浇口套 分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口 塑件尺寸大 时应设置分流道 分流道是指 主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道 它是浇注系统中熔融状 态的塑料由主流道流入型腔前 通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流 态的过渡段 因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态 并在流动过程中压力损失尽可能小 能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔 为了便于加工及凝料脱模 分流道大多设置在分型面上 分流道截面形 状一般为圆形梯形 U 形半圆形及矩形等 工程设计中常采用梯形截面加工工 艺性好 且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大 一般采用下面的经验公式 可确定其截面尺寸 2 1 4 2654 0 LmB 2 2 BH 3 2 式中B 梯形大底边的宽度 mm m 塑件的重量 g L 分流道的长度 mm H 梯形的高度 mm 梯形的侧面斜角 a 常取 50 150 在应用式 式 1 时应注意它的适用 范围 即塑件厚度在 3 2mm 以下 重量小于 200g 且计算结果在 3 2 9 5mm 范围内才合理 本滴斗内层的体积为 2861mm3 质量大约 8g 分流道的长度预计设计 成 140mm 长 且有 2 个型腔 所以 取 B 为 5 5mm 4 2 0 2654 8 1405 16B 取 H 为 3 55mm 2 5 163 44 3 H 梯形小底边宽度取 4mm 其侧边与垂直于分型面的方向约成 100 另 外考虑脱模方便 增加了退出脱料棒机构 所以在原有的横截面为梯形的 底边加半圆 实际加工时实 分流道横截面尺寸形状如图 2 6 图 2 6 分流道截面 分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却 只有中心部位的塑料熔 体的流动状态较为理想 因面分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低 一般 取 1 6 m 左右既可 这样表面稍不光滑 有助于塑料熔体的外层冷却皮层固 定 从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差 以保证熔体流动时具有 适宜的剪切速率和剪切热 实际加工时 用铣床铣出流道后 少为省一下模 省掉加工纹理就行了 省模 制造模具的一道很重要的工序 一般配备了专业的省模女工 即用 打磨机 沙纸 油石等打磨工具将模具型腔表面磨光 磨亮 降低型腔表面 粗糙度 分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关 有多种不同的 布置形式 但应遵循两方面原则 即一方面排列紧凑 缩小模具板面尺寸 另一方面流程尽量短 锁模力力求平衡 本模具的流道布置形式采用平衡式 如下图 2 7 图 2 7 分流道布置形式 浇口的设计 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种 我们将采用限制性浇口 限制 性浇口一方面通过截面积的突然变化 使分流道输送来的塑料熔体的流速产 生加速度 提高剪切速率 使其成为理想的流动状态 迅速面均衡地充满型 腔 另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性 调节浇口尺寸 可使多 型腔同时充满 可控制填充时间 冷却时间及塑件表面质量 同时还起着封 闭型腔防止塑料熔体倒流 并便于浇口凝料与塑件分离的作用 浇口尺寸包括浇口横截面尺寸和浇口长度尺寸 其很截面约为分流道截 面积的 3 9 浇口长度约 0 5 2 5mm 因此浇口处的流动阻力很大 剪切速 率很高 本模具采用点浇口 采用点浇口注射模具 可以实现塑料件与浇口 凝料的自动拉断 减少人工操作 使塑料注射成型生产的自动化程度提高 但是 为了保证浇注系统凝料的自动脱模 常常需要在定模一边增设浇道凝 料推出机构 增加分型面 从而导致模具脱模机构复杂化 也使模具结构复 杂化 对于多型腔的点浇口模具 如能利用定模的定距分型动作来完成浇注 系统凝料的自动脱模 则可以简化模具结构 并降低模具成本 对于本模具 的产品双层滴斗为薄壁件 由于点浇口附近的剪切速度过高会造成分子的高 速定向 增加局部应力 甚至开裂 为了改善这一情况本模具的点浇口采用 两浇口对称分布同时浇注 尺寸如图 2 8 2 8 点浇口结构尺寸 2 2 2 外层浇注系统设计 双层滴斗的外层浇注由注塑机的侧浇注嘴进料注塑成型 外层的浇注系 统如图 2 9 图 2 9 外层浇注系统 1 主流道 2 7 分流道 3 双层滴斗内层 4 5 冷料井 6 浇口 主流道设计 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触 属易损件 对材料要求较严 因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式 俗称浇口套 这边称唧咀 以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理 为便于流道 凝料的拔出 设计成具有 2 4 锥角的圆锥形 内壁有 Ra0 4 m 一下的粗 糙度 在内壁研磨和抛光时应注意抛光方向 不形成垂直于脱模方向的划痕 否则会发生脱出困难而造成成型中断 具体如图 2 10 图 2 10 侧浇口主流道 分流道设计 为了便于加工及凝料脱模 分流道大多设置在分型面上 分流道截面形 状一般为圆形梯形 U 形半圆形及矩形等 工程设计中常采用梯形截面加工工 艺性好 且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大 一般采用下面的经验公式 可确定其截面尺寸 式 1 4 2654 0 LmB 式 2 BH 3 2 式中B 梯形大底边的宽度 mm m 塑件的重量 g L 分流道的长度 mm H 梯形的高度 mm 梯形的侧面斜角 a 常取 50 150 在应用式 式 1 时应注意它的适用范 围 即塑件厚度在 3 2mm 以下 重量小于 200g 且计算结果在 3 2 9 5mm 范围内才合理 本滴斗内层的体积为 2692mm3 质量大约 9g 分流道的长度预计设计 成 120mm 长 且有 2 个型腔 所以 取 B 为 5 5mm 4 2 0 2654 9 1205 27B 取 H 为 3 55mm 2 5 163 51 3 H 梯形小底边宽度取 4mm 其侧边与垂直于分型面的方向约成 100 另外考 虑脱模方便 增加了退出脱料棒机构 所以在原有的横截面为梯形的底边加 半圆 实际加工时实 分流道横截面尺寸形状如图 2 2 1 c 分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却 只有中心部位的塑料熔 体的流动状态较为理想 因面分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低 一般 取 1 6 m 左右既可 这样表面稍不光滑 有助于塑料熔体的外层冷却皮层固 定 从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差 以保证熔体流动时具有 适宜的剪切速率和剪切热 但是塑料 PP PVC POM 等为避免表面疵痕 必须对流道进行表面抛光处理 甚至镀铬 本模具对流道进行抛光处理即可 浇口设计 潜伏式浇口又叫隧道式浇口 由点浇口变化而来 潜伏式 浇口保持了点浇口的优点 克服了模具结构复杂的缺点 浇口位置 般选在 塑件侧面较隐蔽处 分流道设置在分型面上 浇口在模具开模时自动切断 不需进行浇口处理 但在塑件侧面留有浇口痕迹 潜伏式浇口常用于多型腔 两板式注射模 适用于一侧进料的塑件或外观质量要求较高的塑件 双层滴 斗要求外层光滑 所以外层采用的浇口浇口形式为潜伏浇口 具体到这套模具 其浇口形式及尺寸如图 2 11 所示 浇口各部分尺寸都 是取的经验值 实际加工中 是先用圆形铣刀铣出直径为 2 的分流道 再 将材料进行热处理 然后做一个铜公 电极 去放电 用电火花打出这个浇 口来的 图 2 11 外层浇口 2 32 3 模架选取和导向合模设计模架选取和导向合模设计 2 3 1 模架选取 注射模结构 根据浇注系统结构可分为两板模和三板模 1 两板式模具 标准模具 两板式模具以分型面为界分为两个部分 一部分固定于注射机的固定板 上不动 另一部分固定于注射机的动板上并随动板运动 两板式模具在用直 浇口时的一模一腔成型 接着多数情况下是一次成型几件 是多腔成型模具 塑件在模具的型腔的型心之间成型 成型件的表面光洁度由模具型腔和型心 粗糙度决定 在成型完成后 模具随注射机动板的回程运动打开 动模随动 板运动 注射机顶出机构一般都在动模一侧 在开模时为了使塑件留在动模 一侧 便于动模运动到一定程度时顶出塑件 模具的顶出机构也就一般设在 动模一侧 另外 对大多数塑件来说 外表光洁度要求比内表面高得多 所 以如果将成型内表面的型心置于动模一侧就既能使塑件容易留在动模上 又 能避免顶出时影响塑件的外表 当动模运动到一定程度时 模具打开的空间 足以能够取出塑件时 注射机顶出动作的作用就使塑件和动模分离而取出 2 三板式模具 三板式模具由三个主要部分 在模具打开时形成两个分型面 塑件由相 邻部分的分界中成型 而浇注系统则由另外的两相邻部分之间取出 这种模 具的一大特点是能使用点浇口成型 浇注系统和塑件能自动分离 多用于多 腔成型或大型塑件 与两板式模具相比 这种模具在动模板和定模板之间多 了一浮动部分 浇注系统常在定模板和中间板之间 而塑件则在浮动部分和 动模固定板之间 型腔一般开在浮动部分 而浇口也是开在浮动部分 有时 流道和浇口用享并方式开在浮动部分 三部分的打开和合模顺序由定距分型 机构完成 根据本塑件的实际形状要求及其成型要求 现选用标准三板式模架来成 型 模架是模具的骨架 用模架将模具各部分联在一起 而对于注射模等通 用型模具 其模架一般为标准模架 可以在市场上购买 本模具选择香港龙 纪生产的简化型细水口系统模架 模架形式如图 2 12 2 12 简化型细水口系统模架 龙纪简化型细水口系统模架分 FAI FCI GAI GCI 四种形式 根据本模 具三板是的需求选择 FCI 型 具体形式如图 2 13 图 2 13 FCI 二 确定模板尺寸 据型腔大小和布置方式 根据所选模架的类型 将导柱 导套布置在适 合的位置上 考虑侧抽心机构 斜推杆对模架有无加大的需要 根据以上要 素 选 B L 400 350 的模架 最后确定模架型号 3540 FCI 90 80 350 其它参数如下图 2 14 2 15 图 2 14 模具参数 A 90mm B 80mm 图 2 15 模板参数 2 3 2 导向合模设计 合模导向机构对于塑料模具是不可少的部件 因为模具在闭合时要求有 一定的方向和位置 必须导向 导柱安装在动模或者定模一边均可 导向机构主要有定位 导向 承受一定侧压力三个作用 1 导柱结构及要求 导柱结构如图 2 16 所示 图 2 16 导柱 对导柱材料和结构等的要求如下 导柱的长度必须比凸模端面的高度要 高出 6 8mm 凸模进入型腔前使导柱导正 避免型腔相碰而损坏 材料 导柱应具有硬而耐磨的表面 坚韧而不易折断的内芯 所以采用20 钢热处理50 55HRC 20钢渗碳0 5 0 8淬硬56 60HRC 2 导套结构及要求 图 2 17 导柱套 对导套结构的要求 形状 为了使导柱进入导套比较顺利 在导套的前面倒一圆角 R 内孔 有一定锥度 为装配方便 外圆头部也有锥度 材料 可用淬火钢等耐磨材料制造 使其硬度低于导柱硬度 这样可以 改善摩擦以防止导柱于导套拉毛 采用 NAK80 为材料 NAK80 钢的特点 无需热处理 抛旋光性极佳 切削性 蚀花性佳 固溶处理 将模具或工件升温至 600 预热 然后加热至 840 900 保温一定时间 至少 2 小时 然后空冷 至室温 固溶后硬度为 29 32HRC 2 42 4 推出系统设计推出系统设计 推出机构 完成塑件从模具中平稳可靠地脱出的装置 称脱模机构或推出机构 推出机构组成 推出部件 推杆 拉料杆 复位杆 推杆固定板 推杆 垫板 限位 钉 推出导向部件 推杆导柱 推杆导套 复位部件 复位杆 脱模机构设计的原则 1 塑件留于动模一侧 注射机上的推出油缸设在注射机的移动模板一侧 因此模具打开后 希望塑件包紧在动模型芯上 然后通过注射机的推出油缸 推动模具的推出 机构使塑件从型芯上脱出 2 防止塑件变形与损伤 塑件在模具中经冷却固化后包紧在型芯上 会对型芯产生很大的包紧 力 塑件脱模时主要是克服这一阻力 为使塑件在推出过程中不发生变形 必须确定合理的推出力作用位置 推出力应分布均匀 作用面积尽量大一些 以免塑件变形或损伤 3 推出零件应有足够的强度 刚度和硬度 脱模时 推出零件承受着来自塑件对模具零件很大的摩擦阻力 要 求推出零件应具有足够的强度 刚度与硬度 推出零件的长度应尽量短 保 证其具有较好的抗压失稳能力 推出机构应尽量简单可靠 生产批量小的制品 应尽量选择结构比较简单的脱模机构 可降低 模具成本 对生产批量大的制品 可选用结构复杂 自动化程度高的推出机 构 但须保证推出机构动作灵活 运动可靠 零件配换方便 顶出脱模行程应合理 设计推出机构时 应保证推出零件运动的初始和终止位置恰当合理 以确保塑件可靠地脱模 推出零件达到最大行程时 塑件 含主流道凝料 前端和定模分型面的距离不小于 10mm 2 4 1 产品的推出系统设计 产品的推出采取推板推出 因为推板 脱模板 机构适用于筒形 壳罩 及薄壁容器类塑件的脱模 推板推出的特点 推出作用力均匀 推出力量大 运动平稳 塑件不易变形 塑件表面无推出痕迹 结构简单 无需设置复位 装置 本模具的推件板脱模机构如图 2 18 2 19 图 2 18 推板位置 图 2 19 推件板脱模机构 推件板脱模机构的设计要求 1 推板与型芯采用锥面配合 可减少运动时的摩擦 并在合模时起到定 位作用 锥角一般为 5 10 本模具采用 10 锥角 如图 2 20 图 2 20 推件板 2 推板与型芯配合间隙要保证均匀 不得产生溢料 最大单边间隙应限 制在 0 05mm 间隙不应超过 0 01mm 推板 推板孔与型芯配合部位应淬火 3 为避免推板运动时对型芯成型表面的摩擦 推板内孔与型芯配合处应 设计成型芯锥面与其成型表面单边大出 0 2 0 25mm 的距离 推板厚度的技术 对于圆形塑件 根据刚度计算 推板厚度 T 的计算公式为 1 3 2 cQeR T E 式中 c 系数 随 R r 而异 R 推杆作用在推板上所形成的几何半径 mm r 推件板环形内孔 或型芯 的半径 mm 推件板中心所允许的最大变形量 一般可取塑件在被推出方向 上的尺寸公差的 1 5 1 10 mm Qe 脱模力 N 1 3 2 0 0877 17 75 1 22 0 01 15 T Tmm 2 4 2 凝料的推出系统设计 为了保证模具能顺利地自动化生产 除去要求塑件能顺利脱模外 浇注 系统亦应能自动脱出 双层滴斗外层采用潜伏浇口方式注塑 浇口切断后可 用推杆将凝料推出 但是双层滴斗的外层注塑和普通模具有所不同 双层滴 斗的凝料不是留在动模边 所以在双层滴斗外层采用拉料杆和推杆组合方式 将凝料推出脱落 具体结构如图 2 21 图 2 21 外层凝料推出结构 工作原理 利用拉料杆头部倒圆锥面 在开模时将料棒从型腔模板中拉 出 再在顶针过程中利用推件板和推料杆将凝料从拉料杆上推落 推料杆的 结构形式如图 2 22 图 2 22 推料杆结构 双层滴斗的内层采用点浇口浇注形式注塑 点浇口普遍为三板式结构模 具 凝料的脱出多采用采用钳子用力地拽或者采用手工取的办法来去除 本 来能够实现全自动生产的模具却成了半自动 增加操作人员工作量 降低了 生产效率 采用机械手去除浇口 虽然实现了自动化 但设备的成本较高 不同的模具还要重新调整 本模具采用拉料杆形式和弹簧式自动脱模机构 具体形式如图 2 23 和 2 24 图 2 23 拉料杆 图 2 24 弹簧式自动脱模机构 工作原理 拉料杆利用顶端倒圆锥面将凝料从分流道板中拉出 合模注 塑时压缩弹簧处于压缩状态 当开模后弹簧将推料杆推出 推料杆将凝料从 拉料杆顶端推落 因为靠弹簧弹力推出凝料 所以在模具的使用过程中应经 常检查弹簧是否失效 如果失效及时进行更换 2 52 5 排气系统设计排气系统设计 在注射模试模生产中常会出现填充不足 压缩空气灼伤 制品内部很高 的内应力 表面流线和熔合线等现象 对于这些现象除了应首先调整注塑工 艺外 还要考虑模具浇口是否合理 当注塑工艺和浇口这两个问题都排除以 后 那么模具的排气就是主要的问题了 解决这一问题的主要手段是开设排 气槽 排气槽的作用与设计 1 排气槽的作用 排气槽的作用主要有两点 一是在注射熔融物料时 排除模腔内的空气 二是排除物料在加热过程中产生的各种气体 越是薄壁制品 越是远离浇口 的部位 排气槽的开设就显得尤为重要 另外对于小型件或精密零件也要重 视排气槽的开设 因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外 还可以 消除制品的各种缺陷 减少模具污染等 那么 模腔的排气怎样才算充分呢 一般来说 若以最高的注射速率注射熔料 在制品上却未留下焦斑 就可以 认为模腔内的排气是充分的 2 排气方式 模腔排气的方法很多 但每一种方法均须保证 排气槽在排气的同时 其尺寸设计应能防止物料溢进槽内 其次还要防止堵塞 因此从模腔内表面 向模腔体外缘方向测量 长 6 12mm 以上的排气槽部分 槽高度要放大约 0 25 0 4mm 另外 排气槽数量太多是有害的 因为如果作用在模腔分型面 未开排气槽部分的锁模压力很大 容易引起模腔材料冷流或裂开 这是很危 险的 除了在分型面上对模腔排气外 还可以通过在浇注系统的料流末端位 置设排气槽 以及沿顶出杆四周留出间隙的方式达到排气的目的 因为排气 槽开的深度 宽度以及位置的选择 如果不适当 产生的飞边毛刺 将影响 制品的美观和精度 因此上述间隙的大小以防止顶出杆四周出现飞边为限 本模具利用推料板与型芯的配合缝隙来达到排气效果 既保证产品精度 与质量也可以有效的降低模具的加工难度 2 62 6 模具温度调节系统设计模具温度调节系统设计 模具温度的调节即为模具的冷却与加热 确定冷却或加热措施的原则 1 对于粘度低 流动性好的塑料 可采用常温水对模具进行冷却 并通 过调节水的流量大小控制模具温度 如果对这类塑料制品的生产率要求很高 亦可采用冷水控制模温 2 对于粘度高 流动性差的塑料 经常需要对模具采用加热措施 3 对于粘流温度或熔点不太高的塑料 一般采用常温水或冷水对模具进 行冷却 有时也可采用加热措施对模温进行控制 4 对于高粘流温度或高熔点塑料 可采用温水控制模温 5 对于热固性塑料 必须对模具采取加热措施 6 由于制品几何形状影响 制品在模具内各处的温度不一定相等 可对 模具采用局部加热或局部冷却方法 以改善制品分布情况 7 对于流程很长 壁厚又比较大的制品 或者是粘流温度或熔点虽然不 高 但成型面积很大的制品 可对模具采取适当的加热措施 8 对于工作温度要求高于室温的大型模具 可在模内设置加热装置 9 为了实时准确地调节和控制模温 必要时可在模具中同时设置加热和 冷却装置 10 对于小型薄壁制品 且成型工艺要求的模温也不太高时 可直接依靠 自然冷却 本模具生产用的 PVC 和 PU 材料粘度低 流动性好而且生产率要求高 所 以采用冷水控制模温 2 6 1 型腔温度调节系统设计 模板的冷却水布局如图 2 25 图 2 25 冷却水布局 冷却参数 冷却介质用量计算 注塑成型时高温塑料熔体带入模具的热量计算如下 塑料制品在固化时每秒释放的热量为 Q1 Wq NGq 式中 W 单位时间内平均注入模具的塑料质量 kg s q 单位质量塑料熔体在成型过程中释放的热量 KJ Kg 2qccr 式中 c2 塑料比热容 KJ kg c 分别为塑料熔体注入温度和制品脱模时的平均温度 r 结晶型塑料的相变潜热 KJ kg 2 10 19841 842 200502 10 194 5 Q Q 模具冷却水带走的热量为 Q2 21QQQcQrQl 式中 Qc 模具向空气对流传热 Qr 模具向空气辐射传热 Ql 模具通过上下底板向注塑机传热 在一般情况下塑料熔体带入热量的 90 95 都是通过模具冷却通道有冷 却介质带走的 因此忽略模具因空气对流 热辐射与注射机所散失的热量 假设塑料熔体在模内释放的热量 全部由冷却水带走计算 设计的冷却系统 偏于安全 由于模具设计时动模和定模的冷却水道是分别设置并分别设计的 对于 模具的一边为型腔 另一边为凸模 因此将 Q2 分解为凹模带走的热量 Qo 和 凸模 型芯 带走热量 Qi 对于圆筒行制品根据实验可以按凹模带走总热量 的 40 而型芯带走其余的 60 进行设计 即 Qo 0 4Q2 Qi 0 6Q2 根据热平衡 模具凹模和凸模两边每秒钟冷却介质的体积流量可按下式 计算 1 112 1 112 Qo Go c Qi Gi c 式中 模具冷却介质进出口温度 差值不宜太大 1 2 一般取 3 最大不超过 5 冷却介质的密度 Kg 1 3 m 冷却介质比热容 KJ kg 1 c 3 0 4 94 5 1 0 104 2 3 0 003 Go Go 冷却水的流速 2 4Go v d 式中 qv 冷却介质的体积流量 m3 s v 冷却管道的流速 m s d 冷却管道的直径 m 2 4 0 003 3 14 0 1 0 382 v v 冷却水的表面传热系数 W m2 K 可用下式计算 0 8 0 2 v d 式中 与冷却介质温度有关的物理系数 冷却介质在该温度下的密度 kg m3 冷却介质在圆管中的流速 m s d 冷却管道的直径 m 0 8 5 0 2 3 990 63 0 382 4 08 10 0 1 7 5 10 冷却回路的总表面积 3600 mw Wq A 式中 A 冷却回路总表面积 m2 W 单位时间内注入模具中的塑料质量 kg h q 单位重量的塑件在凝固时所放出的热量 J kg 冷却水的表面传热系数 W m2 K m 模具成型表面温度 w 冷却水的平均温度 3 94 5 3600 7 5 10 200 50 0 21 A A 冷却回路的总长度 0 21 3 14 0 1 0 67 A L d L L 为保证冷却管道长度满足要求 本模具型腔采用双层冷却管道设计 冷 却水路的走线如图 2 26 图 2 26 型腔冷却水线 2 6 2 型芯温度调节系统设计 因为本模具注塑的双层滴斗是薄壁件 要求冷却均匀 而且型芯温度较 高 需较快的散热 所以型腔采用喷流式冷却回路 喷流式冷却回路 型芯 中间装有一个喷水管 冷却水从喷水管中喷出 分流后向四周流动以冷却型 芯壁 对于中心浇口的单腔模具 这种方式的冷却效果很好 从喷水管喷的 冷却水直接冷却型芯壁温度最高的部位 此处正对着浇口 这种冷却方式适 合于高度大而直径小的型芯冷却 具体结构如图 2 27 图 2 27 型芯冷却结构 冷却参数计算 1 112 Qi Gi c 3 0 6 94 5 1 0 104 2 3 0 045 Go Go 冷却水的流速 2 4Go v d 2 4 0 045 3 14 0 8 0 895 v v 冷却水的表面传热系数 W m2 K 可用下式计算 0 8 0 2 v d 0 8 5 0 2 3 990 63 0 382 0 836 10 0 1 1 5 10 冷却回路的总表面积 3600 mw Wq A 3 94 5 3600 1 5 10 200 50 0 042 A A 冷却回路的总长度 0 042 3 14 0 08 0 167 A L d L L 通过计算冷却管道要求长 0 167m 型芯长度只有 90mm 满足不了冷却要求 所以 需调节冷却水进入温差 将温度先进行冷却将温差定为 5 摄氏度 0 167 36 0 0835 L L L 90mm 型芯采用喷流式冷却回路可行 3 3 注塑机的选择 注塑机的选择 3 13 1 双色注塑机简介双色注塑机简介 双色注塑机 双色 双料 叁下模圆盘交替作业 可自动化镶 取件 降低 人工成本 稳定生产效率 稳定品质 稳定产能 锁模力 35 500Tons 射出量 2 5 50 OZ 74g 1400g 射出速度 可选择高精密全闭环高速射出系统 射出速度 300 1000mm s 圆盘机通用性能 4 柱 3 站双色立式圆盘注塑机 直立合模 直立射出 或卧式射出 方便嵌入件 多站式圆盘 增加产能 高效率圆盘齿轮传动由平 面自润滑耐磨片承载 冷却水采用中央同步运 水装置 水管可同步 360 度旋 转式或 180 度正反转运 供水装置 完备的冷却模具方案 旋转快速定位准 确 采用定位缸定位 定位精确度 0 02mm 未定位不合模 保护模具安全 圆盘表面镀铬防銹 美观 耐用 圆盘动力部分可选择油压马达及伺服马达系 统 适用范围 适用于多色筹码 双色 TPU 鞋底 双色手柄 双色表带等双 色 多色及硬胶包胶制品等 匹配全自动镶入 取出系统 可实现无人化操 作 专业开发立式注塑机全自动镶取件系统 全自动化工作流程 高效率 低成本 搭配辅助装置可实现无人化 工业全自动化生产 降低人工成本 稳定生产效率 稳定品质 稳定产能 机型主要配件如下 1 大包围安全门连封板 开口处安装四位对射红外线保护 保护作业员 安全 2 触摸式电脑萤幕操控系统 中 英文触摸式彩色萤幕 日本富士 欧姆龙 10 4 UG430 PLC 日本 欧姆龙 3 电子尺 意大利 GEFRAN PID SSR 精密温控 日本 FUJI 外置独 立监控 螺杆转速显示器 4 电磁阀 日本 YUKEN 油泵 日本 YUKEN 油压马达 欧洲 DANFOSS 双比例阀 日本 YUKEN 圆盘动力采用欧洲 DANFOSS 或选用伺 服马达驱动 日本 叁菱 5 迫紧油封 日本 NOK 培林 日本 NSK 马达 东莞电机或大 同电机 机柱无油轴衬 3 23 2 注塑机的性能参数与校核注塑机的性能参数与校核 根据注塑产品双层滴斗的成型要求 采用克劳斯玛菲公司生产 KM150 2F 注塑机 克劳斯玛菲是世界领先的注塑设备 反应发泡设备和挤出设备的专 业制造商 KraussMaffei 商标代表着注塑和反应发泡的设备 Krauss Maffei Berstorff 商标代表着整个挤出系统 包括整条挤出生产线 克劳斯 玛菲拥有世界上独一无二所有系列处理方法的技术 作为技术伙伴 克劳斯 玛菲将技术创新和根据客户需求定制产品以及提供完整的解决办法 很好地 结合在一起 克劳斯玛菲为客户多身定制的解决方案 适用于所有应用领域 从注塑机作为副系统 到交钥匙生产系统 自动化 包括操作和自动化系统 克劳斯玛菲生产的锁模力为 KN 的 CX 和 MX 系列注塑机 可处理热塑性 热固性及弹性塑料材料 所有的克劳斯玛菲机器都装备有性 能卓越的微机处理模块化控制系统 在 2004 年 K 展上 克劳斯玛菲展示了适 用于医疗行业的洁净室生产模块化解决方案 长玻纤增强应用于注塑中生产 塑料结构部件的 IMC InjectionMouldingCompounder 技术 注塑机参数如表 3 1 KRAUSS MAFFEI KM 150 2F 商标 KRAUSS MAFFEI 型号 KM150 2F 锁模力顿 150 开模行程毫米 620 大柱内距毫米 450 500 模具最小厚度毫米 280 装模板面毫米 670 720 螺杆直径毫米 45 理论注射量立方厘米 305 注射重力克 274 注射压力巴 2022 机械尺寸米 6 35 1 45 2 01 机械重力公斤 7500 1 注射量的校核 根据 模具设计与简明手册 得 V件 0 8V注 式中 V件 塑件与浇注系统的体积 V注 注射机注射容量 cm2 0 8 最大注射量的利用系数 经估算得 V件 62 58cm3 所以 V件 62 58cm359 5 2 4134 132 56 500 103 合格 3 射机安装模具部分的尺寸校核 a 喷嘴尺寸 喷嘴尺寸与浇口套适应 浇口套是根据喷嘴尺寸 来设计的 b 模具厚度 Hmin 280mm Hm 401S 401 125 10 536 合格 4 4 结论 结论 1 一次性重力输液器的滴斗采用双层结构可以解决安全与价格的矛盾 2 标准三板式模架可以将推板分成两部分改造利用到双色模具 3 推板式脱模方式中的模板可以演变成推件板达到双色模具两次注射 一次脱模 4 利用弹簧式自动脱模机构达到三板式模具的自动化生产 5 5 致谢 致谢 在这次设计过程中得到了李玏一老师和北京伏尔特技术有限公司设计人 员 工人师傅等的帮助 特别是李玏一老师的悉心指导 使我受益匪浅 在 此 对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同事表示衷心的感谢 6 6 主要参考文献 主要参考文献 1 屈华昌 塑料成型工艺与模具设计 机械工业出版社 1995 2 彭建声 简明模具工实用技术手册 机械工业出版社 1993 3 唐志玉 模具设计师指南 国防工业出版社 1999 4 塑料模设计手册 编写组 塑料模设计手册 机械工业出版社 1994 5 贾润礼 程志远 实用注塑模设计手册 中国轻工业出版社 2000 6 廖念钊 互换性与技术测量 中国计量出版社 1991 7 黄毅宏 模具制造工艺 机械工业出版社 1999 8 模具制造手册编写组 模具制造手册 机械工业出版社 1996 9 冯炳尧 韩泰荣 蒋文生 模具设计与制造简明手册 上海科学技 术出版社 1998 10 赵如福 金属机械加工工艺人员手册 上海科学技术出版社 1990 11 徐灏 机械设计手册 机械工业出版社 1991 12 孙玲 塑料成型工艺与模具设计 清华大学出版社 2008 13 王拴虎 塑料模具设计与制造 东南大学出版社 2008 14 蒋继宏 王效岳 注塑模具典型结构 中国轻工业出版社 2000 15 高军 注塑成型工艺分析及模具设计指导 化学工业出版社 2009 16 王孝培 塑料成型工艺及模具简明手册 机械工业出版社 2003 17 彭建声 模具设计与加工速查手册 机械工业出版社 2005 18 骆俊廷 张丽丽 塑料成型模具设计 国防工业出版社 2008 19 林纳 恩格 注射模具 130 例 化学工业出版社 2005 20 王存堂 AutoCAD2004 模具