毕业设计（论文）-花瓶注射模设计.doc

毕业设计 论文 毕业设计 论文 标 题 花瓶注射模设计 学生姓名 龚振宇 系 部 机械工程系 专 业 模具设计与制造 班 级 高模具 0802 班 指导教师 沈言锦 1 株洲职业技术学院 株洲职业技术学院 毕业设计 论文 评审表 学生姓名龚振宇学号 200840110240 所在系部机械工程系 所学专业模具设计与制造所在班级高模具 08021 班 毕业设计 论文 题目花瓶注射模设计 指 导 教 师 审 查 意 见 指导教师签字 年 月 日 2 评 阅 教 师 评 阅 意 见 评阅教师签字 年 月 日 毕业设计 论文 标题花瓶注射模设计 答 辩 记 录 答辩日期 年 月 日答辩地点 3 用简洁语言记录答辩过程 答辩委员会提出的问题和学生回答情况 答辩委员会记录人 签字 4 答辩委员会对毕业设计 论文 的学术评 论文选题意义 所用资料和数据的可靠性 写作 的规范化与逻辑性 实用性与创新性 主要不足之处 答辩情况及成绩 答辩委员会主席 签字 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 与 成 绩 本毕业设计 论文 成绩 5 株洲职业技术学院 毕业设计 论文 任务书 学生姓名龚振宇 学 学号 200840110240 所在系部机械工程系 所学专业模具设计与制造所在班级高模具 0802 班 E mail454556070 联系电话毕业设计 论文 题目花瓶注射模设计 指导教师 姓 名 职 称工作单位及所从事专业联系方式 沈言锦讲师株洲职业技术学院 模具设计冯琴企业专家 本设计选题根据 欲解决的问题及其实用价值 随着社会的飞速发展 生活水平的提高 人民对于生活质量越来越有讲究 花瓶 这一很不起眼的小小装饰品却是生活中不可缺少的 在客厅 卧室 书房 还是在厨 房 餐厅 卫生间都有它的踪迹 再加上一束美丽的花朵 就越显得有品味 质量 能够带给人们一种好的心情 花瓶是个典型的注塑产品 其塑件要求表面光亮 无划痕 采用 ABS 材料制成 ABS 无毒无味 具有良好的综合力学性能 特别易于成型和机械加工 其模具能指导同类模 具的设计与生产 该模具能提高生厂效率 降低成本 优点在于简化机构 使模具外形缩小 大大 降低了 模具的制造成本 保证了塑件的形状质量 专业方向 基本理论及设计内容 设计要求和设计步骤要求详细到章节 专业方向 模具设计与制造专业目前可以分为设计方向和制造方向 其中设计是应用 常用模具设计软件 模具设计与制造的基本理论设计各种产品的模具 制造方向则是 运用模具制造工艺学的知识 现代模具制造生产设备加工 装配和调试各种产品的模 6 具 基本理论 本案所应用的基本理论如下 1 塑料模塑成型及模具加工技术的新技术 新工艺知识 2 塑料的工艺性能及模塑成型工艺方法 3 注射模的结构与设计方法 4 注射模的零件设计 设计要求 1 要有理论依据及较详细的主要零部件的设计计算 2 模具结构要完整 合理 3 根据制图的国家标准绘制装配图 零件图 设计步骤 1 塑件成型工艺的分析 2 确定模具的结构方案 3 设计的有关计算 4 绘制模具结构草图 5 绘制装配图 7 主要参考文献 资料 1 欧阳波仪编 现代冷冲模设计基础实例 M 北京 化学工业出版社 2006 年 5 月 2 沈言锦编 塑料工艺与模具设计 M 长沙 湖南大学出版社 2007 年 12 月 3 范建蓓编 压铸模与其他模具 M 北京 机械工业出版社 2007 年 2 月 4 陈志刚主编 塑料模具设计 M 北京 机械工业出版社 2006 年 1 月 5 翁其金主编 塑料模塑工艺与塑料模设计 M 北京 机械工业出版社 2006 年 1 月 6 王文广 田宝善 田雁晨主编 塑料注射模具设计技巧与实例 M 北京 化 学工业出版社 2005 年 9 月 7 史铁梁主编 模具设计指导 M 北京 机械工业出版社 2003 年 8 黄锐主编 塑料工程手册 M 北京 机械工业出版社 2000 年 1 月 9 全国模具编辑委员会主编 塑料模具设计及制造 M 北京 机械工业出版社 2001 年 10 屈华昌主编 塑料成型工艺与模具设计 M 北京 高等教育出版社 2001 年 8 月 教 研 室 审 批 意 见 专业教研室主任签字 盖章 系 部 审 批 意 见 系部主任签字 盖章 任务书下达时间 2009 年 10 月 21 日 注 1 本表由指导教师填写或打印 一式二份 其中 1 份发给学生 附在论文前 1 份交专业教研 8 室 2 任务书从网上下载后 用 A4 纸打印 毕业设计 论文 开题报告 1 课题的目的及意义 含国内外的研究现状分析 塑料工业是世界上增长最快的工业之一 随着科技日新月异的发展 塑料 工业得到了前所未有的发展 从而使塑料的数量也不断上涨 当然塑料工业 的发展离不开塑料模具设计 模具工业被誉为 工业之母 随着模具技术 的迅速发展 在现代工业生产中 模具已成为各种工业产品不可或缺的重要 工艺设备 模具成型具有优质 高产 低消耗 低成本的特点 因而 在国 民经济各个部门得到了极其广泛的应用 在模具成型中 塑料成型占很大的 比重 由于塑料具有化学稳定性好 电绝缘性强 力学性能高 自润滑 耐 磨及相对密度小等独特的优异性能 成为工业部分必不可少的新型材料 随 着塑料的生产及应用的扩大 塑料成型工艺得到逐步发展 相继产生了浇铸 成型 压缩成型 粉末成型 层压成型 挤出成型 注射成型 压延成型 吹塑成型 发泡成型 热成型 气辅成型等成型加工方法 塑料成型工艺正 向着高速 高效 自动化的方向发展 塑料产量的提高和应用领域的扩大 也促进了成型设备和模具的不断发展 塑料成型设备向着大型化 微型化 高速化 自动化 精密化方向发展 同时也在成型设备和模具设计及制造上 引进了 CAD CAM CAE 等先进技术 如今 我国模具成型工业已形成了相当规模的完整体系 越来越多的新 技术 新工艺 新材料诞生 并将应用在模具产业中 这将促使我国模具工 业的飞跃发展 同时 我国模具工业的总体水平与世界先进国家相比还有一 定差距 还要大力推进模具产业的科技进步 开展新技术 新材料研究开发 并进一步加强对模具工业专业技术人才的培养 使之可持续发展 为我国模 具成型加工技术超赶世界先进水平作出贡献 塑料成型的应用已涉及到国民 经济和人民生活中的各个方面 如仪表 机械制造 汽车 家用电器 化工 建材 医疗卫生 农业 军事 航天和原子能工业中 塑料已经成为金属的 良好代用材料 出现了金属零件塑料化的趋势 例如 ABS 塑料有 1 4 用于汽 9 车 1 3 用于家用电器和视听设备中 目前我国地膜 棚模等覆盖面积已位 居世界首位 包装用塑料制品已达 100 多万 t 各种塑料编织袋达 50 亿条 为世界之最 在剪裁应用上 各种塑料门窗 管道 地板革 异型材等应用 日趋广泛 用模具生产的塑料制品 简称塑件 具有高精度 高复杂程度 高一致 性 高生产率和低消耗等特点 因此广泛用于仪器 仪表 家用电器 汽车 等行业 模具标准化是发展模具生产技术的关键 包括模具设计 制造 材料 验收和使用等方面 是开展模具计算机 CAD CAM CAE 的前提 国外塑料模标 准化程度很高 从材料 品种 规格 结构 精度及验收等都实现了标准化 而且还建立了模具标准结构典型组合 标准化是专业化生产的重要前提 也 是提高劳动生产率 提高技术水平 提高 产品质量 降低产品成本及改善劳 动组织的最重要条件之一 模具的标准化程度越高 专业化生产越强 因而 模具生产周期越短 生产成本越低 模具质量越高 同时模具设计简化 交 货期限缩短 产品更新换代迅速 我国结合实际情况 已指定出了塑料模国 家标准 塑料模专业化生产工厂可提供标准件和标准模架 这些为简化设计 缩短制模周期 提高产品质量 提供了保证 塑料模塑成型的发展动向 然而塑料模塑成型的飞速发展 动向 1 加深理论研究 2 高效率 自动化 3 大型 微型 高精度 4 高寿命 和简易经济模具 5 模具制造先进设备及先进工艺 6 模具的标准化与专 业化生产 7 计算机辅助设计和计算机辅助制造模具技术 2 课题任务 设计内容 实现途径 课题任务 花瓶注射模设计 设计内容 花瓶塑料模设计 成型方法 材料 塑料件的 PRO E 造型 分型 面 浇注系统等优化设计 模具总装配图 模具零件图设计 实现途径 根据我所学的知识 加上指导老师的指导 参考有关模具设计与 制造的书本和文献和在网上找相关的资料加以分析和利用 完成 对该零件的设计 10 3 进度安排 序 号 实训内容时间分配 周 1设计准备工作 确定课题 完成任务书 0 5 2拟定设计方案 0 5 3装配草图的绘制 1 4装配图的绘制 2 5零件工作图的绘制 1 6编写设计说明书 2 7答辩准备 1 合 计8 报告人签名 年 月 日 3 指导老师意见 指导老师签名 年 月 日 任务书下达时间 年 月 日 注 1 本表由指导教师填写或打印 一式二份 其中 1 份发给学生 附在论文前 1 份交专业教研 11 室 2 任务书从网上下载后 用 A4 纸打印 目目 录录 摘 要 11 第一章 塑料制品分析 12 1 1 产品分析 12 1 2 材料选择 12 1 3 塑料制品产量和生产要求14 1 4 尺寸及公差14 1 5 塑件的质量分析14 1 6 塑料制品的壁厚15 1 7 脱模的斜度15 第二章 注塑成形准备 15 2 0 工艺简介15 2 1 注射成型工艺16 2 2 注塑机工艺参数 16 2 3 注射机简介 17 2 4 有关工艺参数17 2 5 注射机的选择18 第三章 模具设计 19 3 1 模具的分型面19 3 2 模具的选材 21 3 3 浇注系统22 3 3 1 主流道设计 22 3 3 2 分流道设计22 3 3 3 浇口的形式23 12 3 3 4 浇口的选择 23 3 3 5 浇口的设计 24 3 3 6 浇注系统的平衡 25 3 4 冷料穴 25 3 5 脱模力的设计 25 3 6 推杆的设计与计算26 3 7 温度调节系统的设计 27 3 8 冷却系统的设计28 3 9 加热系统设计29 3 9 1 确定模架30 3 9 2 导向机构31 3 9 3 注射机校核 32 四 模具总装图34 五 模具的装配34 5 1 安装前准备35 5 2 模具的装配顺序36 5 3 试模 37 结论 38 参考文献 39 致谢 40 13 花瓶的成型工艺与模具设计 摘摘 要要 本次设计的是 花瓶注塑模具设计 主要介绍了塑料花瓶注塑模具的设计 思路和加工过程 主要设计的是花瓶注塑模具设计 花瓶注塑模具具有重量轻 耐 腐蚀老化 强度高 使用寿命长 制作方便 价格低廉等特点 是值得人们信赖 喜欢用的产品 它具有非常大的发展前途 本次设计采用的是注射成形 注射成形是成形热塑加工的主要方法 就是把塑 料原料放入料筒中经过加热熔化 使之成为高黏度的流体 用柱塞或螺杆作为加压 工具 使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中 经过冷却 凝固阶段 而后 从模具中脱出 成为塑料制品 模具制造技术迅速发展 已成为现代制造技术的重要组成部分 如模具的 CAD CAM 技术 模具的激光快速成型技术 模具的精密成形技术 模具的超精密加 工技术 本设计介绍了钩子注射模的设计思路与制造方法 该注射模采用了 1 模 4 腔的结构 在设计过程中 首先对塑料钩子塑件进行工艺分析 了解此类型塑料的特性 用途等 设计过程主要使用PRO E进行塑件的三维造型和塑件分析 流道设计过程 中使用了MPA进行塑性流动分析 确定该模具的浇口最佳位置和数量 解决了浇注 系统的布局问题 整个模架设计都在PRO E的外挂模块EMX里完成 在EMX中可以加 载标准件 同时可快捷的将3D图转化为2D图 为模具设计节省了大量的时间 提高 了设计效率 本文对该模具的工作原理进行了详细的分析 并对模具中的主要零件 进行了结构设计 分析计算和校核 此次设计不仅使我对书本有了进一步的了解 而且让我了解到许多书本上没有 的东西 更让我让我所学到的理论与实际结合起来 这为我以后的工作铺下了重要 14 基础 从而让我在此次设计中收益很多 关键词 注射模 流道设计 浇注系统 一一 塑料制品的分析塑料制品的分析和材料的选择和材料的选择 1 1 产品分析产品分析 花瓶为日常用品 实际生产中属于大批量生产 为了使花瓶有好的使用价值 和美观价值 如有较好的尺寸稳定性 较好的韧性 强度 防腐蚀等 所以应选 用合适的材料作为制造塑料花瓶的原材料 塑件体积中等 要求的表面质量不是很高 为考虑生产成本 模具寿命及其 他因素 应设为一模出多腔的形式 外观要求 为起到美观的作用 要求其成型是具有较好的染色能力 1 2 材料选择材料选择 在根据塑料花瓶的使用情况 要求塑料花瓶耐磨 抗拉 具有较大韧性 易 成形等特点 用于注射成形的通用塑料 主要是聚烯烃 聚苯乙烯 聚乙烯 聚丙烯 ABS 聚碳酸酯等 下面 例举几种常用材料的性能比较 如图所示 图 材料特性 PP PVC ABSPC 拉伸强度 MPa78 90 35 503869 弯曲强度 MPa53 90 80108 断裂伸长率 20020 403586 计算收缩率 1 0 3 00 6 1 00 4 0 70 5 0 7 15 热变形温度 120 11567 8283 103104 马丁耐热温度 6563116 129 体积电阻率 cm 10 146 71 10 116 9 10 143 06 10 15 密度 g cm 3 0 90 0 911 35 1 451 02 1 161 2 屈服强度 MPa 3635 505072 PC 弯曲和抗拉强度 都较高 成型特性上以 PC 为最好 PC 的综合性能较其他三 种塑料都为优良 图 2 材料性能和成形特性 塑料品 种 性 能 特 点成 型 特 点 模具设计 注意事项 使用温度主要用途 聚丙烯 PP 力学性能如 屈服强度 抗张 强度 抗压强度 及硬度等 均优 于低压聚乙烯 并有很突出的刚 性 耐热性较好 缺点是耐磨性不 够高 成形收缩 率较大 低温呈 脆性 成型收缩范围 大 容易发生缩孔 凹 痕及变形 热容量大 注射成型模具 必须设计能充 分进行冷却的 冷却回路 温 度过高会产生 翘曲现象 120 115 可做各种机械零 件 接头 泵叶 轮 化工管道及 容器设备 并可 用于制造衬里 表面涂层 录音 带 聚氯乙 烯 PVC 力学强度高 电器性能优良 耐酸碱的抵抗力 极高 化学稳定 性很好 聚氯乙烯在成型 温度下容易分解放出 氯化氢 在成型时必 须加入稳定剂和润滑 剂 并严格控制温度 及溶料的滞留时间 应采用带 预塑化装置的 螺杆式注射机 注射成型 模具 浇注系统也应 粗短 进口截面 宜大 模具应有 冷却装置 67 82 离心泵 通风机 轮油管 酸碱泵 的阀门及容器等 软聚氯乙烯制品 有贮槽 薄板 薄膜 电线绝缘 层 密封圈 耐 酸碱软管等 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯 共物 ABS ABS树脂具 有较高冲击韧性 和力学强度 尺 寸稳定 耐化学 性及电性能良好 易于成形和机械 加工等特点 ABS在升温时粘 度增高 所以成型压 力较高 易吸水 成 型前应进行干燥处理 减少浇注 系统对料流的 阻力 要求塑 件光泽和耐热 时 模具温度 应控制在 60 80 83 103 在机械工业系统 中用来制造凸轮 齿轮 泵叶轮 水箱外壳 手柄 冰箱衬里等 还 可供电视机晶体 管收音机制造外 16 壳 聚碳酸 酯 PC 聚碳酸酯的 冲击强度特别突 出 受温度影响 极小 耐热温度 为120 耐寒 达 100 才脆化 尺寸稳定性高 耐腐蚀 耐磨性 均良好 但存在 着高温下对水的 敏感性 吸水性小 高温 时对水分比较敏感 熔融温度高 熔融粘 度大 流动性差 所 以 成形时要求有较 高的温度和压力 由于粘度 高 对剪切作 用不敏感 冷 却速度快 模 具浇注系统应 以粗 短为原 则 并宜设冷 料穴 浇口宜 取直接进料口 圆片或扇形等 截面较大的浇 口 90 110 用来制造齿轮 蜗杆 齿条 凸 轮 心轴 轴承 垫圈 铆钉 泵 叶轮 汽车汽化 器部件 车灯灯 罩 冷冻和冷却 装置零件 电器 接线板 线圈骨 架 酸性蓄电池 槽及高温透镜等 但机械加工一样要考虑到加工工艺问题 模具成型也要考虑到材料的注塑特 性 在各特点都相差无几的情况下 好的成型特性是选择材料的主要标准 以下 是四种材料的性能和成型特性比较 如图 2 所示 以上的性能分析对比中看出 PC 弯曲和抗拉强度 都较高 成型特性上以 PC 为 最好 PC 的综合性能较其他三种塑料都为优良 由于是一般性民用品 所以价格上 是需要考虑的 我们主要要求是价格和耐磨性 以及成型特点 其它如拉伸强度 断 裂伸长率等则是次要考虑的指标 这由塑件的工作环境决定 最终选定 PC 为塑件材 料 1 3 塑料制品产量和生产要求 塑料制品产量和生产要求 根据图纸要求 此制品为大批量生产 在生产要求上不是很高 所以在模 具设计时应力求结构简单 但要能达到制品的各种要求 塑件内侧壁有两个小 凸点类结构 模具分析过 可直接上下强制开模 壁厚比较均匀 且为大批量 生产 综此所述 该塑件可采用注射成形加工 零件图样 如图所示 17 1 4 尺寸及公差尺寸及公差 从制品所给的尺寸及公差查 塑料模塑成型技术 表 3 7 为 4 级精度等级 查表 3 8 得 4 级精度等级为一般精度 从经济方面考虑 在模具设计时模具精度等级也应设计成一般精度等 级 1 51 5 塑件的质量分析塑件的质量分析 由于我所设计的是塑料花瓶外表和塑件内部 因此都没有较高的表面粗糙度 要求 但是露在外部的表面 为美观着想 要求外表面比较光滑 没有明显的斑点 及熔接痕 粗糙度可取 Ra0 8mm 1 61 6 塑料制品的壁厚塑料制品的壁厚 减小壁厚不仅可以节约材料 节约能源 也可以缩短成型周期 因为塑料是 热导率很小的材料 壁厚的少量增加 会使塑料在模腔内冷却凝固时间明显增长 物件壁厚减少 也有利于获得质量较优的塑件 因为厚壁塑件容易产生表面凹陷 和内部缩孔 查表 PC 塑件常用的壁厚范围为 0 95 5 0 对于大塑件 取较大值 小塑 件取较小值 塑件最小壁厚为 0 7mm 满足最小壁厚要求 18 1 71 7 脱模的斜度脱模的斜度 在模具合模完成后 为了便于塑件从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯 在设计时塑件内外壁应具有足够的脱模斜度 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 根据 的性能 凹模的脱模斜度可取 凸模的脱模斜度可取 二二 注塑成形准备注塑成形准备 2 0 工艺简介工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性 首先将松散的粒状或粉状成 型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化 使之成为粘流状态熔体 然后在柱塞或螺杆的高压推动下 以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温 度较低的闭合模具中 经过一段时间的保压冷却以后 开启模具便可以从模腔中 脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件 注射成形的特点是成形周期短 能一次成 形形状复杂 尺寸精确 带有金属或非金属镶件的塑料制件 其缺点是所用的注 射设备价格较高 注射模具的结构复杂 成产成本高 生产周期长 不适合单件 小批量的塑件生产 2 12 1 注射成型工艺注射成型工艺 注射成形工艺包括成型前的准备 注射过程和塑件的后处理三部分 成型前的准备 此过程可调节 PC 的含水量 颜色 温度和性能等 注射过程 完整的注射过程包括加料 塑化 充模 保压 倒流 冷却和脱 模等几个阶段 塑件的后处理 此过程可改变塑件的表面质量 使之提高使用性能 19 2 22 2 注射成型的工艺参数注射成型的工艺参数 1 温度 注射成型过程需控制的温度有料筒温度 喷嘴温度和模具温度等 其 中前两种温度主要控制塑料的塑化和流动 后一种温度主要影响塑料的流动 和冷却定型 料筒温度 料筒温度的分布一般应遵循前高后低的原则 即料筒的后端温度 嘴低 喷嘴处的温度最高 根据 PC 的性能 料筒后端的温度控制在 210 240 中段温度控制在 230 280 前端温度控制在 240 285 喷嘴温度 喷嘴温度一般略低于料筒的最高温度 可取 240 250 模具温度 模具温度直接影响熔体的充模能力 塑件的冷却速度和成型后塑 件的性能等 模具温度的高低处决与塑料是否结晶和结晶程度 塑件的结构 和尺寸 性能要求和其他工艺条件 模具温度可通过冷却系统来控制 因为 PC 的流动性能较差 要采用较高的模具温度 取 90 110 2 压力 注射模塑过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种 他们直接影响 塑件的塑化和塑件质量 压力大小与注射机的类型有关 为达到较好的质量 要合理选择注射机 控制好注射压力 这里可取 80 130Mpa 3 成型周期 时间 注射周期包括注射时间 模内冷却时间和其他时间 成型周期直接影响到劳 动生产率和注射机使用率 因此 生产中在保证质量的前提下应尽量缩短成 型周期中各个阶段的有关时间 其中 以注射时间和冷却时间最为重要 根据以上分析 可初步确定成型工艺参数 如图 1 所示 图 1 成型工艺参数 注塑机类型螺杆式保压时间 s 0 5 喷嘴形式直通式其他时间 s 10 30 喷嘴温度 240 250模具温度 90 110 成型周期 s 40 90 料筒前端温度 240 285 冷却时间 s 20 50 料筒后端温度 210 240 注射时间 s 20 40料筒中段温度 230 280 20 注射压力 Mpa 80 130保压压力 Mpa 40 60 预热时间 s 8 12预热温度 110 120 2 32 3 注射机简介注射机简介 注射机是生产热塑性塑料制件的主要设备 近年来在成型热固性塑件中也得 到了应用 注塑机的分类方式很多 目前尚未形成完全统一标准的分类方法 常用的说 法有 1 按设备外形特征分类 卧式 立式 直角式 多工位注塑机 2 按加工能力分类 超小型 小型 中型 大型和超大型注塑机 2 42 4 有关工艺参数有关工艺参数 注塑机的主要参数有公称注射量 注射压力 注射速度 塑化能力 锁模力 合模 装置的基本尺寸 开合模速度 空循环时间等 这些参数是设计 制造 购买和使用注 塑机的主要依据 1 公称注塑量 指在对空注射的情况下 注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程 时 注射装置所能达到的最大注射量 反映了注塑机的加工能力 2 注射压力 为了克服熔料流经喷嘴 浇道和型腔时的流动阻力 螺杆 或柱塞 对 熔料必须施加足够的压力 我们将这种压力称为注射压力 3 注射速率 为了使熔料及时充满型腔 除了必须有足够的注射压力外 熔料 还必须有一定的流动速率 描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度 常用的注射速率如图 所示 图 注射量与注射时间的关系 注射量 CM 3 125250500100020004000600010000 注射速率 CM S 125200333570890133016002000 注射时间 S 11 251 51 752 2533 755 4 塑化能力 单位时间内所能塑化的物料量 塑化能力应与注塑机的整个成 21 型周期配合协调 若塑化能力高而机器的空循环时间长 则不能发挥塑化装置的能力 反 之则会加长成型周期 5 锁模力 注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 在此力的作用下 模具不应被熔融的塑料所顶开 6 合模装置的基本尺寸 包括模板尺寸 拉杆空间 模板间最大开距 动模板的 行程 模具最大厚度与最小厚度等 这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺 寸范围 7 开合模速度 为使模具闭合时平稳 以及开模 推出制件时不使塑料制件损 坏 要求模板在整个行程中的速度要合理 即合模时从快到慢 开模时由慢到快在到 停 8 空循环时间 在没有塑化 注射保压 冷却 取出制件等动作的情况下 完成 一次循环所需的时间 2 5 注射机的选择 塑料注塑机品种规格繁多 根据不同的结构可分为不同的类型 目前 在实际生产中 除特殊工艺外 应用在为普通的为普通型卧式螺杆注塑 机 这种注塑机量打面广 我国的生产量已具相当规模 而且技术水平和质量都有 很大的提高 因此 在实际生产中应首选此种类型的注塑机 以获得更强的生产适 应性和更大的应用灵活性 三三 模具设计模具设计 3 13 1 模具的分型面模具的分型面 分型面确定的原则 1 分型面选在制品最大轮廓处 22 2 有利与脱模 3 有利于保证制品的精度和制品的外观质量要求 4 有利与模具的加工制造 型芯的复杂部分可以用线切割和加工中心加工出来 简化了模具制作的难度 而型腔部分下如图所示 也能较方便的加工出来 分型面的设计 23 下图模具型腔设计图下图模具型腔设计图 24 3 23 2 模具选材模具选材 现有的模具模架已经标准化 所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特 性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料 如何合理的选择模具钢 是关系到模 具质量的前提条件 如果选材不当则所有的精密加工所投入的工时 设备费用将 浪费 在选择模具钢时 首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能 从使用性能考虑 硬度是主要指标之一 模具在高应力作用下欲保持尺寸不 变 必须有足够的硬度 当承受冲击载荷时还要考虑折断 崩刃问题 所以韧性也 是一重要指标 耐磨性是决定模具寿命的重要因素 从 PC 特性看 这三项指标是 必须要满足的 此外还有红硬性 抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标 从工艺性能考虑 要热加工工艺好 加工温度范围宽 冷加工性能如切削 铣 削 抛光等加工性能好 此外还要考虑淬透性和淬硬性 热处理变形和氧化脱碳等 性能 综合考虑 型芯采用 Gr12MoV 型腔采用 T10A 25 3 3 浇注系统浇注系统 3 3 1 主流道设计主流道设计 主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道 通常和注塑机的喷 嘴在同一轴线上 断面为圆形 有一定的锥度 目的是便于凝料的脱模 同时 也改善料流的速度 主流道截面积的大小最先影响塑料熔体的流速和充模时间 如果截面直径 国小 熔体在流动的过程中的冷却面积相对增大 热量损失大 导致黏度升高 压力损失增大 流动性降低 因此成型困难 如果截面直径过大 则流到容积 增大 塑料消耗增加 导致冷却固化时间延长 生产下降 还容易是塑料熔体 的流动产生絮流和涡流 导致制品内部产生气泡 通常 主流道进口端的截面 直径取 4 8mm 但考虑道 PC 的流动性能较差 所以可取截面 直径 D2 8mm 锥角 7 内表面粗糙度为 0 70Ra 小端直径 D1 5mm 材料为 TA8 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞 所以主流道部分 常设计成可拆卸的主流道浇口套 以便选用优质的钢材单独加工和热处理 3 3 2 分流道设计分流道设计 分流道是主流道与浇口之间的通道 一般开设在分型面上 起分流和转向 作用 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置 分流道的设计应 尽可能短 以减少压力损失 热量损失和流道凝料 在采用多型腔模具时 就 应该使用分流道 在设计时 根据情况的不同 采用不同的截面 不同的布置 1 分流道的截面形状和尺寸 分流道的截面形状有好几种 包括圆形 U 形 半圆形 正方形 在设计时一 般常用的为梯形半圆形和 U 形 在此模具中 采用圆形分流道 本模具分流道直径为 12mm 二级分流道直径为 6mm 2 分流道的布置 在多型腔注射模具中 要求各型腔的制品表面质量和内部性能差异不大 所 以流道的布置要合适 分流道的布置有平衡式和非平衡式两种 在本模具的设 计过程中 为了保证制品质量 采用平衡式布局 26 3 3 3 浇口的形式浇口的形式 浇口是连接分流道与型腔的熔体通道 浇口的设计与位置的选择恰当与否 直接关系到塑件能否完好 高质量的注射成型 浇口的主要作用有两个 一是 塑料熔体流经的通道 二是浇口的适时凝固可控制保压时间 常用浇口形式和主要特性如下所示 直接浇口 直接浇口的塑料熔体由主流道的大端直接进入型腔 因而具有 流动阻力小 流程短及补缩时间长的特点 但容易在进料处产生较大的残余应 力而导致塑件翘曲变形 这种浇口大多用于注射成型大 中型长流程型腔筒形 或壳形塑件的但型腔模具 中心浇口 当筒形或壳类塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔时 内 浇口就开设在该孔口处 同时中间设置分流锥 它具有直接浇口一系列优点 而克服了直接浇口易产生的缩孔 变形等缺陷 侧浇口 侧浇口一般开设在分型面上 塑料熔体从内侧或外侧充满模具型 腔 普遍用于中小型塑件的多型腔模具 且对各种塑料的成型适应性均较强 由于浇口截面小 减少了浇注系统塑料的消耗量 同时去除浇口容易 且不留 痕迹 但这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在 点浇口 这种浇口有利于型腔的充填 因而对于薄壁塑件成型有利 但不 利于成型流动性差及热敏塑料 也不利于成型平薄易变形及形状非常复杂的塑 件 潜伏浇口 有点浇口变异而来 这种浇口的分流道位于模具的分型面上 而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处 因而这种浇口不损伤塑件的外表面 由此分析 采用侧浇口较为适宜 如图 3 11 所示 如采用直接浇口 成型 后塑件变形不利于打火机的组装 采用点浇口 则因 PC 流动性差而影响塑件的 成型 采用潜伏浇口增加了模具的加工难度 27 3 3 43 3 4 浇口的选择浇口的选择 浇口位置选择的原则 1 尽量缩短流动距离 2 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷 3 浇口应开设在塑件壁厚处 4 考虑分子定向的影响 5 减少熔接痕提高熔接强度 浇口位置选择 如下图 根据浇口位置选择的原则 首先浇口应选择在壁厚处 所以从塑件的整体 结来看 如上图所示 应选择 2 号位置 如选择 1 和 3 号位置 则会影响塑件 的表面光洁度 不合要求 选择薄而长的侧壁进浇 则不符合浇口位置的选择 原则 3 3 53 3 5 浇口的设计浇口的设计 要使塑件具有良好的性能与外表 一定要认真考虑浇口位置的选择 通常 要 1 考虑以下几项原则 2 尽量缩短流动距离 3 浇口应开设在塑件壁厚最大处 4 必须尽量减少熔接痕 28 5 应有利于型腔中气体排出 6 考虑分子定向的影响 7 避免产生喷射和挪动 8 浇口处避免弯曲和受冲击载荷 9 注意对外观质量的影响 我们可以把浇口开设在塑料杯的底部及外侧部分 注塑最为有利 考虑到 塑料杯比较大而且又分为一模四腔所以我们把浇口开设在塑料杯的底部 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 3 3 63 3 6 浇注系统的平衡浇注系统的平衡 为了提高生产效率 降低成本 小型或中型塑件一般都采用一模多腔的结 构形式 在这种结构形式中 为使所有的型腔能够同时充满 要求塑料熔体同 时到达各型腔 这就是平衡式型腔布置 因为该制品为大批量生产 为防止制 品出现缺陷 因此采用平衡式型腔布置 3 43 4 冷料穴冷料穴 冷料穴的形状见 模具设计与制造简明手册 冷料穴一般开设在主流道对 面的动模板上 即塑料流动的转向处 其标称直径与主流道大端直径相同或略 大一些 深度约为直径的 1 至 1 5 倍 最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体 积 冷料穴有六种形式 常用的是端部为圆形字形 3 5 脱模力的计算脱模力的计算 脱模力包括两部分 一部分为制品对型芯抱紧的脱模阻力 Qc 一部分为封 闭壳体脱模需克服的真空吸力 Qb Qc 1 8hKftE 式中 E 塑料的拉伸弹性模量 MPa 可取 2 1Mpa 塑料的平均成型收缩率 取 0 6 塑料的泊松比 取 0 42 Kf 脱模斜度的修正系数 Kf 0 4 Sincos1 Sincos f f 制品与刚才表面之间的静摩擦因数 取 0 4 t 制品厚度 t 平均为 1mm 29 h 型芯脱模方向的高度 h 为 11mm 计算结果 Qc 76 45N Qb 0 1Ab 12N 式中 Ab 型芯的横截面积 可取 120mm2 所以 总的脱模力为 16X 80 12 1472N 3 63 6 推杆的设计与计算推杆的设计与计算 推杆脱模机构是最简单 最常用的一种形式 具有制造简单 更换方便 推出效果好等特点 推杆直接与塑件接触 开模后将塑件推出 推杆的截面形状 可分为圆形 方形或椭圆形等其它形状 根据塑件的推 出部位而定 最常用的截面形状为圆形 推杆又分为普通推杆和成型推杆两种 前者只是起到将塑件推出的作用 后者不仅如此还能参与局部成型 所以 推 杆的使用是非常灵活的 1 推杆尺寸计算 本设计采用的是推管和推杆推出 在求出脱模力的前提 下可以对推杆或推管做出初步的直径预算并进行强度校核 本设计采用的是圆 形推杆 圆形推杆的直径由欧拉公式简化为 d k 1 3mm nE FL 脱 2 4 1 式中 d 推杆直径 n 推杆的数量 取 80 K 安全系数 取 k 1 5 L 推杆长度 根据模架高度 大约取 175 5mm E 推杆材料的弹性模量 取 E 2 1 10 MP 5 a F 总的脱模力 F 3211N 脱脱 为了安全起见 再对其进行强度校核 强度校核公式为 d 4 压 脱 n F 30 即 d 满足强度要求 139 0 式中 推杆材料的许用压应力 150Mpa 压 压 2 推杆的固定形式 推杆的固定形式有多种 但最常用的是推杆在固定板 中的形式 此外还有螺钉紧固等形式 此设计利用固定板固定 3 推出机构的导向 当推杆较细或推杆数量较多时 为了防止因塑件反阻 力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象 需要在 推出机构中设置导向零件 一般称为推板导柱 4 推出机构的复位 脱模机构完成塑件的顶出后 为进行下一个循环必须 回复到初始位置 目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位 本设计 采用复位杆复位机构 所以 实际设计时推杆的直径采用 2mm 3 73 7 温度调节系统的设计温度调节系统的设计 1 采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率 2 模温均匀 冷却时间短 注射速度快可以减少塑件的变形 3 对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度 提高 模温能大大改善塑件的表面状态 温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方 设计时要根据材料特性和使用 要求偏重于主要要求 调节调节 根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式 1 希望模温均一 塑件各部同时冷却 以提高生产率和提高塑件质量 31 2 采用低的模温 快速 大流量通水冷却效果一般比较好 温度调节系统应尽可能做到结构简单 加工容易 成本低廉 3 83 8 冷却系统的设计冷却系统的设计 1 设计原则 1 尽量保证塑件收缩均匀 维持模具的热平衡 2 冷却水孔的数量越多 孔径越大 则对塑件的冷却效果越好 3 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等 与制件的壁厚距离相等 经验表明 d 8 12mm L 10mm L1 1 2 d L2 1 2 d 如图所 示 4 应降低进水和出水的温差 进出水温差一般不超过 5 5 冷却水的开设方向以不影响操作为好 对于矩形模具 通常沿宽度方 向开设水孔 6 合理确定冷却水道的形式 确定冷却水管接头位置 避免与模具的其 他机构发生干涉 2 冷却水路的相关计算 a 热量 Q 的计算 Q WQ1 0 014 2 7 102 3 78KJ min 式中 Q1 PC 单位质量放出的热量 可取 2 7 102KJ Kg W 单位时间 每分钟 内注入模具中的塑料质量 由前面计算可 32 得 m t 15 9 70 0 052g s 0 014kg min b 冷却水体积流量的计算 qv 1 3 10 4m3 min 1 112 WQ c 3 3 78 104 1872720 c 冷却水道直径的计算 为使冷却水处于湍流状态 取 d 9mm d 冷却水流速的计算 v 1 6 10 4m s 2 4qv td 4 2 4 1 3 10 3 14 8 e 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热系数 h 的计算 h 3 9W m2 0 8 0 2 3 6 v f d 340 8 0 2 101 6 10 3 6 7 22 8 f 冷却管道总传热面积的计算 A 0 59m2 60WQ h 60 3 7860 3 9 402720 2 g 冷却时间的计算 t 59 1s 3600Q hA 3600 3 78 3 9 0 59 100 冷却水道尺寸设计 3 93 9 加热系统的设计加热系统的设计 由于 PC 成型时需要有较高的成型温度 所以模具需加热成型 模具加热的方法有 气体加热 工频感应加热和电阻加热 其中工频感应 加热设备较为复杂 而电阻加热设备较为简单 效率又高 较常用 相比较而言 选择电阻加热设备较为合理 电加热装置加热模具的总功率可用下式计算 P 5 56 KW 21 3600 Gcp 式中 P 加热模具所需的总功率 KW 33 G 热流道板的质量 取 108 7kg 模具初始温度 取 30 1 cp 热流道板材料比热容 取 0 46 KJ kg 模具要求加热后的温度 取 110 2 加热元件的效率 取 0 3 0 5 加热时间 取 0 5h 3 9 13 9 1 确定模架确定模架 注塑模模架国家标准有两个 即 GB T12556 1990 塑料注射模中小型 模架及其技术条件 和 GB T12555 1990 塑料注射模大型模架 前者适用 于模板尺寸为 B L 560mm 900mm 后者的模板尺寸 B L 为 630mm 630mm 1250mm 2000mm 由于塑料模具的蓬勃发展 现在在全 国的部分地区形成了自己的标准 1 模仁尺寸的确定 因为采用的是整体式型腔和镶嵌式型芯 所以模仁的大小可以任意制定 模仁所承受的力最终是传递到型腔 型芯上 从节约材料和见效模具尺寸出发 模仁的值取的越小越好 但实际中因为要考虑冷却因素 又因为经过模仁的冷 却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高 所以为了给冷却系统留有足够的空 间 该设计取模仁的大小为 270X285mm 2 模板的确定 因为采用的是整体式型腔 由于受力作用 其强度和刚度必须足够大 考 虑到导柱和导套 螺钉 冷却水孔等对模架强度 刚度的削弱作用 可取 450X550 尺寸的模板 3 模具高度尺寸的确定 各块板的厚度已经标准化 所需要的只是选择 如何选择合理的厚度 这 里有两个尺寸需要注意 34 型芯固定板厚度和型腔固定板厚度 在注射成型时型腔中有很大的成型 压力 当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时 若型芯固定板厚度不够 则极有可能使模架发生变形或者破坏 本套模具属于中小型模具 其板厚可相 对取较小值 但为了安全 取型芯固定板的厚度为 20 型腔固定板的厚度为 30 推板推出距离 在分模时塑件一般是黏结在型芯上的 需要推杆或 推板推出一定的距离才能脱离型芯 该塑件的高度 为80 mm 左右 黏结在型腔上的尺寸约 80mm 左右 所以当推出距离为 160mm 时就能使塑件和型芯分离 如果 C 板 即模脚 的高度太小 则推出的距离不 够而使塑件不能脱离型芯 如右图所示 需要满足关系 H h1 h2 h3 h 0 H C 板高度 h1 止动挡销高度 h2 推板厚度 推出距离关系 h3 推杆固定板厚度 h 推出距离 由上分析 确定模架尺寸为 450X550mm 型芯固 定板的厚度为 20 型腔固定板的厚度为 30 垫板 C 板的厚度为 100mm 模具整体高度大约为 420mm 3 9 23 9 2 导向机构导向机构 注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型 导柱导向机构用 35 于动 定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向 锥面定位机构用于动 定模之间的精密对中定位 导柱 国家标准规定了两种结构形式 分为带头导柱和有肩导柱 大型而 长的导柱应开设油槽 内存润滑剂 以减小导柱导向的摩擦 若导柱需要支撑 模板的重量 特别对于大型 精密的模具 导柱的直径需要进行强度校核 导套 导套分为直导套和带头导套 直导套装入模板后 应有防止被拔出 的结构 带头导柱轴向固定容易 设计导柱和导套需要注意的事项有 1 合理布置导柱的位置 导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚 度 导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上 通常设在长边离中心线的 1 3 处最为安全 导柱布置方式常采用等径不对称布置 或不等直径对称布置 2 导柱工作部分长度应比型芯端面高出 10 12 mm 以确保其导向与引导 作用 3 导柱工作部分的配合精度采用 H7 f7 低精度时可采取更低的配合要求 导柱固定部分配合精度采用 H7 k6 导套外径的配合精度采取 H7 k6 配合长度 通常取配合直径的 1 5 2 倍 其余部分可以扩孔 以减小摩擦 降低加工难度 4 导柱可以设置在动模或定模 设在动模一边可以保护型芯不受损坏 设在定模一边 有利于塑件脱模 3 9 33 9 3 注塑机的校核注塑机的校核 1 最大注塑量的校核 最大注射量是指注射机一次注射塑料的最大容量 设计模具时 应保证成 型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量 即 nm m1 Kmp 36 即 200 61 256 符合要求 式中 m 单个制品的质量 m1 浇注系统的质量 一般 m1 0 1 0 8 m 取 0 5m K 注射机最大注射量利用系数 一般取 0 8 mp 注射机允许的最大注射量 2 锁模力的校核 当高压的塑料熔体充满模具型腔时 会产生使模具分型面涨开的力 这个 力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力 它 应小于注射机的额定锁模力 Fp 才能保证注射时不发生溢料现象 即 Fz p nA A1 Fp 139 1500 符合要求 式中 Fz 融熔塑料在分型面上的涨开力 P 型腔压力 取 40MPa n 制品件数 为 4 个 A 单个塑件在模具分型面上的投影面积 为 867 52mm2 A1 浇注系统在模具分型面上的投影面积 一般取 0 8A 3 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核 为了使注射模具能顺利地安装在注射机上并生产出合格的塑件 在设计模 具时必须校核注射机与模具安装有关的尺寸 一般情况下设计模具时应校核的 部分包括喷嘴尺寸 定位圈尺寸 模具的最大和最小厚度及模板上的安装螺孔 尺寸等 1 喷嘴尺寸 设计模具时 主流道始端的球面必须比注射机喷嘴头部球面半径大 1 2mm 主流道小端直径要比喷嘴直径略大 0 5 1mm 以防止主流道口部积存 凝料而影响脱模 2 定位圈尺寸 为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合 模具定模板上凸 37 出的定位圈应与注射机固定模具板上的定位孔呈较松的间隙配合 3 最大 最小模厚 在设计模具时 应使模具饿总厚度位于注射机可安装模具的最大模厚与最 小模厚之间 同时应校核模具的外形尺寸 使得能从注射机的拉杆之间装入 模具厚度为 200 5mm 注射机可安装的最小模具厚度 不用垫板 为 205mm 最大模具厚度 不用垫板 为 280mm 由此可见 明显符合要求 4 安装螺孔尺寸 模具在注射机上的安装方法有两种 一种是用螺钉直接安装 另一种是有 螺钉 压板固定 用螺钉直接固定时 模具固定板与注射机模板上的螺孔应完 全吻合 4 开模行程的校核 注射机的开模行程是有限制的 塑件从模具中取出来时所需的开模距离必 须小于注射机的最大开模距离 否则塑件无法从模具中取出 其开模行程可按 下