毕业设计（论文）-ABS手机外壳注塑模设计.doc

江苏财经职业技术学院 综合毕业实践说明书 论文 标题 ABS 手机外壳注塑模设计 系 别 机机电电工程系工程系 专 业 模具模具设计设计与制造与制造 学 号 0810403220 姓 名 指导教师 2011 年 5 月 15 日 1 摘 要 本课题主要是针对 ABS 手机外壳注塑模的模具设计 通过对塑件进行工艺的分析和 比较 最终设计出一副注射模 该课题从产品结构工艺性 具体模具结构出发 对模具 的成型零部件 合模导向机构 浇注系统 侧向分型与抽芯机构 推出机构 加热和 冷却系统 排气系统 支承零部件 注射机的选择及有关参数的校核 都有详细的设 计 同时并简单的编制了模具的加工工艺 通过整个设计过程表明该模具能够达到此 塑件所要求的加工工艺 根据题目设计的主要任务是手机外壳注射模的设计 也就是 设计一副注射模具来批量生产手机外壳塑件产品 以实现自动化提高产量 关键词 关键词 手机外壳 注射模 模具结构 加工工艺 2 目目 录录 摘 要 1 目 录 2 1 塑件的成形工艺性分析 4 1 1 塑件材料的选择及其结构分析 4 1 2 ABS 的注射成型工艺 4 1 3 ABS 性能分析 5 1 4 ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施 7 2 模具结构形式的拟定 7 2 1 确定型腔数量及排列方式 7 2 2 模具结构形式的确定 7 3 注塑机型号的确定 8 3 1 有关塑件的计算 8 3 2 注射机型号的确定 9 3 3 注射机及型腔数量的校核 9 4 注射机及参数量的校核 9 4 2 分型面位置的确定 12 4 2 1 分型面的形式 12 4 2 2 分型面的设计原则 12 4 2 3 分型面的确定 12 5 浇注系统的形式和浇口的设计 13 5 1 浇注系统设计原则 13 5 2 主流道的设计 13 5 3 冷料井的设计 16 5 4 分流道的设计 17 5 5 浇口的设计 19 6 浇注系统的平衡 20 3 7 浇注系统断面尺寸计算 21 8 模架的确定和标准件的选用 23 9 合模导向机构的设计 25 9 1 机构的功用 25 9 2 导向结构的总体设计 26 9 3 导柱的设计 26 9 4 导套的设计 26 9 5 导柱与导套的配合形式 27 10 脱模推出机构的设计 27 11 侧向分型抽芯机构的设计 28 12 成型零件的设计 30 12 1 成型零件的选材 31 12 2 凹模部分的结构设计 31 12 3 凸模部分的结构设计 34 结束语 36 致 谢 37 参考文献 38 4 ABS 手机外壳注塑模设计 1 1 塑件的成形工艺性分析塑件的成形工艺性分析 1 1 塑件材料的选择及其结构分析 1 1 1 塑件 手机外壳 模型图 图图 1 1 塑件图塑件图 1 1 2 塑件材料的选择 选用 ABS 即丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 1 1 3 色调 黑色 1 1 4 生产批量 大批量 1 1 5 塑件的结构与工艺性分析 1 结构分析 塑件为手机外壳的上半部分 应有一定的结构强度 由于中间有手机的按键及手 机显示屏 后面有与后盖联接的塑料倒扣 所以应保证它有一定的装配精度 由于该 塑件为手机外壳 因此对表面粗糙度要求不高 2 工艺性分析 精度等级 采用 5 级低精度 脱模斜度 塑件外表面 40 1 20 塑件内表面 30 1 脱模斜度不包 括在塑件的公差范围内 塑件外形以型腔大端为准 塑件内形以型芯小端为准 1 2 ABS 的注射成型工艺 1 注射成型工艺过程 1 预烘干 装入料斗 预塑化 注射装置准备注射 注射 保压 冷却 脱模 塑件送下工序 2 清理模具 涂脱模剂 合模 注射 5 2 ABS 的注射成型工艺参数 1 注射机 螺杆式 2 螺杆转速 r min 30 60 选 30 3 预热和干燥 温度 C 80 85 时间 h 2 3 4 密度 g cm 1 02 1 05 5 材料收缩率 0 3 0 8 6 料筒温度 C 后段 150 157 中段 165 180 前段 180 200 7 喷嘴温度 C 170 180 8 模具温度 C 50 80 9 注射压力 MPa 70 100 10 成形时间 S 注射时间 20 90 高压时间 0 5 冷却时间 20 120 总周期 50 220 11 适应注射机类型 螺杆 柱塞均可 12 后处理 方法 红外线灯 烘箱 温度 C 70 时间 h 2 4 1 31 3 ABSABS 性能分析性能分析 1 使用性能 综合性能良好 冲击韧度 力学强度较高 且要低温下也不迅速下降 耐磨性 耐寒性 耐水性 耐化学性和电气性能良好 水 无机盐 碱 酸对 ABS 几乎无影响 尺寸稳定 易于成型和机械加工 与 372 有机玻璃的熔接性良好 经过调色可 配成任何颜色 且可作双色成型塑件 且表面可镀铬 2 成型性能 无定型塑料 其品种很多 各品种的机电性能及成型特性也各有差异 应按品 种确定成型方法及成型条件 吸湿性强 含水量应小于 0 3 必须充分干燥 要求表面光泽的塑件应要求长 时间预热干燥 流动性中等 溢边料 0 04mm 左右 流动性比聚苯乙烯 AS 差 但比聚碳酸酯 聚氯乙烯好 6 比聚苯乙烯加工困难 宜取高料温 模温 对耐热 高抗冲击和中抗冲击型树 脂 料温更宜取高 料温对物性影响较大 料温过高易分解 分解温度为 250 C 左 右比聚苯乙烯易分解 对要求精度较高的塑件 模温宜取 50 60 C 要求光泽 及耐热型料宜取 60 80 C 注射压力应比加工聚苯乙烯稍高 一般用柱塞式注塑 机时料温为 180 230 C 注射压力为 100 140 MPa 螺杆式注塑机则取 160 220 C 70 100 MPa 为宜 易产生熔接痕 模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力 模具设计 时要注意浇注系统 选择好进料口位置 形式 摧出力过大或机械加工时塑件表面呈 白色 痕迹 但在热水中加热可消失 ABS 在升温时粘度增高 塑料上的脱模斜度宜稍大 宜取 1 以上 在正常的成型条件下 壁厚 熔料温度及收缩率影响极小 3 ABS 主要技术指标 表 1 1 热物理性能 密度 g cm 1 02 1 05比热容 J kg 1K 1 1255 1674 导热系数 W m 1 K 1 10 2 13 8 31 2 线膨胀系数 10 5K 1 5 8 8 6 滞流温度 C 130 表 1 2 力学性能 屈服强度 MPa 50 抗拉强度 MPa 38 断裂伸长率 35 拉伸弹性模量 GPa 1 8 抗弯强度 MPa 80 弯曲弹性模量 GPa 1 4 抗压强度 MPa 53 抗剪强度 MPa 24 无缺口 261 冲击韧度 简支梁式 缺 口 11 布氏硬度 9 7R121 表 1 3 电气性能 表面电阻率 1 2 1013 体积电阻率 m 6 9 1014 击穿电压 KV mm 介电常数 106Hz 3 04 介电损耗角正切 0 007 耐电弧性 s 50 85 7 106Hz 1 4 ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施 主要缺陷 缺料 气孔 飞边 出现熔接痕 塑件耐热性不高 连续工作温度为 70 C 左右热变形温度约为 93 C 耐气候性差 在紫外线作用下易变硬变脆 消除措施 加大主流道 分流道 浇口 加大喷嘴 增大注射压力 提高模具预 热温度 2 2 模具结构形式的拟定模具结构形式的拟定 2 1 确定型腔数量及排列方式 一般来说 精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构 对于 精度要求不高的小型塑件 没有配合精度要求 形状简单 又是大批量生产时 若采 用多型腔模具可提供独特的优越条件 使生产效率大为提高 型腔的数目可根据模型 的大小情况而定 该塑件对精度要求不高 为低精度塑件 再依据塑件的大小 采用一模两型的模 具结构 型腔的排列方式如下图 图图 2 2 型腔排列方式型腔排列方式 2 2 模具结构形式的确定 2 2 1 多型腔单分型面模具 塑件外观质量要求不高 尺寸精度要求一般的小型 8 塑件 可采用此结构 2 2 2 多型腔多分型面模具 塑件外观质量要求高 尺寸精度要求一般的小型塑 件 可采用此结构 该塑件外观质量要求不高 是尺寸精度要求较低的小型塑件 因此可采用多型腔 单分型面的设计 从塑件上容易看出模具的分型面位置 摧出机构的设置以及浇口的位置 分型面 为单分型面垂直分型 最常用的浇口形式有 第一是侧浇口 这种浇口形式注射工艺工人比较熟悉 在 制造上加工比较方便 但不得因素是浇道流程长 热量损耗大 因此容易产生明显的 拼料痕迹 如果要得到改善 则需加大浇道尺寸 但随之浇道部份的回料增多 其次 塑料的进料口部分需去毛刺 这样既增加了去毛刺的工时 又损坏了周围的美观 第 二是点浇口 塑料注射时 在点浇口以高速注入型腔 一部份动能转变为热能 因此 塑料在会合时的热量损耗比侧浇口少 所以会合处熔合较好 熔接痕不太明显 其缺 点是塑件的正面将留下点烧口的痕迹 影响塑件的美观 并且为了取出点浇口的浇道 剩料 型腔必须移动 由于型腔重量较大 所以不方便移动 第三种是综合上述两种 浇口形式的优缺点 采用剪切浇口 因为塑件侧壁距离横浇道较远 因直接在侧壁进 料是很难实现的 因此又增设了工艺输助浇口 从而使浇注系统进一步完善 这种浇 口形式主要有以下优点 一是塑件表面无浇口痕迹 并且外表面无明显的熔接痕 所 以外观质量较好 二是浇口的位置和数量可视塑件的质量而增加 减少或改变浇口的 位置 模具修改也比较方便 三是在塑件顶出的同时 浇口剪断并脱落 可节省去毛 刺工序 并有得于机床自动化 从塑料流程尽量一致的原则出发 采用了两个剪切浇 口处都设有顶杆 用以切断剪切浇口 其工艺辅助浇口可手工去除 3 3 注塑机型号的确定注塑机型号的确定 除了模具的结构 类型和一些基本参数和尺寸外 模具的型腔数 需用的注射量 塑件在分型面上的投影面积 成型时需要的合模力 注射压力 模具的厚度 安装固 定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关 如果两者不相匹配 则 模具无法使用 为此 必须对两者之间有关数据进行较核 并通过较核来设计模具与 选择注射机型号 3 1 有关塑件的计算 9 1 体积 3 9420934 cm 曲面面积 8 7216837 cm2 密度 1 05 g cm 质量 4 1391980 g 3 2 注射机型号的确定 根据塑件的体积初步选定用 XS Z 60 卧式 型注塑机 SZ 60 40 卧式 型注塑机的主要技术规格如下表 表 1 注塑机的主要参数 理论注射容积 cm 60 螺杆直径 mm 30 注射压力 MPa 180 注射速率 g s 70 塑化能力 g s 35 螺杆转速 r min 0 200 锁模力 kN 400 拉杆有较距离 mm 220 300 移模行程 mm 250 模具最大厚度 mm 250 模具最小厚度 mm 150 锁模形式双曲肘 模具定位孔直径 mm 80 喷嘴球半径 mm SR10 喷嘴口孔径 mm 3 模板尺寸 mm 200 315 3 3 注射机及型腔数量的校核 主流道的体积约为 V cm 3 14 0 632 2 5 3 988 分流道与浇口的体积约为 V cm 13 1 1304 14 6952 该模具总共需填充塑件的体积约为 V cm 2 3 9420934 3 988 14 6952 26 5672 4 4 注射机及参数量的校核注射机及参数量的校核 4 1 注射量的校核 注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的 10 80 以内 在一个注射成形周期内 需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量 应为制件和 浇注系统两部份容量或质量之和 即 V nVz Vj 或 M nmz mj 式中 V m 一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量 cm 或 g n 型腔数目 Vz mz 单个塑件的容量或质量 cm 或 g Vj mj 浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量 cm 或 g 故应使 nVz Vj 0 8Vg 或 nmz mj 0 8mg 式中 Vg mg 注射机额定注射量 cm 或 g 根据容积计算 nVz Vj 26 5672 0 8Vg 可见注射机的注射量符合要求 4 2 型腔数量的确定和校核 型腔数量与注射机的塑化率 最大注射量及锁模力等参数有关 此外 还受塑件 的精度和生产的经济性等因数影响 可根据注射机的最大注射量确定型腔数 n 1 2 m mKmN n 式中 K 注射机的最大注射量的得用系数 一般取 0 8 mN 注射机允许的最大注射量 m 2 浇注系统所需塑料的质量或体积 g 或 cm m 1 单个塑件的质量或体积 g 或 cm 所以需要 8 942 3 6832 18608 0 n n 2 符合要求 4 3 塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核 注射成型时 塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素 其数值 越大 需要的锁模力也就越大 如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积 11 则成型过程中将会出现溢漏现象 因此 设计注射模时必须满足下面关系 nA1 A2 A 式中 A 注射机允许使用的最大成型面积 mm2 其他符号意义同前 注射成型时 模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关 为了可 靠地锁模 不使成型过程中出现溢漏现象 应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和 浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力 即 nA1 A2 p F 式中符号意义同前 所以需要 2 40 95 9 80 83200 A 查得 ABS 的平均成型压力为 30 cm2 MPa 2 4 9 5 0 9 8 30 83 2 30 2 5 F 符合要求 4 4 最大注射压力校核 注射机的额定注射压力即为它的最高压力 pmax 应该大于注射机成型时所调用的注 射压力 即 pmax Kp0 很明显 上式成立 符合要求 4 5 模具与注射机安装部份的校核 喷嘴尺寸 注射机头为球面 其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的 球面半径相适应 模具厚度 模具厚度 H 又称闭合高度 必须满足 Hmin H Hmax 式中 Hmin 注射机允许的最小厚度 即动 定模板之间的最小开距 Hmax 注射机允许的最大模厚 注射机允许厚度 150 H 250 符合要求 4 6 开模行程校核 12 开模行程 s 合模行程 指模具开合过程中动模固定板的移动距离 注射机的最大 开模行程与模具厚度无关 对于单分型面注射模 Smax s H1 H2 5 10mm 式中 H1 摧出距离 脱模距离 mm H2 包括浇注系统凝料在内的塑件高度 mm 开模距离取 H1 20 包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 40 余量取 8 则有 Smax s 20 20 28 68 符合要求 4 2 分型面位置的确定 分型面是决定模具结构形式的重要因素 它与模具的整体结构和模具的制造艺有 密切关系 并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模 4 2 1 分型面的形式 该塑件的模具只有一个分型面 垂直分型 4 2 2 分型面的设计原则 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置 浇注系统的设计 塑件的结构工艺性 及精度 形状以及摧出方法 模具的制造 排气 操作工艺等多种因素的影响 因此 在选择分型面时应综合分析 选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 确定有利的留模方式 便于塑件顺利脱模 保证塑件的精度 满足塑件的外观质量要求 便于模具制造加工 注意对在型面积的影响 对排气效果 对侧抽芯的影响 在实际设计中 不可能全部满足上述原则 一般应抓住主要矛盾 在此前提下确 定合理的分型面 4 2 3 分型面的确定 根据以上原则 可确定该模具的分型面如下图 13 分型面 图图 3 3 分型面选择分型面选择 5 5 浇注系统的形式和浇口的设计 浇注系统的形式和浇口的设计 浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道 浇注系统分为普通流道的浇环节注系统和热流道的浇注系统两大类 浇注系统的设计 是注射模具设计的一个很重要的 它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳 的成型效率有直接的影响 该模具采用普通流道浇注系统 普通浇注系统一般由主流道 分流道 浇口和冷 料穴等四部分组成 5 1 浇注系统设计原则 浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能 结构 尺寸 内外在质量等影响效大 而且还在与塑件所用塑料的利用率 成型效率等相关 对浇注系统进行整体设计时 一般应遵循如下基本原则 了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性 采用尺量短的流程 以减少热量与压力损失 浇注系统的设计应有利于良好的排气 防止型芯变形和嵌件位移 便于修整浇口以保证塑件外观质量 浇注系统应结合型腔布局同时考虑 流动距离比和流动面积比的校核 5 2 主流道的设计 14 主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间 必须使熔体的 温度降低和压力降最小 且不损害其把塑料熔体输送到最 远 位置的能力 在卧式注射机上使用的模具中 主流道垂直于分型面 为使凝料能从其中顺利拔 出 需设计成圆锥形 锥角为 2 6 5 2 1 主流道的尺寸 1 主流道小端直径 主流道小端直径 d 注射机喷嘴直径 2 3 3 2 3 取 d 5 mm 2 主流道的球半径 主流道的球半径 SR 10 1 2 取 SR 12 mm 3 球面配合高度 球面配合高度为 3 5 取 3 mm 4 主流道长度 主流道长度 L 应尽量小于 60mm 上标准模架及该模具结构 取 L 32 mm 5 主流道锥度 主流道锥角一般应在 2 6 取 4 所以流道锥度为 2 2 6 主流道大端直径 主流道大端直径 D d 2Ltg 4 6 3 mm 7 主流道大端倒圆角 倒角 D 8 0 6 mm 根据以上数据和注射机的有关参数 设计出主流道如下图 图图 4 4 主流道形式主流道形式 15 5 2 2 主流道衬套的形式 主流道部分在成型过程中 其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度 压力的塑料 熔要冷热交换地反复接触 属易损件 对材料要求较高 因而模具的主流道部分常设 计成可拆卸更换的衬套式 俗称浇口套 以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热 处理 一般采用碳素工具钢如 T8A T10A 等 热处理要求淬火 53 57 HRC 主流道 衬套应设置在模具对称中心位置上 并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴同一轴心线 图图 5 5 主流道的位置主流道的位置 主流道衬套的形式有两种 一是主流道衬套与定位圈设计成整体式 一般用于小 型模具 二是主流道衬套与定位圈设计成两个零件 然后配合在固定在模板上 该模具尺寸较小 主流道衬套可以选用整体式 设计出主流道衬套的尺寸如下图 4 16 图图 6 6 主流道的具体尺寸主流道的具体尺寸 主流道衬套的固定形式如下图 图图 7 7 衬套的固定形式衬套的固定形式 5 3 冷料井的设计 在完成一次注射循环的间隔 考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射 散热而低于所要求的塑料熔体的温度 从喷嘴端部到注射机料筒以内约 10 25mm 的深 度有个温度逐渐升高的区域 这时才达到正常的塑料熔体温度 位于这一区域内的塑 料的流动性能及成型性能不佳 如果这里相对较低的冷料进入型腔 便会产生次品 为克服这一现象的影响 用一个井穴将主流道延长以接收冷料 防止冷料进入浇注系 统的流道和型腔 把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料井 冷料穴 5 3 1 主流道冷料井的设计 主流道冷料井设计成带有摧杆的冷料井 底部由一根摧杆组成 摧杆装于摧杆固 定板上 与摧杆脱模机构连用 冷料井的孔设计成倒锥形 便于将主流道凝料拉出 当其被摧出时 塑件和流料凝道能自动坠落 易于实现自动化操作 主流道冷料井的设计如下图所示 拉料杆 动模板 冷料井 定模座板 图图 8 8 主流道冷料井的设计主流道冷料井的设计 17 5 3 2 分流道冷料井的设计 当分流道较长时 可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料井 以 储存前锋冷料 其长度为分流道直径的 1 5 2 倍 5 4 分流道的设计 该模具为一模两腔的结构 应设置分流道 分流道的设计应能满足良好的压力传 递和保持理想的填充状态 使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔 并且流动过程中 压力损失及热量损失尽可能小 能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔 5 4 1 分流道的截面面形状 常用分流道的截面面形状有圆形 梯形 U 字形和六角形等 要减少流道内的压力 损失 则希望流道的截面积大 流道的表面积小 以减少传热损失 因此可用流道的 截面积与周长的比值来表示流道的效率 圆形截面效率最高 即比表面最小 由于正 方形流道凝料脱模困难 实际使用侧面具有斜度为 5 10 的梯形流道 浅矩形及 半圆形截面流道 由于其效率低 比表面大 通常不采用 当分型面为平面时 可采 用梯形或 U 字型截面的分流道 从上述分析 为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率 该模具分流道截面采 用圆型截面 1 分流道的截面尺寸 分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积 塑件壁厚 塑件形状 所用塑料的工 艺性能 注射速率以及分流道的长度等因素来确定 A 对于壁厚小于 3mm 质量在 200g 以下的塑件 可用下述公式确定分流道的直径 D 0 2654W L2 1 4 1 其中 D 流道直径 mm W 塑件的质量 g L 分流道的长度 mm 此式计算的分流道直径限于 3 2 9 5 mm 根据前面的计算数据 有 D 0 265 4 139 552 1 4 1 1 5 mm 故不在适应范围 18 图图 9 9 分流道截面分流道截面 B 根据分流道截面形状与流动理论长度的关系和 塑料成形工艺与模具设计 表 5 3 再考虑到 ABS 的成型工艺性能 可确定分流道直径为 6mm 因此 分流道截面形状如 9 图所示 C 分流道的长度 分流道的长度应尽量短 且少弯折 分流道长度为 L 50 15 2 110 mm D 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 因此分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低 一般取 0 63 1 6 m 这样表面稍不光滑 有助于增大塑料熔体的外层流动阻力 避免熔流表面滑移 使中 心层具有较高的剪切速率 E 分流道的布置形式 分流道的布置取决于型腔的布局 两者相互影响 该模具为一模两腔 采用平衡 式布置 平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道 其长度 形状 断面尺寸等都必 须对应相等 达到各个型腔的热平衡和塑料平衡 因此各个型腔的浇口尺寸也可以相 同 达到各个型腔均衡地进料 该模具分流道为圆形截面 在定模座板和定模板上都开有分流道 其形式如下图 19 分流道 动模板 主流道衬套 定模板 定模座板 图图 1010 分流道的设计分流道的设计 F 分流道向浇口过渡部分的结构见下图 圆形分流道与矩形浇口的连接形式 图图 1111 浇口形状浇口形状 5 5 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道 它是浇注系统的关键部分 浇口的形 状 数量 尺寸和位置对塑件质量影响很大 浇口的主要作用是 1 型腔充满后 熔体在浇口处首先凝结 防止其倒流 2 易于切除浇口凝料 3 对于多型腔的模具 用以平衡进料 浇口的面积通常为分流道面积的 0 03 0 09 浇口的截面有矩形和圆形两种 20 浇口长度约为 0 5 2 mm 左右 浇口的尺寸一般根据经验公式确定 取其下限值 然后在试模时逐步修正 5 5 1 浇口的形式及特点 综合点浇口呼侧浇口两种浇口形式的优缺点 采用剪切浇口 因为塑件侧壁距离 横浇道较远 因直接在侧壁进料是很难实现的 因此又增设了工艺输助浇口 从而使 浇注系统进一步完善 这种浇口形式主要有以下优点 一是塑件表面无浇口痕迹 并 且外表面无明显的熔接痕 所以外观质量较好 二是浇口的位置和数量可视塑件的质 量而增加 减少或改变浇口的位置 模具修改也比较方便 三是在塑件顶出的同时 浇口剪断并脱落 可节省去毛刺工序 并有得于机床自动化 从塑料流程尽量一致的 原则出发 采用了两个剪切浇口处都设有顶杆 用以切断剪切浇口 其工艺辅助浇口 可手工去除 1 浇口尺寸的确定 浇口结构尺寸可由经验公式 并由 塑料模具技术手册 之 轻工模具手册之一 中图 3 31 查得 浇口深度 h 0 5 2 0 h n t 0 8 取 h 1 mm 式中 h 浇口深度 mm n 塑料系数 由塑料性质决定 t 塑件壁厚 mm 浇口宽度 b 1 5 5 0 取 b 1 8 mm 64 1 30 An b 式中 A 塑件型腔表面积 浇口长度 l 0 5 1 75 为了去除浇口方便 浇口长度 l 也可取 0 7 2 5 所以可取 l 1 0 mm 注 其尺寸实际应用效果如何 应在试模中检验与改进 A 浇口位置的选择 浇口位置的选择对塑件质量的影响极大 选择浇口位置时应遵循如下原则 避免塑件上产生缺陷 a 浇口应开设在塑件截面最厚处 b 有利于塑料熔体的流动 c 的利于型腔的排气 d 考虑塑件受力情况 e 增加熔接痕牢度 f 流动定向方位对塑件性能的影响 g 浇口位置和数目对塑件变形的影响 21 h 校核流动比 i 防止型芯或嵌件挤压位移或变形 此外 在选择浇口位置和形式时 还应考虑到浇口容易切除 痕迹不明显 不影 响塑件外观质量 流动凝料少等因素 6 6 浇注系统的平衡浇注系统的平衡 对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式 设计应尽量保证所有的 型腔同时得到均一的充填和成型 一般在塑件形状及模具结构允许的情况下 应将从 主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等 形状及截面尺寸相同 型腔布局为平衡 式 的形式 否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致 这就是浇注系统的平衡 1 分流道的平衡 在多腔模具中 熔体在主流道与各分流道 或各分流道之间的体积流量是不会相 同的 但可以认为他们的流速是相等的 以此达到各型腔同时充满的目的 为此各流 道之间应以不同的长度或截面尺寸来达到流量不等 经分析可推导 可用下式进行平 衡计算 2 1 2 1 2 1 Q Q d d L L 式中 Q1 Q2 熔融树脂分别在流道 1 和流道 2 中的流量 cm3 s d1 d2 分流道 1 和分流道 2 的直径 cm L1 L2 分流道 1 和分流道 2 的长度 cm 上式没有考虑分流道转弯局部阻力的影响 以及模具温度不均的影响 实际上尚 须对这些因素作校正 才能达到充模时间相等的目的 当分流道作平衡布置 且各型腔所需之填充量又相等时 则各流道的长度变化 长度尺寸等均应相同 2 浇口的平衡 在多型腔非平衡分流道布置时 由于主流道到各型腔的分流道长度或各型腔所需 填充流量不同 也可采用调整各浇口截面尺寸的方法 使熔融体同时充满各型腔 浇口平衡简称为 BGV balanced gate value 只要做到各型腔 BGV 值相同 基本 上能达到平衡填充 对于多型腔相同制品的模具 其浇口平衡计算公式如下 BGV LgLr Sg 式中 Sg 浇口的截面积 mm2 Lg 浇口的长度 mm Lr 分流道的长度 mm 22 浇注系统设计时一般浇口的截面积与分流道的截面积之比 SG SZ取 0 07 0 09 该模具 从主流道到各个型腔的分流道的长度相等 形状及截面尺寸都相同 显 然是平衡式的 7 7 浇注系统断面尺寸计算浇注系统断面尺寸计算 对工业上使用较合理的 30 多副注射模具 根据所用注射机的技术规格 作了几种 塑料熔体的充模计算 结果认为主流道和分流道的剪切速率 5 10 5 10 s 1 浇 口剪切速率 104 105 s 1 平衡系统的充模过程近似于等温流动 f Q Rn 的关系式可用如下的经验公式表达 2 3 3 n R Q 式中 熔体在流道中的剪切速率 s 1 Q 熔体在流道中的体积流率 cm3 s Rn 浇注系统断面当量半径 cm 1 确定适当的剪切速率 浇注系统各段的 值如下 a 主流道 s 5 10 s 1 b 分流道 r 5 10 s 1 c 点浇口 Q 105 s 1 d 其它浇口 Q 5 10 5 104 s 1 2 确定体积流率 Q 浇注系统中各段的 Q 值是不同的 a 主流道的 Qs 根据模具成型塑件的体积和所用注射机的技术规格 由下式计算 cm3 s Ps QQ 式中 Qs 主流道的体积流率 cm3 s 注射时间 s QP 模具成型塑件的体积 通常取 QP 0 5 0 8 Qn Qn 注射机的分称注射量 由 塑料模具技术手册 之 轻工模具手册之一 中表 3 10 可根据注射机的公 称注射量查得注射时间 1 0s 所以 24 3064 1 24 3 s Ps QQ b 分流道的 QR和浇口处的 QG 23 对于多点进料的单腔模 或各型腔相同的多腔模 若分流道采用平衡式布置 则 各分流道及浇口中的体积流率为 QR QG Qs m cm3 s 式中 QR QG 分流道或浇口中的体积流率 cm3 s m 分流道的数目 所以 QR QG 24 3 2 12 15 cm3 s 由上述经验公式可算出 a 主流道 mm 260 2 5 3 3 3 24 s n R b 分流道 mm 527 2 5 0 3 315 12 R n R c 浇口 mm 740 0 100 3 315 12 G n R 以上浇注系统断面的确定也可以根据 Q Rn 关系曲线图直接查得 8 8 模架的确定和标准件的选用模架的确定和标准件的选用 在学校作设计时 模架部分要自行设计 在生产现场设计中 尽可能选用标准模 架 确定出标准模架的形式 规格及标准代号 模架尺寸确定之后 对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算 以校核所选模架 是否适当 尤其时对大型模具 这一点尤为重要 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 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸 再结合标准模架 可选用标准模架 200 L 其中 L 取 315mm 可符合要求 模架上要有统一的基准 所有零件的基准应从这个基准推出 并在模具上打出相 应的基准标记 一般定模座板与定模固定板要用销钉定位 动 定模固定板之间通过 导向零件定位 脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位 模具通过浇注套 24 定位圈与注射机的中心定位孔定位 动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位 垫 快不需要与动模固定板用销钉精确定位 顶出垫板不需与顶出固定板用销钉精确定位 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隙 即在装配 调试 维修过程中 可以方便地分开两块模 板 分模隙常见形式如下 图图 1212 分模隙 分模隙 1 1 图图 1313 分模隙 分模隙 2 2 8 1 定模固定板 定模座板 250 315 厚 25mm 主流道衬套固定孔与其为 H7 m6 过渡配合 通过 6 个 10 的内六角螺钉与定模固定板连接 定模垫板通常就是模具与注射机连接处的定模板 8 2 定模板 200 315 厚 25mm 上面的型腔为整体式 有四个型芯固定孔 25 其导柱固定孔与导柱为 H7 m6 过渡配合 8 3 动模固定板 250 315 厚 25mm 用于固定型芯 凸模 导套 为了保证凸模或其它零件固定稳固 固定板应有一 定的厚度 并有足够的强度 一般用 45 钢或 Q235A 制成 最好调质 230 270HB 导套孔与导套为 H7 m6 或 H7 k6 配和 型芯孔与其为 H7 m6 过渡配合 8 4 动模板 200 315 厚 32mm 其注射机顶杆孔为 50mm 其上的推板导柱孔与导柱采用 H7 m6 配合 8 5 动模垫板 又称支承板 200 315 厚 32mm 垫板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板 它的作用是防止型腔 型芯 导柱或顶杆等脱出固定板 并承受型腔 型芯或顶杆等的压力 因此它要具有较高的 平行度和硬度 一般采用 45 钢 经热处理 235HB 或 50 钢 40Cr 40MnB 等调质 235HB 或结构钢 Q235 Q275 还起到了支承板的作用 其要承受成型压力导致的模板 弯曲应力 8 6 垫块 40 315 厚 63mm 8 6 1 主要作用 在动模座板与动模垫板之间形成顶出机构的动作空间 或是调 节模具的总厚度 以适应注射机的模具安装厚度要求 8 6 2 结构型式 可为平行垫块 拐角垫块 该模具采用平行垫块 8 6 3 垫块一般用中碳钢制造 也可用 Q235A 制造 或用 HT200 球墨铸铁等 8 6 4 垫块的高度计算 h垫块 h推出距离 h推板 h推杆固定板 15 16 20 12 63 mm 式中 顶出行程的余量 一般为 5 10mm 以免顶出板顶到动模垫板 8 6 5 模具组装时 应注意左右两垫块高度一致 否则由于负荷不均匀会造成动 模板损坏 8 6 7 推杆固定板 118 315 厚 16mm 固定推杆 26 8 6 8 推板 118 315 厚 20mm 9 9 合模导向机构的设计合模导向机构的设计 注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型 导柱导向用于动 定模 之间的开合模导向和脱模机构的运动导向 锥面导向机构用于动 定模之间的精密对 中定位 9 1 机构的功用 导向机构的功用 1 定位作用 2 导向作用 3 承载作用 A 定位机构的功用 对于薄壁 精密塑件注射模 大型 深型腔注射模和生产批量大的注射模 仅用 导柱导向机构是不完善的 还必须在动 定模之间增设锥面定位机构 有保持精密定 位和同轴度的要求 当采用标准模架时 因模架本身带有导向装置 一般情况下 设计人员只要按模 架规格选用即可 若需采用精密导向定位装置 则须由设计人员根据模具结构进行具 体设计 此模具为小型模具 对精度要求也不是很高 所以不需要用定位机构 可直接由 导向机构定位 9 2 导向结构的总体设计 1 导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位 其中心至模具边 缘应有足够的距离 以保证模具的强度 防止导柱和导套压入后变形 2 该模具采用 4 根导柱 其布置为等直径导柱不对称布置 3 该模具导柱安装在动模固定板上 导套安装在定模固定板上 4 为了保证分型面很好的接触 导柱和导套在分型面处应制有承屑板 即可削去 一个面或在导套的孔口倒角 5 各导柱 导套及导向孔的轴线应保证平行 6 在合模时 应保证导向零件首先接触 避免凸模先进入型腔 导致模具损坏 7 当动定模板采用合并加工时 可确保同轴度要求 27 9 3 导柱的设计 1 该模具采用带头导柱 且不加油槽 2 导柱的长度必须比凸模端面高度高出 6 8mm 3 为使导柱能顺利地进入导向孔 导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分 4 导柱的直径应根据模具尺寸来确定 应保证具有足够的抗弯强度 该导柱直径 由标准模架知为 20 5 导柱的安装形式 导柱固定部分与模板按 H7 m6 配合 导柱滑动部分按 H7 f7 或 H8 f7 的间隙配合 6 导柱工作部分的表面粗糙度为 Ra0 4 m 7 导柱应具有坚硬而耐磨的表面 坚韧而不易折断的内芯 多采用低碳钢经渗碳 淬火处理或碳素工具钢 T8A T10A 经淬火处理 硬度为 55HRC 以上或 45 钢经调质 表 面淬火 低温回火 硬度 55HRC 以上 9 4 导套的设计 1 结构形式 采用带头导套 型 导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻 再分别扩孔 以保证其配合精度 2 导套的端面应倒圆角 导柱孔最好做成通孔 利于排出孔内剩余空气 3 导套孔的滑动部分按 H8 f7 或 H7 f7 的间隙配合 表面粗糙度为 Ra0 4 m 导 套外径按 H7 m6 或 H7 k6 配合镶入模板 4 导套材料可用淬火钢或铜 青铜合金 等耐磨材料制造 但其硬度应低于导柱 的硬度 这样可以改善摩擦 以防止导柱或导套拉毛 9 5 导柱与导套的配合形式 导柱与导套的配用形式要根据模具的结构及生产要求而定 该模具采用的配合形 式如下图所示 28 图图 9 19 1 导柱与导套的配用导柱与导套的配用 10 10 脱模推出机构的设计脱模推出机构的设计 1 通常推杆装入模具后 其端面应与型腔底面平齐 或高出型腔底面 0 05 0 10mm 2 推杆与推杆固定板 通常采用单边 0 5mm 的间隙 这样可以降低加工要求 又 能在多推杆的情况下 不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡 死现象 3 推杆的材料常用 T8 T10 碳素工具钢 热处理要求硬度 HRC50 工作端配合 部分的表面粗糙度为 Ra0 8 脱模阻力计算 塑件壁厚与其内孔直径之比小于 1 20 为薄壁壳体形塑件 且塑件断面为矩环形 故所需脱模力的计算公式如下 N 10 1 cos8 1 B K tgftL Q 式中 E 塑料的拉伸模量 MPa 可由表查得 ABS 的拉伸模量为 1 91 1 98 塑料成型平均收缩率 可由表查得 ABS 成型平均收缩率为 0 4 0 7 29 t 塑件的平均壁厚 mm L 塑件包容型芯的长度 mm 塑料的泊松比 可由表查得 ABS 的泊松比为 0 38 脱模斜度 该模具脱模斜度选定为 2 f 塑料与钢材之间的磨擦系数 可查得 ABS 与钢材的磨擦系数为 0 20 0 25 r 型芯大小端平均半径 mm B 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积 cm2 当塑件底部上有 孔时 10B 项应视为零 K1 由 f 和 决定的无因次数 可由下式计算 1 cossin1 1 fK 也可根据塑料与钢材的磨擦系数和脱模斜度由表查得 K1 1 0070 代入计算 得 3 64 kNQ 11 11 侧向分型抽芯机构的设计侧向分型抽芯机构的设计 如图 14 所示弹簧抽芯机构 型芯处在定模一边 脱模时 可实现先由上示侧抽芯 机构控制的抽芯动作 然后再实现塑件的脱模 侧型芯具体尺寸的确定 动模板 滚轮 侧型芯 30 图图 1414 侧型芯的抽芯方式侧型芯的抽芯方式 1 侧抽芯的基本尺寸 根据模具的整体结构尺寸和抽芯机构抽芯距及抽芯力的计 算 可确定抽芯机构型芯部分侧型芯的具体尺寸如下图 图图 1515 侧型芯侧型芯 侧型芯外挡块的设计 形式如下图 16 所示 2 侧抽芯的导滑形式 采用圆形导滑孔 侧抽芯与导滑孔之间是间隙配合 配合 精度可选 H8 f7 或 H8 f8 导滑孔硬度应达到 HRC52 56 3 为了开之前 侧抽芯机构能够顺利地实现抽芯动作 需在型芯固定板上装 4 个 对称布置的弹簧顶销 a 顶销为圆头销 材料 35 钢 热处理 43 48HRC b 弹簧的规格及尺寸 圆柱螺旋压缩弹簧 材料 65Mn 型号为 1 6 12 24 7 类 此弹簧受变负荷作用 次数在 106次以上 最大工作负荷为 103 55N 4 该模具在开模时同由于弹簧顶销差距的作用 使得开模过程是先实现侧抽芯动 作后再开模 因此不会造成塑件纵向开模时损坏的情况 31 图图 1616 侧型芯挡块侧型芯挡块 12 12 成型零件的设计成型零件的设计 成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件 通常有凹模 型芯 各种成 形杆和成形环 模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算 塑料模具型腔在成型过程中 受到熔体的高压作用 应具有足够的强度和刚度 如果型腔侧壁和底板厚度过小 可 能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏 也可能因刚度不足而产生挠曲变形 导致溢 料飞边 降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模 因此 应通过强度和刚度计算来确定型 腔壁厚 尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔 更不能单纯凭经验来确定 型腔壁厚和底板厚度 注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件 通常包括了凹模 型芯 成型杆 等 凹模用以形成制品的外表面 型芯用以形成制品的内表面 成型杆用以形成制品 的局部细节 成形零件作为高压容器 其内部尺寸 强度 刚度 材料和热处理以及 加工工艺性 是影响模具质量和寿命的重要因素 设计时应首先根据塑料的性能 制件的使用要求确定型腔的总体结构 进浇点 分型面 排气部位 脱模方式等 然后根据制件尺寸 计算成型零件的工作尺寸 从 机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸 以及机加工工艺要求等 此 外由于塑件融体有很高的压力 因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核 在工作状态中 成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦 在冷却固化中形 成了塑件的形体 尺寸和表面 在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力 在上万次 32 甚至上几十万次的注射周期 成型零件的形状和尺寸精度 表面质量及其稳定性 决 定了塑件制品的相对质量 成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力 作为高压 容器 它的强度和刚度必须在容许范围内 成型零件的结构 材料和热处理的选择及 加工工艺性 是影响模具工作寿命的主要因素 12 1 成型零件的选材 对于模具钢的选用 必需要符合以下几点要求 1 机械加工性能良好 要选用易于切削 且在加工以后能得到高精度零件的钢种 2 抛光性能优良 注射模成型零件工作表面 多需要抛光达到镜面 Ra 0 05 m 要求钢材硬度在 HRC35 40 为宜 过硬表面会使抛光困难 钢材的显微 组织应均匀致密 极少杂质 无疵斑和针点 3 耐磨性和抗疲劳性能好 注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷 而且还受冷热 温度交变应力作用 一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度 但韧性差易形成表面 裂纹 不以采用 所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数 能长期保持型腔的尺寸 精度 达到所计划批量生产的使用寿命期限 4 具有耐腐蚀性 对有些塑料品种 如聚氯乙稀和阻燃性的塑料 必须考虑选用 有耐腐蚀性能的钢种 根据塑件表面质量比较高决定模具表面质量更高这一事实 再依照上述标准 故 笔者在设计成型零件 凹模 中选用了镜面钢 PMS PMS 10Ni3CuAlVS 的供货硬度为 HRC30 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 HRC40 45 耐磨性好且处理过程变形小 由于材质纯净 可作镜面抛光 还有较好的 电加工及抗锈蚀性能 12 2 凹模部分的结构设计 1 凹模的结构形式 凹模可由整块材料制成 制成整体式凹模 凹模位于定模板上 因为模具为一模 两腔的结构 所以需要采用两个型腔 2 凹模尺寸的计算 为计算简便起见 凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸 即公差为正 凡 33 是轴类尺寸均以最大尺寸作为公称尺寸 即公差为负 a 凹模径向尺寸计算 凹模径向尺寸的计算采用平均尺寸法 公式如下 z scpM LSL 4 3 1 式中 凹模径向尺寸 mm M L 塑件的平均收缩率 ABS 收缩率为 0 3 0 8 平均收缩率为 cp S 0 55 塑件径向公称尺寸 mm s L 塑件公差值 mm 3 4 项系数随塑件精度和尺寸变化 一般在 0 5 0 8 之间 取 0 6 凹模制造公差 mm 当尺寸小于 50mm 时 z 1 4 当塑件尺寸大于 z 50mm 时 z 1 5 塑料的最小收缩率 min S 凹模长度尺寸计算为 12 0