衬套塑料模具设计.doc

常州工程职业技术学院常州工程职业技术学院 标题:塑料衬套模具设计 学 院 机电与汽车工程学院 专 业 模具设计与制造 学生姓名 马清华 学 号 2013051201 指导老师 李锐 2015年6月1日前言11 塑件成型工艺分析21.1 塑件图21.2塑件的工艺分析21.3塑件成形工艺参数确定32模具结构的确定32.1 型腔数目的确定32.2 分型面的选择43注射机型号的确定53.1注射容量的计算53.2锁模力的计算53.3注射机的选用64浇注系统设计64.1 主流道设计64. 2 分流道设计74.3冷料穴的设计74.4 浇口的设计84.5排气系统的设计95成型零件设计95.1 成型零件的结构设计95.2 成型零件钢材选用105.3 成型零件工作尺寸的计算105.4模架的确定136导向与脱模结构的设计136.2脱模机构设计14参考文献16总结17前言 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，具有生产效率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此，模具技术，特别是制造精度、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。根据国际生产协会报告，在目前阶段，工业零件粗加工的75%、精加工的50%都是由模具成型完成的。目前，美国、日本、德国等发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值；我国台湾地区模具总产值也以每年35%以上的年增长的速度增长。我国大陆地区近几年模具工业更获得飞速发展，尤其是塑料模具，在模具设计和制造水平上都有长足的发展。本文主要论述用于衬套注射模的设计过程和介绍模具各组成部分的作用。在现代中国的平均制造水平下，设计一副一模四腔的衬套注射模，能制造出符合实际工作需要的衬套。本课题能够让我充分了解熟悉模具的设计过程，也是对我的模具知识的一次综合考验，也可以使我了解我的不足。本设计能在较低成本下，制造出精度较高的衬套制作。11 塑件成型工艺分析1.1 塑件图 塑件的视图如图1所示：图1 零件图1.2塑件的工艺分析产品名称：衬套产品材料：PA产品数量：月产100000件产品特点：衬套是用途非常广泛的零件，零件简单，产量大。要求一模四件，并设计冷却管道。 该塑件为衬套，要求塑件具有很好的耐磨性。1.2.1塑件材料使用特性及用途PA有优良的力学性能，抗拉、抗压、耐磨。经过拉伸定向处理的PA，其抗拉强度很高，接近于钢的水平。因PA的结晶性很高，表面硬度大，摩擦系数小，固具有十分突出的耐磨性和自润滑性。它的耐磨性高于一般用做轴承材料的铜、铜合金、普通钢。PA耐碱、弱酸，但强酸和氧化剂能侵蚀PA。PA的缺点是吸水性强、收缩率大，常常因吸水而引起尺寸变化。其稳定性较差，一般只能在80C100C之间使用。为了进一步改善PA的性能，常在PA中加入减摩剂、稳定剂、润滑剂、玻璃纤维填料等，以克服PA存在的一些缺点，提高机械强度。11.2.2成形特点PA原料较易吸湿，因此在成形加工前必须进行干燥处理。PA的热稳定性差，干燥时为避免材料在高温时氧化，最好采用真空干燥法；PA的熔融黏度低，流动性好，有利于制成强度特别高的薄壁塑件，但容易产生飞边，故模具必须采用最小间隙；熔融状态的PA热稳定性较差，易发生降解是塑件性能下降，因此不允许PA在高温料筒内停留过长时间；PA成形收缩范围及收缩率大，方向性明显，易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷，因此应严格控制成形工艺条件。1.3塑件成形工艺参数确定PA熔程较窄，一般为34。熔融流动性较好。适合注射成型、挤出成型和吹塑成型。主要成型工艺参数如下：密度 （1.101.15） g/ cm3；收缩率 1.32.3(纵向) 0.71.7（横向）(1)干燥鼓风干燥温度905干燥时间约45h、真空干燥温度855，一般最好选择真空干燥工艺，避免热氧化变色(2)注塑工艺料筒温度: 后部190210 中部200220前部210230喷嘴200210模具温度2040注射压力6080MPa 注射周期3050S2模具结构的确定2.1 型腔数目的确定为了制模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。模具的型腔数可根据塑件的产量、精度高低、模具制造成本以及所选用注射机的最大注射量和锁模力大小等因素确定。小批量生产，采用单型腔模具；大批量生产，宜采用多型腔模具。但如果塑件尺寸较大时，型腔数将受所选用注塑机允许最大成型面积和注塑量的限制。由于多型腔模的各个型腔的成型条件以及熔体到达各型腔的流程难以取得一致，所以塑件精1度较高时，一般采用单型腔模具。该塑件精度要求不高，又是大批量生产，采用一模四件。2.2 分型面的选择分型面选择原则：1） 分型面是指分开模具能取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。 合理地选择分型面对于塑件质量、模具制造、与使用性能都有着很大的影响，模具设计时应根据塑件的结构、尺寸精度来设计。2） 不影响塑件外观，尤其是对外观有明确要求的制品，更应该注意分型面对外观的影响。3） 开模时，尽量使塑件留在动模一边，一般在动模边设脱模机构较为方便。 4） 尽力保证塑件尺寸的精度要求。 5） 应有利于侧面分型和抽芯。 6） 尽量使分型面位于料流末端，以利于排气。 7） 尽量使模具加工方便。由于本塑件的结构形状较为简单，只应在塑件最大轮廓处。如图所示：图2塑件结构简图15 3注射机型号的确定 一副模具都只能安装在与其相适应的注塑机上方能生产。因此，模具设计时应了解模具和注塑机之间的关系，了解注塑机的技术规范，使模具和注塑机相互匹配。3.1注射容量的计算注射机的理论注量，指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量(cm3).模具安装后，对模腔注射容量的计算,可以制件产品为主,计算其体积量，然后确认总体积注射量。 注射模一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的 10%-80%之间，既能保证制品的质量，又可充分发挥设备的能力，则选在 50%-80%之间为好。通过计算可得出塑件的体积 V=9.1cm3，塑件质量m1=10.01g ，流道凝料的质量m2是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来算。此设计为一模四腔，所以注塑量为：m=1.6nm1 =（1+0.6）410.01=64.064g，n 为型腔数。因此，注塑机额定注塑容量V=m/(0.8)=64.064/(0.8*1.1)=72.8cm33.2锁模力的计算 锁模力是指注塑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填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注塑机的额定锁模力必须大于该胀型力，即： F锁 F胀=A分P型 式中，F锁注塑机的额定锁模力(N)；P型模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa），一般为注塑压力的 0.30.65 倍，通常为2040 MPa，取 P型 为35 MPa。 A分 塑件和浇注系统在分型面的投影面积之和（mm2）流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 A 2 ，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积 A1 的 0.20.5倍，因此，可用0.35nA 1 来进行估算，所以 A = nA1 + A2 = nA1 + 0.35nA1 =1.35nA1 式中，由PRO/E模型分析，得模型的最大投影面积A1=1.35nA1 =427.257 mm2； N型腔数；故模具胀型力 F = A*P =1.35nA135 =808KN式中，型腔压力 P 取35 Mpa3.3注射机的选用根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，查阅参考书实用模具技术手册，选用XSZY125 卧式注射机，其主要技术参数如下：机构形式：卧式注射方式 ：螺杆式螺杆直径（mm） ：42最大注射量/ cm3或g ：125注射压力（MPa） ：119锁模力(kN)：900最大注射面积/cm3 ：320最大模具厚度(mm)：300最小模具厚度(mm)：200最大开模行程(mm)：300喷嘴球半径(mm)： 12喷嘴孔半径(mm)： 4模板尺寸/mm*mm 420*4504浇注系统设计4.1 主流道设计4.1.1主流道浇口尺寸由上述可知注塑机喷嘴球孔径 d1 =4 mm，喷嘴球半径 R1 =12mm，则主流道小端尺寸为：主流道设计成圆锥形，其锥角为。由于小端前面是球面，其深度为35mm。主流道球面半径比喷嘴球面半径大12mm。流道的表面粗糙度值Ra为0.08um。4.1.2主流道浇口套主流道浇口套一般采用碳素工具钢如T8、T10 等材料制造，热处理淬火硬度5357HRC。主流到浇口套及固定形式如下图所示。浇口套与定位圈设计成整体形式，用螺钉固定于定模板上，浇口套与模板间的配合采用H7/m6的过渡配合。图3主流道浇口套及固定形式4. 2 分流道设计4.2.1分流道的形状与尺寸分流道的截面尺寸与所用塑料的种类、塑件壁厚、形状、体积、分流道长度等多种因素有关。本设计的分流道设置在分型面上，截面形状采用加工工艺性比较好的半圆截面流道。PA塑件的流动性好，分流道较短，其截面半径为1.69.5mm4.2.2分流道的长度分流道的长度要尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和能耗。本设计只需一次分流，所以主流道到浇口的长度为610mm。4.2.3分流道的表面粗糙度由于分流道的表面粗糙度值不能太小，一般Ra值0.16m左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。4.3冷料穴的设计当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量， 在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。为了使主流道 凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有 开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用。图4 冷料穴结构图本设计选用Z字形拉料杆，工作时依靠Z字形钩将主流道凝料拉出浇口套。4.4 浇口的设计根据塑件的形状和要求，浇口形式采用侧浇口，侧浇口开在分型面上，形状为长矩形，加工方便、简单。浇口痕迹小，不太影响外观，去除浇口方便。 图4-3 浇口形式L=0.72.0mmb=1.55.0mmt=0.52.0mm4.5排气系统的设计在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低挥发气体，这些气体若不能顺利排出，塑件会由于填充不足而出现气泡接、缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。本塑件为小型塑件，且不须采用特殊的高速注射，故利用分型面和推杆的配合间隙排气即可，间隙值为0.030.05mm。5成型零件设计5.1 成型零件的结构设计5.1.1型腔的机构设计凹模是成型塑件外表面的部件，按其结构形式可分为整体式和组合式。整体式凹模是由一整块金属材料直接加工而成。其特点是为强度好，不易变形，塑件表面光滑平整，没有镶拼的痕迹。用于小型且形状简单的塑件成型。本塑件结构简单，分型面设在衬套的底面，凹模设计成通孔，且深度比较浅，易加工，故可采用整体凹模结构。5.1.2型芯的结构设计本塑件结构简单，只需一个型芯即可，采用组合式主型芯结构。图5 组合式主型芯结构图5-1所示为通孔台肩式，型芯用台肩和模板连接，在用垫板、螺钉紧固，连接牢固。5.2 成型零件钢材选用塑料模刚材的性能要求：（1）机械加工性能良好 （2）抛光性能优良 （3）耐磨性和抗疲劳性能好 （4）芯部强度高 （5）具有耐腐性能 （6）有一定的热硬性凹模的技术要求：材料：CrWMn热处理：HRC4050表面粗糙度：型腔表面Ra0.2Ra0.1，配合面Ra0.8表面处理：表面镀鉻，抛光凹模加工：模套与模块锥面配合严密处配制加工型芯的技术要求：材料：T8热处理：HRC4550表面粗糙度：型芯表面Ra0.1Ra0.025，配合面Ra0.8型芯加工：同轴度高处配制加工5.3 成型零件工作尺寸的计算工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，成型零件的加工精度和质量决定了塑件的精度和质量，工作尺寸的计算受塑件尺寸精度的制约。 取PA的平均收缩率1.65。塑件未注公差查【模塑件尺寸公差表（GB/T 14486）】可选取。5.3.1型腔径向尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.75。1） 380.28380-0.56 （Lm1）=(1+S)Ls1-x =(1+1.65%)*36.28-0.75*0.56 =38.490+0.192） 360.2836.28 -0.560（Lm2）=(1+S)Ls2-x =(1+1.65%)*36.28-0.75*0.56 =36.39+0.1905.3.2型腔深度尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.5。20.12.1 -0.20（Hm1）=(1+S)Hs1-x =(1+1.65%)*2.1-0.5*0.2 =2.030+0.065.3.3型芯径向尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.75。380.2838.28-0.560 （Lm1）=(1+S)Ls1+x =(1+1.65%)*38.28+0.75*0.56 =38.490+0.195.3.4型芯高度尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.5。360.2835.72 0+0.56（Hm2）=(1+S)Hs1+9x =(1+1.65%)*35.72+0.5*0.56 =36.58-0.190常州工程职业技术学院5.4模架的确定5.4.1模架的结构模架的结构见图6。图6模架结构图5.4.2模具安装尺寸校核模具外形尺寸为长450，宽400，高330，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便地安装在注射机上。6导向与脱模结构的设计6.1 导向机构的设计为了保证注塑模准确合模和开模， 在注塑模中必须设有导向机构。 导向机构主要起定位、导向以及承受一定侧压力的作用。导柱导向机构，包括导柱和导套两个主要零件，分别安装在动、定模两边。导柱的基本机构形式有两种。一种是除安装部分的凸肩外，长度的其余部分直径相同，称带头导柱，另一种是除安装部分的凸肩外，使安装的配合部分直径比外伸的工作部分直径大，称有肩导柱。带头导柱用于生产批量不大的模具，可以不用导套。有肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导向的模具。装在模具另一边的导套安装孔，可以和导柱安装孔以同一尺寸一次加工而成，保证了同轴度。导柱前端均须有锥形引导部分，并可设计导柱和导套时应注意以下几点： (1) 导柱应合理地均匀布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。 (2) 导柱的长度应比型芯端面的高度高出 68mm， 以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。(3) 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，常采用 20#低碳钢经渗碳 0.50.8mm，淬火5055HRC,也可采用 T8A 碳素工具钢，经淬火处理。 (4) 为了使导柱能顺利地进入导套，导柱端部应做 成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。 (5) 导柱设对称分布6.2脱模机构设计注射成型的每一周期中，必须将塑件从模具型腔中脱出，这种把塑件从型腔中脱出的机构称为脱模机构， 也可称为顶出机构或推出机构。 脱模机构的作用包括脱出、 取出两个动作。推出机构的设计原则： （1）尽量使塑件留在动模上。 （2）使制品在推出过程中不变形不损坏。 （3）推出动作可靠，更换推出零件容易。 （4）使脱模后的制品有良好的外观。6.2.1脱模力的计算由于推出力Ft的作用，使塑件对型芯的总压力（塑件收缩引起）降低了Ftsin，因此，推出时的摩擦力Fm为Fm=(Fb-Ftsin) 式中Fm-脱模时型芯受到的摩擦阻力，N； 塑件对型芯的包紧力，N； 脱模力（推出力），N； 脱模斜度； 塑件对钢的摩擦系数，约为0.10.3；所以Ft=Fb(cos-sin)=AP(cos-sin)式中 A-塑件包络型芯的面积，；P-塑件对型芯单位面积上的包紧力。一般情况下，模外冷却的塑件，P取2.4*1073.9*107Pa；模内冷却的塑件，P取0.8*1071.2*107Pa。分析本塑件可得出：=2045。Ft= AP(cos