一次性清洗器外筒注塑模具设计.doc

一次性清洁器外筒注塑模具设计一次性清洗器外筒注塑模具设计（江西理工大学，材料科学与工程学院，金属材料093）摘要：分析了一次性清洗器外筒塑件的结构特点 ,针对塑件脱模过程中的难点 ,设计了一种非常规抽芯的注射模结构 ,介绍了模具工作过程 ,并对模具设计与制造中的一些关键问题加以详述。实践证明 ,该模具设计合理、动作可靠 ,对同类塑件的注射模设计有一定的参考价值关键词： 注射模 清洗器外筒 模具设计一、工艺参数的确定1、 塑件结构特点 图1、1 所示塑件为一次性清洗器外筒, 材料为PP, 属于长筒薄壁件, 壁厚1. 2mm, 长165. 2mm, 在筒的底部有一圆环和一翼状结构, 筒外表面一侧有刻度线, 凸起0. 3mm。要求壁厚均匀, 表面光滑, 无飞边。一次性清洗器的结构类似于普通的注射器, 使用方法也大致相同, 只是其外侧的圆环使其固定在支架上。2、成型工艺性分析 （1）精度等级。查相关文献可知聚丙烯（PP）一般采用等级MT3. (2)脱模斜度。该塑件壁厚为1. 2mm,其脱模斜度参考文献可知，内表面2545，外表面2045。3、热塑性塑料的注射过程及工艺参数 （1）注射成型过程a.成型前的准备。b.注射过程。塑料在注射机筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却、脱模等阶段。c.塑件的后处理。（2）PP热性塑料注塑机成型特点吸水率003o04熔点160175分解温度350最大结晶速度的温度120130料筒温度210280射嘴温度比料筒温度低1030射胶压力70120MPa聚丙烯聚丙烯(简称PP)为非极性的结晶性高聚物，注塑时一般不需要进行干燥，必要时可在80100下干燥34h。当生产薄壁制品时，料筒温度可适当提高到280300。C；当生产厚壁制品时，为了防止熔料在料筒内停留时间过长而分解，料筒温度应适当降低至200230。C，但料筒温度过低，大分子定向程度增加，制品容易产生翘曲变形。生产上经常采用的注塑模具温度约为7090，在这种情况下，不仅有利于结晶，而且还有利于大分子的松弛，从而减少分子的定向作用，并可降低内应力。如果模温过低，冷却速度太快，浇口过早冷凝，不仅结晶度低，密度小，而且制品内应力较大，甚至引起充模不满和制品缺料的现象。冷却速度不仅影响结晶度，还影响晶体结构。急冷时呈碟状液晶结构，缓冷时呈球晶结构。晶体结构不同则制品的物理力学性能也各异。此外，由于聚丙烯的玻璃化温度低于室温，当制品在室温下存放时常发生后收缩(制品脱模后发生的收缩)现象，其原因是聚丙烯在这段时间内仍在结晶，后收缩量随制品厚度而定，越厚的制品，后收缩越大。后收缩总量的90约在制品脱模后6h内完成，剩余lo约发生在随后的lo天内，所以制品在脱模24h后基本可以定型。成型时，缩短射出和保压时间，提高射出和模具温度都可减少后收缩。对尺寸要求较高的制品，应进行热处理。二、模具的设计1、分型面的设计分型面是模具结构中的基准面，直接关系到塑件质量，模具力的工艺性和注射成型效率。故确定分型面是模具设计的重要环节，选择时遵循以下的基本原则：a、保持塑件外观整洁。b、应利于排气：分型面尽量和物料流动的末端相重合。c、开模时塑件留在动模一侧：以利于塑件的顶出脱模。d、应容易保证塑件的精度要求。e、应力求简单适用并易于加工：对开头较复杂的分型面应选择贯通的结构形式。 f、考虑侧向分型面与主分型面的协调。g、分型面应与注射机的参数相适应。h、考虑脱模斜度的影响。 i、嵌件和活动型芯应安装方便。 该模具的分型面选择在与开模方向垂直的方向上。定模型芯利用开模动作从塑件中取出，塑件外侧凸凹利用滑块来成型，分型距离短，下面的尖部可以在另外一块模块中成型，塑件成型精度比较高，模具结构也相对比较简单。 分型面的形式与位置2、确定型腔数量及排列方式 由于塑件的外壁上有一圆环和刻度线, 故需要侧向分型。模具结构见图1.2 所示, 模具1 模4 腔, 采用主、侧视图合一( 90b转角的画法, 即以中心线为界, 主、侧视图各画一半, 合二为一) 。型腔的布置情况与以往遇到的这种长筒薄壁件的常规设计不同,主型芯2 固定在定模板8 上, 滑块6 固定在支承板13 上。而常规的斜导柱带动滑块侧向分型、推件板推出塑件的方法会使推件板比较笨重, 流道无法排布的难题。3、浇注系统形式与浇口的设计浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。通常由：浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。浇注系统的作用是：a、保证熔融金属平稳均匀、连续地充满型腔。b、阻止熔渣、气体和沙粒随熔融金属进入型腔。c、控制铸件的凝固顺序。d、供给铸件冷凝收缩是所需补充的金属溶液（补缩）。普通浇注系统可分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴、浇口。同时，该模具采用在滑块分型面上的潜伏浇口, 位置在塑件翼状结构的两侧。设计流道时, 充分考虑了流动的平衡, 从图3 中可以看出浇口的位置和流道的形状。在滑块盖板4 上设计有拉料机构, 开模时, 流道凝料会从浇口套3 和定模板8 中被拉出, 待滑块6开模后自动落下。（1） 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的的顺利拔出。 （2）浇口套浇口套又叫唧嘴、灌嘴、浇口灌等，是让熔融的塑料材料从注塑机的喷嘴注入到模具内部的流道组成部分，用于连接成型模具与注塑机的金属配件。 该模具采用T10A钢，热处理硬度为50HRC55HRC. (3)冷料穴的设计 开模时应将主流道中的凝料拉出，故冷料穴直径应稍大于主流道大端直径。由于该模具具有垂直分型面即侧向分型，冷料穴分别开在左右瓣合模处。开模时，将主流道中的凝料拉出；侧向分型时，冷料穴中的凝料及塑件同时被推出。该模具采用底部无杆的圆环槽冷料穴。（4）浇口的设计浇口可以理解成熔融塑料通过浇注系统进入型腔的最后一道“门”，是连接分流道和型腔的进料通道。它具有两个功能：第一， 对塑料熔体流入型腔起着控制作用；第二，当注塑压力撤销后，封锁型腔，使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流。浇口形状和尺寸对塑件质量影响很大，浇口在多数情况下是流道中截面尺寸最小的部分（除主流道型的浇口外），其截面积与分流道的截面积之比约为0.03-0.09，截面形状多为矩形或圆形，浇口台阶长1-1.5mm左右。该模具采用在滑块分型面上的潜伏浇口, 位置在塑件翼状结构的两侧。采用潜伏式浇口的原因：1） 进料浇口一般都在塑件的内表面或侧面隐蔽处，不影响产品外观。2） 制品成型后，在顶出时会与塑件自动拉断。因此，易于实现生产自动化。3） 由于潜伏式浇口可设置在制品表面见不到的筋、柱上，成型时不会在制品表面留下由于喷射带来的喷痕和气纹。4、模具形式结构的确定按图2 的设计方案, 如果采用斜导柱侧抽机构,开模的顺序将是先侧向分型, 而由于收缩产生的包紧力, 塑件将停留在主型芯2 上, 难以脱模。据此分析, 开模的顺序应该是先使主型芯2 抽出一定距离, 然后再侧向分型。如果主型芯2 完全抽出, 则由于塑件有可能倒向一侧滑块中影响脱模, 所以采用导向板脱模机构来控制主型芯2 的脱模状态。开模初期导向板10 的直槽部分迫使滑块6 保持合模状态, 主型芯2 抽出。待其抽出一定距离后, 滑块6 上的导向销5 进入导向板10 的斜槽部分, 滑块6 随之开模。滑块盖板4 既可成型塑件底部翼状结构, 也是为了在底部托起塑件, 使其从主型芯2 中抽出。为保证有足够的强度, 导向板10 的滑槽做成封闭状。5、成型零件的结构设计根据塑件壁厚均匀的特点, 要求型芯必须对称。如果将主型芯悬空, 由于注射压力的冲击很容易造成塑件薄厚不均, 在主型芯2 上头部的小型芯18 顶端插入成型推杆19。这种设计又使得小型芯18和成型推杆19 成为易损件, 为此主型芯2 和小型芯18 采用分体设计。同理, 动模型腔套21 和成型推杆导套22 也采用分体设计。分体设计的好处还在于可以节约材料。6、滑块的设计 滑块6 是模具设计的重点, 它直接影响着塑件的质量。为使合模准确, 在左右滑块间装有圆锥定位套, 为保证壁厚均匀, 在动模板12 上设有定位柱23, 以限制左右滑块的合模终止位置。由于滑块6 的合模面积比较大, 锁紧块9又很长, 在动模板12 上又设置了反锁紧装置, 以克服锁紧块9 外张的趋势, 其力量大小由镶条11 调节。滑块6 沿型腔分布方向很长, 如果两侧再增设滑道, 势必更增长滑块6 的长度, 而为使其长宽比合理, 还需增加其宽度, 结果会造成模具体积增大很多。为此, 在设计中采用了T 型槽滑块导向方式。7、推出机构的设计 在注射模中，将冷却固化后的塑料制品及浇注系统（水口料）从模具中安全无损坏地推出的机构称为脱模机构，也叫顶出机构或推出机构。安全无损坏是指脱模时塑件不变形，不损坏，不粘模，无顶白，顶针位置位不影响塑件美观。8、 模具制造要点 由于模具设计的特点决定了模架自制, 为了在增加强度的同时又不增加模具体积, 定模板8 与动模板12 与锁紧块9 相关的部分做成一体。装配时调整锁紧块9 和镶条11, 使滑块6 合紧后, 定模板8 与滑块盖板4 间有0. 4 mm 的间隙, 以在锁模时产生一定的预紧力。装配时还要注意导向销5 与导向板10 滑槽的配合, 要保证主型芯2 在抽出的过程中滑块6 不松动, 以免损坏塑件表面的刻度线。 型腔可以先粗抛光, 然后通过左右滑块间的圆锥定位套将其固定在一起, 再整体精抛光型腔, 减少塑件上合模线的痕迹。9、 模具工作过程 模具装配试模完毕后，模具进入正式工作状态，其基本过程如下：（1）对塑料PP进行烘干，并装入料斗。（2）清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热。（3）合模，锁紧模具。（4）对塑件进行预塑化，注射装备准备注射。（5）注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。（6）脱模过程：a.开模时, 定模板8 与滑块6 上表面分开, 主型芯2 从塑件中抽出, 流道凝料从浇口套3 和定模板8中被拉出。b.继续开模, 导向销5 带动滑块6 分型, 塑件仅剩头部留在动模型腔套21 内。C.注射机推杆向前运动, 推动成型推杆19 推落塑件。10、结束语将塑件倒置, 利用导向板代替斜导柱完成侧向抽芯动作。该模具经生产实践验证, 开合模动作平稳、可靠, 塑件表面刻度线无划伤, 质量符合设计和使用要求。参考文献: 1 申长雨, 翟明, 陈静波. 塑料注射成型保压过程数值模拟 J . 高分子材料科学与工程, 2000, 1( 1) . 2 申长雨, 陈静波, 刘春太. 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The practice proved that this mold design reasonable and reliable, and the same plastic parts for the design of injection mould has certain reference valueKeywords: Injection mould for cleaning the cylinder mold design附录: 随着我国制造业的国际地位的不断提高,模具工业获得了飞速的发展,模具的需求量也成倍增加,其生产周期愈来愈短。而模具生产是多品种小批量生产,乃至单件生产。其特点为:品种多样化;生产过程多样化;生产能力复杂化。为解决这一问题,首先要普及CAD 技术,利用现代的CAD/CAM/CAE 技术,才是经济、快捷的模具开发设计制造手段,也是其今后的发展方向。CATIA是目前最具影响力的CAD系统软件之一,它已在不同的领域被普及,被众多的用户所青睐。CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子/电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA在塑料模具设计和分析阶段充分应用了参数化特征造型技术和数据库技术以及自由形式特征技术,为模具设计提供了强有力的工具。塑料模具中的标准件,如标准模具架、顶出机构、浇注系统、冷却系统等都采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法进行设计或建立标准件库以实现数据共享,同时满足用户对设计的随时修改,使模具的设计分析快速、准确、高效。参数化特征造型不仅可以完整地描述产品的