矩形桶盖注射模具设计.doc

目录1.塑件成型工艺分析11.1塑件的材料分析11.1.1特点11.1.2成型特性11.2塑件的尺寸精度分析31.3塑件表面质量31.4塑件的结构工艺性32.成型设备选择与模塑工艺参数的编制32.1 塑件的体积和重量42.2 浇注系统凝料的初步估算42.3 注射机的选用及其技术参数42.4注射机的相关参数的校核52.4.1注射压力校核52.4.2锁模力校核62.5 成型工艺参数63.模具结构方案的确定73.1 分型面位置确定73.2 型腔数量的确定及型腔的排列形式83.3 浇注系统的设计与计算83.3.1 主流道及浇口设计83.4排气与引气系统结构的确定103.5 冷料穴设计104.成型零件的结构设计及计算114.1成型零件的结构设计114.2成型零件钢材的选用124.3成型零件工作尺寸的计算124.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算144.4.1 凹模侧壁厚度计算144.4.2 凹模底部厚度计算154.4.3 动模垫板厚度计算154.5 标准模架的选择164.5.1 模架的确定164.5.2 各模板尺寸的确定164.5.3 导柱长度确定174.5.4模架各尺寸的校核175. 脱模机构的设计与计算175.1 推出方式的确定185.2 脱模力的计算185.3校核推出机构作用在塑件上的单位压应力196.冷却系统的设计196.1 冷却介质196.2 冷却系统计算19参 考 文 献221.塑件成型工艺分析1.1塑件的材料分析该塑件作为日常用品，要具备安全无毒，化学稳定性高，不易分解等特点和价格低廉的要求；根据要求选用PP（聚丙烯）材料。无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。1.1.1特点聚丙烯的主要特点是密度小，约为0.9g/cm3。它的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。可在100以上使用。若不受外力，则温度升到150也不变形。基本上不吸水，并且有较好的化学稳定性，除对浓硅酸、浓硝酸外，几乎都很稳定。高频电性能优良，且不受温度影响，成形容易。缺点是耐磨性不够高，成形收缩率较大，低温呈脆性。热变形温度亦较低。1.1.2成型特性1）结晶性料，吸湿性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属接触易发生分解。 2）流动性好，溢边值0.03mm左右。3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热。4）成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形。5）注意控制成型温度。料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕；90以上易发生翘曲、变形。6）塑料壁厚须均匀，避免缺口，尖角，以避免应力集中。表1 聚丙烯塑料的部分技术指标技术指标值密度/(gcm-3)0.900.91收缩率(%)1.02.0透明度半透明比热容/(Jkg-1k-1)1930吸水性（24小时）（%）0.010.03屈服强度/MPa37拉伸弹性模量/GPa1.11.6弯曲强度/MPa67弯曲弹性模量/GPa1.45熔点170176热变形温度/(45MPa)(180MPa)102115，5667图1所示为方形米桶盖的零件图，其壁厚为1.75mm。图1 塑件零件图1.2塑件的尺寸精度分析塑件的尺寸要求并不严格，各尺寸均为自由尺寸，故选取低的精度等级就能满足日常的使用要求，根据GB/T 144861993，按MT5级塑料件精度来确定各尺寸的公差值。1.3塑件表面质量该塑件为方形米桶盖，要求表面光亮美观，塑件外表面应无尖锐的毛刺、斑点和明显的熔接痕。考虑到塑件表面质量高时，其模具的加工成本也会增高，根据塑件的使用要求和模具加工成本综合考虑，塑件表面的粗糙度取Ra3.2。相应地，用于成型塑件表面的模具型腔表面粗糙度定为Ra=3.2。1.4塑件的结构工艺性从零件图（图1）可看出，该塑件为外形为圆形的壳类零件，其外形结构简单、对称。总体壁厚均匀为1.75mm，属于厚壁塑件，这有利于减少塑料填充型腔时的阻力和收缩的均匀性。塑件的总体尺寸适中，成型性能良好。PP的脱模性良好,塑件易于脱模避免顶坏。2.成型设备选择与模塑工艺参数的编制图2 塑件的Pro/E模型2.1 塑件的体积和重量方形米桶盖的模型建好后，可以利用Pro/E软件的分析模型质量属性功能，方便地查出单个塑件的体积。现查得：取PP材料的密度，于是可算得单个塑件质量为：2.2 浇注系统凝料的初步估算浇注系统的凝料体积，可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。同时考虑到模具其流道会比较简单，长度也比较短，浇注系统中的凝料是很少的，现采用按塑件体积的0.2倍来进行浇注系统凝料体积的估算，所以对于初定的一模一腔，注塑机一次注入模具型腔的注射量为：2.3 注射机的选用及其技术参数根据上面2.2中估算出的一次注入模具型腔塑料总体积，再按照注射机的每次注射量应小于或等于其公称注射量的80%估算，于是有：根据以上的计算结果，现选定公称注射量为，型号为XS-ZY-500螺杆式注射机，其主要技术参数如下表2所示。表2 SZ-200/1000注射机主要技术参数技术参数值标称注射量/500螺杆直径/mm65注射压力/MPa104注射行程/mm200螺杆转速/（r/min）2080注射方式螺杆式合模力/kN3500最大成型面积/1000模板最大行程/mm500模板最大厚度/mm450模板最小厚度/mm300模板尺寸/mm700850拉杆空间/mm500440合模方式液压机械推出形式中心推出及两侧推出（530）电动机功率/kW22定位圈尺寸/mm150机器外形尺寸/m6.51.322.4注射机的相关参数的校核2.4.1注射压力校核PP所需注射压力为70120MPa，这里取，该注射机的公称注射压力，注射压力安全系数，这里取，则：，所以，注射机注射压力合格。2.4.2锁模力校核塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积，则模具型腔内的涨型力，则该注射机的公称锁模力，锁模力安全系数为，这里取，则，所以，注射机锁模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。2.5 成型工艺参数塑件注射成型工艺参数如下表所示，试模时，可根据实际情况进行必要调整。要保证塑件质量合格及稳定所必须的条件是准确而稳定的工艺参数，在调整工艺参数时原则上应按压力 时间 温度的顺序来调机，不应该同时变动两个或以上参数，防止工艺条件紊乱造成塑件质量不稳定。表3 聚丙烯注射成型的主要工艺参数工艺参数规格注射机类型螺杆式螺杆转速/（r/min）3060喷嘴形式直通式喷嘴温度/180190干燥处理温度/80100时间/h34料筒温度/前段200230料筒温度/中段180200料筒温度/后段160180模具温度/4080注射压力/MPa70120保压力/MPa5060注射时间/s15保压时间/s2050冷却时间/s2050成型周期/s401203.模具结构方案的确定3.1 分型面位置确定该塑件形状简单，原则上只需一个分型面就能顺利取出塑件，根据分型面的选择要求，现选取分型面位置如下图3中的AA处。这样有利于排气，塑件表面的成型质量会较好，也便与模具的加工。图3 分型面位置3.2 型腔数量的确定及型腔的排列形式为使产品顺利从模具中取出，模具必须分成公母两部分，此分界面被称为分型面，有分模及排气的作用，由于分型面受到塑件几何形状、尺寸精度、脱模方法、后处理工序、模具类型、排气条件、嵌件位置、浇口形式等多种因素的影响，在选择分型面时需要注意： 分型面不能选择在影响产品外观的表面（或精度要求高的表面）。 分型后塑件应尽可能留在动模一侧，以便方便取出塑件。 分型面选择应有利于成型模具的加工制造。 对于同轴度要求高的产品或容易造成错位部分，要放置在分型面的同一侧。 分型面应选在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，有利于排气。综合所选注射机的各参数，考虑到模架尺寸也不宜太大以免造成装模困难，现最终确定型腔数量为一模一腔。由于是单型腔，所以无需考虑型腔的排列形式。3.3 浇注系统的设计与计算3.3.1 主流道及浇口设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道入口处之间的一段通道。其尺寸大小与塑料流速和充模时间的长短密切相关，若太大，则造成回收冷料过多，冷却时间也会增长，而且容易产生涡流，使塑件质量下降；若流径太小，热量损失增大，流动性降低，注射压力增大，造成成型困难，而且塑件容易出现飞边。主流道设计有以下要点： 浇口套内孔锥度取值为26度，太大会造成压力减少，太小会使流速增大，造成成型困难；粗糙度在之间。 主流道大端与分流道交接处应该倒圆角R=13mm，以减小料流阻力。 主流道尽量短，小型模具应尽量小于60mm，以减少冷料回收，和热量损失。 主流道与喷嘴接触处通常设计成半球形凹坑，深度常取35mm。（1） 主流道尺寸确定由于本塑件用直接浇口方案，所以有： 主流道长度：根据主流道设计要点和对模具尺寸估算，现初取L=30mm进行设计。 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=（4+0.5）mm=4.5mm。 主流道球面半径：SR=注射机喷嘴球半径+（12）mm=（18+1）=19mm。 主流道锥角：取。 主流道大端直径：。 半球形凹坑深度：取h=5mm。 主流道大端圆角：取R=2mm。（2） 主流道的凝料体积（3）主流道当量半径 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，极易磨损，对材料的要求比较高，故将其分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。现材料选用T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。同时为了防止转，浇口套采用螺钉固定结构。一般将浇口套突出型腔底面一小段距离。与浇口套相配的定位圈直径取150mm。各形状如下图5示。（4）浇口形式确定浇口是浇注系统的关键部分，浇口的位置、类型及尺寸对塑件质量影响很大。其作用是使塑料以较快的速度进入并充满型腔。它能很快适时冷却，封闭，防止型腔内塑料熔体倒流。该塑件外表面质量要求不高，外观无特殊要求，现决定选用直接浇口，并开设在分型面上定模一侧。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，降低了模具制造成本。图4 浇注系统与塑件的三维模型3.4排气与引气系统结构的确定当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料等成型缺陷，还会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。本设计中，塑件简单，体积不大，所以模具成型空腔中的气体是很少的，根据塑件形状分析，其最后填充部位在分型面上，因此可利用分型面、推杆活动间隙、型芯嵌件间隙进行排气，就可保证塑件的质量，同时也有利于减少加工成本和不必要的工时，提高了工作效率。3.5 冷料穴设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕足料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量；通过在冷料穴末端设置拉料杆，主流道冷料穴在开模时又能起到把主流道的凝料拉出的作用。根据本方案浇口为直接浇口，为了防止冷料注入型腔，在不影响塑件使用的前提下，应该在浇口对侧设置一个深度为塑件厚度一半的主流道冷料穴。而主流道的凝料固定在塑件上，需由人工摘除，所以无需设置拉料杆拉料。图5 主流道、浇口与冷料穴4.成型零件的结构设计及计算4.1成型零件的结构设计（1） 凹模的结构设计根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体嵌入式凹模。（2） 凸模的结构设计（型芯）通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯是成型零件的内表面的大型芯，因塑件包紧力较大，所以设在动模部分。4.2成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的扛疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20（美国牌号）。对于成型塑件内表面来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此选用高合金工具钢Cr12MoV。4.3成型零件工作尺寸的计算该塑件的尺寸精度要求比较低，又没有什么配合要求，所以各尺寸均未标注公差。在实际生产中，为了简化计算，对于这类尺寸在计算时往往只加上它的收缩量，公差则按模具的经济制造精度取得。现对该塑件的成型零件尺寸计算也按这样的方式处理，公差按经济制造精度IT7级取得，而有配合要求的成型尺寸按配合精度（IT6级）取得。表4 型腔成型尺寸类型塑件上的尺寸（mm）计算公式制造公差收缩率计算结果（mm）型腔径向尺寸170：IT7级精度=1.5%13021.215.0840其它R45：IT7级精度=1.5%R10R15R1.75R599.17高度尺寸4.13：IT7级精度=1.5%1017.88表5 各型芯成型尺寸类型塑件上的尺寸（mm）计算公式制造公差收缩率计算结果（mm）型芯径向尺寸170：IT6级精度=1.5%13036.518.076.75型芯高度尺寸17：IT6级精度=1.5%103.25其它R43.25：IT6级精度=1.5%R16.75R11.75R3.25R13.25R1.75101.474.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底部的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，不能仅凭经验确定。4.4.1 凹模侧壁厚度计算根据塑件的外形尺寸，型腔侧壁厚度按刚度计算比较合理。由公式有： 各参数取值如下分析：型腔的尺寸大概为： （长），（宽），（深度）。因为，所以=0.6；E为模具材料的弹性模量，为；为许用变形量，；在实际模具的结构设计中，凹模是做成整体式的，所以型腔的侧壁厚度要保证,这是很容易满足要求。4.4.2 凹模底部厚度计算根据刚度公式有：式中，其它数值与4.4.1中相同。因此，实际设计中也要保证。4.4.3 动模垫板厚度计算动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，通过下面4.5节中选定的FUTABA标准模架是400mm450mm，其对应的垫块宽度是58mm，所以两垫块的跨度为：L=400mm582mm=284mm。模具型腔内的压力在上面的计算中已取为30MPa。现结合型腔的布置，通过公式计算，便可得到动模垫板的厚度，有：式中：是动模垫板刚度计算许用变形量，；动模垫板长度；A 为型芯投影到动模垫板上的面积，通过Pro/E软件可以快速测得型芯的投影面积为： 根据计算结果分析，计算出动模垫板厚度过厚，这会使设计的模具过于笨重，为了减少模具重量和模架高度方向的尺寸，现考虑通过增加2根支承柱来对动模垫板底部进行支撑，支承柱的直径取25mm，长度由垫块高度决定为70mm，初定两支承柱与模具中心对称布置，布置距离为230mm。这样，动模垫板厚度可减少为：最后，考虑到2支承柱的布置位置还会受到模具结构影响，其作用位置不一定就是动模垫板变形最大处。因此，为确保垫板强度，现取垫板厚度为：。4.5 标准模架的选择因为EMX自带的hasco模架容易使用，所以本设计中，标准模架的选择hasco为标准。图11为该类型模架的示意简图。4.5.1 模架的确定根据上面计算出的型腔侧壁厚度便可确定塑件在分型面上所占的宽和长（）大约为223.3mm263.9mm。模架的选择采用经验公式估算： 推板宽度满足：，查emx_tutoria标准可取得，对应标注模架宽度W=400mm。复位杆的直径d=25mm。 复位杆在长度方向的间距须满足：，查FUTABA_s标准可得，对应的标准模架的长度L=450mm。故现决定采用emx_tutorial型标准模架，规格为WL=400450mm。4.5.2 各模板尺寸的确定定模固定板尺寸，由上面的理论计算求得型腔底部厚度为mm，而凹模的深度是17mm，考虑到该处的强度和在模板上还要开设冷却水道，故根据标准值取A板厚度为80mm。动模固定板尺寸，根据标准值取为50mm。垫块尺寸=推出行程+推杆固定板厚度+推板厚度+（5-10）mm=20+25+30+（510）mm=(8085)mm,初步选定C为85mm，而厚度可按照单边与推板间距为2mm确定，所以可得58mm。脱模板厚度取36mm。4.5.3 导柱长度确定根据导柱工作部分长度至少应比型芯端面高出68 mm，以确保其导向与引导作用。该设计中，型芯高度为40mm，为满足导向要求，导柱总长应满足。所以，根据标准值，现确定导柱长度为107mm。4.5.4模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模模具设计的尺寸。（1） 模具平面尺寸400mm450mm500mm440mm（拉杆间距），校核合格。（2） 模具高度325mm，300 mm325mm450mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。（3） 模具的开模行程其中为塑件的高度（含浇注系统的高度，浇注系统高度约为30mm）；塑件被推出距离为。故校核合格。5. 脱模机构的设计与计算注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则： 塑件滞留于动模侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度部位。 结构合理可靠，便于制造和维护和能获得良好的塑件外观。5.1 推出方式的确定本塑件圆周采用脱模板，中心采用推杆的综合推出方式。脱模版推出时为了减少脱模板与型芯的摩擦，设计中在用脱模板与型芯之间留出0.25mm的间隙，并采用锥面配合，可以防脱模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。5.2 脱模力的计算塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力，若制件不带通孔，脱模时还要克服大气压力。动模型芯脱模力计算由于塑件是矩形，所以大型芯的截面形状也是矩形。矩形的边长分别为，根据，于是塑件可视为薄壁塑件，根据公式可计算该部分的脱模力，有：E是材料弹性模量（MPa），查表确定值为；S是塑料平均收缩率，；L是被包型芯的长度（mm），为；是脱模斜度，此处；是PP材料与钢材的摩擦系数，；是塑料泊松比，；一个无因次数，。5.3校核推出机构作用在塑件上的单位压应力（1） 脱模板推出面积（2） 推出应力（抗