电动助力车电池盒盖注塑模设计及数控加工程序设计

前 言 1 目 录 摘 要 I ABSTRACT 英文摘要 目 录 第一章第一章 引引 言言 1 1 1 模具工业在国民经济中的地位 1 1 2 各种模具的分类和占有量 1 1 3 我国模具工业的现状 2 1 4 世界五大塑料生产国的产能状况 3 1 5 我国模具技术的现状及发展趋势 4 第二章 塑料的工艺分析 7 2 1 塑件成形工艺分析 7 2 2 电池盒盖原料 ABS 的成型特性与工艺参数 8 第三章 注塑设备的选择 9 3 1 估算塑件体积 9 3 2 选择注射机 9 3 3 模架的选定 10 3 4 最大注射压力的校核 10 第四章 塑料件的工艺尺寸的计算 12 4 1 型腔的径向尺寸 12 4 2 型芯的计算 13 4 3 模具型腔壁厚的计算 13 第五章 浇注系统的设计 14 5 1 主流道的设计 14 5 2 冷料井的设计 15 5 3 分流道的设计 15 5 4 浇口的选择 19 第六章 分型面的选择与排气系统的设计 21 6 1 分型面的选择塑件成形工艺分析 21 前 言 2 6 2 排气槽的设计 21 第七章 合模导向机构的设计 22 第八章 脱模机构的设计 23 第九章 温度调节系统的设计 23 91 模具冷却系统的设计 24 9 2 模具加热系统的设计 25 第十章 模具的装配 25 10 1 模具的装配顺序 26 10 2 开模过程分析 27 第十一章 典型零件的数控加工程序 28 结论 33 参考资料 34 致 谢 34 前 言 3 摘 要 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一 而注塑模具是其中发展较快的种类 因此 研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义 本设计介绍了注射成型的基本原理 特别是单分型面注射模具的结构与工作原理 对 注塑产品提出了基本的设计原则 详细介绍了冷流道注射模具浇注系统 温度调节系统和 顶出系统的设计过程 并对模具强度要求做了说明 最后介绍了当今世界上最为普及的三 维 CAD CAM 系统标准软件 PRO ENGNEER 的 PROGRAM 模块 对导柱和导套进行了参数化设计 通过本设计 可以对注塑模具有一个初步的认识 注意到设计中的某些细节问题 了 解模具结构及工作原理 通过对 PROGRAM 的学习 可以建立较简单零件的零件库 从而有 效的提高工作效率 关键词 塑料模具 参数化 镶件 分型面 前 言 4 Summary The plastics products to have already with daily life wait the aspect to acquire the extensive application at the industry agriculture national defense Especially in the electronic industry then and particularly for outstanding Electronics product that the outer shell spare parts that exaltation is mostly plastics function that request the high quantity Type craft with product the design The plastics products of the type method is a lot of Among them most of inject die casting to compatibly press type etc But inject the mold extrude extrude roughly share type total amount of 60 above inject the type is divided in to add the material meltdown plastics and inject to make piece to cool off with make the piece to take off the mold to wait five steps Certainly if make use off the electricity control Can realize half auto or automatic homework Because inject the mold the type s extensive suitable for use exactly the basic point of departure of my this design 前 言 5 第一章 前 言 1 1 模具工业在国民经济中的地位 模具是制造业的一种基本工艺装备 它的作用是控制和限制材料 固态或 液态 的流动 使之形成所需要的形体 用模具制造零件以其效率高 产品质 量好 材料消耗低 生产成本低而广泛应用于制造业中 模具工业是国民经济的基础工业 是国际上公认的关键工业 模具生产技 术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 它在很大程度上 决定着产品的质量 效益和新产品的开发能力 振兴和发展我国的模具工业 正日益受到人们的关注 早在 1989 年 3 月中国政府颁布的 关于当前产业政策 要点的决定 中 将模具列为机械工业技术改造序列的第一位 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分 又是高新技术产业化的重要 领域 模具在机械 电子 轻工 汽车 纺织 航空 航天等工业领域里 日 益成为使用最广泛的主要工艺装备 它承担了这些工业领域中 60 90 的产 品的零件 组件和部件的生产加工 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上 仅以汽车 摩托车行业的模 具市场为例 汽车 摩托车行业是模具最大的市场 在工业发达的国家 这一 市场占整个模具市场一半左右 汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一 汽车工业重点是发展零部件 经济型轿车和重型汽车 汽车模具作为发展重点 已在汽车工业产业政策中得到了明确 汽车基本车型不断增加 2005 年将达到 170 种 一个型号的汽车所需模具达几千副 价值上亿元 为了适应市场的需 求 汽车将不断换型 汽车换型时约有 80 的模具需要更换 中国摩托车产量 位居世界第一 据统计 中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型 1000 多个型 号 单辆摩托车约有零件 2000 种 共计 5000 多个 其中一半以上需要模具生 产 一个型号的摩托车生产需 1000 副模具 总价值为 1000 多万元 其他行业 如电子及通讯 家电 建筑等 也存在巨大的模具市场 目前世界模具市场供不应求 模具的主要出口国是美国 日本 法国 瑞 士等国家 中国模具出口数量极少 但中国模具钳工技术水平高 劳动成本低 只要配备一些先进的数控制模设备 提高模具加工质量 缩短生产周期 沟通 外贸渠道 模具出口将会有很大发展 研究和发展模具技术 提高模具技术水 平 对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义 1 2 各种模具的分类和占有量 前 言 6 模具主要类型有 冲模 锻摸 塑料模 压铸模 粉末冶金模 玻璃模 橡胶模 陶瓷模等 除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模 因为他 们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型 1 冲模 冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具 冲模占 模具总数的 50 以上 按工艺性质的不同 冲模可分为落料模 冲孔模 切口 模 切边模 弯曲模 卷边模 拉深模 校平模 翻孔模 翻边模 缩口模 压印模 胀形模 按组合工序不同 冲模分为单工序模 复合模 连续模 2 锻模 锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称 按锻压设备不同 锻模分为锤用锻模 螺旋压力机锻模 热模锻压力锻模 平 锻机用锻模 水压机用锻模 高速锤用锻模 摆动碾压机用锻模 辊锻机用锻 模 楔横轧机用锻模等 按工艺用途不同 锻模可分为预锻模具 挤压模具 精锻模具 等温模具 超塑性模具等 3 塑料模 塑料模是塑料成型的工艺装备 塑料模约占模具总数的 35 而且有继续上升的趋势 塑料模主要包括压塑模 挤塑模 注射模 此 外还有挤出成型模 泡沫塑料的发泡成型模 低发泡注射成型模 吹塑模等 4 压铸模 压铸模是压力铸造工艺装备 压力铸造是使液态金属在高温 和高速下充填铸型 在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法 压铸模约占模 具总数的 6 5 粉末冶金模 粉末冶金模用于粉末成型 按成型工艺分类粉末冶金模 有 压模 精整模 复压模 热压模 粉浆浇注模 松装烧结模等 模具所涉及的工艺繁多 包括机械设计制造 塑料 橡胶加工 金属材料 铸造 凝固理论 塑性加工 玻璃等诸多学科和行业 是一个多学科的综合 其复杂程度显而易见 自 20 世纪 80 年代以来 我国的经济逐渐起飞 也为模具产业的发展提 供了巨大的动力 20 世纪 90 年代以后 大陆的工业发展十分迅速 模具工业 的总产值在 1990 年仅 60 亿元人民币 1994 年增长到 130 亿元人民币 1999 年 已达到 245 亿元人民币 2000 年增至 260 270 亿元人民币 今后预计每年仍会 以 10 15 的速度快速增长 1 3 我国模具工业的现状 目前 我国 17000 多个模具生产厂点 从业人数五十多万 除了国有的专 业模具厂外 其他所有制形式的模具厂家 包括集体企业 合资企业 独资企 业和私营企业等 都得到了快速发展 其中 集体和私营的模具企业在广东和 浙江等省发展得最为迅速 例如 浙江宁波和黄岩地区 从事模具制造的集体 前 言 7 企业和私营企业多达数千家 成为我国国内知名的 模具之乡 和最具发展活 力的地区之一 在广东 一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业 为了提高其 产品的市场竞争能力 纷纷加入了对模具制造的投入 例如 科龙 美的 康 佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心 中外合资和外商独资的模 具企业则多集中于沿海工业发达地区 现已有几千家 在模具工业的总产值中 企业自产自用的约占三分之二 作为商品销售的 约占三分之一 其中 冲压模具约占 50 中国台湾 40 塑料模具约占 33 中国台湾 48 压铸模具约占 6 中国台湾 5 其他各类模具 约占 11 中国台湾 7 中国台湾模具产业的成长 分为萌芽期 1961 1981 成长期 1981 1991 成熟期 1991 2001 三个阶段 萌芽期 工业产品生产设备与技术的不断改进 由于纺织 电子 电气 电机和机械业等产品外销表现畅旺 连带使得模具制造 维修业者和周边厂商 如热处理产业等 逐年增加 在此阶段的模具包括 一般民生用品模具 铸 造用模具 锻造用模具 木模 玻璃 陶瓷用模具 以及橡胶模具等 1981 年 1991 年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期 有鉴 于模具产业对工业发展的重要性日益彰显 自 1982 年起 台湾地区就将模具产 业纳入 策略性工业适用范围 大力推动模具工业的发展 以配合相关工业产 品的外销策略 全力发展整体经济 随着民生工业 机械五金业 汽机车及家 电业发展 冲压模具与塑料模具 逐渐形成台湾模具工业两大主流 从 1985 年 起 模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等 CAD CAM 技术 所以台湾 模具业接触 CAD CAM CAE CAT 技术的时间相当早 成熟期 在国际化 自由化和国际分工的潮流下 1994 年 1998 年 由台 湾地区政府委托金属中心执行 工业用模具技术研究与发展五年计划 与 工 业用模具技术应用与发展计划 以协助业界突破发展瓶颈 并支持产业升级 朝向开发高附加值与进口依赖高的模具 1997 年 11 月间台湾凭借模具产业的 实力 获得世界模具协会 ISTMA 认同获准入会 正式成为世界模具协会会员 整体而言 台湾模具产业在这一阶段的发展 随着机械性能 加工技术 检 测能力的提升 以及计算机辅助设计 台湾模具厂商供应对象已由传统的民用 家电 五金业和汽机车运输工具业 提升到计算机与电子 通信与光电等精密 模具 并发展出汽机车用大型钣金冲压 大型塑料射出及精密锻造等模具 1 4 世界五大塑料生产国的产能状况 美国塑料 原料 的产量多年来一直雄居各国之首 早在 80 年代前期 美国 前 言 8 塑料产量就已达 2000 万吨之多 1986 年增至 23l0 万吨 占全球总产量 8100 吨的 28 5 此后美国塑料产量继续呈现稳定增长之势 1988 年 1990 年 1992 年 1994 年 1996 年和 1998 年分别增加到 2710 万吨 2810 万吨 3010 万吨 3410 万吨 4000 万吨和 4360 万吨 占世界总产量的比例从 1996 年起提 高到 30 以上 2001 年美国塑料产量为 4170 万吨 其中以聚乙烯为最多 达 1500 多万吨 其次分别是氯乙烯 650 万吨 聚丙烯 720 万吨 聚苯乙烯对酞酸 脂 320 万吨 聚苯乙烯 280 万吨 国内塑料消费量 产量 进口量一出口量 美 国也是全球最多的 美国的全部塑料消费量 2001 年为 4280 万吨 美国人均塑 料消费量也是很高的 2000 年为 159 公斤 2001 年略减为 155 公斤 居全球 第 3 位 美国现有各种大小塑料企事业单位 1 万多家 其中职工人数少于 50 人 的占总数的 53 50 l00 人的占 21 100 500 人的占 23 超过 500 人的 占近 4 职工总数近 90 万人 在美国塑料制品加工业的就职人数达 110 万 2001 年的出货金额为 2150 亿美元 人均出货金额为 195 美元 德国是世界最大的塑料 原料 生产国之一 上世纪 90 年代初的 1991 年 1992 年和 1993 年 德国塑料产量都为 990 多万吨 1994 年增达超过 1000 万吨 的 1110 万吨 1998 年达近 1300 万吨 1999 年为近 1400 万吨 2000 年增至 1550 万吨 超过日本为世界第 2 大塑料生产国 2001 年上升为 1580 万吨 2002 年已过 1600 万吨 2001 年德国生产的种种塑料原料中 聚乙烯为 285 万 吨 低密度聚乙烯 160 万吨 高密度聚乙烯 125 万吨 氯乙烯 175 万吨 聚丙 烯 160 万吨 德国 2001 年的国内塑料消费量为 1280 万吨 其中聚乙烯 265 万 吨 聚丙烯 155 万吨 氯乙烯 152 万吨 德国人均塑料消费量 2001 年为 160 公 斤 在世界上仅少于比利时的 172 公斤 高于美国的 155 公斤 排在世界第 2 位 德国塑料制品加工业的职工总计有近 30 万人 2001 年的出货金额为 360 亿美元 人均 126 美元 德国塑料制品加工企业中职工少于 50 人的占 44 50 100 人的占 28 100 500 人的占 25 500 人以上的占 4 中国塑料工业多年持续高速增长 1991 年产量仅为 250 万吨 1995 年增为 350 万吨 1998 年超过 700 万吨 到 2002 年已增达约 1400 万吨 超过日本而 成为世界第 3 大塑料原料生产国 中国今年塑料制品市场将持续走强 在包装 工程 建材 农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长 需求量 将超过 2500 万吨 其中包装塑料制品今年需求量将超过 850 万吨 工程塑料制 品需求量将达 400 万吨左右 建材塑料制品需求量将达 300 万吨以上 农用塑 料制品需求量将在 500 万吨左右 日用塑料制品需求量约为 80 万吨左右 日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第 2 大塑料生产国 一直到 1997 年 日本塑料产量曾经连续多年增长 年产量在 70 年代中期就已达 500 前 言 9 多万吨 1987 年突破 1000 万吨 1991 年达约 1300 万吨 1992 年和 1993 年因 受日本经济下滑的影响 产量略有减少 分别降至 1258 和 1225 万吨 从 1994 年起产量再度增长 1994 年 1995 年和 1996 年分别回升到 1300 万吨 1400 万吨和 1470 万吨 1997 年的产量又比上年增长 3 7 达到 1521 万吨 首次 超过 1500 万吨 但这种增势在 1998 年受到遏制 产量大幅度减少 1998 年 日本塑料产量为 1390 万吨 比上年减少了 8 7 1999 年和 2000 年日本塑料 产量分别回升到 1432 万吨和 1445 万吨 但仍远未恢复到 1997 年的水平 2001 年和 2002 年日本塑料产量再度下降至 1400 万吨以下的 1364 万吨和 1361 万吨 2002 年日本塑料 原料 产量减为 1361 万吨 而中国则增为 1366 万吨 日本又 退居第 4 位 韩国塑料产量增长十分迅速 1986 年超过 200 万吨 1990 年增达 300 万吨 1992 年突破 500 万吨 1994 年 1996 年和 1997 年分别上升到 600 多万吨 700 多万吨和 800 多万吨 1998 年产量增至 850 万吨 1999 年突破 900 万吨 2001 年达 1200 万吨 跻身于世界 5 大塑料生产国之列 韩国塑料原料产品中 以聚乙烯居首 2001 年产量为 340 万吨 低密度聚乙烯 160 万吨 高密度聚乙 烯 180 万吨 聚丙烯以 238 万吨排在第 2 位 其次分别是聚酯 161 万吨 氯乙 烯 124 万吨 ABS AS 树脂 86 万吨 聚苯乙烯 77 万吨 韩国国内塑料消费量 2001 年 420 万吨 只相当于产量的 1 3 略高 人均塑料消费量 2001 年为 106 公斤 韩国塑料制品加工业的职工总数 2001 年为 3 1 万人 出货金额为 85 亿 美元 人均 276 美元 塑料产量位居世界前 10 名的国家和地区还有法国 660 万吨 比利时 600 万 吨 中国台湾 598 万吨 加拿大 432 万吨和意大利 385 万吨 均为 2001 年产量 1 5 我国模具技术的现状及发展趋势 20 世纪 80 年代开始 发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来 并发展成为独立的工业部门 其产值已超过机床工业的产值 改革开放以来 我国的模具工业发展也十分迅速 近年来 每年都以 15 的增长速度快速发展 许多模具企业十分重视技术发展 加大了用于技术进步的投入力度 将技术进 步作为企业发展的重要动力 此外 许多科研机构和大专院校也开展了模具技 术的研究与开发 模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要 原因 今后 我国要发展成为世界制造强国 仍将依赖于模具工业的快速发展 成为模具制造强国 中国塑料模工业从起步到现在 历经了半个多世纪 有了很大发展 模具 前 言 10 水平有了较大提高 在大型模具方面已能生产 48 约 122CM 大屏幕彩电塑壳 注射模具 6 5KG 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等 塑料模具 精密塑料模方面 以能生产照相机塑料件模具 多形腔小模数齿轮 模具及塑封模具 经过多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技术 模具的电加工 和数控加工技术 快速成型与快速制模技术 新型模具材料等方面取得了显著 进步 在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献 尽管我国模具工业有了长足的进步 部分模具已达到国际先进水平 但无 论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要 每年仍需进口 10 多亿美元的各 类大型 精密 复杂模具 与发达国家的模具工业相比 在模具技术上仍有不 小的差距 今后 我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新 以缩小 与国际先进水平的距离 1 注重开发大型 精密 复杂模具 随着我国轿车 家电等工业的快速 发展 成型零件的大型化和精密化要求越来越高 模具也将日趋大型化和精密 化 2 加强模具标准件的应用 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期 降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量 因此 模具标准件的应用必将 日渐广泛 3 推广 CAD CAM CAE 技术 模具 CAD CAM CAE 技术是模具技术发展的一 个重要里程碑 实践证明 模具 CAD CAM CAE 技术是模具设计制造的发展方向 可显著地提高模具设计制造水平 4 重视快速模具制造技术 缩短模具制造周期 随着先进制造技术的不 断出现 模具的制造水平也在不断地提高 基于快速成形的快速制模技术 高 速铣削加工技术 以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用 第二章第二章 塑料的工艺分析塑料的工艺分析 一 塑件材料的选择及其结构分析 1 塑件 手机外壳 模型图 2 塑件材料的选择 选用 ABS 即丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 3 色调 黑色 4 生产批量 大批量 5 塑件的结构与工艺性分析 1 结构分析 前 言 11 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 二 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 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 前 言 12 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 三 ABS 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 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 前 言 13 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 106Hz 0 007耐电弧性 s 50 85 四 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 前 言 14 预热温度 第二章 模具结构形式的拟定 一 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 二 模具结构形式的确定 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塑 件 可采用此结构 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 前 言 15 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 第三章 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 一 有关塑件的计算 1 体积 3 9420934 cm 曲面面积 8 7216837 cm2 密度 1 05 g cm 质量 4 1391980 g 二 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 3 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 前 言 16 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 三 注射机及型腔数量的校核 1 主流道的体积约为 V cm 3 14 0 632 2 5 3 988 2 分流道与浇口的体积约为 V cm 13 1 1304 14 6952 3 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 四 注射机及参数量的校核 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 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 前 言 17 可见注射机的注射量符合要求 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 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 n 2 符合要求 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 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 最大注射压力校核 前 言 18 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 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 6 开模行程校核 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 第四章 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 一 分型面的形式 该塑件的模具只有一个分型面 垂直分型 二 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 前 言 19 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 三 分型面的确定 第五章 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环节 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 一 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 前 言 20 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 二 主流道的设计 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 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 前 言 21 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 5 1 主流道形式 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 5 2 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 三 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 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 前 言 22 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 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 四 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 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 2 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 1 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 L 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 前 言 23 根据前面的计算数据 有 D 0 265 4 139 55 1 5 mm 故不在适应范围 2 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 分流道截面形状如下图所示 图 5 6 分流道截面 3 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 4 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 5 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 五 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 型腔充满后 熔体在浇口处首先凝结 防止其倒流 前 言 24 易于切除浇口凝料 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 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 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 2 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 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 3 浇口位置的选择 前 言 25 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 浇口应开设在塑件截面最厚处 有利于塑料熔体的流动 的利于型腔的排气 考虑塑件受力情况 增加熔接痕牢度 流动定向方位对塑件性能的影响 浇口位置和数目对塑件变形的影响 校核流动比 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 六 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 式中 Q1 Q2 熔融树脂分别在流道 1 和流道 2 中的流量 cm3 s 前 言 26 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