香皂合注射工艺分析及模具设计.doc

东莞南博职业技术学院毕业设计说明书 第 15 页东 莞 南 博 职 业 技 术 学 院毕业设计说明书 课 题 专业 班级 姓名 指 导 老 师 2007年 月 日第1章 绪 论近年来，中国塑料工业年均增长速度达到10%以上，塑料制品年产量位居世界第二。2003年，我国塑料模具总产值约176亿元，其中出口约2亿美元，约合16.6亿元人民币。在进口的塑料模具中，主要是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于我国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好。因此，从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些目前需进口的技术含量高的大型、精密、长寿命模具，并大力开发国际市场。我国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，近年内年增长率将保持15%以上的水平。塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材料、汽车、家电、电子、交通等领域发展迅猛。香皂合如下图，塑件材料为ABS，大批量生产。第2章 塑件的工艺分析2.1 塑件及其材料性能该塑件的尺寸不大，各壁的厚薄均匀（1.6mm），对于此薄壁件来说，外部的结构形状不复杂，但要求表面较光滑，尺寸要求较稳定，并且要求具有一定的强度和耐热性。香皂合底端有三个漏水孔,其他的的结构就只需考虑型腔和型芯的加工问题。该塑件未标注公差部分按4级精度成型。其脱模斜度为1度。一般模具表面粗糙度要比制品的要求低12级。保证良好的外表面质量。2.1.1 材料ABS的性能和成型能力丙烯晴丁二烯苯乙烯共聚物（ABS强化材料），无毒、无味、形成的制品尺寸稳定性非常好，成型收缩率较小为：0.40.7，熔点为130160，热变形温度为90108（0.46MPa），密度为1.02g/cm31.16g/cm3。成型的塑件有较好的光泽，有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速降低，有良好的机械强度。ABS材料具备高强度，舒适细腻等特性。卫生防菌，在ABS材料中，细菌很难生存，灰尘很难粘附。另外，ABS材料与喷漆能够有机结合，绝对不会出现退色情况。ABS易吸水成型加工前应进行干燥处理。在正常的成型条件下，壁厚，熔料温度及收缩率影响极小。ABS力学性能和热性能好，硬度高，表面易镀金属；耐疲劳和抗应力开裂、冲击强度高；耐酸碱等化学性腐蚀；价格较低；加工成型、修饰容易。缺点是耐候性差；耐热性不够理想。属于通用性热塑性塑料，吸湿性强，原料要干燥；流动性中等，比热容较低，成型周期短，在料筒中塑化效率高，宜采用高料温、高模温、高注塑压力成型，溢边值0.04mm；尺寸稳定性好；塑件尽可能有大的脱模斜度。因ABS原料粒料易吸潮，致使制品出现斑痕、云纹等缺陷，因此成型前需充分干燥，含水控制在0.1%以下。ABS流动性较好，流动距离比，即流动长度L与该处制品厚度T之比L/T达190，因不易出现飞边。熔融温度低而宽，有利于成型，但含橡胶组分较多的ABS流动性较差。耐热级和电镀ABS的料筒温度要稍高，而阻燃级和冲击级则稍低。2.1.2 ABS的应用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）主要用于机器盖、罩，仪表壳、手电钻壳、风扇叶轮，收音机、电话和电视机等壳体，部分电器零件、汽车零件、机械及常规武器的零部件。ABS的主要的技术指标：密度（kg/ dm3）:1.02-1.16比体积（dm3 /kg）:0.86-0.98收缩率（%）：0.4-0.7干燥时间（h）：2-3料筒温度（）：后段：150-170， 中段：165-180 前段：180-200模具温度（）：50-80注射压力（Mpa）:60-100注射时间(s)：20-90保压时间(s)：0-5冷却时间(s)：20-120成型周期(s)：50-220干燥处理：除非储存不当，通常不需要干燥处理。如果需要干燥，建议干燥条件为80C、23小时。熔化温度：130160C。注射速度：建议使用快速的注射速度。流道和浇口:可以使用所有常规类型的浇口。第3章 成型设备3.1 塑件的参数化分析用pro/E软件分析组成香皂合制件的技术参数和工艺参数：体积 = 8.2894376103mm3曲面面积 = 1.0963959104mm2密度 = 1.0610-6 kg/mm3质量 = 8.786803810-3kg模型的投影面积 = 3215.88mm23.2 注射机的选择需大批量生产，采用多型腔模。考虑塑件结构需用侧向抽芯，产品外观，精度要求及模具成本，初定一模四腔，型腔H形平衡式布置。分流道采用平衡式布置，浇口采用侧浇口。模具一次开模所成型制件的体积：制件的体积为48.2894cm3=33.1576 cm3浇注系统pro/E软件分析所得参数：体积为体积 = 2.0069797103 mm3曲面面积 = 1.892211103 mm2密度 = 1.0610-6 kg/mm3质量 = 2.12739810-3kg模型的投影面积 = 365.113mm2浇注系统体积为2.0068 cm3一次成模要求最小注射量为：33.1576 cm3+2.0068 cm3=35.1644 cm3根据注射机公称注射量Q公和成型合格制品的最小ABS体积，选择XS-ZY-60型注射机。3.3 注射机的参数注射机XS-ZY-125技术规格如下：额定注射量：104cm3 螺杆直径： 30mm注射压力：150Mpa 注射行程：160mm注射时间：1.8s 注射方式：螺杆式合模力：900KN 最大成型面积：1360cm2最大开（合）模行程：300mm 模具最大厚度：300mm模具最小厚度：200mm 拉杆空间：260360mm合模方式：液压-机械 液压泵 流量： 100、12L/min 压力：6.5Mpa 动机功率： 11KW 推出形式：两侧推出 机器外形尺寸：33407501550mm第4章 模具结构设计4.1 分型面的选择选择分型面，需要考虑好多因素。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结结构工艺性及精度、嵌件位置、形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面是应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。 分型面选择原则：1、 分型面应在塑件外形最大轮廓处；2、 确定有利的留模方式，便于塑件顺利推出脱模 ； 3、 保证塑件的精度要求；4、满足塑件的外观质量要求；5、便于模具加工制造；6、对成型面积的影响；7、排气效果；8、对侧向抽芯的影响；综合考虑以上因素，分型面选在内壁。原因有三： 开模后塑件包覆在型芯上，随动模后退； 塑件外观不受影响； 可以利用分型面排气。4.2 浇注系统的设计 塑料原料成型性能较好，有考虑成本等因素，采用普通浇注系统，普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。浇口选用侧浇口形式，开在分型面上，从塑件的外侧进料。侧浇口是典型矩形截面浇口，它的截面形状简单，加工方便；浇口位置选择灵活，去除方便、痕迹小。4.2.1 主流道设计主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流为止的塑料熔体的流动通道，属于从热的塑料熔体到相较冷的模具的一段过渡的流动长度，因此它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。主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴在一定温度、压力的塑料熔体到相冷热交替地反复接触，属易损件，应该在主流道部分设计成可拆迁更换的衬道形式，以便有效地选择优质钢材单独进行加工和热处理。但本设计是属于中型模具的设计，固没有专门设计定位圈，而是把它做成一个整体。主流道如图。图4.1 浇口套及主流道形式4.2.2 分流道的设计分流道是指主要道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型前，通过截面 变化及流向变换以获得流态的过渡段。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大，采用半圆形分流道，加工方便，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸： （4.1）式中D分流道直径（mm）;m流经分流道的塑料量（g）;L分流道长度 （mm）;D=0.2654(48.7)0.51400.25=5.477mm.是为保证表面质量的考虑和便于计算流道尺寸。对称的型腔分布使流经分流道两边的塑料质量相同。D = 5.477 取D =6 ,满足ABS分流道断面尺寸推荐范围4.89.5mm。效率为0.153D=0.1536=0.918q主=V/t =0.8Q公 /t=0.8 104/1.0=83.2cm3 （4.2）注射模主流道和分流道的剪切速率为=3.3qv/R 3n主流道剪切速率为5103s-1；分流道剪切速率为5102s-1 q分= q浇=q主/n=83.2/4=20.8 cm3 （4.3）分流道采用平衡式布置，保证各各型腔均衡进料，塑件在强度、性能及质量上的一致性。分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料溶体的流动及填充，如图4.3所示。图4.3 流道与浇口的连接4.2.3 浇口设计及其位置选择由于浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口位置时，应注意以下几点：1、浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。2、浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。3、浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。4、浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。5、浇口应设在不影响制品外观的部位。6、不应在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口。由以上要求和物料的流动性，型腔的排列及排气的流畅，浇口位置设计在分型面上，浇口去除方便，不影响外观的地方。动距离比亦称流动比，是指塑料熔体在模具中进行最大距离流动时，其各段料流通道及各模腔的长度与对应截面厚度之比值的总和，即 （4.4）流动距离比模具中各段料流通道及各模腔的长度；模具中各段料流通道及各模腔的长度与对应截面厚度。 塑料的注射压力与流动比见下表。 表4.1 塑料的注射压力与流动比塑料品种注射压力(MPa)流动比ABS88.23002604.2.4 冷料穴采用与推杆匹配的冷料穴，用于存放“冷料”，以及在开模时将浇注系统凝料从定模中拉出，形式如图4.5。图4.5 与推杆匹配的冷料穴形式4.3 排气系统设计 在注射成型过程中，模具内除了型腔和系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填是气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑料熔接不良而引起缺陷。注射模的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合自然排气。4.4 型腔数目的确定与排列方式4.4.1 型腔数目的确定根据注射机的最大注射量确定型腔个数采用一模一腔，效果会更好。4.5 成型零件的设计4.5.1 型芯型腔的结构设计型腔，型芯采用镶拼式结构。4.5.2 工作零件尺寸计算对于型腔、型芯尺寸的计算，塑件尺寸精度按照MT4 B级精度计算，未注公差按MT5 B。模具制造公差取塑件公差的1/3，型腔尺寸不断增大，则取 ，型心尺寸不断减少则取 ，中心距尺寸取/2。ABS的收缩率S=(0.4%+0.7%)/2=0.55%1、型芯径向尺寸计算公式 Lm0-= LS(1+S)+0.75 （4.6）2、型芯高度尺寸计算公式 Hm= HS(1+S)+2/3 （4.7）3、型芯之间或成型孔之间间距计算公式 Cm=Cs(1+S)/2 （4.8）4、型芯（或成型孔）中心到成型面距离的计算公式Lm= LS(1+S)-/24 /2 （4.9）5、型芯上的小型芯或孔的中心到型芯侧面的距离计算公式 Lm= LS(1+S)+/24 /2 （4.10） 6、凹模径向尺寸计算公式 Lm= LS(1+S)-0.75 （4.11）7、凹模型腔高度尺寸计算公式 Hm= HS(1+S)-2/3 （4.12）根据公式可以计算出型腔,型芯尺寸精度。4.6 导向机构设计导向机构作用：保证注射模准确合模和开模，能起到导向定位以及承受一定的侧向压力。4.6.1 导向机构导向机构的要求：1、均布于分型面四周； 2、导柱长度比凸模高出68 ，避免凸模和凹模相碰造成损坏； 3、导柱和导套有足够的耐磨性和强度； 4、导柱端部应做成锥形或半球形，前端倒角，以使导柱能顺利进入导套； 5、导柱设在动模一侧，以保护型芯； 6、导柱滑动部分配合形式按H7/f8导柱导套固定部分按H7/k6 导套外径配合按H7/k6；7、导柱凸出分型面的高度应该大于模具中最长的凸起部分，以免在组装时因对位不准而碰伤模具。4.6.2 导向机构1、导柱的结构形式：选用带头导柱，因其结构简单，加工方便，故用于本注射模。2、长度 导柱导向部分的长度比凸模端面高出812mm,以避免出现导柱未导正方向而进入型腔。3、形状 导柱前端作成锥台型，以使导柱顺利进入导正孔。4、材料 20钢经渗碳淬火处理或T8、T10钢经淬火处理，硬度HRC为5055HRC。导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8m,导向部分表面粗糙度 Ra为0.4m。5、数量及布置 采用等直径导柱不对称布置于模具分型面的四周。6、配合精度 导柱固定端与模板采用H7/m6的过渡配合，导柱的导向部分采用H7/f7的间隙配合。7、导套采用带头导套，其材料用与导柱相同的材料制造。4.7 脱模机构的设计塑件在从模具上 取下以前，还有一个从模具 的成型零件上脱出的过程 ， 使塑件从成型零件 上脱出的机构称为推出机构。推邮机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆或液压缸来完成的。推出机构 主要由推出零件、推出零件 固定板和推板、推出机构的导向与复位部件等组成。4.7.1 推出机构的设计原则推出机构的应尽量设置在动模一侧 由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构在动模一侧。正因为如此，在分型面设计时应尽注意，开模后使塑件能留在动模一侧。保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置，从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏，机构简单动作可靠，良好的塑件外观，合模时的正确复位。4.7.2 脱模力的计算注射成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力，塑件要从模腔中脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦阻力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时还要克服压力，一般而论，塑料制件刚开始脱模力最大，即所需的脱模力最大，下图是型芯的受力分析。脱模力按下面的方法估算。选自（塑料成型工艺与模具设计P170) （4.13）式中 塑件对型芯产生包紧力； F脱模时型芯所受的摩擦产生的阻力； Fi脱模力； a型芯的脱模斜度；又 于是 （4.14） 而包紧力为包容型芯的面积与单位面积上的包紧力之积，即 式中塑料对钢的摩擦系数，约为0.10.3；取0.15，A塑件包容型芯的面积；P塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件p约取 模内冷却的塑件p约取 。F正=p.A （4.15）F正正压力；p塑件对型芯产生的单位正压力。一般去取p=812Mpa；A塑件包紧型芯的侧面积；制件一：A=998.572+116.030+1555.30=2220mm2制件二：A=971.545+1555.30+116.030+57+57+206.7+206.7=3170 mm2Fi=422201010-6107（0.15con1o-sin1o）=117700NFi=431701010-6107（0.15con1o-sin1o）=168068NF总脱= Fi+0.1AF总脱它约等于Fi4.7.3 推杆推出机构根据零件和包紧力确定，在本模具中要推出塑件需用28根推杆,采用直径为4 mm（16根）和6mm（12根）,推杆的固定端与推杆的固定板通常采用单边0.5的间隙配合。推杆与动模上的推杆孔之间的配合是H8/f7间隙配合。推杆的定位由推杆的台阶保证。它的固定采用通用式，推杆端面理论上与型芯在一个平面上，为了模具制造和装配的简便，要求推杆的端面降低型芯平面0.005-0.1mm。4.7.4 推出机构的复位采用弹簧复位。4.7.5 推出机构的导向由于模具推杆数量很大，并且推杆直径小，推板、推杆固定板的重量会引起推杆的弯曲，故设置了4个推板导柱，推板导柱起导向和承受推板、推杆固定板的重力。4.7.6 浇注系统的脱出开模时，由于拉料杆的作用，浇注系统留在动模一侧，动模后退到一定位置时，推板带着推杆和拉料杆相对于动模往前运动。浇注系统和制件一起脱出。4.8 注射模温度调节系统塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模，定型成型的周期和塑件质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且容易造成溢料和黏模模具温度不均匀时，型芯和型腔温差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的形状与尺寸精度。综上所述，模具上需要设置调温系统，香皂合盖来说，制件本身壁厚很薄1.6mm，本模具温度要求6080oC,故需冷却系统，我采用在模具上开冷却水槽。 第5章 参数校核5.1 注射压力的校核通常要求P公P0查表得 ABS所需的注射压力P0 （MPa） 表5.1 ABS压力参数 厚壁件中等壁厚件难流动的薄壁窄浇口件80110100130130150注射机的公称压力P公=150MPa很显然，该型号注射机可以满足ABS任意条件塑件下的注射。5.2 锁模力的校核锁模力是指注射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，会沿着锁模方向产生一个很大的胀形力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀形力。即：=A分.A型 （5.1）式中， 为注射机的额定锁模力（N） =900 模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa），一般取2040 MPa，根据教科书上表33取35 MPa。 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和。 =4 3215.88 +367=13231 2 F锁=900000N 1323135=463085N，可知，注射机的锁模力符合要求。5.3 开模行程的校核对于单分型面注射模SH=H1+H2