座块注塑模设计说明书.doc

沈阳理工大学课程设计说明书目 录1.引言12.塑料工艺分析与模具方案确定32.1制件的分析32.2任务的来源32.3模具方案的确定43.塑料的成型特性及工艺参数53.1材料的选择53.2材料的成型性能53.3材料的工艺参数64.注塑工艺及其设备的选择74.1热塑性注射成型工艺过程74.2计算塑件的体积和重量74.3确定型腔数74.4选择设备型号规格75.成型零部件的设计与计算85.1成型零部件的结构形式85.1.1型腔的设计结构85.1.2型芯的结构设计85.2成型部分具体分析85.3成型部分尺寸计算的参数95.4具体尺寸计算过程95.4.1型腔的尺寸计算95.4.2型芯尺寸计算96.浇注系统106.1确定成型位置106.2分型面的选择106.3浇口套的选用116.4流道126.4.1主流道的设计126.4.2分流道的设计126.5浇口位置的确定126.6排气槽137.冷却系统137.1冷却系统计算137.2冷却系统图148.脱模机构的设计148.1脱模力的计算148.2顶出机构的设计158.3顶杆的结构与尺寸158.3.1确定顶杆的直径158.3.2顶杆强度的校核168.4复位机构169.合模导向机构的设计1610.注塑机的校核1710.1最大注塑量效核1710.2锁模力较核1710.3模具安装尺寸校核1810.4材料厚度与注射机开模行程的校核1810.4.1材料厚度的校核1810.4.2开模行程的校核18参考文献19201.引言模具是汽车、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，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。因此，模具技术，特别是制造精密、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，工业品零件粗加工的75、精加工的50都是由模具成型完成的。目前，美国、日本、德国等工业发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值；我国台湾地区模具工业也以每年35以上的年增长率迅速发展；我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展，尤其是塑料模具，在模具设计和制造水平上都有了长足的进步。近年来我国通过引进国际的先进技术和加工设备，使塑料模具的制造水平比十年前进了一大步，然而由于基础薄弱、对引进技术的吸收、掌握，尚有一段距离，而且发展也十分不平衡，因而，我国塑料模具总体水平与世界先进技术尚有一定差距。塑料成型模具可分为三大类，即注射成型模具、中空成型模具和挤出成型模具。我国现在的制造水平，以注射成型模具为最高，中空成型具为最低，如化妆品用瓶子的吹塑模具，无论从造型以及质量上远不能适应出口要求。虽然在这十多年中注塑模具工业取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM按术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。国外注塑模具制造行业的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品质量及生产效率。国外发达国家模具标准化程度达到70-80，实现部分资源共享，大大缩短设计周期及制造周期，降低生产成本。最大限度地提高模具制造业的应变能力 满足用户需求。模具企业在技术上实现了专业化，在模具企业的生产管理方面，也有越来越多的采用以设计为龙头、按工艺流程安排加工的专业化生产方式，降低了对模具工人技术全面性的要求，强调专业化。国外注塑成型技术在也向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。因此，模具向高精度复杂、多功能的方向发展。例如：组合模、即钣金和注塑一体注塑铰链一体注塑、活动周转箱一体注塑；多色注塑等；向高效率、高自动化和节约能源，降低成本的方向发展。例如：叠模的大量制造和应用，水路设计的复杂化、装夹的自动化、取件全部自动化。我国注塑模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，主要存在五大问题：1. 发展不平衡，产品总体水平较低，虽然有个别企业的部分产品已达到或接近国际水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。2. 工艺装备落后，组织协调能力差，虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已比较先进，但大部分企业工艺装备仍比较落后。企业的组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。3. 多数企业开发能力弱，一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少，观念落后，对开发不够重视。4. 供需矛盾一时还难以解决，2003年国产塑料模具国内市场满足率只有74，其中大型、精度、长寿命模具满足率还要低，估计不足60。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。5. 体制和人才问题的解决尚待时日，在模具这样竞争性行业中需依赖于特殊用户，需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已越来越显得不适应。人才的数量和素质水平也跟不上行业的快速发展。各地都重视这两问题，解决尚待时日。由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精”仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求，以下的发展趋势也较为明显。展望我国塑料模具的未来，笔者以为应从提高技术水平着手，一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高对某一类模具的设计制造水平；另一方面要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。要提高我国的模具技术水平，必须在以下方面加大努力：1. 开发精密、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化；2. 加速模具标准化、专业化、商品化生产；3. 大力发展CAD/CAM/CAE、RPM等先进模具设计和制造技术；4. 加大人才培养的力度，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。2.塑料工艺分析与模具方案确定2.1制件的分析 图2-1塑料产品图2.2任务的来源来源于工厂一线。2.3模具方案的确定塑件的两边有两个呈九十度的沉头孔，必须采用侧向抽芯机构。由于塑件左右两个表面两也各有一个孔，中间部分凹进，因此两端采用侧型芯，中间采用镶块型芯，下图为该模具的总装配图：图2-2总装配图1-定位圈 2-定模座板 3-型腔 4-导套 5-导柱 6-动模固定板 7-动模板 8-支撑板 9-推杆固定板 10-推板 11-动模座板 12-内六角螺钉 13-动模型芯 14-推杆 15-拉料杆 16-推管 17-内六角螺钉 18-内六角螺钉 19-凸模型芯 20-内六角螺钉3.塑料的成型特性及工艺参数3.1材料的选择PE塑料(聚乙烯) 表3-1 PE塑料物理性能比重(克/立方厘米)1.05成型收缩率0.4-0.7%成型温度()200-240干燥条件80-90 2小时性能：1).综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好。2).与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬，喷漆处理。3).有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。4).流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电讯零件。成型性能： 1).无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度，3小时。2).宜取高料温，高模温，但料温过高易分解(分解温度为270度)。对精度较高的塑件，模温宜取50-60度，对高光泽。耐热塑件，模温宜取60-80度。 3).如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。 4).如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。3.2材料的成型性能PE的主要成型性能如下：1).无定形塑料，收缩率小，收缩波动的范围窄；2).比热容较低，在料筒中塑化效率较高；3).在模具中凝固较快，成形周期短；4).吸水性较强，含水量0.30.8%，必须充分干燥，塑件要求表面光泽或电镀应长时间预热干燥；5).流动性中等(比PS、AS、PA差，但比硬PVC、PC好)，溢边料0.04mm左右；6).成形温度要求稍高，以改善熔体充模或有利于电镀性能。对于阻燃级、通用级、抗冲击级等成型温度取低些，以防止热分解，若分解应主要清理料筒，要求精度较高的塑件模温宜取6080；7).具有优秀的力学性能，其冲击强度极好，可在低温下使用；8).耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，显示了较好的综合性能9).耐热性一般，在1.86MPa压力下的热变形温度为85左右，制品经过退火处理回可提高10左右；10).主要采用注塑的成型方法，可在柱塞式、螺杆式或卧式机上成型。3.3材料的工艺参数表3-2PE的主要工艺参数料筒温度/后部180200中部210230前部200210喷嘴温度/180190模具温度 /5070注射压力/MPa100140计算收缩率0.40.7拉伸弹性模量/MPa1.911.98)x103容量/（g.cm-3）1.021.164.注塑工艺及其设备的选择4.1热塑性注射成型工艺过程图4-1成型过程4.2计算塑件的体积和重量体积：通过UG软件的“质量属性”分析塑件，得到塑件的体积:V=32.415 cm3。质量：材料用PE密度=1.06g/cm3，算出质量M=v=32.4151.06=35.332 g。4.3确定型腔数为了使模具的生产效率与注射机匹配，提高生产效率和经济效率，并保证塑件精度，设计模具时应合理确定型腔数目,采用一膜两腔的布置方式来设计模具。4.4选择设备型号规格根据以上所计算的结果，可选择设备型号、规格、确定型腔数。每次的注射量不超过它的80%，即n=(0.8Vj)Vg 式中 ：n型腔数,这里取2；Vb注射机的额定注射量；Vj-浇注系统的体积（cm3），这里经初步估算取6.483cm3；Vg-塑件体积即35.332cm3；经过计算得出Vb=96.434cm3。 根据所计算的各项参数，选用SZ-250/1300型注塑机，注塑机的参数如下：表4-1注塑机主要参数理论注射量/cm3250拉杆空间/mm410410注射压力/MPa165模板行程/mm345螺杆直径/mm60模板尺寸/mm700850模具厚度/mm最大380喷嘴球半径/mm15最小180锁模力/104N2205.成型零部件的设计与计算5.1成型零部件的结构形式5.1.1型腔的设计结构由于本次设计的塑件较特殊，考虑到加工方便，故型腔部分采用整体式型腔，与定模板固定。5.1.2型芯的结构设计 由于塑件的尺寸不大，塑件两端下表面有沉头孔，故用镶块式，下表面中间用镶块型芯，两端的孔用型芯，利用铆接固定在推板上。5.2成型部分具体分析本次设计成型部分具体由三部分组成：型腔、型芯以及侧型芯。如图所示： 图5-1型腔型芯5.3成型部分尺寸计算的参数PE塑料的平均收缩率：本次设计塑件的精度等级为MT4级；工作尺寸制造修正系数x取；模具磨损量取；而模具制造公差取。5.4具体尺寸计算过程5.4.1型腔的尺寸计算型腔径向尺寸计算：mmmmmmmmmm型腔深度尺寸计算：mmmm5.4.2型芯尺寸计算动模两侧型芯径向尺寸计算：mmmmmmmm动模中间型芯径向尺寸计算：mmmmmm6.浇注系统6.1确定成型位置本塑件需要采用一模两腔， 6.2分型面的选择选择分型面时应遵循以下原则：1）有利于脱模；2）分型面数目与形状通常采用平行分型面，即采用一个与注射机开模运动方向垂直的分型面；3）型腔方位的确定：在决定型腔在模具内的方位时，分型面的选择应尽量防止形成侧孔或侧凹，以避免采用比较复杂的模具结构；4）锁紧模具的要求；5）有利于排气。由于本塑件的浇注系统是采用采用一个主流道分出两个分流道，每个分流道有一个浇口的形式的单分型面形式。6.3浇口套的选用因为在注射过程中注射机里射出的熔体对浇口套有一个反压力，并且在注射剂与模具反复配合时需要定位，所以，用螺钉把定位环与定模板连接，将浇口套压住，防止浇口套因受熔体的反压力而脱出，并且能够起到定位作用，防止注塑机与模具配合不好。浇口套如图所示：图6-2浇口套6.4流道6.4.1主流道的设计 本次设计的主流道采用垂直式主流道，这种形式简单，便于生产加工。以及使用的是SZ-250/1300注射机，喷嘴前端球面半径为18mm。根据模具主流道与喷嘴的关系R=Ro+(12)及d=do+(0.51)，取R=20mm，小端直径d=5mm。主流道锥角取2，主流道长度取71mm，大端直径D=6.87mm。6.4.2分流道的设计根据产品的实际形状设置分流道，可确定分流道长L=30 mm，其截面为半圆形。为了塑料熔体能在流道壁形成凝固层，常将分流道加工得比较粗糙，故分流道粗糙度取1.25，以加大对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料熔体凝固层固定。根据分流道公式：D是分流道直径（mm）；G是制品重量（g）；L是分流道长度（mm）；可求得：分流道直径D5mm。 6.5浇口位置的确定 根据塑件的实际情况，采用侧浇口的形式，浇口截面为圆锥形，具体尺寸如为：h=0.5 mm；b=2 mm；l=2 mm。，最终把浇口确定在塑件下表面与侧面的中心位置，即浇注系统如上图所示。6.6排气槽在注射模试模生产中常会出现填充不足。压缩空气灼伤、制品内部很高的内应力、表面流线和熔合线等现象，解决这一问题的主要手段是开设排气槽。但是由于本设计采用的是侧向分型结构，塑件相对不大，通过Moldflow对气穴的分析，得到气穴位置如图所示： 由图可以看出，在分型面、侧型芯以及塑件表面都有很多气穴，所以可以利用分型面的间隙和塑件表面以及杆与孔配合处排气，故不需要再设置排气槽。7.冷却系统7.1冷却系统计算 计算单位质量的塑料熔体在凝固时所放出的热量 ABS工程塑料比热容，取1.6KJ/(Kg K)；单位质量塑料从充模到脱模的焓变（KJ/Kg），本设计取3；3和4是塑料熔体的初始温度和推出温度。计算单位产量所需冷却水的体积流量 -水的平均比热容KJ/（KgK），4.2KJ/（KgK）；-冷却水的密度Kg/m3，1000Kg/m3；1、2-冷却水的出入口温度，一般温差控制在58度。7.2冷却系统图 根据以上计算结果并结合实际情况设计冷却水道。本次设计是在与塑件垂直的方向上下共设置了十条水道，装配图上冷却系统如图所示：图7-9制品平均温度 通过对冷却系统的分析，得出该冷却系统冷却效果良好。8.脱模机构的设计8.1脱模力的计算脱模力是指为了克服塑件冷却时对型芯的收缩包紧力、大气压力、粘附力等而施加给塑件，使其顺利从模腔中脱出的力。以下是塑件推出力的计算：其中A-塑件包络型芯的面积(mm2)； p-塑件对型芯的单位面积的包紧力，p取； a-脱模斜度； q-大气压力0.09MPa；-塑件对刚的摩擦系数，大约为0.10.3；A1-塑件垂直于脱模方向的投影面积mm2。mm2 =3497.8128mm2N。8.2顶出机构的设计顶出机构的设计原则是顶出塑件时防止塑件变形或损坏，尽量简单可靠，并且有合适的推出距离。在开模时候保证塑件留在动模内。本次设计采用推杆顶出机构和推管推出机构组成的联合推出机构。每个制品设置中间部分前后设置4个顶杆，分别作用在制品下表面，制品两端由于各带有1个型芯结构，因此两端采用推管推出机构。8.3顶杆的结构与尺寸8.3.1确定顶杆的直径塑件的外壁比较厚，所以可以使用推杆和推管推出，在塑件中间设置4个顶杆，长度为96mm，则顶杆的直径为：d=式中 安全系数，一般取=1.5；L推杆长度（mm），本设计平均长度167mm；E推杆材料的弹性模量(MPa)，T8A钢的E=207Gpa；n推杆数；F脱模力(KN)。得： =3.81mm因此取最接近的整数，直径为4mm。8.3.2顶杆强度的校核=Mpa 式中 顶杆所受的压应力；s顶杆材料的屈服强度，碳钢的s430Mpa。8.4复位机构顶出机构在完成塑件的顶出动作之后，为了进行下一步的循环，必须回到其初始位置，所以必须设置复位机构。常用的复位机构有弹簧复位机构和复位杆复位机构。本设计采用复位杆复位机构。为了保证塑件的形状和合模，选取了d=25 mm，L=176.5mm的复位杆。9.合模导向机构的设计注射模在工作中周期性地开模、合模。当动、定模完全分开时，可依靠注射成型机的拉杆导向，但仅靠注射成型机的拉杆导向并不能保证注射模具正常工作。假如没有导向机构，模具装配时很容易因为方位搞错而损坏模具。为了在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失效；另一方面引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件，注射模本身必须设置导向与定位机构。导向机构的作用是：1定位作用：为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失效；另外，导向机构在模具的装配过程中也起定位作用，方便模具的装配和调整；2导向作用：在动定合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件；3承受一定侧压力：塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定的侧压力；4保持运动平稳作用：对于大、中型模具的脱模机构，有保持机构运动灵活平稳的作用。 本次设计的导向机构为导柱和导套。导柱的端部做成锥形或半球形的先导部分，使导柱能顺利进入导向孔。导柱和导套多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢（T8A、T10A）经淬火处理，硬度为55HRC，以保证导柱具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯。综合各因素，这里导套选择T10A，导柱采用T8A号钢。10.注塑机的校核10.1最大注塑量效核 注射压力的效核，所选注塑机的注塑压力需大于成型塑件所需的注射压力，ABS塑件的注塑压力一般要求为100150MPa，该注塑机的注塑压力为165Mpa，符合条件。10.2锁模力较核 锁模力的校核Pm，由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个很大的推力，这个力应小于注射机的公称锁模力，否则将产生溢料现象即： 式中:F锁-注射机公称锁模力（N），本次设计中F锁=220KN。p-注射时型腔内注射压力，查文献得：p=30MPa；-塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和（mm2）。则 =(16022)+(739+)+(-120)= 3520+767.26+194=4481.26 mm2则 所以能够满足要求。10.3模具安装尺寸校核 模具安装固定有两种：螺钉固定、压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具多采用此法），模具动定模板上的螺孔及其间距，必须和注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有较大的灵活性；该模具采用压板固定。10.4材料厚度与注射机开模行程的校核10.4.1材料厚度的校核查文献得材料校核的公式：Hmin=H=Hmax式中: Hmin-注射机允许的最小厚度（SZ-250/1300注射机的Hmin=180mm）；Hmax-注射机允许的最大厚度（SZ-250/1300注射机的Hmax=380mm）。则H=300mm，所以能够满足上面的要求。10.4.2开模行程的校核注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件(包括浇注系统)所需要的开模距，即满足下式：式中:Sk-注射机的行程(SZ-250/1300注射机的Sk=345m