喷雾咀注塑模具设计

摘 要首先阐述模具的发展状况,模具涉及到的相关产业.接着介绍模具的基本结构,可以对模具的组成有一定的新认识.并对注塑模具设计的原则和过程做了详细的阐述,而且结合具体的产品进行了演练注塑模具的设计过程与思想关键词：模具结构，模具设计原则，模具设计过程目 录引言 第一章 注塑模具1.1 塑料的基本概念 1.2 塑料的成型过程 1.3 注塑模具基本结构 1.4 浇口形式 1.5 排气系统 1.6 注射成型件的设计 1.7 注塑模具设计的一般原则第二章 注塑模具设计过程实例2.1 产品图消化 2.2产品型腔布置设计2.3 确定分型面2.4选择产品的材料2.5 确定型腔的形式2.6 模架选用 2.7确定浇口形式2.8冷却系统的确定依据2.9注射机的类型与参数确定2.10 注射模设计质量 第三章 绘制模具图与校图 3.1 绘图要求 3.2 绘制零件图3.3 绘制全部模具图 3.4 最后校对设计图样3.5 整理资料进行归档参考文献 致谢 结束语344566910111212141515161616171717171718191920212121引 言现代模具设计制造中已全面推广CAD/CAM/CAE技术。实践证明模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，随着微机软件的发展、进步和全面普及，CAD/CAM/CAE技术条件的基本成熟，技术培训工作也日趋简化。国产模具软件的开发和应用，加大技术培训和技术服务的力度，扩大了CAE技术的应用范围。用于模具设计制造的计算机软件,将向智能化、集成化方向发展。 随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展, RPM技术直接或间接用于模具制造。它通过立体光固化（SLA)、叠层实体制 (LOM)、激光选区烧结(SLS)、三维打印（3D-P)、熔融沉积成形(FDM)等不同方法得到制件原型。然后通过一些传统的快速制模方法,获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具。如塑料注射模具、压注模具、精密铸造模具等有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点,从模具的概念设计到制造完成,仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。 热流道技术的推广，使采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节省制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。模具标准化程度不断提高,目前我国模具标准件使用覆盖率已达到50%左右。 模具的深加工、精加工正向自动化、智能化方向发展；使模具的加工精度等级和表面粗糙度的要求提高12个等级。塑料成型件的应用已经十分广泛已逐步代替传统的金属和非金属材料制品,发展注塑模具大有可为。第一章 塑料模具“塑料模具”又可分为1注射模具2压缩模具.3压注模具4挤出模具5吹塑模具等等本论文是通过对生产汽车配套件中的一个小件，如图1；产品名称：喷雾咀 ；产品材料：ABS ；该产品属非标件，量大，零件成型对尺寸精度等级比较高，来论述自己参与设计产品改造的感受。 图11.1 塑料的基本概念注塑是注射塑料的简称，对于设计注塑模具而言，首先要对注塑模具设计的材料有一定的了解。塑料是高分子材料的一种，以高分子合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。塑料有400多个品种，其中常用材料有40余种，主要分为热固性塑料与热塑性塑料，一般工程上使用的塑料主要有尼龙、聚磷酸脂、聚甲醛和ABS等，其力学性能高，可代替金属作为工程材料。不同的塑料，其成型温度、成型压力，设计是选择的脱模斜度和壁厚等皆有所不同，例如对于热塑性塑料而言，增加壁厚，冷却时间和成型时间都会延长，使成本增加，而且还容易产生缩空、翘曲和凹陷等缺陷。1.2塑料的成型过程塑料成型是热塑性塑料成型的一种主要加工方法，可以分为合模、加料、加热、塑化、挤压、注射、保压、冷却、固化、定型、螺杆嵌塑和脱模顶出，概括为材料的塑化、流动和冷却过程。塑料的成型是通过注射成型机来实现的，按其用途分为热塑性塑料注射成型机和热固性塑料注射成型机，注射成型模具的基本结构包括浇注系统、成型零件和结构零件3部分，其中浇注系统是将塑料同注射机喷嘴引向型腔的通道称浇注系统，它由主流道、分流道、内浇口和冷料穴等结构组成；成型零件是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，它由型芯（成型塑件内部形状）型腔（成型塑料外部形状）、成型杆和镶块等构成；结构零件构成零件结构的各种零件，在模具中起安装、导向、机构动作以及高温等作用，它有导向零件、装配零件和冷却加热系统等组成。1.3注塑模具基本结构通常典型注塑模具的组件包括以下几部分：(1)成型部件 是指动,定模部分有关组成型腔的零件的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通 道,他包刮 主流道,分流道,浇及冷料穴 (3)导向部件 在注塑模中,用导向部件对模具的动模导向与定位,以使模具合时能准确对合 (4)推出机构 是指模具分型件型腔中推出的装置(5)调温系统 为了满足注射工艺对模具温度的要求,需要有调温系统对模具的温度进行调节.一般热塑性塑料的注射模具大部分设有冷却系统 (7)支承零部件 用来安装固定或者支承成型零部件及前各部件机构的零部件(8)侧向分型与抽芯机构 当塑件有侧向的凹凸形状的孔和 台时,须先把侧向的凹凸形状的瓣合模块或侧向的型芯从塑件上脱开 图：1-2注塑模示意1.4 浇口形式浇口是一个连接流道（浇道）及模穴的孔或信道，它必须小到能让流道与塑物很容易的分离却又须大到能够避免塑流过早凝结造成填充不足。一般设计浇口之大小，是由小渐大直到能够填充完全，但最小的浇口其直径不得小于0.03英吋且不得超过流道或浇道之直径。通常浇口大小为塑件壁厚的一半。1.4-1浇口的位置浇口之位置与最终产品之性质关系甚巨如以下所列：1. 外观：残留之浇口痕通常不可避免，所以尽量让其位于较不明显之处。2. 应力：切勿将浇口设于近高应力区，因为浇口本身之附近会产生残留应力且浇口造成之粗糙表面容易导致应力集中。3. 压力：将浇口设于塑物之较厚部位以保证充填完美并能避免凹陷及包气的产生。4. 分子方向性(orientation)：高度的轴分子方向性会造成塑物只具单方向之强度。所以调整浇口之位置，让塑流进入模穴后能辐射似的流动。5. 缝合线：通常将浇口位于能使流动到模穴各部位之长度一定如图1-3所示。图(b)则为侧浇口所造成之缝合线。而图(a)由于有插入物之关系，缝合线更为严重，解决方法为将浇口设近于插入物处，使之产生较大之涡流以减轻缝合线6. 充填(filling)：将浇口设于壁之对端，重迭式进料以增加涡流来消除流痕及浇口附近之毛边如图2-33所示。 图：1-3选择浇口位置 图：1-4浇口位置流动示意总之，浇口最理想之位置是能使熔融塑料均匀的进入模穴且把模穴的各个部位同时填满。1.4-2 浇口之种类选择最好之浇口类型，其重要性犹如浇口之位置与大小。图1-3为各种不同之浇口图。a) 浇道浇口(sprue gate)：此为经由浇道衬套或直接制造于模穴中之锥形孔。通常用于单模穴模具或是须要对称性流动之模具，其优点为材料之受剪应力及压力损失较低，材料温度较均匀；缺点则为须要后加工以消除明显之断痕。b) (b) 边缘浇口(side or edge gate)：此种浇口适用于双层板之多模穴模具及较厚部位的塑物。其优点为浇口之横断面较简单，易于加工，浇口之尺寸较精确且易于修改；缺点则为浇口冷却去掉后，痕迹仍然明显。c) (c) 点状浇口(pin gate)：此种浇口通常用来取代边缘浇口以减少后加工之处理。常应用于三板式、模底注料模具，就是在凹模板后再设有一块板以装置流道系统，点状浇口再直接地或通过分浇口以把模穴和流道连接在一起。其限制为它只适用于较薄之塑件。 (d) 边缘点状浇口：犹如点状浇口，它只适用于较薄之塑件。其优点为将浇道与成形件分开，有较不明显之断痕，缺点则为较大之压力损失，经由局部过热有损成形材料之性质。 (e) 耳式浇口(tab gate)：在模穴之一侧设置耳槽，然后在耳槽上设一个普通的矩形边缘浇口。由于熔料进入模穴前必须先拐90的弯，防止了直接进料所产生之喷射，因此塑料能平稳均匀的填满模穴。 (f) 膜状浇口(diaphragm gate)：用于单模穴模具且塑物为环形具较小内部直径的。其优点为较少之残留应力，缺点则为须要之射出材料较多，后加工较为困难。 (g) 内环形浇口(internal ring gate)：犹如膜状浇口般适用于制造环形物之单模穴模具，但塑物是具较大内部直径的。 (h) 外环形浇口(external ring gate)：用于多模穴模具之环形物制造。 (i) 潜伏式浇口(submarine gate)：它是一种圆形或椭圆形浇口，潜伏在分模面之下向模穴供料，其优点为：模穴设在一块模皮里，不存在配合之问题且可得较精确之尺寸。 不受浇口冷却封闭时间的影响而能直接控制充满模穴的时间。 在顶出时，浇口尾料和塑件可被自动切断。 图：1-51.5 排气系统当模具充满塑料后，所有之内部空气必须排掉，否则模穴内被压缩之空气会产生热而将塑品烧焦。排气可位于分模线上任何一处，特别是在模穴内最后填满的地方，如图1-6所。 图：1-6 排气位置对于未显现的肋及浮凸物，排气可在顶出轴方向上磨一小平块而设立。排气装置是由浅、小而渐大，但如果太大会造成塑物在排气口有毛边现象。对于热塑性塑料，射出成型之排气装置其尺寸规格通常如图1-7所示。 图：1-71.6注射成型件的设计注射成型件的设计包括分型面的选取、脱模的方向、浇口位置的选择和是非影响外观、排气等，主要有以下几个注意的事项：（1） 分型面位置及精加工精度是否满足需要，会不会以生溢料，开模后是否能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边。如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。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，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2) 便于塑件顺利脱模，3) 尽量使塑件开模时留在动模一边。4) 保证塑件的精度要求。5) 满足塑件的外观质量要求。6) 便于模具加工制造。7) 对成型面积的影响。8) 对排气效果的影响。9) 对侧向抽芯的影响。其中最重要的是第5）和第2）、第8）点。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。（2） 脱模方式是否正确，推广杆、推管的大小、位置是否合适，推扳会不会被型芯卡住，会不会造成擦伤成型零件。（3） 模具温度调节方面。加热器的功率、数量；冷却介质的流动线路位置、大小、数量是否合适。（4） 处理塑料制件制侧凹的方法，脱侧凹的机构是否恰当，例如斜导柱抽芯机构中的滑块与推杆是否相互干扰。（5） 浇柱、排气系统的位置，大小是否恰当。1.7 注塑模具设计的一般原则1注塑模具设计的一般原则注塑模具设计的一般原则主要包括塑料的单向流动、流动平衡、恒定压力梯度、最大剪切应力、熔接痕、熔合痕放置、避免滞留、避免潜流、可控制的摩擦加热、流道热阀和可接受流道型腔比。（1） 单向流动。单向流动是指在填充过程中，塑料应该在一个方向上流动，并且保持一个直的流动前沿，以产生单方向的定位。（2） 流动平衡。流动平衡是指所有的流动路径应该是平衡的，即使在相同的时间以相同的压力充填模腔。（3） 恒定压力梯度。恒定压力梯度是指压力梯度（压力降低对单位长度）沿着流动路径是固定的数值。（4） 最大剪切应力。最大剪切应力是指在填充的时候应该小于材料临界的最大剪切应力，此数值是由材料的本身特性决定的。（5） 熔接痕/熔合痕放置。熔接痕/熔合痕放置位置应该在最不敏感部位放置熔接和融合线。（6） 避免滞留。避免滞留是指尽可能避免在流体路径为厚的和薄流动路径处设置浇口。（7） 避免潜流。避免潜流是指通过浇口的设置，避免潜流保证流体在最后充填区相遇。（8） 可控制的摩擦加热。可控制的摩擦加热是指为控制的摩擦加热设计流道，增加型腔熔体温度，这将在产品中获得较低的应力，避免因塑料长期处于较高的温度下而引起塑料的降解。（9） 流道热阀。流道热阀是指利用热阀设计流道系统，保证浇口冻结时型腔刚好充完毕和已充分保压，避免在模具充填完毕后过保压或产生倒流。（10） 可接受流道/型腔比。可接受流道/型腔比是指为高压力降设计流道系统。使流道材料一个低比率的流道/型腔设计。第二章模具设计过程实例2.1产品图消化阅读和分析任务书 此喷雾嘴原本材料为铝制品，由于材料的成本高和易磨坏。现要将材料改为塑料产品。 (喷雾咀塑料产品)2.2产品型腔布置设计确定型腔数目的条件;最大注射量,锁模力.产品的精度要求等(1)从注射机的塑化量与模具最多型腔数的关系. 3.6TR N=- V 式中N-最高型腔数 T- 成型周期 R -塑化能力(Kg/h) V-塑件和流道体积 P-材料的密度 (2) 从注射机的锁模力与模具最多型腔数的关系. 10fFN=-AP 式中 f-防止飞边出现的安全系数(取1.2-1.5) F-最大锁模力(KN) P-最大注射压力 A- 制品及流道的投影面积 (3) 模具成本与型腔数目的关系.通常模具中每增加一个型腔,所成型的精度将下降4%对精度要求高的制品,随着型腔数的增加,模具的制品精度也势必随之增加,因而导致制造成本加大,他们三者之间关系如图3.2所示 （ 图3.2）综合考虑可以确定型腔数及排列方式为下3.3图 （图3.3）2.3 确定分型面。分型面的选择应以模具结构简单.分型容易,并且不影响塑件的外观和使用为原则,所以此产品分型面应该选择在产品下面的最大圆面处.如图3.4所示 (图3.4) 2.4选择产品的材料類 型產 品特 性用 途PP多功能工程母粒 EMB耐熱, 高光澤, 着色家電外殼5-40% 玻璃纖維增強, 礦物填充 PP高強度, 高剛性家電, 電器配件阻燃 PP, 阻燃母粒 (PP)UL94-V0, V2(1:5 V0, 1:10V2)家電, 電器配件ABS阻燃, 10-30% 玻璃纖維增強 ABS高剛性, 高衝擊, V0 級電器用品耐熱 ABS耐熱, 耐候汽車配件阻燃母粒 (ABS)1:4 V0 級家電, 電器配件PC阻燃, 10-30% 玻璃纖維增強 PC高衝擊, 阻燃, V0 級高強度配件阻燃 PC阻燃, V0 級電器配件HIPS阻燃 HIPS,阻燃母粒 (HIPS)V0, V2,1:4 V0 級電視機外殼PC/ABS高衝擊, 阻燃PC/ABS 合金高衝擊, 高流動性, V0 級電器, 汽車配件, 電腦外殼TPE, TPR硬度: Shore A40-90直接注塑,加工方便多種用途PBT阻燃, 玻璃纖維增強 G10, G20, G30高光澤, 抗遷移電子, 電器用品PA阻燃, 10-30% 增強級高強度, 高剛性, V0 級電器, 結構件ECMP導電 PE, 導電 PP(注塑, 擠出, 吹膜)高衝擊, 加工方便, 導電佳抗靜電周轉箱, 包裝導電 HIPS (注塑, 擠出)加工方便, 導電佳抗靜電包裝PP EMB多功能工程母粒 EMB耐熱, 高光澤, 着色家電外殼ABS EMB阻燃母粒 (ABS)1:4 V0 級家電, 電器配件HIPS EMB阻燃母粒 (HIPS)V0, V2,1:4 V0 級電視機外殼根据性能分析我们选用ABS材料,它的平均收缩率为0.4%-0.6%所以该产品可以取它的平均收缩铝0.54%计算,在设计模具型腔尺寸时,取制品公差范围的1/3为模具型腔的尺寸公差.加上收缩率后制品的实际尺寸,为型腔的基本尺寸.2.5 确定型腔的形式为方便加工与热处理,型腔与型心部分,采用拼镶结构如图3.5. (图3.5)2.6 模架选用 我们可以选用标准模架即2525CI7575模架2.7确定浇口形式为了满足制品表面要求与提高成型效率,参考第二章所述综合考虑可采用测浇口.2.8冷却系统的确定依据 热塑性塑料和部分惹固性塑料成型的过程，是将温度较高的熔融塑料，通过高压注射进入温度较低的模具中，经过冷却固化，从而得到所要的产品。首先，从提高生产效率的角度来看，成型过程中成型周期是一个非常重要的环节。由于在整个成型周期中50-60的时间用于对制品的冷却，因此，在成型过程中冷却时间长短的重要意义是不言而喻的。制品的最短冷却时间可按下式： _&2T=-Ln(w/4xA-B/I-B) 2Wa 注 &制品最大厚度（mm） a塑料热扩散系数 A塑料脱模温度 B模具温度 I塑料注射温度2.9注射机的类型与参数确定 根据以上型腔数目、产品的精度要求等分析和以往的经验注射机选用的各参数如下 1）注射机类型：螺杆式 2）料筒温度：后段250，中段220，前段220； 3）喷嘴温度：208 4）模具温度：60 5）注射压力：13.4MPa 6）成型时间：注射时间1秒，保压时间5秒，冷却时间10秒。 7）螺杆转速：58r/mim 8) ABS干燥温度：80，干燥时间：4H2.10 注射模设计质量设计注塑模时,是否正确地考虑了塑料原料的工艺性,成型性能,注射机类型可能对成型质量产生的 影响,对成型过程中可能产生的缺陷是否在注射模设计时采取了相应的预防措施(1) 是否考虑了塑件对注塑模具导向精度的要求,导向结构设计的是否合理(2) 成型零部件的工作尺寸计算是否正确,能否保证产品的精度,其本身是否有足够的强度和刚度(3) 支承零部件能否保证模具具有足够的整体强度和刚度(4) 是否考虑了试模和修模要求装拆及搬运条件方面有无便于装拆时有的装拆孔,牵引螺钉和起吊装置,对其是否做出了标记第三章 绘制模具图与校图 3.1绘图要求绘制模具图是指要求按照国家制图标准以及公司具体的标准和国家未规定的工厂习惯画法设计模具图。模具总装配图包括以下具体内容。（1） 模具成型部分结构（2） 浇注系统，排气系统的结构形式。（3） 外型结构及所有连接件，定位、导向件的位置。（4） 标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。（5） 辅助工具（取件卸模工具，校正工具等）。（6） 标注技术要求和使用说明。 3.2 绘制零件图3.3 绘制全部模具图3.4最后校对设计图样 基本结构方面(1) 注射模的机构和基本参数是与注射机匹配(2) 注射模是否具有合模导向机构,机构设计是否合理(3) 分型面选择是否合理,有无产生飞边的可能,塑件是否滞留在设有顶出脱模机构的模(或定模)一侧(4) 型腔的布置与浇注系统的设计是否合理.浇口是否与塑料原料相适应,浇口位置是否恰当,浇口与流道几何形状及尺寸是否合适,流动比较是否合理(5) 成型零部件设计是否合理(6) 顶出脱模机构与侧向分型或抽芯机构是否合理,安全和可靠.它们之间或它们与其他模具零部件之间有无干涉或碰撞的可能;脱模板(推板)是否会有凸模咬口(7) 是否有排气机构,其形式是否合理(8) 是否需要温度调