随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和.doc

第一章 绪论随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，如：家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅速增加，由于在工业产品中，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，成倍地减少整个产品中的各种紧固件，大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配件工时，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。塑料模具是用于成型具有一定形状尺寸的塑料制品的成型工具。模具是塑件生产的重要工艺装备之一。不同的塑料成型方法使用着不同模塑工艺和原理及结构特点各不相同的塑料模具。对塑件质量的优劣及生产效率的高低，除其他的因素外，模具的因素也是一个重要的因素。在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术是必不可少的，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用。作为产品生命周期的重要一环，模具的质量的好坏直接影响着产品的质量。塑料模具设计与制造是一项综合性的工作，围绕塑件成型生产涉及到成型物料，成型设备，成型工艺，成型模具及模具制造等各个方面，而这些便构成了塑件成型生产的系统。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其他成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加工实现了生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效益等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。本设计从塑料注射成型的成型物料、成型设备、成型模具几个方面讲述气压瓶盖注射成型设计。73 / 73第二章 塑料制品的分析2.1 塑件的作用及结构 此塑件是一个气压瓶盖。其形状比较复杂，尺寸较大，外观质量要求比较高。制品外表面不允许出现划伤、气泡、缩孔等缺陷，且要求较低的表面粗糙度值，所以精度要求取9级（GB/T1800.31998），材料用ABS热塑性材料。塑件图:图一 塑件图2.2 塑件材料的性能分析该塑料制品选用ABS塑料成型，ABS是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体的三元共聚物。ABS具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性，流动性好，吸湿性大；具有弹性和较高的冲击强度；它具有优良的介电性能及成型加工性能等综合性的优良性能，且价格便宜，原料易得。材料的各种性能用途如表一所示：结构特点线性结构非结晶型使用温度小于70性能特点机械强度较好，有一定耐磨性成型特点成型效果好，成型前原料要干燥适用注射机类型螺杆柱塞式均可密度(g/cm)1.031.07注射压力(MPa)60100 螺杆转速(r/min)30计算收缩率(%)0.30.8模具温度()5080预热温度()8085时间/h23吸水率24h(%)0.3拉伸屈服强度(MPa)1800抗拉屈服强度(MPa) 50喷嘴温度()170180 表一 ABS的性质及成型条件第三章 注射机型号的确定3.1 注射机选用原则 模具是安装在注射机上使用的，在生产塑件时模具与机床是一个不可分割的整体。因此在设计模具时，除了应当了解注射成型的工艺过程外，还应对所选用注射机的有关技术规范和性能参数有全面的了解。注射机的选用包括两方面的内容：一是确定注射机的型号，使塑料、塑件、注射模及注塑工艺等所要求的注射机的规格参数在所选的规格参数可调的范围内；二是调整注塑机的技术参数至所需的参数。3.2 注射模与注射机的关系3.2.1注射量的计算根据零件的三维模型，利用三维软件可直接查询出塑件的体积为 G1=86925.5 mm3，取密度=1.07g/cm3,M=V1=1.0786925.5=93.01g据经验公式,浇注系统凝料容量G为制件体积的0.15,即12.9 cm3。一次注射所需塑料总体积G=nG+G=99.9 cm3 13.2.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算锁模力是在成型时锁紧模具的最大力。用于实现动、定模紧密闭合，保证塑料制品的尺寸精度，尽量减少分型面处的溢边（或毛边）厚度和确保操作者的人身安全。流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积A2,在模具设计前是个未知数,根据多型腔模的统计分析,A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2-0.5倍,因此可用0.5A1来进行估算,所以A=A1+A2=A1+0.5A1=1.5A1=1.514361.24=21541.86mm2式中 A=()+392.64=14361.24FAP型 =21541.86mm230MPa=646.26kN式中型腔压力P型 取30MPa.A 塑料与浇注系统在分型面上的投影要积 P型型腔内内平均压强3.2.3 选择注射机根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值,可选用SZ-160/1000，(上海第一塑机厂),见表二:型号SZ-160/1000注射压力（MPa）132公称注射量(cm3)179锁模力（KN）1000螺杆（柱塞）直径(mm)44模具最小厚度（mm）170模板最大行程（mm）280喷嘴球半径（mm）10模具最大厚度（mm）360定位圈尺寸（mm）120拉杆内间距（mm）360260移模行程（mm）280注射速率（g/s）110塑化能力（g/s）10.5表二 SZ-160/1000注射机的有关参数3.2.4 注射机有关参数的校核（1）注射量的校核据式 G0.8G 式中：G塑件与浇注系统的体积（cm3） G 注射机的注射量（cm3）0.8最大注射容量的利用系数 已知：V件=99.9cm31790.8=143.2cm3 所以满足要求 （2） 锁模力的校核 F（KN） 式中： F注射机的额定锁模力（N） A塑料制品与浇注系统在分型面上的总投影面积（m2） P熔融塑料在型腔内的平均压力（Mpa）取35Mpa K安全系数取1.11.2这里取1.2 代入数据得 = = 775.51KN1000KN所以满足要求（3） 型腔数的校核按最大注射量确定型腔数 n = 其中 k系数0.8 M公称注射量179 m浇道、流道的体积 m制品体积代入数据得n=1.451 所以，型腔数校核合格。3.2.5 最大注射压力Pmax最大注射压力是指注射机料筒内柱塞或螺杆施于熔融塑料上的单位面积压力（注射时）。成型塑件所需要的注射压力是由塑料品种、注射喷嘴的结构式、塑件形状的复杂程度以及浇注系统的压力损失等因数决定，注射机的最大注射压力要大于成型塑件所要求的注射压力(60-110MPa)，即Pmax110MPa3.2.6 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核A设计模具的长、宽方向尺寸时要与注射机模板尺寸和拉杆间距相适应，应注意模具能否穿过拉杆间的空间装卡到模板上。B模具安装在注射机上必须使模具主浇道中心线与料筒、喷嘴的中心线重合，因此在注射机定模板上有一定位孔，要求模具的定位圈与之相配合。C注射机喷嘴头的球面半径R1应与相接触的模具主浇道始端凹下的球面半径R2相配合， R2= R1+（12）mm。D模具能恰当、稳固的装卡在注射机的动、定模板上。3.2.7其他尺寸的校核（1）开模行程的校核对于全液压式锁模机构的注射机，其最大开模行程等于动模与定模之间的最大开距（L）减去模具的厚度（H）。当模具厚度增大，则开模行程减小。对单分型面注射模，开模行程可按下式公式校核：S=L-HH+H+(510) mm式中 S： 注射机的最大开模行程； H： 塑料制品的推出距离；H： 制品高度（包括浇注系统）；已知S=300 mm H+H+10= 45+60+10 = 115mm 400500，导柱直径d取3035，先取d=32mm；d=42mm；d=42mm；D=48mm。图七 导柱7.2导套的形式导套结构形式如图所示：图八 导套 第八章 推出机构设计把塑料制品从凹模或凸模上脱出来的机构即为推出机构或脱模机构，它是注塑模具的重要组成部分。推出机构的形式和推出方式与塑料制品的形状、结构和塑料性能有关。对推出机构设计的要求：塑料制品脱模后，不能使塑料制品变形。推力分布均匀，推力面积要大，推杆尽量靠近凸模，但也不要距离太近。1.塑料制品在推出时，不能造成碎裂。推力应作用在塑料制品承受力大的部位，如塑料制品的肋部、凸缘及壳体壁等。2.不要损坏塑料制品的外观美。3.推出机构应准确、动作可靠、制造方便、更换容易。4.推出机构的零件包括：推杆、推板和推管等。8.1脱模力的计算经过注射机的高压注射塑料在模具内冷却定型，此时塑料收缩将型芯包紧，这一包紧力是开模后塑件脱出时所必须克服的，此外还有不通孔带来的大气压力，塑料及型芯的粘附力，摩擦力及机构本身运行时所产生的摩擦阻力。开始脱模时的瞬时阻力最大，脱模力的计算一般总是计算初始脱模力。由t/D=2.5/130=1/521/20(塑件壁厚与其内孔直径之比)，所以应按薄壁塑件来计算脱模力：式中 脱模力（）； 塑料的拉伸模量，为2000； 塑料成型的平均收缩率,为0.5%； 塑件的壁厚,为2.5； 被包型芯的长度，为45； 脱模斜度（）,一般为12,这里取1； 塑料与钢材之间的摩擦系数，为0.3； 塑料的泊松比，对于ABS为0.35； 由和决定的无因次系数，约等于1。 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（），当塑件底部有通孔时，10视为0。所以可得： =2472.758.2推杆直径计算根据压杆稳定公式计算出推杆的直径： (m) 式中 安全系数，常取1.5 L推杆的长度(m) n推杆的数目 =0.010m=10mm 得 d=10mm ；D=16mm；S=5；L=100mm8.3推杆直径的强度校核 （MPa）式中推杆材料的许用应力（MPa）推杆所受的应力（MPa） 所以 能保证推杆的正常工作。图九 推杆第九章 抽芯机构设计9.1 概述当塑件上具有与开模方向非一致的孔或侧壁有凹凸形状时，必须首先将成型这部分的型芯或型腔脱离塑件，才能将整个塑件从模具中脱出。通常将这种型芯或型腔称为侧型芯或侧型腔，并加工成可动形式。开模时推动侧型芯或侧型腔外移脱离塑件，合模时推动侧型芯或侧型腔复位的机构称为侧向分型和抽芯机构。9.2 抽芯机构的分类1、 机动抽芯 开模时，依靠注射机的开模动作，通过抽芯机构来带动活动型芯，把型芯抽出。机动抽芯具有脱模力大、劳动强度小、生产率高和操作方便等优点，在生产中广泛采用。按其传动机构可分为以下几种：斜导柱、斜滑块抽芯、齿轮齿条抽芯等。2、 手动抽芯 开模时，依靠人力直接或通过传递零件的作用抽除活动型芯。3、 液压抽芯 活动型芯的抽出，依靠液压筒进行。其优点是根据脱模力的大小和抽出距离的长短可更换抽芯液压筒，因此能得到较大的脱模力和较长的抽芯距，由于使用高压液体为动力，传递平稳。其缺点是增加了操作工序，同时还要有整套的抽芯液压装置，因此使用范围受到限制，一般很少用。9.3 抽芯距的计算抽芯距是指侧型芯从成型位置抽到不妨碍塑件取出位置时，侧型芯在抽拨方向所移动的距离。抽芯距一般应大于塑件的侧孔深度23mm。+（23 ）()式中 抽芯距（）； 塑件侧孔深度，为2.5。所以可得：=2.5+2.5=5()； =57.5+2.5=60()9.4 抽芯机构各尺寸的确定式中 斜导槽的工作长度（）；抽芯距，由上知=5()； =60()斜导槽的倾斜角,取15；与抽芯距对应的开模距（）。代入上述各数据可得：=4，=5； =15.5，=589.5抽芯力及抽芯所需开模力的计算式中 抽芯力（）；侧型芯成型部分的截面平均周长，为9.42和28.26；侧型芯成型部分的高度，为2.5；57.5塑件对侧型芯的收缩应力（包紧力），其值与塑件的几何形状及塑料的品种、成型工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件=（0.81.2）,取1。塑料在热状态时对钢的摩擦系数，一般=0.150.2，取=0.18。侧型芯的脱模斜度，取=代入以上各数据可得：=38.27； =2640.87； =+=2679.149.6 斜导柱抽芯机构设计9.6.1 斜导柱抽芯的工作原理斜导柱侧向抽芯机构是由与开模方向成一定角度的斜导柱和滑块所组成。为了保证抽芯动作平稳可靠，必须有滑块定位及闭锁装置等。9.6.2 斜导柱设计斜导柱形式： 斜导柱的形式包括圆形斜导柱、在模内抽拔的矩形斜导柱、模外抽拔的矩形斜导柱、起延时作用的矩形斜导柱等。斜导柱各项参数的计算：9.6.2.1斜导柱倾斜角的计算斜导柱倾斜角与脱模力及抽芯距有关。角度大则斜导柱所受弯曲力要增大，所需的开模力也增大。因此，希望角度小为好。但是当抽芯距一定时，角度小则使斜导柱工作部分长度及开模行程增大，降低斜导柱的刚性。所以确定斜角时要兼顾抽芯距及斜导柱所受弯曲力两方面。为了满足滑块和琐紧块先分开和斜导柱后抽芯的动作要求，则滑块和琐紧块的角度应比斜导柱的角度大2 3。抽芯距与斜导柱角度的关系如下：L4=s/sinH=sctg式中 L4斜导柱工作部分长度（mm）； 斜导柱斜角； s抽芯距（mm）； H开模行程（mm）；向动模方向抽出：计算公式如下：s=Htg/cosL4= / cosH= -ssin 式中 s抽芯距（mm）； L4斜导柱工作部分长度（mm）； H开模行程（mm）； 斜导柱斜角，取15 抽拔方向与分型面的交角，9 H斜导柱工作部分在开模方向的垂直距离（mm）。 代入数据得： H=s cos/ tg=60cos9/tg15=221.17mm L4= / cos=221.17/ cos9=223.92mm H= -ssin=221.17-60sin9=211.78mm 在抽气压瓶盖上的两个小气孔时，需要侧抽芯，其斜导柱计算如下： =s cos/ tg=5cos9/tg15=18.4mm L4= / cos=18.4/ cos9=18.6mm H= -ssin=18.4-5sin9=17.6mm9.6.2.2斜导柱直径d的计算斜导柱的直径d决定于所承受的弯曲力，而弯曲力又决定于脱模力、斜导柱的斜角及工作部分长度。斜导柱的计算公式如下： M=F l M=弯W W= F l/弯 W=0.1d 3，取弯=300MPa 故 d= 式中 F斜导柱所受弯曲力（N）； lA点到弯曲力作用点B的距离（mm）； W截面系数（mm3）； d 斜导柱直径（mm）；斜导柱所受弯曲力的计算： N= 式中 N斜导柱所受的弯曲力 Q抽拔阻力 f 摩擦系数，取0.15代入数据得： F = N=66.7N =3283.2N 所以d=4mm =28.8mm 设计时采用10mm和30mm的斜导柱。9.6.2.3斜导柱总长度计算斜导柱的总长度L，主要根据抽芯距、斜导柱直径和倾斜角的大小而定，其计算公式如下： L=L1+L2+ L3+L4+L5=Dtg/2+h/cos+d/2tg+s/sin+1015 式中 L 斜导柱总长度（mm）；D 斜导柱台阶直径（mm）；d 斜导柱工作部分的直径（mm）s 抽芯距（侧孔深度加23mm）；h 斜导柱固定板厚度（mm）； 斜导柱倾斜角。 代入数据得：L= L1+L2+ L3+L4+L5= Dtg/2+h/cos+d/2tg+s/sin+10=35tg15/2+25/cos15+30/2tg15+60/sin15+10=265mm= L1+L2+L3+L4+L5= Dtg/2+h/cos+d/2tg+s/sin+10=15 tg15/2+25/cos15+10/2tg15+5.5/sin15+10=60mm9.6.3滑块它是完成侧抽芯的一个重要零件，它主要与成型芯连在一起，用斜导柱进行侧抽芯。滑块的斜孔与斜导柱进行配合，在配合的同时要做成单面0.5mm的间隙，这样在间隙的瞬间有个很小的空行程，使滑块和活动型芯未抽动前强制塑料制品脱出凹模或凸模，并使锁紧块先脱离滑块，然后再进行抽芯。滑块的结构形式，视模具结构即侧抽芯力的大小来决定。9.6.4导滑槽为了使滑块带动成型芯平稳而准确地进行抽芯，必须在定模板或动模板上开有导滑槽，滑块与导滑槽必须很好的配合和导滑，在滑块完成动作后，仍停留在导滑槽内，停留在导滑槽内的滑块长度不应小于滑块全长的2/3。导滑槽结构形式有两种：矩形导滑槽和燕尾导滑槽，在此设计中选矩形导滑槽。9.6.5导滑槽定位装置为了保证斜导柱的伸出端可靠的进入滑块的斜孔，滑块在抽芯后必须停留在一定位置上，为此必须设滑块限位装置，这里采用了挡块限位和钢球限位。9.6.6锁紧块活动型芯和滑块一般用锁紧块锁住。它主要作用是防止侧型芯在注射成型时因受力产生移动。因为它要承受注射压力，所以应选用可靠的方式和模板相连接。最好把锁紧块与模板做成一体。同时锁紧块的斜角应比导柱斜角大23，否则斜导柱无法带动滑块。9.6.7防止斜导柱、滑块抽芯机构中的干扰措施避免侧向型芯与顶杆干涉的条件 hcScctg式中 hc 完全合模状态下，顶杆端面到侧向型芯的最近距离（沿开模方向）；对应侧向型芯复位行程。 Sc在垂直开模方向的平面上，侧向型芯与顶杆投影的垂直长度。因为在此设计中Sc=0，所以不存在干涉问题。9.6.8内侧抽芯结构因为气压瓶盖存在内侧凸台，所以必须有内侧抽芯结构。在开模顶出过程中，推杆推动导滑块沿型芯的斜面移动，从而完成制品内侧凸台处的 抽芯，同时顶出制品。第十章 冷却系统的设计10.1冷却系统的设计原则 1、 实验表明冷却水孔的数量愈多，对制品的冷却越均匀。2、 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即孔的排列与型腔形状相吻合，水孔边距型腔的距离常用12-15mm.3、 对热量聚集大、温度上升高的部位应加强冷却。同一制品的不同部位的冷却应与制品的厚度成比例。4、 进水管直径的选择应使水流速度不超过冷却水道的水流速度，避免产生过大的压力降。冷却水道直径一般不小于9mm，常用912mm。5、 凹摸、凸模或成型型芯应分别冷却，并保证其冷却平衡。当成型大型制品或薄壁制品时，料流程较长，而料温愈流愈低，为在制品上取得大致相同的冷却速度，在料流末端冷却水道可排列稀一些。6、 冷却水道不应穿过设有镶块或其接缝部位，水道连接必须密封以免漏水。7、 复式冷却循环应并联而不应串联。8、 进、出口冷却水温不应过大，以免造成模具表面冷却不均。一般注射到模具内的塑料温度为200C左右,而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后,必须对模具进行有效的冷却,使熔融塑料的热量尽快传给模具,以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模,提高塑件定型质量和生产效率。冷却介质采用冷却水,这是因为水的热容量大,传热系数大,成本低,且低于室温的水也容易取得.用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道,利用循环水将热量带走,维持恒温。 10.2 冷却通道的理论计算模具的热量是由辐射传热、对流散热、向模板的传热和与注射喷嘴的传热等很多因素综合作用的结果。要精确计算是十分困难的。现仅考虑冷却介质在管内强制对流的散热，而忽略其它传热因素。假设由熔融塑料放出的热量全部付给模具，其热量为 (J/h)式中 每小时注射