塑料盘子注塑模具设计课程设计.doc

山东理工大学 注注 塑塑 模模 具具 设设 计计 课课 程程 设设 计计 课程名称 盘子注塑模具设计 姓 名 郭光平 指导教师 刘元义 学 院 机械工程学院 专业班级 材料成型及控制工程 模具 1002 班 日 期 2014 年 1 月 目录 目录 1 目 录 摘要摘要 1 前言前言 1 1 工艺分析工艺分析 2 1 11 1 材料特性分析材料特性分析 2 1 21 2 材料的参数材料的参数 2 1 31 3 注射参数注射参数 2 1 41 4 塑件制作数据塑件制作数据 3 1 4 1 塑件的尺寸 3 1 4 2 塑件尺寸公差标准 7 1 4 3 塑件的表面质量 7 1 51 5 确定注射机确定注射机 8 2 模具结构设计模具结构设计 10 2 12 1 分型面选择分型面选择 10 2 22 2 浇口设计浇口设计 11 2 32 3 流道设计流道设计 13 2 42 4 浇口套设计浇口套设计 13 3 排气系统和冷却系统设计排气系统和冷却系统设计 15 3 13 1 排气系统设计排气系统设计 15 3 23 2 冷却系统的设计冷却系统的设计 15 4 脱模结构脱模结构 17 4 14 1 脱模机构设计的总体原则脱模机构设计的总体原则 17 4 24 2 推件力的计算推件力的计算 17 4 2 1 脱模力 17 5 底板设计底板设计 19 5 15 1 凹模尺寸设计凹模尺寸设计 19 5 1 1 凹模的径向尺寸计算 19 5 1 2 凸模的高度尺寸计算 19 5 25 2 凸模尺寸设计凸模尺寸设计 20 5 2 1 凸模的径向尺寸计算 20 5 2 2 凸模的高度尺寸计算 20 6 模架选择模架选择 22 目录 2 7 导柱设计导柱设计 24 7 17 1 导柱导柱 24 7 27 2 导套导套 24 7 37 3 推杆的选择推杆的选择 25 8 材料选择材料选择 26 8 18 1 凹凸模材料的选择凹凸模材料的选择 26 9 注射机校核注射机校核 27 9 19 1 注射量注射量 27 9 29 2 注射压力注射压力 27 9 39 3 锁模力锁模力 27 9 49 4 开模行程开模行程 27 10 小结小结 29 参考文献参考文献 30 前言 3 摘 要 本设计针对分析盘子的塑件图 完成其造型设计 根据分析盘子的塑件的 特点完成其注射模设计 本文主要阐述了塑料盘子注塑成型的基本原理 注射 模具的结构设计方法及过程 采用AUTO CAD的软件和UG软件完成对塑料盘子的 模具的计算机辅助设计 关键词 计算机辅助设计 注射模具 塑料盘子 前言 4 前前 言言 模具课程设计是在完成冷冲模具设计 塑料模具设计 CAD 软件等相关专 业课程学习之后 一个重要的综合性的环节 在设计之前 要具备机械制图 公 差与技术测量 机械原理及零件 模具材料及热处理 模具制造工艺 塑件成 型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识 初步了解塑件的成型工 艺和出产过程 认识各类塑料模具的典型结构 1 综合运用塑料模具设计 机械制图 公差与技术测量 机械原理及零 件 模具材料及热处理 模具制造工艺 塑件成型工艺及模具设计等方面必要 的基础知识和专业知识 分析和解决塑料模具设计问题 进一步巩固加深和拓宽 所学的知识 2 通过设计实践 逐步树立正确的设计思想 增强创新意识和竞争意识 基 本掌握塑料模具设计的一般规律 培养分析问题和解决问题的能力 3 通过计较 绘图和运用技术标准 规范 设计手册等有关设计资料 进 行塑料模具设计全面的基本技能训练 为毕业设计打下一个良好的实践基础 5 1 工艺分析 1 1 材料特性分析 PP是一种半结晶性材料 它比PE要更坚硬并且有更高的熔点 由于均聚物 型的PP温度高于0 以上时非常脆 因此许多商业的PP材料是加入1 4 乙烯的无 规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物 共聚物型的PP材料有较低的 热扭曲温度 100 低透明度 低光泽度 低刚性 但是有有更强的抗冲击 强度 PP的强度随着乙烯含量的增加而增大 PP的维卡软化温度为150 由于 结晶度较高 这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好 PP不存在环境应力开裂 问题 通常 采用加入玻璃纤维 金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性 PP的流动率MFR范围在1 40 低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低 对于相同MFR的材料 共聚物型的强度比均聚物型的要高 由于结晶 PP的收缩 率相当高 一般为1 8 2 5 并且收缩率的方向均匀性比PE HD等材料要好得多 加入30 的玻璃添加剂可以使收缩率降到0 7 均聚物型和共聚物型的PP材料都 具有优良的抗吸湿性 抗酸碱腐蚀性 抗溶解性 然而 它对芳香烃 如苯 溶剂 氯化烃 四氯化碳 溶剂等没有抵抗力 PP也不像PE那样在高温下仍具 有抗氧化性 1 2 材料的参数 PP 聚丙烯 纯 的主要技术指标 密度 kg cm3 0 90 0 91 比体积 v dm3 kg 1 1 10 1 11 吸水率 24h wpc 100 0 01 0 3 收缩率 s 1 0 2 5 熔点 t C 170 176 热变形温度 t C 0 46mpa 102 115 抗拉屈服强度 w mpa 67 5 冲击韧度 dn kJ m 2 无缺口 78 硬度 HB 8 65 1 3 注射参数 干燥处理 如果储存适当则不需要干燥处理 6 熔化温度 220 275 注意不要超过 275 模具温度 40 80 建议使用 50 结晶程度主要由模具温度决定 注射压力 可达到 1800bar 注射速度 通常 使用高速注塑可以使内部压力减小到最小 如果制品表 面出现了缺陷 那么应使用较高温度下的低速注塑 流道和浇口 对于冷流道 典型的流道直径范围是 4 7mm 建议使用通体 为圆形的注入口和流道 所有类型的浇口都可以使用 典型的浇口直径范围是 1 1 5mm 但也可以使用小到 0 7mm 的浇口 对于边缘浇口 最小的浇口深度应 为壁厚的一半 最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍 PP 材料完全可以使用热 流道系统 成型时间 注射时间 20s 60s 高压时间 0s 3s 冷却时间 20s 90s 总周期 50s 160s 1 4 塑件制作数据 1 4 1 塑件的尺寸 塑件尺寸的大小受制于以下因素 1 取决于用户的使用要求 2 受制于塑件的流动性 3 受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力 根据日常需要取盘子的盘子口半径为 228mm 盘子底半径为 80mm 盘子高 33mm 盘子壁厚 3mm 7 图1 1 盘子的实体模型 8 图1 2 盘子的工程图 9 图1 3 分模图 10 图 1 4 模具模架 3D 图 1 4 2 塑件尺寸公差标准 影响塑件尺寸精度的因素主要有 1 塑料材料的收缩率及其波动 2 塑件结构的复杂程度 3 模具因素 含模具制造 模具磨损及寿命 模具的装配 模具的合模 及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等 4 成型工艺因素 模塑成型的温度 T 压力 p 时间 t 及取向 结晶 成型后处理等 5 成型设备的控制精度等 6 其中 塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差 题中没有公差值 则我们按未注公差的尺寸许偏差计算 1 4 3 塑件的表面质量 塑件的表面质量包括塑件缺陷 表面光泽性与表面粗糙度 其与模塑成型 工艺 塑料的品种 模具成型零件的表面粗糙度 模具的磨损程度等相关 11 模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低 1 2 级 1 5 确定注射机 从节省材料的角度我们选择一模一腔的浇注系统 估算出制品体积 V 132cm3 所需熔体 PP 塑料质量 M 119g 制品的正面投影面积 S 415cm2 初步选用初步选用 XS ZY 250XS ZY 250 注射机注射机 注射机容量注射机容量 250cm3250cm3 注射压力注射压力 1300 10 5pa1300 10 5pa 锁模力锁模力 1800N1800N 最大注射面积最大注射面积 500cm3500cm3 模具厚度模具厚度 350 250mm350 250mm 模板行程模板行程 350mm350mm 喷嘴球半径喷嘴球半径 18mm18mm 喷嘴孔直径喷嘴孔直径 4mm4mm 定位孔直径定位孔直径 125mm125mm 所需注射量 80 注射机最大注射量 注射压力 锁模压力 根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积 mmVC 3 20 V 132 20 152 塑件凝料体积 cm3 V塑件 V 0 8 152 0 8 190cm3 250cm3 2 注射压力 PP 注成型 PP 塑料成型时的注射压力 P70 120MPa 成型 3 锁模力 PPF 锁模力 12 式中 P 模具型腔内塑料熔体平均压力 MPa 一般为注射压力的 0 3 0 65 倍 PP 塑料成型时的注射压力 我们选择 P70 120MPa 成型 P 0 65 120 80MPa P 塑料成型时型腔压力 80MPa F 塑件在分型面上的投影面积 415 mm F 132000mm 0 132 m P 锁模力 80 0 132 100000 105600 105 6KN 180KN 确定注射机型号 XS ZY 250 XS ZY 250 型注塑机的主要技术规格如下表 表 1 1 注塑机的主要参数 理论注射容积 cm 250 注射压力 MPa 130 锁模力 kN 1800 移模行程 mm 350 模具最大厚度 mm 350 模具最小厚度 mm 250 模具定位孔直径 mm 125 喷嘴口孔径 mm 4 喷嘴球半径 mm 15 13 2 模具结构设计 2 1 分型面选择 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保证塑料制品能够脱模 这是一个首要原则 因为我们设置分型面的目的 就是为了能够顺利从型 腔中脱出制品 根据这个原则 分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上 最 好在一个平面上 而且此平面与开模方向垂直 分型的整个廓形应呈缩小趋势 不应有影响脱模的凹凸形状 以免影响脱模 2使型腔深度最浅 模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响 目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工 型腔越深加工时间越长 影响模具生产周期 同时增加生产成本 模具型腔深度影响着模具的厚度 型腔越深 动 定模越厚 一方面加 工比较困难 另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制 故型腔 深度不宜过大 型腔深度越深 在相同起模斜度时 同一尺寸上下两端实际尺寸差值越 大 如图2 若要控制规定的尺寸公差 就要减小脱模斜度 而导致塑件脱模困 难 因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅 3使塑件外形美观 容易清理 尽管塑料模具配合非常精密 但塑件脱模后 在分型面的位置都会留有一 圈毛边 我们称之为飞边 即使这些毛边脱模后立即割除 但仍会在塑件上留 下痕迹 影响塑件外观 故分型面应避免设在塑件光滑表面上 4尽量避免侧向抽芯 塑料注射模具 应尽可能避免采用侧向抽芯 因为侧向抽芯模具结构复杂 并且直接影响塑件尺寸 配合的精度 且耗时耗财 制造成本显著增加 故在 万不得己的情况下才能使用 5使分型面容易加工 分型面精度是整个模具精度的重要部分 力求平面度和动 定模配合面的 14 平行度在公差范围内 因此 分型面应是平面且与脱模方向垂直 从而使加工 精度得到保证 如选择分型面是斜面或曲面 加工的难度增大 并且精度得不 到保证 易造成溢料飞边现象 6使侧向抽芯尽量短 抽芯越短 斜抽移动的距离越短 一方面能减少动 定模的厚度 减少塑 件尺寸误差 另一方面有利于脱模 保证塑件制品精度 7有利于排气 对中 小型塑件因型腔较小 空气量不多 可借助分型面的缝隙排气 因 此 选择分型面时应有利于排气 按此原则 分型面应设在注射时熔融塑料最 后到达的位置 而且不把型腔封闭 综上所述 选择注射模分型面影响的因素很多 总的要求是顺利脱模 保 证塑件技术要求 模具结构简单制造容易 当选定一个分型面方案后 可能会 存在某些缺点 再针对存在的问题采取其他措施弥补 以选择接近理想的分型 面 对于本塑件 图示为最佳第一分型面 图2 1 分型面 15 2 2 浇口设计 浇口的形式众多 通常都有边缘浇口 扇形浇口 平缝浇口 圆环浇口 轮辐浇口 点浇口 潜伏式浇口 护耳浇口 直浇口等 模具设计时 浇口的 位置及尺寸要求比较严格 初步试模后还需进一步修改浇口尺寸 无论采用何 种浇口 其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大 因此合理选择浇口的开 设位置是提高质量的重要环节 同时浇口位置的不同还影响模具结构 总之要 使塑件具有良好的性能与外表 一定要认真考虑浇口位置的选择 通常要考虑 以下几项原则 1 尽量缩短流动距离 2 浇口应开设在塑件壁厚最大处 3 必须尽量减少熔接痕 4 应有利于型腔中气体排出 5 考虑分子定向影响 6 避免产生喷射和蠕动 7 浇口处避免弯曲和受冲击载荷 8 注意对外观质量的影响 根据浇口的成型要求及型腔的排列方式 联系产品实际使用要求 本产品 选用点浇口较为合适 图2 2 浇注点 2 3 流道设计 流道是一端与注射机喷嘴相接触 可看作是喷嘴的通道在模具中的延续 另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道 其设计要点 主流道设计成圆锥形 其锥角可取2 6 流道壁表面粗糙度取 16 Ra 0 63 m 且加工时应沿道轴向抛光 主流道如端凹坑球面半径R2比注射机的 喷嘴球半径R1大1 2 mm 球面凹 坑深度3 5mm 主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0 5 1mm 一般 d 2 5 5mm 取d 2mm 主流道末端呈圆无须过渡 圆角半径r 1 3mm 主流道长度L以小于60mm为佳 最长不宜超过95mm 主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上 其材料常用 T8A 热处理淬火后硬度 53 57HRC 结合塑件特征和模架特征 采用流到设计如图所示 图2 3 2 4 浇口套设计 浇口套选用根据注射机喷嘴球半径15mm 再根据书111页点浇口的选择条件 翻书查阅资料 得到浇口套如图所示 17 图2 4 浇口套 图 2 5 浇口套的固定形式 18 3 排气系统和冷却系统设计 3 1 排气系统设计 排气系统的作用是将型腔中原有的空气及成型过程中产生的气体顺利的排 出 以免塑件产生气泡 疏松等缺陷而影响成型及表面质量 排气槽的作用主 要有两点 一是在注射熔融物料时 排除模腔内的空气 二是排除物料在加热 过程中产生的各种气体 越是薄壁制品 越是远离浇口的部位 排气槽的开设 就显得尤为重要 另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设 因为它 除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外 还可以消除制品的各种缺陷 减少 模具污染等 那么 模腔的排气怎样才算充分呢 一般来说 若以最高的注射 速率注射熔料 在制品上却未留下焦斑 就可以认为模腔内的排气是充分的 适当地开设排气槽 可以大大降低注射压力 注射时间 保压时间以及锁 模压力 使塑件成型由困难变为容易 从而提高生产效率 降低生产成本 降 低机器的能量消耗 其设计 往往主要靠实践经验 通过试模与修模再加以完善 此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气 排气槽的设计原则 1 排气槽尽量开设在分型面 2 排气槽应在型腔最后充满的地方 3 排气槽一般应开设在分型面动模一方 4 排气槽的槽深按表3 3选用为0 02mm 5 排气槽的式要预防溢料溅出伤人 最好不要面对操作者 3 1 排气槽深度 塑料名称深度 h塑料名称深度 h 聚乙烯 0 02 聚酰胺 0 01 聚丙烯 0 01 0 02 聚碳酰脂 0 01 0 03 聚氯乙烯 0 02 聚甲醛 0 01 0 03 ABS0 03 丙烯酸共聚物 0 03 由于此类事小产品排气槽可以直接用分型面不必特别制作排气槽 3 2 冷却系统的设计 注塑模在塑料成型过程中如果横温过高 成型收缩率会变大 塑件变化也 相应增加 并且容易粘模 难以取出 为防止塑件脱模变形 缩短成型周期 注塑模一般都应设计冷却系统装置 以控制模温 19 冷却水孔开设原则 1 孔边离型腔的距离一般保持在8 15mm 太近则效率低 水孔直径一 般在5mm以上 根据模具大小决定 2 孔管路应畅通无阻 3 水管接头的位置应尽可能放置在不影响操作的一侧 4 冷却水管最好不开设在型腔塑料熔接的地方以免影响塑件强度 因为本塑件的加热温度对塑件的质量影响较大 温度过高易于分解 分解 温度250 成型时要控制模温在50 80 具体措施是布置冷却水管 0C0C 具体要求 1 冷却水管直径5mm 2 冷却回路形式为直流循环式 20 3 1 冷却系统 4 4 脱模结构脱模结构 4 1 脱模机构设计的总体原则 1 要求在开模过程中塑件留在动模一侧 以便推出机构尽量设在动模一 侧 从而简化模具结构 2 正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布 有针对性地选择 合理的推出装置和推出位置 使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致 推出力 作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置 同时也应是塑件刚度与强度最大 21 的位置 力的作用面尽可能大一些 以防止塑件在被推出过程中变形或损坏 3 推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位 以力 求良好的塑件外观 4 推出机构应结构简单 动作可靠 即 推出到位 能正确复位且不与 其他零件相干涉 有足够的强度与刚度 远动灵活 制造及维修方便 5 为了便于塑件从模具型腔中或从塑件中抽出型芯 在设计时必须考虑 塑件内外壁应具有足够的脱模斜度 表 4 1 各种材料推荐脱模斜度 材料脱模斜度 聚乙烯 聚丙烯 软聚氯乙烯 30 0 1 ABS 尼龙 聚甲醛 聚苯醚氯化聚醚 40 0 130 硬氯乙烯 聚碳酸醋 聚砜 聚苯乙烯 有机玻璃 50 0 2 热固性塑料 20 0 1 本塑件模具采用推件板推出机构 模型本身就可以脱模 4 2 推件力的计算 4 2 1 脱模力 Q Lhp fcosa sina 式中 L 凸模被包紧部分的断面周长 cm h 被包紧部分的深度 cm p 由塑件收缩率产生的单位面积的正压力 一般取 7 108 0 7 102 1 Pa f 摩擦系数 一般取0 1 脱模斜度 则 L 2 3 14 114 715 92mm h 28mm Q 715 92mm 28mm 10MPa 0 1 cos0 sin0 20025 6 22 5 底板设计 5 1 凹模尺寸设计 根据制件的特性 选用整体式凹模 凹模是成型塑件外形的模具零件 其 工作尺寸属包容尺寸 在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐增大 有关凹模的工作尺寸如下 5 1 1 凹模的径向尺寸计算 m L 2222 cz ss S LSCP L zz m00 3 L 4 ss LL Scp 大圆直径 0 0 92 229 5 zz 0 m000 31 3 L 229 5229 5 0 01 231 10 4 中圆直径 0 0 86 180 4 z 0 290 29 m000 3 L 180 4 180 4 0 01 181 56 4 小圆直径 z 0 17 m000 3 L 81 2081 20 0 01 81 67 4 z 塑件外形公称尺寸 m L Scp 塑料的平均收缩率 塑件的尺寸公差 模具制造公差 3 z 模具磨损公差 6 c 查书得 k 0 01 5 1 2 凸模的高度尺寸计算 塑件高度方向公称尺寸Hm 23 0 00 s0 12 2 H H 1 26 02 3 z z m Scp 5 2 凸模尺寸设计 凸模是成型塑件的外形 其工作尺寸属被包容尺寸 在使用过程中凸模的 磨损会使包容尺寸逐渐减小 5 2 1 凸模的径向尺寸计算 塑件内形径向公称尺寸 z L 2222 mss LScp L 00 3 4 zz mss LLL Scp 大圆直径 0 92 0 228 000 0 31 3 228228 0 01 230 97 4 zz m L 中圆直径 0 86 0 180 000 0 29 3 180 180 0 01 182 44 4 zz m L 小圆直径 0 52 0 80 000 0 17 3 8080 0 01 81 19 4 zz m L 塑件外形公称尺寸 m L Scp 塑料的平均收缩率 塑件的尺寸公差 模具制造公差 3 z 模具磨损公差 6 c 24 5 2 2 凹模的高度尺寸计算 塑件高度方向公称尺寸Hm 0 12 0s0 0 2 H H 1 29 02 3 z z m Scp 25 6 模架选择 图 6 1 1 模架 26 图 6 1 2 模具总装图 27 7 导柱设计 7 1 导柱 在模具进行装配或成型时 合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部 分或模内其他零件之间的准确对合 确以保证塑料制件的形状和尺寸精度 并 避免模内各零部件发生碰撞和干涉 合模导向机构主要有导柱导向和锥定位两 种形式 本设计采用导柱导向机构 其结构如图所示 图7 1 导柱 导柱布局原则 1 等径不对称 2 不等直径对称分布 A 材料 20钢 B 技术要求 a 热处理50 55HRC 20钢渗碳0 8mm 56 60HRC b 倒角不大于1 45 c 其它按GB T 4169 4 1984 d 长度为动模型板A和垫板B 的厚度A B 80 MM 7 2 导套 根据导柱长度及所选模架的动模型板选择导套 如图 A 材料 T8A B 技术要求 a 热处理50 55HRC 20钢渗碳0 5 0 8mm 56 60HRC b 倒角不大于1 45 28 图7 2 导套 7 3 推杆的选择 由模具的工作行程及所选模架的要求知所选的推杆长度 A 材料 T8A B 技术要求 a 工作端不允许倒锥 b 工作端面不允许有中心孔 图7 3 推杆 29 8 材料选择 8 1 凹凸模材料的选择 本模具凹凸模采用铝合金 现今人们已经改变了过去不愿意使用软质金属 铝的观念 因为铝材料供货商对其性能和使用性做了显著的改进 铝 第三代 铝 大约在1990年后投入使用 很多优点的应用日益增加 铝熔点低 热工作 特性好 与钢相比 良好的机加工性能 此外 易于回收再利用 相对较低的 能量消耗 这些使得铝这种材料在模具加工中广泛应用 第三代铝合金的特性一点也不逊于塑料模具钢 其有较低密度 足够强度 良好的机加工性能 良好的热传导性 良好的耐腐性 易于得到 合理的价格 体积比 30 9 注射机校核 9 1 注射量 塑件体积 V 132 3 cm 注射机理论注射容量 V理 250 3 cm V V理 80 250 0 80 200 故符合要求 9 2 注射压力 所选注射机的须大于塑件所需的注射压力 聚丙烯的注射压力为 70 120MPa 注射机的注射压力为130MPa 符合要求 注射压力 PP成型注 9 3 锁模力 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 会沿锁模方向产生一个很大的胀型力 为此 注射机的额定 锁模力必须大于该胀型力 即 PPF 锁模力 式中P 模