毕业设计 塑料盆的塑料成型与模具设计.doc

沧州职业技术学院毕业设计 塑料盆的塑料成型与模具设计塑料盆的塑料成型与模具设计 2013 届 机械工程系 专 业 模具设计与制造 学 号 3 学生姓名 陈斌 指导教师 曹凤江 完成日期 2013 年 1 月 8 日 沧州职业技术学院毕业设计 I 摘摘 要要 塑料盆的形状较为简单 在模具设计中要考虑的因素有很多 除考虑它的出模 分型面 还需考虑它成型的质量 表面光洁度等 更重要的是考虑它的制造难度和 成本 所以我们设计应认真分析塑料制品的结构 寻求最佳的设计方案 分型面的 选择也很重要 分型面的选择既要考虑不影响制件表面的美观 又要达到结构要求 由于制品体积比较大 所以浇注系统的设计也很重要 在此次设计中我选点浇口 推板推出机构 这就解决了制品出模的问题 并详细叙述了通过 PRO E 对模具成型 零件的设计流程 设置收缩率 创建毛坯工件 设计分型面 创建模具体积块 创建 模具元件 流道及浇口的设计 创建铸模 开模仿真 及用 EMX 来装配模架的流程 关键词 关键词 分型面 模架 凸模 凹模 塑料盆 沧州职业技术学院毕业设计 II 目 录 第 1 章 绪 论 1 1 1 塑料及塑料工业的发展 1 1 2 我国塑料模具工业现状 2 第 2 章 制品结构特征及成型工艺性分析 3 2 1 塑件材料分析 3 2 2 材料性能 4 2 3 塑件尺寸和精度分析 4 2 4 收缩率 4 2 5 塑件形状分析 5 2 5 1 塑件厚度 5 2 5 2 脱模斜度 5 2 6 塑件圆角 5 2 7 零件体积及质量估算 6 第 3 章 模具方案分析 7 3 1 分型面的确定 7 3 2 型腔数目的确定 7 3 3 浇注系统的设计 8 3 4 推出机构设计 9 3 5 冷却系统设计 10 3 6 确定标准模架尺寸 11 第 4 章 注塑机的设备选择 13 4 1 注塑机的分类 13 4 2 注塑机的主要参数 13 4 3 选择注塑机 13 4 4 注塑机的校核 14 第 5 章 成型零件设计与计算 16 5 1 成型零件工作尺寸计算 16 5 2 成型零件的设计 16 5 2 1 设置收缩率 18 5 2 2 创建毛坯工件 18 5 2 3 设计分型面 18 5 2 4 创建模具体积块 19 5 2 5 创建模具元件 19 5 2 6 流道与浇口设计 19 5 2 7 创建铸模 20 5 2 8 开模仿真 20 第 6 章 导向机构设计 22 6 1 导向机构设计的原则 22 沧州职业技术学院毕业设计 III 6 2 导柱 导套的结构设计 22 6 2 1 导柱的结构设计 22 6 2 2 导套的结构设计 23 第 7 章 排气系统的设计 24 第 8 章 模架及其它模具零件设计 25 8 1 模架尺寸的计算 25 8 2 装配模架 25 8 2 1 新建组件项目 26 8 2 2 载入模具装配元件 26 8 2 3 定义模具模架 26 8 2 4 添加设备 27 8 2 5 加入复位销 28 8 2 6 在模座中挖出放置型腔的凹槽 28 8 2 7 设计冷却系统 39 8 2 8 加载所有组件 31 总 结 32 致 谢 33 参考资料 34 附 录 35 沧州职业技术学院毕业设计 1 第第 1 章绪章绪 论论 1 1 塑料及塑料工业的发展 一提起塑料 留在很多人记忆中的 是孩提时代吃的糖果的包装纸 那些粗糙 但花花绿绿的塑料糖果包装纸 成为孩子们难得的珍藏 甜蜜的回忆 在解放前 中国人吃的糖果绝大部分是用纸包装的 因为即使到了解放初期 我国还没有塑料 其研究和生产也一片空白 塑料工业是跟随着共和国的成长 共 同成长起来的 它经历了从无到有 从小到大 从弱到强的几十年发展历程 取得 了辉煌的成就 目前 我国已跨入世界塑料生产先进大国的行列 塑料工业是一门飞速发展的新兴工业 是随着石油工业的发展应运而生的 世 界塑料工业的历史仅有 90 年 而我国塑料工业起步于 20 世纪 50 年代 只有短短 50 年的历史 但塑料工业的发展速度是惊人的 1954 年 出于国家经济和国防的需要 当时的沈阳化工研究院开始了聚氯乙烯 树脂的初步研究 1958 年我国自行研究设计的第一套聚氯乙烯年产 3 千吨的生产装 置 在锦西化工厂建成投产 当时的装置生产条件十分简陋恶劣 生产过程全部采 用手工操作 现场工人几乎没有多少安全卫生保护措施 初期生产很不正常 产品 品质也很低劣 生产效率十分低下 但这些装置的建成投产 是我国塑料工业发展 的基石 国际食品包装协会常务副会长兼秘书长董金狮说 我国塑料工业经过长期的奋 斗和面向全球的开放 目前已形成门类较齐全的工业体系 成为与钢材 水泥 木 材并驾齐驱的基础材料产业 作为一种新型材料 其使用领域已远远超越上述三种 材料 并广泛应用于经济 文化 军事 生活等各方面 在生活中 塑料早已不只是局限在一个小小的糖果包装纸了 方方面面都离不 开塑料 如在坐的沙发 椅子里 穿的鞋子 衣服里 住的房子门窗 管道中 都 有塑料的成分 此外 近年来 随着食品 饮料 乳品 化妆品 洗涤用品 啤酒 调味品产量的增长 对塑料及塑料复合材料的包装需要越来越大 因此 塑料工业 既是消费工业 又是新型材料工业 正逐步成为科技含量高 应用广 市场前景好 的行业 塑料包装材料是塑料制品应用中的最大领域之一 由于塑料的优异性能 改变 了传统纸张 木材 玻璃 金属类包装格局 塑料包装材料已超过包装总量的 1 3 沧州职业技术学院毕业设计 2 董金狮说 各种薄膜 中空容器 饮料瓶等满足食品 医药和各种日常生活用品包 装的需求 而塑料包装材料本身经过多年的发展 种类不断增加 主要包括塑料软 包装 编织袋 中空容器 周转箱等 产品也由单一材质包装到多层材料复合包装 层数最多可达 9 层 马占峰说 塑料正广泛应用于航空航天 交通 信息 家电 电子和包装等多 个领域 与传统的纸张 木头和钢铁等材料生产相比 塑料生产实现了节约材料 节水节地和节能 塑料还具有耐腐蚀 加工成型容易 可多次循环利用等 正基于 这些优点 塑料应用还将进一步扩大 我们几乎每天都能感觉到新的塑料产品问世 1 2 我国塑料模具工业现状 国内模具工业从起步到发展 历经了半个多世纪 尤其是 20 世纪 90 年代以来 发展得更加迅速 近年我国的模具在国际模具行业美好的发展形势下 模具水平有 了较大提高 大型 精密 复杂 高效和长寿命模具又上了新台阶 从模具发展地 域来看 我国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性 模具生产最集中的地区 在江浙和广东等经济技术高的地区 从模具的需求情况看 汽车工业是模具的最大 用户 汽车产量的增幅虽然有较大回落 但车型开发和新车型的上市速度并未放慢 有的还有所加快 汽车工业对模具需求仍旧十分强劲 电子信息行业 电器和仪器 仪表行业 电机行业 建材行业等 也是大量使用模具的行业 这些都对模具产生 大量的需求 中国经济的高速发展对模具工业提出越来越高的要求 也为其发展提 供了巨大的动力 近年来 我国的模具工业一直以高增长速度快速发展 除了国有 专业模具厂外 其他所有制形式的模具厂家 如集体企业 合资企业和私营企业 都得到了快速发展 其中集体和私营的模具企业发展得最为迅速 各地从事模具制 造的集体企业和私营企业多达数千家 形成了许多国内外知名的 模具之城 和最具 发展活力的组成之一 沧州职业技术学院毕业设计 3 第第 2 章章 制品结构特征及成型工艺性分析制品结构特征及成型工艺性分析 2 1 塑件材料分析 通常 选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求 以及原 材料厂家提供的材料性能数据 对于常温工作状态下的结构件来说 要考虑的主要 是材料的力学性能 如屈服应力 弹性模量 弯曲强度 表面硬度等 该塑料盆的 形状结构比较简单 深度为 80mm 该制件是日常所用的塑料盆 要求外观质量较 好 有一定的强度且翘曲变形在一个较小的范围内 聚丙烯未着色时呈白色半透明 蜡状 无毒无味 密度为 0 9 0 91g cm3 但低温时变脆 不耐磨易老化 相对分子 质量越大 机械强度越高 聚丙烯具有优良的绝缘性能 一定的化学稳定性和耐蚀 性 适合于制作日用品 聚丙烯的成型特点是流动性和成型性优良 成品率高 吸湿性小 易发生融体 破裂 长期与热金属接触易分解 因此 成型塑件的壁厚应均匀 脱模斜度不宜过 小 塑件中不宜有镶件 所以制品材料确定为聚丙烯 图 2 1 沧州职业技术学院毕业设计 4 图 2 2 塑料盆零件图 2 2 材料性能 聚丙烯的聚合物 英文缩写 PP 拉伸强度可达 30MPa 以上 有较高的抗弯曲 疲劳强度 PP 的熔点 165 170 分解温度为 350 晶体密度 0 9 0 91 g cm3 熔融温度 240 吸水率 0 05 通常的聚丙烯为非极性的结晶塑料 聚丙烯耐热 性能良好 可在 100 左右使用 同时绝缘性能也比较优越 聚丙烯成型时流动性 较好 质软易脱模 塑件有较浅的侧凹时可以强行脱模 2 3 塑件尺寸和精度分析 1 塑件大小 塑件径向最大尺寸240mm 高度尺寸 80mm 该塑件尺寸比较 大一些 2 塑件尺寸 公差该塑件用于日常生活 故尺寸精度要求较高 由于图中未标 注公差 故根据 SJ T10628 1995 按一般精度要求 聚丙烯公差等级为 MT5 3 塑件表面质量 由于塑件为常用塑料盆 对外表面质量要求高 塑件表面质 量可以稍低 因此塑件外表面粗糙度取1 6 内表0 8 a Rm Ra m 2 4 收缩率 沧州职业技术学院毕业设计 5 常见塑料的收缩率如下表 2 4 常用塑料的收缩率 塑料名称聚乙烯聚丙烯聚氯乙 烯 聚苯乙 烯 尼龙ABS 缩写PEPPPVCPSN6ABS 收缩率1 5 3 61 0 2 5 0 6 1 5 0 6 0 8 0 8 2 5 0 3 0 8 对于该塑料盆 材料为聚丙烯 理论收缩率为 1 0 2 5 而实际与理论是有区 别的 设计时常取收缩率为 0 5 2 5 塑件形状分析 该塑件无侧凹和侧孔 故不需侧向抽芯与分型 模具结构简单 塑件形状简单 有利于型腔填充 适合注射成型 2 5 1 塑件厚度 制品应有一定的厚度 这不仅是因为制品在使用中有足够的强度和刚度 而且 也为了塑料在成型时有良好的流动性 有时制品在使用中需要的强度虽然很小 但 是为了使制品便于从模具中顶出以及部件的装配 仍需要有适当的厚度 一般说来 塑件的厚度越厚就越能满足产品的强度和刚度的性能要求 但是从 塑件的成型过程看来 塑件的壁厚越厚 冷却的时间就越长 整个塑件的成型周期 就要延长 提高了生产的成本 降低了生产的效率 同时 塑件的壁厚越厚 收缩 率就增大 这样使的得产品的尺寸不稳定性增加 降低了产品的质量 因此产品的 厚度必须得适中 根据材料的的特性 一般热塑性塑件的壁厚取 1 该塑件在使用 时对强度和刚度要求稍高 故最大壁厚取 3mm 2 5 2 脱模斜度 拔模斜度是为了便于脱模 防止塑件表面在脱模是划伤 擦毛 在设计塑 件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度 塑件的脱模斜度大小跟塑件的性质 收 缩率 摩擦因素 塑件的壁厚和几何形状有关 为了使制品易于从模具内脱出 设 计时必须保证制品的内外壁厚具有足够斜度 以保证塑件脱模 由于脱模斜度没有 比较精确的计算公式 一般情况下脱模斜度取 0 5 最小取 15 20 本设计选择 的拔模斜度为 20 沧州职业技术学院毕业设计 6 2 6 塑件圆角 塑料制品除了在使用上要求采用尖角之外 其余所有转角处均应尽可能采用圆 角过度 因为带尖角的塑件 往往会在尖角处产生应力集中 在受力或受冲击振动 时会发生破裂 甚至在脱模过程中由于成型应力而开列 特别是塑件的内角处 塑件上转角处采用圆弧过度 有利于物料充模 同时也有利于融料在模具型腔 内的流动和塑件的脱模 不仅避免了应力集中 而且还使塑件变的美观 有利于塑 料充型的流动 2 7 零件体积及质量估算 图 2 2 体积分析 单个塑件 V 22 2cm3 质量 m 20 0g 图 2 3 体积分析 塑件和浇注系统凝料 总体积 V总 89 8cm3 质量 m 80 8g 沧州职业技术学院毕业设计 7 第第 3 章章 模具方案分析模具方案分析 3 1 分型面的确定 分型面是模具上用于取出塑件和浇注系统冷凝料的可分离的接触表面 分型面 决定着塑料制品在成型模具中的位置 按形状分类分型面可分为 平面分型面 曲面分型面 阶梯分型面 斜面分 型面 按其位置与注射机开模运动方向的关系可分为 分型面垂直于注射机开模运 动方向 平行与开模方向 倾斜与开模方向 分型面的选择设计 主要是根据塑件的结构 精度要求 浇注系统形式 排气 方式 脱模形式及模具的制造工艺等各种因素 进行全面考虑 做出合理选择 分型面选择设计的基本原则是 选择在塑件断面轮廓最大的位置 以便顺利脱 模 同时还要考虑以下因素 1 分型面的选择应便于脱模并简化模具结构 因此尽可能使塑件在动模分离 后留在动模一侧 如塑件有侧孔或侧凹 选择分型面应尽可能将侧型心置于动模 以避免定模抽心 并使抽拔距离尽量短 2 分型面的选择应考虑技术要求 当塑件的表面有同轴度 平行度等要求时 应尽可能将其置于同于半模内 否则 将会由于合模误差影响塑件精度 3 分型面应尽量选择不在影响塑件外观的位置 并使其产生的飞边易于清理 和修整 由于分型面处不可避免地要在塑件上留有飞边和拼合缝的痕迹 因此分型 面最好不要设在塑件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处 以免影响塑件外观 4 分型面的选择应有利于排气 为此应尽量使分型面与充模时型腔料流末端 重合 以利于排气 5 分型面的选择应便于模具零件加工 6 分型面的选择应考虑注射机的技术参数 注射成型时所需的锁模力是与塑 件在合模方向的投影面积成正比 所以选择分型面时 应尽量选择塑件在垂直合模 方向上投影面积较小的表面 以减少锁模力 综合以上因素塑料盆的分型面选择在最大轮廓处 取塑料盆上边沿处 取该处 分型面简单 模具也简单 也可以脱模顺利 3 2 型腔数目的确定 注塑模的型腔数目 可以是一模一腔 也可以是一模多腔 在型腔数目的确定 沧州职业技术学院毕业设计 8 时主要考虑以下几个有关因素 1 塑件的尺寸精度 2 模具制造成本 3 注塑成型的生产效益 该塑件属于大批量生产 精度要求一般 塑件尺寸适中 故有以下两种方案 图 3 1 1 一模两腔 模具尺寸小 生产效率较低 2 一模四腔 模具尺寸适中 生产效率较高 故选用方案 2 3 3 浇注系统的设计 浇注系统是指塑件熔体由注射机喷嘴至型腔之间的进料通道 其作用是将塑件 熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位 以获得组织致密 轮廓清晰 表面光洁 尺寸精确的塑件 浇注系统的设计合理与否将直接影响塑件的质量 成 型工艺 浇注系统可分为普通浇注系统和无流道凝料浇注系统 浇注系统分为主流道 分流道 浇口及冷料穴 浇注系统设计是否合理 对注 射成型过程和塑件质量都有影响 因此设计浇注系统时应注意以下问题 1 应考虑成型塑料的工艺特性 如成型塑料熔体的流动性 对压力 温度的 敏感性 塑料溶体的收缩性 分子取向等性能 2 浇口位置 数量的设计要有利于熔体的流动 避免产生湍流 涡流 喷射 等现象 有利于排气 设计时应预先分析熔接痕的位置及对塑件质量的影响 3 应尽量缩短溶体到型腔的流程 以减少压力损失 4 避免高压熔体对型芯和嵌件的冲击 以防止型芯的变形或嵌件的位移 5 尽量减少浇注系统冷凝料的产生 减少原材料的损耗 6 浇口的位置要便于冷凝料的去除 不影响塑件的外观 沧州职业技术学院毕业设计 9 其中浇口是浇注系统的关键部位 由于该塑件对侧壁有外观要求 故可设计以 下两种方案 1 侧浇口 一般开设在模具的分型面 从塑件的边沿进料 故又称为边缘浇口 它是浇口 种类中使用最多的一种 因而又称普通浇口 其浇口截面形状一般为矩形 由于侧 浇口的尺寸一般都较小 所以截面形状与压力 热量损失的关系可忽略不计 矩形 浇口的长一般为 0 5 3mm 宽为 1 5 5mm 浇口深为 0 5 2mm 侧浇口的形状 简单 加工方便 特别是一模多腔的浇注系统 使用这种浇口非常方便 同时去除 浇注系统冷凝料比较方便 但是对于壳形塑件 采用这种浇口不易排气 还容易产 生熔接痕 缩孔等缺陷 注射时压力损失较大 保压补缩作用比直浇口要小 2 点浇口 点浇口 又叫橄榄形浇口或菱形浇口 是一种截面尺寸特小的圆形截面浇口 如果点浇口开得太大 在开模时 浇口中的塑料很难被拉断 而且 制品受到浇口 处塑料的拉力 其应力会影响塑件的形状 另外 如果点浇口的锥度太小 开模时 浇口中塑料在何位置拉断难以确定 会使制品外观不良 压力损失较大 对塑件的 成型不利 也要求提供较高的注射压力 模具结构较复杂 一般要采用三板式模具 双分型面模具 才能顺利脱模 对于大型塑件或易于变形塑件 采用一个点浇 口易产生翘曲变形 点浇口的优点 1 点浇口的位置选择可根据工艺要求而定 对制品外观质量影响较小 2 熔体通过截面积很小的浇口时流速增高 摩擦加剧 熔体流温度升高 流 动性增加 这样 能获得外形清晰 表面光泽的塑件 3 由于浇口截面积小 开模时浇口可自动拉断 有利于自动化操作 4 由于浇口在拉断时用力较小 因此 制品在浇口处的残余应力较小 5 浇口处熔体凝固较快 可减少模内剩余应力 有利于制品脱模 总上所述 选择点浇口最为合适 3 4 推出机构设计 从模具中推出塑件及浇注系统凝料的机构为推出机构 在设计推出脱模机构时 应遵循下列原则 1 推出机构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 推出机构设在动模一侧 所以在分型 面设计时应尽量注意 开模后使塑件能留在动模一侧 沧州职业技术学院毕业设计 10 2 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 推力点应作用在制品刚性好的部位 如筋部 凸缘 壳体形制品的壁缘处 尽量避免推力点作用在制品的薄平面上 防止制件破裂 穿孔 如壳体形制件及筒 形制件多采用推板推出 从而使塑件受力均匀 不变形 不损坏 3 机构简单动作可靠推出机构应使推出动作可靠 灵活 制造方便 机构本 身要有足够的强度 刚度和硬度 以承受推出过程中的各种力的作用 确保塑件顺 利脱模 4 良好的塑件外观推出塑件的位置应尽量设在塑件内部 或隐蔽面和非装饰 面 对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择 以免推出痕迹影响塑件 的外观质量 5 合模时的正确复位设计推出机构时 还必须考虑合模时机构的正确复位 并保证不与其他模具零件相干涉 由于该塑件浇注时采用了点浇口 属于分型面注射模 且塑件结构对称 故有 以下两种方案 1 推板推出机构 推件板顶出特点是顶出力均匀 力量大 运动平稳 推板推出机构主要用于支 撑面很小的壳类塑件 另外 在不允许留有推杆痕迹的情况下 在使用推件板时 应注意推件板在顶出过程中必须处于被导向状态 通常靠导柱导向 导柱长度应大 于推件板的顶出距离 为减少推件板与型芯的摩擦 在推件板与型芯间留 0 25mm 间隙 2 推杆推出机构 推杆脱模机构是最简单 最常用的一种形式 具有制造简单 更换方便 推出 效果好等特点 推杆直接与塑件接触 开模后将塑件推出 推杆的截面形状 可分 为圆形 方形或椭圆形等其它形状 根据塑件的推出部位而定 最常用的截面形状 为圆形 推杆又分为普通推杆和成型推杆两种 前者只是起到将塑件推出的作用 后者不仅如此还能参与局部成型 所以 推杆的使用是非常灵活的 综合可知选择 推杆推出机构 3 5 冷却系统设计 冷却系统对温度的控制直接影响塑件的尺寸精度 形状精度 力学性能及表面 质量 模具的冷却时间约占整个注射时间的 66 左右 它体现着模具温调节系统对 生产率的影响 通常注射到型腔内的塑料熔体的温度为左右 塑件从型腔中 C 200 沧州职业技术学院毕业设计 11 取出的温度在以下 熔体在成型时释放的热量约有 5 以辐射 对流的形式散 C 60 发到大气中 其余 95 需由冷却介质带走 否则 由于反复注入的高温熔体带来的 热量将使模具的温度升高 为保持模温恒定 在每一循环中 必须有冷却系统把熔 体是热量带走 根据模具冷却系统设计原则 冷却水孔数量尽量多 尺寸尽量大的 原则可知 冷却水孔数量大于或等于 3 根都是可行的 这样做同时可实现尽量降低 入水与出水的温度差的原则 根据书上的经验值取 4 根 在本次设计中采用两根就 可以满足要求 另外 模具冷却系统的设计过程中 还应同时遵循 冷却系统设计原则 1 冷却系统的布置应先于脱模机构 这是为了保证足够的空间来布置冷却 回路 冷却回路的设计应与脱模机构相互协调 以获得良好的冷却效果 2 合理确定冷却管道的直径中心距以及与型腔的距离 冷却管道的直径与 间距直接影响模温的分布 冷却管道间距布置应合理 保证型腔表面温度分布均匀 冷却管道孔分别道各处型腔表面的距离相等 3 降低进出口温差 冷却系统两端进出口温差小 有利于型腔表面温度分 布 通常可通过改变冷却管道的排列形式来降低进出口水温差 同时可以减少冷却 回路的长度 一般精密模具的进出水温差在C 普通模具不应超过C 2 5 4 浇口处加强冷却 塑料熔体充模时 经过浇口的剪切 摩擦使熔体的温 度升高 同时也使浇口附近的温度提高 一般来说 离浇口越远温度越低 因此在 浇口附近应加强冷却 通常是将冷却回路的入口设在浇口附近 使浇口在较低的水 温下冷却 5 应避免将冷却水道开设在塑件熔接痕处 并注意干涉及密封等问题 当 采用多点进料或型腔较复杂时 多股料流汇合处将产生熔接痕 该处的温度通常较 其他位置要低 为不使熔体温度进一步降低 保证融合处的质量 应尽量步在这些 部位开设冷却管道 6 冷却水道应便于加工和清理 为了便于加工和操作 进出水管接头应尽 量设在模具同一侧 并在注射机背面 同时水管接头处应密封 以免漏水 该塑件外表面质量要求较高 生产批量大 故在动模设置冷却系统即可 3 6 确定标准模架尺寸 注塑模模架国家标准有两个 即 GB T12556 1990 塑料注射模中小型模架 及其技术条件 和 GB T12555 1990 塑料注射模大型模架 前者适用于模板尺 寸为 B L 560mm 900mm 后者的模板尺寸 B L 为 630mm 630mm 1250mm 2000mm 中小型注射模架按结构可分为基本型 沧州职业技术学院毕业设计 12 和派生型 基本型有 A1 A2 A3 A4 派生型有 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 按导柱和导套的安装形式可分为正装和反 装 基本型模架用于单分型面 派生型 P1 P4 用于点浇口 由于该塑件有推件板推 出 故选择 P2 型模架 由于先分析大体结构尺寸 再采用 Pro E Wildfire 3 0 进行设 计 故模架采用 2P 生产厂家 SA 型摸架 结构图如下 沧州职业技术学院毕业设计 13 第第 4 章章 注塑机的设备选择注塑机的设备选择 4 1 注塑机的分类 注塑机的分类方式很多 目前尚未形成完全统一标准的分类方法 常用的有 1 按设备外形特征分类 卧式 立式 直角式 多工位注塑机 2 按加工能力分类 超小型 小型 中型 大型和超大型注塑机 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类 但日常生活中用的较少 4 2 注塑机的主要参数 注塑机的主要参数有公称注射量 注射压力 注射速度 塑化能力 锁模力 合模装置的基本尺寸 开合模速度 空循环时间等 这些参数是设计 制造 购买 和使用注塑机的主要依据 1 公称注塑量 指在对空注射的情况下 注射螺杆或柱塞做一次最大注射行 程时 注射装置所能达到的最大注射量 反映了注塑机的加工能力 2 注射压力 为了克服熔料流经喷嘴 浇道和型腔时的流动阻力 螺杆 或柱 塞 对熔料必须施加足够的压力 我们将这种压力称为注射压力 3 注射速率 为了使熔料及时充满型腔 除了必须有足够的注射压力外 熔 料还必须有一定的流动速率 描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度 4 塑化能力 单位时间内所能塑化的物料量 塑化能力应与注塑机的整个成 型周期配合协调 若塑化能力高而机器的空循环时间长 则不能发挥塑化装置的能 力 反之则会加长成型周期 5 锁模力 注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 在此力的作用 下模具不应被熔融的塑料所顶开 6 合模装置的基本尺寸 包括模板尺寸 拉杆空间 模板间最大开距 动模 板的行程 模具最大厚度与最小厚度等 这些参数规定了机器加工制件所使用的模 具尺寸范围 7 开合模速度 为使模具闭合时平稳 以及开模 推出制件时不使塑料制件 损坏 要求模板在整个行程中的速度要合理 即合模时从快到慢 开模时由慢到快 在到停 8 空循环时间 在没有塑化 注射保压 冷却 取出制件等动作的情况下 完成一次循环所需的时间 沧州职业技术学院毕业设计 14 4 3 选择注塑机 1 按照前面提供的方法查询模塑件的质量属性 得其体积为 V 89 8cm3 质量 m 80 8g 2 模具所需锁模力的计算 F 锁PA 式中 F 锁模力 N A 制品和流道在分型面上的投影面积之和 p 型腔的平均计算压力 Pa 一般取 20 40 Mpa 制品和流道在分型面上的投影面积之和为 A 3 14 120 120 45216 452 16 pm 25Mpa 故 mm cm F 452 16 25 1130kN 4 10 6 10 3 最大注射压力计算 Pmax kpo 式中 Pmax 最大注射压力 K 安全系数 通常取 K 1 25 1 4 Po 成型时所需的注射压力 在实际生产中 Po 大致在 70 100Mpa 范围内 故 Pmax 1 4 85 119Mpa 根据生产批量 生产成本等各方面的计算 考虑经济因素 该模具的设计采用 一模四腔 另外从实际注射量应在额定注射量的 20 85 之间考虑 结合上面的 计算 初步确定注塑机为 SZ 300 160 4 4 注塑机的校核 1 注射压力的校核 聚丙烯的注射压力为 119Mpa 预选注塑机为 SZ 300 160 该注塑机的注射压力 为 150MPa 所以该注塑机满足材料的注塑要求 2 最大注射量的校核 因采用 SZ 300 160 型注塑机 理论注射量为 300 而模塑件的总体积为 3 cm 989 8 注塑机远远满足要求 3 cm 3 锁模力的校核 在 3 2 中计算得锁模力为 1356KN 而 SZ 300 160 该注塑机的锁模力 160KN 所以该注塑机远远不能满足材料的注塑要求 由于该注塑机的最大锁模力不能满足要求 所以以下的塑化能力 模具厚度 沧州职业技术学院毕业设计 15 开模行程 模具安装尺寸就不用在校核了 必须从新选择注塑机 查国产注射机主 要技术参数表可选取 SZ 10000 1600 主要技术参数如下 表 4 4 国产注射机 SZ 10000 1600 技术参数表 特性内容特性内容 结构类型卧式锁模力 KN 1600 理论注射容积 cm 3 10000拉杆内间距 mm 1300 1300 螺杆 柱塞 直径 mm 150移模行程 mm 1500 注射压力 MP a 140最大模具厚度 mm 1500 注射速率 g s 1130最小模具厚度 mm 750 塑化能力 g s 535模具定位孔直径 mm 250 螺杆转速 r min 0 80喷嘴球半径 mm SR35 沧州职业技术学院毕业设计 16 第第 5 章章 成型零件设计与计算成型零件设计与计算 5 1 成型零件工作尺寸计算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸 凹 凸模工作尺寸 的精度直接影响塑件的精度 成型零件中与塑件接触并决定塑件几何形状的各处尺 寸 称为工作尺寸 它包括型腔深度与型芯高度尺寸 型腔和型芯径向尺寸 成型 零件中心距 通过对塑件尺寸公差的分析 该塑件尺寸精度等级为一般精度 故选 取模具制造公差为零件公差的 1 4 模具磨损系数为 0 5 模具工作部分尺寸计算过 程为 图 5 1 塑件零件图 1 型腔径向尺寸计算 1 zz M AS Asx 其中 塑件外形尺寸 S 塑件的收缩率 x 磨损系数 s A 模具制造公差 塑件公差z 查有关资料可知的公差 0 52 的公差 0 28240 80 型腔径向尺寸 240 1 zz M AS Asx 0 52 4 1 0 005 2400 5 0 52 0 13 240 94 型腔径向尺寸 80 1 zz M AS Asx 0 28 4 1 0 005 800 5 0 28 0 07 80 26 2 型腔深度尺寸计算 沧州职业技术学院毕业设计 17 2 1 3 zz M HSHs 其中 塑件高度尺寸 S 塑件的收缩率 x 磨损系数 s H 模具制造公差 塑件公差z 查有关资料可知的公差 0 28 77 2 型腔深度尺寸 77 2 1 3 zz M HSHs 0 28 4 2 1 0 005 770 5 3 0 07 77 06 3 型芯径向尺寸计算 1 Mzz BSBsx 其中 外形尺寸 S 塑件的收缩率 x 磨损系数 s B 模具制造公差 塑件公差z 查有关资料可知的公差 0 52 2372403 1 的公差 0 2877803 2 型芯径向尺寸 237 1 zz BSBsx 0 52 4 1 0 005 2370 5 0 52 0 13 238 33 型芯径向尺寸 77 1 zz BSBsx 0 28 4 1 0 005 770 5 0 28 0 07 77 53 4 型芯高度尺寸计算 1 Mzz hShsx 其中 高度尺寸 S 塑件的收缩率 x 磨损系数 s h 模具制造公差 塑件公差z 查有关资料可知的公差 0 46 77803 1 型芯高度尺寸 77 1 Mzz hShsx 0 46 4 1 0 005 770 5 0 46 0 12 77 62 沧州职业技术学院毕业设计 18 5 2 成型零件的设计 本节通过 PRO E MOLDESIGN 模块来进行模具成型零件的设计 5 2 1 设置收缩率 根据第一章塑件收缩率的分析 确定收缩率为 0 005 方式为按比例收缩 图 5 2 设置收缩率 5 2 2 创建毛坯工件 模具毛坏的尺寸大小取决于零件模型的大小 同时还可以参考国家标准模架上 动模板和定模板的厚度来进行设计 参考该塑件的尺寸确定毛坏尺寸为 570 570 140 5 2 3 设计分型面 此塑件塑料盆模具运用 PRO E3 0 中的阴影曲面功能来创建分型面 由于没有侧 抽芯结构 结合塑件组成结构分析 设计此分型面比较合适 且便于顺利脱模 沧州职业技术学院毕业设计 19 图 5 3 创建阴影曲面 5 2 4 创建模具体积块 在分型面创建完成后 再以分型面为界线将毛胚工件分割为新的模具体积块 即为动模和定模 无质量的空心体积 分割后所得的模具体积块如下 图 5 4 定模块 图 5 5 动模块 5 2 5 创建模具元件 模具体积块创建完成后 这时所得到的体积块是由若干面围成的三维区域 并 不是实体 因此下一步要在体积块基础上建立实体的型腔组件 抽取模具体积块以 生成模具元件 抽取完毕后模具元件即成为功能齐全的 Pro E 零件 5 2 6 流道与浇口设计 沧州职业技术学院毕业设计 20 主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道 通常和注塑机的喷嘴在同一 轴线上 断面为圆形 目的是便于冷料的脱模 同时也改善料流的速度 主流道的 大小直接影响熔体的流动速度和充模时间 图 5 6 主流道与浇口 5 2 7 创建铸模 浇注系统的各个组成部件创建完成后 就可创建铸模零件了 图 5 7 铸模零件图 5 2 8 开模仿真 开模就是将创建的模具体积块 铸模零件等沿着指定的方向和距离展开 将动 定模分别沿开模轴线移动 300mm 沧州职业技术学院毕业设计 21 图 5 8 模具展开效果图 沧州职业技术学院毕业设计 22 第第 6 章章 导向机构设计导向机构设计 6 1 导向机构设计的原则 注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型 导柱导向机构用于动 定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向 锥面定位机构用于动 定模之间的 精密对中定位 注射模导向和定位机构 主要是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配合和可靠地分开 避免模内各零件发生碰撞和干涉 并保 证塑件的形状和尺寸精度 该塑件简单不需设置专门的定位机构 只需设置导向机 构 导向机构由导柱和导套组成 导柱和导套的设计原则 1 导柱应合理均布在模具分型面四周 导柱中心至模具外缘应有足够的距离 2 导柱一般设在有型芯的一边 便于保护型芯不受损坏 导柱设在定模一边 便 于脱模 3 导柱长度应比凸模端面的高度高出 6 8mm 以保证在导柱伸入导套后型芯才 进入型腔 从而避免型芯与型腔相碰而损坏 4 为使导柱能顺利进入导套 导柱端部应做成锥形或半球形 导套的前端面也应 有倒角 5 导柱和导套应有足够的耐磨度 多采用 20 低碳钢渗碳淬火处理 导柱与导套 配合部分的表面粗糙度为 mRa 8 0 6 2 导柱 导套的结构设计 6 2 1 导柱的结构设计 导柱的结构和尺寸已标准化 常见的结构形式有带头导柱和有肩导柱 有时为 了减少导柱和导柱孔之间的摩擦 在导柱的工作部分设置储油槽来储存润滑剂 由 模架 800 8000 查有关数据可知导柱直径为 台阶圆 台阶高度 10mm 20 30 储油槽宽度 4mm 导柱前端锥形长度为 5mm 锥度为 导柱采用 20 号钢渗碳10 或 T8A 钢 淬硬 50 55HRC 配合段粗糙度值为 非配合段粗糙度值为m 4 0 其长度按模具尺寸决定 m 8 0 沧州职业技术学院毕业设计 23 6 2 2 导套的结构设计 导套的结构和尺寸也已标准化 常见有带头导套和直导套 这里选择有肩导柱 导套采用 20 号钢渗碳或 T8A 钢 淬硬 50 55HRC 外表面粗糙度值为 m 8 0 内表面粗糙度值为 长度由设计的模具尺寸决定 m 4 0 结构示意图如下 导套内孔与导柱的配合是 H7 f7 外圆与模板的配合是 H7 m6 台阶与模板没60 配合 台阶起到固定作用 与模板的间隙是 1mm 沧州职业技术学院毕业设计 24 第第 7 章章 排气系统的设计排气系统的设计 排气是注射模设计中一个主要问题 塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要 排出型强及流道原有的空气 除此以外 塑料熔体会产生微量的分解气体 这些气 体必须及时排出 否则 被压缩的空气产生高温 会引起塑件局部碳化烧焦 或塑 件产生气泡 或使塑件熔接不良引起强度下降 甚至充模不满 在注射成型过程中 熔体注入型腔时 必须将型腔中的空气和从熔体中溢出的挥发性气体顺利排出型腔 否则会影响塑件质量 排气方式通常有 利用分型面排气 利用活动零件之间的间 隙排气 开设排气槽等 选择排气槽的开设位置时 应遵循以下原则 1 排气口不能正对操作者 以防熔料喷出而发生工伤事故 2 最好开设在分型面上 如果产生飞边易随塑件脱出 3 最好设在凹模上 以便于模具加工和清模方便 4 开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位 如流道或冷料穴的终端 5 开设在靠近嵌件和制件壁最薄处 因为这样的部位最容易形成熔接痕 6 若型腔最后充满部位不在分型面上 其附近又无可供排气的推杆或活动的型心 时 可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块 以供排气 7 高速注射薄壁型制件时 排气槽设在浇口附近 可使气体连续排出 该塑件不需开设排气槽 利用分型面和活动零件之间的间隙就可以排气 若在 试模时发现排气不良 再开设排气槽 沧州职业技术学院毕业设计 25 第第 8 章章 模架及其它模具零件设计模架及其它模具零件设计 本次设计运用 EMX4 1 专家模架库 来设计塑料盆模具模架 参考了连接模 具模架的设计方法 由于 PRO E 为国外研发的软件 因此在 EMX4 1 中没有符合我 国国家标准的模架 制作中常选用与 GB 类似的模架 下面为设计过程 8 1 模架尺寸的计算 模具型腔在塑料成型的过程中受到塑料熔体高温 高压的作用 其应具有足够 的强度和刚度 理论分析及实践证明 中 小型模具的破坏以强度不足为主要原因 大型的模具的破坏则以刚度不足为主要原因 因此在模具设计过程中 小型模具应 以保证其强度为主 而大型模具则以保证其刚度为主 本模具从尺寸上来看应该属 于中 小型模具 在设计过程中必须保证其强度 设计模具为整体嵌入式 1 整体嵌入式模具型腔侧壁厚度的计算 4 3 cph a E 式中 p 型腔的压力 p 700MPa h 型腔深度 mm 钢材的弹性模量 5 2 1 10EMPa 允许的最大变形量 取 6000L 由L H而定的常数 查得 c1c 故 4 3 5 1 700 80 10 40 240 2 1 10 6000 amm 2 底板厚度的计算 4 3 c pb S E 式中 b 型腔宽度 允许的最大变形量 由L b而定的常数 查得 0 0240 c c 故 4 3 5 0 0240 700 240 195 2 1 100 036 Smm 沧州职业技术学院毕业设计 26 此模具中 由于要安装导柱 导套等导向机构 并结合该设计是一膜四腔 故 选取 800 800 的模架 8 2 装配模架 8 2 1 新建组件项目 图 8 1 新建项目 8 2 2 载入模具装配元件 将上一章创建的成型零件模型加载到组件中 图 8 2 型腔组装完成图 沧州职业技术学院毕业设计 27 8 2 3 定义模具模架 塑料盆外壳模具模架为二板式模架 包括 JT 板 上模座板 JL 板 下模座 板 A 板 定模板 B 板 动模板 U 板 支承板 C 块 支承块 推件固定 板 1 项目准备 图 8 3 准备元件 对话框 2 定义模架组件 图 8 4 组件话框架 8 2 4 添加设备 利用 EMX4 1 对就浇注系统中的定位环和浇口套进行设计时 无须单独进行创 建 直接选用适合的定位环和浇口套 并对其进行参数设置即可 A 定位环 沧州职业技术学院毕业设计 28 图 8 5 设置定位环参数 B 浇口衬套 图 8 6 设置浇口衬套参数 8 2 5 加入复位销 图 8 7 加入后销 8 2 6 在模座中挖出放置型腔的凹槽 沧州职业技术学院毕业设计 29 图 8 8 设置型腔嵌件参数 完成的模架结构示意图如下 图 8 9 模架设置完成图 添加设备完成后 程序自动加载定义的模架 沧州职业技术学院毕业设计 30 图 8 10 加载的模架效果图 8 2 7 设计冷却系统 注射机在往模具中注入黏流状塑料后 模具经过冷却水道内水流的急速隆温 塑料件在短时间内凝固 被顶出机构推出而不致于变形或翘曲 本模具的冷却水路 为单个冷