蝶形螺母注塑模设计

蝶形螺母注塑模设计摘 要：本设计为螺帽的注塑模具设计，采用两板模的形式。本文首先分析了它的工艺性，该零件属于薄壁零件，推出平稳和冷却均匀是其中的关键。该产品有较高的尺寸精度的要求，从配合要求的角度考虑最好采用收缩率较小的 POM 塑料。接着详细介绍了其特殊的模具结构即推出的脱模装置。最后说明了本次设计的注塑模具的工作过程。在动模部分移动的同时，推杆在弹簧作用下推出零料，进而推出制品和整个浇注系统。综合考虑零件结构及模具结构，最好采用一模四腔的布局方案。此模具结构较复杂，寿命要求较高，故成型部分最好采用优质模具钢 DME3#钢。其他部分可以采用较好的 S50C 模具钢。实践表明，该模具结构灵活、可靠，并能保证产品质量，对诸如此类零件的模具设计有重要的参考价值。关键词：螺帽；POM 塑料；注塑成型；注射模具； Design of Injection Mold for Butterfly NutAbstract:This is a tow-plate injection mould molding nut.Its injection techniques is analyzed at first,this is a part with thin wall and deep antrum.The product has a high dimensional accuracy requirements with the requirements of point of view to consider the best use of the smaller POM plastic shrinkage.Then described in detail its special mold structure that launched the stripping device.Finally,we illustrate the wording process of the design of injection molds.Launched in the spring under the action of dynamic simulation part of the move,putting a scrap,and then launch the products and then launch the products and che entire casting system.Considering form the stucture of the part and mould synthetically, youd better design the mould with four cavity.The mould structure is a litter complicated,and it is required that the mould have to has a long life,so the molding part should adopt high-quality mould-steel such as DME3# steel.The rest adopt the product quality.The design is important reference to the kind of conduitof drainage.Key words: Nut；POM Plastic；Injection Molding；Injection Mould； 目 录摘要 .1关键词 .11 前言 .11.1 本研究领域的国内外现状和发展方向 .11.1.1 现状 .11.1.2 国内的发展情况 .11.1.3 国外的发展情况 .11.2 本课题的研究内容 .21.2.1 本课题的研究内容 .22 塑件成型工艺分析 .22.1 设计课题 .22.2 塑件（螺帽）分析 .22.2.1 塑件特点 .22.2.2 塑件及材料分析及原材料选择 .32.2.3 塑件正投影面积、体积及质量计算 .42.3 拟定的成型工艺 .42.3.1 制品的成型方法 .42.3.2 制品的成型参数 .43 拟定模具结构形式 .53.1 型腔数量的确定 .53.2 型腔布局形式 .54 分型面与排气系统设计 .64.1 分型面的设计原则 .64.2 排气系统设计 .75 注射机规格型号的确定 .85.1 注射量的计算 .85.2 锁模力计算 .85.3 选择注射机 .95.4 注射机有关参数的校核 .96 浇注系统设计 .106.1 浇注系统的设计原则 .106.2 主浇道设计 .106.3 分流道设计 .126.3.1 设计原则 .126.3.2 分流道的设计 .136.3.3 分流道的尺寸计算 .136.3.4 分流道的表面粗糙度的确定 .146.4 冷料穴的设计 .146.5 浇口的设计 .156.5.1 位置选择原则 .156.5.2 浇口尺寸的计算 .156.5.3 浇口剪切速率的校核 .157 成型零件设计 .157.1 成形零件的性能 .157.2 成型零件的结构设计 .167.2.1 凹模的结构设计 .167.2.2 凸模的结构设计 .167.2.3 成型零件工作尺寸的确定 .167.2.4 型芯结构设计 .178 模架的确定 .198.1 模架确定的原则 .198.2 模架的确定 .208.2.1 定模板的确定 .208.2.2 定模固定板的确定 .208.2.3 动模固定板的确定 .208.2.4 动模垫板的确定 .208.2.5 垫块的确定 .208.2.6 动模座板的确定 .219 注射模具选材 .219.1 塑料模具成型零件（型腔、型芯）的选材 .219.2 模板零件的选材 .229.4 导向零件的选材 .229.5 推出机构零件的选材 .229.6 其它零件 .239.7 该套模具所用材料的性能比较 .2310 导向定位机构设计 .2310.1 设计原则 .2310.2 导柱设计 .2410.3 导套设计 .2411 脱模推出机构的设计 .2511.1 选用原则 .2511.2 推出机构的分类 .2511.3 推出机构的确定 .2511.3.1 螺纹塑件产生的包紧力 .2712 温度调节系统设计 .2712.1 模温对塑件质量的影响 .27.12.2 模温对生产效率的影响 .2812.3 冷却系统的简单计算 .2813 注射模与注射机的关系 .2913.1 注射压力的校核 .2913.2 开模行程与推出机构的校核 .3013.3 安装部分相关尺寸校核 .3013.4 模具与注射机的安装关系 .3114 模具工作原理 .3114.1 模具装配草图 .3114.2 模具工作原理 .3211 前言 1.1 本研究领域的国内外现状和发展方向1.1.1 现状近些年来，随着模具行业的快速发展，几乎各行各业都与模具行业有着越来越多的联系。并且在今后相当长一段时间内，还会快速发展。所以，在信息时代这个大环境下，模具行业要想更快、更稳的发展，抓住机遇并迎接挑战，积极洞悉这行业的发展趋势，采取相应的策略，提升自己的核心竞争力，有着重要的意义。1.1.2 国内的发展情况80 年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为 13%，1999 年我国模具工业产值为 245 亿，至2000 年我国模具总产值预计为 260-270 亿元，其中塑料模约占 30%左右。国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20、3Cr2Mo 、PMS、SM 、SM 等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在 30%以下，和国外先进工业国家已达到 70%-80%相比，仍有很大差距。原材料方面：尽 管 我 国 POM 的 市 场 需 求 不 断 攀 升 ， 但 由 于 我 国 对 POM 的 研 制开 发 相 对 较 晚 ， 国 内 POM 的 生 产 规 模 、 产 量 以 及 品 种 、 质 量 始 终 不 能 满 足 市 场 的 需求 。 我 国 POM 生 产 与 国 外 先 进 水 平 相 比 ， 仍 存 在 原 料 单 耗 高 、 装 置 规 模 小 、 质 量 不稳 定 、 品 种 牌 号 少 等 问 题 。造 成 我 国 POM 产 能 增 长 不 能 满 足 市 场 需 求 的 原 因 是 ： 国 内 POM 市 场 增 长 较快 ， 而 我 国 POM 生 产 的 基 础 比 较 薄 弱 ； 另 外 POM 是 资 金 和 技 术 密 集 型 的 材 料 类 化工 产 品 ， 我 国 巨 大 的 市 场 引 起 了 国 外 大 公 司 的 关 注 ， 外 国 公 司 一 直 想 以 其 产 品 占 据 我国 市 场 ， 不 愿 转 让 技 术 ， 使 国 产 POM 的 技 术 水 平 提 高 缓 慢 ， 不 能 满 足 用 户 需 求 ；再 有 就 是 长 期 以 来 ， 我 国 经 济 体 制 和 企 业 经 营 机 制 不 符 合 市 场 经 济 规 律 ， 企 业 不 能 及时 获 得 足 够 的 资 金 投 入 ， 制 约 了 POM 生 产 的 发 展 。1.1.3 国 外 的 发 展 情 况在制造技术方面，CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统，如美国 EDS 的 UG、美国 Parametric Technology 公司的2Pro/Engineer、美国 CV 公司的 CADS5、英国 Delta cam 公司的 DOCT5、日本 HZS 公司的 CRADE、以色列公司的 Cimarron、美国 AC-Tech 公司的 C-Mold 及澳大利亚 Mold flow 公司的 MPA 塑模分析软件等等 。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，1但在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE 技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM 技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模 CAD/CAM 系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的 CAXA 系统、华中理工大学开发的注塑模 HSC5.0系统及 CAE 软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件 。11.2 本课题的研究内容1.2.1 本课题的研究内容如何设计出结构简单、合理，生产效率高的模具，节约材料、降低成本，缩短模具设计的生产周期。这次的异型管接头注塑模设计，完整的分析、计算了所需数据，比较全面、系统的掌握注塑模设计生产的具体流程。2 塑件成型工艺分析2.1 设计课题蝶形螺母注塑模2.2 塑件（螺母）分析螺母起着紧固连接作用。具有内螺纹结构，此零件的外形便于用手拧动、旋紧。具体介绍螺帽的结构尺寸如下图 1 所示。2.2.1 塑件特点1 注塑件平整、美观、光洁度 Ra3.2 以上，没有推杆痕迹。2 注塑件尺寸稳定，全部尺寸达到图纸规定要求。3 注塑件的关键零件一型板采用坐标镗床直接一次镗成，减少加工误差，提高模具精度。3图 1 螺帽图Fig 1 Nut Fig4 注塑模具寿命高，下模板镶有淬火凹模套，型芯淬火，型板（推板）调质后加工。5 如果试模不合格，仅仅更换型芯、型板和型芯固定板，又可投入试模，缩短了制模周期。2.2.2 塑件及材料分析及原材料选择1）塑件形状分析从上图可以看出，该制品有内螺纹，外形结构简单，但由于是多段孤线组成，因而在模具制造可以为采用成型加工。由于该塑件为有配合要求的小制件,且是用来起着紧固连接作用，在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，也要求有一定的耐磨性，在保证塑料制品的功能和性能的同时还要考虑到加工生产、成本和供应，综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际生产，选用热塑性工程材料聚甲醛（POM） 。2）材料分析材料选用 POM（聚甲醛） ，它是一种继尼龙之后发展起来的一种性能优良的热塑性工程材料。其性能不亚于尼龙，而价格却比尼龙低廉。其表面硬而滑，呈淡黄或白色，薄壁部分半透明。其性能特点为：有较高的机械强度及抗拉，抗压性能和突出的耐疲劳强度，特别适合与做长时间反复承受外力的材料。成型收缩率较大，熔点明显，熔体粘度底，粘度随温度变化不大；摩擦系数底，弹性高，浅侧凹槽可采用强制性脱模；综合性能比较好，比强度、比刚度近金属，化学稳定性较好，但不耐酸，加工温度范围窄。成型特点：尺寸稳定，吸水率小，有优良的减摩，耐摩性能，热稳定性差，易分解，4流动性好，注射时速度要快，注射压力不宜过高，凝固速度快，不待完全硬化即可取件。2模具设计注意事项：浇道阻力要小，采用螺杆或注射机注射成型，塑化温度与模具温度控制要适当、收缩率2.5%。2.2.3 塑件正投影面积、体积及质量计算根据塑件，可粗略计算出正投影面积、体积与质量A = A1 + A2 图 2 塑件面积图Fing 2 Plsatic parts the area chart面积：A1=d 12/4-d 22/4=235.5 m（1）A2=（8+3）/292=99 A=235.5+99=334.5 2体积: V1=A118=4239 3m（2）V2= A2h=996=594 3mV= V1+V2=4833质量: m=V=1.4110 -348336.8g 所以得 ：A=334.5 V=4833 m=6.8g232.3 拟定的成型工艺2.3.1 制品的成型方法热塑性塑料指定采用注射成型，本设计选用热塑性塑料 POM，可用注射成型。2.3.2 制品的成型参数根据制品结构特点及选定的原料 POM，可拟定工艺参数 （选自塑料模设计手册） 。3塑料名称： POM密度（g/cm）： 1.41 5计算收缩率（%）： 1.53.0 预热温度（）： 80100预热时间（h）： 35料筒温度（） 前段 160170 中段 170180后段 180190喷嘴温度（）： 170180模具温度（）： 90120注射压力（MPa）： 80130成型时间（s）： 注射时间 290 高压时间 05冷却时间 2060 总周期 50160螺杆转速（r/min）： 28适应注射机类型： 螺杆式后处理方法： 红外线灯，烘箱后处理温度（）： 140150后处理时间（h）： 243 拟定模具结构形式3.1 型腔数量的确定型腔数目的确定主要参考以下几点来确定1）塑件制品的批量和交货期，以及塑料制件的成本。该制品是大批量生产，若采用多型腔可提高生产效率，但根据生产经验在模具每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低 4%。2）所选用注射机的技术规则，因为上面只进行了结构及工艺成型的分析，还没确定注射机，也可暂时不予考虑。3）质量控制要求。制品属于精度不高，对质量要求比较高且制品较小，因此可设成一模四腔，以保证质量要求。4）成型的塑件品种与塑件的形状尺寸。该制品有内螺纹。为了提高生产效率采用自动脱螺纹的齿轮传动机构，因而模具结构较复杂。根据品种和形状尺寸特点及要求，设置成一模四腔注射成型。本次设计根据制件的结构特点、形状尺寸、产品批量、模具制造难易及其寿命、成本高低再加上设计和加工制造的复杂性，综合考虑，实际采用一模四腔注射成型。63.2 型腔布局形式多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因二型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够的压力，以保证塑料熔体同时 均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。多型腔在模板上排列形式通常有平衡式和非平衡式两种。平衡式其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度，截面形状及均对应相同，可实现均衡进料和同时充满型腔的目的。而非平衡式的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸要制作得不相同。因此在设计时要注意以下几点：1）尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。2）型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现 象。如图 2 中的 b 比 a 合理。3）尽量使排列的紧凑，以便减少模具的外形尺寸。如图 3 所示。图 3 型腔分布图Fig 3 Cavity distribution根据以上原则选用圆形分布的一模四腔，形腔布置如图 3 所示。4 分型面与排气系统设计分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件浇口形式有关。制品成型的分型面不仅影响到制品的脱模困难程度及美观程度，还影响成型零件的加工工艺性，另外合适的分型面位置还有利于模具加工、排气、脱模、提高塑件的表面质量及方便工艺操作等。74.1 分型面的设计原则1）分型面的位置应开设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔。2）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。以使得模具零件易于加工。3）分型面的选择应有利于保证塑件尺寸精度要求。4）分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位，而且在分型面处所产生的飞边应容易修整加工，从而有利于保证塑件的外观质量。5）应满足塑件的使用要求，即从使用的角度避免脱模斜度、推杆及浇口痕迹等工艺缺陷影响塑件功能。6）为便于塑件脱模，应尽可能使塑件在开模时留在下模或动模部分，易于设置和制造简便易行的脱模机构。若塑件有侧孔时，应尽可能地将侧型芯设在动模部分，避免定模抽芯7）考虑锁模力，分型面的选择应尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。8）考虑侧向抽拔距，一般机械分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。9）尽量方便浇注系统的布置。10）为了有利于气体的排出，分型面应尽可能与料流的末端重合。11）考虑注塑机的技术规格，是模板间距大小合适。 12）选择分型面时根据塑件的使用要求和所用塑料，要考虑飞边在塑件上的部位。13）选择分型面时，应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。总而言之，分型面形状应尽可能的简单，以便于模具的制造和塑件的脱模。综合考虑以上的设计原则，结合该塑件的特性，其分型面的选择如图：（如下图）综合考虑以上的设计原则，结合该塑件的特性，其分型面的选择如图：（如下图）8图 4 分型面示意图Fig 4 Parting surface schemes4.2 排气系统设计注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体。这些气体若不能顺利排出，则可能因充满时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦。或使塑件产生气泡、使塑料熔接不良等缺陷。排气系统对于让塑料充满型腔，防止产生接缝和表面轮廓不完整等缺陷有着很重要的作用。一般大型模具，要在分型面开设专门的排气槽，以利型腔内气体的排除。而小模具大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气，只有在特殊情况下采用开设排气槽的排气方式。排气方式：排气槽一般通常开设在分型面上凹模一边，位置位于塑料熔体流动的末端。一般情况下，排气槽尺寸以气体能够顺利排出而不产生溢料为原则。排气槽宽度可取 1.56 mm，深度可取 0.0250.1 mm，长度可取 0.81.5 mm。但对于此模具，无需设计专门的排气槽来排气，可通过分型面及活动型芯与模板之间配合间隙来排气，足够能使气体顺利排出。在本设计中，该制品采用顶杆与推板联合的顶出系统，所以可利用顶杆间隙和定模型芯间隙排气，不再开设排气系统。5 注射机规格型号的确定5.1 注射量的计算由前面粗略计算已知 m=6.8 克，塑件体积 V1=4.83cm3浇道凝料的质量 m2还是个未知数，可按塑件质量的 0.6 倍计算，从上述分析中确定这一模四腔，所以注射是为m=1.6nm1=1.646.8=43.52g（3）5.2 锁模力计算 塑件和浇道（包括浇口）在分型面上的投影面积及所需锁模力计算流道凝料（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值，根据多型腔的统计分析。A2是每个塑件在分型面上的投影面积 A1的 0.2 倍0.5 倍,用些可用 0.35nA1来进行估算 所以9A=nA1+ A2=nA1+0.35n （4）A1=1806.3mm2 式中 A1塑件分型面上的投影面积Fm=AP 型=1806.30.35=63220.5N （5）=63.3KN式中型腔压力 P 型取 35MPa（因为塑件材料为 POM，浇口为测浇口）5.3 选择注射机根据注射量的锁横力，可选用 SZ-60/40 卧式注射机其它注射技术参数如下 ：（选自塑料模设计指导书）4结构类型 卧式理论注射容积/cm 3 60螺杆直径/ mm 30注射压力/MPa 180注射速率/（g/s） 70螺杆转速/（r/mn） 0200锁模力/KN 400拉杆内向距/mm 220300移横行程/mm 250最大模具厚度/mm 250 mm最小模具厚度/mm 150锁模形式 双曲肘模具定位孔直径/mm 80喷嘴球半径/mm 10喷嘴球直径/mm 2.55.4 注射机有关参数的校核由于注射机料简塑化速率，校核模具的型腔数目 nnkmt/3600-m2/ m1 （6）=0.89.7360060/3600-0.646.8/6.8=66.84型腔数目校核合格式中K注射机最大注射量的利用复数一般取 0.810M注射机的额定塑化量（9.7/s）T成型用期取 60s5、注射压力校核PeKPo=1.3130=169MPa。而 Pe=180。 （7）注射压力校核合格式中K取 1.3（见式 2-10）注射压力安全系数Pe额定压力 Pe=180MPaPo取 130Mpa（查表 2-1）6）锁模力校核FKAP 型=1.263.3=75.96KN，而 F=400KN 锁模力合格式中 p 型 型胶的平均压力（选用参见表 22）K0 锁模力完全系数， 一般取 K0=1.11.2；取 K0=1.2其它安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。6 浇注系统设计6.1 浇注系统的设计原则浇注系统是指模具中从注射机喷嘴起到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它包括主流道、分流道、浇口及冷料穴。设计时应该遵循以下原则：1）排气良好。2）流程要短。3）避免料流直冲型芯或嵌件。4）要求热量及压力损失最小。5）修整方便，保证塑件外观质量。6）防止塑件变形，浇注系统设计要结合型腔布局同时考虑。7）了解塑料的成型特性。8）塑料耗量要少，应利于消除冷料。9）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防