圆环盖注射模课程设计说明书

摘要摘要 本次课程设计主要是针对圆形透盖的注射模具设计 该圆形透盖材料为丙烯 晴 丁二烯 苯乙烯 ABS 是工业生产中常见的一种产品 通过对塑件进行工 艺的分析和比较 最终设计出一副注射模 该课题从产品结构工艺性 具体模具 结构出发 对模具的浇注系统 模具成型部分的结构 顶出系统 冷却系统 注塑机的选择及有关参数的校核等都有详细的设计 通过整个设计过程表明该 模具能够达到此塑件所要求的加工工艺 根据题目设计的主要任务是圆形透盖 注射模具的设计 也就是设计一副注射模具来生产塑件产品 以实现自动化提 高产量 针对塑件的具体结构工艺性要求 该模具是双分型面注射模具 关键词 ABS 注射成型 浇注系统 冷却系统 双分型面 目目 录录 第第 1 1 章章 塑件的工艺性分析塑件的工艺性分析 1 1 1 塑件的几何形状分析 1 1 2 塑件原材料的成型特性分析 1 1 3 塑件的结构工艺性分析 2 1 3 1 塑件的尺寸精度分析 2 1 3 2 塑件的表面质量分析 2 1 3 3 塑件的结构工艺性分析 2 第第 2 2 章章 成型设备选择与模塑工艺参数成型设备选择与模塑工艺参数 3 3 2 1 塑件的体积计算 3 2 2 型腔数量选择 3 2 3 注射机的初步选择 3 2 4 塑件模塑成型工艺参数的确定 4 第第 3 3 章章 注射模的结构设计注射模的结构设计 5 5 3 1 成型方法的确定 5 3 2 分型面的选择 5 3 3 浇注系统的设计 6 3 3 1 主流道的设计 6 3 3 1 1 主流道的尺寸 6 3 3 1 2 主流道衬套的形式 6 3 3 1 3 主流道衬套的固定 7 3 3 2 分流道的设计 7 3 3 3 浇口的设计 8 3 4 排气槽的设计 9 3 5 脱模机构的设计 9 3 6 导向与定位机构的设计 9 3 7 冷却系统的设计 10 第第 4 4 章章 成型零件的设计成型零件的设计 11 11 4 1 成型零件应具备的性能 11 4 2 成型零件的结构设计 11 4 2 1 型腔结构设计 11 4 2 2 型芯结构设计 12 第第 5 5 章章 成型零件的工作尺寸计算成型零件的工作尺寸计算 13 13 5 1 型腔工作尺寸计算 13 5 1 1 型腔径向尺寸计算 13 5 1 2 型腔深度尺寸计算 13 5 2 型芯工作尺寸计算 14 5 2 1 型芯径向尺寸计算 14 5 2 2 型芯高度尺寸计算 15 5 3 型腔壁厚计算 15 5 3 1 整体式圆形型腔侧壁厚计算 15 5 3 2 整体式圆形型腔底板厚度计算 16 第第 6 6 章章 注射机有关参数的校核注射机有关参数的校核 17 17 6 1 注射机最大注射量的校核 17 6 2 锁模力的校核 17 6 3 模具闭合高度的确定与校核 17 6 3 1 模具闭合高度的确定 17 6 3 2 模具安装部分的校核 17 6 4 开模行程的校核 18 第第 7 7 章章 模具总装配图模具总装配图 19 19 结束语结束语 20 20 参考文献参考文献 21 21 第第 1 1 章章 塑件的工艺性分析塑件的工艺性分析 1 11 1 塑件的几何形状分析塑件的几何形状分析 材料 ABS 生产批量 大批量 图 1 1 零件图 本塑件为圆形件 尺寸中等 结构简单 考虑到该塑件的精度要求较低 结合其材料的性能 故选一般精度等级为 MT5 级精度 1 21 2 塑件原材料的成型特性分析塑件原材料的成型特性分析 ABS 是目前产量最大 应用最广的工程塑料 ABS 是不透明非结晶型聚合 物 无毒 无味 密度为 1 02 1 05g cm3 ABS 具有突出的力学性能 坚韧 坚 固 易于成型和机械加工 成型塑料有较好的光泽 经过调色可配成任何颜色 ABS 可采取注射 挤塑 吹塑真空成型机表面涂饰等多种成型加工方法 ABS 成型性能如下 1 易吸水 成型加工前需进行干燥处理 表面光泽要求高的塑件需长时 间预热干燥 2 比热容低 塑化效率高 凝固也快 故成型周期短 3 顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹 脱模斜度宜取 2 o 以上 4 易产生熔接痕 模具设计时应尽量减少浇注系统对料流的阻力 5 宜采用高料温 高模温 高注射压力成型 1 31 3 塑件的结构工艺性分析塑件的结构工艺性分析 1 3 11 3 1 塑件的尺寸精度分析塑件的尺寸精度分析 该塑件取 SJ5 级精度 则塑件的主要尺寸公差如下 塑件外形尺寸 51mm 38mm 26mm 0 40 0 0 32 0 0 32 0 塑件内形尺寸 44mm 20mm 40 0 0 32 0 0 1 3 21 3 2 塑件的表面质量分析塑件的表面质量分析 该塑件要求表面无凹痕 气泡 划痕 而内表面无特殊要求 1 3 31 3 3 塑件的结构工艺性分析塑件的结构工艺性分析 从图 1 1 中可知 该塑件外形为圆形盖 圆角过渡且无尖角存在 壁厚均 匀 且符合最小壁厚要求 塑件型腔中等 该塑件为方便开模分型 取分型面于盖下边缘平齐 综上所述 该塑件可采用注射成型加工 第第 2 2 章章 成型设备选择与模塑工艺参数成型设备选择与模塑工艺参数 2 12 1 塑件的体积计算塑件的体积计算 通过三维造型可获得塑件的体积为 V件 21 50cm3 2 22 2 型腔数量选择型腔数量选择 采用一模两腔 型腔平衡布置在型腔板两侧 以方便浇口排列和模具的平 衡 2 32 3 注射机的初步选择注射机的初步选择 塑件成型所需的注射总量应小于所选注塑机的注射容量 注射机的注射容量可按以下公式计算 V注 1 5n V件 0 7 式中 V件 单个塑件的体积 cm3 V注 注射机的注射容量 cm3 n 塑件的数量 可知 V注 1 5 2 21 50 0 7 92 10 cm3 查塑料模具技术手册 初选注塑机为螺杆卧式 xs zy 125 型 其主要参数 如下 理论注射容量 100 cm3 移模行程 220mm 喷嘴球半径 SR20mm 锁模力 450KN 最大模具厚度 300mm 喷嘴孔直径 4mm 注射压力 170MPa 最小模具厚度 100mm 螺杆转速 30r min 注射速率 60g s 锁模形式 双曲肘 拉杆内间距 280mm 250mm 螺杆直径 30mm 塑化能力 5 6g s 模具定位孔直径 55mm 2 42 4 塑件模塑成型工艺参数的确定塑件模塑成型工艺参数的确定 ABS 注射成型工艺参数见下表 试模时 可根据实际情况作适当调整 表 2 1 注射成型工艺参数 工艺参数规格 工艺参数 规格 温度 80 85注射时间 20 90 预热和干燥 时间 h 2 3高压时间 0 5 后段 150 170 冷却时间 20 120 中段 165 180 成型时间 s 总周期 50 220 料筒温度 前段 180 200 螺杆转速 r min 30 喷嘴温度 170 180 方法红外线灯 烘箱 模具温度 50 80 温度 70 注射压力 Mpa 60 100 后处理 时间 h 2 4 第第 3 3 章章 注射模的结构设计注射模的结构设计 3 13 1 成型方法的确定成型方法的确定 塑件采用注射成型 为了保证塑件的表面质量 采用点浇口进行浇注 因 此模具应采用双分型面结构 三板式结构 3 23 2 分型面的选择分型面的选择 分型面的选择原则 1 分型面应选在外形最大轮廓线上 2 应该尽量减少塑件在分型面上的投影面积 3 考虑到排气的效果 4 保证塑件的形状与尺寸精度要求 5 满足试件的外观质量要求 6 应尽可能的使试件开模后留在动模一侧 7 便于模具加工 8 对侧向型芯的影响 综上所述 由于该塑件形状规则 则其分型面的位置如下 图 3 1 分型面的选择 3 33 3 浇注系统的设计浇注系统的设计 3 3 13 3 1 主流道的设计主流道的设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料 熔体的流动通道 是熔体最先流经模具的部分 它的形状与尺寸对塑料熔体的 流动速度和充模时间有较大的影响 因此 必须使熔体的温度降和压力损失最 小 喷嘴球半径 R 21mm 喷嘴孔直径 d 4mm 3 3 1 13 3 1 1 主流道的尺寸主流道的尺寸 主流道通常设计在浇口套中 为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出 主流道设计成圆锥形 其锥角 为 2 6o 流道表面粗糙度 Ra 0 8 m 小端 直径 d 比注射机喷嘴直径大 0 5 1mm 现取锥角 4mm 小端直径比喷嘴直径 大 1mm 浇口套一般采用碳素工具钢材料制造 热处理淬火硬度 50 55HRC 由 于小端的前面是球面 其深度为 3 5mm 现取为 3mm 注射机喷嘴的球面在该 位置与模具接触并且贴合 因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大 1 2mm 浇口套与模板间配合采用 H7 m6 的过渡配合 主流道是一端与注射机喷嘴相接触 另一端与分流道相连的一段带有锥度 的流动通道 主流道小端尺寸为 4mm 3 3 1 23 3 1 2 主流道衬套的形式主流道衬套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触 属易损件 对材料要求较严 因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式 以便有效的选用 优质钢材单独进行加工和热处理 常用浇口套分为浇口套 定位圈整体式和浇 口套与定位圈单独分开两种 由于注射机的喷嘴球半径为 20mm 所以浇口套的 为 SR21mm 主流道衬套的计算公式如下 D d 0 5 1 mm R2 R1 0 5 1 mm 式中 D 主流道衬套小端喷嘴直径 mm d 机床喷嘴直径 mm R2 主流道衬套喷嘴球半径 mm R1 喷嘴球半径 mm 图 3 2 主流道衬套 3 3 1 33 3 1 3 主流道衬套的固定主流道衬套的固定 因为采用的为分开式 所以用定位圈配合固定在模具的面板上 定位圈的外 径为 100mm 内径 35mm 具体结构如下图所示 图 3 3 定位圈 3 3 23 3 2 分流道的设计分流道的设计 分流道的形状及尺寸与塑件的体积 壁厚 形状的复杂程度 注射速率等 因素有关 该塑件的体积比较大但形状并不复杂 且壁厚均匀 可以考虑采用多点 进料的方式 缩短分流道的长度 有利于塑件的成型和外观质量的保证 从便于加 工的方面考虑 采用截面形状为 U 形的分流道 查有关的手册 选择 R 5 5mm 由 于 分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却 只有中心部位的塑料熔体的流 动状态较为理想 因面分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低 一般取 1 6 m 左右既可 这样表面稍不光滑 有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定 从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差 以保证熔体流动时具有适宜的 剪切速率和剪切热 分流道设计原则如下 1 分流道对熔体的阻力要小 分流道转折处应以圆弧过渡 2 各型腔均衡进料 各分流道的截面积和长度都要对应相等 各支分流道 长度应一致 并尽量取短 平衡式布置的分流道能满足这点 3 表面粗糙度要求达到 Ra0 8 为宜 4 分流道较长时 在分流道的末端应开设冷料井 5 通常分流道开设在模具的一边 有利于开模时将流道凝料脱出 6 分流道与浇口的连接处应加工成斜面 并利用圆弧过渡 有利于塑料熔 体的流动及填充 本设计采用U 型断面分流道 切削加工在一块模板上 加工容易实现 且 表面积不大 热量损失和阻力损失不太大 取ABS 的分流道直径为5 5mm 对于 壁厚小于3mm 质量在200g以下的塑件 可用下述经验公式确定分流道的长度 D 0 2654W1 2L1 4 mm 式 3 1 式中 D 分流道的直径 mm W 塑件的质量 g L 分流道的长度 mm 从而求得L 36mm 3 3 33 3 3 浇口的设计浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短流道 它是浇注系统的关键部分 浇口的形状 数量 尺寸和位置对塑件质量影响很大 浇口的主要作用是 1 型腔充满后 熔体在浇口出首先凝结 防止其倒流 2 易于切除浇口 凝料 3 对于多型腔模具 用于平衡进料 浇口截面积通常分流道截面积的 0 03 0 09 浇口截面形状有矩形和圆形两种 浇口长度约为0 5 2mm左右 浇口具体尺寸一般根据经验确定 取其下限值 然后在试模时逐步修正 对于圆形盖塑件 采用点浇口 其浇口位置选择如下图所示 同时不容易产 生熔接痕 并有利于型腔排气 3 43 4 排气槽的设计排气槽的设计 从某种意义讲 注射模也是一种置换装置 即塑料熔体进入模腔 同时置 换出模腔内的空气 实际上模具内的空气并不局限于型腔内 特别是三板式注 射模 不能忽视存在于流道中的空气 此外 塑料熔体会产生微量分解的气体 这些气体必须及时排出 对于小型模具 可利用分型面间隙排气 但分型面须位于熔体流动末端 3 53 5 脱模机构的设计脱模机构的设计 根据塑件的形状特点 模具大部分型芯在动模部分 开模后 塑件由于型芯 的包紧力留在动模一侧 其推出机构可选择推板推出和推杆推出机构 由于推 杆推出简单 推出平稳可靠 故采用简单推杆推出机构推出塑件 3 63 6 导向与定位机构的设计导向与定位机构的设计 任何一副模具在定 动模之间都设有导向机构 其作用是 定位作用 导 向作用 承载作用 保持运动平稳作用等 导柱 通常采用带头导柱 导套 通常采用带头导套和带肩导套 导柱 导套选取时注意事项如下 1 合理布置导柱位置 导柱中心至模具外缘至少有一个导柱直径的厚度 导 柱不应设在矩形模具四角的危险端面上 通常设在长边离中心线的1 3处最 为安全 导柱布置方式常采用不等直径对称布置或等直径不对称布置 2 导柱工作部分长度应比型芯端面高出6 8mm 以确保其导向和引导作用 3 导柱工作部分的配合精度采用H7 f7 导柱固定部分配合精度采取 H7 k6 导套外径的配合精度采取H7 k6 配合长度通常取配合直径的1 5 2倍 其余部 分可以扩孔 以减小摩擦 并降低加工难度 4 导柱与导套应具有足够的耐磨性 多采用低碳钢经渗碳淬火处理 其硬 度为HRC48 55 也可采用T8或T10碳素工具钢 经淬火处理 导柱工作部分的 表面粗糙度为Ra0 4 固定部分为Ra0 8 导套内外圆柱面表面粗糙度取为Ra0 8 为妥 5 导柱头部应制成截锥形或球头形 导套的前端也应倒角 一般倒角半径 为1 2mm 6 导柱可以设置在动模一侧或定模一侧 设在动模一侧可以保护型芯不受 损坏 设在定模一侧便于塑件脱模 3 73 7 冷却系统的设计冷却系统的设计 设计冷却通道时 应遵循如下原则 1 冷却水道数量尽可能多 孔径尽可能大 2 冷却水孔至型腔表面的距离尽可能相等 3 强化浇口处的冷却 4 降低冷却水出入口处的温度差 5 冷却水道应避免设在塑件熔接痕处 6 合理确定冷却水接头位置 综合上述原则 冷却水道布置如下图所示 图 3 5 冷却水道的布置 第第4 4章章 成型零件的设计成型零件的设计 4 14 1 成型零件应具备的性能成型零件应具备的性能 由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触 它必须具有如下一些性能 1 具有足够的强度 刚度 以承受塑料熔体的高压 2 具有足够的硬度和耐磨性 以承受料流的摩擦和磨损 通常应进行热处 理 使其硬度达HRC40以上 3 材料的抛光性能好 表面应光滑美观 表面粗糙度要求应在Ra0 4以下 4 切削加工性能好 热处理变形小 可淬性良好 5 熔焊性能好 以便于修理 6 成型部位须有足够的尺寸精度 4 24 2 成型零件的结构设计成型零件的结构设计 4 2 14 2 1 型腔结构设计型腔结构设计 型腔用于成型塑件的外表面 由于圆形盖形状简单 所以采用整体式 型腔 如图所示 图4 1 型腔结构 4 2 24 2 2 型芯结构设计型芯结构设计 型芯用来成型塑件的内表面 可采用组合式型芯 其结构简图如下图 所示 图4 2 型芯结构图 第第5 5章章 成型零件的工作尺寸计算成型零件的工作尺寸计算 5 15 1 型腔工作尺寸计算型腔工作尺寸计算 5 1 15 1 1 型腔径向尺寸型腔径向尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1 6 模具的制造公差 z 3 取 x 0 75 凹模型腔径向尺 式 4 10 z z scpM LSL 00 75 0 1 式中 凹模径向尺寸 mm M L Ls 塑件径向工称尺寸 mm 塑件的平均收缩率为 0 55 cp S 塑件的公差值 mm z 模具的制造公差 mm 51mm s L 0 40 0 mm LSL z z scpM 13 0 0 13 0 0 00 97 49 4 075 0 50 55 0 1 75 0 1 5 1 25 1 2 型腔深度尺寸型腔深度尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1 6 模具的制造公差 z 3 取 x 3 2 凹模型腔深度尺寸 式 4 11 z z scpM HSH 00 3 2 1 式中 凹模深度尺寸 mm M H 塑件高度公称尺寸 mm s H 26mm s H 0 32 0 mm HSH z z scpM 11 0 0 11 0 0 00 92 24 32 0 3 2 25 55 0 1 3 2 1 5 25 2 型芯工作尺寸计算型芯工作尺寸计算 5 2 15 2 1 型芯径向尺寸型芯径向尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1 6 模具的制造公差 z 3 取 x 0 75 型芯的径向尺寸 式 4 12 00 75 0 1 zz scpM ASA 式中 型芯径向尺寸 mm M A 塑件径向公称尺寸 mm s A z 型芯制造公差 mm 24mm 44mm 30mm 36mm 1s A 32 0 0 2s A 40 0 0 3s A 32 0 0 4s A 36 0 0 mm ASA zz sCPM 0 11 0 0 11 0 0 1 0 1 37 24 32 0 75 024 55 01 75 0 1 mm ASA zz sCPM 0 13 0 0 13 0 0 2 0 2 54 44 40 0 75 0 44 55 0 1 75 0 1 mm ASA zz sCPM 0 11 0 0 11 0 0 3 0 3 41 30 32 0 75 0 30 55 0 1 75 0 1 mm ASA zz sCPM 0 12 0 0 12 0 0 4 0 4 47 36 36 0 75 0 36 55 0 1 75 0 1 5 2 25 2 2 型芯高度尺寸型芯高度尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1 6 模具的制造公差 z 3 取 x 3 2 型芯的高度尺寸 式 4 13 00 3 2 1 zz scpM BSB 式中 型芯高度尺寸 mm M B 型芯深度尺寸 mm s B 8mm 22mm 1s B 20 0 0 2s B 28 0 0 mm BSB zz sCPM 0 07 0 0 07 0 0 1 0 1 24 9 20 0 3 2 8 55 0 1 3 2 1 mm BSB zz sCPM 0 09 0 0 09 0 0 2 0 2 31 22 28 0 3 2 22 55 0 1 3 2 1 5 35 3 型腔壁厚计算型腔壁厚计算 5 3 15 3 1 整体式圆形型腔侧壁厚度计算整体式圆形型腔侧壁厚度计算 刚度计算 式 3 32 1 25 1 75 0 1 1 1 2 1 mm rPE rPE r mm rP E rP E rS 式中 S 圆形型腔侧壁厚度 mm r 型腔半径 可取塑件半径 mm P 型腔压力 MPa E 模具材料的弹性模量 MPa 碳钢为 MPa 5 101 2 刚度条件 即允许变形量 mm mmmmrS96 0 1 302525 1 095 0 101 2 302575 0 095 0 101 2 2 1 5 5 强度计算 式 3 33 1 2 2 1 mm p rS 式中 模具材料的许用应力 MPa 160 MPa mmmmS62 6 1 302160 160 25 2 1 综合上述计算可知 型腔侧壁厚度需 S 6 6mm 5 3 25 3 2 整体式圆形型腔底板厚度计算整体式圆形型腔底板厚度计算 刚度计算 式 3 36 Pr 56 0 Pr175 0 3 1 3 1 4 mm E r E h mmh26 6 04 0 101 2 2530 2556 0 3 1 5 强度计算 式 3 37 87 0 4 Pr3 2 1 2 1 2 mm P rh mmh42 9 160 30 2587 0 2 1 综合上述计算可知 型腔底板厚度需 h 9 42mm 第第 6 6 章章 注射机有关参数的校核注射机有关参数的校核 6 16 1 注射机最大注射量的校核注射机最大注射量的校核 为确保塑件质量 注射模一次成形的塑料重量应在公称注射量的 35 75 范 围内 最大可达 80 最低不应低于 10 既保证塑件质量 又充分发挥设备的 能力 选在 50 80 范围内为好 75 73 100 75 73 正好在范围内 所以 XS ZY 125 型注射机选取的比较 合适 6 26 2 锁模力的校核锁模力的校核 锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 注射机锁模 力的校核 关系式为 F kpA 式 3 108 式中F 注射机的锁模力 查相关表得XS ZY 125型注射机的锁模力为450kN k 压力损耗系数 一般取1 1 1 2 p 型腔内熔体的压力 本塑件p 30MPa A 塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和 本模具 A 908 706 1052 40 1961 106mm2 计算得 kpA 1 2 p 46 7mpa 故注塑机的锁模力足够 满足锁模要求 6 36 3 模具闭合高度的确定与校核模具闭合高度的确定与校核 6 3 16 3 1 模具闭合高度的确定模具闭合高度的确定 动模座板 H动 25mm 垫块 H垫 70mm 支承板 H支 30mm 动模板 H动模板 45mm 定模板 H定模板 35mm 垫板 H垫板 20mm 定模座板 H定 30mm 模具高度 H闭 H动 H垫 H支 H动模板 H定模板 H垫板 H定 25 70 30 45 35 20 30 255mm 6 3 26 3 2 模具安装部分的校核模具安装部分的校核 该模具的外形尺寸为 300mm 250mm XS ZY 125 型注射机最大安装尺寸为 498mm 420mm 故能满足模具的安装要求 由于 XS ZY 125 型注射机所允许模具的最小厚度 Hmin 100mm 最大厚度 Hmax 300mm 即闭合高度满足 Hmin H闭 Hmax的安装条件 所以XS ZY 125 型注射机满足模具安装要求 6 46 4 开模行程的校核开模行程的校核 经查资料可知 XS ZY 125 型注射机的最大开模行程为 S 220mm 满足下式计 算所需的出件要求 S H1 H2 a 5 10 mm 30 25 57 10 122mm 式 3 112 式中 a 定模座板与定模型腔板分开的距离 mm 综上 根据计算及经验得出结论 XS ZY 125 型注射机能 满足使用要求 第第 7 7 章章 模具总装配图模具总装配图 图 7 1 模具装配图 结束语结束语 经过三周的课程设计 从中收获了一定知识 同时也积累了一些课程设计所 需掌握的经验 对注射模有了更一步的了解 为以后的工作奠定了一定的专业 基础 设计阶段初期 由于对课程任务不是太了解 导致不知道从何处下手 借阅 资料以及查相关设计手册后 对此次课设设计才有了初步的认识 接着从产品 结构工艺性 具体模具结构出发 对模具的浇注系统 模具成型部分的结构 顶出系统 冷却系统 注塑机的选择及有关参数的校核等进行详细的设计 通 过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺 虽然在课程设 计中遇到了一些问题