塑料模具课程设计(带模流分析)

景德镇陶瓷大学景德镇陶瓷大学 专业课程设计专业课程设计 题题 目 目 铅笔盒注塑模设计 学学 号 号 姓姓 名 名 院院 系 系 专专 业 业 完成日期 完成日期 指导教师 指导教师 0 前 言 3 第一章 塑料制件的工艺性分析 3 1 1 制件原料的工艺性 3 1 2 塑料制件的结构工艺性 3 第二章 初步选择注射机 4 2 1 制品 ABS 的注塑成型参数 4 2 2 计算制件的体积和质量 4 2 3 选择注射机 5 2 4 确定型腔数量 5 2 5 确定分型面 6 2 6 型腔的布局 6 第三章 浇注系统设计 7 3 1 主流道的设计 7 3 2 分流道的设计 9 3 3 浇口的设计 9 3 4 冷料穴的设计 9 第四章 冷却系统设计 9 4 1 冷却系统的设计准则 10 4 2 冷却系统参数的计算 10 4 2 1 冷却介质 10 4 2 2 冷却水体积流量的计算 10 4 2 3 冷却管道直径 10 4 2 4 冷却回路所需的总表面积 10 第五章 铅笔盒模流分析模拟 11 5 1 网格分析 12 5 1 1 模型的导入 12 5 2 1 网格划分 12 5 2 最佳浇口位置分析 13 5 3 成型窗口分析 14 5 3 1 区域分析 15 5 3 2 制件质量分析 15 5 3 3 注射压力分析 15 5 3 4 最低流动前沿温度分析 16 5 3 5 最大剪切应力分析 16 5 3 6 最大冷却时间分析 17 5 4 充填分析 18 5 4 1 充填时间分析 18 5 4 2 气穴位置分析 18 5 4 3 熔接痕 19 5 4 4 流动前沿处的温度 20 5 4 5 充填分析过程信息 20 第六章 成型零件设计 21 1 6 1 成型零件的结构设计 22 6 1 1 凹模的结构设计 22 6 2 成型零件工作部分尺寸的计算 22 6 2 1 型腔径向尺寸 22 6 2 2 型芯径向尺寸 23 6 2 3 型腔深度尺寸 23 6 2 4 型芯高度尺寸 23 6 3 模具型腔侧壁和底板厚度的计算 24 6 3 1 模具型腔壁厚度的计算 24 6 3 2 模具型腔底板厚度计算 24 6 4 合模导向机构设计 24 6 5 推出机构的设计 25 6 5 1 脱模力的计算 26 6 5 2 推出机构的设计 26 6 6 模架专用零件选取 26 6 6 1 定模座板 26 6 6 2 定模板 26 6 6 3 动模板 26 6 6 4 垫块 26 6 6 4 动模座板 26 6 6 5 推板 27 6 6 6 推杆固定板 27 6 7 注射机模具安装尺寸的校核 27 6 7 1 喷嘴尺寸的校核 27 6 7 2 定位环尺寸校核 27 6 7 3 模具厚度校核 27 6 7 4 开模行程的校核 27 6 7 5 注射机与模具安装尺寸的校核 27 6 7 6 最大注射量校核 28 6 7 7 注射压力校核 28 6 7 8 塑件在分型面上的投影面积校核 28 6 7 9 锁模力的校核 28 6 7 10 顶出装置的校核 29 第七章 模具的工作过程 29 7 1 模具合模与锁紧 29 7 2 模具成型过程 29 7 3 模具开模过程 29 7 4 模具复位过程 32 结 论 32 参考文献 33 2 前前 言言 现今我国模具工业呈现新的发展特点与趋势 结构调整等方面取得了不少成绩 信息社会经 济全球化不断发展进程 模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型 更精密 更复杂及更经济 快速方面发展 伴随着产品技术含量不断提高 模具向着信息化 数字化 精细化 自动化方面发 展 模具企业向着技术集成化 设备精良化 产品品牌化 管理信息化 经营国际化方向发展 随着汽车 IT 电子 航空等相关行业领域高速发展 我国模具行业日新月异 高技术含量模 具成为 十二五 发展重点 未来中国将重点发展高技术含量模具 模具产品向轻巧 精美 快速 高效生产 低成本与高质量方向发展 第一章第一章 塑料制件的工艺性分析塑料制件的工艺性分析 1 1 制件原料的工艺性制件原料的工艺性 ABS 是由丙烯腈 丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成 ABS 的特性主要取决于三种单体的比 率以及两相 中的分子结构 这就可以在产品设计上具有很大的灵活性 并且由此产生了市场 上 百种不同品质的 ABS 材料 这些不同品质的材料提供了不同的特性 例如从中等 到高等的抗冲 击性 从低到高的光洁度和高温扭曲特性等 ABS 材料具有超强的易加工性 外观特性 低蠕 变性和优异的尺寸稳定性以及很高 的抗冲击强度 干燥处理 ABS 材料具有吸湿性 要求在加工之前进行干燥处理 建议干燥条件 为 80 90C 下最少干燥 2 小时 材料温度应保证小于 0 1 熔化温度 210 280C 建议温度 245C 模 具温度 25 70C 模具温度将影响塑件光洁度 温度较低则导致光洁度较低 注射压力 500 1000bar 注射速度 中高速度 1 2 塑料制件的结构工艺性塑料制件的结构工艺性 图 1 1 零件图 3 图 1 2 铅笔盒三维图 1脱模斜度 塑件冷却时的收缩会让塑件抱紧住模具型芯或型腔中的凸起部分 因此 为了方便从塑件 中抽出型芯或从型腔中脱出塑件 防止脱模时拉伤塑件 在设计时 必须使塑件内外表面沿脱 模方向留有足够的斜度 在模具上即称为脱模斜度 脱模斜度取决于塑件的形状 壁厚及塑料 的收缩率 查 塑料模计手册 查得 ABS 的脱模斜度为 30 1 2外形尺寸 铅笔盒塑件是一个结构简单无规则产品 铅笔盒高 18mm 长 188mm 宽 70mm 壁厚 2mm 铅笔盒有一个通孔 所有尺寸都未标注公差 建意采用公差等级 MT5 外观要求没有 缺陷 飞边 毛刺 塑料件没有特别的表面质量要求 故比较容易实现 经过以上分析可知 只要在合理的工艺参数下注射时 成型塑件的质量跟性能都能保证 第二章第二章 初步选择注射机初步选择注射机 2 1 制品制品 ABS 的注塑成型参数的注塑成型参数 注射机类型 螺杆式 螺杆转速 r min 20 40 喷嘴形式 直通式 料筒温度 前 2180 220 中 265 180 后 150 170 模具温度 75 85 2 2 计算制件的体积和质量计算制件的体积和质量 使用三维画图软件 UG6 0 对塑件进行质量属性分析 得出塑件的体积 V 为 63 45cm3 使用材 4 料 ABS 的密度为 1 05g cm3 根据公式得出塑件质量为 m 1 05g cm3 63 45cm3 66 62g 浇注系统 的凝料体积根据经验 按塑件体积的 0 2 1 倍计算 由于塑件外形尺寸较小 且大批量生产 为了 生产效率 采用一模两腔形式 流道相对较短 所以凝料的体积按 0 2 倍计算 即 v 12 69cm3 凝料质量 m 13 32g v 总 63 45 2 12 69 139 59cm3 m 总 139 59 1 05 146 57g 2 3 选择注射机选择注射机 根据额定注射量和 ABS 的注射压力选用注射机 综合考虑后选用国产 XS ZY 250 立式注射机 其主要参数如表所示 表 2 1 XS ZY 250 注射机的主要参数 项目参数数值项目参数数值 额定注射量 cm3 250 最大成型面积 mm2550 500 螺杆直径 mm 50 最大开 合 模行程 500 注射压力 MPa 130 模具最大厚度 mm 350 注射行程 mm 160 模具最小厚度 mm 200 注射方式螺杆式喷嘴圆弧半径 mm 18 锁模力 KN 1800 喷嘴口直径 mm 4 2 4 确定型腔数量确定型腔数量 由注射机的最大注射量确定型腔数量 n N 2 95 1 2 m mKmN 0 8 250 12 69 63 45 式中 K 注射机最大注射量的利用系数 一般取 0 8 mN 注射机允许的最大注射量 g 或 cm3 m2 浇注系统所需塑料质量或体积 g 或 cm3 5 m1 单个塑件的质量或体积 g 或 cm3 即 N4 一般不能生产高精度塑件 该零件结构比较简单 但表面 积较小 而且要大批量生产 所以采用一模两腔 2 5 确定分型面确定分型面 模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面 分型面是决定模 具结构形式的重要因素 它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系 并且直接影响着塑料 熔体的流动充填性及制品的脱模 分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状 型腔的排气情况 也与分型面的开设密切相关 因此 分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容 分型面的选择应注意以下几点 1 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 2 保证制件的精度和外观要求 3 考虑满足塑件的使用要求 4 考虑注塑机的技术规格 使模板间距大小合适 5 考虑锁模力 尽量减小塑件在分型面的投影面积 6 确定有利的留模方式 便于塑件顺利脱模 7 不妨碍制品脱模和抽芯 8 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 根据塑件的结构形式 本设计分型面设置在铅笔盒开口最大轮廓处 A A 处 如图 2 1 所示 图 2 1 分型面 2 6 型腔的布局型腔的布局 型腔的排布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 这就要求型腔与主流道之间距 离尽可能最短 合理的型腔排布可以避免塑件尺寸的差异 应力形成及脱模困难等问题 由于成型 同一尺寸及精度要求制件 所以型腔布局决定采用平衡式 其特点是从主流道到各型腔浇口的分流 道的长度 截面形状及尺寸均对应相同 可实现均匀进料和同时充满型腔的目的 如图 2 2 为型腔 布局图 6 图 2 2 型腔布局 第三章第三章 浇注系统设计浇注系统设计 浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道 具有传质 传压和传热的 功能 对塑件质量影响很大 它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统 对浇注系统进行总体设计时 一般应遵循如下基本原则 a 塑料成型特性 设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求 以保证塑件质量 b 模具成型塑件的型腔数 设置浇注系统还应考虑到模具是一出二腔或一模多腔 浇注系 统需按型腔布局设计 c 塑件大小及形状 根据塑件大小 形状壁厚 技术要求等因素 结合选择分型面同时考 虑设置浇注系统的形式 进料口数量及位置 保证正常成型 还应注意防止流料直接冲击嵌件及细 弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题 从而采取相应的措施或留有修 整的余地 d 塑件外观 设置浇注系统时应考虑到去除 修整进料口方便 同时不影响塑件的外表美 观 e 冷料 在注射间隔时间 喷嘴端部的冷料必须去除 防止注入型腔影响塑件质量 故设 计浇注系统时应考虑储存冷料的措施 6 该模具采用普通流道浇注系统 包括主流道 分流道 浇口和冷料穴 3 1 主流道的设计主流道的设计 据相关资料 查得 XS ZY 250 型注射机喷嘴的相关尺寸为 喷嘴圆弧半径为 16mm 喷嘴口直径为 3mm 根据模具主流道与喷嘴的关系得到 主流道进口小端孔直径 d 注射机喷嘴口直径 0 5 1 mm 设计取 d 4mm 主流道进口端球面半径 SR 注射机喷嘴圆弧半径 1 2 mm 设计取 SR 18mm 主流道的长度 L 97mm 7 主流道大端直径 D d 2Ltan 2 3 5 2 75 tan 2 2 7 28mm 为了将凝料从主流道中拔出 将主流道设计成圆锥形 其斜度 2 同时 为了使熔料顺利 进入分流道 在主流道出料端设计圆弧过渡 r 一般取 1 3mm 这里取得 r 2mm 模具的主流道部分常设计为可拆卸更换的主流道衬套式 俗称浇口套 以便有效地选用优 质钢材单独进行加工和热处理 一般采用碳素钢如 T8A T10A 等 热处理要求淬火 53 57HRC 浇口套设置在模具的对称中心位置 尽可能保证与相连接的注射机喷嘴为同一轴线 浇口套的形状 及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇口套 为了能与塑料注射机的定位圈相配合 采用外加定位环的 方式 图 3 1 主流道尺寸示意图 图 3 2 定位环 8 图 3 3 浇口套 3 2 分流道的设计分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道 它是浇注系统中熔融状态 的塑料由主流道流入型腔前 通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过度段 因此 要 求所设计的分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态 使塑料熔体尽快地流经分流 道充满型腔 并且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小 能将塑料熔体均衡地分配到各个型 腔 为便于机械加工及凝料脱模 分流道大多设置在分型面上 常用的分流道截面形状一般可 分为圆形 梯形 U 形 半圆形及矩形等 分流道截面形状及尺寸应根据塑料制件的结构 采用塑料的工艺性 成型条件等因素有关 本套设计产品结构简单 采用圆形截面分流道 分流道尺寸为 8mm 图 3 4 分流道的梯形截面尺寸 3 3 浇口的设计浇口的设计 该模具设计采用的是一模两腔侧浇口进浇 宽度 L 2 mm 其深度 H 1 0mm 图 3 5 侧浇口结构尺寸示意图 3 4 冷料穴的设计冷料穴的设计 冷料穴位于主流道正对面的模板上 或者处于分流道的末端 防止冷料进入模具型腔而影响 制品质量 根据需要 冷料穴设在主流道的末端 冷料穴截面如图 3 6 所示 9 图 3 6 冷料穴尺寸 第四章第四章 冷却系统设计冷却系统设计 4 1 冷却系统的设计准则冷却系统的设计准则 塑料在成型过程中 模具温度会直接影响到塑料的充模 定型 成型周期和塑件质量 所 以 我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求 一般注射模内的塑料熔体温度为 200 左右 而塑件从模具型腔中取出时其温度在 60 以下 所以热塑性塑料在注射成型后 必须对模具进行有效的冷却 以便使塑件可靠冷却 便于取出产品 4 2 冷却系统参数的计算冷却系统参数的计算 4 2 1 冷却介质冷却介质 ABS 的成型温度和模具温度分别为 215 C 255 C 40 C 80 C 用普通水作为介质冷却的方 法称之为水冷 它是通过普通自来水提压后流经模具并循环流动带走热量 因为水的热容量大 传 热系数大 成本低 水冷在塑料模具中应用最多 是常用的冷却方式 本次设计采用常用温水对模 具进行冷却 冷却介质选用冷却水 4 2 2 冷却水体积流量的计算冷却水体积流量的计算 如果忽略模具因空气对流 热辐射以及注射机接触所散发的热量 不考虑模具金属材料的热 阻 可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算 冷却水的体积流量 m3 min 60 21 c mQ qV 2526 100010002 460 10486 0 5 3 104 1 式中 冷却水体积流量 m3 min v q m 单位时间注射入模具内的树脂质量 kg min 经过估算约为 0 86kg min Q 单位时间内树脂在模具内释放的热量 J kg 取 4 0 105J kg c 冷却水的比热容 J kg K 冷却水的密度 kg m3 1 冷却水出口处温度 C 2 冷却水入口处温度 C 4 2 3 冷却管道直径冷却管道直径 为使冷却管道处于湍流状态 取 d 8mm 冷却水道的流速 sm d q v v 30 0 60 01 0 14 3 104 144 2 3 2 10 4 2 4 冷却回路所需的总表面积冷却回路所需的总表面积 3600 wm k mQ A 式中 A 冷却回路总表面积 m2 m 单位时间注射入模具内的树脂质量 kg min 经过估算约为 51 624kg h Q 单位时间内树脂在模具内释放的热量 J kg 取 4 0 106J kg K 冷却水的表面传热系数 W m2 K m 模具成型表面的温度 C w 冷却水的平均温度 C 其中 w m2 K 1915 01 0 30 01000 95 7 2 0 8 0 2 0 8 0 d v k 式中 冷却水在该温度下的密度 kg m3 冷却水的流道 m s v 冷却水孔直径 m d 与冷却水温度有关的物理系数 取 7 95 所以 3600 wm k mQ A 23 5 10 9 11 2550 19153600 104624 51 m 从计算结果看 模具塑料释放的总热量 冷却回路所需的总表面积和冷却水体积流量都很小 铅笔盒是小型薄壁制件 考虑模具设计要求结构简单以及模具加工成本因素 本设计采用简单路冷 却 11 第五章第五章 铅笔盒模流分析铅笔盒模流分析模拟模拟 5 1 网格分析网格分析 5 1 1 模型的导入模型的导入 使用 UG 软件建立铅笔盒的三维模型 然后保存为 STL 格式文件 方可导入 MoldFlow 分析 软件 如图 5 1 所示 图 5 1 零件图 5 2 1 网格划分网格划分 用 MoldFlow 自动划分网格 网格类型为 Fusion 双平面 网格面积为 402 565cm2网格体积为 63 4572cm3 连通域个数为 1 配向不正确单元个数为 0 交叉边个数为 0 最大纵横比为 9 8 最 小纵横比为 1 16 网格匹配率为 94 如图 5 2 所示 12 图 5 2 网格数据 实际网格如图 5 3 所示 图 5 3 实际网格 13 5 2 最佳浇口位置分析最佳浇口位置分析 首先利用 Moldflow 来分析塑件的最佳浇口位置 将分析类型设为最佳浇口 材料采用 ABS 塑料 模具表面温度为 60 C 熔体温度为 260 C 设置注塑机参数 进行分析 结果如图 5 4 所示 图中蓝色区域为较好的浇注位置 图 5 4 最佳浇口位置 通过 MoldFlow 的分析 得出了浇口位置颜色分布区域 结合该零件的形状特点及实际生产设 计 将最佳浇口位置设置在该零件的产品边缘 侧进浇 节点 N6046 和 N5834 坐标为 25 50 0 及 25 50 0 如图 5 5 所示 图 5 5 确定最佳的浇口位置 14 5 3 成型窗口分析成型窗口分析 注射成型工艺的核心问题 就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体 并把它注射到型 腔中去 在控制条件下冷却定型 使塑件达到所需要求的质量 影响注射成型工艺的重要参数是塑 化流动和冷却温度 压力以及相应的各个作用时间 注射成型过程中需控制的温度有料筒的温度 喷嘴的温度和模具温度 注射模塑化过程中的 压力包括塑化压力和注射压力 完成一次注射成型过程所需的时间成为成型周期 它包括注射时间 模内冷却时间及其他时间 5 3 1 区域分析区域分析 图 5 6 区域分析 由图分析可知 模温范围是 60 C 850 C 熔体温度范围是 220 C 280 C 注射时间为 10 52s 5 3 2 制件质量制件质量分析分析 图 5 7 制件质量分析 由图可知 在熔体温度 220 C 注射时间 0 3500s 条件下 模具温度越高 制件质量越好 15 5 3 3 注射压力注射压力分析分析 图 5 8 注射压力分析 由图可知 在熔体温度 220 C 注射时间 0 3500s 条件下 模具温度越高 注射压力越小 所 以适当的提高模具温度有助于采用较小的注射压力 5 3 4 最低流动前沿温度分析最低流动前沿温度分析 图 5 9 最低流动前沿温度分析 由图可知 在熔体温度 220 C 注射时间 0 3500s 条件下 模具温度越高 最低流动前沿温度 越小 两者呈线性反比例关系 16 5 3 5 最大剪切应力分析最大剪切应力分析 图 5 10 最大剪切压力分析 由图可知 在熔体温度 220 C 注射时间 0 3500s 条件下 剪切应力随着模温的提高而降低 而剪切应力影响到塑件收缩率的变化 剪切应力太小会导致收缩率的变大 剪切应力太大又会导致 保压和冷却时间变长 所以应适当选取剪切应力 5 3 6 最大冷却时间最大冷却时间分析分析 图 5 11 最大冷却时间分析 由图可以看出 在熔体温度 220 C 注射时间 0 3500s 条件下 随着模具温度升高 最大冷却 时间随之增大 这就会使生产周期变长 所以不能选择过高的模具温度 成型窗口推荐的工艺参数 图 5 12 成型窗口推荐参数 17 综上分析 选模具温度为 79 44 C 熔体温度为 275 86 C 注射时间为 2 28s 5 4 充填分析充填分析 5 4 1 充填时间充填时间分析分析 充填时间是指熔融体填满整个型腔所需的时间 分析结果如图 5 13 所示 图 5 13 充填时间 图中蓝色区域为开始浇注的区域 红色为最后浇注的区域 充填时间为 1 534s 5 4 2 气穴位置气穴位置分析分析 在塑料熔体注射充填型腔过程中 模腔内除了原有空气外 还有塑料含有的水份在注射温度 下蒸发而成的水蒸气 塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体等 这些气体如果不能通过排气 系统顺利排出模腔 将会影响制品成型以及脱模后的质量 它将会受到熔体的压缩并因此对熔体产 生反压力 从而导致制品出现填充不足或制品中产生气泡以及组织疏松等 从而产生气穴 MoldFlow 对铅笔盒塑件气穴的位置分析如图 5 14 所示 18 图 5 14 气穴的位置 如图所示 气穴在塑件的底部产生 气体都可通过分型面的间隙排出 从熔体整个充填过程 看 让气体有充足的时间排出型腔 5 4 3 熔接痕熔接痕 熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却 在结合处未能完全融合而产生的 一般情况下 主要影响外观 对涂装 电镀产生影响 严重时 对制品强度产生影响 特别是在纤 维增强树脂时 尤为严重 熔接痕的位置如图 5 15 所示 图 5 15 熔接痕的位置 19 熔接痕在塑件的底部及顶部 为了减少熔接痕 调整成型条件 提高流动性 如 提高树脂温 度 提高模具温度 提高注射压力及速度等或者增设排气槽 5 4 4 流动前沿处的温度流动前沿处的温度 流动前沿温度指的是熔融体流动前沿到某一节点的温度 在制件厚度比较薄的部分 如果这 一温度太低 则会造成滞流 短射现象的发生 如果这一温度太高 则会使熔融聚合体发生降解 造成制件的表面缺陷 所以 在成型过程中要确保熔融流动前沿的温度保持在塑料聚合体所要求的 使用范围内 流动前沿处的温度所图 5 16 所示 图 5 16 流动前沿处的温度 如图所示 方案的塑料熔体流动前沿处的温度在 205 6 260 8 整个充填过程中 合理的熔 体流动前沿温度分布应该是均匀的 即模型的温度变化较平稳 方案的温度变化都比较平稳 表明 方案由传热散失的热量和因摩擦而产生的热量基本平衡 避免了热衰变的可能性 符合要求 5 4 5 充填分析过程信息充填分析过程信息 20 图 5 17 充填分析过程信息 如图 5 17 所示 V p 转换发生在型腔的 99 被充满的时候 此时的填充压力在 27 97MPa 左右 1 5s 的时间时型腔填充完成 21 第六章第六章 成型零件设计成型零件设计 6 1 成型零件的结构设计成型零件的结构设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件 包括凹模 型芯 镶块 成型杆和成 型环等 成型零件工作时 直接与塑料接触 承受熔体料流的高压冲刷 脱模摩擦等 因此 成型 零件不仅要求有正确的几何形状 较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度 而且还要求有合理的结构 较高的强度 刚度及较好的耐磨性 设计塑模的成型零件时 应根据塑件的塑料性能 使用要求 几何结构 并结合分型面和浇 口位置的选择 脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体结构 也就是说 根据塑件的尺寸 计算成型零件型腔的尺寸 确定型腔的组合方式 确定成型零件的机加工 热处理 装配等要求 还要对关键的部位进行强度和刚度校核 6 1 1 凹模的结构设计凹模的结构设计 凹模是成型零件外表面的主要零件 按其结构不同 可分为整体式和组合式两类 整体式凹模由整块材料加工而成 它的特点是牢固 使用中不易发生变形 不会使塑件产生 接线痕迹 但由于加工困难 热处理不方便 组合式凹模由两个以上的零部件组合面成的 按组合方式不同 组合式凹模结构可分为整体 嵌入式 局部镶嵌式 底部镶拼式 侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式 凸模和型芯均是成型零件塑件内表面的零件 凸模一般是指成型塑件中较大的 主要内形的 零件 又称为主型芯 型芯一般是成型塑件上较小的孔槽的零件 铅笔盒塑件还有孔槽结构 便孔槽结构简单 不需单独设计型芯 所以凸模就是只有主型芯 主型芯按结构分为整体式和组合式两种 整体式型芯 结构牢固 但不方便加工 消耗模具钢多 主要用于工艺试验模和小型模具上的形状简单的型芯 组合式型芯的优缺点与组合式凹模的基本相 同 设计制造这类型芯时 必须注意结构合理 应保证型芯和镶块的强度 防止热处理变形 应避 免尖角和薄壁 基于本次注射模设计 主型芯采用组合式型芯 即先将型芯单独加工 再镶到模板中 这种 结构加工效率高 装拆方便 6 2 成型零件工作部分尺寸的计算成型零件工作部分尺寸的计算 平均收缩的计算 查塑料成型工艺与模具设计 1 的表附录 B 得 ABS 的最小收缩率 Smin为 0 4 最大收缩率 Smax 为 0 6 由公式 5 14 1 得 100 100 0 5 S 2 minmax SS 0 40 6 2 6 2 1 型腔径向尺寸型腔径向尺寸 由公式 5 16 1 可知 LM LS 1 x S 0 Z 由于塑件尺寸较小 精度级别较高 x 0 75 即 LM1 LS 1 0 75 188 1 0 005 0 75 1 188 19mm S 0 Z 1 3 0 0 33 0 LM2 LS 1 0 75 70 1 0 005 0 75 0 52 69 96mm S 0 Z 0 52 3 0 0 17 0 22 式中 型腔的最小基本尺寸ML LS 塑件的最大基本尺寸 塑件的平均收缩率S 塑件的公差 查表 2 19 1 得 1 1 2 0 52 模具制造公差 z Z 3 6 2 2 型芯径向尺寸型芯径向尺寸 由公式 5 17 1 可知 lM lS 1 x S 0 Z LM1 lS 1 0 75 188 1 0 005 0 75 1 189 69mm S 0 Z 0 1 3 0 0 33 LM1 lS 1 0 75 70 1 0 005 0 75 0 52 70 74mm S 0 Z 0 0 52 3 0 0 17 式中 lM 型芯的最大基本尺寸 lS 塑件的最小基本尺寸 塑件的平均收缩率S 塑件的公差 查表 2 19 1 得 1 1 2 0 52 模具制造公差 z Z 3 6 2 3 型腔深度尺寸型腔深度尺寸 由公式 5 18 1 可知 HM HS 1 0 5 18 1 0 005 0 5 0 26 17 96mm S 0 Z 0 26 3 0 0 09 0 式中 HM 型腔深度的最小基本尺寸 Hs 塑件的最大基本尺寸 塑件的平均收缩率S 塑件的公差 查表 2 19 1 得 0 26 模具制造公差 z Z 3 6 2 4 型芯高度尺寸型芯高度尺寸 由公式 5 19 1 可知 hM hS 1 0 5 12 1 0 005 0 5 0 22 12 17mm S 0 Z 0 0 22 3 0 0 07 式中 hM 型芯的最大基本尺寸 hs 塑件内部最小基本尺寸 塑件的平均收缩率S 塑件的公差 查表 2 19 1 得 0 22 23 模具制造公差 z Z 3 6 3 模具型腔侧壁和底板厚度的计算模具型腔侧壁和底板厚度的计算 本模具采用整体嵌入式矩形凹模型腔 塑料模具在成型过程中受到熔体的高压作用 应具有 足够的强度和刚度 如果型腔侧壁和底板厚度过小 可能因强度不够产生塑性变形甚至破坏 也可 能因刚度不足产生翘曲变形 导致溢料和出现飞边 降低塑件尺寸精度及模具的寿命 本设计的铅笔盒尺寸较小 应按强度计算 6 3 1 模具型腔壁厚度的计算模具型腔壁厚度的计算 本次注射模设计 采用整体嵌入式形式型腔 按强度条件计算型腔侧壁厚度 由于 所以采用一下公式 1 0 41Hl s 71 2mm Wapl 2 1 2 2 40 188 1 0 148 1 160 2 式中 s 矩形型腔侧壁厚度 mm p 型腔内熔体的压力 Mpa 一般为 30 50 Mpa 这里取 40Mpa l 型腔侧壁长边长 mm W 抗弯截面系数 查表 5 14 得 W 0 148 A 矩形成型型腔的边长比 a R R 1 0 模具材料允许的应力 160Mpa 6 3 2 模具型腔底板厚度计算模具型腔底板厚度计算 整体式矩形形型腔最大变形发生在板的中心 按强度条件计算 底板厚度 采用公式 5 48 1 h 19 4mm pb 2 2 0 3078 40 70 160 式中 h 矩形型腔底板厚度 mm 由模脚之间距离和型腔短边长度 L b 所决定的系数 查表 5 16 得 0 3078 p 型腔内熔体的压力 mpa 一般为 30 50 Mpa 这里取 40Mpa b 矩形短边厚度 mm 模具材料允许的应力 160Mpa 6 4 合模导向机构设计合模导向机构设计 导向机构是保证动定模或上下模合模时 正确定位和导向的零件 主要作用 定位作用 模 具闭合后保证上下模位置正确 保证型腔的形状和尺寸准确 导向作用 合模时 首先是导向零件 接触 引导上下模准确闭合 避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏 承接一定的侧向压力 塑料 熔体在充许进程中可能产生单向侧向压力或受成型设备精度低的影响 导柱将承受一定的侧向压力 以保证模具的正常工作 若侧向压力很大或精度要求高时 则不能单靠导柱来承担 需增设锥面 定位机构来承担侧向压力 本设计选用带头导柱 导柱的形式如图 6 1 所示 24 图 6 1 导柱的形式 本设计导套使用带头导套和直导套 导套应配合导柱进行选择 导套用于导柱相同的材料或 者铜合金得耐磨材料 其硬度一般应低于导柱硬度 减轻磨损 防止导柱 导套拉毛 导柱固定部 分与导向部分采用 Ra 0 8 m 导套采用 H7 m6 或者 H7 k6 配合入模板 导套的组合形式如图 6 2 所 示 图 6 2 导套的组合形式 25 6 5 推出机构的设计推出机构的设计 6 5 1 脱模力的计算脱模力的计算 脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需施加的外力 需克服塑件对型芯的包紧力 真 空吸力 粘附力和脱模机构本身的运动阻力 脱模力的计算是注射模具脱模机构设计的重要依据 根据式 5 56 1 可知 脱模力的计算如下 cossin 25363 6 1 0 10 0 3 cos0 5sin0 5 73874 5 t FApN 式中 脱模力 t F 塑件包容型芯的面积A 塑件对型芯的单位面积上的包紧力 由于本设计的塑件是模内冷却的 p 约取 8 12MPa 这里取 10Mpap 塑件对钢的摩擦因数 约为 0 1 0 3 这里取 0 3 型芯的脱模斜度 6 5 2 推出机构的设计推出机构的设计 由于铅笔盒是平板薄壁形状的产品 本次设计采用推杆推出机构 推杆位于动模侧 开模时 通过复位杆作用推杆 将塑件推出 为了使推出机构合模后能复位 推板固定板上同时装有复位杆 常见的复位杆均用圆形截面 以便推出机构合模时复位平稳 复位杆端面与推动模板表面对齐 复位杆复位是通过安装在推板固 定板的弹簧通过压缩产生弹力带动推板固定板向后移动从而复位 6 6 模架专用零件选取模架专用零件选取 6 6 1 定模座板定模座板 W L 450 400mm H 30mm 定模座板是模具与注射机连接固定的板 材料为 45 钢 调质处 理 硬度为 HB230 270 6 6 2 定模板定模板 W L 400 400mm H 70mm 定模板用于固定型腔和导套 固定板应有一定的厚度 并有足 够的强度 其材料为 45 钢 调质处理 硬度为 HB230 270 6 6 3 动模板动模板 W L 400 400mm H 80mm 动模板用于固定型芯 应具有较高的平行度和硬度 其材料选 用 45 钢 调质处理 硬度为 HB230 270 6 6 4 垫块垫块 在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间 或是调节模具的总厚度 以适应注射机 的模具安装厚度要求 该模具采用平行垫块 W L 68 400mm H 120mm 其材料选用 45 钢 硬度为 HRC43 48 26 6 6 4 动模座板动模座板 W L 450 400mm H 30mm 材料为 45 钢 调质处理 硬度为 HB230 270 6 6 5 推板推板 W L 260 400mm H 25mm 材料选用 45 钢 淬火处理 硬度为 HRC43 48 6 6 6 推杆固定板推杆固定板 W L 260 400mm H 30mm 材料为 45 钢 淬火处理 硬度为 HRC43 48 6 7 注射机模具安装尺寸的校核注射机模具安装尺寸的校核 不同型号的注射机其安装模具部分的尺寸和形状各不相同 设计模具时应对应其相关尺寸加 以校核 以保证模具能顺利的安装 6 7 1 喷嘴尺寸的校核喷嘴尺寸的校核 注射机喷嘴头为球面 其球面半径应与相接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应 喷 嘴直径 3mm 喷嘴球面半径 16mm 6 7 2 定位环尺寸校核定位环尺寸校核 模具的定位部分设计一个与主流道同心的凸台 此为定位环 并需求与注射机模板上的定位 孔采用一定的配合 定位圈外径为 100mm 6 7 3 模具厚度校核模具厚度校核 模具厚度必须满足 Hmin H Hmax 式中 Hmin 注射机允许的最小模具厚度 由所选注射机可知 Hmin 200mm Hmax 注射机允许的最大模具厚度 由所选注射机可知 Hmax 350mm 模具厚度 H 330mm 即 200 330 350 因此符合条件 6 7 4 开模行程的校核开模行程的校核 因为所选的注射机为 XS ZY 250 即注射机最大开模行程 Smax 与模板厚度无关 它们的开模 距离均由连杆机构的冲程或其它机构的冲程所决定的 由式 4 8 1 可知 对于单分型面注射模 其校核公式为 smax s H1 H2 5 10mm 式中 H1 推出距离 脱模距离 mm 为 40mm H2 包括浇注系统凝料在内的塑件的高度 mm 为 102mm 所以 s 60 102 5 10 172mm 所选注射机的最大开模行程为 500mm 172mm 500mm 所以符合条件 6 7 5 注射机与模具安装尺寸的校核注射机与模具安装尺寸的校核 注塑机的动模板 定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或 T 形槽 用于安装固定模具 模 具固定安装方法有两种 螺钉固定 压板固定 采用螺钉直接固定时 大型模具常用这种方法 模具动 定模板上的螺孔及其间距 必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致 采用压板固定时 中 小模具多用这种方法 只要在模具的固定板附近有螺孔就行 有较大的灵活性 本模具采用压板固定 注塑机螺钉孔在 430mm 508mm 之间分布 模具外形尺寸 27 450mm 400mm 所以满足要求 6 7 6 最大注射量校核最大注射量校核 由第二章中计算得塑件重量加上凝料重量为 146 57g 注射机的最大注射量为 0 96g cm3 250cm3 240g 146 57g 所以注塑机符合要求 6 7 7 注射压力校核注射压力校核 塑料成型所需要的注射压力是由塑料的品种 注射成型 喷嘴形式 塑件形状以及浇注系 统的压力因素综合决定的 对于精度要求大的塑料以及形状细薄 流程长的塑件注射压力的校核 是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时的注射压力 ABS 塑料注射所需的注射压力为 80 120MPa 由于 XS ZY 250 为螺杆式注射机 注射压力 传递较好 所以应选小一些 100MPa 比较符合 ABS 塑料成型的注射压力要求 6 7 8 塑件在分型面上的投影面积校核塑件在分型面上的投影面积校核 注射成型时 塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素 其数值越大 需要 的锁模力也就越大 如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积 则成型过程中将会出现 涨模溢料现象 因此 设计注射模时必须满足下面关系 AAnA 21 式中 单个塑件在模具分型面上的投影面积 mm2 1 A 浇注系统在模具分型面上的投影面积 mm2 2 A 注射机允许使用的最大成型面积 mm2 A 11956 4mm2 1 A 1450 8mm2 2 A 25363 6mm2 253 64