四分光器上盖注塑模设计

本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 题目 题目 四分光器上盖注塑模设计 学学 院 院 工 学 院 姓姓 名 名 xxxxx 学学 号 号 20050373 专专 业 业 机械设计制造及其自动化 年年 级 级 机制 xxxx 指导教师 指导教师 XXXXX 二二 OO 九年九年 五五 月月 摘要 塑料成型模具是利用特定的形状 通过一定的方式来成型塑料制品的工艺装备或 工具 我国的塑料成型模具设计 制作技术比较晚 整体水平还比较低 目前单型腔 简单型腔仍占主导地位 本设计设计出了材料为 ABS 的四分光器上盖注射模 要设计的塑件是一个壁厚为 3mm 的零件 因在塑件上侧有凸台 内部有凹槽 下侧有四个小孔 有侧向抽芯 采 用斜滑块内侧抽芯 为了便于型芯的加工 采用整体式型芯 本设计对型腔的数量和 布局的确定 注射机的选择 流道和冷却系统的设计 模板及其标准件的选用 成型 零部件的设计等给出了详细的过程 该模具具有很多优点 结构紧凑 工作可靠 操 作方便 运转平稳 冷却效果好 使用寿命长 生产效率高 关键词 关键词 设计 整体式型芯 抽芯 推杆 注射模 Abstract The plastic model was a kind of technological equipment or instrument which was made into particular shape to form plastic products by specific way Because the design and making of plastic die developed lately in our country the level of design die in our country is rather low compared to the developed country At present the single or sample cavity occupies dominate position The design of materials designed for ABS cover a quarter of optical injection mold Must design models is a wall thickness is the 3mm components Because in models a on side to have the lug boss the interior has the scoop channel the breast has four eyelets has laterally pulls out the core uses the slanting slide rod inside to pull out the core for ease of the core processing uses the integral type core The detail declaration for the every process was mainly included the determination of the lay out and quantity of the cavity the chosen of the injective machine the design of the feed inlet and the coolant system the selects of the follow and its standard letter the design of the spare part for taking shape and so on There are many advantages in the dies such as compact structure credibility working convenient manipulation steady revolution high cooling effectiveness long life high production coefficient and high accuracy standard and so on Keywords Keywords Design integral type core Loose core Push pole Injection die 目录 1 绪论 6 1 1 模具工业在国民经济中的地位 6 1 2 设计内容介绍 7 1 3 技术经济分析 10 2 塑件材料及尺寸对模具的影响 11 2 1 塑料材料性能分析 11 2 1 1 ABS 工艺性能分析 11 2 1 2 ABS 主要技术指标 12 2 1 3 ABS 的注射成型工艺 12 2 2 塑件的工艺分析 确定方案 13 2 2 1 塑件的尺寸 13 2 2 2 塑件的尺寸精度 13 2 2 3 脱模斜度 13 3 注塑成型的准备 13 3 1 注塑成型工艺简介 14 3 2 注塑成型工艺条件 15 3 3 注塑机的选择 16 3 3 1 注塑机简介 16 3 3 2 注塑机基本参数 17 3 3 3 选择注塑机 17 3 4 注射机的校核 18 3 4 1 最大注塑量的校核 18 3 4 2 锁模力的校核 19 3 4 3 塑化能力的校核 19 3 5 标准模架的选择 19 4 模具设计 19 4 1 塑料配方说明 19 4 2 分型面的确定 20 4 3 型腔数目的确定 20 4 4 浇注系统设计 20 4 4 1 主浇道的设计 21 4 4 2 分浇道的设计 21 4 4 3 冷料穴的设计 21 4 4 4 浇口的设计 21 4 5 排气设计 22 5 成型零件和侧抽芯机构的设计 23 5 1 成型零件的选材 24 5 2 侧抽芯机构的设计 24 6 模具其他机构的设计 25 6 1 合模导向机构的设计 25 6 1 1 机构的功用 26 6 1 2 导向结构的总体设计 26 6 1 3 导柱的设计 26 6 1 4 导套的设计 27 6 2 推出机构的设计及校核 27 6 3 温度系统的控制 28 6 3 1 温度调节系统设计 28 6 3 2 温度调节对塑件质量的影响 28 6 3 3 对温度调节系统的要求 29 6 4 冷却系统设计 29 6 5 复位机构的选择 30 参考文献 31 致谢 32 1 绪论 模具是塑性成形加工方法的主要工艺装备 模具的设计与制造直接影响制件 的质量以及生产效率 20 世纪发展起来并逐渐成熟的计算机辅助设计和辅助制 造 CAD CAM 技术为提高模具设计水平与制造质量和效率起到了重要作用 目前 已得到广泛而深入的应用 塑料模具是大批生产塑料制品的现代化专用成型工 艺装备的总称 塑料模具包括塑料模 注射模 压缩模 传递模 挤出模 中 空吹塑模 真空成型模等多种塑料成型模具 在高速发展中 注射模又将其它 成型模具的优点吸纳 融合和发展形成了更加完善 更加优越也更加先进的一 种新型技术 1 1 模具工业在国民经济中的地位 模具是制造业的一种基本工艺装备 它的作用是控制和限制材料 固态或 液态 的流动 使之形成所需要的形体 用模具制造零件以其效率高 产品质 量好 材料消耗低 生产成本低而广泛应用于制造业中 模具工业是国民经济的基础工业 是国际上公认的关键工业 模具生产技 术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 它在很大程度上 决定着产品的质量 效益和新产品的开发能力 振兴和发展我国的模具工业 正日益受到人们的关注 早在 1989 年 3 月中国政府颁布的 关于当前产业政策 要点的决定 中 将模具列为机械工业技术改造序列的第一位 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分 又是高新技术产业化的重要 领域 模具在机械 电子 轻工 汽车 纺织 航空 航天等工业领域里 日 益成为使用最广泛的主要工艺装备 它承担了这些工业领域中 60 90 的产 品的零件 组件和部件的生产加工 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上 仅以汽车 摩托车行业的模 具市场为例 汽车 摩托车行业是模具最大的市场 在工业发达的国家 这一 市场占整个模具市场一半左右 汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一 汽车工业重点是发展零部件 经济型轿车和重型汽车 汽车模具作为发展重点 已在汽车工业产业政策中得到了明确 汽车基本车型不断增加 2005 年将达到 170 种 一个型号的汽车所需模具达几千副 价值上亿元 为了适应市场的需 求 汽车将不断换型 汽车换型时约有 80 的模具需要更换 中国摩托车产量 位居世界第一 据统计 中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型 1000 多个型 号 单辆摩托车约有零件 2000 种 共计 5000 多个 其中一半以上需要模具生 产 一个型号的摩托车生产需 1000 副模具 总价值为 1000 多万元 其他行业 如电子及通讯 家电 建筑等 也存在巨大的模具市场 目前世界模具市场供不应求 模具的主要出口国是美国 日本 法国 瑞 士等国家 中国模具出口数量极少 但中国模具钳工技术水平高 劳动成本低 只要配备一些先进的数控制模设备 提高模具加工质量 缩短生产周期 沟通 外贸渠道 模具出口将会有很大发展 研究和发展模具技术 提高模具技术水 平 对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义 1 2设计内容介绍 1 四分光器的原理 四分光器作用是把入射光分为四束光 在摄影 生物技术 军事等许多 领域都有重要应用 如图 1 3 所示为分光器在生物技术中的应用 分光器下面的是显微镜 分光器上面的是探测器 如果就在摄影技术中 把探测器换成摄像机 可以 拍摄到绚丽的画面 图 1 3 分光器的应用 其工作原理示意图 外形图和剖面图如下 图1 1 图 1 2 图 1 4 分光器是一种无源器件 它们不需要外部能量 只要有入射光即可 一束光通过光圈 1 到透镜 2 聚光后通过可调光圈 遮光门 再由透镜 4 转为平行光 平行光射到四棱镜 5 折射后经反光镜 6 反射 再通过光栅 7 虑光和透镜 8 聚光 然后通过 9 进入探测器或摄像机等设备 这样就可以 在 9 处看到四个不同的像 1 光圈 2 4 8 凸透镜 3 可调光圈 5 棱镜 6 反光镜 7 光栅 9 探测器 图 1 1 分光器工作原理示意图 底盖 孔调整 螺丝钉 调节 滑块 下部 壳体 虑光部分 放光栅 底盖聚光部分 图 1 2 分光器外形图 分光器的剖面图如下图 1 4 所示 肖长远周志平文彦 图 1 4 分光器剖面 图 2 设计任务 本人设计的塑料件为四分光器的上盖 根据四分光器的工作原理示意图 外形图和剖面图可设计出 塑件的外壳模型图 塑件图如下图 1 5 图 1 6 所 示 1 3 技术经济分析 所谓经济性就是以最小的投资获得最大的经济利益 在产品生产过程中 经济 利益是生产者首先要考虑的因素 如何在保证产品质量 完成产品数量的情 况下 获得最大的经济利益是生产者们生产的目标 塑料件的制造成本包括成本费 材料费 加工费 包括工人工资 车间费 等 和模具费等 产品成本受很多因素的影响 如产品的产量 材料的价格 加工的效率等 企业要提高经济效益就要考虑很多降低成本的因素 但是在此 之上的前提是一定要保证产品的质量 确保消费者的利益 降低成本的措施包 括增产和节约两个方面 增产可以降低成本的费用 而节约更能产生直接的效 果 它们都是降低成本的最重要的途径 在此套模具中 经济问题主要出现在生产效率 模具加工费用和材料费用 等等 而实际上 平衡经济技术问题是很困难的 例如模具的加工费用 现在 越来越成为模具成本最重要的一部分 往往 模具的材料和设计费用都比不过 模具的加工费用 塑件图 1 6塑件图 1 5 本套模具考虑使用标准模架 因为标准模架本身省去了加工费用 专业模 架工厂生产的模架要比自己加工经济实惠而且精度高 控制成型零件的加工费 用便成了关键 2 塑件材料及尺寸对模具的影响 2 1 塑料材料性能分析 2 1 1 ABS 工艺性能分析 1 使用性能 综合性能良好 冲击韧度 力学强度较高 且要低温下也不迅速下降 耐磨性 耐寒性 耐水性 耐化学性和电气性能良好 水 无机盐 碱 酸对 ABS 几乎无影响 尺寸稳定 易于成型和机械加工 与 372 有机玻璃的熔接性良好 经过 调色可配成任何颜色 且可作双色成型塑件 且表面可镀铬 2 成型性能 无定型塑料 其品种很多 各品种的机电性能及成型特性也各有差异 应按品种确定成型方法及成型条件 吸湿性强 含水量应小于 0 3 必须充分干燥 要求表面光泽的塑件 应要求长时间预热干燥 流动性中等 溢边料 0 04mm 左右 流动性比聚苯乙烯 AS 差 但比聚 碳酸酯 聚氯乙烯好 比聚苯乙烯加工困难 宜取高料温 模温 对耐热 高抗冲击和中抗冲 击型树脂 料温更宜取高 料温对物性影响较大 料温过高易分解 分解温 度为 250 C 左右比聚苯乙烯易分解 对要求精度较高的塑件 模温宜取 50 60 C 要求光泽及耐热型料宜取 60 80 C 注射压力应比加工聚 苯乙烯稍高 一般用柱塞式注塑机时料温为 180 230 C 注射压力为 100 140 MPa 螺杆式注塑机则取 160 220 C 70 100 MPa 为宜 易产生熔接痕 模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力 模 具设计时要注意浇注系统 选择好进料口位置 形式 摧出力过大或机械加工 时塑件表面呈 白色 痕迹 但在热水中加热可消失 ABS 在升温时粘度增高 塑料上的脱模斜度宜稍大 宜取 1 以上 在正常的成型条件下 壁厚 熔料温度及收缩率影响极小 3 ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施 主要缺陷 缺料 气孔 飞边 出现熔接痕 塑件耐热性不高 连续工作温度为 70 C 左右热变形温度约为 93 C 耐气候性差 在紫外线作用下易变硬变脆 消除措施 加大主流道 分流道 浇口 加大喷嘴 增大注射压力 提高模具预热温度 2 1 2 ABS 主要技术指标 表 1 1 热物理性能 密度 g cm 1 02 1 05 比热容 J kg 1K 1 1255 1674 导热系数 W m 1 K 1 10 2 13 8 31 2 线膨胀系数 10 5K 1 5 8 8 6 滞流温度 C 130 表 1 2 力学性能 屈服强度 MPa 50 抗拉强度 MPa 38 断裂伸长率 35 拉伸弹性模量 GPa 1 8 抗弯强度 MPa 80 弯曲弹性模量 GPa 1 4 抗压强度 MPa 53 抗剪强度 MPa 24 无缺口 261 冲击韧度 简支梁式 缺 口 11 布氏硬度 9 7R121 表 1 3 电气性能 表面电阻率 1 2 1013 体积电阻率 m 6 9 1014 击穿电压 KV mm 介电常数 106Hz 3 04 介电损耗角正切 106Hz 0 007 耐电弧性 s 50 85 2 1 3 ABS 的注射成型工艺 1 注射成型工艺过程 1 预烘干 装入料斗 预塑化 注射装置准备注射 注射 保压 冷却 脱模 塑件送下工序 2 清理模具 涂脱模剂 合模 注射 2 ABS 的注射成型工艺参数 1 注射机 螺杆式 2 螺杆转速 r min 30 60 选 30 3 预热和干燥 温度 C 80 85 时间 h 2 3 4 密度 g cm 1 02 1 05 5 材料收缩率 0 3 0 8 6 料筒温度 C 后段 150 157 中段 165 180 前段 180 200 7 喷嘴温度 C 170 180 8 模具温度 C 50 80 9 注射压力 MPa 70 100 10 成形时间 S 注射时间 20 90 高压时间 0 5 冷却时间 20 120 总周期 50 220 11 适应注射机类型 螺杆 柱塞均可 12 后处理 方法 红外线灯 烘箱 温度 C 70 时间 h 2 4 2 2 塑件的工艺分析 确定方案 2 2 1 塑件的尺寸 塑件的尺寸取决于塑料的流动性 在一定的设备和工艺条件下 流动性好 的塑料可以成型较大尺寸的塑件 反之 成型出的塑件尺寸较小 塑件外形尺 寸还受成型设备的限制 从能源 模具制造成本和成型工艺条件出发 只要能 满足塑件的使用要求 应将塑件设计得尽量紧凑 尺寸小巧一些 2 2 2 塑件的尺寸精度 影响塑件尺寸精度的因素很多 一般认为 其中的模具制造误差 塑料的 收缩率的波动引起的误差以及由模具的磨损 变形 热膨胀造成的误差各占塑 件尺寸误差的 1 3 实际上 对于小尺寸的塑件 模具制造误差对塑件尺寸的影 响大一些 而对于大尺寸的塑件 收速率波动引起的误差则是影响塑件尺寸精 度的主要因素 在此零件中 因为塑料尺寸较小 大多数部位都采用厚度为 3mm 的形式 而高度为 52mm 因此影响零件尺寸精度的因素主要有是模具原因和塑料原 因 模具加工的精度 对零件尺寸影响最大 模具精度高 零件的尺寸保持就 好 相反 模具精度低 模具局部尺寸就不易保持 模具结构形式和基本结构 也是模具影响塑料件尺寸精度的重要原因 塑料件个部分之间尺寸不是很大 有的部分甚至直接相连 因此模具的型芯不适合采用分开的拼装式结构 而采 用型芯的整体成型方法 这就有会反馈到模具的加工精度的问题上 整体加工 为了保证其经济性和适用性 目前大多数采用数控中心自动加工或利用电极进 行电蚀加工 两种方法中 各部分之间的配合公差和共同基准的选择 都较拼 装式的型腔有了提高 塑料的因素也是影响塑件尺寸精度的重要原因 ABS 的 收缩率比较小 因此塑料的原因不是特别明显 只要保证模具成型部分尺寸的 均匀性 使塑件收缩时均匀进行 可以保证其较小的变形率 还有几个次要原因 即和成型工艺有关的原因和和成型后时效有关的原因 例如由于成型条件变化造成的收缩率的波动 脱模顶出时的塑料变形 弹性恢 复 残余应力 残余变形引起的变化等 由于对于此零件来说 其影响不是很 大 因此可以此要考虑 在成型工艺设计中 只要保证零件顶出力均匀 在冷 却适当时才进行脱模 就可以忽略此种原因产生的影响 2 2 3 脱模斜度 由于塑料冷却后 产生收缩 会使塑件紧紧包住模具型芯或模具型腔中凹 进的部分 为了使塑件易于从模具中脱出 并且避免脱模时拉伤或擦伤塑件 因此 在设计塑件时必须考虑到塑件内外表面沿脱模方向均应有足够的脱模斜 度 经查表得出 ABS 的拔模斜度为 40 1 30 经思考后 模具用脱模斜度 为 1 3 注塑成型的准备 3 1 注塑成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性 首先将松散的粒状或粉状成 型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化 使之成为粘流状态熔 体 然后在柱塞或螺杆的高压推动下 以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射 进入温度较低的闭合模具中 经过一段时间的保压冷却以后 开启模具便可以 从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件 一般分为三个阶段的工作 如 图3 1所示 图3 1 注塑成型压力 时间曲线 1 物料准备 成型前应对物料的外观色泽 颗粒情况 有无杂质等进行 检验 并测试其热稳定性 流动性和收缩率等指标 对于吸湿性强的塑料 应 根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥 若有嵌件 还要知道嵌 件的热膨胀系数 对模具进行适当的预热 以避免收缩应力和裂纹 有的塑料 制品还需要选用脱模剂 以利于脱模 2 注塑过程 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后 进入模腔内的流 动可分为注射 保压 倒流和冷却四个阶段 注塑过程可以用如图所示3 1所示 图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻 当模腔充满熔体 T T1 时 熔 体压力迅速上升 达到最大值P0 从时间T1到T2 塑料仍处于螺杆 或柱塞 的压力下 熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙 由于塑料 仍在流动 而温度又在不断下降 定向分子 分子链的一端在模腔壁固化 另 一端沿流动方向排列 容易被凝结 所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶 段 这一阶段的时间越长 分子定向的程度越高 从螺杆开始后退到结束 时 间从T2到T3 由于模腔内的压力比流道内高 会发生熔体倒流 从而使模腔 内的压力迅速下降 倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止 其中 塑料凝结 时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素 3 制件后处理 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非 常复杂 再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同 制件内经常出现 不均匀的结晶 取向和收缩 导致制件内产生相应的结晶 取向和收缩应力 脱模后除引起时效变形外 还会使制件的力学性能 光学性能及表观质量变坏 严重时会开裂 故有的塑件需要进行后处理 常用的后处理方法有退火和调湿 两种 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力 此外 退火还可以对制件 进行解除取向 并降低制件硬度和提高韧性 温度一般在塑件使用温度以上的 10 20度至热变形温度以下10 20度之间 调湿处理是一种调整制件含水量的后 处理工序 主要用于吸湿性很强 而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件 调湿处 理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液 沸点为121 加热温度为 100 121 保温时间与制件厚度有关 通常取2 9小时 3 2 注塑成型工艺条件 1 温度 注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度 喷嘴温度和模具温 度等 喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度 以防止熔料在直通式喷嘴口发 生 流涎现象 模具温度一般通过冷却系统来控制 为了保证制件有较高的形 状和尺寸精度 应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形 模具温度必须低于塑 料的热变形温度 2 压力 注射成型过程中的压力包括注射压力 保压力和背压力 注射压 力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力 提供充模速度及对熔料进行压实等 保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力 与制件的形状 壁厚及材料有关 对于像 ABS 流动性好的料 保压力应该小些 以避免产生飞边 保压力可取略 低于注射压力 背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的 压力 背压力除了可驱除物料中的空气 提高熔体密实程度之外 还可以使熔 体内压力增大 螺杆后退速度减小 塑化时的剪切作用增强 摩擦热量增大 塑化效果提高 根据生产经验 背压的使用范围约为 3 4 27 5MPA 3 时间 完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期 包括注射时 间 保压时间 冷却时间 其他时间 开模 脱模 涂脱磨剂 安放嵌件和闭 模等 在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间 以提高生产 率 其中 最重要的是注射时间和冷却时间 在实际生产中注射时间一般为 3 5 秒 保压时间一般为 20 120 秒 冷却时间一般为 30 120 秒 这三个时间 都是根据塑件的质量来决定的 质量越大则相应的时间越长 确定成型周期 的经验数值如表 3 2 所示 表 3 2 成型周期与壁厚关系 制件壁厚 mm成型周期 s制件壁厚 mm成型周期 s 0 5 10 2 5 35 1 0 15 3 0 45 1 5 22 3 5 65 2 0 28 4 0 85 3 0344 5105 3 3注塑机的选择 3 3 1 注塑机简介 1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机 这是注塑成型工艺技术的一 大突破 目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30 注塑机的产量占整个塑料机 械产量的50 成为塑料成型设备制造业中增长最快 产量最多的机种之一 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 常用的说法 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 3 3 2 注塑机基本参数 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 常用的注射速率如表3 4所示 表3 4 注射量与注射时间的关系 注射量 CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 3 注射速率 CM S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间 S 1 1 25 1 5 1 75 2 25 3 3 75 5 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 3 3 3选择注塑机 1 由公称注射量选定注射机 由注射量选定注射机 由PRO E建模分析得 材料密度取 3 1 05kgdm 总体积V 29 0 cm 总质量M 30 4 g 3 流道凝料V 0 5V 流道凝料的体积 质量 是个未知数 根据手册取0 5V 0 5M 来 估算 塑件越大则比例可以取的越小 实际注射量为 V 29 0 1 5 43 5 cm 实 3 实际注射质量M 1 5M 30 4 1 5 45 6 g 实 根据实际注射量应小于0 8倍公称注射量原则 即 0 8V V 故 V V 0 8 43 5 0 8 54 38 cm 公实公实 3 2 由锁模力选定注射机 FF A P 2 P 2 30 10 127 36 KN 锁 胀分型 2 4 D 型 4 5214 3 2 6 式中F注射机的锁模力 N A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之 锁 分 和 P型腔压力 取P 30MP D取的是塑件的平均直径 D 型型 a 52 2 3074 mm 结合上面两项的计算 并考虑到模具的最大厚度 确定注塑机为表3 5所示 查国产注射机主要技术参数表取SZ 160 1000 主要技术参数如下 表3 5 国产注射机SZ 160 1000技术参数表 特性内容特性内容 结构类型卧拉杆内间距 mm 360 260 理论注射容积 cm 3 179移模行程 mm 280 螺杆 柱塞 直径 mm 44 最大模具厚度 mm 360 注射压 MP a 132 最小模具厚度 mm 170 注射速率 g s 110锁模形式 mm 液压 塑化能力 g s 10 5模具定位孔直径 mm 120 螺杆转速 r min 10 150喷嘴球半径 mm SR10 锁模力 KN 1000喷嘴口直径 3 4 注射机的校核 3 4 1 最大注塑量的校核 为确保塑件质量 注塑模一次成型的塑件质量 包括流道凝料质量 应在 公称注塑量的 35 75 范围内 最大可达 80 最小不小于 10 为了保证塑 件质量 充分发挥设备的能力 选择范围通常在 50 80 V 43 5 cm V 80 cm 54 38 满足要求 实 3 公 3 100 80 5 43 3 4 2 锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后 可以按下式校核注塑机的额定锁模 力 F K A P 1 2 2 30 10 269 1 KN 满足要求 分型 4 6914 3 2 6 式中 F 注塑机额定锁模力 450 KN K 安全系数 通常取 1 1 1 2 取 K 1 2 3 4 3 塑化能力的校核 由 3 2 3 初定的成型周期为 30 秒计算 实际要求的塑化能力为 成型周期 每次实际注射量 即 1 45 g s 小于注塑机的塑化能力 10 5 g s 说明注射机能完 30 5 43 全满足塑化要求 3 5 标准模架的选择 注射模具在结构上存在相似性 除了凹模和型芯取决于塑件外 其余的模 具零件极其相似 连各个模具零件的装配关系都有着一致性 即使是较为复杂 的双分型面模具和三分型面模具 也是在两板式模具的基础上增加了一块或两 块模板 结构的相似性 才使模具零件和模架的标准化成为可能 目前 国内外已有许多标准化的模架形式供用户订购 选用标准模架有如下优 点 简单方便 买来即用 不必库存 能使模具成本下降 简化了模具 的设计和制造 缩短了模具生产周期 促进了塑件的更新换代 模具的 精度和动作可靠性得到保证 提高了模具中易损零件的互换性 便于模具 的维修 根据结构草图 查标准手册 选用的标准模架为 250 x250 型 4 模具设计 4 1 塑料配方说明 塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必 须进行的重要环节 设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣 也是应用现代技术对塑料进行改性的过程 其技术含量极高 一个成功配方的产生 是多年实践经验与应用高新技术的结局 塑料是以高分子聚合物为主要成分 加入 一定量添加剂而组成的一种混合物 添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而 添加的混合物 通常为填充剂 增塑剂 稳定剂 润滑剂 着色剂等 根据 ABS 的特性及 使用性能要求 配方中应含有以下添加剂 光稳定剂 氧化锌 塑料制品在日光或强荧光下 由于吸收紫外光的能 量 引发氧化反应 导致聚合物降解 使制品的外观或内在性能变坏 这一过 程称为光氧化或光老化 润滑剂 硬脂酸及其盐类 对塑料的表面去润滑作用 防止塑料在成型加 工时黏模 同时提高塑料制品表面光洁度 着色剂 黑色 在塑料制品中 需要着色的大约占 80 左右 着色的目 的有 1 增加制品美感 以吸引消费者的购买欲望 2 提高产品的耐候性 主要 是通过着色剂防紫外线功能而实现的 4 2 分型面的确定 根据分型面的选择原则 1 便于塑件脱模 2 在开模时尽量使塑件留在动模 3 外观不遭到损坏 4 有利于排气和模具的加工方便 结合该产品的结构 分型面确定在塑件的最大投影面积上 4 3 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 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 4 模具制造难度 考虑到该塑件是一般日用品 查手册得塑件的经济精度推荐 4 级 所以初定为一模一腔最合理 4 4 浇注系统设计 浇注系统是指注射模从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道 分为普通 流道浇注系统和热流道浇注系统 本设计采用普通流道浇注系统 它有主浇道 分浇道 浇口 冷料穴四部分组成 它向型腔中的传质 传热 传压情况决定 着塑件的内在和外表质量 它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计 及加工的复杂程度 所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一 普通流道浇注系统的设计原则如下 1 了解塑料的成型性能和塑料的流动性能 2 采用尽量短的流程 以减小热量和压力的损失 3 应有利于良好的排气 4 防止型心变形和嵌件位移 5 便于修整浇口以保证塑件的外观 6 浇注系统应结 合型腔的布局同时考虑 7 流动距离和流动面积比的校核 4 4 1 主浇道的设计 主浇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 有一定的锥度 目的是便于冷料的脱模 同时也改 善料流的速度 因为要和注塑机相配 所以其尺寸与注塑机有关 主要参数 锥角 3 内表面粗糙度 Ra 0 63 小端直径 D d 0 5 1 m mm 半径 R R 1 2 mm 材料 T8A 21 由于主浇道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞 所以 一般不将 主浇道直接开在模板上 而是将它单独设在主浇道衬套中 4 4 2 分浇道的设计 分浇道是主流道与浇口之间的通道 一般开设在分型面上 起分流和转向 作用 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置 分流道的设计应 尽可能短 以减少压力损失 热量损失和流道凝料 对于小型塑件单型腔的注 射模 通常不设分浇道 对于大型塑件采用多点进料或多型腔注射模都需要设 置分浇道 此注射模在分型面上设置分浇道 4 4 3 冷料穴的设计 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上 或处于分流道末端 其作用是存 放料流前端的冷料 防止冷料进入型腔而形成冷接缝 此外 开模时又能将主 流道凝料从定模板中拉出 冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径 长度约 为主流道大端直径 但并非所有的注射模都要开设冷料穴 有时由于塑料的性 能和注射工艺的控制 很少有冷料穴产生或是塑件要求不高时可以不设冷料穴 因此此注射模没有设置冷料穴 4 4 4 浇口的设计 1 浇口的作用 形状简单 去除浇口方便 便于加工 而且尺寸精度容易保证 试模时如发现 不当 容易及时修改 能相对独立地控制填充速度及封闭时间 对于壳体形塑 件 流动充填效果较佳 设置浇口有很大的好处 1 熔体充模后 首先在浇口处凝固 当注射机的 螺杆退回时 可防止熔体向流道回流 2 熔体在流经狭窄的浇口时 产生摩擦 热 使熔体升温 有助于充模 3 易于切除浇口凝料 二次加工方便 4 对 于多型腔模具 浇口能用来平衡进料 对于多浇口单型腔模具 浇口既能用来 平衡进料 又能控制熔合纹在塑件中的位置 2 浇口的类型 直浇口 侧浇口 扇形浇口 平缝浇口 环形浇口 盘形 浇口 轮辐浇口 爪形浇口 点浇口 潜伏浇口 护耳浇口等 本次设计采用 点浇口 因为点浇口相对于其它浇口类型 对本零件有很多好处 1 点浇口得位置可以灵活自由的确定 正适合本件 考虑到零件的形状复 杂 浇口的位置设计到零件表面圆盘处 点浇口的位置可以根据零件上表面的 形状选择 而不必拘泥于其他浇口类型的特定位置 2 浇口附近变形小 由于浇口设立在零件表面 保证零件的形状尺寸就成 了关键 点浇口的这一特点正好符合本零件的成形特征 3 为了保证零件的注射速度和尺寸均匀性 需要设置多个浇口 而点浇口 容易平衡浇注系统 对于投影面积大的塑件或易变形的塑件 采用多个点浇口 能够取得理想的效果 3 浇口的尺寸 浇口的截面的形状常用矩形或圆形 浇口的长度约为 0 5 2mm 浇口的 设计应取小值 以便在试模时 加以逐步修正 由于零件的形状复杂 为了增 加塑料的充型能力 交口尺寸不易过大 但考虑到塑件材料的原因 其充型能 力不是很强 故应选用较大的浇口尺寸 本设计选取浇口直径为 1 5mm 长度 为 1 5mm 4 浇口位置的确定 浇口开设的位置对塑件的质量影响很大 在设计浇注系统时 浇口位置的 选择适当与否 将直接系到制品的成型质量及注射过程是否能顺利进行 本模 具浇口选择在零件分型面上 距每一个凸起的距离应该相似 包括零件下表面 的凸起 以达到进料均匀 4 5 排气设计 型腔内气体的来源 除了型腔内原有的空气外 还有因塑料受热或凝固而 产生的低分子挥发气体 塑料熔体向注射模型腔填充过程中 必须要考虑把这 些气体顺序排出 否则 不仅会引起物料注射压力过大 熔体填充型腔困难 造成充不满模腔 而且 气体还会在压力作用下渗进塑料中 使塑件产生气泡 组织疏松 熔接不良 因此在模具设计时 要充分考虑排气问题 一般来说 对于结构复杂的模具 事先较难估计发生气阻的准确位置 所 以 往往需要通过试模来确定其位置 然后再开排气槽 排气槽一般开设在型 腔最后被充满的地方 排气的方式有开设排气槽排气和利用模具零件配合间隙 排气 1 开设排气槽排气应遵循的原则 1 排气槽最好开设在分型面上 因为分型面上因排气槽产生飞边 易随 塑件脱出 2 排气槽的排气出口不能正对操作人员 以防熔体料喷出而发生工 伤事故 3 排气槽最好开设在靠近嵌件和塑件最薄处 因为这样的部位最容易 形成熔接痕 宜排出气体 并排出部分冷料 4 排气槽的宽度可取 1 5 1 6mm 其深度以不大于所用塑料的溢边值为限 通常为 0 02 0 04mm 2 间隙排气 大多数情况下 可利用模具分型面或模具零件间的配合间隙自然地排气 可不另设排气槽 特别是对于中小型模具 因此此模具不另设排气槽 利用模 具分型面和模具零件间的配合间隙排气 5成型零件和侧抽芯机构的设计 成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件 通常有凹模 型芯 各种成形杆和成形环 模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算 塑料模具型腔在成型 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 可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏 也可能因刚度不足而产 生挠曲变形 导致溢料飞边 降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模 因此 应通 过强度和刚度计算来确定型腔壁厚 尤其对于重要的精度要求高的或大型模具 的型腔 更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度 注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件 通常包括了凹模 型芯 成型杆等 凹模用以形成制品的外表面 型芯用以形成制品的内表面 成型杆 用以形成制品的局部细节 成形零件作为高压容器 其内部尺寸 强度 刚度 材料和热处理以及加工工艺性 是影响模具质量和寿命的重要因素 设计时应首先根据塑料的性能 制件的使用要求确定型腔的总体结构 进 浇点 分型面 排气部位 脱模方式等 然后根据制件尺寸 计算成型零件的 工作尺寸 从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸 以及机 加工工艺要求等 此外由于塑件融体有很高的压力 因此还应该对关键成型零 件进行强度和刚度的校核 在工作状态中 成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦 在冷却固 化中形成了塑件的形体 尺寸和表面 在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着 力 在上万次 甚至上几十万次的注射周期 成型零件的形状和尺寸精度 表 面质量及其稳定性 决定了塑件制品的相对质量 成型零件在充模保压阶段承 受很高的型腔压力 作为高压容器 它的强度和刚度必须在容许范围内 成型 零件的结构 材料和热处理的选择及加工工艺性 是影响模具工作寿命的主要 因素 5 1 成型零件的选材 对于模具钢的选用 必需要符合以下几点要求 1 机械加工性能良好 要选用易于切削 且在加工以后能得到高精度零件 的钢种 2 抛光性能优良 注射模成型零件工作表面 多需要抛光达到镜面 Ra 0 05 m 要求钢材硬度在 HRC35 40 为宜 过硬表面会使抛光困难 钢材 的显微组织应均匀致密 极少杂质 无疵斑和针点 3 耐磨性和抗疲劳性能好 注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷 而且还 受冷热温度交变应力作用 一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度 但韧性 差易形成表面裂纹 不以采用 所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数 能 长期保持型腔的尺寸精度 达到所计划批量生产的使用寿命期限 4 具有耐腐蚀性 对有些塑料品种 如聚氯乙稀和阻燃性的塑料 必须考 虑选用有耐腐蚀性能的钢种 根据塑件表面质量比较高决定模具表面质量更高这一事实 再依照上述标 准 故在设计成型零件 凹模 即斜滑块 中选用了镜面钢 PMS PMS 10Ni3CuAlVS 的供货硬度为 HRC30 易于切削加工 而后在真空环 境下经过 500 550 以 5 10h 时效处理 钢材弥散析出复合合金化学物 使钢材硬化 具有 HRC40 45 耐磨性好且处理过程变形小 由于材质纯净 可作镜面抛光 还有较好的电加工及抗锈蚀性能 5 2 侧抽芯机构的设计 塑件的侧壁带有孔 凹槽或凸台时 成型这类塑件的模具结构需制成可侧 向移动的零件 并在塑件脱模之前 将模具的可侧向移动的成型零件从塑件中 抽出 带动侧向成型零件作侧向移动的整个机构称为侧向分型与侧抽芯机构 分析塑件图 1 5 图 1 6 可知 塑件上侧有凸台 侧壁有孔和凹槽 因此 需设计侧抽芯结构 但由于凹槽深度较浅 凸台尺寸较小 故凹凸处可采用强制脱 模形式 但考虑到侧壁四面有一小孔 故应通过侧抽芯结构 此设计采用斜滑块 内侧抽芯 导滑块将两斜滑块固定在型芯上 在斜滑块内两侧设计出一小凸圆 柱 同时也在斜导杆上设计出一小凸圆柱 当开模时 斜滑块通过安装其上的 四根弹簧施加的力向侧向滑移 由限位滑块限制行程 随着开模距离的不断加 大 斜滑块行走的距离不断加大 当斜滑块移动到最大值时 斜滑块上的小圆 柱已离开塑件 接着由推杆将塑件顶出时 斜导杆前端在受力之后将向中间靠拢 这时 即可使塑料件脱离开型芯 斜滑块和斜导杆的塑件图如图 5 1 图 5 2 图 5 3 所示 图 5 1 斜滑块 图 5 4 6 模具其他机构的设计 6 1 合模导向机构的设计 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 锥面导向机构用于动 定模之 间的精密对中定位 6 1 1 机构的功用 1 导向机构的功用 1 定位作用 2 导向作用 3 承载作用 4 保持 运动平稳作用 2 定位机构的功用 对于薄壁 精密塑件注射模 大型 深型腔注射模和生产批量大的注射模 仅用导柱导向机构是不完善的 还必须在动 定模之间增设锥面定位机构 有 保持精密定位和同轴度的要求 当采用标准模架时 因模架本身带有导向装置 一般情况下 只要按模架 规格选用即可 若需采用精密导向定位装置 则须根据模具结构进行具体设计 此模具为小型模具 对精度要求也不是很高 所以不需要用定位机构 可 直接由导向机构定位 6 1 2 导向结构的总体设计 1 导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位 其中心至 模具边缘应有足够的距离 以保证模具的强度 防止导柱和导套压入后变形 2 该模具采用 4 根导柱 其布置为等直径导柱对称布置 3 该模具导柱安装在型芯固定板上 导套安装在定模固定板上 4 为了保证分型面很好的接触 导柱和导套在分型面处应制有承屑板 即 可削去一个面或在导套的孔口倒角 5 各导柱 导套及导向孔的轴线应保证平行 6 在合模时 应保证导向零件首先接触 避免凸模先进入型腔 导致模具 损坏 7 当动定模板采用合并加工时 可确保同轴度要求 图 5 2 斜滑块图 5 3 斜导杆 6 1 3 导柱的设计 1 该模具采用带头导柱 且不加油槽 2 导柱的长度必须比凸模端面高度高出 6 8mm 3 为使导柱能顺利地进入导向孔 导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部 分 4 导柱的直径应根据模具尺寸来确定 应保证具有足够的抗弯强度 该导 柱直径由标准模架知为 25 5 导柱的安装形式 导柱固定部分与模板按 H7 m6 配合 导柱滑动部分按 H7 f7 或 H8 f7 的间隙配合 6 导柱工作部分的表面粗糙度为 Ra0 4 m 7 导柱应具有坚硬而耐磨的表面 坚韧而不易折断的内芯 多采用低碳钢 经渗碳淬火处理或碳素工具钢 T8A T10A 经淬火处理 硬度为 55HRC 以上或