出水嘴注射模设计

江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 存档日期 存档日期 存档编号 存档编号 江江 苏苏 师师 范范 大大 学学 本科生毕业论文 设计 论论 文文 题题 目 目 出水嘴注塑模设计 姓姓 名 名 林 涛 学学 院 院 机电工程学院 班班 组组 08机42 指指 导导 教教 师 师 袁 建 民 江苏师范大学教务处印制江苏师范大学教务处印制 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 江苏师范大学江苏师范大学机电工程学院机电工程学院毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 机电工程学院 院 系 机械设计制造及其自动化专业 08 机 42 班 学生 林涛 一 设计题目 一 设计题目 出水嘴注塑模设计 二 设计任务要求及主要原始资料 二 设计任务要求及主要原始资料 设计任务要求 1 注塑模设计图纸一套 2 毕业设计说明书一份 主要原始材料 1 塑件图一张 2主要参考文献 1 中国机械工程学会 中国模具设计大典编委会编著 中国模具设计大典 南昌 江西科学技术出版社 2003 2 王文平 池成忠编著 塑料成型工艺与模具设计 北京 北京大学出版社 2005 3 中国机械工业教育协会组编 塑料模设计及制造 北京 机械工业出版社 2001 4 塑料模设计手册 编写组 塑料模设计手册 北京 机械工业出版社 1994 5 冯炳尧 韩泰荣 蒋文森编 模具设计与制造简明手册 上海 科学技术出版社 2001 6 陈锡栋 周小玉主编 实用模具技术手册 北京 机械工业出版社 2001 7 邢邦圣主编 机械工程制图 南京 东南大学出版社 2003 8 徐灏主编 机械设计手册 北京 机械工业出版社 2001 三 设计时间 三 设计时间 2012 年年 2 月月 19 日至日至 2012 年年 6 月月 1 日日 指 导 教 师 签名 教 学 院 长 签名 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 目录 摘要 前言 第一章 原始资料的分析 1 1 1 塑件的工艺性分析 1 1 2 计算塑件的体积和质量 3 1 3 注塑机的选用 3 1 4 塑件注塑工艺参数的确定 4 第二章 确定模具的结构方案 6 2 1 分型面的选择 6 2 2 确定型腔的排列方式 7 2 3 浇注系统设计 7 2 4 推出机构的设计 10 第三章 抽芯机构设计 11 3 1 抽芯距的确定 11 3 2 斜导柱倾角的确定 11 3 3 抽拔力的确定 11 3 4 斜导柱尺寸的确定 11 第四章 滑块与导滑槽等相关部件的设计 14 4 1 滑块与侧抽芯连接方式设计 14 4 2 滑块的导滑方式 14 4 3 楔紧块的设计 15 4 3 滑块定位装置的设计 16 第五章 成型零件结构设计 18 5 1 动模和定模的结构设计 18 5 2 型腔和型心工作尺寸计算 18 第 6 章 型腔侧壁厚度和底板厚度计算 22 6 1 组合式圆形型腔侧壁厚度计算 22 6 2 组合式圆形型腔底板厚度计算 23 第七章 模具加热和冷却系统的计算 24 第八章 标准模架的选用 26 第 9 章 注塑机参数校核 27 9 1 喷嘴尺寸 27 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 9 2 定位圈尺寸 27 9 3 最大注射量校核 27 9 4 锁模力校核 27 9 5 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 28 9 6 开模行程校核 28 9 7 推出装置的校核 29 第 10 章 模具装配与试模 30 10 1 具体的工艺要求 30 10 2 模具的装配方法 30 10 3 模具的安装 30 10 4 试模 31 第十一章 基于 pro E 的模流分析 32 结论 43 后记 44 参考文献 45 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 出水嘴注塑模设计 关键词 出水嘴 注射成型 模流分析 摘 要 本文详细介绍了出水嘴注塑模的设计过程 首先分析原始资料 然后确定分型面和 型腔排列方式 接着设计侧抽芯机构以及导滑槽和滑块 还对成型零件 型腔壁厚 加 热和冷却等进行了计算 最后对注塑机进行校核 本设计介绍了中等复杂程度注射模具 的设计过程 并对塑件进行了模流分析 在分析数据的基础上再对模具设计进行优化和 改进 提高了模具设计的质量 缩短了设计时间 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 The water outlet nozzle of injection mold design Key words water mouth injection molding Mold flow analysis Abstract This paper was detailed to introduce a design process of water mouth injection mold First to analysis original data then decide the divide surface of cavity and the arrange way of mold cavity designing the side take out core outfit and guide runner and slide block still carried on the calculation towards modeling part cavity deep and thick hot up and cooling at last check the data of injection molding machine This design introduces the design process of a middle complexity injection mold and take the molding part for a mold flow analysis on the foundation of the analysis data optimize and improve the molding design so that to increase the quality of molding design and shorten the design time 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 前言 模具是工业产品生产用的重要工艺装备 在现代工业生产中 大部分的工业产品需 要使用模具 模具工具已成为工业发展的基础 许多新产品的开发和研制在很大程度上 都依赖于模具生产 特别是汽车 摩托车 轻工 电子 航空等行业尤为突出 而作为 制造业基础的机械行业 根据国际生产技术协会的预测 21 世纪机械制造工业的零件 其粗加工的 75 和精加工的 50 都将依靠模具完成 因此 模具工业已经成为国民经济的 重要基础工业 模具工业发展的关键是模具技术的进步 模具作为一种高附加值和技术 密集型产品 其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一 模具是塑件生产的重要工艺装备之一 模具以其特定的形状通过一定的方式使原料 成型 不同的塑料成型方法使用着不同的模塑工艺和原理及结构特点及不相同的塑料模 具 塑件质量的优劣及生产效率的高低 模具因素占 80 一副质量好的注射模可以成型 上百万次 压缩模大约可以生产 25 万件 这些都同模具设计和制造有很大的关系 在现 代塑件生产中 合理的模塑工艺 高效的模塑设备 先进的塑料模具和制造技术是必不 可少的因素 尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求 塑件的使用要求和造型设计起 着重要的作用 高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才可能发挥其效能 产品的生产和更新都是以模具的设计制造和更新为前提 随着国民经济领域的各个部门 对塑件的品种和产量需求愈来愈大 产品更新换代周期愈来愈短 用户对塑件质量的要 求愈来愈高 因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求 促使塑料模具设 计和制造技术不断向前发展 从而也推动了塑料工业生产高速发展 可以说 模具设计 与制造水平标志着一个国家工业化发展的程度 塑料的种类增多 新的工程塑料品种的增加 塑料成型设备 成型工艺技术和模 具技术水平的发展 为塑件的应用开拓了广阔的领域 目前 塑件已深入到国民经济的 各个部门中 特别是在办公机器 照相机 汽车 仪器仪表 机械制造 航空 交通 通信 轻工 建材业产品 日用品以及家用电器行业中的零件塑料化的趋势不断加强 并且陆续出现全塑产品 据报道 美国塑料工业已变为全美第四个最大的工业 每年的 塑料消耗量已经超过钢材 在全世界按照体积和重量计算塑件的消耗量也超过了钢材 我国的塑料工业发展也很快 特别是近 20 年 产量和品种都大大增加 许多新颖的工程 塑料也已投入批量生产 塑件 1990 年达到 536 8 万吨 居世界第四位 如今 我国塑料 工业已形成了相当规模的完整体系 它包括塑料的生产 成型加工 塑料机械设备 模 具加工以及科研 人才培养等 塑料工业在国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作 用 随着科学技术的进步与国民经济发展对塑件的广泛需求 塑料模塑成型技术正在向高 精度 高效率与长寿命的方向迈进 由于它是一项综合性技术 所以它的发展必然涉及 许多领域的共同配合 塑料模是型腔模具中的一种类型 其模具型腔由凹模和凸模组成 对于形状复杂的曲 面塑料质件 为了缩短研制周期 在现代化制造模具技术中 可以不急于直接加工出难 以测量和加工的模具凹模和凸模 而是采用快速原型制造技术 先制造出与实物相同的 样品 看该样品是否满足设计要求和工艺要求 然后再开发模具 按照塑料制件成型的方法不同 塑料成型模具通常可以分为以下几类 第七章 注射模 2 压缩模 3 压注模 4 挤出模 5 气动成型模 除了上述介绍的几种常用的塑料成型模具外 还有浇注成型模 泡沫塑料成型模和滚塑 模等 塑料成型技术发展十分迅速 新的成型工艺层出不穷 因此 必须了解新的成型工艺 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 与成型技术 以便掌握和推广 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 1 第一章 原始资料的分析 1 1 塑件的工艺性分析 塑件的工艺性就是塑件对成型加工的适应性 塑件工艺性的好坏不但关系到塑件能 否顺利成型 也关系到塑件的质量以及塑料模具结构是否经济合理 塑件工艺性的好坏 主要取决于塑件设计 在设计塑件时不仅要满足使用要求 而且要符合成型工艺特点 并尽可能简化模具结构 这样 不仅能保证成型工艺顺利实施 提高产品质量 又能提 高生产率 降低成本 在设计塑件时 必须考虑以下一些因素 1 成型方法 不同的成型方法对其塑件的工艺性要求不同 2 塑料的成型工艺性能 如流动性 收缩率等 3 塑料的使用性能 塑料的尺寸 公差 结构形状应与塑件的物理性能 力学 性能等相适应 在保证使用性能的前提下 力求结构简单 壁厚均匀 使用方便 4 模具结构及加工工艺性 塑料的形状应有利于简化模具的结构 要考虑模具 零件尤其是成型零件的加工工艺性 塑料工艺性设计的主要内容包括 尺寸 精度 表面质量 结构形状 螺纹 齿轮 嵌件等 塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型 由于侧抽芯或瓣合凹模或凸模不但 使模具结构复杂 制造成本高 而且还会在分型面上留下飞边 增加塑件的修整量 因 此 塑件设计时应尽可能避免侧向凹凸 如果有侧向凹凸 模具设计时应在保证塑件使 用要求的前提下 适当改变塑件的结构 以简化模具结构 塑件内侧凹较浅并允许带有 圆角时 则可以用整体凸模采取强制脱模的方法使塑件从凸模上脱下 但此时塑件在脱 模温度下应具有足够的弹性 以使塑件在强制脱模时不会变形 塑件外侧凹凸也可以强 制脱模 但是多数情况下塑件的侧向凹凸不可能强制脱模 此时应采用侧向分型抽芯机 构的模具 塑件的壁厚对塑件质量有很大的影响 壁厚过小成型时流动阻力大 大型复杂塑件 就难以充满型腔 塑件壁厚的最小尺寸应满足以下方面要求 具有足够的强度和刚度 脱模时能经受推出机构的推出力而不变形 能承受装配时的紧固力 塑件最小壁厚值随 塑料品种和塑件大小不同而异 壁厚过大 不但造成原料的浪费 而且对热固性塑料成 型来说增加了模压成型时间 并且造成固化不完全 对热塑性塑料则增加了冷却时间 降低了生产率 另外也影响产品质量 如产生气泡 缩孔 凹陷等缺陷 所以 塑件的 壁厚有一个合理的范围 该塑件是一个出水嘴 其零件图如图所示 本塑件的材料采用 ABS 生产类型为大批量生 产 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 2 图 1 1 塑件图 1 塑件的原材料分析 ABS 是由丙烯腈 丁二烯和苯乙烯 3 种单体合成 每种单体都具有不同的性能 丙烯 腈有高强度 热稳定性及化学稳定性 丁二烯具有坚韧性 抗冲击特性 苯乙烯具有易 加工 高光洁度 高强度的特性 从形态上看 ABS 是非结晶型材料 三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物 一个是苯乙烯 丙烯腈的连续相 另 一个是聚丁二烯橡胶分散相 ABS 的特性主要取决于三种单体的组成比率以及两相中的分 子结构 这在产品设计上具有很大的灵活性 并且由此产生了市场上具有不同品质 ABS 材料 不同品质的材料提供了不同的特性 如从中等到高等的抗冲击性 从低到高的光 洁度和高温热曲性能等 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 冲击强度 干燥处理 ABS 材料具有吸湿性 在注塑成型之前要进行干燥 建议干燥条件 80 90 下最少干燥 2 小时 且材料温度波动应保证小于 0 1 熔化温度 210 280 建议 245 模具温度 25 70 注射压力 50 100MPa 注射速度 中高速度 2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 1 结构分析 该零件的形状为两个互相垂直的带有两个孔 并使两个孔互相接通的圆柱体 两孔 直径为 2 厘米 两孔深分别为 5 厘米和 8 厘米 此外 在一圆柱体侧面有两个平行的厚 度为 1 厘米的薄板 薄板长 5 厘米 宽 4 厘米 由于有两个互相垂直的孔 其中一个孔 可以用型芯推出 另一孔不利于分型 因此 模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 3 该零件属中等复杂程度 2 尺寸精度分析 该零件尺寸为未注公差按 MT5 计算 表 1 1 未注公差的尺寸允许偏差 基本尺寸 0 33 66 1010 1414 18 MT5 0 1 0 12 0 14 0 16 0 19 18 2424 3030 4040 5050 6565 80 0 22 0 25 0 28 0 32 0 37 0 43 80 100100 120120 140140 160160 180180 200 0 50 0 57 0 64 0 72 0 80 0 88 200 225225 250250 280280 315315 355355 400 0 96 1 05 1 15 1 25 1 40 1 55 400 450450 500 1 75 1 95 该零件重要尺寸有两个孔 2 10 0 14 100 0 57 40 0 32 50 0 32 90 0 50 该零件尺寸精度一般 对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证 从塑件的壁厚上来看 壁厚最大出为 2 厘米 最小处为 1 厘米的板 壁厚偏差为 1 厘米 由于塑件结构简单 相关零件尺寸可以保证 有利于成型 3 表面质量分析 该零件的表面除要求没有缺陷毛刺外 没有特别的表面质量要求 故比较容易实现 综合以上分析可以看出 注射时在工艺参数控制得较好的情况下 零件的成型要求可以 得到保证 1 2 计算塑件的体积和重量 计算塑件的体积 根据 proe 软件里的体积分析功能 先根据零件的实际 尺寸画出该零件的立体三维图 分析测量所画图形体积为 171 26cm 计算塑件的重量 查手册得 ABS 的密度为 1 04 dm 3 故塑件的重量为 W V 1 1 171 26cm 1 04 dm 3 178 11g 1 3 注塑机的选用 注射机的种类和特点 注射机的类型和规格较多 分类的方法也不同 主要的分类方法如下 1 按外形可分为卧式 立式和角式 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 4 2 按传动方式可分为机械式 液压式 和机械液压联合作用式 3 按用途可分为通用注射机和专用注射机 注射机的结构组成及作用 一台通用型注射机主要包括注射装置 合模装置 液压传动系统和电气控制系统 1 注射装置 其主要作用是将塑料均匀地塑化 并以足够的压力和速度将一定量 的熔料注射到模具的型腔中 注射装置主要由塑化部件以及料斗 计量装置 传动装置 注射和移动液压缸等组成 2 合模装置 其作用是实现模具的启闭 在注射时保证成型模具可靠地合紧 以 及脱出制品 合模装置主要由前后固定板 移动模板 连接前后固定模板用的拉杆 合 模液压缸 移模油缸 连杆机构 调模装置以及塑件顶出装置等组成 3 液压系统和电气控制系统 其作用是保证注射机按工艺过程预定的要求和动作 顺序准确有效的工作 注射机的液压系统主要由各种液压元件和回路及其他附属设备组 成 电气控制系统则主要由各种电器和仪表组成 液压系统和电气控制系统有机地组织 在一起 对注射机提供动力和实现控制 1 因塑件有侧突和侧孔 故需要进行侧向分型和抽芯机构 结构复杂 同时塑件 尺寸的精度要求不高 故本塑件采用一模一腔的模具结构 2 塑件采用点浇口浇注系统 模具采用三板式结构 粗略计算出浇注系统的体积 为 85 63cm3 质量为 89 055g 3 考虑其外形尺寸 注射时所需压力和工厂现有设备 等情况 初步选用注射机为 XS ZY 500 型 XS ZY 500 型 表 1 2 注射机的规格和性能 额定注射量 cm 螺杆直径 mm 注射压力 Mpa 注射行程 mm 顶出孔径 mm 锁模力 kN 500651452001503500 定位孔直径 mm 最大开合模 行程 mm 模具最大厚 度 mm 模具最小厚 度 mm 拉杆空间 mm 喷嘴孔直径 150500500300540 440 3 5 6 8 1 4 塑件注塑工艺参数的确定 查找 塑料模设计及制造 附录 H 和参考工厂实际应用的情况 表 1 3 ABS 塑料的成型工艺参数 料筒温度 塑料注射 机类 型 螺杆转 速 r min 喷嘴温度 前段中段后段 模具温 度 注射压 力 mpa ABS 螺杆 式 30 60180 190200 210210 230180 20050 7070 90 保压压 力 mpa 注射 时间 s 保压时 间 s 冷却时间 s 成型周期 s 50 703 515 3015 3040 70 试模时 可根据实际情况作适当调整 注射温度 包括料筒温度和喷嘴温度 料筒温度 后段温度 t 选用 180 1 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 5 中段温度 t 选用 210 2 前段温度 t 选用 200 3 喷嘴温度 选用 180 注射压力 选用 90MPa 注射时间 选用 5s 保 压 选用 70MPa 保压时间 选用 15s 冷却时间 选用 30s 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 6 二章 确定模具的结构方案 注射模结构设计主要包括 分型面选择 模具形腔数目的确定以及形腔的排列方式和 冷却水道的布局及浇口位置设置 模具工作零件的结构设计 侧向分型与抽芯机构的设 计 推出机构的设计等内容 2 1 分型面选择 模具设计中 分型面的选择很关键 它决定了模具的结构 应根据分型面选择原则 和塑件的成型要求来选择分型面 分型面的选择受到塑件的形状 壁厚 尺寸精度 嵌件位置及其形状 塑件在模具 内的成型位置 脱模方法 浇口的形式及位置 模具类型 模具排气 模具制造 及其 成型设备结构因素的影响 因此 在选择分型面时 应反复比较与分析 选取一个较为 合理的方案 1 便于塑件的脱模 1 在开模时塑件应尽可能留于下模或动模内 2 应有利于侧面分型和抽芯 3 应合理安排塑件在型腔中的方位 2 考虑塑件的外观 3 保证塑件尺寸精度要求 4 有利于防止溢料和考虑飞边在塑件上的部位 5 有力于排气 6 考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响 7 尽量使成型零件便于加工 塑料的应用非常广泛 其制品多不胜数 条件互不相同 很难有一个固定的模式 因此 模具分型面的选择既是非常重要 又是一个非常复杂的问题 该零件为出水嘴 表面质量无特殊要求 但要考虑侧向抽芯机构的抽出 若选择如图 所示的水平分型方式既可降低模具的复杂程度 减少模具加工难度又便于成型后出件 故选用如图所示的分型方式比较合理 图 2 1 分型面的选择 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 7 2 2 确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模一件 即模具只需要一个型腔 型腔位于模具中心 2 3 浇注系统设计 1 浇注系统设计的基本原则 1 适应塑料的成型工艺特性 注射成型时 熔融塑料在浇注系统和型腔中的温度 压力和剪切速率是随时随处变 化的 相应的表观粘度也不断发生变化 因此在设计浇注系统时 应综合考虑这些因素 以便在充模这一阶段能使熔融塑料以尽可能低的表观粘度和较快的速度充满整个型腔 而在保压这一阶段有能通过浇注系统 使压力充分地传递到型腔的各个部位 同时还能 通过浇口的适时凝固来控制补料时间 以获得外形清晰 尺寸稳定 质量较好的塑件 2 利于型腔内气体的排出 浇注系统应顺利而平稳地引导熔融塑料充满型腔的各个角落 在充填过程中不产生 紊流或涡流 使型腔内的气体顺利排出 3 尽量减少塑料熔体的热量及压力损失 浇注系统应能使熔融塑料通过时其热量及压力损失最小 以防止因过快的降温降压 而影响塑件的成型质量 为此 浇注系统的流程应尽量短 尽量减少折弯 表面粗糙度 R 值应小 a 4 避免熔融塑料直冲细小型芯或嵌件 经浇口进入型腔的熔融塑料的速度和压力一般都较高 应避免直冲型芯或嵌件 以 防止细小型芯和嵌件产生变形或位移 5 便于修整和不影响塑件的外观质量 设计浇注系统时要结合塑件的大小 形状及技术要求综合考虑 做到去除 修整浇 口方便 并且不影响塑件的美观和使用 6 防止塑件翘曲变形 当流程较长或需采用多浇口进料时 应考虑由于浇口收缩等原因引起塑件翘曲变形 问题 必须采用必要的措施予以防止或消除 7 便于减少塑料耗量和减少模具尺寸 在满足以上各项原则的前提下 浇注系统的容积尽量小 以减少其占用的塑料量 从而减少回收料 同时浇注系统与型腔的布局应合理对称 以减少模具尺寸 节约模具 材料 2 主流道设计 主流道是熔融塑料进入模具型腔时最先经过的部位 其截面尺寸直接影响塑料的流 动速度和填充时间 如果主流道截面尺寸太小 则塑料在流动时的冷却面积相对增加 热量损失大 使熔体粘度增大 流动性降低 注射压力损失也相应增大 造成成型困难 反之 如果主流道截面尺寸太大 则使流道的容积增大 塑料耗量增多 且塑件冷却定 型时间的延长 降低了生产效率 同时主流道过粗还容易使塑件在流动过程中产生紊流 或涡流 在塑件中出现气泡 从而影响其质量 因此 主流道的设计主要应恰当地选择 主流道的截面尺寸 通常对于粘度大 流动性差的塑料或尺寸较大的塑件 主流道应设 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 8 计得大一些 粘度小 流动性好的塑料或尺寸较小的塑件 主流道应设计得小一些 1 主流道 查表得型注射机 XS ZY 500 喷嘴的有关尺寸 喷嘴前端孔径 d 3 0 喷嘴前端球面半径 R 18 0 根据模具主流道与喷嘴的关系 R R 1 2 0 d d 0 5 1 0 取主流道球面半径 R 20 取主流道的小端直径 d 4mm 为了便于将凝料从主流道中拔出将主流道设计成圆锥形 其斜度为 1 3 经换算得 主流道大端直径 D 8 为了使熔料顺利进入分流道 可在主流道出料端设计半径 r 5mm 的过度圆弧 图 2 2 浇口套的选择 2 浇口套与定模板的配合采用 H7 m6 浇口套与定位圈的配合采用 H9 f9 如上 图所示 3 分流道 3 1 小型塑件的单型腔模具常不设分流道 而塑件尺寸较大采用浇口进料的单型 腔模具和所有多型腔模具都需设置分流道 分流道的设计应能使塑料熔体的流向得到平 稳的转换并尽快地充满型腔 流动中温度降得尽可能低 同时应能将塑料熔体均衡得分 配到各个型腔 1 分流道的截面形状 选择分流道的形状时应综合考虑塑料的注射成型需要和加 工的难易程度 通常 从减少压力损失和热量散失考虑 采用圆形截面分流道最好 从 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 9 便于加工考虑 宜采用梯形 U 形或半圆形分流道截面 2 分流道的布置 在多型腔注射模具中分流道的布置有平衡式和非平衡式两种 一般以平衡式布置为佳 所谓平衡式布置就是各分流道的长度 截面形状和尺寸都是对 应相同的 这种布置可以达到各型腔能均衡得进料 同时充满各型腔 在加工平衡式布 置的分流道时 应特别注意各对应部位尺寸的一致性 否则达不到一致进料的目的 一 般来说 其截面尺寸和长度误差以在 1 以内为宜 3 2 分流道设计及制造要点 设计分流道时 除了要正确选择分流道的截面形 状和布置形式外 还应注意以下几点 1 圆形截面分流道的长度短 塑件尺寸小时取较小值 否则取较大值 其他截面 形状的分流道尺寸 可根据与圆形截面分流道的比表面积相等的条件确定 分流道长度 一般在 8 30 之间 也可根据型腔数量和布置取得更长一些 但不宜小于 8 否则会 给修剪带来困难 2 分流道的表面不必很光滑 起表面粗糙度值一般为 1 6 即可 这样流道内流料 的外层流速较低 容易冷却而形成固定表面层 有利于流道的保温 3 分流道与浇口处的连接应光滑过渡 以利于熔体的流动及填充 4 在考虑型腔与分流道布置时 最好使塑件和流道在分型面上总投影面积的几何 中心与锁模力的中心相重合 这对于锁模的可靠性和锁模机构受力的均匀性都是有利的 而且还可以防止发生溢料现象 5 当分流道较长时 其末端应设置冷料穴 以防止冷料头堵塞浇口或进入型腔而 影响塑件质量 分流道截面积大小应与制模车间所备有的铣刀尺寸相一致 即针对分流道直径规定 的标准尺寸配备铣刀 在生产中 U 形和梯形截面的流道应用较多 复杂的分流道还需要 采用数控机床加工 分流道的形状及尺寸 应根据塑件的体积 壁厚 形状的复杂程度 注射速率 分 流道长度等因素来确定 本塑件的形状不算太复杂 熔料填充型腔比较容易 根据型腔 的排列方式可知分流道的长度较短 为了便于加工 选用截面形状为半圆形分流道 查 图 6 13 塑料成型工艺与模具设计 P98 得分流道直径为 5 6mm 取 6mm 4 浇口的设计 浇口是连接分流道和型腔或者说是塑件的桥梁 它是整个浇注系统的最薄弱点和关 键环节 其形式 尺寸开设在形腔的什么部位对塑件质量影响很大 在大多数情况下 浇口是整个浇注系统中截面最小的部分 当熔融塑料通过狭小的浇口时 流速增高 并 因摩擦使料温也增高 有利于填充型腔 同时 狭小的浇口适当保压补缩后首先凝固封 闭型腔 使型腔内的熔料即可在无压力的状态下自由收缩凝固成型 因而塑件内残余应 力小 可减小塑件的变形和破裂 此外狭小的浇口便于浇道凝料与塑件分离 便于修整 塑件 成型周期较短 但是 浇口截面尺寸不能过小 过小的浇口压力损失大 冷凝快 补缩困难会造成塑件缺料 缩孔等缺陷 甚至还会产生熔体破裂形式喷射现象 使塑件 表面出现凹凸不平 同样 浇口截面尺寸也不能过大 过大的浇口注射速率 温度下降 快 塑件可能产生明显的熔接痕和表面云层现象 一般浇口的尺寸很难用理论公式计算 通常根据经验确定 取其下限 然后在试模 过程中逐步加以修正 一般浇口的尺寸截面面积约为分流道截面面积的 3 9 截面形 状常为矩形或圆形 浇口长度为 0 5 2 表面粗糙度值不低于 0 4 4 1 浇口的类型及特点 注射模的浇口结构形式较多 不同类型的浇口其尺寸稍有 不同 特点和适用情况也有所不同 按浇口的特征可分为非限制浇口和限制浇口 按浇 口形式可分为点浇口 扇形浇口 环行浇口 盘形浇口 轮辐式浇口 薄片式浇口 按 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 10 浇口的特殊性可分为潜伏式浇口 护耳浇口 按浇口所在塑件的位置可分为中心浇口和 侧浇口等 4 2 浇口的位置选择 浇口的开设位置对塑件的质量影响很大 因此在设计浇口时 应合理地选择浇口的开设位置 在确定浇口位置时 应根据塑件的几何形状和技术要求 对熔融塑料在流道和型腔中的流动状态 填充 补缩及排气等因素作全面考虑 一般应 遵循以下原则 1 避免引起熔体破裂现象 2 有利于熔体流动和补缩 3 有利于型腔内气体的排出 4 减少熔接痕和增加熔接强度 5 防止料流将型心或嵌件挤压变形 根据塑件的成型要求及形腔的排列方式 选用点浇口较为理想 设计时考虑选择从分型面的中心处位置进料 料由厚处往薄处流 由上处往下处流 而 且在模具结构上采用镶拼式型腔 型芯 有利于填充 排气 故采用点浇口 查图 塑 料成型工艺与模具设计 P104 图 6 20 选择 b 图 初选尺寸为 d 1mm l 2mm a 10 试 模时修正 如下图所示 图 2 3 浇口 2 4 推出机构的设计 1 塑件常用的推杆形状为直通式推杆 尾部采用台肩固定 通常在 d 3mm 时采用 是 最常用的形式 除了广泛使用的圆形截面外 推杆截面还有其他几种形状 矩形截面 这种截面的推杆常常设置在塑件的端面处 腰圆形推杆 它强度高 可代替矩形推杆 以防止四角处的应力集中 半圆形推杆 推出力与推杆中心略有偏心 通常用于推杆位 置有局限的场合 推杆工作截面形状的选择是根据不同塑件的各自不同特点决定的 但 是 不管何种形状 在设计时应考虑到要有足够的刚性 以承受推出阻力 否则就可能 在退出时变形 2 1 推杆的配合 一般直径为 d 的推杆 在推杆固定板上的孔应为 d 1mm 即推杆固定部分的配合为单边 0 5mm 实际上 推杆与动模支撑板之间也是采用单边 0 5mm 的大间隙配合 推杆台阶部 分的直径常为 d 5mm 推杆固定板上的台阶孔为 d 6mm 2 推杆的材料与热处理要求 推杆的材料常用 T8A T10A 等碳素工具钢或 65Mn 弹簧钢等 前者的热处理要求硬度 为 50 54HRC 后者的热处理要求硬度为 46 50HRC 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 11 第三章 抽芯机构设计 当塑件上有内外侧孔或内 外侧凹时 塑件不能直接从模具中脱出 此时需将成型 塑件侧孔或侧凹等的模具零件做成活动的 这种零件称为侧型芯 在塑件脱模前先将侧 型芯从塑件上抽出 然后再从模具中推出塑件 完成侧抽芯抽出和复位的机构就叫做侧 向分型与抽芯机构 本塑件的侧壁有一个孔 它垂直于脱模方向 阻碍塑件从模具中脱出 因此成型孔 时必须做成活动的型芯 即须设置抽芯机构 本模具采用斜导柱抽芯机构 3 1 确定抽芯距 在设计侧向分型与抽芯机构时 必须考虑侧向抽芯距 亦称抽拔距 抽芯距一般应 大于成型孔的深度 一般比塑件上侧凹 侧孔的深度或凸台的高度大 2 3mm 用公式表示 为 s s 2 3 mm 3 1 s 抽芯距 mm s 塑件上侧凹 侧孔或侧向凸台的高度 mm 本塑件侧孔长孔 40mm 另加 2 3 的抽芯安全系数 可取抽芯距 S 抽 42 3 2 确定斜销倾角 在斜导柱侧向分型与抽芯机构中 斜导柱与开合模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角 它是决定斜导柱抽芯机构中工作效果的重要参数 它与抽拔力以及抽芯距有直接关系 斜导柱倾斜角 的选择不仅与抽芯距和斜导柱的长度有关 而且决定斜导柱的受力情况 研究可知 当抽芯阻力一定的情况下 倾斜角 增大时 斜导柱受到的弯曲力增大 但 为完成抽芯所需的开模行程减小 斜导柱有效工作长度也减小 综上所述 在确定斜导 柱倾斜角时 通常抽芯距长时 可取大些 抽芯距短时 可适当取小些 抽芯力大时 可取小些 从减少斜销长度考虑 又希望 值取大一些 因此 斜导柱的倾斜角 值的确定应综合考虑 一般取 15 25 这里取 25 3 3 确定抽拔力 F pA f cos sin 塑料成型工艺与模具设计 p186 式中 p 塑件对型芯单位面积上的包紧力 MPa 一般情况下 模内冷却的塑件 p 取 10MPa 模外冷却的塑件 p 30MPa A 塑件包括型芯的面积 f 塑件对钢的摩擦系数 一般 f 0 1 0 3 此注塑模取 0 2 脱模斜度 F 抽拔力 N 代入数据 F pA f cos sin 3 2 10 3 14 0 02 0 04 0 2 0 5 024 10 3N 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 12 3 4 确定斜导柱的尺寸 1 斜导柱受力分析 在斜导柱侧向分型与抽芯机构的设计中 需要选择合适的斜导柱直径 在斜导柱直径计 算之前 应该对斜导柱的受力情况进行分析 计算出斜导柱所受的弯曲力 F弯 斜导柱受弯曲力为 F F cos 塑料模具设计 P117 6 23 弯 式中 斜导柱倾斜角 F 斜导柱所受弯曲力 N 弯 代入数据 F F cos 3 3 弯 5 024 10 3 cos25 5 545 10 3N 2 斜导柱直径计算 1 斜导柱所受弯矩为 M弯 F弯L弯 3 4 式中 M弯 斜导柱所受弯矩 F弯 斜导柱所受弯曲力 L弯 斜导柱弯曲力臂 2 由材料力学的知识可知 M弯 3 5 弯 式中 斜导柱所用材料的许用弯曲应力 弯 W 抗弯截面系数 3 斜导柱的截面一般为圆形 其抗弯截面系数为 W 32 d3 0 1 d3 3 6 由以上 1 2 3 可得 斜导柱直径计算公式为 d F L弯 0 1 3 7 弯弯 3 1 式中 F 斜导柱所受弯曲力 N 弯 L弯 斜导柱的有效工作长度 斜导柱弯曲力臂 m 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 13 弯曲许用应力 对于碳钢可取 300MPa 弯 代入数据得 d F L弯 0 1 弯弯 3 1 5 545 10 3 0 053 sin25 0 1 300 3 1 0 0281m 28 其中 在侧型芯滑块抽芯方向与开模方向垂直时 可以推导出斜导柱的工作长度 L 与抽 芯距 S 以及倾斜角 有关 即 L s sin 3 8 3 斜导柱长度计算 斜导柱的长度根据抽芯距 固定端模板的厚度 斜销直径及斜角大小确定 其计 算如图所示 图 3 1 斜导柱 根据公式 L l l l l l5 3 9 1234 由于上模座板和上凸模固定板尺寸尚不确定 即 h 不确定 故暂选 h 25 如以后 aa 该设计中 h 有变化 则就修正 L 的长度 取固定凸肩 D 1 5d 则 D 42 所以根据上 a 式计算 L l l l l l5 1234 tan d 2 tan 5 10 2 D cos a h sin 抽 S 42 2 tan25 25 cos25 28 2 tan25 42 sin25 6 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 14 127 3 取 L 128 第四章 滑块与导滑槽等相关部件的设计 滑块在斜导柱侧向分型抽芯机构中是运动零件 在工作时是由斜销将它驱动并沿着 导滑槽运动 实现对侧型芯等的抽出和复位 4 1 滑块与侧抽芯的连接方式设计 侧滑块是斜导柱侧向分型与抽芯机构中的一个重要零部件 一般情况下 它与侧向 型芯 侧向成型块 组合成侧滑块型芯 称为组合式 在侧型芯简单且容易加工的情况 下 也有将侧滑块和侧型芯制成一体的 称为整体式 在侧向分型与抽芯过程中 塑件 的尺寸精度和侧滑块移动的可靠性都要靠其运动的精度来保证 该零件的侧向抽芯机构用于成型零件的侧向孔 由于侧向孔的尺寸不小 考虑到型 芯强度和装配问题 采用组合式结构 型芯与滑块的连接采用螺钉顶紧的固定方式 如 下 图所示 图 4 1 侧滑块 4 2 滑块的导滑方式 斜导柱侧向分型与抽芯机构工作时 侧滑块是在导滑槽内按一定的精度和沿一定 的方向往复移动的零件 根据侧型芯的大小 形状和要求不同 以及各工厂使用习惯的 不同 导滑槽的形式也不同 最常用的是 T 型槽和燕尾 此模具选择组合式形槽 如下 图所示 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 15 图 4 2 导滑槽 由于注射成型时 滑块在导滑槽内要求来回移动 因此 对组成导滑槽零件的硬度 和耐磨性有一定的要求 整体式的导滑槽要求在定模板或动模板上直接加工出来 而动 定模板常用的材料 45 钢 为了便于加工 常常调制至 28 32HRC 然后再铣削成形 盖板 的材料常用 T8 T10 或者 45 钢 热处理硬度要求大于 50HRC 45 钢大于 40 HRC 为使模 具结构紧凑 降低模具装配复杂程度 拟采用整体式滑块和组合式导滑槽形式 在设计导滑槽与侧滑块时 要正确选用它们之间的配合 导滑部分的配合一般采用 H8 f8 如果在配合面上成型时与熔融材料接触 为了防止配合处漏料 应适当提高配合 精度 可采用 H8 f7 或者 H8 g7 其余各处均可留 0 5mm 左右的间隙 配合部分的粗糙度 Ra 要求大于 0 8 m 为了让侧滑块在导滑槽内灵活移动 不被卡死 导滑槽和侧滑块要求保持一定的 配合长度 侧滑块完成抽拔动作后 其滑动部分仍应全部或者部分长度留在导滑槽内 一般情况下 保留在导滑槽内的侧滑块长度不应小于导滑总的配合长度的 2 3 为提高滑块的导向精度 装配时可对导滑槽或滑块采用配磨 配研的装配方法 4 3 楔紧块的设计 注射成型时 型腔内的熔融塑料以很高的成型压力作用在侧型芯上 从而使侧滑块后 退产生位移 侧滑块的后移将力作用在斜导柱上 导致斜导柱产生弯曲变形 另一方面 由于斜导柱与侧滑块上的斜导孔采用较大的间隙配合 侧滑块的后移也会影响塑件的尺 寸精度 所以 合模注射时 必须设置锁紧装置锁紧侧滑块 常用的锁紧装置为楔紧块 楔紧块有很多形式 此次选择楔紧块固定于模板内的形式 这种方式提高了楔紧的强度 和刚度 用于侧向压力较大的场合 如下图所示 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 16 图 4 3 楔紧块 4 4 滑块定位装置的设计 侧滑块与斜导柱分别工作在模具动 定模两侧的侧抽芯机构 开模抽芯后 侧滑块 必须停留在刚脱离斜导柱的位置上 以便合模时斜导柱能准确的插入侧滑块上的斜导柱 孔内 因此 必须设置侧滑块的定位装置 以保证侧滑块脱离斜导柱后 可靠的停留在 正确的位置上 常用的侧滑块有四种 此次选择如下的两个图作为定位装置 第一个图 适合于侧滑块向下运动的情况 抽芯结束后 侧滑块靠自重下落到定位挡块上定位 第 二个图是常用的结构形式 特别适合于滑块向上抽芯的情况 滑块向上抽出脱离斜导柱 后 依靠弹 簧的弹力 使滑块紧贴于定位挡块的下方 设计时 弹簧的弹力要超过侧 滑块的重力 定位距离 L 应比抽芯距 s 大 1mm 左右 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 17 图 4 4 滑块定位装置 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 18 第五章 成型零件结构设计 成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接 用以成型塑件部分的尺寸 主要有型腔和型芯的径向尺寸 型腔和型芯的深度尺寸 和中心距尺寸等 在设计时必须根据塑件的尺寸和精度要求及塑料收缩率来确定成型零件尺寸和制造 误差 但影响塑件的尺寸及公差的因素相当复杂 因而确定成型零件尺寸时应综合考虑 各种影响因素 由于在一般情况下 模具制造公差 磨损 和成型收缩波动是影响塑件公差的主要 因素 因而 计算成型零件时应主要考虑以上三项因素的影响 成型零件工作尺寸的计算方法有两种 有种是平均值法 即按平均收缩率 平均制 造公差和平均磨损量进行计算 另一种是按极限收缩率 极限制造公差和极限磨损量进 行计算 前一种计算方法简便 但可能有误差 在精密塑件的模具设计中受到一定限制 后一种计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内 但计算比较复杂 以下计算 按平均值的计算方法 在计算成型零件和型芯的尺寸时 塑件和成型零件尺寸均按单向极限制 如果塑件 上的公差是双向分布的 则应按这个要求加以换算 而孔中心距尺寸则按公差带对称分 布的原则进行计算 型腔和型芯尺寸计算应注意的事项如下 1 型腔和型芯径向尺寸的计算公式中考虑了成型收缩率 磨损和模具成型零件的制 造误差的影响 而型腔深度和高度尺寸的计算中只考虑收缩率和成型零件制造误差的影 响 由于磨损对其影响甚小 故不考虑 但在压缩模塑中 如果采用溢式和半溢式模具 成型时 不可忽视飞边厚度波动对塑件高度的影响 故在必要时 型腔深度的计算需考 虑飞边厚度对塑件高度所造成的误差 一般取 0 1 0 2 以纤维为填料的塑料 tt 取 0 2 0 4 2 对于成型收缩率很小的塑料 在注射成型薄壁塑件时 可以不考虑收缩率对模具 成型零件尺寸的影响 3 设计计算成型零件工作尺寸时 必须深入了解塑件的要求 对于配合尺寸应认真 设计计算 对不重要的尺寸 可以简化计算 甚至可用塑件的基本尺寸作为模具成型零 件的相应尺寸 对于精度要求高的塑件尺寸 成型零件相应尺寸取小数点后的第二位 第三位四舍 五入 精度要求低的塑件尺寸 成型零件相应尺寸取小数点后第一位 第二位四舍五入 5 1 动模和定模的结构设计 a 动模的结构设计 该模具采用一模一件的结构形式 考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素 动模拟采用整体式结构 其结构形式见装配图 根据分流道与浇口的设计要求 分流道和浇口均设在动模上 其结构见装配图 b 定模结构设计 该零件的定模板上没有形腔 直接用平板 5 2 型腔和型芯工作尺寸计算 该成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸 平均收缩率 平均制造公差和平均磨 损量来进行计算 查表 塑料模设计及制造 附录 C 得 ABS 的收缩率为 S 0 4 0 7 故平均收缩率 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 19 S 0 4 0 7 2 0 55 模具制造公差取 z 3 查中国模具设计大典 cp P373 表 9 4 5 1 凹模的径向尺寸计算 凹模是成型塑件外形的模具零件 其工作尺寸属包容尺寸 在使用过程中凹模的磨 损会使包容尺寸逐渐的增大 所以 为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需 要 在设计模具时 包容尺寸尽量取下限尺寸 尺寸公差取上偏差 具体计算公式如下 凹模的径向尺寸计算公式 L 1 k 3 4 塑料模具设计 P95 6 1 5 1 L 塑 式中 L 塑件外形公称尺寸 塑 K 塑料的平均收缩率 塑件的尺寸公差 模具制造公差 取塑件相应尺寸公差的 1 3 1 6 凹模径向尺寸 90 0 50 化为 90 50 0 1 L 1 k 3 4 L 塑 90 5 1 0 0055 3 4 1 3 1 0 90 25 33 0 0 50 0 32 化为 50 32 0 64 0 L 1 k 3 4 L 塑 50 32 1 0 0055 3 4 0 64 3 64 0 0 50 12 21 0 0 40 0 28 化为 40 28 0 56 0 L 1 k 3 4 L 塑 40 28 1 0 0055 3 4 0 56 3 56 0 0 40 08 19 0 0 江苏师范大学本科生毕业设计 出水嘴注塑模设计 20 10 0 14 化为 10 14 0 28 0 L 1 k 3 4 L 塑 10 14 1 0 0055 3 4 0 28 3 28 0 0 9 99 0