洗衣机把手注射模设计

1 洗衣机把手注射模设计洗衣机把手注射模设计 学 生 梁承龙 指导老师 陈文凯 湖南农业大学东方科技学院 长沙 410128 摘摘 要要 通过对塑料洗衣机把手工艺的分析 设计了一副一模两腔的注塑模具 设计过 程包括模具各个成型零件尺寸的计算 重要工艺参数的选择 以及推出机构 抽芯机构 分 型机构 浇注系统 冷却系统等的计算 选择了主要零件的制造材料 最后画出零件图和模 具装配图 关键词关键词 洗衣机把手 注射模具 零件图 加工工艺 The Design of Injection Mold For The Handle of Wasging Machine Student Liang Chenglong Tutor Chen Wankai Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University Changsha 410128 Abstract Designed a one mode two cavity injection mold through the analysis of the handle of washing machine Mold design process including the size of the various parts forming the calculation it is important to the choice of process parameters as well as the introduction of institutions core pulling mechanism the order sub type institutions gating system cooling system design and calculation In order to facilitate the preparation of the main processing parts concave shape the punch process Finally draw parts drawing and mold parts assembly Key Word The handle of washing machine Injection molding Parts drawing Processing technology 1 前言 2 1 1 研究意义 本次毕业设计 洗衣机把手注射模设计 是对我大学四年所学的无论是基础知识 还是专业知识都是一次全面的检查和考核 同时也是培养我解决具体问题的一种能力 和一次深入再学习的过程 通过毕业设计 能使我综合应用所学的各种理论知识和技 能 进行全面 系统 严格的技术及基本能力的练习 模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具 在各种材料加 工工业中广泛的使用着各种模具 例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具 金属压 力加工使用的锻压模具 冷压模具等各种模具 1 1 2 国内外研究现状及发展方向 在现代制造业中对模具的基本要求是 能生产出在尺寸精度 外观 物理性能等 各方面都满足使用要求的共有制制品 以模具使用的角度 要求高效率 自动化操作 简便 从模具制造的角度 要求结构合理 制造容易 成本低廉 塑料是以合成树脂为基础的 在一定的温度和压力下能塑化流动成型并在冷却后 能保持其既定形状的一大类可塑性材料 现在塑料在我们的生活中已得到越来越大 2 的应用 目前 塑料的注射成型这一方式已经普遍应用于塑料加工领域 注塑有成型周期 短 能一次成型外形复杂 尺寸精确 带有金属或非金属嵌件的塑料制品 生产效率 高 能实现自动化生产 对原材料的适应性强等一系列的优越性 因此 注塑是一种 先进的 经济的成型技术 发展迅速 当然注塑也有设备复杂 投资大 设备的维修 与保养较难 工艺控制难度较大等方面的局限性 3 模具是现代化工业生产的重要工艺装备 被称为 工业之母 而塑料模具又在 整个模具工业中的一枝独秀 发展十分迅速 注塑模具更是具有更大的发展前途和应 用前景 塑料制件中有许多的小制件 模具相应的也有许多的中小型的模具 设计中 小型模具也成为许多院校学生毕业设计的首选 这对学生将来毕业走向社会有着很大 的帮助 也会提高我国模具设计专业人才的水平 对我们国家的经济发展有着巨大的 影响 采用塑料注射成型工艺是成型塑料制品的一种重要方法 其基本工艺路线为塑料 原材料经注射机熔融塑化并注入模具 在模具中固化后脱模成为制品 目前采用的注 射成型工艺生产的塑料制品产量 约占塑料制品总量的 20 30 注射工艺在注射 4 制品成型中起着极其重要的作用 因此 如何提高塑料制品的表面质量 内在质量 3 成型精度和成型效率 成为发挥注塑成型工艺优越性 扩大注塑制品应用的首要问题 注塑模具结构由浇注系统 冷却系统 脱模机构 排气机构等构成 而浇注系统 是决定模具质量的关键因素之一 其构造方式则成为模具设计的核心部分 脱模机构 是设计的难点之一 其脱模机构复杂程度视成型制品复杂程度而定 浇注系统分为两 大类 固化后的浇注系统和制品一同从模具中取出的浇注系统称之为冷流道浇注系统 而在模具内通过加热装置 保持流道内的树脂为熔融状态的称之为热流道浇注系统 塑件上有与开模方向不同的内外侧孔或侧凹 塑件不能直接脱模 必须将成型侧孔或 侧凹的零件在塑件脱模前先抽出 然后再脱出塑件 完成侧抽芯和复位的机构称为侧 向分型与抽芯机构现代生产中 合理的加工工艺 高效的设备 先进的模具是必不可 少的三项重要因素 尤其是模具对实现材料加工工艺要求 塑料制件的使用要求和造 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有可能 发挥其作用 产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的 由于制件品种和 产量需求很大 对模具业提出了越来越高的要求 因此促进模具的不断向前发展 近年来 模具增长十分迅速 高效率 自动化 大型 微型 精密 高寿命的模 具在整个模具产量中所占的比重越来越大 从模具设计和制造角度来看 模具的发展 趋势可分为加深理论研究 高效率 自动化 大型 超小型及高精度 革新模具制造 工艺 标准化等 5 2 塑件的工艺性分析 对塑料进行分析是模具设计的基础工作 是决定模具结构形状和所采用加工艺艺 的依据 所以对塑件分析非常重要 塑件如图 1 所示 4 图 1 洗衣机把手 Figure 1 Washing hands 2 1 塑件实体分析 1 结构分析 该塑件是一塑料洗衣机把手 塑件壁厚差别较大 生产批量中等 材料苯乙烯 丁二稀 丙烯晴共聚物 ABSABS 成型工艺性能很好 可以注射成型 图 2 1 为其制成品形状剖视图和侧视图 从其形状上看 外形较复杂 侧壁具有凹槽结 构 下部具有斜孔结构 2 尺寸精度分析 该零件的尺寸精度比较低一般为 5 级 对应的模具相关零件 的尺寸加工可以保证 3 表面质量分析 该塑件要求外观无明显缺陷 表面粗糙度为 塑件无4 0 a R 毛刺 内部无粗糙度要求 容易实现 2 2 塑件原材料的分析 1 基本性能 ABS 是由丙烯 丁二烯 苯乙烯三种单体共聚而成的 这三种 组分的各自特性 使 ABS 具有良好的综合理学性能 丙烯腈使 ABS 有良好的耐腐蚀性 耐热性及表面硬度 丁二烯使 ABS 坚韧 苯乙烯使 ABS 有良好的加工性和染色性能 ABS 价格便宜原料易得 是目前产量最大 应用范围最广的工程塑料之一 是一种良 好的热塑性塑料 ABS 无毒 无气味 呈微黄色 成型的塑料有较好的光泽 不透明 密度为 1 02 1 05 既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性 耐寒性 耐油性 耐水 3 cmg 性 化学稳定性和电气性能 水 无机盐 碱 酸类对 ABS 几乎没有影响 ABS 不溶 5 于大部分醇类及烃类溶剂 但与烃长期接触会软化溶胀 在酮 醛 酯 氯代烃中会 溶解或形成乳浊液 ABS 表面受冰醋酸 植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂 ABS 有一定的硬度 他的热变形温度比聚苯乙烯 聚氯乙烯 聚酰胺等高 尺寸稳定 性较好 易于成型加工 经过调色配成任何颜色 其缺点是耐热性不高 连续工作温 度为 70左右 热变形温度约为 93耐气候性差 在紫外线作用下 ABS 易变硬发C C 脆 6 ABS 的性能指标 1 密度 1 02 1 05 收缩率 熔点 3 dmKg 8 0 3 0C 160 130 弯曲强度 80Mpa 拉伸强度 3549Mpa 拉伸弹性模量 1 8Gpa 弯曲弹性模量 1 4Gpa 压缩强度 1839Mpa 缺口冲击强度 1120 硬度 6286HRR 体积 2 mkJ 电阻系数 缩率 范围内 ABS 的热变形温度为 93118 制cm 13 10 0 0 0 0 8 0 4 0 品经退火处理后还可提高 10 左右 ABS 在 40 时仍能表现出一定的韧性 可 在 40100 的温度范围内使用 2 主要用途 ABS 在机械工业上用来制造齿轮 泵业轮 轴承 把手 管道 电机外壳 蓄电池槽 冷藏库和冰箱衬里等 汽车工业上用ABS 制造汽车挡泥板 扶手 热空气调节导管等 还可用ABS 夹层板制小轿车车身 ABS 还可用来制造 水表壳 纺织器材 电器零件 玩具 电子琴及收录机壳体 食品包装容器 农药 喷雾器及家具等 3 成型特点 ABS 易吸水 使成型塑件表面出现斑痕 云纹等缺陷 因此 成 型加工前应进行干燥处理 ABS 在升温时黏度增高 黏度对剪切速率的依赖性很强 因此模具设计中大都采用点浇口形式 成型压力较高 塑件上的脱模斜度宜稍大 易 产生熔接痕 模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力 在正常的成型条 件下 壁厚 熔料温度对收缩率影响响及小 要求塑件精度高时 模具温度可控制在 5060 度 要求塑件光泽和耐热时 模具温度应控制在 6080 度 ABS 比热容低 塑化效率高 凝固也快 故成型周期短 7 2 3 ABS 材料的成型工艺参数 注射机类型 螺杆式 预热和干燥 温度 80 85 时间 2 3h 料筒温度 后段 150 170 6 中段 165 180 前段 180 200 喷嘴温度 170 180 模具温度 50 80 注射压力 60 100 MPa 成型时间 注射时间 20 90s 高压时间 0 5s 冷却时间 20 120s 总周期 50 220s 螺杆转速 30r min 后处理 方法 红外线灯 烘箱 温度 70 时间 2 4h 2 3 1 溢边值 由于设计或制造精度的不合理 高压塑料熔体注入模腔后可能出现溢料 毛边 不同的熔体粘度不同 出现溢料所需的间隙不同 溢边值即是塑料可能出现溢料的最 小间隙值 模具设计和制造及使用时 模腔及分型面等处间隙不得大于此值 ABS 是 中等粘度的树脂材料 溢边值 0 04mm 左右 8 2 4 计算塑件的体积和质量及塑件注射机型号的确定 1 计算塑件的质量是为了选用注射机及确定型腔数 经计算该塑件的体积为 V 53 175 根据设计手册 可查得丙烯晴 丁二烯 苯乙烯三种单体共聚体密度 3 cm 为 P 1 02 1 05 得塑件质量 m pV 55 2g 3 cmg 2 塑件注射机型号的确定 查找 塑料模设计手册 和参考工厂的实际应用的情况 ABS 的成型工艺参数可 作如下选择 试模时 可根据实际的情况做的调整 9 表 1 常用国产注射机的技术规范 Tab 1 common domestic injection machine specification 注塑机型号 CJ80nc3 理论注射量 cm3 173 7 螺杆直径 mm 35 注射压力 Mpa 113 注射速率 g s 60 塑化能力 g s 5 6 螺杆转速 r min 14 200 喷嘴球半径 mm SR10 锁模力 KN 800 移模行程 mm 570 最大模厚 mm 300 最小模厚 mm 130 拉杆空内间距 mm 440 x340 定位孔直径 mm 55 喷嘴孔直径 mm 4 3 型腔数的确定及浇注系统设计 3 1 分型面的选择 模具设计中分型面的选择很关键 它决定了模具的结构 设计时应该改按照以下 原则进行分型面的选择 10 1 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 避免模具结构复杂 2 分型面应便于塑件的脱模 3 分型面得选择应有利于侧向分型和抽芯 4 分型面得选择应保证塑件的质量 5 分型面得选择应应有利于防止溢料 6 分型面的选择应该有利于排气 7 分型面的选择应尽量使成型零件易于加工 3 2 型腔数目的确定 注射机选择完以后 就可以根据注射机的性能参数 注射机的塑化速率 最大注 射量及锁模力 塑件精度等级 在模具中每增加一个型腔 塑件精度要降低 4 来 确定模具的型腔数量 11 计算塑件的质量是为了选用注射机及确定型腔数 经计算该塑件的体积为 V 53175 根据设计手册 可查得丙烯晴 丁二烯 苯乙烯三种单体共聚体密度为 3 mm 1 02 1 05 3 cmg 8 按注射机的最大注射量确定型腔数目 根据公式 12 n K M p M m 1 1 1 式中 K 注射机最大注射量利用系数 一般取 0 8 Mp 注射机最大注射量 M 浇注系统凝料量 1 m 单个塑件的体积 已知 Mp 173 m 53 1 取 M1 为 4 6 3 cm 3 cm 3 cm 可求出 n 2 即一模两腔 3 3 浇注系统的设计 浇注系统由浇道 主流道 分流道 浇口组成 从注塑机喷嘴至模具型腔的熔 融树脂流路称之为流道 其浇口套内树脂流路称之为主流道 其余部分称之为分流道 分流道末端通向型腔的节流孔称之为浇口 在不通向型腔的分流道末端设置冷料井 浇注系统分为两大类 制品与固化的浇注系统一同从模具中取出的浇注系统称之为冷 流道浇注系统 通过加热装置保持流道中树脂为熔融状态的称之为热流道浇注系统 浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔各处 以便获得外形轮廓清晰 内在质量优良的塑件 因此要求充模速度快而有序 压力损失小 热量散失少 排气 条件好 浇注系统凝料易于与塑件分离或切除 且在塑件上留下浇口痕迹小 13 3 3 1 主流道设计 主流道是指连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔体通道 是熔体注入模具最先经过 的一段流道 其形状 大小会直接影响熔体的流动速度和注射时间 注射机的喷嘴头部与主流道衬套的凹下的球面半径 R 相接触 二者必须匹配 无 漏料 一般要求主衬套球面半径比喷嘴球面半径大 1 2mm 主流道进口直径 d 比注射机 喷嘴出口直径 d 应大 0 5 1mm 其作用 一是补偿喷嘴与主流道的对中误差 二是为 了便于流道凝料的脱出 主流道设计成锥形 锥角一般为 2 6 表面粗糙度 Ra10h 3 浇口长度 L 浇口的长度 L 尽量短 对减小塑料熔体流动阻力和增大流速均 有利 通常取 L 0 5 2mm 经过综合考虑和分析选择点浇口 优点 1 浇口位置选择自由度大 2 浇口能与胶件自行分离 3 浇口痕迹小 4 浇口位置附近应力小 缺点 1 注射压力较大 2 一般须采用三板模结构 结构复杂 参数 1 浇口直径 d 一般为 0 8 1 5 mm 2 浇口长度 L 为 0 8 1 2 mm 3 为了便于浇口齐根拉断 应该给浇口做一锥度 大小 15 20 左右 浇 口与流道相接处圆弧 R1 连接 使针点浇口拉断时不致损伤胶件 R2 为 1 5 2 0 mm R3 为 2 5 3 0 mm 深度 h 0 6 0 8 mm 应用 常应用于较大的面 底壳 合理地分配浇口有助于减少流动路径的长度 获得较理想的熔接痕分布 也可用于长桶形的胶件 以改善排气 17 3 4 2 浇口位置的选择 进料位置的确定应遵循以下几个原则 1 浇口的尺寸及位置的选择应避免料流产生喷射和蠕动 13 2 浇口应开设在塑件断面较厚的部位 有利于熔体流动和补料 3 浇口位置的选择应使塑料流程最短 料流变向最少 4 浇口位置的选择应有利于型腔内气体的排出 5 浇口位置的选择应减少或避免塑件的熔接痕 增加熔接牢靠度 6 浇口位置的选择就防止料流将型芯或嵌件挤压变形 综上所述模具采用点浇口进料 浇口设置在塑件上部的中心处 以使熔体流动均匀 填充快 降低变形机率 脱模时浇口凝料自动拉断 提高生产率 4 侧向分型与抽芯机构的设计 4 1 1 侧向分型与抽芯方式侧向分型与抽芯方式 侧抽芯机构的分类 按侧抽芯动力来源分为手动抽芯 机动抽芯和液压抽芯三类 1 手动抽芯机构 开模前人工取出侧型芯或开模后将塑件与侧型芯一同顶出 模外手工抽出侧型芯 合模前再将侧型芯装入模体 手动抽芯机构的特点是结构简单 模具成本低 制模周期短 但其注射效率低 抽芯力小 劳动强度大 生产效率低 不能自动化生产 只在小批量生产或试制性生产时采用 2 机动侧抽芯机构 开模时依靠注射机的开模力 通过抽芯机构机械零件的 传动使侧型芯垂直开模方向移动而抽出 根据抽芯方式及机械结构的不同分为斜导柱 式 弯拉杆式 弯拉板式 斜滑块式 顶出式及齿轮齿条式抽芯机构等 其特点是动 作可靠 抽芯力大 操作方便 劳动强度低 成型效率高 易实现自动化 但结构较 复杂 制模难度较大 3 液压或气动侧抽芯机构 依靠液压或气动装置为动力将侧型芯抽出 其特 点是传动平稳 抽芯距和抽芯力较大 抽芯动作不受开模时间限制 需配备整套液压 或气动装置 成本较高 4 2 侧向分型与侧抽芯机构的类型的选用 根据产品的机构特点 本设计选用斜导柱与滑块抽芯分型 利用注射机的开模力 作为动力和开模行程 通过斜导柱等零件 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 这类机构结构复杂 但不需要特别的设备 而且生产率高 在生产中应用广泛 18 4 3 斜导柱的设计 4 3 1 斜导柱的基本形式 14 固定于模板内的部分 与模板内的安装孔采取 H7 m6 的过度配合 其它部分为 完成抽芯所需的工作部分长度 斜导柱的端部具有锥角部分长度 为和模时斜导柱能 顺利插入侧滑块斜倒孔而设计 锥角度常比倾斜角大 2 3 侧滑块与斜导柱工作 部分采用 H8 f7 配合或留有 0 5 1mm 的间限 19 斜导柱的基本形式如图 4 所示 图 4 斜导柱 Figure 4 The drawing of Obique Guides 4 3 2 斜导柱倾斜角的选择 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 a 它是决定斜导柱抽芯机构中工作效果的重要参数 a 的大小对斜导柱的有效工 作长度 抽芯距 受力状况等起着直接的重要影响 通过受力分析与理论计算可知 斜导柱的倾斜角 a 取 15 左右比较理想 一般在 设计时取 a 15 最常用的是 12 a 22 斜导柱倾斜角 a 的选择不仅与抽芯 距合斜导柱有关 而且决定斜导柱的受力情况 综上所述 应该取倾斜角 a 15 如 图 5 所示 4 3 3 斜导柱的计算 斜导柱长度的计算如图 6 所示 斜导柱直径的设计 d 根据材料力学 可推出斜导柱直径 d 的计算公式为 20 15 2 3 1 0COSa FL d 2 式中 d 斜导柱的直径 mm F 抽出侧向型芯的抽拔力 N L 斜导柱的弯曲力臂 mm 图 5 斜导柱倾斜角 Figure 5 Obique Guides Tilt angle 斜导柱的许用应力 对于碳素钢可取 140 106Pa a 斜导柱倾斜角 又因为 3 achpFsincos 3 式中 c 侧型芯成型部分的截面平均周长 mm 16 P 塑件对型芯单位面积上的包紧力 一般情况 模外冷却的塑件 p 约 24 3 模外冷却的塑件 p 约取 8 12Mpa 本塑件取 30Mpa 塑料对模具的摩擦系数约为 0 1 0 3 故 求的 F 790N 则 d 14 79mm 可取 d 为 16mm 4 斜导柱长度的计算 斜导柱长度根据抽芯距 s 斜导柱的直径 d 固定轴件 直径倾斜度 a 以及安装模板厚度 h 来确定 L L1 L2 L3 L4 L5 10 5 sin2cos2a s tga d a h tga D 10 5 sin 30 2 10 cos 35 2 15 a tga a tga 4 4 式中 D 斜导柱固定端的大端直径 mm h 斜导柱固定模板的厚度 mm s 抽芯距 mm 根据上式斜导柱长度 L 可取 71mm 17 图 6 斜导柱长度 Figure 6 Oblique Guides Length 4 4 侧滑块的设计 侧滑块是斜导柱侧向分型与抽芯机构中的一个重要部件 一般情况下它与侧向型 芯组合成侧滑块型芯 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 最广泛的是 T 型滑块 如图 7 所示 21 18 图 7 侧滑块 Figure 7 Side of the slider 侧型芯是模具的成型零件 常用 T8 T10 45 钢 CrWMn P20 等制造 热处理硬 度要求大于 50HRC 这里选用 T10 侧滑块采用 45 钢 T8 T10 等材料制造 硬度要求 大于 40HRC 这里选用 45 钢 镶拼组合的粗糙度 Ra 为 0 8um 镶入的配合精度为 H7 m6 5 模具成型零件的设计 模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件 成型零件包括凹模 型芯 镶件 成型杆和成型环等 成型过程中成型零件受到塑料熔体的高压作用 料 流的冲刷 脱模时与塑件间发生摩擦 因此 成型零件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 此外还要求成型零件具有合理的结构和良好的加工 工艺性 具有足够的强度 刚度和表面硬度 模具整体结构如图 8 所示 5 1 型腔 凹模 与型芯 凸模 的结构设计 凹模是成型塑件外轮廓的零件 按其结构可分为整体式和组合式两大类 本设计 综合各种因素 型腔采用组合式 使得型腔板结构简单 便于加工制造 型芯是指注射模中成型塑料制品有较大内表面的凸状零件 它又称主型芯 型芯有 整体式和组合式两类 1 整体式型芯 将型芯与模板制成一体 其结构牢固 但工艺性较差 同时模具 材料耗费多 这类型的型芯主要用于形状简单的单型腔模具 2 组合式型芯 可以分为整体式嵌入型芯和镶拼式 这种类型型芯可以节约贵重 的模具材料 便于加工 尺寸精度容易保证 由于本模具的型芯式用来成型斜孔 故设计时采用镶拼式组合结构 19 图 8 模具整体结构 Figure 8 Mould structure 5 2 成型零件的工作尺寸计算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸 主要有型腔和型 芯的径向尺寸 包括矩形和异形零件的长和宽 型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯和型芯之间的尺寸等 任何塑件都有一定的几何形状和尺寸精度的要求 如有配 合要求的尺寸 则精度要求较高 在模具设计时 应根据塑件的尺寸精度等级确定模 具成型零件工作尺寸的依据 影响塑件尺寸精度的主要因素相当复杂 这些因素应作 为确定成型零件工作尺寸的依据 影响塑件尺寸精度的主要因素有如下几个方面 1 塑件收缩率所引起的尺寸误差 s 2 模具成型零件的制造误差 z 3 模具成型零件的磨损 c 4 模具安装配合的误差 j 20 在计算型腔和型芯工作尺寸之前 对塑件各重要尺寸应按机械设计中最大实体 原则进行转化 即塑件外形尺寸 名义尺寸 为最大尺寸 其公差 为负值 塑件 的内腔尺寸 名义尺寸 为最小尺寸 其公差 为正值 中心距尺寸为公称尺寸 其公差为正负 3 5 3 型腔 型芯工作尺寸计算 ABS 塑料的收宿率 0 4 0 8 平均收宿率 0 8 0 4 2 0 2 S 5 L 1 L 3 4 116 13mm m Z 0 S s Z 0 66 0 0 6 H 1 H 3 4 31 95mm m z 0 S s Z 0 033 0 0 7 l 1 l 3 4 91 26mm m 0 z S s 0 z 0 66 0 8 h 1 h 3 4 24 45mm 9 m 0 z S s 0 z 0 033 0 L 模具型腔径向基本尺寸 mm m L 塑件外表面的径向基本尺寸 mm s 塑件平均宿率 mm S 塑件内 外表面径向基本尺寸的公差 mm 成型零件公差 一般取 3 mm l 模具型芯径向基本尺寸 mm m l 塑件内表面的径向基本尺寸 mm s H 模具型腔深度基本尺寸 mm m H 塑件凸起部分高度基本尺寸 mm s h 模具型芯高度基本尺寸 mm m h 塑件孔或凹槽深度基本尺寸 mm s 型腔 钢材选用 P20 使用数控精雕及电火花加工成型 型芯 钢材选用 P20 使用数控精雕及电火花加工成型 5 4 型腔壁厚校核及型腔固定板及型芯固定板厚度校核 1 在注射成型过程中 型腔主要承受塑料熔体的压力 因此模具型腔应该具有 21 足够的强度和刚度 如果型腔壁厚和底板的厚度不够 当型腔中产生的内应力超过型 腔材料本身的许应用力 型腔将导致塑件变形 甚至开裂 与此同时 若刚度不足将 导致过大的弹性变形 从而产生型腔向外膨胀或溢聊间限 因此 有必要对型腔进行 强度和刚度的计算 根据公式 S 0 31l HE hPl p 32 4 3 1 HE hPl p 3 1 10 25i p 2 i 0 45 0 01W 2w5 1 11 W 影响模具变形最大尺寸 mm 注射模具刚度计算的许用变形量 mm p P 模具型腔内最大熔体压力 MPa E 模具钢材的弹性模量 MPa0 H 型腔深度 mm 25i 0 45 25 70 0 001 70 50 10 28 04 10 p 2 5 1 3 3 因为现在型腔高度 H 31 95mm S 0 31l 13 68 HE hPl p 32 4 3 1 HE hPl p 3 1 小于型腔的最小臂厚 18mm 所以满足条件 2 型腔固定板及型芯固定板厚度校核 同样有必要对型腔固定板及型芯固定板进 行相关校核 利用刚度公式 T 0 54L 12 HE hPl p 32 4 3 1 0 BE hLPl p 0 4 3 1 25i p 2 i 0 45 0 01W 2w5 1 L 凹模 动模 型腔长边长度 mm 0 B 凸模 动模 短边长度 mm 25i 0 45 25 250 0 001 50 10 40 19 10 p 2 5 1 3 3 22 T 0 54L 0 54 70 HE hPl p 32 4 3 1 0 BE hLPl p 0 4 3 1 2501019 40101 2 705050 33 16 48 小于型腔固定板及动模固定板厚度 60mm 所以满足条件 6 导向与推出机构的设计 6 1 导柱的设计 导柱导向部分的长度应该比凸模端面的高度高出 8 12cm 以免出现导柱未导 正方向而型芯先进入型腔的情况 导柱前端应做成锥台形 以使导柱能够顺利进入导 向孔 导柱应该具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯 因此多采用 20 钢 经表面渗碳淬火处理 硬度为 50 55HRC 图 9 导柱的设计 Figure 9 Guide pin 6 2 推出机构的设计 在注射成型的每一个循环中 都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出 模具中 这种脱出塑件的机构称为脱模机构 或称推出 顶出机构 推出是注射成型过程中 的最后一个环节 推出质量的好坏将最后决定塑件的质量 因此 塑件的推出是不可 忽视的 在设计脱模推出机构时应遵循下列原则 1 推出机构应尽量设置在动模一侧 由于推出机构的动作是通过装在注射机 合模机构上的顶杆来驱动的 所以一般情况下 推出机构设置在动模一侧 因此 在 分型面设计时应尽量注意 开模后使塑件能留在动模一侧 2 保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形 不损 坏 设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小 合理的选择推出方式及 推出位置 23 3 机构简单 动作可靠 推出机构应使推出动作可靠 灵活 制造方便 机 构本身要有足够的强度 刚度和硬度 以承受推出过程中的各种力的作用 确保塑件 顺利脱模 4 良好的塑件外观 推出塑件的位置应尽量设在塑件内部或隐蔽面和非装饰 面 对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择 以免推出痕迹影响塑件的 外观质量 5 合模时的正确复位 设计推出机构时 还必须考虑合模时机构的正确复位 并保证不与其他模具零件相干涉 综上所述我们采用斜推杆推出机构 根据推杆本身的刚度和强度要求 推杆装入 模具后 起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔 0 05 0 1cm 6 2 1 斜推杆 斜推杆柱的斜角一般为 5 10 最大不得超过 15 本设计采用 15 斜推 杆的尺寸如下图所示 在本设计中 虽然推杆长度很高 但是由于尺寸比较小 且推 杆的宽度相对于塑件足够大 故完全符合其强度 刚度的要求 但在模具中则考虑其 他尺寸的装配 材料多采用优质钢材T8A T10以及 20 号钢渗碳处理 淬火硬度 55HRC以上 表面粗糙度要求Ra1 6 具体形式如图 10 所示下 22 图 10 斜推杆 Figure 10 Oblique putter 24 1 最小开模行程计算 最小开模行程是指抽出侧滑块所必需的开模运动距离H 其公式如下式中 13 ctgSH H 最小开模行程 mm S 抽拔距 为 7mm 斜推杆斜度 15 mmctgH55517 2 斜推杆的强度校核 其公式如下 3 1 1 0 d LN W M 14 14 式中 斜推杆的强度 MPa L1 力臂长度 m d 斜推杆的长度 m MPa5 78 009 01 0 017 055 336 3 而钢材的许用应力为 200MPa 所以选取的斜推杆直径符合要求 7 冷却系统的设计 模具的温度控制是提高产品质量 提高生产效率的一个有效途径 模具的温度明 显地影响了收缩率 表面光泽 内应力 充填难易以及注塑周期等 如果对模具温度 不加控制 就会在模塑过程中使注塑条件改变 使产品质量和生产效率下降 因而 良好的模具设计和注塑工艺应该包括严格合理的模具温度控制 它的合理控制应能达 到令人满意的效果 改善成型 模具具有和注塑适应的温度能改善流动性能 产品质量稳定 模具温度的变动将影响塑料的收缩 对于结晶料尤其如此 模 具温度恒定 均匀 将使收缩率稳定 产品质量稳定 减少应力变形 均匀恒定的温度使收缩均匀 应力减少 变形量减少 改善外观质量 合理的模具温度能使塑件表面光泽提高 冷流痕减少 尤其对 于透明件更为有益 提高塑件物理性能 模具温度在合适条件下使塑料处于较佳的物理状态 25 提高生产效率 模具温度在很大程度上控制制品的冷却脱模时间 如果能保持 在相对较低的水平 则能使生产周期缩短 生产效率提高 23 模具中冷却通道设计有两条基本原则 即冷却要迅速 冷却要均匀 使模具迅速冷却就是要在比较短的时间内使模具摄取的过多的热量被带走 模具 的绝大部分热量由循环通道内的冷却介质带走 可以忽略自然对流 热辐射和模具与 注塑机之间的热传递造成的热量损失 所以 迅速冷却只有通过较多的冷却通道 表 面积 和较大的流量 以及适当的介质温度来达到 任何情况下 尽量开设多而大且均匀布置的冷却孔道 孔道密不仅加大了冷却 面积 而且使冷却孔道布置变得均匀 模腔表面温度也变得均匀 而较大直径的冷却 孔也能达到同样的目的 使等温线变得较平坦 因此在满足结构要求的情况下 冷却 孔应多且大 尽可能使冷却孔道中心距小于 5 倍直径 冷却孔分布对模具温度均匀的 影响 图 11 冷却孔对模具温度均匀性的影响 Fingure 11 Cooling hole distribution on the mold temperature uniformity of 冷却孔至型腔表面距离均匀 塑件厚度均匀时 冷却孔至型腔表面距离均匀 能使冷却均匀 塑件厚度不均匀时 壁厚处应当加强冷却 但距离太小也是不利的 一般情况下都要大于 10 20mm 但大于 3 倍直径时就会大大降低冷却速率 因此距离 也不宜太大 加强靠近浇口处的冷却 在模具上浇口附近温度最高 因而要加强冷却 降低出入冷却介质温差 一般情况下 模具上冷却孔串联在一起比较好 因为 并联后单独控制比较麻烦 难以保持一致 以至影响冷却的均匀性 对于本设计的塑料把手的冷却 考虑到制件的体积不大 我们在定模板上设置冷 却通道 这种模具体内直接设置冷却通道可以使结构简单 便于制造 而且设计成本 低 冷却效果好 达到一个接近完美的效果 设计冷却水道直径为 4mm 符合要求 24 设计如图 12 所示 26 8 注射机及各个参数的校核 8 1 最大注射量校核 为确保塑件质量 注射模一次成型的塑料重量应在公称注射量的 30 75 范围内 最大可达 85 最低不应小于 10 即保证塑件质量 又充分发挥设备的能力 选在 50 80 范围内为好 经过计算在合理范围内 8 2 注射压力校核 所选用的注射机的注射压力必须大于成型塑件的注射压力 每种塑料都有适于成 型的压力 具体塑件所需成型压力范围不仅与塑料品种有关 也与塑件形状 壁厚及 浇注系统断面积大型和长度有关 根据经验 成型所需注塑压力大致为 70 150MPa 对于 ABS 所需注射压力为 100MPa 注射机的注射压力为 113MPa 因此注射压力校核 合理 图 12 冷却水道的布置 Figure 12 Arrangement of cooling water 8 3 锁模力校核 高压塑料熔体充满模腔时 沿锁模方向产生的很大作用力总是试图使模具出现涨 27 模溢料现象 为了锁模可靠 应该使塑料熔体对型腔的成型压力与塑料盒浇注系统在 分型面的投影面积之和的乘积小于注塑机的额定锁模力 F K A P K nA1 A2 P 15 mm F 额定锁模力 N P型腔平均压力 Pa m A 塑件和浇注系统在分型面上投影面积之和 mm 2 A 为单个塑件在分型面上的投影面积 mm 1 2 A 浇注系统在分型面上的投影面积 mm 2 2 K 安全系数 K 1 1 1 2 根据单型腔的统计分析 A 是每个塑件在分型面上的投影面积 A 的 0 2 0 5 倍 21 因此可用 0 4nA 来进行估算 1 A 80 100 8000 mm A 0 4 8000 3200 mm 1 2 2 2 所以 A nA A 8000 3200 11200 mm 12 2 根据型腔平均计算压力选用 P 35MPa 于是得 m F K A Pm 1 1 11200 431 2 800KN 因此合理 8 4 按装参数校核 每台注射机都有一个允许安装的模具范围 所设计的模具厚度应在这允许范围内 即 Hmin H Hmax H 为模具高度 Hmin Hmax 分别是注射机允许安装的最大和最小模具厚度 已知模具高度 H 262mm Hmax 340 Hmin 200mm 满足条件 模具的外形长 宽尺寸也不能太大 应考虑与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适应 校核其能否穿过拉杆空间装到模板上 8 5 开模行程校核 注射机的开模行程是有限的 取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开 模距离 S H H a 10 16 12 H 塑件推出的距离 1 H 塑件高度 2 a 第一次分型距离 S H H a 10 158 270 因此校核合理 12 28 9 塑料模材料及选用 9 1 模具成型零件对材料的要求 对塑料模成型零件的材料有以下基本要求 1 具有一定的耐热性和小的热膨胀系数 2 热处理变形和开裂倾向小 在使用过程中尺寸稳定性好 对高精度的塑料制 品 模具尺寸值允许微小的变化 3 具有优良的切削加工性能以及表面装饰纹加工性 4 耐腐蚀性好 尤其在模具成型中会产生腐蚀性气体的塑料 对模具的耐蚀性 要求较高 5 抛光性能要好 塑件要求有良好的光泽和表面状态 模具必须很好的镀铬抛 光 6 具有足够的强度 刚度 耐疲劳性 和足够的硬度 耐磨性 对于成型含有 硬质填料的增强塑料应具有更高的耐磨性因此选用钢材不应粗糙的杂质和气孔 25 9 2 塑料模具的选材 1 塑料模具成型零件 型腔 型芯 的选材 表 3 成型零件的选材 Tab 3 Forming part of the selection 零件名称材料牌号热处理方法硬度说明 调质216 260HB 45 淬火43 48HRC 用于形状简单 要求不高的 型腔 型芯 T8A T10A淬火54 58HRC形状简单的小型腔 型芯 型腔 CrWMn 40Cr 4Cr5MoSiV 淬火 5CrMnMo 型芯 20CrMnTi 渗碳 淬火 54 58HRC用于形状复杂 要求热处理 变形小的型腔 型芯或镶件 2 导向零件的选材 表 4 导向零件的选材 Tab 4 The oriented part of the selection 零件名称材料牌号热处理方法硬度 29 T8A T10A淬火50 55HRC 导柱 20Cr渗碳 淬火50 55HRC 导套T8A T10A淬火50 55HRC 3 浇注系统零件的选材 主流道衬套选用 T8A T10A 热处理采用淬火 硬度达到 53 57HRC 4 模板零件的选材 表 5 模板零件的选材 Tab 5 The template part of the selection 续表 5 5 侧向分型与抽芯机构的选材 斜滑块选用 40Cr 热处理采用淬火 硬度达到 54 58HRC 6 推出机构零件的选材 表 6 推出机构的选材 Tab 6 The introduced organizations of the selection 零件名称材料牌号热处理方法硬度 推杆T8A T10A淬火52 54HRC 推板T8A淬火47 48HRC 推块 复位杆45 T8A淬火43 48HRC 推杆固定板45 Q235A 7 其它零件 表 7 其他零件的选材 Tab 7 Other parts of the selection 零件名称材料牌号热处理方法硬度 零件名称材料牌号热处理方法硬度 垫板 支承板 45淬火43 48HRC 动 定模板 动 定模座板 Q235调质230 270HB 固定板45调质230 270HB Q235A 垫块45 Q235A 推件板T8A T10A淬火54 58HRC 45调质230 270HB 30 定位圈T8A调质52 54HRC 各螺钉45淬火43 48HRC 浇口套45淬火43 48HRC 弹 簧65Mn 8 该套模具所用材料的性能比较 表 8 材料性能比较 Tab 8 Comparison of material properties 钢号切削加工性淬透性淬火不变形性耐磨性耐热性 Q235A优差差 45优差差中差 T8A优差差中差 T10A良差差良差 40Cr良优优优良 10 结论 毕业设计是大学四年的最后一个必修课程环节 当然也是最重要的一个环节 是 对四年所学课程的一个粗略检测 为此 本人也进行了较为充分的准备 在指导师陈 文凯副教授的细心指导下 终于初步完成了 本次设计也是对四年自我学习的一个总 结 对提高自己的设计能力 实际动手能力都很有意义 同时对以后工作中将会遇到 的问题 有了一个提前的锻炼 在设计过程中 最深刻的体会是 理论与实际相结合的重要性 理论转化到实际 的难度比想象的大 同时也反映出自我设计的基本功和设计经验还有待提高 但是美 中不足的是 由于本人设计能力有限 在加上资料上的贫乏 经验上的不足 即使是 最简单的机构也有一些问题不甚了解 所以造成了设计中存在很多缺点和漏洞 还有 待完善 通过这次设计 学到很多有用的东西 对于以后工作中可能会遇到的问题 知道 要如何去解决 在设计时要一丝不苟 才能高质量的完成一件工作 总之这次设计对我来说 是一次很好的成长 参考文献 1 王树勋等 典型模具结构图册 M 广州 华南理工大学出版社 2005 4 6 31 2 王广文等 塑料注射模具设计技巧与实例 M 北京 化学工业出版社 2004 1 3 3