塑料模具设计.doc

塑料注射模具设计塑料注射模具设计与制造实例通过一个典型的塑料制品，介绍了从塑件成型工艺分析到确定模具的主要结构，最后绘制出模具图的塑料注射模具设计全过程。1. 塑件的工艺分析1.1塑件的成型工艺性分析塑件如图1所示。图1 塑件图产品名称：防护罩产品材料：ABS产品数量：较大批量生产塑件尺寸：如图1所示塑件重量：15克塑件颜色：红色塑件要求：塑件外侧表面光滑，下端外沿不允许有浇口痕迹。塑件允许最大脱模斜度0.51.1.1 塑件材料ABS的使用性能可参考简明塑料模具设计手册P30表1-13综合性能较好，冲击韧度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电气性能良好；易于成形和机械加工，与有机玻璃的熔接性良好，可作双色成形塑件，且表面可镀铬。适于制作一般机械零件、减摩耐磨零件、传动零件和电信结构零件。1.1.2 塑件材料ABS的加工特性可参考简明塑料模具设计手册P32表1-14l 无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。l 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。l 流动性中等，溢边料0.04 mm左右（流动性比聚苯乙烯，AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。l 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左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件，模温宜取5060，要求光泽及耐热型料宜取6080。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180230，注射压力为100140 MPa，螺杆式注塑机则取160220，70100 MPa为宜。l 模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。脱模斜度宜取2以上。1.2 塑件的成型工艺参数确定可参考简明塑料模具设计手册P54表1-18查手册得到ABS塑料的成型工艺参数：适用注射机类型 螺杆式密度 1.01 1.07 g/cm3；收缩率 0.3 0.8 % ；预热温度 80C 85C，预热时间 2 3 h ；料筒温度 后段150C170C，中段165C180C，前段180C200C；喷嘴温度 170C 180C；模具温度 50C 80C； 注射压力 60 100 MPa ；成型时间 注射时间20 90s ，保压时间0 5s ，冷却时间20 120s 。2 模具的基本结构及模架选择2.1 模具的基本结构2.1.1 确定成型方法塑件采用注射成型法生产。为保证塑件表面质量，使用点浇口成型，因此模具应为双分型面注射模（三板式注射模）。2.1.2 型腔布置塑件形状较简单，重量较轻，生产批量较大。所以应使用多型腔注射模具。考虑到塑件的侧面有10mm的圆孔，需侧向抽芯，所以模具采用一模二腔、平衡布置。这样模具尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。其布置如图2所示。图2 型腔布置2.1.3 确定分型面塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，本实例中塑件的分型面有多种选择，如图3所示。图3（a）的分型面选择在轴线上，这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹，影响塑件表面质量。同时这种分型面也使侧向抽芯困难；图3（b）的分型面选择在下端面，这样的选择使塑件的外表面可以在整体凹模型腔内成型，塑件大部分外表面光滑，仅在侧向抽芯处留有分型面痕迹。同时侧向抽芯容易，而且塑件脱模方便。因此塑件选择如图3（b）所示的分型面。 （a） （b） 图3 分型面选择2.1.4 选择浇注系统塑件采用点浇口成型，其浇注系统如图4所示。点浇口直径为0.8mm，点浇口长度为1mm，头部球R1.52 mm。分流道采用半圆截面流道，其半径R为3 3.5mm。主流道为圆锥形，锥角为6，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径6 8 mm。图4 点浇口浇注系统2.1.5 确定推出方式由于塑件形状为圆壳形而且壁厚较薄，使用推杆推出容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用。所以选择推件板推出机构完成塑件的推出，这种方法结构简单、推出力均匀，塑件在推出时变形小，推出可靠。2.1.6 侧向抽芯机构塑件的侧面有10mm的圆孔，因此模具应有侧向抽芯机构，由于抽出距离较短，抽出力较小，所以采用斜导柱、滑块抽芯机构。斜导柱装在定模板上，滑块装在推件板上。2.1.7 模具的结构形式 模具结构为双分型面注射模，如图5所示。图5 双分型面注射模模具结构1拉杆 2导套 3定模板（中间板） 4螺钉 5推件板 6复位杆7动模板 8支承板 9推杆固定板 10推板 11垫块 12动模座板13导柱 14导套 15导套 16定模做板 17脱出板 18导套19导柱 20限位螺钉2.1.8 选择成型设备“注射机的选用”可参考简明塑料模具设计手册P133，P128表3-4 选用G54-S200/400型卧式注射机，其有关参数为：额定注射量 200/400 cm3 ；注射压力 109 MPa ；锁模力 2540 kN ；最大注射面积 645 cm2 ；模具厚度 165 406 mm ；最大开合模行程 260 mm ；喷嘴圆弧半径 18 mm ；喷嘴孔直径 4 mm ；拉杆间距：290368 mm 。2.2 选择模架2.2.1 模架的结构可参考简明塑料模具设计手册P418表10-110-6 模架的结构如图6所示。图6 模架2.2.2 模架安装尺寸校核 模具外型尺寸为，长300 mm、宽250 mm、高345 mm，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便地安装在注射机上。3 模具结构、尺寸的设计计算3.1 模具结构设计计算3.1.1 型腔结构见装配图所示，型腔由定模板4、定模镶件26和滑块19共三部分组成。定模板4和滑块19构成塑件的侧壁，定模镶件26成型塑件的顶部，而且点浇口开在定模镶件上，这样使加工方便，有利于型腔的抛光。定模镶件可以更换，提高了模具的使用寿命。3.1.2 型芯结构见装配图所示，型芯由动模板16上的孔固定。型芯于推件板18采用锥面配合，以保证配合紧密，防止塑件产生飞边。另外，锥面配合可以减少推件板在推件运动时与型芯之间的磨损。型芯中心开有冷却水孔，用来强制冷却型芯。3.1.3 斜导柱、滑块结构 见装配图。3.1.4 模具的导向结构为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱1和导套2导向定位。推件板18上装有导套6，推出时，导套6在导柱1上运动，保证了推件板的运动精度。定模座板上装有导柱30，为点浇口凝料推板24和定模板4的运动导向。3.1.5 结构强度计算 （略）3.2 模具成型尺寸设计计算可参考简明塑料模具设计手册P110表2-55取ABS的平均成型收缩率为0.6 %，塑件未注公差按照SJ1372中8级精度公差值选取。塑件尺寸如图1所示。3.2.1 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。1）40+0.26 40.26-0.26 2）R25+0.94 R25.94-0.94 3.2.2 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=0.5。1）50+1.2 51.2-1.2 2）45+1.2 46.2-1.2 3.2.3 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。1）36.8+0.26 36.8+0.26 2）10+0.52 10+0.523.2.4 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=0.5。1）48.4+1.2 48.4+1.2 2）15+0.68 15+0.68 3.3 模具加热、冷却系统的计算3.3.1 模具加热 一般生产ABS材料塑件的注射模具不需要外加热。3.3.2 模具冷却模具的冷却分为两部分，一部分是型腔的冷却，另一部分是型芯的冷却。型腔的冷却是由在定模板（中间板）上的两条10mm的冷却水道完成，如图7所示。图7 定模板冷却水道型芯的冷却如图8所示，在型芯内部开有16mm的冷却水孔，中间用隔水板2隔开，冷却水由支承板5上的10mm冷却水孔进入，沿着隔水板的一侧上升到型芯的上部，翻过隔水板，流入另一侧，再流回支承板上的冷却水孔。然后继续冷却第二个型芯，最后由支承板上的冷却水孔流出模具。型芯1与支承板5之间用密封圈3密封。图8 型芯的冷却1型芯 2隔水板 3密封圈 4动模板（型芯固定板） 5支承板4. 模具主要零件图及加工工艺规程4.1 模具定模板（中间板）零件图及加工工艺规程定模板（中间板）零件图如图9所示。 图9 定模板（中间板）零件图定模板（中间板）的加工工艺：（1）以基准角定位，加工52+0.02mm和40.31+0.09mm的型腔孔，可以采用坐标镗床或加工中心完成。（2）以基准角定位，加工宽32mm、长40mm、深25mm及宽10mm、深20.66-0.23mm的装配侧滑块孔，可以采用铣床或加工中心完成。（3）以基准角定位，加工宽32mm、长20mm、深40mm的斜楔装配孔及其上的M8螺钉沉孔，可以采用铣床和钻床完成。（4）钳工研配侧滑块和斜楔。（5）将侧滑块装入定模板侧滑块孔内锁紧固定，共同加工15mm的斜导柱孔，可以采用铣床或钻床完成。（6）以基准角定位，加工4-16mm孔，可以采用钻床或铣床完成。（7）加工2-10mm冷却水孔，由钻床或深孔钻床完成。4.2 模具侧滑块零件图及加工工艺规程侧滑块零件图如图10所示。图10 侧滑块零件图侧滑块加工工艺如下：（1）加工外形尺寸，由铣床或加工中心完成。（2）钳工研配，首先与推件板研配侧滑块的滑道部分，要求滑动灵活，无晃动间隙；其次研配侧滑块与型芯及定模板的配合，要求配合接触紧密，注射成型时不产生飞边；最后研配斜楔，要求斜楔在注射成型时锁紧侧滑块。（3）与定模板配钻斜导柱孔。（4）加工侧滑块的两个3mm定位凹孔。4.3 模具动模板（型芯固定板）零件图及加工工艺规程动模板（型芯固定板）零件图如图11所示。图11 动模板（型芯固定板）零件图动模板（型芯固定板）加工工艺如下：（1）以基准角定位，加工50+0.02mm和60mm的型芯固定孔，可以采用坐标镗床或加工中心完成。（2）以基准角定位，加工4-21mm孔，可采用镗床或钻床完成。（3）钳工装配型芯。5 模具总装图及模具的装配、试模5.1 模具总装图图12为模具的总体装配图。图12 模具图1导柱 2导套 3拉杆 4定模板（中间板） 5螺钉 6导套7复位杆 8动模座板 9螺钉 10推板 11推杆固定板 12垫块13支承板 14密封圈 15隔水板 16动模板（型芯固定板）17定位珠 18推件板 19侧滑块 20斜楔 21斜导柱 22型芯23螺钉 24脱出板 25定模座板 26定模镶件 27拉料杆28定位圈 29浇口套 30导柱 31导套 32导套 33限位螺钉5.2 模具的安装试模试模是模具制造中的一个重要环节，试模中的修改、补充和调整是对于模具设计的补充。5.2.1 试模前的准备试模前要对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与、于注射机的各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要求等要符合所选设备的技术条件。检查模具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活、可靠，起止位置的定位要正确。各镶嵌件、紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整，使之处于正常运转状态。5.2.2 模具的安装及调试 模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全过程。模具安装在注射机上要注意以下方面：1）模具的安装方位要满足设计图样的要求。2）模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。3）当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。4）模具带有液压油路接头、气路接头、热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作一侧，以免操作不方便。模具在注射机上的固定多采用螺钉、压板的形式，如图13所示。一般采用4- 8块压板，对称布置。图13模具固定1压板 2螺钉 3模具 4注射机模板模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活，定位装置是否能够有效作用，要注意以下方面：1）合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。2）活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确、可靠。3）开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具