圆珠笔笔管的注射模模具设计.doc

摘要塑料成型工艺与模具设计课程设计是我们在学完了大学的全部基础课、专业基础课以及专业课后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。我这次设计的是圆珠笔笔管的模具，有零件图、成型零部件，模具装配图各一张。首先我们要熟悉零件及其零件的材料，题目所给的零件是圆珠笔笔管。了解了圆珠笔笔管的作用，接下来根据零件的性质初定一种注射机，之后进行模具的设计与计算（包括型腔的数目与配置、分型面的位置、浇注系统的设计、排气系统、冷料穴的设计、成型零部件的设计、侧向分型与抽芯机构设计、脱模机构的设置、冷却系统的设计、压力机的校核），最后根据计算的结果画出装配图及其成型零部件。对于一个模具专业的即将毕业的学生来说，对塑料模的设计已经有了一个大概的了解。此次课程业设计，培养了我综合运用多学科理论、知识和技能，以解决较复杂的工程实际问题的能力，主要包括设计、实验研究方案的分析论证，原理综述，方案方法的拟定及依据材料的确定等。它培养了我树立正确的设计思想，勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神，掌握现代设计方法，适应社会对人才培养的需要。AbstractPlastic molding process and die design school curriculum design is that we finished all the basic course the University, professional basic courses and specialized courses conducted after. This is before we embark on graduate design curriculum subjects learned an in-depth and comprehensive general review, but also a theory of practical training. Therefore, he lives in our four-year university occupies an important position. My current design is the ball-point pen pen tube mold, there are parts drawing, molding parts, mold assembly drawing of one. First, we must familiarize themselves with parts and parts of the material, subject to the parts of the pen is a pen tube. Understanding of the role of ball-point pen pen tube, the next according to the nature of the initial list of components of a injection machine, after the mold design and calculations (including the number and configuration of the cavity, the location of the parting line, the design of gating system, exhaust systems, cold feed hole design, molding parts design, lateral sub-type and core-pulling mechanism design, stripping agency setting, the cooling system design, press checking), and finally draw the assembly according to the results of the calculation Figure and molding parts. For a mold professional graduating students, the right plastic mold design already has a general understanding. The graduation project to develop the integrated use of my multi-disciplinary theories, knowledge and skills to solve more complex engineering practical problems, mainly including the design, experimental research program analysis and demonstration, principle overview of the program method of preparation and basis of the material determination and so on. It has trained me to establish a correct design idea, the courage to practice, and the courage to explore and develop innovative spirit, master of modern design methodology, personnel training to adapt to societys needs.1 塑件的材料分析ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。（1）ABS树脂一般性能ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，计算收缩率为0.3%0.8%，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。（2）ABS树脂力学性能ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。 （3）ABS树脂热学性能ABS的热变形温度为93118，制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。 （4）ABS树脂电学性能ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 （5）ABS树脂环境性能ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。 （6）ABS塑料的加工性能ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。 ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度8085，时间24h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度7080，时间1818h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于7080的热风循环干燥箱内24h，再冷却至室温即可。表1.1 针对ABS树脂的加热料筒设定温度/喷嘴法兰盘料筒前部料筒中部料筒后部模具温度干燥温度成形压力/Mpa干燥时间/h250250250240220708056.2-175.83-4230-270230-270230-270220-265200-2402 注射机的选用及其注射机的参数确定由于卧式注射机的注射系统与合模机构的轴线重合并与地面平行，具有机身较低，加料、操作及其维修较方便，且制品顶出脱模后可自动坠落，易于实现机械化或自动化等优点，故选用卧式注射机。经过计算，制件单件的体积为V=7.53，质量 m=7.9g, 注射机一次所要注射熔融塑料的体积为V=n(+)=48.192,式中，n=4， =0.6则注射机理论注射量=V/0.8=60.24,可选用SZ-100/80型注射机，其参数如下：结构形式：卧式理论注射量/:100螺杆之间/mm：35注射压力/Mpa：170注射速率/（g/s）：95塑化能力/（g/s）：40螺杆转速/(r/min)：0200锁模力/KN：800拉杆内间距/mm：320*320移模行程/mm：305最大模具厚度/mm：300最小模具厚度/mm:170模具定位孔直径/mm：100喷嘴球半径/mm：SR10喷嘴口孔径/mm：4生产厂家：浙江塑料机械厂3 模具设计与计算圆珠笔笔管，其结构要求在一个方向上采用侧向抽芯机构进行成型与抽芯，且型芯较长。由于制件尺寸较小，管壁较薄，且ABS材料的流动性较好，注射模采用了点浇口浇注系统，因为塑件与浇注系统凝料需要分别脱模，故采用动模板、中间板、定模板组成的三板式注射模结构。3.1型腔的数目与配置型腔数量受注射机能力、塑件精度和生产的经济性等因素影响。本制件需要进行侧向抽芯，同时为兼顾生产效率，采用了一模四腔的结构。3.2分型面的位置一般情况下，分型面位置设置应遵循有利于制品脱模，开模后制品滞留在动模一侧，降低模具加工难度等原则，而且注射机的顶出结构应放在动模合模系统中，同时应尽量减少模腔（即制品）在分型面上的投影面积，以避免此面积接近或是超过注射机许用的最大注射面积而造成溢料。根据以上原则和本制品结构特点，为保证成型质量和侧向抽芯机构顺利脱模，该制品的分型位置设在对称剖制件的那个面。选择在该位置，虽然投影面积最大，但是本制件较小，不存在超过注射机许用注射面积而造成溢料的问题，同时也避免了采用脱螺纹装置。3.3浇注系统的设计3.3.1 主流道设计卧式注射机采用直浇口式主流道，其集合形状与尺寸参考塑料成型工艺与模具设计中的图6.3，其主要尺寸如下：主流道小端直径：d=注射机喷嘴口直径+（0.51mm）=5mm主流道球面半径：=注射机喷嘴球头半径+（12mm）=12mm球面配合高度：h=（35）mm，取h=4mm主流道大端直径D：主流道长度L的设计原则是小于60mm，故暂时取L为40mm；主流道的锥角推荐值为2 4，考虑到ABS得流动性良好，且为了方便修模，主流道的锥角取为2，则D=d+40*2*tan2=7.794mm，取D=8mm。主流道末端一般都要设置冷料穴，它是收集前锋冷料穴的同时还可以用来控制浇注系统凝料的脱模。3.3.2 分流道的设计为了保证熔体分配均衡，各型腔制件精度一致，多腔注射模应尽量采用平衡式浇注系统，即分流道的截面形状、尺寸及长度对应相等。分流道的截面大小应与熔体的流动性相适应，一般对流动性好的ABS等可取较小的截面。一般当分型面为平面时，同时又因为圆形的截面的分流道的效率较高，所以本设计中分流道的截面形状采用圆形截面。因为对于壁厚小于3mm，重量在200g一下的塑料制品，其分流道的直径尺寸可根据经验公式来计算，即=0.2654*=0.2654*=2mm。3.3.3 浇口的设计（1）浇口的位置浇口的位置不同熔体充入模腔是的流程、流向、流态都不会相同，型腔内各部分的熔体压力分布也会不同，从而对塑件的内在质量和外观质量产生影响。根据浇口位置选择原则，将浇口设置在塑件分型面底部的螺纹处，具体的位置见零件的零件图。本制件的流程较短，每个制件只设置一个浇口，以免增加熔接痕的数量。（2）浇口结构形式如塑料成型工艺与模具设计中表6-4所示，适用于ABS树脂的浇口形式有直接浇口、侧浇口、平缝浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口、环形浇口和盘形浇口，其中点浇口尺寸很小，具有增加熔体流动性、提高熔体切变速率、有利于薄壁塑件成型、浇口冻结快、痕迹小、进料部位选择自由、易于实现自动脱件等优点，广泛应用在多种塑料的单腔、多腔或是多浇口注射模中。而其他的浇口不适宜本制件，故采用点浇口形式，其结构和尺寸可以参考塑料成型工艺与模具设计中的图6.18（c）。点浇口的直径可按塑料成型工艺与模具设计中的式6.6计算=（0.050.08）=（0.050.08）=0.580.93mm可以先加工出0.50.9mm直径的点浇口，在根据试模情况调整；浇口的长度取1mm，点浇口引导部位长度一般取为1525mm，锥角为1230，与分流道间用圆弧相连。3.4排气系统由于小型制品的排气量不大，如果排气垫正好在分型面上，就可利用分型面的微小间隙排气，而不必开设专门的排气槽。所设计的恰为小型制件，所以其利用分型面的微小间隙排气，而不开设专门的排气槽。3.5冷料穴的设计主流道末端一般都要设置冷料穴，它在收集前锋冷料穴的同时还可以用来控制浇注系统凝料的脱模。由于采用两板是模具结构，故选择带有Z字头拉料杆的冷料穴，开模时先利用穴内冷料对拉料杆头部的包紧力，将主流道凝料带出定模，然后再利用手动将包裹在拉料杆头上的凝料卸下。3.6成型零部件的设计（1）成型零部件的机构设计本模具的采用较长的型芯，其在液压缸的作用下进行侧向抽芯；凹模的形式采用组合式，因为根据本制品的结构特点，采用组合式的凹模形式加工比较方便，降低了成本。（2）成型部件的尺寸计算模具工作尺寸确定的原则是，外形尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值；内形尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值；中心距尺寸采用双向等值正、负偏差，基本尺寸为平均值。成型零部件工作尺寸公差值可取塑件公差的1/31/6,根据目前机械制造和装配的技术水平，一般将IT78级作为模具制造公差。成型小型塑件时，模具制造公差和成型零部件的磨损，是影响塑件尺寸精度的主要因素，和不能忽略，可取=/3、=/6,x=3/4.由于制品尺寸较小、尺寸精度不高，故采用了平均值方法。现将进行本模具的各成型零部件的工作尺寸的计算，各个工作尺寸的公差均按照8级精度，查塑料成型工艺与模具设计中表4.8。有塑料成型工艺与模具设计种第七章内容课的模具型腔、型芯零部件尺寸的计算公式及结果表3.1表3.1 型腔与型芯尺寸计算尺寸类型计算公式制造偏差计算结果备注型腔径向尺寸=(1+)-x=12mm型腔高度尺寸=75mm型腔径向尺寸=(1+)-x=10mm型腔高度尺寸=37mm型腔径向尺寸=(1+)-x=11mm型腔高度尺寸=8mm型腔长度尺寸=(1+)-x=6mm型腔高度尺寸=30mm型腔高度尺寸=2mm型腔长度尺寸=(1+)-x=4mm型芯径向尺寸=10mm型芯高度尺寸=20mm型芯径向尺寸=8mm型芯高度尺寸=95mm型芯径向尺寸=6mm型芯高度尺寸=5mm注：伸缩率s=0.3%0.8%，型腔的修正系数为3/4，型芯的修正系数为2/3, 为制件公差3.7 侧向分型与抽芯机构设计（1）侧向分型与抽芯机构的设计由于本制件的抽拔距离较长，抽拔力较大，所以本模具采用液压侧向抽芯机构。（2）抽拔距的设计 l=147.5mm（3）抽拔力的计算抽出侧向型芯或是分离侧向凹模所需要的力称为抽拔力。抽拔力的计算与脱模力的计算相同，根据具体的情况，可以选用中国模具设计大典中的式（9.6-2）至式（9.6-7）或是式（9.6-18）至式（9.6-30）。3.8 脱模机构的设置3.8.1 脱模机构的设计（1）推杆的选用推杆采用圆形截面，材料为45号钢（2）复位机构的选择 本模具采用复位杆进行复位（3）推杆稳定性的计算1）保持推杆稳定的临界压力计算式为=1659.026(KN)，式中，保持推杆稳定的推杆顶端出临界压力（N）E推杆钢材弹性模量，取为推杆的长度（mm） 本模具中为210mm推杆长度系数，取决于压杆的约束条件，本模具取为0.707J为推杆截面轴惯性矩，2）在推杆的稳定性计算中，须校核柔度，计算式为，=0.707*140*2/10=19.80式中，i推杆的最小惯性半径（mm），其他的符号如前面的含义。对于细长的推杆的稳定性计算，首先应限制推杆柔度，其计算的极限柔度为，式中，采用碳钢的比例极限=200MPa，可得极限柔度为100，其大于本模具中推杆的柔度，合格，在推杆柔度的校核中推杆的长度l的取值可参考中国模具设计大典中图9.6-26确定。本模具中的推杆采用护套保护，因为这种形式的压杆的顶端的临界压力可增大为无护套是临界压力的4倍，一般大批量生产的细长推杆大多采用这种形式。3.8.2 脱模力的计算脱模力由两部分组成，即=+，式中，制品对型芯抱紧的脱模阻力（N）;是封闭壳体脱模所需要克服的真空吸力（N）, =0.1，这里0.1的单位是Mpa，为型芯横截面积（）。由于=/t=2.2510,所以是为后壁制品。t制品后壁（mm）；型芯平均半径式中，E塑料的拉伸弹性模量（Mpa），见中国模具设计大典中的表9.6-1 取E=2.0*Mpa塑料的平均成型收缩率，见中国模具设计大典中的表9.6-1 取=0.4%塑料的泊松比，中国模具设计大典中的表9.6-1 取=0.3型芯的脱模斜度 忽略不计h型芯脱模方向的高度（mm） 取h=120mm脱模斜度修正系数，其计算公式为f制品与钢材表面之间的静摩擦系数，见中国模具设计大典中的表9.6-1 取f=0.45厚壁制品德计算系数，其计算公式为比例系数，=/t型芯的平均直径（mm）t制品厚度（mm）综上，=+=3888+6.36=3894.36(N).3.9冷却系统的设计3.9.1 冷却系统的结构设计本模具属于生产大批量制品的普通模具，可采用快冷以获得较短的循环注射周期，所谓快冷，就是使冷却管道靠近型腔布置，采用较低的模具温度。所以本模具的凹模采用模板内平面回路，且直径冷却水的管道为6mm，而型芯冷由于不需要冷却。3.10 压力机的校核3.10.1注射量的校核（1）注射量以容积表示最大注射量容积为,由上式可得最大注射量为=0.75*1.05*100=78.75（）（2)注射量以重（质）量表示最大注射容积为，以上可得注射质量为=0.75*1.05*105/1.05=78.75(g)，式中模具型腔和流道的最大容积（）模具中制品和流道凝料的最大重（质）量（g）V指定型号与规格的注射机注射量容积（）G指定型号与规格的注射剂注射量（g），其值等于对空注射熔料的最大重（质）量塑料的固态密度（g/） 本模具中ABS的密度我1.05g/Ps塑料固态密度，其值为1.05（g/）注射系数，本模具中取为0.75倘若实际注射量过小，注射机的俗话能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长。所以最小注射量容积=0.25V，=0.25G，故每次注射的实际注射量容积V或质量G应满足： V， G=K*A*，式中，F注射机的额定锁模力（KN） 本模具的所选注射机的锁模力为800KNA制品和流道在分型面上的投影面积之和（） A=17.34mm型腔平均计算压力（MPa），通常去注射压力的一半，大致范围为2540MPa 本模具中取为40MPaK安全系数，通常取K=1.11.2，本模具取为1.1，由8001.1*17.34*40=762.96(MPa)，得出本压力机的锁模力合格。3.10.3 最大注射压力的校核注射机的额定注射压力极为它的最高压力，应该大于注射机成形时所需要调用的注射压力，即=*K式中，K安全系数，常取K=1.251.4,本模具中取为1.4成型时所需要注射压力，生产中，大致在70100MPa范围内，本模具中取为100MPa本模具中170100*1.4=140，最大注射压力合格。3.10.4开模行程和推出机构的校核（1）开模行程的校核,式中H注射机动模板的开模行程（mm） 本压力机的开模行程为305mm制品推出距离（mm） 本模具中为90mm包括流道凝料在内的制品高度（mm）本模具为69mm30590+69+510=164169（mm）（2）推出机构的校核脱模行程应（mm）小于注射机的推出行程S(mm)本模具30590，所以本模具的推出机构合格。3.11液压缸的压力校核由前面的计算得本模具中一个制件的脱模力为=+=3894.36(N).本模具采用一模四腔的形式，所以本模具所需要大总共脱模力为15577.44(N).其脱模力全部由两个液压缸来提供。根据本模具的结构特点，经计算得，为了能使本模具正常工作所需的液压泵的工作压力必须大于2.95Ma，所以本模具选择的液压泵为CB-C/D型齿轮泵中的CB-C10C-FL型液压泵。4 本模具的工作过程注射模包括定模和动模两个部分。定模部分安装在注射机的固定模板（定模固定板）上，在注射机成型过程中始终保持不动；动模部分则安装在注射机的移动模板（动模固定板）上，在注射成型过程中可通过注射机上的合模系统进行运动。开始注射成型时是，合模系统带动动模朝着定模方向移动，并在分型面初与定模对合，其对合的精度由合模导向机构，及由导柱和导柱保证。在合模状态时，注射机从喷嘴中注射出的塑料熔体经由开设在定模中央的主流道进入模具，再经由分流道和浇口进入型腔，待熔体充满模腔并经过保压、补缩和冷却定型之后，在液压缸的液压力的作用下，模具在开模前进行侧向抽芯，待型芯完全脱离模具且保证不能也模具的装置发生干涉时型芯停止向上运动，随后合模系统便带动动模后撤复位，从而使动模和定模从分型面处开启，由于浇注系统的凝料紧紧包裹在拉料杆的头部，因此在动模复位的时候浇注系统的凝料和塑件随着拉料杆及其动模离开定模部分。当动模后撤到一定位置时，安装在模具内部的顶出脱模机构，将会在合模系统中的推顶装置作用下与动模其他部分产生相对运动，使制品和浇口及其流道中的凝料与动模上的凹模分离，就此完成一次注射成型过程。5 总结在现代工业发展的进程中，模具的地位及其重要性日益被人们所认识。模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动着整个工业技术向前迈进！模具就是“高效益”，模具就是“现代化”之深刻含意，也正在为人们所理解和掌握。当塑料品种入其成型加工设备被确定之后，塑料制品质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80。由此可知，推动模具技术的进步应刻不容缓！塑料模具设计技术与制造水平，常标志一个国家工业化发展的程度。由此可知，塑料模具设计，对于产品质量与产量