花心罩板的注塑模具设计【塑料注射模】

1花心罩板的注塑模具设计摘要此次设计介绍了注射成型的基本原理，尤其是分型面注射模具的布局与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计准则；通过正确分析绕流板支架的工艺，设计出了一个一模四腔的塑料模具。详细地描述了模具零件成型包括上模座板、模仁、后模作板、型芯、型腔、镶件等的设计与加工工艺过程，主要零件的工艺参数的选择与计算，推出机构与浇注系统以及其它结构的设计程序来更好的处理好产品外观要求以及浇口位置与脱模方法间的问题，并指出了试模与产品当中所存在的缺陷。以便更好的清楚形象，了解模具结构设计的过程，本次设计使用了OUTCAD作为二维软件，并给我带来了很大的便捷。关键词注射模；塑料；加工工艺；CAD2ABSTRACTTHISDESIGNINTRODUCESTHEBASICPRINCIPLEOFINJECTIONMOLDING,ESPECIALLYTHELAYOUTOFTHEINJECTIONMOLDPARTINGSURFACEANDTHEWORKINGPRINCIPLE,BASICDESIGNPRINCIPLESAREPUTFORWARDFORINJECTIONMOLDINGPRODUCTSTHROUGHTHECORRECTANALYSISOFTHEFLOWAROUNDBOARDSUPPORTPROCESS,DESIGNEDAPLASTICMOLDOFONEMODULEANDTWOCAVITIESDESCRIBEDINDETAILONTHEMOLDPARTSMOLDINGINCLUDINGMOLDBASEPLATE,MOULDKERNEL,BACKMOULDPLATE,CORE,CAVITY,INSERTSANDOTHERDESIGNANDMACHININGPROCESS,PROCESSPARAMETERSELECTIONANDCALCULATIONOFMAINPARTS,ANDEXTRUSIONOUTFIT,INJECTSYSTEMANDOTHERSTRUCTURALDESIGNPROGRAMSTOBETTERHANDLETHEPRODUCTAPPEARANCEREQUIREMENTSANDPROBLEMSBETWEENGATELOCATIONANDDEMOULDINGMETHOD,ANDPOINTSOUTTHEDEFICIENCYOFTESTANDPRODUCTINORDERTOBETTERCLEARIMAGE,UNDERSTANDTHEPROCESSOFTHEMOULDSTRUCTUREDESIGN,THEGRADUATIONDESIGNUSINGTHEOUTCADASA2DSOFTWARE,ANDBROUGHTMEALOTOFCONVENIEMTKEYWORDSPLASTICMOULD,PLASTIC,PROCESSINGTECHNOLOGY,CAD3目录第一章塑件成形工艺分析511设计目的512塑料制品513塑料的成型性能614塑件表面质量分析615塑件结构工艺性分析616生产实际考虑6第二章成型设备的选择及校核621注射机的初选6211计算塑件的体积6212计算所需的体积6213选用注射机622注射机的终选7221注射量的校核公式7222模具闭合高度的校核7223模具安装部分的校核7224模具开模行程的校核7225锁模力的校核8226注射压力的校核8第三章分型面的选择831分型面的选择原则8第四章成型工艺参数的确定1041成型工艺卡片10第五章浇注系统的设计1251浇注系统设计原则1252主流道设计12521主流道尺寸12522主流道衬套形式及其固定1353分流道的设计1354浇口的设计14541浇口形式的选择1455冷料穴和拉料杆的设计15第六章模具的结构分析与设计1561确定模架15611确定型腔布局15612确定模板尺寸16613确定模架尺寸1662成型零件的设计17621成型零件的结构分析17622成型型腔的强度校核2063推出机构20631推杆设计204632脱模力的计算2164合模定位和导向机构设计22641导向机构的总体设计22642导柱设计22643导套设计23644推板导柱与导套设计23645支撑柱24646限位钉2465温度调节系统设计（冷却系统）2466排气系统的设计25第七章模具的工作原理25致谢2755第一章塑件成形工艺分析11设计目的本设计的目的是使我们在学完塑料模具设计之后，巩固和加深对塑料模有关理论的认识，提高设计计算、制图和查阅参考资料的能力。使得我们能正确运用专业知识，初步掌握制定注塑工艺规程及进行注塑模具设计的原则和方法。在设计中应本着技术上先进、经济上合理的原则，制定注塑工艺规程和设计有关的注塑模具。12塑料制品塑料制品名称花心罩板（如下图）成型方法与设备在适当的塑料注射机上注射成型；塑料原料聚碳酸酯（PC）；收缩率12020；塑件图如图所示为制品的图样。6613塑料的成型性能1无定形料，吸湿性小，流动性差，为了提高流动性，防止发生气泡，塑料可预先干燥。模具浇注系统宜粗短，浇口截面宜大，不得有死角。模具须冷却，表面镀铬。2极易分解，特别在高温下与钢、铜接触更易分解（分解温度为200），分解时逸出腐蚀、刺激性气体。成型温度范围小。3采用螺杆式注射机及直通式喷嘴时，孔径宜大，以防死角滞料，滞料时必须及时清除。14塑件表面质量分析该塑件表面没有提出特殊要求，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到。没有特殊要求时，塑件内部表面粗糙度可取。08ARM32ARM15塑件结构工艺性分析（1）壁厚分析设计合理，壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的要求。（2）圆角过渡要从分型面位置、型芯、型腔结构来分析过渡圆角的设置。根据本塑件的壁厚，采用圆角半径R05MM。（3）脱模斜度为便于塑件从模腔中取出，塑件的内外壁需要足够的脱模斜度。外形尺寸以大端为基准，根据PP的性能和模具设计与制造简明手册（第二版）P357表219型芯脱模斜度为1，型腔脱模斜度为1216生产实际考虑该塑件的生产类型应该是大批量生产，因此在设计模具时，要提要塑件的生产效率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模的模具，以降低生产成本。第二章成型设备的选择及校核21注射机的初选211计算塑件的体积根据制件的三维模型，利用三维软件直接求得塑件的体积为V11221MM3。212计算所需的体积浇注系统凝料按11取，故V2V11221MM3塑件和浇注系统凝料总体积为（按一模两腔算）V2（V1V2）4884MM349CM377213选用注射机根据总体积V4884MM3，初步选取XSZY125型螺杆式注射成型机。XSZY125型螺杆式注射成型机主要参数如下表所示项目参数项目参数理论注射量125CM3移模行程115MM注射压力119MPA定位孔的直径1000054锁模力900KN喷嘴球半径SR12MM最大模具厚度300MM喷嘴口孔径4最小模具厚度200MM22注射机的终选221注射量的校核公式（08085）W公注式中注射机的公称注射量，CM3公每模的塑料体积量，CM3注如前所述，塑件及浇注系统的总体积为49CM3，远小于注射剂的理论注射量125CM3，故满足要求。222模具闭合高度的校核模具闭合高度的校核公式为MINMAXH闭由装配图可知模具的闭合高度206MM，而注射机的最大模具厚度闭300MM，最小模具厚度200MM，满足安装要求。MAXHI223模具安装部分的校核模具定位圈的直径100MM与注射机定位孔的直径100MM相等，满足安装要求。浇口套的球面半径SR1SR（12）MM14MM，满足要求。浇口套小端直径R1R（12）MM5MM，满足要求。88224模具开模行程的校核模具开模行程的校核公式为12AHH注模式中模具的开模行程，MMH模注射机的移模行程，MM注制件的推出距离，MM1包括流道凝料在内的制品的高度，MM2取出凝料所需分开的距离，MMA代入数据得H1H251015661081300，满足要求。225锁模力的校核锁模力的校核公式为MFKAP式中F注射机的额定锁模力，KNA制件和流道在分型面上的投影面积之和，MM2型腔的平均压力，MPAMPK安全系数，通常取1112代入数据得KAPM122592401245KN900KN。满足要求。226注射压力的校核注射压力的校核公式为MAX0PK式中注射机的额定注射压力，MPAMAXP注射成型时的所需用的注射压力，MPA0安全系数K代入数据得KP0128096MPA119MPA。满足要求。MAXP综上所述选取XSZY125型螺杆式注射成型机完全符合本模具的使用要求。第三章分型面的选择31分型面的选择原则如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较。为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则（1）分型面应选择在制品的最大截面处，无论塑件以何形式布置，都应将此作为首要原则；（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。（3）有利于保证塑件的精度要求。（4）尽可能满足塑件的外观质量要求。分型面上型腔壁面稍有间隙，就会产生99飞边。（5）便于模具加工制造，在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。（6）对成型面积的影响，尽量减少制品在合模方向上的投影面积,以减小所需锁模力。（7）对排气效果的影响，尽可能有利于排气。（8）对侧向抽芯的影响（本塑件没有抽芯）。其中最重要的是第（2）和第（5）、第（8）点。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。1010第四章成型工艺参数的确定41成型工艺卡片产品名称及图号轴套固定销模腔数2产品单重1722G总重34G单件体积1221CM3总体积2442CM3投影面积497MM2总投影面积994MM2外形尺寸（HVW1555020最大壁厚3MM最小壁厚1MM抽芯数0产品参数嵌件数0料筒温度（前、中、后）前180190中170180后160170喷嘴温度170180模具温度90120注射压力80130MPA注射时间2090S保压温度100120保压压力4060MPA保压时间05S注塑工艺参数冷却时间2060S1111锁模压力1245KN螺杆转速28R/MIN成型周期50160S名称聚丙烯PP预备干燥温度、时间708034H密度141G/CM3比容071CM3/G吸水率012015收缩率1530熔点180200抗拉屈服强度69MPA弯曲强度104MPA硬度112HB原料参数击穿电压186KV/MM最大注塑容量125CM3最大注射压力119MPA最大锁模力900KN最大开模行程300MM最大装模尺寸300MM最大封闭高度300MM最小封闭高度200MM喷嘴球径12MM喷嘴口径4定位孔径1000054顶杆直径两侧22最大注射面积1000MM2注射机参数模板行程300MM1212第五章浇注系统的设计51浇注系统设计原则（1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降，流量和温度的分布的均衡布置；（2）结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；（3）尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；（4）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；（5）避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；（6）浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；（7）熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响；（8）尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；（9）浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求；（10）设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；（11）尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。52主流道设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。521主流道尺寸（1）主流道小端直径D主流道小端直径D注射机喷嘴直径0514051取D5（MM）这样便于喷嘴和主流道能同轴对准，也能使的主流道凝料能顺利脱出（2）主流道球面半径主流道入口的凹坑球面半径R，应该大于注射机喷嘴球头半径的23MM。反1313之，两者不能很好的贴合,会让塑件熔体反喷,出现溢边致使脱模困难SR注射机喷嘴球头半径23SR1223取SR14（MM）（3）主流道长度L一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好，小模具控制在50之内。在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入模具。本设计中结合该模具的结构，取L60（MM）（4）主流道大端直径DD2LTG（半锥角为12，取12）74MM522主流道衬套形式及其固定主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，即浇口套。在定模座板上开设阶梯孔，将浇口套放入。浇口套自行设计。在定模座板上在安装定位圈定位。定位圈及浇口套装配图53分流道的设计本模具的流道布置形式采用平衡式，如下图分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。该塑件的体积不大而且形状不复杂，且壁厚均匀，可以考虑采用侧浇口进料的方式，有利于塑件的成型和外观质量的保证。从便于加工的方面考虑，采用截面形状为半圆形的分流道查有关的手册,选择D5MM。此外该模具是一模2件，型腔的数量较少,模具的结构简单而紧凑，所以采用平衡式，各个型腔的分流道的断面形状及大小、分流道长度都取作一致。这样，熔体就能以相同的成型压力和温度同时充满各个型腔，使一模内成型出的各个塑件的尺寸及性能容易保持一致。141454浇口的设计浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择。通常要考虑以下几项原则A尽量缩短流动距离。B浇口应开设在塑件壁厚最大处。C必须尽量减少熔接痕。D应有利于型腔中气体排出。E考虑分子定向影响。F避免产生喷射和蠕动。G浇口处避免弯曲和受冲击载荷。H注意对外观质量的影响。541浇口形式的选择由于该塑件外观质量要求高，浇口的位置和大小还是要不能太影响塑件的外观，同时，也应该尽量使模具结构简单。根据对塑件结构的分析及已确定的分型面的位置，可选的浇口形式有几种方案，如下（1）方案一侧浇口一般开设在分型面上，有塑件侧面进料，侧浇口断面易取矩形形状（必要时用圆形），它能方便地调节剪切速率，充模流量速率，流动状态和浇口封闭时间，并可以灵活地选择塑件进浇位置，广泛使用于多腔模中。（2）方案二点浇口是一种断面尺寸很小的浇口,当物料通过时产生很高的剪切速率,这对于表观粘度随剪切速率变化而明显变化的塑料熔体和粘度较低的塑料熔体是适合用的点浇口在开模时容易自行切断,并且在塑件上留下的残痕极小,不容易觉察,故无需修剪浇口的工序点浇口的另一个优点是,它很容易向模腔多点进料,浇口位置选择灵活,对于单腔模和多腔模均适用。但由于次塑件为圆环状，且材料为PVC，采用点浇口不合适。综上所述，对塑件成型性能、浇口和模具结构的分析比较,由于塑件的尺寸及表面精度要求不高，从模具的制造及结构考虑，确定成型该塑件的模具采用侧浇口的形式。（采用方案一）151555冷料穴和拉料杆的设计在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约1025MM的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成形性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴（冷料井）。冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔而影响制件质量。由于本塑件是聚丙烯PP，它的特点是无定形，流动性差，因此采用反锥形形拉料杆的冷料穴。整个浇注系统如下图所示第六章模具的结构分析与设计61确定模架611确定型腔布局模具采用一模四腔，布局如下图所示，需要确定图中尺寸。（1）确定S1和S2查模具设计与制造简明手册（第二版）P498表299和P497图268可得S110S218（2）确定模仁L0和B0L04S12S22D96MMB080MM1616612确定模板尺寸根据上面的B0和L0，考虑注塑机的大小、导柱、导套和螺钉等布置，根据GB/T125552006塑料注射模模架，模架型号为C1型，290MM350MM。613确定模架尺寸模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。1定模座板定模座板上的注射机定位孔为100MM，定模座板是模具与注射机连接固定的板，定模座板上固定定位圈，材料为45钢。定位圈通过4个M5的内六角圆柱螺钉与其连接。2定模板用于固定定模模仁（型腔镶块）和导套。应该有一定的厚度，并有足够的强度。一般用45钢。其上的导套孔与导套一端采用H7/K6配合，定模与定模模仁（型腔镶块）采用H7/M6配合。3推件板用于推出塑件。应该有一定的厚度，并有足够的强度。一般用45钢。其上的导柱孔与导柱孔一端采用H7/K6配合。4动模板用于固定动模模仁（型芯镶块）和导套。一般用45钢。动模板应具有较高的平行度和硬度。动模模仁（型芯镶块）通过4个沉头螺钉M5固定在动模板上面。其上的导柱与动模板一端采用H7/K6配合，动模与动模模仁（型芯镶块）采用H7/M6配合。5垫块主要作用在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。结构形式可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。1717垫块材料垫块材料为45垫块的高度H校核HH1H2H3S65005，故，该塑件为厚壁制件。该制件为圆环形截面，脱模力计算公式为122TAN0RESLFFAK式中R型芯平均半径R6MMK2无量纲系数，其值随F和而异，查表得，K2100742222K1无量纲系数，其值随和而异，查表得，K15042S塑料平均成型收缩率S15E塑料的弹性模量，MPA，查表得E1060MPAL塑件对型芯的包容长度，MM，L15MMF塑件与型芯之间的摩擦因数，F044模具型芯的脱模斜度，1塑料的泊松比，038A盲孔塑件型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，通孔制件的A等于零。由上可得，脱模力NKFESL27390741253801TAN241TAN2F2164合模定位和导向机构设计当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。641导向机构的总体设计（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，防止压入导柱和导套后变形。（2）该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱对称布置。（3）该模具导柱安装在定模座板上，导套有三个，分别安装在流道推板、定模板和动模板。（4）为了保证分型面很好接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑槽，即可削去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。（5）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。（6）动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。642导柱设计（1）该模具采用带头导柱，不加油槽，如图所示。（2）导柱的长度必须比凸模断面高度高出6MM8MM。（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到部分。（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可知为32MM）。（5）导柱的形式，导柱固定部分与模板按H7/F7配合，导柱滑动部分按H7/F7配合。（6）导柱工作不分的表面粗糙度为RA04M。（7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经图74212323渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。本模具采用T10A。导柱（如图7421）在模具设计与制造简明手册（第三版）P554，表2464，选择注射模带】【1头导柱，D20MM，L70MM。643导套设计导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种直导套（GB/T416921984）、带头导套（GB/T416931984）。（1）结构形式。采用带头导套和直导套，如图所示。（2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排除孔内剩余空气。（3）导套的滑动部分按H7/F7配合，表面粗糙度为04M。带头导套外径与动定模板一端采用H7/K6配合；与流道推板一端采用H7/N6配合镶入模板。（4）导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T10A。导套（如图7431）在模具设计与制造简明手册（第三版）P557，表2467，选择I型导套，】【1D30MM，L55MM。644推板导柱与导套设计该套模具采用推板导柱固定在动模座板上的形式。该模具设置了4套推板导柱与导套，它们之间采用H8/F7配合，其形状与尺寸配合如图7443所示推板导柱在模具设计与制造简明手册（第三版）P580，表2481，选择】【1D20MM，L78MM规格的推板导柱。推板导套在模具设计与制造简明手册（第三版）P580，表2481，选择】【1D28MM，L35MM规格的推板导套。图74312424645支撑柱本塑件投影面积较大，为防止锁模力和注塑压力将动模板压弯变形而造成成型制品的品质不能达到要求，需要在模具底板和动模板之间加支撑柱，以提高模具的刚性和寿命。布置时不要与其它零件冲突，总共布置2根。646限位钉在模具设计与制造简明手册（第三版）P584，表2489，选择】【1D8MM，L10MM规格的限位钉。65温度调节系统设计（冷却系统）该塑件为大批量生产，应该尽量缩短成型周期，提高生产率，成型时需要充分冷却，冷却要均匀。因此，该模具的凸模和凹模均开设冷却水道，采用冷却水进行循环冷却。为了使得模具冷却更快，而且制件不同部位冷却速度必须相等，则必须采用较为复杂的冷却系统。该冷却系统分两部分，第一部分是型腔部分的冷却，因为定模模仁（型腔镶块）是整体嵌入式，因此该部分冷却2525系统是在定模板上开设两条分别与分型面平行的冷却水道，圆形型腔采用循环式冷却。第二部分是型芯的冷却，型芯采用喷流式冷却。冷却水道直径按经验取6MM，采用环形水路，水管穿过镶块，采用O型密封圈进行密封，水嘴采用外置型水嘴。密封圈型腔（循环式冷却）喷流管型芯喷流冷却66排气系统的设计在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统原有的空气外，还有塑料受热或凝固时产生的低分子挥发气体。这些气体若不能顺利排出，则可能因填充时气体被压缩而引起