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47穿线盒注塑模具设计,47,穿线,注塑,模具设计
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1.序言 21世纪，塑料工业以前所谓有的速度高速发展。塑料，在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛刻。一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周短,成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。1.1模具发展现状及发展方向1.1.1注塑模具的发展现状目前，国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同类产品水平。在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型压缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线造型要求。显示管隔离器注塑模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模等精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平。使用CAD三维设计、计算机模拟注塑成形、抽芯脱模机构设计新颖等对精密、复杂模具的制造水平提高起到了很大作用。20吨以上的大型塑模具的设计制造也已达到相当高的水平。34英寸彩电塑壳和48英寸背投电视机壳模具，汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具，国内都已可生产。国内最大的塑料模具已达50吨10。1.1.2注塑模具的发展趋向由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精” 仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求，以下的发展趋势也较为明显8。展望我国塑料模具的未来，笔者以为应从提高技术水平着手，一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高对某一类模具的设计制造水平；另一方面要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。要提高我国的模具技术水平，必须在以下方面加大努力： (1) 开发精密、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化； (2) 加速模具标准化、专业化、商品化生产； (3) 大力发展CADCAMCAERPM等先进模具设计和制造技术； (4) 加大人才培养的力度，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。1.2注射成型的原理及工艺过程1.2.1注射成型的原理将塑料颗粒定量注入，加入到注塑机的料筒内，通过料筒的传热，以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐渐融化成流动状态，然后在柱塞或螺杆的推挤下熔融塑料以高压和较快的速度通过喷嘴注入到温度较低的闭合模具的型腔中，由于模具的冷却作用，使膜腔内的熔融塑料逐渐凝固并定型，最后开模取出外壳。1.2.2热塑性材料注射成型工艺过程图1.1 注射成型工艺示意图 2 说明书正文2.1塑件成型工艺性分析2.1.1塑件结构分析本次模具课程设计的塑料产品是一个外壳产品，此类塑料产品属于壁厚均匀的壳体，该制品长为60mm，宽为30mm，高为12mm，塑件二维图如图2-1所示： 图2-1塑件二维图2.1.2 材料分析本此设计塑件材质已经在任务书中给出为POM。聚甲醛是结晶度很高的高聚物。它的突出特点是综合力学性能好。其强度、硬度很高，尤其是弹性模量很大，具有与金属材料较接近的比强度和比刚度；聚甲醛还具有很好的冲击强度和疲劳强度，好的耐磨性和小的摩擦系数。聚甲醛的吸水性比聚酰胺和POM等塑料小，成型前可不必要进行干燥，其制品尺寸稳定性较好，可以制造较精密的零件。但聚甲醛熔融温度范围小，熔融和凝固速度快，其制品容易产生毛斑、折皱、熔接痕等表面缺陷，并且收缩率大，热稳定性差。聚甲醛是一种较好的工程材料，可以在很多领域代替钢、铜、铝、铸铁等金属材料制造许多多种结构零件。表2 ABS的力学性能屈服强度（MPa）50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率()35拉伸弹性模量(GPa)1.8抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa)1.4抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)24（1） ABS注射工艺参数注塑机类型螺杆式 螺杆转速/(r/min)400喷嘴形式/温度 直通式170180料筒温度/78前段 180200中段 165180后段 150170模具温度/ 5080注射压力/mpa 60100保压力/mpa3050注射时间/s 2090高压时间/s 05冷却时间/s 20120成型周期/s 502002.2 塑件成型工艺方案的拟定以及计算2.2.1型腔的布置考虑到塑件的精度，以浇口形式，将型腔数目设定为一模两腔。由于学习知识有限，这次课程设计是初次接触到产品模具设计实例，在满足一模多腔，力求平衡布置，只能采用教材上最基础的型腔排布方式，一字型排列，型腔的分布如图所示2.2.2 分型面的选择 分型面是动、定模具的分界面，即打开模具取出外壳或取出浇注系统凝料的面。分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关2。分型面的选择不仅关系到外壳的正常成型和脱模，而且设计末句结构和制造成本。一般来说，分型面的总体选择原则有以下几条：1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处;2)使塑件在开模后留在动模上;3)分型面的痕迹不影响塑件的外观;4)浇注系统,特别是浇口能合理的安排;5)使推杆痕迹不露在塑件外观表面上;6)使塑件易于脱模。分析塑件结构特点，此类外壳体类零件，通常都选在塑件截面最大的部位，即产品底部。如果选择其他位置，会在外壳表面留下分型线的痕迹，这是对外观件儿绝对不允许的，所以选则塑件下表面为分型面是非常合理的，这样既能满足分型面最大横截面积原则，又能不影响外观，分型面位置如图所指位置的平面所示。3.2.3浇注系统设计浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道，由主流道、分流道、浇口、冷料穴等部分组成。对浇注系统设计的具体要求是：a. 对模腔的填充迅速有序；b. 可同时充满各个型腔；c. 对热量和压力损失较小；d. 尽可能消耗较少的塑料；e. 能够使型腔顺利排气；(1)主流道设计 主流道通位于模具的入口处，作用是将注塑机喷嘴射出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，以便于塑料熔体得流动及流道凝料的拔出。热塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要与高温塑料及喷嘴反复接，所以主流道常设计成可拆卸的主流道衬套1。定位环和浇口套的装配如图4.1所示。图4.1 定位环和浇口套的装配浇口套尺寸大小设计要求：a. 浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须吻合。模具浇口套球面半径为R1，注射机球面半径为R2，浇口套进口的直径d,注射机喷嘴孔d1。其关系式如下：根据注塑模具主流道与喷嘴的关系 R2 = R1 + (12)mm d = d1 + (0.51)mm 喷嘴与浇口套的关系 根据选用型号注射机的相关尺寸得： 喷嘴前端孔径：mm 喷嘴前端球面半径：R1 = 13mm所以R2=14mm，d=4mm。 4.2分流道设计分流道是主流道和浇口之间通道。多型腔膜局一定要设置分流道。分流道的截面形状有很多种，最常用的有三种：圆形、梯形和U型。圆形截面的分流道：这种分流道的比表面积小（浇道表面积与其体积之比叫表面积比），故热量不容易散失，阻力也比较小，但它需要在动定模上同时开设浇道而且要吻合，所以加工比较困难。梯形断面的分流道：由于这种分流道易于加工，且热量损失和阻力均不大，所以是最常用的形式。U形截面的分流道：优点和梯形一样，也经常采用。除上述三种形式外，还有半圆形、矩形等。但这两种浇道的比表面积比较大，故不常采用。表1流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513根据以上的分析，决定采用半圆形截面的分流道。此种截面形状的分流道容易加工，POM分流道直径选取推荐值1.6-9.5，结合产品体积大小，本次模具设计圆截面直径D 为6 mm，即分流道的直径为6mm。 4.3浇口设计 浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），是塑料熔体进入型腔的入口。它是浇注系统的关键部分。本次模具设计的接口在和指导老师多次沟通下，决定采用侧浇口。侧浇口，又叫边缘浇口，矩形浇口，是浇口种类中使用最多的一种，因而又称普通浇口，其截面形状一般加工成矩形，故又称矩形浇口。一般开在分型面上，从型腔外侧进料。由于侧浇口的尺寸一般都较小，所以截面形状与压力、热量损失的关系均可忽略不计。矩形浇口的长一般为0.53mm!，宽为1.55mm，浇口深为0.5-2mm。侧浇口的优点：截面形状简单，加工方便，能对浇口尺寸进行精细加工，表面粗糙度值小。可根据塑件的形状特点和充模需要，灵活地选择浇口位置，如框形或环形塑件，其浇口可设在外侧，也可设在内侧。 由于截面尺寸小，因此去除浇口容易，痕迹小，制品无熔合线，质量好。浇口的形状、数量、位置及尺寸对外壳的成型性能及成型质量影响很大。合理选择浇口的位置是提高外壳质量的重要环节，浇口位置不同，也将直接影响模具的结构。浇口位置对于浇注系统的设计同样很重要，为达到良好的充模效果。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。根据以上原则，将进料口位置定在产品底部。如图所示：图4.4 侧浇口4.4冷料穴的设计 冷料穴的作用是存放料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。通常采用“Z”字形拉料杆。3.2.4 脱模方式的选择在注射成型的每个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出型件的机构称为推出机构（或脱模机构）。在设计塑件的推出机构的时候以下原则是不可忽视的。 (1)推出机构应近尽量设置在动模一侧。(2)保证塑件不因推出而变形损坏。(3)机构简单,动作可靠。(4)良好的塑件外观。(5)合模时的准确复位。常见的推出机构有推杆，推管，推板和推块，各个推出机构都有自己适合的产品结构。比如深腔薄壁类的产品适合推板推出，螺柱孔适合推管，所以在选择推出结构的时候，必须分析要推出的产品的结构。由于外壳结构的特点，内部结构简单，有足够的空间布置顶杆,高度也不高。所以本次设计产品推出机构采用推杆推出。推杆推出3.2.5 模温调节 较低的模温可以大大减小塑料制品的成型收缩率；即收缩率小变形小，尺寸稳定，机械强度高，耐应力开裂性好和表面质量好。模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减小外壳的变形，其中均匀一致的模具温度较为重要。（1）对温度调节系统的要求a. 根据选用的塑料品种，确定温度调节系统是采用冷却方式还是加热方式；b. 希望模温均匀，外壳各部分同时冷却，以提高生产率和外壳质量；c. 采用较底的模温，快速、大流量通水冷却一般效果比较好；d. 温度调节系统要尽量做到结构简单，加工容易，成本低廉。（2）冷却装置的设计要点a. 冷却水孔的数量愈多，对外壳的冷却也就愈均匀；b. 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即将孔的排列与型腔形状相吻合；c. 外壳局部壁后处，应加强冷却；d. 对热量积聚大，温度上升高的部位应加强冷却；e. 当成型大型外壳或薄壁制品时，料流程较长，而料温愈流愈低，为在整个外壳上取得大致相同的冷却速度，可以适当改变冷却水道的排水密度，在料流末端冷却水道可以排列得稀一些；f. 冷却水道要避免接近外壳的熔接痕部位，以免熔接不牢，降低外壳强度；g. 冷却装置的形式应根据模腔的几何形状而定；h. 便于加工和清理。（3）冷却系统的设计与计算冷却系统设计的有关公式2： 式中：Qv冷却水的体积流量，m3/min；W单位时间内注入模具中的塑料重量，kg/min；Q1单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量，kJ/kg；冷却水的密度，kg/m3；c1冷却水的比热容，kJ/(kg)；1冷却水的出口温度，；2冷却水的入口温度，。 式中：c2塑料的比热容，kJ/(kg)；3塑料熔体的初始温度，；4塑料制品在推出时的温度，；u结晶型塑料的熔化质量焓，kJ/kg。已知c2 = 4.19 kJ/(kg)，1 = 25 ，2 = 20 ，u = 0代入式(8.2)得：Q1 = 209 kJ/kg已知c1 = 1.39 kJ/(kg)，3 = 180，4 = 25 ， = 0.98 kg/m3代入式(8.2)得：QV = 0.1410-3 m3/min上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为40，用常温20的水作为模具的冷却介质，其出口温度为25，产量为0.02kg/min。（4）冷却水道的结构查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当位置布置直径d为6mm的冷却水道来调节温度，冷却水通过外部的塑料软管循环，调节冷却水的流速和温度，可在一定温度范围内调节到达冷却效果。冷却水道结构3.2.6 成型零件的设计（1） 型腔型芯结构设计型腔又称凹模，是成型塑件外表面的型腔模具零件，按结构可以分为整体式和组合式两类，其中整体式型腔是在整块模板上直接加工而成，结构简单，牢固可靠，不易变形，制品表面不会出现拼缝的溢料痕迹，整体式型腔又分为整体式和整体嵌入式，本次设计中为了提高加工效率和便于拆卸，设计成整体式，并且通过螺钉与型腔固定板（A板）固定。型芯又称为凸模，是成型塑件内表面的凸状模具零件，按结构不同可以分为整体式和镶拼式，对于本次设计也采用整体式.（2）成型零件工作尺寸的计算这个尺寸是指直接参与到生产中的部分零件尺寸，因为与成品的成型直接相关，所以精度的把控十分重要，所以设计过程要十分的谨慎，不能以经验来判定设计的好坏，而是要以数据做支撑进行设计。本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这POM的成型收缩率为0.02，模具的制造公差取z=/3。模具型腔和大型芯的制造公差取制品公差的1/3计算，型芯中心距的制品公差按照制品上两孔中心距公差的1/4计算，然后根据标准公差6进行设计。自由公差可直接把公称尺寸作为型芯的工作尺寸，并可以不考虑制造误差，具体计算如下。(1) 型腔径向尺寸的计算公式 ： 公式中 -塑件的径向尺寸； -塑件的平均收缩率； -塑件的尺寸公差； -型腔模具 (2) 型腔深度尺寸的计算公式 公式中 -塑件的径向高度； -塑件的平均收缩率； -塑件的尺寸公差； -型腔模具公差(3) 型芯径向尺寸的计算公式 ： 公式中 -塑件的径向尺寸； -塑件的平均收缩率； -塑件的尺寸公差； -模具公差 (4) 型芯深度尺寸的计算公式 公式中 -塑件的径向高度； -塑件的平均收缩率； -塑件的尺寸公差； -模具公差 3.2.7模架的选择 模架技术的标准，是指在模具设计中和制造中所应遵循的技术规范、基准、和准则。GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件适用于小型模具模板尺寸为BL560mm900mm；由于塑料模具的蓬勃发展，现在全国各地的部分地区形成了统一的标准，本次模具设计的采用大水口两板模结构图如图：选用基本型CI型，定模座板厚：25mm定模板厚： A=50mm动模板厚: B=40 mm垫块厚度: C=80 mm动模座板厚： 25mm排气缝隙厚度为1mm根据以上计算，所选模架型号为龙记模架CI型CI-2023-A50-B40-C80 3.3注塑机的选型3.3.1 产品体积计算通过三维软件分析计算得塑件体积： 浇注系统凝料体积在没有设计浇注系统的情况下是无法确定的，所以需借住经验公式来估算，在这里浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积： 3.3.2 注塑机型号初选注射机的最大注射量应大于制品的重量或体积(包括流道及浇口凝料飞边)，通常注射机的实际注射量最好是注射机的最大注射量的80，所以选用的注射机最大注射量应为，所以。模具成型的塑料制品和流道凝料总体积应小于注射机的额定注射量的80%，根据塑件的质量和体积，查注射机的有关资料，初选XS-ZY125卧式注射机，其主要参数参考相关文献5如表4-3所示。表4-3 XS-ZY125注射机技术参数项目参数项目参数理论注射容积/cm3125塑化能力(kgh-1)29.6螺杆直径/cm42拉杆内间距/mm260-290移模行程/mm300注射压力/MPa120最小模具厚度/mm200最大模具厚度/mm300模具定位孔直径/mm100锁模形式液压-机械喷嘴口直径/mm3锁模力/kN900喷嘴球直径/mm12最大成型面积/cm21603.4 模具类型比较选择注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型结构如下： (1) 单分型面注射模、(2) 双分型面注射模、(3) 带有活动成型零件的模、(4) 侧向分型抽芯注射模、(5) 定模带有推出机构的注射模、(6) 自动卸螺纹的注射模、(7) 热流道注射模。本次模具设计所选为单分型面模具。3.5 注塑机的校核3.5.1 最大注塑量效核为了保证正常的注射成型，模具每次需要的试剂注射量应小于或等于公称注射量的80%。37.2 cm3 KPcA (3.2)式中：T注塑机的额定锁模力，kN；A外壳和流道系统在分形面上的投影面积，cm2；K安全系数，通常取1.11.2。KPcA = 1.2 3600 45= 194.4kN所以T =900 KPcA成立，即该注塑机的锁模力符合要求。3.5.4模具厚度校核初定模具厚度为221mm，在该注塑机要求的厚度范围(150300mm)之内。3.6模具动作过程本模具的总装图如图所示，其工作原理：模具安装在注射机上，定模部分固定在注射机的定模板上，动模部分固定在注射机的动模板上。合模后，注射机通过喷嘴将熔料经流通注入型腔，经保压，冷却后塑件成型。开模时动模部分随动板一起运动渐渐将分型面打开，当分型面打开完毕后，凝料从上模中脱出，在注塑机顶杆的作用下，顶杆通过推板将塑件和凝料系统顶出，与此同时由于采用的是侧浇口，在顶出的瞬间，塑件和凝料分开。此时塑件自动脱落，实现全自动脱模。合模时，随着分型面的闭合复位杆将动模板复位，模具闭合，等待下一次的动作。3.7模具设计与制造在技术上和经济分析影响模具制造成本的因素有很多，包括产品的材料、设计与分析效率、制造工艺、加工制造效率、产品精度、管理水品等。但主要因素有三个：设计、制造加工效率和材料。注射模具材料费用占总成本的30%50%，如很好地控制材料采购成本，就容易获得较大的利润空间。不过，由于与模具加工配套的原材料和标准件等市场都日趋完善，客户对材料的成本都相当清楚和熟悉，这使得材料价格的透明度高，在这种情况下，材料的利润空间几乎没有。在设计和制造加工效率上，模具制造者是完全可以控制和掌握的。设计是决定模具结构以及成本结构的关键，一旦设计定型，所需材料和加工路线已其本确定，是成本控制的确定因素。加工制造效率也是内部控制成本的关键因素，它所带来的加工时间长短、加工质量等都会对成本带来影响。通过分析研究要提高注射模具的经济效益可从以下几方面进行考虑：（1）注塑加工原料选择主要根据对制品功能的要求考虑材质的各方面因素， 然后选用原料成本和加工成本低的材料。（2）没有先进的技术就开发不出先进的设备，没有先进的设备就生产不出高质量的产品。在选择注塑设备时，必须和制品生产技术的选择联系起来考虑。机器设备的状况如何，对企业生产的产量、质量、成本、效率均有极其重要的影响。因此，塑料加工企业在购置设备时，要全面慎重考虑，权衡得失利弊，确定最优方案，选好设备是获取经济效益的一个重要环节。 （3）模具价格昂贵，模具寿命长短与经济效益密切相关。有时，质量好的模具也未必使用寿命长，这是因为它还与所选用的注塑机的锁模结构及工艺有关。精密注塑成型更加要求注塑机锁模机构精度高、受力均衡，具有低压护模效果等特点，以延长昂贵的模具寿命，产生良好的经济效益。 （4）提高利润率的一个办法是承接质量要求较高、毛利也高的业务。这就要求注塑机具有高效率和高技术水平。高效率直接取决于注塑机的结构特性。因此， 高效率、高技术水平的注塑机是注塑加工企业利润率的必要保障。（5）注塑加工过程的总能耗也是塑料厂必须仔细考虑的问题。液压
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