螺母扳手注射模具设计

1、塑料模课程设计说明书螺母扳手注射模具设计院系专业班号学号姓名指导教师沈阳航空航天大学2017年1月摘要本次设计的题目是螺母扳手注射模具设计，要求设计出用于生产螺母扳手的注射模具。本文首先论叙了我国目前注射模具制造技术发展现状以及发展趋势。正文部分首先对塑件的成型工艺性能进行分析。 这包括对塑件的结构尺寸的分析和成型塑件的材料各项性能的分析。 其次，就是如何合理的选择注射机。 选择正确的注射机是本次设计的基础。 再次，就是拟定模具的结构形式。 模具的结构形式必须根据塑件的结构尺寸， 通过计算进行合理的选择。 第四步就是浇注系统的设计。第五步是本次设计的重点， 成型零部件的设计和计算。 最后进行的

2、是模具其余部分的设计和计算。通过本次设计， 使我对注塑模具的结构和性能有了全面的了解， 并且学到了模具设计的基本知识，为以后踏入社会工作打下了基础，可以说是受益匪浅。关键词： 螺母扳手，塑料模具，注射机，浇注系统，成形零件目 录第 1 章绪论.错 误！未定义书签。1.1塑料模的功能 .错误！未定义书签。1.2国内外塑料模具现状及发展趋势 .错误！未定义书签。1.3本设计的意义及目的 .错误！未定义书签。第 2 章塑件工艺性分析及压力机的确定 .42.1塑件的分析 .42.2 POM 工程塑料的性能分析 .52.3 POM 的注射成型过程及工艺参数 .62.3.1注射成型过程 .62.3.2注射

3、工艺参数 .62.4注射机型号的确定 .62.4.1注射量的计算 .错误！未定义书签。2.4.2浇注系统凝料体积的初步估算 .错误！未定义书签。2.4.3选择注射机 .错误！未定义书签。第 3 章 螺母扳手注塑模具的结构设计 .83.1 模架的确定和选用 .83.1.1模架的确定 .83.1.2模架各尺寸的校核 .93.2普通浇注系统的设计 .93.2.1主流道 .93.2.2主流道衬套 .103.2.3分流道 .113.2.4浇口 .123.2.5冷料穴与拉料杆 .123.2.6排气槽 .133.3成型零件设计 .133.3.1分型面位置的确定 .133.3.2成型零件工作尺寸计算.143.

4、3.3成型零件结构 .173.4合模导向机构设计 .183.4.1导柱的设计与选用 .183.4.2导套的设计与选用 .193.5推出机构设计 .203.5.1 脱模力的计算 .203.5.2推出方式的确定 .213.5.3推出机构的复位 .223.6冷却系统的设计 .22第 4 章注射机相关参数校核 .244.1最大注射量的校核 .244.2注射压力校核 .244.3锁模力校核 .25第 5 章模具的装配 .265.1模具装配图 .265.2模具的安装 .275.3试模 .28第 6 章 总结 .29参考文献 .30第1章塑件工艺性分析及压力机的确定1.1 塑件的分析这次课程设计的题目是小插

5、排上盖的注射模具设计， 螺母扳手的塑件图如图 1.1 所示。所用材料是苯乙烯 -丙烯腈共聚物 (SAN)。图 1.1 小插排上盖塑件图（1）外形尺寸：塑件高度为 3mm，所用材料为共聚苯乙烯 -丙烯腈共聚物(SAN)，是热塑性塑料，适合于注射成型。（2）精度等级：塑件未注公差的尺寸取公差为MT6 。（3）该产品用于电源插座上，要求具有较强的绝缘性。该产品精度及表面粗糙度要求为一般精度， 但在加工制造过程中要求模具各部分有一定配合精度关系。（4）该产品为大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模， 可采用侧浇口自动脱模结构。 由于该塑件要求批量大， 所以模具采用一模两腔的结

6、构， 浇口形式采用侧浇口， 由于塑件相对较小， 所以可以采用一点进料，以利于充满型腔。相对于大塑件可采用相对于小的塑件大的分流道，以达到同时充模的效果。（5）由于该产品是用于电源插座上，所以要求所选用塑料具有化学性能稳定，绝缘性好，宜于成形加工等特性， 闭合与弯折的时候不容易产生损坏和断裂现象。塑件表面要求无飞边或缩孔现象。1.2 苯乙烯 - 丙烯腈共聚物 (SAN)（1）典型应用范围：电器元件（插座、壳体等） ，日用商品 ( 厨房器械、冰箱、电视底座、卡带盒等 ) ，汽车零件（车头灯盒、反光镜、仪表盘等） ，家庭用品（餐具、食品刀具等） ，化妆品包装等。（2）注塑工艺及模具条件干燥处理，如果

7、储存不当，SAN有一些吸湿性。建议干燥条件为 80，2-4h。熔化温度， 200-270，如果注塑厚壁类的制件，可以采用熔化温度的下限。模具温度， 40-80，对于增强型材料，模具温度不要超过 60，必须设计均衡的冷却系统，因为模具温度直接影响制件的外观、收缩率和弯曲。注射压力， 35-130MPa。注塑速度，建议采用高速注塑。流道和浇口， 所有常规的浇口都可以使用。 浇口尺寸必须恰当， 以避免产生纹路、糊斑和空隙。（3）化学物理性能：苯乙烯 - 丙烯腈共聚物（ SAN）是一种坚硬、透明的材料。苯乙烯成分使 SAN坚硬透明且易于加工； 丙烯腈的成分使 SAN具有一定的化学稳定性和热稳定性。SA

8、N具有很强的承受载荷能力抗化学反应能力， 抗热变形特性和几何稳定性。SAN中加入玻璃纤维添加剂可以增加强度和抗热变形能力， 减小热膨胀系数。 SAN 的维卡软化能力约为 110。载荷下挠曲变形温度为 100。 SAN 的收缩率为0.3%-0.7%。其性能指标如表 2.1。表 2.1 共聚苯乙烯 -丙烯腈共聚物 (SAN)的性能指标密度 /（）1.35-1.40抗拉屈服强度 /MPa62疲劳极限（ MPa）35拉伸弹性模量 E/MPa2830吸水率（ 24h）/%2.1抗弯强度 /MPa98收缩率 s/%2.0-3.5冲击韧度（缺口） /(MPa)75热变形温度 t/ 124硬度（ HB ）60

9、熔点 t/175体积电阻系数 /( · cm)501.3 POM 的注射成型过程及工艺参数注射成型过程挑选色泽、粒度、均匀度较好的苯乙烯 -丙烯腈共聚物 (SAN)原料，由于 POM吸水性小，故成型前不需要干燥。 成型前也不需要预热， 直接在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后， 由模具的浇注系统进入模具型腔内冷却成型，其过程可分为塑化、充模、保压和冷却四个阶段。注射工艺参数由参考文献 3 中内容，可查得共聚苯乙烯 -丙烯腈共聚物 (SAN)的注射工艺参数，如表 2.2。表 2.2 共聚苯乙烯 -丙烯腈共聚物 (SAN)的注射工艺参数注射机类型螺杆转数r/min喷嘴形式料筒温度

10、/ 螺杆式20直通式前段中段后段180190170 180160170注射压力 /MPa预热温度 /注射时间 /s冷却时间 /s80 1308010020902060喷嘴温度 /保压时间 /s模具温度 /成型周期 /s1701800590120501601.4 注射机型号的确定根据塑件的三维模型，利用catia 直接求出塑件的体积：塑可计算浇注系统的体积为4.154cm3，由于是一模两腔查得体积计算公式:总塑浇式(4-1)式中， V 总 浇注系统与塑件的总体积；V 塑 塑件的总体积；V 浇 浇注系统的总体积，查参考文献可知V 浇 =0.85V 塑 。代入数据得：总根据浇注系统和塑件的总体积与注

11、射机注射量的关系，本设计选用 SZ-40/25型立式注射机，其主要技术参数如表2.3。表 2.3 SZ-40/25 注射机主要技术参数理论注射容量 /cm340拉杆内向距 /mm242*187螺杆直径 /mm25移模行程 /mm210注射压力 /MPa200最大模具厚度 /mm220注射速率 /（ g/s）35最小模具厚度 /mm110塑化能力 /（ g/s）13模具定位孔直径 /mm55螺杆转速 /（ r/min ）0 220喷嘴球半径 /mm10喷嘴孔直径 /mm2锁模力（ KN ）200第2章小插排上盖注塑模具的结构设计3.1 模架的确定和选用模架的确定塑件的最大投影尺寸为44mm，本次

12、设计采用一模两腔的形式，为便于型腔排列，再考虑导柱，导套及连接螺钉的布置，那么选用 125mm× 200mm（W× L ）的模架，模架为直浇口模架。查参考文献 2 表 7-4，可得到模架的其他尺寸，如下：（ 1）定模座板， 180mm× 200mm、厚 16mm定模座板是模具与注射机连接的固定板，厚度按模架标准取16mm。材料为45 钢，热处理方法为调质。主流道衬套通过4 个 M6 螺钉与其连接；定模座板与主流道衬套为H7/m6 配合。（ 2）定模板， 125mm× 200mm、厚 40mm用于制作整体式型腔，塑件高度有14mm，考虑到还要安装冷却水道，

13、应有一定的厚度，并有足够的强度，故 A 板厚度取 40mm。定模板的材料为T10A，热处理方式为淬火。定模板里面的导套孔和导套采用H7/k6 配合。（ 3）动模板， 125mm× 200mm、厚 25mm用于固定型芯，有一定的厚度和足够的强度，厚度按模架标准取25mm。动模板的材料为45 号钢，热处理方式为调质。动模板里面的导套孔和导套采用H7/k6 配合。（ 4）支承板， 125mm× 200mm、厚 25mm应该有较高的平行度和硬度。模板的材料为45 号钢，热处理方式为淬火。（ 5）推杆固定板， 73mm× 200mm、厚 12.5mm用于固定推杆、复位杆，并

14、要安装螺钉等。材料为45 号钢。（ 6）推板， 73mm× 200mm、厚 16mm推板通过推动推杆来推出制品。材料为45 号钢，热处理方式为淬火。（ 7）垫块， 25mm× 200mm、厚 50mm其作用是在动模底板与动模垫板之间形成推出机构的动作空间，或者是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装要求。垫块厚度 =推出行程 +推板厚度 +推杆固定板厚度 +（ 5 10）mm，经过计算，垫块厚度取 50mm。（ 8）动模座板， 180mm× 200mm、厚 16mm用于固定动模板、垫块等。查参考文献 2 表 7-2,选用直浇口无推料板模架模架各尺寸的校核根据所选

15、用的注射机来校核模具设计的尺寸，参考表2-3 的内容。（1）模具平面尺寸 180mm× 200mm187mm× 242mm（拉杆间距），合格。（2）模具高度尺寸 172mm，110mm 172mm220mm（模具的最小厚度和最大厚度），校核合格。（3）模具的开模行程S=16+40+30+（510）mm=9196mm210mm（移模行程），校核合格。3.2 普通浇注系统的设计主流道主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始， 到分流道为止的一段塑料熔体的流动通道。 主流道位于模具中心线上， 和注射机喷嘴中心线重合。在卧式或立式注射机用模具中，主流道垂直于分型面。由于

16、制件壁较薄，为了提高成型效果，采用直接浇口从外凸球面顶部进料，这种浇口由主流道直接进料，熔体压力损失小，成型容易，但也存在一些缺点，由于浇口处固化慢， 容易造成成型周期延长， 容易产生较大的残余应力，超压填充，交口处易产生裂纹，浇口凝料切出后制件上疤痕较大，主流道结构如图 3.1 所示。图 3.1 主流道结构（ 1）主流道的长度小型模具 L 应尽量小于 60mm,本次设计中取 55mm 进行设计。（ 2）主流道小端直径d1 喷嘴直径 (0.5 1mm) 2 1 3mm式（3.1）（ 3）主流道大端直径d2 d1 2L tan = 6.84mm式（3.2）（ 4）主流道球面半径SR = 喷嘴球头

17、半径 + (1-2)mm = 10 +2 mm = 12mm式（3.3）（ 5）球面的配合高度H = 5mm主流道衬套主流道的衬套材料采用T8A ，热处理硬度为 5055HRC。主流道衬套与定模座板之间的配合采用H7/m6，流道壁表面粗糙度取Ra0.8 m ，且加工使应沿流道轴向抛光主流道衬套结构如图3.2 所示。图 3.2 主流道衬套结构分流道分流道是连接主流道与浇口的熔体涌道，分流道起着分流和转向的作用。分流道设计要求： 一是使流道尽快充满型腔， 在流道内的压力损失和热量损失小；二是将塑料熔体均衡的分配到各个型腔；三是回料量小。常用的流道截面形状有圆形、梯形、U 行和六边形等，但是圆形和正

18、方形分流道工艺性较差。 圆形分流道要求开设在分型面两侧，对称分布加工难度大。 正方形分流道脱出分流道凝料的阻力大，若去斜度，实质上久变为了梯形分流道，从应用观点看， 梯形分流道和 U 形分流道是最佳选择。 在充电器外壳注塑模具设计中拟采用梯形截面，分流道内表面粗糙度取1.6m。在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据本模具的要求我们选取平衡式， 也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状， 尺寸都相同的布置形式。它要求各对应部位的尺寸相等。这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。而且在此模具中不会造成分流道过长的缺点。浇口浇口亦称进料口，是连接分流

19、道与型腔的通道。 浇口起着引料、进料的作用，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。本次设计采用侧浇口，形状尺寸如图3.3 所示。图 3.3 侧浇口形状尺寸冷料穴与拉料杆冷料穴底部由一根推杆形式的拉料杆组成，拉料杆固定在推杆固定板上， 其中最常见的是带Z 形（钩形）头的拉料杆，见图3.4。开模时可将凝料从主流道中拉出，脱模时，由于Z 型钩的方向性，塑件和凝料不能自动脱落，需人工沿拉料钩的侧向稍许移动取出。图 3.4 底部带有推杆形式拉料杆的冷料穴排气槽当塑料熔体填充型腔时， 必须顺序排除型腔以及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的挥发气体。 如果型腔内的气体不被排

20、除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料等成型缺陷；另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部炭化或烧焦（褐色斑纹）；同时积存的气体还会产生反向压力而降低冲模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。此次设计利用定模扳和动模板的配合间隙排气，其间隙为0.030.05mm。3.3 成型零件设计分型面位置的确定根据塑件情况， 一套模具中可以只有一个分型面，也可以同时设定两个或多个分型面。常见的取出塑件的主分型面与开模方向垂直，也有采用与开模方向一致的侧向主分型面。分型面的位置关系到成型零部件的结构形状、塑件的正常成型与脱模以及模具制造成本，因此，在选择分型面时，尽量遵守

21、以下原则：（1）分型面位置应设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔。（2）有利于保证塑件形状与尺寸精度。（3）有利于保证塑件的外观质量。（4）对侧向抽芯的影响（5）尽量减小塑件在分型面上的投影面积，以减小所需合模力。（6）有利于塑件脱模，尽可能将塑件留在动模一侧。（7）便于模具加工制造。（8）考虑排气效果。为保证塑件能顺利分型，主分型面应首先考虑选在塑件外形的最大轮廓处，根据制件的特征选择分型面如图3.5。图 3.5 分型面位置成型零件工作尺寸计算模腔工作尺寸的计算， 凸模、凹模组成的模腔工作尺寸计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。平均收缩率法以平均概念进行计算， 从收缩率的定义出发

22、，按塑件收缩率、成型零件制造公差、磨损量都为平均值时计算。3.3.2.1 型腔径向尺寸塑件外形径向尺寸为s 1440， s 2300， s 32400， 00.48。1.200.960.88 ，1 0.482查参考文献 1 可知，型腔径向尺寸计算公式为：M0 z(1Scp ) sx0 z式（3.4）式中：M 型腔径向尺寸Scp 平均收缩率x系数，由于塑件尺寸较小，故取0.75塑件尺寸偏差z 模具成型零件的制造误差则： M1M2M3M4M5( 10.0275)440.751.2 00.444.31 00.4； ( 10.0275)3 00 .3 20 .30. 100. 7500. 960； (

23、 10.0275)2 40.2 90 .2 40. 7500. 880。 (10.0275)10. 750 .160 .0.6 700. 480 (10.0275)20. 750 .160 .1.7 000. 48 03.3.2.2 型腔深度尺寸塑件外形径向尺寸为H0H80H0H0。s14 0.56， s 20.61 ， s 3140.72 ， s 42 0.48查参考文献 1 可知，型腔深度尺寸计算公式为：HM0 z(1Scp )Hsx0 z式（3.5）式中： HM 型腔深度尺寸Scp 平均收缩率x系数，由于塑件尺寸较小，故取2/3塑件尺寸偏差z 模具成型零件的制造误差则： HM(10.02

24、75)420.560.193.740.19；1300H ( 10. 0275)20. 230 . 23M280. 617. 81300 ；H ( 10. 0275)20 .2 40. 2 4M31 400. 72013. 903；H ( 10. 0275)20 .1 60. 1 6M420 .4 8 01. 7430；型芯径向尺寸塑件外形径向尺寸为 s 14201.20 ， s 22800.96 ， s 3 2200.88 。查参考文献 1 可知，型腔径向尺寸计算公式为：D 0(1S)Dx 0式（）M zcpsz3.6式中： DM 型芯径向尺寸Scp 平均收缩率x系数，由于塑件尺寸较小，故取0

25、.75塑件尺寸偏差z 模具成型零件的制造误差则： DM1( 10.0275)420.751.2 00.444.06 00.4；DM2( 10.0275)280.750.96 00.3229.49 00.32 ；D( 10.0275)220.750.8800.2923.26 00.29。M3型芯深度尺寸塑件外形径向尺寸为 Hs1300.56， Hs 2700.61， Hs 31400.72 。查参考文献 1 可知，型腔深度尺寸计算公式为：BM0z(1Scp )Bsx 0z式（3.7）式中： BM 型芯深度尺寸Scp 平均收缩率x系数，由于塑件尺寸较小，故取2/3塑件尺寸偏差z 模具成型零件的制造

26、误差则： BM(10.0275)320.5603.460130.190.19BM(10.0275)720.6107.600230.230.23HM(10.0275)1420.72 014.86 00.240.2433成型零件结构型腔结构型腔是成型塑件外表面的主要零件， 本次设计采用整体式型腔， 即型腔和定模板由整块材料加工而成， 它的特点是牢固， 使用过程中不易发生变形。 定模扳选用的材料为 T10A ，淬火处理，硬度为 5458HRC，其型腔结构形式如图 3.6 所示。图 3.6 型腔结构型芯结构型芯是成型塑件内表面的主要零件， 本次设计采用通孔台肩式型芯， 即型芯和动模板分开加工而成， 型

27、芯和动模板之间的配合采用 H7/m6。型芯选用的材料为 T10A ，淬火处理，硬度为 5458HRC，其结构形式如图 3.7 所示。图 3.7 型芯结构3.4 合模导向机构设计导向零件应合理的分布在模具的周围或边缘的部分，其中心至模具边缘应有足够的距离， 以保证模具的强度， 防止压入导柱导套后变形。 该模具采用 4 根导柱和 4 个导套。导柱安装在动模板上，导套安装在定模板上。在合模时，应保证导向零件首先接触， 避免凸模先进入型腔， 导致模具损害。 动定模板采用合并加工，可保证同轴度要求。导柱的设计与选用此模架适用的导柱直径为12mm，四根导柱的安装位置在95mm× 175mm 这个

28、矩形的四个顶点上。采用标准带头导柱，导柱工作部分的表面粗糙度为R=0.4m；为使导柱能够顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形的先导部分或者圆弧过渡。导柱滑动部分按H7/f7 配合；导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，故采用T8 钢经淬火处理，硬度为56-60，导柱结构如图 3.8 所示。图 3.8 导柱结构导套的设计与选用采用标准带头导套，采用T8A 钢，根据所选导柱的直径，选用的直导套的外径是18mm，导套的端面应倒圆角，利于排气。导套的滑动部分按H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为R=0.4m。导套外径与模板一端采用H7/m6配合，导套结构如图3.9 所示。图 3.9 导套

29、结构。3.5 推出机构设计脱模力的计算脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。塑件在模具冷却定型时，由于体积收缩， 其尺寸逐渐缩小， 而将型芯或凸模包紧， 在塑件脱模时必须克服这一包紧力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时还要克服大气压力；此外，尚需克服机构本身运动的摩擦阻力几塑料和钢材之间的粘附力。一般而论，制品刚刚开始脱模之瞬间的摩擦力最大。根据参考资料知其计算公式：FtAp( c o ss i n式（3.8）式中 : Ft 脱模力（ N） 塑件对型芯的摩擦系数，约为0.10.322A 塑件包容型芯的表面积（ mm） A447.4 mmP 塑件对型芯的单位面积上的包紧力（MPa），一般

30、情况下，模内冷却的塑件 p=812MPa。则 Ft447.410(0.2 cos 1sin 1)816.4 N推出方式的确定推杆推出推杆推出是一种常用的塑件推出方式，常用的推杆形式有圆形、 矩形和阶梯型，本设计采用圆形推杆。由总脱模力力816.4N 可知，此塑件的推出力较小。故设 4mm 的圆推杆设置有8 根，那么推出面积为：A杆d2422式（3.9）488100.53 mm4推杆推出时作用在制件表面的应力为：Ft816.4MPa式（ 3.10）A杆8.1100.54查参考文献 2 表 2-12 ，取 POM 的许用应力 =31 MPa。可见， 。通过上述计算，采用均布的8 根10mm 的推杆

31、即可推出制品，不需要设置推件板。推杆位置的布置为了使脱模力比较均匀， 初步设定 4 个推杆均匀分布在一个直径为32mm 的圆周上。推杆直径与凸模上的推杆孔采用H8/f8 间隙配合，推杆安入模具后，其端面应与型芯的表面平齐，推杆和推杆固定板采用单边0.5mm 的间隙。推出机构的复位为了使推出元件合模后能回到原来的位置，推杆固定板上同时装有复位杆，此次设计复位杆采用直径为 8mm 的圆形截面，此副模具设置四根复位杆，复位杆端面与所在动模分型面平齐， 设置在推杆固定板的四周， 以便合模时推出机构平稳复位。复位杆材料选用 45 钢，经淬火处理。3.6 冷却系统的设计1.单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量w。塑料制品的体积 VVVVnV7.21 cm3式（3.11）主分塑塑料制品的质量 MMV * 10.17 g式（3.12）塑件壁厚为 1mm,可有查表可得 t 冷30s ，取注射时间 t 注30s ,脱模时间t 脱15s ,则注射周期： tt 冷t 注t 脱75s ,由此可得每小时注射次数N360048 次。75单位时间内内注入模具中的塑料熔体的总质量WWNM 4 8 1 0. 1