摩托车尾灯罩注塑模具设计

1、摩托车尾灯罩注塑模具设计绪论塑料成型模具的内容及其在塑料成型加工工业中的地位对塑料模具的全面要求是:能生产出在尺寸精度,外观,物理性能等各方面均能够 满足使用要求的优质制品.以模具使用的角度,要求高效率,自动化,操作简便从模具 制造的角度,要求结构合理,制造容易,成本低廉.注射成型所用的模具叫注射模具.塑料先加在注射机的加热料筒内,塑料受热熔 融,在注射机的螺杆或活塞推动下,经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔,塑料在 模具型腔内硬化定型.注射模具主要用于热塑性塑料制品的成型,但近年来随着塑 料工业的发展,塑料注射模已经成为制造塑料制造品的主要手段之一,且发展前景 广泛.实际上,塑料制品是目标,

2、塑料注射模是实现目标的一种手段,所以不能够孤立 的为模具而只考虑模具,应从系统工程角度出发,把塑料注射模作为塑料注射成型 加工系统中的一个环节,在设计和制造注射模时把整个系统中的其他环节考虑在内. 所以,塑料注射模设计与制造涉及的内容有:(1塑料制品的结构工艺性(2塑料的成型工艺特性(3塑料注射机匹配 (4塑料注射成型工艺及控制(5塑料注射模的设计及模具材料 (6塑料注射模的制造装备和制造工艺等. 现代塑料制品生产中,合理的加工工艺,高效的设备,先进的模具是必不可少的三 项重要因素,尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求,塑料制件使用要求和造型 设计起着重要作用.高效的全自动的设备也只有装上能自

3、动化生产的模具才有可能 发挥其效能,产品的生产和更新都是以模具制造和更新为前提.由于工业塑料和日用塑料制品的品种和产量需求量很大,对塑料模具也提出了越来越高的要求,因此 促进塑料模具生产不短向前发展.模具及注射模具技术的发展趋势随着工业产品的不断发展和生产水平的不断提高,无论从数量上和质量上对 模具要求都越来越高,高效率,自动化,大型,微型,精密高寿命的模具在整个模具产量 中所占的比越来越大.从模具设计与制造技术角度看,其发展趋势可归纳为:a 加深理论研究 在模具设计中,对工艺原理的研究越来越深入,模具设计已 由经验设计阶段逐渐向理论计算设计方面发展,这样使得塑料制品的产量和质量 都得到很大的

4、提高.b 模具 CAD/CAM 技术进一步发展伴随着计算机技术的发展,计算机辅助设 计和计算机辅助制造已越来越广泛的采用,从而大大提高了模具生产效率,缩短生 产周期.c 高效率,自动化,大量采用各种高效率,自动化的模具结构,如高效冷却 以缩短成型周期;各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构;热流道浇注 系统注射模具等.高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具,对提高产品质量, 提高生产质量,提高生产效率,降低成本起了很大的作用.d 标准化 要使模具技术高速度发展,国外的经验表明:实现专业化,标准化 生产是关键.目前,美国模具专业化程度已达90%,日本为74%,而我国仅为20%左右. 要实

5、现模具专业化生产,前提是要模具标准化.有了模具的各项标准才可能采用专 用的先进生产设备和技术,建立专门的机械化和自动化生产线,才可能采用高精度 的,专用的质量检测手段,从而实现提高模具质量,缩短生产周期,减低制造成本的 目标.e 大型,超小型及高精度由于塑料应用的扩大,塑料制件已应用到建筑,机械,电子,仪器,仪表等各个领域,于是出现各种大型,精密和高寿命的成型模具, 为了满足这些要求,研制了各种高强度,高硬度,高耐磨性能且易加工,热变形小, 导热性优异的材料.f 革新模具制造工艺为了更新产品花色和适应小批量产品的生产要求,除 大力发展高强度,高耐磨性的材料外,同时又重视简易制模工艺的研究;减少

6、钳工 等手工操作的工作量,采用了各种仿形机床,光控机床,数控机床等,缩短了模具制 造周期,大大提高了机械加工的比重,而且提高了加工精度.第一章 模塑工艺规程的编制该塑件是一个摩托车上的尾灯罩, 其零件图如图所示1, 塑件的材料采用PS204, 生产类型为大批量生产。1.553602275215267548R5图 11.1 塑件的工艺性分析a 结构分析。 从零件上分析,该塑件总体上形状是长方形,在高度为 55mm 的方 向上有一个长方孔,其尺寸为长53mm,宽26mm,所以在模具设计时必须设置侧向 抽芯机构,由于塑件的外观形状要求,分型面做成阶梯形,因此零件属于中等复 杂程度。b 尺寸精度分析。

7、 由于该制件属于照明件,对于制件表面要求不是太高,所以根 据聚苯乙烯塑料成型性能上来看, 制件的精度等级选为|MT3级 (GB/T14486-1993, 具体的尺寸如图所示。1.522 2 0 2 6R548 +0.15-0.1553 +0.15-0.1560 +0.030 90 +0.1-0.175 +0.1-0.175+.2-.215+.1-.1图 2从塑件的壁厚上来分析看,壁厚均为1.5mm,所以壁厚较均匀,有利于塑件的成 型。c 表面质量分析。该塑件的表面除了要求没有缺陷,毛刺,内部不得有导电杂 质外,没有特别的表面质量要求,故比较容易实现。综上分析可以得出结论,注塑时在工艺参数控制得

8、较好的情况下,塑件的成型要求是可以得到保证的。计算塑件的体积和质量计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。计算塑件的体积为V=2530.2 mm 3 (过程略,计算塑件的质量 :根据表 1-1 可查得聚笨乙烯的密度为r =1.05g/cm 3 ,故塑 件的质量为:W=V r=2530.2´1.05´10 3-»2.66g成型制件的塑料模采用一模两腔的模具的模具结构,如图所示: 图 3考虑其外形尺寸,注塑时所需压力和工厂现有设备等情况下,初步选用注塑 机为XS-Z-60型。注塑工艺参数的确定如下:查相关文献资料和根据工厂实际情况下,聚苯乙烯的成型工艺参数可以

9、作如下选择,而试模时可根据实际情况作出适当的调整。 注塑温度:包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度:后段温度用260 0 C;中段温度用270 0 C;前段温度用280 0 C;喷嘴温度:选用270 0 C;注塑压力:选用100Mpa;注塑时间:选用30s;保压压力:选用75Mpa;保压时间:选用25s;冷却时间:选用15s;第二章 确定模具结构方案2.1 注塑模的结构设计注塑模的结构设计主要包括:分型面的选择,模具型腔数目的确定,型腔的排 列方式,冷却水道的布置,浇口位置的设置,模具工作零件的结构设计,侧向抽 芯结构的设计,推出机构的设计等内容。在模具设计中,分型面的选择很关键,它决定了模具的结

10、构,所以应根据分型 面的选择原则和塑件的成型要求来选择分型面,该塑件为摩托车后灯罩,表面质量要求应较好,不应在塑件的外表面分型,根 据塑件的形状以及其他相关条件,采用阶梯分型面,如图所示。这样可以满足 塑件的要求,更使模具简单化。确定型腔的排列方式该塑件在注塑时采用一模两腔,即模具要有两个型腔,综合考虑浇注系统,模 具结构的复杂程度等因素,拟采用方式如图所示的型腔排列方式, 图4主流道的设计 ,根据设计手册查得XS-Z-60X型注塑机喷嘴的有关尺寸:=f4mm;喷嘴的前端孔径:d=12mm;喷嘴前端球面半径:r根据模具主流道与喷嘴的关系:+(12mm;R=r+(0.51mm;D=d取主流道的小

11、端直径d=f4.5mm;为了便于将凝料从主流道中拉出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为 1 03 0 , 经过换算得出主流道大端直径 D=f8.5mm,为了使熔料顺利进入分流道,可在主 流道出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。分流道的形状及尺寸,应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度,熔料填充型 腔的难易程度,根据型腔的排列方式可知分流道的长度比较短,为了便于加工起 见选用截面形状为半圆形的分流道,查表得R=3mm。根据塑件的成型要求及型腔排列方式,选用侧浇口比较为理想。设计时应考虑从塑件的底部一侧处进料,料流顺畅,型腔由瓣拼而成的,将有 利于排气、冷却,故采用截面为半圆形的浇口,查表初选尺寸为

12、(b´l´h 1mm´0.6mm´0.6mm试模时修正。此塑件上高度方向的一侧上有一个长方形孔,它与脱模方向垂直,阻碍了成型后塑件从模具中脱出,因此成型此塑件时应采用瓣式凹模;凹模型腔由瓣拼合 成,须设置侧向抽芯机构,本模具采用斜销抽芯机构。由型腔的排列及方式及制件的结构特点,可计算抽芯距H,抽芯距一般应大于成 型孔的深度,因为塑件的孔壁厚为 1.5mm,另加 35 的抽芯安全系数可取抽芯距 S 抽 =4.5mm斜导柱的倾斜角a 是斜抽芯机构的主要技术数据之一,它与抽拔力以及抽芯 距有直接的关系。一般取=15 0 25 0 ,所以此模具斜销倾角取a =2

13、0 0 。斜导柱的直径取决与抽拔力及其倾角度,可按设计资料的有关公式进行计算。 抽拔力的计算,由于侧孔为断面为矩形,所以用以下公式:Q = 11 (2 k lk E b a + + + m e ´ a cos 1 + 13 . 10 ´ F 公式中的:Q抽拔力(N;F型芯的截面积(cm 2 ;a、 b-型芯截面的两边长尺寸; (mmk无因次系数,仅与脱模a 和摩擦因数f 有关;k 1 - 无因次系数,仅与脱模a 和比值 tr 均 有关 l塑件对型芯的包装长度(mm;E塑料的弹性模量(Mpa; e -塑料的收缩率(%;m -塑料的泊桑比;a -型芯单面斜角( 0 ;及 c r

14、 =pba + 矩形型芯的折算半径可推出以查表得此灯罩的脱模力 脱A = N 5 . 634 。斜销的长度根据抽芯距固定端模板的厚度,斜销的直径及斜角的大小确定,其计算图所示: 图5根据公式 5 4 3 2 1 L L L L L L + + + + = ;为了使模具机构紧凑,降低模具装配复杂程度,采用整体式滑块和整体式导向 槽的形式如装配图所示:另外为了提高滑块的导向精度,装配时可以对导向槽或滑块采用配磨,配研的 装配方式。由于侧向抽芯距较短,故导滑长度只要符合,滑块在开模时定位要求即可,滑 块的定位装置采用弹簧与台阶的组合形式如装配图所示:2.2 成型零件的结设计。模具采用一模两腔的结构形

15、式,由于要求较好的强度和刚度,塑件的体积不 大,故凹模采用整体式结构,其结构形式如图所示: 图6根据分流道和浇口的设计要求,分流道和浇口均设在凹模上。凸模采用与凹模相结合构成模具的型腔,其凸模和侧型芯的结构形式如图装 配图中的件2所示。第三章 模具设计的有关计算成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸,平均收缩率,平均制造公差和平 均磨损量来进行计算。查表 1-3 得聚苯乙烯的收缩率为 S=0.0020.008,故平均收缩率为cp S 2008 . 0 002 . 0 ( + = % 5 . 0 005 . 0 = = ,考虑到工厂模具制造的现有条件,模具 的制造公差取 z d 3D = 。3.1

16、 型腔,型芯的工作尺寸计算: 类别模具 零件 名称塑件尺寸 计算公式 型腔或型芯的 工作尺寸型腔的计算凹模 内腔侧长方孔1 . 0 25± 0 15 . 0 22 - 15. 0 48± 01 . 0 15± 2. 0 75± M L ZCPS S S L L d + D - + = 0 43 % ( M H ZCP S S S H H d+ D - + = 03 2 % ( M L ZCPS S S L L d+ D - + = 0 43 % ( 07. 0 0 2 . 75 + 04 . 0 01 . 0 1 . 22 + + 03 . 00 48

17、+ 07 . 0 0 15 + 0 03 . 0 1 . 75 - 03 . 002 . 5 +02. 0 5± R 型芯 的 计算 凸模01. 0 26± 15. 0 53± 02 . 0 20± 12. 0 74± 15. 0 45± 15 . 0 04. 0 72 + - M H ZCP S S S H H d + D - + = 032 % ( M L ZCPS S S L L d+ D - + = 0 43 % ( 07. 00 9 . 25 + 03 . 00 98 . 52 + 12 . 00 2 . 20 + 12 .

18、 0 0 89 . 73 + 03 . 00 45 + 12 . 0 01 . 7凹模型腔侧壁厚度计算。由于凹模型腔为组合式矩形型腔,根据组合式矩形 型腔侧壁厚度计算公式进行计算:=h 32 42d EA pal 公式中: Mpa a 60 = (选定值;mm a 75 = ; mm l 2 . 75 = ;5 106 . 1 ´ = E Mpa ;mm A 50 = (初选值; mm 05 . 0 = d 。代入公式计算得,h=2.1mm考虑到凹模还需安放侧向抽芯机构,故取下凹模的外形尺寸为170mm ´135mm。 凹模底版厚度计算。根据组合式型腔底版厚度计算公式进行计

19、算: 4 3 2d B pbl H =公式中的: Mpa p 60 = ;mm b 1 . 75 = ;mm l 105 = (初选值; mm B 180 = 根据外形尺寸确定;Mpa 160 = d (地板料选定为45钢;代入公式得:H=10.9mm;考虑到模具的整体机构协调,取H=95mm。第四章 模具加热与冷却系统的设计4.1 模具加热与冷却系统的计算由于塑件在注塑成型时不要求太高的模具温度,因而在模具上不设置加热系 统。是否需要冷却系统可以作如下设计计算:设定模平均工作温度为 C 075 ,用 C 0 20 的常温水作为模具的冷却介质,其出口 温度为 C 0 35 ,产量为(初算每3分

20、钟 1套1.28kg/h,求塑件在硬化时每小时释放出的热量为 3 Q , 查有关文献资料得聚苯乙烯的单位 热量为 2 Q kg j / 10 684 ´ = ,求冷却水的体积流量V:( 2 1 1 1T T P WQ V c - = min/ 5 . 3 3 mm = 由体积流量V 查表可知所需的冷却水管直径为 8.5mm。第五章 模具闭合高度的确定模具的闭合高度主要是由定模座板,动模座板,推件板,垫板,型芯固定板,型腔固定板 等几块模板组成,同时,考虑到制件尺寸较大,所以选用355´ L 系列的模架,所选 用的尺寸如下:2定模座板:355´450´25

21、mm ; 动模座板:355´450´25mm ; 垫块:355´63´80mm ;(GB/T4169.6­1984 推件板:355´400´10mm ; 固定板:355´400´20mm ; 型腔固定板:355´400´60mm ; 动模固定板:355´400´20mm ; 支承板: 355´400´15mm ;因而模具的闭合高度:H=25+25+80+10+20+60+20+15=255mm本模具的外形尺寸为355´450´

22、255mm 。XS Z 60型注塑机模板的最 大安装尺寸为532´634mm 。故能满足模具的安装要求。1由上述计算模具的闭合高度H=255mm , XS Z 60型注塑机所允许模 具的最小厚度Hmin=165mm ,最大厚度Hmax=406mm ,即模具满足该安装条件。Hmin H Hmax经查资料XS Z 60型注塑机的最大开模行程S=260mm ,满足塑件顶出要求。SH1 + H2 +(510 mm ,=67+60+10=137mm此外,由于侧分型抽芯距较短,不会过大增加开模距离,注塑机的开模行程足 够。经验证。 XS Z 60型注塑机能满足使用要求,所以可以采用。第六章 注塑

23、机有关参数的校核本模具的外行尺寸为400 mm ×180 mm ×190 mm.XS­Z­60型注塑机模板最大 安装尺寸为650mm × 440 mm,故能满足模具的安装要求.由于上述计算模具的闭合高度 H=185mm, XS­Z­60 型注塑机所允许模具的最小厚 度H min =70 mm.最大厚度H max =200 mm,即模具满足的安装条件.H min £H £H max经查资料XS­Z­60型注塑机的最大开模行程S=180 mm,满足式顶出塑件的要求.S ³ H 1

24、 +H 2 +(510 mm=10+12+8=30 mm此外,由于侧分型抽芯距较短,不会过大增加开模距离,注塑机的开模行程足够. 经验证, XS­Z­60型注塑机能满足使用要求,故可采用.第七章 绘制模具总装图和非标零件工作图本模具的总装图如图所示.非标零件图如图所示.本模具的工作原理:开模时,在弹簧 12 的作用下II分型面分型,同时 斜销8带动侧型芯滑快 5抽芯,抽芯完毕,型腔板4被定距拉杆11拉住,继续开模分型面分型,推杆 16 推动推件板 3 将制品推出,流道凝料同时 从球形拉料杆15上推落。第八章 注塑模主要零件加工工艺规程的编制在此仅对凹模滑块,型芯固定板的加工

25、工艺进行分析。(1上凹模滑块。上凹模滑块加工工艺过程见表1­1表1­1 上凹模滑块的加工工艺过程 序号工序名 称 工序内容 1下料 80 150 335 ´ ´ 2锻料 锻到尺寸 62 175 355 ´ ´ 3热处理 退火到2835HRC 4刨磨 刨六面到尺寸 61 171 352 ´ ´ 5平磨 磨六面尺寸 60 170 350 ´ ´ ,并保证上,下平面四面垂直度 0.02/100mm 。 6铣削 以上底面为基准铣型腔,长宽要分别达到图给尺寸。深度达 到20mm 。 7钳工 修锉两个台阶两

26、端R10mm 和R1mm 。 8热处理 淬火到要求 9平磨 磨 mm 108 Æ 尺寸到 mm 2 . 108 Æ ,磨 mm 170 Æ 到 mm 2 . 170 Æ ,保 证各面垂直, 垂直度0.02/100mm . 10钳工 将本件压入上固定板 11平磨 与上固定板配磨,使本件与上固定板下下齐平,且使型腔深度 12 钳工 研型腔到Ra0.1 m m .(2固定板序号工序名称 工序内容 1下料 切割钢板至尺寸 15 360 410 ´ ´ 2 刨削 刨六个面至尺寸 12355 400 ´ ´3 热处理 调质处理

27、到2025HRC4 平磨 磨六个面至尺寸,保证上下平面和侧面垂直, 垂直度0.01/100mm5 钳工 划线以上平面为基准,划各中心孔线以及斜导槽中心线线钻穿孔线6 钳工 与下垫板配合加工,同时钻 mmÆ 的光孔.207 铣削 模具组合件钻镗斜销孔到所要求尺寸.结论自从1932年德国人发明了世界上第一台塑料注射机开始,人们就已从事了塑 料注射成型模具的研究和开发应用,至今已有 60多年的历史。如今已进入用计算机辅助设计的阶段，但是塑料在注射中的流动状态在模具成型过程的变化情况， 确定属于一项高分子流变学范畴。曾经有人这样形容塑料熔体进入模具中就像进 入了神秘的“黑盒子” ，看不见，摸

28、不着，由于塑料本身的特性，目前要找到合适 的理论公式来正确的描述它，是非常困难的。在我没有接触到这门课程的时候， 我还怀疑过它的难易程度，通过此次塑料注射模设计，才使我对塑料注射模有了 个全新的认识。以前，我对着一副模具图纸或一套模具形体。我总以为它的构成 是模具设计者随意设计成的，是一件很简单的事情，不需要耗费什么精力的。可 是，经过这次塑料注射模设计，我才意识到以前一直在犯这样一个错误。一套模 具的设计从开始到结束都是根据现在市场需要所决定的。就此次盒盖塑料注射模 设计来说，任何一个模具设计者不可能凭空想象就能做出整套模具的，还可以让 它正常工作。一套模具的设计，除了选材外，还要根据塑件的材料，工艺性能以 及尺寸精度等来确定设计那种模具，以及该模具适合于那种型号的注塑机。从这 次模具设计来看，我的收获是不小的，至少它让我了解到模具设计所需要考虑的 各种因素。就像绪论我所提到的一句话“塑料制品是目标，塑料注射模是实现目 标的一种手段” 。所以不能“孤立地为模具而只考虑模具” ，应从系统工程角度出 发，把塑料注射模作为塑料注射成型加工系统中的一个环节，这样在设计和制造 塑料注射模时，就应把这个系统中的其它环