罩盖注射模具的设计

罩盖注射模具的设计一、塑件的工艺型分析1.塑件的的成型工艺型分析塑件如图1所示：名称：罩盖材料：ABS数量：大批量生产1.1塑件材料特性ABS塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）是在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体厚成为的改性共聚物，也可以成为改性聚苯乙烯，具有聚苯乙烯更好的使用性能和工艺性能。ABS塑料是一种常用的具有良好的综合力学性能的工程塑料。它具有良好的机械强度，提别是抗冲击强度；具有一定的耐磨性、耐水性、耐寒性、耐油性、化学稳定性等性能。一般为无定型料，不透明，无毒，无味，成型塑件的表面有较好的光泽。其缺点是耐热性不高，并且耐气候性较差，在紫外线的作用下易变硬发脆。1.2塑件材料成型性能使用ABS注射成型塑件是，由于熔体粘度高，所需要的注射成型压力高，因此塑件对型芯的包紧力较大，故塑件鹰采用较大的脱模斜度；另外熔体粘度高，使ABS塑件易产生熔接痕，所以模具设计时应注意尽量减少浇注系统对流料的阻力。ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理。在正常成型条件下，ABS塑件的尺寸稳定性较好。1.3塑件结构、尺寸精度和表面质量分析塑件结构分析：塑件外形简单，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求；无需侧向分型与抽新机构，使模具结构设计简单，可以采用整体式型腔和型芯。根据塑件的设计壁厚均匀的原则，塑件未注圆角设计为：外圆角R=1.5xt=1.5x2=3mm；内圆角r=0.5x2=1mm；塑件未注明脱模斜度，因塑件较高，模具设计时需将脱模斜度的设计考虑在内，型芯是以小端为基准，向扩大的方向去，型腔是以大端为基准向缩小的方向取。开模脱出塑件时，希望塑件留在有脱模装置的动模一侧，要求塑件留在型芯上，该塑件内表面的脱模斜度应小于外表面的脱模斜度。塑件尺寸精度分析：该塑件尺寸精度没有特殊要求，未注公差的尺寸为自由尺寸，可以按MT5查取，查《塑料注射模结构与设计》一书中表4-10知，该塑件主要尺寸公差标注为：000外形尺寸:650−0.74,50−0.64,15−0.38,Ф20−0.44+0.50.2；内形尺寸：610，16+0表面质量分析：该塑件要求外形美观，表面无斑点、气泡、和熔接痕。二.确定塑件成型工艺参数和初选成型设备2.1确定塑件成型工艺参数查《塑料模具设计》一书表2-1知ABS塑料的成型工艺参数为：密度1.03～1.07kg/dm³收缩率0.3～0.8预热温度80～85ºC预热时间2～3h料筒温度后段150～170ºC中段165～180ºC前段180～200ºC喷嘴温度180～200ºC模具温度50～80ºC注射压力60～100Mpa成型时间注射时间20～90s保压时间0～5s冷却时间20～120s以上注射成型工艺参数可在试模时做适当调整。2.2成型设备的初步选择计算塑件体积V=(65²-61²)x50+(61²-лx16²)x2+лx(20²-16²)x15=34902.55mm³计算塑件质量W=ρv=34902.55x1.03x10−3=35.95kg根据塑件形状及尺寸采用一模4件的模具结构，参考《冲压与塑压成型设备》一书表4-2，选取国产SZ系列螺杆式注射机：SZ-100/630三.模具的结构设计模具结构设计主要包括：分型面的选择，模具型腔数目的确定，浇注系统的设计，型芯型腔结构的设计，推件装置的设计，模具支承零件的设计，模架的选择等内容。3.1分型面的选择根据塑件分型面选取原则：1）为了塑件脱模方便，分型面应选在塑件外形最大轮廓处。针对该罩盖塑件，可以选取如图所示的三种分型面。选在分型面1时，型腔需设计成半合模；选择分型面2时，部分型腔在定模侧，另一部分在动模侧；选择分型面3时，型芯和型腔均在定模侧。2）模具结构简单；选择分型面1和2时，一定程度上使模具的结构更为复杂复杂，而选择分型面3时，模具结构简单，分型时塑件能留在动模侧，降低了推出机构的设计。3）确保塑件的尺寸精度和无损塑件的外观。采用分型面1和2时，塑件成型时，在分型面处容易出现飞边和毛刺，在塑件上留下分型面痕迹，影响塑件的外观，同时难以保证塑件的尺寸精度。综上所述，最终确定分型面选在塑件3处。图2：分型面3.2确定型腔数目及型腔的排列该塑件为大批量生产，为提高生产率，宜采用一模多腔，考虑到模具制造的复杂型，为了降低模具的制造周期，采用一模两件，平衡式型腔布置，使模具尺寸较小，制造加工方便，降低模具制造成本，又不影响塑件的生产效率。型腔布置简图如图所示：图3：型腔布局3.3浇注系统的设计浇注系统是指模具中从注射机喷嘴到型腔为止的塑料熔体的流动通道，浇注系统在模具设计中占有重要的地位，它的设计合理与否直接对制品的成型起到决定的作用。浇注系统的设计包括主流道、分流道、浇口和冷料穴的的设计。3.3.1主流道的设计和定位圈的选择根据SZ-100/630型注射机喷嘴的有关尺寸喷嘴球半径：R0=SR15mm喷嘴孔直径：d=Ф4mm根据模具主流道与喷嘴的关系：R=R0+(1～2)mm；d=d0+0.5mm取主流道球面半径：R=17mm取主流到小端直径：4.5mm为了便于将凝料从主流道中拔出，叫主流道设计成圆锥形，其斜度为2º。经换算主流道大端直径D=Ф10。同时为了是熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=3mm的圆弧过度。浇口套结构尺寸如下图所示：未注倒角C1；材料：45钢；局部热处理：SR17球面硬度38～45HRC。图4；浇口套的设计由于浇口套是根据标准浇口套进行的设计，因此定位圈可以直接选取标准件，选取的标准定位圈：100GB/T4169.18—20063.3.2分流道的设计考虑到圆形截面的分流道的比表面（流道表壁面积与容积的比值）最小，塑料熔体的热量不易散发，虽流道主流小，但要开设在分型面的两侧，要使上下两部分吻合，加工难度大。梯形截面分流道易加工，且熔体的热量散发和流道阻力都不大，因此选用梯形分流道。分流道的截面尺寸如图所示：图5：梯形截面分流道3.3.3浇口的设计根据塑件外形，采用齐边侧浇口为宜，注射成型厚易去除且不影响塑件外观。侧浇口开设在分型面的型腔侧，可以改变截面高度和宽度可以调整熔体充模是切变速率及冻结时间；在塑件的分子取向方面考虑，在塑件侧向开浇口，分子取向沿着周向应力的方向，从而使应力开裂现象大为减小；每个塑件只有一个浇口，可以减少熔接痕，从而增加了熔接牢度。侧浇口尺寸计算公式如下：13a=(～)s；410b=(5～8)a；c=2～4mm；式中:a——浇口厚度s——塑件厚度B——浇口宽度c——浇口长度计算并取值：a=0.5mmb=3mmc=2mm分流道和浇口的布局如下图所示：图6：分流道和浇口的设计3.4型芯、型腔的结构和尺寸的确定3.4.1型芯、型腔的结构型芯、型腔可采用组合式和整体式，整体式型腔是直接在型腔板上加工，有较高的强度和刚度，但零件尺寸较大时加工和热处理困难。整体式型芯结构牢固，成型塑件质量好，但尺寸较大，消耗贵重模具钢多，整体式结构成型零件适用于中小型的模具。组合式型腔是有许多拼块镶嵌而成，机械加工和热处理比较容易，能满足大型件的成型需要。组合式型腔可以节省模具钢，修理更换方便且便于排气。该塑件长宽高均为65mm，属于中小型尺寸，采用整体式型芯,考虑到塑件较高，而浇口开在分型面上，容易使塑件上部排气不畅，因此采用组合型腔，采用拼镶件缝隙来排气。型腔板材料采用根据《模具材料》一书表5-16（塑料模具材料的选用），差的ABS塑料所适用的模具有40Cr、SM1、3Cr2Mo等,该模具型腔板选用3Cr2Mo，属于预硬型模具钢，一般在出厂时已经处于预硬状态，硬度约为30～40HRC，无需进行预硬热处理，便可直接进行成形切削加工，以保证较高的模具制造精度。型芯亦采用3Cr2Mo来制造，型芯加工后需化学热处理电镀Ni-P,化学镀层热处理后硬度达到1100HV，相当于55-72HRC,模具镀膜后，耐腐蚀性强，表面光洁，光亮，使用寿命一般提高3倍以上，可以满足塑件的连续大批量生产。型芯、型腔最终的结构和设计尺寸如图7和图8所示：图7：型腔板的设计图8：型芯的设计3.4.2型芯、型腔工作尺寸的计算成型零部件中与塑件接触并决定制品几何形状的各处尺寸称为工作尺寸，对工作尺寸进行准确计算，是成型零部件设计过程中一项非常重要的工作。针对该塑件模具的工作尺寸位置标注如图7所示：具有脱模斜度的型芯、型腔工作尺寸计算公式如下：型腔内形尺寸：型芯外形尺寸：式中+δzDM=[D+DS-Δ/2-δz]0δzDM'=[D-K]+0dM=[d+dS+Δ/2+δz]0−δzdM'=[dM+K]0−δzDM——型腔内形大端尺寸；DM'——型腔内形小端尺寸；mmdM——型芯外形小端尺寸；dM'——型腔外形大端尺寸；mm图7：型芯和型腔的脱模斜度K——脱模斜度，mm；D——制品外形的基本尺寸；mm脱模斜度取在制品公差范围,K=(～)Δδz——成型零件的制造偏差，mm1δz=(1～)ΔΔ——制品公差S——塑件的平均收缩率，S=(0.3%+0.8%)/2=0.55%+0.19+0.19型腔内形尺寸的计算：D=[65+65X0.55%-0.74/2-0.74/4/2]0=64.800mmD1=[64.80-0.74X0.3]+0.190+0.19=64.580mm+0.110+0.11=19.840mmD2=[20+20X0.55%-0.44/2-0.44/4/2]D3=[19.84-0.44X0.3]+0.110+0.11=19.70mm0型芯外形尺寸的计算：d=[61+61X0.55%+0.5/2+0.5/4/2]0−0.13=61.65−0.13mmd1=[61.65+0.3X0.5]0−0.13=61.800−0.13mm0d2=[16+16X0.55%+0.2/2+0.2/4/2]0=16.21−0.05−0.05mmd3=[16.21+0.3X0.2]0−0.05=16.270−0.05mm3.4.3型腔壁厚的确定成型零部件的壁厚计算一般常用计算法和查表法，但计算比较复杂且繁琐，而计算结果却与经验数据比较接近，因此，在进行模具设计时，一般采用经验数据或查有关表格。该模具型腔的壁厚采用查经验数据表的方式来确定，经查《塑料注射模结构与设计》一书，矩形型腔的壁厚经验数据表7-3查的型腔壁厚经验值为35～42mm，因此该模具型腔侧壁厚取值S=40mm；初步计算型腔板的尺寸W=65+35+35=135mm；L=65+65+50+35+35=250mm；型腔底壁承受压力较小，取h=15mm，型腔板厚H=65+15=80mm,考虑到模板上还要设置拉板脱模结构，因此选取较大的模板，选取标准模板A200x300x100GB/T4169.8-2006。3.5排气槽的设计排气槽的位置和大小的选定，主要依靠经验。通常将排气槽先开在明显的部位，经过试模后再修改或增加，根据排气槽基本的设计原则，该模具的排气槽开设在凹模一面，使模具的制造和清模方便。根据经验知排气槽宽度b可取1.5-6mm，此处去b=5mm，其厚度t经查《塑料注射模结构与设计》一书表7-1，ABS塑料排气槽厚度宜≤0.03mm，此处选取t=0.02mm，排气槽的结构设计和尺寸如下图所示：图8：排气槽的设计3.6塑件脱模机构的确定与设计3.6.1塑件脱模方式的确定采用拉杆脱模机构。根据塑件的特点，模具型腔开设在定模一侧，开模后，塑件留在动模侧的型芯上，其推件方式可以采用推杆、推板和拉板推出，考虑到塑件较深，对型芯的抱紧力较大，单独采用推杆时，可能损坏塑件，或留下明显的缺陷；当选用推板推出时，推出距离较大，在标准模架中需选取较大的模架，增加了模具的复杂性和制造成本；针对该塑件采用拉杆脱模机构较为合理，将脱模长度取在拉杆上，增大了开模行程，容易实现塑件的脱模。像推件板一样，不会在塑件上留下顶出痕迹，塑件外观较好；同时省去了推杆及其固定板，简化了模具结构，减小了模具高度。3.6.2塑件脱模机构的设计该模具采用伸缩性定距拉杆拉动的拉板脱模机构，由拉杆（M8x80的螺栓）、螺母(M8)、定距拉杆和拉板组成，拉动零件的两端分别与动，定模相连，并在模具上开设拉杆的让位孔。模具打开时动定模后退，这些零件拉动拉板将塑件从主型芯上脱下，为了使塑件及冷料穴中的凝料完全拉出，拉杆脱模机构的伸出距离的总和须大于塑件的脱模距离，该脱模机构的装配关系如图9所示，其中脱模距离可以通过螺母来适当调节。模具浇注系统凝料高度l=127mm,脱模机构的脱模机构的脱模距离为L=87+30+13=130mm，大于塑件和凝料的高度，能够使塑件顺利的脱模。图9：拉杆拉动拉板脱模机构伸缩性拉杆与定模板的配合为间隙配合，采用间隙配合H9，外表面粗糙度要求求不高，采用精车即可；内孔可以通过在普通机床上进行钻孔，由于内孔不与拉杆进行配合，粗糙度不要求，粗糙度容易达到。图中线性尺寸78和70的公差按一般公差中的m（中等级）标注，由《互换性与测量技术》一书中表3-7差得偏差为±0.3mm。材料选用强度较高的45钢，热处理硬度为28～32HRC,其结构和尺寸设计如图所示：图10：伸缩性拉杆3.6模架的选择根据以上所设计的模具的结构，由于采用直浇口和拉板，经查《塑料注射模结构与设计》选取标准直浇口B型模架。使用的拉板脱模结构，拉杆设置在定模侧，对垫块的高度没有要求，为降低模具闭合高度，此处选用了较低的垫块。所选模架的标记为：2030-100x40x60GB/T12555-2006。3.7导柱、导套的选择由于塑件要进行大批量生产，因此需采用带肩导柱；当导柱因某种原因挠曲时，容易从模板上卸下更换，为了保证模具的导向精度，需采用导套。在标准模架中选用的导柱直径为Ф20mm，根据导柱的设计原则知：导柱长度尺寸应能保证位于动定模两侧的型腔和型芯闭合前导柱已经进入导孔中的长度不小于导柱的直径。如图11所示：图11：导柱长度的确定导柱长度取值：L=125+25=150，查《塑料注射模结构与设计》一书标准带肩导柱表8-2，选取导柱标记为：20x150x40GB/T4169.36-2006。根据所设计的模具结构，需分别为拉板和定模板选取导套，拉板中设置直导套，定模板中设置带头导套，由于导套安装孔和导柱的安装孔相同，为保证两者有较高的同轴度，将导套孔和导柱安装孔一次加工而成。所选取的导套标记为：直导套：20x20GB/T4169.2-2006带肩导套：20x100GB/T4169.3-20063.8拉料杆的设计由于该模具采用了脱件板脱模机构，不能采用Z型拉料杆拉出主流道凝料的形式，需采用端头为球形的拉料杆。球形拉料杆球头和细颈部分伸到冷料穴内，被凝料包围，动，定模打开时将主流到凝料拉向动模一侧，顶出行程中，拉板将塑件从主型芯上脱下的同时，也将主流道凝料从球头上脱下。值得注意的是球形拉料杆应安装在型芯固定板上，而不是顶杆固定板上。球形拉料杆的结构和设计尺寸如图12所示：材料选用T10,热处理硬度为HYPERLINK"/retype/zoom/6af5acc7aa00b52acfc7ca3f?pn=10&x=0&y=218&raww=269&rawh=148&o=png_6_1_0_297_820_303_167_892.949_1262.85&type=pic&aimh=148&md5sum=a2b11ead0eeb017426cf12cc7d4fd51f&