比亚迪汽车转向泵支架注塑模具设计方案

1 比亚迪汽车转向泵支架注塑模具设计 方案 第一章 绪论 注塑模具的基本概念 塑料是由高分子合成树脂加入增塑剂、稳定剂、填料等物质而组成的。原料为小颗粒 形状 （或粉状 ），我们将这些小颗粒塑料加温熔化成液体 ，注射到一个具有所需产品形状 的型腔中 ，待塑料冷却后取出来 ，就得到了与型腔形状一样的塑件 ，这个具有型腔的东西 我们称之为模具 ，因为要使用专门的设备将塑料注射入模具内 ，所以我们称之为注塑模具。 模具工业在国民经济中的地位 模具是制造业的一种基本工艺装备 ，它的作用是控制和限制材料 （固态或 液态 ）的流 动 ，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高 ，产品质量好 ，材料消耗低 ，生 产成本低而广泛应用于制造业中。 模具工业是国民经济的基础工业 ，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高 低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 ，它在很大程度上决定着产品的质量 ，效 益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业 ，正日益受到人们的关注。早在 1989 年 3 月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中 ，将模具列为机械工业技术改 造序列的第一位。 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分 ，又是高新技术产业化的重要领域。模具 在机械 ，电子 ，轻工 ，汽车 ，纺织 ，航空 ，航天等工业领域里 ，日益成为使用最广泛的主 要工艺装备 ，它承担了这些工业领域中 60 90 的产品的零件 ，组件和部件的生产加工。 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上 ，仅以汽车 ，摩托车行业的模具市场为例。 汽车 ，摩托车行业是模具最大的市场 ，在工业发达的国家 ，这一市场占整个模具市场一半 左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一 ，汽车工业重点是发展零部件 ，经济型 轿车和重型汽车 ，汽车模具作为发展重点 ，已在汽车工业产业政策中得到了明 确。汽车基 本车型不断增加 ，2005 年将达到 170 种。一个型号的汽车所需模具达几千副 ，价值上亿元。 为了适应市场的需求 ，汽车将不断换型 ，汽车换型时约有 80 的模具需要更换。中国摩托 车产量位居世界第一 ，据统计 ，中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型 ，1000 多个型号。 单辆摩托车约有零件 2000 种 ，共计 5000 多个 ，其中一半以上需要模具生产。一个型号的 摩托车生产需 1000 副模具 ，总价值为 1000 多万元。其他行业 ，如电子及通讯 ，家电 ，建 筑等 ，也存在巨大的模具市场。 目前世 界模具市场供不应求 ，模具的主要出口国是美国 ，日本 ，法国 ，瑞士等国家。 中国模具出口数量极少 ，但中国模具钳工技术水平高 ，劳动成本低 ，只要配备一些先进的 数控制模设备 ，提高模具加工质量 ，缩短生产周期 ，沟通外贸渠道 ，模具出口将会有很大 发展。研究和发展模具技术 ，提高模具技术水平 ，对于促进国民经济的发展有着特别重要 的意义。 国内注塑模具的发展状况 在模具方面 ，我国模具总量虽已位居世界第三 ，但设计制造水平总体上比德、美、日、 法、意等发达国家落后许多 ，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价 格方 面 ，我 2 国比发达国家低许多 ，约为发达国家的 1/31/5，工业发达国家将模具向我国转移的 趋势进一步明朗化。 我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、 术、 术 ，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较 大 ，在模具材料方面 ，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度 不高 ，系列化 商品化尚待规模化 ；件等应用比例不高 ；独立的 模具工厂少 ；专业与柔性化相结合尚无规划 ；企业大而全居多 ，多属劳动密集型企 业。因 此努力提高模具设计与制造水平 ，提高国际竞争能力 ，是刻不容缓的。 G塑料注射模 伴随着通用机械 术发展而不断深化的。从上世 纪 60 年代基于线框模型的 统开始 , 到 70 年代以曲面造型为核心的 统 ，80 年代实体造型技术的成功应用 ，90 年代基于特徵的参数化实体 /曲面造型技术的完 善 ，为塑料注射模采用 术提供了可靠的保证。目前在国内外巿场已涌现 出一批成功应用于塑料注射模的 统。 现在国外一些著名的商品化三维造型软件都带有独立的注射模设计模块 ，如美国 、 司的 司的 统。这三个 统目 前在塑料模具工业中的应用最为广泛。此外还有美国 司的 统、法国 公司的 统、法国 司的 统、英国 司的 系统、日本造船信息系统株式会社的 统和日本 式会社的 统等都各具特色 ，拥有各自的用户群。 塑料注射模 术的发展也十分迅速 ，从上世纪 60 年代的一维流动和冷却分析到 70 年代的二维流动和冷却分析再到 90 年代的准三维流动和冷却分析 ，其应用范围已扩展 到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且成效卓着。 我国注塑模技术的发展趋势 近十余年来 ，我国对塑料注射成型 术也开展了系统而深入的研究。华中科技 大学、上海交通大学、郑州大学和南昌大学等都相继取得了可喜的 成果。如华中科技大学 模具技术国家重点实验室在最近推出的商品化塑料注射成型集成化仿真系统 从 1989 年推出的 到如今的 ，经历了从二维分析到三维分析 ，从实用 化到商品化 ，从局部试点到大面积推广应用的进程 ，已成为塑料制品设计、模具结构优化 和工程师培训的有力工具 ，真系统目前已在国内 80 多家工厂和学校推广应用。 经过近几年的发展 ，塑料模具已显示出一些新的发展趋势 ： (1)大力提高注塑模开发能力。 将开发工作尽量往前推 ，直至介入到模具用户的产品开 发中去 ，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发 ，变被动为主动。 目前 ，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法 ，手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同 ，才能根据 用户要求进行模具设计的被动局面。 注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术。随着模具企业设计和加工水平的提高 ，注塑模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技 艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变 ，也是生产方式的转变和观念的上升。 这一趋势使得模具的标准化程度不断提高 ，模具精度越来越高 ，生产周期越来越短 ，钳工 比例越来越低 ，最终促进了模具工业整体水平不断提高。 3 目前我国已有 10 多个国家级高新技术企业 ，约 200 个省市级高新技术企业。与此趋 势相适应 ，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。 (3)模具生产正在向信息化迅速发展。 在信息社会中 ，作为一个高水平的现代模具企业 ，单单只是 应用已远远 不够。目前许多企业已经采用了 技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等 ，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展 这一趋向已成为行业共识。 (4)注塑模向更广的范围发展。 随着人类社会的不断进步 ，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。现在 ，能把握机遇、开拓市场 ，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务 很是红火 ，利润水平和职工收入都很好。因此 ，模具企业应把握这个趋向 ，不断提高综合 素质和国际竞争力。 随着市场的发展 ，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展 ，因此对模具的 要求也越来越高。为了满足市场需要 ，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工 都必将有较快发展。超大型、超精密、长寿命、高效模具 ；多种材质、多种颜色、多层多 腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会 不断发展 ，随之将产生一些特殊的、更为先进的加工方法。各种模具型腔表面处理技术 ， 如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。 4 第二章 产品的造型设计 造型前的准备 件的选用 （1）美国 司的主导产品 ，是集 一体 的三 维参数化软件 ，是面向制造行业的 端软件 ,是当今最先进 ,最 流行的工业设计软件之一 工程设计 ,分析与加工制造的功能 ,实现了优 化设计与产品生产过程的组合。被广泛应用于机械、汽车、航空航天、家电以及化工等各 个行业。 （2）采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统 ，工程设计人员采用 具有智能特性的基于特征的功能去生成模型 ，如腔、壳、倒角及圆角 ，您可以随意勾画草 图 ，轻易改变模型。这一功能特性给工程设 计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 建立在统一基层上的数据库上 ，不象一些传统的 统建立在多 个数据库上。所谓单一数据库 ，就是工程中的资料全部来自一个库 ，使得每一个独立用户 在为一件产品造型而工作 ，不管他是哪一个部门的。换言之 ，在整个设计过程的任何一处 发生改动 ，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如 ，一旦工程详图有改变 ， 控 ）工具路径也会自动更新 ；组装工程图如有任何变动 ，也完全同样反应在整个三 维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的 结合 ，使得一件产品的设计结合起来。 这一优点 ，使得设计更优化 ，成品质量更高 ，产品能更好地推向市场 ，价格也更便宜。 (3) 创新的、易学易用的而且价格便宜的 创的三维设计软件。 其易用和友好的界面 ，能够在整个产品设计的工作中 ，全自动捕捉设计意图 和引导设计修改。在 装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。不 论设计用 自顶而下 方法还是 自底而上 的方法进行装配设计 ，将以其易用 的操作大幅度地提高设计的效率。 全面的零件实体建模功能 ，其丰富程度有 时会出乎设计者的期望。用 标注和细节绘制工具 ，能快捷地生成完整的、符 合实际产品表示的工程图纸。 有全相关的钣金设计能力。钣金件的设计即可 以先设计立体的产品也可以先按平面展开图进行设计。 件提供完整的、免费 的开发工具 (用户可以用微软的 +或其它支持 编程语 言建立自 己的应用方案。通过数据转换接口 ，以很容易地将目前市场几乎所 有的机械 件集成到现在的设计环境中来。 从多方面因素考虑 ，本人采用 三维设计。 产品外观结构分析 此产品是一个较小的薄壁零件 ，没有复杂的曲面 ，用普通的造型工具即可完成 ，三维 - 特征图如下 ： 5 图 2品图 造型具体步骤 （1） 设置工作目录 启动 程序后 ，点击菜单栏上的【文件】 【设置工作目录】 。在弹出的 “选取工作目 录 ”对话框中的 查找范围 下拉菜单中找到刚刚建立的 “件夹 ，并点击该对话 框的【确定】按钮 ，完成 “ 工作文件夹 ”的选取。 （2） 新建零件 选择【文件】 /【新建】命令或者单击工具栏中的 按钮 ，在弹出的【新建】对话框中的【类 型】选项组中选取【零件】选项 ，在【子类型】选项组中选取【实体】选项 ，同时取消【使 用缺省模板】选项中的选中状态 ，表示不采用系统的默认模板。最后在【名称】文本框中 输入文件名 击【确定】按钮后 ，系统弹出【新文件选项】对话框 ，在【模板】 选项组中选择 项 ，表示将要建立的实体零件采用毫米 （牛顿 （N）、 秒 （s）单位制 （3） 用 工具拉伸出两个曲面 ，如图 2后合并加厚 ，效果如图 2示 图 2面拉伸 图 2厚实体 （4） 对拉伸后特征的几个地方倒圆角 ，如图 2示 6 图 2圆角 （5） 在壳体的一端拉伸一个平面 ，如图 2示 ，实体化之后如图 2 2端面 图 2后效果 （6） 用拉伸工具在壳体内做加强筋 ，如图 2示 图 2强筋 7 （7） 做卡口主体 ，如图 2示 图 2口 （8） 在零件两端分别拉伸出 2 个平面 ，然后实体化 ，如图 2示 图 2端斜面 （9） 对该圆角过渡的地方倒圆角 ，效果如图 22示 图 2角过渡 8 图 2角过渡 （10） 对该设置拔模斜度的地方设置拔模斜度 ，如下图标记的地方都要设置斜度 ，一 般在 30 1 之间。 图 2模斜度 （11） 至此 ，三维零件造型完成 ，模型树如下 图 2件树形结构图 9 第三章 产品结构分析 塑料件特点分析 塑件的结构分析 ,如图 3从图上看 ，该塑件的外形为四方壳 ，塑件上有加强筋 ，壁厚均匀 ，且符合最小壁厚要求。 由于该塑件无侧孔和内凸 ，但在塑件边上有四个倒钩卡扣 ，所以需考虑侧向分型抽芯装置。 为使塑件顺利脱模 ，可在塑件内部处增设 1 2 的拔模斜度。 图 3件三维图 技术要求分析 寸精度 （1）尺寸精度的选择 ；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准 ，然而 ，在满足 塑件使用要求的前提下 ，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些 ，以便降 低模具的加工难 度和制造成本。对塑件的精度要求 ，根据装配情况来确定尺寸公差 ，该塑件是一般民用品 ， 所以精度要求为一般精度即可 ，根据精度等级选用表 ，高精度为 2 级 ，一般精度为 3 级。根据塑件尺寸公差表 ，公称尺寸在 100120 范围内 ，取 的公差数值为 的公差数值为 （2）尺寸精度的组成及影响因素 ；制品尺寸误差构成为 ： = s + z + c + a （31） 式中 制件总的成型误差 ； s 塑料收缩 率波动所引起的误差 ； z 模具成型零件制造精度所引起的误差 ； c 模具磨损后所引起的误差 ； a 模具安装 ，配合间隙引起的误差 ； 影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂 ，归纳有以下三个方面。 10 模具 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。 塑料材料 主要是收缩率的影响 ，收缩率大的尺寸精度误差就大。 成型工艺 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩 ，从而影响尺寸精度。 件的表面质量 表面质量是一个相当大的概念 ，包括微观的几何形状和表面层的物理 技术指标 ，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标 ，包括缺 料 ，溢料与飞边 ，凹陷与缩瘪 ，气孔 ，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度 的决定性因素 ，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光 ，所以对粗糙度的要 求比较高 ，查表得 光后顺纹路方向的表面粗糙度为 m，垂直纹路方向的表面 粗糙度为 m。 工件材料的注射工艺参数 料的基本特性及工艺分析 聚丙烯是由丙烯单体经聚合而成。无味、无毒 ，外观似聚乙烯 ，呈白色 的半透明蜡状 ， 是通用塑料中最轻的聚合物 ，其相对密度仅为 结晶度为 50% 70%，具 有明显的熔点 （190 240 ）。高强度、耐冲击、耐寒、防翘曲、耐高温、高流动性、低 飞边、低缩痕 ；质量轻 ，易加工 ，使用、加工成本低廉等特点 聚丙烯具有优良的耐热性、耐化学腐蚀性、电性能和力学性能。屈服强度、抗拉强度、抗 压强度、硬度、刚度及弹性、韧性、延伸性比聚乙烯好 ，特别是经定向后的聚丙烯具有极 高的抗弯曲疲劳强度 ，可制作铰链。聚丙烯可在 107 121下长期使用 ，在无外力作用下 ， 使用温度可达 150。聚丙烯是通用塑料中唯一能再水中煮沸且在 135蒸汽中消毒而不 被破坏的塑料。 聚丙烯的低温特性不如聚乙烯 ，脆化温度仅为 ，低温冲击强度低 ，抗氧化 能力很低 ，其制品在光、热及氧的作用下易老化 ，故聚丙烯塑料中应添加适量的抗氧化添 加剂。制品的材料采用增强聚丙烯 ，属热塑性塑料。该塑料吸水性小 ，熔融时流动性较好 ， 成型容易 ，但收缩大。另外 ，该塑料成型时易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷 ；成型温度低 时 ，方向性明显 ，凝固速度较快 ，易产生内应力。因此 ，在成型时应注意控制成型温度 ， 浇 注系统应缓慢散热 ，冷却速度不宜过快。 工艺分析 ：根据材料的性能 ，聚丙烯材料塑件的壁厚应为 。合理的选择壁厚很重要 ， 在使用上要求壁厚有足够的强度和刚度 ，脱模时能顺利脱出 ，为方便实用 ，塑件取用壁厚 为 厚不但显得笨重 ，而且还会增加成本 ，由于塑件冷却后产生收缩 ，会使塑件冷 却后紧紧包住型芯或型腔当中的突起部分 ，为防止拉伤和擦伤塑件 ，设计塑件时 ，必须考 虑塑件内外表面沿脱模方向具有足够的脱模斜度 ，常取 13。塑件转角处采用过渡半径为塑件壁厚的 1/3 以上。最少不宜小于 丙烯主要用途及其成型特点 主要用途 ：聚丙烯可用做各种机械零件 ，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车 零件等 ；可用作冷热水、蒸汽、各种非强酸、碱等的输送管道 ，化工容器和其他设备的衬 里、表面涂层等 ；可制造各种绝缘零件以及自带铰链的盖体合一的箱壳类制件。聚丙烯优 良性还在于它能耐沸水蒸煮 ，而不损坏 ，因此 ，适宜做医疗器械 ，和餐具。 11 成型特点 ：成型收缩范围大 ，易发生缩孔 ，凹痕及变形 ；聚丙烯热容量大 ，注射成型模具 必须设计能充分冷却的冷却回路 ；聚丙烯成型的适宜模温为 80 ，温度过低会造成制品表 面光泽差或 产生熔接痕等缺陷。温度过高会产生翘曲现象。 由于模具是与注射机配套使用的 ，设计模具时 ，大部分结构都是根据注射机的技术规格来 设计的 ，因此设计过程中 ，注射机的选用显得尤为重要 ，而且应先选用注射机。 根据该塑件的结构特点和 成型性能 ，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺 参数 ，见下表 ： 表 3件的注射成型工艺数 工艺参数 内容 工艺参数 内容 预热和干燥 温度 80 90 注射时间 3 5 时间 2h 保压时间 15 30 成型时间 /s 后段 180 200 冷却时间 15 30 料筒温度 / 中段 210 230 总周期 40 70 前 170 190 螺杆转速 / 30 60 （r/ 喷嘴温度 / 180 190 方法 红外线灯烘箱 模具温度 / 6080 后处理 温度 / 70 注 射 压 力/ 7090 时间 /h 2 4 12 第四章 注模类型及注射机的选择 确定注塑模的基本类型 注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的 ,基本分为 :成型装置 (凹模 ，凸模 );定 位装置 (导柱 ,导套 );固定装置 (工字板 ,码模坑 );冷却系统 (运水孔 );恒温系统 (加热管 ,发 热线 );流道系统 (唧咀孔 ,流道槽 ,流道孔 );顶 出系统 (顶针 ,顶棍 )。 塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为 : 盘按钮 (应用最普遍 ); 学瓷碗碟 ; 胶袋 ; 根据浇注系统型制的不同可将注塑模具分为三类 ： (1)流道及浇口在分模线上 ,与产品在开模时一起脱模 ,设计最简单 ,容易加 工 ,成本较低 ,所以较多人采用大水口系统作业。 (2)流道及浇口不在分模线上 ,一般直接在产品上 ,所以要设计多一组水口分 模线 ,设计较为复杂 ,加工较困难 ,一般要视产品要求而选用细水口系统。 (3)此类模具结构与细水口大体相同 ,其最大区别是流道处于一个或多个有 恒温的热流道板及热唧嘴里 ,无冷料脱模 ,流道及浇口直接在产品上 ,所以流道不需要脱模 , 此系统又称为无水口系统 ,可节省原材料 ,适用于原材料较贵、制品要求较高的情况 ,设计 及加工困难 ,模具成本较高。 根据注塑材料的不同可将注塑模具分为四类 ： A、热塑性塑料注塑模具 ； B、 热固性塑料注射模具 ； C、弹性体塑料注塑模具 (如橡胶硅胶模具 )； D、结构泡沫塑料注射模具 ； 根据注射机种类的不同可将注塑模具分为立式注射模具 、卧式注射模和直角式注射模等 三种类型。 型腔布局及数量的确定 型腔指模具中成形塑件的空腔 ，而该空腔是塑件的负形 ，除去具体尺寸比塑料大以外 ， 其他都和塑件完全相同 ，只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔 ，而后进料 成形 ，因此必须由两部分或 （两部分以上 ）形成这一空腔 型腔。其凹入的部分称为凹 模 ，凸出的部分称为型芯。 定 其数目的决定与下列条件有关 ： 1） 塑件尺寸精度 型腔数越多时 ，精度也相对地降低 ，1、 2 级超精密注塑件 ，只能一模一腔 ，当尺寸 数目少时 ，可以一模二腔。 3、 4 级的精密级塑件 ，最多一模四腔。 2） 模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模 ，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比 例看 ，多腔模比单腔模具低。 3） 注塑成形的生产效益 13 多腔模从表面上看 ，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大 ，每一注射 循环期长而维持费较高 ，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。 4） 制造难 度 多腔模的制造难度比单腔模大 ，当其中某一腔先损坏时 ，应立即停机维修 ，影响生产。 塑料的成形收缩是受多方面影响的 ，如塑料品种 ，塑件尺寸大小 ，几何形状 ，熔体温度 ， 模具温度 ，注射压力 ，充模时间 ，保压时间等。影响最显著的是塑件的壁厚和同何形状的 复杂程度。 本设计根据塑件结构的特点 ，考虑型腔布局方式 ，采用一模四腔的模具结构 ，这样比 一模一腔模具的生产效率高 ，同时结构更为合理。 腔的布局 多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式 ，由于型腔的排布与浇注系 统布置密切相关 ，因而型腔的排布在多型腔 模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使 每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力 ，以保证塑料熔体同时 均匀地充满每个型腔 ，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的 距离尽可能最短 ，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的型腔 排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。 平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均 对应相同 ，可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的 ；非平衡式型腔布局的特点是从主流 道到各型腔浇口的 分流道的长度不相等 ，因而不利于均衡进料 ，但可以缩短流道的总长度 ， 为达到同时充满型腔的目的 ，各浇口的截面尺寸制作得不相同。 要指出的是 ，多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件 ，不同塑件原则上不应 该用同一副多模腔模具生产。在同一副模具中同时安排尺寸相差较大的型腔不是一个好的 设计 ，不过有时为了节约 ，特别是成型配套式塑件的模具 ，在生产实践中还使用这一方法 ， 但难免会引起一些缺陷 ，如有些塑件发生翘曲、有些则有过大的不可逆应变等。 本设计成型同一塑件 ， 且壁厚均匀 ， 故采用平衡式 ， 布局如图 4示 ： 14 图 4腔布局图 注射机的选择 塑机简介 1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机 ,这是注塑成型工艺技术的一大突破 ,目 前注塑机加工的塑料量是塑料产量的 30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的 50%塑料成型设备制造业中增长最快 ,产量最多的机种之一 . 注塑机的分类方式很多 ,目前尚未形成完全统一标准的分类方法 （1）按设备外形特征分类 :卧式 ,立式 ,直角式 ,多工位注塑机 ； （2）按加工能力分类 :超小 型 ,小型 ,中型 ,大型和超大型注塑机。 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类 ,但日常生活中用的较少。 塑机基本参数 注塑机的主要参数有公称注射量 ,注射压力 ,注射速度 ,塑化能力 ,锁模力 ,合模装置的基 本尺寸 ,开合模速度 ,空循环时间等 制造 ,购买和使用注塑机的主要依据 . (1)公称注塑量 ；指在对空注射的情况下 ,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时 ,注射 装置所能达到的最大注射量 ,反映了注塑机的加工能力 . (2)注射压力 ；为了克服熔料流经喷嘴 ,浇道和型腔时的流动阻力 ,螺杆 (或柱塞 )对熔 料必 须施加足够的压力 ,我们将这种压力称为注射压力 . (3)注射速率 ；为了使熔料及时充满型腔 ,除了必须有足够的注射压力外 ,熔料还必须有 一定的流动速率 ,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度 . 常用的注射速率如表 3 表 4注射量与注射时间的关系 注射量 / 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注 射 速 率/ 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间 /S 1 (4)塑化能力 ；单位时间内所能塑化的物料量 协调 ,若塑化能力高而机器的空循环时间长 ,则不能发挥塑化装置的能力 ,反之则会加长成型 周期 . (5)锁模力 ；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 ,在此力的作用下模具不应 15 被熔融的塑料所顶开 . (6)合模装置的基本尺寸 ；包括模板尺寸 ,拉杆空间 ,模板间最大开距 ,动模板的行程 ,模具 最大厚度与最小厚度等 (7)开合模速度 ；为使模具闭合时平 稳 ,以及开模 ,推出制件时不使塑料制件损坏 ,要求模 板在整个行程中的速度要合理 ,即合模时从快到慢 ,开模时由慢到快在到停 . (8)空循环时间 ；在没有塑化 ,注射保压 ,冷却 ,取出制件等动作的情况下 ,完成一次循环所 需的时间 . 择注塑机 （1）由公称注射量选定注射机 由注射量选定注射机 建模分析得 （材料密度取 = ）: 总体积 V= ； 总质量 M= 流道凝料 V=(流道凝料的体积 (质量 )是个未知数 ,根据手册取 估算 , 塑件越大则比例可以取的越小 )； 实际注射量为 :V 实 =7.4 ； 实际注射质量为 M 实 = 16 根据实际注射量应小于 即 ： V 实 （41） V 公 = V 实 / ； （2）由锁模力选定注射机 F 锁 F 胀 =A 分 P 型 （42） =2 4 P 型 =2 102 3010 6 4 = 式中 F 锁 注射机的锁模力 （N）； A 分 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和 ； P 型 型腔压力 ， 取 P 型 =30MP a ； D= 120 +101 = 2 110 结合上面两项的计算 ，初步确定注塑机为表 3查国产注射机主要技术参数表 取 ,主要技术参数如下。 表 4国产部分注射机技术参数表 项目 规格 A B C A B C A B C 部 螺杆直径 0 32 35 35 38 40 36 40 43 螺杆长径比 L/D 1 1 20 1 理论注射容量 0 102 123 149 176 195 170 211 243 实际注射质量 g 80 93 110 135 160 177 156 201 230 注射压力 13 187 156 193 164 149 222 180 155 注射速率 g/s 57 70 80 93 108 118 88 108 120 分 塑化能力 g/s 10 13 8 16 19 21 部 螺杆转速 210 200 190 模 合模力 00 980 1280 动模板行程 28 330 365 17 0 拉杆间距 325 355 400模具厚度 100 150 150顶出力 39 39 39 校核注射机的技术参数 塑量的校核 为确保塑件质量 ，注塑模一次成型的塑件质量 （包括流道凝料质量 ）应在公称注塑量 的 35%75%范围内 ，最大可达 80%，最小不小于 10%。为了保证塑件质量 ，充分发挥设 备的能力 ，选择范围通常在 50%80%。 V 实 = ； 135 ； 100% =满 足 要求。 135 模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后 ，可以按下式校核注塑机的额定锁模力 ： F K A 分 P 型 （43） 102 3010 6 4 N 满足要求。 式中 F 注塑机额定锁模力 ：980 K 安全系数 ，通常取 K=塑化能力的校核 顶出行程 0 100 100 定位孔直径 25 125 125 喷嘴球径 顶出杆数 1 5 5 加热功率 机功率 11 油泵额定压力 6 16 16 油箱容积 L 170 205 210 机器外形尺寸 600100350 机器重量 t 18 由 定的成型周期为 30 秒计算 ，实际要求的塑化能力为 每次实际注射量成型周期 即 ： g/s），小于注塑机的 - 塑化能力 10.5（g/s），说明注射机能完全满足塑化要求。 嘴尺寸校核 在实际生产过程 中 ，模具的主流道衬套 图 4 喷嘴与浇口套尺寸关系 始端的球面半径 比注射机喷嘴球面半径 12 流道小端直径 D 取比注射 机喷嘴直径 d 大 图 示 ，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模 ，所以 ， 注射机喷嘴尺寸是标准 ， 模具的制造以它为准则。 位圈尺寸校核 注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔 ，称之为定位孔。注塑模端面凸台径向 尺寸须与定位孔成间隙配合 ，便于模具安装 ，并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。 模具端面凸 台高度应小于定位孔深度。 具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面 的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆 间距相适应 ，模具至少有一个方 向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。 模具厚度校核 模具厚度必须满足下式 ： H H m H 44） 150 375 380 满足要求。 式中 H m 所设计的模具厚度 375 H 注塑机所允许的最小模具厚 度 150 H 注 塑机所允许的最大模具厚度 380 19 具安装尺寸校核 注塑机的动模板 ，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或 “T”形槽 ，用于安装固定 模具。模具固定安装方法有两种 ：螺钉固定 ，压板固定。采用螺钉直接固定时 （大型模具 常用这种方法 ），模具动 ，定模板上的螺孔及其间距 ，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致 ；采用压板固定时 （中 ，小模具多用这种方法 ），只要在模具的固定板附近有螺孔 就行 ，有较大的灵活性。 该模具外形尺寸为 400400 属中小型模具 ，所以采用压板固定法 （一般认为当尺寸在 500500 内为中 ，小模具 ）。 模行程校核 所选注塑机为全液压式锁模机构 ，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程 S 开 等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。 S 开 H 1 +H 2 +（510）45） 330 25+92+10 330 127 满足要求。 式中 S 开 注塑机移模行程 280 推出距离 25 H 2 流道凝料与塑件高度 92 20 第 五章 分型面的设计 选择分型面的基本原则 分开模具取出塑件的面称为分型面 ;注射模有一个分型面或多个分型面 ，分型面的位 置 ，一般垂直于开模方向。分型面的形状有平面和曲面等 ，但也有将分型面作倾斜的平面 或弯折面 ，或曲面 ，这样的分型面虽加工难 ，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥 面的分型面 ，分型面自然也是曲面。选择分型面时 ，应考虑的基本原则 ： 1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处 ，即通过该方向塑件 的截面积最大 ，否则塑件无法从形腔 中脱出。 2） 确定有利的留模方式 ，便于塑件顺利脱模 从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边 ，当制件的壁相当厚但内孔较小时 ， 则对型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和 凹模的主要部分都设在动模边 ，利用顶管脱模 ，当制件的孔内有管件 （无螺纹连接 ）的金 属嵌中时 ，则不会对型芯产生包紧力。 3） 保证制件的精度和外观要求 与分型面垂直方向的高度尺寸 ，若精度要求较高 ，或同轴度要求较高的外形或内孔 ，为保 证其精度 ，应尽可能设置在同一半模具腔内。因分型面不可避免地要在制 件中留下溢料痕 迹或接合缝的痕迹 ，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。 4） 分型面应使模具分割成便于加工的部件 ，以减少机械加工的困难。 5） 不妨碍制品脱模和抽芯。 在安排制件在型腔中的方位时 ，要尽量避免与开模运动相垂直方向的避侧凹或侧孔。 6） 有利于浇注系统的合理处置。 7） 尽可能与料流的末端重合 ，以利于排气。 本次设计产品的分型面在塑件上一目了然 ，分型面设在塑件的对称面上如图 以不 必再选择 ，这样的分型面必然产生侧向抽芯 ，实际上也是这样的分型面最合理 分型面的设计 该塑件为工业用圆盖塑料 ,对其表面质量没有什么高的要求 ,只要求外径没有明显的 斑点及熔接痕 根据分型面的选择原则 ,考虑不影响塑件的外观以及成型 后能够顺利取出制件 ,分型面设计如下图 21 第六章 浇注系统的设计 注系统的组成及设计原则 浇注系统的组成 ： 由主流道 ，分流道 ，内浇口 ，冷料穴等结构组成。 注系统的设计原则 ： 1 考虑塑料的流动性 ，保征流体流动顺利 ，快 ，不紊乱。 2 避免熔体正面冲出小直径型芯或脆弱 的金属镶件。 3 一模多腔时 ，防止大小相差悬殊的制件放一模内。 4 进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定。 5 流道的进程要短 ，以减少成型周期及减少废料。 主流道的设计 流道的作用 主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位 ，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体 导入分流道或型腔 ，其形状为圆锥形 ，便于熔体顺利的向前流动 ，开模时主流道凝料又能 顺利拉出来 ，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间 ，由于主流道要与 高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞 ，通常不直接 开在定模上 ，而是将它单独设计成主 流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。塑件外表面不许有 浇口痕 ，又考虑取料顺利 ，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。采用带直流道与分流道 的潜伏式点浇口 ，为了方便于拉出流道中的凝料 ，将主流道设计成锥形。 流道的设计要点 (1) 浇口套的内孔 （主流道 ）呈圆锥形 ，锥度 2 6 。若锥度过大会造成压力减弱 ， 流速减慢 ，塑料形成涡流 ，熔体前进时易混进空气 ，产生气孔 ；锥度过小 ，会使阻力增大 ， 热量损耗大 ，表面黏度上升 ，造成注射困难。 (2) 浇口套进口的直径 d 应比注射机喷嘴孔直径 等于或小于注射机 喷嘴直径 ，在注射成型时会造成死角 ，并积存塑料 ，注射压力下降 ，塑料冷凝后 ，脱模困 难。 (3) 浇口套内孔出料口处 （大端 ）应设计成圆角 r，一般为 3 (4) 浇口套与注射机喷在接触处球面的圆弧度必须吻合。设球面浇口套球面半径为 注射机球面半径为 r，其关系式如下 ： r1浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大 ，接触时圆弧度吻合的好。 (5) 浇口套长度 （主流道长度 ）应尽量短 ，可以减少冷料回收量 ，减少压力损失 和热量损 失。 (6) 浇口套锥度内壁表面粗糙度为 证料流顺利 ，易脱模。 (7) 浇口套不能制成拼块结构 ，以免塑料进入接缝处 ，造成冷料脱模困难。 (8) 浇口套的长度应与定模板厚度一致 ，它的端部不应凸出在分型面上 ，否则会造成合模 22 困难 ，不严密 ，产生溢料 ，甚至压坏模具。 (9) 浇口套部位是热量最集中的地方 ，为了保证注射工艺顺利进行和塑件质量 ，要考虑冷 却措施。 流道尺寸计算 （1）主流道小端直径 d=注射机喷嘴直