注射模具设计论文44718.doc

装订线 摘要本次设计为塑料衬套的注射模具设计，塑件材料为聚甲醛，本文从模具的结构形式、浇注系统、成型零件的计算、排气系统的设计以及模具的装配做了详细的说明。由于产品精度要求不高，故采用一模四腔，因为产品为薄壁零件，所以采用推件板推出。并对模具装配及试模中出现的问题做了解释说明。关键词：塑料衬套、聚甲醛、注射模具abstract the design for the hub of plastic injection mold design, materials for plastic parts pom, the paper from the mold of the structure, pouring system, forming parts, exhaust system and the design of the mold assembly done a detailed explanation. as yaoqiubugao precision products, the use of a four-chamber mode, because products for the thin-walled parts, pieces of board launched a push. and mold assembly and test module to the problems in theexplanatory note. key words: plastic sleeve, pom, injection mold.目 录绪论3第1章:拟订模具的结构形式51:塑件成型工艺性分析52:分型面位置的确定63:确定型腔数量和排列方式74:模具结构形式的确定85:注射机型号的选定8第2章： 浇注系统的设计111.主流道设计112. 分流道设计123.浇口的设计134.冷料穴的设计14第3章：成型零件的设计151.成型零件的结构设计152.成型零件钢材的选用163.成型零件工作尺寸的计算16第4章:模架的确定181.模架的选取182.排气槽的设计193.脱模推出机构的设计204.温度调节系统的设计20第5章:模具装配211.模具的装配顺序212.试模22设计总结23参考资料24绪 论（一）.模具在加工工业中的地位模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。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。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展(二) 模具的发展趋势近年来，模具增长十分迅速，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重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：（1） 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，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。（2） 高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。（3） 大型、超小型及高精度由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、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、热处理变形小、导热性优异的制模材料。（4） 革新模具制造工艺 在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。（5） 标准化 开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。(三） 设计在学习模具制造中的作用 通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。 毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。第1章: 拟订模具的结构形式1:塑件成型工艺性分析 该塑件是一塑料瓶衬套,如图1-2所示,塑料壁厚属于薄壁塑件,生产批量很大,材料为聚甲醛。 聚甲醛注射成型过程及工艺参数1） 注射成型机类型 螺杆式2） 密度 1.411.433） 计算收缩率 1.23.04） 预热温度 801005） 预热时间 812 前段 1601706）料筒温度 中段 170180 后段 1801907） 喷嘴温度 1701808） 模具温度 901209） 注射压力 80130 注射时间 209010） 成型时间 高压时间 05 冷却时间 2060 总周期 5016011） 螺杆转速 2812） 后处理 红外线灯，鼓风烘箱，140145， 4h.13) 说明 均聚类料成型条件与共聚相似聚甲醛的成型特性：1） 结晶性料熔融范围很窄，熔融或凝固速度快，结晶化速度快，料温稍低于熔融温度既发生结晶化，流动性下降。2） 热敏性强易分解（但比聚氯乙烯稍弱，共聚比均稍弱）分解温度为240度，但200度中直溜30min以上既发生分解，分解时产生有刺激性，腐蚀性气体。3） 流动性中等，溢边值为0.04mm左右，流动性对温度变化不敏感，但对注射压力变化敏感4） 结晶度高，结晶化时体积变化大，成型收缩范围大，收缩率大。5） 吸湿性低，水分对成型影响小，一般可不干燥处理，但为了防止树脂表面附粘水分，不利成型，加工前可进行干燥并起预热效果，特别对大面积薄壁塑件，改善塑件表面光泽有较好效果，干燥条件一般用烘箱加热，温度为90100度，时间为4小时，料层厚度30mm.6） 摩擦系数低，弹性高，浅侧凹槽可强迫脱模，塑件表面可带有皱纹花样，但易产生表面缺陷，如毛斑，折皱，缩孔，凹痕等弊病。7） 宜用螺杆式注射机成型，余料不宜过长和滞留太长，一般塑件克量（包括主流道，分流道）不应超过注射机注射克量的75%，或取注射容量之值为1：61：10，料筒喷嘴等务必防止有死角，间隙而滞料，预塑时螺杆转速宜取低，并宜用单线，全螺纹，等距，压缩突变形螺杆。8） 喷嘴孔径应取大，并采用直通式喷嘴，为防止流涎现象喷嘴孔可呈喇叭形，并设置单独控制加热装置，以适当地控制喷嘴温度。9） 模具浇注系统对料流阻力要小，进料口宜取厚，要尽量避免死角积料，模具应加热，模温高应防止滑动配合部件卡住，模具应选用耐磨，耐腐蚀材料，并淬硬，镀铬，要注意排气。10） 必须严格控制成型条件，嵌件应预热（一般100150度），余料一般贮存510个塑件重量的物料即可，料温取稍高于熔点（一般170190度）即可，不宜轻易提高温度，模温对塑件质量影响较大，提高模温可改善表面凹痕，有助于融料流动，塑件内外均匀冷却，防止缺料，缩孔，皱折，模温对结晶度及收缩也有很大影响，必须正确控制，一般取75120度，壁厚大于4mm的取90120度，小于4mm的取7590度，宜用高压，高速注射，塑件可在较高温度时脱模，冷却时间可短，但为防止收缩变形，应力不匀，脱模后宜将塑件放在90度左右的热水中缓冷或用整形夹具冷却。11） 在料温偏高，喷嘴温度偏低，高压对空注射时易发生爆炸性伤人事故，分解时有刺激性气体，料性易燃应远离明火。 图1-1 塑件 2:分型面位置的确定 根据塑件结构形式，分型面选在产品的底部的平面，如图1-2所示。 分型面的选择原则（1） 有利于保证塑件的外观质量。（2） 分型面应选择在塑件的最大截面处。（3） 尽可能使塑件留在动模一侧。（4） 有利于保证塑件的尺寸精度。（5） 尽可能满足塑件的使用要求。（6） 尽量减少塑件在合模方向上的投影面积。（7） 长型芯应置于开模方向。（8） 有利于排气。 图1-2 分型面及型腔排列3:确定型腔数量和排列方式 1）型腔数量的确定 该塑件精度要求不高，有的大批量生产，可以采用一模多腔的形式。考虑到模具制造费用，设备运转费用低一些，初步定为一模四腔的模具形式。 2）型腔排列形式的确定 由于本塑件是属于薄壁塑件，所以设计为推件板推出的的方法，型腔的排列方式采用双列直排，如图1-2所示。4:模具结构形式的确定 从上面的分析中可知，本模具拟采用一模四腔，双列直排，推件板推出，流道采用平衡式，浇口采用潜伏式或者侧浇口，定模不需要设置分型面，动模部分需要一块型芯固定板和支承板，因此基本上可以确定模具结构形式为a形带推件板的单分型面的注射模。5:注射机型号的选定1)估算塑件体积和质量：该产品材料为聚碳酸酯（pc），查书本得知其密度为1.411.43g/cm3，收缩率为1.23.0，计算其平均密度为1.42g/cm3，平均收缩率为2.。使用pro/e软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积。另预置浇道凝料为4cm3因此估算1个塑件体积为12.24cm3由于模具是一模四腔总体积为52.96cm3计算出产品的质量为75.175g 2)选择注射机根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为xs-zy-125.注塑机的参数如下：螺杆直径: 42mm注塑机最大注塑量：125cm3 注塑压力：120/mpa 最大成型面积：320 cm2最大开合模行程：300mm 锁模力：900kn 注射行程：115mm 最小模厚：200mm最大模厚：300mm 喷嘴圆弧半径：sr12 喷嘴孔直径:4mm 电机功率： 11kw 加热功率： 5 kw (1)型腔数目的校核 由注射机最大注射量确定型腔数目 式中k为注射机最大注射量的利用系数.一般取0.8 g为注射机允许的最大注射量 m2为浇注系统凝料所需塑料质量或体积 m1为单个塑件的数量或体积所以上面所取的四个型腔是符合要求的。 （2）最大注射压力的校核聚甲醛，所需注射为80130mpa，而所选注射机压力为120mpa，所以注射压力符合要求。 (3)最大注塑量的校核注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。所以选用的注塑机最大注塑量应满足：0.8 v机 v塑v浇式中 v机 注塑机的最大注塑量，125cm3 v塑塑件的体积，该产品v塑48.92cm3 v浇浇注系统体积，该产品v浇4cm3 故 v机（48.92+4）cm3锁模力校核 f锁pa式中 p熔融型料在型腔内的压力，该产品 a塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算a=314 mm2f锁注塑机的额定锁模力。 故 f锁pa=200mpa314 mm2 选定的注塑机的压力为900kn，满足要求。开模行程校核 注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式： s机注塑机最大开模行程，115mm; h1顶出距离，35mm； h2包括浇注系统在内的塑件高度，25mm; s机(h模hmin)h1h2(510)因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。故： 115(220200)60(510)满足条件 第2章： 浇注系统的设计 1. 主流道设计 1）主流道尺寸 根据所选注射机，则主流道小端尺寸为 d=注射机喷嘴尺寸+（0.51)=4+0.5=4.5mm 主流道球面半径为 sr=喷嘴球面半径+（1 2)=12+2=14mm 2)主流道衬套形式 本设计虽然是小模具，但是为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位环还是设计成分体式，主流道长度约40mm，约等于定模板的厚度（见图2-1）。衬套如图2-1所示，材料采用t01a钢，热处理淬火后表面硬度为53hrc57hrc。 图 2-1主流道衬套 3）主流道凝料体积 q=0.25dn2l=0.25*3.14*0.5*(4.5+6.3)2*40=0.92cm32. 分流道设计 1）分流道布置形式 分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快的经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，如图2-2所示。 2）分流道长度 第一级分流道 l=25mm 第二级分流道 l=20mm 3) 分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积 （1）形状及截面尺寸。为了便于机械加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上静模一侧，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，一般采用下面经验公式来确定截面尺寸，即 根据参考文献1取b=4mm h=2/3b=2/3*4=2.67mm取为3mm 分流道l截面形状如图2-3所示。 图2-3 分流道截面形状 图2-2 分流道布置 从理论上l、l分流道可比l截面小10%，但为了刀具的统一和加工方便，在分型面上的分流道采用一样的截面。 （2）凝料体积 分流道长度 l=130mm 分流道截面积 凝料体积 q=130*10.5=1365cm3 5)分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度ra并不要求很低,一般取0.8m1.6m,即可，在此取1.6m，如图2-4所示。3.浇口的设计 根据外部特征，外观表面质量要求一般，因此采用侧浇口，这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置,加工和修整方便，因此，它是应用比较广泛的一种浇口，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑件的成型性均比较强。由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口比较容易，且不留明显痕迹。 1）侧浇口尺寸的确定 根据经验公式得 h=2.0mm;b=2.6mm 浇口剪切速率的校核 ,得设计浇口尺寸符合要求. 4. 冷料穴的设计 1）主流道冷料穴 如图4-1所示，采用半球形，并采用球形头拉料杆，该杆固定在动模固定板上，开模时利用凝料对球头的包紧力使主流道凝料从主流道衬套中脱出。 图4-1 冷料穴 2）分流道冷料穴 在分流道端部加长5mm（约1.5d）作分流道冷料穴。第3章：成型零件的设计 模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。在本设计中成型零件就是成型塑件外表面的凹模，成型内表面凸模。 1. 成型零件的结构设计 1）凹模（型腔） 型腔是整体式的，由数控加工出型腔形状，在把型腔精光。 2）型芯 型芯是一个带两个凸台的型芯，需要固定在型芯固定板上 图4-2型芯 2. 成型零件钢材的选用该塑件是大批量生产，成型零件所选用钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好，机械加工性能和抛光性能也应良好，因此静模板可选用55钢调质。型芯也可采用同种钢材。所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。该塑件工作尺寸计算时均采用平均法计算。查表得 聚甲醛的收缩率为sq=1.2%-3.0%，故平均收缩率为scp=（1.2+3.0）%/2=2.1%，考虑到工厂模具制造的条件，模具制造公差取=/3。 3. 成型零件工作尺寸的计算(1) 型腔尺寸计算（lm）0+=（1+s）ls-(0.50.75) 0+=1.008ls-0.75 0+其中lm为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，ls塑件的基本尺寸。塑件公差为负偏差，s为塑料的平均收缩率，z为模具成型零件的制造公差取1/41/6，模具型腔按九级精度制造，根据型腔的尺寸，代入数据得：（1） ls=50mm. 经计算得：lm=50.63mm；（2） ls=23mm. 经计算得：lm=23.318mm； (2)型芯的径向尺寸计算 lm=（1+s）ls+3/4(1) ls=45mm. 经计算得：lm=46.365mm；(2) ls=30mm. 经计算得：lm=31.05mm；(3) ls=9mm. 经计算得：lm=11.13mm；(4) ls=20.5mm. 经计算得：lm=21.2605mm；(3)成型零件强度及支撑 型腔侧壁厚度 p为型腔压力(取30mpa)e为材料弹性模量p 根据注射塑料品种,模具刚度计算许用变形量.p=25i=26.21mm式中 w为型腔半径型腔为均匀排列,所以型腔之间受力大小相当,方向相反,在和模状态下不会产生变形,因此两型腔之间壁厚只要满足结构设计的条件就可以了,型腔与模板周边的距离由模板外形尺寸来确定,因模板平面尺寸比型腔布置的尺寸要大的多(312-150/2=8112.54),所以完全满足强度和刚度的要求。 支承板厚度支承板厚度和所选模架两垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在180312这个大类范围之内，垫块之间的跨度约为120mm，根据型腔布置及型芯对支承板的压力，就可以计算出支承板的厚度 式中 p为支承板刚度计算许用变量 l为两垫块之间的跨度 l1为支承板长度 为4个型腔投影到支承板上的面积单件型芯所受压力的面积为 4个型芯的面积为 此支承板厚度计算尺寸为32.1mm，所以支承板厚度可近似为32mm。 第4章:模架的确定1.模架的选取 根据型腔的布局可以看出，型腔的分布尺寸110150,又根据型腔侧壁最小厚度为12.54mm,在考虑到导柱,导套及连接螺钉布置应占的位置和采用推件板推出等各方面的问题,确定选用模架序号为4号(180l=180315),模架结构形式为a4的形式,如图4-3所示。 图4-3 a4标准模架 .1).各模板尺寸的确定 1.a板尺寸a板是定模型腔板，塑件高度23，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一顶距离，因此a板厚度取40mm。 2.b板尺寸 b板是型芯固定板，型芯的成型部分直径为45，因此b板厚度取25mm。 3.c垫块尺寸 垫块=推出行程+推板+推杆固定板厚度+（510）=63 上述尺寸确定以后，就可以确定模架序号为 从选定模架可知，模架外形尺寸：宽长高=1803152202.排气槽的设计 塑件成型型腔体积比较小,且深度不深,采用的是侧浇口,所以可以在静模型腔板上开设一定数量的排气槽,这样气体就可以通过排气槽顺利的排出,不会造成憋气现象。且也可以利用模板及配合的间隙排气。3.脱模推出机构的设计 推件板推出过程中，为了减少推件板与型芯的磨擦，采用如图6-1所示结构，推件板与型芯间留0.2mm-0.25mm的间隙，本设计中取0.2mm,并用锥面配合，以防止推件板因偏心而板溢料。如图6-1。 图6-1 推件板与型芯锥面的配合形式4.温度调节系统的设计 冷却系统的计算很麻烦,在单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水带走的热量，模具温度设为40度。由经验可以估计出冷却水的孔数。因塑件小，单位时间注射量小，所需冷却水道也比较小，但一条冷却水道对模具来说是不可取的（冷却不均匀）。 根据注塑厂的生产经验，应该开设一条往返水道，水道流量大小可以根据注射时具体工艺情况进行调整。第5章: 模具装配 装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、寿命和各部分的功能。模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触只有当各精度要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证。塑料模的装配基准分为两种情况，一是以塑料模中和主要零件台定模，动模的型腔，型芯为装配基准。这种情况，定模各动模的导柱和导套孔先不加工，先将型腔和型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套孔，最后安装动模和定模上的其它零件，另一种是已有导柱导套塑料模架的。浇口套与定模部分装配后，必须与分模面有一定的间隙，其间隙为0.050.15毫米，因为该处受喷嘴压力的影响，在注射时会发生变形，有时在试模中经常发现在分模面上浇口套周围出现塑料飞边，就是由于没有间隙的原因。为了有效的防止飞边，可以接近塑件的有相对位移的面上锉一个三角形的槽，由于空气的压力的缘故可以更好的防止飞边。 1. 模具的装配顺序1）确定装配基准；2）装配前要对零件进行测量，合格零件必须去磁并将零件擦拭干净；3）调整各零件组合后的累积尺寸误差，如各模板的平行度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻合面积不得小于80%，间隙不得小于溢料最小值，防止产生飞边。4）在装配过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查；5）组装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；6）组装冷却和加热系统，保证管路畅通，不漏水，不漏电，门动作灵活紧固所连接螺钉，装配定位销。装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中； 7）试模：试模合格后打上模具标记，包括模具编号、合模标记及组装基面。 8）模具的维护模具在使用时,那么优化设计的零件在这里就起到了很大的作用，只须更换个别已损坏的零件，不会导致用过程中，会出现正常的磨损或不正常的磨损。不正常的损坏绝大多数是由于操作不当所致模具的彻底报废。 最后检查各种配件、附件待零件，保证模具装备齐全，另外在装配过程中应严防零件在装配过程中磕、碰、划伤和锈蚀。装配滚动轴承允许采用机油进行热装，水的温度不得超过1000c。 2. 试模 1) 模具安装 清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。 因模具外形尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面两根导轨上垫好板，模具从侧面进入机架间，定模如定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平稳、灵活，无卡住现象，然后固定动模。 调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当。 慢速开启模板直至模板停