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湘潭大学ABS圆形笔筒课程设计说明书 摘 要该模具是圆筒形零件的注射模具。从零件图看，制件比较简单，没有苛刻的精度要求和尺寸公差要求，因此对模具的要求也较低。从生产批量考虑，本模具采用一模两腔的结构，模架和模板尺寸均根据标准选取。其中模架从标准中选取A2型模架。由于塑件比较简单，所以模具采用一次分型，不设有二次分型与侧向分型机构。推出系统采用推杆推出，并设有复位杆复位。为了加快模具的冷却，使模具冷却均匀，本模具设有4个冷却管道，均开在定模部分。排气利用分型面和配合处的间隙排气。为了减少成本，本模具90%的零件选用标准件。 关键词 注塑模 顶浇口 推杆 复位杆目 录第1章 工艺分析41.1 塑件成型工艺性分析 41.1.1 塑件结构的工艺性分析41.1.2 成型材料性能分析4 1.1.3工艺性分析41.2 成型条件分析51.3 型腔数量确定 61.4 模具结构形式的确定 6第2章 注射机的选择62.1 注射量的计算6 2.2 初选设备. 6第3章 注射模具结构设计73.1 模架的确定83.2浇注系统83.3 顶浇口的设计83.3.1 主流道设计 8 3.3.1.1主流道尺寸9 3.3.1.2主流道衬套形式9 3.3.1.3主流道衬套的固定 103.4 成型零件设计103.4.1分型面位置的确定103.4.2成型零件钢材的选用113.4.3 成型零件的结构设计12 3.4.3.1凹模结构设计 12 3.4.3.2凸模和型芯结构设计 123.4.4 成型零件工作尺寸计算12 3.4.4.1型腔径向尺寸 12 3.4.4.2型腔深度尺寸 13 3.4.4.3型芯径向尺寸 13 3.4.4.4型芯高度尺寸 14 3.4.4.5型腔壁厚计算 143.5 导向与定位机构设计 153.5.1机构的功用153.5.2导向机构的设计15 3.5.2.1导柱 15 3.5.2.2导套 153.6 推出机构设计163.6.1脱模推出机构的设计原则163.6.2塑件的推出方式173.6.3塑件的推出机构173.6.4脱模力的计算173.6.5推杆强度校核183.9 冷却系统设计18第4章 注射机的校核194.1 注射压力的校核194.2锁模力的校核204.3 安装参数的校核204.3.1 模具外形尺寸校核204.3.2 喷嘴尺寸及定位圈尺寸校核204.4 开模行程的校核21结束语21参考文献22第1章工艺分析1.1塑件成型工艺性分析1.1.1 塑件的结构工艺性分析该塑件是一筒形零件，如图1.1所示。塑件的壁厚均匀，塑件整体厚度均为3mm。塑件为旋转体结构，结构相对简单，而且塑件质量相对较小，大批量生产，材料为ABS。通过查阅资料该种塑料制件未注公差时应选用MT5级精度。从技术要求上讲，该塑件无比较苛刻的要求，故成型性能好，可以注射成型。图1.1 塑件图1.1.2 成形材料性能分析丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，简称ABS，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点1.1.3 工艺性分析分析塑件的工艺性包括技术和经济两方面，在技术方面，根据产品图纸，只要分析塑件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性能等因素，是否符合模塑工艺要求；在经济方面，主要根据塑件的生产批量分析产品成本，阐明采用注射生产可取得的经济效益。1 塑件的形状和尺寸：塑件的形状和尺寸不同，对模塑工艺要求也不同。2 塑件的尺寸精度和外观要求：塑件的尺寸精度和外观要求与模塑工艺方法、模具结构型式及制造精度有关。3 生产批量大批量生产，因为采用顶浇口，采用一模一腔。4 其他方面在对塑件进行工艺分析时，除了考虑上述因素外，还应分析塑件厚度、塑料成型性能及模塑生产常见的制品缺陷问题对模塑工艺的影响。1.1.4 加工性能分析1） 无定型塑料，吸湿性强，含水量应少于0.3%,必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间的预热干燥。2） 流动性中等，溢边料0.04mm左右。3） 比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温，模温。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为180230，注射压力为100140Mpa，螺杆式注射机则取160220，70100Mpa为宜。4） 模具设计时应注意浇注系统，选择好进料口的位置、形式。推力过大或机械加工时塑料表面呈现白色痕迹（但在热水中加热可消失）。1.2 成型条件分析塑料名称苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物缩写ABS注射成型机类型螺杆式密度/gcm-31.031.07计算收缩率/%0.30.8预热 温度/6075时间/h23料筒温度/后段150170中段165180前段180200喷嘴温度/170180模具温度/5080注射压力/Mpa60100成型时间/s注射时间2090高压时间05冷却时间20120总周期50220后处理方法红外线灯、烘箱温度/70时间/h241.3 型腔数量的确定 该塑件精度要求不高，并且结构简单，又是中等批量生产，没有侧向分型机构，考虑到模具制造费用及模具尺寸和顶浇口设计，初定为一模一腔的模具形式。1.4 模具结构形式的确定从上面分析可知，本模具采用一模一腔的模具形式。推出机构可采推杆推出。推杆推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件顶部装配后使用时并不影响外观。从以上分析得出：该塑件采用推杆推出机构。浇口采用顶浇口，型腔采用整体式。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。因此可确定模具形式采用标准A2形模架。该模具为单分型面模具。第2章 注射机的选择2.1 注射量的计算V塑=2V筒 2（8.6/2）-（8/2）X5+(10.6X15-x0.6x0.6x2)x0.3cm3=86.1cm3一般浇注系统凝料体积V浇占V塑的10%15%,取V浇=15%V塑,则最小总体积为V总=(1+15%)V塑,ABS的计算收缩率s为0.30.8%，取s=0.7%，可得V注=V总/（1-s)=99.74cm3所选注塑机的理论注射容量必须大于以上计算结果。2.2 初选设备根据ABS的成形条件、工艺性能及注射容量等，初选使用型号为SZ-800/3200的注射机，其主要技术参数如下表：项目SZ-800/3200理论注射容量/cm3840螺杆直径/mm67注射压力/Mpa142.2锁模力/kN3200拉杆内间距/mm600X600移模行程/mm550模具厚度/mm最大600最小300锁模形式双曲肘模具定位孔直径/mm160喷嘴球直径/mmSR20第3章 注塑模具结构设计3.1 模架的确定 根据型腔布局（一模一腔）及浇注系统的结构形式，又根据现代注塑模设计与制造中表4-4所推荐的圆筒型腔侧壁最小厚度为20mm，再考虑到导柱，导套及连接螺钉布置应占的位置等各方面问题，确定选用模架的基本尺寸为BL=250250mm。模架结构形式为A2的形式，如下图3.1所示。图3.1模具结构图3.2 浇注系统设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质，传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，一般要遵循以下原则：1 了解塑料的成型性能；2尽量避免产生或减少产生熔接痕；3 有利于型腔中气体的排出；4 防止型芯的变形；5 尽量采用较短的行程充满型腔，和般不超过60MM；该模具采用普通顶浇口3.3.1顶浇口设计顶浇口位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。 图3.2主流道3.3.1.1 主流道尺寸（1） 形状：圆锥形；（2） 锥角：3；（3） 内壁的粗糙度为Ra0.63m；（4） 主流道大端呈圆角，r=10 。根据所选注射机，则主流道小端尺寸为 d=注射机喷嘴直径+（0.5 1）=10+1=11mm。 式（3.1）主流道球面半径为SR=注射机喷嘴球面半径+（12）=11+1=12mm。 式（3.2）球面配合高度 h=5-8mm， 取h=63.3.1.2 主流道衬套形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便于有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如 45钢，T8A，T10A等，本模具采用45钢，热处理硬度为3845HRC。3.3.1.3 主浇道衬套的固定 由于主浇道衬套为圆柱体，并且衬套底部未开设处分浇道，不需与定模板分浇道相连，故在主浇道衬套上无须加止转销防止主浇道衬套转动。具体结构如下图3.4所示。 图3.4 主浇道衬套的固定3.4成型零件设计注塑模具闭合时,成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件、各种成型杆与成型环。成型零件承受高温高压塑料熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需克服与塑件的粘着力。在上万次、甚至几十万次的注塑周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑料制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许值之内。成型零件的结构、材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素3.4.1分型面位置的确定在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件。对塑件进行分析，由于塑件无过多圆角过渡要求，且在零件开口处无圆角过渡要求，故将分型面选在图1.1所示零件图主视图的最上端处，这种选法塑件成型简单，且能够保证较简单的模具结构。分型面应选在如图3.7所指最大截面处 图3.7分型面选择图3.4.2成型零件的钢材选用成型零件材料选用要求如下： 1.机械加工性能良好：要选用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的钢种。为此，以中碳钢与中碳合金钢最常用，这对大型模具尤其重要。对需电火花加工的零件，还要求该钢种的烧伤硬化层较薄。 2.抛光性能优良：注塑模成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，Ra0.05m。要求钢材硬度HRC3540为宜，过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点3.耐磨性和抗疲劳性能好：注塑模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变的应力作用。一般的高碳合金钢，可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不宜采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模的次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。这对30万以上注塑次数和玻璃纤维增强的塑料注塑生产尤其重要。3.4.3成型零件的结构设计成型零件的结构设计，当然是以成型符合质量要求的塑料制品为前提，但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本。成型零件成本高于模架的价格，随着型腔的复杂程度、精度等级和寿命要求的提高而增加。3.4.3.1凹模结构设计凹模是成型塑件外表面的成型零件。凹模的基本结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。根据模具结构采用组合式。3.4.3.2 凸模和型芯结构设计 凸模和型芯都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。凸模也称主型芯，用来成型塑件整体的内部形状。小型芯也称成型杆，用来成型塑件的局部孔或槽。3.4.4 成型零件工作尺寸计算成型零件的工作尺寸，是成型零件上直接用来成型塑料制品的那部分尺寸。 成型零件的工作尺寸，要保证所成型塑料制品的尺寸。而影响塑料制品尺寸和公差的因素相当复杂，如模具的制造误差及模具的磨损；塑料成型收缩率的偏差及波动；溢料飞边厚度及其波动；模具在成型设备上的安装调整误差、成型方法及成型工艺的影响等。 ABS取平均收缩率0.7%，且制件精度为MT5。本部分尺寸计算公式参考教材塑性成形工艺与模具设计。 3.4.4.1型腔径向尺寸根据公式 其中x修正系数，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取x=0.75 制造公差，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取=L1=150(1+0.7%)-3/40.68=150.54+0.23L2=106.35+0.1733.4.4.2型腔深度尺寸 型腔深度尺寸为H根据公式 其中x修正系数，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取x=2/3 制造公差，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取=0.24因此 =3.4.4.3型芯径向尺寸塑件孔的径向尺寸为 , 型芯径向尺寸为根据公式 式（3.9）其中x修正系数，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取x=0.75 制造公差，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取=0.2因此 =3.4.4.4型芯高度尺寸 塑件孔的深度尺寸, 型芯高度尺寸为根据公式 式（3.10）其中x修正系数，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取x=2/3 制造公差，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取=0.12因此 =3.4.4.5型腔壁厚计算在注塑成型过程中，型腔所受的力有塑料熔体的压力、合模时的压力、开模时的拉力等，其中最主要的是塑料熔体的压力。在塑料熔体压力作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔侧壁和底壁厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此同时，刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难等，可见模具对强度和刚度都有要求。1）按刚度计算侧壁的厚度S 式（3.11）式中 E模具材料的弹性模量，MPa，碳刚为2.1 MPap型腔压力，MPa，由前面所知为25 或30 MPa刚度条件，即允许变形量，聚氯乙烯的值为0.07 h型腔深度尺寸，因此 =10.6mm 2）按强度计算侧壁的厚度S 式（3.12）式中 r型腔径向半径，43p型腔压力，MPa，由前面所知为25 或30 MPa模具材料的许用应力，MPa，已知为160 Mpa因此 =由此可以选取S=11 3.5导向与定位机构设计3.5.1机构的功用 任何一副模具在动、定模之间都设置有导向机构，其功用是：1 定位作用：合模时维持动、定模之间的一定方位，合模后保持模腔的正确形状2 导向作用：合模时引导动模按序正确闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧压力3 承载作用：采用推板脱模或三板式模具结构，导柱有承受推板件和定模型腔板的重载荷作用4 保持运动平稳作用：对于大、中型模具的脱模机构，有保持机构运动灵活平稳的作用3.5.2导向机构的设计 本设计中采用导柱导向机构，由导柱与导套的间隙配合组成，并呈滑动运动3.5.2.1导柱国家标准规定了两种结构形式的导柱，分别为带头导柱和有肩导柱，本题目中选用有肩导柱，且根据所选模架，导柱直径为25，具体尺寸见图33.5.2.2导套 选用与导柱配合的导套，本题目选带头导套，其尺寸如下图3.11 图3.12导套3.6推出机构设计注射成型每个循环中，塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。3.6.1 脱模推出机构的设计原则塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。在设计脱模推出机构时应遵循以下原则：（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。（2）保证塑件不因推出而变形损坏。（3）机构简单、动作可靠。（4）良好的塑件外观。（5）合模时的准确复位3.6.2 塑件的推出方式推杆推出是一种基本的、也是一种最常用的塑件推出方式。本设计即采用推杆推出，推杆形式为圆形。3.6.3 塑件的推出机构本设计采用的是阶梯形推杆，根据参考资料3选用标准件，其尺寸如下图3.12所示。每个塑件由五根推杆推出，中心和四个角分别一根。3.6.4 脱模力的计算可以看作是厚壁壳体形塑件，又由于塑件的断面为圆环形根据经验公式 厚壁圆筒塑件脱模力计算： 式（3.13）式中 E塑料的拉伸模量，Mpa，2.44.2 Mpa塑料成型平均收缩率，%t塑料的平均壁厚，L塑料包容型芯的长度，塑料的泊松比，r型芯大小端的平均半径，脱模斜度(塑料侧面与脱模方向之夹角)，52塑料与钢材之间的摩擦因数，0.450.6B塑件再与开模方向垂直的平面上的投影面积(),当塑件底部有通孔时，10B 项应为零。K1由和决定的无因次数，可由下式计算 式（3.14）K2由决定的无因次数，可由下式计算 式（3.15）已知： E=310MPa ，=0.3% ， t=2 ， L=29.55 ，r=21.04=0.42 ， =1 ，=0.50 ， B0=1+0.50 sin1cos1=1.01=6.53 Q=2112.56N3.6.5 推杆强度校核=105.1KN/m=320KN/m 式（3.16）式中 推杆应力推杆钢材的屈服极限强度（），=320K。n推杆数量。故推杆强度合格。3.7 排气系统设计该套模具是属小型模具，排气量很小，而且本套模具的顶出方式为推杆顶出，每个零件有一个推杆，利用配合间隙就能达到排气效果。因此本套模具不单独设计排气槽。3.8 冷却系统设计模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率。所以模具上需要添加温度调节系统以达到理想的温度要求。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融的塑料的热量尽快传给模具，以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模。提高塑件定型质量和生产效率。因为水的热容量大，传热系大，成本低，且低于室温的水容易取得，所以冷却水普遍使用。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道，利用循环水将热量带走。冷却装置的设计要考虑以下几点：（1） 保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。（2） 冷却水孔的数量越多，孔径越大，对塑件冷却也就越均匀。（3） 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即水孔的排列与型腔形状尽量吻合。（4） 浇口出要加强冷却。一般熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低。因此浇口附近应加强冷却，通冷却水，而在温度较低的外側只需通过经热交换后的温水即可。（5） 降低入水与出水的温度。可通过改变冷却孔道排列的形式。（6） 要结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水通道的排列形式。如塑件的收缩率，壁厚等。（7） 冷却水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷却通道的密封性要好，冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表面。在本次设计中我采用的是简单流道式，即通过在模具上直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，是最常见的一种形式。 第4章 注射模与注射机的关系4.1 注射压力的校核注塑加工时所需注射压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸，注塑机类型、喷嘴及模道的阻力等因素有关。本次塑件材料为聚乙烯，其注射压力为60-100Mpa，所选注射机最大注射压力为126Mpa，符合要求。4.2锁模力的校核锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。即：FPA/1000 式（4.1）式中 F锁模力，kNp型腔压力，30MPaA塑件及流道系统在分型面上的投影面积，即 303769.921000=113KN630KN所以锁模力符合要求4.3安装参数的校核4.3.1模具外形尺寸校核 模具厚度，也称模具闭合高度，每台注射机都有一个安装的模具厚度范围，所设计的模具厚度应在这一允许范围内，即： 式（4.2） 式中 H模具高度 注射机允许最小安装高度 注射机允许最大安装高度=275mm，=150mm ， =300mm所以合格4.3.2喷嘴尺寸及定位圈尺寸校核 1）喷嘴尺寸：注射模主流道衬套始端凹坑的球面半径R应大于注射机喷嘴球头半径r，以保证同心和紧密接触；主流道孔小端直径应大于注射机喷嘴直径。2）定位圈尺寸：注射模安装用定位圈外径应与注射机定位孔内径呈间隙配合，定位圈高度应小于定位孔深度。4.4 开模行程的校核开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。单分型面注射模，其开模行程按下式校核