边盖注射模设计论文

课题 :边盖 班级 :湖南工学院机械系模具 0502 班 姓名 : 学号 : 指导教师： 1 目 录 一、 塑件的分析 2 二、 型腔数目的确定及排布 4 三、 注射机的初步选择 4 四、 浇注系统的设计 5 五、 分型面与排气槽设计 7 六、 成形零件的设计 8 七、 导向机构的设计 12 八、 推出机构的设计 13 九、 温控系统的设计 14 十、 注射机的参数校核 16 十一、 设计小结 17 十二、 参考文献 18 2 一 、 塑件的分析 1.塑件的使用要求 耐用，耐磨，可以承受较大的冲击力，不易摔坏；好看，有光泽 表面较光滑；化学性质稳定，可以耐高温（一般低于 100oC），耐化学腐蚀。 2.塑件的材料选择及其材料的介绍 根据塑件的用途及其使用要求， 选用 ABS 塑料。 ABS 的介绍： 名称 丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物 基本特性 无毒无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽，密度在 1.021.05g/cm3,其收缩率为 0.30.8%。 ABS 吸湿性很强，成型前需要充分干燥，要求含水量小于 0.3%。流动性一般，溢料间隙约在 0.04mm。 ABS 有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。 成型特点 ABS 在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阴力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在 5060oC，要求塑件光泽和耐热时，应控制在 6080 oC。 主要技术指标 比容： 0.860.98cm3/g。 熔点： 130160oC 3 吸水性： 0.20.4% (24h) 热变形温度： 4.6*105Pa- 90108oC 18.0*105Pa- 83103oC 屈服强度 : 50MPa 拉伸弹性模量： 1.8GPa 抗弯强度： 80MPa ABS 的注射工艺参数 注射机类型： 螺杆式 螺杆转速（ r/min）： 3060 喷嘴形式： 直通式 喷嘴温度（ oC）： 180190 料筒温度（ oC）： 前 200210 中 210230 后 180200 模温（ oC）： 5070 注射压力（ MPa）： 7090 保压力（ MPa）： 5070 注射时间 (s)： 35 保压时间 (s)： 1530 冷却时间 (s)： 1530 成型周期 (s)： 4070 3.塑件的形状及其尺寸 塑件的工作条件对精度要求较低，根据 ABS的性能可选择其塑件的精度等级为 5级精度（查阅塑料成型工艺与模具设计 P66表 3-8）。 经计算得塑件的体积为： V塑 = 44.735 3cm 4 塑件的质量为： W塑 = V塑 *r塑 = 51 g 图 1-1 塑件图 二 、 型腔数目的决定及排布 已知的体积 V 塑或质量 W 塑 ，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，综合考虑生产率和生产成本等各种因素，初步确定采用一模四腔对称性排布。排布图如下图示： 图 1-2 型腔数目及排布图 三、 注射机的初步选择 1.注射量 的计算： Q=4x13.7=175g 2.初步选择： XS-ZY-250 型注射机 3.XS-ZY-125 型注射机的主要参数 5 额定注射量 (cm3)： 250 螺杆直径 (mm)： 50 注射压力 (MPa)： 130 注射行程（ mm）： 10 注射时 间 (s) ： 2 注射方式 ： 螺杆式 合模力 (kN)： 1800 最大成型面积（ cm2）： 550 最大开（合）模行程（ mm）： 500 模具最大厚度（ mm）： 350 模具最小厚度（ mm）： 200 喷嘴圆弧半径（ mm）： 20 喷嘴孔径（ mm）： 4 四、 浇注系统的设计 浇注系统的设计是注射模设计的一个重要环节，它对注射成形周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度等）都直接影响。 1.设计时须遵循如下原则 结合型腔布局考虑； 热量及压力损失要 小； 确定均衡进料； 塑料耗量要少； 6 消除冷料； 排气良好。 2.浇注系统的组成 普通流道浇注系统 由主流道 、 分流道 、浇口和冷料穴 四部分组成。 3.浇注系统设计 为方便塑件去浇口，结合物料特性， 塑件 形状， 采用点浇口为宜。 主流道尺寸 根据该塑件体积及表 3-10，可得体积流率 Q=（ 13.7*4） /1.6 35cm3/s,取主流道中熔体流动 rs=5*103s-1,由图 3-56 r-Q-Rn关系曲线图 ， 可 得 Rn=2mm,故得主流道大端尺寸 D=2Rn=4mm，小端尺寸由注射机喷嘴尺寸，取 d=4mm,SR=12+2=14mm。主流道的形状和尺寸如图所示： . 图 1-3 浇口套图 分流道尺寸 为使四浇口能同时进料，各分流道按平衡式布置，故熔体在各分流道中的流速 QR=35/4=8.5cm3/s,取 rR=5x102s-1 由图3-56 得： Rn=2.5mm,取 3mm，为使分流 道易于加工和顶出凝料系统容易，采用设在模具一边的 U 形分流道。 点浇口尺寸 根据 QG=QR=8.5cm3/s,并取 rG=105s-1,由图 3-56 可得 7 Rn=0.5mm，故得 dG=2Rn=1.0mm。 冷料穴 底部设计成带有球头形拉料杆的冷料穴，目的是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量。 该模具浇注系统的尺寸如图所示。 图 1- 4 模具浇注系统图 五、 分型面与排气槽设计 分型面为定模与动模的分界面。合理地选 择分型面是使塑件能完好的成形的先决条件。 1.分型面的选择原则 使塑件在开模后留在有动模上； 分型面的痕迹不影响塑件的外观； 浇注系统，特别是浇口能合理的安排； 使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 使塑件易于脱模。 2.分型面的设计 如下图所示： 8 图 1- 5 分型面图 3.排气槽设计 当塑料熔体填充型腔时 ,必须顺序排出型腔及浇注系统内的 空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净 ,一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。 通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以 及双支 的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气， 0.030.05mm。 六、 成形零件设计 1.成型零件的结构设计 凹模 采用整体式凹模 凸模 由于塑件带有螺纹，为了简化模具的加工工艺，凸模设计成活动镶块的形式，活动镶块的固定方式如下图所示： 9 图 1- 6 活动镶块的固定方式 2.成型零件工作尺寸的计算 (1)产生偏差的原因 塑料的成型收缩 成型收缩引起制品产生尺寸偏 差的原因有：预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。 s=(Smax-Smin)* 制品尺寸 式中 s 成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。 Smax、 Smin 分别是制品的最大收缩率和最小收缩率。 成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和装配偏差。 成型零部件的磨损 (2)本产品为抗冲 ABS 制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最 小值分别取 0.8 %和 0.3 %。此产品采用级精度，属于低精度制品。因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数 x 取值可在 0.50.75 的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到 IT 10 IT级，综合参考，相关计算具体如下： 型腔径向尺寸的计算： LM=(1+(Smax+Smin)/2)Lsl-0.5 + Z0 =(1+0.55%)*36.2-0.5*0.36+0.36/50 = 0.1051.47 mm 型腔深度尺寸的计算： HM1=(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5 + Z0 =(1+0.55%)*18-0.5*0.28+0.28/30 = 0.09015.25 mm 型芯的径向尺寸的计算： lM=(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.5 0- Z =(1+0.55%)*46+0.5*0.400-0.40/3 = 00.143.8 mm 型芯深度尺寸的计算： hM1=(1+(Smax+Smin)/2)hsl+0.5 0- Z = 00.0911.2 mm 3.成型零件的强度、刚度计算 注射模在其工作过程需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲变形，引起成型零部件在它们的对接面或贴合面处出现较大的间隙，由此而发生溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质 量要求。因此，在模 11 具设计时，成型零部件的强度和刚度计算和较核是必不可少的。 一般来说，凹模型腔的侧壁厚度和底部的厚度可以利用强度计算决定，但凸模和型芯通常都是由制品内形或制品上的孔型决定，设计时只能对它们进行强度校核。 在设计时采用的是整体式圆形型腔。 计算参考公式如下： 侧壁： 按强度计算： ct = 12ppmpr 按刚度计算： ct = ( 1 ) 1( 1 )pmpmE urPE urPr 底部： 按刚度计算： ht = 43 0 .1 7 5 8 mpPrE 凸模 型芯计算公式： 按强度计算： r = 2 mpPL 按刚度计算： r = 43 mpPLE 由公式分别计算出相应的值为： 按强度计算得： tc=15mm th=16.6mm r=24mm 按刚度计算得： tc=4.25mm th=3.72mm r=5.4mm 参数符号的意义和单位： Pm 模腔压力（ MPa） E 材料的弹性模量（ MPa） ， 查 表 得 2.06*105； p 材料的许用应力（ MPa） ， 查得 176.5； u 材料的泊松比 ， 查得 0.025； 12 p 成型零部件的许用变形量（ mm）查得 0.05； 采用材料 为 45，调质， 200HBS。 七、 导向机构的设计 导柱导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。 1.导柱导向机构的作用 定位件用 模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确，在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。 导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。 承受一定的侧向压力 2.导柱导套的选 择 导柱导套结约形式及尺寸如下图： 图 1-7 导柱的结构形式 其材料采用 T8A 经淬火处理，硬度为 5055HRC。导柱、导套固定部分表面粗糙度 Ra为 08m，导向部分表面粗糙度 Ra为 0.80.4m。 13 具体尺寸如上图所示。导柱、导套用 H7/k6 配合镶入模板。 导柱的布置采用等径导柱不对称布置，如图所示 ： 图 1-8 导柱的布置形式 八、 推出机构的设计 1.推出机构的组成 推出机 构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导 向与复位部件组成。即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。 2.设计原则 推出机构应尽量设在动模一侧； 保证塑件不因推出而变形损坏； 机构简单动作可靠； 合模时的正确复位 3.推出机构的设计 此塑件带有螺纹，它的型芯是设计成活动镶块的形式，所以可以利用活动镶块来推塑件，开模时，塑件和镶块一 起脱模，在模外，用 14 手将塑件旋出。 4.复位零件 利用弹簧的弹力使推出机构复位。 九、 冷却系统设计 1.注射模冷却系统设计 基本原则 ：熔体热量 95%由冷却介质（水）带走，冷却时间占成型周期的 2/3。 冷却系统从模具中带走热量： Q=KA Tt/3600 (J) 式中 A 冷却介质传热面积（ m2） ： A=dL； 冷却管道直径（ m） ； L 冷却管长度（ m） ； K 冷却管壁与介质间的传热膜系数 J/（ m2hC） K=0.032xW/d(vd / )0.8( gC/W)0.4 式中 W 冷却水的平均导热系数 (w(/mk)； f 与冷却介质温度有关的物理系数； g 重力加速度（ m/s2 ）； v 冷却介质在管中流速（ m/s） ； 冷却介质在该温度下的密度 kg/m3 ,水在 30时 为0.996*103kg/m3； d 冷却管直径； 15 T 模温与冷却介质的平均温差（）； T 冷却时间； 表 1 水温与 f 关系 平均水温 20 25 30 35 40 45 f 6.45 6.84 7.22 7.60 7.98 8.31 2.冷却 管尺寸 （直径 d，长度 L、面积 A=dL） 忽略其他散热，冷却介质流量 ： V=WQ 1/（ 1c （ t1 -t2 ） (m3 /min) 式中 1c 介质比热 J/kg.o C，水为 4.187*103 ； W 单位时间内注入模具中塑料重量 (kg/min)； Q1 塑料熔体的单位热量 (J/kg)； 冷却介质密度 (kg/ m3 )， 水为 103 kg/ m3 经验确 定管道直径 ： 表 2 管道直径与流速流量关系 直径 d(mm) 最低流速 v(m/s) 流量 (m3 /min) 8 1.66 5.0*103 10 1.32 6.2 *103 12 1.10 7.4 *103 15 0.87 9.2 *103 20 0.66 12.4 *103 25 0.53 15.5*103 16 冷却水对其通道表壁传热系数的简化公式： 当冷却水平均温度在 0o C 以上， e=6 * 10 43 时，其计算结果产生误差在 %以内： K=2041*(1-0.015 )v 87.0 /d 13.0 式中 为冷却水平均温 度； 计算 流量 V=W Q 1/（ )( 211 ttC =2.62*106 min/3m 初步确定冷却水道 d=8mm； 流速为 =Q/ =1.31*102 m/s 管子的长度 L=60WQ1 /k t 式中 t 热传导面的平均温度与冷却水平均温度的差值，其中冷却的平均温度为冷却水在进口处和出口处温度的平均值。 十、 注射机的参数校核 1.塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核 注射成型时，塑件在模分型面的投影面积是影响 锁模力的主要因素，其数值越大，需锁模力也就越大，若超过注射机的允许最大成型面积，则在成型过程中会出现涨模溢料现象。因此有： 塑件总的投影面积 nA1 与浇注系统的投影面积2A之和要小于最大成型面积 A。 nA1 +A2 A 4*28.27+4*0.6*6=127.48mm250 mm 满足要求 17 应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力： （ nA1+A2） PF T=127.48*3500=446180N=446.18kN1800kN 满足要求 2.模具厚度校核 模具厚度 H 必须满足： Hmin H Hmax 式 中 Hmin 注射机允许的最小模厚，即动定模板之间的最小开距； Hmax 注射机允许的最大模厚。 H=210mm, Hmin =200mm, Mmax=350mm ；符合条件 3.开模行程校核 由于注射模最大开模行程 Smax与模厚无关，因此有： S H1+H2+a+(510)mm 式中 H1 推出距离（脱模距离）（ m