塑料架注射模具设计 精品.doc

绪论一， 料成型模具及其在塑料成型加工工业中的地位。模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品 工具。在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，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，冷压模具及成型陶瓷，玻璃等制品使用的各种模具。成型塑料制品的模具叫做塑料模具。对塑料模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度，外观，物理性能等各方面的均能满足使用要求的优质制品。以模具使用的角度，要求高效率，自动化，操作简便，以模具的制造的角度，要求结构合理，制造容易，成本低廉。塑料模具影响制品的质量，首先，模具型腔的型状尺寸，表面光洁度，分型面，进浇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，各向同性能，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，在塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在大批量生产塑料制品时应尽量减少开模，合模和取制件过程中的手工劳动，为此常尽用自动开合模和自动顶出结构。在全自动生产时还能自动从模具上脱落。另外，模具对塑料制品的成本也有相当的影响。除简易模具外，一般来说制模费是十分昂贵的，一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模具约能生产二十五万件以上。当批量不大时，模具费用在制件成本中所占的比例将会很大，这时应尽可能地采用结构合理而且简单的模具，以降低成本。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺，高效的设备，先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑料制件使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动的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。产品是生产和更新都是以模具制造和更新为前提的。由于工业塑件和日用塑料制品的品种和产量需求量很大，对塑件模具也提出了越来越高的要求，因此促使塑料模具生产不断向前发展。二， 料成型模具发展趋势近年来，塑料成型加工机械和成型模具增长十分迅速，高效率，自动化，大型，微型，精密，高寿命的模具在整个模具生产中的比例越来越大。从模具设计和制造技术角度来看，模具发展趋势可归纳为以下几方面：（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，模具设计已由经验设计阶段逐渐向理论计算设计方面发展，尤其是挤出机头设计，这使挤出制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，如高效冷却系统以缩短成型周期；各种恩能够可靠的自动脱出产品和流道凝料的脱模结构；热流道浇注系统注射模具等。高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率，降低成本起了很大的作用。（3）大型，超小型及高精度。 由于模具应用的扩大，塑料制件已经应用到建筑，机械，电子，仪器，仪表等各个工业领域，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。 为了更新产品花色和适用小批量产品的生产的要求，除大力发展高强度，高耐磨性的材料外，同时又重视简易制模工艺的研究；如采用底熔点有色金属合金浇铸或喷涂制模；以铝粉或铁粉填充的环氧树脂以及聚氨脂弹性体制模，这大大缩短了模具制造周期，降低了成本。在模具制造工艺上，为了缩短模具生产周期，减少钳工等手工操作的工作量，在模具加工工艺上做了许多改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种防形机床，光控机床，数控机床等。这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。采用精密铸造，冷挤压，电加工等新工艺新技术使模具型腔加工发生了根本性的变革。（5）标准化。 开展模具标准化工作，使模板导柱等通用零件标准化，商品化，以适应大规模地成批地生产塑料成型模具。此外，对一些特殊制品，研究了各种特殊结构的模具，底发泡制品挤出机头，多层薄模复合机头，双色注射模具等。三， 料成型模具的分类。不同的塑料成型方法使用着原理和结构特点各不相同的塑料成型模具。按照成型加工方法的不同，可将塑料成型模具分为以下几类：a) 压制成型模具。压制成型模具简称压模。将塑料原料直接加在敞开的模具型腔内，再将模具闭合，塑料在热和压力作用下成为流动状态并充满型腔，然后由于化学或物理变化使塑料硬化定型，这种成型方法叫压制成型。这种成型方法所用的模具叫压制成型模具。压制成型模具多用于成型热固性材料。也有用于成型热塑性材料的。另外还有不加热的冷压成型压制模具，用于成型聚四氟乙烯胚件。b) 压铸成型模具压铸成型模具又称传递成型模具。将塑料原料加如预热的加料室，然后向压柱施加压力，塑料在高温高压不熔融并通过模具的浇注系统，进入型腔，逐渐硬化成型，这种塑料成型方法叫压铸成型，这种成型方法所用的模具。压铸模具多用于热固性材料的成型。c) 注射成型模具塑料先加在注射机的加热料间内，塑料受热熔融，在注射机的螺杆或活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模腔，塑料在模具型腔内硬化定型，这就是注射成型的简单过程。注射成型所用的模具叫注射模具，注射模具主要用于热塑性塑料制品的成型，但近年来也越来越多的用于热固性塑料成型，注射成型在塑料制件成型占很大的比重，世界塑料成型模具产量中约半数以上是注射模具。d) 挤出成型模具。挤出成型模具又称机头。使处于粘流状态的塑料在高温高压下通过具有特定断面形状的口模，然后在较底温度下定型，以生产具有所需断面形状的连续型材的成型方法叫挤出成型。用于塑料挤出成型的模具叫挤出成型模具。e) 中空制品吹塑成型模具。将挤出或注射出来的尚处于塑化状态的管状坯料，冷热放到模具成型腔内，立即在管状坯料的中心通以压缩空气，管坯膨胀面紧贴于模具型壁上，冷硬后即可得到一中空制品。此种制品成型方法所用的模具叫中空制品吹塑模具。f) 真空或压缩空气成型模具。真空或压缩空气成型模具为一单独的阴模或阳模。将预先制成的塑料片周边紧压在模具周边上，使加热软化，然后再在紧靠模具的一面抽真空，或在其后面充以压缩空气，使塑料片仅贴到模具上，冷却定型即可得到制品，这样的成型方法，模具受力较小，要求不高，甚至可用非金属材料制作。除了上面所例举到的几种塑料模具外，尚有泡末塑料成型模具，玻璃纤维增强塑料成型模具等等。第一章 塑料成型的基本过程注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒，染色，添加剂等处理之后的颗粒）放入料间当中，经过加热熔化使之成为高粘度的流体溶体用柱塞或螺杆作为加压工具，使得溶体通过喷嘴以较高的压力（约2085mpa），溶入模具的型腔中，经过冷却，凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。注塑成型的全过程分为：（1），塑化过程：现代式的注射机基本上采用螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料头以定容方式送入料筒，通过料筒外的电加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热，使物理融化达到一定温度后即可注射。注射动作是由螺杆的推进来完成的。（2），充模过程：溶体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型腔内的空气排出，并充满型腔，然后升到一定的压力，使溶体的密度增加，充实型腔是每一角落。充模过程是注射成型的最主要过程，由于塑料溶体的流动是非牛顿流动，而且粘度很大，所以在压力损耗，粘度变化，多般汇流等现象，左右塑件的质量，因此充模过程的关键问题浇注系统的设计就成为注射模具设计过程中的重点，现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。（3），冷却凝固过程：热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程即：塑化注射充模固化成型加热理论上绝热散热热交换效果的好坏决定了塑件的质量，包括外表质量和内在质量，因此，模具设计时，散热交换也要充分考虑，在现代的设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。（4），脱模过程：塑件在型腔内固化后，必须采用机械的方式把它从型腔内取出，这个动作由脱模机构来完成就，不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大，但塑件的几何形状是千变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式，因此，脱模机构的设计也是注射模具设计中的一个主要环节，由于标准化的推广，许多标准化的脱模机构零部件也有商品供应。由（1）到（4）形成了一个循环，就完成了一次成型一个乃至数十个塑件。第二章 塑料制件的设计 第一节 塑料制品分析本塑料制件是塑料架，形状,尺寸如图2-1所示 图2-1塑料制件的设计主要根据使用要求进行，由于塑料有其特殊的物理性能，在设计塑件时必须考虑以下几方面的因素：（1） 塑料的物理性能，如强度，刚性，韧性，弹性，吸水性以及对应力的敏感性。（2） 塑料的成型工艺性，如流动性。（3） 塑料形状应有利于充模流动，排气，补缩，同时能适应高效冷却硬化（热塑性塑料制品）或快速受热固化（热固性塑料制品）（4） 塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异。（5） 模具的总体结构，特别是抽心与脱出塑件的复杂程度。（6） 模具零件的形状机器制造工艺。综合考虑以上的因素，本塑件采用改性PS做为材料。改性PS（高抗冲型聚苯乙烯）是在聚苯乙烯的基础上增添聚丁二稀），其耐冲击性较通用型提高510倍，失去透明性，呈乳白色。成型收缩率为：0.2%0.6%吸湿性为：0.05%0.06%密度为：1.041.10 g/mm3其有成型特性有：（1） 非结晶形塑料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数小，易产生内应力。（2） 流动性好，溢边值约为0.03mm（3） 宜用高料温，高模温，底注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔和变形。（4） 可采用各种形式的浇口，浇口与塑件连接处应圆滑过度。脱模斜度应取2以上，顶出要均匀。（5） 塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件，缺口，尖角，各面应圆滑连接。第二节 注射机的选择与校核一，根据模具设计与制造简明手册表2-40选择注射机XS-ZY-125螺杆（柱塞）直径：42mm注射容量：125mm3注射压力：119Mpa锁模力：900KN最大注射面积：320cm2模具最大厚度：300mm模具最小厚度：200mm模板行程：300mm喷嘴的球半径：12mm喷嘴的孔直径：4mm定位孔直径：100+0.0504 二，注射机的校核1， 注射量的校核根据模具设计与简明手册得V件 0.8V注式中：V件塑件与浇注系统的体积V注注射机注射容量（cm2）0.8最大注射量的利用系数经估算得V件69cm3所以V件=69cm359.5(24134+132.56)=500103 合格3， 射机安装模具部分的尺寸校核a) 喷嘴尺寸：喷嘴尺寸与浇口套适应，浇口套是根据喷嘴尺寸来设计的。b) 定位环尺寸：定位环高度10mm，直径为100（与定位孔配合）c) 模具厚度： Hmin=200mmHm=243S=22+85+10=107合格第三节 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道,其由主流道,分流道,浇口及冷料穴组成。一， 浇口套的设计： 图2-2二， 流道设计：流道的形式和尺寸往往受到塑料成型特性，塑件大小和形状，模具成型数目和用户要求等因素的影响，因此没有固定的形式，但是流道的设计应该考虑如下问题：（1） 流道的截面形状（2） 流道的布置本模具的流道截面图如图2-3：图2-3 分流道截面 三， 流道布置：在多腔成型时，型腔布置决定流道的设计。从流动平衡的角度出发，应该使各型腔到浇道的流动距离相等，同时也有利于浇口平衡布置，如图2-4：图2-4四， 浇口的设计：本塑件的体积不是很大，考虑到结构和其他因素，选择了侧浇口。图形如图2-5： 图2-5五， 排气系统：在该型心，型腔结构中，型心，型腔板与动模板的间隙，已经构成很好的排气系统，为此，不须再开设排气槽，减少了加工量，降低了成本。第四节 模架的选取与合模导向系统的设计一 模架的选取1, 注射模结构：此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械下载！该已经通过答辩 则当滑块在开模方向移动的距离为l时，滑块沿斜导柱方向移动了L=17.8/sin22。而斜导柱的总长L=L+L”=23.8/sin22+60/sin22为保证在开始时开模的瞬间滑块有一很小的空程，使在侧型芯末抽出之前塑件被强制脱出型腔或型芯，并可使楔紧块束仁与滑块先行脱开，免于干扰，合模时，最后瞬间，滑块由楔紧块复位并锁紧滑块，滑块孔应大于斜销直径0.250.5mm的间隙。3，导柱的布置根据模具形状和大小，在模具的空余位置设导柱和导套孔。导柱四更，其布置原则是必须保证定模只能按一个方向合模，不要在装配时或合模时因为方位搞错使模具损坏，布置形式如图2-8. 图2-8第六节 成型零件的设计 一， 分型面的选择分型面的选择，主要考虑如下问题：1， 分型面不仅应选择在对制品外观没有影响的位置，而且还须考虑如何能比较方便地清除分型面上产生的溢料飞边。同时，还应避免分型面上产生飞边。2， 分型面的选择应有利于制品脱模，否则，模具结构便会变得比较复杂。通常，分型面的选择应尽可能使制品在开模后滞留在动模一侧。3， 分型面不应影响制品的形状和尺寸精度。4， 分型面应尽量与最后填充溶体的型腔表面重合，以利于排气。（1） 选择分型面时，应尽量减少脱模斜度给制品大小端尺寸带来的差异。（2） 分型面应便于模具加工。（3） 选择分型面时，应尽量减少制品在分型面上的投影面积，以防止面积过大，造成锁模困难，产生严重的溢料。（4） 有侧孔或侧凹的制品，选择分型面时应首先考虑将抽心或分型距离长的一边放在动，定模的方向，而将短的一边作为侧向分型抽心机构时，除液压抽心能获得较大的侧向抽拔距离外，一般分型抽心机构侧向抽拔距离都较小。（5） 成型零件的结构设计.（6） 凹模（型腔）结构设计，凹模也称为型腔，是成型塑件表面形状的模具零部件。按其结构不同可分为五种：（1） 整体式凹模（2） 整体嵌入式凹模（3） 镶嵌式凹模（4） 四壁拼合式凹模（5） 拼块式凹模由于该变骨架体积较小，形状较复杂，应考虑采用组合式模具结构。同时，使镶块材料性能高于模板及周边材料的性能，避免整体式凹模采用一种材料，这从经济的角度考虑不经济；由于采用嵌镶拼结构，气体可在镶接间隙处排出，减少镶块的热处理变形，而对于模块中易损部分采用部分镶拼式，可以方便模具的维修，避免使部分损坏而使一套模具报废。母模仁也叫凹模镶件，是成型塑件外形的主要部件，其结构随塑件的形状和模具的加工方法而变化，材料采用DC-11，硬度为5862HRC。从图中可以看出该凹模型腔较为简单，其型腔形状根据塑件外形而加工，由于塑件材料的收缩率为0.008，则型腔的各尺寸为塑件相对应尺寸的1.008倍。由于注射压力的作用，凹模有向外胀出的变形产生，当变形量大于塑件在壁厚方向的成形收缩量时，会造成脱模困难。严重时还为能开模。另外，也由于成形过程中各种工艺因素的影响，型腔内的实际受力情况往往非常复杂，不可能为一种简单的模式，因此，凹模的强度问题应重视，模具的强度问题主要着重于壁厚，设计时“宁可有佘而不可不足。则应使安全系数增高。由于塑件形体较小，按经验可取凹模厚度为20mm，宽为40mm，根据前面所讲的，型腔长宽尺寸不大于凹模长、宽的60%，深度不超过母模仁厚度的10%，则该母模的强度是足够的。由上述的凹模结构形状，可采用完全整体式凸模加局部镶拼嵌入的方式把凹模固定在母模板上，因此，可以在凹模底部空隙的地方把设左右对称的偶数个M6、深10mm的螺钉并将凹模部分钳入公模将其固定在母模板上，考虑强度问题，螺孔中线距凹模侧边7mm模板厚可取标准模架尺寸60mm。5， 型芯的结构设计型芯是成型塑件内表面的模具零件，根据成型情况不同，型芯可分为以下结构形式：（1） 整体型芯（2） 镶嵌式型芯（3） 组合式型芯本注射模采用了镶嵌式型芯在多型腔模具中常常将型芯加工成带台阶的型芯，镶嵌到型芯固定板上，如型芯为回转体且有不对称凹槽或凸起，需要加销钉定位止转。当型芯细小时，可采用过盈配合，柳接或树脂粘结的方法将型芯与固定板连接起来。6， 模具型腔侧壁和底板厚度的计算塑料模在注射成型过程中，由于注射成型压力很高，型腔内部承受熔融塑料的巨大压力，这就要求型腔要有一定的强度和刚度，如果模具型腔的强度和刚度不足，则会造成模具的变形和断裂。型腔侧壁所受的压力应以型腔内所受最大压力为准，对于大型模具的型腔，由于型腔尺寸较大，常常由于刚度不足而弯曲变形，应按刚度计算；对于小型模具的型腔，型腔常常在弯曲变形之前，其内应力已超过许用应力，应按强度计算。该模具型腔为矩形，在此采用组合矩形凹模侧壁和底板厚度计算公式进行计算：1） 合式矩形型腔侧壁厚度计算：a) 按刚度计算：S1= 式中：S1矩形型腔长边侧壁厚度 （mm）P型腔压力 （Mpa）L1型腔长边长度 （mm）a型腔侧壁受压全高度 （mm）A型腔侧壁全高度 （mm）允许变形量 （mm）E模具材料的弹性模量 （Mpa）所以：S1=0.3156=9.072mmb) 按强度计算：式中：模具材料许用应力 （Mpa） =160Mpa所以：mm2） 组合式矩形型腔底板厚度计算：a) 按刚度计算：式中：h型腔底板厚度 （mm）p型腔压力 （Mpa）L两支架间的跨度 （mm）B底板全宽度 （mm）允许变形量 （mm），由塑件高度公差决定E模具材料的弹性模量 （Mpa）模具材料的许用应力 （Mpa）所以：b） 按强度计算：所以：7, 滑块的结构设计滑块亦用DC-11材料来制作，前面已将零件的一些部分公母模仁及型芯来成型，而零件的剩佘部分可左右两侧的滑块来成型，由分型面D将该滑块分为左右两个相等的侧滑块，其型腔尺寸按零件相应尺寸的1.008倍加工。为加强成型零件的衔接和使滑块的宽度值圆整将滑块设计为台阶形使其宽度值为30mm，厚度值为37mm保证有足够强度，在滑块的底部加两面三刀个台阶也为加强与成体的装配度的牢固性，防止滑块的向定、动模方向幌动，而在开合模方向则由螺钉把滑块固定在本体上。本体相当于滑块的延续，但本体采用材料为MAK-80钢，硬度为3642HRC，为了在能满足预期的要求的情况下减少价值较贵材料的使用，以使经济效益的提高。滑块的开合须由斜导柱来驱动，斜导柱在本体上安装是最好的方式。按经验，可选直经为20mm的斜导柱，考虑强度要求，导柱边沿到本体边界保证4mm以上，在这，可使斜导柱边沿到本体顶部为5mm但最终要确保斜导柱中线在母模仁底面上到模具中线之间距离值为整数，以便于加工、装配，而到本体底部则考虑到本体厚度值取整问题，则取本体上端厚度值为45mm，下方厚度则考虑到与束仁安装问题（后面会讲述）取55mm，而宽度则和滑块一致。第七节 脱模机构的设计脱模机构的作用,是将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离(称为脱出),然后把从模具脱出的塑件和浇注系统凝料等从模内取出,即脱模动作分为脱出和取出两个步骤.脱模的动力来源可分为人工,机械,液压,气压等.脱出与取出两个动作之间,有明显的界限,有时没有 明显的界限.一 取出机构的设计取出机构有两种方式:掉落取出和非掉落取出 l 掉落取出是指使塑件或浇注系统凝料等掉落取出方法;l 非掉落取出是指塑件或浇注系统凝料等从模具中被拿出.由于该型号的骨架体积较小,塑件材料粘合力不高,因此取出动作可依靠塑件或浇注系统凝料等的自重,在脱模部件使其从模具脱出后自动掉落而离开模具.l 脱出机构的设计塑件的脱出机构也叫顶出机构或抽芯机构,是指在注射成型的每个循环中,使塑件必须由模具型腔中或凸模/型芯上松动分类(即脱出),由于塑件不大,且浇注系统较简单,则塑件与浇注系统凝料可共用一个脱出机构.脱出机构设计的基本考虑:为了保证塑件在顶出过程中不变形或不损坏,必须正确分析塑件对模腔粘附力的大小及其所在部位,以使选择合适的顶出方式和顶出装置,使顶出力得以均匀合理的分布.顶出位置在顶出阻力大的地方,也就是使塑件不易变形的部位.由于塑件收缩时包紧型芯,因此顶出力作用点应尽量靠近型芯,同时顶出力应施于塑件刚性和强度最大的部位,作用面积也尽可能大一些.在选择顶出位置是应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位,尤其是用顶杆顶出时应注意这个问题.另外与塑件直接接触的脱出零件的配合间隙要保证不溢料,以免在塑件上留下飞刺痕迹.第八节 温度调节系统的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.温度调节系统根据不同的情况分为两种:一种是冷却系统;另一种是加热系统.加热系统:由于塑件材料为电木,电木的熔融粘度高,流动性差的塑料,所以在工作中,需要对模具进行加热.如果模具温度过低,则会影响塑料的流动性,产生较大的流动剪切力,使塑件的内应力较大,甚至还会出现冷流痕,银丝,注不满等缺陷.尤其是当冷模刚刚开始注模时,这种情况更为明显.但是.模温也不能过高,否则要延长冷却时间,且塑件脱模后易发生变形,当模温在80以下时,模具上无需设置加热装置,可利用熔融塑料的余热使模具升温,达到要求的工艺温度.由于电木的熔点高于80.因此,该模具需要加热装置.电热棒是一种常用的加热装置,因其加热时电热丝与外界空气隔绝,不易氧化,使用寿命长,烧坏后便于更换和使用中比较安全等优点.这里选用加热措施以达到读对模具加热动能.加热棒的插孔位置,应考虑塑件的顶出位置,同时要尽量对称,等距,靠边及对顶杆的布置做适当的调整.因此,加热棒的插孔位置应设在模板的空隙地方,如图所示冷却系统:在注射过程中，模具的温度直接影响制品的质量和注射周期。对于一些开模温度较底的塑料由于模具不断被注入熔融塑料，模温升高，单靠模具自身散热已不能满足其保持较底的温度，因此，必须加入冷却系统，模具的热量是由辐射传热，对流散热，向模板的传热和与注射喷嘴接触的传热等很多因素综合作用的结果，现仅考虑冷却介质在管内强制对流的散热，而忽略其他传热因素。假设由熔融塑料放出的热量全部传给模具，其热量为：式中：Q单位时间内除去的总热量（J/min） n每小时的注射次数； m每次注入模具的塑料质量（包括浇注系统）（Kg） 塑料成型时放出的热溶量（由塑料模具设计表3-19可查得）所以：冷却时所需的冷却水量：式中：M1通过模具的冷却水质量 （Kg） T1熔融塑料进入