底板注塑模设计.doc

引言：在工业产品中，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，所带来的效果是明显的，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，其中最主要之一的注塑模具已经很广泛的采用。它在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。注塑模具与其它机械行业想比，有以下三个特点：第一，模具不能像其它机械那样可作为基本定型的商品随时都可以在机电市场上买到。模具制造不可能形成批量生产，即模具是单件生产的，其寿命越长，重复加工的可能性越小。因此，模具的制造成本较高。第二，因为注塑模具是为产品中的塑料制品而订制的，作为产品，除质量、价格等因素之外，很重要的一点就是需要尽快地投放市场，所以对于为塑料制品而特殊定订制的模具来说，其制造周期一定要短。第三，模具制造是一项技术性很强的工作，其加工过程集中了机械制造中先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要求模具工人具有较高的文化技术水平，特别是对企业来说要求培养“全能工人”，使其适应多工种的要求，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。综上所述，模具制造 存在成本高，要求制造周期短，技术性强等特点，目前，随着科学技术的不断发展和计算机的应用，这些问题得到了很大的改善。注塑模具的特点：a)塑料的加热、塑化是在高温料筒内进行，而不是在模具内进行，因而模具不设加料腔，而设浇注系统，熔体通过浇注系统充满型腔。浇注系统对注塑模来说至关重要。b)塑料熔体进入型腔之前，模具已经闭合。在注塑过程中需根据塑料特性，在模具中设加热或冷却系统。c)注塑模生产适应性强，既可注塑小型制品，也可注塑大型制品；既可注塑简单制品，也可注塑复杂制品，生产率高，容易实现自动化。d)注塑模一般是机动的，结构一般较复杂，因而制造周期较长，成本较高。注塑模具的应用在当今的时代会越来越广的，它的特点使得它的用处越来越宽，涉及的范围也大了。本课题是关于底板的注塑模具设计。要求运用所学知识,能很好的对注塑模具进行设计.达到熟练的掌握注塑模具的设计知识,并能对注塑模具设计有更高层次的认识的目的。目 录1、塑件的工艺性分析.031.1塑件的成型工艺性分析.031.2塑料成型工艺参数的确定.041.3计算塑件的体积和质量.041.4塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析.052、注塑模的结构设计.052.1分型面的选择.052.2确定型腔数目及布置.062.3浇注系统的设计.072.3.1浇注系统的组成.072.3.2主流道的设计.072.3.3浇口套的设计.082.3.4分流道的设计.102.3.5浇口的设计.102.4冷却系统设计.112.5推出机构设计.112.6成型零部件的设计.132.7模架的选择.143、选择成型设备并校核有关参数 .163.1注射机的选择.163.2锁模力的校核.174、模具成型零件工作尺寸的计算.185、绘制模具总装图.206、设计小结.217、参考文献.22一、塑件的工艺性分析 1.1塑件的成型工艺性分析 塑件如图11所示图 11 底板 名称：底板 材料：酚醛塑料粉4010 数量：较大批量生产要求：塑件允许的脱模斜度为0.5到1度,壁厚均匀.1：塑件材料特性 酚醛塑料是一种产量较大的热固性塑料，是以酚醛树脂为基础而制得的。酚醛树脂本身很脆，呈琥珀玻璃态，必须加入各种纤维或粉末状填料后才能获得具有一定性能要求的酚醛塑料。酚醛塑料大致可分为层压塑料，纤维状塑料和碎屑状压塑料四类。本产品是以酚醛树脂为基材,木粉和矿物为填料制成热固性模塑料。该产品具有较高的电气性能和机械性能。适用于制作低压电器和仪表外壳 及一般的绝缘结构件。酚醛塑料与一般的塑料相比，刚性好，变形小，耐热耐磨，能在120150的温度范围内长期使用；在水润滑条件下，有极低的摩擦因数且电绝缘性能优良。其缺点是质脆，抗冲击强度差。 2：塑件材料成型特点 酚醛塑料成型性能好，特别适用于压缩成型；模温对流动性影响性较大，一般当温度超过160时流动性迅速下降；厚壁大型塑料内部温度过高，易发生硬化不均及过热现象。1.2塑料成型工艺参数的确定查相关手册得到酚醛塑料粉4010塑件的成型工艺参数：密 度：1.45收 缩 率：0.60.9预热温度：1053预热时间；515min料筒温度：/喷嘴温度：/模具温度：115165注射温度：/压制温度；160175注射压力：3040MPa成型时间：12min/mm1.3计算塑件的体积和质量计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。计算塑件的体积：通过proe中的“分析=模型=质量属性”功能可得塑料盒的体积为16.9 cm3，采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸，加上浇注系统的冷凝料及注塑时所需压力和现有设备等情况，初选注塑机为XS-Z-60型。1.4塑件的结构、尺寸精度及表面质量分析(1) 结构分析要想获得合格的塑料制件除选用塑料的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性，塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，只有塑件设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构以防止成型时产生气泡、缩孔、凹陷、及开裂等缺陷，达到提高生产率和降低成本的目的。从零件图上分析，由于该零件属于简单的制品。(2) 尺寸精度分析 塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸相符合程度，即所获得塑件尺寸的准确度。塑件的尺寸精度与模具的制造精度，模具的磨损程度，塑件收缩率的波动及成型时工艺条件的变化，塑件成型后的时效变化和模具的结构形式等有关，因此，塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。由于该塑件上尺寸公差均为未注尺寸公差。查表可知酚醛塑料粉4010材料的制件为MT7级。以上分析可见，该零件的尺寸精度不高没有太多的的精度要求，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。 (3) 表面质量分析该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺、内部不得有导电介质外。除此外没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注塑时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。二、注塑模的结构设计注塑模的结构设计主要包括：分型面的选择，型腔数目的确定，型腔的排列方式，冷却水道布局，浇口位置设置，模具工作零件的结构设计，侧向分型与抽芯机构的设计，推出机构的设计等内容。2.1分型面的选择 分型面的选择原则：a）、便于塑件脱模：、 在开模时尽量使塑件留在动模内 、应有利于侧面分型和抽芯 、应合理安排塑件在型腔中的方位；b） 模具结构简单，有利于型腔的加工c） 确保塑件尺寸精度d） 型腔排气顺利e） 无损塑件外形f） 合理利用设备塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，该塑件的分型面位置如图这样的选择使塑件外表面可以在整体凹模型腔内成型，塑件的外表面光滑，同时有利于塑件的脱模。因此选择此分型面如图21所示 图212.2确定型腔数目及布置 塑件形状较简单，质量较小，生产批量较大，所以应使用多型腔注射模具。模具采用一模两腔平衡式的型腔布置这样的模具结构尺寸较小制造加工方便，生产效率高，塑料成本较低。型腔布置如图22所示：图22型腔布局图2.3浇注系统的设计 2.3.1浇注系统的组成 所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统十分重要。而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。我们在这里选用普通浇注系统，它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。设计原则：（1） 排气良好（2） 流程短（3） 防止型心和嵌件移位和变形（4） 整修方便（5） 防止塑件翘曲变形（6） 浇注系统的截面和长度尽量取小值，以减少浇注系统占用的塑料量。（7） 保证型腔填充 2.3.2主流道的设计 如图23所示： 图23根据设计手册查得XS-Z-60注塑机喷嘴的有关尺寸：喷嘴口孔径：d=4mm，喷嘴前端球面半径：R=18 mm 根据模具主流道与喷嘴的关系： R=R0 +（12）mm D=d0 +(0.51) mm 取主流道球面半径 R=19 mm 取主流道的小端直径 D=4.5mm为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为13，经换算得主流道大端直径D=8.5mm，为了使料能顺利的进入分流道，可在主流道的出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。为了提高模具的寿命在模具与注塑机频繁接触的地方设计为可更换的主流道衬套形式，选取材料为T8A，热处理以后的硬度为5357HRC，主流道衬套和定模的配合形式为H7/m6的过渡配合。 2.3.3浇口套的设计由于注塑成型时主流道要与高温塑料熔体和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般都不将主流道直接开在定模上，而是将它单独开设在一个嵌套中，然后将此套再嵌入定模内，该嵌套称为主流道衬套(也有文献称为浇口套)。采用主流道衬套以后，不仅对主流道的加工和热处理以及衬套本身的选材等工作带来很大方便，而且在主流道损坏后也便于修磨或更换。 图 2-4 浇口套： (1) 对于小型注塑模，可将浇口套与定位环设计成一个整体，但在多数情况下均分开设计。 (2) 浇口套应选用优质钢材（如T8A等），热处理后硬度为5357HRC。 (3) 浇口套的长度应与定模配合部分的厚度一致，主流道出口处的端面不得突出在分型面上，否则不仅会造成溢料，而且还会压坏模具。 (4) 浇口套与定模之间的配合采用H7/m6。考虑到上述注意的问题，浇口套的材料选用T8A，热处理后硬度53-57HRC，为了便于维修，浇口套与定位环分开设计。 2.3.4分流道的设计由于是一模两腔，所以需要分流道。分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。对分流道的要求是：熔体通过时的温度下降和压力损失都尽量地小，能平稳均衡地将熔体分配到各个模腔，不过分增加塑料消耗量。多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。 分流道的截面形状：通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，加工难度等综合考虑我们这里就选用圆形分流道。 分流道的尺寸：分流道的尺寸需根据制品的壁厚，体积，形状复杂程度以及所用塑料的性能等因素而定。分流道表壁的表面粗糙度值不宜太大，一般要求达到Ra1.252.5m即可，这样可增大对外层塑料熔体的流动阻力，保证熔体流动时具有合适的切变速率和剪切热。圆形截面的分流道的截面尺寸：H=（2/3）B，=，B=412mm 分流道的布置：分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。分流道与浇口的连接：分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。 2.3.5浇口的设计浇口是指连接分流道和型腔的进料通道，它是浇注系统中截面尺寸最小且长度最短的部分。交口的作用主要是：塑料熔体通过浇口时剪切速度增高，粘度降低，有利于充型；同时熔体的内摩擦加剧，使料流的温度升高，粘度降低，从而提高了塑料的流动性，有利于充型；另外在注射过程中，塑料充型后在浇口处及时凝固，防止熔体倒流；成型后也便于塑件与整个浇注系统的分离。但是浇口的尺寸过小会使压力损失增大，冷凝加快，补缩困难。故浇口设计十分重要，一般浇口有如下几种形式。根据塑件的成型要求及型腔的排列方式,选用侧浇口较为理想。故采用截面为矩形的侧浇口,查表初选尺寸为(blh) 1.5mm0.6mm0.8mm。2.4冷却系统设计由于酚醛塑料粉4010属于热固性塑料,前面塑料分析已近提到，在 冷却时应保证冷却均匀、稳定、速度慢且充分冷却。针对该塑件采用加平行水道，以达到塑件的稳定充分冷却。2.5推出机构设计推出机构设计原则： 推出机构应设置在动模一侧 保证推出时塑件不变形或损坏 机构简单动作可靠 良好的塑件外观 合模时正确复位本模具采用推杆推出机构。 (1) 推杆的形式 采用等圆截面推杆，其尾部采用轴肩形式，推杆材料为T8A，头部要淬火，硬度应达到40HRC以上，滑动配合部分表面粗糙度达到Ra0.631.25,顶杆的位置高在阻力大的地方。 图25推杆(2) 推杆的固定及配合 推杆与推杆孔部为滑动配合，一般选H7/f6，其配合间隙兼有排气作用，但不应大于所用塑料的排气间隙，以防漏料。配合长度一般与顶杆直径的23倍，推杆端面构成型腔的一部分，应精细抛光。采用推杆比较容易使单边间隙达到0.010.02mm的要求。推杆选用d=8mm推杆推出距离d=14mm。 推杆的固定方式如图：图262.6成型零部件的设计凹模是成型塑件外边面的成型零件。一般有如下几种：()、整体式凹模：结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品便面不会带有镶拼的接缝的溢料痕迹。有较高的强度和刚度，但加工困难。适合于形状简单的中小型塑件()、整体嵌入式凹模：适用于小型，多腔注射模或需要节约优质材料的场合。整体嵌入式凹模结构节约优质模具钢，嵌入模板后有足够强度与刚度，使用可靠且置换方便()、组合式凹模：适用于形状复杂和面机较大的凹模。()、镶拼式凹模：可用于小型精密或大型模具成型零件设计时应尽量避免镶拼结构，以免熔体钻模。由于模具是一模两腔的结构形式，难易程度和考虑加工的材料的价值利用等因素，凹模采用整体嵌入式结构。其结构形式如图27所示；图27凸模和型芯结构设计： 凸模核型芯都是用来成型塑件制品的内表面的成型零件。主要有以下几种；(1 )、整体式凸模：整体式凸模使用整块材料加工而成。结构牢固，不易变形，成型制品不会带有镶拼接缝的溢料痕迹，但形状复杂。(2 )、圆柱型新结构：一般采用轴肩与垫板的固定方法，定为配合部分长度为35mm，用小间隙或过渡配合，有利排气。(3 )、拼凸模结构：当制品内型比较复杂，凸模加工制造困难时可采用这种方式。(4 )、活动凸模：包括瓣式凸模，侧向型芯或其他可以运动的凸模，型芯和成块。难易程度和考虑加工的材料的价值利用等因素，凸模采用活动式结构。2.7模架的选择1、侧壁厚 查中国模具设计大典知：该模型属于整体圆柱型，得计算公式：Sp=25i =25(0.35w(1/5)+0.001w)/1000 =0.018 S=(3ph4/(2ESp)(1/3) =50mm式中，E=2.1*105，w=h=24,腔内平均压力P=40MPA。2、底板厚度 Sp=25i=25(0.35w(1/5)+0.001w)/1000 =0.016 T=(0.175pr4/(ESp)(1/3) =20mm式中，E=2.1*105，w=r=10, 腔内平均压力P=40MPA.。根据以上分析，计算以及型腔尺寸位置尺寸可确定模架的结构型式和规格，查中国模具设计大典选用模架200*315系列；具体尺寸为：模架的参数件号模板材料尺寸(mm)1定模座板45250x315x252定模板45200x315x323动模板45200x315x344垫块Q23540x315x505推杆固定杆45118x315x206推板45118x315x167动模座板45250x315x25模架的结构如图所示：三、选择成型设备并校核有关参数3.1注射机的选择选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号；为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：式子中，实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（）。 通过proe中的“分析=模型=质量属性”功能，可得塑料盒的体积为16.9cm3，考虑到设计为2腔，加上浇注系统的冷凝料，查阅塑料模设计手册的国产注射机技术规范及特性，可以选择XSZ60.其最大理论注射容量为60cm3，符合：为了保证正常的注射成型，在一个注射成型周期内，需注射入模具内塑料熔体的容量，应为制件和浇注系统俩部分容量之和，即 V=n+ 式中 V一个成型周期内所需注射的塑料熔体的容量 n型腔的数目 单个塑件的容量 浇注系统凝料和飞边所需的塑料容量故应使 n+0.8 进过计算可得塑件的体积为16.9 ，模具是一模两腔，浇注系统的凝料为0.6 可得：n+=16.9x2+0.6=34.60.8 为了保证注射成型，注射机的注射压力要大于注射时需要的压力。查表得酚醛塑料的注射压力为30-40Mpa 取40Mpa查阅模具设计指导的国产注射机技术规范及特性，可以选择XSZ60XSZ60型注射机的主要参数如下表所示选用型卧式注射机，其有关参数为：额定注射量： 柱塞直径：注射压力：注射行程：锁模力：最大成型面积：模板最大行程：模具厚度：喷嘴圆弧半径：喷嘴直径：拉杆间距：3.2锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力，即：Fpm（n+ ）= 式中 F锁模力（N） Pm塑料熔体在型腔内的平均压力（MPa） 注射机可用的安全锁模力应取额定锁模力的80，即F=0.8FeF=0.8 Fe=0.8500=400KN =20（22000+160）=83200N=83.2KN经校核符合题意。(1)开模距离校核开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。对单分型面注射模，所需开模行程为： H = H1 + +（510）=5+10+10=25mm式中 制品所用的脱模距离 制品高度模板最大行程：，可得符合要求。经校核注射机最大注射量，注射压力，锁模力和开模行程等参数均能满足使用要求，故可用。四、模具成型零件工作尺寸的计算该塑件的成型零件尺寸计算时均采用平均尺寸,平均收缩率,平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查有关模具设计手册得酚醛塑料的收缩率为s=0.6%0.9%,故平均收缩率0为。塑件公差按照SJ1372中的7级精度公差选取，即取64为64；60为60；24为24；10为10；2为2；12为12；20为20。根据塑件尺寸公差要求，模具的制造公差取。型腔和型芯工作尺寸计算如下:类别塑件尺寸计算公式型芯或型腔尺寸型腔深度尺寸20=（H+HS22）19.8110=（H+HS22）9.84型腔内型尺寸64=（D+DS22）63.9960=（D+DS22）59.9024=（D+DS22）23.841=（D+DS22）0.82类别塑件尺寸计算公式型芯或型腔尺寸型芯外形尺寸5=（d+ds+2+2）5.3010=（d+ds+2+2）10.32型芯高度尺寸4=（h+hs+2+2）4.275=（h+hs+2