基于ProE的接水盒注塑模具设计

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计 论论文文 题目 题目 基于基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计的接水盒注塑模具设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号 0923247 学生姓名 袁蕴芳 指导教师 曹亚玲 职称 讲 师 职称 无锡太湖学院学士学位论文 II 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 基于 Pro E 的 接水盒注塑模具设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的成果 其内容除了在毕业设计 论文 中特别加以标注引 用 表示致谢的内容外 本毕业设计 论文 不包含任何其他 个人 集体已发表或撰写的成果作品 班 级 机械 96 学 号 0923247 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一 题目及专题 一 题目及专题 1 题目 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 2 专题 二 课题来源及选题依据二 课题来源及选题依据 模具是工业生产的主要工艺装备 用模具生成制件所表现出来 的高精度 高一致性 高生产率和低能耗是其他加工制造方法所不 能比拟的 在江浙沪地区模具制造企业占有相当大的比例 近年来 中国模具工业将继续朝着信息化 数字化 精细化 自动化的方向 发展 Pro E 作为 CAD CAM 技术的主流软件 其模具解决方案涉及 模具的设计 制造的整个流程 从而在这些模具企业当中获得广泛 的应用 作为区域经济所亟需的机械 模具 类专业人才 应用型 本科高校毕业生掌握此类的 CAD CAM 软件是相当重要的一项技能 本课题旨在通过对接水盒产品的模具设计 巩固学生模具设计 和模具计算能力 通过对三维实体模型的模具设计使学生掌握注塑 模设计方法 建立一套与产品造型参数相关的三维实体模具 最终 使学生能够利用所学知识独立分析与解决设计过程中产生的实际问 题 为今后工作打下一定的基础 无锡太湖学院学士学位论文 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 1 熟悉注塑模具发展历程 以及当前模具制造行业的发展现状 2 能综合运用所学的专业知识 如注塑模成型与模具设计 进 行中等复杂程度模具的设计和计算 3 熟练掌握 CAD CAM 软件 Pro E 的三维造型 模具设计的原理 和方法 在 Pro E 的模具设计模块中设计成型零件 4 熟练掌握利用专家系统设计整套标准模架的流程和方法 5 根据三维模架生成接水盒塑件注塑模的二维工程图 6 论文正文依据充分 论证正确 有一定见解 文字通顺 条 清楚 数据准确 格式符合要求 四 接受任务学生 四 接受任务学生 机械 96 班班 姓名姓名 袁蕴芳 五 开始及完成日期 五 开始及完成日期 自自 2011 年年 11 月月 12 日日 至至 2012 年年 5 月月 25 日日 六 设计 论文 指导 或顾问 六 设计 论文 指导 或顾问 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 2011 年年 11 月月 12 日日 摘 要 注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一 可以一次成型形状复杂的精 密塑件 本次设计中 主要运用到了所学的注射模设计以及相关机械设计等方 面的知识 分析了一副注射模的一般设计过程 即注射成型的分析 注射机的 选择及相关参数的校核 模具的结构设计 注射模具设计的有关计算 模具总 体尺寸的确定与结构草图的绘制 模具结构总装图和零件工作图的绘制等 设 计主要包括成型位置及分型面的选择 模具型腔数的确定及型腔的排列布置和 流道布局 还有浇口位置的选择 模具工作零件的结构设计 抽芯机构的设计 浇注系统的设计 推出机构的设计 斜导柱的设计等 设计过程主要利用了 Pro E 进行三维零件的绘制并根据设计计算绘制出模具的型芯和型腔以及基本模 架等 然后用 Auto CAD 进行二维装配图和零件图的绘制 最后通过对整体结 构的校核 提高了其稳定性和可靠性 关键词 接水盒 注塑模 ABS 塑料 Abstract Injection molding is one of the main methods for thermo plastics and it can once form delicate plastic members with sophisticated shape In this design the knowledge of injection mold design and related mechanical design are mainly used The design process of a injection mold is analyzed that is the analysis of injection molding the selection of the injection molding machine and the check of the related parameters of it the structural design of the mold the related calculation of the injection mold design the determination of the overall size of the mold and the drawing of the sketch the drawing of the assembly diagram of the mold structure and the parts diagram and so on the design includes the choice of the molding location and the parting surfaces the determination of the number of the mold cavity the layout arrangement and the runner layout of the cavity as well as the choice of the gate location the structural design of the mold parts the core pulling mechanism the gating system the ejection mechanism and so on Design process mainly uses the Pro E 3D part drawing and according to the design drawing of the mould core and cavity and basic mold rack and so on then use Auto CAD 2D assembly drawing and parts drawing at last by check for the whole structure to improve its stability and reliability Keywords water receiver injection mold ABS plastic 目目 录录 摘 要 III ABSTRACT IV 目 录 V 1 绪论 1 1 1 塑料模具设计的研究内容和意义 1 1 2 塑料模具国内外发展现状 1 1 3 本课题应达到的要求 2 2 塑件分析 3 2 1 材料的选择 3 2 2 塑件的几何形式及结构分析 4 3 设备的选择与校核 6 3 1 塑件质量的计算 6 3 2 型腔数量的确定 6 3 3 注射机参数的校核 7 3 3 1 注射量校核 7 3 3 2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 7 3 4 开模行程的校核 8 3 5 脱模力 Q 8 4 浇注系统和排溢系统的设计 10 4 1 塑料制件在模具中的位置 10 4 2 浇注系统的设计 11 4 2 1 主流道的设计 11 4 2 2 主流道尺寸的确定 12 4 2 3 浇口位置的选择 12 5 成型零部件的设计与计算 13 5 1 成型零件的结构设计 13 5 1 1 型腔 或凹模 的设计 13 5 1 2 型芯 或凸模 的设计 13 5 2 成型零件工作尺寸的计算 14 5 2 1 型腔外形尺寸的确定 14 5 2 2 型芯外形尺寸的确定 15 5 2 3 型腔深度和型芯高度尺寸的计算 17 5 2 4 型腔侧壁厚度的计算 17 5 2 5 型腔底板厚度的计算 17 5 2 6 中心距尺寸的计算 18 6 脱模机构的设计 19 6 1 脱模力的计算 19 6 2 推出机构的设计 20 6 3 推出机构的复位与导向 22 6 4 模架的选取 22 7 侧向分型与抽芯机构 24 7 1 抽芯距的确定 24 7 2 抽芯机构设计 24 7 2 1 斜导柱抽芯的工作原理及设计原则 24 7 2 2 斜导柱倾斜角的选择 25 7 2 3 斜导柱直径计算 25 7 2 4 斜导柱长度计算 25 7 3 侧滑块的设计 25 7 3 1 侧滑块形状设计 25 7 3 2 侧滑块定位装置的设计 26 7 3 3 导滑槽的设计 26 7 3 4 楔紧块的设计 27 8 合模导向机构设计 28 8 1 导柱 28 8 2 导套 28 9 温度调节系统 30 9 1 冷却系统的设计原则 30 9 2 冷却回路的尺寸确定 30 9 2 1 冷却回路所需的总面积 30 9 2 2 冷却回路的总长度 31 10 结论与展望 32 10 1 结论 32 10 2 不足之处及未来展望 32 致 谢 33 参考文献 34 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 1 绪论绪论 1 1 塑料模具设计的研究内容和意义塑料模具设计的研究内容和意义 研究的内容 1 了解聚合物的物理性能 流动特性 成型过程中的物理 化学变化及塑料 的组成分类主性能 2 了解塑料成型的基本原理和工艺特点 正确分析成型工艺对模具的要求 3 能掌握各种成型设备对各类模具的要求 4 掌握各类成型模具的结构特点及设计计算方法 能设计中等复杂程度的模 具 研究的意义 随着科学技术的发展需要 模具已成为现代化不可缺少的工艺装备 它被 称为工业产品之母 所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产 快速扩张 被欧美等发达国家誉为 磁力工业 模具设计是机械专业一个最重要的教学环 节 是一门实践性很强的学科 是对我们所学知识的综合运用 通过对模具设 计和制造过程有个基本了解 为以后的工作及学习深造打下了坚实的基础 接 水盒是日常生活中常用的基本品 对它的注塑模具进行设计和分析 有一定的 现实意义和经济价值 是顺应当前模具制造行业发展需要的 具有重大意义 1 2 塑料模具国内外发展现状塑料模具国内外发展现状 我国塑料模具发展现状 我国塑料模工业从起步到现在 历经半个多世纪 有了很大发展 模具水 平有了较大提高 在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具 6 5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具 精 密塑料模具方面 已能生产照相机塑料件模具 多型腔小模数齿轮模具及塑封 模具 如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星 I K 模具有限公司制造的多 腔 VCD 和 DVD 齿轮模具 所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度 同轴度 跳动 等要求都达到了国外同类产品的水平 而且还采用最新的齿轮设计软件 纠正 了由于成型收缩造成的齿形误差 达到了标准渐开线齿形要求 还能生产厚度 仅为 0 08mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等 注 塑模型腔制造精度可达 0 02 0 05mm 表面粗糙度 Ra0 2 m 模具质量 寿命 明显提高了 非淬火钢模寿命可达 10 30 万次 淬火钢模达 50 1000 万次 交货期较以前缩短 但和国外相比仍有较大差距 成型工艺方面 多材质塑料成型模 高效多色注射模 镶件互换结构和抽 芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展 气体辅助注射成型技术的使用更 趋成熟 如青岛海信模具有限公司 天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 29 34 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术 一些厂家还 无锡太湖学院学士学位论文 使用了 C MOLD 气辅软件 取得较好的效果 如上海新普雷斯等公司就能为用 户提供气辅成型设备及技术 热流道模具开始推广 有的厂采用率达 20 以上 一般采用内热式或外热式热流道装置 少数单位采用具有世界先进水平的高难 度针阀式热流道装置 少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道 模具 但总体上热流道的采用率达不到 10 与国外的 50 80 相比 差距较 大 在制造技术方面 CAD CAM CAE 技术的应用水平上了一个新台阶 以生 产家用电器的企业为代表 陆续引进了相当数量的 CAD CAM 系统 如美国 EDS 的 UG 美国 Parametric Technology 公司的 Pro Engineer 等等 这些系统 和软件的引进 虽花费了大量资金 但在我国模具行业中 实现了 CAD CAM 的集成 并能支持 CAE 技术对成型过程 如充模和冷却等进行计算机模拟 取 得了一定的技术经济效益 促进和推动了我国模具 CAD CAM 技术的发展 近年来 国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢 如 P20 3Cr2Mo PMS SM SM 等 对模具的质量和使用寿命有着直接的 重大的影响 但总体使用量仍较少 塑料模标准模架 标准推杆和弹簧等越来 越广泛地得到应用 并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件 但目前 我国模具标准化程度和商品化程度一般在 30 以下 和国外先进工业国家已达 到 70 80 相比 仍有很大差距 国外塑料模具发展现状 注塑成型是最大量生产塑料制品的一种成型方法 二十多年来 国外的注 塑模 CAD 技术发展相当迅速 70 年代已开始应用计算机对熔融塑料在圆形 管形和长方形型腔内的流动情况进行分析 80 年代初 人们成功采用有限元法 分析三维型腔的流动过程 使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验 在模具制造前对设计方案进行评价和修改 以减少试模时间 提高模具质量 近十多年来 注塑模 CAD 技术在不断进行理论和试验研究的同时 十分注意向 实用化阶段发展 一些商品软件逐步推出 并在推广和实际应用中不断改进 提高和改善 1 3 本课题应达到的要求本课题应达到的要求 1 熟悉注塑模具发展历程 以及当前模具制造行业的发展现状 2 能综合运用所学的专业知识 如注塑模成型与模具设计 进行中等复杂 程度模具的设计和计算 3 熟练掌握 CAD CAM 软件 Pro E 的三维造型 模具设计的原理和方法 在 Pro E 的模具设计模块中设计成型零件 4 熟练掌握利用专家系统 EMX 设计整套标准模架的流程和方法 5 根据三维模架生成接水盒塑件注塑模的二维工程图 6 论文正文依据充分 论证正确 有一定见解 文字通顺 条理清楚 数 据准确 格式符合要求 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 2 塑件分析塑件分析 2 1 材料的选择材料的选择 该塑件为接水盒 没有太高的配合精度 所以从塑件使用性能上分析 其必 须具备有一定的综合机械性能 包括一定的弹性和耐油性 耐水性 化学稳定性 和电气性能 而符合以上性能的塑料材料很多 从材料的来源以及材料的成本 和调配颜色来看 ABS 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 比较适合 ABS 是目 前世界上应用最广泛的材料 它来源广 成本底 符合该塑件成型的特性 因 此制作该塑件选用 ABS 塑料 表2 1 ABS的主要技术指标 密度比容吸水率收缩率热变形温度 1 02 1 160 8 0 980 2 0 4 130 1600 3 0 8 83 103 抗拉强度拉伸弹性模量弯曲强度冲击强度比体积 50Mpa1 8X10780Mpa11HB9 7HB0 86 0 96 表2 2 ABS的注射工艺参数 注射机类型螺杆转数喷嘴形式喷嘴温度 螺杆式50 70直通式180 190 料筒的温度模具温度注射压力保压力 190 200 200 220 170 19050 7060 90Mpa30 60Mpa 注射时间保压时间冷却时间成型周期 3 5S15 30S10 30S30 70S 预热温度预热时间计算收缩率 80 852 3h0 3 0 8 ABS 无毒无味 呈微黄色 成型塑料件有较好光泽 密度为 1 05 1 18g m ABS 的抗冲击强度极好 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 ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性 易于成型加工 经过调色可配成任何颜色 但其缺点是耐热性不高 连续工作温度为 70 左右 热变形温度约为 90 左右 耐气候差 在紫外线作用下易变硬发脆 其成型特点 ABS 在升温时黏度增高 所以成型压力较高 导致塑料上的脱模斜度稍大 流动性中等 溢边料 0 04mm 左右 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阻力 在 正常的成型条件下 壁厚 溶料温度及收缩率影响极小 19 无锡太湖学院学士学位论文 ABS 成型收缩率 拉伸模量 泊松比与刚的摩擦因素见下页表 2 3 表2 3 ABS成型收缩率 拉伸模量 泊松比与钢的摩擦因素 塑料名称成型收缩率 拉伸模量E 103Mpa泊松比U与钢的摩擦系数f PE1 5 3 50 212 0 980 490 23 0 5 PP1 0 2 51 6 6 20 430 49 0 51 PS0 6 0 81 4 8 90 380 45 0 75 ABS0 3 0 81 91 1 980 380 20 0 25 2 2 塑件的几何形式及结构分析塑件的几何形式及结构分析 图 2 1 塑件三维图 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 图 2 2 塑件二维图 1 脱模斜度 脱模斜度取决于塑件形状 壁厚及塑料的性能和收缩率 本塑件型腔深度 一般 但由于考虑到塑件配合精度不高 所以塑件两侧要有角度 所以采用使 塑件强行脱模的方式 而且往外偏有个小角度 该塑件脱模斜度取 1 表 2 4 塑料制品的脱模斜度 脱模斜度 塑料制品材料 塑件外表面塑件内表面 ABS 塑料40 1 20 35 1 2 壁厚 塑件的壁厚是最重要的结构要素 是设计塑件时必须考虑的问题之一 应 该考虑尽量采用均匀壁厚 所以该塑件壁厚取为 2 5mm 符合推荐壁厚 且可 保证塑件的刚度 强度 可防止塑件产生内应力以及气泡 缩孔等各种质量缺 陷 表2 5 塑件壁厚选择 塑料种类制件最小壁厚mm一般产品壁厚mm大型产品壁厚mm 塑料ABS0 751 75 2 63 3 5 3 侧抽芯机构 无锡太湖学院学士学位论文 当塑件有侧抽芯时 应尽可能放在动模或下模 避免定模或上模侧抽芯 该塑件外部有侧孔 内部还有凸台 因该塑件材料为 ABS 且该孔是通孔 故 必须采用侧抽芯机构 侧抽芯机构由滑块和斜导柱等机构组成 采用滑块整面 抽芯 3 设备的选择与校核设备的选择与校核 为保证注射质量和充分发挥注射设备的能力 应根据注射模一次成型的塑料 体积和质量来初步确定注射机的类型 根据理论和在实际生产中的经验得出塑 件和浇注道之间材料的总和应该在注射机理论注射量的 50 80 之间 初步 估算浇注系统的质量为 25g 初步选定注射机为 XS ZY 250 17 3 1 塑件质量的计算塑件质量的计算 根据三维软件 Pro E 模型分析得体积 V 180cm 因为 ABS 的平均密度为 1 14g cm 所以 M 175g 图 3 1 Pro E 中零件的质量属性 3 2 型腔数量的确定型腔数量的确定 因型腔数量与注射机的塑化速率 最大注射量及锁模量等参数有关 因此 有任何一个参数都可以校核型腔的数量 一般根据注射机的最大注射量来确定 型腔数量 n 1 mn m Km 20 3 1 式中 注射机最大注射量的利用系数 一般取 0 8 K M0 注射机允许的最大注射量 g 或 cm 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 m 浇注系统凝量 g 或 cm 2 m 单个塑件的质量或体积 g 或 cm 1 由此可求出 1175 25 250 0 8 n 故取 n 1 满足设计要求 3 3 注射机参数的校核注射机参数的校核 3 3 1 注射量校核注射量校核 模具型腔是否能充满与注射机允许的最大的注射量密切相关 设计模具时 应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量范围内 根据生产经 验 注射机的最大注射量是其允许最大注射量 额定注射量 的 80 由此有 021 80mmnm 3 2 1 175 25 0 8 250 即 200 200 符合要求 3 3 2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 1 投影面积校核 注射成型时 塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素 其数值越大 需要的锁模力也就越大 如果这一数值超过了注射机允许使用的 最大成型面积 则成型过程中将会出现涨模溢料现象 因此 设计注射模时必 须满足下面关系 17 A nA A 12 3 3 式中 A 单个塑件在模具分型面上的投影面积 该塑件为 37700mm 1 2 A 浇注系统在模具分型面上的投影面积 约为 A 的 0 2 0 5 倍 该 21 设计取 0 4 总的投影面积计算为 A nA A 1 37700 0 4 37700 52780 mm 12 2 2 锁模力的校核 无锡太湖学院学士学位论文 F F AP 3 4 m型型 式中 Fm 注射机的额定锁模力为 1250KN P 模具型腔内塑料熔体平均压力 Mpa 通常为 20 40 Mpa 此 型 设计中取 35 Mpa 所以 F 52780 35 184 73KN 则 F F 符合要求 型m型 故该注射机符合要求 其技术参数如下 17 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 表 3 1 XS ZY 250 注射机主要技术参数 单位XS ZY 250 额定注射量cm 250 螺杆直径mm45 注射压力MPa160 注射速率g s110 塑化能力g s18 9 锁模力kN1250 螺杆转速r min10 200 移模行程mm360 模具最大厚度mm550 模具最小厚度mm150 喷嘴口直径mm3 定位孔直径mm160 喷嘴球半径mmSR15 3 4 开模行程的校核开模行程的校核 开模取出塑件所需开模距离必须小于注塑机最大开模行程 对于 XS ZY 250 注 塑机 其最大开模行程有注塑机曲轴机构的最大行程决定 与模具厚度无关 双分型面注射模 其开模行程按下式校核 S H H a 5 10 mm 12 3 5 式中 S 注塑机的最大开模行程 mm H1 塑件脱出距离 也可作为凸模高度 mm H2 塑件高度 mm a 中间板与定模的分开距离 mm 已知 H1 120mm H2 97mm a 115 mm 所以 H1 H2 a 5 10 120 97 115 5 10 337 342 mm 又由于 XS ZY 250 卧式注塑机的移模行程为 360mm 即 342 mm 360mm 所以开模行程也符合要求 无锡太湖学院学士学位论文 3 5 脱模力脱模力Q sin cos fLhpQ 3 6 式中 L 型芯或凸模被包紧部分的周长 cm h 被包紧部分的深度 mm p 由塑件收缩率产生的单位面积的正压力 一般取 7 8 1 8Mpa f 摩察系数 一般取 0 1 0 2 脱模斜度 而对于不通孔的壳型塑件脱模时 需克服大气压力造成的阻力 Q H 即 1 F H Q F 为垂直于推出型芯方向的投影面积 cm 2 并设大气压力为 0 09 Mpa 则 F H Q 所以 当不塑件对型芯的粘附力时 其总的脱模力 Q 为 总 Q Q Q 总H 3 7 计算时 为使脱模力 Q 大于诸因素造成的阻力 须修正以确定脱模力 总 由零件图得 L 136cm h 97mm p 7 8 Mpa f 1 5 1 所以 Q 136 97 7 8 0 15 cos1 sin1 0 09 13636 57N 总 推杆推顶接触总面积 a 10 1950 mm 2 10 22 则接触压力校核为 Mpa 6 99 Mpa 14 Mpa a Q总 1950 57 13636 p s 由此 该模具推杆的推顶总面积是可行的 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 4 浇注系统和排溢系统的设计浇注系统和排溢系统的设计 4 1 塑料制件在模具中的位置塑料制件在模具中的位置 1 型腔排列方法 型腔的排列应遵循以下原则 13 当采用一模多腔时 型腔在模板上通常采用圆形排列 H 形排列 直线排列以及复合 排列等 在设计时应遵循以下要点 19 尽量采用平衡式排列 以构成平衡浇注系统 保证塑件质量均一和稳定 型腔布置和浇口开设部位力求对称 防止模具承受偏载而产生溢料现象 尽可能使型腔排列得紧凑些 以便减小模具的外形尺寸 型腔的圆形排列所占模板的尺寸大 虽然有利于浇注系统的平衡 但加工困难 除圆形制品和一些高精度制品外 在一般情况下常用直线排列和 H 形排列 由以上计算得出 型腔数为 1 即一模一件 又此塑件结构比较对称 故塑件在模具 型腔中间位置布局 图 4 1 型腔布置图 2 分型面的设计 将模具适当地分成两个或几个可以分离的部分 这些可以分离部分的接触表面分开 时能够取出塑件及浇注系统凝料 当成型时又必须接触封闭 这样的接触表面称为模具 无锡太湖学院学士学位论文 的分型面 根据塑件的形状和尺寸 由于此塑件为外观件 选用单一平直分型面 本模具采用平直分型面有以下优点和符合设计基本原则 19 1 分型面在塑件外形最大轮廓处 2 便于塑件顺利脱模 3 保证塑件的精度要求 4 满足塑件的外观要求 5 便于模具加工制造 6 减少塑件在合模分型面上的投影面积 可靠锁模避免涨模溢料现象 7 有利于排气 8 保证抽心机构顺利抽芯 9 保证斜销机构顺利退出 4 2 浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能 结构 尺寸 内外在质量等有很大影响 而且还对塑件所用的塑料的利用率 成型生产效率等有关系 因此这是一个重要环节 浇注系统设计主要包括主流道 分流道 浇口和冷料穴四部分 它的作用是将来自注射 机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔 同时使型腔内的气体能及时顺利排出 将 注射压力有效地传递到型腔的各个部位 以获得形状完整 内外在质量优良的塑料制件 浇注系统的设计应遵循浇注系统的设计原则 设计浇注系统应注意以下几点 13 1 流道应尽量减小弯折 表面粗糙度为 Ra1 6 到 Ra0 8 m 2 应按型腔布局设计 尽量与模具中心线对称 3 应避免在模具的单面开设浇口 否则会造成注射时受力不均 4 设计主流道 避免熔融塑料冲击小直径型芯及镶件而产生弯曲或折断 5 在满足塑料成型和排气良好前提下 选取短的流程 可缩短填充时间 6 能顺利地引导熔融塑料填充各个部位 7 生产成批塑件 在保证产品质量前提下 缩短冷却时间及成型周期 4 2 1 主流道的设计主流道的设计 主流道 俗称浇口套 是塑料熔体的流动信道 在卧式注射机上主流道垂直于分型面 由于本塑件在内部开了一个比较大的槽 可让主流道设于该处 主流道的设计要点 19 1 浇口套内孔呈圆锥形 锥度 2 到 6 锥度过大会造成压力减弱 流速减慢 塑料形成涡流 熔体前进易混进空气 产生气孔 锥度过小 使流速增大 热量损耗大 表面粘度上升 造成注射困难 2 浇口套进口的直径 d 应比注射机喷嘴孔直径 d1 大 1 到 2mm 3 浇口套内孔出料口处应设计成圆角 r 一般为 0 5 到 3mm 4 浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须温和 设模具浇口套球面半径为 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 R 注射机球面半径为 r 其关系式如下 R r 0 5 1 mm 浇口套球面半径比注射机 喷嘴球面半径大 接触式圆弧度吻合的好 5 浇口套长度应尽量短 以减少冷料回收量 减少压力损失和热量损失 6 浇口套锥度内壁表面粗糙度为 Ra1 6 到 Ra0 8 m 料流顺利 易脱模 7 浇口套的长度应与定模板厚度一致 它的端部不应凸出在分型面上 否则会造 成合模困难 不严密 产生溢料 甚至压坏模具 8 浇口套热量最集中 为保证注射顺利和塑件质量 要考虑冷却措施 4 2 2 主流道尺寸的确定主流道尺寸的确定 为使凝料能顺利拔出 设计成圆锥形 锥角取 2 选用材料为 T10A 热处理要求淬 火 53 57HRC 其主要尺寸可由以下计算获得 主流道小端直径 d D 0 5 1 3 1mm 3 5mm 4 1 主流道球面半径 SR R 1 2 15 1mm 16mm 1 4 2 球面配合高度 h 3 5mm 取 h 3mm 主流道锥角 2 6 取 2 根据本塑件实际情况确定浇口套的形状和尺寸如下 图 4 2 浇口套图 4 2 3 浇口位置的选择浇口位置的选择 浇口形式很多 无论采用什么形式 开设位置对塑件成型性能及成型质量都有很大 影响 浇口位置选择不当使塑件产生变形 熔融接痕 凹陷 裂纹等 浇口位置影响模 具结构 合理选择浇口开设位置是提高塑件质量的重要设计环节 无锡太湖学院学士学位论文 在选择浇口位置时 需要根据塑件的结构 质量要求与成型工艺条件等综合进行考 虑 一般应遵循以下原则 1 尽量缩短熔体的流动距离 2 避免熔体破裂现象引起塑件缺陷 3 浇口应开设在塑件壁厚处 4 减少熔接痕 提高熔接强度 5 成型零部件的设计与计算成型零部件的设计与计算 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件即成型零件设计 包括型腔 型芯 镶块和 成型杆等 设计成型零件时 应根据塑料的特性和结构及使用要求 确定型腔的总体结 构 选择分型面和浇口位置 确定脱模方式 排气部位等 然后根据成型零件的加工 热处理 装配等要求进行成型零件结构设计 计算成型零件的工作尺寸 对关键零件进 行强度和刚度校核 5 1 成型零件的结构设计成型零件的结构设计 从材料来讲 成型零件一般由优质钢材制作 成型零件与塑料直接接触 承受料流 的高速冲刷 脱模时塑件给予摩擦力 高压高温塑料熔体挤压力 因此要求其有足够的 强度 刚度 硬度和耐磨性 当成型有腐蚀性气体产生的塑料时 模具材料还需具备良 好的耐腐蚀性或表面镀硬铬 成型零件一般都应进行热处理或预硬化处理 要求热处理 变形量小 硬度达 30HRC 以上 为减小流阻力 一般粗糙度 Ra 值取 0 4 m 以下 模具的材料选择预硬化型塑料模具钢中的 3Cr2Mo GB T 1299 2000 3Cr2Mo 是广 泛应用的预硬型塑料模具钢 综合力学性能好 淬透型高 可以使较大截面的钢材获得 较均匀的硬度 并具有很好的抛光性能 表面粗糙度低 用该钢制造模具时 一般先进 行调质处理 硬度为 28 35HRC 即预硬化 再经冷加工制造成模具后 可直接使用 这样既保证模具的性能 又避免热处理引起模具的变形 因此 该钢种宜于制造尺寸较 大或形状复杂 对尺寸精度与表面粗糙度要求较高的塑料模具和低熔点合金 5 1 1 型腔 或凹模 的设计型腔 或凹模 的设计 该塑件为一般精度 故其精度等级为 MT5 级 另外 根据参考资料一般模具的表面 粗糙度 Ra 值一般为 1 6 0 2 m 在模具使用中 由于型腔磨损会使表面粗糙度值不断加 大 除塑件表面有特殊要求以外 一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的 所该接水盒 的外边面粗糙度为 Ra1 6 m 内表面为 3 2 6 3 m 5 型腔是成型塑件外表面的凹状零件 按其结构不同 可分为整体式和组合 式两类 该塑件较为复杂 通过比较 采用组合式的凹模结构 同时可以使凹模边缘的 材料的性能低于凹模的材料 避免了整体式凹模选用一样的材料不经济 由于凹模的组 合结构可以利用间隙利于排气 减少凹模热变形 采用组合式 还可以方便凹模的维修 避免整体的凹模报废 综上 所以采用组合嵌入式凹模 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 5 1 2 型芯 或凸模 的设计型芯 或凸模 的设计 型芯是成型塑件内表面的零件 型芯按其结构也可分为整体式和组合式 整体式其 结构牢固 不会使塑件产生拼接线痕迹 但不便加工 且消耗的模具钢多 且热处理不 方便 常用于形状简单的中小型模具或工艺试验模具 组合式凸模是由两个或两个以上 的零件组合而成的凸模 应用于凸模形状复杂时 设计成通孔台肩式 凸模带有台肩 从下面嵌入模板 再用垫板螺钉紧固 是最常用的方法 在设计和制造时必须注意结构 合理 保证型芯和镶块的强度 防止热处理时变形 避免尖叫镶拼 分析该塑件 结构 稍复杂 且位置关系有一定的要求 为了保证位置关系以及尺寸 将型芯设计为组合式 19 5 2 成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸的计算 成型零件工作尺寸是成型零件上直接用来构成塑件的尺寸 主要有型腔和型芯的径 向尺寸 型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯之间的位置尺寸 孔间距离尺寸 孔 与凸台至某成型表面的距离尺寸 螺纹成型零件的径向尺寸和螺距尺寸等 由于考虑到 影响因素多 所以我们一般按照平均收缩率 平均磨损量和模具平均制造公差为基准的 计算方法 1 计算模具成型零件最基本的公为 L L 1 S ms 5 1 式中 Lm 模具成型零件在常温下的实际尺寸 Ls 塑件在常温下的实际尺寸 S 塑料的计算收缩率 2 塑料的平均收缩率计算公式为 100 2 minmax SS S 5 2 式中 塑料的平均收缩率 S 塑料的最大收缩率 S max 塑料的最小收缩率 S min 由材料的性质可知 ABS 的收缩率为 0 3 0 8 即平均收缩率为 0 0055 5 2 1 型腔外形尺寸的确定型腔外形尺寸的确定 塑件外形最大尺寸为基本尺寸 偏差为负值 与之相对应的模具型腔最小尺寸为基 本尺寸 偏差为正值 塑件内形最小值为基本偏差为正值 与之相对应的模具型芯最大 尺寸为基本尺寸 偏差为负值 中心距偏差为双向对称分布 型腔径向尺寸计算公式为 无锡太湖学院学士学位论文 zz sm LSL 00 1 5 3 式中 Lm 模具型腔的径向公称尺寸 mm 塑料的平均收缩率 S Ls 塑件外形的径向公称尺寸 mm 模具制造公差 取塑件相应尺寸公差的 1 3 mm z 塑件外形径向尺寸的公差 mm 修正系数 0 5 0 75 这里取 0 75 图 5 1 凹模实体图 型腔 290mm 端工作尺寸计算 查表得 2 5 则 2 5 3 0 83 z zz sm LSL 00 1 83 0 0 5 275 0 290 00550 01 mm 83 0 0 72 289 型腔 130mm 端工作尺寸计算 查表得 1 28 则 1 28 3 0 43 z zz sm LSL 00 1 43 0 0 28 175 0 130 00550 01 43 0 0 755 129 5 2 2 型芯外形尺寸的确定型芯外形尺寸的确定 型腔径向尺寸计算公式为 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 0 0 zz 1 sm lSl 5 4 式中 模具型芯径向基本尺寸 m l 塑件内表面的径向尺寸 s l 塑件内表面径向基本尺寸的公差 模具制造公差 z 图 5 2 凸模实体图 型芯 206mm 端工作尺寸计算 查表得 1 92 则 1 92 3 0 64 z 0 0 zz 1 sm lSl 0 206 0055 01 0 64 1 920 75 mm 0 64 0 693 205 型芯 75mm 端工作尺寸计算 查表得 0 86 则 0 86 3 0 29 z 0 0 zz 1 sm lSl 0 75 0055 01 0 29 0 860 75 mm 0 29 0 767 74 型芯 285mm 端工作尺寸计算 查表得 2 5 则 2 5 3 0 83 z 0 0 zz 1 sm lSl 0 285 0055 01 0 83 2 50 75 无锡太湖学院学士学位论文 mm 0 83 0 69 284 型芯 125mm 端工作尺寸计算 查表得 1 28 则 1 28 3 0 43 z 0 0 zz 1 sm lSl 0 125 0055 01 0 43 1 280 75 0 727 124 0 43 5 2 3 型腔深度和型芯高度尺寸的计算型腔深度和型芯高度尺寸的计算 1 型腔深度计算公式为 z 00 1 sm HSH z 5 5 式中 模具型腔深度基本尺寸 mm m H 塑件凸起部分高度基本尺寸 mm s H 修正系数 取 1 3 1 2 代入数据得 0 21 0 640 00 5 42 0055 01 z m H mm 91 41 2 型芯高度计算公式为 00 1 zz sm hSh 5 6 式中 hm 模具型芯高度基本尺寸 mm hs 塑件孔或凹槽深度尺寸 mm 代入数据得 00 5 39 0055 01 0 21 0 640 5 z m h 0 21 0 39 39 5 2 4 型腔侧壁厚度的计算型腔侧壁厚度的计算 按强度条件型腔侧壁的计算公式为 2 2 1 H lpH s 5 7 式中 S 矩形型腔侧壁厚度 mm P 模腔最大内熔体压力 Mpa 可取注射成形压力的 25 50 P 取 30Mpa H1 承受熔体压力的侧高度 H1取 30mm l 型腔侧壁长边长 mm H 型腔侧壁总高度 mm 模具材料许用应力 Mpa 当 p 50Mpa H1 H 4 5 0 05mm 160Mpa 时 侧壁长边 l 的刚度计算与 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 强度计算的分界尺寸为 370mm 即当 l 370mm 时按刚度条件计算侧壁厚度 反之按强度 条件计算侧壁厚度 所以该塑件型腔侧壁厚度为 33mm 2 2 1 H lpH s 16052 290330 2 考虑增强安全因素 则可设计型腔侧壁厚度为 35 mm 5 2 5 型腔底板厚度的计算型腔底板厚度的计算 按强度条件型腔底板厚度的计算公式为 4 3 2 B pbL h 5 8 式中 h 矩形底板 支撑板 的厚度 mm L 双支脚间距 mm p 模腔那最大熔体压力 Mpa 可取注射成形压力的 25 50 p 取 30Mpa b 型腔侧壁短边长 b 取 247 5mm 模具强度计算得许用应力 Mpa 一般中碳钢 300Mpa 所以该塑件型腔底板厚度为 32mm 4 3 2 B pbL h 16024 2901301303 2 考虑增强安全因素 则可设计型腔底板厚度为 35 mm 5 2 6 中心距尺寸的计算中心距尺寸的计算 塑件上凸台之间 凹槽之间或凸台与凹槽之间中心线的距离称为中心距 由于中心 距的公差都是双向等值公差 同时磨损的结果不会使中心距尺寸发生变化 在计算时不 必考虑磨损量 因此塑件上的中心距基本尺寸和模具上的中心距的基本尺寸均为平 s C m C 均尺寸 于是标注制造公差后的计算公式为 2 1 2 zszm CSC 5 9 式中 模具中心距基本尺寸 m C 塑件中心距基本尺寸 s C 代入数据得 mm2 160 0055 01 2 0 108 zm C054 088 160 无锡太湖学院学士学位论文 6 脱模机构的设计脱模机构的设计 塑件在从模具上取下以前 还有一个从模具的成型零件上脱出的过程 使塑件从成型零 件上脱出的机构称为推出机构 它包括以下几个部分 脱模力的计算 推出机构 复位 机构等的机构形式 安装定位 尺寸配合以及某些机构所需的强度 刚度或稳性校核 推出机构按动力来源可分为手动推出 机动推出和液压推出三类 在设计此机构时 应 遵守以下几个原则 推出机构应尽量设置在动模一侧 保证塑件不因推出而变形损坏 机构简单动作可靠 良好的塑件外壳 合模时应使推出机构正确复位 6 1 脱模力的计算脱模力的计算 塑件注射成型后 塑件在模具内冷却定型 由于体积的收缩 对型芯产生包紧力 塑件要从模腔中脱出 就必须克服因包紧力而产生的摩擦阻力 对于底部无孔的筒 壳 类塑件 脱模推出时还要克服大气压力 型芯的成型端部 一般均要设计脱模斜度 塑 件在刚开始脱模时 所需的脱模力最大 其后推出力的作用仅仅是为了克服推出机构移 动的摩擦力 一般而论 塑料制件刚开始脱模时 所需克服的阻力最大 所以选择此时 作为临界条件 塑件脱模的型芯受力分析如图 图 6 1 脱模力示意图 基于 Pro E 的接水盒注塑模具设计 根据力平衡原理 列出平衡式 0 x F 即 sincos1 sincos ffFF bt 6 1 因实际上摩擦系数 f 较小 sin 更小 cos 也小于 1 故忽略 fcos sin 式 6 1 简化为 sincos bt FF 6 2 式中 塑件对型芯的包紧力 b F f 脱模时型芯所受的摩擦阻力 脱模力 t F 型芯的脱模斜度 又 b FF 而包紧力为包容型芯的面积于单位上包紧力之积 即 ApFb 由此可得 sincos ApFt 6 3 式中 塑料对钢的摩擦系数 约为 0 1 0 3 塑件包容型芯的面积 A 塑件对型芯的单位面积上的包紧力 一般情况下模外冷却的塑件 p p 取 2 4 3 9 107Pa 模内冷却的塑件约取 0 8 1 2 107Pa 代入数据得 97N sincos 101016800 76 1 10 21 t F 6 2 推出机构的设计推出机构的设计 推出机构一般包括推杆推出机构 推管推出机构 推件板推出机构 活动镶块及凹 模推出机构 多元综合推出机构等 考虑到本塑件的形状一般 而且深度的拉开幅度很 大 而推管推出机构通常使用于有孔的圆形套类塑件 推件板推出机构易使塑件产生变 形且易产生毛刺 考虑本塑件的具体形状 在塑件的四个内角有圆形套 其它部位比较 再有本设计采用的是圆柱形推杆形式 19 1 推杆推出机构 推杆推出是一种最简单常用的推出形式 推出组件制造简便 更换容易 滑动阻力 小 圆形 因圆形制造加工和修配方便 顶出效果好 在生产中应用最广泛 但圆形顶出 面积相对较小 易产生应力集中 顶穿产品 顶变形等不良 在脱模斜度小 阻力大等 管形 箱形产品中尽量避免使用 当顶杆较细长时 一般设置成台阶形的有托顶针 以 加强刚度 避免弯曲和折断 根据塑件分析和推杆的设计要点 选择圆形推杆推出机构 具体分布如下图 无锡太湖学院学士学位论文 图 6 2 推杆分布图 技术要求 材料 T10 碳素工具钢 热处理要求 HRC 50 工作配合部分表面粗糙度 Ra 0 8 m 推杆脱模机构设计要点 13 1 推杆的推出位置应设在脱模阻力大的地方 2 推杆不宜设在塑件最薄处 以免塑件变形或损坏 3 推杆端面应和型腔在同一平面或比型腔的平面高出 0 05 到 0 10mm 否则会影 响塑件外观和使用 4 为了保证塑件质量 应多设推杆 5 按照塑件的形状 推杆的