手机充电器上翻盖注射模毕业设计

1 1 注射成形的基本过 程 注射成形又称注射模塑 是热塑性塑料 是热塑性塑料制件的一种主要成形方法 除个别热塑性 塑料外 几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成形 注射成形可成形各种形状的塑料制件 它的特点是成形周期短 能一次成形外形复杂 尺寸精密 带有嵌件的塑料制件 且生产效率高 易于实现自动化生产 所以广泛用于塑料制件的生产及批量较 小的塑料制件的生产 注射成形所用的设备式注射机 目前的注射机种类很多 但普遍采用的是柱塞 式注射机和螺杆式注射机 1 1 注射成形的原理 注射成形的原理是将颗粒状态成粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中 经过加热熔融塑化 成为粘流态熔体 在注射机柱塞或螺杆的高压推动下 以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔 经一定 时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状 然后开模分型获得成行塑件 这样就完成了一 次注射工作循环 1 2 注射成形的工艺过程 注射成形工艺过程包括 成形前的准备 注射成形过程以及塑件的后处理三个阶段 1 2 1 成形前的准备 A 原料外观的检验和工艺性能的测定 检验内容包括对色泽 粒度及均匀性流动性 热稳定性 及收缩率的检验 B 物料的预热和干燥 对于吸水性强的塑料 在成形前应进行干燥处理 不然塑料制件表面会 出现斑纹和气泡等缺陷 甚至发生降解 严重影响塑料制件的外观和内在质量 故对物料应进行充分 的预热和干燥 C 嵌件的预热 在成形带金属嵌件 特别是带较大的嵌件的塑件时 嵌件放入模具之前必须预 热 以减少物料和嵌件的温度差 降低嵌件周围塑件的收缩应力 保证塑件质量 D 料筒的清洗 当改变产品 更换原料及颜色时均需清洗料筒 通常柱塞式料筒可拆卸清洗 而螺杆式料筒可采用对空注射法清洗 E 脱模剂的选用 塑料制件的脱模 主要依赖于合理的工艺条件和正确的模具设计 在生产上 为顺利脱模 通常使用脱模剂 2 1 2 2 注射成形过程 注射成形过程包括加料 加热塑化 加压注射 保压 冷却定型 脱模等工序 但实质上将主要 是塑化 注射充模和冷却定型等基本过程 1 塑化是指粉状或粉状得物料在料筒内加热熔融成粘流态并具有良好的可塑性的全过程 对 塑化的要求是 塑料在进入模腔之前 既要达到规定的成形温度 又要使熔体各点温度均匀一致 并 能在规定时间内提供上述质量的足够熔融塑料 以保证生产连续顺利地进行 2 注射成形与冷却定形 注射成形与冷却定形是指从注射机柱塞或螺杆将熔融塑料注射入模 开始 经过型腔充满及熔体冷却定形 直到塑件脱模为止的整个过程 这一过程时间不畅 但合理的 选择和控制该过程的温度 压力 时间等工艺参数 对塑料制件的质量却十分重要 根据塑料进入 模腔的流动情况 这个过程可分为注射充模 保压补缩 倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段 a 注射充模 从注射机柱塞或螺杆快速推进 将塑料熔体注入模腔 至充满模腔为止为注射充 模阶段 这一阶段压力变化为 当熔体未注入模具型腔时 模腔压力基本上为零 充满以后 随熔体 量迅速增加 模腔压力也迅速上升 b 保压补缩 这一阶段是从塑料熔体充满型腔时起 至柱塞或螺杆退回时为止 在这段时间内 在这段时间内 熔体因为冷却而收缩 但由于柱塞或螺杆继续缓慢向前移动 使料筒内熔体继续型腔 以补充因收缩而留出的空隙 从而保持模腔内熔体压力仍为最大值 c 倒流阶段 这一阶段是从柱塞或螺杆开始后退时起 至浇口处塑料熔体冻结时为止 这时模 腔内的压力比浇注系统流道内高 因此就会发生塑料熔体的倒流 从而使模腔内压力迅速下降 d 浇口冻结后的冷却 这一阶段是从浇口处塑料完全冻结起到制件脱模取出时为止 这时 倒 流不再继续进行 模腔内的塑料继续冷却并凝固定型 当脱模时 塑件应具有足够的刚度 不致产生 翘曲或变形 在冷却阶段中 随着温度的迅速下降 模腔内的塑料体积收缩 压力也逐渐下降 1 2 3 塑件的后处理 由于塑化不均匀或由于塑料在型腔内的结晶 取向和冷却不均匀 或由于金属嵌件的影响和塑件 的二次加工不当等原因 塑件内部不可避免的存在一些内应力 从而导致塑件在使用过程中产生变形 或开裂 为此 要对塑件进行适当的后处理 主要是退火和调湿处理 a 退火处理 退火热处理是将塑件在定温度的加热液体介质或热空气循环烘箱中静止一段时间 然后缓慢冷却至室温 从而消除塑件的内应力 提高塑件的性能 退火的温度应控制在塑件使用温度 10 20 C 退火处理后冷却速度不能太快 以避免重新产生的内应力 b 调湿处理 调湿处理是将刚脱模的塑件放入热水中 以隔绝空气 防止对塑件的氧化 加快 吸湿平衡速度的一种后处理方法 其目的是使塑件颜色 性能以及尺寸得到稳定 防止塑件使用中尺 寸变化 使制品尽快达到吸湿平衡 3 1 3 注射成形的工艺参数 当选择了适当的塑件品种 成形方法及设备 设计了合理的成形工艺过程及模具结构之后 在生 产中工艺条件的选择及控制就是保证成形顺利进行和塑件质量的关键 注射成形最后主要的工艺参数 是塑化流动和冷却的温度 压力以及相应的各个作用时间 1 3 1 温度 注射成形过程控制需要控制的温度有料筒温度 喷嘴温度和模具温度等 前两种温度主要影响塑 料的塑化和流动 而后一种温度主要影响塑料的充模和冷却定形 a 料筒温度 料筒温度的选择应保证塑料塑化良好 能顺利实现猪舍 又不引起塑料分解 料 筒温度根据塑料的热性能确定各种塑料具有不同的流动温度 因此对非结晶性塑料而言 料筒末端最 高温度应高于流动温度 而对结晶性塑料应高于熔点 但必须低于塑料的分解温度 否则将导致熔体 分解 除了严格控制最高温度外 还应控制塑料在加热筒中停留的时间 因为时间过长时 塑料也会 发生降解 b 喷嘴温度 喷嘴温度通常率低于料筒的最高温度 这是为了防止熔料在喷嘴处产生的流涎现 象 喷嘴低温产生的影响可从熔料的注射时所产生的摩擦得到一定程度的补偿 但是喷嘴温度不能过 低 否则熔料在喷嘴处会出现早凝而将喷嘴堵塞 或者有早凝料注入模腔而影响塑件的质量 c 模具温度 模具温度对塑料熔体在型腔内的流动和塑料制品的内性能与表面质量影响很大 模具温度的高低决定于塑料的特性 塑件尺寸与结构 性能要求及其他工艺条件等 模具温度通常是 由通入定温的冷却介质来控制的也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热得到平衡而保持一定的模 温 不管是加热或冷却 对塑料熔体来说进行的都是冷却降温过程 以使塑件成形和脱模 1 3 2 压力 注射成形过程中的压力包括塑化压力和注射压力 他们关系到塑化和成形的质量 a 塑化压力 塑化压力是指采用螺杆式注射机时 螺杆顶部塑料熔体在螺杆旋转后退时所受的 压力 亦称嘴压 其大小可以通过液压系统中的溢流阀来调整 注射中 塑化压力的大小是随着螺杆 的设计 塑件质量的要求以及塑料的种类不同而异的 如果这些条件和螺杆的转速都不变 则增加塑 化压力会提高熔体的温度及其均匀性 使色料混合均匀 并排出熔体中的气体 但增加塑化压力会降 低塑化速率 从而延长成形周期 而且增加了塑料分解的可能性 b 注射压力 注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力 其作用是克服熔体流动 充模过程中的流动阻力 是熔体具有一定的充模速率 对熔体进行压实注射压力的大小取决于注射机 的类型 塑料的品种 模具结构模具温度 塑件的壁厚及流程的大小等 尤其是浇注系统的结构和尺 为了保证塑件的质量 对注射速率有一定要求 而注射速率与注射压力有直接关系 在同样条件下 高压注射时 注射速率高 反之 低压注射时则注射速率低 4 1 3 3 时间 完成一次注射成形所需要的时间 称为成形周期 它包括以下几部分 1 注射时间 a 充模时间 柱塞或螺杆前进的时间 b 保压时间 柱塞停留在前进位置的时间 2 闭模冷却时间 柱塞后退的时间 3 其它时间 指开模 脱模涂拭脱模剂 安放嵌件和模具等 成形周期直接影响生产效率和设 备利用率 尽量在整个成形周期中 注射时间中的充模时间不长 一般不超过 10s 保压时间较 长 一般为 20 120s 冷却时间的长短应以保证塑料制品脱模时间不引起变形为原则 一般为 30 120s 此外 在成型过程应尽可能缩短开模 脱模等其它时间 以提高率生产率 5 2 塑件结构分析及材料的选择 2 1 分析塑件的成型工艺性 零件表达如图 2 1 该塑件为一手机旅行充电器的上盖 塑件壁薄属薄壁形塑件 结构不算复 杂 尺寸精度及外观要求中等偏上 塑件精度中等 生产批量 20 万件 故选用 ABS 丙烯腈 丁二烯 苯 乙 烯 共 聚 物 塑 料 成 型 工 艺 性 很 好 可 以 注 射 成 型 图 2 1 塑件图 2 2 分析制品的结构 尺寸精度及表面质量 A 结构分析 从塑料制品图可见 该制品几何结构一般 内里轮廓的镶嵌件较多 盖下端面需 考虑侧抽芯机构 零件总体轮廓尺寸为 90 5mm 64 5mm 17 7mm 属于中等结构的小型件 B 尺寸精度分析 该制品尺寸中等 依据 SJ1372 78 建议采用的精度等级为 MT3 对应的模 具相关零件的尺寸加工可以保证 制品大体壁厚为 2 8mm 较均匀 有利于零件的成型 C 表面质量分析 该零件表面质量要求较高 外表面不得有熔接痕 气痕 飞边等缺陷产生 有较高的光亮要求 综合分析可以看出 注射时在工艺参数控制的较好的情况下 该制品的成型要求可以得到保证 2 3 分析制品原材料的工艺性 给定的塑件材料选用 ABS 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 塑料 6 2 3 1 ABS 的基本特性 ABS 是由丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚而成的 这三种组分的各自特性 使 ABS 具有良好的确综 合性能 丙烯腈使 ABS 有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度 丁二烯使 ABS 坚韧 苯乙烯使它有良好的 加工和染色性能 ABS 无毒 无味 呈微黄色 密度 1 02 g cm 3 1 16 g cm3 成型的塑料件有较好的光泽 有极好 的冲击强度 且在低温温下也不迅速下降 水 无机盐 碱 酸类对 ABS 几乎无影响 在酮 醛 酯 氯代烃中会溶解或形成乳浊液 不溶于大部分醇类及烃类溶剂 但与烃长期接触会软化溶胀 ABS 表 面受冰醋酸 植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂 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 其缺点是耐热性不高 性能 综合性能较好 冲击韧度 力学性能较高 尺寸稳定而化学性 电气性能良好 易于成形 和机械加工 与此相反 372 有机玻璃的熔接性良好 可作双色成形塑件 且表面可镀铬 用途 适于制作一般机械零件 减摩耐摩零件 传动零件以及化工 电器 仪表等零件 2 3 2 成形特性 无定形塑料 其品种很多 各品种的机电性能及成型特性也有差异 应按品种确定成形方法及成 形条件 吸湿性强 含水量应小于 0 3 必须充分干燥 要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥 流动性中等 溢边料 0 04mm 左右 流动性比聚苯乙烯 AS 差 但比聚碳酸脂 聚氯乙烯好 比聚苯乙烯加工困难 宜取高料温 模温 对耐热 高抗冲击和中抗冲击型树脂 料温更宜取高 料温对物性影响较大 料温过高易分解 分解温度为 250 左右 比聚苯乙烯易分解 对要求精度 较高塑件 模温宜取 50 60 要求光泽及耐热型料宜取 60 80 注射压力应比聚苯乙烯高 一般用柱塞式注射机时料温为 180 230 注射压力为 100 140MPa 螺杆式注射机则取 160 230 70 100MPa 为宜 模具设计时要注意浇注系统 选择好进料口位置 形式 推出力过大或机械加工时塑料件表面呈 现 白色 痕迹 但热水中预热可消失 脱模斜度宜为 2 以上 2 3 3 成形条件 成形机类型 螺杆式 密度 1 02 1 16g cm 3 计算收缩率 0 3 0 8 预热温度 80 85 预热时间 2 3h 料筒 后段 150 170 中段 165 180 7 温度 前段 180 200 喷嘴温度 170 180 模具温度 50 80 注射压力 60 100MPa 时间 冷却时间 20 120s 成形注射时间 20 29s 高压时间 0 5s 总周期 50 220s 螺杆转速 30r min 适用注射机类型 螺杆式 柱塞式均可 后处理 方法 红外线灯 烘箱 温度 70 时间 2 4h 说明 该成形条件为加工通用级 ABS 料时所用 苯乙烯 丙烯腈共物 即 ABS 成形条件与上相 似 2 4 塑件建模分析 通过 Pro E 建模分析可得塑件的质量 体积 单件的投影 如下图 2 2 8 图 2 2 塑件图 其中单个塑件重 20 8G 体积 18 9cm 3 材料是 ABS 工程材料建模的 9 3 拟定模具结构形式 3 1 分型面位置的确定 模具上 用以取 出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面 分型面是决定模具结构形式的重要因 素 它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系 并且直接影响着塑料熔体的流动充填性及制 品的脱模 分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状 型腔的排气情况也与分型面的开设密切相 关 因此 分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容 分型面的选择应注意以下几点 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处 即通过该方向塑件的截面 积最大 否则塑件无法从形腔中脱出 保证制件的精度和外观要求 与分型面垂直方向的高度尺寸 若精度要求较高 或同轴度要求较高的外形或内孔 为保证其精 度 应尽可能设置在同一半模具腔内 因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹 故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处 考虑满足塑件的使用要求注塑件在成型过程中 有一些难免的工艺缺陷 如脱模斜度 推杆及浇 口痕迹等 选择分型面时 应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能 考虑注塑机的技术规格 使模板间距大小合适 考虑锁模力 尽量减小塑件在分型面的投影面积 确定有利的留模方式 便于塑件顺利脱模 从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边 当制件的壁相当厚但内孔较小时 则对型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹 模内 这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边 利用顶管脱模 当制件的孔内有管件 无螺纹 连接 的金属嵌中时 则不会对型芯产生包紧力 不妨碍制品脱模和抽芯 在安排制件在型腔中的方 位时 要尽量避免与开模运动相垂直方向的侧凹或侧孔 一般机械式分型面抽芯机构的侧向抽拔距都 较小 因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短 有利于浇注系统的合理处置 尽可能与料流的末端重 合 以利于排气 分型面应使模具分割成便于加工的部件 以减少机械加工的困难 根据塑件结构形 式 分型面分型面选择在充电器上盖的最大平面上 如图 10 图 3 1 分型面选择 3 2 型腔数量的确定 型腔指模具中成形塑件的空腔 而该空腔是塑件的负形 除去具体尺寸比塑料大以外 其他都和 塑件完全相同 只不过凸凹相反而己 注射成形是先闭模以形成空腔 而后进料成形 因此必须由两部分或 两部分以上 形成这一空 腔 型腔 其凹入的部分称为凹模 凸出的部分称为型芯 型腔数目的决定与下列条件有关 3 2 1 塑件尺寸精度 型腔数越多时 精度也相对地降低 1 2 级超精密注塑件 只能一模一腔 当尺寸数目少可以 一模二腔 3 4 级的精密级塑件 最多一模四腔 3 2 2 模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模 但不是简单的倍数比 从塑件成本中所占的模具费比例看 腔模比单腔模具低 3 2 3 注塑成形的生产效益 多腔模从表面上看 比单腔模经济效益高 但是多腔模所使用的注射机大 每一注射循环期长而 维持费较高 所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数 3 2 4 制造难度 多腔模的制造难度比单腔模大 当其中某一腔先损坏时 应立即停机维修 影响生产 塑料的成形收缩是受多方面影响的 如塑料品种 塑件尺寸 大小 形状 熔体温度 模具温度 注射压力 充模时间 保压时间等 影响最显著的是塑件的壁厚和几何形状的复杂程度 本设计根据塑件结构的特点 考虑型腔布局方式 采用一模四腔的模具结构 这样比一模一腔模 具的生产效率高 同时结构更为合理 3 3 型腔的布局 多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式 由于型腔的排布与浇注系统布置密切 相关 因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑 型腔的排布应使每一个型腔都通过浇注 系统从总压力中心中均等地分得所需的压力 以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔 使各型腔的 塑件内在质量均一稳定 这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短 同时采用平衡的流道和合理 的浇口尺寸以及均匀的冷却等 合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异 应力形成及脱模困难等问 题 平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度 截面形状及尺寸均对应相同 可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的 非平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流 11 道的长度不相等 因而不利于均衡进料 但可以缩短流道的总长度 为达到同时充满型腔的目的 各 浇口的截面尺寸制作得不相同 要指出的是 多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件 不同塑件原则上不应该用同一副 多模腔模具生产 在同一副模具中同时安排尺寸相差较大的型腔不是一个好的设计 不过有时为了节 约 特别是成型配套式塑件的模具 在生产实践中还使用这一方法 但难免会引起一些缺陷 如有些 塑件发生翘曲 有些则有过大的不可逆应变等 本设计成型同一塑件 且壁厚均匀 故采用平衡式 如图 3 1 图 3 1 型腔分布 12 13 4 注射机型号的选择及相关参数的校核 4 1 注射 机 型号的选择 4 1 1 注射量的计算 通过 PRO E 建模分析 塑件的质量 m 为 20 8g 塑件的体积 18 9cm 3 流道的凝料质量是一个未 知数 可按塑件质量的 0 6 倍来计算 上述已知该模具为一模四腔 故注射量 121 1 6120 96mmmnmg 3 120 96 1 1110vcm 4 1 2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 流道凝料 包括浇口 在分型面上的投影面积 A2在模具设计之前是个未知数 根据多型腔模的统 计分析 大约为每个塑件在分型面上的投影面积的 0 2 倍 因此可以用 0 35nA1来进行计算 所以 12111 0 351 35AnAAnAnAnA 式中塑件的投影面积 A1由 PRO E 建模分析得 A1 4727 95 66 25530 93 1035 10893 58FAPkN 创 式中 行腔压力 P 取 35MPa 4 1 3 选择注射机 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算植 可选用 SZ200 1000 卧式注射机 参数如下 表 4 1 SZ200 1000 注射机的主要技术参数 理论注射容量 3 cm 210 螺杆直径 mm 42 注射压力 MPa 150 注射速率 g s 110 塑化能力 g s 14 螺杆转速 r min 10 250 喷嘴球半径 mm 15 14 锁模方式 双曲轴 锁模力 kN 1000 拉杆内间距 mm 315315 移模行程 mm 300 续表 4 1 最大模厚 mm 350 最小模厚 mm 150 模具定位孔直径 mm 125F 喷嘴孔直径 mm 3 5 4 2 相关参数的校核 4 2 1 注射机型腔数的校核 由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数目 n 由公式 2 1 36000 8 9 72300 640 878 314 1 640 878 kMtm n m 创 创 创 合格 式中 k 注射机最大注射量的利用系数 一般取 0 8 m 注射机的额定塑化量 10 5k s t 成型周期 因为本设计的零件体积比较 所以成型周期可以根据各种情况缩短一点 在此 取 60s 其他安装尺寸的校核要待模架选定 结构尺寸确定以后才可进行 4 2 2 注射机最大开模行程与模厚无关时的校核 根据屈昌华主编的 塑料成型工艺与模具设计 第 99 页 对于单分型面注射模 max s s H1 H2 5 10mm 式中 H1 推出距离 脱模距离 mm H2 包括浇注系统凝料在内的塑件高度 mm 由设计知 H1 18mm H2 50mm S 18 50 7 75mm 又 max s 300mm 所以符合要求 15 16 5 模具材料的选用 5 1 模具材料选用原则 用于注塑模具的钢材 大致应满足如下要求 机械加工性能优良 易切削 适于深孔 深沟槽 窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕 刻加工 抛光性能优良 没有气孔等内部缺陷 显微组织均匀 具有一定的使用硬度 40HRC 以上 良好的表面腐蚀加工性 要求钢材质地细而均匀 适于花纹腐蚀加工 耐磨损 有韧性 可以在热交变负荷的作用下长期工作 耐摩擦 热处理性能好 具有良好的淬透性和很小的变形 易于渗氮等表面处理 焊接性好 具有焊接性 焊后硬度不发生变化 且不开裂 变形等 热膨胀系数小 热传导效率高 防止变形 提高冷却效果 性能价格比合理 市场上容易买到 供货期短 在选择注射模具钢材时 要综合考虑塑件的生产批量 尺寸精度 复杂程度 体积大小和外观要 求等因素 对于塑件生产批量大 尺寸精度要求高的场合 应选用优质模具钢 对于结构复杂或体积 比较大的塑件应选用易切削钢 外观要求高的塑件可以选用镜面钢材 5 2 注塑模具常用材料 5 2 1 型腔 型芯类零件 由于这些零件直接于塑料接触 因此要求具有一定的强度 表面耐磨性好 热处理性能好 淬火变 形小 对塑料具有腐蚀的模具 材料还应有抗蚀能力 目前如 P20 718 NAK80 NAK55 SKD61 H13 CrWMn SKD11 等材料较为常用 耐蚀模具钢有 HPM38 U420 3Cr13 Stavax 等 5 2 2 导向类零件 这类零件包括各种导柱 导套和导向销等 这类零件在使用中起导向作用 开 合模时有相对运 动 成型过程中要承受一定的压力或偏载负荷 因此要求表面耐磨性好 心部具有一定的韧性 目前 如 GCr15 SUJ2 T8A T10A 等材料较为常用 5 2 3 浇注系统零件 浇注系统零件包括浇口套 拉料杆 分流锥等 这类零件的工作条件与成型零件相近 要求具有 良好的耐磨表面 耐蚀性和热硬性 目前如 P20 T8A T10A 等材料较为常用 5 2 4 推出机构和抽芯机构零件 这类零件要求表面磨性好 并具有足够的机械强度 目前如 SKH61 T8A T10A 等材料较为常用 也可采用与型腔 型芯同样的材料 17 5 2 5 模板类零件 这类零件是模具中主要承力零件 因此要求具有足够的机械强度 目前应用最普遍的是 45 钢 有时也用 55 钢 为延长使用寿命 可调质至 230 270HBS 5 3 塑料模具成型零件 型腔 型芯 的选材 表 5 1 成型零件选材 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 说明 调质 216 260HB 45 淬火 43 48HRC 用于形状简单 要求不高的 型腔 型芯 T8A T10A 淬火 54 58HRC 形状简单的小型腔 型芯 CrWMn 40Cr 4Cr5MoSiV 淬火 20CrMnMo 型腔 型芯 20CrMnTi 渗碳 淬火 54 58HRC 用于形状复杂 要求热处理 变形小的型腔 型芯或镶件 5 4 模板零件的选材 表 5 2 模板零件选材 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 垫板 支承板 45 淬火 43 48HRC 动 定模板 动 定模座板 45 调质 230 270HB 45 调质 固定板 Q235A 230 270HB 垫块 45 Q235A T8A T10A 淬火 54 58HRC 推件板 45 调质 230 270HB 5 5 浇注系统零件的选材 主流道衬套 T8A T10A 淬火 53 57HRC 5 6 导向零件的选材 表 5 3 导向零件材料 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 T8A T10A 淬火 50 55HRC 导柱 20 渗碳 淬火 56 60HRC 18 续表 5 3 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 导套 T8A T10A 淬火 50 55HRC 推板导柱 推板导套 T8A T10A 淬火 50 55HRC 5 7 侧向分型与抽芯机构的选材 斜滑块 40Cr 淬火 54 58HRC 5 8 推出机构零件的选材 表 5 4 零件材料 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 推杆 T8A T10A 淬火 54 58HRC 推板 45 淬火 43 48HRC 推块 复位杆 45 淬火 43 48HRC 推杆固定板 45 Q235A 5 9 其它零件 1 定位圈 45 钢 2 各 销 35 钢 热处理后硬度 28 38HRC 3 螺 钉 45 钢 淬火 硬度 43 48HRC 4 水 嘴 45 钢 镀锌 5 弹 簧 65Mn 5 10 该套模具所用材料的性能比较 表 5 5 材料性能比较 钢号 切削加工性 淬透性淬火不变形性 耐磨性 耐热性 Q235A 优 差 差 45 优 差 差 中 差 T8A 优 差 差 中 差 T10A 良 差 差 良 差 40Cr 良 优 优 优 良 19 6 浇注系统的设计 6 1 主流道设计 6 1 1 主流道的作用 主流道 也叫进料口 它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁 也是熔融的塑料进入模具 型腔时最先经过的地方 主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系 若主流 道太大 其主流道塑料体积增大 回收冷料多 冷却时间增长 使包藏的空气增多 如果排气不良 易在 2 6 若锥度过大会造成压力减弱 流速减慢 塑料形成涡流 熔体前进时易混进空气 产生气孔 锥度过小 会使阻力增大 热量损耗大 表面黏度上 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 0 5 mm 若等于或小于注射机喷嘴直径 在注射成型时会造成死角 并积存塑料 注射压力下降 塑料冷凝后 脱模困难 浇口套内孔出料口处 大端 应设计成圆角 r 一般为 0 5 3mm 浇口套与注射机喷在接触处球面的圆弧度必须吻合 设球面浇口套球面半径为 SR 注射机球面半径 为 r 其关系式如下 SR r 0 5 1mm 浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大 接触时圆弧度吻合的好 浇口套长度 主流道长度 应尽量短 可以减少冷料回收量 减少压力损失和热量损失 浇口套锥度内壁表面粗糙度为 Ra1 6 Ra0 8 m 保证料流顺利 易脱模 浇口套不能制成拼块结构 以免塑料进入接缝处 造成冷料脱模困难 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 浇口套部位是热量最集中的地方 为了保证注射工艺顺利进行和塑件质量 要考虑冷却措施 6 1 3 浇口套的结构形式 浇口套的结构形式有两种 一种是整体式 即定位圈与浇口套为一体 并压配于定模板内 一般 用于小型模具 另一种为将浇口套和定位圈设计成两个零件 然后配合在模板上 主要用于中 大型 模具 本设计的模具为一副中型模具 故采用后一种结构形式 20 6 1 4 浇口套材料及尺寸 材料选用碳素工具钢 T8A 淬火硬度为 HRC 根据以上设计要点设计浇口套尺寸如表 6 1 表 6 1 浇口套尺寸 6 1 5 定位圈的设计 定位圈为模具的标准零件 查 中国模具设计大典 第二册 设计如下图 符号 名称 尺寸 锥度 3 d 主流道小端直径 d 1 3 5mm h 球面配合高度 3mm SR 主流道球面半径 r 1 15 1 16 mm L 主流道长度 49mm D 主流道大端直径 d 2Ltg 3 5 2 45tg4 6 07mm 图 6 1 定位圈 21 6 1 6 主流道剪切速率的校核 由经验公式 131 33 3 33 3 18 309 13085 10 3 14 0 245 v n q ss R 3 33 10465 1 11 503 33 3 nRnR q r 剪切速率在 10 5 2 10 5 3 s 1 之间 所以主流道剪切速率适当 式中1 3682 8111 48453 761 v qqqq 分主塑件 58 2 2 3 30 33 2 n Rmmcm 6 2 分流道的设计 6 2 1 分流道的作用 分流道式指主流道末端与浇口之间着一段塑料熔体的流动通道 一般开设在分型面上 起分流和 转向的作用 多型腔模具必定设置分流道 单型腔大型塑件在使用多个点浇口是也要设置分流道 其 基本作用是在压力损失最小的条件下 将来自主流道的熔融塑料 以较快的速度送到浇口处充模 同 时 在保证熔体均匀地分配到各型腔的前提下 要求分流道中残留的熔融塑料最少 以减少冷料的回 收 6 2 2 设计要点 a 于机械加工及凝料脱模 分流道大多设置在分型面上 常用的分流道截面形状一般分为圆形 梯形 U 形 半圆形及矩形等 圆形分流道的直径一般在 3 2 9 5mm 对于粘度大透明度要求高的塑 料 如聚甲基丙烯酸甲酯等 应采用较大的分流道 但对于流动性好的聚丙烯 尼龙等 分流道短时 可小到直经为 2 毫米 b 在保证正常的注射成型工艺条件下 分流道的截面尺寸应尽量小 长度尽量短 c 较长的分流道应在末端开设冷料穴 以便容纳注射开始时产生的冷料和防止空气进入模腔 d 在多型腔注射模具中 各分型面的长度均应一致 保持相对平衡 以保证熔融的塑料同时均 匀地充满各个型腔 主流道的截面积应大于各分流道截面积之和 e 设计分流道时 应先取较小的尺寸 以便于试模后根据实际情况进行修正 f 如果分流倒道较多时 应加设分流锥 d 分流道内表面粗糙度 Ra 并不要求很低 一般取 1 6 m 左右即可 这样表面稍不光滑 有 助于塑料熔体的外层冷却皮层固定 从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差 以保证熔体流动 有适宜的剪切速率和剪切热 多分腔模中 分流道的布置有平衡式和非平衡式 而以平衡式布置为佳 所谓平衡式的布置 就 22 是从流道到各个腔的分流道其长度 形状 断面尺寸都是对应相等的 这种设计可达到各个型腔均衡 地进料 6 2 3 分流道的形状和截面尺寸 分流道截面有圆形 矩形 梯形 U 形和六角形等等 为了减少流道内的压力损失和传热损失 要尽量把流道的截面积设计得大些 表面积小些 因此可以用流道的截面积与其周长的比值来表示流 道的效率 各种截面分流道的效率如图所示 表 6 2 分流道的截面形式和效率 从图中可见 圆形和正方形流道的效率最高 一般分型面为平面时 通常采用圆形截面的流道 由于本设计采用一模四腔的潜伏式浇口 为了取出分流道凝料 且凝料在两个平板之间 故采用的是 梯形截面 因 23 图 6 3 分流道截面形状 从理论上讲 L2 要比 L1 的截面小 10 但为了刀具的统一和加工方便 在分型面上的分流 EE 道 采用一样的截面 6 2 4 分流道长度设计 根据型腔的排列形式得 第一级分流道 L1 47mm 第二级分流道 L2 12mm 第三级分流道 L3 18mm 第四级分流道 L4 22 7mm 6 2 5 分流道凝料体积 分流道长度 L 47 12 18 22 7 99 7 分流道截面面积 A 5 4 2 4 5 20 25 6 2 6 分流道剪切速率的校核 由经验公式 12 3 1031 9 3 3 s nR q r 剪切速率在 5 10 2 5 103之间 所以剪切速率适当 式中 q 为体积流量 v t 2 v1 1 2 11 483 1 27 76 24 Rn为当量半径 3 2 2 c A 0 323 t 注射时间取 1 秒 注射机的注射率为 110g s A 为梯形面积 0 3 2 c c 梯形周长 18 5mm 6 2 7 分流道的表面粗糙度 分流 应保证 塑料熔体迅速和均匀地充填模具型腔 尽量缩短熔体的流动距离 减少压力损失 有利于排除模具型 腔中的气体 这对大型塑件更为重要 b 浇口应设在塑件制品断面较厚的部位 当塑件的壁厚相差较大时 若将浇口开设在塑件的薄壁 处 这时塑料熔体进入型腔后 不但流动阻力大 而且还易冷却 以致影响了熔体的流动距离 难以 保证其充满整个型腔 另外从补缩的角度考虑 塑件截面最厚的部位经常是塑料熔体最晚固化的地方 若浇口开设在薄壁处 则厚壁处极易因液态体积收缩得不到收缩而形成表面凹陷或真空泡 因此为保 证塑料熔体的充分流动性 也为了有利于压力有效地传递和比较容易进行因液态体积收缩时所需的补 料 一般浇口的位置应开设在塑件壁最厚处 1 必须尽量减少或避免熔接痕 由于成型零件或浇口位置的原因 有时塑料充填型腔时造成两 股或多股熔体的汇合 汇合之处 在塑件上就形成熔接痕 熔接痕降低塑件的强度 并有损于外观质 量 这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤为严重 有时为了增加熔体的汇合 汇合之处 在塑件上 就形成熔接痕 熔接痕降低塑件的强度 并有损于外观质量 这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤 其严重 一般采用直接浇口 点浇口 环形浇口等可以避免熔接痕的产生 有时为了增加熔体汇合处 的溶接牢度 可以在溶接处外侧设一冷料穴 使前锋冷料引如其内 以提高熔接强度 在选择浇口位 置时 还应考虑熔接的方位对塑件质量及强度的不同影响 2 应有利于型腔中气体的排除 要避免从容易造成气体滞留的方向开设浇口 如果这一要求不 能充分满足 在塑件上不是出现缺料 气泡就是出现焦斑 同时熔体充填时也不顺畅 虽然有时可用 排气系统来解决 但在选择浇口位置时应先行加以考虑 3 考虑分子定向影响 充填模具型腔期间 热塑性塑料会在流动方向上 2 呈现一定的分子取向 这将影响塑件的性能 对某一塑件而言 垂直流向和平行于流向的强度 应力开裂倾向等都是有差别 25 的 一般在垂直于流向的方位上强度降低 容易产生应力开裂 4 避免产生喷射和蠕动 蛇形流 塑料熔体的流动主要受塑件的形状和尺寸以及浇口的位置 和尺寸的支配 良好的流动将保证模具型腔的均匀充填并防止分层 塑料溅射进入型腔可能增加表面 缺陷 流线 熔体破裂及气 如果通过一个狭窄的浇口充填一个相对较大的型腔 这种流动影响便可 能出现 特别是在使用低粘度塑料熔体时更应注意 通过扩大尺寸或采用冲击型浇口 使料流直接流 向型腔壁或粗大型芯 可以防止喷射和蠕动 浇口与塑件连接得部位应成 R0 5 的圆角或 0 5 45 的倒角 浇口和流道连接的部位一般斜度 为 30 45 并以 R1 R2 的圆弧和流道底面相连接 6 3 3 浇口的类型 浇口的形式多种多样 但常用的浇口有如下 11 种 直接浇口 侧浇口 扇形浇口 平缝浇口 环形浇口 盘形浇口 轮辐浇口 爪形浇口 点浇 口 潜伏浇口 护耳浇口等 6 3 4 浇口尺寸及形状 对塑件进行分析得 塑件的外部表面质量要求比较高 不能有任何的浇口痕迹 因此采用潜伏式 浇口 脱模后人工剪断浇口 浇口的形状 位置和尺寸对塑件的质量影响很大 而浇口的理想尺寸很难用理论公式计算 根据 经验确定其下限 然后在试模过程加以修正 一般浇口的截面面积为分流道的 3 9 截面形状常 为矩形或圆形 浇口长度为 0 5 2mm 表面粗糙度不低于 0 4mm 浇口的截面面积 1 m 分流道面积 m 3 0 9mm 其中 m1 2 b 2 b 0 75 浇口截面 浇口 b 先取 0 8 在试模时根据填充情况再进行调整 H b 2 0 4 t 取 1 H 4 5 6 3 5 浇口剪切速率的校核 5 3 3 33 3 11 483 5 497 5 10 3 14 0 028 q r R n R28 0 2 2 R n R 超出了 5 10 4 5 105s 1之间 剪切速率偏大是由于浇口的尺寸偏小所致 所以当 b 1 5 时 Rn 53 0 2 2 R 4 33 3 33 3 11 483 8 1 10 3 14 0 053 q r R n s 1 26 R 在 10 4 105s 1之间 剪切速率合适 6 4 冷料穴的设计 6 4 1 冷料穴 当注射机未注射塑料之前 喷嘴最前端的熔融塑料的温度较低 形成冷料渣 为了集存这部分冷 料渣 在进料口的末端的动模板上开设一个洞穴或者在流道的末端开设洞穴 这个洞穴就是冷料穴 在注射时必须防止冷料渣进入流道或模具型腔内 否则将会堵塞流道和减缓料流速度 进入模具 型腔就会造成塑料制品上的冷把或冷斑 冷料穴位于主流道正对面的动模板上 或者处于分流道的末端 其作用是收集熔体前锋的冷料 防止冷料进入模具型腔而影响制品质量 冷料穴分两种 一种专门用于收集 贮存冷料 另外一种除 贮存冷料外还兼有拉出流道凝料的作用 根据需要 不但在主流道的末端 而且可在各分流道转向的位置 甚至在型腔的末端开设冷料穴 冷料穴应设置在熔体流动方向的转折位置 并迎着上游的熔体流向 冷料穴的长度通常为流道直径 d 的 1 5 2 倍 如图 有的冷料穴兼有拉料的作用 在圆管形的冷料穴底部装有一根带圆球形头的拉 料杆 称为球形拉料杆 这是常用的冷料穴形式 同类形的还有倒锥形和圆环糟形的冷料穴 本设计 中需要设计在分流道末端 并不是所有注射模都需要开设冷料穴 有时由于塑料性能或工艺控制较好 很少产生冷料或塑件 要求不高时 可不必设置冷料穴 如果初始设计阶段对是否需要开设冷料穴尚无把握 可流适当空间 以便增设 本设计开设的主流道冷料穴长度为 1 6d 1 6 5 8mm 6 5 拉料杆设计 拉料杆的作用是勾着浇注系统冷料 使其随同塑件一起留在动模或定模一侧 其分为主流道拉料 杆和分流道拉料杆 因为本设计采用潜伏式浇口 模具结构采用两板式的模具结构 为了便于浇道凝 料脱模 主流道拉料杆如图 6 6 所示 图 6 5 冷料穴 27 图 6 6 锥型拉料杆 材料 T8A 热处理 50 55HRC d 3 8mm D 6mm l 108mm 6 6 排气槽的设计 当塑料熔体填充型腔时 必须顺序排除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 将会在制品上形成气泡 接缝 表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷 此外气体 受压 体积缩小而产生高温会导致制品局部碳化或烧焦 褐色斑纹 同时积存的气体还会产生反向 而降低充模速度 因此 设计型腔时必须考虑排气的问题 注射模成型时的排气方式通常有如下几种 1 利用配合间隙排气 2 利用烧结金属块排气 3 在分型面上开设排气槽排气 由于本设计的推杆比较多 故采用推杆和推杆孔的配合间隙排气 如图 6 7 所示 图 6 7 间隙排气 28 29 7 成型零件设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件 包括凹模 型芯 镶块 成型杆和成形环 等 成型零件要求有正确的几何形状 较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度 此外 成形零件还要求 结构合理 有高的强度 刚度及较好的结构设计 7 1 成型零件的结构设计 7 1 1 凹模 凹模是成形塑件外表面的主要零件 按其结构不同可分为整体式和组合式两类 a 整体式凹模 整体凹模由整块材料加工而成 它的特点是牢固 使用中不易发生变形 不会 使塑件产生拼接线痕迹 但由于加工困难 热处理不方便 故常用在形状简单的中 小型模具上 b 组合式凹模 组合式凹模是指凹模有两个以上零件组合而成 按组合方式的不同 可分为整 体嵌入式 局部镶嵌式 底部镶拼式 侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式 由零件的特点选择整体嵌入式凹模 采用此组合式凹模 简化了复杂凹模的加工工艺 减少了热处理变形 拼合处有间隙利于排气 便与模具维修 节省了贵重的模具钢 为了保证组合式型腔尺寸精度和装配的牢固 减少塑件上的镶 拼痕迹 对于镶块的尺寸 形状位置公差要求较高 组合必须牢靠 镶块的机械加工工艺性要好 7 1 2 凸模和型芯 凸模和型芯均是成形塑件内表面的零件 凸模一般是指成形塑件中较大的 主要内形的零件 又 称主型芯 主型芯的结构 主型芯的结构可分为整体式和组合式两种 整体式结构牢固 但不便加工 消耗 的模具钢多 主要用于工艺试验模或小型模具上的形状简单的型芯 在一般的模具中 型心常采用镶 入型芯结构 即型芯单独加工 再镶入模板中 7 2 成型零件工作尺寸的计算 成型零件工件尺寸是指成形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 包 括矩形和异型零件的长和宽 型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯和型芯之间的位置尺寸等 任 何塑零 件的制造公差约占塑件总公差的 4 1 3 1 因此在确定成型零件工作尺寸公差值时可取塑件公差的 30 4 1 3 1 或取 IT7 IT8 级作为模具制造公差 组合式型腔或型芯的制造公差应根据尺寸链来确定 c 模具成型零件的磨损 模具在使用过程中 由于塑料熔体流动的冲刷 脱模时与塑件的摩擦 成形过程中可能产生的腐蚀性气体的锈蚀 以及由于上述原因造成成型零件表面粗糙度提高而重新打 磨抛光等 均造成了成形零件尺寸的变化 这种变化的结果是型腔尺寸变大 型芯尺寸变小 磨损大 小还与塑料的品种和模具材料及热处理有关 上述诸要素中脱模时塑件对成形零件的摩擦磨损是主要 的 对于中小型塑件 最大磨损量可取塑件公差的 6 1 对于大型塑件应取 6 1 以下 d 模具安装配合的误差 模具成形零件装配误差以及在成型过程中成形零件配合间隙的变化 会引起塑件尺寸的变化 综上所述 塑件在成形过程中产生的最大尺寸误差应该是上述各种误差的总和 即 ajscz 式中 塑件的成形误差 z 模具成形零件制造公差 c 模具 成形零件在使用中的最大磨损量 s 塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差 j 模具成形零件 因配合间隙变化而引起塑件尺寸的误差 a 因安装固定成形零件而引起的塑件尺寸误差 由此可见 由于影响因素多 累计误差较大 因此塑件的尺寸精度往往较低 设计塑件时 其尺 寸精度的选择不仅需要考虑塑件的使用和装配要求 还应考虑使以上各项因素所引起的累积误差不超 过塑件规定的公差值 即 塑料的平均收缩率S为 100 2 minmax SS S 式中 S 塑料的平均收缩率 max S 塑料的最大收缩率 min S 塑料的最小收缩率 7 2 1 型腔和型芯工作尺寸的计算 ABS 收缩率 max S 0 7 min S 0 4 塑件的公差等级为 5 级 塑件的长度 H 90 5 塑件的最大宽度 D 64 塑件的底宽 D1 38 塑件的高度 H1 11 7 模具的制造公差 3 平均收缩率 S 0 55 型腔尺寸的计算 31 图 7 1 塑件 1 10 005590 50 750 72 m Hs Hx z 0 24 00塑 90 46 d D H塑 90 5 0 72 1 10 005564 50 750 60 m Ds Dx z 0 20 00塑 63 97 d D D塑 90 5 0 60 11 1 10 005536 50 750 52 m Ds Dx z 0 17 00塑 35 25 d D 1 D 塑 36 5 0 52 凹模型腔高度尺寸 1 10 005510 70 66670 38 m hs hx z 0 13 00塑 10 51 d D h塑 90 5 0 38 型芯尺寸的计算 1 10 00557 90 66670 36 m hs hx z 0 0 0 12塑 8 18 d D h塑 7 9 0 36 1 10 005584 90 750 72 m Hs Hx z 0 0 0 24塑 85 91 d D H塑 84 9 0 72 11 1 10 00