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第二章 注射模具设计实例(样稿) 第二章注塑模具设计实例实例一单分型面注塑模具设计 一、塑件工艺性分析该塑件是一塑料瓶盖，如图2一1所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量很大，材料为聚乙烯（PE，在高密度聚乙烯中掺入了部分低密度聚乙烯，改善塑件的柔韧性），成型工艺性很好，可以注射成型。 二、塑成型设备的选择与成型工艺规程的编制1注射机的选用1)注射量的计算通过计算或Pro/E建模分析，塑件质量m为2.8g，塑件体积V1=3.077cm3流道凝料的质量m2还是个数，可按塑件质量的0.6倍来估算。 从上述分析中确定为一模八腔，所以注射量为m=1.6nm1.682.8=35.84g2)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，在模具设计前是个值，根据多型腔模的统计分析，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍0.5倍，因此可用0.35nA1来进行估算，所以A=nA1A2=nA10.35nA11.35nA18412.336mm2式中A1=24d=0.78531.52=778.92mm2F mA p型8412.33630252370N252.37kN式中型腔压力p型取30MPa（因是薄壁塑件，浇口又是潜伏式浇口，压力损失大，取大一些）。 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值，可选用SZ一60/450卧式注射机，见表2一12注塑成型工艺参数选用表2-1注射机主要技术参数理论注射容量/cm,78锁模力kN450螺杆直径mm30拉杆内间距mm280x250注射压力MPa170移模行程/mm220注射速率(g/s)60最大模厚mm300塑化能力/(g/s)5.6最小模厚mm100螺杆转速(r/min)14200定位孔直径mm55喷嘴球半径mm20喷嘴孔直径mm3.5锁模方式双曲肘3注塑成型工艺规程的制定车间塑料注射成型工艺卡片资料编号共页第页零件名称上盖零件图号装配图号材料牌号PE材料定额设备型号SZ一60/450每模件数8单件质量2.8g工装号材料干燥设备温度8085时间h23料筒温度后段中段前段喷嘴140160170xx70180模具温度6070压力注射压力MPa60100背压MPa时间注射s1560保压s03冷却s1560时间定额辅助min后处理温度70单件min时间s24检验编制校对审核组长车间主任检验组长主管工程师 三、塑模具结构方案设计1型腔数量的确定及型腔的排列1)型腔数量的确定该塑件精度要求不高，又是大批大量生产，可以采用一模多腔的形式。 考虑到模具制造费用、设备运转费用低一些，初定为一模八腔的模具形式。 2)型腔排列形式的确定该塑件有两圈内螺纹，要使螺纹型芯从塑件上脱出，必须设计一套自动脱螺纹的齿轮传动结构，并且型腔的分布圆直径和齿轮分布圆直径相吻合，若采用一模八腔，型腔分布圆直径就相当大了，这样模具结构尺寸就比较大，加上齿轮传动系统，模具结构复杂，制造费用也很高。 但该塑件螺纹的牙型不高，且呈圆弧形牙，内侧凸起与直径的比例约为5.26%（2826.626.6?100%=6.25%）因为所用材料为聚乙烯，材料弹性模量比较小，材质硬度不高，可采用强制脱模的方式，这也是注塑厂成型这种类型瓶盖的常用方法。 因此本设计采用推件板推出的强制脱模方法，型腔的排列方式采用双列直排，如图22所示。 从上面分析中可知，本模具拟采用一模八腔，双列直排，推件板推出，流道采用平衡式，浇口采用潜伏式浇口或侧浇口，定模不需要设置分型面，动模部分需要一块型芯固定板和支承板，因此基本上可确定模具结构形式为A型带推件板的单分型面注射模。 2分型面的选择根据塑件结构形式，分型面选在瓶盖的底平面，如图2一2所示。 3浇注系统与排气系统设计1)主流道尺寸根据所选注射机，则主流道小端尺寸为d=注射机喷嘴尺寸(0.5-1)=3.5+0.5=4mm主流道球面半径为SR=喷嘴球面半径(1-2)=202=22mm2）主流道衬套形式本设计虽然是小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取40mm，约等于定模板的厚度（见图2一3）。 衬套如图2一3所示，材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC一57HRC。 3）分流道设计 （1）分流道布置形式分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，如图24所示。 （2）分流道长度第一级分流道L1=50mm第二级分流道L2=10mm第三级分流道L3=15.5mm（3)分流道的形状、截面尺寸形状及截面尺寸。 为了便于机械加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上定模一侧，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。 梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，一般采用下面经验公式来确定截面尺寸，即B=0.2654m4L=0.26542.8450=1.996根据参考文献1取B=4mm。 H=23B=234=2.67mm，取H=3mm分流道L1截面形状如图25所示。 4）浇口的设计根据外部特征，外观表面质量要求比较高，应看不到明显的浇口痕迹，圆周上布满了防滑直纹，因此采用潜伏式浇口，在开模时浇口自行剪断，几乎看不到浇口的痕迹。 对于这类小型薄壁塑件，几乎所有工厂都是这样做的（个别工厂在盖的顶部采用点浇口），若采用侧浇口，不太符合工程实践。 5）排气槽的设计瓶盖成型型腔体积比较小，约为3.1cm3，注射时间约为1s，采用的是潜伏浇口向型腔顶部倾斜，塑料熔体先充满型腔顶部，然后充满周边下部，这样型腔顶部不会造成憋气现象，气体会沿着分型面和型芯与推件板之间的轴向间隙向外排出。 如果对于中大型塑件一定要通过计算，开设一定量的排气槽，方可保证产品质量。 4成型零件结构形式设计1)凹模（型腔）瓶盖圆周上均匀分布着防滑直纹，若凹模制成整体式，则直纹用机械加工方法很困难（没有退刀位置），若制造一个电极来加工防滑直纹，成本也比较高。 整体模板都要用价格较贵重的模具钢，维修也不方便。 因此，瓶盖圆周部分若采用局部嵌人式凹模，上述存在的问题能够很方便地得到解决，如图28所示，嵌件外径尺寸按经验，取44mm（壁厚7mm）。 2）型芯型芯是一个带有两圈螺纹的、且牙型不高的整体式型芯，如图29所示。 5推出方式设计推件板推出过程中，为了减小推件板与型芯的摩擦，采用如图2一10所示结构，推件板与型芯间留0.2mm-0.25mm的间隙，本设计中取0.2mm，并用锥面配合，以防止推件板因偏心而板溢料。 6加热与冷却方式设计根据注塑厂的生产经验，在强制脱模的情况下，型芯必须冷却，型芯纵向分两排布置，若是采用串联水道，势必造成型芯温差较大，因此两排型芯应分别采用两条进出水道，在注射工艺过程中，根据具体情况确定采用并联水道还是串联水道。 在定模部分的流道凝料也应得到冷却，可开设一条往返水道，模外胶管串联，水道流量大小可根据注射时具体工艺情况进行调整，水孔开设见图2一12，如图2一12所示装配图。 7标准模架的选择根据型腔的布局可看出，型腔嵌件分布尺寸为115195，又根据型腔侧壁最小厚度为18.24，再考虑到导柱、导套及连接螺钉布置应占的位置和采用推件板推出等各方面问题，确定选用模架序号为5号（200L=200250），模架结构为A4的形式，如图2一11所示。 各模板尺寸的确定。 1）A板尺寸A板是定模型腔板，塑件高度18.5，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一定的距离，因此A板厚度取40mm。 2）B板尺寸B板是凸模（型芯）固定板，凸模的成型部分直径为巾28，因此B板厚度取32mm。 3）C垫块尺寸垫块=推出行程推板厚度推杆固定板厚度(510)=18.5+20+(510)=58.563.5根据计算，垫块厚度C取63。 上述尺寸确定之后，就可以确定模架序号为5号，板面为200250，模架结构形式为A4的标准模架。 从选定模架可知，模架外形尺寸宽长高=200250237 四、有关设计计算1成型零件工作尺寸的计算塑件尺寸公差按SJ1372-78标准中的6级精度选取。 1)型腔径向尺寸式中s一塑件平均收缩率s=0.0150.0352+=0.025Ls塑件外径尺寸（取31.5）；x修正系数（取0.58)；塑件公差值（查塑件公差表，取0.52）；制造公差，（取A/5)2)螺纹型芯径向尺寸 (1)螺纹型芯大径式中d s大塑件内螺纹大径基本尺寸（取28);中塑件内螺纹中径公差（取制造公差S的5倍）；中径制造公差，根据参考文献2中的表9.4一10（取0.03）。 (2)螺纹型芯小径式中d s小塑件内螺纹小径基本尺寸（取26.6）。 (3)螺距工作尺寸式中t s塑件内螺纹螺距（取4.5）。 3）型腔深度尺寸式中h塑件高度最大尺寸（取18.5）;x修正系数（取0.56）；塑件公差值，查塑件公差表（取0.44)。 4）型芯高度尺寸式中H塑件孔深最小尺寸（取17);x修正系数（取0.58）；塑件公差值，查塑件公差表（取0.40)注瓶盖螺纹是一个非标准型螺纹，螺距4.5，牙型高度比较小，在螺纹结构设计上，适合于强制脱模，所以螺纹中径和标准相差很大，就不做计算了，瓶盖在使用中满足要求。 2型腔侧壁与动模垫板厚度的计算1)型腔侧壁厚度（按组合式圆筒形凹模计算）式中P型腔压力（取30MPa);E材料弹性模量（取2.1105MPa）；p根据注射塑料品种，模具刚度计算许用变形量。 W型腔半径。 型腔侧壁是采用嵌件，嵌件单边厚选7mm，两型腔之间受力是大小相等、方向相反的，在合模状态下不会产生变形，因此两型腔之间壁厚只要满足结构设计的条件就可以了。 型腔与模板周边的距离由模板外形尺寸来确定，因模板平面尺寸比型腔布置的尺寸要大得多（200115）/2=42.518.24），所以完全满足强度和刚度的要求。 2）支承板厚度支承板厚度和所选模架两垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在200x250这个大类范围之内，垫块之间的跨度大约为140mm，根据型腔布置及型芯对支承板的压力，就可计算得到支承板的厚度，即式中p支承板刚度计算许用变形量，p=25i1=251.08=27m=0.027mm,i10.35W1/50.001W=0.351401/50.0011401.08m；L两垫块之间的距离（约为140);W影响模具变形的最大尺寸，若圆筒形是r或h，若矩形是L;L1支承板长度，取250mm;l 1、12-8个型芯投影到支承板上的面积。 单件型芯所受压力的面积为A1=4d2=0.785282=615.44mm28个型芯的面积为l112=8A14923.52mm2此支承板厚度计算尺寸为35.5，对于小型模具还可减小一点，可利用两根推板导柱来对支承板进行支撑，这样支撑板厚度可近似为因此，支承板厚度可取得稍薄一点，取标准厚度32.3冷却与加热系统的有关计算（略） 五、注塑模具装配图绘制1装配图样的表达方式。 模具装配图通常用3个视图并辅以必要的局部视图来表达。 绘制装配图时，应根据塑件的外形和流道的分布，确定型腔在模板上的布置，然后配置上各相应机构，大体可确定模具在主分型面（推出塑件的分型面）上平面尺寸（长宽）。 再根据分型面个数，就可以按标准选择模架，其中型腔板的厚度需设计者根据本设计的型腔深度来确定，这样就可以大体上确定模具的外形尺寸。 合理布置3个主要视图，同时还要考虑标题栏、明细表、技术要求、尺寸标注等需要的图面位置。 2模具标准零件的选择（略）3非标准模具零件的材料及热处理选择瓶盖是大批量生产，成型零件所选用钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好；机械加工性能和抛光性能也应良好。 因此构成型腔的嵌人式凹模钢材选用SMl。 定模板构成瓶盖顶部花纹、文字部分，成型时有料流的冲刷，但没有脱模时塑件的摩擦，因此采用55钢调质（定模板材质可和模架厂协商）。 螺纹型芯因为是采用强制脱模，磨损比较厉害，采用硬度比较高的模具钢Gr12MoV，淬火后表面硬度为58HRC一62HRC。 4注射机主要参数的校核 (1)由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n。 型腔数校核合格。 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(5.6g/s)；t成型周期，取30s. (2)注射压力的校核。 PekP0=1.3130=169MPa，而Pe170MPa，注射压力校核合格。 式中k取1.3;Po取130MPa（属薄壁窄浇口类）。 (3)锁模力校核。 FKAP型=1.2252.37302.84kN，而F450kN,锁模力校核合格。 （4）安装尺寸的校核模具平面尺寸200x250280x250（拉杆间距），合格；模具高度237，100237100Mpa,故能满足要求。 （3）锁模力的校核塑料熔体在注射压力下充下模腔，经过注塑机喷嘴和模具浇具浇注系统时虽有压力损失，进入型腔仍具有较高压力，模腔沿分型面处会产生很大的使模具胀开的力。 注塑机的锁模机构应该提供足够的锁紧力，使动、定模两部分在注塑过程中保持紧密闭合。 每台注塑机都有一个额定的锁模力，所设计的模具在注塑料充模时，分型面胀开的总力不能超过这一额定锁模力，用关系式表示为FqP式中F塑件加浇注系统在分型面上的投影上的投影面积;q型腔内塑料熔体单位面积压力;P-注塑机额定锁模力而且q=p i K式中p i注射压力;K熔体流经喷嘴和浇注系统时的压力损耗系数,一般在0.30.7之间。 因为P=1600KN;F=15457.8mm2;p i=165Mpa=165N/mm2;K=0.5据上面两个式子所得q=F piK=15457.81650.5=1275268.5N=1275.3kNP故能满足要求。 （4）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核1）可安装的模具高度每台注塑机都有一个允许安装的高度范围，所设计的模具高度应在这一允许范围内，即H min=230H m=280H max=450式中H m模具高度；H max，H min分别为注塑机允许安装的最大和最小模具高度。 2）模具定位圈与注塑机定位孔的配合，注塑机的固定模板上都有一个起定位作用的基准孔。 能使模具安装到注塑机上后其主流道中心线与注塑机喷嘴中心线同轴，模具上的定位圈凸台就与定定位孔成间隙配合。 3）喷嘴尺寸，注塑机喷嘴头部的球面半径R1=20应与模具主流道始端的球面半径R2相吻合，以免高压塑料熔体从其缝隙外溢出。 一般R2=22应比R1大12mm,否刚主流道内的塑料凝料将无法脱除。 4）模具外形尺寸与注塑机拉杆间距注塑模向注塑机上安装固定时，应能顺得通过注塑机拉杆之间的空间。 每种型号的注塑机拉杆之间都有一定的间距，所设计的注塑模外形尺寸应不超过注塑机拉杆间的距离。 5）开模行程的校核采用液压式联合作用的注塑机开模行程不受模具安装高度影响，模具安装高度靠连在移动模板后的大调节螺母，在允许的最大和最小模具高度之间调节，而开模行程是由锁模的液压油缸的运动所决定。 对于这种双分型面注塑注塑模具应满足如下关系SH1+H2+a+510（mm）8242358167mm式中S注塑机的开模行程，S380mm。 H 1、H2分别为顶出距离和塑件高，a第二个分型面分开的距离。 故能满足要求。 ?图226开模行程5装配图绘制图227是该模具图，视图主要表示各零件的位置和装配关系，各视图都假设