盒盖模具的课程设计

11 塑料 PE 分析1.1 基本特性PE 塑料名称：聚乙烯塑料是塑料工业中产量最 1 大品种。按聚合时采用的压力不同可分高压、中压和低压三种。低压聚乙烯的分子链上支链较少，相对分子质量、结晶度和密度较高，所以低压聚乙烯比较硬，耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。高压聚乙烯分子带有许多支链，因而相对分子质量较低，且具有较好的有软性、耐冲击性及透明性1.2 成型特性聚乙烯成型时，在流动方向与垂直方向的收缩差异较大。注射方向的收缩大于垂直方向的收缩率，易产生变形，聚乙烯收缩率的绝对值较大成型收缩率 也较大，易产生缩孔，冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀;质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模1.3PE 的注射工艺参数查文献2表 6-5 得：塑化形式：螺杆式螺杆转数/（r/min）：2040喷嘴形式：直通式喷嘴温度/：220230料筒温度/：前段：230250 中段：240 260 后端：220240模具温度/：80100注射压力/MPa：80120保压力/MPa ：4050注射时间/s ：052保压时间/s ：2080冷却时间/s ：2050成型周期/s ：501432 塑料模的总体设计2.1 塑件的形状尺寸塑件名称：盒盖材料：PE产量：中等批量生产根据实物在 PROE 环境内进行三维造型。图 2.1 塑 件塑件的工作条件对精度要求一般，因为塑件图中未注公差，所以根据 PE能可选择其塑件的精度等级为 7 级精度。2.2 型腔数目的决定及排布已知的体积 V 塑或质量 W 塑 ，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，但制件尺寸、精度、表面粗糙度一般，综合考虑生产率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模二腔对称性排布。分流道直径可选 1.59.5mm。本设计取值 4mm。由塑件的外形尺寸和机械加工的因素，确定采用潜浇口，排布图如下图示：图 2.2 型腔数目及排42.3 注射机的选择由于采取的是一模二腔的方案，故其注射总体积及质量就是塑件的体积及质量的二倍：假设： gG8废 ，由注射机最大注射量公式得： 废件公利 GK（2.1）其中： 公 注射机的公称质量注射量；K注射机最大注射量的利用系数，取 0.3；件G塑件的总质量；废浇注系统废料的质量。因此： gG93.587462.0公 公由塑料模具技术手册查得注射机的型号为 XS-ZY-125 国产注塑机，其主要技术参数如下：结构型式：卧式理论注射容量：125cm 3螺杆直径：42mm注射压力：150MPa注射速率：60g/S塑化能力：11.8g/s螺杆转速：14200r/min锁模力：900KN拉杆内间距：370320mm移模行程：270mm最大模具厚度：300mm最小模具厚度：200mm锁模型式：双曲肘式模具定位孔直径：100mm52.4 分型面确定由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案 13。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处，不要选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处；（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边；（3）保证塑件的精度要求，保证制件相关部位的同心度；（4）满足塑件的外观质量要求；（5）便于模具加工制造；（6）考虑对成型面积的影响；（7）考虑对排气效果的影响；（8）考虑将抽芯或分型距离长的一边放在动、定模开模的方向上。其中最重要的是第 2、第 5 和第 8 点。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。如下图 2.1 所示，采用这样一个平直的分型面，由于制件的使用要求一般，精度要求不高，因此只设计一个分型面，即模具具有唯一分型面。图 2.1 分型面2.5 模架的选择2.5.1 型腔壁厚的计算对小尺寸型腔，强度不足是主要问题，应按强度条件计算，得型腔侧壁最小厚度：（2.2）其中：r凹模型腔内孔或凸型芯外圆的半径； p材料许用应力；mP模腔压力。成型零件材料选 T12，淬火，低温回火，硬度大于 55HRC，其 p为)12(mpct6700Mpa mtc 643.)1027(202.5.2 凹模型腔底部高度 rPtpmh 97.14701.1222.5.3 模架的选择由前面对型腔的最小壁厚和底部厚度可以估算得型腔的最小外形尺寸：最小宽度为：20+3.6643=23.6643mm最小厚度为：36+14.79=50.79mm但是考虑到加工方便，采用组合式凹模，所以还要考虑导柱导套的安放位置，且查得标准值，再由于塑件采取推件板推出，因此选择模架为基本类型中的 A3 的派生模架，为了方便分型时定位，增加了限位杆。设置推件板推出机构，它适合于薄壁壳体型塑件，脱模力大以及塑件表面不允许留有顶出痕迹的注射成型模。选择模架规格为：A 3-200200-33-Z2，GB/T12556-90具体尺寸如下如下：定模坐板厚度：A=43mm中间板厚度：B=24mm模板：直径=150mm推板：直径=142.2mm ，高度=32mm型心固定板：高度=48mm动模座板：厚度=69mm模具闭合厚度：H=517导柱：d=20mm导套：d 1=20mm限位杆：d=20mm73 成型尺寸及浇注系统设计3.1 型腔的内径计算 zz xlsLm00)1(（3.1）其中： 型腔内形尺寸；sl塑件外径基本尺寸；塑件公差；塑件的平均收缩率，取 0.4%；x综合修正系数，取 x=0.50.75；z模具制造公差，取 )6/13(。因为制件图样上未注公差尺寸的允许偏差，所以采用 7 级公差精度，查表得 72.0， 24.03z所以： 24.00872.3)1(zmL3.2 型腔的深度尺寸计算 zSzmxHs001（3.2）其中： 型腔深度尺寸；s塑件高度其本尺寸；塑件公差；塑料平均收缩率，取 0.4%；x综合修正系数，取 x=0.50.75；z模具成型尺寸设计公差 3/sm。查表得 8.0，所以 H=58mm3.3 型芯的外径计算8图 3.1 型芯的结构图9001zz xlsl （3.3）式中：0zl型芯外形尺寸；s塑件内径基本尺寸；塑件的公差；塑料平均收缩率 0.4%；x综合修正系数，取 x=0.50.75；z模具成型尺寸设计公差，取 3/sm。查表得： 72.0， 024.0718zsl3.4 型芯的高度计算 00zz xhshm（3.4）式中：0z凸模高度尺寸；sh塑件内形深度基本尺寸；塑件公差；塑料平均收缩率 0.4%；x综合修正系数，取 x=0.50.75；z模具成型尺寸设计公差， 3/sm。查表得： 8.0，所以0267.0143zmh3.5 浇注系统的初步计算浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成 14。浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。根据塑件的形状采用推板推出。由于本塑件是圆筒状制品所以尽可能采取中心进料，所以选择潜浇口，单分型面，分流道采用半圆形截面，分流道开设在定模板上，在浇道板上采用浇口套,设置冷料穴和拉料杆。10图 3.2 浇注系统的结构根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：d=5mm，D=8mm，R=16mm，h=5mm ，d 1=0.2mm，H 1=4mm，l=50mm ，L=43mm，a= 2，a1= 10，L 1=36mm，Ra=0.63m主流道呈圆角半径 r=2mm，以减小料流转向时渡时的阻力。主流衬套选用45#制造，表面淬火大于 55HRC。4 导柱导向机构的设计4.1 导柱导向机构的作用（1）定位件用：模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确，在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整 15。（2）导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。（3）承受一定的侧向压力。4.2 导柱导套的选择一般在注射模中，动、定模之间的导柱既可设置在动模一侧，也可设置在定模一侧，视具体情况而定，通常设置在型芯凸出分型面最长的那一侧。因为限位杆已经设置在定模上，所以导柱应该设置在动模上，而且这样还可以保护型心不受损伤。11图 4.1 导柱导套的结构定端与模板间用 H7/m6 或 H7/k6 的过渡配合,导向部分通常采用 H7/f7 或H8/f7 的间隙配合。根据模具结构的要求，与导柱同动作的弹簧应布置 4 个，并尽可能对称布置于 A 分 型面的四周，以保持分型时弹力均匀，中间板不被卡 死。图 4.2 导柱分布5 脱出机构设计5.1 推出机构的组成推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉 16。5.2 设计原则（1）推出机构应尽量设在动模一侧；（2）保证塑件不因推出而变形损坏；（3）机构简单动作可靠；（4）合模时的正确复位。125.3 脱模力的计算因为塑件壁厚与其内孔直径之比 0.02 小于 0.05，所以本塑件属于薄壁壳体塑件，其脱模力计算公式为： NBKutgftLEQ101cos2（5.1）其中：E塑料的拉伸模量，MPa；塑料成型平均收缩率，%；t塑件的平均壁厚，mm；L塑件包容型芯的长度，mm；u塑件的泊松比；脱模斜度（塑件侧面与脱模方向之夹角） ；f塑料与钢材之间摩擦系数；r型芯大小端平均半径，mm；B塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积， 2m，当塑件底部上有通孔时，10B 项应视为零；1K由 f 和 决定的无因次数；经过计算得 Q=11912.59N因此，脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值。用推件板推出机构中，为了减少推件板与型芯的摩擦，在推件板与型芯间留 0.200.25mm 的间隙，并用锥面配合，防止推件因偏心而溢料。5.4 推板脱出机构计算（1）顶件行程： ehS凸顶 （5.2）其中： 顶S所需顶出行程；凸h型芯成型高度；e 顶出行程富裕量； m4836顶（2）开模行程aHS1021开 （5.3）13其中：a 中间板与定模分开的距离，mm；H1塑件推出距离（也可作为凸模高度） ，mm；H2包括浇注系统在内的塑件高度，mm；S注射机移动板最大行程，mm；H所需开模行程，mm。 m5.9810.63开图 5.1 推板图 5.2 顶杆5.5 脱模机构设计5.5.1 简单脱模（1）脱模机构结构设计注塑成型每一循环中，塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯中脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构或脱模装置 17。从塑件本身结构和模具尽可能的简单两方面考虑，在此采用弹簧和钩摆凸块顺序分型脱模机构。 14图 5.3 推杆如图所示推杆工作部分与模板或型芯上推杆孔的配合常采用 H8/f7H8/f8的间隙配合，推杆与推杆孔的配合长度视推杆直径的大小而定，当 d5mm 时配合长度可取 (23)d。推杆工作端配合部分的粗糙度 Ra 一般取 0.8m。推杆的材料常用 T8A，T10A 等碳素工具钢或5Mn 弹簧钢等,前者热处理要求 5054HRC。其固定方式如图所示：图 5.4 推杆固定形式（2）脱模机构运动分析、强度设计由于此塑件属于壳形制品，所以采用推杆和内型芯推出。另外设有复位杆，开模时在推板的作用下，推杆与内型芯一起将塑件从主型芯上推出。合模时通过复位机构回到闭合位置。推杆的尺寸推杆不宜过细，推杆应设在脱件阻力大的地方，端面装配后应比型腔或镶件平面高 0.050.1mm，进料口处理尽量不设推杆，尽量避开侧抽芯，推杆与推杆孔之间的双边间隙保证不凝料，保证不溢料有能排气，推杆形状为标准的圆形截面推杆 JI85108-1964，推杆的材料选取T8A 钢， E=21000000N/cm 2。推杆的直径：d=（ t32 F64Enl） 41（5.4）式中：d圆形推杆直径，mm；推杆长度系数，0.7；l推杆长度，85mm； n推杆数量； E推杆材料的弹性模量， 21000000 N/cm 2。由 F t=43152N，解得：d=0.32cm=3.2mm ，取 d=4mm推杆的应力校核：= 24dnQ= 320Mpa=s15其中：一般中炭钢 s=32000 N/cm 2；合金结构钢 s=42000N/cm 25.5.2 侧向抽芯机构设计该塑件外形有一凹槽,在成型凹槽时需要设置侧向分型抽芯机构。本节主要讨论塑件左端面凹槽的成型情况，在确定向分型抽芯机构时选择斜导柱侧向分型与抽芯机构和弯销侧向分型与抽芯机构两种方案进行比较。斜导柱和弯销侧向分型与抽芯机构的工作原理相似，都有侧向滑块的导滑、注射时侧向型芯的锁紧和侧抽芯结束时侧滑块的定位三大设计要素 18。但是弯销侧向抽芯机构的弯销是矩形截面，其抗弯截面系数比圆形截面的斜导柱要大，因此可采用比斜导柱教大的倾斜角 a,所以在开模距相同的情况下可获得较大的抽芯距，且具有较大的起始抽芯力。本设计中两种结构都能满足成型工艺要求，模具复杂程度相似。本设计选用斜导柱抽芯机构进行设计。（1）斜顶一般采用 T8A 钢，淬硬到 HRC5055。（2）斜顶的尺寸选择按表所选。表 5.1 斜销的尺寸选择直径 d=12mm，D=17mm，H=10mm推板导向的组合形式：根据需要将推板导柱放于推板的三个角处，采用三根导柱导向，以提高导向精度和导向的平稳性，以免在推出塑件时对塑件质量造成影响。 （3）斜导柱的组合形式：斜导柱与导柱孔应保持 0.51mm 的间隙。（4）抽芯距的计算一般抽芯距 S 等于侧孔或侧凹深度加上 23mm 的余量。即：S= S 1+（23）mm=2+(23)mm=45mm（5）斜顶的角度斜顶的角度 与开模所需的力，斜顶所受的弯曲力，实际能得到的抽拔力及开模行程有关。 大时，所需的抽拔力应增大，因而斜顶所受的弯曲力也应增大，故希望 角度小些为好。但 角度小则使斜顶工作部分及开模行程加大，所以角度 的确定需要适当兼顾脱模距及斜导柱所受的弯曲力 19。根据实际经16验证明，斜度 值一般不得大于 25，通常采用 1520，由于此零件抽芯距较小，所以取 =15。（6）抽拔力的计算抽拔力的计算与脱模力相同，由于影响抽拔力的因素很多，如塑件的壁厚，塑件包容截面形状的大小，塑件的性能，成型工艺参数等。如要全面考虑这些因素较困难。在实际生产中只考虑主要因素，因此，可按简化公式计算：P1=CLq（ sinco） （5.5）式中：P 1斜导柱的抽拔力，N；C 侧型芯被包紧的截面周长，43mm。L 型芯被包紧部分的长度，1.25mm。摩擦系数，一般为 0.10.2； 侧抽芯的脱模斜度；q单位面积的积压力，一般为 812MPa。所以：P 1=CLq（ sinco）=431.25120.2 =161.25N（7）斜顶长度图 5.5 斜导柱尺寸L=L +L +L +L （5.6）1234= 01205(10)cos5inty =39+11.6+1.6+（510）式中：L斜顶的总长度； D斜顶固定部分大端直径；S抽拔距；h斜顶固定板厚度；d斜顶倾斜角。所以 L 取为 58mm。176 排气温控系统设计6.1 温控系统设计当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出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 20。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净,一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹） ，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其间隙为 0.030.05mm。基本原则：熔体热量 95%由冷却介质（水）带走，冷却时间占成型周期的2/3。6.2 注射模冷却系统设计原则（1）冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大、型腔表面的温度与冷却水道的数量、截面尺寸及冷却水的温度有关 21。（2）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但是当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。一般水道孔边至型腔表面的距离应大于 10mm，常用 1215mm.（3）浇口处加强冷却，当塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。（4）冷却水道出、入口温差应尽量小，如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。冷却水道的总长度的计算可公式：L=A/nd （6.1）其中：L冷却水道总长度；A热传导面积；18D冷却水道直径；d 冷却水通道直径；n模具上开设冷却通道孔数。（5）冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置，由于 PE 的收缩率大，水道应尽量沿着收缩方向设置。冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为10mm 左右，不小于 8mm。根据此套模具结构。6.3 冷却系统的结构设计中等深度的塑件，采用点浇口进料的中等深度的壳形塑件，在凹模底部与型腔表面采用等距离环型槽冷却的形式 22。具体如下图所示：图 6.1 冷却系统的结构图根据牛顿冷却定律，冷却介质从模具带走的热量为TaAQ （6.2）式中：a冷却管道孔壁与冷却介质间的传热系数，W/m 2K；A 冷却管道壁的传热面积，m 2；T模具温度与冷却介质温度之差值， K；冷却时间，s。由上式可知，当需传递热量 Q 不变时，可通过：（1）提高传热系数 a ，通过提高冷却介质的流速便可达到提高传热系数的目的；（2）提高模具与冷却介质间的温差；（3）增大冷却介质的传热面积 A，通过开设水管的尺寸尽可能大，数量尽可能多就可以增大传热面积。196.4 冷却水孔直径计算假设塑料在模内释放的热量全部由冷却水所带走，则模具冷却时间所需冷却水的体积流量可按下式计算：V= 33510.7821048760.2min/式中：V冷却水的体积流量 in/3m；G单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h） ；i 塑料成形时在模内释放的热含量（J/kg） ；C冷却水的比热容（J/kg.K） 查表得水为 4.187X103；冷却水的密度（kg/ 3） ；1t冷却水的出口温度（ c） ；2冷却水的进口温度（ ） 。所以根据冷却水的体积流量可以查表得：冷却水管的直径为 12mm6.5 求冷却水在水孔里的流速smdVv/1.60124.3732符合冷却水的最低流速要求。7 注射机与模具型腔型芯强度校核7.1 注射机的校核（1）最大注射量校核：由 度件公利 GK得： (7.1)7432.5.708， 符合要求。（2）注射压力的校核：由 MpaPMpaP101注公 ，符合要求。（3）注射速率的校核：由 注公 V，可以用螺杆转速来校核 min/20i/8min/14rrr。（4）锁模力的校核20由 分注损锁 APKF， (7.2)取 k=1.11.2，得 Mpa20注即 KN57.368412.150，符合要求。（5）模具闭合厚度校核：由 HminHHmax，得 150291300符合要求。（6）开模行程的校核：由 L 开 Lmax ，符合要求。7.2 型腔型芯的强度校核型腔实际侧壁厚： 863.512ct， 型腔底部实际厚度： 3.15ct因此符合要求。8 模具的装配、试模与维修8.1 模具的装配装配顺序：因为塑件的结构形状不能使型芯、型腔在合模后找正相对位置，所以要通过导柱、导套来确定。为准确安装，必须先安装导拄导套，以找型芯、型腔相对位置 23。8.2 模具装配的主要内容8.2.1 型芯装配将型芯压入固定板，在压入过程中，要注意校正型芯的垂直度和防止型芯切坏孔壁心及使固定板变形。压入后要在平面磨床上用等高垫铁支撑磨平底面。8.2.2 型腔的装配加工拼块的拼合面在热处理后要进行磨削加工，保证拼合后紧密无缝隙。拼块两端留余量，装配后同模板一起在平面磨床上磨平。拼块型腔在装配压入过程中，为防止拼块在压入方向上相互错位，可在压入端垫一块平垫板。通过平垫板将各拼块一起压入模板中。218.2.3 导柱、导套的装配为保证型芯与型腔的正确位置，以及其导向作用，动定模的导柱、导套孔的孔距精度应控制在 0.01mm 以内。必须用坐标镗床对动定模型板镗孔。将导柱、导套压入动、定模板后，要求保持导柱的垂直度，并使用启模和合模时导柱、导套间滑动自如。8.2.4 顶杆装配加工一般顶杆在模具中只起顶出塑件的作用，所以顶杆的到导向部分要确保顶杆动作灵活，防止顶杆活动间隙过大而渗料。导向部分的配合一般采用 87Hh或 。顶杆与顶杆固定板的装配间隙为 0.5mm 所以顶杆固定孔可采用引钻孔的方法进行加工。8.2.5 浇口套的装配加工浇口套与定模板的装配，采用基孔制配合，浇口套和模板孔的定位台肩应紧密贴实。装配后浇口套要高出模板平面 0.02mm。 （为了达到以上要求，浇口套的压入外表面不允许设置导入斜度。 ）压入端要磨成小圆角，以免压入时坏模板孔壁。同时压入的轴向尺寸应留有去圆角的修磨余量 H。8.3 装配顺序装配前按图检验主要工作零件及其他零件的尺寸；加工导柱、导套孔，用螺钉将浇道板、型腔板叠合在一起，使分模面紧密接触并夹紧，镗导柱、导套孔，在孔内压入定位销后，加工侧面的垂直基准。再加工定模和推板，压入导柱、导套。装配型芯；通过型芯引钻型芯固定板的推孔；再通过型芯固定板引钻推杆固定板上加工限位镙钉孔；组装动模固定板和支撑板 24