双盖注塑模具设计说明书

摘 要本课题主要是针对塑料盖的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是塑料盖注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产盒盖塑件产品，以实现自动化提高产量。关键词：塑料盖；注塑模；模具结构；浇注系统；注塑机ABSTRACTThis topic mainly aimed at the mold design of plastic lid. Through the analysis and comparison of the plastic product , the plastic injection mold was designed. This topic came from the technology capability of product, the structure of the mold embarks, the gating system, the injection molding system and the related parameter examination, the mold took shape the partial structures, the against system, the cooling system ,the injection molding machine all had the detailed design, at the same time , the processing craft of the mold were simply established. Through the entire process of the design indicated this mold can achieve the processing craft which the plastic lid requested.Key words： plastic lid；plastic injection mold；the structure of the mold embarks;gating systerm; injection molding machine目 录前言 .11 塑件成型的工艺性分析 .41.1 塑件的分析 .41.2 PP 的性能分析 .41.3 聚丙烯的成型工艺 .42 注射机的型号和规格选择及校核 .62.1 注射机的选用 .62.2 注射压力的校核 .72.3 锁模力的校核 .73 分型面的选择 .83.1 分型面的形式 .83.2 分型面的选择原则 .83.3 水平分型面的选择 .84 型腔数目的决定及排布 .94.1 型腔数目的确定： .94.2 多型腔的排列： .94.3 模具结构的初步确定 .95 浇注系统的设计 .105.1 主流道设计： .105.2 分流道的设计 .115.3 浇口的设计： .135.4 校核主流道的剪切速率 .135.5 冷料穴的设计 .136 成型零件的工作尺寸计算 .146.1 凹模的结构形式 .146.2 凸模的结构设计 .146.3 成型零件的工作尺寸计算 .156.3.1 凹模径向尺寸计算 .156.3.2 凹模深度尺寸的计算 .166.3.3 型芯径向尺寸计算 .166.3.4 型芯高度尺寸的计算 .176.3.5 型腔的壁厚和底板厚度的计算 .177 模架的确定 .187.1 各模板尺寸的确定 .188 导柱导向机构的设计 .199 脱模推出机构的设计 .209.1 脱模力的计算 .209.2 推出方式的确定 .209.3 脱模机构的设计原则 .2010 温度调节系统的设计 .2110.1 冷却系统设计 .2110.2 冷却时间的确定 .2110.3 冷却系统设计原则 .2110.4 冷却系统的计算 .2211 模具安装 .23设计总结 .24参考文献 .25致 谢 .261前言模具被称为工业产品之母。所以工业的高速发展也离不开模具工业的不断进步。中国模具巿场规模巨大，随着国内模具工业高速发展，技术也获得了较大的飞跃，但是，仍然面对高档模具以进口为主的尴尬局面。提升技术实力，乃是中国模具工业发展的前途所在。随着冲压金属制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业的广泛应用，对冷冲压模具的需求日益增加，冲压模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。因此我选择了模具设计的课题，即设计一副能够生产所给空气滤清器壳的模具，并且结构合理、能保证制品的精度、表面质量。在设计中能熟练使用PRO/E 、AUTOCAD 等机械、模具相关绘图软件。 1、 国内方面发展情况模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。中国经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。近 10 年来，中国模具工业一直以每年 15%左右的增长速度快速发展。但与发达国家相比，中国模具工业无论在技术上，还是在管理上，都存在较大差距。特别在大型、精密、复杂、长寿命模具技术上，差距尤为明显。中国每年需要大量进口此类模具，在模具产品结构上，中低档模具相对过剩，市场竞争加剧价格偏低，降低了许多模具企业的效益。而中高档模具能力不足，模具的开发能力较弱，技术人才严重不足，科研开发和技术攻关投入少等一系列问题，严重制约了中国模具行业的发展。 由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展，市场广阔，产销两旺。2003 年我国模具产值达到 450 亿元人民币以上，约折合 50 多亿美元，按模具总量排名，中国紧随日本、美国其后，位居世界第三。中国模具已涵盖了各种用于金属和非金属成形的特殊装备，被分为 10 大类、46 小类。1996 年至 2002 年间，中国模具制造业的产值年平均增长 14%左右，2003 年增长 25%左右，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在 25%以上。近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。2003 年模具出口 3.368 亿美元，比上年增长在 33.5%，形势喜人。 总的来看，我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应国民经济发展的需要，精密、复杂的2冲压模具和塑料模具、轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。 近五年来，我国平均每年进口模具约 11.2 亿美元，2003 年就进口了近13.7 亿美元的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。中国现有模具企业超过 2 万家，从业人数 50 多万人。中国的模具生产目前主要集中在华南和华东，大约占了全国模具制造业产值和销售额的三分之二，每年平均增长在 20%左右。 2、国外方面发展情况我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全” 、“小而全”的组织形式，而国外大多是 “小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。2004 年，模具进出口之比为 3.71，进出口相抵后的净进口额达 13.2 亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。3、未来塑料模具制造技术发展趋势（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。（2）在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM 软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 （3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。3 （4） 开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 （5） 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。（6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。(7)研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。41 塑件成型的工艺性分析本产品主要用于小玩具，它要求质量轻、成本低廉、能大规模的生产、无毒，下列为其图样图 1 零件图1.1 塑件的分析本塑件结构比较简单，生产批量为大批量，根据性能要求，这里选择塑件材料为 PP,塑件的公差按模具设计要求进行转换。1.2 PP 的性能分析1.结晶料，湿性小，易发生融体破裂，长期与热金 属 接触易分解。 2.流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔.凹痕，变形。 3.冷 却 速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低温高压时容易取向，模具温度低于 50 度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90 度以上易发生翘曲变形。 4.塑 料 壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。1.3 聚丙烯的成型工艺注塑机选用：对注塑机的选用没有特殊要求。由于 PP 具有高结晶性。需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。锁模力一般按 3800t/m2 来确定，注射量 20%-85%即可。 干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。 熔化温度：PP 的熔点为 160-175，分解温度为 350，但在注射加工时温度设定不能超过 275。熔融段温度最好在 240。 5模具温度：模具温度 50-90，对于尺寸要求较高的用高模温。型芯温度比型腔温度低 5以上。 注射压力：采用较高注射压力（1500-1800bar）和保压压力（约为注射压力的 80%）。大概在全行程的 95%时转保压，用较长的保压时间。 注射速度：为减少内应力及变形，应选择高速注射，但有些等级的 PP 和模具不适用（出现气泡、气纹）。如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。 流道和浇口：流道直径 4-7mm，针形浇口长度 1-1.5mm，直径可小至0.7mm。边形浇口长度越短越好，约为 0.7mm，深度为壁厚的一半，宽度为壁厚的两倍，并随模腔内的熔流长度逐肯增加。模具必须有良好的排气性，模具排气孔深度为 0.025mm-0.038mm，厚 1.5mm，要避免收缩痕，就要用大而圆的注口及圆形流道，加强筋的厚度要小（例如是壁厚的 50-60%）。均聚 PP 制造的产品，厚度不能超过 3mm，否则会有气泡（厚壁制品只能用共聚 PP）。 熔胶背压：可用 5bar 熔胶背压，色粉料的背压可适当调高。 制品的后处理：为防止后结晶产生的收缩变形，制品一般需经热水浸泡处理。62 注射机的型号和规格选择及校核注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。从模具设计角度考虑，需要了解注射机的主要技术规范。在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标明的技术规范，。因为即使同一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。2.1 注射机的选用选用注射机时，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。经过初步计算塑件体积：V 塑 =9.9 3由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以依据经验按照塑件体积的 0.2 倍1 倍来估算。由于本次设计采用的流到简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的 0.3 倍来估算，故一次注入模具型腔的塑料熔体的总体积为V 总 =1.3n V 塑 =1.349.9=51.483（1）根据一次注入模具型腔的塑料总体积，由 V 公 = V 总0.8=51.480.8=64.35 3根据以上计算，初步选择公称注塑量为 125 3，注塑机选择为 XS-ZY-125 型号的注射成型机，其主要技术参数如表 1表 1 XS-ZY-125 型号的注射成型机技术参数项目 技术参数 项目 技术参数螺杆直径/mm 42 拉杆间距 /mm 260360理论容量（cm 3） 125 最大模具厚度/mm 300塑化能力（g/s） 16.8 最小模具厚度/mm 200额定注射压力/Mpa 150 顶杆根数 1锁模力/KN 900 定位孔直径/mm 125开模行程/mm 300 喷嘴球半径 SR/mm 12螺杆转速(r/min) 0200 喷嘴孔直径/mm 472.2 注射压力的校核该项工作是效核所选注射机的公称压力 P 能否满足塑件所成型时需要的注射压力 P0，其值一般为 70100MPa， 这里取 P0=100MPa，公称注塑压力P=150MPa,注射压力安全系数 k1=1.25-1.4,这里取 k1=1.3k1 P0=1.3100=130MPa K F 胀 F 胀= A 分 P 型（2）F 锁注射机的额定锁模力（N） ； P 分模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa） ；一般为注射压力的 0.30.65倍，通常取 2040MPa。我们这里选 P 型=30MPa。K 为锁模力安全系数。A 分塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和（mm 2）取 A 浇=0.2A 塑A 分=n(A 浇+A 塑)=41.2A 塑=11424 mm 2，由公式（2）得F 胀= 1142430=342.72KNF 锁=900KN，锁模力安全系数 k 为 1.1-1.2，这里取 1.2，则 1.2F 胀=411.26410, 所以可将该主型芯视为薄壁塑件。根据参考资料脱模力计算公式为：F=10faE(Tf-Tj)th （10）式中 f 为脱模系数取 0.5，a 为塑料的线膨胀系数值为 9.810-5/，E 为脱模温度下塑料的抗拉弹性模量取 1.5103MPa，Tf 为塑料的软化温度取 110,Tj 脱模时塑件温度取 60，h 为型芯脱模方向高度为 17mm,由公式(10)得F1=630N(2) 2R14 小型芯脱模力，因为 R/t=1410,同理由公式（10）得F2=1260N(3) 总脱模力 F=F1+F2=1890N9.2 推出方式的确定（1）采用推杆推出设 6mm 的圆推杆 4 根，推出面积 A 杆=(d 2/4) 4=113mm2。推杆推出应力为 F/A 杆=16.7MPa，查表得许用应力为 12 MPa，应力偏大，不用推杆推出。（2）采用推件板推出推件板推出面积 A 板=6834-66 32=20mm2推件板推出应力为 1890/200=9.45 MPa 12 MPa 合格所以采用推件板推出，由于采用侧浇口，充模时容易形成封闭式气囊，因此在每个型芯上设置 1 根直径为 6mm 的推杆，以供排气，另外推出更加平稳。9.3 脱模机构的设计原则设计脱模机构时，应遵循以下原则：（1）结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度。（2）保证塑件不变形、不损坏。（3）保证塑件外观良好。（4）尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱21模动作。10 温度调节系统的设计10.1 冷却系统设计塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。一般注射模内的塑料熔体温度为 200左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在 60以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性比较好的塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等，当塑件是小型薄壁时，如我们的塑件，则模具可简单进行冷却或者可利用自然冷却不设冷却系统；当塑件是大型的制品时，则需要对模具进行人工冷却。10.2 冷却时间的确定在注射过程中，塑件的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间。这一时间标准常以制品已充分固化定型而且具有一定的强度和刚度为准，这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的80%。因为我们所需要的塑件比较薄，固用此公式：（11）4ln2Tmesst式中，a 塑料热扩散系数 （m 2/s） ； S 制品壁厚 （mm） ；现我们根据已知条件知道 PP 的 TS=260，TM=60，TE=100，而塑件的厚度为 1mm，由公式（11）得t =4.5 S10.3 冷却系统设计原则、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡、冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。、浇口处加强冷却。、应降低进水与出水的温差。22、合理选择冷却水道的形式。、合理确定冷却水管接头位置。、冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。、冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。10.4 冷却系统的计算注射周期=t 注 +t 冷+t 脱=1.6+4.5+7.5=13.6S，每小时注射次数 N=264 次。设 PP 塑料的密度 =0.92 (g/cm 3)，且流量为 125 ，Qs=590(KJ/KG)。3cm现有公式可得：Q = N G Qs （12）式中，Qs 塑料熔体的单位热流量N 每小时的注射次数 G 制品包括浇注系统在内的质量（Kg） G = nG 件= 4 0.92 9.9 0 = 36 （g）由公式（12）得 Q = 5607（KJ）设冷却水道入水口的水温为 22,出水口的温度为 26，算出冷却水的体积流量为 5.5810-3m3/min。根据参考资料冷却水的流量为湍流状态，最低流速为 1.66m/s.取冷却水道的直径为 8mm。成型零件的冷却水道开设如图 13 所示。图 13 成型零件冷却水道形式2311 模具安装（1）、清理模板平面定位孔及模具安装表面上的污物、毛刺；（2）、因模具的外形尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面的两根导轨上垫好板，模具从侧面进入机架间，定模入定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平稳，灵活，无卡住现象，然后固定动模；（3）、调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当；（4）、慢速