塑料模具毕业设计说明书范本.doc

I 42 目 录 1 绪 论 1 1 1 我国模具技术的现状及今后发展趋势 1 1 2 注射成型原理 1 2 塑件的工艺性分析 3 2 1 塑件材料选择 3 2 2 ABS 概述 4 2 2 1 ABS 塑料的主要优点 4 2 2 2 ABS 塑料的主要缺点 4 2 3 塑件形状分析 5 3 注塑工艺性的分析 6 3 1 计算塑件的体积 6 3 2 注塑机的初步选择 6 3 3 塑件塑料的注射工艺参数 7 3 4 填写塑件工艺卡 7 4 模具设计 10 4 1 分型面的设计 10 4 2 型腔数的确定 11 4 3 浇注系统的设计 11 4 3 1 浇口位置的分析 11 4 3 2 主流道设计 12 4 3 3 点浇口下浇口套设计 14 4 3 4 浇口套与定位圈的固定形式 15 5 温度调节系统的设计 16 5 1 冷却系统的设计 17 5 2 冷却管道传热面积及管道数目的计算 18 5 3 冷却系统标准件 19 5 3 1 快速管接头 19 5 3 2 密封圈 19 II 42 5 3 3 铜塞 20 5 4 排气系统 20 5 4 1 排气不良的危害 20 5 4 2 排气槽的排气方法 20 5 4 3 排气槽位置 20 6 注射模成型部件设计 22 6 1 型芯型腔的尺寸设计 22 6 2 型芯型腔的计算 22 6 3 大滑块侧抽机构的设计 23 6 3 1 大滑块斜导柱结构设计 23 6 3 2 大滑块斜导柱抽芯距 24 6 3 3 大滑块斜导柱机构的滑块与导滑槽设计 25 6 4 小滑块侧抽机构的设计 27 6 4 1 小滑块斜导柱结构设计 27 6 4 2 小滑块斜导柱抽芯距 28 6 4 3 小滑块斜导柱机构的滑块与导滑槽设计 29 6 5 嵌入式小型芯 31 7 推出机构设计 33 7 1 脱模力的计算 33 7 2 脱模机构尺寸计算及其配合公差 33 8 导柱和导套 34 9 注射机有关参数的校核 35 9 1 模具闭合高度的确定 35 9 2 模具安装部分的校核 35 9 3 模具开模行程校核 35 10 模架尺寸设计 36 11 模具的装配 37 12 模具的工作原理及特点 38 结 论 39 参考文献 40 1 42 1 绪 论 1 1 我国模具技术的现状及今后发展趋势 20 世纪 80 年代开始 发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来 并发展 成为独立的工业部门 其产值已超过机床工业的产值 改革开放以来 我国的模具工 业发展也十分迅速 近年来 每年都以 15 的增长速度快速发展 许多模具企业十分 重视技术发展 加大了用于技术进步的投入力度 将技术进步作为企业发展的重要动 力 此外 许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发 模具行业的快 速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因 今后 我国要发展成为世界制造 强国 仍将依赖于模具工业的快速发展 成为模具制造强国 中国塑料模工业从起步到现在 历经了半个多世纪 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 约 122cm 大屏幕彩电塑壳注射模具 精 密塑料模方面 以能生产照相机塑料件模具 多形腔小模数齿轮模具及塑封模具 经 过多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技术 模具的电加工和数控加工技术 快速成型 与快速制模技术 新型模具材料等方面取得了显著进步 在提高模具质量和缩短模具 设计制造周期等方面作出了贡献 尽管我国模具工业有了长足的进步 部分模具已达到国际先进水平 但无论是数 量还是质量仍满足不了国内市场的需要 每年仍需进口 10 多亿美元的各类大型 精密 复杂模具 与发达国家的模具工业相比 在模具技术上仍有不小的差距 今后 我国 模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新 以缩小与国际先进水平的距离 1 注重开发大型 精密 复杂模具 随着我国轿车 家电等工业的快速发展 成型 零件的大型化和精密化要求越来越高 模具也将日趋大型化和精密化 2 加强模具标准件的应用 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期 降低模具制 造成本而且能提高模具的制造质量 因此 模具标准件的应用必将日渐广泛 3 推广 CAD CAM CAE 技术 模具 CAD CAM CAE 技术是模具技术发展的一个重要里程 碑 实践证明 模具 CAD CAM CAE 技术是模具设计制造的发展方向 可显著地提高模 具设计制造水平 4 重视快速模具制造技术 缩短模具制造周期 随着先进制造技术的不断出现 模 具的制造水平也在不断地提高 基于快速成形的快速制模技术 高速铣削加工技术 以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用 1 2 注射成型原理 注射模又称注塑模 注射成型是根据金属压铸成型原理发展起来的 首先将颗 粒或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中 经过加热熔融成粘流态 然后在柱塞或 2 42 螺秆的推动下 以一定的流速通过料筒前端的喷嘴或模具的浇注系统注射入闭合的模 具行腔中 经过一定时间后 塑料在模内硬化定型 接着打开模具 从模内脱出成型 的塑件 注射模主要用于热塑性塑料的成型 注射成型原理 首先注射机的合模机构带动模具的活动部分从左向右移动 最终 与模具的固定部分闭合 然后注射机的柱塞 螺杆 将由料斗中落入料筒里的粒料或 粉料向前推进 与此同时 料筒中已经熔融成黏流态的塑料 在柱塞 螺杆 的高度 和高压的推动下 通过料筒前端的喷嘴和模具浇注系统以较高的速度注入已经闭合的 模具型腔中 充满型腔的通体在受压情况下 经冷却固化而保持型腔所赋予的形状 最后 柱塞 螺杆 复位 料斗中的料又落入料筒 注射机的合模机构带动模具的动 模部分向左运动而打开模具 模具的推出机构将塑件推出模具 至此完成一个成型周 期 如此周而复始的进行注射成型 3 42 2 塑件的工艺性分析 塑件的工艺性分析包括 塑件的原材料分析 塑件的尺寸精度分析 塑件表面质量和塑件的工 艺性分析 2 1 塑件材料选择 通常 选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求 以及原材 料厂家提供的材料性能数据 对于常温工作状态下的结构件来说 要考虑的主要是材 料的力学性能 如屈服应力 弹性模量 弯曲强度 表面硬度等 其次才是成型难易 和经济性问题 以下是对几种常用塑料材料的性能对比 如表2 1所示 表 2 1 三种材料性能参数表 ABSPS尼龙 密 度1 02 1 051 04 1 061 18 1 20 收 缩 率0 3 0 80 6 0 80 8 2 5 熔 点130 160131 165220 240 热变形温度 45N cm 65 9865 90132 138 模具温度60 8040 6085 120 喷嘴温度180 190160 170250 300 中段温度180 230170 190270 320 后段温度150 170140 160250 270 注射压力60 10060 10050 110 拉伸强度33 4935 6360 66 拉伸弹性模量1 82 8 3 52 3 弯曲强度8061 98105 113 弯曲弹性模量1 4 1 54 压缩强度18 3980 11285 缺口冲击强度11 200 25 0 40不断 硬 度R62 86洛氏 M65 8011 7HB 体积电阻率10161017 10191015 介电常数60Hz2 4 5 0106 Hz 2 760Hz3 0 外 观浅象牙色或白色 不透明 无色透明 摔打 音清脆 透明微黄 4 42 特 点 耐热 表面硬度 高 尺寸稳定 耐化学及电性能 好 易加工 可 镀铬 耐水 耐化学品 绝缘性好 不耐 冲击不耐温 透明度高 硬而韧 高 抗冲 尺寸稳定性优电 绝缘性和耐热性好 耐 开裂耐药品性差 材料最终选定为 ABS 2 2 ABS 概述 ABS Acrylonitrile Butadiene Styrene 俗称超不碎胶 是一种高强度改性 PS 由 丙烯腈 丁二烯和苯乙烯三种组元以一定的比例共聚而成 化学结构式为 图 2 1 三元结构的 ABS 兼具各组分的多种固有特性 丙烯腈能使制品有较高的强度和表 面硬度 提高耐化学腐蚀性和耐热性 丁二烯使聚合物有一定的柔顺性 使制件在低 温下具有一定的韧性和弹性 较高的冲击强度而不易脆折 苯乙烯使分子链保持刚性 使材质坚硬 带光泽 保留了良好的电性能和热流动性 易于加工成型和染色 ABS 本色为浅象牙色 不透明 无毒无味 属于无定形塑料 粘度适中 它的熔 体流动性和温度 压力都有关系 其中压力的影响要大一些 属于减敏性塑料 2 2 1 ABS 塑料的主要优点 综合性能比较好 机械强度高 抗冲击能力强 低温时也不会迅速下降 缺口敏 感性较好 抗蠕变性好 温度升高时也不会迅速下降 有一定的表面硬度 抗抓伤 耐磨性好 摩擦系数低 电气性能好 受温度 湿度 频率变化影响小 耐低温达 40 耐酸 碱 盐 油 水 可以用涂漆 印刷 电镀等方法对制品进行表面装饰 较小的收缩率 较宽的成型工艺范围 2 2 2 ABS 塑料的主要缺点 不耐有机溶剂 会被溶胀 也会被极性溶剂所溶解 耐候性较差 特别是耐紫外 线性能不好 耐热性不够好 普通 ABS 的热变形温度仅为 95 98 综上所述 ABS 是一类较理想的工程塑料 为各行业所广为采用 航空 造船 机械 电气 纺织 汽车 建筑等制造业都将 ABS 作为首选非金属材料 其综合性能优异 具有较高的力学性能 流动性好 易于成型 成型收缩率小 理论计算收缩率为 0 5 溢料值为 0 04 mm 比热容较低 在模具中凝固较快 模 CHCH2 2 CHCH x x C C2 2H H3 3 C C2 2H H3 3 y y CHCH2 2 CHCH z z n n CN 5 42 塑周期短 制件尺寸稳定 表面光亮 2 3 塑件形状分析 塑件的造型如图 1 1 图 2 2 1 从图纸上分析 该塑件的外形对称 壁厚均匀 且符合最小壁厚要求 2 该塑件需用三个侧抽型和两个斜顶杆 以便于塑件的取出 3 该塑件的未注公差按 MT5 级公差要求 结论结论 该塑件可采用注射成型加工 且加工性能较好 但成型以后需要设置侧抽芯机构才能 将塑件顺利脱出 6 42 3 注塑工艺性的分析 3 1 计算塑件的体积 估算塑件体积和质量 该产品材料为 ABS 查书本得知其密度为 1 13 1 14g 收缩率为 计算其平 3 cm 均密度为 1 135 g 平均收缩率为 0 6 3 cm 使用 UGNX 软件画出三维实体图 软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的 体积 另预置浇道凝料为 因此估算塑件体积为 3 30cm 3 138cm 由于该塑件选择一模一腔的方式 因此估算出需要塑料的体积为 3 170cm 3 2 注塑机的初步选择 注塑机的主要参数有公称注射量 注射压力 注射速度 塑化能力 锁模力 合 模装置的基本尺寸 开合模速度 空循环时间等 这些参数是设计 制造 购买和使 用注塑机的主要依据 1 公称注塑量 指在对空注射的情况下 注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时 注射装置所能达到的最大注射量 反映了注塑机的加工能力 2 注射压力 为了克服熔料流经喷嘴 浇道和型腔时的流动阻力 螺杆 或柱塞 对 熔料必须施加足够的压力 我们将这种压力称为注射压力 3 注射速率 为了使熔料及时充满型腔 除了必须有足够的注射压力外 熔料还必 须有一定的流动速率 描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度 塑件成型所需的注射总量应小于所选注塑机的注射容量 注射容量以容积 表 3 cm 示时 塑件体积 包括浇注系统 应小于注塑机的注塑容量 其关系是 3 1 3 2 式中 塑件与浇注系统的体积 V件 3 cm 注射机注射容量 V注 3 cm 0 8 最大注射容量利用系数 根据塑件的原材料分析 查相关手册得知该塑件的原材料所需的注射压力为 60 100 由于塑件的尺寸较大 型芯较多 所以选择较大的注射压力 模具所需Mpa 90MpaP 成 0 8VV 注件 0 8 V V 件 注 3 170 212 5cm 0 8 7 42 的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力 其关系按下式 3 3 PP 注成 90paPM 注 式中 塑件成型是所需的压力 P 成 Mpa 所选注射机的额定注射压力 P 注 Mpa 模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力 其关系式如下 3 4 P FP 腔锁 90 25560 2300400N 2300 4kNP 式中 模具型腔压力 取 90MPaP 腔 F F 塑件与浇注系统在分型面上的投影面积 3 mm 注射机额定锁模力 N P 锁 再根据塑件形状及尺寸采用一模一腔的模具结构 由以上数据 相关资料初选螺杆式注 塑机 XS ZY 500 它的注射容量为 500 注塑压力为 145 锁模力为 3500 均 3 cmMpakN 满足以上条件 3 3 塑件塑料的注射工艺参数 表 3 1 ABS 注射成型工艺参数见下表 试模时 可根据实际情况作适当调整 3 4 填写塑件工艺卡 对塑件使用 moldflow2010 进行模流分析 参数如下 1 材料使用 ABS 工程塑料 2 使用 XS ZY 500 注塑机 工艺参数 规格 工艺参数 规格 温度 t 80 95注射时间 0 5预热和干燥 时间 h 4 5 保压时间 15 30 后段 150 170冷却时间 15 30 中段 165 180 成型时间 s 总周期 40 70 料筒温度 t 前段 180 200 螺杆转速n 1 minr 30 60 喷嘴温度 t 170 180 方法 红外线灯 烘 箱 模具温度 t 50 80 温度 t 70 注射压力 p Mpa60 100 后处理 时间 h 2 4 8 42 分析后得到注塑填充的时间如图 3 1 所示 图 3 1 该塑件所需的填充时间为 2 186s 塑件的冷却时间如图 3 2 图 3 2 塑件所需的冷却时间为 121 8s 填写成型工艺卡片 9 42 表 3 2 多旋钮控制器面板工艺卡片 零件名称 多旋钮控制器面板材料牌号 ABS 设备型号 XS ZY 500 装配图号 材料定额 每模件数 1 件 零件图号 09403070119 17 单件质量 241 2g 工装号 设备 温度 80 85 材料干燥 时间 h 2 3 后段 150 170 中段 165 180 前段 180 200 料筒温度 喷嘴 170 180 模具温度 50 80 注射 s 2 186 时间 冷却与保压 s121 8 压力注射压力 Mpa 49 97 温度 烘箱 70辅助 min 0 5 后处理 时间 h 2 4 时间定额 单件 min 2 4 10 42 4 模具设计 注射模结构设计主要包括 分型面的选择 模具型腔数目的确定及型腔的排列 浇注系统设计 型芯 型腔结构的确定 推件方式 侧抽芯机构的设计 模具结构零 件设计等内容 4 1 分型面的设计 为了将塑件和浇注系统凝料等从密闭的模具取出 以及为了安放嵌件 将模具适 时地分成两个或若干个组成部分 这些可以分离部分地接触面 统称分型面 从分型面地数目来看 单分型面 双分型面 多分型面 从分型面形状来看 平面 斜面 阶梯面 曲面 从分型面地开模方式来看 平行于开模方向 垂直与开模方向 与开模方向呈一斜 角 模具设计中分型面的选择很关键 它决定了模具的结构 应根据分型面选择原则和 塑件的成型要求来选择分型面 选择模具的分型面时应考虑以下基本原则 1 分型面的选择应有利于脱模 2 分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求 3 分型面的选择应有利于成型零件的加工制造 4 分型面应有利于侧向抽芯 5 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 6 便于塑件脱模 尽量使塑件开模时留在动模一边 7 对成型面积的影响 该塑件的分型面如图所示 图 4 1 11 42 4 2 型腔数的确定 一模具两件的布局将使抽芯机构变得复杂 所以不采用该方案 选择方案如下 采用一模一腔的方式 生产效率偏低 但也能适应中小批量的生产要求 料流比较顺 畅 流程较短 零件质量较好 经过分析采用一模一腔 如图 4 2 所示 图 4 2 4 3 浇注系统的设计 4 3 1 浇口位置的分析 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种 我们将采用限制性浇口 限制性浇口一方面 通过截面积的突然变化 使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度 提高剪切速 率 使其成为理想的流动状态 迅速面均衡地充满型腔 另一方面改善塑料熔体进入 型腔时的流动特性 调节浇口尺寸 可使多型腔同时充满 可控制填充时间 冷却时 间及塑件表面质量 同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流 并便于浇口凝料与塑件 分离的作用 b 浇口位置 模具设计时 浇口的位置及尺寸要求比较严格 初步试模后还需进一步修改浇口尺寸 无论采用何种浇口 其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大 因此合理选择浇口 的开设位置是提高质量的重要环节 同时浇口位置的不同还影响模具结构 总之要使 塑件具有良好的性能与外表 一定要认真考虑浇口位置的选择 通常要考虑以下几项 原则 1 尽量缩短流动距离 12 42 2 浇口应开设在塑件壁厚最大处 3 必须尽量减少熔接痕 4 应有利于型腔中气体排出 5 考虑分子定向影响 6 避免产生喷射和蠕动 7 浇口处避免弯曲和受冲击载荷 8 注意对外观质量的影响 该塑件的浇口位置通过 moldflow 分析 结果如下图 4 3 所示 图 4 3 根据分析结果可以知道设置浇口的最佳位置 最佳的浇口位置就位于蓝色的区域 该区域就是最佳的浇口位置 4 3 2 主流道设计 模具的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的流动动通道 它 可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类型 此次设计当中主要涉及到普通 流道的浇注系统 普通流道浇注系统由主流道 分流道 冷料井和浇口组成 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体 的流动通道 是熔体最先流经模具的部分 它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和 充模时间有较大的影响 因此 必须使熔体的温度降和压力损失最小 根据手册查得 XS ZY 500 型注射机喷嘴的有关尺寸 喷嘴球半径 R 18mm 喷嘴孔直径 d 7 5mm a 主流道尺寸 13 42 主流道通常设计在浇口套中 为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出 主流道设计 成圆锥形 其锥角为 流道表面粗糙度 小端直径比注射机喷嘴 2 6 0 8Ram 直径大 0 5 1 现取锥角 4 小端直径比喷嘴直径大 1 浇口套一般采mm mmmm 用碳素工具钢材料制造 热处理淬火硬度 50 55HRC 由于小端的前面是球面 其深度 为 现取为 3 注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合 因此要3 5mmmm 求主流道球面半径比喷嘴球面半径大 浇口套与模板间配合采用的过1 2mm7 6Hm 渡配合 主流道是一端与注射机喷嘴相接触 另一端与 分流道相连的一段带有锥度的流动通道 由于 注射机的喷嘴球半径为R 18 浇口套的为mm 球面半径R 19 小端直径 8 双边角mmmm 度 因此主流道小端尺寸为 8 1omm b 主流道浇口套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触 属 易损件 对材料要求较严 因而模具主流道部 分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式 以 便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理 常用浇口套分为浇口套 定位圈整体式和浇口 套与定位圈单独分开两种 d 浇口小端直径 d nk 4 A 式中 n 为塑料类型常数 ABS PC 共混塑料 n 取 0 8 k 为系数 为制品壁厚的函数 k 0 206 S S 为产品壁厚 图 4 4 A 为型腔表面积 通过计算最终得到浇口的尺寸及浇口和产品的位置 关系如图 4 4 所示 C 主流道定位圈的固定 因为采用的为分开式 所以用定位圈配合固定在模具的面板上 定位圈是保证模具和注塑机准确定位的零件属于标准件 可以直接购买 定位圈 的结构以及相关参数都和注塑机密切联系 本次设计中模具定位圈的结构如图 4 2 4 所 示 定位圈选择型号为 LRB100 外径为 内径为 厚度 15 使用螺100mm 35mm 钉 如图 4 5 所示 M6 14 42 图 4 5 4 3 3 点浇口下浇口套设计 由于该模具采用点浇口的方式 因此需要加入一块中间板 在分模前先将浇道中 的凝料与塑件脱离 然后分模 点浇口的优点 熔融塑料流通过浇口时流速增高 加上摩擦力的作用 塑料流的 温度升高 这样 能获得外形清晰 表面光泽的塑件 开模后点浇口可自动拉断 有利于自动化操作 去除浇口以后 塑件上留下的痕迹不明显 不影响塑件表面的美 观 确定浇口的位置很灵活 下浇口套下端直径为 1mm 下浇口套 中间板等结构如图 4 6 所示 图 4 6 15 42 4 3 4 浇口套与定位圈的固定形式 为保证浇口套和注塑机喷嘴准确对位 定位圈和浇口套必须满足一定的配合要求 并且定位圈必须压紧浇口套 浇口套与模板之间的配合采用的过渡配合 浇口套与定7 6Hm 位圈之间采用的间隙配合 9 9Hf 图 4 7 是他们的固定和配合形式 图 4 7 16 42 5 温度调节系统的设计 在注射成型过程中 模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率 翘曲变形 耐应 力开裂性和表面质量等 并且对生产效率起到决定性的作用 在注射过程中 冷却时 间占注射成型周期的约 80 然而 由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同 模具温 度的要求有尽相同 因此 对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑 件的质量和成本 模具温度直接影响到塑料的充模 塑件的定型 模塑的周期和塑件 质量 而模具温度的高低取决于塑料结晶性 塑件尺寸与结构 性能要求以及其它工 艺条件如熔料温度 注射速度 注射压力 模塑周期等 影响注射模冷却的因素很多 如塑件的形状和分型面的设计 冷却介质的种类 温度 流速 冷却管道的几何参数 及空间布置 模具材料 熔体温度 塑件要求的顶出温度和模具温度 塑件和模具间 的热循环交互作用等 1 低的模具温度可降低塑件的收缩率 2 模具温度均匀 冷却时间短 注射速度快 可降低塑件的翘曲变形 对结晶性聚合物 提高模具温度可使塑件尺寸稳定 避免后结晶现象 但是将导致成 型周期延长和塑件发脆的缺陷 3 随着结晶型聚合物的结晶度的提高 塑件的耐应力开裂性降低 因此降低模具 温度是有利的 但对于高粘度的无定型聚合物 由于其耐应力开裂性与塑料的内应力 直接相关 因此提高模具温度和充模 减少补料时间是有利的 4 提高模具温度可以改善塑件的表面质量 在注射成形过程中 模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率 根据塑料 的要求 注射到模具内的塑料温度为 2000C 左右 而从模具中取出塑件的温度约为 600C 温度降低是由于模具通入冷却水 将温度带走了 普通的模具通入常温的水进 行冷却 通过调节水的流量就可以调节模具的温度 因闹钟后盖使用的塑料是 ABS 要求模温高 若模具温度过低则会影响塑料的流动 性 增加剪切阻力 使塑件的内应力较大 甚至还出现冷流痕 银丝 注不满等缺陷 因此在注射开始时 为防止填充不足 充入温水或者模具加热 总之 要做到优质 高效率生产 模具必须进行温度调节 对温度调节系统的要求 1 确定加热或是冷却 2 模温均一 塑件各部分同时冷却 3 采用低的模温 快速且大量通冷却水 17 42 温度调节系统应尽量结构简单 加工容易 成本低谦 5 1 冷却系统的设计 根据模具冷却系统设计原则 冷却水孔数量尽量多 尺寸尽量大的原则可知 冷却 水孔数量大于或等于 3 根都是可行的 这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度 差的原则 根据书上的经验值取 7 根 冷却水口口径为 8mm 另外 为了提高冷却系统的效率和使型腔表面温度分布均匀 在冷却系统的设计 中应遵守如下原则 1 在设计时冷却系统应先于推出机构 也就是说 不要在推出机构设计完成后才考 虑冷却回路的布置 而应尽早将冷却方式和冷却回路的位置确 定下来 以便能得到 较好的冷却效果 将该点作为首要设计原则提出来 的依据是 在传统设计中 往往推 出机构的设计先于冷却系统 冷却系 统的重要性未能引起足够的认识 2 注意凹模和型芯的热平衡 有些塑件的形状能使塑料散发的热量等量的被凹模和 型芯所吸收 但是极大多数塑件的模具都有一定的高度型芯以及包围型芯的凹模 对 于这类模具 凹模和型芯所吸收的热量是不同的 这是因为塑件在固化时因收缩包紧 在型芯上 塑件与凹模之间会形成空隙 这时绝大部分的热量将依靠型芯的冷却回路 传递 加上型芯布置冷却回路的空间小 还有推动的干扰 使型芯的传热变得更加困 难 因此 在冷却的设计中 要把主要注意力放在型芯的冷却上 3 对于简单的模具 可先设置冷却水出入口的温差 然后计算冷却水的流量 冷却 管道的直径 保证湍流的流速以及维持这一流速所需要的压力降便以足够 4 生产批量大的普通模具和精密模具在冷却方式上又差异 对于大批量生产的普通 塑件可采用快冷以获得较短的循环注射周期 所谓快冷就是使冷却管道靠近型腔布置 采用较低的模具温度 精密塑件需要有精密的尺寸公差和良好的力学性能 因此需采 用缓冷 即模具温度较高 冷却管道的尺寸和位置也适应缓冷的要求 5 模具中冷却水温度升高会使热传递减小 精密模具中出入口水温相差应在 5 度 从压力的损失观点出发 冷却回路的长度应在 1 2 1 5m 以下 回路的弯头数目不希望 超过 5 个 6 由于凹模和型芯的冷却情况不同 一般应采用两条冷却俄回路分别冷却凹模和型 芯 7 当模具仅设一个入水接口时 应将冷却管道进行串联连接 若采用并联连接 由 于各个回路的留动阻力不同 很难形成相同的冷却条件 当需要并联连接时 则需要 在每个回路中设置水量调节泵及流量计 8 采用多而细的冷却水道 比采用独大的冷却管道好 因为多而细的冷却管道扩大 了模温的调节的范围 但管道不可以太细 以免堵塞 一般取管道的直径为 8 25mm 在收缩率大的塑料制件的模具中 应延其收缩方向设置为冷却回路 18 42 9 通模具的冷却俄水应采用常温下的水 通常调节水流量来调节模具的温度 对于 小型塑件 由于其注塑时间和保压时间都较短 成型周期主要有冷却时间决定 为了 提高成型效率 可以采用经过冷却的水进行冷却 目前经冷却机冷却的 5 10 度的水 用冷水进行冷却时 大气中的水分会凝聚在型腔的表面以引起塑件的缺陷 对于流动 距离长 成型面积大的塑件 为了防止填充不足或者变型 有时还得通热水 总之 模温最好同过冷却系统或者专门的装置能任意调 10 的确定冷却管道的中心距以及冷却管道与型腔壁的距离 冷却管道与型腔壁的 距离太大会使冷却效率下降 而距离太小有会造成冷却不均匀 根据经验 一般冷却 管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的 1 2 倍 冷却管道的中心距应为管道 直径的 3 5 倍 11 尽可能使所有冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等 当制件壁厚均匀时 应尽可能使所有的冷却管道孔到各处的型腔表面的距离相等 12 应加强浇口处的冷却 熔体充模时 浇口附近的温度最高 一般来说 据浇口 越远温度越低 因此 在浇口附近应加强冷却 一般可将冷却回路的入口设在浇口处 这样可使冷却水道首先通过浇口附近 13 应尽量避免将冷却水道开设在塑件熔合纹的部位 当采用多浇口的进料或者型 腔形状较复杂时 多股熔体在汇合处将产生熔合纹 在熔合纹的温度一般较其它的温 度低 为了不致使温度进一步下降 保证熔合质量 应尽可能不在熔合纹部位开设冷 却水道 14 水管的密封问题 以免漏水 一般冷却管道应避免穿过镶块 否则在接缝处漏 水 若必须通过镶块时 应加设套管密封 15 进口 出口水管的接头的位置应该尽可能设在模具的同一侧 为了不影响操作 通常应将进口 出口水管接在设在注塑机背面的模具的一侧 5 25 2 冷却管道传热面积及管道数目的计算 1 水的传热系数 7 85 5 0 8 0 2 v d 0 8 0 2 7 5 1000 1 78 8 1000 2 KW m K 1 冷却水在该温度下的密度 3 kg m 冷却水的流速 v m s 冷却水孔直径 dm 与冷却水温度有关的物理系数 值取 7 5 2 冷却回路所需的总表面积 19 42 5 3600 mw Mq A 5 397 22 4 10 3600 7850 8020 2 0 094m 2 冷却回路总表面积 A 2 m 单位时间内注入模具中树脂的质量 M kg h 单位质量的树脂在模具内释放的热量 材料为 ABS 取值q J kg 5 4 10 J kg 模具成型表面的温度 m C 冷却水的平均温度 w C 3 求冷水在管道内的流速 V 5 3 22 44 1 66 10 0 55 3 14 8 1000 60 V q Vm s d 3 4 冷却回路的总长度 5 LAd 4 0 094 3 14 8 1000 3 74m 该塑件的冷却水路的直径为 8mm 模具的冷却水路分布设计见模具的总装图 09403070119 00 5 3 冷却系统标准件 用在冷却水道上的标准件主要有管接头 密封圈和铜塞 5 3 1 快速管接头 管接头为标准件 按照冷水道直径选择的快速管接头如图 5 1 图 5 1 5 3 2 密封圈 密封圈主要用在上 下模镶件与 A B 板冷却水道相连接的地方 以防冷却水泄 漏引起模具生锈 密封圈的使用情况及规格见图 5 2 20 42 图 5 2 5 3 3 铜塞 铜塞的作用主要是堵住加工冷却孔时留下的不是 水流动方向的一端 有的企业是用带罗纹的铜塞旋 紧的 而有的企业是用过盈配合的方法敲进去 然 后磨平即可 在次也采用后一种 本模具直接用铜塞堵住 详细情况见图 5 3 图图 图 5 3 5 4 排气系统 模具合模后 在模内的所有空间如流道内 型腔内以及各零件组合的空隙内都残 存有空气 另外 熔融塑料射入型腔后也会产生一些分解出来的气体 5 4 1 排气不良的危害 这些空气和气体如不能在塑料熔体进入浇注系统的同时顺利排除模外 将会产生 下述种种危害 1 对射入流道的熔融塑料产生阻力 降低了料流速度 使成型困难 甚至难以充满 型腔 造成凹陷或缺料 产生废品 2 在制品上形成空洞 气泡 接痕 云纹等缺陷 降低制品质量 严重时制品表面 变色 焦损 3 降低连续注射的速率 影响生产效率 5 4 2 排气槽的排气方法 1 利用分型面排气 小模具可以利用分型面的间隙排气 分型面间隙一般在 0 02 0 04 mm 之间 分型面的间隙值一般不应超过所成型塑料的溢边值 还应当注 21 42 意的是以排气的分型面 应当位于熔料流动的总点位置 2 利用设有排气间隙的排气杆排气 另外利用顶针 斜顶与型心为 H7 h7 的间 隙配合 其配合的单面间隙不大于所成型材料的溢边值即达到了排气的目的又避免了 飞边的产生 3 利用型心和型心镶件的配合间隙排气 5 4 3 排气槽位置 此次模具设计中排气主要由以上叙述的各种配合间隙排气 并非需要在分型面专 门开设排气槽 在试模的时候可以根据产品的情况在分型面开设排气槽 在分型面开设排气槽的时候只需要在与浇口相对的地方即熔料流动的末端用砂轮磨出 深为 0 015 0 03mm 宽为 3 5mm 的槽即可 22 42 6 注射模成型部件设计 6 1 型芯型腔的尺寸设计 该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算 查有关手册得 ABS 的收缩率为 Q 0 5 0 7 故平均收缩率为 0 5 0 7 2 0 6 根据塑件尺寸公差要求 模具的制造公差取塑S 件公差的 1 4 即 4 z 6 2 型芯型腔的计算 该塑件未标注精度为 MT5 因此根据塑件公差数值表 GT T14486 1993 可获得塑件 各尺寸的公差 在此计算主要的尺寸 公式 6 0 1 z ms LS Lx 1 系数在这里取0 5 0 75x 0 75x 按照下列公式计算型腔 型芯工作部位尺寸 型腔径向尺寸 6 2 型腔深度尺寸 6 3 型芯径向尺寸 6 4 型芯高度尺寸 6 2 1 3 mcps HSH 3 1 4 mcps lSl 2 1 3 mcps hSh 3 1 4 mcps LSL 23 42 5 型腔的制造公差为 z 且取正方向 即 z 型芯的制造公差取负方向 即 z 式中 塑件外表面径向基本尺寸的最大尺寸 mm s L 塑件外表面高度基本尺寸的最大尺寸 mm s H 塑件内表面深度基本尺寸的最小尺寸 mm s h 塑件内表面径向基本尺寸的最小尺寸 mm s l 塑件尺寸公差 mm 模具制造公差 根据制品的相应尺寸取 6 z 6 具体的模具成型零件的尺寸见模具成型零件图 6 3 大滑块侧抽机构的设计 大滑块抽芯机构的位置如图 6 1 所示 图 6 1 6 3 1 大滑块斜导柱结构设计 a 斜导柱的结构 见下图所示 斜导柱的断面为圆形 其固定形式与合模导柱类似的台肩固定 只是由于倾斜 安装而台肩轴 被削去一部分 斜导柱导向部分可 以做成半球型或锥台形 但应 11 36 z 24 42 注意锥台的斜角须大于斜导柱的倾斜角 以避免斜导柱工作长度部分已脱离滑块的孔之 后 斜导柱头部仍对滑块有驱动作用 图 6 2 b 斜导柱倾角 a 确定 斜导柱的倾角 a 是决定斜导柱抽芯机构工作实效的一个重要的因素 a 的大小关系到模 具所需开模力的大小及斜导柱所受弯曲力的大小 有关系到斜导柱的工作长度 抽芯距 及开模距离长短 的取值一般在 15 20 间 c 斜导柱直径的确定 斜导柱主要承受弯曲力 而对斜导柱的直径的确定一般按经验来取 由于塑件的侧抽型芯 孔较小 侧抽力不大 所以取斜导柱的直径为 15mm 6 3 2 大滑块斜导柱抽芯距 将型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置 型芯或滑块所移动的距离称为抽 芯距 一般来说 抽芯距等于侧孔深度加 2mm 3mm 的安全距离 其计算公式为 6 3 2 S C S 7 式中 设计抽芯距 36mm C S S 抽芯距 mm 38mmS362 斜导柱的长度计算 斜导柱的有效工作长度 L 与抽芯距 S 斜导柱倾斜角及滑块与分型面倾角有关 通常为零 所以 L S sin 6 8 工作长度为 sin38 sin17129 97LSmmmm 斜导柱的总长度还与导柱直径 固定板厚度有关 通常 斜导柱的有关参数计算 主要是掌握倾斜角与抽芯距及斜导柱长度 开模行程的关系计算 其它 诸如抽拔力 25 42 斜导柱直径等一般凭经验确定 结构如图 4 13 图 6 3 斜导柱的材料多用 45 钢 淬火后硬度为 35HRC 或采用 T8A T10A 等 淬火 55HRC 以上 斜导柱固定于模板内 与模板的安装孔采取的过渡配合 侧滑块与斜导柱7 6Hm 的工作部分采用的间隙 侧滑块的镶拼的组合的粗糙度 Ra 0 8 镶入的0 5 1mmm 配合精度为 7 6Hm 6 3 3 大滑块斜导柱机构的滑块与导滑槽设计 侧抽机构侧抽机构 a 侧型芯与滑块的连接形式 根据塑件的形式分析 侧型芯与滑块应做成组合式 然后装配在一起 这样可以节约优质钢 材 且加工及维修更换方便 装配方法介绍 滑块座加工时不加工螺钉孔 在装配时将 侧型芯和滑块座安装入模具中然后楔合位置 1 合位置 2 然后确定滑块座上的螺钉孔位 置 然后用螺钉固定 以保证定位 同时可以保证型芯的强度和固定方便 侧型芯与滑块的联接形式如图 6 4 所示 26 42 图 6 4 b 滑块的导滑形式 根据模具型芯的大小 以及各自的使用情况 滑块与导滑槽的常用配合形式各不相同 总的 要求是在抽芯过程中 保证滑块运动平稳 无上下窜动和卡滞现象 为此对滑块与导滑槽之 间有两处位置要求间隙配合 一是在滑块的侧面处 另一是在滑块被压紧的台肩面处 经过对滑块导滑形式的考虑 若采用整体式的导滑槽 会使导滑槽的加工增加难度 所以考 虑采用组合式的导滑槽结构 导滑槽部分敞开 便于制造加工 保证其精度和硬度 其组合 式图形如下图 6 5 所示 图 6 5 导滑槽又称为压条 固定压条时要通过定位销 和螺钉固定 同时为了保证其硬 度 应进行表面氮化处理 固定形式如图所示 图 6 6 c 滑块定位装置的设计 为了保证斜导柱在和模中再次准确可靠地进入滑块的斜孔内 必须使滑块在开模停留在 抽芯的终止位置 且不可任意滑动 因此 滑块必须设置定位装置 常用的定位装置有定距 螺钉 弹簧 挡块组合和活动定位钉 弹簧 螺塞组合等的定位装置 由塑件的外形 模具的三方均有侧抽 所以四周都必须采用挡块组合 且采用模具用圆柱弹 簧 挡块 全螺纹螺杆组成的挡块组合定位装置 其结构如下 27 42 图 6 7 e 楔紧块的设计 楔紧块的楔角 a 楔紧块的楔角 a 必须大于斜导柱的斜角 a 这样当模具 打开开始抽芯时 楔紧块才能 为滑块的移动让位 否则 斜导柱无法带动滑块抽芯一 般取 2 3 楔紧块的形式 在制品成型过程中 侧型芯和滑块会受到高压塑料的推 力作用 有时这种推力相当大 若由斜导柱承受 则因斜导柱 为细长杆件 受力后容易变形 是不可靠的 因此 必须设置 楔紧块来可靠地锁紧滑块 楔紧块的固定方法如下图 6 8 图 6 8 28 42 6 4 小滑块侧抽机构的设计 小滑块侧抽机构的位置如图 6 9 所示 图 6 9 6 4 1 小滑块斜导柱结构设计 a 斜导柱的结构参考大滑块的斜导柱结构 斜导柱的倾角是决定斜导柱抽芯机构工作实效的一个重要的因素 的大小关系到 模具所需开模力的大小及斜导柱所受弯曲力的大小 有关系到斜导柱的工作长度 抽芯 距及开模距离长短 的取值一般在 15 20 间 小滑块的斜导柱确定为 15o c 斜导柱直径的确定 斜导柱主要承受弯曲力 而对斜导柱的直径的确定一般按经验来取 由于塑件的侧抽型芯 孔较小 侧抽力不大 所以取斜导柱的直径为 10mm 6 4 2 小滑块斜导柱抽芯距 将型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置 型芯或滑块所移动的距离称为抽 芯距 一般来说 抽芯距等于侧孔深度加 2mm 3mm 的安全距离 其计算公式为 3 2 S C S 式中 设计抽芯距 13mm C S S 抽芯距 mm 15mmS132 29 42 斜导柱的长度计算 斜导柱的有效工作长度 L 与抽芯距 S 斜导柱倾斜角及滑块与分型面倾角有关 通常为零 所以 L S sin 工作长度为 sin15 sin1557 96LSmmmm 斜导柱的总长度还与导柱直径 固定板厚度有关 通常 斜导柱的有关参数计算 主要是掌握倾斜角与抽芯距及斜导柱长度 开模行程的关系计算 其它 诸如抽拔力 斜导柱直径等一般凭经验确定 结构如图 6 10 图 6 10 斜导柱的材料多用 45 钢 淬火后硬度为 35HRC 或采用 T8A T10A 等 淬火 55HRC 以上 斜导柱固定于模板内 与模板的安装孔采取的过渡配合 侧滑7 6Hm 块与斜导柱的工作部分采用的间隙 0 5 1mm 6 4 3 小滑块斜导柱机构的滑块与导滑槽设计 侧抽机构侧抽机构 a 侧型芯与滑块的连接形式 根据塑件的形式分析 侧型芯与滑块应做成组合式 然后装配在一起 这样可以节约优质钢 材 且加工及维修更换方便 由于小滑块比较窄无法用螺钉固定 因此选择使用 T 型槽 的形式连接两者 侧型芯与滑块的联接形式如图 6 11 30 42 图 6 11 b 滑块的导滑形式 根据模具型芯的大小 以及各自的使用情况 滑块与导滑槽的常用配合形式各不相同 总的 要求是在抽芯过程中 保证滑块运动平稳 无上下窜动和卡滞现象 为此对滑块与导滑槽之 间有两处位置要求间隙配合 一是在滑块的侧面处 另一是在滑块被压紧的台肩面处 经过对滑块导滑形式的考虑 若采用整体式的导滑槽 会使导滑槽的加工增加难度 所以考 虑采用组合式的导滑槽结构 导滑槽部分敞开 便于制造加工 保证其精度和硬度 其组合 式图形如下图所示 图 6 12 导滑槽又称为压条 固定压条时要通过定位销 和螺钉固定 同时为了保证其硬 度 应进行表面氮化处理 固定形式如图 6 13 所示 图 6 13 c 滑块定位装置的设计 为了保证斜导柱在和模中再次准确可靠地进入滑块的斜孔内 必须使滑块在开模停留在 抽芯的终止位置 且不可任意滑动 因此 滑块必须设置定位装置 常用的定位装置有定 31 42 距螺钉 弹簧 挡块组合和活动定位钉 弹簧 螺塞组合等的定位装置 由塑件的外形 模具的四方均有侧抽 所以四周都必须采用滑块定位装置 且采用定距螺 钉 弹簧 挡块的组合定位装置 其结构如下图 6 14 图 6 14 e 楔紧块的设计 楔紧块的楔角 a 楔紧块的楔角 a 必须大于斜导柱的斜角 a 这样当模具打开开始抽芯时 楔紧块才 能为滑块的移动让位 否则 斜导柱无法带动滑块抽芯一般取 2 3 楔紧块的形式 在制品成型过程中 侧型芯和滑块会受到高压塑料的推力作用 有时这种推力相当 大 若由斜导柱承受 则因斜导柱为细长杆件 受力后容易变形 是不可靠的 因此 必须 设置楔紧块来可靠地锁紧滑块 楔紧块的固定方法如下图 6 15 32 42 图 6 15 6 5 嵌入式小型芯 对多旋钮控制器面板塑件进行分析 发现有很多地方要考虑到细小的型芯部分容易损 坏 为了便于更换 节省优质钢材 保证加工的精度 采用嵌入式型芯 其结构如图 6 16 图 6 16 本套模具有十六个位置需要安装嵌入式小型芯 小型芯与型芯孔的配合采用 H7 m6 因此小型芯的配合面的代号为 m6 小型芯的底部设置台肩 保证型芯在模芯上 的固定 其嵌入式小型芯详细的尺寸见图纸 09403070119 05 09403070119 16 另外 型芯 7 09403070119 13 和型芯 10 09403070119 12 由于其体积较大 且 位置相对重要 因此需要设置定位 其结构如图 6 17 33 42 图 6 17 7 推出机构设计 在对多旋钮控制器面板塑件进行脱模是必须遵循以下原则 1 因为塑料收缩是抱紧凸模 所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模 因为塑件的 壁厚的关系我们可以利用推板 2 顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位 如加强筋 壁厚等处 作用面积 尽可能大一些 以防止塑件变形和损坏 3 为了保证良好的塑件外观 顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不 大的部位 将顶杆设计在塑件的内部型腔 4 若顶出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时 对不影响塑件尺寸和使用 一般顶杆与塑件接触处凹进塑件 0 1mm 0 2mm 这样不影响塑件平面的平整 由于多旋钮控制器面板为板形塑件 用顶杆 推板脱模机构 有时根据塑件的需 要 顶杆还可以参加塑件的成型 这时可以将顶杆做成与塑件某一部分相同形状或作 34 42 为型芯 顶杆多用 T8AV T10A 材料 头部淬火硬度达 50HRC 以上 7 1 脱模力的计算 制品脱模力可根据以下公式进行计算 脱模力 7 1 cossin t FAp 式中 塑件包络型芯的面积 A 塑件对型芯单位面积上的包紧力 取 pp 7 0 8 1 2 10 Pa 脱模斜度 取 3 塑件对钢的摩擦系数 约为 0 2 计算 cossin t FAp 7 1 0 1020800 0 2 cos3sin3 oo 30657 1N 脱模力为 30657 1N 7 2 脱模机构尺寸计算及其配合公差 1 顶针的顶出行程 H 35mm 2 顶针的管位长度 L 顶针直径 D