注塑模课程设计说明书——注射器推杆

1、1 1 塑件工艺分析塑件工艺分析 1.11.1 塑件的设计要求塑件的设计要求 该塑件为医用注射器推杆，零件外形如图 1.1。该产品尺寸精度和表面 粗糙度要求为一般精度，但在加工制造过程中要求各部分有一定配合精度关系。 产品为大批量生产，因此设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动 脱模，浇口设计成点浇口，使塑件的外表面不受损伤，充模效果好。如图 1.1 所示： 图 1.1 塑件图 塑件整体尺寸：如图 1.1 所示 取 pp 密度为 0.90g/mm3 通过 proe 分析模型功能计算得塑件体积为 4.133cm3， 质量为 3.720g。 1.21.2 材料性能分析材料性能分析 聚丙烯（

2、）pp 基本特征：聚丙烯无色、无味、无毒，外观似聚乙烯，吸水率低，但比聚 乙烯更透明、更轻。密度为 0.900.91，其熔点为 160-175，分解温 3 cm g 度为 350，成型温度范围宽，其最大结晶温度为 120-130。宜于成形加工， 在螺杆式或柱塞式注射机中都能顺利成型；还具有聚乙烯所没有的许多性能， 可制做铰链，有教高的抗弯曲疲劳强度，但其在氧、热、光的作用下极易解聚、 老化，所以必须加入防老化剂。 主要用途：聚丙烯可用于制作各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车 零件；可作为水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、 表面涂层；可制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘

3、零件，并用于医药工业中。 成形特点：成形收缩范围及收缩率大，易发生缩孔，凹痕、变形、方向性 强，流动性极好，易于成形；热容量大，注射成形必须设计能充分进行冷却的 冷却回路；注意控制成形温度。料温低时方向性明显，尤其是低温、高压时更 明显。聚丙烯成形的适宜模温为 80 度左右，不可低于 50 度，否则会造成成形 塑件表面光泽差，产生熔接痕等缺陷。温度过高会产生翘曲或变形。急冷时成 碟状晶结构，缓冷时成球晶结构。 1.31.3 pppp 的收缩率及密度的收缩率及密度 查 pp 材料性能参数可知知聚丙烯（）的收缩率（）%，由聚pp5 . 20 . 1 丙烯（）的成形特点可知其成形收缩率范围及收缩率，

4、采用中值确定其收缩pp 率值为，密度取为。%75 . 1 %100 2 5 . 20 . 1 9 . 0 3 cm g 1.41.4 注射工艺参数的确定注射工艺参数的确定 查书表 4-19 部分塑料的注射工艺参数选定注塑 pp 参数： 注射机类型：螺杆式 螺杆转速：30-60r/min 喷嘴：形式为直通式 温度 170-190 机筒温度： 前段：180-200 中段：200-220 后段：160-170 模具温度：40-80 注射压力：70-120mpa 保压力：50-60mpa 注射时间：0-5s 保压时间：20-60s 冷却时间：15-50s 成型周期：40-120s 2 2 塑件的尺寸精

5、度与结构塑件的尺寸精度与结构 在满足塑件使用的前提下，用较低的尺寸公差等级，可以降低模具加工难 度和制造成本。本塑件脱模时不受模具活动部分影响，公差等级取 a 部分。在 进行模具设计时可根据书上表 3-3 塑件尺寸公差表选择塑件尺寸公差带： 表 2.1 与塑件有关的尺寸精度等级参数 精度等级 mt1amt2amt3amt4amt5amt6amt7a 基本尺寸/mm 公差数值/mm 030.070.100.120.160.200.260.38 360.080.220.140.180.240.320.48 6-100.090.140.160.200.280.380.58 10-140.100.18

6、0.200.280.380.540.78 14-180.110.180.200.280.380.540.78 50-650.200.300.400.560.741.101.54 65-800.230.340.460.640.861.281.80 80-1000.260.380.520.720.861.281.80 根据上表查得塑件所有尺寸对应的公差，按实际公差进行计算。具体公差附录 零件图。 3 3 注射机型号及模架的确定注射机型号及模架的确定 3.13.1 注射量的计算注射量的计算 通过 proe 三维软件分析模型计算可得： 塑件的体积 v=4.133cm3， 塑件质量 m=v=4.1330

7、.90=3.720g 式中： 取 0.90g/cm3。 3.23.2 浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料体积无法确定具体数值，可初步根据经验按照塑件体积的 0.2-1 倍来估算，由于本次注塑设计采用的流道简单且流程较短，因此浇注系 统的凝料体积按塑件的 0.3 倍来估算。故一次注入模具型腔的塑料熔体的总体 积（即浇注系统的凝料和 8 个塑件体积之和）为 v总=8 x (1+0.3)v=8 x 1.3 x 4.133=42.9832cm3 3.33.3 注射机的选择注射机的选择 根据上述计算所得的 v总=42.9832cm3，结合公式 v总/0.8 = 53.7

8、29mm3，初 步选择公称注射量为 60mm3,，注射机型号为 xs-z-60，其主要参数见下表： 螺杆柱塞直径/mm 38 喷嘴球半径/mm 12 理论注射容量/cm3 60 喷嘴孔半径/mm 4 注射压力/mpa 122 定位孔直径/mm 1000+0.03 锁模力/kn 500 推出中心孔径 50 最大注射面积/cm2 130 最大模具厚度/mm 200 最小模具厚度/mm 70 模板行程/mm 180 3.43.4 注射机模架的选定注射机模架的选定 我国目前标准化注射模零件的国家标准有 12 个；另外还制订了塑料注射模 具的标准模架，分中小型模架 （gb/t12556.190）和大型模

9、架 （gb/t12555.190）两种。 中小型模架标准中规定，模架的周界尺寸范围 560 x900，并规定模架的形式为品种型号，基本型 a1、a2、a3、a4 四mmmm 个品种。 由于 a1 型模架特点：定模采用两块模板，动模采用一块模板，与推杆推件机构组 成模架，适用于立式和卧式注射机；根据模架的组成，功能及用途可以看出，a1 型 模架能满足本次模具的设计，固选用 a1 模架。-模板 a20mm，模板 b20mm，垫块 c50mm，模架闭合高度=50+a+b+c=140mm。选用规格为 250x250mm 4.4.浇注系统的设计浇注系统的设计 4.14.1 主流道、主流道衬套及定位圈的设

10、计主流道、主流道衬套及定位圈的设计 定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。定位圈直径 d 为与注 射机定位配合直径，应按选用注射机的定位孔直径确定。直径 d 一般比注射机 定位孔直径小 0.10.3，以便装模。定位圈采用 45 号钢或 q275 钢，用六mm 角螺钉固定在模板上时，一般用两个以上的 m6m8 的内六角螺钉。这里选用定 位圈与浇口套为一体，压配于定模板内。本次设计选用定位孔直径 1000+0.03。 主流道设在定模板上，并且位于模具的中心，与注射机喷嘴在同一轴线上， 其为一圆锥孔，其小头对准注射机的喷嘴。因喷嘴外形为球面，所以主流道小 孔端的外形应为一凹陷的球面。为了配合紧

11、密，防止溢料，凹球面的半径应比 喷嘴的球面半径略大 1-2mm。本次设计选用的喷嘴球面半径为 12mm。 主流道衬套的材料常用 t8a 制造，热处理后硬度为 5055hrc。主流道衬 套与定模板采用 h7/m6 的过渡配合，主流道衬套与定位圈采用 h9/f9 的过渡配 合。由于受型腔或分流道的反压力作用，主流道衬套会产生轴向定位移动，所 以主流道衬套的轴向定位要可靠。主流道衬套：取 l=50mm ；=4o；内表面粗 糙度为 0.63um；d2=d1+（0.5-1mm）=5mm； 4.24.2 模具型腔数的确定、排列和流道布局模具型腔数的确定、排列和流道布局 根据设计需要和生产效率的要求可知，为

12、满足塑件的使用要求，在同一次 的注射成型中，一次成型塑件的个数为八个，也就是采用一模八腔的生产方式。 型腔的排列根据模具的形状及尺寸排列如下图所示： 4.34.3 分流道的形状及尺寸分流道的形状及尺寸 分流道的截面形状有：圆形、梯形、形、半圆形、矩形；分流道的长度u 短，弯折少能减少压力损失和热量损失；分流道的表面粗糙度为。mmra6 . 1 本次设计中因为圆形分流道阻力小，热量损失少故采用圆形截面的分流道。 多腔模中，分流道的排布有平衡式和非平衡式，选用圆形截面的分道，一 级分流道直径为 8mm，二级分流道直径为 6mm。流道的内表面粗糙度 ra 并不要 求很低，一般取 1.6m 左右既可。

13、由于我们所设计的模具一腔八穴的形式， 因此在主浇道分流后，设计了八根分浇道。这样设计的优点是塑料在填充过程 中较均匀和平稳，避免出现冷隔现象，有利于保证成形零件的成形质量。其结 构示意如下： 4.44.4 浇口的形状及其位置选择浇口的形状及其位置选择 根据浇口设计原则，本设计适宜采用点浇口。点浇口又称针点浇口，它 也是常用的浇口形式之一，适合像 pp 这种流动性好的塑料。一般点浇口的直径 d 在 0.8-1.6mm 之间。浇口尺寸 d =0.32mm，=615。l2/3(l-分 流道长度） 本设计取 d =0.6mm，=6。 1)查表 6-3：1s,vg=60cm3计算浇口的体积流量： qv=

14、v/t=42/1=42cm3/s 式中 v 取（0.5-0.8vg，本次取 0.7） 各分流道的熔体的体积流量： qvn=qv/n=42/8=5.25cm3/s 2）确定剪切速率 对于点浇口，取=5x105s-1； 3）求当量半径 re re=（d1+d2）/4=（5+8.6）/4 式中 d1 为主流 道小端直径 d2 为主流道大端直径 4）分流道与浇口连接形式 采用分流道与浇口在宽度方向连接 4.54.5 冷料穴的设计冷料穴的设计 本次设计可选用钩形头冷料穴，在塑件脱模时可用 z 形头拉料杆将塑件与凝料 出拉断使得塑件留在动模型腔内。 5 5 塑件分型面及型腔尺寸的计算塑件分型面及型腔尺寸的

15、计算 5.15.1 制品成型位置及分型面的选择制品成型位置及分型面的选择 选择分型面时应考虑以下问题： （1） 选在塑件外形最大轮廓处 塑件在动、定模的方位确定后，其分型 面应选在塑件外形最大轮廓处，否则塑件会无法从型腔中脱出。 （2） 有利于塑件的顺利脱模 由于注射机的顶出装置在动模一侧，因此 选择在使塑件开模后留在动模一侧，同时也有利于设置推出机构。 （3） 保证塑件的精度要求 （4） 满足塑件的外观质量要求 （5） 分型面的选择要便于模具的加工制造 （6） 有利于气体的排出 根据以上的分型面的选择原则：本塑件的分型面选择在塑件的中间，这样有利 于型腔的加工和成形，而塑件的整体将在脱模后留

16、在动模一侧。 5.25.2 型腔工作尺寸计算型腔工作尺寸计算 塑件在模具型腔中直接成型，其尺寸直接影响塑件的质量，因此工件的型腔尺 寸应做到在保证工件的质量的前提下有足够的加工余量。由于医用注射器的推 杆不需要型芯，即塑件的成型是利用定模板型腔和动模板型腔的共同作用，塑 件又是上下对称的，所以只需要计算型腔的工作尺寸。模具型腔的各个尺寸如 下图所示 5.2.15.2.1 型腔径向尺寸计算型腔径向尺寸计算 对于中小型塑件,本次零件为薄件，可用公式 ： z z sll 010 75 . 0 1 式中 塑件形状尺寸 1 l 塑件的平均收缩率 s 塑件的尺寸公差 模具制造公差，取塑件尺寸公差的 1/3

17、 z 对于塑件的整体长度 l=90mm，公差取为 mta4，：72 . 0 mml 24 . 0 0 24 . 0 0 24. 0 0 035.9172. 075 . 0 90%75 . 1 1 对于 l1 长度的计算，公差取为 mt4a, ：64 . 0 mml 213. 0 0 213. 0 0 213 . 0 01 8325.7564. 075 . 0 75%75 . 1 1 对于 l2 长度的计算, 公差取为 mt6a, ：26 . 0 mml 087 . 0 0 087 . 0 0 087. 0 02 84. 126 . 0 75 . 0 2%75 . 1 1 对于 l3 长度的计算

18、, 公差取为 mt6a, 26 . 0 mml 087. 0 0 087. 0 0 087 . 0 03 84. 126 . 0 75. 02%75 . 1 1 对于 l4 长度的计算, 公差取为 mt6a, 26 . 0 mml 087 . 0 0 087. 0 0 087 . 0 04 875. 326. 075 . 0 4%75 . 1 1 对于 l5 长度的计算, 公差取为 mt6a, 26 . 0 mml 087 . 0 0 087 . 0 0 087. 0 05 8575. 226 . 0 75 . 0 3%75 . 1 1 对于 l6 长度的计算, 公差取为 mt6a, 26 .

19、 0 mml 087. 0 0 087 . 0 0 087 . 0 06 875 . 3 26 . 0 75 . 0 4%75. 11 5.2.25.2.2 型腔深度尺寸计算型腔深度尺寸计算 0 1 3 2 1shh s 对于深度 h1 的计算，公差取为 mta4, 18 . 0 07 . 0 0 07 . 0 0 07 . 0 01 51 . 7 18. 0 3 2 %75 . 1 15 . 7)( h 对于深度 h2 的计算，公差取为 mta4, 18 . 0 06 . 0 0 06. 0 0 06 . 0 02 985 . 5 18. 0 3 2 %75 . 1 16)( h 对于深度

20、h3 的计算，公差取为 mta3, 14 . 0 05 . 0 0 05 . 0 0 05 . 0 03 468 . 3 14. 0 3 2 %75 . 1 15 . 3 h 对于深度 h4 的计算，公差取为 mta3, 12 . 0 04 . 0 0 04 . 0 0 04 . 0 04 955 . 1 12 . 0 3 2 %75 . 1 12 h 本次模具设计成型该塑件采用定动模腔直接成型，且两个模腔对称，尺寸相同。 6 6 模具结构设计模具结构设计 6.16.1 推出推出导向机构设计导向机构设计 推出机构一般由推出、导向、复位三大部件组成，本次设计采用推杆推出， 中心推杆为 z 形头杆

21、，也可起拉料作用。 6.1.16.1.1 合模导向机构的设计合模导向机构的设计 当模具闭合后就构成了型腔，为了保证模具闭合时能够准确定位，需设计 合模导向机构。合模导向机构在模具中的作用，一是定位作用，模具每次合拢 时，都有一个唯一的准确方位，从而保证型腔的正确形状。同时为了正确装配 模具四组导柱、导套有一组和其他的不对称，保证只有一个方向的准确定位； 二是导向作用，引导定模、动模准确闭合；三是承受一定的侧压力，在成行过 程中承受单向侧压力。导向机构主要由导柱、导套组成。本次设计导柱直径 25mm。 导柱、导套配合形式图 6.1.26.1.2 脱模力的计算脱模力的计算 脱模力可用下式计算：f=

22、8teslcos(f-tan)/(1-u)k2 +0.1a f-是脱模力（n） e-塑料的弹性模量 （mpa） s-塑料成型的平均收缩率（%） t-塑件的壁厚（mm） l-被包型芯的长度（mm） u-塑件的泊松比 -脱模斜度（） f-塑料与钢材之间的摩擦因 数 a-塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（mm2） k2-有 f 和 决定的无因次数。k2=1+fsincos 则代入数据： t=2mm,e=11001600mpa，取 e=1200mpa。s=0.075. l=90mm，=1，f=0.5，u=0.32. k2=1.009. 则 f=91241.2n 6.1.36.1.3 推出杆的设计

23、推出杆的设计 初步设计 每个制件用两根推杆推出模腔，即有 16 根推杆，推杆材料用热作模 具钢 5crmnmo 由此可确定推杆直径 推杆直径的确定： 代入数据 k=1.5 l=70mm 42 /neflkd f=91241.2n n=16 e=2.1x106 计算得 d=3mm 推杆强度校核： mpampa dn f b 1031807 914. 316 2 . 9124144 2 所以 推杆强度满足。 6.26.2 拉料杆的形式选择拉料杆的形式选择 拉料杆可分为球形拉料杆、z 形拉料杆和薄片式拉料杆，根据对各种拉料 杆的对比分析和对本模具成型特点考虑用 z 形拉料杆。如图 6.2 所示： 图

24、 6.2 拉料杆外形及尺寸 6.36.3 模具排气槽设计模具排气槽设计 注射模具通常采用以下四种排气方式： 1、利用配合间隙排气 2、在分型面上开设排气槽 3、利用排气塞排气 4、负压水路排气 通过对模具型腔的研究，利用配合间隙排气的方式是最适合本模具的排气 方式，分型面的间隙值定位为（的最大不溢料间隙为） 。mm03 . 0 ppmm03 . 0 7.7.模具相关参数的校核模具相关参数的校核 （1）注射压力的校核 查表可知 pp 的所需注射压力为 70-120 mpa，因为 pp 的流动性好，可选取 p0=90mpa。该注射机的公称注射压力 p公=122mpa，注射 压力安全系数 k1=1.

25、25-1.4，可取 k1=1.3，则： k1 p0=1.390=117 mpap=122mpa公，所以，注射机注射压力符合要求。 （2）锁模力校核 1）塑件在分型面上的投影面积，塑件在分型面上的投影 如图为塑件在分型面上的投影面积，用 proe 三维软件分析功能计算 a型=1.005cm3 =100.5mm2 2）浇注系统在分型面上的投影面积 a浇，即流道凝料在分型面上的投影面积 a浇 的数值。可以按照多型腔模的统计分析来确定。a浇是每个塑件在分型面上的投 影面积 a塑的 0.2-0.5 倍。由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流 道凝料的投影面积可以适当的取小一些。这里取 a浇=0.3

26、5a塑。 3）塑件和浇注系统在分型面上的投影面积 a总，则 a总= n (a塑 + a浇)=81.35 a塑= 81.351.005cm2 = 10.854cm2=1085.4mm2 4)模具型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力 t推 t推=a x p平均 a x p=akp0=1085.40.3122=397.256knt合=500kn 式中，a-塑件在分型面上投影面积 k-压力损耗系数 p0-注射压力。 查表 5-1，聚丙烯型腔平均压力可取 15mpa。 所以，注射机锁模力合格。 （3）注射机模具厚度的校核 模具闭合时的厚度应在注射机动、定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间， 其关系按下式校

27、核 h最小 h模 h最大 式中 h最小 -注射机所允许的最小模具厚度（mm） ；h模 -模具闭合厚度（mm） ； h最大 注射机所允许的最大模具厚度（mm） 。本次设计中取 h最小 =70 mm； h模 =a+b+c+50=140mm； h最大 =220 mm 所以注射机模具厚度也满 足要求。 （4）注射机开模行程校核 塑件所需的开模距应小于注射机的最大开模行程。对在液压机械联合锁模的立 式、卧式注射机上使用的一般浇口模具，关系按下式校核 smax h1 + h2 +a+510mm 式中 h1 脱模距离(顶出距离)（mm）； h2 塑件高度（包括浇注系统凝料） （mm）； s 注射机模板行程（

28、mm）； 在本次设计中 h1 = 6.5mm； h2 = 80mm； s =180mm； h1 + h2 +10 = 7.5 + 80+10 = 97.5mm180mm 因此，注射机模板行程也满足要求。 8.8.冷却系统的设计冷却系统的设计 冷却系统的设计比较麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对 流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时间时 所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。 8.18.1 冷却介质冷却介质 pp 属于粘度较低的材料。其成型温度和模具温度分别为 200-250和 35- -65。所以模具选用水作为冷却介质。 8.28.2 冷却系统的计算冷却系统的计算 （1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 w 1）塑料制品的体积 v=v主+v分+nv塑=5.35+42.98=48.33cm3. 2)塑料制品的质量 m=v=48.330.90=0.0435kg. 3)塑件壁厚为