防磨套的注射模设计

1、摘 要 本论文主要是针对防磨套的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较, 进行设计。该设计从产品结构工艺性，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、注塑机的选择及相关参数的进行 校核和设计，同时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。 关键词关键词：香蕉式浇口，注射模，流道 Abstract This Papers is set for the wear of the die design, through the process of plastic parts for analysis and compari

2、son, the final design of an injection mold. The product mix from technology issues, and specific mold structure of the casting mold system, mold forming part of the structure, the roof system, cooling system, the choice of injection molding machine and related calibration parameters, there are detai

3、led design, at the same time and simple preparation of the mold process. Through the entire design process that the mold can be achieved by the plastic parts processing requirements. According to the subject of the main tasks of design wear sets of injection mold design. That is, the design of an in

4、jection mold to produce plastic parts wear sets of products, increase production in order to achieve automation. Keywords: Banana-type gate, injection mold, flow channel 摘摘 要要.I ABSTRACT.II 第一章第一章 引言引言.1 第二章第二章 塑料的材料及结构分析塑料的材料及结构分析.2 第三章第三章 注射模的结构设计注射模的结构设计.4 第四章第四章 模具设计的有关计算模具设计的有关计算.8 第五章第五章 模具加热和

5、冷却系统的计算模具加热和冷却系统的计算.11 第六章第六章 模具闭合高度的确定模具闭合高度的确定.13 第七章第七章 注射机有关参数的校核注射机有关参数的校核.14 第八章第八章 绘制模具总装图和非标零件工作图绘制模具总装图和非标零件工作图.15 图图 1010 定（凹）模结构设计定（凹）模结构设计.16 第九章第九章 注射模的试模注射模的试模.17 第十章第十章 注塑工艺不良缺陷以及成因注塑工艺不良缺陷以及成因.18 致致 谢谢.19 参考文献参考文献.20 附附 录录.21 第一章 引言 该塑件是机械常用防磨套，见图 1。本塑件的材料采用 ABS、生产类型为 大批量生产。其结构简单，月产量

6、约 80 万，一般采用直浇口进料，这种方式注 射成本高，效率低。如果将进料口该为香蕉式，从而降低成本，提高效率。本 论文就改进后的模具进行论证。 图 1 防磨套的零件图 第二章 塑料的材料及结构分析 21 塑件的原材料的分析 ABS 塑料 (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯) 英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene 比重:1.05 克/立方厘米 成型收缩率:0.4-0.7% 成型温度：200-240 干燥条件：80-90 2 小时 物料性能: （1） 、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好. （2） 、与 372 有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表

7、面镀铬,喷漆处理. （3） 、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 （4） 、流动性比 HIPS 差一点，比 PMMA、PC 等好，柔韧性好。 适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件. 成型性能 : （1）.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长 时间预热干燥 80-90 度,3 小时. （2）.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为270 度,对精度较 高的塑件,模温宜取 50-60 度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取 60-80 度. （3） 、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或 者改变入水位等方法。 （4）

8、 、如成形耐热级或阻燃级材料，生产 3-7 天后模具表面会残存塑料分解 物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位 置。22 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 221 结构分析 从零件图上分析，该零件总体形状为圆柱。在零件的上部有 1 个， 圆孔直径为 12mm 宽度,中间是沉型孔状。因此，模具设计时不须设置复杂 机构，该零件属于中等复杂程度。 222 尺寸精度分析 技术要求中提出该塑件的尺寸公差 IT5（SJ1372-78） 。 由以上分析可见，该零件的尺寸精度中等偏上，对应的模具相关零件的尺 寸加工可以保证。从塑件的壁厚上来看，还是比较均匀的，有利于零件的成型

9、223 表面质量分析 该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，没有特别的表面质量要求，故比较 容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得好的情况下，零件的成型要 求可以得到保证。 224 计算塑件的体积和重量 计算塑件重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 比重: 1.05 克/立方厘米 成型收缩率成:0.4-0.7% 型温度：200-240 计算塑件的体积：V=22.97mm （通过软件计算） 计算塑件重量：根据设计手册可查得聚酰胺的密度为 = 1.05g/ cm 故塑件的重量为：W=V24.1185g 考虑到塑件结构间单，但需求量大固采用一模 4 件的模具结构，考虑其外 形尺寸、注射时

10、所需压力和工厂现有的设备等情况，初步选用注射机为 XS ZY-125 型。 225 塑件注射工艺参数的确定 查找塑料模设计手册和参考工厂的实际应用的情况，聚酰胺 PA30%GF 的成型工艺参数可作如下选择。试模时，可根据实际的情况作适当 的调整。 注塑机类型 螺杆式 螺杆转速/(r/min) 20-40 喷嘴形式/温度 直通式 200-210 料筒温度/c 前段 220-240 中段 230-250 后段 200-210 模具温度/c 80-120 注射压力/mpa 90-130 保压力/mpa 30-50 注射时间/s 2-5 保压时间/s 15-40 冷却时间/s 20-40 成型周期/s

11、 40-90 第三章 注射模的结构设计 注射模结构设计主要包括：分型面选择、模具型腔数目的确定及型腔的排 列方式和冷却水道布局以及浇口位置设置、模具工作零件的结构设计、侧向分 型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。 31 型腔数目的确定 该塑件精度要求不高，但需求量大，固应选多腔模更为合适。它可以提高 生产效率，降低塑件的整体成本。生产经验表明，每增加一个型腔，塑件的尺 寸精度将降低 4%。该塑件需求量大，我按生产经济性确定型腔数目，根据总成 型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原料费用，仅考虑模具费用 和成型加工费。 总的成型加工费为 XXm+Xj= nC1+C2N（Yt/60n

12、）1050.83 由于每增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低 4%，现通模具费用为 XmnC1+C2 式中 C1每一型腔的模具费用，元 C2与型腔无关的费用， 成型加工费为 XjN（Yt/60n）式中 N需要生产塑件的总数 Y每小时注射成型加工费，元 t成型周期，min 初选定 n 为 10 Xm10100501050 Xj 10（0.5100/6010）0.83 通过计算和现有的注塑机及型腔的分布选定型腔数为 4。 32.型腔的分布 由于型腔的排布与浇注系通密切相关的，所以在模具设计时应综合加以考 虑。型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的 足够压力，以保证塑料熔体能

13、同时均匀地充填每个型腔，从而使各个型腔的塑 件内在质量均一稳定。 图 2 型腔的排布 3.3 分型面的设计 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。该塑件表面质量无特殊要求，结构 也比较间 单，固选平直分型面。如图 3 如何确定分型面，需要考虑的因素比较 复杂。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。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： （1）分型面应选

14、在塑件外形最大轮廓处。 （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。 （4）满足塑件的外观质量要求。 （5）便于模具加工制造。 （6）对排气效果的影响。 图 3 分型面 34 浇注系统设计 根据设计手册查得 XSZY-125 型注射机喷嘴的有关尺寸： 喷嘴前端孔径：d0 = 4mm； 喷嘴前端球面半径：R0=12mm； 根据模具主流道与喷嘴的关系 R = R0 + ( 1 2 ) mm d = d0 + ( 0.5 1 ) mm 取主流道球面半径 R = 13 mm； 取主流道的小端直径 d = 4.5 mm . 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计

15、成圆锥行，其锥度为 1 3，经换算得大端直径 D=8.5mm。为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道 出料端设计半径 r = 5mm 的圆弧过渡。 341 分流道设计 分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射 速率、分流道长度等因素来确定。本塑件的形状不算太复杂，熔料填充型腔 比较容易。根据型腔的放置方式可知分流道的长度较长，为了便于加工起见， 选用形状为圆形分流道，查塑料模设计手册得 R=1mm。流道截面形状如 图 4 图 4 分流道截面形状 塑料迅速冷却，只有内布的熔体流动比较理想，因此分流道表面粗糙度 一般取 Ra1.6mm 3.4.2 浇口位置的选择 模具设计时，

16、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) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。 (2) 必须尽量减少熔接痕。 (3) 应有利于型腔中气体排出。 (4) 考虑分子定向影响。 (5) 避免产生喷射和蠕动。 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 (6) 尽量缩短流动距离。 35 成型零件结构设计 351 定（凹）模的结构设计 根据模具的结构形式，考

17、虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素， 凹模采取整体式结构，其结构另见模具总装图。根据分流道与浇口的设计 要求，分流道和浇口均设在凹模上。 352 动模的结构设计 由于该塑件采用香焦式浇口，型芯采取组合是结构，将型芯割开以便加工。 其凸模和型芯的结构形式另见模具总装图。 第四章 模具设计的有关计算 本成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造 公差和平均磨损量来进行计算。查表得聚酰胺的收缩率为 Q=0.82.5%，故平 均收缩率为 Qcp=（0.8+2.5）%/2=1.65%，考虑到工厂模具制造的现有条件， 模具制造公差取 z=/3。 4.1 型腔和型芯工作尺寸计算 （1）型

18、腔径向尺寸 已知在规定条件下的平均收缩率 Scp，塑件尺寸 Ls- Z，磨损量 C,则塑件的平均尺寸 Ls-z/2,如以 Lm +Z 表示型腔尺寸, ABS 平均收 缩率 0.5%-0.8%. Lm + Z/2 + C/2 =(Ls-1/2)+(Ls-1/2)Scp 对于中小型零件,令 Z=1/3,Z=1/6,并将比其它各项小得多的(1/2)Scp 略去,则 有 LM = Ls + LsScp - 3/4 标注制造公差后,则为 LM = (Ls + LsScp 3/4)=60.66 (2) 型芯腔径向尺寸 LM = (Ls + LsScp 3/4)=27.4 图 5 型腔和型芯的尺寸 4.2

19、型腔侧壁厚度计算 421凹模型腔侧壁厚度及底板厚度计算 (1) 凹模型腔侧壁厚度计算 凹模型腔为整体式矩形型腔，根据整体式矩形型腔侧壁厚计算公式 h =(Pa L14/32EA)1/3 进行计算。 式中各参数分别为： p = 40 Mpa (选定值)； a = 12 mm； L1= 25 mm （根据型腔工作尺寸计算得长度尺寸为 25，7.4 mm， 取大值进行计算） ； E = 2.1X105 Mpa； A = 40 mm（初选值） ； = 0.0250.04 mm,取 = 0.035 mm. 代入公式计算得 h =(Pa L14/32EA)1/3 (mm) =4012(25)4/(322.

20、1105400.035) 1/3 =1.6 mm 故取凹模的外形尺寸为 26x26mm. (2) 凹模底板厚度计算 根据组合式型腔底板厚度计算公式 H=(3Pbl2/4B)1/2 进行计算。 式中各参数分别为： P = 40 Mpa; b = 13.83 mm; L = 120mm (初选值)； B = 300 mm (根据模具初选外形尺寸确定) ； = 160 Mpa(底板材料选定为 45 钢). 代入公式计算得 H=(3Pbl2/4B)1/2 =(34013.83902)/(4190160) 1/2 =32 mm 考虑模具的整体机构协调,取 H = 32.8 mm . 图 6 凹模 第五章

21、 模具加热和冷却系统的计算 本塑件在注射成型时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统,是 否需要冷却系统可作如下设计计算。 设定模具平均工作温度为 60C，用常温 20C 的水作为模具冷却介质，其 出口温度为 30C，产量为（初算每 2min1 套）0.26kg/h。 5.1 求塑件在硬化时每小时释放的热量 Q3 查设计手册得聚酰胺的单位热流量为 42104J/Kg Q3= WQ2=0.2642104J/Kg =10.92104J/Kg 52 求冷却水的体积流量 V 根据体积流量的公式得： V=WQ1/Pc1（t1-t2） =（10.9260）/1034.187103（30-20） =

22、0.2310m3/min 4 由体积流量 V 查设计手册可知所需的冷却水管直径为 8。 由上述计算可知，因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很大，故应设冷 却系统。 （如图 8） 图 7 冷却示意图 图 8 冷却水路的分布 第六章 模具闭合高度的确定 根据支撑与固定零件的设计中提供的经验数据，确定：定模座板： H1=17.6mm；上模板 H2=32.8mm；下模板 H3=41.5mm；动模座板：H5=25m 垫块：H4110mm：支承板：H624mm： 因而模具的闭合高度： H= H1+ H2+ H3+ H4+ H5H6 .6+32.8+41.5+25+110+24 =252 第七章 注射机有关

23、参数的校核 本模具的外形尺寸为 300mm300mm252mm。XSZY-125 型注射机 范本最大安装尺寸为 428mm458mm，故能满足模具的安装要求。 由上述计算模具的闭合高度 H=252 mm，XSZY-125 型注射机所允许 模具的最小厚度 Hmin=200mm，最大厚度 Hmax=300mm，即模具满足 Hmin H Hmax 的安装条件。 经查数据 XSZ-Y125 型注射机的最大开模行程 S=300mm，满足出件 要求。 S H1+ H2+（510）mm =70mm 经验证，XSZY-60 型注射机能够满足使用要求，故可采用。 第八章 绘制模具总装图和非标零件工作图 本模具的

24、总装图和非标零件工作图，总装图如图所示，其工作原理：模具 安装在注射机上，定模部分固定在注射机的定模板上，动模固定在注射机的 动模板上。合模后，注射机通过喷嘴将熔料经流通注入型腔，经保压，冷却 后塑件成型。开模时动模部分随动板一起运动渐渐将分型面打开，当分型面 打开完毕后，凝料从上模中脱出，在注塑机顶杆的作用下，顶杆通过推件板 将塑件和凝料系统顶出，与此同时由于采用的是香焦式浇口，在顶出的瞬间， 塑件和凝料分开。此时塑件自动脱落，实现全自动脱模。合模时，随着分型 面的闭合复位杆将顶杆复位，模具闭合，等待下一次的动作。 图 9 总装图 1-定模座板、2-型芯固定板、3-型芯、4-定模推件板、5-

25、楔块、6-动模板、7-摆钩、 8-型芯固定板、9-支承板、10-动模座板、11-推杆、12-推杆固定板、13-顶距拉 杆、14-弹簧、15-斜划块、16-斜销、17-限位螺钉、18-小型芯、19-复位弹簧。 第九章 注射模的试模 9.1 模具安装 （1） 清理范本平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。 （2） 因本模具外形尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面两根导 轨上垫好木板，模具从侧面进入机架间，定模入定位孔，并放正，慢速闭合 范本，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衡、灵活，无卡住现象，然后固 定动模。 （3） 调节锁

26、模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当。 （4） 慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距 离。开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。 （5） 模具装好后，等料筒及喷嘴温度上升到距预定温度 2030C，即可 校正喷嘴与浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口 套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，须使松紧合适，校正后拧紧注 射座定位螺钉，紧固定位。 （6） 开空车运转，观察模具各部分运行是否运行正常，然后才可注射试 模。 第十章 注塑工艺不良缺陷以及成因 由于在生产过程中产品产生了龟裂现象.所以特地阐明其原因以及解决方法。 龟裂是

27、塑料制品较常见的一种缺陷，产生的主要原因是由于应力变形所致。 主要有残余应力、外部应力和外部环境所产生的应力变形。 10.1 残余应力引起的龟裂 残余应力主要由于以下三种情况，即充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件造 成的。作为在充填过剩的情况下产生的龟裂，其解决方法主要可在以下几方面 入手： （1）由于直浇口压力损失最小，所以，如果龟裂最主要产生在直浇口附近， 则可考虑改用多点分布点浇口、侧浇口及柄形浇口方式。 （2）在保证树脂不分解、不劣化的前提下，适当提高树脂温度可以降低熔 融粘度，提高流动性，同时也可以降低注射压力，以减小应力。 （3）一般情况下，模温较低时容易产生应力，应适当提高温度。但当

28、注射 速度较高时，即使模温低一些，也可减低应力的产生。 （4）注射和保压时间过长也会产生应力，将其适当缩短或进行Th次保压切 换效果较好。 （5）非结晶性树脂，如AS树脂、ABS树脂、PMMA树脂等较结晶性树脂如聚 乙烯、聚甲醛等容易产生残余应力，应予以注意。 脱模推出时，由于脱模斜度小、模具型胶及凸模粗糙，使推出力过大，产 生应力，有时甚至在推出杆周围产生白化或破裂现象。只要仔细观察龟裂产生 的位置，即可确定原因。 在注射成型的同时嵌入金属件时，最容易产生应力，而且容易在经过一段 时间后才产生龟裂，危害极大。这主要是由于金属和树脂的热膨胀系数相差悬 殊产生应力，而且随着时间的推移，应力超过逐渐劣化的树脂材料的强度而产 生裂纹。为预防由此产生的龟裂，作为经验，壁厚7与嵌入金属件的外径通用型 聚苯乙烯基本上不适于宜加镶嵌件，而镶嵌件对尼龙的影响最小。