端盖成型工艺分析与模具设计

1、第  1章 绪 论  1.1 概述塑料模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具。 塑料模 具对塑料制品的质量和操作难易程度都有相当的影响因此要求模具在生产度,外观,物 理性能等各方面都满足使用要求并要求其效率高,操作简便,结构合理,制造容易,成 本低廉。现代塑料制品中合理的加工工艺,高效的设备,先进的模具是必不可少三项重 要因素。尤其是塑料模具要实现塑料加工工艺要求,制件使用要求和造型设计起着十分 重要的作用。因此,对塑料模具生产也提出了越来越高的要求。因此促使模具生产不断 向前发展。模具工业是现代工业的基础, 它的技术水平很大程度上决定了产品

2、的质量和市场的 竞争能力。随着我国加入“ WTO ”步伐的日益加快。 “入世”将对我国模具工业产生重 大而深远的影响, 经济全球化的趋势日益明显, 同时世界众多知名公司不断进行构调整, 国内市场的国际性进一步现,该行业将经受更大的冲击,竞争也会更加激烈。在如此严 峻的行业背景下, 我国的技术人员经过不断的改革和创新使得我国模具水平有了较大的 提高,大型,复杂,精密,高效和长寿命模具有上了新的台阶。塑料制品的成型是塑料成为具有实用价值制品的重要环节。塑料成型方法已达  40 多种。 其中最重要的是注射, 挤出, 吹塑和压制等。 它们几乎占了整个塑料成型的 85%; 其中注射尤

3、为突出, 占塑料成型的 30%以上。 注射模具成形是热塑性塑料成型的一种方 法,几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型,有些热固性塑料也可以用注射模塑成 型。  1.2塑料模现状近年来我国塑料模具有了长足的进步,大型,复杂,高效和长寿命模具又上了新台 阶,特别体现在高科技应用的深度和广度上,表现在下列几个方面:(1广泛应用  CAD/CAM/CAE,特别是加工方面,计算机造型,编程并由数控机 床加工已是主要手段, CAE 软件也已得到广泛应用,提高了设计水平。(2热流道技术的推广应用更上一层楼,内热式和外热式流道装置,自制热喷咀 和引进热喷咀都得到了应用,有的已达到国际先进

4、水平。(3气体辅助注射技术已得到应用,不少厂家均采用了此技术,例如熊猫公司开 发气辅模具是时,采用了 C ­MOLD气辅分析软件使模具顺利研制成功。(4应用优质塑料模具钢,现注射模较少采用 45钢, P20钢得到广泛应用,大大 提高了使用寿命和表面光洁度。(5抽芯脱模机构的创新设计,很多厂家已设计出结构新颖,脱模容易,具有创 新意识的脱模机构,并解决了很多以前脱模难的问题但与发达国家。(6精密,复杂,大型,高寿命模具的制造水平有了很大提高。那些尺寸精度高, 模具零件要求互换,塑件形状复杂的模具由于采用了  CAD 三维技术计算机模拟注射成 型,气辅技术等

5、先进的方式,使模具达到了国外同类模具水平。模具的寿命也达到  100 万次或更高。我国的模具工业在“九五”期间虽有较快发展,但相比一些发展较快的国家,我国 仍存在相当大的差距。据资料显示, CAD , CAE 的应用,发达国家远高于中国,而中 国大陆的应用程度有远低于香港,台湾。特别是  FLOW 软件和  COOL 软件,发达国家 已普及而中国大陆才刚刚起步。 差距之大, 使人感慨。 在模具标准零件及标准模架方面, 发达国家已普及,并实现了商品化,而中国大陆已有国家标准但尚未实现商品化。热流 道及热管技术发达国家已大量使用

6、,并形成了系列和标准。而我国大陆  70 年代开始研 究迄今尚无标准。在发达国家及发达地区塑料模具行业向小而专的方向发展;向技术密集方向发展; 高技术与高技艺相结合;生产规模以小而专见长;专业化与柔性化相结合。而在中国大 陆则恰恰相反。独立的模具工厂难以生存;多属于劳动密集型企业;有忽视高技艺的倾 向;大而全居多;尚无专业化与柔性化相结合的规划。而且大型,精密,复杂,长寿命 模具产需矛盾仍然十分突出, 高档模具进口的比例达 40%以上, 而有些模具已出现过剩。  1.3 模具产品发展趋势模具工业是我国国民经济的基础工业,随着全球经济的发展,新的技命不断取

7、得新 的进展和突破, 市场经济的不断发展, 促使工业产品越来越向多品种, 小批量, 高质量, 低成本的方向发展,于是对制造各种产品的关键工艺装备 ­模具的要求越来越苛刻,模 具必然会有如下发展趋势: 1. 模具 CAD/CAM/CAE技术将日益深入人心并发挥越来越重要的作用。 基于网络的 一体化系统结构 CAD/CAM/CAE将达到开放性, 兼容性和专业化的统一。  CAD/CAM软件在智能化,面向对象,基于特征和面向制造方面将获得长足的进步。模具  3D 分析的 重要性更加明确。国产软件 CAXA 系统, HSC 系统和 Z

8、3;MOLO等软件的功能和水平将 不断提高和完善。  2. 模具的精度将越来越高,并日趋大型化,现在模具精度已达  2 3 毫米,不久  1 毫米精度的模具将上市。 随着零件微化及精度要求的不断提高, 这就要求发展超精加工。 另一方面,由于用模具成型的零件日益大型化以及由于高效率要求而发展的一模多腔, 势必要求模具随之大型化。  3. 随着热流道技术的日益推广应用,热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高, 由于热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节约制件的原材料,因 此,热流道技术的应用将会发展很快,比例也将

9、逐渐提高。  4. 随着塑料成型工艺的不断改进与发展,气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模 具也将随之发展。气体辅助注射成型技术能改善塑件的内在和外观质量。具有注射压力 低,制品变形小,节约原料,提高制件生产率,从而大幅度降低成本等优点。而高压注 射成型可减小树脂收缩率,增大塑件尺寸的稳定性,提高其精度。  5. 快速经济制模技术的前景十分广阔,突出的表现在快速成型(RP 快速模具制造 (RT 上。 21 世纪,这种生产方式占工业生产的比例将达  75%以上。模具的生产周期 将越来越短,成本也将相应降低。精度和寿命又能满足生产上的使用要求  R

10、P+RT 的研 究成为国内外  RPM 界十分关注并大力发生的领域之一,正大力向着快速模具制造 (RTM 发展,一些新的快速成型方法相继涌现, RPM 是电脑,激光,光学扫描,先 进的新型材料,计算机辅助设计(CAD ,计算机辅助加工(CAM ,数控(CNC 综 合应用的高进技术。利用它可以直接或间接的快速制模。快速制模技术为适应市场的需 求,必然呈现多元化的发展趋势。  6. 模具标准件的应用将日益广泛。模具标准件不但能缩短模具制模周期,而且能提 高模具质量和降低模具制造成本,因此模具标准件的应用必将日益广泛,在今后的模具 市场中必将成为一类

11、。十分活跃而又高速发展的产品。  7. 三维扫描仪的多样化和高速化将会使模具的逆向工程获得发展,逆向工程技术已 成为模具制造,信息传递的简便途径,是模具 CAD/CAM的关键技术之一。  8. 高性能的模具钢的用量也将以较快速度增长,由于对模具钢的要求越来越高,迫 切需要研制出高强度,高硬度,高耐磨性惬意加工,热处理变形小,导热性优良的制模材料,并广泛的投入应用。如各种导型材模具, PVC 塑料等。随着以塑料钢的进一步发展,塑料模的比例将不断提高,发展速度也将高于冲模。 对模具的要求也将越来月高,高档模具在市场上的份额也将逐步扩大。  1.4 本课题的设

12、计步骤本设计要求使用CAD,PROE等软件对机构进行零件图纸绘制,设计成型注射模具。 带联合顶出机构对于注塑模的设计比较简单, 使用常规的设计方法就能够设计出合 理简单有效的模具。机构的材料:ABS根据选择模具要一腔两模,对于模具的基本方案是:(1对于注塑机的选择,由于机构的结构和产量以及所给的各项要求,进行综合 的考虑,采用卧式注塑机;(2模具结构设计(a浇注系统设计所给设计要求是一模两腔,因此将型腔对称放置,使用圆锥型主流道,使用球型头 的拉料杆的冷料井。将分流道对称设置,分流道截面采用梯形截面,浇口采用潜伏式浇 口,利用分型面或配合间隙排气;(b成型零件结构设计阴模使用整体嵌入式,上下模

13、板上均嵌入阴模。由于结构的上下结构特征,在上下 模板均设计了型芯;(c合模导向和定位机构设计使用导向柱四根,同时与导套配合,既能够导向,又能够定位;(d脱模机构设计使用推杆进行脱模,同时在喷雾器嘴的下侧使用一推环,虽然塑件有四处筋板,可 使用使用四处推杆,但使用一推环可防止在推模时对塑件造成破坏;(3零件图的绘制在对模具的结构进行了基本的设计后,首先要进行三维图以及零件图的绘制,以为 后一部的加工提供必要的尺寸及一些数据参数。(4对模具进行模具的CAD设计在对模具进行基本设计之后,就要进行相关的设计计算,在得到正确的数据后,利用CAD进行相关的设计,通过进行人机交互,即可得到简单又优良的设计。

14、在对模具进 行设计完成之后,我们得到了模具的三维图,并生成模具的装配图,同时生成我们所需 要的所有零件的图纸。进行以上的工作之后, 还要进行注射模具的制造工艺设计,在完成所有的设计之后完 成设计说明书的撰写。第  2章 塑件的工艺分析该塑件是端盖产品,其零件图如图所示。本塑件的材料采用ABS,生产类型为大批 量生产。图1 端盖正面图 图2 端盖背面图  2.1塑件的工艺性分析  选择材料:ABS Acrylonitrile-butadiene-styrene 丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物 塑料分析:(1、基本特性:ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这 三

15、种组分的各自特性,使ABS具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐 化学腐蚀性及表面硬度, 丁二烯使ABS坚韧, 苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 ABS无毒、无味,呈微黄色,成型的塑料件有较好的光泽。密度为1.021.05/cm。 ABS有极好的抗冲击强度,且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨 性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS 几乎无影响,在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液,不溶于大部分醇类及烃类 溶剂,但与烃长期接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀 会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和

16、尺寸稳定性,易于成型加工。经过色可配成任何 颜色。其缺点是耐热性不高,连续工作温度为70度左右,热变形温度约为93度左右。耐 气侯性差,在紫外线作用下易变硬发脆。根据ABS中三种组分之间的比例不同,其性能也略有差异,从而适应各种不同的应 用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。(2 、主要用途 ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、 电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池、冷藏库和冰霜衬里等。汽车工业上用 ABS制造汽车挡泥板、 扶手、 热空气调节管、 加热器等, 还有用ABS夹层板制小轿车车身。 ABS还可用来制作水表壳、纺织器材、电

17、器零部件、文教体育用品、玩具、电子琴及收 录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。(3成型特点:ABS在升温时粘度增高,所以成型压力较高,塑料上的脱模斜度宜 稍大;ABS易吸水,成型加工前应进行干燥处理;易产生熔接痕,模具设计时应注意尽 量减小浇注系统对料流的阻力;在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度及收缩率影响极 小。要求塑件精度高时,模具温度可控制在5060度,要求塑件光泽和耐热时,应控制 在6080度。   2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析  从零件图上分析,该零件总体形状为圆形。在高度为40m中心凸台上,一个带有4× 5mm的孔对称分布,因此,模

18、具设计,该零件属于中等复杂程度.从塑件的壁厚上来看,壁厚最大处为3mm,壁厚均匀,在制件的转角处设计圆角,防 止在此处出现缺陷,由于制件的尺尺寸中等。  该零件的表面除要求没有缺陷毛刺,内部不得有杂质外,没有什么特别的表面质 量要求,故比较容易实现。综上分析可以看出,注塑时在工艺控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到 保证.  2. 计算塑件的体积和质量计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。计算塑件的体积:V=46.87cm 3 计算塑件的质量:根据设计手册可查得ABS的密度为=1.06kg/dm 3-塑件质量:M=V=50g(通

19、过3D软件测量得到采用一模两件的模具结构,考虑其外形尺寸,注塑时所需压力和工厂现有设备等情 况,初步选用注塑机XSZY125型。第  3章 注塑模设计  3.1 注射模具分型面的选择  分型面的形式由塑料的具体情况而定,但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面 式分型面、曲面式分型面、综合式分型面。选择分型面的基本原则:(1保持塑料外观整洁; (2分型面应有利于排气;(3应考 虑开模是塑料留在动模一侧; (4应容易保证塑件的精度要求; (5分型面应力求简单 适用并易于加工; (6考虑侧向分型面与主分型面的协调; (7分型面应与注射机的参 数相适应; (

20、8考虑脱模斜度的影响 11。  根据对工件模型的观察和分型面选择的基本原则。现选择  A­A为分型面。如图 3.1。图 3.1 分型面  3.2 浇注系统的设计  浇注系统是将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道,它包括主流道、分流 道、浇口及冷料。在设计注射模具的浇注系统应注意以下几项原则 12。(1根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。(2根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸多因素,并结合选择分型面的形式选择浇注 系统的形式及位置。(3应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把,以节省原料,提升注射效率。(4应根据

21、所选用塑件的成型性能,特别是它的流动性能,选择浇注系统的截面积和 长度,并使其圆滑过渡以利于物流的流动。  主流道是熔融塑料由注射机喷嘴先经过的部位,它与注射机喷嘴在同一轴心线上。由于主流道与熔融注射机喷嘴反复接触、碰撞,一般浇口不直接开设在定模上,为了制造方 便,都制成可拆卸的浇口套,用螺钉或迫合形式在定模板上 13。(1主流道的设计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。主流道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。(2主流道尺寸在卧式或立式注射机上使用的模具中,主流道垂直于分型

22、面。为了让主流道凝料能从浇 口套中顺利拔出,主流道设计成圆锥形,其锥角 为  2º6º。小端直径  d 比注射机喷嘴 直径大 0.5mm 1 mm。由于小端的前面是球面,其深度为 3mm 5 mm,注射机喷嘴的 球面在该位置与模具接触并且贴合,因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大 1mm  2mm 。流道的表面粗糙度值  Ra 为 0.08 。(3主流道浇口套主流道浇口套一般采用碳素工具钢如 T8A 、 T10A 等材料制造,热处理淬火硬度 53HRC  57HRC 。浇口

23、套的材料应选用优质钢 T8A , 并应进行淬火处理, 为了防止注射机喷嘴不被碰撞而 损坏,浇口套的硬度应低于注射机喷嘴的硬度。为了便于浇注凝料从主流道中取出,主 流道采用为 3º6º左右的圆锥孔。 浇口套于注射机的喷嘴头的接触球面必须吻合, 由 于注射机喷嘴是球面,半径是固定的,所以为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢 出,应使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴端的凸面接触良好,圆锥孔的小端直径则大 于喷嘴的内孔直径,球面与主流道孔应以清角连接,不应有倒拔痕迹。为了便于浇注凝 料从主流道中取出, 主流道采用为 3º6º度左右的圆锥孔, 对流动性较差的塑料也

24、可 取得稍大一些,但过于大则容易引起注射速度缓慢,并容易形成涡流。浇口套与塑料注射区直接接触时,其出料端端面直径应尽量选得小些。浇口套于注射机 的喷嘴头的接触球面必须吻合,由于注射机喷嘴是球面,所以为使熔融塑料从喷嘴完全 进入主流道而不溢出,应使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴端的凸面接触良好,圆锥 孔的小端直径则大于喷嘴的内孔直径, 球面与主流道孔应以清角连接, 不应有倒拔痕迹, 以保证主流道凝料顺利脱模 14。定位环是模体与注射机的定位装置,它保证浇口套与注射机的喷嘴对中定位,定位环的外径应与注射机的定位孔间隙配合。浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。 注射机 XS­Z&#

25、173;30的喷嘴球半径为 12 mm,喷嘴孔径为 2 mm。所以要使浇口套端面的凹 球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好, 凹球面半径取 13 mm,圆锥孔的小端直径则应 大于喷嘴口内径,取 3 mm,如图3.2。 图 3.2 浇口套  分流道是将熔融塑料从主流道截面及其方向的变化, 平稳进入单腔中的进料浇口或主流 道进入多腔的浇口的通道,它是主流道与浇口的中间连接部分,起分流和转换方向的作 用,通常分流道设置在分型面的成型区域内。在注射过程中,熔融的塑料在流经分流道时,应是它的压力损失以及热量损失最小,而 以分流道中产生的凝料最少为

26、原则,分流道的设计要点总体归纳如下:分流道的形状要考虑分流道的截面积与其周边长度的比最大为好, 这样可以减少熔料的 散热面积和摩擦阻力,减少压力损失。在可能情况下,分流道的长度应尽量的短,以减少压力损失,避免模体过大影响成本, 在多型腔模具中和型腔的分流道长度尽量相等,以达到注射大时压力传递的平衡,保证 塑料尽可能同时均匀的充满各个型腔。在有些情况下分流道长度不能相等时,则应在浇 口处作必要的补救措施,如果分流道较长时,应在其末端设置冷料穴,放置冷料和空气 进入模腔 15。在满足注射成型工艺的前提下,分流道的截面积应尽量的小,但分流道的截面积过小会降低注射速度,使填充时间延长,同时可能出现缺料

27、、焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷, 而分流道过大则增大冷却时间应比型腔中塑件的冷却时间要短,才不影响注射时的效 率。因此在设计时应采用较小的截面积,以便于在试模是为不要的修正留有余地。 分流道和型腔的分布是排列紧凑,距离合理,应采用轴对称或中心对称,使其平衡,尽 量缩小成型区域的总面积。 最好使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心和 锁紧力的中心相重合。在分流道上的转向次数尽量少,在转向处应圆滑过渡,不能有尖角,这些都是为了减小 压力损失,有利于物料的流动。当分流道设在定模一侧或分流道延伸较长时, 应在浇口附近或分流道的交叉处设置钩料 杆,以便于在开模时在钩料杆的作用下首先从定模中拉出分流

28、道的凝料,并与塑料一起 顶出。分流道的内表面不必要求很光,一般表面粗糙度取  1.6m 即可,这样可以在分流道的 摩擦阻力下使料流外层的流动小些,使其分流道的冷却皮层固定,有利于熔融塑料的保 温。在总体分布中,应综合考虑冷却系统的方式和布局,并留出冷却水路的空间。端盖注射模要求一模两腔,在布局上选择平衡式分流道。平衡式分流道的特点是: 从主流道到各个型腔的分流道,其长度、截面尺寸及其形状完全相同,以保证各个型腔 同时均匀进料,同时注射完毕。分流道的截面形状选择半圆形截面,它的效率比圆形稍 差,但加工起来比圆形截面要简单。  (1浇口的概念浇口亦称进料口, 是连接分

29、流道与型腔的熔体通道。 浇口的设计与位置的选择恰当与否, 直接关系到塑件能否被完好、高质量地注射成形。(2浇口的作用浇口可分成限制性浇口和非限制性浇口两类。 非限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸 最大的部位,它主要是对中大型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。限制 性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位,其作用如下:浇口通过截面积突然变化,使塑料熔体通过挠口的流速有突变性增加,提高塑料熔体的 剪切速率,降低黏度,使其成为理想的流动状态,从而迅速均衡地充满型腔。对于多型腔模具,调节浇口的尺寸,还可以使非平衡布置的型腔达到同时进料的目的。浇口还起 着较早固化、防止型腔中熔体倒流的作用。浇

30、口通常是浇注系统最小截面部分,这有利 于在塑件的后加丁中塑件与浇口凝料的分离 16。(3注射模浇口的类型单分型面注射模的浇口可以采用直接浇口、中心浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口 和爪形浇口。(a 直接浇口直接浇口叉称为主流道型浇口,它属于非限制性浇口。这种形式的浇口只适于单型腔模 具。特点是:流动阻力小,流动路程短及补缩时间长等;有利于消除深型腔处气体不易排出 的缺点; 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积最小, 模具结构紧凑, 注射机受力均匀; 塑件翘曲变形、浇口截面大,去除浇口困难,去除后会留有较大的浇口痕迹,影响塑件 的美观。(b 中心浇口当筒类或壳类塑件的底部中心或接近于中心部位有通

31、孔时,内浇口开设在该孔处,同时 在中心处设置分流锥,该浇口称为中心浇口,是直接浇口的一种特殊形式。它具有直接 浇口的优点,而克服了直接浇口易产生的缩孔、变形等缺陷。(c 侧浇口侧浇口一般开设在分型面上, 塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔, 其截面形状多为 (扁 槽 ,是限制性浇口。侧浇口广泛使用在多型腔单分型面注射模上。特点是由于浇口截面小,减少了浇注系统塑料的消耗量,同时去除浇口容易,不留明显 痕迹。侧浇口的两种变异形式为扇形浇口和平缝浇口。扇形浇口是一种沿浇口方向宽度逐渐增加、厚度逐渐减少的呈扇形的侧浇口, 平缝浇 口又称薄片浇口,浇口宽度很大,厚度很小。主要用来成形面积较小、尺寸较大的扁

32、平 塑件,可减小平板塑件的翘曲变形,但浇口的去除比扇形浇口更困难,浇口在塑件上痕 迹也更明显。(d 环形浇口对型腔填充采用圆环形进料形式的浇口称环形浇口。环形浇口的特点是进料均匀。圆周上各处流速大致相等,熔体流动状态好.型腔中的空气容易排出,熔接痕可基本避免, 但浇注系统耗料较多,浇口去除较难。(e 轮辐式浇口轮辐式浇口是在环形浇口基础上改进而成。这种形式的浇口耗料比环形浇口少得多。这 类浇口在生产中比环形浇口应用广泛。多用于底部有大孔的圆筒形或壳形塑件。轮辐浇 口的缺点是增加了熔接痕,会影响塑件的强度。(f 爪形浇口爪形浇口加工较困难,通常用电火花成形。型芯可用做分流锥,从而避免了塑件弯曲变

33、 形或同轴度差等成形缺陷。爪形浇口的缺点与轮辐式浇口类似,主要适用于成形内孔较 小且同轴度要求较高的细长管状塑件。浇口位置的选择原则:尽量缩短流动距离;避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷;浇口应 开设在塑件厚壁处;考虑分子定向的影响;减少熔接痕。(4浇注系统平衡设计(a 浇注系统的平衡概念为了提高生产效率,降低成本,小型 (包括部分中型 塑件往往采取一模多腔的结构豫应 尽量采用型腔平衡式布置的形式。 若根据某种需要浇注系统被设计成型腔非平衡式布置 形式,则需要通过调节浇口尺寸,使浇口的流量及成形工艺条件达到一致,这就是浇注 系的平衡,亦称浇口的平衡。(b 浇注系统的平衡计算方法浇注平衡计算的思路是

34、通过计算多型腔模具各个浇口的 BGV(Balanced Gate V alue 值来 判断或计算。浇口平衡时, BGV 值应符合下列要求:相同塑件的多型腔模具,各浇口 计算出的 BGV 值必须相等; 不同塑件的多型腔模具, 各浇口计算出的 BGV 值必须与其 塑件型腔的充填量成正比。(5浇口的选择本模具为一模两腔,选择侧浇口。侧浇口为扁平形状,可以大大的缩短冷却时间,缩短 成型周期。易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观。浇口设置在塑件表面,浇口 截面形状简单,容易加工,且注射效率高。  冷料穴设置在主流道的末端,即主流道正对面的动模板上。它的作用是用

35、来储存注射间歇期间,喷嘴前端由散热造成温度降低而产生的冷料。在注射时,如果它们进入流道, 将堵塞流道并减缓料流速度。进入型腔,将在塑件上出现冷疤或冷斑。球形拉料装置由 冷料穴、拉料杆组成,拉料杆安装在型芯固定板上,不与顶出系统联动。  3.3 型腔数目的确定及型腔的排列  根据塑件生产批量及经济性, 通过注射量及锁模力计算, 可确定尽可能多的型腔数, 以提高生产率。其型腔在一模中的数目确定方法 见表三: 表三此塑件采用第二种方法确定型腔数目;按注射机的最大注射量确定型腔数;根据公式:N  Vs Vj V - 8 .

36、 0 N  949 . 3 15 . 0 949 . 3 4 30 8 . 0 × × - × 5(取整型腔的布置采用对称分布,以防模具承受偏载而产生溢料。平衡性好,加工容易, 使用比较广泛。 第  4章 成型零件和模体的设计  4.1 模具型腔的结构设计型腔大体有以下几种结构形式:整体式、整体组合式、局部组合式和完全组合式。 型腔由整块材料制成,用台肩或螺栓固定在模板上。它的

37、主要优点是便于加工,特别是在多型腔模具中,型腔单个加工后,在分别装入模板,这样容易保证各型腔的同心 度以及尺寸精度要求,并且便于部分成型件进行处理等。型腔由整块材料制成,但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多 于型腔较深或形状较为复杂,整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是,便于机加工,便于抛光研 磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件 的大型型腔上。这里选择整体式型腔。在塑料注射模具的注射过程中,型腔从合模到注射保证过程中受到高压的冲击力, 因此模具型腔应该有足够的硬度和刚度,总的来说,型

38、腔所承受的力大体有合模时的压 应力、注射过程中塑料流动的注射压力、浇口封闭前一瞬间的压力保证和开模时的压应 力,但型腔所承受的力主要是注射压力和保证压力,并在注射过程中总是在变化。在这 些压力作用下,当型腔的刚度不足时,往往会产生弹性变形,导致型腔向外膨胀,它将 直接影响塑件的质量和尺寸精度。 所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚 度都有足够的强度和刚度,以保证型腔在注射过程中产生超过规定限度的弹性变形。因 此型腔壁厚和底板的计算和选择是十分重要的。 (1型腔侧壁厚度的计算 按强度计算其壁厚 S 按下列公式计算÷÷ øö è 

39、0; - - = 1 2     p r S s s 式中   型腔材料的许用应力, =156.8MPa p 型腔内单位平均压力, P=38.4MPa r 型腔内半径, r=10mm 代入公式得:S=4mm (2底板厚度的计算 按强度计算其壁厚 H 按下面公式计算    1 . 1 s p H =式中   型腔材料的许用应力, =156.8MPa p 型腔内单位平均压

40、力, P=38.4MPa r 型腔内半径, r=10mm 代入公式得:H=5.5mm 4.2 型芯的结构设计型芯的结构形式大体有:整体式、整体复合式、局部组合式、完全组合式。  4.3 成型零件的尺寸确定 (1型腔尺寸计算型腔的各部分尺寸一般都是趋于增大尺寸,因此应选择塑件公差的  1/2,取负偏差, 再加上 ­1/4的磨损量,而型芯深度则再加上 ­1/6 的磨损量,这样的型芯的计算尺寸的 表述如下。(a 型腔的径向尺寸的计算式:( d+ úû ù ê &

41、#235;é D + = 0 * 0 0 4 3 1 S D D 式中  D0型芯的最小基本尺寸; 塑件的最大基本尺寸;  S 塑件的平均收缩率, S=0.02; 塑件的公差,取八级精度; 模具制造公差,按 1/4选取; 根据公式计算得型腔的径向尺寸: mm D  8 * 0 = mm D  16 . 00 0 7 . 

42、;7 + = (b 型腔的深度根据尺寸的计算公式( d+ úû ù ê ëé D + = 0 * 0 0 3 2 1 S H H 式中 型腔深度的最小尺寸; 塑件的最大基本小尺寸;  S 塑件的平均收缩率; 塑件的公差,取八级精度;模具制造公差,按 1/4选取; 根据公式计算得型腔的深度尺寸: mm H  6 * 0 = mm H  14

43、 . 00 0 7 . 5 + = (2型芯尺寸的计算型芯的各部尺寸除特殊情况外都是趋于缩小尺寸 , 因此应选择塑件公差的  1/2,取正偏差 , 再加上 +1/4的磨损量 , 而型芯高度则加上 +1/6的磨损量 . 型芯的计算尺寸表达如下。 (a 型芯的径向尺寸的计算式:(  0 * 0 0 4 3 1 d - úû ù ê ëé D + = S d d&

44、#160;式中 型芯的最大基本尺寸; 塑件的最小基本尺寸;  S 塑件的平均收缩率; 塑件的公差,取八级精度; 模具制造公差,按 1/4选取; 根据公式计算得型芯的径向尺寸: mm d  8 * 0 = mm d  0 16 . 0 0 7 . 8 - = (b 型芯的高度尺寸的计算:(  0 * 0 0 3 2 1 d - ú û ù

45、ê ëé D + = S h h 式中 型芯高度的最大尺寸; 塑件内形深度的最小尺寸;  S 塑件的平均收缩率; 塑件的公差,取八级精度; 模具制造公差,按 1/4选取; 根据公式计算得型芯的高度尺寸: mm h  4 * 0 = mm h  0 14 . 0 0 5 . 4 - = 第  5章 顶出机构的设计顶出机构的分类:按驱动方式分类可分为:手动顶出、

46、机动顶出、启动顶出。按模具结构分类可分为:一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。(1推出机构的结构组成在注射成形的每个周期中, 将塑料制品及浇注系统凝料从模具巾脱出的机构称为推出机 构,也叫顶出机构或脱模机构。推出机构的动作通常是由安装在注射机上的机械顶杆或 液压缸的活塞杆来完成的。结构组成:由推出、复位和导向零件组成。(2结构分类手动推出、机动推出、液压或气动推出。(3结构设计要求塑件留在动模 , 塑件在推出过程中不变形、不损坏 , 不损坏塑件的外观质量 , 合模时应使推 出机构正确复位 , 动作可靠。(4结构设计(a 推杆推出机构推杆推出机构是整个推出机构中最简单、最常见的一种形式。由于

47、设置推杆的自由度较 大,而且推杆截面大部分为圆形,容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度.推 杆推出时运动阻力小,推出动作灵活可靠,因此在生产中广泛应用。 但是因为推杆的 推出面积一般比较小,易引起较大局部应力而顶穿塑件或使塑件变形,所以很少用于脱 模斜度小和脱模阻力大的管类或箱类塑件。(b 推管推出机构推管推出机构是用来推出圆筒形、环形塑件或带有孔的塑件的一种特殊结构形式,其脱 模运动方式和推杆相同。由于推管是一种空心推杆,故整个周边接触塑件,推出塑件的 力量均匀,塑件不易变形,也不会留下明显的推出痕迹。(c 推件板的推出机构凡是薄壁容器、 壳形塑件以及表面不允许有推出痕迹的塑料制品,

48、可采用推件板推出. 推 件板推出机构义称顶板顶出机构, 它由一块与型芯按一定配合精度相配合的模板和推杆 组成。特点:推件板推出的特点是顶出力均匀,运动平稳,且推出力大。但是对于截面为非圆 形的塑件,其配合部分加工比较困难。(d 活动嵌件及凹模推出机构有一些塑件由于结构形状和所用材料的关系,不能采用推杆、推管、推件板等简单推出 机构脱模时,可用成形嵌件或型腔带出塑件。(5顶出机构的设计原则:塑件在成型顶出后,一般都留有顶出痕迹,但应尽量使顶出的残留痕迹不影响塑件 的外观,这是在选择顶出形式和顶出位置时必须考虑到的问题。一般顶出机构应设在塑 件的内表面以及不显眼的位置。注射设备的顶出装置都设计在动

49、模一侧,因此,在一般情况下开模时,尽量设计使塑件 留在动模一侧,以便于顶出塑件。这在分型面的选择时就应充分考虑。在实践中如果出现塑件并没有留在动模侧的情况时,可设法增加动默一侧的阻力,一是 将型芯的脱模斜度变小,或增加型芯的表面粗糙度,或者在不影响塑件使用的前提下, 在型芯侧面人为的开设横凹槽、凹窝等脱模障碍,以增大动模的阻力。在特殊情况下必 须使塑件留在定模时可采用定模顶出机构。塑件在成型顶出后,一般都留有顶出痕迹,但应尽量使顶出的残留痕迹不影响塑件 的外观,这是在选择顶出形式和顶出位置时必须考虑到的问题。一般顶出机构应设在塑 件的内表面以及不显眼的位置。顶出零件应有足够的机械强度和耐磨性能

50、,使其在相当长的运作周期内平稳顺畅,无卡 滞现象,并力求制造方便,容易维修。顶出装置力求均匀分布,顶出力作用点应在塑件承受顶出力最大的部件,尽量避免 顶出力作用于最薄的部位,防止塑件在顶出过程中的变形和损伤。顶出零件应有足够的机械强度和耐磨性能,使其在相当长的运作周期内平稳顺畅,无卡 滞现象,并力求制造方便,容易维修。第  6章 冷却系统的设计塑料在生产过程中由于需要对熔融的塑料流体进行冷却, 塑料制件不能有太高的温 度(防止出模后制件发生翘曲,变形冷却系统设计可按下式进行计算:设该模具平均工作温度为 60°,用 20°的常温水作为模具的冷却介质,其出口温 度为

51、30°,产量为(1分钟 2模1000g/h。求塑件在硬化时每小时释放的热量为 Q3, 查有关文献得尼龙 1010的单位热流量为 Q2=314.3398.1J/g ,取 Q2=350J/g:Q3=WQ2=1008g/h×350J/h=352800J求冷却水的体积流量 VV=WQ1/Pc1(T1-T2=140cm3 温度调节对塑件的质量影响主要表现在以下几个方面:变形尺寸精度 力学性能 表面 质量在选择模具温度时,应根据使用情况着重满足制件的质量要求。在注射模具中溶体从 200 0 C,左右降低到 60 0 C 左右,所释放的能量 5%以

52、辐射, 对流的方式散发到大气中, 其余 95%由冷却介质带走, 因此注射模的冷却时间只要取决 与冷却系统的冷却效果。模具的冷却时间约占整个循环周期的 2/3。缩短循环周期的冷 却时间是提高是提高生产效率的关键。在冷却水冷却过程中,在湍流下的热传递是层流 的 1020倍。在此我选择湍流。 如表五:表五第  7章 排气系统在注塑模具的设计过程中,必须考虑排气结构的设计,否则,熔融的塑料流体进入 模具型腔内,在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气,气体如不能 及时排出会使制件的内部有气泡, 除此以外,塑料熔体会产生微量的分解气体。这些 气体必须及时排出。否则,被压缩的空气产生

53、高温,会引起塑件局部碳化烧焦,或塑件 产生气泡,或使塑件熔接不良引起强度下降,甚至充模不满甚至会产生很高的温度使塑 料烧焦,从而出现废品。排气方式有两种:开排气槽排气和利用合模间隙排气。由于端盖注塑模是小型镶拼式模具,可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气,而不 需在模具上开设排气槽。 第  8章 注射机有关参数校核1、模具闭合高度的确定根据支承与固定零件中提供的数据确定:定模座板 H1=25mm ,上固定板 H2=20mm 下固 定板 H3=25mm支承板 H4=32mm动模座板 H5=25mm,垫块 H6=50mmH=H1+H2+H3H+H4+H5+H6+H7=25+20+25+32+25+50=177mm2、注射机有关参数的校核本模具的外形尺寸为 340×255, XSZ125型注射机模板最大安装尺寸为 500 ×500;故能满足模具的安装要求。经验证,XSZ250型注射机能够满足使用要求,故可以采用总结通过此毕业设计