带二次顶出机构的注射模的设计

1、1 引言模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加 工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压 力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是:能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使 用要求的公有制制品。以模具使用的角度,要求高效率、自动化操作简便;从模具制 造的角度,要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影响着制品的质量。首先,模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、 进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理 性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光

2、洁度、气泡、 凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次,在加工过程中,模具结构对操作难 以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时,应尽量减少开模、合模的过程和取制件 过程中的手工劳动,为此,常采用自动开合模自动顶出机构,在全自动生产时还要保 证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时,模具 的费用在制件上的成本所占的比例将会很大,这时应尽可能的采用结构合理而简单的 模具,以降低成本。现代生产中,合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要 因素,尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重 要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自

3、动化生产的模具才有可能发挥其作用, 产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很 大,对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展。1.1 注塑模具发展趋势随着2007年的结束,世界注塑模具的年增长率最终定格在了4%。据预计,2008 年注塑模具的产量将保持在4%到5%的增长势头 1 。如此快速的增长主要是由食品包装和饮料包装的需求不断增加带动的。预计在 2008年里, 影响全球注塑模具行业发展的因素主要还是石油价格和食品行业的包装利 润。作为注塑产品加工中的最主要投入,石油价格的变化为注塑模具的生产成本带来 了巨大的变动。而大量采用塑料包装的食品及饮料

4、行业近年来快速发展,注塑包装产品需求量不断增加,这又为注塑模具的发展提供了一个非常好的市场,并且可能促进注塑模具保持长期增长。近几年,我国模具业发展迅速,但远远不能适应国民经济发展的需要。低档模具过剩,高档模具供不应求,甚至有的依赖进口,因此,模具企业必须找准自己的弱点,尽快缩短与国外的差距。受售价限制,国产模具多采用2Cr13 和3Cr13 作精密热处理,而国外则采用专用模具材料DINI、2316,其综合机械性能,耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度均明显优于国产材料。这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。国内模具生产厂家,工艺条件参差不齐,差距很大。不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成

5、,严重影响了精度和质量。国内一些生产厂家虽然也采用了计算机辅助设计(CAD和计算机辅助制造技术,但依旧停留在引进、消化和吸收阶段,难以形成具有成熟的理论指导和设计 (CAM体系。因此,规范模具设计软件系统的开发是当务之急。模具就其本质而言属于工装,生产出合格制品才是最终目的。因此,模具的质量、性能依赖试模结果检验。国内模具厂因交货期短,试模设备局限,往往把质量检验工作放在用户处试模,易给用户造成大量的损失和浪费。而且由于修模受时间,场地限制,往往难以调试出最佳状态。而国外一些发展较好的企业都拥有自己的试模场所和设备,可以模拟用户的工作条件试模,所以能在最短的时限达到很好的效果。我国模具生产企业

6、习惯埋头搞生产科研,而忽视了与其他设备供应商、原料供应商合作。无形中使用户走了许多弯路。我们的模具厂必须和其他厂家及各大科研院所共同合作,为用户创造最佳的制品,创造更大的利润,才有希望为自己营造广阔的发展空间。1.2 技术发展趋势当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况、“价格低”。模具“质量好”、“精度高”下,用户对模具制造的要求是“交货期短”技术的发展应该与这些要求相适应。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。现在,全面普及CAD/CAM/CAE技术的 条件已基本成熟

7、。由于模具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。特别 是微机的普及应用,更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。随 着微机软件的发展和进步,技术培训工作也日趋简化 2 。有条件的企业应积极做好模 具CAD/CAM技术的深化应用工作,即开展企业信息化工程,可从CAPPPDMCIMS VR,逐步深化和提高。用于模具设计制造的计算机软件,将向智能化、集成化方向发 展 3 。快速原型制造(RPM技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成 形技术和新材料技术的发展而产生的,是一种全

8、新的制造技术,是基于新颖的离散/ 堆积(即材料累加成形思想,根据零件CAD模型,快速自动完成复杂的三维实体(模 型制造。RPM技术是集精密机械制造、计算机、NC技术、激光成形技术和材料科学 最新发展的高科技技术 4 。RPM技术可直接或间接用于模具制造,从模具的概念设计到制造完成,仅为传统加工 方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。因此,快速制模技术与快速原型制造技术的 结合,将是传统快速制模技术进一步发展的方向 5 。国外近年来发展的高速铣削加工,主轴转速可达40000 r/min100 000r/min, 快速进给速度可达到30 m/min40m/min,加速度可达1g,换刀时间可提高到

9、1 s 2s。这样就大幅度提高了加工效率,并可获得Ra1m的加工表面粗糙度 6 。另外, 还可加工硬度达60HRC的模块,构成了对电火花成形加工的挑战。高速切削加工与传 统切削加工相比,还具有温升低、热变形小等优点。目前它已向更高的敏捷化、智能 化、集成化方向发展。使用高速铣削,可缩短模具制造周期,降低成本 7 。电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术, 这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像,因此不再需要制造复杂的成型电板,这显然是电火花成形加工领域的 数控铣一样重大发展 8 。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用,预计

10、这一技术将得到发展。1.3 塑料注射模具的设计步骤本论文根据工程实际的需要完成带二次顶出机构的注射模具设计。在设计中采用聚乙烯塑料注射而成型,成型方式为一模两腔,该论文具体分析了产品的工艺性,确定了所采用塑料的工艺参数和所采用的成型设备,确定了模具制作的总体方案,分析并解决了模具的总体结构和各工作部分的具体结构,并进行了一些必要的尺寸计算和强度的校核。该论文还对分型面、浇注系统和脱模机构进行了分析设计,完成了模具工程图设计,最后进行了主要零件加工工艺设计,圆满完成了模具设计所要求的各项工作。通过设计,综合应用了大学期间的多数基础和专业知识,加深所学知识体系,熟悉了工程应用设计。(1本课题是对带

11、二次顶出机构的注射模设计。首先对所给零件进行观察并进行测绘,如图1.1,尺寸大都是估算值,无特殊要求,尺寸公差按IT7级精度查取 9 。(2塑件结构工艺性分析:(a塑件厚度为2mm,壁厚均匀,塑件成型性能良好;(b塑件本身本身为圆形,可用带二次顶出机构的顶管顶出;(c从塑件结构看,设置一个分型面。(3塑件表面要求光滑无裂痕,未明确粗糙度值的按Ra6.3要求。 图 1.1 零件图塑料材料的相对密度在0.832.2范围内,在众多的材料中只有比木材的相当密 度稍高 10 。且在各种的材料中,塑料材料具有最高的比强度,甚至比特种合金铝还要 高。塑料还具有很好的绝缘性、防震、隔热、隔音性能。耐腐蚀性仅次

12、于玻璃及陶瓷 材料。且塑料材料具有优异的加工性能。聚乙烯在常温下成白色蜡状半透明颗粒, 塑料瓶塞选择的材料为聚乙烯(PE柔而韧,易变形,无毒。他密度小,耐热氧化性能好。聚乙烯成型工艺性好,生产效 率高,且价格便宜。模具装配图的设计应先从绘制装配图入手, 根据塑件的具体情况, 经过认真考虑、 比较、初步确定出各部分的结构情况,最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理 工艺性。以下就是装配草图中应考虑到的几个重要部分 11 :(1成型零件的结构及安装方法:塑件成型的好坏直接影响塑件质量、加工的难易程度。选择合理的成型位置能使成型结构在现有的设备状况下,基本满足技术上的需要,易于加工、易于修改维修和

13、更换。(2确定浇口位置及结构形式:模具设计中的一个重要环节就是浇口套的位置 确定。浇口位置是保证浇注塑件快速和均匀的关键,所以我们要在保证塑件表面不受 损伤的前提下,确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等,使 注射时物料流畅,易于成型。且易于清除浇注塑料。(3确定分型面的位置和结构形式:分型面是塑件取出时和浇注系统分离的接 触面。一般情况下我们在设计时应根据塑料的几何形状,尺寸精度要求,兼顾其浇口 形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素,通盘考 虑设计。(4选择成型设备:根据塑件的具体情况,选择相适应的注射机并进行模具设 计。成型设备有两个重要参数

14、。一是理论注射容量,另一个是最大投影面积。根据这 两个参数及可选用合适的成型设备。(5侧抽机构的确定:根据塑件侧壁凹凸槽或孔及螺纹结构选择合适的侧抽机 构。(6顶出机构的确定:定模动模分型后,侧抽芯也完成了抽芯动作。塑件落在 动模上,且垂直面上已完全清除了平行方向上的障,碍,折实顶出机构在注射机顶杆 的驱动下将成型塑件从动模中顶出。(7确定温度调节方式:温度的控制直接影响了塑件成型的尺寸、质量、外观 和效率,所以每个模具都必须尽可能好的设计温度控制部分,为了取得较好的冷却效 果,对冷却回路应由良好的布局,如冷却回路的位置、尺寸形状等,并预先考虑流出 足够的冷却水路的安装空间。(8确定主要结构件

15、的尺寸:通过以上问题的初步确定,即可勾画出模体的轮 廓,这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和 安装位置,以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等。装配草图绘制完成后,就应开始对各零件做详细的造型设计。工程图尽量按1:1 的比例画出,因为这样比较直观,容易发现问题,如果需要放大或缩小,必须严格按 比例画出。按制图规划,正确标出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。最后,对模具进行装配并绘制装配图,编写设计说明书。主要零件绘制完成,对 装配草图的自我检验和审定。即已存在的问题会充分暴露出来,经过改正修订后,描清并正式编号,标出模体的外轮廓尺寸以及模具的定位

16、和安装尺寸。1.4 课程任务要求本课题是带二次顶出机构注射模的设计。要求对塑件进行测绘,并完成其CAD三 维造型设计。塑料件盒盖注射模要求一模两腔,并用顶管顶出且利用开模动作实现。 完成该注射模具装配图设计,全部零件图纸设计,模具成型零件CAD三维造型设计, 以及完成该注射模具的制造工艺设计。2 方案分析与设计塑料件瓶塞是一个结构简单的零件,设计的重点在于使用顶管顶出,开模动作实 现。根据塑件的结构特点,成型模具需要采用二次顶出的成型结构。根据查找的各方 面资料 12 , 初步确定可以通过滑块式二次顶出或卡爪式二次顶出或弹簧二级脱模三种 方法来实现。在比较之后发现,前者虽然能实现塑件的成型,但

17、效果不好,且不能达 到很好的脱模动作。用弹簧二级脱模不仅可以完成塑料件的成型,同时还能较好地脱 模,一举两得。所以我采用了弹簧二级脱模机构来实现我的设计理念,具体方案为: 开模时,注塑机顶杆推动推板19,塑件首先受推件板10推动而脱离型芯8,当推杆 固定板22接触到动模板11以后停止前进,弹簧在推杆固定板22与20的作用下被压 缩,然后推杆推动推管将塑件完全推出。弹簧二级脱模机构如图2.0示。但由于此机 构结构比较复杂,故最终采用双推板二次推出机构,而这种机构简单且易于实现。原 理为:当注塑机推杆推动模具中四块推板向前运动时,推杆与推管同时定顶塑件做一 次顶出,当推板中的支撑柱接触动模板时,推

18、管再推塑件做二次顶出。其模具结构图 如图2.1所示: 图 2.0 装配图 图 2.1 二次顶出最终采用的装配图2. 1 模具材料的选择现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和 使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的 前提条件,如果选材不当,则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬 度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受 冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿 命的重要因素,从

19、PE 特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服 强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛 光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外 从经济考虑,要求材料来源广,价格低。查手册选择模仁的材料是 45.属中碳钢,该钢机械加工性能较好,经热处理(淬火及回火后,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于制造承受高 负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等。2.2 注射成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性,首先将松散的粒状或粉状成型物料

20、 从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化,使之成为粘流状态熔体,然后在柱 塞或螺杆的高压推动下,以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合 模具中,经过一段时间的保压冷却以后,开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状 和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。 图 2.2 注塑成型压力时间曲线(1物料准备;成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况,有无杂质等进行检验, 并测试其热稳定性,流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料,应根据注射成型 工艺允许的含水量进行适当的预热干燥,若有嵌件,还要知道嵌件的热膨胀系数,对 模具进行适当的预热,以避免收缩应力和裂纹,有的塑料制品还需要选用脱模剂

21、,以 利于脱模。(2注塑过程;塑料在料筒内经过加热达到流动状态后,进入模腔内的流动可 分为注射,保压,倒流和冷却四个阶段,注塑过程可以用如图所示2.2所示。图中T0 代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻;当模腔充满熔体(T=T1时,熔体压力迅速上 升,达到最大值P0。从时间T1到T2,塑料仍处于螺杆(或柱塞的压力下,熔体会 继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动,而温度又在不 断下降,定向分子(分子链的一端在模腔壁固化,另一端沿流动方向排列容易被凝 结,所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长,分子定向的 程度越高。 从螺杆开始后退到结束 (时间从T2 到T

22、3, 由于模腔内的压力比流道内高, 会发生熔体倒流,从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中,塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。(3制件后处理;由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复 杂,再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同,制件内经常出现不均匀的结 晶、取向和收缩,导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力,脱模后除引起时效 变形外,还会使制件的力学性能,光学性能及表观质量变坏,严重时会开裂。故有的 塑件需要进行后处理,常用的后处理方法有退火和调湿两种。(4退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力,此外,退火还可以对制件

23、 进行解除取向, 并降低制件硬度和提高韧性, 温度一般在塑件使用温度以上的10度 20度至热变形温度以下10度20度之间;调湿处理是一种调整制件含水量的后处理 工序,主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的 加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液(沸点为121,加热温度为100121,保温 时间与制件厚度有关,通常取2小时9小时。2.3 注射成型工艺(1温度;注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度,喷嘴温度和模具温度 等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度,以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎 现象”; 模具温度一般通过冷却系统来控制; 为了保证制件有较高的形状和尺寸精度,

24、应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形,模具温度必须低于塑料的热变形温度。PS 料与温度的经验数据如表2.1所示。表 2.1 温度的经验数据料筒温度 / 喷嘴温度/ 模具温度/热变形温度 /后段 150 210 中段 前段 1.82MPA 0.45MPA 170230190250240250 575 6596 (2压力;注射成型过程中的压力包括注射压力,保压力和背压力。注射压力 用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力,提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力 的大小取决于模具对熔体的静水压力,与制件的形状,壁厚及材料有关。对于像 PS 流动性好的料,保压力应该小些,以避免产生飞边,保压力可取略低于注射压

25、力。背 压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力,背压力除了可驱除 物料中的空气,提高熔体密实程度之外,还可以使熔体内压力增大,螺杆后退速度减小,塑化时的剪切作用增强,摩擦热量增大,塑化效果提高,根据生产经验,背压的 使用范围约为3.4MPA27.5MPA。(3时间;完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间, 保压时间,冷却时间,其他时间(开模,脱模,涂脱磨剂,安放嵌件和闭模等,在 保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间,以提高生产率,其中,最重要 的是注射时间和冷却时间,在实际生产中注射时间一般为 3 秒5 秒,保压时间一般 为20120秒,冷却时间

26、一般为30120秒(这三个时间都是根据塑件的质量来决定 的,质量越大则相应的时间越长。确定成型周期的经验数值如表2.2所示。表 2.2 成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm 成型周期 / s 制件壁厚 / mm 成型周期 / s0.5 10 2.5 351.0 15 3.0 451.5 22 3.5 652.0 28 4.0 85经过上面的经验数据和推荐值,可以初步确定成型工艺参数,因为各个推荐值有 差别,而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致,结合两者的合理因素,初定 制品成型工艺参数如表2.3所示。表 2.3 制品成型工艺参数初步确定后处理温度70,保温时间2 小时。特性 内容 特性 内

27、容注塑机类型 螺杆式螺杆转速(r/min48喷嘴形式 直通式 模具温度 50喷嘴温度( 230 后段温度( 150210 中段温度( 170230 前段温度( 190250 注射压力MPa 90 保压力MPa 80注射时间s 1.5 保压时间 s 5冷却时间s 20 其他时间s 3成型周期s 30 成型收缩(% 0.6干燥温度( 6080 干燥时间( 133 塑料件瓶塞注射模的详细设计3.1 塑料注射成型机的选择(1注射机按外形特征可分为立式、卧式、直角式三种 13 。(a立式注射机:它的注射装置与合模机构都在同一竖直线上。优点:占地少, 模具拆装方便,易于安放嵌件。缺点:重心高,加料困难;容

28、积较小。(b卧式注射机:目前使用最广泛的注射成型机械。它的注射装置与合模装置 方向在同一水平线上横卧安装。优点:重心低,操作及维修方便,塑件可自行脱落, 易实现自动化。缺点:模具安装麻烦,嵌件安放不稳,机器占地较大。(c角式注射机:它的注射装置与合模装置方向呈垂直排列。优点、缺点介于 立式注射机和卧式注射机之间。特别适用于成形中心不允许有浇口痕迹的平面塑件。(2注射机按塑料在料筒的塑化方式不同可分为柱塞式注射机和螺杆式注射机。(a柱塞式注射机;注射柱塞直径为20mm100mm的金属圆杆,当其后退时物料 自料斗定量地落入料筒内,柱塞前进,原料通过料筒与分流梭的腔内,将塑料分成薄 片,均匀加热,并

29、在剪切作用下塑料进一步混合和塑化,并完成注射。多为立式注射 机,注射量小于30g60g,不易成形流动性差、热敏性强的塑料。(b螺杆式注射机:螺杆在料筒内旋转时,将料斗内的塑料卷人,逐渐压实、 排气和塑化,将塑料熔体推向料筒的前端,积存在料筒顶部和喷嘴之间,螺杆本身受 熔体的压力而缓慢后退。当积存的熔体达到预定的注射量时,螺杆停止转动,在液压 缸的推动下,将熔体注入模具。卧式注射机多为螺杆式。(1注射装置:它的主要作用是使固态的塑料均匀的塑化成熔融状态,并以足 够的压力和速度将融料注入模腔中。它的主要部件有:料筒、料筒加热器、料斗、计 量装置、螺杆、螺杆的驱动装置、喷嘴及其驱动装置。(2合模机构

30、:它的主要作用是保证成型模具有可靠的开合动作。因为在注射 过程中进入模腔中的融料有较高的压力,这就要求合模装置给予模具足够的夹紧力、 即锁模力,防止模具在融料高压力下推开。它的主要部件有:机架、定动模板、拉杆、 合模油缸及肘节。(3顶出装置:它的作用在开模到一定距离后,驱动模具的顶出装置,将部件 从模具中顶出。(4机械和液压传动及电气控制系统:注射成型是塑料塑化、模具闭合、压力、 温度调节、注射入模、保压、制品固化定型、开模、顶出塑件等多道工序连续准确的 发生过程,这些连续动作都是由机械和液压传动及电气控制的。工作前,模具分别安装在动模及定模上,注射模的动模板、定模板应分别与注射 机动模板、定

31、模板上的螺孔相适应。模具在注射机上的安装方法通常有螺栓固定和压 板固定两种。塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离,否则塑件 无法从模具中取出。开模距离一般可分为两种情况:一是当注射机采用液压机械联合 作用的锁模机构时,最大开模行程由连杆机构的最大行程决定,并不受模具厚度的影 响即注射机最大开模行程与模具厚度无关;二是当注射机采用液压机械联合作用的锁 模机构时,最大开模行程由连杆机构的最大行程决定,并受模具厚度的影响即注射机 最大开模行程与模具厚度有关。(1注射容量国产标准注射机的标准规定,以注射机注射聚乙烯时在对空注射条件下,注射机 螺杆或柱塞做一次最大行程所能达到的最

32、大容量。由于聚乙烯的密度为1.304-1.06, 即它的单位容量与单位质量向近,所以在目前实际中为便于计算,有时还沿用过去的 习惯,通常也用其质量可作粗略计量。注射容量是选择注射机的重要参数,它在一定程度上反映了注射机的注射能力, 标志着注射机能成型最大体积的塑料制品。确定了单个塑件的体积(质量和模孔数量就可以大体上计算出多模塑件的总体 积,再加上浇注系统中主流道、分流道、浇口、冷井的体积,即是一模塑料的总体积Vm。Vm0.8Vz式中Vm成型零件与浇注系统体积总和,cm 3 ;Vm注射机最大注射容量,cm 3 ;估算:Vm=3.14(2 2 1-1.8 2 0.82=8.84 cm 3(2最大

33、成型面积最大注射面积是指塑料在模具分型面上所允许成型的最大投影面积,也就是说在模具设计时,布局在模具分型面上的塑件及浇注系统的投影面积S,只能小于这个数 据时才能正常可靠的注射。S=23.142 2 =25.12 cm 3式中S塑料在模具分型面上允许成型的投影面积;(3模具的闭合高度注射机动压板的最大的行程和压板间最大和最小间距是一个固定的参数。它决定 着所能安装的模具的闭合高度。对于所用的注射机来说,注射模的闭合高度必须符合 下列的要求:HHH 大小式中 H 小注射机允许的最小厚度,mm;H注射机的实际闭合高度,mm;小H注射机允许的最大厚度,mm;小H=10+20+20+25+32+50+

34、20=177 mm;(4模具的顶出注射机的顶出装置通常有中心顶杆顶出、两侧顶杆顶出以及液压顶出几种形式。 应在动模座板与注射机顶出位置相对的位置上,设置稍大于注射机顶杆的通孔,以便 于注射机顶杆通过。(5定位环和浇口套定位环是将定模部分装入注射机定压板的定位对中位置,应与注射机的定位孔采 取动配合的连接形式,以保证模具体对中。(6模具的截面尺寸可安装的注射模具外形最大尺寸取决于注射机的压板尺寸和拉杆的间距,因为此 注射模的最长的边不应超过压板尺寸,而模具的最短边应小于拉杆间距,才能将注射 模装入注射机,并应留有固定模体的压紧空间。同时,注射模动、定模上的紧固螺栓 孔,也应与注射机压板上的标准螺

35、孔一致。综合考虑上述条件,注射机选择XS-ZS-22型号。3.2 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 14 。选择分型面的基本原则:(1尽量使塑件开模时留在动模一侧;(2分型面应有利于排气;(3保证塑件外观质量要求;(4有利于塑件分型和抽芯动作;(5有利于塑件脱模;(6考虑侧向分型面与主分型面的协调;按塑件结构,得出分型面位置,如图3.1 图 3.1 分型面因为分型面应该在塑件的最大截面处,而此处符合分型面设计原则,简化了模具 结构,且缩短了流道,节约材料,提高经济效益,故采用此方案。3.3 注射模具浇注

36、系统的设计模具的浇注系统包括主流道、分流道、浇口及冷料穴,它是将熔融的塑料从注射 机喷嘴进入模具型腔所经的通道。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置,可以 采用一模多腔,浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节,它对注塑成型周 期和塑件质量(如外观,物理性能,尺寸精度都有直接的影响,设计时必须按如下 原则:(1型腔布置和浇口开设部位力求对称,防止模具承受偏载而造成溢料现象;(2型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸;(3系统流道应尽可能短,断面尺寸适当(太小则压力及热量损失大,太大则塑料耗费大:尽量减少弯折,表面粗糙度要低,以使热量及压力损失尽可能小;(4对多型腔应尽可能使塑料熔体在

37、同一时间内进入各个型腔的深处及角落, 及分流道尽可能平衡布置;(5满足型腔充满的前提下,浇注系统容积尽量小,以减少塑料的耗量;(6浇口位置要适当,尽量避免冲击嵌件和细小型芯,防止型芯变形浇口的残 痕不应影响塑件的外观;(7合理设计冷却穴; 12 3 4 52 3 41 5 a b图 3.2 注射浇注系统的组成1-主流道;2-分流道;3-浇口;4-冷料穴;5-塑件(1主流道的设计主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位,它将注塑机喷嘴注出的塑料 熔体导入分流道或型腔,其形状为圆锥形,便于熔体顺利的向前流动,开模时主流道 凝料又能顺利拉出来,主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间,

38、由 于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞,通常不直接开在定模上,而是 将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬 硬。由于塑件外表面要求不可以有浇口痕,又考虑取料顺利,对塑件与浇注系统联接 处能自动减断,故采用带直流道与分流道的潜伏式点浇口,为了方便于拉出流道中的 凝料,将主流道设计成锥形,锥度为2 4,内表面的粗糙度为Ra0.8微米。主流道的设计遵循以下几点原则:(a为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀,主流道 设计成圆锥形,锥度取2 4,过大会造成流速减慢,易成涡流,内壁粗糙度为 R0.8um;(b主流道出口端呈过渡圆弧,其半径

39、取r=1mm3mm,以减少流速转向过渡的阻力;(c在保证塑件成形良好的情况下,主流道的长度应尽量短,否则会使主流道 的凝料增多,且增加压力损失,使塑料熔体降温过多影响注射成形;(d为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出,应使主流道与注射机的喷嘴紧密 对接,主流道对接处设计成半球形凹坑通常主流道进口端凹坑的球面半径Sr要比喷 嘴球面半径Sr大1 mm 2 mm,凹入深度约5 mm,为了补偿主流道与喷嘴的对中误 差,主流道进口端的直径D应比喷嘴出口直径 d大0.5 mm 1 mm;(e由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞,所以主流道 部分常设计成可拆卸的主流道衬套,以便选用优质钢材单独

40、加工和热处理,其大端兼 作定位环,圆盘凸出定模端面的长度一般定为5mm10mm,大型模具时为15mm左右。(f浇口套的设计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53HRC57HRC。注射机的XS-ZS-22喷嘴球半径为12 mm,喷嘴孔径为3 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19 mm,圆锥孔的小端 直径则应大于喷嘴口内径,取3.2 mm,如图3.3。 图 3.3 浇口套分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开在分型面上,起分流和转向的作用。 分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等,圆形和正方形截面

41、流 道的比面积最小(流道表面积于体积之比值称为比表面积,塑料熔体的温度下降小, 阻力小,流道的效率最高。但加工困难,而且正方形截面不易脱模,所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。(1分流道的设计要点总体归纳如下:(a分流道的设计时应采用较小的截面积,以便在试模时为必要的修正留有余 地;(c在可能的情况下,分流道的长度应尽量的短,以减少压力损失;(d保证熔体迅速和均匀地充满型腔;(e分流道和型腔的分布原则是排列紧凑,间距合理;(f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。(2分流道的长度分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置,从在输送熔料时

42、减少 压力损失,热量损失和减少浇道凝料的要求出发,应力求缩短。(3分流道的布局在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种,根据塑料件瓶塞注射模要 求一模两腔的要求我们选取平衡式, 也就是指分流道到各型腔浇口的长度, 断面形状, 尺寸都相同的布置形式。它要求各对应部位的尺寸相等。这种布置可实现均衡送料和 同时充满型腔的目的,是成型的塑件力学性能基本一致。而且在此模具中不会造成份 流道过长的缺点。分流道的截面形状选择U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。浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择直 接影响到塑件能否完好的、高质量的注射成形。浇口可

43、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。(1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。它的特点是: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

44、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。它具有直接浇口的一系列优点, 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,侧浇 口的形式如图3.6所示。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。(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。

45、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,由原来的圆周进料改为数小段圆弧进 料。这种形式的浇口耗料比环形浇口少得多.且去除浇口容易。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,其头部与主流道 有自动定心的作用,从而避免了塑件弯曲变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

46、的细长管状塑件。(2浇口的选择浇口位置的选择原则:(a尽量缩短流动距离;(b避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷;(c浇口应开设在塑件厚壁处;(d考虑分子定向的影响;(e减少熔接痕,提高熔接强度。根据以上几点原则加上模具一模两腔的要求, 我选择侧浇口。 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

47、腔,将在塑件上出现冷疤或冷斑。推板 式钩料装置由冷料穴、钩料杆组成,钩料杆安装在型芯固定板上,不与顶出系统联动。3.4 注射模具成型零件和模体的设计型腔的结构形式大致可以分为以下几种:(1整体式整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是:强度和刚度都相对较高, 且不易变形,塑件上不会产生拼模缝痕迹。(2整体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。(3局部组合式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

48、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。(4完全组合式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。塑料件瓶塞二次顶出注射模的型腔部分不是很复杂,可利用电火花进行加工。这 里选择组合式型腔。型芯的结构形式大体有:1整体式;2整体复合式;3局部组合式;4完全 组合式。(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

49、表述如下。(a型腔的径向尺寸的计算式:( d+ D - + = 0 * 0 0 4 3 1 S D D 式中 D 0型芯的最小基本尺寸;* 0 D 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,取七级精度;模具制造公差,按1/4选取;根据公式计算得型腔的各径向尺寸:D 01= 36.8800.29 D 0 * 1=37 D 02=26.790 0.25 D 0 * 2=27(b型腔的深度根据尺寸的计算公式( d+ D - + = 0 * 0 0 3 2 1 S H H 式中 0 H 型腔深度的最小尺寸;* 0 H 塑件的最大基本尺寸;S 塑件的平均收缩率;塑件的公差,取

50、七级精度;模具制造公差,按1/4选取;根据公式计算得型腔的各深度尺寸:H 0 * =14 H 0=13.7600.2(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 - D + + = S d d 式中 0 d 型芯的最大基本尺寸;* 0 d 塑件的最小基本尺寸;S 塑件的平均收缩率;塑件的公差,取七级精度;模具制造公差,按1/4选取;根据公式计算得型芯的各径向尺寸:d o =24.12-0.22

51、0 d 0 * =23(b型芯的高度尺寸的计算:( 0* 0 0 3 2 1 d - D + + = S h h 式中 0 h 型芯高度的最大尺寸;* 0 h 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,取七级精度;模具制造公差,按1/4选取;根据公式计算得型芯的各高度尺寸:h 0=10.66-0.17 0 h 0 * =10(3三棱柱型芯的尺寸计算(a三棱柱型芯径向尺寸的计算( 0d - D + + = dS d d M 式中 M d 塑件型芯最大尺寸;d 塑件最小基本尺寸;S 塑件平均收缩率;塑件公差;模具制造公差,=/4;根据公式计算得塑件型芯最大尺寸:d M =7.41-

52、0.15 0 d =6.7(b三棱柱型腔径向尺寸的计算( d+ D - + = 0 * 0 0 4 3 1 S D D 式中 D 0型芯的最小基本尺寸;* 0 D 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,取七级精度;模具制造公差,按1/4选取;D 0 * =9.4 D 0=9.1500.15 (4圆柱螺旋弹簧的尺寸计算本设计中模具开模用到圆柱螺旋弹簧来推动推管,这样做的好处在于可以实现推 管的二次顶出。圆柱螺旋弹簧的尺寸计算表达如下:d =D 2-D 1 D =D 1+dn =Gd /8(F max -F 0C 3 *H =d *n +2*d式中d 弹簧丝直径;D

53、 1内径;D 2外径;D 中径;n 有效圈数;H 自由高度;C 旋绕比D /d ;G 切变模量;根据公式计算得弹簧丝的直径尺寸:d =2mm;中径的尺寸:D =8mm有效圈数:n=3自由高度:H=d*n+2d=10mm3.5 注射模具的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、机动顶出、液压顶出和气动顶出。按模具结构分类可分为一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、浇注系统自动切断顶出。(1推出机构的结构组成将塑料制品及浇注系统中的凝料从模具中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

54、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结构设计要求塑件尽量留在动模,塑件在推出过程中不变形,塑件的外观质量不损坏,合模时应 使推出机构能够正确复位,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,损坏后也便于更换,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

55、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,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。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

56、机构脱模时,可用成形嵌件或型腔带出塑件。(e顶出机构的设计原则:顶出机构应设在塑件的内表面以及不显眼的位置, 并尽量保证顶出塑件时不影响外观质量。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。如果出现塑件并没 有留在动模侧的情况时,可设法增加动模一侧的阻力。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。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。顶出装置要求 均匀分布, 顶出力作用点应在塑件承受顶出力最大的部件, 即不易变形或损伤的部位, 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。对于某些无法一次取出的塑件,采用二次顶出机构方便塑件的取出,而且运动平 稳,塑件不易变形。在该模具设计中考虑到塑件体积不是很大但不易取出,所以选择二次顶出机构。3.6 塑料注射模具的温度调节系统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