塑料管环形浇口模具设计

1、目 录第 1章 工艺计算 .1 1.1 塑料件设计图 .1 1.2 塑件分析 .1 1.3 注射机的型号和规格选择及校核 .2 第 2章 结构设计 .4 2.1 型腔排布及分型面选择 .4 2.2 浇注系统的设计 .5 2.3 成型零件工作尺寸计算 .7 2.4 导向机构 .10 2.5 脱模机构 .11 2.6 排气及冷却系统 .13 小结 .16 参考文献 16第 1章 工艺计算1.1 塑料件设计图 图 1-1 塑料零件图1.2 塑件分析ABS 的本色是一种表面具有较高光泽的淡黄色不透明颗粒,比重为 1.05, 略重于水。 具有坚韧,硬质,刚性的特征。性能 ABS产生,主要是对 HIPS

2、表面光泽不好,除了抗冲强度外,其它机械性能 不佳而产生的进一步研究,人们力图找出综全性能都比较优良的材料。ABS 的机械性能:抗拉强度,中等。抗冲强度很好,且在低温下也不迅速下降。 由于它是三元共聚物,三种成分的不同,它的性能有较大的差异。一般来说, ABS 具有良好的光泽,质硬,坚韧,刚性,机械性能适中,是一种良好的壳体材料。它易于 印刷,以及电镀等表面处理。它的低温冲击性能也比较好,尺寸稳定。注塑性能:一般的 ABS 熔点为 170左右,分解温度为 260;注塑温度的可调区 间比较大。注塑时,一般使用温度为 180 -240;因为橡胶成分的存在,它吸少量水 分,生产时,需哄干,可用 80-

3、90温度烘干 1-2hr 即可;同时,由于橡胶成分的存在,热稳定性差,它比较易分解,注塑时,原料不要在料筒内停留太长时间;熔体粘度比 PS 大,但浇口和流道一般,也能充满制品;制品易带静电,表面易吸尘埃。收缩率为 5; 溢边值为 0.05mm ABS 相对密度为 1.05G/CM3左右,表 1-1 注射成型机的技术规范 (1结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用 高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分 . 不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力 增大。注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形。(2收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲。冷却速度宜慢,模具设冷料 穴

4、,并有冷却系统。(3加热时间不宜过长,否则会发生分解。(4软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模。(5可能发生融体破裂,不宜与有机溶剂接触,以防开裂。零件壁厚均匀,结构简单,成型容易。2. 浇注系统凝料 由于主流道里的凝料还是未知的,可按塑料件的 0.6倍计算3. 实际注射量 V 实 =Vs +Vj =55.42+22.17=77.59cm3。1.3 注射机的型号和规格选择及校核注射模是安装在注射机上的,因此在设计注射模具是应该对注射机有关技术规范进行必要的了解,以便设计出符合要求的模具,同时选定合适的注射机型号从实际注射量应在额定注射量的 20%80%,即额定注射量为 96.99397.95c

5、m3可以 初选额定注射量在 60cm 3以上的注射机 SZ-500/200。表 1-2 注射机成型规格 锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力,当高压的塑料熔体充填 模腔时,会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此,注射机的额定锁模力必须大于该 胀型力,即:型 分 胀 锁 P A F F =锁 F 注射机的额定锁模力(N ;型 P 模具型腔内塑料熔体平均压力(MPa ;一般为注射压力的 0.2-0.4倍,通常取20-40MPa 。这里选 型 P =40MPa;分 A 塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和(2mm ;由分析,可得投影面积615.442mm ,浇注系统的投影面积不超过

6、8002mm ;所以 F 胀 (kN 408. 0=, 型 分 胀 锁 P A F kN F =25 ,符合要求。对于具有液压 -机械式合模机构的注射机,其最大开模行程是由肘杆机构的最大行程 所决定的,而不受模具厚度影响,因此本次设计中,开模行程与模具厚度无关,且为单分型面注射模,则所需开模行程 H 为:mm 10521max (+H H S 式中, 1H 塑件推出距离(mm ;2H 包括浇注系统在内的塑件厚度(mm ; m a xS 注射机最大开模行程(mm ; 这里通过资料可得:max mm 12886060S H =+= (第 2章 结构设计分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型

7、及排气系统、浇口形式等有关, 我们常见的形式有如下五种:水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线 分型面。2. 分型面的选择 图 2-1 分型面根据教材塑件的分型面应取在位于塑件截面尺寸最大的部位。按塑件结构,分型面 选在塑件端面,垂直于开模方向,型芯设在动模,开模后塑件包在型芯上留在动模,符 合分型面设计原则,便于脱模,保证制件精度,简化模具结构;1. 型腔数目的确定任务书规定为一模一腔。2. 型腔排布方式确定由于塑件属于小型塑件又要满足大批量生产要求,为使模具制造简便,综合考虑浇 注系统、模具结构等因素,拟采用平衡布置。2.2 浇注系统的设计所谓注射模的浇注系统是指主流道的始端到

8、型腔之间的熔体流动通道。其作用是使 塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中,以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。因此, 浇注系统十分重要。而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。这里 选用普通浇注系统,它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。1. 主流道尺寸(1主流道通常设计成圆锥形,其锥角 =42,内壁表面粗糙度一般为m 63. 0a =R 。这里取 =3;(2为防止主流道与喷嘴处溢料,喷嘴与主流道对接处紧密对接,主流道对接处应 制成半球形凹坑,且半径:mm 122110mm 2112=+=+= ( (R R ;(3小端直径:mm 315. 05. 2mm 15. 0d d

9、 12=+=+= ( (;(4凹坑深:h=35mm,这里取 h=3mm;(5在保证塑料良好成型的前提下,主流道长度 L 应尽量短。通常由模板厚度确 定,一般取 mm 60L ;这里由标准模架,并考虑塑件厚度,取 L = 37mm。(6大端直径:D=d2+2Ltan = 5mm。2. 主流道衬套的形式由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞,因此将主流道制成可拆卸的主流道衬套,便于优质钢材加工和热处理。如图,且衬套大端高出定模端面 H = 510mm,起定 位环作用; 图 2-2 浇口套为储存两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷料,防止熔体冷料进入型 腔,设计冷料穴。主流道冷料穴设计成为

10、无拉料杆的冷料穴, 凝料通过型芯的表面的坑洼处产生拉力, 在分型过程中随着动模的移动向后移动。开模时,由于是采用内环形浇口模式使得连接 部分很薄弱,从而用人工作业的方式卸掉多余的废料。1. 分流道截面形状为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率,该模具分流道截面采用直线形截面。 2. 分流道长度分流道长度应尽量短,且少弯折3. 分流道截面尺寸分流道的直径可由经验公式:. 0LD式中, G 为塑件质量(g ; L 为分流道长度(mm 。得 D=0.83mm,取 D=2mm。4. 分流道表面粗糙度分流道表面不要求太光洁, 表面粗糙度通常取 m 5. 225. 1a =R , 可增加对外层塑料 熔体的

11、流动阻力,使外层塑料冷却皮层固定,形成绝热层,有利于保温。浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道,是浇注系统的关键部分,起着调节控 制料速、补料时间及防止倒流等作用,如图。根据任务书要求,选择环形浇口。其广泛应用于中小型塑件的多型腔注射模,截面形状 简单, 便于修正。 据经验公式计算:环形浇口厚度, 其中 0.7nt h =, n 为系数, 取 n = 0.6; t 为塑件壁厚,这里取 t = 2mm;则 h=0.84mm,这里取 h = 1mm,有经验 l=0.751,这里取 l=1mm. 图 2-3浇口 2.3 成型零件工作尺寸计算凹模又称阴模,它是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下几种

12、形式:整体式凹 模、组合式凹模、拼块组合式凹模,本次产品属于小型制件。整体式凹模由整块材料加 工而成,强度高,刚性好不会是塑件产生拼接缝痕迹可减少注射模中成型零件的数量便 于模具装配并缩小整个模具的外形结构尺寸。因此,我们选用整体式凹模。凸模(型芯是成型塑件内表面的成型零件,通常可分为整体式和组合式两种类型。 我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模整体装配式凸模,它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成1. 平均收缩率制品原料为 ABS , 收缩率为 1.5% 3.6%, 则平均收缩率 %5. 22/min max cp =+= (S S S 。2. 塑件轴向公差根据塑件轴向尺寸 60mm ,精

13、度等级 MT5,查得其公差 =0.24mm,得模具制造误差z=/3=0.08m。3. 凹模深度塑件高度 60mm , 由公式:z 0s cp m 32-1+=H S H (得型腔深度 mm 215. 6008. 00m +=H 。 4. 凸模高度塑件高度 60mm ,所以 mm 215. 60h 008. 0-m =。5. 塑件径向公差根据塑件外径为 14mm ,精度等级 MT5,查得其公差 =0.22mm,得模具制造误差z=/3=0.073mm;内径为 mm 101. 00+, =0.1mm,得模具制造误差 z=/3=0.033mm。 6. 型腔径向尺寸塑件外径 100mm ,由公式:z 0

14、s cp m 43-1+=A S A (得长度方向 mm 185. 100073. 00m +=A 。 7. 型芯径向尺寸塑件内径 96mm , 由公式:z 0s cp m 431+1. 型腔侧壁厚度(1按刚度计算 4. 1E ph S c = 其中, E 是弹性模量,取 2.1×105Mpa , 是允许变形量,可取塑件允许公差的 1/5,即=0.02mm,h为型腔高度为 15mm , p 为是型腔内熔体压力, 一般取 2540Mpa,这里取 30Mpa, 得, S c =8.16mm.(2按强度计算 -=12p r S c 其中, r 是型腔内径为 14mm, 是模具材料的许用应力

15、,取 180Mpa,p 同上得S c =7mm.因此型腔侧壁厚大于 8.16mm 即可2.型腔底板厚度 (1按刚度计算4175. 0E pr S h = 其中, p 、 r 、 E 、 同上,得 S h = 1.17mm(2按强度计算432pr S h = 其中,平 p 、 r 、 同上,得 2.9mm因此型腔底板厚大于 2.9mm 即可根据塑件尺寸及型腔排布方式,选择 100L, 结构为 A4型,模架尺寸 100mm 160的标准模架,即可符合要求。模具上所有螺钉尽量采用内六角螺钉。1. 定模座板尺寸 160*160,厚度 16mm 。材料为 45钢。主流道衬套固定孔与其为 H7/e7过渡配

16、 合;通过 4个 M8的内六角螺钉与定模固定板连接。2. 定模板尺寸 100*160,厚度 25mm ,材料为 45钢。上面的型腔为整体式,其导柱固定孔与导柱为 H7/e7过渡配合。3. 动模板尺寸 100*160,厚度 16mm ,材料为 45钢。导柱孔与导柱采用 H7/m6配合;4. 推板尺寸 100*160。材料为 T10A 。5. 动模垫板尺寸 100*160,厚度 20mm. 垫板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板,它的 作用是防止型腔、型芯、导 柱 或顶杆等脱出固定板,并承受型腔、型芯或顶杆等的 压力, 因此它要有较高的平行度和硬度。 一般采用 45钢, 经热处理 235HB

17、或 50钢、 40Cr 、 40MnB 等调质 235HB , 或结构钢 Q235Q275。 还起到了支撑板的作用, 其要承受成型压 力导致的模板弯曲应力。9. 动模座板尺寸 160*160,厚度 16mm ,用于固定型芯(凸模 、导套。为了保证凸模或其他零 固定稳固,固定板应有一定的厚度,并有足够的强度,一般用 45钢或 Q235A 制成,最 好调质 230270HB; 导套孔与导套为 H7/m6或 H7/k6配合; 型芯孔与其为 H7/m6过渡配 合。2.4 导向机构导柱往复运动过程受到较强的摩擦,应具有硬而耐磨的表面,坚韧而不宜折断的内 芯。导柱的材料选用碳素工具钢(T8、 T10淬火处

18、理,硬度为 5055HRC;导柱直径尺寸按模具模板外形尺寸而定,查阅 GB4196.4-1984,选择导柱尺寸 d = 12mm ; L =50mm; D = 16mm;结构如图导柱导向部分的长度比凸模端面的高度高出 68mm ;图 2-4 导柱导套的结构和尺寸已标准化,常见形式有直导套和带头导套,这里选带头导套, 如图 图 2-4 导套查表选 d=12mm,D=22mm,L=25mm,d1=18mm。2.5 脱模机构在注射成型的每一循环中,都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出,模具中这种 脱出塑件的机构称为脱模机构。由于该模具结构属于筒类零件,采用推件板脱模机构。因为此机构简单,且顶出力 均

19、匀,力量大,运动平稳。1. 为防止推件板在顶出过程中脱落,推件板与推板之间采用固定连接;2. 推件板在点出过程中必须处于被导向状态,通常靠导柱导向,导柱长度应该大于 推件板的顶出距离;3. 为减小推件板与型芯的摩擦,在推件板与型芯间留 0.25mm 间隙 , 并用锥面配合;4. 推件板顶出机构中不必另设复位机构,因为在合模过程中推件板能在合模力作用 下复位。由于该塑件 =d=0.14>0.05属于厚壁圆环形塑件,因此,查资料并由公式(A k k f rESl F 1. 01tan -221+= ( 式中: E 塑料的弹性模量 0.98GPa ;S 塑料平均成型收缩率 0.025;l 塑料

20、对型芯的包容长度 15mm ;f 塑件与型芯间的摩擦因数 0.4;模具型芯的脱模斜度 0°塑料的泊松比 0.47;k 1=(cos 2cos /222+, r =, r 为型芯的平均半径,得 k 1=2.083;k 2=1A 通孔塑件为 0;计算得:F = 1296.9N。该零件属于筒形塑件,按刚度计算,由公式 32E FR C S = 其中, C 3随 R/r的值而异, 查表取 C 3=0.35,R是作用在推件板上的推杆半径为 35mm,F 为 脱模力为 1296.9N , E 为推件板材料的弹性模量为 2.1105Mpa , 为推件板中心所允许 的最大变形量,一般取塑件再顶处方向

21、上尺寸公差的 1/51/10,这里取 0.04mm,得 S=4.05mm按强度计算,由公式3F k S =其中, k 3随 R/r的值而异,这里取 k 3=1.745, =355Mpa,F=1296.9N,得S=1.85mm因此,推板厚度大于 4.05mm 即可,这里取为 12.5mm.2.6 排气及冷却系统2.6. 1 排气结构设计排气是注射模设计中不可忽略的一个问题。在注射成型过程中,若模具排气不良, 型腔内的气体受压缩将产生很大的背压,阻止塑料熔体正常快速充模,同时气体压缩所 产生的热量可能使塑料烧焦。这里利用模具的分型面以及推杆和型芯与模具的配合间隙 排气,不需开设排气槽。2.6. 2

22、 冷却系统设计查阅资料得, PE 的单位质量成型时放出的热 300KJ/Kg400KJ/Kg,取 350KJ/Kg;1. 冷却水的体积流量: (2111v -c q WQ = 式中, W 为单位时间内注入模具的塑料质量(kg/min , 按每分钟注射两次 , 这里取W=0.05kg/min,Q1为单位质量的塑件在凝固时放出的热量,PE 为 6.4102kJ/kg,为冷却水的密度 (1000kg/m3 , c 1为冷却水的比热容 (4.2kJ/(kg.C ,1为冷却水出口温度 (27C , 2冷却水入口温度(25C 。 得 q v =0.005m3/min。2. 查表得,冷却水管道直径,取 d = 8mm;3. 冷却水在管道中流速:s /m 6587. 1601000/814. 31054d q 4v 23-2v = (; 4. 冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数: ( ( (=h m /k 6. 25457008