发夹塑料模设计说明书

目录1、生产大纲---------------------------------------------22、塑料成型工艺分析-------------------------------------23、成型设备选择与模塑工艺参数的编制---------------------54、模具结构方案的拟定-----------------------------------85、重要零部件的设计计算--------------------------------176、注射机有关参数的校核--------------------------------227、参考资料--------------------------------------------241生产大纲老师给的规定为大批量生产2塑件成型工艺分析2.1塑件的使用规定该塑件（发夹）作为平常用品，要具有安全无毒，化学稳定性高，不易分解等特点和价格低廉的规定；同时，应满足可以把发型定型，不容易折断；在一定的高度掉下时，不会出现裂纹甚至断裂。这就意味着塑件所使用的材料要有一定的机械强度。2.2塑件的材料分析根据2.1中对塑件的分析规定，同时考虑原材料价格要低廉，现决定选用应用广泛的HPVC。HPVC是由氯乙烯聚合而成的一种热塑性塑料。硬聚氯乙烯不含或具有少量的增塑剂，力学强度高，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料，电器性能优良，耐酸碱的抵抗力极高，化学稳定性很好。。结构特点：线性结构非定型使用温度：-15～55化学稳定性：比较稳定性能特点：力学强度高，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。其缺陷是耐寒性不高，软化点低，光氧作用下易降解老化成型特性：1.无定形料，吸湿性小，但为了提高流动性、防止发气愤泡则宜先干燥2.流动性差、极易分解，特别在高温下与钢、铜金属接触更易分解，分解温度为200℃，分解时有腐蚀及刺激性气体3.成形温度范围小，必须严格控制料温4.用螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径宜大，以防止死角滞料，滞料必须及时解决清除5.模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，不得有死角滞料，模具应冷却，其表面应镀铬结论：经以上分析，HPVC塑料非常适合用作发夹的原材料，但其成型性能较差，适宜采用注射成型方法生产，成型前原料要充足干燥。表1RPVC塑料的部分技术指标技术指标值密度(g/cm^-3)1.38～1.43收缩率(%)0.6～1.5透明度不透明比热容/(J·kg^-1·k^-1)900续上表吸水性（24小时）（%）0.04～0.4屈服强度/MPa50拉伸弹性模量/GPa2.4～4.2抗压强度/MPa35～63弯曲弹性模量/GPa0.05～0.09熔点℃2122.3塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析图1所示为发夹的零件图，其壁厚为3mm。图1塑件零件图2.3.1塑件的尺寸精度分析塑件的尺寸规定并不严格，各尺寸均为自由尺寸，故选取低的精度等级就能满足平常的使用规定，根据GB/T14486—1993，按MT5级塑料件精度来拟定各尺寸的公差值。2.3.2塑件的表面质量分析该塑件为发夹，规定表面光亮美观，塑件外表面应无锋利的毛刺、斑点和明显的熔接痕。考虑到塑件表面质量高时，其模具的加工成本也会增高，根据塑件的使用规定和模具加工成本综合考虑，塑件外表面的粗糙度取Ra1.6，而塑件的内表面没有较高的粗糙度规定。相应地，用于成型塑件外表面的模具型腔表面粗糙度定为Ra=0.8，而成型其内表面的模具大型芯表面粗糙度定为Ra=3.2。2.3.3塑件的结构工艺性分析从零件图（图1）可看出，该塑件为外形波浪形的零件，其外形结构简朴、对称。壁厚均匀为3mm，属于厚壁塑件，这有助于减少塑料填充型腔时的阻力和收缩的均匀性。塑件的总体尺寸适中，成型性能良好。塑件中，分布着5处阵列型圆弧条，成型后要轮廓清楚，其长度方向的线性变化要均匀。由于塑件结构简朴并且壁厚均匀，所以不需要强脱模。RPVC的脱模性不良，脱模斜度通常取2°以上。此塑件中，脱模表面的脱模斜度设计成3°，使塑件易于脱模避免顶坏。3成型设备选择与模塑工艺参数的编制图2是根据塑件壁厚均匀规定，用Pro/E三维软件做的一个发夹模型，建模后除了能得到发夹体积，分型面面积等参数。图2塑件的Pro/E模型3.1塑件的体积和重量发夹的模型建好后，可以运用Pro/E软件的分析——模型——质量属性功能，方便地查出单个塑件的体积。现查得：取HPVC材料的密度，于是可算得单个塑件质量为：3.2型腔数量拟定考虑到该塑件为一般平常用品，需求量大，产品的形状为波浪形面，模腔布置比较方便，尺寸精度规定又低，模具应采用一模多腔的结构，但是兼顾模具的制导致本，模具整体外形尺寸的大小关系（在满足规定的前提下，尽量减少外形尺寸），模具零件加工的难易限度，现决定选用一模两腔的模具结构形式。3.3浇注系统凝料的估算浇注系统的凝料体积，可以根据经验按照塑件体积的0.2～1倍来估算。同时考虑到模具只有一模两腔，其流道会比较简朴，长度也比较短，浇注系统中的凝料是很少的，现采用按塑件体积的0.2倍来进行浇注系统凝料体积的估算，所以对于拟定的一模两腔，注塑机一次注入模具型腔的注射量为：3.4注射机的选用及其技术参数根据上面3.3中估算出的一次注入模具型腔塑料总体积，再按照注射机的每次注射量应小于或等于其公称注射量的80%估算，于是有：根据以上的计算结果，现选定公称注射量为，型号为XS-Z-30螺杆式注射机，其重要技术参数如下表2所示。表2XS-Z-30螺杆式注射机重要技术参数技术参数值标称注射量/30螺杆直径/mm28注射压力/MPa119注射行程/mm130螺杆转速/（r/min）25～40注射时间/s0.7注射方式柱塞式合模力/kN最大成型面积/90模板最大行程/mm160模板最大厚度/mm180模板最小厚度/mm60拉杆空间/mm235合模方式液压—机械推出形式两侧推出电动机功率/kW5.5喷嘴球半径/mm12喷嘴孔直径/mm4定位圈尺寸/mm63.5机器外形尺寸/m2.34×0.8×1.463.5成型工艺参数塑件注射成型工艺参数如下表所示，试模时，可根据实际情况进行必要调整。要保证塑件质量合格及稳定所必须的条件是准确而稳定的工艺参数，在调整工艺参数时﹐原则上应按压力——时间——温度的顺序来调机，不应当同时变动两个或以上参数，防止工艺条件紊乱导致塑件质量不稳定。表3HPVC塑料的注射成型工艺参数工艺参数规格预热和干燥温度/℃70～90预热和干燥时间/h4～6料筒温度（后段）/℃160～170料筒温度（中段）/℃165～180料筒温度（前段）/℃170～190喷嘴温度/℃150～170结构直通式注射压力/MPa80～130螺杆转速r/min30模具温度/℃30～60成型时间/s注射时间2～5保压时间15～40冷却时间15～40成型周期40～90后解决方法（温度/℃，时间/s）红外线灯、烘箱（70，2～4）4模具结构方案的拟定4.1分型面位置拟定为使产品顺利从模具中取出，模具必须提成公母两部分，此分界面被称为分型面，有分模及排气的作用，由于分型面受到塑件几何形状、尺寸精度、脱模方法、后解决工序、模具类型、排气条件、嵌件位置、浇口形式等多种因素的影响，在选择分型面时需要注意：分型面不能选择在影响产品外观的表面（或精度规定高的表面）。分型后塑件应尽也许留在动模一侧，以便方便取出塑件。分型面选择应有助于成型模具的加工制造。对于同轴度规定高的产品或容易导致错位部分，要放置在分型面的同一侧。分型面应选在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，有助于排气。该塑件形状为曲面，原则上只需一个分型面就能顺利取出塑件，根据分型面的选择规定，现选取发的分型面位置如下图3中的A—A处。这样有助于排气，塑件表面的成型质量会较好，也便与模具的加工。图3分型面位置4.2型腔数量的最后拟定及型腔的排列形式综合所选注射机的各参数，考虑到模架尺寸也不宜太大以免导致装模困难，现最终拟定型腔数量为一模两腔。在多型腔模具中型腔尽也许采用平衡式排列布置，且与浇口开设部位对称，并在满足刚度的条件下尽也许紧凑以减少模具外形尺寸。同时这也有助于缩短分流道的长度，这对塑件的成型是非常有利的。因现拟定的型腔数目是一模两腔，故采用直线对称排列。参照经验数据，多腔模各型腔间距不小于25mm，同时模具结构中，凹模模腔是直接在定模固定板上加工而成（即为整体式），这种形式，模具的刚度是很容易满足的，所以型腔的距离也可以适当取小些，以便使熔料能更快充满型腔，防止流道冷料。综合考虑，现拟定两型腔距离为30mm。模腔的排布和间距如下图4所示。图4型腔排布4.3浇注系统的设计与计算4.3.1主流道设计主流道是连接喷嘴与分流道入口处之间的一段通道。其尺寸大小与塑料流速和充模时间的长短密切相关，若太大，则导致回收冷料过多，冷却时间也会增长，并且容易产生涡流，使塑件质量下降；若流径太小，热量损失增大，流动性减少，注射压力增大，导致成型困难，并且塑件容易出现飞边。主流道设计有以下要点：对于流动性差的塑料，浇口套内孔锥度取值为2～6度，太大会导致压力减少，太小会使流速增大，导致成型困难；粗糙度在之间。主流道大端与分流道交接处应当倒圆角R=1～3mm，以减小料流阻力。主流道尽量短，小型模具应尽量小于60mm，以减少冷料回收，和热量损失。主流道与喷嘴接触处通常设计成半球形凹坑，深度常取3～5mm。（1）主流道尺寸拟定主流道长度：根据主流道设计要点和对模具尺寸估算，现初取L=60mm进行设计。主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）mm=（4+0.5）mm=4.5mm。主流道球面半径：SR=注射机喷嘴球半径+（1～2）mm=（12+1）=13mm。主流道锥角：取。主流道大端直径：。半球形凹坑深度：取h=5mm。主流道大端圆角：取R=2mm。（2）主流道的凝料体积（3）主流道当量半径（4）主流道浇口套形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，极易磨损，对材料的规定比较高，故将其分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热解决。现材料选用T10A，热解决淬火表面硬度为50HRC－55HRC。同时为了防止转，浇口套采用螺钉固定结构。与浇口套相配的定位圈直径取Φ60mm。经计算分析，和参考论文尺寸同样，故直接应用参考图片。各形状如下图5示。图5浇口套、定位圈形状4.3.2分流道的设计分流道介于主流道和浇口之间，起着分流和转向作用。设计时基本原则为：在条件允许下，分流道截面面积应尽量小，长度尽量短。分流道表面不规定过度光滑，通常。流道设计时应先取较小尺寸，以便于试模后有修正余量。（1）分流道的布置形式本设计中，根据型腔的排列形式，只须要一级分流道就能满足规定。同时根据塑件形状，浇口要开设在定模一侧，所认为了加工方便分流道也设立在定模一侧。（2）分流道的长度根据上面4.2中型腔的布形式及型腔间的距离，可拟定单边分流道长度为。（3）分流道的当量直径在拟定直流道的尺寸后，分流道的尺寸可按=0.87.64mm=6.112mm。同时，根据经验数据，HPVC材料的圆形截面分流道直径为6.5～16mm。计算结果与经验值差距不大大，所以综合理论计算和经验数据，现取。（4）分流道的截面形状为了方便加工和凝料脱模，分流道需设计在分型面上并在定模一侧。因分流道很短，热量散失是次要因素，为了便于加工，现选用加工性能比较好的半圆形流道，表面粗糙度取。（5）分流道的截面尺寸根据半圆形截面面积与当量直径为的圆面积的相等关系可得分流道直径，有：（6）分流道的凝料体积（7）剪切速率校核计算分流道体积流量：（注射时间为t，根据查表可拟定t=0.7s，下同）剪切速率：由计算知，该分流道的剪切速率都处在浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。4.3.3浇口的设计浇口是浇注系统的关键部分，浇口的位置、类型及尺寸对塑件质量影响很大。其作用是使塑料以较快的速度进入并充满型腔。它能不久适时冷却，封闭，防止型腔内塑料熔体倒流。该塑件外表面质量规定较高，为了不影响外观，现决定选用矩形侧浇口，并且塑件体积小，型腔容易充满，为避免产生更多熔接痕，浇口数目宜选一个，并开设在分型面上定模一侧。其截面形状简朴，易于加工，便于试模后修正，减少了模具制导致本。从型腔的边沿进料，去除浇口容易，浇口去除后不留明显痕迹，对产品外观影响很小。（1）浇口尺寸的拟定①估算侧浇口深度通过查手册可以得到侧浇口的深度计算公式，再根据塑件厚度t=3mm，同时HPVC材料的成型系数n=0.9。于是有：查模具设计手册又知，对于壁厚为3mm的塑件，HPVC材料相应的浇口深度为1.5～2.2mm之间，考虑到要预留一定的修模量（浇口深度常先取小值以便发现问题时修模），现取h=1.8mm。②侧浇口宽度由侧浇口的宽度计算公式可得：式中，A为凹模的内表面积，由Pro/E软件方便地测出为。③侧浇口长度侧浇口长度一般在1～1.5mm之间，在这里取。（2）侧浇口剪切速率的校核①浇口当量半径根据截面面积相等有：，即②计算浇口的体积流量③剪切速率计算由计算结果知，该矩形侧浇口的剪切速率处在浇口与分流道的最佳剪切速率之间，所以，浇口的剪切速率校核合格，浇口尺寸理论上符合规定。（3）主流道剪切速率校核通过上面已经拟定了分流道尺寸，所以浇注系统的体积也已经拟定，因而，主流道的剪切速率就可以校核了。主流道的体积流量主流道剪切速率由结果知，求得的主流道熔体的剪切速率处在浇口与分流道的最佳剪切速率之间，所以，主流道的剪切速率也符合规定，尺寸拟定合理。图6浇注系统与塑件的三维模型4.4成型零件结构的拟定4.4.1凹模的结构设计由于塑件的形状较为复杂，故选用组合式凹模。4.4.2凸模（型芯）的结构设计通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯只有一个，同样由于塑料的形状较为复杂，也选用组合式凸模。通过比较，采用台阶联接。采用型芯的侧面和动模垫板与固定板之间的销钉共同定位，采用螺钉连接固定板，固定板压住凹模的台阶的方式进行连接。4.5排气与引气系统结构的拟定当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。假如型腔内因各种因素而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料等成型缺陷，还会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而减少充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。本设计中，塑件简朴，体积很小，所以模具成型空腔中的气体是很少的，根据塑件形状分析，其最后填充部位在分型面上，因此直接运用分型面、推杆活动间隙、型芯嵌件间隙进行排气，就可保证塑件的质量，同时也有助于减少加工成本和不必要的工时，提高了工作效率。4.6冷料穴的设计由于HPVC的成型温度为180°～210°，而脱模温度为100°～150°。同时由于动、定模要分开冷却，以保持冷却平衡，同时为了使塑件冷却均匀，故采用直径为10mm的冷料孔，其中，在凹模上分布三个，凸模上分布两个。都是采用简朴的直通式。4.7侧凹部分的解决由于塑料发夹没有什么侧凹部分，故不需考虑。4.8模具结构形式的拟定通过上面的分析可知，塑件选用侧浇口，并且塑件只有一个分型面，塑件体积很小，这就决定了模架应选用中小型两板模的大水口模架，同时由于成型塑件的动模大型芯采用的是直通式结构，所以模架中还要增长一块垫板来做支承，并且通过垫板在背面用内六角螺钉拉紧。考虑塑件的形状、高度、壁厚等，决定选用推杆推出方式实现塑件脱模。5重要零部件的设计计算5.1成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算在注塑成型过程中，型腔重要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应当具有足够的强度和刚度。假如型腔壁厚和底部的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料自身的许用应力[]时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度局限性将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，不能仅凭经验拟定。5.1.1凹模侧壁厚度计算根据塑件的外形尺寸，型腔侧壁厚度按刚度计算比较合理。由公式有：各参数取值如下分析：型腔的尺寸大约为：l=80（长），b=68（宽），h=11（深度）。由于，所以=0.6；；E为模具材料的弹性模量，为；为许用变形量，；P为型腔熔体最大压力，通常取注射压力的20%~40%，大体为25~40MPa，塑件材料为HPVC，其粘度中档，并且塑件规定精度不高，现取P=30MPa。在实际模具的结构设计中，凹模是做成组合式的，所以型腔的侧壁厚度没有多大的规定。5.1.2凹模底部厚度计算根据刚度公式有：式中，其它数值与5.2.1中相同。因此，实际设计中也要保证。5.1.3动模垫板厚度计算动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，通过下面5.3节中选定的FUTABA标准模架是258mm×330mm，其相应的垫块宽度是45mm，所以两垫块的跨度为：L=258mm－45×2mm=168mm。模具型腔内的压力在上面的计算中已取为30MPa。现结合型腔的布置，通过公式计算，便可得到动模垫板的厚度，有：式中：是动模垫板刚度计算许用变形量，；动模垫板长度；最后，考虑到支承柱的布置位置还会受到模具结构影响，其作用位置不一定就是动模垫板变形最大处。因此，为保证垫板强度，现取垫板厚度为：。5.2标准模架的选择由于塑件容易脱模，故直接采用注射模小中型的基本模架。图11为该类型模架的示意简图。图11：注射模小中型的基本模架简图5.2.1模架的拟定在此之前已经拟定型腔数目为两腔和布置形式为直线型，再根据上面计算出的型腔侧壁厚度便可拟定塑件在分型面上所占的宽和长（）大约为120mm×330mm。模架的选择采用经验公式估算：①推板宽度满足：，查FUTABA_2P标准可取得，相应标注模架宽度W=220mm。5.2.2各模板尺寸的拟定①定模固定板尺寸，由上面的理论计算求得型腔底部厚度为21mm，而凹模的深度是11mm，考虑到该处的强度和在模板上还要开设冷却水道，故根据标准值取A板厚度为22mm。②动模固定板尺寸，根据标准值取为22mm。③C板尺寸。C板高度尺寸可按：垫块=推出行程+推杆固定板厚度+推板厚度+（5-10）mm=16+30+35+（5-10）mm=(86-91)mm,初步选定C为90mm。（注：虽然塑件的总高度为17mm，但黏结在型芯上的尺寸也只有16mm左右，因此，当推出行程取16mm就能使塑件顺利与型芯分离。）而C板的厚度可按照单边与推板间距为7mm拟定，所以可得35mm。5.2.3导柱长度拟定根据导柱工作部分长度至少应比型芯端面高出6～8mm，以保证其导向与引导作用。该设计中，型芯高度为51mm，为满足导向规定，导柱总长应满足。所以，根据标准值，现拟定导柱长度为60mm。5.3脱模机构的设计与计算注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完毕脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：①塑件滞留于动模侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完毕脱模动作。②由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度部位。结构合理可靠，便于制造和维护和能获得良好的塑件外观。5.3.1推出方式的拟定推杆脱模机构是最简朴、最常用的一种形式，具有制造简朴、更换方便、推出效果好等特点。本设计采用推杆推出机构实现塑件脱模。由于该塑件的分型面简朴，有一定壁厚，结构也不复杂，采用推杆推出的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。5.3.2推杆尺寸拟定及校核本推出机构选用的是圆形推杆，为了使塑件推出稳定、可靠、受力均匀，每个模腔布置推杆的数目为4条，同时推杆的增多也更有助于排气。①圆形推杆直径的估算直径采用d=8mm在实际模具设计中，为了保证推杆的稳定性，推杆直径要比计算结果大，根据推杆的标准尺寸，现取为。显然这是满足规定的。但为了安全起见，还应当对推杆进行强度校核。推杆材料选45号钢，②推杆固定及与模体的配合推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外尚有螺钉紧固等形式。本设计采用推杆固定板固定，同时，由于顶杆与塑件接触处均为扇形面，并无特定的方向，所以推杆无须设立止转结构。推杆和模体的配合采用H6/f5，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一