端盖塑料模具设计

摘要模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60%－80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。本次设计的端盖塑料注射模具，在日常生活中应用较普遍，结构比较典型。本次设计采用了斜滑块侧向分型机构，一模两腔布置，采用推杆顶出机构，同时对模具设计的基本过程进行了比较详细的介绍。关键词：端盖塑料注射模具分型面镶块模流分析ⅠAbstractMoldisthebasictechnologyandequipmentforindustrialproduction,Intheelectronics,automotive,electrical,electronics,instruments,meters,homeappliancesandcommunicationproducts,60%-80%ofthepartshavetoformingrelyonmold.Theproductionformedwithmoldhashighprecisionandhighcomplexity,highconsistency,highproductivityandlowconsumption,whichisothermanufacturingmethodscannotmatch.Thelevelofdieproductiontechnologyhasbecomeanimportantmeasurementofacountry'slevelofproductmanufacturing,toalargeextentdeterminesthequality,effectivenessandabilitytodevelopnewproducts.Theinjectionmolddesignofcover,whichhasthegeneralapplicationinourdailylivesanditisatypicalstructure.Thedesignusestheinsertssideparting,atwo-cavitylayoutmode,theputtersontothebody,whilethebasicprocessofdiedesignarecomparedindetail.Keywords:CoverplasticinjectionmolddesignSurfaceTheslantingslidemold-flowⅡ目录摘要……………………………ⅠAbstract……………………Ⅱ第1章绪论 -1-第2章产品工艺性分析 -2-2.1PS性能分析 -2-2.2成型特性及条件 -2-2.3PS塑料成型工艺参数表 -2-2.4结构工艺性 -3-2.5零件体积及质量估算 -3-第3章初选注射机型号和规格 -4-第4章模具结构设计 -5-4.1确定型腔数目及配置 -5-4.1.1确定型腔数目时注意的因素 -5-4.1.2型腔数目的确定 -5-4.2分型面确定 -5-4.3型腔的布置 -6-4.4确定型腔、型芯的结构及固定方式 -6-4.5确定顶出机构类型 -7-4.6侧向分型机构设计 -7-第5章浇注系统的设计 -9-5.1浇注系统的设计 -9-5.2主流道设计 -9-5.3主流道尺寸 -9-5.4主流道衬套的形式 -10-5.5冷料穴及拉料杆的设计 -10-5.6分流道设计 -11-5.7浇口位置的选择 -11-第6章模具设计的有关计算 -12-6.1型腔和型芯工作尺寸计算 -12-6.2冷却系统的计算 -13-第7章Moldflow分析 -14-7.1填充时间 -14-7.2流动前沿温度 -14-7.3注射位置处压力 -15-7.4顶出时体积收缩 -15-7.5气穴 -16-7.6熔接痕 -16-第8章初选标准模架 -17-8.1模具闭合高度的确定 -17-8.2开模行程校核 -17-第9章注射相关参数的校核 -18-9.1模具外形尺寸的校核 -18-9.2模具闭合高度的校核 -18-9.3注射压力的校核 -18-9.4最大注射量的校核 -18-9.5锁模力的校核 -18-第10章绘制模具装配图及零件图 -19-结论 -20-致谢 -21-参考文献 -22-第1章绪论现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺对塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。塑料成型模具是保证塑件形状尺寸和表面精度的主要工具，是模塑工艺三大要素之一。按制品所采用的原料和成形方法的不同，一般将塑料模具分为压缩、压注、注射模具和挤出机头等。我们在日常生活中所用的塑料制品在成型中多数是通过塑料模具来制成品。因此设计、制造塑料模具就成了塑料制造业的首要任务。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就起着决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，对塑料制品的尺寸精度、形状精度、塑件的物理性能、内应力大小、表面质量、力学性能等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，模具结构是否合理，对操作的难易程度具有重要的影响。再次，塑料模具对塑件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型塑料模具更是如此。近年来，我国模具行业结构调整取得不小成绩，无论是企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构，都在向着合理化的方向发展。但在创新开方面的投资仍显不足，模具行业内综合开发能力的提升已严重滞后于生产能力的提高，其主要问题有几个方面。（1）各层次的模具技术人才资源不足。（2）模具标准化程度不高，模具及其零部件的商品率偏低。（3）模具制造的专业化程度和集中度有待进一步提高。（4）模具寿命偏低，使模具费占产品成品比率过高且长期居高不下。未来十年，中国模具工业的发展主要有几个方面。（1）CAD/CAM/CAE技术在模具设计中的广泛应用。（2）快速经济制模技术的推广应用（3）新型技术在塑料模具中的推广应用此外，还应大力研究模具的抛光技术，进一步改善成心产品的表面质量。第2章产品工艺性分析2.1PS性能分析PS为热塑性材料，密度1.04～1.06g/cm3。2.2成型特性及条件1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔，凹痕,变形。3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度。4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。2.3PS塑料成型工艺参数表表2-1PS塑料成型工艺参数塑料名称聚苯乙烯英文缩写PS密度/g·cm-31.04～1.06收缩率/%0.5～0.6预热温度/℃60～75时间/h5料筒温度/℃后段140～160前段170～190射咀—模具温度/℃32～65成型温度/℃260～280螺杆转速/r·min-148注射压力/mpa60～110选用注射机类型螺杆式2.4结构工艺性零件壁厚基本均匀，所有的壁厚均大于塑件的最小壁厚0.85mm，注射成型时不会发生填充不足现象。从塑件实体来看，该零件总体形状为圆柱体形，结构对称，在底端有外螺纹，有脱模斜度。该塑件无论横放或竖放，都需要设置侧向分型机构。本次设计采用一模两腔，型腔竖直配置，采用两瓣模侧向分型装置，推杆顶出。2.5零件体积及质量估算（1）单个塑件体积及质量V=99.5cm3m=99.5×1.05=104.47g（2）两个塑件及浇注系统凝料V总=2×99.5×1.1=218.9cm3m总=218.9×1.05=229.845图2-1端盖塑件图第3章初选注射机型号和规格采用一模两腔的结构，考虑塑件外形尺寸、注射是所需压力和工厂现有设备情况的情况，根据实际注射量应在额定注射量的20%-80%之间考虑，初选注射机为XS-ZY-250卧式注射机：表3-1XS-ZY-250注射机主要参数项目XS-ZY-250注射装置螺杆（柱塞）直径/mmφ50螺杆转速/r·min-125,31,39,58,32,89理论注射容量/cm3250注射压力/MPa130注射速率/g·s-185塑化能力/Kg·h-140锁模装置锁模力/KN60拉杆间距/mm320×320模板行程/mm300最小模具厚度/mm170最大模具厚度/mm300定位孔直径/mmφ125定位孔深度/mm10喷嘴伸出量/mm20喷嘴球半径/mmSR18喷嘴口孔径/mmφ4顶出行程/mm80顶出力/KN15电气油泵电动机功率/KW18.5加热功率/KW6其他机器质量/t2.8外观尺寸(L×W×H)/(m×m×m)4.7×1.0×1.815第4章模具结构设计4.1确定型腔数目及配置4.1.1确定型腔数目时注意的因素（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。4.1.2型腔数目的确定 注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,考虑到该塑件是一般日用品,其表面质量要求一般，这个塑件有螺纹结构，需要侧向抽芯分型，综合考虑定为一模两腔结构。4.2分型面确定4.2.1塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则：（1）分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹；（2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求；（3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造；（4）有利于排气和模具的加工方便；（5）应考虑塑件的技术要求。4.2.2该零件表面不应该有缩痕、气泡、熔接痕等缺陷。综合考率各种因素的影响，权衡利弊，根据实际情况，结合塑件的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上。选取图示这种分型方式既可降低模具的复杂程度，减少模具的加工难度，又便于成型后脱模，降低生产成本，保证塑件质量。如图4-1所示。图4-1分型面4.3型腔的布置在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据本模具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分流道过长的缺点。因为本模具拟定一模两腔的布置，所以型腔的布置采用平衡式分流道形排列，如图4-2所示：图4-2型腔布局4.4确定型腔、型芯的结构及固定方式4.4.1型腔、型芯的结构设计由模具结构可知，型腔应布置在凹模型芯上，端盖凹模采用直通式加台阶，凸模采用直通式加台阶。4.4.2固定方式凹模型芯与定模板采用台阶方式固定，用圆柱销定位加防转，然后用定模垫板压紧。凸模型芯与动模板采用台阶方式固定，然后用动模垫板压紧。4.5确定顶出机构类型顶出机构的结构因塑件的脱模要求的不同而有所变化，但对顶出机构所应达到的基本要求是一致的：使塑件在顶出过程中不会损坏变形；保证塑件在开模的过程中留在设置有顶出机构的动模内；若塑件需留在定模内，则要在定模上设置顶出机构。本次设计塑件有脱模斜度，为保证塑件顺利顶出，表面不留缺陷，采用推杆推出两瓣模侧向分型，一次顶出。4.5.1推杆数量及结构形式本次设计采用六根推杆推出滑块，推杆直径为Φ10mm。4.5.2复位装置设计本次设计采用四根复位杆，复位杆直径为Φ25mm。4.5.3顶出机构的导向采用导柱、导套导向，导柱、导套的公称直径为Φ35mm。4.5.4顶出距离为确保顶出时塑件能完全脱模，顶出距离不小于30mm。4.6侧向分型机构设计采用推杆推出滑块的侧向分型机构4.6.1抽芯距的计算将活动型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模位置所移动的距离叫抽芯距。横向抽芯距是5mm，纵向顶出距离是33mm。4.6.2滑块的倾斜角α滑块的倾斜角通常取150～200，在此取180。4.6.3滑块的尺寸图4-3滑块4.6.4确定导向机构本模具采用T型槽导滑导向机构。4.6.5排气机构因为该零件为中小型零件，一模两腔，不必单独考虑排气。4.6.6模具材料非标准模具零件凹模型芯材料为P20；凸模型芯材料为Cr12MoV，淬火加低温回火硬度≥55HRC；斜滑块材料为T10A，淬火加低温回火硬度54-58HRC。各种模板、垫板、固定板、推板、垫块等材料的选材为45钢，调质230-270HB。第5章浇注系统的设计5.1浇注系统的设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模两腔，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。5.2主流道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，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。5.3主流道尺寸在卧式或立式注射机使用的模具中，主流道垂直于分型面，主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。其设计要点如下：1)主流道一般设计为圆锥形，其锥角一般为1°～4°，流动性差的可取3°～6°，便于冷凝料从主流道中拔出。2）为保证主流道与注射机喷嘴紧密接触，防漏，一般主流道与喷嘴对接处做成圆球凹坑，其半径R2=R1+（1～2）mm，其小端直径d1=d2+（0.5～1）mm。凹坑深度取h=3～5mm。根据设计手册查XS-ZY250注射机喷嘴球半径SR18mm；喷嘴口孔径φ4mm。所以主流道小端尺寸为4.5mm，锥角为1°，大端尺寸约为8mm。5.4主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套），配合定位环使用，根据参考的标准选取以下形式的浇口套，如图5-1示。图5-1浇口套5.5冷料穴及拉料杆的设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料穴的直径宜大于大端直径，长度约为主流道大端直径。基于本次设计的模具，将冷料穴设置在滑块上，采用Z字型拉料杆的冷料穴，Z字型拉料杆的直径为φ8。5.6分流道设计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。由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，单边分流道长度L分取35mm，如图4-2所示。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等。本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。分流道当量直径为D分=查表可知分流道的尺寸为H=5mm，上底为6mm，下底为8mm，r=1mm，如图5-2所示。图5-1分流道5.7浇口位置的选择模具设计时，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）尽量缩短流程，减少变向，以降低压力损失。（2）浇口应开设在壁厚处以保证最终压力有效地传到塑件厚部，利于填充与补料。（3）应有利于型腔中气体排出。（4）浇口应不影响塑件的使用性能。（5）浇口与分流道的连接处应采用圆弧或斜面相连，平滑过渡。综合上述以及产品的外形质量的实际要求,采用侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。查表可知矩形浇口的厚度h为1mm，宽度b为3mm，长度L为2mm。第6章模具设计的有关计算6.1型腔和型芯工作尺寸计算常用型腔成型尺寸的计算方法主要有两种：平均收缩率法和公差带法，两种计算方法的区别在于平均收缩率法计算公式是建立在塑件的成型收缩率和成型零件工作尺寸的制造偏差及其磨损量分别等于它们各自平均值基础上，当塑件的尺寸精度要求较高或塑件尺寸比较大时，这种误差有可能会显著增加，这时一些模具设计单位就采用公差带法来进行尺寸计算，平均收缩率法计算简单无需验算而公差带法计算复杂需要经过多次初算验算，且考虑因素较多。考虑到模具较简单制造成本低，设计时间短故按平均收缩率法计算成型尺寸比较简单易行。查表得PS的收缩率为S=0.5%~0.6%，则平均收缩率为0.55%塑件公差选取4级公差（SJ/T10628-1995）考虑制造，模具制造公差取=Δ/3，模具磨损系数X=2/3表6-1型腔型芯尺寸计算型腔径向尺寸塑件尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸0.500.560.560.320.14型腔深度尺寸0.500.140.12型芯径向尺寸0.440.500.320.12型芯深度尺寸0.56螺纹型环大径0.50型环螺距0.126.2冷却系统的计算冷却水回路布置的基本原则：冷却水道应尽量多；截面尺寸应尽量大；冷却水道离模具型腔表面的距离应适当；适当布置水道的出入口；冷却水道应畅通无阻；冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位；由以上原则我们可以确定冷却水道的布置情况，以及冷却水道的截面积。（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量查表知PS的冷却时间为9.3s，则注射周期约为30s，每小时注射次数N=120次。（2）求单位质量的塑件在凝固时释放的热量查表得，PS的单位热Qs为（3）求冷却水的体积流量设定模具平均工作温度为，用常温的水作为模具冷却介质，其出口温度为==（4）求冷却水路的直径d由体积流量查表可知所需的冷却水道直径约为10mm，为提高生产效率，凸凹模型芯均应该设置冷却水道。第7章Moldflow分析通常情况，在模具投入生产之前要先用Moldflow软件进行模流分析，以确定各个参数是否符合规定。如以下各图所示：7.1填充时间图7-1填充时间图中显示了原料填充完整个塑件所需时间为1.682秒。7.2流动前沿温度图7-2前沿温度7.3注射位置处压力图7-3注射位置处压力：XY图7.4顶出时体积收缩图7-4顶出时体积收缩率7.5气穴图7-5气穴图中显示了塑件成型的气穴。7.6熔接痕图7-6熔接痕第8章初选标准模架根据镶块平面外形尺寸、各成型板的厚度要求，并考虑安装空间和滑块的导滑长度和注射机的最大装模厚度，初选参考塑料注射模中小型模架:400mm×500mm×H。8.1模具闭合高度的确定根据模具结构及标准模架的数据，确定：定模座板H1=30mm，型腔板H2=140mm，动模板H3=70mm，动模垫板H4=45mm，垫块H5＝50mm，动模座板H6=30mm。模具闭合高度H=+++++H=415mm。8.2开模行程校核所选注塑机为增压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程S等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。S≥H+H+H3+（5-10）mm500≥30+170+5+10500≥225满足要求。式中S——注塑机移模行程500mm； H——制品脱模距离30mm；H——流道凝料与塑件高度70mm；H3——侧向抽芯距离5mm。综上所述，XS-ZY-250型注射机能满足使用，故可采用。第9章注射相关参数的校核9.1模具外形尺寸的校核本模具的外形尺寸为400mm×500mm×415mm。XS-ZY-250型注射机的模板的最大安装尺寸为598×520mm，满足安装条件。9.2模具闭合高度的校核由上面的计算得模具的总闭合高度为415mm，XS-ZY-250注射机允许的最大模具厚度为500mm，最小模具厚度为200mm，因为200mm<245mm<500mm，所以，模具闭合高度满足注射机的装模要求.。此外，模板行程为500mm满足要求。9.3注射压力的校核查资料，PS在注射条件为中等流动程度的一般塑件时，所需的注射压力为60～110Mpa，XS-ZY-250注射机的额定注射压力为130Mpa大于110Mpa,所以，注射压力满足要求。9.4最大注射量的校核为了保证注射成型的正常进行，塑件制品连同浇道凝料及飞边在内的质量一般不应超过注射机最大注射量的80%。单个塑件的体积为99.5cm3，一模两腔共199cm3，包括凝料在内的质量大约共计218.9cm3左右，而注射机的最大注射量为250cm3，最大