毕业设计（论文）-导向轮注塑模设计

河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文表1-1料筒温度后段温度160中段温度230前段温度220喷嘴温度230注射压力100MPa注塑时间45S保压88MPa保压时间20S冷却时间30S 第2章注塑模的结构设计注塑模具的结构是由注射机的类型和塑件的结构所决定的。塑件结构由于其使用要求的不同而千变万化，导致注塑模具的结构形式多种多样。但把各种类型的注塑模具加以分析归纳，每套注塑模具也有若干职能部分组成，且它们在不同的注塑模具中起着相同的作用。注塑模具结构设计主要包括：分型面选择、模具腔数目的确定、型腔的排列方式、冷却水道布局，浇口位置设置、模具工作零部件的结构设计、顶出结构设计等内容。2.1分型面选择模具闭合时动模和定模相配合的接触平面叫做分型面，也可以叫做合模面。在模具制造不良或锁模力不足的情况下，模内熔融塑料会通过此分型面溅出，在塑件上形成较厚的飞边，经修整后还会留下明显的残痕。模具设计开始的第一步，就是选择分型面的位置。分型面的选择受塑件形状、壁厚、成型方法、后处理工序、塑件外观、塑件尺寸精度、塑件脱模方法、模具类型、型腔数目、模具排气、嵌件、浇口位置与形式以及成型机的结构等影响。分型面有多种形式，常见形式有：水平分型面、阶梯分型面、斜分型面、锥分型面和异型分型面。依照：塑件脱出方便（塑件外表面脱模斜度1°30′、塑件内表面脱模斜度50′）、模具结构简单、型腔排气顺利、确保塑件质量、无损塑件外观、设备利用合理等来选择型面。模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。该塑件为导向轮，表面质量无特殊要求。为减少模具加工难度和便于成型后取出浇注系统凝料，需设置两个水平水型面。开模时，首先从Ⅰ－Ⅰ分型，保证两端点浇口被拉断，而在中间的两个点浇口牵制下将主流道和分流道从浇口套和定模座板中带出。随后，沿Ⅱ－Ⅱ分型，将制件取出。2.2型腔数目的确定一模多腔时需要确定最经济的型腔数目n，影响n的因素有技术参数和经济指标两个方面，查《中国模具设计大典》得：型腔数目的计算公式：n=式中：n——型腔数目G——注射机公称注射量（）V——单个制品的体积（）根据注射机的公称注射量及单个塑件的质量，n圆整后取1即：本模具采用一模一件制2.3排气系统的设计注塑模的排气是模具设计中不可忽视的一个问题，特别是快速注塑模成型工艺的发展对注塑模的排气的要求更加严格。排气槽是指使模具型腔内的气体排出模具外面在模具上开设的气流通槽或孔。塑料熔体在注入型腔的同时，必须置换出型腔内的空气和从熔体逸出的挥发性气体。因为本模具体积较大，仅仅依靠模具从分型面处自然排气、顶杆间隙排气、推杆间隙排气等还不够，所以，必须设计排气槽。排气槽位置和大小的选定，主要依靠试验，通常将排气槽先开设在比较明显的部位，经过试模后再修改或增加。结合实际，本模具的排气槽设在料流的终端，经计算、查表后得：排气槽厚度为0.02mm，高度为0.03mm，长度为1.2mm。2.4浇注系统的设计浇注系统设计是注射模具中最重要的问题之一。浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大，它的设计合理与否，直接影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易。浇注系统是指熔融塑料从注粗机喷嘴进入模具型腔所流经的通道。它的作用是使塑料熔体平稳且有顺序地填充到型腔中，并在填充和凝固过程中把压力传递到各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑料制件。浇注系统一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。主流道系统设计2.4.1.1主流道设计主流道是由注塑机与模具接触的部位起到分流道为止的一段流道，是熔融塑料进入模具时最先经过的部位。查《实用模具技术手册》得：XS—Z—125型注塑机喷嘴的有关尺寸：喷嘴前端孔径：mm

喷嘴前端球面半径：mm根据模具主流道与喷嘴的关系：R=+(12)mmD=+(0.51)mm取主流道球面直径R=13mm；取主流道的小端直径d=4.5mm；为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为，经换算得主流道直径D=6mm。为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=0.8mm的圆弧过渡。主流道的几何形状和尺寸如图所示，其截面积为圆型。2.4.1.2主流道衬套设计由于注塑成型时主流道要与高温塑料熔体和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般都不将主流道直接开在定模上，而是将它单独开设在一个嵌套中，然后将此套再嵌入定模内，该嵌套称为主流道衬套。采用主流道衬套以后，不仅对主流道的加工和热处理以及衬套本身的选材等工作带来很大方便，而且在主流道损坏后也便于修磨和更换。常用的主流道衬套有A、B两种类型，结合本模具，本次设计采用A型，其结构形式及尺寸见下图：2.4.2分流道设计分流道是主流道与浇口之间的一段流道，它是熔融塑料由主流道流入型腔的过渡段，能使塑料的流向得到平稳的转移。对多腔模，分流道还起着向各型腔分配塑料的作用。分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注塑速率、分流道长度等因素来确定。本塑件的形状复杂程度一般，熔料填充型腔不太困难，根据型腔的排列方式可知分流道的长度较短，为便于加工起见，选用截面形状为梯形的分流道。查《实用模具技术手册》得相关尺寸：h=4mm，=6mm2.4.3浇口设计浇口——它是分流道与型腔之间的狭窄部份，也是最短小的部分，它的作用有以下三点：（1）使分流道输送过来的熔融塑料在进入型腔时，产生加速度，从而能迅速充满型腔；（2）成型后浇口处塑料首先冷凝，以封闭型腔，防止塑料 产生倒流，避免型腔压力下降过快，以致在塑件上出现缩孔和凹陷；（3）成型后便于浇注系统凝料与塑件分离。为便于制品成型，尽量缩短塑料在注射过程中的流程，选用四点浇口较为理想，因为这种浇口的长度很短，不超过其直径，所以脱模后，缩件上的浇口残痕不明显，不需要再修正浇口痕迹。但采用这种浇口时，常常在模具上增加一部分型面，以便使浇口凝料脱模。设计时考虑选择从外壁处进料，料由近至远处流，而且在模具结构上采取镶拼组合成型腔、型芯，有利于填充、排气，故采用四点浇口。查设计手册初选分流道尺寸为：d=1.5mm,l=1.0mm,=1mm,=1.8mm,,，试模时修正2.4.4浇口位置的设置选择塑件的浇口开设部位，应注意以下几点：（1）避免熔体破裂现象在塑件上产生缺陷；（2）考虑分子取向方位对塑件性能的影响；（3）有利于流动、排气和补料；（4）应尽量减少熔接痕和增加熔接牢度；（5）防止料流将型芯或嵌件挤歪变形。本制品呈细长圆管型，在其外圆分布有六个直径较大且壁较薄的凸缘，为便于制品成型，尽量缩短塑料在注射过程中的流程；在其18mm的外圆上设置了4个点浇口。2.4.5冷料穴的设计冷料穴的作用是储存两次注塑的间隔中产生的冷料头，以防止料头进入型腔造成塑料熔接不牢，影响塑件质量，甚至发生冷料头堵塞住浇口，造成成型不满。冷料穴一般设在主流道末端，当分流道较长时，在它的末端也应开设冷料穴。本模具采用冷料井与Z型拉杆匹配。2.5脱模机构设计用于开模时将塑件从模具中脱出的装置成为脱模机构。脱模机构是注射模的重要功能结构之一，也称为顶出机构。2.5.1脱模力的计算将制品从包紧的型芯上脱出时所需要克服的阻力称为脱模力，它主要包括：由制品的收缩引起的制品与型芯的摩擦阻力和大气压力。脱模力的作用点应尽量靠近型芯，并且脱模力应施于塑件刚性和强度最大的部位。脱模力的计算是设计脱模机构和尺寸的依据，它与塑料种类、塑件包容在型芯上的面积以及塑件的热收缩值等有关。查设计手册得脱模力的计算公式： 式中：F——脱模力（N）E——塑料弹性模量（Pa）A——塑件包容在型芯径向的面积（）f——塑料与钢之间的摩擦因数d——型芯直径（mm）t——塑件壁厚（mm）——塑件材料的泊松比

——塑件的径向的热收缩率，由式=（）d确定——塑料热膨胀系数（）——注入型腔的熔融塑料的温度（）——塑料出模温度（）则：2.5.2脱模机构的相关设计脱模机构在设计时要遵循以下原则：（1）顶出机构的运动要准确、可靠、灵活、无卡死现象；机构本身要有足够的刚度和强度，足以克服脱模阻力。（2）保证在顶出过程中塑料不发生变形；（3）顶出力的分布应尽量靠近型芯，且顶出面积应尽可能大，以防塑件被顶坏；（4）顶出力应作用在不易使塑件产生变形的部位；（5）若顶出部位需设计在塑料使用或装配的基准面上时，为不影响塑件尺寸和使用，一般使顶杆与塑件接触部位出凹进塑件0.1mm。本模具的脱模是在顶杆、推杆、推杆板、推板、复位杆等零件共同作用下完成的。推杆、顶杆、推板、复位杆、推杆板等尺寸详见模具标准件的选用。2.6成型零部件的结构设计注射模具闭合后，其内部零部件将组合成一个能容纳塑料的闭合型腔，即所说的型腔，它将接受由注射机注射出来的塑料熔体，并使它们在其内部固化成型为塑料制品。显然，型腔的几何形状和尺寸决定了制品的几何形状和尺寸，所以构成型腔的所有零部件统称为成型零部件。这类零件包括凹模、凸模等。成型零部件在注射成型过程中直接与塑料熔体接触，需要承受温度、压力及塑料熔体的冲击和摩擦作用，长期工作之后，容易发生磨损、变形和断裂。设计注塑模时应针对塑料制品的结构特点、生产批量、使用要求以及模具的使用寿命等，合理确定成型零部件的结构，满足精度、粗糙度、强度及刚度的要求。2.6.1凹模结构设计凹模的成型塑件外表面的成型零件。凹模的基本结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。结合本模具，采用组合式凹模，因为采用组合式凹模能简化复杂凹模的加工工艺，减少热处理变形，拼合处有间隙利于排气、便于模具维修，节省的贵重的模具钢。其结构及尺寸见零件图。2.6.2凸模结构设计凸模主要是与凹模相结合构成模具的型腔，主要用来成型塑件整体的内部形状。常见凸模结构形式有：组合式、圆柱型芯结构、异型型芯结构、镶拼型芯结构等，本模具型芯结构简单，采用最常见的圆柱形型芯结构就可满足要求。其结构及尺寸详见零件图。第3章模具设计的有关计算及材料的选择本模具设计成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查《模具设计与制造简明手册》得聚苯乙烯的收缩率为S=0.2%～0.8%，故平均收缩率为=（0.2%+0.8%）/2=0.5%，考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造的现有条件，模具制造公差取=。3.1型腔和型芯工作尺寸计算 成型零件的工作尺寸是成型零件上直接用来成型塑料制品的那部分尺寸。成型零件分为两大类：光滑成型零件和螺纹成型零件。成型零件的工作尺寸，要保证所成型塑料制品的尺寸。在计算时要考虑塑料制品的尺寸公差，所成型塑料的收缩率、溢料飞边厚度、塑料制品脱模、塑料制造的加工条件及可达到的水平等因素。3.1.1型芯的计算查《注塑模结构设计》得如下公式：径向尺寸：式中：——型芯径向基本尺寸；——塑件径向基本尺寸；——塑件平均收缩率；——塑件制造公差；——模具制造公差取则：轴向尺寸：式中：——型芯轴向基本尺寸；——塑件轴向基本尺寸；——塑件平均收缩率；——塑件制造公差；——模具制造公差取则：3.1.2型腔的计算径向尺寸：式中：——型腔径向基本尺寸；——塑件径向基本尺寸；——塑件平均收缩率；——塑件制造公差；——模具制造公差取则： 轴向尺寸：式中：——型腔轴向基本尺寸；——塑件轴向基本尺寸；——塑件平均收缩率；——塑件制造公差；——模具制造公差取则：3.2型腔厚度计算型腔厚度尺寸参照《模具设计与制造简明手册》表2-158计算公式侧壁厚度：底板厚度：式中：p——型腔压力（MPa）a——凹模受力部分高度（mm）l、b——凹模内腔长边和短边（mm）E——弹性模量（MPa）A——凹模高度（mm）B——支承板宽度（mm）——允许变形量（mm）侧壁厚度的计算：当l=21mm时，当l=9mm时，圆整后取大值，取则：型腔高度为：42+2×5=55底板厚度的计算：圆整后取大值，取=10mm则：型腔宽度为：3.3成型零件材料的选择塑料模具形状复杂，加工难度大，一般说来价格比较昂贵，为保证模具使用的高寿命，防止意外损坏，合理选择模具材料十分重要的。成型零件材料选用要求如下：（1）机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的钢种；（2）抛光性能良好。注塑模成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，，要求选用钢材硬度30～40HRC为宜；（3）耐腐蚀性和抗疲劳性能好。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限；（4）具有耐磨性能。根据以上选材原则及该模具用于制品生产批量大、强度耐磨性要求高、成型零件强度高、耐磨性好、热处理变形小，有时还要求耐腐蚀的等选用。钢是一个比碳素工具钢具有更好综合力学性能和工艺性能的低合金模具钢，使合金工具钢中唯一不含元素的经济型钢种。该钢淬透性能好，淬火、低温回火后有高的硬度和耐磨性，淬火硬度可达46～52HRC，淬火时可以用油冷。第4章模具加热和冷却系统的计算注塑模温度调节是采用加热或冷却方式来实现的，确保模具温度在成型要求的范围之内。模具加热方法有蒸汽、热油、冷水加热及电加热等。最常用的是电阻加热法；冷却方法则采用温水冷却、冷却水强力冷却或空气冷却等方法，而大部分采用常温水冷却法。模具温度调节系统的功用：（1）改善成型条件；（2）稳定制品的形位尺寸精度；（3）改善制品机械、物理性能；（4）提高制品表面质量。注塑模的温度调节系统必须有加热和冷却功能，必要时还要二者兼有。本模具塑件在注射成型时不要求有太高的模温，因而在设计模具时，在模具上可不设加热系统。塑料注塑模具冷却系统的设计计算，不仅影响成型塑件的质量，还直接影响生产效率。本模具是否需要冷却系统可作如下设计计算：设定模具平均工作温度为70，用20的常温水作冷却液，模具出口水温为30，产量为w=4.5kg/h,模具宽度为260mm。求冷却管道直径及所需冷却管道孔数。4.1求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q查《中国模具设计大典》得聚苯乙烯单位重量释放的热量故：4.2求冷却水的体积流量由得：式中：ρ——冷却水在一定温度下的密度（）ν——冷却水在圆管的流速（m/s）——冷却水的比热容——冷却水的进口温度；——冷却水的出口温度。则：4.3求冷却水道直径查《中国模具设计大典》表9.8—1，为使冷却水处于湍流状态，取d=8mm求冷却水在管道内的流速V由公式得：4.5求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数h查《中国模具设计大典》表9.8—5得：f=6.48，在由公式得：4.6求冷却管道总传热面积A4.7求模具上应开设的冷却管道的孔数n圆整后取整数n=7（个）4.8冷却水孔总长度计算式中：G——单位时间内注入模具中的塑料质量（kg/h）——塑料成型时在模具内释放的热焓量（J/kg）——模具温度（）——冷却水的平均温度（）V——冷却水最低流速（m/s）——冷却水的密度（）d——冷却水直径则：由以上计算可知，本模具需采用冷却系统。采用通过在模具上直接打孔，并通以冷却水进行冷却的简单流道式冷却系统。冷却水道间距l=15mm，冷却水道与型腔间的距离l=20mm。第5章模具标准件的选用查《模具标准应用手册》得如下标准件尺寸：推杆GB4169.1—84T8AGB1298—86垫块：GB4169.6—84Q235AGB700—88推板：GB4169.7—8445钢GB699—88定模座板：GB4169.8—8445钢GB699—88动模座板：GB4169.8—8445钢GB699—88中间板：GB4169.8—84Q235GB700—88支承板：GB4169.8—8445钢GB700—88查《机械设计通用手册》及《模具设计与制造简明手册》得：圆锥销：销GB117—86—A6×2535钢HRC28～38螺钉：GB65—85—M16×80螺钉：GB65—85—M8×30弹簧：圆柱螺旋压缩弹簧，d=3.0mmD=14.0mmt=4.77mm圆柱销：销GB119—86—B12×3535钢HRC28～38六角头螺栓：GB/T1228—M20×100六角头螺栓：GB5785—86—M12×50小方头螺栓：GB35—88—M8×40六角头头部带孔螺栓：GB29.1—88—M12×60第6章模具闭合高度的确定在支承与固定零件的设计中，根据经验及查《模具设计与制造简明手册》确定相关尺寸：定模座板，动模座板，定模固定板，定模板，动模板，动模固定板，根据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫块高度。因而模具的闭合高度：=25+25+20+25+25+25+80=220mm第7章注塑机有关参数的校核本模具的外形尺寸为260mm×315mm×230mm。XS—Z—125型注塑机模板最大安装尺寸为420mm×450mm，故能满足模具的安装要求。由上述计算模具闭合高度H=220mm，XS—Z—125型注塑机所允许模具的最小厚度，最大厚度，即模具满足的安装条件。经查资料，XS—Z—125型注塑机的最大开模行程S=300mm，满足式顶出塑件要求。对于双分面注塑模：=25+25+10+42=102mm式中：——制品所用的脱模距离（mm）——制品高度（mm）a——取出浇注系统凝料必须的长度（mm）此外，由于模具无侧分型抽芯距，不会增加开模距离，注塑机开模行程足够。经验证，XS—Z—125型注塑机能满足使用要求，故可以采用。第8章绘制模具总装图和非标零件工作图本模具的总装图，非标零件工作图见零件图。本模具的工作原理：模具安装在注塑机上，定模部分固定在注塑机的定模板上，动模部分固定在注塑机的动模板上。合模后，注塑机通过喷嘴将熔料经流道进入型腔，经保压，冷却后塑件成型。开模时，首先从Ⅰ－Ⅰ分型面分型，两端的点浇口被拉断，而在中间两个点浇口的牵制下将主流道从浇口套和定模座板中带出。随后在顶出过程中，由推板、推杆推动定模板沿Ⅱ－Ⅱ分型。与此同时，弹簧推动顶杆使制品与型芯留在动模板。当推板接触推杆板后继续顶出时，由推杆将制品及型芯同时顶出，然后在专用的型芯夹具上将型芯从制品中取出。结论本课题所研究的模具是典型的三板式模具，即双分型面注塑模。双分型面注塑模有两个分型面，Ⅰ－Ⅰ为第一个分型面，分型后浇注系统凝料由此取出；Ⅱ－Ⅱ为第二个分型面，分型后塑件由此脱出。本模具所采用的材料是流动性和成型性优良、成品率高、但易出现裂纹，成型塑件脱模斜度不宜过小的聚苯乙烯；PS作为工程塑料之一，“以塑代钢、性能卓越”，用途极其广泛。它具有重量轻、强度高、自润滑、耐磨、防腐，绝缘等多种独特性能。其磨擦系数比钢低8.8倍，比铜低8.3倍，而比重仅为铜的七分之一。通过这次设计我了解聚苯乙烯的物理性能、流动性成型过程中的物理、化学变化及塑料的组成、分类及性能。了解塑料成型的基本原理和工艺特点，较正确分析了成型工艺对模具的要求。基本掌握了各种成型设备对各类模具的要求。掌握了各类成型模具的结构特点及设计计算方法。具有初步分析、解决成型现场技术问题的能力，包括具有初步分析成型缺陷产生的原因和提出克服办法的能力。设计时，在充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工，设计的模具应当生产效率高，安全可靠，模具零件应耐磨耐用，模具结构要适应塑料的成型特性等方面，我合理地选择了模具结构，设计的模具制造方便，正确地确定了模具成型零件的尺寸。塑料制件的形状主要是靠成型模具获的，而它的质量是靠模具的正确结构和模具成型零件的正确形状、精确尺寸及较低的表面粗糙度来保证的。由于塑件成型工艺的飞速发展，模具的结构也日益趋于多功能化和复杂化，这对模具的设计工作提出了更高的要求。虽然，塑料制件的质量与许多因素有关，但合格的塑料制件首先取决于模具的设计与制造的质量，其次取决于合理的成型工艺。导向轮制品呈细长圆管形，且其外圆分布有六个直径较大且壁较薄的凸缘。本课题在设计时存在的主要问题是：导向轮型芯细长，在注射过程中型芯易变形，塑件易出现浇不足、缩孔、气泡等缺陷；型腔尺寸太大，难以加工；开模后制品易留在动、定模两侧；浇注系统凝料无法取出；塑件无法取下。为解决以上问题，特提出以下解决办法：在注射过程中，为便于制品成型，斤两缩短塑料在注射过程中的流程，因此设置了四个点浇口；为避免在注射过程尽量缩短塑料在注射过程中的流程，因此设置了四个点浇口；为避免在注射过程中细长型芯发生变形，在制品允许存在工艺孔的条件下，设置了八个支撑杆，用以提高型芯的刚性；为解决型腔难以加工的问题，设计时采用组合式；为保证在开模过程中使制品留在动模一侧，在定模一侧设置了三个顶杆；为方便将浇注系统凝料取出特设置了两个分型面；在实际应用中采用专用的型芯夹具将型芯抽出，从而获得塑料制件。机械加工工序卡片产品型号零(部)件图号产品名称导向轮零(部)件名称型芯共(1)页第(1)页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间019Mn2V毛坯种类毛坯外形尺寸每个毛坯可制件数每台件数棒料φ12x38011设备名称设备型号设备编号同时加工件数1夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速r·minˉ1切削速度m·minˉ1进给量mm·rˉ1切削深度mm进给次数工步工时机动辅助10粗车三爪卡盘60020调质30精车三爪卡盘120040磨磨外圆到尺寸50磨