中北大学2008塑料模具课程设计说明书.doc

中北大学2008届塑料模具课程设计说明书引 言模具是现代化的生产重要工艺装备，在国民经济的各个部门都越来越多地依据。用模具来进行生产加工，越来越引起人们的重视，模具也趋向标准化。随着模具的迅速发展，在现代工业生产中，模具列为机械工业产业技术改造序列的第一位。模具工业是高新技术产业化的重要领域.例如,在电子产品生产中,制造集成电路的引线架的精密级进冲模和精密的制造集成电路塑封模,计算机的机壳,接插件和许多元器件的制造中的精密塑料模具, 精密的冲压模具,都是产品生产不可或缺的工具装备.精密模具以使模具行业成为一个与高新技术产品互为依托的产业。目前，我国塑料模具占整个模具行业比重的40%。当今世界,工业正日益朝着批量化的方向发展.这样对注塑生产提出了自动化,智能化的要求；从而使模具向简单化、调试方便快速性方向发展,对生产人员要求的普遍性提高。同时伴随生产还有许多的问题,比如噪音问题,生产的安全性问题,所有这些问题要获得真正有效的解决都离不开注塑生产设备,生产工艺方案的制订,生产人员的状况,生产现场的管理等；而最为重要的是模具设计与制造的能力的提高。注塑模是模具设计与制造专业的主要专业课程之一。它具有很强的实践性和综合性，通过学习这门课程，使我对注塑模具有了新的认识，从中也学到了不少知识，激发了我对注塑模具的爱好。但因本人经验有限，因此很难避免的存在一些不合理之处，希望指导老师等批评和指正，以使我的毕业论文设计做得更合理，同时也为我走出校门步入社会打下坚实的基础。 2. 塑件的工艺性分析2.1塑件的原材料分析塑件品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成型特点聚甲醛POM线型结构结晶型材料。70左右使用，成型温度200-240，模具温度5070在所有的工程塑料中聚甲醛耐有机溶剂和耐油性十分突出。特别在高温条件下有相当好的耐腐蚀性。而且尺寸和机械强度变化不大。聚甲醛与多中颜料有较好的相容性，易于着色。由于聚甲醛是一种高结晶性的聚合物，具有较高的弹性模量，很高的硬度和刚度。可以在-40100长期使用。而且耐多次重复冲击，强度变化很少。强度受温度和温度变化影响很少。聚甲醛成型收缩率大，熔点明显（153-160）。其熔体粘度低，粘度随温度变化不大。在熔点附近聚甲醛的熔融或凝固十分迅速，所以，注射速度要快，注射压力不宜过高。由于其热稳定性差、加工范围窄，所以要严格控制成型温度，以免因温度过高或在允许温度下长时间受热而引起分解。由于冷却凝固时除热量多，所以模具上应设计均匀冷却的冷却回路。结论1. 有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工。其属于结晶性材料并且不易吸收水分。2. POM 是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性。3. 相对密度教大，不透明，不耐酸；成型收缩率大；熔点不很高；热降解在教高温度下相当迅速。在氧的存在下还有热氧降解发生。2.2塑件的尺寸精度分析由于塑件图未注公差尺寸均为塑料的高精度等级查取。2.3塑件表面质量分析该塑件不允许有变形及裂纹。2.4塑件的结构工艺性分析 从图纸上分析，该塑件的外形简单，壁厚均匀，所以容易成型。2.5拔模斜度分析由于POM的收缩率较大开模后会紧紧的包在型芯上，因此在不影响零件性能的条件下，应采用较大的拔模角度以利于塑件的脱模。本模具选择的拔模斜度型芯为1°，行腔为0.5°。2.6塑件结构分析 塑件顶部带有个小孔。3. 成型设备与成型工艺参数选择3.1计算塑件的体积和重量并确定注射机的型号计算塑件的体积通过Pro/E软件，“模型分析”得 V=10.69cm3计算塑件的重量根据塑料模具设计手册查得密度取1.41g/cm3所以，塑件的重量为：m=nV 2×10.69×1.4130.15g浇注系统的体积为：主流道+分流道+浇口=0.98+6.159 7.139cm3粗略计算浇注系统的重量：7.139×1.4110.065g(含冷料穴重)总重量：30.15+10.065=40.215g(3)确定注射机的型号一般工厂的塑胶车间都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分。由此结合以上分析、计算，根据公司现有设备初选注射塑机型号：XS-ZY-125，其主要性能参数如下：螺杆直径：42mm注射量：120g注射压力120Mpa锁模力：900KN最大模厚：300mm最小模厚：200mm顶出行程：35mm顶出力：8179N顶出杆根数：283.2确定成型工艺参数查塑料成型工艺与模具设计表3.1得出工艺参数见表3.1，试模时可根据实际情况作适当调整。表3.1 塑件成型工艺参数项目 塑料 POM（共聚）注塑机型号螺杆式喷嘴形式直通式温度/170 180料筒温度/前段170190中段180200后段170190模具温度/40120注射压力/MPa100150保压压力/MPa6070注射时间/s25保压时间/s2090冷却时间/s2060成型周期/s501604. 模具结构的选择4.1模具结构的确定塑料模具的种类很多，大体上分为：二板模，三板模，热流道模。本模具属于单分型面注射模具。图4.1 典型的三板模结构模架为标准件：FUTABA_S定模座板： 280*230*25mm定模板： 230*230*60mm推件板： 230*230*20mm动模板 230*230*25mm支承板： 230*230*35mm推秆固定板：140*230*15mm推板： 140*230*20mm动模座板 280*230*25mm4.2模具型腔数目的确定该塑件的尺寸较小，一般精度等级。根据塑件的生产批量及尺寸精度要求。如果采用一模四腔或多于四腔时，模具的设计相当复杂、成本较高，综合考虑应采用一模两腔。5. 分型面的设计如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3) 保证塑件的精度要求。4) 满足塑件的外观质量要求。5) 便于模具加工制造。6) 减小成型面积。7) 增强排气效果。8) 应使侧抽芯行程较短其中最重要的是第2）、第5）。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。如图5.1所示，采用AA平直分型面。图5.1 分型面6. 浇注系统的设计6.1主流道的设计6.1.1浇口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浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套一般采用碳素工具钢（T8A,T10A）材料制造，热处理淬火硬度HRC53-55度。浇口套都是标准件，只需去买就行了。浇口套与模板间配合采用H7/m6的过度配合。浇口套的规格有12，16，20等几种。由于注射机的喷嘴圆弧半径为R12，所以浇口套球面半经为R13。.浇口套如图6.1所示 图6.16.2分流道设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。分流道截面尺寸视塑料品种，塑件尺寸，成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定,此模具取直径6.4mm为C形流道，可用铣床用球头刀加工，也可用电火化成型加工。分流道长度确定可由以下公式粗略算得： 其中： D分流道的直径， W产品质量， L流道长度 结合经验取L为20mm。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra值并不要求很低，一般取1.6m左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。实际加工时，用铣床铣出流道后，即用打磨机，沙纸，油石等打磨工具将模具型腔表面磨光，磨亮，降低分流道表面粗糙度。6.3浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。6.3.1浇口的选用此模具采用的是侧浇口。侧浇口国外称之为标准浇口。此浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强；但有浇口痕迹存在，会形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷，且注射压力损失大，对深型腔塑件排气不便。侧浇口尺寸的计算。 H=T×N H: 浇口处的厚度 T:浇口处的壁厚 N：塑料系数（如表6.1） W:浇口宽度 L：1mm2.5mm L:浇口长度 H=T×N=1×0.7=0.7mm W=2H=2×0.7=1.4mm L=2.5mm由于选的分流道直径为4，结合经验W=1.5-5.0mm，取W为1.5mm表6.1 塑料系数塑料的种类塑料的系数PS、PE0.6PC、PP、POM0.7PMMA、PA、CA0.80.8PVC0.9图6.2 侧浇口形式6.3.2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)尽量缩短流动距离2)浇口应开设在塑件壁厚最大处3)必须尽量减少熔接痕4)应有利于型腔中气体排出5)考虑分子定向影响6)避免产生喷射和蠕动7)浇口处避免弯曲和受冲击载荷8)注意对外观质量的影响。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，浇口选在型腔的下壁处，如图6.3所示： 图6.3 浇口位置6.4浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。6.5冷料穴的设计在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约1025mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。本模具的冷料穴在拉料杆上部。7. 排气系统的设计为了使塑料熔体顺利的填充模具型腔，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子气体顺利的排出模外。如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡，凹陷，熔接不牢，表面轮廓不清晰等缺陷，另外气体的存在还会产生反压力降低充模速度。因此排气系统对确保制品成型质量起着至关重要的作用。常采用的排气方式如下：1.利用排气槽，排气槽一般设在型腔最后被充满的部位，排气槽的深度因塑料不同而异，基本上是以塑料不产生飞边的所允许的最大间隙来确定。2.利用型芯镶件推杆等的配合间隙或专用排气塞排气；3.有时为了防止制品与模个的真空吸附，而设计防真空吸附元件。4.利用配合间隙排气。此模具选择（4）的排气方法。 对于简单型腔的模具，可以利用推杆、活动型芯与模板的配合间隙进行排气。这种类型的排气形式，其配合间隙不能超过0.05mm，一般为0.03-0.05mm.8. 冷却系统的设计冷却系统是一种在保证材料填充和成品质量的条件下，利用热能传递的原理，将模具中的高温随着冷却通道中冷却液的不断循环流动，实现温度降低，用以达到提高生产效率的系统。由于模具为中型模具，体积适中，该塑件属于中等深度的塑件，可在凹模底部采用与型腔表面的等距离等钻孔的形式设置冷却水道。8.1冷却管道直径为使冷却水处于湍流状态，查资料取。8.2冷却回路的形式型腔采用单一矩形回路。8.3冷却水的体积流量 式中W单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（），按每分钟注射2次，即28； Q单位质量的塑料在凝固时所释放出的热量；（其中） 冷却水的密度（1000）； 冷却水的比热容； 冷却水出口温度（26.5）； 冷却水出口温度（25）。8.4冷却水在管道内的流速由式大于最低流速1.10，达到湍流状态，所选管道直径合理。8.5冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数查参考文献取时），因此 8.6冷却管道的总传热面积8.7模具上应开设的冷却水孔数为方便冷却水孔的布置，取冷却水孔的数量为2，两端互连循环的方式冷却。9. 部件的设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等。根据塑件的尺寸，计算成型零件型腔的尺寸，确定型腔的组合方式，确定成型零件的加工、热处理、装配等要求，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。9.1成型零部件的工作尺寸计算影响塑件尺寸精度的因素很多,概括地说,有塑件原材料,塑件机构和成型工艺模具机构,模具制造和装配,模具使用中磨损等因素，塑件原材料方面的因素主要是收缩率的影响。模具成型零件的制造精度是影响，塑件尺寸精度的重要因素之一，模具成型零件的制造进度精度愈低，塑件尺寸精度也愈低。一般成型零件工作尺寸制造公差值取塑件公差值的1/3或取IT7-8级作为制造公差。型腔径向尺寸 型芯径向尺寸 型腔深度尺寸 型芯高度尺寸 中心距尺寸 查模具设计指导表6-4得 POM收缩率1.2%-3.0%，平均收缩率为S=2.1%，取/3。工作尺寸如表9.1。表9.1 型腔、型芯主要工作尺寸塑件的尺寸成型零件的尺寸型腔径向、型芯径向、型腔深度、型芯高度其余尺寸不参与收缩率计算9.2脱模力计算将塑件从包紧的型芯上推出所克服的阻力称为脱模力，脱模力主要由塑件收缩包紧型芯 造成塑件与型芯的摩擦力。脱模力Ft=Ap(cos-sin)+qA式中 A塑件包络型芯的面积（mm）；p塑件对型芯单位面积上的包裹力，p取0.8X101.2X10Pa；脱模斜度q大气压力0.09Mpa；塑件对钢的摩擦系数，约为0.10.3；A制件垂直于脱模方向的投影面积（mm）。 Ft=1434.16+102.02=1536.18(N)所需脱模力较大，结合制件结构特点直径、高度较大选用4根直径15mm的推杆。9.3.导柱及导套设计9.3.1导柱设计(1）该模具采用带头导柱，不加油槽，图8.1所示。图8.1导柱(2）导柱的长度必须比凸模端面高度高出8mm一12mm。(3)为使导柱能顺利地进人导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分。(4）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架可知为20mm) 。(5）导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/n6配合，导柱滑动部分按H7/g6或H8/f7的间隙配合。（6）导柱工作部分的表面粗糙度为R。04um。（7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢TSA、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。9.3.2导套设计 导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种：直导套（GBT41692一1984）、带头导套（GBT4 1693一1984）。（l）结构形式。采用不带采头导套。（2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气。（3）导套孔的滑动部分按H8f7或H7g7的间隙配合，表面粗糙度为08um。导套外径与模板一端采用H7k6配合；另一端采用H7n7配合镶入模板。（4）导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。 导柱直导套10 注塑机参数校核10.1 最大注塑量校核注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的80%。所以，选用的注塑机最大注塑量应 0.8式中：注塑机的最大注塑量，单位g。塑件的质量，单位g，该产品=30.15g 。浇注系统的质量，单位g，该产品= 10.065g。故 （g）而我们选定的注塑机注塑量为：125³ 所以满足要求。10.2锁模力校核 > A熔融型料在型腔内的压力，（2040Mpa）A塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和 经计算为2475 mm2 注塑机的额定锁模力故 > A=40×2475/1000=99（KN）选定的注塑机为：860(KN) 满足要求。10.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核模具闭合高度校核模具实际厚度 230 mm 注塑机最小闭合厚度=150 即 > 故满足要求。10.4模具开模行程校核经查资料型注射机XS-ZY-125的最大开模行程s=500mm,满足下式计算所需的出件要求：s>=+(510)mm=34+60+9=113mm 其中，为塑件高度 为浇注系统高度。10.5喷嘴尺寸浇口套球面R13,喷嘴前端球面半径R12故满足要求。经验证XS-ZY-125型注射机能满足使用要求，故可以采用。小 结通过这次实训让我明白了很多，不管做什么事情都要一心一意，前晚不猛三心二意。平时的学习是做事的基础啊，平时不抓紧时间想一下子做好是不可能的，只有功夫花在平时到时候肚子里才有货才有的写有的说。抓住平时的时间我们就有的更多的东西去写去说，这样我们的事情才得更好。通过这次试训让我明白了团队合作的意识，只有大家一起努力才能把事情做好，光靠自己一个人是不行的。往往就是因为你一个人的问题而影响到整个小组的进程。我们是一个组的必须通力合作，而且我还明白了不管什么事情都要自己去做了你才明白，看别人在哪儿做自己却什么都不懂是不可取的。而且我还明白了遇到问题要多请示多汇报，这样才能将事情做得更好。参考文献1史铁梁.模具设计指导. 机械工业出版社,20082屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.高等教育出版社，2006.73李学锋.模具设计制造与制造实训教程.化学工业出版社，2004.74查尔斯 A.哈珀 塑料、弹性体、复合材料手册.化学工业出版社，2007.105姜厚文主编，模具设计师（注射模），中国劳动保障出版社，2005.66王鹏驹主编，塑料模具设计手册，机械工业出版社，2002.57蒲永峰 梁耀能主编，机械工程材料，清华大学出版社；北京交通大学出版社，2005.98 李学锋主编，型腔模设计，西北工业大学出版社。 19