塑料模具课程设计-锁盖.doc

塑料模具课程设计说明书 塑料模具课程设计说明书学 院：材料科学与工程专 业： 08 高分子 学 号： 姓 名： 指导教师： 目录第一部分 设计任务分析 3第二部分 塑件的分析 4第三部分 注射机型号确定及参数校核 5第四部分 浇注系统的设计 7第五部分 型腔排布及分型面选择 9第六部分 成型零件工作尺寸计算10第七部分 导向及脱模机构14第八部分 参考文献16第一部分 设计任务分析图1 零件实体图一、制品的设计要求本次设计制品的用途是锁盖，结构简单，对称分布，对精度无太大要求，强度要求适中二、制品的生产批量本制品为大规模生产，为缩短生产周期、节约成本，采用一模两腔三、制品的尺寸与公差两孔间尺寸精度为MT3级，其他无公差要求为MT5级四、制品体积估算由分析，可得锁盖件的体积为8.5cm3第二部分 塑件的分析材料：黑色酚醛树脂（PF）1、 PF性能分析固体酚醛树脂为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚与甲醛缩聚而得。它包括：线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂。工艺条件注射机类型：柱塞式螺杆转速：40-80r/min喷嘴温度：90-100料筒前端温度：70-100料筒后端温度：40-50模具温度：160-169注射压力：98-147MPa背压：0-0.49MPa注射时间2-10s保压时间：3-15s硬化时间：15-50s成型周期：45-120s成型收缩率：0.006%成型温度：146-180成型压力：7-42MPa2、 成型特性1. 刚性好，变形小，耐热耐磨，无定型料，吸湿性小，但为了提高流动性，防止产生气泡则宜先干燥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2003. 成型温度范围小，必须严格控制料温4. 模具浇注系统应短粗，浇口截面宜大，不得有死角滞料，模具应冷却，其表面应镀铬4、 注射成型工艺过程后处理加料成型前准备塑化注射冷却脱模加压工艺流程图解第三部分 注射机型号确定及参数校核 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1、 注射机的确定由分析，可得锁盖件的体积为8.5cm3，考虑到设计为2腔，加上浇注系统的冷凝料，查阅塑料膜设计手册的国产注射机技术规范及特性，可以选择XS-Z-60，以下为其技术规格理论注射容积(cm3)60螺杆直径(mm)38注射压力(MPa)180注射速率(g/s)70塑化能力(g/s)35螺杆转速(r/min)0200锁模力(KN)500拉杆有效距离(mm)220*300移模行程(mm)180模具最大厚度(mm)200模具最小厚度(mm)70锁模形式双曲肘模具定位孔直径(mm)55喷嘴球半径(mm)SR12喷嘴口空孔径(mm)4模板尺寸(mm)160*2502、 注射压力校核P注=98-147MPa P公=180MPa； P公P注 满足条件 这里选130MPa三、锁模力校核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，注射剂的额定锁模力必须大于该胀型力，即：注射机的额定锁模力（N）；模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa）；一般为注射压力的0.3-0.65倍，通常取20-40MPa。这里选=40MPa；塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和（）；由分析，可得投影面积70，浇注系统的投影面积不超过10； 小于500KN，符合要求4、 开模行程校核对于具有液压-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：式中，塑件推出距离（mm）； 包括浇注系统在内的塑件厚度（mm）； 注射机最大开模行程（mm）；这里通过资料可得：第四部分 浇注系统的设计1、 浇注系统的组成所谓注射模的浇注系统是指主流道的始端到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，如图二 图二2、 浇注系统各部件设计1. 主流道设计1.1主流道通常设计成圆锥形，其锥角，内壁表面粗糙度一般为。这里取；1.2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：；小端直径：；凹坑深：h=35mm，这里取h=3.5mm；1.3为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径13mm；1.4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；这里上标准模架，并考虑塑件厚度，取L = 43 mm；1.5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,这里取A型衬套，如图三，且衬套大端高出定模端面H = 510mm，起定位环作用； 图三2. 冷料穴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带有拉料杆的冷料穴，冷料穴的孔设计成倒锥形，凝料推杆固定在推出固定板上。开模时靠倒锥起拉料作用，然后由推杆强制推出，这种冷料穴取凝料不需要侧向移动，易实现自动化操作，如图四。 图四 图五 图六3. 分流道3.1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圆形截面；3.2分流道截面尺寸制品壁厚大于3mm，故不能采用课本公式6-1进行计算。根据：，且酚醛树脂流动性不佳，取分流道截面直径10mm；3.3分流道直径分流道长度应尽量短，且少弯折，这里取30mm；3.4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，可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层，有利于保温；3.5分流道的布置模具为一模两腔，采用平衡式布置，在动模板和定模板上均开有分流道，如图五；4. 浇口浇口是连接流通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，如图六。根据浇口的设计原则，选择矩形侧浇口。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。一般侧浇口的厚度为0.51.5mm,宽度为1.55.0mm,浇口长度为1.52.5mm。据经验公式计算：侧浇口厚度，其中n为系数，参考课本表6-4取n = 0.7；t为塑件壁厚，这里取t = 5mm；则h=3.5mm，明显大于通常尺寸，这里取h = 1.5 mm；由经验数据可得，侧浇口宽度与厚度的比例大致是3:1，则宽度b = 4.5 mm；浇口长度这里取2 mm；第五部分 型腔排布及分型面选择1、 分型面1. 分型面的形式分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气系统、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；2、 型腔1. 型腔数目的确定为了使模具与注射机的生产能力匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用方法有4种：a）、按注射机的额定注射量确定型腔数；b）、按注射机的额定锁模力确定型腔数；c）、按制品的精度要求确定型腔数；d）、按经济性确定型腔数；由于是大批量生产，这里选用d）进行确定，并按a）校核，过程如下：设型腔数目为n，制品总件数为N，每一个型腔所需的模具费用为，与型腔无关的模具费用为，每小时注射制品成型的加工费用为y（元/h），成型周期为t（min），则：模具费用为；成型加工费用为；总成型加工费为；为使总成型加工费最小，令，则：。对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过4个，以及模具制造成本、制造难度和生产效率的综合考虑，型腔数初定为2腔；之前计算每个塑件体积为，考虑到为两腔，并计算流道凝料，总体积小于注射机理论注射容积，符合要求。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。第六部分 成型零件工作尺寸计算1、 凹模的结构设计凹模又称阴模，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，从各方面分析，我们选用整体式凹模。2、 凸模的结构设计凸模（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3、 成型零部件尺寸计算1. 平均收缩率制品原料为PF，收缩率为0.4% 0.6%，则：平均收缩率；2. 塑件轴向公差根据塑件轴向尺寸5mm，精度等级MT5，查表7-2得模具制造公差为IT-11，查标准公差GB1800-79得模具制造误差；3. 凹模深度塑件高度5mm，由公式：得：型腔深度；4. 凸模高度塑件高度5mm，由公式：得：型芯高度；5. 塑件径向公差根据塑件长度58mm，宽度30mm，平均径向尺寸44mm，精度等级MT5，查表7-2得模具制造公差为IT-11，查标准公差GB1800-79得模具制造误差；6. 型腔径向尺寸塑件长度58mm，宽度30mm，由公式：得：长度方向 宽度方向7. 两孔中心距根据塑件尺寸40±0.5mm,得塑件尺寸精度等级为MT3级，查表7-2得模具制造公差应为IT10级，查标准公差GB1800-79得模具制造公差，由公式：得：两孔中心距4、 标准模架选用图七 160*L标准模架A2根据塑件尺寸及型腔排布方式，选择160*L A2型 标准模架，如图七；查阅GB/T12556.1-90，确定各部件尺寸如下：1. 定模座板尺寸200*200，厚度20mm主流道衬套固定孔与其为H7/m6过渡配合；通过4个10的内六角螺钉与定模固定板连接；2. 定模板尺寸160*200，厚度20mm上面的型腔为整体式；其导体固定孔与导柱为H7/m6过渡配合；3. 动模板尺寸160*200，厚度20mm导柱孔与导柱采用H7/m6配合；4. 动模垫板尺寸160*200，厚度32mm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；5. 垫块尺寸32*200，厚度50mm6. 推出固定板尺寸94*200，厚度12.5mm固定推杆；7. 推板尺寸94*200，厚度16mm8. 动模座板尺寸200*200，厚度20mm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。5、 成型型腔壁厚校核由于酚醛塑料需要早酚醛树脂中加入填料以改性，因此粘度不易确定，参考课本表7-7，这里取许用溢料间隙；1. 型腔侧壁厚校核由侧壁厚计算公式：式中：h型腔内壁受压部分高度，mm； p塑料熔体对型腔的压力，MPa； E型腔材料的弹性模量，这里取； C常数，查表7-8，这里取0.106；计算得：S = 14.188按强度进行校核时：；计算得：，满足要求；2. 型腔底板厚度计算刚度计算时，底板厚度为：式中：L支脚间距，mm； B底板总宽度，mm；计算得：t = 20.578按强度条件计算时，底板厚度为：计算得：t = 18.203，满足条件6、 排气及冷却系统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. 冷却系统设计查阅资料得，PF的单位质量成型时放出的热300KJ/Kg400KJ/Kg，取350KJ/Kg；冷却水的体积流量：；查课本表10-1，冷却水管道直径，取d = 8mm；冷却水在管道中流速：；冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数：；冷却管道总传热面积：；模具上应开设的冷却管道孔数：；第七部分 导向及脱模机构1、 导柱导向机构1. 导柱1.1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）淬火处理，硬度为5055HRC；1.2导柱直径尺寸按模具模板外形尺寸而定，查阅GB4196.4-84，选择导柱尺寸d = 16mm；L = 50mm；D = 20mm；结构如图八。1.3导柱导向部分的长度比凸模端面的高度高出68mm；1.4导柱前端半球形，以使导柱顺利地进入导向孔；1.5导柱精度配合，如图九； 图八 A型导柱 图九2. 导向孔2.1导向孔设计为通孔，便于排气。直接在模板上开孔，适用于精度要求不高且小批量生产的模具；2.2导套前端有倒角，材料硬度低于导柱；2.3滑动部分按H8/f8间隙配合，外径按H7/m6过渡配合；2、 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。1. 脱模机构选用由于该模具结构比较简单，采用推杆一次脱模机构。因为此机构简单，具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较方便。2. 脱模机构的设计原则2.1保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观；2.2为使推出机构简单、可靠，开模时应使塑件留于动模；2.3推出机构运动要准确、灵活、可靠，无卡死于干涉现象；3. 推杆结构及形状这里选用A型普通推杆，结构如图十； 图十4. 脱模力的计算由公式：式中：无量纲系数； 矩环形塑件的平均壁厚，mm； S塑料平均成型收缩率； E塑料的弹性模量，MPa； L塑料对型芯的包容长度，mm； f塑件与型芯间的摩擦因数； 模具型芯的脱模斜度，°； 塑料的泊松比； A盲孔塑件型芯在垂直与脱模方向上的投影面积，；计算得：F = 48142.236N5. 推出零件尺寸确定5.1推板厚度确定由公式：式中：推板长度上两推杆的最大距离，mm； F脱模力，N； E推板材料弹性模量，MPa； B推板宽度，mm； 推板中心所允许的最大变形量，mm；计算得：t = 8.139mm，符合要求；5.2推杆直径确定由公式：式中：K安全系数，取K = 1.5； L推杆长度，这里为86mm； n推杆数目； E推杆材料弹性模量，MPa；计算得：d = 5.56mm进行强度校核：，符合要求。第八部分 参考文献1 中国标准出版社第三编辑室. 塑料模具标准汇编M. 北京:中国标准出版社,1997.092 机械原理及零件教研室. 机械设计常用标准M. 山东:山东大学机械学院,2009.63 黄虹. 塑料成型加工与模具M. 北京:化学工业出版社,2008.124 冯爱新. 塑料模具工程师手册. 北京：机械工业出版社,2009.02 5 杨占尧. 塑料模具标准件及应用手册. 北京:化学工业出版社,2008.06 - 16 -