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目 錄 引言 1 設計指導書 2 一 畢業(yè)設計課題 4 二 塑件及材料分析 5 三 擬定的成型工藝 6 四 型腔數(shù)目確定 7 五 型腔布局 7 六 分型面與排氣系統(tǒng)設計 7 七 澆注系統(tǒng)設計 9 八 成型零件設計 11 九 導向與定位機構設計 15 十 脫模機構設計 16 十一 模溫調節(jié)與冷卻系統(tǒng)設計 18 十二 注射模與注射機的關系 20 十三 模具裝配草圖及工作原理 22 十四 設計小結 23 十五 參考資料 24 設計指導書 1 設計前應明確的事項 1 明確制品的幾何形狀及使用要求 對于形狀復雜的制品 有時除看 懂其圖樣外 還需參考產品模型或樣品 考慮塑料的種類及制品的 成型收縮率 透明度 尺寸公差 表面粗糙度 允許變形范圍等范 圍 即充分了解制品的使用要求 因為這不僅是模具設計的主要依 據(jù) 而且還是減少模具設計者與產品設計者已意見分歧的手段 2 估算制品的體積和重量及確定成型總體方案 計算制品重量的目的 在于選擇設備和確定成型總體方案 成型總體方案包括確定模具的 機構形式 型腔數(shù)目 制品成型的自動化程度 采用流道的形式 冷流道或熱流道 制品的側向型孔是同時成型還是后序加工 側凹的脫模方式等 3 明確注射成型機的型號和規(guī)則 只有確定采用什么型號和規(guī)則的注 射成型機 在模具設計時才能對模具上與注射機有關的結構和尺寸 的數(shù)據(jù)進行校核 4 檢查制品的工藝性 對制品進行成型前的工藝性檢查 以確認制品 的各個細小部分是否均符合注射成型的工藝性條件 2 基本程序 模具及其操作必須滿足各種要求 其模具設計的最佳方法是綜合考慮 系統(tǒng)制定設計方案 模具設計流程圖表示了各條件間的相互關系 以及必須 滿足主功能的邊界條件和附加條件的關系 3 注射模設計審核要點 1 基本結構審核 1 模具的結構和基本參數(shù)是否與注射機規(guī)格匹配 2 模具是否具有合模道向機構 機構設計是否合理 3 分型面選擇是否合理 有無產生飛邊的可能 制品能否滯留在設有推 出脫模機構的動模 或定模 一側 4 模腔的布置與澆注系統(tǒng)設計是否合理 澆口是否與塑料原料相適應 澆口位置是否恰當 澆口與流道的幾何形狀及尺寸是否合適 流動比 數(shù)值是否合理 5 成型零部件結構設計是否合理 6 推出脫模機構與側向分型或抽芯機構是否合理 安全和可靠 它們之 間或它們與其它模具零部件之間有無干涉或碰撞的可能 脫模板 推 板 是否會與凸模咬合 7 是否需要排氣結構 如果需要 其設置情況是否合理 8 是否需要溫度調節(jié)系統(tǒng) 如果需要 其熱源和冷卻方式是否合理 溫 控元件隨是否足夠 精度等級如何 壽命長短如何 加熱和冷卻介質 的循環(huán)回路是否合理 9 支承零部件結構設計是否合理 10 外形尺寸能否保證安裝 緊固方式選擇是否合理可靠 安裝用的 螺栓孔是否與注射動 定模固定板上的螺孔位置一致 壓板槽附近的 固定板上是否有緊固用的螺孔 2 設計圖樣審核要點 1 裝配圖 零部件的裝配關系是否明確 配合代號標注得是否恰當合理 零件標注是否齊全 與明細表中的序號是否對應 有關的必要說明是 否具有明確的標記 整個模具的標準化程度如何 2 零件圖 零件號 名稱 加工數(shù)量是否有確切的標注 尺寸公差和形 位公差標注是否合理齊合 成型零件容易磨損是部位是否預留了修磨 量 哪些零件具有超高精度要求 這種要求是否合理 各個零件的材 料選擇是否恰當 熱處理要求和表面粗糙度要求是否合理 3 制圖方法 制圖方法是否正確 是否合乎有關規(guī)范標準 包括工廠 企業(yè)的規(guī)范標準 圖面表達的幾何圖形與技術內容是否容易理解 3 模具設計質量審核要點 1 設計模具時 是否正確地考慮了塑料原材料的工藝特性 成型性能 以及注射機類型可對成型質量產生的影響 對成型過程中可能產生的 缺陷是否在模具設計時采取了相應的預防措施 2 是否考慮了制品對模具導向精度的要求 導向結果設計得是否合理 3 成型零部件的工作尺寸計算是否合理 能否保證制品的精度 其本身 是否具有足夠的強度和剛度 4 支撐部件能否保證模具具有足夠的整體強度和剛度 5 設計模具時是否考慮了試模和修模要求 4 裝拆及搬運條件審核要點有無便于裝拆時用的橇槽 裝拆孔和牽引螺 釘 對其是否作出了標記 有無供搬運用的吊環(huán)或起重螺栓孔 對其是否也作 出了標記 一 設計課題 把手封條注塑模 二 塑件及材料分析 1 塑件形狀分析 此塑件結構比較簡單 外觀光滑 只是制品的凹槽涉及到的脫模 必須是兩次頂出 塑件上有四條槽 2 材料分析 材料選用 PE 是聚乙烯的簡寫 是由乙烯聚合而成的的聚合物 作為塑料使用時 其平均相對分子質量要在 1 萬以上 根據(jù)聚合物條 件不同 實際平均相對分子質量可從 1 萬到幾百萬不等 生成的 PE 乙烯單體大部分是由石油裂解得到 聚乙烯是樹脂中分子結構最簡單的一種 它原料來源豐富 價格 較低 具有優(yōu)異的電絕緣性和化學穩(wěn)定性 易于成型加工 并且品種 較多 可滿足不同性能要求 因此它從問世以來發(fā)展很快 是目前產 量最大的樹脂品種 用途極廣泛 PE 材料的性能特點 質軟 機械性能差 表面硬度低 化學穩(wěn)定性 好 但不耐強氧化劑 耐水性好 PE 的成型特點 成型前不可預熱 收縮大 易變形 冷卻時間長 成 型效率不高 塑件有淺側凹可強制脫模 PE 材料在模具設計時應注意的事項 澆注系統(tǒng)應盡快保證充型 須設冷卻系統(tǒng) 使用溫度一般為 80 0C PE 材料的品種多 根據(jù)塑件的要求及特點 我們選用低密度聚 乙烯來作為注塑材料 PE 材料的品種很多 在此低密度聚乙烯 LDPE 作為塑件的注塑材料 LDPE 是在高溫和特別高的壓力下通過典型的自由基聚合過程得到的 早在 20 世紀 40 年代初 LDPE 已用于電線包覆 是 PE 家族中最早出 現(xiàn)的產品 LDPE 綜合了許多優(yōu)良的性能 如透明性 封合性 易于 加工 是當今聚合物工業(yè)中應用最廣泛的材料之一 LDPE 通常可采用管式和釜式反應器兩種生產工藝制備 聚合時 壓力為 150 350 Mpa 聚合溫度在 150 260 之間 并加入適量 的引發(fā)劑 與其他工藝過程得到的線性 PE 不同 高壓自由基聚合歷程易發(fā) 生鏈轉移 得到的聚合物存在大量的支鏈結構 這種結構使 LDPE 具 有透明 柔順 易于擠出等特定性能 通過控制平均相對分子質量 MW 結晶度和相對分子質量分布 MWD 可以是 LDPE 樹脂獲得 多種應用 聚合物的平均相對分子質量是用組成聚合物的所有分子鏈的平均 尺寸來表達的 為方便起見 在塑料工業(yè)中采用熔體流動速率 MFR 作為平均相對分子質量的量度 MFR 的單位為 g 10min MFR 的值與平均相對分子質量的大小成反比 LDPE 的結晶度與樹脂中的短支鏈的含量有關 結晶度通常為 30 40 結晶度的提高是 LDPE 的剛性 耐化學藥品性 阻隔性 拉伸強度和耐熱性增加 而沖擊強度 撕裂強度和耐應力開裂性能降 低 3 塑件正投影面積 體積及質量計算 根據(jù)塑件 可算出體積及質量 如圖 2 所示 可把塑件分成幾個部分來計算 具體計算如下 塑件有 4 個槽 把相對的兩個槽合起來計算就相當與計算一個圓住的體 積根據(jù)圖紙可以知道塑件的體積等于上端長方體的體積加上下端長方體 的體積減掉凸模所形成的凹槽再減掉兩個圓柱的體積 設 上端長方體的體積為 V 上 則 V 上 18x1 7x70 2142mm3 下端長方體的體積為 V 下 V 下 15x67x 7 7 1 7 6030mm 3 凹槽的體積 V 凹 15x1 7x2 x 7 7 1 7 x 67 1 7x2 4426 56mm3 根據(jù)圖中所示 可設一個圓柱的長為 L1 64mm 體積為 V1 另一個取 L2 12mm 體積為 V2 V1 r L 1 3 14x0 62x64 7 2345mm3 V2 r L 2 3 14x0 62x12 1 35648mm3 V1 V2 7 23456 1 35648 8 59mm3 V 總 2142 6030 4426 56 8 59 3746 49mm3 因為 PE 材料選用的是底密度乙烯 所以密度 0 91g cm m 總 3746 49x10 3x0 91 3 4g 三 擬定的成型工藝 1 制品的成型方法 熱塑性塑料指定采用注射成型 本設計選用熱塑性塑料 PE 可用注射成 型 2 制品的成型參數(shù) 根據(jù)制品結構特點及選定的原料 PE 可擬定如下工藝參數(shù) 塑料名稱 PE 密度 g cm 0 910 0 925 計算收縮率 0 3 0 8 預熱溫度 70 80 預熱時間 h 1 2 料筒溫度 前段 170 200 后段 140 160 模具溫度 35 55 注射壓力 MPa 60 100 成型時間 s 注射時間 15 60 高壓時間 0 3 冷卻時間 20 90 總周期 50 160 適應注射機類型 柱塞式 四 型腔數(shù)目 型腔數(shù)目的確定主要參考以下幾點 來確定 1 根據(jù)經濟性確定型腔數(shù)目 根據(jù)總成型加工費用最小的原則 并忽略準 備時間試生產原材料費用 僅考慮模具加工費和塑件成型加工費 2 根據(jù)注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)目 當成型大型平板制件時常用 這種方法 3 根據(jù)注射機的最大注射量確定型腔數(shù)目 根據(jù)經驗 在磨具中每增加一 個型腔 制品尺寸精度要降低 4 對于高精度制品 由于多型腔模具難 以使各型腔的成型條件一致 故推薦型腔數(shù)目不超過 4 個 4 由于塑件的構造比較簡單 只是四周多了四個槽 并可以使用限位桿來 實行強制脫模 磨具本身的結構也很簡單 塑件的質量也很輕 故可以用 一模兩腔注射成型 同時根據(jù)塑件體積 v 3746 79mm 初步確定注射機為 SZ 40 32 注射機各參數(shù)如下 項目 SZ 40 32 結構形式 立式 理論注射容量 cm 40 螺桿直徑 mm 24 注射壓力 MPa 150 注射速率 g s 塑化能力 Kg h 螺桿轉速 r min 鎖模力 KN 320 拉桿內向距 mm 205 移模行程 mm 160 最大模具厚度 mm 160 最小模具厚度 mm 130 模具定位孔直徑 模具定位孔直徑 mm 噴嘴球半徑 mm 10 噴嘴口孔徑 mm 3 五 型腔布局 由于塑件比較簡單 而且比較小 直線形分布 為提高生產效率 可以采 用一模兩腔的方法 六 分型面與排氣系統(tǒng)設計 1 分型面選擇 選擇分型面即是決定型腔空間在模內應占有的位置 選擇時應遵行如下原則 1 復合塑件脫模 為使塑件能從模內取去 分型面的位置應設在塑 件斷面尺寸大的部位 4 確保塑件質量 分型面應不要選擇在 塑件光滑的外表面 避免影響外觀質量 將塑件要求同軸度的 5 有利于塑件脫模 由于模具脫模機構通常只設在動模一側 故選 擇分型面時應盡可能使開模后塑件留在動模一側 這對于自動化生 產使用的模具尤其顯得重要 6 考慮側向軸拔距 一般機械式抽芯機構的側向拔距都較小 因此 選擇分型面時應將抽芯或分型距離長的方向置于動 定模的開合模 方向上 而將短抽拔距做為側向分型或抽芯 并注意將側抽芯放在 動模邊 避免定模抽芯 7 鎖緊模具的要求 側向合模鎖緊力較小 故對于投影面積較大的 大型塑件 應將投影面積大的方向放在動 定模的合模方向上 而 將投影面積小的方向作為側向分型面 8 有利于排氣 當分型面作為主要排氣渠道時 應將分型面設在塑 料熔體的末端 以利于排氣 9 模具零件易于加工 選擇分型面時 應使模具分割成便于加工的 零件 以減小機械加工的困難 根據(jù)以上分型面選擇原則及塑件本身的特點 確定為一次分型 如圖 3 圖 3 2 排氣系統(tǒng)設計 當排氣不良時將在塑件上形成氣泡 銀文 云霧 接縫 使表面輪廓 不清 甚至沖模不滿 嚴重時在塑件表面產生焦痕 降低沖模速度 影響 成型周期 形成斷續(xù)注射 減低生產效率 因此我們一般用以下的幾種排 氣方法 1 排氣槽排氣 對于成型大中型塑件的模具 需排住的氣體量多 通常 都應開設排氣槽 2 分型面排氣 對于小型模具 可利用分型面間隙排氣 但分型面須位 于容體流動末端 3 拼鑲件縫隙排氣 對于組合的凹?；蛐托?可利用 其拼合的縫隙排氣 4 推桿間隙排氣 利用推桿與模板或型芯的配合間隙排氣 5 粉末燒結合金塊排氣 七 澆注系統(tǒng)的設計 七 澆注系統(tǒng)的設計 6 排氣井排氣 在塑料熔體匯合處的外側 設置一個空穴 使氣體排入其 中 也可以獲得良好的排氣效果 7 強制性排氣 在封閉氣體的部位 設置排氣桿 七 澆注系統(tǒng)的設計 3 拼鑲件縫隙排氣 對于組合的凹模或型芯 可利用其拼合的縫隙排氣 4 推桿間隙排氣 利用推桿與模板或型芯的配合間隙排氣 5 粉末燒結合金塊排氣 6 排氣井排氣 在塑料熔體匯合處的外側 設置一個空穴 使氣體排入其 中 也可以獲得良好的排氣效果 7 強制性排氣 在封閉氣體的部位 設置排氣桿 七 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)設計是注射 模設計的一個重要環(huán)節(jié) 它 對注射成型周期和塑件質量 如外觀 物理性能 尺寸精度等 都有直接影響 設計時須遵循如下原則 1 結合型腔布局考慮 應注意以下三點 1 盡可能采用平衡式布置 以便設置平衡式分流道 2 型腔布置和澆口開設部位力求對稱 防止模具承受偏載而產生溢料現(xiàn)象 3 型腔排列要盡量可能緊湊 以減少模具外形尺寸 2 熱量及壓力損失要小 為此澆注系統(tǒng)流程應盡量短 斷面尺寸盡可能大 盡量減少彎折 表面粗糙度要低 3 確保均衡進料 盡可能使塑料熔體在同一時間內進入各個型腔的深處及角落 即分流道盡可能采用平衡式布置 4 塑料耗量要少 在滿足各型腔充滿的前提下 澆注系統(tǒng)容積盡量要小 以減 少塑料的耗量 5 消除冷料 澆注系統(tǒng)應能捕集溫度較低的 冷料 防止其進入型腔 影響 塑件的質量 6 排氣良好 澆注系統(tǒng)應能順利地引導塑料熔體充滿型腔各個角落 使型腔 的氣體能順利排出 7 防止塑件出現(xiàn)缺陷 避免熔體出現(xiàn)充填不足或塑件出現(xiàn)氣孔 縮孔 殘余應 力 翹曲變形或尺寸偏差過大以及塑料流將嵌件沖壓位移或變形等各 種成型不良現(xiàn)象 8 塑件外觀質量 根據(jù)塑件大小 形狀及技術要求 做到去除修整澆口方便 澆口痕跡無損塑件的美觀和使用 9 生產效率 盡可能使塑件不進行或少進行后加工 成形周期短 效率高 10 塑料熔體流體特性 大多數(shù)熱塑性塑料熔體的假塑性行為 以充分利用 一 主流道的設計 主流道是連接注射機噴嘴與分流道的一段通道 通常和注射機噴嘴在同一 軸線上 斷面為圓形 帶有一定錐度 其設計要點為 1 主流道圓錐角為 a 20 60 對流動性差的可取 30 60 內壁粗糙度為 Ra0 63m 2 主流道大端成圓角 半徑 r 1 3mm 以減小料轉向過度時的阻力 3 在模具結構允許的情況下 主流道盡可能短 一般小于 60mm 過長則會 影響流體的順利充型 4 對于小型模具可將主流道襯套與定位圈設計成整體式 但在大多數(shù)情況 下將主流道襯套與定位圈設計成兩個零件 主流道襯套與定模板采用 H7 m6 過度配合與定位圈的配合采用 H9 f9 間隙配合 5 主流道襯套一般選用 T8 T10 制造 熱處理強度為 52 56HRC 根據(jù) 常用塑料直澆口尺寸 表 選主流道始端尺寸 d 2 5mm 大端尺寸 D 4mm 澆口套始端半徑 R 機床噴嘴小經 d 0 5 1 10 0 5 1 11mm 半錐角 a 2 其長度尺寸取 L 40mm 其余尺寸見圖 主流道內壁 粗造度 Ra 0 63 拋光時要沿軸向進行 根據(jù)主流道尺寸 可求出主流道體積 V 主 1 3L R Rr r 1 3x3 14x40 1 25 2 1 25x2 4 0 334cm 二 冷料穴設計 冷料穴位于主流道正對面的動模板上 或處于分流道末端 其作用是捕集料流前鋒 的 冷料 防止 冷料 進入行腔而影響塑件質量 開模時又可以將主流道的冷凝料拉 出 冷料穴直徑宜稍大于主流道大端直徑 長度約為主流道大端直徑 其類型可分為四 大類 1 底部帶有推桿的冷料穴 這類冷料穴的底部由一跟推桿組成 推桿裝于推桿固定板上 因此他常于推桿或推 管脫模機構連用 2 底部帶有拉料桿的冷料穴 這類冷料穴的底部有一根拉料桿構成 拉料桿裝于型芯固定板上 因此它不隨脫模 機構運動 3 底部無桿的冷料穴 對于具有垂直分型面的注射模 冷料穴置于左右兩半模的中心線上 當開模時分型 面左右分開 塑件與流道凝料取出 冷料穴底部不必設計桿件 4 分流道冷料穴 當分流道較長時 可將分流道的盡頭沿料流前進方向延長作為分流道冷料穴 以 貯存前鋒冷料 其長度為分流道直徑的 1 5 2 倍 二 分流道設計 分流道是主流道與澆口之間的通道 多行腔模具一定設置分流道 大型 塑件由于使用多澆口進料也需設置分流道 由于模具有四條分流道 要從行腔側 面注入 分流道應是側澆 設計成圓形并四周交叉分布 這樣效率比較高 因為塑件的 壁厚為 1 7 3mm 質量 3 4 200g 所以可以根據(jù)公式 D 0 2654W1 2L1 4來計算 D 分流道的直徑 mm W 塑件的質量 g L 分流道的長度 mm 因為型腔為一模四腔按圓周均勻分布 兩個小型腔的最小直線距離在 7mm 8mm 在這里取 8mm 這樣計算分流道長度為 15mm 15 圖 6 其直徑尺寸可按下列經驗公式確定 把 W 3 4mm 和 L 15mm 帶入上式得 D 0 2654X3 4 X15 0 96mm 分流道直徑 D 0 96mm 不符合直徑限于 3 2 9 5mm 條件 應取 5mm 三 澆口設計 澆口是連接分流道與型腔之間的一段細短流道 其形狀 位置 尺寸對塑 件質量影響很大 澆口的主要作用是 1 行腔充滿后 熔體在澆口處首先 凝結 防止其倒流 2 易于切除澆口凝料 3 對于多行腔模具 用以 平衡進料 對于多澆口單行腔模具 用以控制熔接縫的位置 澆口截面面積 通常為分流道截面面積的 0 03 0 09 澆口截面形狀有矩形和圓形兩種 澆 口長度為 0 5 2mm 左右 澆口具體尺寸一般根據(jù)經驗確定 在這我們取限 制性澆口中的側澆口 側澆口是典型的矩形截面澆口 能方便調整充模時的 剪切速度和澆口封閉時間 因而也稱為標準澆口 側澆口的特點是澆口截面 形狀簡單 加工方便 能對澆口尺寸進行精密加工 澆口截面積通常為分流道截面積的 0 03 0 09 S 澆 S 分 0 03 0 09 x3 2x0 09 d 澆則 d 澆 3X0 3 0 9 澆口長度一般取 0 5 2mm 取 L 1mm 圖 6 八 成型零件設計 由于成型零件直接與高溫高壓的塑料熔體接觸 它必須有以下一些性能 1 必須具有足夠的強度 剛度 以承受塑料熔體的高壓 2 有足夠的硬度和耐 磨性 以承受料流的摩擦和磨損 通常進行熱處理 使其硬度達到 HRC40 以上 3 對于成型會產生腐濁性氣體的塑料還應選擇耐腐濁的合金鋼處理 4 材 料的拋光性能好 表面應該光滑美觀 表面粗造度應在 Ra0 4 以下 5 切削 加工性能好 熱處理變形小 可淬性良好 6 熔焊性能要好 以便修理 7 成型 部位應須有足夠的尺寸精度 孔類零件為 H8 H10 軸類零件為 h7 h10 一 型芯和成型桿設計 因為把手封條注塑模本身比較簡單 只是塑件四周有凹槽 因此不容易脫 模 為了便于脫模 把型芯和成型桿單獨制作 然后將成型桿嵌入型芯中 使之 成為型芯的一部分 并能單獨做為頂桿 以便方便于第二次和限位桿配合脫模 圖 7 確定型芯尺寸 lm ls 1 s 3 4 0 z 把 ls 11 6 收縮率取 s 0 009 精度等級系數(shù)取 0 72 z 3 0 24 帶入上式得 lm 11 6 1 0 009 0 75x0 72 0 z 12 2 0 0 24mm 型芯的工作高度尺寸 hm hs 1 s 2 3 x 0 z 把 hs 6 收縮率 s 0 009 0 56 z 3 0 18 帶入上式得 hm 6x1 009 2 3 x 0 56 0 0 18 6 4 0 0 18mm 二 凹模徑向尺寸的計算 凹模用于成型塑件的外表面 按起結構的不同 可分為 6 種 1 整體式 凹模 2 整體嵌入式凹模 3 局部鑲嵌式凹模 4 大面積鑲嵌式凹模 5 四壁 拼合式凹模 6 拼塊式凹模 塑件本身比較簡單 應根據(jù)塑件的結構和尺寸 來確定凹模的尺寸和形狀 徑向尺寸計算 Dm Ds 1 s 3 4 0 把 D1m 18 D2m 15 S 0 009 0 30 z 3 0 1 D1m 18x1 009 0 75 x 0 3 0 0 1 17 940 0 1mm D2m 15x1 009 0 75 x 0 3 0 0 1 14 910 0 1mm 凹模套的高度尺寸 Hm Hs 1 s 2 3 x z 0 把 H1m 7 7 H2m 1 7 H3m 6 s 0 009 1 0 64 2 0 42 3 0 56 z 3 依次帶入上式得 H1m 7 7x1 009 2 3 x 0 64 0 0 21 7 340 0 21mm H2m 1 7x1 009 2 3 x 0 42 0 0 42 1 440 0 21mm H3m 6x1 009 2 3 x 0 56 0 0 56 5 680 0 56mm 三 凹模壁厚計算 在注射過程中 凹模套承受塑料熔體的高壓作用 因此模具的凹模套應 該有足夠的強度 凹模套強度不足將發(fā)生塑件變形 甚至破裂 剛度不足 將產生過大彈性變形 導致凹模套向外膨脹 并產生溢料間隙 型腔壁厚計算應以最大型腔壓力為準 一副模具要能正常生產 即不 允許行腔強度不足 也不允許其剛度不足 因此行腔壁厚應該同時考慮其 強度條件和剛度條件 據(jù)分析 大尺寸行腔 剛度不足是主要矛盾 應按 剛度計算 小尺寸行腔 在發(fā)生大的彈性變形前 其內應力已超過許用應 力 因此強度不足是主要矛盾 應按強度計算 按剛度計算為 S 最小 0 31L 1 aPL 1 EA 1 3mm E 模具材料的彈性模量 MPa 碳鋼為 2 1x10 5 MPa P 型腔壓力 一般取 25 45Mpa A 型腔側壁全高度 mm L1 型腔長邊長度 mm a 型腔側壁受壓高度 mm 剛度條件 即許用變形量 mm 由表 3 可查 模具材料的許用應力 MPa 一般取 1 8x10 3 2 2x10 3 MPa 表 3 粘度特性 塑料品種 值的許用范圍 mm 高粘度 PC PPO PSF HPVC 0 06 0 08 低粘度 PA PE PP POM 0 025 0 04 4 為了使導柱能順利地進入導套 導柱端部應做成錐形或半球形 導套的 前端也應倒角 5 導柱設在動模一側可以保護型芯不受損傷 而設在定模一側則便于順利 脫模取出塑件 因此可根據(jù)需要而決定裝配方式 6 一般導柱滑動部分的配合形式按 H8 f8 導柱和導套固定部分配合按 H7 k6 導套外徑的配合按 H7 k6 7 除了動模 定模之間設導柱 導套外 一般還在動模座板與推板之間設 置導柱和導套 以保證推出機構的正常運動 8 導柱的直徑應根據(jù)模具大小而定 可參考標準模架數(shù)據(jù)選取 一次分型導向機構設計 導柱固定在固定模板上 與固定模板為 H7 m6 的過渡配合 導柱直徑參 考標準 取 D 12mm 導柱頭部做成半圓形 導柱長度與主流導長度點澆口長度以及塑件長度等有關 Lg L 型芯固板 L 型腔固板 L 支撐板 6 8 20 35 6 8 63mm 導柱和導套配合如下圖 十 脫模機構設計 注射成型每一循環(huán)中 塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯上脫出 完成模具脫模 脫模機構設計應遵循下述原則 1 塑件滯留于動模邊 以便借助于開模力驅動脫模裝置 完成脫 模動作 致使模具結構簡單 2 防止塑件結構變形或損壞 正確分析塑件對模腔的粘附力的大 小及所部位 有針對性的選擇合適的脫模裝置 使推出重心與 脫模阻力中心相重合 由于塑件收縮時包緊型芯 因此推出力 作用點應盡量靠近型芯 同時推出力應施于塑件剛性和強度最 大部位 作用面積也盡可能大一些 以防塑件變形或損壞 由于塑件收縮時包緊型芯 因此推出力作用點應盡量靠近型芯 同時推出力應施于塑件剛性和強度最大部位 作用面積也盡可 能大一些 以防塑件變形或損壞 3 力求良好的塑件外觀 在選擇頂相互位置時 應盡量設在塑件 內部或對塑件影響不大的部位 在采用推桿脫模時 尤其要注 意這個問題 4 結構合理可靠 脫模結構應工作可靠 運動靈活 制造方便 更換容易 且有足夠的強度和剛度 依據(jù)以上脫模機構設計原則及模具自身特點 如多小型芯 形狀復雜等 當頂桿將制品從型芯上頂出 型腔板嵌在制品凹槽內而一道移動 當型芯 完全抽出后 限位桿被拖板擋住 型腔板停止移動 制品從型腔板中強制脫 出 脫模力的計算 F 脫 fF 正 PA f 摩擦系數(shù) 一般取 0 15 1 F 正 因塑件收縮對型芯產生的正壓力 即包緊力 P 塑件對型芯產生的單位正壓力 包緊力 一般 P 8 12MPa 薄件取小值 厚件取大值 A 塑件包緊型芯的側面積 mm 對與不通孔的殼體塑件脫模時 還需要克服大氣壓力造成的阻力 F 阻 其 值為 F 阻 0 1A 1 A 1為型芯端面面積 mm 故總的脫模力為 F 總脫 F1 脫 F 阻 PA 0 1A1 10 x 67 1 7x2 x6x2 15 1 7x2 x6x2 0 1x737 76 9024 73 77 9097 77N 9 1KN 由于所設計的是兩個型腔 所需要的脫模離為 9097 77x2 18195 54 18 2KN 型芯推桿長度尺寸 L1 L 推桿固板 L 型芯固板 L 型腔固板 L 支撐板 33 1 7 10 16 16 20 33 1 7 93 3mm 推桿徑向尺寸 圓形推桿的直徑可由歐拉公式簡化得 見圖 13 d k L 2F 脫 nE 1 4 式中 d 推桿直徑 mm L 推桿長度 mm F 脫 塑件脫模力 N E 推桿材料的彈性模量 MPa 一般取 2 1x105 n 推桿的數(shù)量 取 8 k 安系數(shù) 取 k 1 5 d 1 5 93 3 2 x18195 54 8x 2 1x105 1 4 4 7mm 推桿直徑確定后 還應進行強度效核 其計算式為 d 4 F 脫 n 材料的許用應力 MPa 一般取 1 8x10 3 2 2x10 3 Mpa 4x18195 54 8x3 14x2 2x10 3 1 32mm 推桿的直徑 4 7 1 32 可以應用 推桿與型芯的配合如下圖所 示 復位桿長度尺寸 L4 L 頂桿固定板 L 支撐板 L 塑型腔板 L 型芯板 33 10 20 32 33 95mm 復位桿徑向尺寸參考標準見尺寸 取 d 6mm 十一 模溫調節(jié)與冷卻系統(tǒng)設計 模溫對塑件質量的影響 熱塑性塑料熔體注入型腔后 釋放大量熱量而凝固 不同的塑料品 種 需要模腔維持在某一適當?shù)臏囟?模溫對塑件質量的影響主要表現(xiàn) 在下面的六個方面 1 改善成形性 每一種塑料都有其濕度的成形模溫 在生產過程 中若能始終維持相適應的模溫則其成形性可得到改善 若模溫過低 會降低塑件熔體流動性 使塑件輪廓不清 甚至充模不滿 模溫過高 會使塑件脫模時和脫模后發(fā)生變形 使其形狀和尺寸精度降低 2 成形收縮率 利用模溫調節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定 能有效減少塑 料成型收縮的波動 提高塑件的合格率 采用允許的的模溫 有利于減少塑料的成形收縮率 從而提高塑件的尺寸精度 并 可縮短成形周期 提高生產率 3 塑件變形 模具型芯與型腔溫差過大 會使塑件收縮不均勻 導致塑件翹曲變形 尤以壁厚不均和形狀復雜的塑件為甚 需 采用合適的冷卻回路 確保模溫均勻 消除塑件翹曲變形 4 尺寸穩(wěn)定性 對于結晶性塑料 使用高模溫有利于結晶過程的 進行 避免在存放和使用過程中 尺寸發(fā)生變形 對于柔性塑 料 如聚烯烴等 采用低模溫有利用塑件尺寸穩(wěn)定 5 力學性能 適當?shù)哪?可使塑件力學性能大為改善 例如 過低模溫 會使塑件內應力增大 或產生明顯的熔接痕 對于 粘性大的剛性塑料 使用高模溫 可使其應力開裂大大的降低 6 外觀質量 適當提高模具溫度能有效地改善塑件的外觀質量 過低模溫會使塑件輪廓不清 產生明顯的銀絲 云紋等缺陷 表面無光澤或粗糙度增加等 模溫對生產效率的影響 就注射成形過程講 可把模具看成為熱交換器 塑料熔體凝固時釋放出的 熱量中約有 5 以輻射 對流的方式散發(fā)到大氣中 其余 95 由模具的冷 卻介質 一般是水 帶走 因此模具的生產效率主要取決于冷卻介質的熱 交換效果 據(jù)統(tǒng)計 模具的冷卻時間約占整個注射成形周期的 2 3 至 4 5 因此縮短注射成形周期內的冷卻時間是提高生產效率的關鍵 故在 設計過程中冷卻時間應適當控制 冷卻時間的確定 在注射過程中 塑件的冷卻時間 通常是指塑料熔體從充滿欣腔起的 可以開模取出塑件時止的這一段時間 這一段時間標準常以制品已充分固 化定型而且具有一定強度和剛度為準 這段冷卻時間一般占整個注射生產 周期的 80 下式可計算 t s a ln 4 Ts Tm TE TM a 塑件熱擴散系數(shù) m s 由課本可查表得低密度聚乙烯 的 a 值為 6 2x10 4 s 制品壁厚 mm t 1 72 x6 2x10 4 360 x 4 x 200 50 100 50 5 1 S 表 4 塑料名稱 TS TM TE PS 200 500 40 60 60 100 AS 200 260 40 60 60 100 ABS 200 260 40 60 60 100 PE 150 250 50 70 70 110 冷卻系統(tǒng)設計 一般注射模具內的塑料熔體溫度為 200 度左右 而塑件從模具型腔中 取出時其溫度在 60 度以下 所以熱塑性塑料在注射成型后 必須對模具進行有 效的冷卻 以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模 提高塑件定型質量和生產效 率 冷卻系統(tǒng)的設計原則 1 盡量保證塑件收縮均勻 維持模具的熱平衡 2 冷卻水孔的數(shù)量約多 孔徑約大 則對塑件的冷卻效果約均勻 根 據(jù)經驗 一般冷卻水孔中心線與型腔壁的距離應為冷卻水孔直徑的 1 2 倍 常位 12 15mm 冷卻水孔中心距約為水孔直徑的 3 5 倍 水孔直徑約為 8 12mm 3 盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等 當塑件壁厚均勻時 冷 卻水孔與型腔表面的距離應處處相等 當塑件壁厚不均勻時 壁厚 處應強化冷卻 水孔應靠近型腔 距離要小 但也不應小于 10mm 4 澆口處加強冷卻 一般在注射成型時 澆口附近溫度最高 距澆口 越遠溫度越低 因此要加強澆口處的冷卻 即冷卻水從澆口附近流 入 5 應降低進水與出水的溫差 如果進水與出水溫差過大 將使模具的 溫度分布不均勻 尤其對流程很長的大型塑件 料溫越流越低 對 于矩形模具 通常沿模具寬度方向開設水孔 使進水與出水溫差不 大于 5 6 合理選擇冷卻水道的形式 對于收縮大的塑件 入聚乙烯 應沿收 縮方向開設冷卻水孔 7 合理確定冷卻水管的接頭的位置 為不影響操作 進出口水管接頭 通常設在注射機背面的模具的同一側 8 冷卻系統(tǒng)的水道應盡量避免與模具上其它機構 如推桿孔 小型芯 孔等 發(fā)生干涉現(xiàn)象 設計時要通盤考慮 9 冷卻水管進出接頭應埋入模板內 以免模具在搬運過程中造成損壞 最好在進口和出口處分別打出標志 如 IN 進口 和 OUT 出口 等 冷卻系統(tǒng)的計算 通常對于中小型模具以及對塑件制品要求不太嚴格時 一般可忽略空 氣對流 輻射以及與注射機接觸傳走的熱量 同時也忽略高溫噴嘴頭向模 具的接觸傳給型腔的熱 所謂簡單計算就是以塑料熔體釋放出的熱量 Q 為 總熱量 全部由冷卻介質傳走 1 計算單位時間內從型腔中散發(fā)出的總熱量 Q 總 Q1 1 計算每次需要的注射量 Kg 或 cm G nG 件 G 澆 n 2 3 4x10 3x2 0 334x0 91x10 3 0 007Kg 確定生產周期 s t t 注 t 冷 t 脫 60s 式中數(shù)值查表得 3 求使用的塑料單位熱流量 Qs Kj Kg 查表得 LDPE 單位熱流量 590 690 Kj Kg 4 求每小時需要注射的次數(shù) N 3600 60 60 次 5 求每小時的注射量 Kg h W N G 60 x0 007 0 42Kg h 6 求從型腔內發(fā)出的總熱量 Kj h Q 總 Q1 N G Qs W Qs 0 42 x 600 252 Kj h 2 求冷水的體積流量 m min V q v Q 60 1 C1 T 出 T 進 式中 為水密度 10 Kg m C1 為水的比熱熔 C1 4 187J Kg T 出 為水管出口設定溫度 T 進為水管進口設定溫度 實驗表明 1 3 的熱量是凹 模帶走 其余 2 3 有型芯帶走 也有資料說前者帶走 40 而后者帶走 60 Q 實為凹模帶走的熱量 但在這里是以簡單的計算公式來計算 Q 的總 量 因此也把 Q 凹模帶走的熱量當做 Q 總量 Kj h 取 T T 進 T 出 5 q v 1 3 x 252 60 10 x4 187x5 6 67x10 3 m min 如下表所示 冷卻水管的最低流速是 1 32v m s 冷卻水管的的直徑應該是 10mm 表 5 冷卻水管直徑 d mm 最低流速 v m s 冷卻水體積流量 v m min 8 1 66 5 0 x 10 3 10 1 32 6 2 x 10 3 12 1 10 7 4 x 10 3 15 0 87 9 2 x 10 3 20 0 66 12 4 x 10 3 十二 注射模與注射機的關系 注射機選定為 Sz 40 32 1 注射壓力的校核 根據(jù)經驗 成型所需注射壓力大致如下 1 塑料熔體流動性好 塑件形狀簡單 壁厚者所需注射壓力通常選 為 70Mpa 2 塑料熔體粘度較底 塑件形狀一般 精度要求一般者 選為 70 100Mpa 3 塑料熔體一般具有中等粘度 改性 PS PE 等 塑件形狀一般 有 一定精度要求 選為 70 140Mpa 4 塑料熔體具有較高粘度 塑件壁厚 尺寸大 或厚壁不均勻 尺 寸精度要求嚴格的塑件 所選大約在 140 180MPa 校核所選用注射機的公稱壓力 P 公能否滿足塑件成型所需要的注射壓 力 P0 塑件成型時所需要的壓力一般由塑料流動性 塑件結構和壁厚以及 澆注系統(tǒng)類型等因素決定 塑件的壁厚為中等壁厚件為 100 120 具體可 參考表 6 通常要求 P 公 P0 查表 6 得 P0 120 150 即 P0 150 聚酰胺 90 101 101 140 140 2 鎖模力的校核 鎖模力是指注射機的鎖模機構對模具所施加的最大加緊力 當高壓的 塑料熔體充填模腔時 會沿鎖模方向產生一個很大的脹型力 為此 注射 機的額定鎖模力必須大于該脹型力 既 F 鎖 F 脹 A 分 P 型 式中 F 鎖 注射機的額定鎖模力 N P 型 模具型腔內塑料熔體平均壓力 MPa 一般為注射機 壓力的 0 3 0 65 倍 通常為 20 40MPa A 分 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 mm 將 P 型 35MPa A 分 5274 24 mm 帶入上式 得 F 鎖 35x5274 24 N 184 6KNF 脹 3 開模行程與推出機構的校核 開模行程是指從模具中取出塑件所需要的最小開合距離 用 H 表示 它必須小于注射機移動模板的最大行程 S 由于是單分型面 所以根據(jù)下 面的公式計算 S 機 H H1 H2 5 10 mm 式中 H1 塑件推出距離 也可作為凸模高度 mm H2 包括澆注系統(tǒng)在內的塑件高度 mm H 所需塑件開模行程 mm 將各值帶入上式 得 H 6 47 7 10 63 7mmH 4 安裝部分相關尺寸校核 模具與注射機安裝部位的的相關尺寸主要有噴嘴尺寸 定位圈尺寸 拉桿間距 最大模具厚度與最小模具厚度以及模具與注射機的安裝關系 1 噴嘴尺寸 注射機的噴嘴與模具的澆口套 主流道襯套 關系 主要有 主流道始端的球面半徑 R 應比注射機噴嘴頭球面半徑 R0大 1 2mm 主流道小端直徑 d 應比噴嘴直徑 d0大 0 5 1mm 以防止主流道口部積存凝料而影響脫模 R 11mm R0 10mm 即 R R0 11 10 1mm 0 5 1mm 2 定位圈與注射機固定板的關系 模具定模座板上的定位圈要 求與主流道同心 并與注射機固定模板上的定位孔呈較松動 的間隙配合 定位圈的高度 對小型模具為 8 10mm 對大 模具為 10 15mm 此外 對中 小型模具一般只在定模座板 上設定位圈 而對大型模具 可在動模座板 定模座板上同 時設定位圈 H 8mm 8 10mm 3 模板規(guī)格與拉桿間距的關系 模具的安裝有兩種方式 即從 注射機上方直接吊裝入機內進行安裝 或先吊到側面再由側 面推入機內安裝 而模具的外形尺寸受到拉桿間距的限制 因以重視 注射機拉桿間距為 205x205mm 模具的外形尺寸為 190 x190mm 4 模具總厚度與注射機模板閉合厚度的關系 兩者之間關系應滿 足 Hmin Hm Hmax 而 Hmax Hmin H 式中 Hm 模具閉合后總厚度 mm Hmax 注射機允許的最大模具厚度 mm Hmin 注射機允許的最小模具厚度 mm H 注射機在模具厚度方向的調節(jié)量 mm 當 Hm Hmax時 則模具無法閉合 尤其是機械 液壓式鎖模的注射機 因其 肘桿無法撐直 Hm 155mm Hmax 160mm Hmin 130mm 130mm 155mm 160mm 5 模具與注射機的安裝關系 模具的安裝固定形式有壓板式與螺 釘式兩種 當用壓板固定時 只有模具座板以外的附近有螺孔 就能固定 很靈活方便 當用螺釘直接固定使 模具座板上必 須設安裝孔 同時還要與注射機模板上的安裝孔完全吻合 并 且很麻煩 固生產成廣泛采用前者 使用壓板時 動模 定模 各用 2 4 個壓板即可 十三 模具裝配草圖及工作原理 1 模具裝配草圖 具體草圖見圖 16 2 模具工作原理 由于模具本身和模具結構都較簡單 只是制品的凹槽涉及到脫模必 須兩次推出 在此由限位桿解決這個問題 按制品的要求 型腔板 只有 7 7mm 厚 為增加剛度和剛性 在其四周進行了加厚 當打開模具后 頂桿將制品 從型芯上頂出 行腔板嵌在制品凹槽內 而一道移動 當型芯被完全抽出后 限位桿被拖板擋住 型腔板停 止移動 制品從型腔板中強行滑出 圖 16 十四 設計小結 自從畢業(yè)設計發(fā)下來時可以說是坐立不安 心中想著該從哪里下手 也從 中真正知道自己所學的東西很少 沒有辦法 只能從課本從頭到尾一面看一面 設計 做完了覺得心理塌實多了 也從這次設計中感覺到需要學的東西很多 也從中知道自己平時所學的東西很少 可以說是這個多月是自己三年來學到最 多的東西 以前好多不懂的東西現(xiàn)在也知道了不少 這個設計真的是一環(huán)扣一 環(huán) 有個地方出了錯 就要全篇改正 所以容不得半點馬虎 本次畢業(yè)設計 不僅培養(yǎng)了我們正確的設計思想 同時也讓我們掌握了工程設計的一般程序和方法 以及鍛煉了我們綜合運用知 識的能力 在本次設計過程中 我們大量閱讀了各種技術資料及手冊 不僅認 真探討了模具設計領域的各種問題 而且對零件進行了全面的分析 因此 本 次設計不僅加深了自己對專業(yè)所學知識的理解和認識 而且也拓寬了自己的知 識面 此外 本次設計在繪圖過程中 使用了 AUTOCAD PRO E 等二維和三維 繪圖軟件 這些都不同程度地使我們學到了更多的知識 進一步提高繪圖能力 十五 參考資料 塑料模具技術手冊 塑料模具技術手冊 編委會編 北京 機械工 業(yè)出版社出版 1997 6 塑料制品成型及模具設計 葉久新 趙龍主編 長沙 湖南科學技 術出版社 2004 7 塑料成型工藝及模具簡明手冊 王孝培主編 北京 機械工業(yè)出版 社 2000 6 實用模具技術手冊 陳錫棟 周小玉主編 北京 機械工業(yè)出版社 2001 7 模具制造工藝學 甄瑞麟主編 楊善義 張永軍副主編 王哲明主審 北京 清華大學出版社 2005 1 聚合物材料 凌繩 王秀芬 吳友平編著 北京 中國輕工業(yè)出版 社 2000 6 2004 7 重印 注塑模具設計經驗點評 王永平編著 北京 機械工業(yè)出版社 2001 7 幾何量公差與檢測 甘永立主編 5 版 上海 上?？朴眉夹g出 版社 2001 4 畫法幾何及機械制圖 賀光誼 唐之清主編 重慶 重慶大學出版社