桶型件注塑模具設(shè)計(jì)

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目 錄 第1章 成型工藝規(guī)程的編制 ------------------------------------- 3 1.1 塑件的工藝性分析  ----------------------------------- 5 1.2 塑件的體積和重量的計(jì)算 --------------------- 6 1.3 塑件注射工藝參數(shù)的確定---------------------- 7 第2章 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ------------------------ 8 2.1 分型面的選擇 ------------------------------ 8 2.2 型腔的排列方式------------------------------ 8 2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)------------------------------ 9 2.4 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)------------------------------ 10 2.5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)---------------------------- 10 第3章 模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算-------------------------- 11 3.1 模具的型腔、型芯工作尺寸計(jì)算----------------- 11 3.2 型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計(jì)算------------------- 11 3.3 固定板尺寸的確定---------------------------- 12 第4章 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 --------------------- 13 第5章 模具閉合高度的確定 ------------------------------------- 14 第6章 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 ----------------------------------- 15 6.1安裝尺寸的校核 ------------------------------------ 15 6.2開(kāi)模行程的校核 ------------------------------------ 15 6.3最大的注射量的校核 --------------------------------- 15 6.4注射壓力的校核 ------------------------------------ 15 6.5鎖模力的校核 -------------------------------------- 16 第7章 注射模主要零件加工工藝規(guī)程的編制 ------------------ 17 第八章 參考資料 ———————————————— 18 第1章 成型工藝規(guī)程的編制 此說(shuō)明書(shū)根據(jù)塑件的模型成型要求，通過(guò)對(duì)塑件工藝性及其塑料的成型能力的綜合分析，來(lái)整體介紹塑件的注射成型工藝的選擇、成型模具的設(shè)計(jì)程序、模具主要零部件的加工工藝規(guī)程的編制、主要參閱的文獻(xiàn)等內(nèi)容。 該塑件屬于桶形件，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1——1所示。本塑件所用的塑料材料為PS,生產(chǎn)批量為大批量，材料的厚度為2mm。 圖1——1 塑件圖 圖1——2 實(shí)物圖一 圖1——3 實(shí)物圖二 1.1 塑件的工藝性分析 1.1.1 塑件原材料的分析 工件注塑所用的材料為聚苯乙烯PS,屬于熱塑性塑料，其無(wú)色透明、無(wú)毒無(wú)味，成型的塑件硬而脆，相對(duì)分子質(zhì)量很大，機(jī)械性能好。聚苯乙烯具有優(yōu)良的絕緣性能、一定的化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性，其是重要的工業(yè)塑料之一，應(yīng)用廣泛。 聚苯乙烯的成型特點(diǎn)是流動(dòng)性和成型性優(yōu)良，成品率高，但是容易產(chǎn)生裂紋。因此，成型塑件的壁厚要均勻，脫模斜度不宜過(guò)小，塑件中不宜有鑲件。 1.1.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量的分析 1.1.2.1 結(jié)構(gòu)分析 從零件圖上看，該零件屬于桶形件，桶件的口處有一圈的螺紋（M120*1.5），有8.1度的斜度，且底部有凹凸。因此，該塑件的模具設(shè)計(jì)中應(yīng)該有側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。 1.1.2.2 尺寸精度的分析 由于該塑件的尺寸精度未標(biāo)注，因此按照IT 5級(jí)來(lái)計(jì)算，即此塑件的尺寸精度要求不高，這樣各個(gè)模具工作零件的加工較為容易，為模具的設(shè)計(jì)制造減低難度。 1.1.2.3 從塑件的厚度分析 在塑件的厚度來(lái)看，塑件的最厚處為螺紋頂處的外沿，其厚度為7mm，其余的厚度為2mm，整體的厚度來(lái)看比較均勻，有利于塑件順利成型。 1.1.2.4 表面質(zhì)量分析 該工件表面質(zhì)量光潔，沒(méi)有特殊面質(zhì)量的要求，因此成型較容易。 綜合以上的幾個(gè)實(shí)際條件的分析來(lái)看，該塑件注射，在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證，塑件是可以順利成型的。 1.1.3塑件的注射成型的工藝流程 由于聚苯乙烯PS是熱塑性塑料，而且該工件的生產(chǎn)批量比較大，固采用注射成型的方法進(jìn)行加工。 注射成型是熱塑性材料成型的一種主要成型方法；而且它成型周期短，而且可以一次成型外形復(fù)雜、尺寸精密的塑件，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 一般情況下來(lái)說(shuō)，注射成型的工藝流程包括：成型前的準(zhǔn)備；注射成型過(guò)程；塑件的后處理三個(gè)階段。具體的流程過(guò)程如下圖1——4所示 圖1——4 注塑流程圖 1.2塑件的體積和重量的計(jì)算 計(jì)算塑件的重量是為了選用注射機(jī)及確定模具型腔數(shù)。 計(jì)算塑件的體積為：V=134.278 cm3 計(jì)算塑件的重量：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得PS的密度1.05 g/cm3 故塑件的重量為G=V×P=143.278×1.05=150.4g 由于塑件的質(zhì)量較大，且體積較大，因此實(shí)行一模一腔的模具結(jié)構(gòu)?？紤]到塑件外形尺寸，注射時(shí)所需壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況，初步選用注射機(jī)為XS—ZY—250型。 該注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)： 標(biāo)稱注射量：250 cm3 螺桿直徑：50mm 注射壓力：1300MPa 注射行程：160mm 合模力：180KN 模具的厚度：最大 350mm 最小 200mm 模板行程：500mm 噴嘴：球半徑 18mm 嘴半徑 4mm 1.3塑件注射工藝參數(shù)的確定 查詢附錄H以及參考工廠的實(shí)際應(yīng)用情況，聚苯乙烯的成型參數(shù)可做如下選擇，試模時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。 注射溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度 料筒溫度： 后段 150度 中段 165度 前段 190度 預(yù)熱和干燥： 溫度 60—75度 時(shí)間 2h 模具溫度： 50度左右 注射壓力： 60—110p/Mpa 成型溫度： 總周期 40—120s 注射時(shí)間 15—45s 高壓時(shí)間 0—5s 冷卻時(shí)間 15—60s 螺桿轉(zhuǎn)速： 48n（r/min） 后處理： 方法 紅外線燈、烘箱 溫度 70度 時(shí)間 2—4h 第2章 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 注射模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括：分型面的選擇、摸具型腔數(shù)目的確定、型腔的排列方式、澆口位置設(shè)置、摸具工作零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及側(cè)型抽心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 2.1分型面的選擇 在模具的設(shè)計(jì)中，分型面的選擇非常重要，它決定了模具的整體結(jié)構(gòu)。應(yīng)根據(jù)分型面選擇原則和塑件成型的要求來(lái)選擇分型面。分型面應(yīng)選擇在塑件外形最大的輪廓處，應(yīng)有利于塑件的留模方式，便于順利脫模，便于模具制造，減小成型面積等。遵循這些原則選擇分型面。 因此塑件為桶形件，表面無(wú)特殊要求，而且是選擇一模一腔，因此只有一個(gè)分型面，其圖示如下圖2——1所示： 圖2——1 分型面 只有采用上述的分型方式，才能降低模具的設(shè)計(jì)和制造難度，降低成本，減小了成型的面積，有利于順利塑件脫模。 2.2 型腔的排列方式 由于采用的是一模一腔，所以排列方式比較簡(jiǎn)單，又由于是桶形的圓形件，所以排列方式又比較單一，其圖示如下圖2——2所示： 圖2——2 型腔 2.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.3.1 流道的設(shè)計(jì) 又由于是單件生產(chǎn)，不存在分流道的問(wèn)題，所以只有直流道。 根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得XS—ZY—250型注射機(jī)的相關(guān)尺寸。 噴嘴前端孔球面半徑:R=9mm 噴嘴前端孔徑R=4mm 根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系 R= R+（1～2）㎜ D=d+（0.5～1）㎜. 取主流道球面半徑R=5mm 取主流道的小端直徑 d=10mm 為了便于將料從主流道中拔出,將主流道設(shè)計(jì)成圓錐型其斜度2—3度，經(jīng)換算得流道大端直徑D=13mm 。為了使塑件順利進(jìn)入分流道,可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑r=2mm的圓弧過(guò)度。 2.3.2 澆口的設(shè)計(jì) 由于是單件生產(chǎn)，所以采用直澆口比較合適且方便省事。雖然直澆口的冷料去除后會(huì)留有不小的痕跡，但是痕跡在底部，且此處無(wú)重要作用，也不影響美觀，所以直澆口是合適的。 2.4 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 塑件的頂部有外螺紋垂直于脫模方向，因此成型時(shí)需用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。為了利于塑件的留模方式，便于順利脫模，簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，便于模具制造，減小成型面積等采用斜頂出機(jī)構(gòu)。 2.4.1 確定斜滑塊傾角 斜滑塊的斜角是斜頂出機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要參數(shù)，它與抽拔力以及抽拔距有直接關(guān)系，一般取26°～30°，故選取α=28°。 2.4.2 確定斜滑塊的成型部位 根據(jù)本塑件的結(jié)構(gòu)特性，考慮其脫模方式，采用該塑件的螺紋部分在斜滑板上。如圖所示： 圖2——3 成型部位結(jié)構(gòu) 2.4.3 滑塊與導(dǎo)滑槽設(shè)計(jì) 根據(jù)斜滑塊的結(jié)構(gòu)，在考慮模具的大小和結(jié)構(gòu)，故其導(dǎo)向方式為導(dǎo)滑槽導(dǎo)向，導(dǎo)滑槽采用T型槽的形狀進(jìn)行導(dǎo)向。 2.4.4 抽芯距的計(jì)算 塑件的側(cè)耳的深度 H=4mm 由公式：S抽=H+(2~3)mm=6.5mm 2.5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.5.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型腔的螺紋部分開(kāi)在斜滑塊上，其他的沒(méi)有螺紋的部分開(kāi)在凹模上，其結(jié)構(gòu)已在上述中給出。 2.5.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸模主要是與凹模相結(jié)合構(gòu)成模具的型腔，其凸模的結(jié)構(gòu)形式如零件圖所示。 第3章 模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算 在該模具中成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)，均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過(guò)查表得到PS的收縮率為0.6——0.8%，所以得到PS的平均收縮率為S=0.7%，即模具的制造公差為δ=△/3。 3.1模具的型腔、型芯工作尺寸計(jì)算 類別 塑件尺寸 計(jì)算公式 工作尺寸 A類徑向尺寸計(jì)算 AM=[(1+S)As+x△] A類軸向尺寸計(jì)算 HM=[(1+S)Hs-2/3△] B類徑向尺寸 BM=[（1+S）BS+x△] B類軸向 hM=[（1+S）hS-x△] 螺紋D 3.2型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計(jì)算 3.2.1型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算 此模具中斜滑塊為成型部分，故型腔側(cè)壁厚為滑塊側(cè)壁厚，根據(jù)圓形整體式型腔側(cè)壁厚度計(jì)算公式： S=進(jìn)行計(jì)算 公式中μ——泊松比， 鋼材一般取0.25 P——型腔內(nèi)融通通壓力 一般取25-45MPa 取P=40MPa r——型腔內(nèi)徑（取均值） E——彈性模量 取2.1×10 MPa ——允許變形量 查表=0.035 將數(shù)據(jù)帶入上式可得S=43mm，考慮到模具結(jié)構(gòu)的合理性，所以取壁厚h=60mm. 故上凹模型腔的外形尺寸為250mm×250mm。 3.2.2型腔板厚度的計(jì)算 上凹模型腔為矩形整體式型腔，根據(jù)矩形整體式型腔底板厚度計(jì)算公式： S= 公式中 P——型腔內(nèi)融通通壓力 一般取25-45MPa 取P=40MPa r——型腔內(nèi)徑（取均值） E——彈性模量 取2.1×10 MPa ——允許變形量 查表=0.035 將數(shù)據(jù)帶入上式得S=138mm 考慮到模具結(jié)構(gòu)的平衡性，取H=148mm。所以凹模的外形尺寸為：250mm×250mm×148mm。 3.3固定板尺寸的確定 由以上計(jì)算出的型腔尺寸并考慮模具結(jié)構(gòu)確定： 由于動(dòng)模為一個(gè)大尺寸型腔，其有足夠的強(qiáng)度直接固定在動(dòng)模座上，固動(dòng)模固定板省略不用，只要把動(dòng)模經(jīng)過(guò)相應(yīng)的熱處理即可。 定模固定板尺寸為250mm×250mm×20mm。 第4章 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 由于PS為模具溫度低的熱塑性塑料，在連續(xù)生產(chǎn)中模具不斷被注入的熔融塑料所加熱，這樣就可以保證模溫的要求，所以不必再設(shè)置加熱裝置。 是否需要冷卻系統(tǒng)： 由于該模具是采用一模一腔的形式進(jìn)行加工生產(chǎn)，且模具在長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)變得溫度很高，對(duì)此應(yīng)該使用冷卻裝置；又因?yàn)樗芗捏w積較大，所對(duì)應(yīng)的模具自然也會(huì)很大，這樣會(huì)導(dǎo)致模具的壁厚比較厚，散熱不好，這樣看來(lái)也應(yīng)該使用冷卻裝置。對(duì)于模具的冷卻物質(zhì)來(lái)說(shuō)，一般實(shí)用的是水來(lái)冷卻模具。 對(duì)于模具冷卻系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)算： 由表3～24得PS注射成型溫度為40°～60°，初步設(shè)為60°， 用20°的常溫水冷卻，出口的溫度為40°，產(chǎn)量大約為3㎏/h（初步確定為兩分鐘一次）。查表得PS的單位熱流量為Q2=70×10J/Kg 由式3-41得： V==6.0×10 m3/min 經(jīng)查表得到所需的冷卻水的直徑為10mm。 第5章 模具閉合高度的確定 根據(jù)固定零件的設(shè)計(jì)中提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定： 定模座板： H1=25mm 定模板： H2=18mm 動(dòng)模板： H3=130mm 型芯固定板： H4=25mm 墊板： H5=20mm 墊塊： H6=63mm 動(dòng)模座板： H7=25mm 因而模具的閉合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7=306mm。 第6章 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 6.1安裝尺寸的校核 模具的外形尺寸為315㎜×250㎜×301mm，XS—ZY—250型注射機(jī)所允許的模具的最小厚度Hmin=200mm，模具的最大厚度Hmax=350mm，而模具的閉合高度H=301mm，滿足 Hmin≤H≤Hmax 符合安裝要求。 6.2開(kāi)模行程的校核 經(jīng)查資料，XS—ZY—250型注射機(jī)的最大開(kāi)模行程S=500mm，滿足公式：S≥H1+H2（5—10）mm的出件要求。即： S≥H1+H2（5—10）mm =50+165+（5—10）mm =220mm 雖然，該模具采用了推出機(jī)構(gòu)，但是不會(huì)過(guò)大增加塑件的推出距離，況且根據(jù)工件的本身特點(diǎn)，只要側(cè)滑塊脫離了螺紋部分工件就會(huì)自動(dòng)掉下，所以符合要求。 6.3最大的注射量的校核 當(dāng)注射機(jī)的最大注射量以容積標(biāo)定時(shí)，按下式計(jì)算： KV≥V 式中：V——注射機(jī)的最大注射量(cm) K——注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取K=0.8 V——塑件的總體積(cm) 即 K V=0.8×250=200(cm) V= M /ρ=150.4/1.05=143.3 (cm) 即: 200 cm≥143.3 cm 滿足注射要求。 6.4注射壓力的校核 注射壓力的校核是校驗(yàn)注射機(jī)的額定壓力能否滿足塑件成型時(shí)所需的注射壓力。 P公≥P 式中 P——注射機(jī)的額定壓力為 P=1300 Mpa P——塑件成型時(shí)所需的注射壓力。經(jīng)過(guò)查表得到 P=60—110Mpa。 很明顯，P公≥P公式成立，即滿足要求。 6.5鎖模力的校核 由公式F≥qA 式中 F——注射機(jī)的額定鎖模力。經(jīng)過(guò)查表得F=1800KN， qA——塑件成型所需的鎖模力。 由表查得q=24.5MPa，而A=π×R×R(R=65mm) =3.14×65×65 =13266.5㎜2 即：qA=24.5×13266.5=325029.25K 即：1800≥325.03KN 鎖模力滿足模具的設(shè)計(jì)要求。 第7章 注射模主要零件加工工藝規(guī)程的編制 主要零件有斜滑塊、型芯。 7.1斜滑塊的加工工藝 序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 1 下料 T8A鍛件210mm×260mm×20mm 2 熱處理 退火到180—200HBS 3 刨 刨六面，斜度不刨出，各面留磨量0.5mm 4 平磨 磨平面達(dá)到要求 5 線切割 割出斜度和T型 6 畫(huà)線 鉗工畫(huà)出型孔位置 7 鉆孔、鏜孔 鉆出型腔的基本尺寸，并進(jìn)行鏜刀擴(kuò)孔 8 拔 拔出M120×1.5的螺紋 9 線切割 按要求將件割開(kāi) 10 檢驗(yàn) 11 鉗工 鉗工修整各個(gè)面達(dá)到要求 7.2型芯的加工工藝 序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 1 下料 GrWMn棒料φ130×135 2 熱處理 退火到180—200HBS 3 粗車(chē) 粗車(chē)出圓柱面 和臺(tái)階面，斜度 4 鉆孔 鉆出冷料穴孔 5 精車(chē) 將棒料精車(chē)到要求尺寸，留余量0.5mm 6 檢驗(yàn) 7 熱處理 淬火到54～58HRC 8 精磨 精磨各個(gè)表面，達(dá)到要求 9 檢驗(yàn) 10 鉗工修整 鉗工修整各個(gè)表面達(dá)到設(shè)計(jì)要求 第8章 參考資料 1、《公差配合與技術(shù)測(cè)量 》 徐茂功、桂定一主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2、《機(jī)械制圖》 成鳳文 主編 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 3、《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》 齊曉杰 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 4、《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》 李志剛 主編 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì) 5、《中國(guó)模具工程大典》 李德群、唐志玉 主編 電子工業(yè)出版社 6、《實(shí)用模具技術(shù)手冊(cè)》 陳錫棟 周小玉 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 7、《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》 劉昌祺 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 8、《塑料模具設(shè)計(jì)與制造》 李學(xué)鋒 主編 中國(guó)機(jī)械工業(yè)學(xué)會(huì) 18