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塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 1 1 緒 論 1 1 塑料模具概述 1 1 1 塑料工業(yè) 塑料制品質(zhì)量輕 耐腐蝕 生產(chǎn)效率高 耗能比較低 所以在生產(chǎn) 生活的各個 方面得到了廣泛地應用 甚至在某些領(lǐng)域 塑料可取代金屬 例如塑料齒輪 塑料管 件等 在某些領(lǐng)域塑料制品起著不可代替的作用 塑料的原材料只有加工成塑料制品才能實現(xiàn)其真正的價值 生產(chǎn)塑件的原因就是 為了利用其性能和各種工藝加工方法來使其來成為一種既有一定的形狀又有一定的用 途的實際產(chǎn)品 它的成型方法有很多種 例如 擠出 吹塑 注塑 壓鑄等 其中 注塑成型一般過程是 原材料從注塑機料斗進入加熱筒進行加熱塑化 然 后由注塑機的螺桿或柱塞推動塑化的料 行程一定的注塑壓力 塑化后的料在壓力的 作用下 進入噴嘴 然后進入流道 澆口 模具型腔 等到注塑完成后 就進入了冷 卻保壓階段 最后開模取出塑件 1 1 2 塑料成型注塑模具 其實 對于單分型面的塑料成型注塑模具主要是由動模和定模兩部分組成的 動 模裝在注射機移動模板上 定模則安裝在注射機固定模板上 當分型面閉合時 動 定模板組成澆注系統(tǒng)和型腔 注入塑料熔體 經(jīng)冷卻保壓后 模具的動定模板分離 這時就能取出塑件了 注塑模具重要由以下部分組成 1 推出機構(gòu) 推桿 推出固定板 拉料板等 以保證塑件冷卻完成后迅速脫離 成型零部件 2 導向部件 導套和導柱等 保證模具合模準確 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 2 3 側(cè)抽芯機構(gòu) 斜導柱和側(cè)抽芯等等 控制零件側(cè)孔成型 4 澆注系統(tǒng) 主流道 分流道 冷料穴和澆口 其中澆注系統(tǒng)控制進料方向 保證塑件的成型質(zhì)量 5 成型部件 型芯 凹模 其中 型芯成型內(nèi)表面 凹模成型外表面 保證塑 件順利成型 6 溫控系統(tǒng) 主要是水路設(shè)計 需要控制模具溫度為一定值 1 1 3 注塑模具發(fā)展趨勢 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)發(fā)展到了信息化的地步 各種數(shù)控加工設(shè)備的使用 已經(jīng) 很是普遍了 注塑模具本身就是機械產(chǎn)品 毋庸置疑 其發(fā)展主要也是受模具設(shè)計制 造技術(shù)水平高低的制約 一方面 國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展 另一方面 模具制 造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向也十分明顯 因此 放眼 未來 國際 國內(nèi)的模具市場總體發(fā)展趨勢前景看好 預計中國模具將在良好的市場 環(huán)境下得到高速發(fā)展 我國不但會成為模具大國 而且一定逐步向模具制造強國的行 列邁進 十一五 期間 中國模具工業(yè)水平不僅在量和質(zhì)的方面有很大提高 而且 行業(yè)結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品水平 開發(fā)創(chuàng)新能力 企業(yè)的體制與機制以及技術(shù)進步的方面也會取 得較大發(fā)展 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 3 2 產(chǎn)品材料的基本特性及工藝分析 2 1 塑料的原材料分析 ABS 是由丙烯晴 丁二烯 苯乙烯共聚而成的 是一種新型的工程材料 它具有三種 成分的綜合性能 是一種具有堅韌 質(zhì)硬和剛性的工程材料 ABS 是非結(jié)晶聚合物 不透 明 無毒 無味及微黃的熱塑性樹脂 有及好的抗沖擊強度 且在低溫下也不迅速下降 有良好的機械強度和一定的耐磨性 耐油性 化學穩(wěn)定性和電器性能 ABS 的主要成型 特點 1 可用注射 擠出 壓延 吹塑 真空成型 電鍍 焊接及表面涂飾等成型加 工方法 2 收縮率小 可制得精密塑料 3 吸濕性較大 成型前應干燥處理 4 流動性中等 溢邊值0 04mm 溶體粘度強烈依賴于剪切速率 因此模具設(shè)計大都 采用點澆口形式 5 熔融溫度較低 熔融溫度范圍固定 宜采用高料溫 高模溫和高注射壓力 有利 于成型 6 澆注系統(tǒng)流動阻力小 注意澆口形式和位置應合理 防止產(chǎn)生熔接痕或減小熔 接痕數(shù)量 脫模斜度不宜過小 2 2 ABS 注 射 成 型 的 主 要 工 藝 參 數(shù) 樹脂名稱 A BS 注射機類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速 r min 30 60 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 4 形式 直通式 噴嘴溫度 180 190 前200 210 料 筒 溫 度 中 210 230 后180 200 模具溫度 5 0 7 0 注射壓力 MPa 70 90 保壓壓力 MPa 50 70 注射時間 s 3 5 保壓時間 s 15 30 冷卻時間 s 15 30 總周期 s 4 0 70 密度 g 1 01 1 08 2 3 塑 件 的 結(jié) 構(gòu) 和 尺 寸 精 度 塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸相符合程度 即所獲得塑 件尺寸的準確度 塑件的尺寸精度與模具的制造精度 模具的磨損程度 塑件收縮率 的波動及成型時工藝條件的變化 塑件成型后的時效變化和墨跡的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān) 因此 塑件的尺寸精度往往不高 應在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級 查閱 模具設(shè)計與制造簡明手冊 3表2 2 1及表2 2 3 該塑件精度等級為6級 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 5 2 4計 算 塑 件 的 體 積 和 重 量 計算塑件的質(zhì)量是為了選用注射機及確定模具型腔數(shù) 計算塑件的體積 V 60303 7mm3 計算塑件的質(zhì)量 根據(jù)設(shè)計手冊查得 ABS 的密度為 1 02 1 05g cm3 故零件的 質(zhì)量為 M V 60303 7mm3 1 05g cm3 63g 2 5脫 模 斜 度 和 壁 厚 圓 角 脫模斜度大小與塑件的形狀 壁厚和收縮率有關(guān) 由表2 2 5可查得聚乙烯的脫模 斜度 型腔25 45 型芯20 45 脫模斜度的取向根據(jù)塑件的內(nèi)外形尺寸而定 塑件內(nèi)孔 以型芯小端為準 尺寸 符號圖樣要求 斜度由擴大方向取得 塑件外形 以型腔 凹模 大端為準 尺寸符 合圖樣要求 斜度由縮小方向取得 一般情況下 脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi) 當要求開模后塑件留在型腔 內(nèi)時 塑件內(nèi)表面的脫模斜度應大于塑件外表面的脫模斜度 2 6模 塑 成 型 工 藝 熱塑性材料的注射成形工藝過程如下 1 預烘干 裝入料斗 預塑化 注射裝置準備注射 注射 保 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 6 壓 冷卻 脫模 塑件送下工序 2 清 理 嵌 件 預 熱 清 理 模 具 涂 脫 模 劑 放 入 嵌 件 合 模 注 射 2 7 機械性能分析 該零件屬于連接用排水管件 使用時無特殊受力要求 但是需要有較好的沖擊強 度 耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性 塑件選用 ABS 材料能很好的符合塑件機械性能的要求 成型塑件的性能可以實現(xiàn) 通過綜合分析可以看出 注射成型時在工藝參數(shù)控制得較好的情況下 零件的成 型要求可以得到保證 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 7 3 確定注射成型機的型號和規(guī)格 根據(jù)制品的生產(chǎn)批量 大批量生產(chǎn) 及尺寸精度的要求 確定型腔數(shù)為1 即一模 一腔 型腔數(shù)目的確定型腔是指模具中成型塑件的空腔 而該空腔是塑件的復形 除 去具體尺寸比塑料大以外 其他都和塑件完全相同 只不過凸凹相反而已 注射成型 是先閉合模具以形成空腔 然后進料成型 因此必須由兩部分或 兩部分以上 形成 這一空腔 型腔 其凹入的部分稱為凹模 凸出的部分稱為型芯 型腔數(shù)目的確定 于下列條件有關(guān) 1 塑件尺寸精度型腔數(shù)越多時 精度也相對地降低 1 2級超 精 密 注 塑 件 只能一模一腔 當尺寸數(shù)目少時可以一摸兩腔 3 4級的精密塑件 最多一模四腔 2 模具的制造成本多腔模的制造成本高于單腔模 但不是簡單的倍數(shù)比 從塑件 成本中所占的模具費用比例看 多腔模比單腔模具低 3 注塑成型的生產(chǎn)效益多腔模從表面上看 比單腔模經(jīng)濟效益高 但是多腔模所 使用的注射機大 每一注射循環(huán)周期長而且維持費較高 所以要從最經(jīng)濟的條件上考 慮模具的腔數(shù) 4 制造難度多腔模的制造難度不單腔模大 當其中某一腔先損壞時 應立即停機 維修 這樣就影響生產(chǎn) 塑料的成型收縮時受多方面影響的 如塑料品種 塑件尺寸 大小 形狀 熔體溫度 模具溫度 注射壓力 充模時間 保壓時間等 影響最顯著 的是塑件的壁厚和幾何形狀的復雜程度 3 1 注 射 機 的 選 擇 選擇注射機時 必須保證制品的注射量小于注射機允許的最大注射量 根據(jù)生產(chǎn) 經(jīng)驗 制品注射量一般不超過注射機最大注射量的80 根據(jù)塑件形狀及尺寸采用一模 一腔的模具結(jié)構(gòu) 考慮外形尺寸 對 塑 件 原 析及注塑時所需要的壓力情況 參考 模具設(shè)計手冊初選注射機類型 XS ZY 125型臥式注射機 其主要技術(shù)參數(shù) 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 8 額定注射量 125cm 鎖模力 900KN 螺桿直徑 42mm 拉桿內(nèi)間距 260 3 60mm 額定注射壓力 150MPa 最 大 開 模 行 程 300mm 注射時間 1 8s 最大模具厚度 300mm 塑化能力 50kg h 最小模具厚度 200mm 螺桿轉(zhuǎn)速 10 1 40r min 定位孔直徑 100mm 噴嘴球半徑 SR12mm 噴嘴孔直徑 4 mm 3 2 塑料注射工藝參數(shù)的確定 ABS 的成型工藝參數(shù)可作如下選擇 試模時 可根據(jù)實際情況作適當?shù)恼{(diào)整 注射溫度 包括料筒溫度和噴嘴溫度 料筒溫度 后段溫度 t1 選用 190 中段溫度 t2 選用 220 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 9 前段溫度 t3 選用 210 噴嘴溫度 選用 200 模具溫度 選用 80 注射壓力 選用 100MPa 注射時間 選用 3 秒 保壓時間 選用 20 秒 冷卻時間 選用 30 秒 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 10 4 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括 分型面的選擇 模 具 型 腔 數(shù) 目 的 確 定 及 型 腔 的 排 列方式 澆注系統(tǒng)設(shè)計 模具工作零件的設(shè)計 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計 推出機構(gòu)的設(shè)計 模具結(jié)構(gòu)零件設(shè)計等內(nèi)容 4 1 分型面的選擇 分型面是動定模具的分界面 即打開模具取出澆注系統(tǒng)凝料的面 分型面的位置 影響著成形零件的結(jié)構(gòu)形狀 型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切聯(lián)系 實際的模 具結(jié)構(gòu)有三種情況 型腔完全在動模一側(cè) 型腔完全在定模一側(cè) 型腔各有一部分分 別在動定模中 分型面的選取不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模 涉及到模具結(jié)構(gòu)與制造成本 一般來說 分型面的總體選擇原則是 保證塑件質(zhì) 量 便于制品脫模和簡化模具結(jié)構(gòu) 同時在選擇分型面時考慮以下因素 1 不 影 響 塑 件 的 尺 寸 精 度 和 外 觀 2 盡量簡單 避免復雜形狀 使模具制造容易 3 不妨礙脫模和抽芯 4 有利于澆注系統(tǒng)的合理設(shè)置 5 盡可能與料流的末端重合 有利于排氣 分型面的位置應設(shè)在塑件截面尺寸最 大的部位 便于脫模和工型腔 這是分型面選擇的首要原則 該塑件為管接頭 外表面質(zhì)量要求不高 根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特征以及特點可選擇 通過圓心的水平分型面 它的模具可參考模具總裝圖 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 11 4 2 確定型腔數(shù)目及配置 確定模具型腔的方法有以下幾種 根據(jù)塑件精度確定 根據(jù)經(jīng)濟確定 根據(jù)鎖模 力確定以及根據(jù)最大注射量確定等還應該結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點 根據(jù)最大注射量確定型腔數(shù)目的公式如下 N m I m J m Z 4 1 N 型腔數(shù)量 K 注射機最大注射量的利用系數(shù) 一般取 0 8 m I 注射機額定注射量 m J 澆注系統(tǒng)和飛邊所需的塑膠質(zhì)量或體積 m Z 單個塑件的質(zhì)量或體積 這里主要以產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點及結(jié)合生產(chǎn)需求就定位一模一腔 上面公式 4 1 作 為一個校核用 由于 ABS 材料流動性能差 所以分流道直徑選用 9 13mm 澆口如 4 2 所示 圖 4 2 澆口 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 12 4 3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機的噴嘴起到型腔入口為止的塑料融體的流動通道 它的作用是將塑料融體順利的充滿型腔的各個部位 并在填充及保壓過程中 將注塑 壓力傳遞到型腔的各個部位 以獲得外形清晰 內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件 澆注系統(tǒng)的設(shè) 計原則 能順利地引導熔融塑料充滿型腔 不產(chǎn)生渦流 又有利于型腔內(nèi)氣體的排出 在保證成型和排氣良好的前提下 選取短流程 少折彎 以減小壓力損失 縮短填充 時間 盡量避免熔融塑料正面沖擊直徑較小的型芯和金屬嵌件 防止型芯位移或變形 及金屬嵌件偏移 澆口料易清楚 整修方便 無損塑件的外觀和使用 澆注系統(tǒng)流程 較長或需要開設(shè)兩個以上澆口時 由于澆注系統(tǒng)的不均勻收縮導致塑件翹曲變形 應 設(shè)法予以防止 在一模多腔時 應使各腔同步連續(xù)充澆 以保證各個塑件的一致性 合理設(shè)計冷料穴 溢料槽 使冷料不直接進入型腔及減少毛邊的負作用 在保證塑件 質(zhì)量良好的前提下 澆注系統(tǒng)的斷面和長度應盡量取小值 以減少對塑料的占用量 從而減少回收料 4 3 1 主流道設(shè)計 主流道與注射機噴嘴在同一軸線上 在臥式或立式注射機用模具中 主流道垂直 于分型面 根據(jù)設(shè)計手冊查的 XS ZY 125 型 注 射 機 噴 嘴 的 有 關(guān) 尺 寸 噴嘴前端孔徑 d 2 4 噴嘴前端球面半徑 R 1 13mm 根據(jù)模具主流道與噴嘴關(guān)系 R R1 1 2 mm d d2 0 3 1 mm 取主流道球面半徑 R 15mm 取主流道的小端直徑 d 4 5mm 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 13 為了方便于將凝料從主流道中拔出 將主流道設(shè)計成正圓錐形 其斜度為 2 4 這里取3 將主流道設(shè)計成圓錐形 查表得主流道大端直徑 D 8mm 為了 使熔料順利進入分流道 可在主流道出料端設(shè)計半徑 r 1mm 的 圓 弧 過 渡 主 流 道 襯 套 設(shè) 計時應注意一下事項 對于小型注塑模 可將主流道襯套與定位環(huán)設(shè)計成一個整體 但在多數(shù)情況下均勻分開設(shè)計 主流道襯套應選用優(yōu)質(zhì)鋼 T8A 等 熱處理后硬度為 53 57HRC 襯 套 的 長 度 應 與 定 模 配 合 部 分 的 厚 度 一 致 主 流 道 口處的端面不得突出在分 型面上 否則不僅會造成溢料 而且會壓壞模具 襯套與定模之間的配合采用 H7 m6 圖4 3主流道形狀及其與注射機噴嘴的關(guān)系 為了減少熔體充模時的壓力損失和塑膠損耗 應盡可能地縮小主流道的長度 這里 L 應取 140mm 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 14 4 3 2 冷料穴設(shè)計 冷料穴是用來儲藏注射間隔期間產(chǎn)生的冷料頭的 防止冷料進入型腔而影響塑件 的質(zhì)量 并使熔料能順利地充滿型腔 冷料穴位于主流道正對面的動模板上 或者出 于分流道的末端 其作用是收集熔體前鋒的冷料 防止冷料進入模具型腔而影響制品 質(zhì)量 冷料穴分兩種 一種專門用于收集 儲存冷料 另外一種除儲存冷料外還兼有 拉出流道凝料的作用 常 見 的 冷 料 穴 有 三 種 形 式 Z 字 型 拉 料 桿 的 冷 料 穴 Z 字 變 異 形 式 的 冷料穴 這兩種形式其拉料桿固定住推桿固定板上 第三 種是帶球形頭拉料桿的冷料穴 當冷料進入冷料穴后緊包在拉料桿的球形頭上 開模 時將澆注系統(tǒng)凝料拉住 它一般用于推板推出機構(gòu)的注射模中 當推板推出機構(gòu)相對 于拉料桿運動時 把澆注系統(tǒng)凝料從球形頭上刮下來 這種結(jié)構(gòu)形式也只適用于韌性 好的塑料 其拉料桿固定在動模板上 由于聚乙烯韌性較好 因此采用帶球形頭拉料桿的冷料穴 4 3 3 澆口設(shè)計 澆口又稱進料口或內(nèi)流道 它是分流道與塑件之間的狹窄部分 也是澆注系統(tǒng)中 最短小的部分 它能使分流道輸送來的熔融塑料的流速產(chǎn)生加速度 形成理想的流態(tài) 順 序 迅 速 地 充 滿 型 腔 同 時 還 起 著 封 閉 型 腔 防 止 熔 料 倒 流 的 作 用 并 在 成 型 后 便 于 使?jié)部谂c塑 件分離 澆口是指連接分流道和型腔的進料通道 它是澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小且長度最 短的部分 澆口的作用表現(xiàn)為 塑料熔體通過澆口時剪切速率增高 粘度降低 有利 于充型 同時熔體的內(nèi)摩擦加劇 使料流的溫度升高 粘度降低 從而提高了塑料的 流動性 有利于充型 另外在注射過程中 塑料充型后在澆口處及時凝固 防止熔體 的倒流 成型后也便于塑件與整個澆注系統(tǒng)的分離 澆口的尺寸過小會使壓力損失增 大 冷凝加快 補縮困難 澆口的尺寸過大 澆口周圍產(chǎn)生過剩的殘余應力 導致產(chǎn) 品變形或破裂 且澆口的去除困難等 澆口的形狀 尺寸和進料位置對塑件的質(zhì)量影 響很大 澆口的設(shè)計與塑料的品種 塑件形狀 塑件壁厚 模具結(jié)構(gòu)及注射成型工藝 參數(shù)等有關(guān) 對澆口總的設(shè)計要求是 要使塑料熔體以較快的速度進入并充滿型腔 同時在型腔充滿后適時冷卻封閉 一般要求澆口截面小 長度短 實際使用時 澆口 的尺寸常常需要通過試模 按成型 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 15 情況酌情修正 澆口位置選擇的正確與否 對塑件質(zhì)量影響很大 選擇不當時會使塑 件產(chǎn)生變形 熔接痕 凹陷 裂紋等缺陷 一般來說 澆口位置選擇要遵循以下原則 澆口位置的設(shè)置應使塑料熔體填充型腔的流程最短 料流變向最少 校核流動比 若 流動比小于允許值 則塑件大致上能夠成型 若流動比超過允許值 會出現(xiàn)充型不足 這時應調(diào)整澆口位置或增加澆口數(shù)量 增大流道直徑或厚度 澆口位置的設(shè)計應有利 于排氣和補縮 澆口位置的設(shè)置應減少或避免產(chǎn)生熔接痕 提高熔接痕的強度 澆口位置的選擇要避免塑件變形 澆口位置的設(shè)置應避免引起熔體破裂 澆口位置的設(shè)置應防止型芯變形 澆口位置的設(shè)置應考慮塑件的外觀 澆口與塑件連接處應做成 R0 5的圓角或0 5 45的倒角 并防止在分離澆注 系 統(tǒng) 時 把 塑 件 剪 裂 澆 口 與 分 流 道 的 連 接 處 一 般 做 成 30 45的 斜 角 并 以 R1 R2的 圓 角 與 分 流 道 底 面 相 交 以 便 熔 體 流 動 并 減 小 壓 力 損 失 側(cè) 澆 口 適 用 于 各種形狀及一模多腔的塑件 它是最常用的一種形式 其優(yōu)點是 去澆口方便 殘留 痕跡小 熔體流速高 翹曲變形比直接澆口小 宜成型薄壁 復 雜 形 狀 塑 件 缺點是 注射壓力損失大 保壓補縮作用比直接澆口小 對殼形塑件排氣不方便 易產(chǎn)生熔接 痕 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 16 圖4 5澆口簡圖 4 4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 由于制件平均壁厚均為 5mm 再者制件尺寸也不是很大 確定冷卻水孔直徑為 10mm 此模具在動 定模鑲塊上均開有單層式冷卻回路形式 分別對動 定模進行水冷 卻 冷卻水路布置如下圖 4 3 所示 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 17 4 3 直流式冷卻水路的布置 4 5 成型零部件的設(shè)計 注 射 模 的 成 型 零 部 件 是 指 構(gòu) 成 模 具 型 腔 的 零 件 通 常 包 括 型 腔 凹 模 型芯 凸 模 以 及 各 種 成 型 桿 和 成 型 鑲 件 塊 按 功 能 劃 分 成 型 零 部 件 可 分 為 安裝部分和 工作部分 安裝部分起安裝和固定成型零件的作用 工作部分與塑料直接接觸 用來 成型塑件 成型零部件工作部分的形狀和尺決定塑件的形狀和尺寸 4 5 1 型腔 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式 由于 ABS 材料有腐蝕性 型腔采用整體鑲塊式結(jié)構(gòu) 材料易采用 S136H 由 于 凹 凸 模 件 具 有 足 夠 的 強 度 剛 度 硬 度 耐 磨 性 耐 腐 蝕 性 以 及 足 夠 低的表面粗糙度 如果凹凸模都采用整體式 優(yōu)點是加工成本低 但是常用模架的 模 板 材 料 為 中 碳 鋼 用 作 凹 凸 模 使 用 命 短 若 選 用 好 材 料 的 模 板 制 作 整 體的凹凸模 則 制造成本較高 綜合考慮以上因素 凹 凸 模 都 采 用 整 體 嵌 入 式 這樣既保證了模具的 使用壽命 又不浪費價格昂貴的材料 并且損壞后 維修 更換方便 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 18 4 5 2 型腔和型芯的工作尺寸計算 本例中成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸 平均磨損量 平均制造公差和 平均收縮率來計算 型芯高度的尺寸計算公式 SCP1 4 2 型芯徑向尺寸計算公式 A 4 3 型腔深度尺寸計算公式 ZZXSHM 1 4 4 型腔徑向尺寸計算公式 ZZLS 4 5 其中 為模具型芯的高度尺寸 為模具型腔的徑向尺寸 M為模具型腔的 深度尺寸 ML 為模具型腔的徑向尺寸 經(jīng)過查表知 ABS 材料的收縮率為 0 4 0 6 因此平均收縮率為 0 5 由于塑 件尺寸較小 精度中等 所以模具制造公差 取 5 X 取 2 3 4 5 3 計算動模墊板厚度 2 1h彎 F 4 6 F AP 4 7 H 動模墊板厚 mm K 修正系數(shù) 取 0 6 0 7 F 動模墊板受的總壓力 N L 支撐塊間距 mm B 動模墊板寬度 mm 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 19 A 塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 mm2 P 型腔壓力 一般取 30 45MPa 所以動模墊板厚度 h 為 30 40mm 4 5 4 計算型腔側(cè)壁和底板厚度 塑膠模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用 所以應具有足夠的剛度和強度 如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小 會因強度不夠而產(chǎn)生塑件變形甚至破壞 也可能會因 為剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形 導致溢料和出現(xiàn)飛邊 不僅降低了尺寸精度 而且還影 響了其順利脫模 所以 為了保證足夠的強度和剛度采用了動模型腔版 型腔側(cè)壁厚度的計算 根據(jù)型腔長度 L 40 型腔寬度 B 40 型腔高度 1H 45 341 EcpHS 4 8 由于 c 由 L a 決定 c 0 93 p 取 30 45MPa 這里取 35MPa 彈性模量 E 2 1 50 MPa 允許變形量 取 0 6 所以代入上式得 S 14 9 8 65mm 底板厚度的計算查表得 34 h Ebc 4 9 因為 L b 60 60 1 查表知系數(shù) c 值 c 0 0272 p 取 24 40MPa 取 35MPa 彈 性變量 E 2 1 510MPa 允許變形量 取 0 6 代入公式得 h 4 609 4 32mm 4 6 推出方式的設(shè)計 頂出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)因塑件的脫模要求的不同而不同 但是對頂出機構(gòu)所能達到 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 20 的要求是一致的 也就是使塑件在頂出過程中不會損壞變形 保證塑件在開模的過程 中留在設(shè)置有頂出機構(gòu)的動模內(nèi) 其中 一次頂出機構(gòu)是最常用的頂出機構(gòu) 此機構(gòu) 只需一次動作就能是塑件脫模 本模具選用推料板一次頂出機構(gòu) 脫模力的計算 計算正壓力 設(shè)計步驟 參數(shù) E 2900N 2 S 0 006 t 0 513 2 5 R 1 5 m 帕松比 0 38 P EStcos R 1 m 13 3MPa 4 10 P 正壓力 MPa E 塑件的彈性模量 N 2 S 成型收縮率 mm mm t 塑件平均壁厚 脫模斜度 o R 凸模半徑 m 塑膠的帕松比 約為 0 38 0 39 初始脫模力的設(shè)計步驟 參數(shù) E 2900N 2 S 0 006 t 0 713 L 2 2 f 0 3 m 0 38 Q 2 tESLF 1 M 1 F 80 52N 4 11 Q 脫模力 N E 塑膠彈性模量 N 2 S 塑膠平均收縮率 mm mm t 塑件壁厚 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 21 L 包容凸模的長度 f 塑膠與鋼的摩擦系數(shù) m 塑膠的帕松比 頂桿直徑的設(shè)計步驟 參數(shù) 0 5 L 14 n 2 E 2900N 2 Q 80 52N d 64 2t2Q n 3E 4 1 0 5 4 12 d 圓形頂桿直徑 頂桿長度系數(shù) 約為 0 7 L 頂桿長度 Q 總脫模力 N n 頂桿數(shù)量 E 頂桿材料的彈性模量 N 2 對鋼來說 E 2 1 10 7 頂桿的應力校核的設(shè)計步驟 參數(shù) Q 80 52N n 4 d 1 2154 s 2900 2 4Q n d2 s 4 13 Q 總脫模力 N n 頂桿數(shù)量 d 圓形頂桿直徑 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 22 頂桿應力 N 2 s 頂桿鋼材的屈服極限強度 N 2 一般中碳鋼 s 32000N 2 合金結(jié)構(gòu)鋼 s 42000N 2 計算結(jié)果 13 75N 2 推件板厚度的設(shè)計步驟 參數(shù) y 0 01 B 25 L 4 6 Q 80 52N E 2900N 2 H 0 54L Q EBy 3 1 2 105 4 14 L 頂桿間距 Q 總脫模力 N E 鋼材的彈性模量 N 2 一般中碳鋼 E 2 1 10 7 B 頂板寬度 y 頂板允許最大變形量 頂桿應布置在脫模力最大處 以保證塑件被推出時其受力是平衡的 并且推出平 穩(wěn) 不變形 4 7 確定導向機構(gòu) 為了便于設(shè)計制造以及維修方便 所以選導柱 導套作導向機構(gòu) 為了使模 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 23 具在開模時推桿能夠順利頂出制件 減少推桿與模板的碰撞與摩擦 提高模具壽命 所以用四根推桿導柱進行導向 為了安裝方便 采用等直徑對稱分布 模具外側(cè)作標 記形式 又為了便于加工導柱 導套安裝孔 和獲得較好的經(jīng)濟效益 結(jié)合塑件的尺寸 為了保護型芯不受損壞 因此導柱設(shè)在動模一側(cè) 也就是常說的正裝 導柱和導套的分布見模具總裝圖 導柱和導套的配合精度為 H5 h6 的間隙配合 導套和模板配合精度為 H5 n6 4 8 側(cè)向抽芯機構(gòu)的設(shè)計 由于零件是中空的 所以采用側(cè)向抽芯機構(gòu)來實現(xiàn)其制件的成型 又由于其抽芯 行程比較大 為 110 因此采用液壓油缸抽芯機構(gòu) 它也是應用最廣泛的抽芯機構(gòu) 動 作可靠 制造方便 結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 在這里 油缸的自身行程應大于 115 4 9 相關(guān)計算 1 抽芯距的計算 S 抽 sc 3 15 sc 12CS 2 抽芯力的計算 抽芯力的計算跟脫模力的計算方法一樣 型芯脫模力 F1 參考 塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計 式 9 1 得 F AP cos sin 所以 F1 AP cos sin 4452 83 10 6 107 0 1cos1 sin1 2895 66N A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 4452 83 mm A1 31 2 194 68 A2 15 14 4 1356 482 A3 23 5 361 1 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 24 A4 A2 1356 48 A5 31 5 486 7 A6 40 2 5 314 A7 35 3 5 384 65 A 塑件包裹型芯的面積 mm P 塑件對型芯單位面積上的包緊力 模內(nèi)冷卻的塑件 p 取 0 8 107Mpa 1 2 107Mpa 塑件對鋼的摩擦系數(shù) 為 0 1 0 3 脫模斜度 4 10 斜導柱設(shè)計 1 參考文獻 附錄 F 選取斜導柱為 12mm 1 20 由于抽拔方向與開模方向垂直 斜導柱所需有效長度 45mm 總長計算得 98mm 2 斜導柱彎曲力計算 抽拔方向與開模方向垂直 斜導柱彎曲力 N F cos 1 2ftan f 2895 cos20 1 2 0 5 tan20 0 5 1253 N 1500N 校核合格 3 哈夫塊 壓塊 楔緊塊及定位裝置的設(shè)計 哈夫塊由壓塊導向 運動 楔緊塊壓緊 見裝配圖 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 25 5 型芯 型腔的加工工藝分析 如下圖 5 1 所示 圖 5 1 型芯 型芯加工工藝分析 由于型芯用車床直接粗車 精車到圖示尺寸 R62 20 彎處及 端部定位處 車床是不好加工的 所以選擇數(shù)控加工 型腔加工工藝分析 型腔鑲塊先用數(shù)控加工中心加工好產(chǎn)品的六個成形面 產(chǎn)品 成形面的中間拐彎處直接加工直到滿足模具尺寸要求 兩端承口及關(guān)料口部分應該留 有車床精加工余量 因為產(chǎn)品圓度要求比較高 其他定位孔及頂針孔 都應該在加工 中心一次性加工出來 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 26 6 注射機校核 6 1 注射壓力的校核 注射壓力的額定壓力 Pe 172MPa 塑膠成型時所需要的壓力 Po 100MPa Pe kPo 125MPa 滿足要求 6 2 鎖模力的校核 鎖模力需滿足 F Ko A P 型 A 塑件和流道凝料在分型面的射影面積 2 F 注射機額定鎖模力 XS ZY 60 型 鎖模力為 300Kn Ko 鎖模力安全系數(shù) 這里取 1 1 A 1 單個塑件在分型面上的投影面積 N 型腔數(shù) A 1 302 152 2119 6 2 21 2 2 A 1 35 21 2 2 57 24 2 6 3 模具厚度 H 與注射機閉合高度的校核 min H ax i 注射機允許最小模厚 320 ax 注射機允許最大模厚 550 而這里的模具閉合高度為 415 因為其值在 320 和 550 之間 所以滿足要求 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 27 6 4 注射機開模行程的校核 因為所選的注射機的鎖模機構(gòu)為液壓 其開模行程由連桿機構(gòu)的最大沖程決定 與模厚無關(guān) 從模具中取出塑件所需的最小開模距離 H 必須小于注射機移動模板的最 大行程 S 即滿足下式 S H1 2 5 10 S 注射機移動模板的最大行程 這里 S 取 1100 1 脫模距離 頂出距離 這里取 50 2 包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度 這里取 140 則 1 10 50 140 10 200 730 所以能滿足要求 6 5 模具安裝部分的校核 該模具的外形尺寸為 500 550 因此能滿足安裝要求 注射機噴嘴頭部一般為球面 其球面半徑 R 與其接觸的模具主流道始端凹球面半 徑 R凹 應該相適應 即 凹 R 1 2 在本次設(shè)計中 凹 16 R 15 滿足要求 澆口套小端直徑 5 大于噴嘴孔直徑 4 滿足要求 6 6 頂出部分的校核 注射機最大頂出距離為 320 大于模具上所需要的最小頂出距離 60 最后得出結(jié)論 通過校核 注射機完全滿足滿足該模具的使用要求 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 28 6 7 模具材料 型腔 S136H 塑膠模具鋼 型芯 1 2315 澆口套 頂桿 導柱等重要配件可采用國 產(chǎn) T10A 或者進口 H13 SKD61 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 29 結(jié) 論 通過分析塑件結(jié)構(gòu) 根據(jù)分型面的選擇原則 本模具選擇的分型面合理 能在生 產(chǎn)過程中保證塑件的質(zhì)量 同時又能提高生產(chǎn)效率 導向機構(gòu)的設(shè)計能較好地實現(xiàn)模 具的導向功能 是模具運動合理 完善 通過對本模具的整體分析 本模具能較好地完成產(chǎn)品的生產(chǎn)要求 型芯和型腔的 設(shè)計比較合理 能夠較好地完成塑件的成型 本設(shè)計是在對塑料堵頭的材料分析和工藝研讀的基礎(chǔ)上進行塑料堵頭注射模具結(jié) 構(gòu)設(shè)計的 根據(jù)相關(guān)資料文獻 手冊 完成直角彎頭結(jié)構(gòu)設(shè)計 并進行了一些尺寸的相關(guān)校 核 給出了一個合理的模具結(jié)構(gòu)方案 并在此基礎(chǔ)上完成了模具總裝配圖紙 利用 Auto CAD UG 等相關(guān)軟件 完成了一些相關(guān)二維 三維圖形 使所設(shè)計的模 具得以直觀顯示 選取了一些合理的工藝參數(shù) 并對所選的參數(shù)進行了校驗 根據(jù)校 驗結(jié)果 返回改進工藝 最終定出了合理的工藝方案 綜上所述 本次設(shè)計具有一定 的實際生產(chǎn)優(yōu)勢 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 30 1 1 致 謝 通過本次畢業(yè)設(shè)計 我對塑料模的設(shè)計思路 方案分析 擬 定 等 各 個 環(huán) 節(jié) 有 了 較 為 清 晰 深 入 的 了 解 拿 到 一 個 塑 料 制 件 首 先 要 對 制 件 進 行 工 藝 分 析 在 滿 足 制 件 使 用要求 的前提下 為提高制件質(zhì)量 精度還可以對制件的某件的某些部位進行改進 注射模 的 設(shè) 計 步 驟 主 要 還 包 括 模 具 型 腔 個 數(shù) 的 確 定 分 型 面 的 選 擇 型 腔 配 置 澆 道 澆口 系 統(tǒng) 的 確 定 側(cè) 凹 處 理 的 方 式 推 件 裝 置 的 確 定 拉 料 桿 型 式 的 確 定 流 道 凝 料 脫 落 形式的確定 溫度控制方式的確定 型腔 型芯固定方式的確定 型芯抽拔方式的確定 校核 繪 制主要需件工作簡圖等 在設(shè)計時要對各個方案進行權(quán)衡量 盡早彩用標準件以縮短 設(shè)計周期 降低設(shè)計成本 在塑料模選材的方面 我認識到塑料模所用材料與冷沖模 玻璃模等其它模具所用的材料有所不同 其選標主要按用途而定如在這副模具中 模 具用于成大量生產(chǎn) 所以應具有足夠的耐磨性 并應具有良好的定模板 在 設(shè) 計 的 過 程 中 曾 碰 到 了 許 多 不 夠 成 熟 和 理 解 的 技 術(shù) 方 面 制 造 方 面 但 經(jīng) 過 指導老師的悉心教導和各參 考書的參閱均得到了較為圓滿的答案 由于本次畢業(yè)設(shè)計是在未曾真正接觸運用 操 縱過模具的情況下僅憑書本認識和指導下完 成 難 免 有 些 地 方 存 在 不 足 之 處 還 有 待 遇 于 今 后 在 工 作 崗 位 上 不 斷 的 揣 磨 積 累 經(jīng)驗提高設(shè)計的本領(lǐng) 感謝母校 河南機電高等專科學校的辛勤培育之恩 感謝材料工程系給我提供 的良好學習及實踐環(huán)境 使我學到了許多新的知識 掌握了一定的操作技能 最后 我非常慶幸在三年的的學習 生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學 并感激師友的教誨和幫助 塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計 31 參考文獻 1 閻其鳳 模具設(shè)計與制造 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 11 2 伍先明 塑膠模具設(shè)計指導 M 北京 國防工業(yè)出版社 2006 3 3 楊占堯 王高平 塑膠注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計 北京 高等教育出版社 2008 7 4 魏春雷 朱三武 章南 模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計手冊 天津 天津大學出版社 2010 1 5 鄒繼強 塑膠制品及其成型模具設(shè)計 M 北京 清華大學出版社 2003 2 6 李長勝 趙敬云 Auto CAD 2008 中文版實用教程 北京 機械工業(yè)出版社 2009 8 7 寇世瑤 機械制圖 北京 高等教育出版社 2007 12 8 宋玉恒 塑膠注射模具設(shè)計使用手冊 M 北京 航空工業(yè)大學出版社 2003 3 9 馬霄 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) 北京 北京理工大學出版社 2008 1 10 程芳 杜偉 機械工程材料及熱處理 北京 北京理工大學出版社 2008 7