塑料水杯注塑模具设计

塑料水杯注塑模具设计 设计题目: 塑料水杯注塑模具设计 学生姓名: 学 号: 专业班级: 指导教师: 2009 年 毕业设计是大学阶段的最后一个环节，是对以前所学的知识以及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。完成了大学期间的课程学习、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械制造、模具设计与制造等基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常 强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在郑州市第二机床厂、鹤壁天海集团等几家单位的生产实习，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了在各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了重大突破。在老师的指导下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺，并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。虽然在设计的过程中会有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会圆满地完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中存在不妥之处在所难免，恳请各位老师指正。 2009年 目录 1、塑件的工艺性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.1、塑件的原材料分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.2、 PC树脂的工艺特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 1.3、PC树脂成型时水分控制及成型加工条件之选择„„„„„„„„„ 5 1.4、料筒清扫„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 1.5、塑件的结构和精度及面质量分析„„„„„„„„„„„„„6 1.6、塑件的体积重量估算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2、选取标准模架及注射机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3、塑件的注射工艺参数的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4、模具论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 1 4.1、成型部件的整体布局„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.2、型腔排列方式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.3、浇口形式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5、型腔数的确定及浇注系统的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5.1、模具结构形式的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5.2、分型面的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5.3、型腔数的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 5.4、确定型腔的排列方式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 5.5、浇注系统的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 5.5.1、主流道的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 5.5.2、分流道的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 5.5.3、浇口的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 5.5.4、冷料穴的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 6、模具工作零件的设计与计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 6.1、凹模的结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 6.2、型芯的结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 6.3、成型零部件工作尺寸的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 6.4、成型零部件的强度与刚度的计算„„„„„„„„„„„„„„„„16 7、合模导向机构的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 7.1、导柱结构的技术要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 7.2、导向孔的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 8、推出机构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 9、侧向分型机构的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 9.1、斜导柱设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 9.2、侧滑块与导滑槽的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 9.3、楔紧块的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 10、设计总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 23 11、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 24 2 设计计算书 1、塑件的工艺性分析 1.1、塑件的原材料分析 3 塑件的材料采用聚碳酸脂，是一种性能优良的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击能力，耐蠕变和尺寸稳定性好，耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良，且收缩率很低，一般为0.1%-0.2%。是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。目前广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等领域，随着改性研究的不断深入，正迅速拓展到航空航天、计算机、光盘等高科技领域。PC之所以有大的市场容量是由于它具有比较全面平衡的性能——优良的耐冲击性、耐热性、尺寸稳定性、透明及自熄性等，因此在电气、电子、精密机械、汽车、保安、医疗等领域成为可广泛使用的工程塑料。在作为饮用水桶和食品容器时，易被溶出而影响人们身体健康，因此要开发卫生级的PC树脂，用作饮水桶和其它食品容器的生产与使用，国内应用前景非常看好。PC有很好的机械特性，但流动特性较差，因此这种材料的注塑过程较困难。在选用何种品质的PC材料时，要以产品的最终期望为基准。如果塑件要求有较高的抗冲击性，那么就使用低流动率的PC材料;反之，可以使用高流动率的PC材料，这样可以优化注塑过程。PC的最大特征是非晶型透明塑料，成型后的尺寸稳定性好，从低温到高温均能保持稳定的机械强度，它的拉伸与形变特性比较接近金属材料，存在着明显的弹性极限。 1.2、PC树脂的工艺特点: 4 1)、聚集态特性属于无定型非结晶性塑料，无明显熔点，熔体黏度较高。玻璃化温度140?,150?，熔融温度215?,225?，成型温度250?,320?。 2)、在正常加工温度范围内热稳定性较好，300?长时停留基本不分解，超过 开始分解，粘度受剪切速率影响较小。 340? 3)、流变性接近牛顿性液体，表观黏度受温度的影响较大，受剪切速率的影响较小，相对分子质量的增大而增大。PC分子链中有苯环，所以分子链刚性大。 4)、PC的抗蠕变性好，尺寸稳定性好;但内应力不易消除。 5)、PC高温下遇水易降解，成型时要求水分含量在0.02%以下。 6)、制品易开裂。 1.3、PC树脂的成型工艺控制在成型加工上，水分控制及成型加工条件之选择是影响成型品质最重要的两个因素，兹分述如下: A、水分控制 PC类塑胶即使用遇到非常低之水分亦会产生水解而断键、分子量降低和物性强度降低之现象，因此在成型加工前应严格地控制PC树脂之水分在0.02%以下，以避免成型品的机械强度降低或表面产生气泡、银纹等异常外观。为避免水分所产生异常之情况，聚碳酸脂在加工前，应先经热风干燥3-5h以上，温度定为120?，或者用除湿干燥机来处理水分。 B、原料选择 为满足各种成型工艺的需求，PC树脂有不同熔体流动速率的规格。通常熔体流动速率介于5-25g/10min都可适用于注塑成型。但是其最佳加工条件因注塑机种类、成型品之形状以及PC树脂规格不同而有相当之差异，应根据实际情况加以调整。 C、注塑机选择要点 锁模压力:以成品投影面积每cm2*0.47-0.48T(或每平方寸*3-5T)机台大小:成品重量约为注塑机容量的40-60%为最佳，如机台以PS来表示容量(盎斯)时，需减少10%，始为使用PC之容量，(1盎斯=28.3公克)。螺杆:螺杆长度最少应有15个直径长，其L/D为20:1最佳，压缩比宜1.5:1至30:1。螺杆前端之止流阀应采用滑动环式， 其树脂流动间隙最少应有3.2mm。喷嘴:尖端开口最少有4.5mm直径。若成品重量为5.5kg以上，则喷嘴直径应为9.5mm以上，另外，尖端开口需比浇口直径少0.5-1mm，且段道愈短愈好，约为5mm。 D、成型条件要点:熔融温度与模温:最佳的成型温度设定与很多因素有关，如注塑机大小，螺杆组态、模具及成型品的设计和成型周期等。一般而言，为了让塑料 5 渐渐在熔融，在料管后断/进料区设定较低的温度，而在料管前段设定较高的温度。但若螺杆设计不当或L/D值过小。逆向式的温度设定亦可。模温方面，高模温可提供较佳的表面外观，残留应力也会较小，且对较薄或较长的成型品也较填满;而低模温则能缩短成型周期。螺杆回转速度:在40-70rpm较佳，但需视机台与螺杆设计而调整。注射压力:根据制品壁厚程度可采取85-140kg/cm2。背压:一般设定愈低愈好，便为求进料均匀，建议使用3-14kg/cm2。注射速度:射速度浇口设计有很大关系。使用直接浇口或边缘浇口时，为防止日晖现象和波流痕现象，则应用较慢这射速，另外，如成品厚度在5mm以上，为避免气泡或凹陷慢速射出会有帮助。一般而言，射速原则为薄者快，厚者慢。从注塑切换到保压，保压要尽量低。以免成型品发生残留应力。而残留应力可用退火方式来解除或减轻，条件是120-130?约三十分钟至一小时。 1.4、料筒清扫 1)、在PC树脂的成型温度下，加入清洗料(通用级聚苯乙烯或透苯)，连续射出二十至三十次。 2)、将射台后退，连续将清洗料空射，直至射出的清洗料开始膨胀起泡。 3)、将料筒温度重新设定到200至230?。 4)、继续将清洗料空射，直到清料熔胶温度达到260?且外表看起来很干净透明。 1.5、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析: 1.5.1、塑件的结构分析: 该零件的总体形状为杯状，结构相对简单。 1.5.2塑件尺寸精度的分析: 该零件的尺寸精度较低，均没有公差要求，一般可采用10,12级精度。 由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏下，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚1mm，较为均匀。 1.5.3表面质量的分析: 该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要求，故比较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。 1.5.4塑料件投影面积计算: 2通过Pro-e对塑料件进行投影面积计算，约为:3211.72? 6 所需锁模力约为:(0.47,0.48)×32.12=150.96,154.18 KN 1.6、塑件的体积重量估算: 计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 3 通过Pro-e计算得塑件的体积:V,6227.583 ? 计算塑件的质量:公式为W,Vρ -33根据设计手册查得聚碳酸脂的密度为ρ,1.2018×10g/mm，故塑件的重量为: W,Vρ -3 ,6227.583×1.2018×10 ,7.484g 2、选取标准模架及注射机 标准模架的选用要点: ?模架厚度H和注射机的闭合距离L的关系为: L<=H<=L minmax ?开模行程与定、动模分开的间距与推出塑件所需行程之间的尺寸关系，设计时需计算确定，在取出塑件时的注射机开模行程应大于取出塑件所需的动、定模分开的距离，而模具推出塑件距离须小于顶出液压缸的额定顶出行程。 ?选用的模架在注射机上的安装。 ?选用模架应符合塑件及其成型工艺的技术要求 查阅《模具设计手册》，选择P3型标准模架，尺寸如下: 模板 垫块 推板 座板 导柱 导套 宽度 长度 厚度 宽度 长度 厚度 宽度 长度 厚度 宽度 长度 厚度 直径 直径 315 315 25 56 315 80 199 315 20 400 315 25 32 32 根据注射所需的压力和塑件的重量以及标准模架厚度情况，可选用的注射机为:XS-ZY-125型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示: 7 3理论注射量 125 cm 移模行程 300 mm 螺杆直径 42mm 最大模具厚度 300 mm 注射压力 119 Mp 最小模具厚度 200 mm 锁模力 900 KN 注射时间 1.6 s 拉杆空间 260mm×290mm 注射方式 螺杆式 2最大成型面积320 cm 动、定模固定板尺寸 -- 3.34 m×0.75 m ×合模方式 液压—机械 机器外形尺寸 1.55 m 推出方式 中心推出 电动机功率 11.0 kw 3、塑件的注射工艺参数的确定 查阅相关资料，聚碳酸酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际 情况作适当的调整。 工艺参数表 干燥条件(温度/?)/(时间/h) 120/>4 形式 直通式 喷嘴 温度/? 240,250 前段 270,300 料筒温度/? 中段 —— 后段 260,290 模具温度/? 90,110 注射压力/MPa 110,140 保压压力/MPa 40,50 注射时间/s 0,5 保压时间/s 20,80 冷却时间/s 20,50 成型周期/s 50,130 成型收缩率/, 0.5,0.8 8 4、模具方案论证 4.1、成型部件的整体布局 方案一:模具型芯位于定模一侧，杯柄结构内设置活动镶块，成型后人工取出; 方案二:模具型芯位于定模一侧，动模采用侧向分型机构，杯柄结构内不设置活动镶块; 方案三:模具型芯位于动模一侧，杯柄结构内设置活动镶块，成型后人工取出; 方案四:模具型芯位于动模一侧，同时采用侧向分型机构，杯柄结构内不设置活动镶块; 分析对比 方案一的优点是成型结构设计较为简单，但浇注系统布置较困难，流道较长，不利于成型，同时生产率较低，不符合大批量生产的要求。 方案二在浇注系统布置方面与方案一有相同之处，成型困难，同时在分型脱模过程中可能存在无法顺利脱模的问题，但生产率较第一种方案有所提高。 方案三的可行性较强，整个模具结构可紧凑布置。当然，它也存在方案一生产率低下的缺点，具备参考价值。 方案四避免了前三种方案的弊端，无论是结构方面，还是成型方面都较为接近塑件的生产要求。 4.2、型腔排列方式 方案一:型腔对称布置，杯柄置于中间 方案二:型腔不对称布置 方案三:型腔对称布置，杯柄置于两侧 分析对比 方案一结构对称，在注射及脱模时模具受力平衡性强，有利于延长模具使用寿命，同时便于成型零部件的强度及刚度的校核，缺点浇注系统较长，不利于塑件成型。 方案二结构不对称，致使模具受力不均，会缩短模具使用寿命，同时也导致了熔体充模时，主流道到各塑件最远端的距离不相等，容易产生成型缺陷。 方案三继承了方案一的优点，同时也达到了浇注系统最短的要求，在此三种可行性方案中，此方案效果最好，可定为最佳方案。 9 4.3、浇口形式 查阅相关设计手册，对于聚碳酸酯(PC)可选用的浇口有以下几种形式。 方案一:直接浇口，又称主流道型浇口，它属于非限制性浇口。 方案二:侧浇口，国外称之为标准浇口，侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形，改变浇口的宽度和厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。 方案三:点浇口，又称针点浇口或菱形浇口，是一种截面尺寸很小的浇口，俗称小浇口。 分析对比 方案一的浇口形式具有流动阻力小、短及补缩时间长等特点。由于注射压力直接作用在塑件上，故容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形。这种形式的浇口截面大，去除浇口较困难，去除后留有较大的浇口痕迹，影响塑件美观。另外这种形式的浇口只适用于单型腔模具。 方案二的浇口形式加工和修整方便，因此它是应用较广泛的一种浇口形式，普遍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。由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且不留明显痕迹。但这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注射压力损失较大，对深型腔塑件排气不利。 方案三的浇口形式由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度增加塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观粘度下降，流动性增加，有利于型腔的填充，因而对薄壁塑件以及表观粘度随剪切速率变化敏感的塑料成型有利。 相比较之下，方案三最具备可行性，可予以采纳。 5、型腔数的确定及浇注系统的设计 5.1、模具结构形式的确定 由于塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般，且装配精度要求高，因此我们设计的模具要采用多型腔多分型面。根据本塑件的结构，模具将会采用两个分型面。 5.2、分型面的选择 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。 10 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。 7) 对排气效果的影响。 对侧向抽芯的影响。 8) 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。本题为杯状塑件，经分析可采用以水杯大口外圆为分型面的分型方式: 另外，由于此塑件有杯柄结构，故要在模具中设置侧向分形机构，以塑件的对称面作为侧向分形面。 5.3、型腔数的确定 型腔数的确定有多种方法，本题采用注射机的锁模力来确定它的数目。单件塑 154.18 KN，注射机公称锁模力500kN 件所需锁模力约为:150.96, N*(单件所需锁模力)<=注射机公称锁模力 由于本题生产批量较大，故应尽量使型腔数N取最大值，同时考虑到模具的侧向分型，应使型腔数N为偶数，综合以上可确定型腔数N=2 5.4、确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用两杯柄朝外对称分布的型腔排列方式。 5.5、浇注系统的设计 浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大影响。对浇注系统进行设计时，一般应遵循以下基本原则。 (1)了解塑料的成型性能 (2)尽量避免或减少产生熔接痕 (3)有利于型腔中气体的排出 (4)防止型芯的变形和嵌件的位移 (5)尽量采用较短的流程充满型腔 (6)流动距离比和流动面积比的校核 5.5.1、主流道的设计 设计要点: 11 a. 主流道的锥角常取2?,4?，流动性差的塑料可取3?,6?，流道壁表面粗糙度取Ra0.8um，且加工时应沿流道轴向抛光。 b.主流道始端球面凹坑半径比注射机喷嘴球半径大1,2mm;球面凹坑深度3,5mm;主流道始端入口直径d比注射机喷嘴直径大0.5,1mm;一般d=2.5,5mm。 c.主流道末端呈圆角过渡，圆角半径1,3mm。 d.主流道长度以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm。 e.主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上;其材料常用T10A，热处理淬火后硬度54,58HRC。 根据设计手册查得XS-Z-60型注射机喷嘴有关尺寸如下: 喷嘴前端孔径:d=φ4mm 0 喷嘴前端球面半径:R,12mm 0 主流道的小端直径: D,d+(0.5,1)mm=φ4+1,φ5mm 主流道始端球面凹坑半径: R=12+(1,2)mm=13mm 主流道的半锥角α通常为1?,2?过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用4?。 浇口套形式如图: 5.5.2、分流道的设计 12 分流道在设计时应尽量减小在流道内的压力损失和热量损失，同时还要考虑减小流道的容积。现在常用的分流道截面形式有圆形、梯形、U形、半圆形等几种。圆形截面的 比面积最小，但需开设在分型面的两侧，在制造时一定要注意模板上两部分形状对中吻合;梯形及U形截面分流道加工较容易，且热量损失与压力损失均不大，为常用的形式;半圆形截面分流道需用球头铣刀加工，其表面积比梯形和U形截面分流道略大，在设计中也有采用。本次设计可采用圆形截面分流道。 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。通常圆形截面分流道的直径在4.8,9.5mm内选取。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度要求不能太低，一般Ra取1.6um左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮固定，形成绝热层。形式如图: 实际加工时，用铣床铣出流道后，稍微省一下模，省掉加工纹理就行了。(省模:制造模具的一道很重要的工序，一般配备了专业的省模女工，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，降低型腔表面粗糙度。) 分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则:即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸;另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。 本模具的流道布置形式采用平衡式。 5.5.3浇口的设计 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。 13 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。 以下是可选用的浇口形式: 、直接浇口。 A B、侧浇口。 C、点浇口。 分析以上几种浇口形式，同时结合塑件具体结构特征，本模具采用点浇口形式较为合适。下图是一种适用于一模多件的点浇口形式: 5.5.4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10,25mm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。 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上(也即塑料流动的转向处)，其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1,1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积 6、模具工作零件的设计与计算 构成塑料模具模腔的零件统称为成型零部件。成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等，因此，成型零件不仅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，而且还要求有合理的结构，较高强度、刚度及较好的耐磨性。 6.1、凹模的结构设计 凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件，按结构不同可分为整体式和组合式两种结构形式。根据塑件的具体形状特征，此次设计采用组合式结构。大体结构 14 如下: 6.2、型芯的结构设计 成型塑件内表面的零件称凸模或型芯，主要有主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺 纹型环等。按结构主型芯可分为整体式和组合式两种，此次同样采用组合式结构。大 体结构如下: 6.3、成型零部件工作尺寸的计算 计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素: A、塑件的收缩率波动 B、模具成型零件的制造公差 C、模具成型零件的磨损 D、模具安装配合误差 型芯径向尺寸的计算: Lm(52)=[(1+S)LS+XΔ] 0-δz =[(1+0.0065)×52+0.625×0.3]0-0.12 =52.5260-0.12mm 型腔深度尺寸的计算: Hm(73)=[(1+S)Hs-XΔ]0+δz 15 =[(1+0.0065)×73-0.625×0.3]0+0.12 =73.2870+0.12mm 型芯高度尺寸的计算: -δz Hm(73)=[(1+S)hs+XΔ] 0 =[(1+0.0065)×73+0.625×0.3] 0-0.12 =73.6620-0.12mm Hm(34)=[(1+S)hs+XΔ] 0-δz =[(1+0.0065)×34+0.625×0.25]0-0.1 =34.3770-0.1mm 中心距尺寸的计算: Cm(17)=(1+S)Cs?δz/2 =(1+0.0065)×17?0.07/2 =17.111?0.035mm Cm(4)=(1+S)Cs?δz/2 =(1+0.0065)×4?0.048/2 =4.026?0.024mm 6.4、成型零部件的强度与刚度的计算 塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，否则可能引起变形破坏及挠曲变形。因此应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其是精度要求较高的或大型的模具型腔，更不能单纯地凭经验来确定型腔侧壁和底板厚度。 模具型腔壁厚的计算应以最大压力为准。理论分析和生产实践表明，大尺寸模具型腔刚度不够是主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准，而对于小尺寸的模具型腔，在发生大的弹性变形前，其应力往往超过了模具材料的许用应力，因此强度不够是主要矛盾，所以，设计型腔壁厚应以满足强度条件为准。 计算强度、刚度时考虑的要素: ?塑件成型过程中不产生溢料，当高压熔体注入型腔时，模具型腔的某些配合面会产生间隙，间隙过大则出现溢料，查阅相关手册，得到:聚碳酸酯的允许变形值<=0.06,0.08mm。 ?保证塑件的尺寸精度，某些塑件个别部位的尺寸精度比较高，这就要求模具 16 型腔应具有很好的刚性，以保证塑料熔体注入型腔时不产生较大的弹性变形。 ?保证塑件的顺利脱模，如果型腔刚度不足，在熔体高压作用下型腔会产生过大的弹性变形，当变形量超出塑件的收缩率时，塑件周边将被型腔紧紧包住而难以脱模，因此型腔的允许弹性变形量应小于塑件壁厚的收缩值，即:[δ]=r[(1-μ+E[δ]/rp)/( E[δ]/rp-μ-1)]0.5-r >=35×[(1-0.3+2.06×105×0.06/35×119)/(2.06×105×0.06/35×119-0.3-1)]0.5-35 >=17.5mm 按强度条件计算壁厚为: S>=r[[σ]/( [σ]-2p)]0.5-r 17 >=35×[550/(550-2×119)]0.5-35 >=11.9mm 按刚度条件计算底板厚度为: h>=(0.74pr4/E[δ])1/3 >=(0.74×119×354/2.06×105×0.06)1/3 >=22.2mm 按强度条件计算底板厚度为: 20.5h>=(1.22pr/[σ]) 20.5>=(1.22×119×35/550) >=18.2mm 另外，以下经验数据可供参考: 圆形型腔内壁直径(mm) 型腔壁厚(mm) 模套壁厚(mm) >50,60 10 25 >60,70 11 28 >70,80 12 32 >80,90 13 35 动模支承板厚度可参考下面的经验数据: 2 塑件在分型面上的投影面积/cm支承板厚度/mm <5 15 5,10 15-20 10,50 20-25 50,100 25-30 100,200 30-40 >200 >40 7、合模导向机构的设计 7.1、导柱结构的技术要求 ?形状 导柱前端应做成锥台形或半球形，以使导柱能顺利地进入导向孔。由 于半球形加工困难，所以导柱前端形式以锥台形为多。 ?材料 导柱应具有硬而耐磨的的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用 20钢或者T8、T10钢，硬度为54,58HRC。导柱固定部分的表面粗糙度为Ra=0.8μm， 导向部分的表面粗糙度为Ra=0.8,0.4μm。 ?数量及布置 导柱应合理均匀布置在模具分型面的四周，导柱中心至模具边 缘应有足够的距离，以保证模具强度(导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1, 18 1.5倍)。为确保合模时只能按一个方向合模，导柱的布置可采用等直径导柱不对称布置或不等直径导柱对称布置的方式。 ?配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合，导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7。 7.2、导向孔的设计 形状 为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔最好做成通孔，以利于排除孔内的空气。如果模板较厚，导孔必须做成盲孔时，可在盲孔侧壁上打一小孔排气或在导柱的侧壁磨出排气槽。 材料 与导柱相同。 固定形式及配合精度 直导柱用过盈配合嵌入模板，为了增加导套镶入的牢固性，防止开模时导套被拉出来，可以用止动螺钉紧固。带头导套用过渡配合镶入模板，导套固定部分的粗糙度为Ra=0.8μm,导向部分粗糙度为Ra=0.8,0.4μm。 8、推出机构设计 推出机构一般由推出、复位和导向三大部分组成。 推出机构的设计要求: ?设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧 ?塑件在推出过程中不发生变形或破坏 ?被损坏塑件的外观质量 ?合模时应使推出机构正确复位 ?推出机构应动作可靠 塑件注射成型后，塑件在模内冷却定型，由于体积收缩，对型芯产生包紧力，当其从模具中推出时，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。对底部无孔的筒、壳类塑件，脱模推出时还要克服大气压力。型芯的成型端部，一般均要设计脱模斜度，另外，塑件刚开始脱模时，所需的脱模力最大，其后，推出力的作用仅仅是为了克服推 19 出机构移动的摩擦力。 复位形式的设计 由于塑件形状特殊，在模具中放置复位杆较困难，故模具采用弹簧复位的形式。 9、侧向分型机构的设计 侧抽距离: S=S+2,3=30,31mm 1 式中S---侧成型零件位置点与不妨碍塑件轴向推出之极限相关点间的距离。 1 侧向抽拔力的估算: F=Lhp(μcosα-sinα) =215×73×10×(0.39×0.9397-0.3420) =3842.6N L---侧型芯成型部分的截面平均周长; h---侧型芯成型部分的高度; p---塑件对侧型芯的包紧力，一般情况下模内冷却的塑件脱模时取 p=8,12MPa; μ---塑料在热状态时对钢的摩擦系数(查表得:0.39); α---侧型芯的脱模斜度。 斜导柱侧向分型抽芯机构结构紧凑，动作可靠，加工制造方便，广泛应用于抽拔距和抽拔力不太大的场合。其结构要素组成是斜导柱、侧滑块、导滑槽、楔紧块与侧滑块的定位装置。 9.1、斜导柱设计 9.1.1、斜导柱的结构与装配 斜导柱的结构形式如图所示。材料一般采用T8、T10，也可用20钢以渗碳处理，要求硬度55,60HRC。斜导柱与模板固定孔间的配合采用H7/m6，与滑块导滑孔间采 20 用H11/b11的间隙配合，或采用0.5,1mm的双边间隙值;当要求滑块运动滞后于开模运动时，可采用2,3mm的双边间隙值。 斜导柱安装倾角α的取值;当侧抽拔方向垂直于开模方向时，12?<=α<=25?, 这里取20?。 9.1.2、斜导柱的截面尺寸 按斜导柱所受最大弯曲应力小于材料的许用应力来计算。 当抽拔方向垂直于开模方向时，弯曲力N计算式如下: 2N=F/[cosα(1-2ftgα-f)] =3842.6/[0.9397×(1-2×0.15×0.364-0.0225)] =4709.6N 式中 F---侧抽芯力(N); f---钢材之间的摩擦系数，通常取0.15;其余符号同上。 斜导柱有效导滑长度L的计算公式: 4 L=Scosβ/sinα=30/0.342=87.7mm 4 式中 S---抽芯距(30mm); β---侧滑块滑出方向与垂直于开模方向的夹角(0?)。 针对圆形截面斜导柱直径: 1/3 d=(10NL/[σ]) 4 1/3 =(47096×87.7/[σ]) ?20mm 式中 [σ]---斜导柱材料的许用应力(MPa); N---垂直作用在斜导柱上的弯曲力(N)。 9.1.3、斜导柱的长度及完成侧抽芯所需要的开模行程H的计算 斜导柱长度的计算公式为: L=L+L+L+L+L= tgα D/2+hcosα+tgαd/2+L+L 1234545 =0.364×25/2+20×0.9397+0.364×20/2+87.7+8 =122.7mm 式中 α---斜导柱轴线与主开模方向的夹角(20?); L5---锥台长度，可取d/3或8,15mm 完成侧抽芯所需的开模行程为: 21 H=S(ctgαcosβ?sinβ)=30×2.747=82.41mm 式中，当侧滑块滑出方向偏向导柱安装侧时，取式中的“+”;当侧滑块的滑出方向偏离导柱安装侧时，式中取“-”;其他符号同上。 、侧滑块与导滑槽的设计 9.2 9.2.1、侧滑块的结构形式 侧滑块分整体式与组合式。这里采用整体式结构。 9.2.2、侧滑块的结构尺寸 侧滑块上斜导孔的直径与倾角应保证能与斜导柱实现H11/b11的间隙配合。 9.2.3、侧滑块的导滑形式 侧滑块的导滑形式设计为如下结构: 导滑槽应有足够的长度，其与滑块的滑动配合长度常取滑块宽度的1.5倍，必要时可适当加长以保证完成侧抽后还有2/3的滑块长度留在导滑槽内。 滑块与导滑槽配合面的配合精度一般采用H8/f8或H8/f7，其余各对应面间均留0.5,1mm的间隙。 9.2.4、侧滑块与导滑槽的材料及表面处理 滑块与导滑槽的材料都常用45钢、T8和T10，滑动部分表面淬火，要求滑块的导滑面硬度等于或大于40HRC，导滑槽的导滑面硬度常取52,56HRC;另外侧滑块上成型部分表面热处理硬度大于或等于50HRC。滑块与导滑槽的滑动配合面的表面粗糙度Ra<=0.63μm。 9.3、楔紧块的设计 楔紧块的作用就是使侧滑块在模具闭合后能精确复位，并锁紧侧滑块，以承受注射成型时熔体对侧型芯的压力。楔紧块的楔紧斜面的倾角α’应大于斜导柱的安装倾角α，一般取α’=α+2?,3?。楔紧块楔紧面的热处理硬度为54,58HRC。 22 设计总结 以前做设计都是手工完成，此次毕业设计所牵涉到的图纸以及设计说明书均通过计算机辅助完成，这首先让我体会了计算机辅助设计在机械行业的重要性和实用性。 此次设计是一项系统性的工程，从自主选题到方案规划、方案论证、说明书编写最后到绘制工程图，后期整理、完善、标准化，每一步都需要我们认真对待，否则很难做到设计的完整、准确、一致。 一套模具作下来，需要完成许许多多个零部件的尺寸及工艺编制，它们的设计顺序也需要认真安排，否则就会导致返工的情况。做设计，特别是机械类设计，准备工作很重要，如果准备不足，就会在设计时一旦遇到问题就卡在那里，耽误整个工作进程。有些同学喜欢“前紧后松”，我觉得这样做并不好，他只会增加你的懒惰性和对他人的依赖性，长期下去，会使整个人不思进取，失去斗志。 由于在此之前作过几次课程设计，所以在说明书编写方面没有太大问题，只要按部就班，说明书的编写不会遇到什么麻烦，但在后期整理时，就会用到word等办公软件，这也是对我们业余技能的一次考验。如果这些软件用不熟练，会很影响工作进度，特别要注意的是，越到后期，越要做好设计资料的备份工作，一旦资料丢失，那将是毁灭性的灾难。 在绘制工程图的时候，要经常与指导老师进行交流，相比之下，老师在实际生产中还是很有经验的，有些拿不准的结构性问题要及时向老师交换意见，这样会使自己的设计更具备可行性。 经过这次毕业设计，我发现自己在计算机操作方面还不很熟练，在今后的工作当中需再接再厉，以实现进一步的提高。 最后再次感谢在此次设计中帮助过我的所有同学和老师们，没有他们的无私付出也不会有今天的结果，我想由衷地说:谢谢你们～ 23 参考文献 [1]杨占尧主编.塑料注塑模结构与设计.北京:机械工业出版社，2003.8 [2]程志远主编.实用注塑模设计手册. 北京:机械工业出版社，2000.4 [3]阎亚林主编.塑料模具手册. 北京:机械工业出版社，2004.8 [4]黄云清主编.公差配合与测量技术. 北京:机械工业出版社，2003.7 [5]《中国模具设计大典》 [6]邓明主编.实用模具设计简明手册. 北京:机械工业出版社，2006.3 [7]刘京华主编.模具识图与制图. 北京:化学工业出版社，2007.3 [8]申开智主编(塑料成型模具(北京:中国轻工业出版社，2003 [9] 现代模具编委会(塑料成型原理与注塑模设计(北京:国防工业出版社，1996 [10] 李秦蕊(塑料模具设计(西安:西北工业大学出版社，1997 [11] 申树义，高济主编.塑料模具设计. 北京:机械工业出版社，2005 [12] 刘小年,刘振魁主编.机械制图. 北京:高等教育出版社，2000 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