模具設計畢業(yè)設計.doc

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1、前 言 第二章 注塑設備選擇 第2.1節(jié) 估算塑件體積 該產(chǎn)品大批量生產(chǎn)故設計的模具要有較高的注塑效率，澆注系統(tǒng)要能自動脫模，可采用側澆口自動脫模結構。由于塑件中等大小，所以模具采用一模二腔結構，澆口形式采用側澆口。 2.1.1計算塑件體積 由第一章可知塑件材料PMMA的密度為1.16～1.20 g.cm，收縮率為1.6%～2.0%，計算出其平均密度為1.18 g.cm，平均收縮率為1.8%。經(jīng)測繪初步估算得 塑件體積 V=9.18+1.428+7.722+0.33+0.32+2.62=21.6 cm； 塑件質(zhì)量 M= Vρ=21.6 cm1.18 g.

2、cm=25.488g； 2.1.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 可按塑件體積的0.6倍估算，由于該模具采用一模二腔。 1.所以澆注系統(tǒng)凝料體積為 V=2V0.6=221.60.6=25.92 cm； 2.該模具一次注塑所需塑料的體積為 V=2V+ V=221.6+25.92=69.12 cm; 第2.2節(jié) 注塑機型號的選定 根據(jù)塑料制品的體積與質(zhì)量，以及成型工藝參數(shù)初步選定注塑機的型號為 SZ—200/1000型臥式螺桿注塑機 2.2.1 注塑機的主要技術參數(shù) 如表2.1所示

3、 表2.1 理論注射容積 210 cm 開模行程 300mm 注射壓力 150MPa 最大模具厚度 350mm 注射速率 110g/s 最小模具厚度 150mm 塑化能力 14g/s 鎖模形式 雙曲肘 螺桿轉速 10～250r/min 模具定位孔直徑 125mm 螺桿直徑 42mm 噴嘴球頭直徑 15mm 鎖模力 1000kN 噴嘴口直徑 4mm 拉桿內(nèi)間距 315315 頂出行程 90mm 注： 該注塑機由寧波市金星塑料機械有限公司生產(chǎn) 2.2.2 型腔數(shù)量的校核 1.由注塑機料筒塑化速率校核型腔數(shù)目

4、 n≤； 上式右邊≈12≥2，符合要求。 式中 K——注塑機最大注塑量的利用系數(shù)，取0.8； M——注塑機的額定塑化量(g/h或cm/h),該注塑機為14g/s； t——成型周期，因塑件較小，壁厚不大，取45s； m——單個塑件質(zhì)量 25.48g； m——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量 30.58g； 2.按注射機的最大注射量校核型腔數(shù)目 n≤； 上式右邊≈5.4≥2符合要求； 式中 m——注射機允許的最大注射量(g或cm) 210 cm；

5、 3.按注射機的額定鎖模力校核型腔數(shù)目 注射機在充模過程中產(chǎn)生的脹模力主要作用在兩個位置： 在兩瓣合模上的作用面積約為A≈24135=3240mm； 瓣合模與支撐板的接觸處的作用面積A≈17135=2295mm； n≤ 上式右邊≈3.1≥2符合要求； 式中 F——注射機的額定鎖模力(N)，該注射機為410N； A——2個塑件在模具分型面上的投影面積(mm), A=2A=6480mm； A——澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積(mm), A=0.35A=2268mm； P——塑料

6、熔體對型腔的成型壓(MPa),一般是注射壓力的30%～65%，該處取型腔的平均壓力為45MPa； 第三章 擬定模具結構形式 第3.1節(jié) 分型面位置的確定 在塑件設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設計階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結構。分型面設計是否合理，對塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具設計制造都有很大的影響。因此分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵因素。 3.1.1 分型面的選擇原則 1.有利于保證塑件的外觀質(zhì)量； 2.分型面應選擇在塑件的最大截面處； 3.盡可能使塑件在動模一側； 4.有

7、利于保證塑件的尺寸精度； 5.有利于簡化模具結構； 6.有利于排氣； 該塑件在模具設計時已經(jīng)充分考慮了上述原則，同時根據(jù)提供的塑件實體并無側邊凹凸和槽，所以分型時只需軸向抽芯分型。 3.1.2分型面的選擇及模具結構 充分考慮以上條件及有利于工藝操作，將分型面選擇在塑件下表面如圖3-1所示 圖3-1 1.組合上型芯， 2.定模型腔板， 3.動模型腔板， 4.下型芯。 第3.2節(jié) 確定型腔數(shù)目及排列方式 當塑件分型面確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。 一般來說

8、，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構，但對精度要求不高的小型塑件（沒有配合要求），形狀簡單，有是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具，就有獨特的優(yōu)越性，使生產(chǎn)效率大為提高。故有此初步擬定采用一模兩腔，如圖3-2所示。 圖3-2 型腔分布 第四章 澆注系統(tǒng)形式和澆口設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注塑機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對塑件質(zhì)量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。 第4.1節(jié) 主流道設計 主流道位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注塑機噴嘴射出的熔體導入分流道或型腔中。主

9、流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出 4.1.1 主流道尺寸 1.主流道小端直徑 D=4（注射機噴嘴直徑）+（0.5～1） 取D=5mm； 2.主流道球面半徑 SR=15(注射機噴嘴球頭半徑)+（1～2）mm 取SR=16； 3.球面配合高度 h=3mm～5mm 取h=3mm； 4.主流道長度 盡量小于60mm 由標準模架結合該模具結構 取 L=32+22=54mm； 5.主流道大端直徑 D= D+2tanα≈7.26（取錐角α=3）

10、 D=7mm； 6.澆口套總長 L=56mm； 4.1.2主澆道襯套形式 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸屬易損件，對材料要求嚴格，因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式，以便有效地選用優(yōu)質(zhì)鋼單獨進行加工和熱處理，如圖所示，材料采用T8鋼，熱處理淬火后表面硬度為50HRC～55HRC，如圖4-1所示。 為了便于加工和縮短主流道的長度，襯套和定位圈設計成分體式。 圖4-1 襯套 定位圈的結構尺寸如圖4-2所示 圖4-2 定位圈 第

11、4.2節(jié) 分流道設計 4.2.1 分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置與型腔排列相關，但應遵循兩方面的原則： 一、 排列緊湊，縮小模具板面尺寸； 二、 流程盡量要短，鎖模力力求平衡。 該模具的流道位置布置采用平衡對稱式，這樣彎折少，長度短，無其他最佳方案選擇 4.2.2 分流道的長度 梯形分流道的單向長度 L=32mm； 總長度 L=2L=64mm。 4.2.3 分流道的形狀及尺寸 為了便于加工及凝料的脫模，分流道大多設置在分型面上，工程設計中常采用梯形截面，加工工藝性能好，且塑料熔體的熱量散失、流動阻力均不大，因此該模具的分流道也采用梯

12、形，可根據(jù)以下經(jīng)驗公式確定其截面的尺寸即： B=0.2654 , H=; B=0.2654≈3.28 取B=5, H=4.5； 式中 B——梯形最大底邊的寬度； m——塑件的質(zhì)量（g） 25.488； L——單向分流道的長度 35mm； H——梯形的高度。 注：上式的使用范圍，即塑件厚度在3mm以下，質(zhì)量小于200g，且B的計算結果在3.2～9.5mm范圍內(nèi)才合理。 第4.3節(jié) 主流道冷料井設計 冷料井位于主流道正對面的動模板上，其作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質(zhì)量。開模時應將主流道中的凝料

13、拉出，所以冷料井的直徑應稍大于主流道大端的直徑，該模具采用底部裝有拉料桿的Z字形槽冷料井。 拉料桿直徑d=7（主流道大端直徑）+1=8mm， 冷料井深度取11mm。 第4.4節(jié) 澆口設計 澆口是連接流道與型腔之間的一般細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部位。澆口的形式、位置和尺寸對塑件的質(zhì)量影響很大。 澆口截面積通常為分流道截面積的0.07~0.09倍，澆口的截面積形狀多為矩形和圓形兩種，澆口長度為0.5mm~2.0mm。澆口的具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模時逐步修正。 4.4.1 澆口的類型及位置的確定 該模具是中小型塑件的多型腔模具，同時從所提供的塑件中可以看出

14、，在中部￠33的圓周上設置側澆口比較合適。側澆口開在垂直的分型面上，從型腔（塑件）外側面進料，側澆口是典型的矩形截面澆口，能方便的調(diào)整沖模時的剪切速率和澆口的封閉時間，因而又稱為標準澆口。這種澆口加工容易，修整方便，而且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活的選擇進料位置，因此它是廣泛應用的一種澆口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具中。 4.4.2 澆口結構尺寸的經(jīng)驗計算 1.側澆口深度和寬度經(jīng)驗計算 經(jīng)驗公式為 h=nt=0.82=1.6mm， w= =≈2.23mm； 綜合實際因素?。篽=1mm， w=2mm； 式中h——側澆口深度； w——澆口寬度； A

15、——塑件外表面積； t——塑件厚度（平均厚度約為2mm）； n——塑件系數(shù)，由表 查得n=0.8。 表 塑料材料系數(shù)n 塑料系數(shù) PE、PS POM、PC、PP PA、PMMA、PVAC PVC n 0.6 0.7 0.8 0.9 注：源自參考文獻[1]表6.6-5 2.側澆口的經(jīng)驗計算 由于側澆口的種類較多，現(xiàn)將常用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)列于表 表 側澆口的推薦尺寸 塑件壁厚/mm 側澆口尺寸/mm 澆口長度L/mm 深

16、度h 寬度w <0.8 0~0.5 0~1.0 1.0 0.8~2.4 0.5~1.5 0.8~2.4 2.4~3.2 1.5~2.2 2.4~3.3 3.2~6.4 2.2~2.4 3.3~6.4 注：源自參考文獻[3]表6.6-6 綜上得側澆口尺寸：深度h=1.6mm 寬度w=2mm 長度l=1.5mm 其尺寸實際應用效果如何，應在試模中檢驗與改進。 4.4.3 澆注系統(tǒng)的平衡 對于該模具，從主流道到各個型腔的分流道的長度相等，形狀及截面尺寸對應相同，各個澆口也相同，

17、因此整個叫住系統(tǒng)理應是平衡的。 4.4.4 澆注系統(tǒng)凝料體積計算 1.主流道與主流道凝料井凝料計算 V=； 2.分流道凝料體積 V=； 3.澆口凝料體積 V很小，可取為零。 4.澆注系統(tǒng)凝料體積 V= V + V + V=1070.236+1417.5+0=2487.736； 由于該值小于前面對澆注系統(tǒng)凝料的估算，所以前面的有關澆注系統(tǒng)的各項計算與校核符合要求，不需要從新計算。 4.4.5澆注系統(tǒng)各截面流過熔體的體積計算 1.流過澆口的體積 V=V =21.6； 2.流過分流道的體積 V =V + V=23.01； 3.

18、流過主流道的體積 V =2V+ V=48.50； 4.4.6普通澆注系統(tǒng)截面尺寸的計算與校核 1.確定適當?shù)募羟兴俾师? 根據(jù)經(jīng)驗澆注系統(tǒng)各段的γ取以下值，所成型塑件質(zhì)量較好。 1） 主流道 γ=～ 2） 分流道 γ= 3） 側澆口 γ=～ 2確定體積流率（澆注系統(tǒng)中各段的q值是不相同的） 1） 主流道體積流率q 因塑件小，即使是一模兩腔的模具結構，所需注射塑料熔體的體積也不是很大的，而主流道的尺寸并不?。ê妥⑸錂C噴嘴孔直徑相關聯(lián)）因此主流道體積流率并不大，取γ=代人得 q===21.56/s； 2） 澆口體積流率q 側（矩形）澆口用適

19、當?shù)募羟兴俾师?代人得 q===8.5/s； 3.注射時間（充模時間）的計算 1）模具充模時間 t===2.24s； 式中q——主流道體積流率； t——注射時間，s； V——模具成型時所需塑料熔體的體積，； 2）單個型腔充模時間 t===2.54s； 3）注射時間 根據(jù)經(jīng)驗公式求得注射時間 t= t/3+2 t/3≈2.44s 根據(jù)表 可知t＞注射機最短注射時間，所選時間合理。 4.校核各處剪切速率 1）澆口剪切速率 γ== 合理； 2）分流道剪切速率 γ==，基本合理。 式中 q==9.43/s，R==0.65。 3）主流道剪

20、切速率 γ==，合理。 式中 R=R=0.65cm。 第五章 成型零件的結構設計和計算 塑料模具型腔在成型過程中受塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔側壁和底板厚度過小，可能因強度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。因此，應通過強度和剛度的計算來確定型腔壁厚，尤其對重要的精度要求高的模具型腔，更不能單純憑經(jīng)驗來確定型腔壁厚和底板厚度。 第5.1節(jié) 型芯和型腔的工作尺寸計算 5.1.1 型腔的工作尺寸計算[133(1+1.8%)+0.751.28]=136.354 1.型腔的徑向工作尺

21、寸計算 公式如下： L=[L（1+k）+（3/4）△] 式中 L——塑件外形公稱尺寸 長135mm，寬25mm； k ——塑件的平均收縮率 取1.8%； △ ——塑件的尺寸公差 取MT3級； Δ ——模具制造公差 取塑件相應尺寸公差1/3～1/6; 長度方向 L=[133(1+1.8%)+0.751.28]=136.9 寬度方向 L=[9(1+1.8%)-0.750.16]=9.04 2型腔的深度工作尺寸計算 公式如下： H=[H1+k）-（2/3）△]

22、代入得 H=[17(1+1.8%)-（2/3）]=17.17 5.1.2 型芯的工作尺寸計算 1.型芯的徑向工作尺寸計算 公式如下： l=[l（1+k）+（3/4）△] 長度方向 l=[112(1+1.8%)+0.750.58] =114.45 寬度方向 l=[6(1+1.8%)+0.750.16] =6.228 2.型芯的高度工作尺寸計算 公式如下： h=[h（1+k）+（2/3）△] h=[14(1+1.8%)+(2/3)0.18] =14.37 3.下模芯的徑向工作尺寸計算 公式如下： l=[l（

23、1+k）+（3/4）△] 長度方向 l=[131(1+1.8%)+0.750.61] =133.815 寬度方向 l=[5(1+1.8%)+0.750.14] =5.19 4.下模芯的高度工作尺寸計算 公式如下： h=[h（1+k）+（2/3）△] h=[13(1+1.8%)+(2/3)0.18] =13.35 5.1.3 型芯位置尺寸計算 公式如下： C= C(1+k)δ/2 C=15(1+1.8)0.2/2=15.270.1 5.1.4 型腔側壁及底板厚度的計算 1.型腔側壁厚度計算

24、如圖5-1 1）剛度計算公式 S==0.31L 式中 S——矩形型腔場邊的側壁厚度； P——型腔所受壓力 60Mpa； L——型腔長邊長度 136mm； a——型腔側壁受壓高度 15mm； a——型腔側壁全高度 17mm； ——允許變形量 0.04～0.05mm； E——模具材料的彈性模量 200GPa ； ——模具材料的許用應力 465MPa ； S== 33.6mm 圖5-1 2）按強度計算公式 S= =0.71L； S==32.5mm；

25、2. 型腔底板厚度的計算 1）按剛度計算 h= h= 2）按強度計算 h= h=≈13.5mm＜15mm，符合要求。 第六章 合模導向機構設計 當采用標準模架時，因模架本身帶有導向裝置，一般情況下設計人員只要按模架規(guī)格選用即可，若需要采用精密導向定位裝置，則需由設計人員根據(jù)模具結構進行具體設計。 第6.1節(jié) 導向機構的總體設計 6.1.1 設計要點 1.導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊 緣應有足夠的的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后變形。 2.該模具采用4根導

26、柱，其布置為等直徑導柱對稱分布。 3.該模具導柱安裝在支撐板上，導套安裝在定模固定板上和推板上。 4.為了保證分型面很好的接觸，導柱和導套在分型面處應有承屑槽，即可削去一 個面或在導套的孔口倒角，該模具采用后者。 5.在合模時，應保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致模具損壞。 6.動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。 6.1.2 導柱設計 1.該模具采用帶頭導柱，不加油槽，如圖6-1所示。 2.導柱長度必須比凸模端面高度高出6mm～8mm。 3.為使導柱能順利地進入導向孔，導柱的端部常做成圓錐形或球形的先導部分。 4.導柱的直徑應根據(jù)模具的尺寸來確定

27、，應保證具有足夠的抗彎強度（該導柱直徑由標準模架可知為Φ25mm）。 5.導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按H7/k6配合，導柱滑動部分按H7/f7或H8/f7的間隙配合。 6.導柱的工作部分的表面粗糙度R=0.4μm。 7.導柱應具有堅硬而耐磨的表面、堅韌而不易折斷的內(nèi)芯。多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A、T10A經(jīng)淬火處理，硬度為50HRC以上或45經(jīng)調(diào)質(zhì)、表面淬火、低溫回火，硬度為50HRC以上。 圖 6-1 帶頭導柱 6.1.2 導套設計 導套與安裝

28、在另一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，保證模具運動導向精度的遠套型零件。導套常用的結構類型有兩種：直導套（GB/T4169.2-1984）、帶頭導套（GB/T4169.3-1984）。 1.結構形式采用帶頭導套和直導套兩種如圖6-2所示； 2.導套的端面應倒角，導柱孔做成通孔，利于排出孔內(nèi)的剩余空氣。 3.導套孔的滑動部分按H8/f7或H7/f7的間隙配合，表面粗糙度為0.4μm。導套外徑與模板一端采用H7/k6配合；另一端采用H7/e7配合鑲入模板。 4.導套材料可用淬火鋼或銅（青銅合金）等耐磨材料制造，該模具中采用T8A。

29、 a b 圖 6-2 a .帶頭導套 b.直導套 第七章 脫模推出機構設計 第7.1節(jié) 脫模推出機構設計 注射成型的每一個環(huán)節(jié)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也稱為推出機構。 7.1.1 脫模機構設計原則 脫模

30、機構設計時必須遵循以下原則 1.因為塑料冷卻收縮時抱緊凸模，所以頂出力的作用點應盡量靠近凸模； 2.頂出力應作用在塑件剛性和強度最大的部位，如加強條、凸緣、壁厚等處， 作用面積盡可能大些，以防止塑件變形和損壞； 3.為保證良好的塑件外觀，頂出位置應盡量設在塑件內(nèi)部或對塑件外觀影響不 大的部位； 4.若頂出部位需設在塑件使用或裝配的基面上時，為不影響塑件尺寸和使用，一般頂桿與塑件接觸處凹進塑件0.05～0.1mm，否則塑件會引起凸起，影響基面的平整。 7.1.2 脫模機構設計 該模具采用推板推出機構，其結構如圖7-1所示

31、 圖 7-1 1.定模型腔板 2.推板 3.推桿 4.動模型腔板 5.型芯 1.采用簡單脫模機構，在動模一側施加一次頂出力，就可以實現(xiàn)塑件脫模的機構稱為簡單脫模機構。通常包括頂桿(或推桿)脫模機構等。 2.頂桿多用T8A或T10A材料，頭部淬火硬度達50HRC以上，表面粗糙度取Ra值小于0.8μm，和頂桿孔呈H8/f8配合。頂桿是模具標準件。 第八章 注射機工藝參數(shù)校核 第8.1節(jié) 最大注射壓力校核 注射機的額定注射壓力即為該注射機的最高壓力，即 P=150MPa，應該大于注射成型時所需

32、調(diào)用的注射壓力P即 P≥kP 式中 k——安全系數(shù)，常取k=1.25～1.4，這里取1.25 實際生產(chǎn)中該模具成型時所需壓力P為70～120MPa，代入計算符合要求。 第8.2節(jié) 最大注射量校核 注塑機的最大注塑量應大于制品的質(zhì)量或體積(包括流道及澆口凝料和飛邊),通常注塑機的實際注塑量最好是注塑機的最大注量的80%。所以，選用的注塑機最大注塑量應滿足 V=αV=0.8210=178.5cm 式中 V——模具型腔和流道的最大容積； V——指定型號與規(guī)格的注射機注射容積 該注射機取210cm； α

33、——注射系數(shù)可取0.75～0.85 這里取0.8； 倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留時間就會過長，所以最小注射量容積 V =0.25V=0.25210=52.5 cm 故每次注射的實際注射量容積V應滿足 V＜V＜V 而 V=69.12 cm ， 符合要求。 第8.3節(jié) 鎖模力校核 所需鎖模力計算 F=KAP=1.2874845=472.3kN 而 F=1000kN≥F， 符合要求。 第8.4節(jié) 安裝尺寸校核 8

34、.4.1噴嘴尺寸 1.主流道的小端直徑D大于注射機噴嘴d，通常為 D=d+(0.5～1)mm 對于該模具d=4mm(見表2.1) 取D=5mm，符合要求。 2.主流道入口的球面半徑SR應大于注射機噴嘴球半徑SR，通常為 SR=SR+(1～2)mm 對于該模具SR=15mm(見表2.1) 取SR=16mm，符合要求。 8.4.2.定位圈尺寸 注射機定位孔尺寸為Φ55mm，定位圈尺寸取Φ55mm，兩者之間采用較松動的間隙配合，符合要求。 8.4.3.最大與最小模具厚度 模具厚度H應滿足 H＜H＜H； 式中

35、 H=150mm， H=350mm； 而該套模具厚度 H=25+80+40+30+20+32+25=252mm ， 符合要求。 第8.5節(jié) 開模行程和推出機構的校核 8.5.1 開模行程校核 開模行程 H H≥H+H+（5～10）mm 式中 H——注射機動模板的開模行程(mm) 取300mm； H——塑件推出行程(mm) 取15mm； H——包括流道在內(nèi)的塑件高度(mm) 其值為 H=17+11+32+25+（5～10）=90～95mm， 符合要求。 8.5.2推出機構校核 該注射機推出行程為90mm，大于H=15mm， 符合要求。 第8.6節(jié) 模架尺寸與注射機拉桿內(nèi)間距校核 該套模具模架的外形尺寸為250mm315mm，而注射機拉桿內(nèi)間距為315mm315mm，符合要求。