開關按鈕底殼注塑模具設計-塑料注射模側抽芯1模2腔含UG三維及15張CAD圖-獨家.zip

開關按鈕底殼注塑模具設計-塑料注射模側抽芯1模2腔含UG三維及15張CAD圖-獨家.zip,開關,按鈕,注塑,模具設計,塑料,注射,模側抽芯,UG,三維,15,CAD,獨家 I 開關按鈕底殼注塑模具設計 摘要 根據塑料開關按鈕底殼制品的要求 了解塑件的用途 分析塑件的工藝性 尺寸精度等技術要求 考量塑件制件尺寸 本模具采用一模二腔 側澆口進料 注射機采用 HTF 80XB 型號 設置冷卻系統 CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件 圖 選擇模具合理的加工方法 附上說明書 系統地運用簡要的文字 簡明的 示意圖和和計算等分析塑件 從而作出合理的注塑模具設計 關鍵詞 開關按鈕底殼 一模二腔 側澆口進料 注射機 注塑模具 II Abstract According to the requirements of the plastic switch button shell products the purpose of the plastic parts is understood the technical requirements of the plastic parts such as the technological and dimensional precision are analyzed and the size of the parts of the plastic parts is measured The mold uses one mold two cavity the side gate feed the injection machine adopts the HTF 80XB model sets the cooling system CAD and UG draws the two dimensional assembly drawing and the part drawing chooses the mold reasonable processing method Attached are instructions for the systematic use of brief text concise sketches and calculations to analyze the plastic parts so as to make a reasonable injection mold design Key words switch button bottom shell one mold two cavity side gate feed injection machine injection mold III 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章 前言 1 1 1 課題背景 1 1 2 課題分析 2 第二章 塑件分析 3 2 1 產品分析及其技術條件 3 2 2 塑件材料的確定 4 2 3 塑件材料的性能分析 5 2 3 1 基本特性 5 2 2 1 基本特性 5 2 2 2 成型性能 6 2 2 3 主要用途 7 第三章 成型布局及注塑機選擇 8 3 1 進膠方式選擇 8 3 2 型腔的布局及成型尺寸 8 3 3 估算塑件體積質量 9 3 4 注塑機的選擇和校核 10 3 4 1 注射膠量的計算 10 3 4 2 鎖模力的計算 11 3 4 3 注塑機選擇確定 12 第四章 注塑模具設計 13 4 1 模架的選用 13 4 1 1 模架基本類型 13 IV 4 1 2 模架的選擇 13 4 1 3 導向與定位機構設計 15 4 2 成型澆注系統的設計 16 4 2 1 主流道設計 16 4 2 2 分流道的設計 17 4 2 3 澆口的設計 17 4 2 4 冷料穴的設計 18 4 3 分型面的設計 18 4 4 成型零部件的設計 20 4 4 1 成型零部件結構 20 4 4 2 成型零部件工作尺寸的計算 22 4 4 3 凹模寬度尺寸的計算 22 4 4 4 凹模長度尺寸的計算 23 4 4 5 凹模高度尺寸的計算 23 4 4 6 凸模寬度尺寸的計算 23 4 4 7 凸模長度的計算 23 4 7 8 凸模高度尺寸的計算 23 4 4 9 模具強度與剛度校核 24 4 6 脫模及推出機構 24 4 6 1 脫模力 24 4 6 2 脫模機構的設計 25 4 6 3 頂針推出機構設計 25 4 7 冷卻系統的設計與計算 28 4 7 1 冷卻水道設計的要點 29 4 7 2 冷卻水道在定模和動模中的位置 29 4 7 3 冷卻水道的計算 30 4 8 排氣結構設計 31 4 9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 31 4 10 側向抽芯機構類型選擇 32 附圖 2D 3D 裝配圖 38 參考文獻 39 1 第一章 前言 1 1 課題背景 模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛的基礎工藝裝備 在汽車 電機 儀表 電器 電子 通信 家電和輕工業(yè)等行業(yè)中 60 80 的零件都依靠模具成形 并且隨著近年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展 對模具的要求越來越高 結構也越來越 復雜 用模具生產制件所表現出來的高精度 高復雜性 高一致性 高生產效 率和低耗率 是其它品種 塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關 其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的 定模部分安裝在注射機的固定 板上 動模部分安裝在注射機的移動模板上 在注射成型過程中它隨注射機上 的合模系統運動 注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合 一般注 射模由成型零部件 合模導向機構 澆注系統 側向分型與抽芯機構 推出機 構 加熱和冷卻系統 排氣系統及支承零部件組成 由于模具的使用特點 決定了模具設計也區(qū)別與其他行業(yè) 模具設計要考 慮的要點如下 a 塑件的物理力學性能 如強度 剛度 韌性 彈性 吸水性以及對應 力的敏感性 不同塑料品種其性能各有所長 在設計塑件時應充分發(fā)揮其性能 上的優(yōu)點 避免或補償其缺點 b 塑料的成型工藝性 如流動性 成型收縮率的各向差異等 塑件形狀 應有利于成型時充模 排氣 補縮 同時能使熱塑性塑料制品達到高效 均勻 冷卻或使熱固性塑料制品均勻地固化 c 塑件結構能使模具總體結構盡可能簡化 特別是避免側向分型抽芯機 構和簡化脫模結構 使模具零件符合制造工藝的要求 對于特殊用途的制品 還要考慮其光學性能 熱學性能 電性能 耐腐蝕 性能等 目前 我國的模具制造技術已從過去只能制造簡單模具發(fā)展到可以制造大 2 型 精密 復雜 長壽命的模具 在塑料模具方面 能設計制造汽車保險杠及 整體儀表盤大型注射模 一些塑料模主要生產企業(yè)利用計算機輔助分析 CAE 技術對塑料注塑過程進行流動分析 冷卻分析 應力分析等 合理選擇澆口位 置 尺寸 注塑工藝參數及冷卻系統的布置等 使模具設計方案進一步優(yōu)化 也縮短了模具設計和制造周期采用模具先進加工技術及設備 使模具制造能力 大為提高 采用 CAE 技術 可以完全代替試模 模具設計方法的一次突破 而 且對減少甚至避免模具返修報廢 提高制品質量和降低成本等 都有著重大的 技術經濟意義 某些國外電加工機床具有內容豐富 實用可靠的工藝數據和專 家系統 使模具的深槽窄縫加工 微細加工 鏡面加工等效率和質量大大提高 新的模糊控制系統具有加工反力的監(jiān)測和控制 提高了大面積加工的深度控制 精度 電火花混粉加工技術的應用有效地提高了模具表面質量 模具逆向工程 技術 快速經濟模具制造技術 三維掃描測量技術及數控模具雕刻機的發(fā)展與 應用 對模具制造能力的提高也起到了很大作用 特別是模具成型零件方面的 軟件等 這些技術采用計算機輔助設計 進而將數據交換到加工制造設備 實 現計算機輔助制造 或將設計與制造連成一體實現設計制造一體化 1 2 課題分析 本課題內容是對開關按鈕底殼進行測繪 基于生產實踐之上的對產品進行 模具設計 模具設計主要內容有型腔布局 澆口形式與位置 模胚選擇 分型 面的確定 冷卻系統設置 推出機構設置 注塑機臺選擇及注塑工藝分析等 根據塑料制品的要求 了解塑件的用途 分析塑件的工藝性 尺寸精度等 技術要求 本模具采用一模二腔布局 側潛入式澆口進料 注射機采用 HTF 80XB 型號 設置冷卻系統 CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件圖 系統地運用 簡要的文字 簡明的示意圖和和計算分析 從而作出合理的模具設計 選擇合 理的加工方法 模具方案確定后進行工藝分析 根據此方案可以達到設計的預 期效果 并且大大提高了注塑模的質量 3 第二章 塑件分析 2 1 產品分析及其技術條件 在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構 尺寸大小 精度等級和 表面質量要進行仔細研究和分析 只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具 結構和模具精度 課題目標產品是一個生活中常見的開關按鈕底殼 其零件外形如圖所示 具體結構和尺寸詳見圖紙 該塑件結構簡單 生產量大 要求較低的模具成本 成型容易 精度要求不高 4 產品 2D 3D 視圖 塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度 為降低模具 的加工難度和模具的制造成本 在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精 度設計得低一些 由于塑料與金屬的差異很大 所以不能按照金屬零件的公差 等級確定精度等級 根據任務書和圖紙要求 本次產品尺寸均采用 MT5 級精度 未注采用 MT8 級精度 塑件的表面要求越高 表面粗糙度越低 這除了在成型時從工藝上盡可能 避免冷疤 云紋等疵點來保證外 主要是取決于模具型腔表面粗糙度 塑料制 品的表面粗糙度一般為 Ra 0 02 1 25 之間 模腔表壁的表面粗糙度應為塑m 件的 1 2 即 Ra 0 01 0 63 模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗 糙度不斷增加 所以應隨時給以拋光復原 該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高 為 Ra0 8 內部為 Ra1 2m m 2 2 塑件材料的確定 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料 它在一定的溫度和壓力下具有 流動性 可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸 并在成型固化后保持其既 得形狀而不發(fā)生變化 塑料有很多優(yōu)異性能 廣泛應用于現代工業(yè)和日常生活 它具有密度小 質量輕 比強度高 絕緣性能好 介電損耗低 化學穩(wěn)定性高 減摩耐磨性能好 減振隔音性能好等諸多優(yōu)點 另外 許多塑料還具有防水 5 防潮 防透氣 防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能 此產品壁厚均勻 ABS 性能優(yōu)良 成本低廉 符合需求生產量大的要求 容易成型 對于本課題零件相當適用 所以在這選擇其為產品的材料 2 3 塑件材料的性能分析 2 3 1 基本特性 2 2 1 基本特性 丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物 簡稱 ABS 是日常生活中最常用的高分子 材料之一 丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物抗多種有機溶劑 抗多種酸堿腐蝕 但 是不抗氧化性酸 例如硝酸 在氧化性環(huán)境中丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物會被 氧化 丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物在薄膜狀態(tài)下可以被認為是透明的 但是在 塊狀存在的時候由于其內部存在大量的晶體 會發(fā)生強烈的光散射而不透明 丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物結晶的程度受到其枝鏈的個數的影響 枝鏈越多 越難以結晶 丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物的晶體融化溫度也受到枝鏈個數的影 響 分布于從 90 攝氏度到 130 攝氏度的范圍 枝鏈越多融化溫度越低 丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物單晶通常可以通過把高密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物 在 130 攝氏度以上的環(huán)境中溶于二甲苯中制備 丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物有 高密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS High Density Polyethylene 又稱低壓丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物 因為在低壓下生產 含有較多長鏈 因 此密度高 主要用于制造各種注塑 吹塑和擠出成型制品 中密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物 MDABS Medium Density Polyethylene 低密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物 LDABS Low Density Polyethylene 6 用高壓法 147 17 196 2MPa 生產 支鏈較多 強度低 多用來生產薄膜制 品 線性低密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物 LLDABS Linear Low Density Polyethylene 等多種產品 高密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物通常使用Ziegler Natta 齊格勒 納塔 催化劑 聚合法制造 其特點是分子鏈上沒有支鏈 因此分子鏈排布規(guī)整 具 有較高的密度 該過程在管式或釜式低壓反應器中以乙烯為原料 用氧或有機 過氧化物為引發(fā)劑引發(fā)聚合反應 高密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物屬環(huán)保材 質 加熱達到熔點 即可回收再利用 須知塑膠原料可大分為兩大類 熱塑性 塑膠 Thermoplastic 及 熱固性塑膠 Thermosetting 熱固性塑膠 是 加熱到一定溫度后變成固化狀態(tài) 即使繼續(xù)加熱也無法改變其狀態(tài) 因此 有 環(huán)保問題的產品是 熱固性塑膠 的產品 如輪胎 并非是 熱塑性塑膠 的產 品 如 夾板 所以并非所有 塑膠 皆不環(huán)保 低密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物通常使用高溫高壓下的自由基聚合生成 由于在反應過程中的鏈轉移反應 在分子鏈上生出許多支鏈 這些支鏈妨礙了 分子鏈的整齊排布 因此密度較低 線性低密度丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物是通過在丙烯 丁二烯 苯乙烯共聚物 的主鏈上共聚一些具有短支鏈的共聚物生成的 2 2 2 成型性能 ABS 易 吸 水 使 成 型 塑 件 表 面 出 現 斑 痕 云 紋 等 缺 陷 因 此 成 型 加 工 前 應 進 行 干 燥 處 理 ABS 在 升 溫 時 黏 度 增 高 黏 度 對 剪 切 速 率 的 依 賴 性 很 強 因 此 模 具 設 計 中 大 都 采 用 潛 伏 式 澆 口 形 式 成 型 壓 力 較 高 塑 件 上 的 脫 模 斜 度 宜 稍 大 易 產 生 熔 接 痕 模 具 設 計 時 應 該 注 意 盡 量 減 小 澆 注 系 統 對 料 流 的 阻 力 在 正 常 的 成 型 條 件 下 壁 厚 熔 料 溫 度 對 收 縮 率 影 響 及 小 要 求 塑 件 精 度 高 時 模 具 溫 度 可 控 制 在 50 60 要 求 塑 件 光 澤 和 耐 熱 時 模 具 溫 度 7 應 控 制 在 60 80 ABS 比 熱 容 低 塑 化 效 率 高 凝 固 也 快 故 成 型 周 期 短 2 2 3 主要用途 ABS 料在機械工業(yè)上用來制造高溫電氣制品 風筒殼 火牛殼 電工用具 電機殼 工具箱 奶瓶 冷飲機殼 照相機零件 安全帽 齒輪 食品盤子 醫(yī)療器材 導管 發(fā)夾 吹風筒 理發(fā)用品 鞋跟 纖維增強后可作結構更強 的工程零件 CD 碟 8 第三章 成型布局及注塑機選擇 3 1 進膠方式選擇 注射模的澆注系統是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通 道 其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分 澆注系統設 計的好壞對塑件性能 外觀及成型難易程度影響很大 它由主流道 分流道 澆口及冷料穴組成 其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好 的成型 常向的澆口形式有直接澆口 側澆口 點式澆口 扇形澆口 圓盤式 澆口 環(huán)形澆口等 澆口的位置選擇原則 澆口的位置與塑件的質量有直接影響 在確定澆口位置時 應考慮以下幾 點 1 熔體在型腔內流動時 其動能損失最小 要做到這一點必須使 1 流程 包括分支流程 為最短 2 每一股分流都能大致同時到達其最遠端 3 應先從壁厚較厚的部位進料 4 考慮各股分流的轉向越小越好 2 有效地排出型腔內的氣體 由于本設計中塑件外表面質量要求較高 所以選用側澆口 側澆口在產品 端面處 成形后切除澆口 零件組裝時澆口被遮擋起來 3 2 型腔的布局及成型尺寸 因為本設計中采用側澆口 且塑件的尺寸較大 為提高塑件成功概率 并 從經濟型的角度出發(fā) 節(jié)省生產成本和提高生產效率 采用一模二腔 進行加 工生產 型腔的布局與澆注系統的布置密切相關 型腔的布局應該是每個產品在成 型過程中的分得所需的壓力形同 以保證熔融狀態(tài)的塑料體能投均勻地 快速 9 的 充填每個型腔室 保證每個型腔的塑件內在質量 外觀均一穩(wěn)定 這 就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短 同時采用平衡流道 成型型腔尺寸依據塑件布局計算確定 需考量成形封閉結合面大小 太大 造成模具尺寸過大 成本浪費 太小易導致成型時溢料飛邊 甚至型腔變形 因模具是一模二腔 考量排布可得型腔長至少為 140mm 寬至少為 100mm 塑 件的高度為 33 3mm 塑件的大部分部膠位都留在型腔部分 型芯 型腔的厚度 是塑件所伸入高度加 20 40mm 因此得出成型型腔總體厚度至少需要 70mm 因 考慮成本 現采用模架一體式 尺寸為 250X250 型腔布局如圖 型腔布局 3 3 估算塑件體積質量 本次設計中 塑件的質量和體積采用 3D 測量 在 UG 軟件中 使用塑模部 件驗證功能 可以測得塑件的體積為 7 89 ABS 的密度為 1 38 即3cm3 cmg 10 可以得出該塑件制品的質量約為 8 28g 3 4 注塑機的選擇和校核 3 4 1 注射膠量的計算 模具設計時 必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機 額定注射量的 80 以內 校核公式為 11 mn 8021 式中 型腔數量 單個塑件的重量 g 1 澆注系統所需塑料的重量 g 2 本設計中 n 2 8 28g 2 1g 1m2 m 2x8 28 2 1 0 8 即 m 23 3g 因而預選注塑機額定注塑量最少為 23 3g 以上 3 4 2 鎖模力的計算 選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產生的開模力 不然模具分型面要 分開而產生溢料 塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素 成型投影面積 2An 21 式中 n 型腔數目 單個塑件在模具分型面上的投影面積1A 澆注系統在模具分型面上的投影面積2 n 2 860 200 12m2 本設計中 2x860 200 19202An 鎖模力和成型面積的關系根據依照以下計算公式確定 10PA 腔鎖 式中 鎖模力 kN P鎖 型腔壓力 MPa 腔 A 成型投影面積 mm 2 一般的注塑注塑機在經過模具噴嘴時候的壓力大概為 60 80MPa 經澆注 系統入型腔時型腔壓力通常為 20 40MPa 這里取 30MPa 12 計算 A 1000 30 1920 1000 57 6 kN 取整 60 kN P腔 得出預選注塑機額定注塑壓力為 60kN 以上 3 4 3 注塑機選擇確定 綜合考慮以上因素 選定注射機為 HTF 80XB 其相關性能符合成型方案要 求 以下相關參數 型號 參數 單位 80 A 80 B 80 C 螺桿直徑 mm 34 36 40 理論注射容量 cm3 111 124 153 注射重量 PS g 101 113 139 注射壓力 Mpa 206 183 149 注射行程 mm 122 螺桿轉速 r min 0 220 料筒加熱功率 KW 5 7 鎖模力 KN 800 拉桿內間距 水平 垂直 mm 365 365 允許最大模具厚度 mm 360 允許最小模具厚度 mm 150 移模行程 mm 310 移模開距 最大 mm 670 液壓頂出行程 mm 100 液壓頂出力 KN 33 液壓頂出桿數量 PC 5 油泵電動機功率 KW 11 油箱容積 l 200 機器尺寸 長 寬 高 m 4 3 1 25 1 8 機器重量 t 3 22 最小模具尺寸 長 寬 mm 240 240 表 HTFHTF 80XB 注塑機參數 13 第四章 注塑模具設計 4 1 模架的選用 4 1 1 模架基本類型 注射模具的分類方式很多 此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分 的典型結構如下 單分型面注射模 雙分型面注射模 帶有活動成型零件的 模 側向分型抽芯注射模 定模帶有推出機構的注射模 自動卸螺紋的注射模 熱流道注射模 4 1 2 模架的選擇 確定模具的基本類型如下 注射模具的分類方式很多 此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分 的典型結構如下 單分型面注射模 雙分型面注射模 帶有活動成型零件的 模 側向分型抽芯注射模 定模帶有推出機構的注射模 自動卸螺紋的注射模 熱流道注射模 模架的選擇如下 根據對塑件的綜合分析 確定該模具是單分型面的模具 由 GB T12556 1 12556 2 1990 塑料注射模中小型模架 可選擇 BI 型的模架 其基本結構如 下 14 CI 型模架圖 CI 型模具定模采用一塊模板 動模采用動模板 又叫兩板模 大水口模架 適合潛伏式澆口 側入式澆口 采用斜導柱側抽芯的注射成形模具 由分型面分型面的選擇而選擇模具的導柱導套的安裝方式 經過考慮分析 導柱導套選擇選正裝 根據所選擇的模架的基本型可以選出對應的模板的厚度 以及模具的外輪廓尺寸 把型腔排列成一模二腔可得長為 140mm 寬為 100mm 模架的長 L 140 復位桿的直徑 螺釘的直徑 模板壁厚 250mm 模架的寬 W 100 復位桿的直徑 型腔壁厚 滑塊厚度 250mm 根據制品的尺寸 在計算完模架的長寬以后 還需要考慮其它螺絲導柱等 零件對模架尺寸的影響 在設計中避免干涉 在設計中 如果有斜滑塊側抽芯 機構 還需要考慮側抽芯對模具設計中模架外形尺寸的影響 綜合考慮本設計選用 W L 250 x250 的模架 塑件的高度為 33 3mm 塑件 的大部分部膠位都留在型腔部分 型芯 型腔的厚度是塑件所伸入高度加 20 40mm 15 綜合考慮強度要求 定模板厚度取 70mm 動模板的厚度取 70mm 考慮推 桿的頂出行程要求 支撐板取 80mm 以滿足頂出要求 綜上所述所選擇的模架的型號為 CI 2525 A70 B70 C80 4 1 3 導向與定位機構設計 導向機構的作用 保證模具在進行開合模時 保證公母模之間一定的方向 和位置 導向零件承受一定的側向力 起了導向和定位的作用 導向機構零件 包括導柱和導套等 1 導向結構的總體設計 1 導向零件 主要是導柱和導套 應該盡可能的采用標準模架已設計 好的尺寸 這樣有利于保證質量和減少設計周期 導柱 導套到模 具側壁必須要有足夠的距離 必須滿足模具的強度要求 防止因模 板變形而引起導向機構失效 2 現在根據模具的型號 一套模具正常需要二到四根導柱 由于塑件 通常留于公模 所以為了便于脫模導柱通常安裝在母模 3 導柱 導套導向機構在分型面處應有承屑槽 4 導柱 導套及導向孔的軸線應保證平行 5 合模時 應保證導向零件首先接觸 避免公模先進入模腔 損壞成 型零件 2 導柱的設計 1 有單節(jié)與臺階式之分 16 導柱的長度必須高出公模端面 6 8mm 2 導柱頭部應有倒圓角處理 3 固定方式凸臺形式固定在模板上 4 導柱 導套需要熱處理來增加硬度 剛度 耐磨性 3 導套和導套孔 1 無導套的導套孔 直接開在模板上 現在常規(guī)設計師導套孔直接開 在定模板上 然后在鑲嵌一個有托導套上去 2 導套有有托式 臺階式 凸臺式 3 在導套前端應倒有圓角 r 一般情況下 導柱與導套共同使用 用于保證動模與定模兩大部分內零件的 準確對合和塑料部品的形狀 尺寸精度 并避免模內零件互相碰撞與干涉 起到 合模導向的作用 4 2 成型澆注系統的設計 澆注系統是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道 澆注系 統按照澆口形式可以分為大水口澆注系統和細水口澆注系統 本設計中采用普 通側澆口澆注系統 正確設計澆注系統對獲得優(yōu)質的塑料制品極為重要 澆注系統組成 普通流道澆注系統的組成一般包括以下幾個部分 1 主澆道 2 第一分澆道 3 第二分澆道 4 第三分澆道 5 澆口 6 型腔 7 冷料穴 4 2 1 主流道設計 所選用 HTF 80XB 型注射劑噴嘴有關尺寸如下 噴嘴前段孔徑 d0 3mm 噴嘴圓弧半徑 R0 12mm 為了使凝料能夠順利拔出 主流道的小段直徑 d 應稍大于噴嘴直徑 d d0 0 5 1 3 5mm 17 主流道設計成圓錐形 其錐角 通常為 2 4 主流道角度過大時 容易卷 入空氣而產品氣泡 主流道角度過小時 會使充填過程的壓力損耗率增大 所 以本次設計的主流道傾斜角度為 1 主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大 1 2mm 這里取主流道球面半徑 R16mm 經測量主流道長度 L 取 95mm 4 2 2 分流道的設計 分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動通道 分流道應 能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài) 其作用是改變熔體流向 使其 以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔 分流道的長度應該盡可能短 折彎少 盡量減少流動過程中的熱量損失與壓力損失 節(jié)約塑料的原材料和降低能耗 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻 只有內部的熔體流動狀態(tài)比較 理想 因此分流道表面粗糙度值不要太低 一般取 Ra 為 1 6 m 本設計選擇 矩形截面的分流道 d 5mm 采用流道布局如圖所示 流道布局 4 2 3 澆口的設計 潛入澆口普遍用于中小型塑件的多型腔模具 一般開設在產品側面上 一 般塑料熔體從外側充填模具型腔 其截面形狀多為圓形 側澆口的直徑為 1 2 18 4 2 4 冷料穴的設計 主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現固化的冷料 因為最先流 入的塑料因接觸溫度低的模具而使料溫下降 如果讓這部分溫度下降的塑料流 入型腔會影響制品的質量 為防止這一問題必須在沒塑料流動方向在主流道末 端設置冷料穴以便將這部分冷料存留起來 冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上 其標稱直徑與主流道直徑相同 或略大一些 這里取為 5mm 最終要保證冷料體積小于冷料穴體積 冷料穴的 倒扣形式有多種 這里采用 Z 倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式 它與推 桿配用 開模時倒錐形的冷料穴通過內部的冷料先將主流道凝料拉出定模 最 后在推桿的作用下將冷料和和主流道凝料隨制品一起被頂出動模 如圖 拉料針 4 3 分型面的設計 19 將模具適當地分成兩個或幾個可以分離的主要部分 它們的接觸表面分開 時能夠取出塑件及澆注系統凝料 當成型時又必須接觸封閉 這樣的接觸表面 稱為分型面 它是決定模具結構的重要因素 每個塑件的分型面可能只有一種 選擇 也可能有幾種選擇 合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條 件 選擇分型面時 應從以下幾個方面考慮 1 分型面應選在塑件外形最大輪廓處 2 使塑件在開模后留在動模上 3 分型面的痕跡不影響塑件的外觀 4 澆注系統 特別是澆口能合理的安排 5 使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上 6 使塑件易于脫模 綜合考慮各種因素 并根據本模具制件的外觀特點 采用平面分型面 并 選擇在塑件的最大平面處 開模后塑件留在動模一側 如圖所示 分型面的選擇 20 4 4 成型零部件的設計 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔 構成模具型腔的零部 件稱成型零部件 一般包括型腔 型芯 型環(huán)和鑲塊等 成型零部件直接與塑 料接觸 成型塑件的某些部分 承受著塑料熔體壓力 決定著塑件形狀與精度 因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分 成型零部件在注射成型過程中需要經常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的 沖擊和摩擦作用 長期工作后晚發(fā)生磨損 變形和破裂 因此必須合理設計其 結構形式 準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度 剛度和良好的 表面質量 4 4 1 成型零部件結構 成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求的前提下 從便于加工 裝配 使用 維修等角度加以考慮 型腔是用來成型制品外形輪廓的模具零件 其結構與制品的形狀 尺寸 使用要求 生產批量及模具的加工方法等有關 常用的結構形式有整體式 嵌 入式 鑲拼組合式和瓣合式四種類型 本設計中采用嵌入式型腔及型芯 如圖所示 其特點是結構簡單 牢固可 靠 不容易變形 成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡 還有助于 減少注射模中成型零部件的數量 并縮小整個模具的外形結構尺寸 不過模具 加工起來比較困難 要用到數控加工或電火花加工 針對型芯和型腔的工藝分析如下 形同點 型芯和型腔均需要加工成型區(qū)域 流道 澆口為位置 冷卻水路 固定用 的螺絲孔 不同點 型芯需要加工頂針孔 勾料針孔 型腔則需要加工澆口襯套孔 21 型腔 3D 圖 型芯 3D 圖 22 4 4 2 成型零部件工作尺寸的計算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸 主 要有型腔和型芯的徑向尺寸 型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯和型芯 之間的位置尺寸 以及中心距尺寸等 在模具設計時要根據塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及 精度等級 影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率 模具成型零部件的 制造誤差 模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差 這些影響因素 也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據 由于按平均收縮率 平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一 定的誤差 因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑 經驗決定 這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸 塑件經成型后所獲得的制品從熱模具中取出后 因冷卻及其它原因會引起 尺寸減小或體積縮小 收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一 選定 ABS 材 料的平均收縮率為 0 5 剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為 A B 0 005B 式中 A 模具成型零部件在常溫下的尺寸 B 塑件在常溫下實際尺寸 4 4 3 凹模寬度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換 L S1 30 0 05 30 15 0 70MM 相應的塑件制造公差 LM1 1 S CP LS1 X1 P 1 00 22 1 0 005 30 0 6 0 7 00 21z 2z 1z 2z 2 30 1500 22mm 式中 是塑件的平均收縮率 ABS 的收縮率為 1 2 所以平均收縮率cpS 是系數 一般在 0 5 0 8 之間 此05 264 cp 1x2x 處取 分別是塑件上相應尺寸的公差 下同 是 01x21 21 z 23 塑件上相應尺寸制造公差對于中小型零件取 下同 61z 4 4 4 凹模長度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換 L S1 36 5 0 05 36 681 20MM 相應的塑件制造公差 3 1 2MM LM1 1 SCP LS1 X3 P 1 00 2 1 0 005 36 0 5 1 2 00 2 31z 2z 1z 2z 6 6800 2MM 式中 是系數 一般在 0 5 0 8 之間 此處取 21x 6 5 021 x 4 4 5 凹模高度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換 H S1 33 3 0 05 33 46 0 040MM 相應的塑件制造公差 0 1mm HM1 1 SCP HS1 X1 P 1 1 0 005 33 3 0 7 0 4 00 067 33 4600 067MM1z 2z 1z 2z 式中 是系數 一般在 0 5 0 7 之間 此處取 x 5 7 21 x 4 4 6 凸模寬度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換 L S 27 0 05 27 1300 7MM 相應的塑件制造公差 0 7mm LM 1 SCP LS X P 1 0 005 27 0 6 0 7 0 1170 1z 2z 1z 2z 27 13 1170 MM 式中 是系數 一般在 0 5 0 7 之間 此處取 x 6 0 x 4 4 7 凸模長度的計算 塑件尺寸的轉換 LS 33 5 0 05 33 6601 02MM 相應的塑件制造公差 1 02mm LM 1 SCP LS X P 1 0 005 33 0 65 1 02 0 170 1z 2z 1z 2z 33 66 0 170 MM 式中 是系數 知一般在 0 5 0 7 之間 此處取 x 65 0 x 4 7 8 凸模高度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換 HS 33 3 0 02 33 470O 4MM 相應的塑件制造公差 o 4mm 24 HM 1 SCP H S X P 1 0 005 33 3 0 6 0 4 0 170 1z 2z 1z 2z 33 47 0670 MM 式中 是系數 可知一般在 0 5 0 7 之間 此處取 x 6 0 x 4 4 9 模具強度與剛度校核 普通意義上的模具強度包括模具的強度 剛度 模具的各種成型零部件和 結構零部件均有強度 剛度的要求 足夠的強度才可以保證模具能正常工作 由于模具形式較多 計算也不盡相同且較復雜 實際生產中 采用經驗設 計和強度校核相結合的方法 通過強度校核來調整設計 保證模具能正常工作 模具強度計算較為復雜 一般采用簡化的計算方法 計算時采取保守的做 法 原則是 選取最不利的受力結構形式 選用較大的安全系數 然后再優(yōu)化 模具結構 充分提高模具強度 為保證模具能正常工作 不僅要校核模具的整 體性強度 也要校核模具局部結構的強度 整體性強度主要針對型腔側壁厚度 型腔底板厚度 合模面所能承受的壓 力等幾個方面 實際選用尺寸應大于計算尺寸并取整 校核時應從強度與彎曲 兩個方面分別計算 選取較大的尺寸 4 6 脫模及推出機構 4 6 1 脫模力 脫模力的產生范圍 脫模 塑件在模具中冷卻定型時 由于體積收縮 產生包緊力 不帶通孔殼體類塑件 脫模時要克服大氣壓力 機構本身運動的磨擦阻力 塑件與模具之間的粘附力 初始脫模力 開始脫模進的瞬間防要克服的阻力 相繼脫模力 后面防需的脫模力 比初始脫模力小 防止計算脫模力時 一般計算初始脫模力 25 脫模力的影響因素 a 產品的自身壁厚 型芯長度 垂直于脫模方向塑件的投影面積有關 各項值越大 則脫模力越大 b 塑件收縮率 彈性模量 E 越大 脫模力越大 c 塑件與芯子磨擦力俞大 則脫模阻力俞大 d 排除其他客觀因素的影響 原則上是塑料產品的脫模斜度越大 產品 越容易出模 4 6 2 脫模機構的設計 塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程 使塑 件從成型零部件上脫出的機構稱為脫模機構 主要由推出零件 推出零件固定 板和頂針 推出機構的導向和復位部件等組成 脫模機構的選擇如下 脫模機構按其推出動作的動力來源分為手動推出機構 機動推出機構 液 壓和氣動推出機構 根據推出零件的類別還可分為推桿推出機構 套管推出機 構 頂針推出機構 推塊推出機構 利用成型零部件推出和斜滑桿側抽芯機構 等 脫模機構的選用原則 1 使塑件脫模時不發(fā)生變形 略有彈性變形在一般情況下是允許的 但不能形成永久變形 2 推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排 3 推桿的受力不可太大 以免造成塑件的被推局部產生隙裂 4 推桿的強度及剛性應足夠 在推出動作時不產生彈性變形 5 推桿位置痕跡須不影響塑件外觀 本設計中采用頂針推出機構使塑料制件順利脫模 4 6 3 頂針推出機構設計 本設計中采用臺肩形式的圓形截面推桿和頂針機構 設計時頂針與回針鎖 定 回針運動時帶動頂針運動 回針端平面不應有軸向竄動 定模板與頂針孔 26 配合一般為 其配合間隙不大于所用溢料間隙 以免產生飛9 8 fHf或 邊 ABS 塑料的溢料間隙為 m06 4 脫模力的計算如下 脫模力是從動模一側的主型芯上脫出塑件所需施加的外力 需克服塑件對 型芯包緊力 真空吸力 粘附力和脫模機構本身的運動阻力 本設計主要計算 由型芯包緊力形成的脫模阻力 當開始脫模時 模具所受的阻力最大 推桿剛度及強度應按此時計算 亦 即無視脫模斜度 a 0 由于制品是薄壁矩形件 Q 8t E S l f 1 m 1 f kN 式中 Q 脫模最大阻力 kN t 塑件的平均壁厚 cm E 塑料的彈性模量 N 2cm S 塑料毛坯成型收縮率 mm mm l 包容凸模長度 cm f 塑料與鋼之間的摩擦系數 m 泊松比 一般取0 38 0 49 查表得 S 0 005 E 1 8 10 5N cm 2 已知 t 0 12cm l 4 5cm f 0 28 27 Q 8 0 12 1 8 105 0 005 4 0 0 28 1 0 43 1 0 28 1 32kN 660 51240 837145 02FffPAN 正阻 摩擦阻力 N 阻 摩擦系數 一般取0 15 1 0 本設計取0 5f 因塑件收縮對型芯產生的正壓力 N F正 塑件對型芯產生的單位正壓力 一般取8 12MPa 本設計取10MPaP 塑件包緊型芯的側面積 2 A 28 29 推桿 頂針推出機構 4 7 冷卻系統的設計與計算 注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動 固化成型 生產效率以及制品的 形狀和尺寸精度都有影響 對于任一個塑料制品 模具溫度波動過大都是不利 的 過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形 若延長冷卻時間又會使生產率下 降 過低的模溫會降低塑料的流動性 使其難于充模 增加制品的內應力和明 顯的熔接痕等缺陷 由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同 對模具溫度的 要求也不相同 一般注射到模具內的塑料粉體的溫度為 左右 熔體固化C 20 30 成為塑件后 從 左右的模具中脫模 溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻C 60 水 將熱量帶走 對于要求較低模溫 一般小于 的塑料 僅需要設置冷C 80 系統即可 因為可以通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度 4 7 1 冷卻水道設計的要點 a 冷卻水孔的數量越多 對塑件冷卻也就越均勻 b 冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同的距離 即將孔的排列與型腔的 形狀一致 c 塑件局部壁厚處 應加設冷卻裝置 當設計冷卻孔直徑為 D 時 它的 孔距最好為 5D 孔與型腔的距離為 3D d 當大型塑件或薄壁零件成型時 料流較長 而料溫越流越低 可以適 當地改變冷卻水道的排列密度 e 冷卻水道要避免接近塑料的熔接痕部分 以免熔接不牢 降低強度 f 冷卻水道不應穿過接縫部分 以防漏水 g 冷卻水道內不應有存水或產生回流的部分 h 澆口部分由于經常接觸注塑機噴嘴 是模具上最熱的部分 應加強冷 卻 有時應考慮進料嘴單獨冷卻 i 進出水水嘴接頭 應設在不影響操作的方向 盡可能設在模具的同一 側 通常在注塑機操作的對面 j 如果型芯太長 冷卻水道無法開設 則可以選用熱導系數較大的材料 在型芯下部采用噴水法進行冷卻 4 7 2 冷卻水道在定模和動模中的位置 冷卻水道的位置取決于制品的形狀和定 動模板的厚度 必須將冷卻水路 設計在產品膠位較大的地方 即型芯和型腔熱量較大 較多區(qū)域 冷卻水道最 好采用環(huán)繞式的冷卻水路 可以均勻的冷卻塑件 保證冷卻水路的均勻分布 不少小型模具的型腔時直接在模板上加工而成的 也可以采用拼鑲結構 但是 由于模具尺寸較小 所以型腔與型芯的鑲件尺寸更小 本設計中型芯型腔各一組冷卻水回路 此方式冷卻快速 塑件冷卻均勻 31 確保尺寸變形一致 冷卻水路排布如圖所示 模具冷卻水路圖 4 7 3 冷卻水道的計算 冷卻計算 單位時間內進入模具應除去的總熱量 Q 可以用參考文獻中的 公式計算 5 Q W1 a 式中 W 1 單位時間內進入模具的塑料的重量 g a 克塑料的熱容量 J g 經計算 Q 61 8265 1 1 1 6 130 5525 74J 則帶走上述熱量 所需的冷卻水量按下式計算 134 WaKT 式中 W 通過模具冷卻水的重量 g h T3 出水溫度 T4 入水溫度 K 熱傳導系數 32 經計算 W 378 997 g h 由下式可以計算出冷卻水道的直徑 WdL 式中 冷卻液容重 kg cm3 0 001 kg cm L 冷卻水道長度 cm L 17 4cm d 冷卻水道直徑 cm 經計算 d 7 128 cm 取 8mm 4 8 排氣結構設計 在塑料熔體充模過程中 模腔內除了原有的空氣外 還有塑料含有的水分 在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣 塑料局部過熱分解產生的低分子揮發(fā)性氣體 塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體 常用的排氣方式有利用配合 間隙排氣 在分型面上開設排氣槽排氣 利用推桿運動間隙排氣等 由于本次設計中模具尺寸不大 本設計中采用間隙排氣的方式 而不另設 排氣槽 利用間隙排氣 以不產生溢料為宜 4 9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 1 模具長寬尺寸 模具長寬尺度必須小于注塑機拉桿間距 本設計選用機臺拉桿間距為 365 365 模具長寬為 270 x350 經核算機臺選用合適 2 模具厚度 閉合高度 模具閉合高度必須滿足以下公式 maxminH 式中 注射機允許的最大模厚i 注射機允許的最小模厚max 33 本設計中模具厚度為 355mm 240 H 650 符合要求 3 開模行程 S 模具開模后為了便于取出制件 要求有足夠的開模距離 所謂開模行程是 指模具開合過程中動模固定板的移動距離 注塑機的開模行程是有限的 設計模具必須校核所選注射機的開模行程 以便與模具的開模距離相適應 對于臥式注射機 其開模行程與模具厚度有關 對于單分型面注射模應有 Smax S H1 H2 H3 C 式中 H1 模具厚度 H2 頂出行程 H3 包括澆注系統凝料在內的塑件高度 C 安全距離 本設計中 670 270 mm 35mm H3 90mm C 取 30mmmaxS12 總的開模距離需要 S 425mm 以上 經計算 符合要求 4 10 側向抽芯機構類型選擇 一般指的模具的行位機構 即凡是能夠獲得側向抽芯或側向分型以及復位 動作來拖出產品倒扣 低陷等位置的機構 下圖列出模具的常用行位結構 34 1 從作用位置分為下模行位 上模行位 斜行位 斜頂 從動力來分 為機動側向行位機構和液壓 氣壓 側向行位機構 本次選 擇是比較特殊的前模斜頂抽芯 前模斜頂 是利用成型的開模動作用 使斜撐梢與產品倒扣產生相對運動 趨勢 使斜頂沿開模方向及水平方向的兩種運動形式 使之脫離倒勾 2 抽心距 S H 3 5 其中 S 為抽芯機構需要行走的總距離 H 為通過測量出來的產品抽芯距離 可以通過 3D 或 2D 進行實際測量 20 為產品抽芯后的安全距離 本設計中 抽芯距離小 抽芯 2 5mm 即可 3 抽芯力 將塑料制品從包緊的側型芯上脫出時所需克服的阻力稱為抽芯力 抽芯力 F PA f cos sin p 塑料制品收縮對型芯單位面積的正壓力 通常取 8 12Mpa A 塑料制品包緊型芯的側面積 f 磨擦系數 取 0 1 0 2 脫模斜度 一般就是幾度而已 F 單位為 N 35 F 10 x300 x0 1x1 300N 抽芯機構如圖所示 左右哈弗滑塊抽芯機構 圖中 36 2 3 防止合模產生干涉以及開模減少磨擦 15 為斜撐銷傾斜角度 本設計中采用 8 L 1 5D L 為配合長度 S T 0 0 5mm S 為滑塊需要水平運動距離 T 為成品倒勾 2 07 0 5 20MM 產品的底部跟隨后模一起運動 所以不計算在倒扣距離之內 S L1xsina cos 為斜撐梢與滑塊間的間隙 一般為 0 5MM L1 為斜撐梢在滑塊內的垂直距離 37 結語 本次模具設計課題 通過對塑件的工藝分析 確定模具的總體設計 并進 行各個子系統的設計 所設計的模具能滿足其工作狀態(tài)的質量要求 使用時安 全可靠 易于維修 在注塑成型時有較短的成型周期 成型后有較長的使用壽 命 具有合理的模具制造工藝性 通過以上工作 我對一套模具從設計到加工的全過程有了清醒而直觀的認 識 了解了注塑模的工作原理 對模具中型腔等主要零件的設計及精度的確定 具備了一定的經驗知識 能夠對模具設計中常出現的問題提出了合理的解決方 法 能夠正確地選取注塑機 確定模架的結構及尺寸 確定型腔數 選擇分型 面 設計澆注系統 抽芯機構等 由于知識及實踐經驗的缺乏 在設計過程中 零件加工精度的確定尚存在許多不足之處 在以后的工作 學習中還有待改進 38 致謝 在為期三個月的畢業(yè)設計過程中 我深深地感覺到基礎知識的重要 通過 這次設計我又重新溫故 受益非淺 在設計中對 Auto CAD UG 等繪圖軟件的 應用更加熟悉 但是對于某些方面還是運用不夠靈活 在模具設計中 參照模 具設計手冊 設計出了較為合理的模具 但在一些細節(jié)問題的處理上仍欠缺考 慮 掌握了簡單零件的分型 對于比較復雜的平面的模具設計仍需要繼續(xù)學習 整個畢業(yè)設計過程中 我學到了很多東西 對待設計的嚴謹 工作態(tài)度的嚴肅 認真 設計中承蒙老師的悉心指導和幫助 在畢業(yè)設計過程中提供了很多寶貴的 資料 設計和方向 設計思路 以及模具結構原理方面的知識 在此向他表示 衷心的感謝 因本人工程實踐經驗與理論水平有限 時間較短 設計過程中難 免存在錯誤 懇請廣大老師不吝批評指正 39 附圖 2D 3D 裝配圖 40 參考文獻 1 曹宏深 趙仲治主編 塑料成型工藝及模具設計 北京機械工業(yè)出版社 1993 2 黃虹主編 塑料成型加工與模具 化學工業(yè)出版社 2003 年 3 月第一版 3 黃銳主編 塑料工程手冊 下冊 第四章節(jié) 機械工業(yè)出版社 4 宋卓頤 史勤芳 房雙寬 趙永仙編著 塑料原料與助劑 科學技術文獻出版社 2003 年 9 月第 1 版 5 黃銳主編 塑料成型工藝學 第二版 中國輕工業(yè)出版社 1997 年 5 月第 2 版 6 塑料模設計手冊 軟件版 機械工業(yè)出版社 7 王文廣 田寶善 田雁晨 主編 塑料注射模具設計技巧與實例 化學工業(yè)出版社 2004 年 1 月第 1 版 8 田春年主編 塑料注射成型模具結構設計圖冊 北京 輕工業(yè)出版社 1998 8 Donggang Yao Scaling Issues in Miniaturizaton of Injection Molded Parts Journal of Manufacturing Science and Engineering November 2004 Vol 126 733 9 The Thickness Profile of Ultra High Molecular Weight Polythene Films During Sequential Biaxial Drawing Polymer Engineering and Science January 2003 Vol 43 No