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1 湖 南 工 學 院 機械工程系 2006 屆 畢 業(yè) 設 計 說 書 明 設計題目 注射器針頭套 機械設計 專業(yè) 03 級 03 班級 姓名 曹慧民 指導老師 張蓉 職稱 教 授 2 目 錄 引言 1 設計指導書 2 設計說明書 4 一 畢業(yè)設計課題 4 二 塑件及材料分析 5 三 擬定的成型工藝 6 四 型腔數目確定 7 五 型腔布局 7 六 分型面與排氣系統設計 8 七 澆注系統設計 9 八 成型零件設計 11 九 導向與定位機構設計 15 十 脫模機構設計 16 十一 模溫調節(jié)與冷卻系統設計 18 十二 模體設計 20 十三 注射模與注射機的關系 21 十四 模具裝配草圖及工作原理 23 十五 設計小結 23 十六 參考資料 24 3 引 言 本說明書為我機械系 2006 屆模具專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)設計說明書 意在對我專業(yè)的學生在 大學期間所學專業(yè)知識的綜合考察 評估 要在有限的時間內單獨完成設計 也是在走上 工作崗位前的一次考察 本設計說明書是本人完全根據 塑料模具技術手冊 的要求形式及相關的工藝編寫的 說明書的內容包括 畢業(yè)設計要求 設計課題 設計過程 設計體會及參考文獻等 編寫說明書時 力求符合設計步驟 詳細說明了塑料注射模具設計的方法 以及各種參 數的具體計算方法 如塑件的成型工藝 型腔及型芯的計算 塑料脫模機構的設計 調溫 系統的設計等 在編寫設計說明書前 得到張老師的悉心指導 在編寫過程中 又得到同學的熱情幫助 和指點 在此謹以致意 由于本人水平有限 編寫過程中錯誤難免會有的 敬請老師批評指正 謝謝 設計者 2006 年 4 月 20 日 4 設計指導書 1 設計前應明確的事項 1 明確制品的幾何形狀及使用要求 對于形狀復雜的制品 有時除看懂其圖樣外 還需參考產品模型或樣品 考慮塑料的種類及制品的成型收縮率 透明度 尺 寸公差 表面粗糙度 允許變形范圍等范圍 即充分了解制品的使用要求 因 為這不僅是模具設計的主要依據 而且還是減少模具設計者與產品設計者已意 見分歧的手段 2 估算制品的體積和重量及確定成型總體方案 計算制品重量的目的在于選擇設 備和確定成型總體方案 成型總體方案包括確定模具的機構形式 型腔數目 制品成型的自動化程度 采用流道的形式 冷流道或熱流道 制品的側向型孔 是同時成型還是后序加工 側凹的脫模方式等 3 明確注射成型機的型號和規(guī)則 只有確定采用什么型號和規(guī)則的注射成型機 在模具設計時才能對模具上與注射機有關的結構和尺寸的數據進行校核 4 檢查制品的工藝性 對制品進行成型前的工藝性檢查 以確認制品的各個細小 部分是否均符合注射成型的工藝性條件 2 基本程序 模具及其操作必須滿足各種要求 其模具設計的最佳方法是綜合考慮 系統制定設 計方案 模具設計流程圖表示了各條件間的相互關系 以及必須滿足主功能的邊界條件 和附加條件的關系 3 注射模設計審核要點 1 基本結構審核 1 模具的結構和基本參數是否與注射機規(guī)格匹配 2 模具是否具有合模道向機構 機構設計是否合理 3 分型面選擇是否合理 有無產生飛邊的可能 制品能否滯留在設有推出脫模機 構的動模 或定模 一側 4 模腔的布置與澆注系統設計是否合理 澆口是否與塑料原料相適應 澆口位置 是否恰當 澆口與流道的幾何形狀及尺寸是否合適 流動比數值是否合理 5 成型零部件結構設計是否合理 5 6 推出脫模機構與側向分型或抽芯機構是否合理 安全和可靠 它們之間或它們 與其它模具零部件之間有無干涉或碰撞的可能 脫模板 推板 是否會與凸模 咬合 7 是否需要排氣結構 如果需要 其設置情況是否合理 8 是否需要溫度調節(jié)系統 如果需要 其熱源和冷卻方式是否合理 溫控元件隨 是否足夠 精度等級如何 壽命長短如何 加熱和冷卻介質的循環(huán)回路是否合 理 9 支承零部件結構設計是否合理 10 外形尺寸能否保證安裝 緊固方式選擇是否合理可靠 安裝用的螺栓孔是否 與注射動 定模固定板上的螺孔位置一致 壓板槽附近的固定板上是否有緊固 用的螺孔 2 設計圖樣審核要點 1 裝配圖 零部件的裝配關系是否明確 配合代號標注得是否恰當合理 零件標 注是否齊全 與明細表中的序號是否對應 有關的必要說明是否具有明確的標 記 整個模具的標準化程度如何 2 零件圖 零件號 名稱 加工數量是否有確切的標注 尺寸公差和形位公差標 注是否合理齊合 成型零件容易磨損是部位是否預留了修磨量 哪些零件具有 超高精度要求 這種要求是否合理 各個零件的材料選擇是否恰當 熱處理要 求和表面粗糙度要求是否合理 3 制圖方法 制圖方法是否正確 是否合乎有關規(guī)范標準 包括工廠企業(yè)的規(guī)范 標準 圖面表達的幾何圖形與技術內容是否容易理解 3 模具設計質量審核要點 1 設計模具時 是否正確地考慮了塑料原材料的工藝特性 成型性能 以及注射 機類型可對成型質量產生的影響 對成型過程中可能產生的缺陷是否在模具設 計時采取了相應的預防措施 2 是否考慮了制品對模具導向精度的要求 導向結果設計得是否合理 3 成型零部件的工作尺寸計算是否合理 能否保證制品的精度 其本身是否具有 足夠的強度和剛度 4 支撐部件能否保證模具具有足夠的整體強度和剛度 5 設計模具時是否考慮了試模和修模要求 6 4 裝拆及搬運條件審核要點有無便于裝拆時用的橇槽 裝拆孔和牽引螺釘 對其是 否作出了標記 有無供搬運用的吊環(huán)或起重螺栓孔 對其是否也作出了標記 定 貨 明 細 表總 指 標 定 貨 批 量 費 用 交 貨 期塑 料 制 品 幾 何 形 狀 材 料 表 面 質 量強 度 及 其 他 性 能機 床 參 數型 腔 數 目型 腔 布 局 分 型 面 數 目型 腔 尺 寸 粗 造 度直 澆 口 及 流 道澆 口冷 卻 系 統機 械 設 計 結 構型 腔 精 確 尺 寸推 出 系 統導 向 定 位 系 統排 氣 系 統 裝 配模 具 設 計 流 程 圖 7 設計說明書 一 設計課題 注射器針筒套注塑模 一 簡介 醫(yī)療注射器針筒套體積小 比較細長 該塑件外表面容易出現縮水 頂白 浪 痕 飛邊等缺陷 見圖 1 的注塑模 材料用 PP 二 特點 1 注塑件平整 美觀 光潔度 以上 沒有推桿痕跡 7 2 注塑件尺寸穩(wěn)定 全部尺寸達到圖紙規(guī)定要求 3 注塑件的關鍵零件一型板采用坐標鏜床直接一次鏜成 減少加工誤差 提高 模具精度 8 4 注塑模具壽命高 下模板鑲有淬火凹模套 型芯淬火 型板 推板 調質后 加工 5 如果試模不合格 僅僅更換型芯 型板和型芯固定板 又可投入試模 縮短 了制模周期 二 塑件及材料分析 1 塑件形狀分析 從上圖可看出 塑件小 內腔有兩個角度 兩個環(huán)形槽 外腔有四個角度 另 加六個加強肋板 塑件小而長為了便于加工凹模可將設計成組合式凹模 設置成三 塊凹模板 而凸模由于是一模八腔 可設計整體嵌入凸模固定板 2 材料分析 該塑件的材料為 PP 它的性質如下 聚丙炳化學性能較好 耐寒性差 光 氧作用下易分解 機械性能比聚 烯 好 成型時收縮大 成型性能好 易變形翹曲 尺寸穩(wěn)定性好 柔軟性好 有 鉸鏈 特性 聚丙炳相對密度在 0 90 1 05 之間 該塑件相對密度為 1 016 玻纖增 強 收縮率 0 4 0 8 之間 熔點 170 178 C 抗拉強度 78 90MPa 抗彎強度o 132MPa 因有 鉸鏈 特性澆口位置設計 防縮孔 變形 收縮率為 1 3 1 7 使 用溫度 成型收縮范圍大易發(fā)生縮孔凹痕及變形熱容量大注射成型 c2 1 模具必須設計充分進行冷卻的冷卻回路適宜模溫為 80 C0 左右不可低于 50 C0 否 則會造成成型塑件表面光澤差或產生熔接痕等缺陷溫度過高會產生翹曲現象 聚丙炳主要用與板 片 透明薄膜 繩 絕緣零件 汽車零件 閥門配件 日用品等 3 塑件體積及質量計算 根據塑件 可粗略算出體積及質量 9 圖 2 如圖 2 所示 可把塑件分成 13 部分來計算 具體計算如下 V 圓臺 1 3 R H r h h V 圓柱 r h V1 1 3 9 7 2 x 1 7 41 85 V2 1 3 9 3 2 x 18 6 420 95 V3 1 3 8 2 x 25 6 428 71 V4 1 3 7 11 2 x 2 79 36 9 V5 1 3 6 81 2 x 27 51 333 84 V6 1 3 2 2 x 2 2 09 V7 6 x 1 2 x 0 58 x 17 18 x 0 8 23 91 V8 1 3 5 7 2 x 28 16 239 4 V9 1 3 5 85 2 x 1 39 12 45 V10 1 3 7 5 2 x 47 2 694 73 V11 1 3 7 86 2 7 36 2 2 99 V12 1 3 7 95 2 7 45 2 3 05 V13 1 3 8 2 2 x 1 52 78 V 塑件 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V10 V11 V12 V13 0 9416cm 10 V 總 V 塑件 x 8 8 x 0 9416 7 5328cm m 塑件 x v 1 016 x 0 9416 x 10 0 9566g3 m 總 x v x 8 1 016 x 0 9566 x 10 x 8 7 6533g 三 擬定的成型工藝 1 制品的成型方法 熱塑性塑料指定采用注射成型 本設計選用熱塑性塑料 PP 可用注射成型 2 制品的成型參數 根據制品結構特點及選定的原料 PP 可擬定如下工藝參數 塑料模設計手冊 塑料名稱 PP 密度 g cm 1 04 1 05 計算收縮率 0 4 0 8 預熱溫度 80 85 預熱時間 h 2 3 料筒溫度 前段 190 200 中段 210 220 后段 160 170 噴嘴溫度 180 190 模具溫度 70 90 注射壓力 MPa 90 130 保壓力 MPa 40 50 成型時間 s 注射時間 2 5 保壓時間 15 40 冷卻時間 15 40 總周期 40 140 螺桿轉速 r min 30 60 適應注射機類型 螺桿 后處理溫度 70 后處理時間 h 2 4 11 四 型腔數目 型腔數目的確定主要參考以下幾點 來確定 1 塑件制品的批量和交貨期 以及塑料制件的成本 因為是畢業(yè)設計 因此這點可 不予考慮 2 所選用注射機的技術規(guī)則 因為上面只進行了結構及工藝成型的分析 還沒確定 注射機 也可暫時不予考慮 3 質量控制要求 塑件小要求成批量生產 因此可設成一模八腔 以保證生產數量 根據以上綜合考慮 實際采用一模八腔注射成型 同時根據塑件體積 v 7 5328 cm 初步確定注射機為 SZ 60 40 注射機各參數如下 項目 SZ 60 40 結構形式 臥式 理論注射容量 cm 60 螺桿直徑 mm 30 注射壓力 MPa 180 注射速率 g s 70 塑化能力 Kg h 35 螺桿轉速 r min 0 200 鎖模力 KN 400 拉桿內間距 mm 220 x300 移模行程 mm 250 最大模具厚度 mm 250 最小模具厚度 mm 15 鎖模形式 模具定位孔直徑 mm 80 噴嘴球半徑 mm SR10 噴嘴口孔徑 mm 12 五 型腔布局 模具型腔為一模八腔 其結構基本上呈圓兩排分布 六 分型面與排氣系統設計 1 分型面選擇 選擇分型面即是決定型腔空間在模內應占有的位置 選擇時應遵行如下原則 1 復合塑件脫模 為使塑件能從模內取去 分型面的位置應設在塑件斷面尺寸 大的部位 2 分型面的數目及形狀 通常只采用一個與注射機開模運動方向相垂直的方向 特殊情況下采用一個以上的分型面或其他形狀的分型面 確定分型面形狀時 應以模具制造及脫模方便的原則 3 型腔方位的確定 在決定型腔在模具內的方位時 分型面的選擇應盡量防止 孔或側凹 以免采用較復雜的模具結構 4 確保塑件質量 分型面應不要選擇在塑件光滑的外表面 避免影響外觀質量 將塑件要求同軸度的部分放到分型面的同一側 以確保塑件的同軸度 要考慮 脫模斜度造成塑件大 小端的尺寸差異要求等 5 有利于塑件脫模 由于模具脫模機構通常只設在動模一側 故選擇分型面時 應盡可能使開模后塑件留在動模一側 這對于自動化生產使用的模具尤其顯得 重要 6 考慮側向軸拔距 一般機械式抽芯機構的側向拔距都較小 因此選擇分型面 時應將抽芯或做為側向分型或抽芯 并注意將側抽芯放在動模邊 避免定模抽 芯 分型距離長的方向置于動 定模的開合模方向上 而將短抽拔距 7 鎖緊模具的要求 側向合模鎖緊力較小 故對于投影面積較大的大型塑件 應將投影面積大的方向放在動 定模的合模方向上 而將投影面積小的方向作 為側向分型面 8 有利于排氣 當分型面作為主要排氣渠道時 應將分型面設在塑料熔體的末 端 以利于排氣 9 模具零件易于加工 選擇分型面時 應使模具分割成便于加工的零件 以減 13 小機械加工的困難 根據以上分型面選擇原則及塑件本身的特點 確定為單分型面 如圖 3 25702510 25 圖 3 2 排氣系統設計 如果排氣不良就會在塑件上形成氣泡 銀紋 云霧 接縫 使表面輪廓不清 甚至 充模不滿 嚴重時在塑件表面產生焦痕 同時可降低充模速度 影響成型周期 有可 能形成斷續(xù)注射 降低生產效率 因此應確定一個合理的排氣方式排氣 根據排氣方式 以及模具分型面 塑件帶鑲件的特點 可利用分型面排氣 拼鑲件縫 隙 排氣和推桿間隙排氣 七 澆注系統的設計 澆注系統對注射成型周期和塑件質量 如外觀 物理性能 尺寸精度等 都有直接影 響 設計時須遵循如下原則 1 結合型腔布局考慮 應注意以下三點 1 盡可能采用平衡式布置 以便設置平衡式分流道 2 型腔布置和澆口開設部位力求對稱 防止模具承受偏載而產生溢料現象 3 型腔排列要盡量可能緊湊 以減少模具外形尺寸 2 熱量及壓力損失要小 為此澆注系統流程應盡量短 斷面尺寸盡可能大 盡量減 少彎折 表面粗糙度要低 3 確保均衡進料 盡可能使塑料熔體在同一時間內進入各個型腔的深處及角落 即 分流道盡可能采用平衡式布置 4 塑料耗量要少 在滿足各型腔充滿的前提下 澆注系統容積盡量要小 以減少塑 14 料的耗量 5 消除冷料 澆注系統應能捕集溫度較低的 冷料 防止其進入型腔 影響塑件的 質量 6 排氣良好 澆注系統應能順利地引導塑料熔體充滿型腔各個角落 使型腔的氣體 能順利排出 7 防止塑件出現缺陷 避免熔體出現充填不足或塑件出現氣孔 縮孔 殘余應力 翹曲變形或尺寸偏差過大以及塑料流將嵌件沖壓位移或變形等各種成型不良現象 8 塑件外觀質量 根據塑件大小 形狀及技術要求 做到去除修整澆口方便 澆口 痕跡無損塑件的美觀和使用 9 生產效率 盡可能使塑件不進行或少進行后加工 成形周期短 效率高 10 塑料熔體流體特性 大多數熱塑性塑料熔體的假塑性行為 以充分利用 一 主流道的設計 主流道位于模具中心塑料熔體人口處 立將注射機噴嘴注出的塑料熔體導入型腔 形狀為圓錐形 位于塑料熔體按序順利地向前流動 開模時主流道的尺寸直接影響到塑 料熔體的流動速度和沖模時間 甚至塑件的內在質量 材料為熱塑性塑料 模具又是一 模八腔 并采用側澆口注射 主流道可設計成如圖 4 所示的整體式 澆口套與定模板之 間采用過渡配合 H7 r6 澆口套上做成凸臺 可承受噴嘴對澆口套的壓力 澆口套下 端做成半圓 防止因主流道尺寸大塑件流量大而點澆口尺寸小 而出現漲溢現象 也可 做冷料穴使用 根據 常用塑料直澆口尺寸 表 選主流道始端尺寸 d 2 5mm 大端尺寸 D 5mm 澆口套始端半徑 R 注射機噴嘴半徑 0 5 1 10 0 5 1 11mm 半錐 角 a 2 其長度尺寸取 L 30mm 其余尺寸見圖 主流道內壁粗造度 Ra 0 8 拋光時要 沿軸向進行 根據主流道尺寸 可求出主流道體積 V 主 1 3 L R Rr r 343 44mm 0 34cm 15 圖 4 二 分流道設計 因為采用了潛伏式澆口注射 分流道只有一條 分流道形狀可做成圓形 容易加工 表面粗造度要求達到 Ra0 8 為佳 分流道與澆口的連接部分加工成斜面 并用圓弧過渡 分流道的長度略等于型芯高度 取型芯高度 H 40mm L 39mm 3016 圖 6 其直徑尺寸可按下列經驗公式確定 D 0 2654 W L D 分流道的直徑 W 塑件的質量 L 分流道的長度 把 W 14 1mm 和 L 39mm 帶入上式得 D 0 2654X14 1 X39 3 5mm 16 分流道直徑 D 3 5mm 符合 此式計算分流道直徑限于 3 2 9 5mm 條件 三 澆口設計 澆口是連接分流道與型腔之間的一段細短流道 其形狀 位置 尺寸對塑件質量影 響很大 根據澆口的形式及特點 選用限制性澆口 其特點是 截面尺寸為圓形 位置 限制小 去除澆口后殘留痕跡小 不影響塑件外觀 開模時可自動拉斷 有利于自動操 作 而點澆口處塑件結構厚度比其他位置的大 這就彌補了澆口附近補料造成的應力小 對薄壁塑件因剪切速率過高 分子高度定向而造成局部應力 甚至開列 澆口截面積通常為分流道截面積的 0 03 0 09 S 澆 S 分 0 03 0 09 x3 x0 09 d 澆 d 澆 6 x0 03 0 18mm 澆口長度約為 0 5 2mm 左右 取 L 1mm 其余具體尺寸見圖 6 5 124 0 圖 6 八 成型零件設計 由于成型零件直接與高溫高壓的塑料熔體接觸 必須具有足夠的強度 剛度 以承 受塑料熔體的高度 足夠的硬度和耐磨性 以承受料流的摩擦和磨損 通常進行熱處理 使其硬度達到 HRC40 以上 材料的拋光性能好 表面應該光滑美觀 表面粗造度應在 Ra0 4 以下 切削加工性能好 熱處理變形小 可淬性良好 成型部位應須有足夠的尺 寸精度 凹模設計 見圖 7 17 中徑 HMD21M2DMM3HMM 查表 1 得塑件收縮率為 0 4 0 8 0 2 z 1 3 1 3 X 0 2mm 067 067 01 52 1 24 3 06 1 2 4 3 xsDzm 0 02 8zs 67 67 03 8 xzsm 0 0 4 324306171 Dzs 67 067 005 89 xzsm 6 3893zs 067 067 07 24 3 06 1 7 4 1 xD zsm 0 01 8912Hzs 67 67 02 542 5 3 xzsm 0 0 3 3236179 zs 67 067 004 0 2 1 xHzsm 5 198 zs 067 067 06 4 23 6 1 3 xzsm 圖 7 18 型芯設計如圖 M 根據塑件小孔尺寸 確定型芯尺寸 收縮率取 s 0 006 精度等級系數取 x 3 4 0 06 z 3 0 02 3 帶入上式得 dm ls 1 s x 0 z 067 067 1 8452 24 3 6 1 7 4 3 xsdzm 0 0 02 90825zs 19 067 067 03 158 24 3 06 1 97 5 4 1 xsdzm 0 0 04 2zs 67 67 5 3 3 8 xzsm 0 0 01 1223061792 hzs 067 067 2 58 42 xzsm 03 43 zs 067 067 4 19 23 06 1 1 xhzsm 0 0 05 52zs 五 凹模套壁厚計算 在注射過程中 凹模套承受塑料熔體的高壓作用 因此模具的凹模套應該有足夠的 強度 凹模套強度不足將發(fā)生塑件變形 甚至破裂 剛度不足將產生過大彈性變形 導致凹模套向外膨脹 并產生溢料間隙 凹模套壁厚計算應以最大型腔為準 大尺寸型腔 剛度不足是主要矛盾 應該按 剛度計算 小尺寸型腔 在發(fā)生大的彈性變形前 其內應力已經超過許用應力 因此 剛度已不是主要矛盾 應按強度計算 S 最小 r 2P 1 2 1 E 模具材料的彈性模量 MPa Gr12 為 2 06x10 5 MPa P 型腔壓力 一般取 25 45MPa 剛度條件 即許用變形量 mm 由表 3 可查 模具材料的許用應力 MPa 一般取 1 8x10 3 2 2x10 3 MPa 表 3 粘度特性 塑料品種 值的許用范圍 mm 高粘度 PC PPO PSF HPVC 0 06 0 08 低粘度 PA PE PP POM 0 025 0 04 中粘度 PS ABS PMMA 0 04 0 05 20 S 34 5 2x10 3 2x10 3 2x35 1 2 1 0 69mm 按剛度計算 查表 3 取 0 045 S r 0 75rp E E 1 25rP 1 2 1 34 5 0 75x34 5x35 0 045x2 06x10 5 0 045x2 06x10 5 1 25x34 5x35 1 2 1 5mm 凹模套最小厚度取 S 5mm 九 導向與定位機構設計 導柱導向機構用于動 定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向 根據模具分型 的特點 選用導柱導向機構 又是小型注射模 不必設錐面定位機構 模具兩次分型 兩 次分型面上都要設置導向機構 即一次分型導向機構 二次分型導向機構 導柱和導套設計時還應注意以下幾點 1 導柱應合理地均布在模具分型面的四周 導柱中心至模具外緣應有足夠的距離 以 保證模具的強度 2 導柱的長度應比型芯 凸模 端面的高度高出 6 8mm 以免型芯進入凹模時與凹 模相碰而損壞 3 導柱和導套應有足夠的耐磨讀和強度 常采用 20 低碳鋼經滲碳 0 5 0 8mm 淬 火 48 55HRC 也可采用 T8A 碳素工具鋼 經淬火處理 4 為了使導柱能順利地進入導套 導柱端部應做成錐形或半球形 導套的前端也應倒 角 5 導柱設在動模一側可以保護型芯不受損傷 而設在定模一側則便于順利脫模取出塑 件 因此可根據需要而決定裝配方式 6 一般導柱滑動部分的配合形式按 H8 f8 導柱和導套固定部分配合按 H7 k6 導套 外徑的配合按 H7 k6 7 除了動模 定模之間設導柱 導套外 一般還在動模座板與推板之間設置導柱和導 套 以保證推出機構的正常運動 8 導柱的直徑應根據模具大小而定 可參考標準模架數據選取 一次分型導向機構設計 導柱固定在固定模板上 與固定模板為 H7 m6 的過渡配合 導柱直徑參考標準 去 D 16mm 導柱頭部做成半圓形 21 導柱長度與主流導長度點澆口長度以及塑件長度等有關 Lg L 主 2xL 澆 L 塑 6 8 70 120 4 12 6 8 200 4mm 圖 10 其余具體尺寸見圖 10 所示 二次分型導向機構設計 導柱固定于下模板上 與其下模板為 H7 m6 的過渡配合 導套固定于上模板 且 為 H7 m 過谷渡配合導柱直徑可參考標準 取 D 16mm 導柱頭頭部做成錐形 導柱長度略小于導套長度 取 L 34mm 其具體尺寸見圖 11 所示 十 脫模機構設計 注射成型每一循環(huán)中 塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯上脫出 完成模具 脫模 脫模機構設計應遵循下述原則 2 塑件滯留于動模邊 以便借助于開模力驅動脫模裝置 完成脫模動作 致使模具結構簡單 3 防止塑件結構變形或損壞 正確分析塑件對模腔的粘附力的大小及所部 位 有針對性的選擇合適的脫模裝置 使推出重心與脫模阻力中心相重 合 由于塑件收縮時包緊型芯 因此推出力作用點應盡量靠近型芯 同時推 22 出力應施于塑件剛性和強度最大部位 作用面積也盡可能大一些 以防 塑件變形或損壞 4 力求良好的塑件外觀 在選擇頂相互位置時 應盡量設在塑件內部或對 塑件影響不大的部位 在采用推桿脫模時 尤其要注意這個問題 5 結構合理可靠 脫模結構應工作可靠 運動靈活 制造方便 更換容易 且有足夠的強度和剛度 依據以上脫模機構設計原則及模具自身特點 如多小型芯 形狀復雜等 采用脫模 板脫模機構 萁缺點是推出面積大 推力均勻 塑件不易變形 表面無推出痕跡 繪聲 繪色簡單具體結構見圖 12 圖 12 脫模力的計算 F 脫 F 正 P1 A F 正 因塑件收縮對型芯產生的正壓力 即包緊力 P 塑件對型芯產生的單位正壓力 包緊力 一般 P 8 12MPa 薄件取小 值 厚件取大值 A 塑件包緊型芯的側面積 mm 對與不通孔的殼體塑件脫模時 還需要克服大氣壓力造成的阻力 F 阻 其值為 F 阻 0 1A 23 A 為型芯端面積 mm 故總的脫模力為 F 總脫 F1 脫 F 阻 17xF2 脫 PA1 0 1A1 17xPA2 10X x5 3x3 0 1x 4 x5 3 17x10 x x1 8x3 3383 99N 3 38KN 十一 模溫調節(jié)與冷卻系統設計 塑料注射模溫調節(jié)能力 不僅影響到塑件質量 而且也決定著生產效率 實際 上模溫設計恰當與否 直接關系到生產成本與經濟效益 模溫對塑件質量的影響 1 改善成形性 每一種塑料都有其濕度的成形模溫 在生產過程中若能始終 維持相適應的模溫則其成形性可得到改善 若模溫過低 會降低塑件熔 體流動性 使塑件輪廓不清 甚至充模不滿 模溫過高 會使塑件脫模 時和脫模后發(fā)生變形 使其形狀和尺寸精度降低 2 成形收縮率 利用模溫調節(jié)系統保持模溫恒定 能有效減少塑料成型收 縮的波動 提高塑件的合格率 采用允許的的模溫 有利于減少塑料的 成形收縮率 從而提高塑件的尺寸精度 并可縮短成形周期 提高生產 率 3 塑件變形 模具型芯與型腔溫差過大 會使塑件收縮不均勻 導致塑件 翹曲變形 尤以壁厚不均和形狀復雜的塑件為甚 需采用合適的冷卻回 路 確保模溫均勻 消除塑件翹曲變形 4 尺寸穩(wěn)定性 對于結晶性塑料 使用高模溫有利于結晶過程的進行 避 免在存放和使用過程中 尺寸發(fā)生變形 對于柔性塑料 如聚烯烴等 采用低模溫有利用塑件尺寸穩(wěn)定 5 力學性能 適當的模溫 可使塑件力學性能大為改善 例如 過低模溫 會使塑件內應力增大 或產生明顯的熔接痕 對于粘性大的剛性塑料 使用高模溫 可使其應力開裂大大的降低 6 外觀質量 適當提高模具溫度能有效地改善塑件的外觀質量 過低模溫 24 會使塑件輪廓不清 產生明顯的銀絲 云紋等缺陷 表面無光澤或粗糙 度增加等 模溫對生產效率的影響 就注射成形過程講 可把模具看成為熱交換器 塑料熔體凝固時釋放出的熱量中約有 5 以輻射 對流的方式散發(fā)到大氣中 其余 95 由模具的冷卻介質 一般是水 帶 走 因此模具的生產效率主要取決于冷卻介質的熱交換效果 據統計 模具的冷卻時 間約占整個注射成形周期的 2 3 至 4 5 因此縮短注射成形周期內的冷卻時間是提高 生產效率的關鍵 故在設計過程中冷卻時間應適當控制 冷卻時間的確定 在注射過程中 塑件的冷卻時間 通常是指塑料熔體從充滿欣腔起的可以開模取 出塑件時止的這一段時間 這一段時間標準常以制品已充分固化定型而且具有一定強 度和剛度為準 這段冷卻時間一般占整個注射生產周期的 80 由以下式可計算 t s a ln 4 Ts Tm TE TM a 塑件熱擴散系數 m s 查表 3 s 制品壁厚 mm t 3 x9 4x10 4 360 x 4 x 230 50 80 50 表 3 塑件名稱 熱擴散系數 a m h 1 ABS 9 6x10 4 PP 2 4x10 4 表 4 塑料名稱 TS TM TE PS 200 500 40 60 60 100 AS 200 260 40 60 60 100 ABS 200 260 40 60 60 100 PP 160 260 40 60 60 110 冷卻系統的設計原則 25 1 盡量保證塑件收縮均勻 維持模具的熱平衡 2 冷卻水孔的數量約多 孔徑約大 則對塑件的冷卻效果約均勻 根據經驗 一般冷卻水孔中心線與型腔壁的距離應為冷卻水孔直徑的 1 2 倍 常位 12 15mm 冷卻水孔中心距約為水孔直徑的 3 5 倍 水孔直徑約為 8 12mm 3 盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等 當塑件壁厚均勻時 冷卻水孔與 型腔表面的距離應處處相等 當塑件壁厚不均勻時 壁厚處應強化冷卻 水 孔應靠近型腔 距離要小 但也不應小于 10mm 4 澆口處加強冷卻 一般在注射成型時 澆口附近溫度最高 距澆口越遠溫度 越低 因此要加強澆口處的冷卻 即冷卻水從澆口附近流入 5 因降低進水與出水的溫差 如果進水與出水溫差過大 將使模具的溫度分布 不均勻 尤其對流程很長的大型塑件 料溫越流越低 對于矩形模具 通常 沿模具寬度方向開設水孔 使進水與出水溫差不大于 5 6 合理選擇冷卻水道的形式 對于收縮大的塑件 入聚乙烯 應沿收縮方向開 設冷卻水孔 對于不同形狀的塑件 冷卻水管的排列形式也有所不同 根據 不同的形式合理選擇 7 合理確定冷卻水管的接頭的位置 為不影響操作 進出口水管接頭通常設在 注射機背面的模具的同一側 8 冷卻系統的水道應盡量避免與模具上其它機構 如推桿孔 小型芯孔等 發(fā) 生干涉現象 設計時要通盤考慮 9 冷卻水管進出接頭應埋入模板內 以免模具在搬運過程中造成損壞 最好在 進口和出口處分別打出標志 如 IN 進口 和 OUT 出口 等 模具工作零件部分中 下模板零件比較多 不好設置冷卻管道 上模板只有凸模 澆口也在凸模中 因此冷卻管道就可設在上模板中 見圖 15 冷卻系統的計算 模具為中小型 可用下面的方法簡單計算 如下 1 計算單位時間內從型腔中散發(fā)出的總熱量 Q 總 Q1 1 計算每次需要的注射量 Kg 或 cm G G 件 G 澆 0 9566 X 8 2 077g 9 7298g 0 0097298Kg 14 8x10 3 0 72x1 05 26 0 77Kg 2 確定生產周期 s t t 注 t 冷 t 脫 50s 式中數值查表得 3 求使用的塑料單位熱流量 Qs Kj Kg 查表得 ABS 單位熱流量 310 400 Kj Kg 4 求每小時需要注射的次數 N 3600 50 72 次 5 求每小時的注射量 Kg h W N G 72 x 0 0097298 0 70054 Kg h 6 求從型腔內發(fā)出的總熱量 Kj h Q 總 Q1 N G Qs W Qs 0 70054 x 590 413 32 Kj h 2 求冷水的體積流量 m min V q v Q 60 1 C1 T 出 T 進 式中 為密度 10 Kg m C1 為水的比熱熔 C1 4 187J Kg T 出為水管出口設 定溫度 T 進為水管進口設定溫度 Q 為凹模帶走的熱量 Kj h 取 T T 進 T 出 5 q v 1 3 x 413 32 60 10 x 4 187x5 4 5x10 3 m min 3 求冷卻水管的直徑 d mm 查表 得 d 8mm 4 求冷卻水的平均流速 m s 查表 得 Vmin 1 66m s 表 5 冷卻水管直徑 d mm 最低流速 v m s 冷卻水體積流量 v m min 8 1 66 5 0 x 10 3 10 1 32 6 2 x 10 3 27 12 1 10 7 4 x 10 3 15 0 87 9 2 x 10 3 20 0 66 12 4 x 10 3 5 計算凹模上應設冷卻管的總長度 m 由于傳熱面積 A dL 所以 L A d 0 298m 298mm 23936 3 14 x 8 6 求凹模所需冷卻管根數 N L B 2 以上為模具冷卻系統計算過程 由于模具下模板結構復雜 不好設置冷卻管道 因 此冷卻管道只設在上模板中 十二 模體設計 模體也稱模架 是注射機的骨架和基本 模具的每一部分但寄生其中 通過他把模 具的每一部分有機的聯系在一起 模架一般由定模座 或叫定模底板 定模固定板 或叫定模板 動模固定板 或叫型芯固定板 支撐板 或叫動模墊板 墊塊 或 叫墊腳 模腳 動模座板 或叫動模底板 推板 或叫推出底板 推桿固定板 導 柱 導套 復位桿等組成 另外 根據需要 還有特殊結構的模架 如點澆口模架 帶 脫模板的模架 1 固定板與支撐板 固定板有動模固定板 或型芯固定板 與定模固定板以及推桿固定板 其作用是 用來固定型芯 或凸模 凹模 導柱 導套 推桿等 因此要有一定發(fā)厚度及強度 一般用 45 號鋼制成 最好經調質 235HB 支撐板是墊在動模固定板下面的平板 其作用是防止型芯 凸模 導柱 導套脫 落 并承受一定的彎曲應力 因此應具有較高的平行度和硬度 一般用 45 號鋼 經熱 處理 235HB 或 50 40Gr 45Mn2 經調質 235HB 或直接用 Q235 Q275 支撐板和定模固定板由螺釘和銷釘進行連接和定位 2 支撐件 28 墊塊 支撐塊 它是用來連接支撐板與動模座板的零件 其作用有兩點 一是 形成推出機構的行程空間 二是調節(jié)模具的總厚度 以適應注射機的 模具安裝厚度要 求 墊塊的機構形式有平行墊塊和拐角墊塊 又稱模腳 但為了加工容易 一般使用 前者 墊塊一般用中碳鋼制成 也可用 A3鋼 或 HT200 球鐵等 墊塊的高度一般為 H h 推出 h 推固 h 推板 h 擋銷 式中 h 推出為塑件應推出的高度 mm h 推固為推桿固定板的厚度 mm h 推板為 推板厚度 mm h 擋銷為擋銷的長度 mm 模具組裝時 應注意墊塊高度應一致 否則由于負荷不均會造成動模板損壞 墊塊與動模座板或支撐板之間直接連接時 一般不需設定位銷 但三者之間才用 間接連接時 要用螺釘與定位銷連接 十三 注射模與注射機的關系 注射機在前面已初步選定為 SZ 160 1000 模具的各零件業(yè)已基本確定 這節(jié)只 需進行模具與注射機的校核即可 1 注射壓力的校核 該項工作是校核所選用注射機的公稱壓力 P 公能否滿足塑件成型所需要的注射壓 力 P0 塑件成型時所需要的壓力一般由塑料流動性 塑件結構和壁厚以及澆注系統 類型等因素決定 其值一般為 70 150MPa 具體可參考表 6 通常要求 P12 P0 查表 6 得 P0 115 180 即 P0 150 聚酰胺 90 101 101 140 140 2 鎖模力的校核 鎖模力是指注射機的鎖模機構對模具所施加的最大加緊力 當高壓的塑料熔體充 填模腔時 會沿鎖模方向產生一個很大的脹型力 為此 注射機的額定鎖模力必須大 于該脹型力 既 F 鎖 F 脹 A 分 P 型 式中 F 鎖 注射機的額定鎖模力 N P 型 模具型腔內塑料熔體平均壓力 MPa 一般為注射機壓力的 0 3 0 65 倍 通常為 20 40MPa A 分 塑件和澆注系統在分型面上的投影面積之和 mm 將 P 型 650MPa A 分 198 2 mm 帶入上式 得 F 鎖 650 x 198 2 128845 6N 129KNF 脹 3 開模行程與推出機構的校核 開模行程是指從模具中取出塑件所需要的最小開合距離 用 H 表示 它必須小于 注射機移動模板的最大行程 S SZ 160 1000 的鎖模機構為液壓 機械聯合作用的注 射機 其模板行程是由連桿機構的最大沖程決定 而與模板無關 S 機 H H1 H2 5 10 式中 H1 塑件推出距離 mm H2 包括澆注系統在內的塑件高度 mm H 所需塑件開模行程 mm 將各值帶入上式 得 H 23 2 30 3 10 110 78 2 78 2 10 166 4mmH 4 安裝部分相關尺寸校核 模具與注射機安裝部位的的相關尺寸主要有噴嘴尺寸 定位圈尺寸 拉桿間距 30 最大模具厚度與最小模具厚度以及模具與注射機的安裝關系 1 噴嘴尺寸 注射機的噴嘴與模具的澆口套 主流道襯套 關系主要有 主流道始端的球面半徑 R 應比注射機噴嘴頭球面半徑 R0大 1 2mm 主流 道小端直徑 d 應比噴嘴直徑 d0大 0 5 1mm 以防止主流道口部積存凝料 而影響脫模 R 11mm R0 10mm 即 R R0 11 10 1mm 1 2mm 2 定位圈與注射機固定板的關系 模具定模座板上的定位圈要求與主流道 同心 并與注射機固定模板上的定位孔呈較松動的間隙配合 定位圈的 高度 對小型模具為 8 10mm 對大模具為 10 15mm 此外 對中 小 型模具一般只在定模座板上設定位圈 而對大型模具 可在動模座板 定模座板上同時設定位圈 模具為下型模具 定位圈高度 H 8mm 8 10mm 3 模板規(guī)格與拉桿間距的關系 模具的安裝有兩種方式 即從注射機上方 直接吊裝入機內進行安裝 或先吊到側面再由側面推入機內安裝 而模 具的外形尺寸受到拉桿間距的限制 因以重視 注射機拉桿間距為 220 x300mm 模具的外形尺寸為 160 x280mm 4 模具總厚度與注射機模板閉合厚度的關系 兩者之間關系應滿足 Hmin Hm Hmax 而 Hmax Hmin H 式中 Hm 模具閉合后總厚度 mm Hmax 注射機允許的最大模具厚度 mm Hmin 注射機允許的最小模具厚度 mm H 注射機在模具厚度方向的調節(jié)量 mm 當 Hm Hmax時 則模具無法 閉合 尤其是機械 液壓式鎖模的注射機 因其肘桿無法撐直 Hm 327mm Hmax 360mm Hmin 170mm 170mm 327mm 360mm 5 模具與注射機的安裝關系 模具的安裝固定形式有壓板式與螺釘式兩種 當用壓板固定時 只有模具座板以外的附近有螺孔就能固定 很靈活方 31 便 當用螺釘直接固定使 模具座板上必須設安裝孔 同時還要與注射 機模板上的安裝孔完全吻合 并且很麻煩 固生產成廣泛采用前者 使 用壓板時 動模 定模各用 2 4 個壓板即可 十四 模具裝配草圖及工作原理 1 模具裝配草圖 具體草圖見 2 模具工作原理 模具注射成型后 動模同注射機向后運動塑件緊貼在型芯上連云港同凝料一起 脫離凹模 脫模板在推桿的推力作用下向前運動塑件脫離凸模 塑件順利脫模 十五 設計小結 這次畢業(yè)設計 檢查了我所學的知識 讓我深深覺的自己的知識是那樣薄弱 從而又讓我溫習了一次以前的知識 也算是對我在走上工作崗位前的一次檢查 不只 32 溫習了專業(yè)知識 還涉及了一些本該知道的知識 查資料 Word 文擋的使用以及最 平常的打字 畫圖等 這次都派上了用場 而以前卻似乎一無所知 這次也正好彌 補上 十六 參考資料 塑料模具技術手冊 塑料模具技術手冊 編委會編 北京 機械工業(yè) 出版社出版 1997 6 塑料制品成型及模具設計 葉久新 趙龍主編 長沙 湖南科學技術出 版社 2004 7 塑料成型工藝及模具簡明手冊 王孝培主編 北京 機械工業(yè)出版社 2000 6 實用模具技術手冊 陳錫棟 周小玉主編 北京 機械工業(yè)出版社 2001 7 模具制造工藝學 甄瑞麟主編 楊善義 張永軍副主編 王哲明主審 北 京 清華大學出版社 2005 1 聚合物材料 凌繩 王秀芬 吳友平編著 北京 中國輕工業(yè)出版社 2000 6 2004 7 重印 注塑模具設計經驗點評 王永平編著 北京 機械工業(yè)出版社 2001 7 幾何量公差與檢測 甘永立主編 5 版 上海 上?？朴眉夹g出版社 2001 4 畫法幾何及機械制圖 賀光誼 唐之清主編 重慶 重慶大學出版社 1993 10 33 設計體會 畢業(yè)設計是對大學所學知識與能力的綜合應用和檢測 是每一個合格的大學生的 必經工程 也是一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié) 本次畢業(yè)設計 不僅培養(yǎng)了我們正確的設 計思想 同時也讓我們掌握了工程設計的一般程序和方法 以及鍛煉了我們綜合運用知 識的能力 在本次設計過程中 我們大量閱讀了各種技術資料及手冊 不僅認真探討了 模具設計領域內的各種問題 而且對塑料零件的性能等問題進行了研究 因此 本次設 計不僅加深了自己對專業(yè)所學知識的的理解和認識 而且也拓寬了自己的知識面 此外 本次設計在繪圖過程中 使用了 AUTOCAD PRO E 等二維和三維繪圖軟件 這些都不同 程度地使我們學到了更多的知識 進一步提高了我們繪圖的能力 在本次畢業(yè)設計中 張容老師給了我們耐心的指導 并在設計中及時給我們解答疑 難 使我圓滿的完成此次畢業(yè)設計 并且在本次畢業(yè)設計過程中使我所學的知識和實際 實踐能力得到了一個質的飛躍 還有 在設計過程中還得到了其他老師和各組同學的熱 忱幫助 在此表示感謝 由于我所學知識有限 實際經驗和設計水平不足 因此設計中難免還存在或多或少 的不足或誤差之處 敬請各位老師批評指正 我將不勝感激 34 設計者 曹慧民 2007 年 5 月 18