蝶形螺母注塑模设计.docx

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蝶形螺母注塑模设计

摘要1

关键词1

1前言2

1.1.2国内的发展情况2

1.1.3国外的发展情况3

1.2本课题的研究内容3

2塑件成型工艺分析3

2.2塑件（螺帽）分析3

2.2.1塑件特点3

2.2.2塑件及材料分析及原材料选择4

2.2.3塑件正投影面积、体积及质量计算5

2.3.1制品的成型方法5

2.3.2制品的成型参数5

3拟定模具结构形式6

3.1型腔数量的确定6

4分型面与排气系统设计7

5注射机规格型号的确定9

6浇注系统设计11

6.3.1设计原则13

6.3.2分流道的设计14

6.3.3分流道的尺寸计算14

6.3.4分流道的表面粗糙度的确定15

6.5.1位置选择原则16

6.5.2浇口尺寸的计算16

6.5.3浇口剪切速率的校核16

7成型零件设计16

7.2.1凹模的结构设计17

7.2.2凸模的结构设计17

7.2.3成型零件工作尺寸的确定17

7.2.4型芯结构设计18

8模架的确定20

8.2.1定模板的确定21

8.2.2定模固定板的确定21

8.2.3动模固定板的确定21

8.2.4动模垫板的确定21

8.2.5垫块的确定21

8.2.6动模座板的确定22

9注射模具选材22

9.6其它零件24

10导向定位机构设计24

11脱模推出机构的设计26

12温度调节系统设计28

13注射模与注射机的关系30

14模具工作原理32

蝶形螺母注塑模设计

摘要：

本设计为螺帽的注塑模具设计，采用两板模的形式。

本文首先分析了它的工艺性，该零件属于薄壁零件，推出平稳和冷却均匀是其中的关键。

该产品有较高的尺寸精度的要求，从配合要求的角度考虑最好采用收缩率较小的POM塑料。

接着详细介绍了其特殊的模具结构即推出的脱模装置。

最后说明了本次设计的注塑模具的工作过程。

在动模部分移动的同时，推杆在弹簧作用下推出零料，进而推出制品和整个浇注系统。

综合考虑零件结构及模具结构，最好采用一模四腔的布局方案。

此模具结构较复杂，寿命要求较高，故成型部分最好采用优质模具钢DME3#钢。

其他部分可以采用较好的S50C模具钢。

实践表明，该模具结构灵活、可靠，并能保证产品质量，对诸如此类零件的模具设计有重要的参考价值。

关键词：

螺帽；POM塑料；注塑成型；注射模具；

DesignofInjectionMoldforButterflyNut

Abstract:

Thisisatow-plateinjectionmouldmoldingnut.Itsinjectiontechniquesisanalyzedatfirst,thisisapartwiththinwallanddeepantrum.TheproducthasahighdimensionalaccuracyrequirementswiththerequirementsofpointofviewtoconsiderthebestuseofthesmallerPOMplasticshrinkage.Thendescribedindetailitsspecialmoldstructurethatlaunchedthestrippingdevice.Finally,weillustratethewordingprocessofthedesignofinjectionmolds.Launchedinthespringundertheactionofdynamicsimulationpartofthemove,puttingascrap,andthenlaunchtheproductsandthenlaunchtheproductsandcheentirecastingsystem.

Consideringformthestuctureofthepartandmouldsynthetically,you’dbetterdesignthemouldwithfourcavity.Themouldstructureisalittercomplicated,anditisrequiredthatthemouldhavetohasalonglife,sothemoldingpartshouldadopthigh-qualitymould-steelsuchasDME3#steel.Therestadopttheproductquality.Thedesignisimportantreferencetothekindofconduitofdrainage.

Keywords:

Nut；POMPlastic；InjectionMolding；InjectionMould；

1前言

1.1本研究领域的国内外现状和发展方向

1.1.1现状

近些年来，随着模具行业的快速发展，几乎各行各业都与模具行业有着越来越多的联系。

并且在今后相当长一段时间内，还会快速发展。

所以，在信息时代这个大环境下，模具行业要想更快、更稳的发展，抓住机遇并迎接挑战，积极洞悉这行业的发展趋势，采取相应的策略，提升自己的核心竞争力，有着重要的意义。

1.1.2国内的发展情况

80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模约占30%左右。

国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：

P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。

塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。

但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。

原材料方面：

尽管我国POM的市场需求不断攀升，但由于我国对POM的研制开发相对较晚，国内POM的生产规模、产量以及品种、质量始终不能满足市场的需求。

我国POM生产与国外先进水平相比，仍存在原料单耗高、装置规模小、质量不稳定、品种牌号少等问题。

造成我国POM产能增长不能满足市场需求的原因是：

国内POM市场增长较快，而我国POM生产的基础比较薄弱；另外POM是资金和技术密集型的材料类化工产品，我国巨大的市场引起了国外大公司的关注，外国公司一直想以其产品占据我国市场，不愿转让技术，使国产POM的技术水平提高缓慢，不能满足用户需求；再有就是长期以来，我国经济体制和企业经营机制不符合市场经济规律，企业不能及时获得足够的资金投入，制约了POM生产的发展。

1.1.3国外的发展情况

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimarron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等

。

这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。

近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件

。

1.2本课题的研究内容

1.2.1本课题的研究内容

如何设计出结构简单、合理，生产效率高的模具，节约材料、降低成本，缩短模具设计的生产周期。

这次的异型管接头注塑模设计，完整的分析、计算了所需数据，比较全面、系统的掌握注塑模设计生产的具体流程。

2塑件成型工艺分析

2.1设计课题

蝶形螺母注塑模

2.2塑件（螺母）分析

螺母起着紧固连接作用。

具有内螺纹结构，此零件的外形便于用手拧动、旋紧。

具体介绍螺帽的结构尺寸如下图1所示。

2.2.1塑件特点

1注塑件平整、美观、光洁度Ra3.2以上，没有推杆痕迹。

2注塑件尺寸稳定，全部尺寸达到图纸规定要求。

3注塑件的关键零件一型板采用坐标镗床直接一次镗成，减少加工误差，提高模具精度。

图1螺帽图

Fig1NutFig

4注塑模具寿命高，下模板镶有淬火凹模套，型芯淬火，型板（推板）调质后加工。

5如果试模不合格，仅仅更换型芯、型板和型芯固定板，又可投入试模，缩短了制模周期。

2.2.2塑件及材料分析及原材料选择

1）塑件形状分析

从上图可以看出，该制品有内螺纹，外形结构简单，但由于是多段孤线组成，因而在模具制造可以为采用成型加工。

由于该塑件为有配合要求的小制件,且是用来起着紧固连接作用，在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，也要求有一定的耐磨性，在保证塑料制品的功能和性能的同时还要考虑到加工生产、成本和供应，综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际生产，选用热塑性工程材料聚甲醛（POM）。

2）材料分析

材料选用POM（聚甲醛），它是一种继尼龙之后发展起来的一种性能优良的热塑性工程材料。

其性能不亚于尼龙，而价格却比尼龙低廉。

其表面硬而滑，呈淡黄或白色，薄壁部分半透明。

其性能特点为：

有较高的机械强度及抗拉，抗压性能和突出的耐疲劳强度，特别适合与做长时间反复承受外力的材料。

成型收缩率较大，熔点明显，熔体粘度底，粘度随温度变化不大；摩擦系数底，弹性高，浅侧凹槽可采用强制性脱模；综合性能比较好，比强度、比刚度近金属，化学稳定性较好，但不耐酸，加工温度范围窄。

成型特点：

尺寸稳定，吸水率小，有优良的减摩，耐摩性能，热稳定性差，易分解，流动性好，注射时速度要快，注射压力不宜过高，凝固速度快，不待完全硬化即可取件

。

模具设计注意事项：

浇道阻力要小，采用螺杆或注射机注射成型，塑化温度与模具温度控制要适当、收缩率＜2.5%。

2.2.3塑件正投影面积、体积及质量计算

根据塑件，可粗略计算出正投影面积、体积与质量

A=A1+A2

图2塑件面积图

Fing2Plsaticpartstheareachart

面积：

A1=πd12/4-πd22/4=235.5

（1）

A2=（8+3）/2×9×2=99

A=235.5+99=334.5

体积:

V1=A1×18=4239

（2）

V2=A2×h=99×6=594

V=V1+V2=4833

质量:

m=V×ρ=1.41×10-3×4833≈6.8g

所以得：

A=334.5

V=4833

m=6.8g

2.3拟定的成型工艺

2.3.1制品的成型方法

热塑性塑料指定采用注射成型，本设计选用热塑性塑料POM，可用注射成型。

2.3.2制品的成型参数

根据制品结构特点及选定的原料POM，可拟定工艺参数

（选自塑料模设计手册）。

塑料名称：

POM

密度（g/cm³）：

1.41

计算收缩率（%）：

1.5～3.0

预热温度（℃）：

80～100

预热时间（h）：

3～5

料筒温度（℃）前段160～170中段170～180

后段180～190

喷嘴温度（℃）：

170～180

模具温度（℃）：

90～120

注射压力（MPa）：

80～130

成型时间（s）：

注射时间2～90高压时间0～5

冷却时间20～60

总周期50～160

螺杆转速（r/min）：

28

适应注射机类型：

螺杆式

后处理方法：

红外线灯，烘箱

后处理温度（℃）：

140～150

后处理时间（h）：

2～4

3拟定模具结构形式

3.1型腔数量的确定

型腔数目的确定主要参考以下几点来确定

1）塑件制品的批量和交货期，以及塑料制件的成本。

该制品是大批量生产，若采用多型腔可提高生产效率，但根据生产经验在模具每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%。

2）所选用注射机的技术规则，因为上面只进行了结构及工艺成型的分析，还没确定注射机，也可暂时不予考虑。

3）质量控制要求。

制品属于精度不高，对质量要求比较高且制品较小，因此可设成一模四腔，以保证质量要求。

4）成型的塑件品种与塑件的形状尺寸。

该制品有内螺纹。

为了提高生产效率采用自动脱螺纹的齿轮传动机构，因而模具结构较复杂。

根据品种和形状尺寸特点及要求，设置成一模四腔注射成型。

本次设计根据制件的结构特点、形状尺寸、产品批量、模具制造难易及其寿命、成本高低再加上设计和加工制造的复杂性，综合考虑，实际采用一模四腔注射成型。

3.2型腔布局形式

多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因二型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。

应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。

多型腔在模板上排列形式通常有平衡式和非平衡式两种。

平衡式其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度，截面形状及均对应相同，可实现均衡进料和同时充满型腔的目的。

而非平衡式的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸要制作得不相同。

因此在设计时要注意以下几点：

1）尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。

2）型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。

如图2中的b比a合理。

3）尽量使排列的紧凑，以便减少模具的外形尺寸。

如图3所示。

图3型腔分布图

Fig3Cavitydistribution

根据以上原则选用圆形分布的一模四腔，形腔布置如图3所示。

4分型面与排气系统设计

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。

分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件浇口形式有关。

制品成型的分型面不仅影响到制品的脱模困难程度及美观程度，还影响成型零件的加工工艺性，另外合适的分型面位置还有利于模具加工、排气、脱模、提高塑件的表面质量及方便工艺操作等。

4.1分型面的设计原则

1）分型面的位置应开设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔。

2）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。

以使得模具零件易于加工。

3）分型面的选择应有利于保证塑件尺寸精度要求。

4）分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位，而且在分型面处所产生的飞边应容易修整加工，从而有利于保证塑件的外观质量。

5）应满足塑件的使用要求，即从使用的角度避免脱模斜度、推杆及浇口痕迹等工艺缺陷影响塑件功能。

6）为便于塑件脱模，应尽可能使塑件在开模时留在下模或动模部分，易于设置和制造简便易行的脱模机构。

若塑件有侧孔时，应尽可能地将侧型芯设在动模部分，避免定模抽芯

7）考虑锁模力，分型面的选择应尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。

8）考虑侧向抽拔距，一般机械分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。

9）尽量方便浇注系统的布置。

10）为了有利于气体的排出，分型面应尽可能与料流的末端重合。

11）考虑注塑机的技术规格，是模板间距大小合适。

12）选择分型面时根据塑件的使用要求和所用塑料，要考虑飞边在塑件上的部位。

13）选择分型面时，应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。

总而言之，分型面形状应尽可能的简单，以便于模具的制造和塑件的脱模。

综合考虑以上的设计原则，结合该塑件的特性，其分型面的选择如图：

（如下图）

综合考虑以上的设计原则，结合该塑件的特性，其分型面的选择如图：

（如下图）

图4分型面示意图

Fig4Partingsurfaceschemes

4.2排气系统设计

注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体。

这些气体若不能顺利排出，则可能因充满时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦。

或使塑件产生气泡、使塑料熔接不良等缺陷。

排气系统对于让塑料充满型腔，防止产生接缝和表面轮廓不完整等缺陷有着很重要的作用。

一般大型模具，要在分型面开设专门的排气槽，以利型腔内气体的排除。

而小模具大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气，只有在特殊情况下采用开设排气槽的排气方式。

排气方式：

排气槽一般通常开设在分型面上凹模一边，位置位于塑料熔体流动的末端。

一般情况下，排气槽尺寸以气体能够顺利排出而不产生溢料为原则。

排气槽宽度可取1.5～6mm，深度可取0.025～0.1mm，长度可取0.8～1.5mm。

但对于此模具，无需设计专门的排气槽来排气，可通过分型面及活动型芯与模板之间配合间隙来排气，足够能使气体顺利排出。

在本设计中，该制品采用顶杆与推板联合的顶出系统，所以可利用顶杆间隙和定模型芯间隙排气，不再开设排气系统。

5注射机规格型号的确定

5.1注射量的计算

由前面粗略计算已知m=6.8克，塑件体积V1=4.83cm3浇道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍计算，从上述分析中确定这一模四腔，所以注射是为

m=1.6nm1=1.6×4×6.8=43.52g（3）

5.2锁模力计算

塑件和浇道（包括浇口）在分型面上的投影面积及所需锁模力计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2在模具设计前是个未知值，根据多型腔的统计分析。

A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍～0.5倍,用些可用0.35nA1来进行估算所以

A=nA1+A2=nA1+0.35n（4）

A1=1806.3mm2

式中A1塑件分型面上的投影面积

Fm=AP型=1806.3×0.35=63220.5N（5）

=63.3KN

式中型腔压力P型取35MPa（因为塑件材料为POM，浇口为测浇口）

5.3选择注射机

根据注射量的锁横力，可选用SZ-60/40卧式注射机

其它注射技术参数如下

：

（选自塑料模设计指导书）

结构类型卧式

理论注射容积/cm360

螺杆直径/mm30

注射压力/MPa180

注射速率/（g/s）70

螺杆转速/（r/mn）0～200

锁模力/KN400

拉杆内向距/mm220×300

移横行程/mm250

最大模具厚度/mm250mm

最小模具厚度/mm150

锁模形式双曲肘

模具定位孔直径/mm80

喷嘴球半径/mm10

喷嘴球直径/mm2.5

5.4注射机有关参数的校核

由于注射机料简塑化速率，校核模具的型腔数目n

n≤kmt/3600-m2/m1（6）

=0.8×9.7×3600×60/3600-0.6×4×6.8/6.8

=66.8≥4

型腔数目校核合格式中

K—注射机最大注射量的利用复数一般取0.8

M—注射机的额定塑化量（9.7/s）

T—成型用期取60s

5、注射压力校核

Pe≥K’Po=1.3×130=169MPa。

而Pe=180。

（7）

注射压力校核合格

式中

K—取1.3（见式2-10）注射压力安全系数

Pe—额定压力Pe=180MPa

Po—取130Mpa（查表2-1）

6）锁模力校核

F≥KAP型=1.2×63.3=75.96KN，而F=400KN锁模力合格

式中p型——型胶的平均压力（选用参见表2—2）

K0——锁模力完全系数，一般取K0=1.1～1.2；取K0=1.2

其它安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。

6浇注系统设计

6.1浇注系统的设计原则

浇注系统是指模具中从注射机喷嘴起到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它包括主流道、分流道、浇口及冷料穴。

设计时应该遵循以下原则：

1）排气良好。

2）流程要短。

3）避免料流直冲型芯或嵌件。

4）要求热量及压力损失最小。

5）修整方便，保证塑件外观质量。

6）防止塑件变形，浇注系统设计要结合型腔布局同时考虑。

7）了解塑料的成型特性。

8）塑料耗量要少，应利于消除冷料。

9）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象。

10）尽可能选用平衡式分流道。

6.2主浇道设计

主流道通常位于模具的中心，是塑料熔体的入口，为了便于熔融塑料在注射时能顺利的流入，开模时又能使冷却后的主流道凝料从主浇道中顺利地拔出，主浇道的形状设计成圆锥形，内壁必须光滑，表面光洁度一般应Ra0.8。

主流道一般是由浇口套构成，浇口套的作用：

1）与注射机喷嘴孔吻合，将料筒内的塑料过渡到模具内。

2）使模具在注射机上很好的定位。

3）作为浇注系统的主浇道。

主浇道的一端通常设计成带凸台的圆盘，其高度为5～10mm，并与注射机的固定模板的定位孔成间隙配合。

浇口套的球形凹坑深度常取3～5mm。

根据所选注射机，则主流道小端尺寸为

d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）=2.5+0.5=3mm（8）

主流道球面半径为

SR=喷嘴尺寸半径+（1～2）=10+2=12mm（9）

本设计虽然是小型模具，但为了仅于加工和缩短主流道长度衬套和定位圈

主流道衬套形式

还是设计成分体式，主流道长度取39mm约等于定模板的厚度见（下图）所示，材料采用T10制造热处理强度为52～56HRC

图5主浇道示意图

Fig5Therunnerschemes

1）主流道圆锥角α可取30～60，内壁粗糙度为Ra=0.63um

2）主流道大端呈圆角，半径r=1～3MM。

以减小料流转向过渡时的阻力。

3）在模具结构允许的情况下，主流道应尽量可能短，一般小于60MM。

过长则会影响熔体的顺利充型。

4）主流道衬套与定模座板采用H7/m6配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。

定位圈的设计

如下图所示，材料选用45钢：

图6定位圈

Fig6locatingring

主流道剪切速度校核

主流道凝料体积

q=π/4dn2L=π/4（3+5.5）2/4x35=484.659≈0.5cm3（10）

剪切速度校核

由经验公式r=3.3qv/πRn3=2204.6/s＜5000/s（11）

剪切速率校核合格

式中qv=q主+q分+q塑件（12）

=0.5+0.21+4.833×4=20.042

Rn=（3+5.5）/4×0.1=0.2125cm

6.3分流道设计

主流道与浇口之间的通道称为分流道。

采用直接浇道的模具可以省去分浇道，但在多型腔模具中分流道是必不可少的。

常见的分流道的截面形