10mlpp材料注射器推杆设计说明书公式准确.docx
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10mlpp材料注射器推杆设计说明书公式准确
注射器推杆注塑模具设计
第一章绪论
1.1 模具工业是国民经济的基础工业
模具是工业生产中的主要工艺装备，模具工业是基础工业。
采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节省能源和原材料等一系列优点。
它已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。
现代工业品的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。
因此，模具工业对国民经济和社会的发展，将会起越来越大的作用。
模具工业薄弱将严重影响工业产品造型的变化和新产品的开发。
1.2模具的重要地位
模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。
模具工业已被我国正式确定为基础产业。
模具是工业生产的基础工艺装备。
振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。
在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。
用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。
模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
模月召开的中央经济工作会议，首次明确提出了加大装备工业的开发力度，推进关键设备的国产化。
将机械工业作为装备工业，把它同一般的加工工业区别开来，是对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。
模具作为基础工艺装备，在装备工业中自然有其重要地位。
因为国民经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。
第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。
机械、电子、汽车工业需要大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。
这几年，我国每年要进口近10亿美元的模具。
我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，才能用于生产和生活的消费。
生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具;生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。
从五大支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要。
1.3计算机技术在注射模中的应用领域
塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。
它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。
传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。
计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。
计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面：
（1）塑料制品的设计：
基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。
（2）结构分析：
利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。
（3）模具结构设计：
根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。
（4）模具开合模运动仿真：
运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。
（5）注射过程数值分析：
采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。
（6）数控加工：
利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。
目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。
1.4模具生产的发展趋势
中国已加入WTO，我国将获得一个更加稳定的国际经贸环境，大量外资企业将进入中国，各行各业将面临重大的机遇和挑战，模具行业也不例外，同时由于国内多数模具企业在技术上和质量上与国外先进水平存在较大差距，如何在最短时间内缩小这种差距，是关系到国内多数模具企业生存的关键问题。
随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展，工业产品的外形在满足性能要求的同时，变得越来越复杂，而这些产品的制造离不开模具，这就要求模具制造行业以最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。
模具是面向定单式的生产方式，属于单性生产，制造过程复杂，要求交货时间短。
如果利用CAD、CAM单元技术制造模具，制造精度低、周期长，为了解决上述难题，我们将并行工程技术引入到模具制造过程中。
我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。
模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。
因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。
近年来，随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：
家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。
一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。
工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。
第二章产品和塑料性能介绍
2.1塑件造型本设计实例为一塑料注射器推杆。
如图2-1.
图2-1
2.2塑件成型工艺分析
2.2.1塑件的分析
（1）外形尺寸该塑件壁厚1.5mm。
且壁厚均匀。
塑件外形尺寸不大，塑料融体流程不长，适于注射成型。
（2）精度等级每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有的属于较高精度。
按实际公差进行计算。
（3）脱模斜度pp属于结晶型热塑性塑料。
成型收缩率较小。
故模具型芯和型腔取统一脱模斜度1°.
2.2.2PP的性能分析
（1）使用性能综合性能较好。
抗拉强度大，屈服强度高，有较高的弯曲疲劳寿命，耐热温度高；耐磨性高，有良好的耐应力裂开性。
较好的抗化学药品侵蚀性。
密度小，强度刚度硬度和耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右使用，具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响，但低温是变脆，不耐磨，易老化，适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。
（2）成型特性
1）结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。
2）流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔，凹痕，变形。
3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度。
料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易发生翘曲变形。
4）塑件壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
5）PP性能指标：
干燥温度（℃）
65~75
干燥时间（hr）
0.5~1
模具温度（℃）
35~65
残料量（mm）
3~10
熔胶温度（℃）
200~250
背压（Mpa）
9~17
注射压力（MPa）
80~130
锁模力约（ton/in2）
2
注射速度
中等
回料转速（rpm）
60~90
螺杆类别
标准螺杆（直通式喷嘴）
停机处理
关料闸啤清即可
塑料翻用（%）
15~30
2.2.3PP的注射成型过程及工艺参数
（1）成型前的准备
纯PP是半透明的象牙白色，可以染成各种颜色。
PP的染色在一般注射机上只能用色母料。
在华美达机上有加强混炼作用的独立塑化元件，也可以用色粉染色。
户外使用的制品，一般使用UV稳定剂和碳黑填充。
再生料的使用比例不要超过15%，否则会引起强度下降和分解变色。
PP注塑加工前一般不需特别的干燥处理。
（2）注射过程
塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型。
其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷去五个阶段。
（3）PP的注射工艺参数:
1）注射机：
螺杆式，螺杆转速为30~60r/min。
2）料筒温度（℃）：
后段160~180；
中段180~200；
前段200~230。
3）喷嘴温度（℃）：
180~190。
4）模具温度（℃）：
40~80。
5）注射压力（MPa）：
70~120。
6）成型时间（s）：
30（注射时间2s，冷却时间20s，辅助时间8s
第三章注射机型号的确定
3.1注射量的计算
通过三位软件建模设计分析计算得
塑件体积：
V塑=3.59cm3
塑件质量：
M塑=ρV塑=3.59×0.90=3.23g
式中：
ρ取0.90g/cm3。
3.2浇注系统凝料体积的初步估算
浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值。
但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。
由于本次采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料体积按塑件的0.3倍来估算。
故一次注入模具型腔的塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和8个塑件体积之和）为
V总=V塑（1+0.3）×8=3.59×1.3×8=37.34cm3
3.3选择注射机
根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V+总=37.34cm3+。
结合公式则有：
V总/0.8=37.34/0.8=46.68cm3。
根据以上的计算，初步选定公称注射量为60cm3，注射机型号为SZ-60,上海塑机厂产品。
其主要技术参数见表。
理论注射容量/cm3
60
移模行程/mm
350
螺杆柱塞直径/mm
30
最大模具厚度/mm
450
注射压力/MPa
150
最小模具厚度/mm
220
注射速率/g·s-1
260
顶出力/KN
70
塑化能力/g·s-1
34
顶出行程/mm
100
螺杆转速/r·min-1
140
喷嘴球半径/mm
18
锁模力/KN
400
喷嘴口孔径/mm
7.5
拉杆内间距/mm
295×185
3.4注射机的相关参数的校核
（1）、注射压力的校核。
查表可知pp的所需注射压力为80~130MPa，因为pp的流动性好。
这里取P0=90MPa。
该注射机的公称注射压力P公=150MPa，注射压力安全系数k1=1.25~1.4，这里取k1=1.3，则：
k1P0=1.3×90=117MPa﹤P公，所以，注射机注射压力合格。
（2）、锁模力校核
1）、塑件在分型面上的投影面积经三维软件计算得
A塑=7058.19mm2。
2）、浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料在分型面上的投影面积A浇的数值。
可以按照多型腔模的统计分析来确定。
A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍。
由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料的投影面积可以适当的取小一些。
这里取A浇=0.2A塑。
3）、塑件和浇注系统在分型面上的投影面积A总，则
A总=n（A塑+A浇）=16×1.2A塑=16×1.2×7058.19mm2=67758.62mm2
4）、模具型腔内的胀模力F胀，则
F胀=A总P模=67758.62×20N=2710344.8N=135.52KN
式中，P模是型腔的平均压力值。
通常取注射压力的20%~40%。
对于PP大致范围是18~36MPa。
因为PP的流动性好，粘度低。
取P模=20MPa。
注射机的工程锁模力F锁=400KN，锁模力安全系数为K2=1.1~1.2。
这里取K2=1.2，则
K2F胀=1.2F胀=1.2×2710.34=162.62KN﹤F锁。
所以，注射机锁模力合格。
（3）、注射机模具厚度校核
模具闭合时的厚度应在注射机动、定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按3-4式校核
H最小＜H模＜H最大 公式（3-4）
式中
H最小—注射机所允许的最小模具厚度（mm）；
H模 —模具闭合厚度（mm）；
H最大—注射机所允许的最大模具厚度（mm）。
在这个设计中
H最小=220mm
H模 =260mm
H最大 =450mm
显然，220<260<450
所以注射机模具厚度也满足要求。
（4）、注射机最大开模行程校核
塑件所需的开模距应小于注射机的最大开模行程。
对在液压机械联合锁模的立式、卧式注射机上使用的一般浇口模具，关系按3-5式校核
H1+H2+a+5～10mm≤s 公式（3-5）
式中
H1—脱模距离（推出距离）（mm）；
H2—塑件高度（mm）；
S—注射机模板行程（mm）；
a—取出流道凝料所需的分型距离（mm）。
在这个设计中
H1=10mm
H2=20mm
S=350mm
a=90mm
H1+H2+a+10=10+20+90+10=130mm
130<350因此，注射机模板行程也满足要求。
第四章拟定模具的结构形
设计中，利用solidworks软件做模具的插件IMOLD。
建立好分型面后自动创建凹、凸模来设计凹凸成型模具。
4.1造型利用solidworks零件造型功能造出推杆的三维外形如：
前期准备利用IMOLD插件功能导入塑件。
进行注塑模具设计的前期的数据准备。
原点和Z方向选择如图所示
其中Z方向即为模具的脱模方向。
4.3创建新项目数据准备完成后会生成一个塑件衍生件，在创建新项目时导入上一步生成的衍生件。
选择塑件的材料为PP。
4.4分型线的确定利用IMOLD功能自动选择模具的分型线。
结果如图
其中分型线分为内外分型线两种。
其中红色的外分型线，粉色的为内分型线。
4.5分型面的确定利用上一步确定的分型线查找模具的分型面。
并做爆炸图如图：
设计塑料成型模具时，分型面的设计是一个重要的设计内容，分型面选择合理，模具结构简单，塑件容易成型，并且塑件质量高。
如果分型面选择不合理，模具结构变得复杂，塑件成型困难，并且塑件质量差。
分型面的形状主要有平面、斜面、阶梯面、曲面等。
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
1）为了便于塑件起模，分型面一般使塑件在开模时留在下模或动模上，且分型面应选在塑件外形的最大轮廓处。
2）选择分型面时，应尽量只采用一个与开模方向垂直的分型面，并尽量避免侧向抽芯与侧向分型。
3）对于有同轴度要求的塑件，模具设计时应将有同轴度要求的部分设计在同一模板内。
4）分型面的选择应有利于防止溢料。
当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机的最大面积时，就有可能产生溢料。
5）分型面的选择应有利于排气。
为此，一般分型面应与熔体流动的末端重合。
对于高度较高的塑件，其外观无严格要求时，可将分型面选择在中间。
此外，选择分型面是还应考虑到塑件的精度、塑件的外观质量要求、模具加工难易程度等因素。
分型面的形式参见《模具设计与制造简明手册》图2-40，其选择示例见《模具设计与制造简明手册》表2-47。
执行分型面创建中的复制、拉伸、平整等命令后得到分型面。
分型面创建完成后，如图
图3-1
4.6模具型芯和型腔的创建在分型面的基础上创建型芯和腔。
型腔
型芯
4.7创建模腔布局模具采用一模十六腔的形式。
布局采用对称垂直形式。
型腔数量和排列方式的确定
（1）型腔数量的确定该塑件的精度不是很高，且为大批量生产。
可采取一模多腔的结构形式。
同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初步定为一模四腔的结构形式。
（2）型腔排列形式的确定多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。
由于该设计采用一模四腔，故采用直线对称排列。
（3）模具结构形式的确定从上面的分析可以知道，本模具是一模四腔，对称直线排列，根据塑件的结构形状。
推出机构采用顶杆推出的形式。
浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用点浇口。
开设在塑件的底面。
因此，定模部分需要单独开设分型面取出凝料。
动模部分需要添加型芯定位框、型芯固定板、支撑板和脱模板。
由上综合分析可确定选用带脱模板的三板式双分型面注射模。
4.8模架的选用即模架的导入。
模架的选用应根据实际情况而定。
本设计中，由于采用的浇口是点浇口。
为了取出流道凝料，模具必须设计成三板式。
进行二次分型。
即第一次流道平面分型，第二次分型面平面分型。
4.9生成标准件导入螺栓、浇口套、顶杆等标准件。
第五章浇注系统的设计
5.1浇注系统的组成注射模的普通浇注系统由主浇道、分浇道、浇口、冷料穴四部分组成。
主浇道：
从注射机的喷嘴与模具接触的部分到分浇道为止的一段流道。
分浇道：
从主浇道的末端到浇口为止的一段流道。
浇口：
从分流道的末端到模具型腔为止的一段狭窄的浇道。
冷料穴：
一般设在主浇道的对面，有时也设在分浇道的末端。
5.2主浇道的设计
主浇道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。
主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。
另外，由于起与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
（1）、主流道尺寸
1）、主流道的长度：
小型模具L主应尽量小于60mm，最大不能超过90mm。
本次设计取46mm。
2）、主流道小端直径：
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=7.5+0.5=8mm。
3）、主流道大端直径：
d1=d+2L主tanα=15mm。
式中α=4°。
4）、主流道球面半径：
SR0=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=18+2mm=20mm。
5）、球面的配合高度：
h=4mm。
（2）、主流道的凝料体积
V主=π/3L主（R主2+r主2+R主r主）=3.14/3×46×（7.52+22+3.5×2）=5351.08mm3=5.35cm3。
（3）主流道当量半径Rn=（7.5+4）/2=5.75mm。
（4）主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件可选购。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。
对材料要求严格，因此将主流道浇口套与定位圈设计为一个整体，设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为50~55HRC。
如图5-1。
5.3分流道的设计
5.3.1分流道尺寸的计算
1）、分流道的长度由于流道设计简单，根据四个型腔的结构设计，分流道较短。
故设计时可适当选小一些。
一级分流道单边长L1分=158mm。
一级分流道当量直径因该塑件的质量
M塑=ρV塑=3.59×0.90=3.23g＜200g，根据公式，分流道当量直径为
D1分=
=4mm
二级分流道单边长L2分=75mm。
二级分流道当量直径
D2分=
=3mm
2）、分流道的截面形状
常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等。
为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设置在分型面上。
本设计采用圆形截面。
设置在第一次分型面上。
3）、分流道截面面
A1分=∏（R1分）2=3.14×4.52=63.585mm2.
A2分=∏（R2分）2=3.14×42=50.24mm2.
4）、分流道凝料体积
=
5）、校核剪切速率
1）注射时间t=2s
2）计算分流道体积流量
Q分=V塑+V分/t=（3.59+25.9）/2=14.745cm3/s
3）γ分=3.3Q分/∏R3分=0.97
×103s-1
4）
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×102~5×103s-1之间。
所以，分流道内熔体的剪切速率合格。
在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。
它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。
因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
分流道的设计应尽量使比面积小，热量损失少，摩擦阻力小。
常用分流道的截面形状及尺寸参见《模具设计与制造简明手册》表2-49。
在考虑分流道设计时，由于其水平高度已经被主流道位置确定，因此，我们只要设计分流道的布置形式和截面形状即可。
考虑到圆形截面的分流道在注射过程中对塑料流动的阻力最小，流动效率最高，因此我们选用圆形截面的分流道，一级分流道直径为8mm，二级分流道直径为7mm。
由于我们所设计的模具是一腔四穴的形式，因此在主浇道分流后，设计了四根分浇道。
这样设计的优点是塑料在填充过程中较均匀和平稳，避免出现冷隔现象，有利于保证成形零件的成形质量。
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
主浇道和分流道布置位置下如图所示，其中主流道至各浇口流动距离相等，保证了塑料在填充过程中同时到达。
5.3.2分流道的布置形式在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。
本例分流道采用两级。
一级分流道较长，二级分流道较短。
5.4浇口设计
（1）浇口是分流道与型腔的连接通道，它是浇注系统中截面最小的部分。
当熔融的塑料流通过浇口时，流速加快，同时，由于摩擦作用，塑料流的温度升高、粘度降低，流动性提高，有利于充满型腔。
所以，浇口的表面粗糙度Ra值不大于0.4um。
浇口的大小对塑件是否成型和成型后的质量有很大的关系。
浇口位置的选择有以下几个原则：
1）、浇口设置在正对着型腔壁或粗大型心的地方，使高速料流直接冲击在型腔壁或型心壁上，从而改变流向，降低流速，平稳的充满型腔，可避免溶体破裂现象，消除塑件明显的溶接痕。
2）、浇口的位置应开设在塑件截面最厚处，以利于熔体填充材料。
3）、浇口的位置应使熔体流程最短，流向变化最小，能量损失最小。
4）、浇口的位置应有利于型腔内气体的排出。
5）、避免塑件产生熔接痕。
6）、防止料流将型心或嵌件挤压变形。
7）、浇口位置应尽量避免由于高分子定向作用产生的不利影响，利用高分子定向作用产生的有利影响。
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