活动圈的塑料模具设计Word文件下载.docx

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3塑件的结构工艺性分析

3.1塑件成型特性

3.1.1、本次设计采用的材料

聚甲醛POM为热塑性结晶聚合物，被誉为“超钢”或“赛钢”。

均聚甲醛的熔融温度为180℃左右。

POM坚韧有弹性，在低温下仍有很好的抗蠕变性，几何稳定性和抗冲击性。

POM可分为：

均聚物和共聚物。

均聚物材料具有很好的延展强度，抗疲劳强度，但不易于加工。

共聚物材料有很好的热稳定性，化学稳定性并且易于加工，吸水性小。

POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率，可高达到2%~3.5%，对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。

POM聚甲醛的性能：

表面光滑，有光泽，表面硬度大，吸水率低，刚性好，韧性好，弯曲强度，耐疲劳性强度高，良好的滑动性，耐磨性非常优异，电性能优良，尺寸稳定性好，产品的尺寸精度高，可在—40到100°

C温度范围内长期使用，良好的耐油，耐过氧化物性能。

不耐酸，不耐强碱和不耐月光紫外线的辐射。

3.1.2聚苯乙烯的成型特性[3]

POM塑料比重：

1.41-1.43克/立方厘米

成型收缩率：

1.2-3.0%

成型温度：

170-200℃

干燥条件：

80-90℃2小时

3.2塑件的结构工艺性分析

3.2.1塑件的尺寸精度分析

该塑件需标注公差的尺寸有4×

Φ6属于一般精度要求，其他尺寸均为未标注公差的为自由尺寸，可按MT5查取有关尺寸公差。

如表1所列为塑件主要尺寸的公差要求。

表1塑件主要尺寸的公差要求

部位

塑件标注尺寸

塑件尺寸公差

外形尺寸

Φ34

Φ30

24

7

内形尺寸

Φ20

Φ6

17

孔尺寸

孔间距尺寸

12

3.2.2塑件的表面质量分析

该塑件要求外观光洁、色彩艳丽，不允许有成形斑点、缩水和和熔接痕，塑件表面粗糙度Ra为1.6μm。

3.2.3塑件的结构工艺性分析

（1）从图纸上看，该塑件的外形为回转体，顶面上还均匀分布着4个一样的小圆孔，该处设计脱模容易，可直接将四个小型芯设于定模上，圆角过渡且无尖角存在，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求；

（2）由于该塑件无侧孔和内凸，所以不用考虑侧向分型抽芯装置；

（3）为使塑件顺利脱模，在塑件内部处增设1°

～2°

的拔模斜度。

综合来看，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。

在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的，所以，该塑件可采用注射成型加工。

3.2.4.塑件的生产批量分析

塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。

在中批量生产中，由于注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具；

如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。

因为该塑件的产量要求达80万件，所以可定该塑件的生产类型是大批量生产。

因此，在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动化脱模模具，以便降低生产成本。

3.2.5.初选注射机[2]

（1）计算塑件体积和重量：

通过计算塑件的体积V=18cm³

。

塑件的质量计算查有关手册取聚甲醛的密度为ρ=1.42g/cm³

所以塑件的质量M=V×

ρ=18×

1.42g/cm³

=25.56g。

（2）确定型腔数量

由于塑件的内孔有尺寸精度要求，不宜采用太多型腔数目，而该塑件的生产批量为大批量生产，为尽量提高生存率，决定采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

（3）确定注射成型的工艺参数[5]

根据该塑件的结构特点和POM的成型性能，查有关资料初步确定该塑件的注射成型工艺参数，如表2所示。

表2塑件的注射成型工艺参数

工艺参数

内容

预热和干燥

温度60～75℃

成型时间/s

注射时间

0～3

时间2h

保压时间

15～40

料筒温度/℃

后段

140～160

冷却时间

15～30

中段

总周期

40～90

前段

170～190

螺杆转速/（r/min）

喷嘴温度/℃

180～200

后处理

方法

红外线灯烘箱

模具温度/℃

80～90

温度/℃

80

注射压力/MPa

600～1100

时间/h

2～4

（4）确定模具温度及冷却方式

虽然塑件体积、壁厚不大，但该塑件生产类型为大批量，加上聚甲醛比热容大、冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计时要求有冷却系统，所以该模具应采用冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短成型周期，提高生存率。

（5）确定成型设备

由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：

W=2w+w废料=2×

19+19×

50%=47.5g。

根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册和现有设备，初选XS-Z-60型柱塞式注射机。

记录下XS-Z-60型柱塞式注射机的主要技术参数，见下表3所示。

表3XS-Z-60型注射机的主要技术参数

序号

主要技术参数项目

参数数值

1

最大注射量/cm³

60

2

122

3

锁模力/kN

500

4

动、定模模板最大安装尺寸/（mm×

mm）

330×

440

5

最大模具厚度/mm

200

6

最小模具厚度/mm

70

最大开模行程/mm

180

8

喷嘴前端球面半径/mm

9

喷嘴孔直径/mm

10

定位圈直径/mm

125

4分型面及浇注系统的设计

4.1分型面的选择原则

1）有利于脱模；

2）必须确保塑料模具的尺寸精度；

3）满足模具的锁紧要求，将投影面积的方向放在前后模的前后方向；

而将投影面积小的方向作为侧向分型面；

4）保证塑料制品的外观质量要求；

5）有利于简化模具结构；

根据以上的设计原则和胶件的结构特点，将活动圈的分型面设计在胶件的凸台的底部。

4.2浇注系统的设计[1]

4.2.1浇口

采用侧浇口浇注系统，浇口设计成锥面形状，查表“侧浇口有关参数的经验值”，浇口高度Y=0.25~0.5mm，浇口宽度X=0.75~1.5mm，浇口长度L=0.5~0.8mm。

4.2.2主流道的设计

主流道参数如下

主流道直径d=注射机喷嘴口直径+（0.5~1）=2.5+1=3.5mm，锥角a=2°

.球半径R=注射机喷嘴球半径+（2~3）=12+3=15mm.

4.2.3分流道

综合考虑流道效率和加工难易程度，分流道截面形状采用半圆形，查表“不同塑料的分流道截面形状”，得POM的分流道截面直径=4.8~9.5mm,选分流道直径6mm,分流道开在定模板上。

4.2.4冷料穴

主流道冷料穴圆柱体的直径为12mm,深度为12mm.采用Z型冷料穴。

图5带Z形头拉料杆的冷料穴

定位圈是安装模具时做定位用的，查资料得XS-Z-60型柱塞式注射机的定位圈直径为Φ240mm，一般定位圈高出定模座板表面5～10mm。

由于浇口套与定位圈均属于注射模具的通用件，所以设计者应尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。

4.3排气系统的设计

4.3.1分型面排气

分型面可以作为气体排出的地方。

4.3.2镶件配合面排气

内模镶件与模板之间的配合为过渡配合，镶件配合面可以充当模具排气的一部分。

4.3.3.推管与动模镶件的配合面排气

推管与动模镶件的配合为间隙配合，公差配合H7/f7,其间隙可用来排气。

5主要零部件的设计计算

5.1成型零件的成型尺寸[6]

该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查资料书得POM的收缩率为1.2%～3.0%，故平均收缩率Scp=（1.2+3.0）%/2=2.1%，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δz=Δ/3，成型零件尺寸计算见下表4。

类别

模具零件名称

制品尺寸

计算公式

型腔或型芯的工作尺寸

型腔的计算

凹模

120

=（120+120*0.0125-0.75*1.92）

=120.06

120.06

40

=（40+40*0.0125-0.66*0.94）

=39.87

39.87

型芯的计算

型芯

110

=（110+110*0.0125+0.75*1.92）

=112.82

112.82

=（40+40*0.0125+0.66*0.6）

=41.03

41.03

5.2模具型腔壁厚的确定

塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此采用经验数据法，依据直径Φ34mm查参考手册得该型腔侧壁厚厚度S为20mm和型腔底板厚度T为10mm。

5.3推出机构的设计

采用推管推出机构，由于该塑件的脱模力不是太大，推管的布置空间足够，所以无须用繁琐的计算方法确定推管的尺寸大小，可以根据经验选取d=4mm的国际推管，注意保证推出距离略大于型芯的突出长度2～3mm，即推出距离大于17mm，故而取22mm。

5.4标准模架的确定

综合考虑本塑件采用一模两腔平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚要求、塑件尺寸大小、冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸，查相关资料选取标准模板的尺寸为315mm×

400mm×

63mm，选用A2型标准模架，标记为：

A2-315400-32-Z1（GB/T12555-2006）。

6成型设备的校核计算

6.1锁模力的校核

锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。

注射机锁模力的校核关系为F≥kpA。

式中参数意义如下：

F---注射机锁模力，查参考设计手册得XS-Z-60型柱塞式注射机锁模力为500KN；

k---压力损耗系数，一般取1.1～1.2，取1.2；

P---型腔内熔体的压力，本塑件P=20Mpa；

本模具计算得：

A---塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和。

kpA=1.2×

20×

106×

1.803×

10-3=43272N=43.272KN<

F=500KN

故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。

6.2安装尺寸的校核

H1---定模座板20mmH2---定模板37mm

H3---动模板25mmH4---支撑板30mm

H5---垫块53mmH6---动模模座20mm

本模具采用的型号为A2-315400-32-Z1（GB/T12555-2006）的标准模架，模具的外形尺寸为：

400mm，模具闭合高度H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=185mm查资料得XS-Z-60型注射机动、定模模板最大安装尺寸为330mm×

440mm，允许模具的最小厚度Hmin=70mm,最大厚度Hmax=200mm，即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装尺寸，模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件，故该模具满足XS-Z-60型柱塞式注射机的安装要求。

6.3开模行程的校核

注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，本模具为单分型面注射模具，XS-Z-60型柱塞式注射机的最大开模行程与模厚无关，校核关系为S>

H1+H2+（5～10）。

S---注射机的最大开模行程，查参考设计手册得XS-Z-60型柱塞式注射机的开模行程S=180mm；

H1---塑件脱模所需的推出距离，该塑件的脱模推出距离为22mm

H2---塑件的高度（不包括浇注系统高度），该塑件的高度为24mm；

计算得：

H1+H2+（5～10）=22+24+10=56mm<

S=180mm

以上分析证明，XS-Z-60型柱塞式注射机能满足要求，故可以采用。

7装配图

该模具的装配图如图2、图3表2所示。

明细表

名称

数量

型芯固定板

定模板

有肩导柱

带头导柱

销钉

定位圈

沉头螺钉

浇口套

螺钉

定模固定板

11

密封环

水管接头

13

14

动模板

15

16

成型滑块

18

支撑板

19

20

推块

21

支座

22

推杆固定板

23

推板

25

26

导钉

参考文献

中国机械工业教育协会主编《塑料模设计及制造》北京机械工业出版社2001

唐志玉主编《塑料模具设计师指南》北京国防工业出版社1999

田宝善田雁成刘永主编《塑料注射模具设计技巧与实例（第二版）》北京化学工业出版社2009

【德】E.林纳P.恩格编著吴崇峰主译《注射模具130例（原著第三版）》北京化学工业出版社材料科学与工程出版中心2005

洪慎章《实用注塑模具结构图册》上海上海交通大学出版社2006