一模一腔直浇口顶杆顶出水杯的塑料模具设计文档格式.docx
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(2)软聚氯乙烯(SPVC)
制品柔软,断裂伸长率大,力学强度大、耐腐蚀性、电绝缘性均低于硬聚氯乙烯,且易老化。
适于制作大棚薄膜、盐膜、日用膜、电线电缆绝缘层、革类、鞋类、软管、软片与密封材料等。
1.1.4聚丙烯PP
性对密度小,强度、刚性、耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用。
具有优良的耐腐蚀性,耐疲劳性好,良好的高频绝缘性,不受湿度影响,但低温变脆,不耐磨,易光老化。
用玻璃纤维增强后,强度接近工程塑料。
聚丙烯的共聚物(PP-C)可改善其冲击性能,其中无轨共聚物(PP-R)主要用于管材,嵌段共聚物(PP-B)主要用于大型容器、周转箱等。
PP适于制作注射制品、汽车配件、壳体、日用品、打包带、编织袋、双向拉伸膜(烟膜、黏胶带基膜等)、电容器膜、上水管材、地热管、片材(吸塑成保证盒、一次性水杯等)与中空瓶等。
[1]
根据以上制品性能,综合参考,特别是聚丙烯具有很好的耐热性,正是水杯需要的性能,所以选择PP作为水杯的原材料。
经查阅[2],由张维合主编《注塑模具设计使用教程》书中表1-1以与表1-4可知PP的计算收缩率与其他性能如表1-1。
表1-1PP的计算收缩率与其他性能
性能名称
数值
收缩率
1%~2.5%
熔点/℃
164
相对密度/g/cm3
0.90~0.91
流程比
250:
1
模温/℃
160~230
型腔压力/MPa
20
注射压力MPa
70~140
玻璃化温度/℃
-20
第二部分设计过程
在选定原材料后,根据课程设计要求,我们需要设计的是直浇口一模一腔顶杆顶出水杯的塑料模具设计,所以浇口方式、型腔数目、顶出方式都已经确定。
据此,先设计塑料制品的尺寸。
2.1塑料水杯尺寸的确定
盛水。
使用要求:
耐高温、表面光滑、无毒、韧性好。
选定其制品尺寸:
水杯总高度:
70mm;
水杯外直径:
60mm;
水杯壁厚:
1.5mm;
杯底壁厚:
3.5mm。
如图2-1-1所示。
(a)
(b)(c)
图2-1-1水杯三视图(a)俯视图(b)主视图(c)侧视图
按塑件尺寸计算体积:
Vs=[(60/2)2×
70×
3.14-(57/2)2×
66.5×
3.14]mm2=28.21cm2
查表1-1,取PP密度为0.90g/cm3
则塑件重量:
Ms=Vsρ=28.21×
0.90=25.389g
2.2成型零部件的设计
型腔是直接成型塑料制件的部分,它通常由凸模,凹模,型芯和成型杆、镶块等构成。
2.2.1型腔、型芯工作部位尺寸的确定
查表1-1PP塑料的收缩率为1%~2.5%
平均收缩率S=(1%+2.5%)/2=1.75%
型腔工作部位尺寸:
型腔内形尺寸:
LM=D(1+S)=60×
(1+1.75%)=61.05mm
型腔深度尺寸:
HM=H(1+S)=70×
(1+1.75%)=71.225mm
型芯外形尺寸:
lM=d(1+S)=57×
(1+1.75%)=58mm
型芯高度尺寸:
hM=h(1+S)=66.5×
(1+1.75%)=67.66mm
式中,Ls——塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸(mm);
ls——塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸(mm);
Hs——塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸(mm);
hs——塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸(mm);
Δ——塑件公差(mm);
δ——模具制造公差,取(1/3~1/4)。
则型芯、型腔的尺寸如表2-2-1所示:
表2-2-1型芯、型腔尺寸
尺寸类型
尺寸(mm)
型腔直径
61.05
壁厚
1.5
型芯直径
58.00
型腔高度
71.22
底厚
3.5
型芯高度
67.66
2.3选用标准模架
由设计要求,为一模一腔直浇口顶杆顶出,选择直浇口A型模架。
根据塑料制品尺寸,有:
模架宽度W>
塑件最大宽度+型腔侧壁厚×
2
模架长度L>
塑件最大长度+型腔侧壁厚×
垫块高度C>
H5+H6+塑件高度
根据经验取型腔侧壁厚为10mm,代入数据得到:
W>
60+10×
2=80mm
L>
70+10×
C>
H5+H6+70
根据以上数据查得[3]基本型模架组合尺寸选用4040系列模架。
选定模板厚度:
A=80mm
动模板厚度:
B=40mm
垫块厚度:
C=130mm
模具厚度H模=H1+H2+H4+A+B+C=30+50+50+80+40+130=380mm
即模具外形尺寸:
450×
400×
380mm
即所选模架为A4040-80×
40×
130GB/T12555—2006,
模架的基本尺寸如表2-3。
表2-3-14040系列模架标准参数表
W
L
W1
W2
W3
C
H1
H2
400
450
68
260
130
30
50
H3
H4
H5
H6
W4
W5
W6
W7
35
25
198
234
324
330
模架尺寸示意图如图2-3-1。
图2-3-1直浇口模架组合尺寸图示
2.4注射机的选定
注射模是安装在注射机上的,因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解,以便设计出符合要求的模具,同时选定合适的注射机型号。
从模具设计角度考虑,需要了解注射机的主要技术规范。
在设计模具时,最好查阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标明的技术规范。
因为即使同一规格的注射机,生产厂家不同,其技术规格也略有差异。
2.4.1初步选定注射机
选用注射机时,通常是以某塑件(或模具)实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号,然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以与模具安装部分的尺寸一一进行校核。
(1)注射量
要求
式中,V机—额定注射量,cm3
V塑件—塑件与浇注系统凝料体积和,cm3
=
=28.21+1.126=29.336cm3
则
=29.336/0.8=36.67cm3
(2)注射压力
要求
式中,
—注射机的注射压力
—PP的成型压力,为70~140MPa
所以,
140MPa
(3)锁模力
式中,P—PP成型时的型腔压力,为20MPa
F—塑件与浇注系统在分型面上的投影面积和,mm2
各型腔与浇注系统与各型腔在分型面上的投影面积
F=
×
(61.05/2)2=2925.78mm2
=20×
2925.78=58.5kN
根据以上分析计算,查得[3]常用注射技术规范与特性,初选注射机型号为:
XS-ZY-500。
注射机参数详见表2-4-1。
项目
参数
额定注射量/㎝3
500
喷嘴圆弧半径/mm
18
螺杆(柱塞)直径/mm
65
喷嘴孔直径/mm
3
注射压力/MPa
145
顶出形式
中心液压顶出,中心距100mm
注射行程/mm
200
动、定模固定板尺寸/mm×
mm
700×
850
注射方式
螺杆式
拉杆空间/mm
540×
440
锁模力/KN
3500
合模方式
液压-机械
最大成型面积/㎝3
1000
液压泵流量(L/min)
模板最大行程/mm
液压泵压力/Mpa
6.5
模具最大厚度/mm
450
电动机功率/Km
22
模具最小厚度/mm
300
机器外形尺寸/mm×
mm×
6500×
1300×
2000
表2-4-1XS-ZY-500注射机参数
2.5浇注系统的设计
浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井所组成。
由课程设计任务,我们选择直浇口浇注。
取分型面在水杯口处,浇口在水杯底部。
为了水杯美观,这里不设计冷料井。
一般而言,主流道即可作为直浇口使用,主流道是一端与注射机喷嘴相接触,可看作是喷嘴的通道在模具中的延续,另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
2.5.1直浇口(主流道)设计要点
1)主流道设计成圆锥形,其锥角可取2°
~6°
,流道壁表面粗糙度取Ra=0.63μm,且加工时应沿道轴向抛光。
2)主流道如端凹坑球面半径R2比注射机的、喷嘴球半径R1大1~2mm;
球面凹坑深度3~5mm;
主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.5~1mm;
一般d=2.5~5mm。
3)主流道末端呈圆无须过渡,圆角半径r=1~3mm。
4)主流道长度L以小于60mm为佳,最长不宜超过95mm。
5)主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上;
其材料常用T8A,热处理淬火后硬度53~57HRC。
综合以上要点,设计的直浇口如图2-5-1。
图2-5-1直浇口示意图
2.5.2直浇口尺寸计算
根据经验:
d=d0+(0.5~1)
D
2t
其中D—直浇口近型腔直径,mm
t—塑料制品底厚,mm
d0—喷嘴直径,mm
d—直浇口近喷嘴处直径,mm
据表2-4-1,有d0=3mm,则d=d0+(0.5~1)=3.5mm,D=2×
3.5=7mm。
此时,计算直流道熔体体积
Vj=
Vj—浇注系统体积,cm3;
L—沿主流道弧面向上延长形成的圆椎体高度。
因2d=D,故L=50.2mm
所以Vj=1.126cm2
浇注系统重量:
m=1.126×
0.90=1.01g
2.5.3浇口套的设计
由于主流道要与高温塑料与喷嘴接触和碰撞,所以模具的主流道部分通常设计成可拆卸更换的衬套,简称浇注套或浇口套。
浇口套的形式有多种,可视不同模具结构来选择。
按浇注系统不同,浇口套通常被分为二板模浇口套和三板模浇口套两大类。
这里我们选择二板模浇口套。
浇口套尺寸规格如图2-5-2。
图2-5-2浇口套规格示意图
根据设计的直浇口尺寸,查阅GB/T4169.19-2006塑料注射模模零件第19部分,取D=20mm,D1=35mm,D2=40mm,D3=3.2mm,L=80mm。
浇口套20×
80GB/T4169.19—2006
2.6推出系统的设计
在开模过程中,将塑件从模具中顶出的装置。
根据课程设计要求,选择顶杆顶出方式。
2.6.1脱模力的计算
推件力Ft=Ap(μcos
—sin
)+qA1
式中,A—塑料包络型芯的面积,mm2
P—塑件对型芯单位面积的包紧力,p取0.8×
107~1.2×
107Pa
—脱模斜度,取10~20
q—大气压力,0.09MPa
μ—塑件对钢的摩擦系数,约为0.1~0.3
A1—制件垂直脱模方向的投影面积,mm2
制件垂直脱模方向的投影面积:
A1=
mm2
Ft=Ap(μcos
=12322.24×
0.8×
107×
(0.1cos2°
-sin1°
)/106+0.09×
2925.78
=7019.84N
2.6.2圆推杆推出的设计
(1)圆推杆位置设计
推杆应布置在制品包紧力大的地方,推杆不能太靠边,要保持1~2mm的钢厚。
由于水杯壁厚为1.5mm,且制件所需脱模力极大,不适合顶水杯边缘,综合考虑,采用一根顶杆顶杯底的方式。
(2)圆推杆大小与规格
因制品的几何形状与型腔结构等的不同,所用推杆的截面形状也不尽相同,常用推杆的截面形状为圆形。
推杆又可分为普通推杆与成型推杆两种,我们这里选用普通推杆。
其结构形式见图2-6-1。
图2-6-1推杆规格示意图
=130-30+50+40+70=260mm
为了使塑件在推杆推出过程中不被推杆穿破,查阅PP弯曲强度为67.5MPa,
67.5×
(π/4)D2≥Ft
Ft=7019.84N
求得D≥11.11mm。
考虑到包紧力、摩擦力等其他脱模阻力,可以选择更大直径的推杆,故本设计中选取D=16mm。
根据国家标准:
推杆12×
300GB/T4169.1—2006
D=16mmD1=22mmh=7mmR=0.8mmL=300mm
材料与硬度:
材料由制造者选定,推荐采用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V
硬度50HRC~55HRC,其中固定端90mm长度范围内硬度35HRC~45HRC。
淬火后表面可进行渗氮处理,渗氮层深度为0.08mm~0.15mm,心部硬度40HRC~44HRC,表示硬度
900HV。
2.7导向系统的设计
导向系统主要包括动、定模的导柱导套和侧向抽芯机构的导向槽等。
其作用是保证动模与定模闭合时能准确定位,脱模时运动可靠,以与模具工作时承受侧向力。
2.7.1导柱导向机构设计要点
(1)小型模具一般只设置两根导柱,当其元合模方位要求,采用等径且对称布置的方法,若有合模方位要求时,则应采取等径不对称布置,或不等径对称布置的形式。
大中型模具常设置三个或四个导柱,采取等径不对称布置,或不等径对称布置的形式
(2)直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具;
Ⅰ型带头导套主要应用于复杂模具或大、中型模具的动定模导向中;
Ⅱ型带头导套主要应用于推出机构的导向中
(3)导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位;
导柱中心到模板边缘的距离δ一般取导柱固定端的直径的1~1.5倍;
其设置位置可参见标准模架系列
(4)导柱常固定在方便脱模取件的模具部分;
但针对某些特殊的要求,如塑件在动模侧依靠推件板脱模,为了对推件板起到导向与支承作用,而在动模侧设置导柱
(5)为了确保合模的分型面良好贴合,导柱与导套在分型面处应设置承屑槽;
一般都是削去一个面,或在导套的孔口倒角
(6)导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高出6~8mm,以确保其导向作用
(7)应确保各导柱、导套与导向孔的轴线平行,以与同轴度要求,否则将影响合模的准确性,甚至损坏导向零件
(8)导柱工作部分的配合精度采用H7/f7(低精度时可采用H8/f8或H9/f9);
导柱固定部分的配合精度采用H7/k6(或H7/m6)。
导套与安装之间一般用H7/m6的过渡配合,再用侧向螺钉防止其被拔出
(9)对于生产批量小、精度要求不高的模具,导柱可直接与模板上加工的导向孔配合。
通常导向孔应做志通孔;
如果型腔板特厚,导向孔做成盲孔时,则应在盲孔侧壁增设通气孔,或在导柱柱身、导向孔开口端磨出排气槽;
导向孔导滑面的长度与表面粗糙度可根据同等规格的导套尺寸来取,长度超出部分应扩径以缩短滑配面。
2.7.2带头导柱
导向机构能在注塑过程中和模具中起到定位作用,导向作用,承受冲模过程中一定的侧向压力,承受模具本身重量的作用。
一般而言,导柱前端应倒圆角、半球形或做成锥台形,以使导柱能顺利地进入导套。
导柱表面有多个环形油槽,用于储存润滑油,减小导柱和导套表面的摩擦力。
根据GB/T4169.4-2006塑料注射模零件第4部分:
带头导柱示意图如下:
图2-7-1带头导柱规格示意图
由标准模架知L=250mm,D1=30mm,D=25mm,h=8mm,L1=50mm
材料:
T10A
带头导柱25
250
50GB/T4169.4-20064根
2.7.3带头导套
导套与导柱一起构成了导向系统,使导向系统具有在模具中不可缺少的作用。
为使导柱顺利进入导套,导套的前端应倒圆角。
导向孔最好做成通孔,以利于排除孔内的空气。
如果模板较厚,倒空必须做成盲孔时,可在盲孔的侧面打一个小孔排气或在导柱的侧壁磨出排气槽。
根据GB/T4169.3-2006塑料注射模具零件第3部分:
带头导套示意图如下:
图2-7-2带头导套规格示意图
D=35mm;
D1=48mm;
D2=54mm;
D3=36mm;
L=140mm;
h=10mm;
R=5mm
带头导套35
140GB/T4169.3-20064根
2.8其他结构件设计
2.8.1复位杆
常用的复位机构多采用复位杆复位。
由于它制造简单,易于安装和调节,复位动作稳定可靠,得到了广泛的应用。
它与顶出元件同时安装在顶杆固定板上,合模时定模分型面推动复位杆并带出顶出系统同时复位。
GB/T4169.13-2006塑料注射模具零件第13部分:
复位杆示意图如下:
图2-8-1复位杆规格尺寸
D=25mm;
D1=30mm;
h=8mm;
L=200mm
复位杆25
200GBT4169.13-2006
2.8.2定位圈
因为采用的有托唧咀,所以用定位圈配合固定在模具的面板上。
定位圈也是标准件,外径为Φ100mm,内径Φ70mm。
具体固定形式如图2-8-1所示:
图2-8-2定位圈规格示意图
D=100mmD1=35mmh=15mm
材料:
45钢
定位圈100GB/T4169.18-2006
2.8.3垫块
由于推出系统为顶杆顶出,而非手动脱模,即在模具中需要一空间收纳推杆,为了在模具中设计这一空间,则使用垫块,提供高度空间,使推杆在不工作时能存在于模具中而不影响其他部件工作。
垫块尺寸规格见下图:
图2-8-3垫块规格示意图
在标准模架中,L=400,H=130,由GB/T4169.6-2006中关于垫块尺寸的规定,取W=68,垫块材料选用45钢。
2.9注塑模温度控制系统设计
根据塑件的具体情况和实践经验,模具冷却系统的设计要点如下。
①冷却水道与成型面处应取相同的距离,使水道的排列与成型面形状相符。
②冷却水道应使成型零件表面冷却均匀,模具的温差不大。
一般情况下,冷却水道设置的数量越多,其冷却效果越好,越均匀。
③冷却水道的直径一般在φ8到φ12之间选取。
直径太小不容易加工,而直径过大,对冷却效果也有不利影响。
④冷却水道的距离应适当。
一般采用的距离为5d,当同意成型面上塑件厚度加厚时,可使水道的距离组建缩短,并靠近型腔,以取得局部冷却的效果。
⑤浇注部位由于经常接触的注射机喷嘴,而熔料首先从浇口注入,所以浇口部位是模具上温度最高的部位。
为了达到模温平衡,冷却水道应首先通过浇口部位,而熔融料流的方向