脉动盖注塑工艺分析及成型模具设计.docx

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脉动盖注塑工艺分析及成型模具设计

2014届

分类号:

TG375

　　　　　　　　　　　　　　　　单位代码:

10452

毕业论文（设计）

脉动盖的注塑工艺分析及成型模具的设计

姓名　　　　　朱礼兵　　　　

　　　　学号　　　201203910838

　　　　年级　2012　　　

　　　　专业机械设计制造及其自动化

　　　　系　（院）　　机械工程学院

　　　　指导教师　张建梅

　2014年3月30日

摘要

现代塑料模具在社会生产中起到的重中之重的地位的，注塑模具是社会经济的基础工业。

用注塑模具生产成形塑料制品存在许多优点。

如：

制造简便方便、材料利用充分、生产效率高、制品的尺寸统一，尤其是对成批制造的机塑料制品，更能达到意想不到的经济效益。

最近几年全世界国内外对注塑模具的浇注系统、温度的控制、用数控来加工注塑模具这样大大减少了热处理变形等情况作了大量的研究，并取得了相当好的结果。

将来，模具设计将在世界各地占领主导地位，促进我国的经济的大力发展。

本模具的设计是对脉动盖的设计,包含了方案分析和方案的确定、尺寸计算和结构计算等。

该制品内有螺纹，需要进行两次分型。

所以采用了二次来脱模机构来对制品进行脱模，保证塑聊制品能够容易的成型脱模。

关键词：

凸凹模结构设计；脱模机构设计；浇注系统

Abstract

Themodernplasticmouldinthesocialproductionofpriorityamongprioritiesposition,injectionmoldisthefoundationofindustrialeconomy.Therearemanyadvantagesofplasticinjectionmouldformingproduction.Suchas:

simpleandconvenientmanufacturing,fulluseofmaterials,highproductionefficiency,productsizeuniform,especiallyformachineplasticproductbatchmanufacturing,canachievemorebeatalleconomicbenefits.Mainmethodsofmanufactureofinjectionmoldandplasticproducts.Soaroundtheworld,designofinjectionmoldisveryattention.Inrecentyearsallovertheworldathomeandabroadontheinjectionmoldgatingsystem,temperaturecontrol,numericalcontrolmachininginjectionmoldwhichgreatlyreducedtheheattreatmentdeformation,madealotofresearch,andachievedverygoodresults.Future,molddesignwilloccupyadominantpositionintheworld,andpromoteChina'seconomicdevelopment.Designofthedieisdesignedtocoverthepulsation,includesprojectanalysisandscheme,thesizeofthecalculationandstructuralcalculation.Theproductwithinnerthreads,theneedforatwotype.Sothetwotimestodemouldingmechanismforreleaseofproducts,ensuremoldingmoldplasticproductscanbeeasily

KeyWords:

DemouldingagenciesPlasticsinjectionMold;Structuraldesign;Thegatingsystem

1绪论

注塑模具是工业生产重要的一部分，具有相当大社会发展前景。

中国的注塑塑料模具制造业发展缓慢,经验很少,和发达国家相比差距是非常大的。

随着注塑塑具行业的不断创新和发展，将来注塑模具将会很快的奔向成熟并且很快在社会经济发展中占据主导地位。

所以，在不久将来注塑模具将在市场上变成最常用的的制造工业，遍布世界各地，注塑模具作为模具其中一种，在市场将有很大的需求量。

而原始的注塑模具制造方式，主要通过图纸和仿形加工的方式来完成，费事、费力、精确度不高、产品的误差比较大。

而现代注塑模具于原始相比较有了很大的差别，它不仅在形状和结构方面与以前相比变得更为复杂，而且在技术方面变得更先进了，用原始的注塑模具制造技术很难制造出高精度模具。

当今，全世界的工业生产普遍存在特产品多样、市场竞争压力大。

为了适应今市场的发展需求注塑模具存在列下发展现状：

1）现在模具的精度要求将越来越高。

20年前，注塑模具的制造精度要求为7µm，现在已达1µm－2µm。

满足社会的发展需求，这就是要求我们必须大力发展超精加工。

不断提高注塑模具的制造,使注塑模具能够生产出形状更为复杂的产品。

2）注塑模具设计日益变得大型化的趋势。

由于要提高生产率的原因现在出现了一模多腔型的注塑模具。

新型注塑模具在多工位级进模的基础上研发出来的，多功能注塑模具除了注塑成型制品外，还担负其它许多工作如：

攻丝、铆接、叠压和锁紧等其它重要任务，这种多功能的注塑模具生产出来的产品不再是单一的，而是大批量的产品，可大大的提高产品的生产和制造周期。

3）伴着热流道技术不断成熟和其广泛的使用，热流道注塑模具技术在塑料模具中逐步成熟。

所有采用热流道技术的注塑模具大大提高了生产率和生产的质量，并节约很多的原料，所有，热流道技术的在工业生产中发展很快。

许多注塑塑料模具厂生产的注塑模具已有一半以上采用了该项技术，提高生产率的效果十分明显。

4）注塑模具的不断改进和发展，塑件的精度要求越来越高，为了保证产品的精度，注塑模具生产厂家将继续不断的研究和创新，提高注射压缩工艺流程。

在注射过程中，影响塑件精度的最大问题就是收缩，高压快速注射成型工艺可以大大的减小塑件的收缩率，提高塑件尺寸精度。

气辅注射技术已相当较成熟，它能改善塑件的外观质量，有注射压力小、制品变形小、易于保证的质量等优点，还可以节约材料及提高生产率，从而大幅度降低生产的成本。

5）注塑模具的标准件再将市场的应用将会变得更为广泛。

注塑模具标准化生产的应用能极大的提高注塑模具生产时间。

使用注塑模具标准化不但能缩短模生产的时间，还提高注塑模具质量和降低注塑模具的成本，因此模具标准化将日渐广泛的被使用。

实现注塑模具行业的标准化生产促进了注塑模具工业在更大的程度上实现资源的融合，提高注塑模具行业发展的。

所以，模具标准化生产的运用在“十五”期间将得到很大发展。

2塑件的工艺分析

本次设计的产品是脉动盖注塑模具，该产品的外形轮廓和形状比较简易，容易理解和接受。

本设计的产品高度16mm，大径40mm，壁厚1mm，中间连接的部位用圆弧衔接。

塑件对其尺寸要求没有太严格的标准，因此，在设计中可以不加太在意此环节的设计，目的是为了降低注塑模具制造成本、节约原料、提高生产效率。

该产品图如下图:

图1产品图

2.1塑件的壁厚分析

制品的厚度对产品质量的有很大的影响，所以要严格的控制塑件的壁的厚度。

厚度太大，太浪费材料，还增加了塑件的冷却时间，更为严重是使产品出现气泡、收缩、变形等质量问题。

厚度太小，成型过程中塑料熔体流动阻力太大，充型不完整出现缺陷，尤其是大型注塑模具制品的缺陷更为严重。

根据相关知识手册，此产品的厚度应为1mm比较合适，在保证塑件形状完整尺寸精确的同时还能节约材料。

2.2塑件的倒角分析

为了保证制品的质量的同时还要是熔液的便于脱模，使其充满整个型腔。

在制品内外表面采用过渡圆弧来连接，目的就是为了提高制品的工艺性能。

过渡圆弧对制品的是十分重要的一个要求，所以对于注塑模具的型腔的设计是一个关键环节。

在无其它特别的要求的条件下，内外表面的连接处均设计倒圆角。

通过查找相关资料可知：

一般外圆角是壁厚的1.3倍、内圆角应是壁厚的0.6倍。

本次脉动盖的设计要求内外圆弧圆弧的设计结合生产实际来，根据目前的生产力以及设备，此制品的内外倒角均设为半径为0.6mm，适合制品的结构和社会的生产实际。

2.3材料的选择

本塑料制品在尺寸要求较高,而且在长时间的循环利用的过程中必须有较好的物理性能，在保证制品的功能不变条件下，还要保证塑件有很好的外形和尺寸。

才能完整的达到塑料制品的加工要求。

综合上所说的条件下在结合厂家的实际生产情况，应选用收缩较小、性能较高的塑料原料本设计采用聚乙烯来作为脉动盖的加工原料来进行加工制造和生产。

聚乙烯是一种没有毒、没有味、呈白色的原料。

密度为0.9～1.0g/cm3,而且还有相当的机械性能,有很好的透明度、柔软度、耐冲击度，和其他塑料进行比较机械强度相对较低低，表面硬度低，但柔韧性与其它塑料较好，无毒，对身体不会产生什么伤害。

聚乙烯的绝缘很好，常温下聚乙烯不与任何溶剂互溶，并且有很好的耐酸性、耐碱性、抗腐蚀性很强。

聚乙稀有很好的耐水性，长时间和水相接触其性能人可以保持不变。

它的透水气性能很差，但透氧和二氧化碳以及许多有机物气体的性能较好。

它还在光、热、的侵蚀下会出现老化现象。

2.4成型特性

本制品为结晶型塑料,和一对其进行重复的循环利用，节约资源，保护环境。

不吸水,制品不可长时间加热容易融化失效，粘度小，化学性质稳定不易分解，长时间的氧化除外，流动性随压力的变化较大，加热时间过长容易出现分解现象。

所以我们应控制好模具型腔的温度。

采用高压注射成型，原料的温度要均匀，填充速度应快，保压时间充分。

不采用直接注射方式，这样会使收缩不均称和方向明显。

所以，浇口位置的选择很重要。

质软的塑料容易脱模，不影响脱模后制品外观和形状。

2.5综合性能

压缩比例：

1.90~2.40

抗拉强度:

23~40MPa

弹性模量：

0.86~1.00GPa

弯曲强度：

26~42MPa

压缩强度：

230MPa

疲劳强度：

12Mpa

脆化温度：

-70oC

注射机型号：

柱塞式

喷嘴的形式：

直通式

模温：

35~46oC

注射压力：

90~110Mpa

保压压强：

42~55Mpa

注射时间：

0~8s

保压时间：

14~64s

冷却时间：

15~60s

成型周期：

40~140s

有制品的工作条件可知到对制品的精度要求较高，有聚乙烯的性能可知制品的精度等级为6级精度要求

外径:

40mm厚度:

1mm

内径:

16mm厚度:

1mm

根据实际情况算出制品的体积是:

V塑=

S*H=2.8cm3（3-1）查资料的聚乙烯密度约为:

所以塑件设为的实际质量是：

W塑=V塑×r塑=2.7（g）。

（3-2）

3塑件型腔数目的分析和分布

为了保证注塑模具的生产效和制品的质量及其相应的经济性，注塑模具在设计时应确定注塑模具的型腔数目，注塑模具色型腔数目的确定方法有以下几种：

3.1型腔数目的确定

1）根据经济性。

根据加工费用的最小原则，不计准备时间和原材料消费，仅考虑注塑模具加工制造的费用和制品的加工费用。

2）根据锁模力。

当制造大注塑模具时常使用这种方法。

模具机的锁模力取F，模具型腔内熔液的压力P0,制品在模具上的投影面为A0，浇注系统在分型面上的投影面为A1，所以：

有公式（nA0+A1）Pm

F整理可得：

（4-1）

3）根据制品精度。

当注塑模具中每添加一个型腔时制品的精度就会下降,设型腔数为n,产品的基本形状尺寸设为w，公差设为

一个型腔注塑模具可能产生的误差取

则制品精度的公式就为：

%+（n-1）w

公式经化简可得：

（4-2）

对于有些制品的精度要求较高，由于多型腔的注塑模具不能保证其精度，故一般设少于四个型腔就可以了。

4）根据最大注射量。

设注塑机的最大注射塑料溶液量设为G，一个制品的质量设为W0，设浇注系统的质量为W1，所以有以下公式来确定型腔数目n：

（4-3）

3.2型腔的排布设计原则

多型腔在注塑模具上的排布方式有许多种，通常我们选圆形。

在设计注塑模具时应遵循一定的排布原则。

已知体积V塑和质量W塑，由于此制品属大量生产的小塑件，所以，我们确定用一模四腔对称的方式来排布型腔,根据制品的外形确定运用点式浇口，根椐制品的材料和制品的尺寸确定浇口直径为0.9~1.5mm。

排布图如下：

图2型腔数目及排布方式图

4分型面与浇注系统分析

分开注塑模具取出制品和浇注系统凝料的接触表面为分型面。

4.1分型面的选择应遵循以下原则

1）制品方便脱模取出。

2）制品的外观不遭损害。

3）保证制品的精度要求。

4）有利于注塑模具排气。

制品属于很薄小型塑件，制品在冷却的过程中由于收缩作用而包在凸模的型芯上，所以，为了保证脱模顺利将分型面设在动模上。

所以，分型面的选择如下:

图3分型面选择方式图

4.2浇注系统的设计

从注流道的始端到型腔之间的熔液流动通道为浇注系统。

他的作用是使塑料熔体能顺利的充真到型腔中，得到尺寸、形状完整。

浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。

再设计浇注系统时必须使熔体的流动性好稳定、流动平稳、没有曲翘变形、整理方便，尽量减少塑料的浪费，节约资源。

1）主流道的设计

主流道的断面通常是圆形还有一定锥度，还和注射机喷嘴在一条线上，连接喷嘴和分流道的通道称为主流道。

本制品用的材料为聚乙烯，有其流动性质来确定流动参数如下：

主流道的锥度取

，制品壁的粗糙度取0.6µm。

大端圆角取半径取6mm,目的是为了减少塑料熔体的阻力。

主流道一定要短，太长会影响充型，此处选主流道的长度为30mm。

衬套和主流道做成一个整体热处理后的强度为53-57HRC.

2）冷料穴的设计：

冷料穴一般设在动模板上，这样是为了存放料流前峰的冷料防止冷料进入型腔，此为，再开模时还能够将冷料从中取出来。

综上制造本制品可以使用无拉料杆的冷料穴。

3）分流道设计：

主流道和浇口之间的一段通道是分流道。

分流道在分型面上，起到分流转向作用。

多型腔注塑模具都设有此系统，大型模具还设有多个分流道，因为它使用多个点浇口，这样才能保证充型完全，保证塑件质量和尺寸精度。

1）分流道的截面和尺寸的确定:

分流道形状包括许多种样式，通过查阅资料可知塑料溶液在六角形流道流动的慢，塑料溶液在正方形流道中凝固后不容易分型脱模，而圆形流道在加工过程难以保证精度要求，所以本设计选半圆形流道，取半圆直径5mm.

2）分流道的排布：

分流道的排布方式要根据型腔来安排布置的，两者互不影响。

分流道的布置是平衡式根据型腔的排布形式，分流道的布置图如下：

图4分流道的排布

4）浇口的设计：

连接分流道和模具型腔之间的一段距离是浇口，它是浇注系统重要部位。

本制品属于小型塑件，用的是一模多型腔注塑方式，而点浇口截面积小，浇口断开时不会损伤制品表面尺寸和形状，保证塑件质量，故采用点浇口。

浇口的确定遵循以下原则：

、浇口设在能使塑料熔体能够充满各个型腔的位置

、浇口应为于制品壁较厚的地方

、浇口应设在气体能够排除的位置。

就细长的注塑模具，用顶出顶部的进料，其目的是为了型芯冲击而变形损坏。

浇口的基本尺寸如下图所示:

图5浇注系统图

有制品的外形和质量来确定相应的尺寸：

由塑件质量2.7g可以推测出

d=4mmD=6mmR=15mmh=5mm　d=1mm

H=4.5mmL=70mmL=26mma=4。

a1=10。

L1=18mm

4.3注射机的型号和规格的选择

体积:

V浇=9cm3。

浇注系统质量约为：

W浇=V浇×r塑=8.8g。

S=（n×W塑+W浇）/0.9=25g。

XS-Z-32注射机的技术规格如下:

型号：

XS-Z-32

注射量：

螺杆直径：

压力：

120

行程：

134

时间：

0.8

合模力：

260

注射面积：

最大开模行程：

170

以上数据是在《塑料制品成型及模具设计》第240页的附录中查的。

以上参数在资料上查的，其中参数的单位分别是毫米和兆帕。

本设计用的是柱塞式注射机来完成注射。

5凸凹模的结构及工作尺寸的设计

5.1零部件的结构设计

制品在加工的过程中，是由许多零件组成的。

而这些零件叫做注塑模具的成型零件，主要包括凹凸模、型芯等。

1）凹模的结构设计

凹模是注塑模具的制品的外轮廓的部件。

他是模具的重要组成部分，凹模有整体式和组合式两种形式。

（1）整体式凹模是有一整个金属加工而成，这种形式的模具结构紧凑简单不易出现变形塑件质量好，尺寸精确。

如果形状复杂时，易采用结构复杂的注塑模具来完成注塑。

所以，整体式适合形状简单的注塑制品。

（2）组合式凹模是有好几个金属组合装配加工而成，适合形状复杂的注塑模具塑件的注射。

这样能够得到精确的塑件制品，保证制品的尺寸精度，和外形的要求。

所以，组合式凹模加工性状复杂的注塑制品。

由于本制品的外形结构简单，所以采用整体式凹模。

2）凸模的结构设计

凸模又称型芯，是注塑模具制品的内轮廓部件，通常也分为整体式和组合式两种。

（1）整体式凸模是对那些结构比较简单，型腔比较浅的塑件易采用整体式凸模，

（2）组合式凸模一般适应于结构复杂，不便于机械加工的注塑制品，特别是有二次分型的塑件，宜采用组合式凸模。

然后再将其连接成一个整体，所以适用于大型凸模。

由于脉动盖有螺纹多以本次的设计组合式的凸模。

5.2凹凸模的尺寸计算

模具零件的尺寸计算主要是凹凸模的计算，通常包括凹模和凸模的径向尺寸，凹凸模的高度尺寸，凹凸模的位置尺寸，

1）凹凸模产生偏差的主要方面

①塑料的收缩

收缩是制品产生偏差主要因素，要保证收缩率在其最大值和最小值之间变化，不能超过误差范围。

②注塑模具的加工过程中的偏差，还有注塑模具的装配过程中的误差。

2）凸凹模的计算

制品为聚乙烯，属于大量制造的小制品，收缩率的最大值与最小值取1.8%-3.8％。

平均收缩率

=2.8%。

所以，要计算凸凹模各个尺寸的制造与作用修正系数的数值在y=0.6~0.8之间取既可以了，综合所说相关计算尺寸如下：

（1）凹模尺寸计算：

图B:

（2）凸模计算:

图A中：

（L1）0-δ=[（1+a）LM1+0.5×Δ]0-δ

=[（1+2.5%）×26+0.5×0.48]0-0.48/4

=26.880-0.12

（L）0+δ=[（1+a）lXS-0.5×Δ]0+δ

=[（1+2.5%）×2-0.5×0.24]+0.24/40

=1.98+0.040

（3）螺纹型芯的尺寸计算：

（1）型芯小径：

（d小）0-δ=[（1+a）d小+Δ]0-δ

型芯中径：

（d中）0-δ=[（1+a）d中+Δ]0-δ

型芯大径：

（d大）0-δ=[（1+a）d大+Δ]0-δ

d大,d中,d小———为螺纹型芯的大，中，小径；

d大，d中，d小———为塑件内螺纹大，中，小径尺寸；

Δ是塑件螺纹中径公差；

δ是螺纹型芯的中径公差，取Δ/5。

将数字代入以上公式得：

（d大）0-δ=[（1+2.5%）×14+0.03]0-0.03/5=15.380-0.006

（d中）0-δ=[（1+2.5%）×12.701+0.03]0-0.03/5=14.0490-0.006

（d小）0-δ=[（1+2.5%）×11.835+0.03]0-0.03/5=13.1610-0.006

3）注塑模具的壁厚计算以及底板厚的计算

如果注塑模具的外力太大，注塑模具将会出现塑性变形或断裂破坏的严重问题，产生塑性变形，使零部件在加工塑件出现较大偏差，影响制品的尺寸和外观形状，严重会发生溢料问题。

所以，在注塑模具的设计时，零部件的强度和刚度校核是一个重要环节。

因此，在设计时要对零件进行强度和刚度校核。

计算公式如下：

侧壁：

按强度计算：

（7-1）

按刚度计算：

（7-2）

底部：

按强度计算：

（7-3）

按刚度计算：

（7-4）