轴套注塑模具设计.docx

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轴套注塑模具设计

宁武汉职业学院

毕业设计（论文）

轴套注塑模具设计【1腔】

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摘要

随着各种性能优越的工程塑料的不断开发，工业、民业的各种塑料制品需要的不断增长，注塑工艺越来越多地用于制造领域成形各种性能要求的制品。

而注塑模具的设计质量、注塑机应用等直接影响成形制品的生产效率、质量及成本。

一副好的注射模具可成型上百万次，由于其寿命的延长，从另一方面降低了塑件的成型成本，并且好的模具由于更换，检修少，从而提高了其生产效率。

为了满足日益发展的工业的要求和民需生活品的需要，我们应不断的研究开发，设计出能提高注射模性能的注射模，以满足各行各业的需要。

在本设计中，通过运用CAD对轴套进行一模一腔的设计开发，其中包括凸、凹模的设计、推出机构的设计、注射机的选择与校核、浇注系统的设计、冷却系统的设计、模架的选择等各项工作。

在本设计中，设计的重点在成型零部件即凸、凹模的设计和浇注系统、冷却系统的设计。

其中浇注系统和冷却系统的设计是一副模具的设计灵魂，浇注系统的设计直接影响着塑件的成型质量和生产效率[1]。

因此，对浇注系统的设计是注射模具设计的重点工作。

而与此同时，模具的温度对塑件的质量和生产效率也着直接的影响，模具温度的控制直接影响着模具的凝固时间和收缩内应力，从而影响模具的成型周期长短和塑件质量好坏，及其表面粗糙度等。

在本设计中着重设计了凸、凹模尺寸、浇注系统和冷却系统的尺寸及其系统结构。

通过本次设计，我们首先学习了解了我国塑料模具的现状和发展状况、注射模的基本结构和注射模成型工艺过程以及模具设计的基本原理。

关键词：

轴套；注射模；设计；POM

POMtract

Withthesuperiorperformanceofthecontinuousdevelopmentofengineeringplastics,industry,publicsector,theneedsofavarietyofplasticproductsisgrowing,injectiontechnologyincreasinglyusedinthemanufactureofvariousperformancerequirementsofformingtheproducts.Thequalityofinjectionmolddesign,injectionmoldingmachineaPOMlicationsproducts,formingadirectimpactonproductivity,qualityandcost.Moldcanbeagoodinjectionmoldingmillionsoftimes,becauseoftheirlongerlifeexpectancy,ontheotherhandreducesthecostofplasticpartsmoldinganddieasaresultofagoodreplacement,lessmaintenance,therebyincreasingtheirproductionefficiency.Inordertomeetthegrowingindustrydemandsandthepeopleneedtolivegoods,weshouldcontinueresearchanddevelopmentdesignedtoenhancetheperformanceofinjectionmoldinjectionmoldinordertomeettheneedsofallwalksoflife.

Inthisdesign,throughtheuseofCADbaseontheremotecontroltocarryoutasecondcave-modedesignanddevelopment,includingconvexandconcavemolddesign,theintroductionofbodydesign,thechoiceofinjectionmachineandcheck,gatingsystemdesign,coolingsystemdesign,selectionofmoldbasework.Inthisdesign,isdesignedtofocusonpartsandcomponentsinthemoldingthatisconvexandconcavemolddesignandcastingsystems,coolingsystemdesign.Oneofgatingsystemandcoolingsystemdesignisthesoulofamolddesign,gatingsystemdesignofadirectimpactonthemoldingplasticpartsqualityandproductionefficiency.Therefore,thegatingsystemdesignisthefocusofinjectionmolddesignwork.Atthesametime,moldtemperatureontheplasticpartsofthequalityandproductionefficiencyisalsoadirectimpact,moldtemperaturecontrolofadirectimpactontheclottingtimemoldandcontractionstress,thusaffectingthemoldingcyclethelengthofmoldandplasticpartsofgoodqualitybad,anditssurfaceroughness.Duringthedesignfocusedonthedesignoftheconvexandconcavemoldsize,gatingsystemandcoolingsystemsizeanditssystemarchitecture.Throughthisdesign,wefirstlearntounderstandtheplasticmoldofourcurrentsituationanddevelopmentsituation,thebasicstructureofinjectionmoldandinjection-castingprocess,aswellasthebasicprinciplesofmolddesign.

KeyWords:

remotebase,injectionmold,design,POM

第1章绪论

1.1蓬勃发展的模具工业

从20世纪80年代初开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。

在随后随着模具技术的不断发展，模具工业也被广泛的被投用于汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料以及日用品等工业部门中。

在发达国家人们认为，没有模具，就没有高质量的产品。

并且模具享有“发展工业的一把钥匙”；“一个企业的心脏”；“富裕社会的一种动力”等之美誉。

改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。

近年来，每年都以15%的增长速度快速发展。

模具企业也如雨后春笋，迅速萌生，蓬勃发展。

随着模具工业规模的不断扩大，我国的模具技术水平也有较大的提高已能制造体现现代模具设计制造水平的大型、负责、精密的模具，部分模具达到了国际先进水平。

虽然我国模具工业有了长足的进步，部分模具已经到达了国际先进水平，但是无论是数量上还是在质量上仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的大型、精密、复杂模具。

为了缩小与发达国家的模具行业的差距，我国的模具正积极的向着开发大型、精密、复杂模具；加强模具标准件的应用；推广CAD/CAM/CAE技术等几方面进行大力发展。

1.2塑料模具工业的现状和技术的主要发展方向

（1）现状

近年来国外塑料模的发展速度也迅速增长，在诸多国家中（日本、德国、瑞士等）其塑料模工业的发展都高于了冲压模，塑料模生产的经济经额占据了整个模具产业的1/2。

国外大量生产的塑料模主要采用多腔模、多层模和多层多腔、多工位多腔等类型模具，多层模已发展到64×64腔，还研制了多层模专用的注射成形机，各试饮料塑料瓶、杯子几鞋模多采用多工位多腔模，饮料瓶模多达32腔。

日本和欧美一些国家用铝材制作注塑模，由于铝导热性比钢好，是钢的三倍，注射周期可缩短25~30%，并且模具重量也大为减轻。

塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的,在我国,起步较晚,但发展很快,特别是最近几年，无论在质量、技术和制造能力上都有很大发展,取得了很大成绩。

我国在塑料模的发展中用30年的时间就走过了国外90年的发展历程，现已具备相当规模。

在1987年我过塑料产量已达297万吨，位居世界第5位。

如今我国塑料产业已形成了相当规模的完整体系，塑料模的设计技术、制造技术、CAD技术、CAPOM技术已有相应的设计和开发应用。

塑料的生产，成型加工，塑料机械设备。

模具工业以及科研等，都已发展都了一定规模。

（2）发展趋势

随着人类社会的不断进步和高新技术的不断发展，人们对产品的要求越来越高，这就促使了我们必须大力研发模具设计技术。

世界各国对塑料模设计技术也给予了高度的重视和关注并投入重金进行研究和开发。

在国际上塑料模具未来的发展主要向着以下几方面进行：

①在模具设计制造中全面推广CAD/CAM/CAE技术

CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑，实践证明，CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

②注射模CAD的实用化

塑料模Mold——Flow或C——Flow软件和塑料模Mold——Cool或C——Cool软件已经商品化，注射模CAD正向实用化方向迈进。

我国政府对注射模CAD实用化进程也十分重视。

专门组织了“八五”国家重点技术攻关项目“注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”。

目前，美国PSP公司的IMES专家系统，能帮助模具设计人员用专家的知识解决注射模的问题。

③塑料模专用材料研究和开发

目前，塑料模钢拥有的类型有：

基本型、预硬化型、时效硬化型、热处理硬化型、马氏体时效钢和粉末冶金模具钢等钢种。

在“八五”期间，国家也组织了诸多钢铁厂单位大力研究和开发塑料模专用系列钢，这将进一步扩大和完善塑料模钢材。

④塑料模加工程控化

机械技术与电子技术的密切结合，日益更多地采用数控数显、计算机程序控制的加工方法，实现高层次、多工位加工，使塑料模在质量上、效率上产生一个新的飞跃。

激光成型技术也在塑料模腔加工中取得了巨大成功。

⑤模具研磨抛光自动化、智能化

模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,我国目前仍以手工研磨抛光为主,不仅效率低（约占整个模具周期的1/3）,且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。

因此,研究抛光自动化、智能化是重要的发展趋势。

日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。

第2章轴套塑料模工艺设计

2.1轴套塑件的工艺分析

2.1.1塑料材料的性能及基本成型工艺参数

塑料是指常温下呈高弹态的高分子聚合物。

它是以树脂（高分子聚合物）为主要成分，加入各种能改善其加工性能和使用性能的添加剂，在一定温度、压力和溶剂等作用下，利用模具可成型为一定几何形状和尺寸的塑料制件，并在常温、常压下能保持此种形态的一类材料，它品种繁多，且不同的塑料具有不同的性能。

塑料普遍具有质量轻、密度小、比强度高、优良的电、热、声绝缘性能、较强的耐腐蚀性能和较强的光学性能、耐磨性能等优良的性能。

塑料成型的成型工艺特性表现在许多方面，有的只与操作有关，有些特性直接影响成型方法和工艺参数的选择。

对于热塑性塑料来说，其成型工艺参数特性主要包括收缩性、流动性、相容性、吸湿性及其热敏感性以及热力学特性、结晶性及取向性等等[1]

2.1.2轴套塑料的选材

塑料材料是根据材料的用途来选择的，而作为轴套，他不需要承载大负荷，且工作温度不高，因此对耐热性的要求也不高。

根据其要求和所用条件范围看来，一般的结构材料的塑料就可以满足其要求，所以可在此类材料中选择轴套材料。

而作为一般结构材料的塑料，主要有高，低密度聚乙烯、聚丙烯、POM、聚碳酸酯、有机玻璃、高抗冲聚苯乙烯、环氧树脂玻璃钢和丙烯晴-丙烯酸酯共聚物等。

但基于本设计中的塑件是通过注射模成型，并根据材料在注射模成型时的优良初步选择了，低密度聚乙烯、聚丙烯、POM、聚碳酸酯等四种材料作为制造轴套的原材料。

2.1.3POM材料成型特性

①无定形塑料,流动性中等,吸湿性小,一般不需要很大程度上的干燥,也可得到表面质量较好的塑件。

②高料温,高模温,材料分解温度为>270度，对精度要求较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽度高，耐热塑件,模温宜取60-80度。

③如出现水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变浇口位置等方法。

2.2注射成型基本过程

图2.1.注射成型基本过程

生产前的准备工作一般是，为了使注射成型生产顺利进行和保证制件质量，在生产前进行的包括原料的预处理、清洗机筒、预热嵌件和选择脱模剂等准备工作。

1、原料的预处理

原料的预处理包括三个方面：

一是，分析检验成型物料的质量。

这个环节包括检验物料的含水量、外观色泽、颗粒情况、有无杂质等，并测试其热稳定性、流动性、收缩率等指标。

对于粉状物料，在注射成型前还需要将其配制成粒料。

二是，着色。

根据制件物品的需要，在塑料成型时往成型物料中添加一种色料或者是色剂的物质，以达到所需要的色泽。

粉状或粒状热塑性塑料的着色，有直接法和间接法两种工艺方法来实现。

其中前者有称一次着色法，它是将细粉状的着色剂与本色塑料简单的掺混后即可直接用于成型，或经塑炼造型后再用于成型。

其方法比较简单，操作容易。

相比来说间接着色法就比较困难，它需要用被称为“色母料”的高颜料浓度的塑料粒子与本色塑料粒子按比例称量后放入混合机，经充分搅拌后再送往成型设备中使用。

它着色步骤简单、着色易均匀分散，制件色泽鲜艳且无颜料粉尘污染，并且它还可以实现着色过程的自动化。

但是它由于只是和本色塑料粒子简单混合，无混炼功能或只需要混炼功能很差的成型设备，所以当需要成型颜色均一性高的制品时不能采用此法着色的成型物料。

三是，预热干燥。

对于吸湿性和粘水性强的物料，根据注射成型工艺允许的含水量要求进行适当的预热干燥处理，以此来出去物料中过多的水分及挥发物，以防止成型后制品出现气泡和银纹等缺陷，同时也可以避免注射时候发生水降解。

但对于吸湿性和粘水性不强的物料，如果包装储存的较好也可以不用预热干燥。

2、清洗料筒

生产中如果需要改变塑料品种、更换物料、调换颜色或是发现成型过程中出现了热分解或是降解反应时候，都需要对注射机的料筒进行清洗。

通常情况下，注塞式机的料筒存料量大，必须将机筒拆卸清洗，对螺杆式机筒，可采用对空注射法清洗。

3、预热嵌件

这个步骤主要用于那种带有嵌件的塑料制件，由于金属和塑料收缩率不同，导致嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹，为防止此种现象的发生，在成型前可以将嵌件先预热，减少它在成型时与塑料熔体的温差，避免或抑制嵌件周围的塑料发生收缩应力和裂纹。

4、选择脱模剂

常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡（白油）和硅油等。

其中除了硬脂酸锌不能用于聚先胺外，这三种脱模剂对于一般塑料均可使用，尤其是硅油的脱模效果是最好的，只要对模具施用一次，即可以长效脱模，但是价格昂贵。

硬脂酸锌通常多用于高温模具而液体石蜡多用于中低温模具。

另外，对于含有橡胶的软制品或透明制品不宜采用脱模剂，否则将影响制品的透明度。

加料：

计量将粒料和粉料加入料斗，通过料斗进入注射机料筒，物料一般是在注射机的料筒中塑化。

通过对塑化计量的计算设定好后，物料在设定的计量中塑化完全，即粒料和粉料变成塑料熔体后，注射模闭合，注射机注射充模。

注射充模：

注射充模一般划分为流动充模、保压补缩和倒流三个阶段。

流动充模是指注射机将塑化好的熔体注射进入模腔的过程。

在注射过程中注射压力是随时间不断改变的，在流动期内，注射压力和喷嘴处的压力急剧上升，而模腔（浇口末端）压力却近乎于零，故注射压力主要用来克服熔体在模腔以为的阻力。

当在充模期间，由于熔体流入模腔，模腔压力急剧上升，注射压力和喷嘴压力也会随之增加到最大，然后停止变化，此时注射压力对熔体起了两个作用，一是克服溶体在模腔内的流动阻力，二是对熔体进行一定程度的压实。

保压补缩，保压补缩阶段是指从熔体充满型腔至螺杆开始在机筒中开始后撤为止。

保压是指注射压力对模腔内的熔体继续进行压实的过程，补缩则是保压过程中，注射机对模腔内逐渐开始冷却的熔体因成型收缩而出现的空隙进行补料的动作。

倒流是指柱塞或螺杆在机筒中向后退时（即撤除保压力后），模腔内熔体朝着浇口和流道方向进行反方向的流动。

冷却定型：

冷却定型从浇口冻结时间开始，到制品脱模为止，这是注射成型工艺过程的最后阶段。

在此阶段中需要注意的问题有模腔的压力、制件密度、熔体在模内的冷却情况以及脱模条件等。

制件的后处理：

制件从模具中脱出后，由于成型过程中塑料熔体在温度和压力的作用下的变形流动行为非常复杂，再加上流动前塑化不均以及充模后冷却速度的不等，制件内常常会出现一些不均匀的结晶、取向和收缩率，导致制件产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起实效变形外，还会使制件的力学性

能、光学性能及表面质量变换，更有甚至开裂，为解决这一系列问题我们必须对制件进行相应的后处理。

当注射过程完成后我们将制品脱模，卸料，清洗模具并可以将凝料返回料筒重新塑化注射，开始循环进行下一个成型周期。

2.3轴套的设计件

该塑件经测量所得，其基本几何值为：

密度：

p=0.9g/cm3；

体积：

V=21cm3；

质量：

M=18.9g；

长度：

L=150mm；

塑件平均宽度：

B=60mm；

投水平投影面积：

S=73.4cm2；

制件表面积：

S=194.3cm2

第3章注射机的选择和校核

3.1注射机规格的选择

注射机为塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可以分为立式、卧式、直角式三种注射机。

按塑料在料筒中的塑化方式分可以分为，柱塞式和螺杆式两种注射机。

在此我们通过假设的模腔数目初步确定注射机的规格。

初步设计模腔个数为两个，POM材料的密度p为p=0.9g/cm3（0.9~0.91）。

通过测量所得出塑件的体积（V）和质量（M）以及水平投影面积（S）分别为V=21cm3、M=18.9g、S=73.4cm2。

一模设计两个模腔，那么每次注射机的注射量必须大于：

2M=2×21cm3=42cm3。

根据注射机的最大注射量初步选择型号为XS−Z−60的注射机，其工艺参数如下：

螺杆直径/mm：

φ38

注射容量cm3：

60

注射压力/105Pa：

122

锁模力/10KN：

500

最大成型面积/cm2：

130

模板最大行程/mm：

180

定位孔直径/mm：

55mm

模具厚度/mm：

（最大）：

200（最小）：

70

喷嘴：

（球半径/mm）：

12（孔直径/mm）：

φ4

3.2注射机的校核

3.2.1注射机注射容量的校核

模具设计时，必须是得在一个注射成型周期内所需注射的塑件料溶体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内，且在一个注射成型周期内，需注射入模具内的塑料溶体的容量和质量，应为制件和浇注系统两部分容量和质量之和，即V=nVn+Vj或M=nMn+Mj

式中：

V（M）——一个成型周期内所需要注射的塑料容积和质量，cm3或g；

n——型腔数目；

Vn（Mn）——单个塑件的容量或质量，cm3或g；

Vj（Mj）——浇注系统凝料的容量和质量，cm3或g；

故应使0.8Vn+Vj≤0.8Vg或M=0.8Mn+Mj≤0.8Mg式中：

Vg（Mg）——注射机额定注射量，cm3或g；将数据代入以上不等式（取其中之一的质量不等式来对注射量进行校核）得：

M=nMn+Mj=2×18.9+5.5=43.3g≤0.8Mg=0.8×60=48g满足要求上式中的：

Mj=M主流道+M横浇道+M分流道+M浇口+M拉料钩≈5.5g

由于为制件所选的材料为POM，该材料非热敏性材料，所以只需对其进行最大注射量即可，不必对其进行最小注射量的校核。

3.2.2注射机注射压力的校核

注射压力的校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品的成型要求。

只有在注射机额定的注射压力内才能调整出某一制件所需要的注射压力，因此注射机的最大注射压力要大于该制件所要求的注射压力。

制件成型时所需要的注射压力，与塑料品种、注射机类型、喷嘴形状、制件形状的复杂程度和浇注系统等因素有关系。

可以根据塑料的成型工艺参数数据来确定制品成型时所需要的注射压力。

根据塑料成型工艺参数表查得POM材料的成型注射压力在（70~120Mpa）之间，而我们所选择的注射机的额定注射压力为119Mpa，在其设定的注射压力之间，满足工艺要求。

3.2.3注射机锁模力的校核

当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，该推力的大小必须小于注射机的锁模力，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象。

型腔内塑料熔体的压力（MPa）值可根据以下经验公式算得：

P=KPo

式中：

P——型腔内塑料熔体的压力（MPa）

Po——注射压力（MPa）

K——压力损耗系数0.2~0.4

将数据代入上式得：

P=KPo=（0.2~0.4）×119MPa=23.8MPa~47.6MPa

在该次设计中，并基于POM这种塑料上我们取型腔中熔体的平均压力为：

P=30MPa再由公式T=PS计算推力大小。

式中：

T——塑料熔体在注射机轴向上的推力（MPa）

P——型腔内塑料熔体的压力，在此我们取P=30MPa

S——制件与浇注系统在分型面上的投影面积（cm2）

将数据代入该公式得：

T=PS=30MPa×73.4cm2≈220.2KN≤500KN满足要求经校核合格。

3.2.4注射机模具厚度校核注射机模具厚度校核

注射机规定的模具的最大与最小厚度是指模板闭合后达到规定锁模力时动模板到定模板的最大与最小距离。

所以，所设计的模具的厚度必须要在注射机规定的模具最大与最小厚度范围内，否则将不可能获得规定的锁模力，当模具厚度小时，可以加垫板。

根据要求模具的厚度必须满足Hmin

式中：

H——模具厚度mm

Hmin——注射机允许的最小模具厚度mm

Hmax——注射机允许的最大模具厚度mm

根据我们已选择的注射机得到Hmin=70mm；Hmax=200mm。

根据已选择的中小型标准模架中的模板规格Bo×L为350×350的模架，根据模架的布置方式，则模具闭合高度H为：

H=32+A+B+C+h4+