注塑模课程设计注射器推杆.docx
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注塑模课程设计注射器推杆
1塑件工艺分析
1.1塑件的设计要求
该塑件为医用注射器推杆，零件外形如图1.1。
该产品尺寸精度和表面粗糙度要求为一般精度，但在加工制造过程中要求各部分有一定配合精度关系。
产品为大批量生产，因此设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模，浇口设计成点浇口，使塑件的外表面不受损伤，充模效果好。
如图1.1所示：
图1.1塑件图
塑件整体尺寸：
如图1.1所示取PP密度为0.90g/mm3
通过PROE分析模型功能计算得塑件体积为4.133cm3，质量为3.720g。
1.2材料性能分析
聚丙烯（
）
基本特征：
聚丙烯无色、无味、无毒，外观似聚乙烯，吸水率低，但比聚乙烯更透明、更轻。
密度为0.90—0.91
，其熔点为160-175℃，分解温度为350℃，成型温度范围宽，其最大结晶温度为120-130℃。
宜于成形加工，在螺杆式或柱塞式注射机中都能顺利成型；还具有聚乙烯所没有的许多性能，可制做铰链，有教高的抗弯曲疲劳强度，但其在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。
主要用途：
聚丙烯可用于制作各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件；可作为水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层；可制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。
成形特点：
成形收缩范围及收缩率大，易发生缩孔，凹痕、变形、方向性强，流动性极好，易于成形；热容量大，注射成形必须设计能充分进行冷却的冷却回路；注意控制成形温度。
料温低时方向性明显，尤其是低温、高压时更明显。
聚丙烯成形的适宜模温为80度左右，不可低于50度，否则会造成成形塑件表面光泽差，产生熔接痕等缺陷。
温度过高会产生翘曲或变形。
急冷时成碟状晶结构，缓冷时成球晶结构。
1.3PP的收缩率及密度
查PP材料性能参数可知知聚丙烯（
）的收缩率（
）%，由聚丙烯（
）的成形特点可知其成形收缩率范围及收缩率，采用中值确定其收缩率值为
，密度取为
。
1.4注射工艺参数的确定
查书表4-19部分塑料的注射工艺参数选定注塑PP参数：
注射机类型：
螺杆式
螺杆转速：
30--60r/min
喷嘴：
形式为直通式温度170--190℃
机筒温度：
前段：
180--200℃中段：
200--220℃后段：
160--170℃
模具温度：
40--80℃
注射压力：
70--120Mpa保压力：
50--60Mpa
注射时间：
0--5s保压时间：
20--60s
冷却时间：
15--50s成型周期：
40--120s
2塑件的尺寸精度与结构
在满足塑件使用的前提下，用较低的尺寸公差等级，可以降低模具加工难度和制造成本。
本塑件脱模时不受模具活动部分影响，公差等级取A部分。
在进行模具设计时可根据书上表3-3塑件尺寸公差表选择塑件尺寸公差带：
表2.1与塑件有关的尺寸精度等级参数
基本尺寸/mm
精度等级
MT1A
MT2A
MT3A
MT4A
MT5A
MT6A
MT7A
公差数值/mm
0—3
0.07
0.10
0.12
0.16
0.20
0.26
0.38
3—6
0.08
0.22
0.14
0.18
0.24
0.32
0.48
6--10
0.09
0.14
0.16
0.20
0.28
0.38
0.58
10--14
0.10
0.18
0.20
0.28
0.38
0.54
0.78
14--18
0.11
0.18
0.20
0.28
0.38
0.54
0.78
50--65
0.20
0.30
0.40
0.56
0.74
1.10
1.54
65--80
0.23
0.34
0.46
0.64
0.86
1.28
1.80
80--100
0.26
0.38
0.52
0.72
0.86
1.28
1.80
根据上表查得塑件所有尺寸对应的公差，按实际公差进行计算。
具体公差附录零件图。
3注射机型号及模架的确定
3.1注射量的计算
通过PROE三维软件分析模型计算可得：
塑件的体积V=4.133cm3，
塑件质量M=ρ·V=4.133×0.90=3.720g
式中：
ρ取0.90g/cm3。
3.2浇注系统凝料体积的初步估算
浇注系统的凝料体积无法确定具体数值，可初步根据经验按照塑件体积的0.2--1倍来估算，由于本次注塑设计采用的流道简单且流程较短，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=8X（1+0.3）V=8X1.3X4.133=42.9832cm3
3.3注射机的选择
根据上述计算所得的V总=42.9832cm3，结合公式V总/0.8=53.729mm3，初步选择公称注射量为60mm3,，注射机型号为XS-Z-60，其主要参数见下表：
螺杆柱塞直径/mm
38
喷嘴球半径/mm
12
理论注射容量/cm3
60
喷嘴孔半径/mm
4
注射压力/MPa
122
定位孔直径/mm
1000+0.03
锁模力/KN
500
推出中心孔径
50
最大注射面积/cm2
130
最大模具厚度/mm
200
最小模具厚度/mm
70
模板行程/mm
180
3.4注射机模架的选定
我国目前标准化注射模零件的国家标准有12个；另外还制订了塑料注射模具的标准模架，分《中小型模架》（GB/T12556.1—90）和《大型模架》（GB/T12555.1—90）两种。
《中小型模架》标准中规定，模架的周界尺寸范围
560
x900
，并规定模架的形式为品种型号，基本型A1、A2、A3、A4四个品种。
由于A1型模架特点：
定模采用两块模板，动模采用一块模板，与推杆推件机构组成模架，适用于立式和卧式注射机；根据模架的组成，功能及用途可以看出，A1型模架能满足本次模具的设计，固选用A1模架。
-模板A20mm，模板B20mm，垫块C50mm，模架闭合高度=50+A+B+C=140mm。
选用规格为250X250mm
4.浇注系统的设计
4.1主流道、主流道衬套及定位圈的设计
定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。
定位圈直径D为与注射机定位配合直径，应按选用注射机的定位孔直径确定。
直径D一般比注射机定位孔直径小0.1～0.3
，以便装模。
定位圈采用45号钢或Q275钢，用六角螺钉固定在模板上时，一般用两个以上的M6～M8的内六角螺钉。
这里选用定位圈与浇口套为一体，压配于定模板内。
本次设计选用定位孔直径1000+0.03。
主流道设在定模板上，并且位于模具的中心，与注射机喷嘴在同一轴线上，其为一圆锥孔，其小头对准注射机的喷嘴。
因喷嘴外形为球面，所以主流道小孔端的外形应为一凹陷的球面。
为了配合紧密，防止溢料，凹球面的半径应比喷嘴的球面半径略大1--2mm。
本次设计选用的喷嘴球面半径为12mm。
主流道衬套的材料常用T8A制造，热处理后硬度为50—55HRC。
主流道衬套与定模板采用H7/m6的过渡配合，主流道衬套与定位圈采用H9/f9的过渡配合。
由于受型腔或分流道的反压力作用，主流道衬套会产生轴向定位移动，所以主流道衬套的轴向定位要可靠。
主流道衬套：
取L=50mm；α=4o；内表面粗糙度为0.63um；d2=d1+（0.5--1mm）=5mm；
4.2模具型腔数的确定、排列和流道布局
根据设计需要和生产效率的要求可知，为满足塑件的使用要求，在同一次的注射成型中，一次成型塑件的个数为八个，也就是采用一模八腔的生产方式。
型腔的排列根据模具的形状及尺寸排列如下图所示：
4.3分流道的形状及尺寸
分流道的截面形状有：
圆形、梯形、
形、半圆形、矩形；分流道的长度短，弯折少能减少压力损失和热量损失；分流道的表面粗糙度为
。
本次设计中因为圆形分流道阻力小，热量损失少故采用圆形截面的分流道。
多腔模中，分流道的排布有平衡式和非平衡式，选用圆形截面的分道，一级分流道直径为8mm，二级分流道直径为6mm。
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。
由于我们所设计的模具一腔八穴的形式，因此在主浇道分流后，设计了八根分浇道。
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。
其结构示意如下：
4.4浇口的形状及其位置选择
根据浇口设计原则，本设计适宜采用点浇口。
点浇口又称针点浇口，它也是常用的浇口形式之一，适合像PP这种流动性好的塑料。
一般点浇口的直径d在0.8--1.6mm之间。
浇口尺寸d=0.3～2mm，α=6°～15°。
L<2/3（L０--分流道长度）本设计取d=0.6mm，α=6°。
1）查表6-3：
ｔ＝1s,Vg=60cm3计算浇口的体积流量：
qV=V/t=42/1=42cm3/s式中V取（0.5--0.8Vg，本次取0.7）
各分流道的熔体的体积流量：
qVN=qV/n=42/8=5.25cm3/s
2）确定剪切速率γ对于点浇口，取γ=5X105s-1；
3）求当量半径ReRe=（d1+d2）/4=（5+8.6）/4式中d1为主流道小端直径d2为主流道大端直径
4）分流道与浇口连接形式采用分流道与浇口在宽度方向连接
4.5冷料穴的设计
本次设计可选用钩形头冷料穴，在塑件脱模时可用Z形头拉料杆将塑件与凝料出拉断使得塑件留在动模型腔内。
5塑件分型面及型腔尺寸的计算
5.1制品成型位置及分型面的选择
选择分型面时应考虑以下问题：
（1）选在塑件外形最大轮廓处塑件在动、定模的方位确定后，其分型面应选在塑件外形最大轮廓处，否则塑件会无法从型腔中脱出。
（2）有利于塑件的顺利脱模由于注射机的顶出装置在动模一侧，因此选择在使塑件开模后留在动模一侧，同时也有利于设置推出机构。
（3）保证塑件的精度要求
（4）满足塑件的外观质量要求
（5）分型面的选择要便于模具的加工制造
（6）有利于气体的排出
根据以上的分型面的选择原则：
本塑件的分型面选择在塑件的中间，这样有利于型腔的加工和成形，而塑件的整体将在脱模后留在动模一侧。
5.2型腔工作尺寸计算
塑件在模具型腔中直接成型，其尺寸直接影响塑件的质量，因此工件的型腔尺寸应做到在保证工件的质量的前提下有足够的加工余量。
由于医用注射器的推杆不需要型芯，即塑件的成型是利用定模板型腔和动模板型腔的共同作用，塑件又是上下对称的，所以只需要计算型腔的工作尺寸。
模具型腔的各个尺寸如下图所示
5.2.1型腔径向尺寸计算
对于中小型塑件,本次零件为薄件，可用公式：
式中
——塑件形状尺寸
——塑件的平均收缩率
——塑件的尺寸公差
——模具制造公差，取塑件尺寸公差的1/3
对于塑件的整体长度L=90mm，公差取为MTA4，
：
对于L1长度的计算，公差取为MT4A,
：
对于L2长度的计算,公差取为MT6A,
：
对于L3长度的计算,公差取为MT6A,
对于L4长度的计算,公差取为MT6A,
对于L5长度的计算,公差取为MT6A,
对于L6长度的计算,公差取为MT6A,
5.2.2型腔深度尺寸计算
对于深度H1的计算，公差取为MTA4,
对于深度H2的计算，公差取为MTA4,
对于深度H3的计算，公差取为MTA3,
对于深度H4的计算，公差取为MTA3,
本次模具设计成型该塑件采用定动模腔直接成型，且两个模腔对称，尺寸相同。
6模具结构设计
6.1推出·导向机构设计
推出机构一般由推出、导向、复位三大部件组成，本次设计采用推杆推出，中心推杆为Z形头杆，也可起拉料作用。
6.1.1合模导向机构的设计
当模具闭合后就构成了型腔，为了保证模具闭合时能够准确定位，需设计合模导向机构。
合模导向机构在模具中的作用，一是定位作用，模具每次合拢时，都有一个唯一的准确方位，从而保证型腔的正确形状。
同时为了正确装配模具四组导柱、导套有一组和其他的不对称，保证只有一个方向的准确定位；二是导向作用，引导定模、动模准确闭合；三是承受一定的侧压力，在成行过程中承受单向侧压力。
导向机构主要由导柱、导套组成。
本次设计导柱直径25mm。
导柱、导套配合形式图
6.1.2脱模力的计算
脱模力可用下式计算：
F={8tEsLcosφ（f-tanφ）}/（1-u）K2+0.1A
F----是脱模力（N）E----塑料的弹性模量（MPa）
S-----塑料成型的平均收缩率（%）t------塑件的壁厚（mm）
L-----被包型芯的长度（mm）u------塑件的泊松比
φ---脱模斜度（°）f---塑料与钢材之间的摩擦因数
A----塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（mm2）
K2---有f和φ决定的无因次数。
K2=1+fsinφcosφ
则代入数据：
t=2mm,E=1100～1600MPa，取E=1200MPa。
S=0.075.
L=90mm，φ=1°，f=0.5，u=0.32.K2=1.009.
则F=91241.2N
6.1.3推出杆的设计
初步设计每个制件用两根推杆推出模腔，即有16根推杆，推杆材料用热作模具钢5CrMnMo
由此可确定推杆直径
推杆直径的确定：
代入数据K=1.5L=70mm
F=91241.2Nn=16E=2.1X106计算得d=3mm
推杆强度校核：
所以推杆强度满足。
6.2拉料杆的形式选择
拉料杆可分为球形拉料杆、z形拉料杆和薄片式拉料杆，根据对各种拉料杆的对比分析和对本模具成型特点考虑用z形拉料杆。
如图6.2所示：
图6.2拉料杆外形及尺寸
6.3模具排气槽设计
注射模具通常采用以下四种排气方式：
1、利用配合间隙排气
2、在分型面上开设排气槽
3、利用排气塞排气
4、负压水路排气
通过对模具型腔的研究，利用配合间隙排气的方式是最适合本模具的排气方式，分型面的间隙值定位为
（
的最大不溢料间隙为
）。
7.模具相关参数的校核
（1）注射压力的校核查表可知pp的所需注射压力为70--120MPa，因为pp的流动性好，可选取P0=90MPa。
该注射机的公称注射压力P公=122MPa，注射压力安全系数k1=1.25--1.4，可取k1=1.3，则：
k1P0=1.3×90=117MPa﹤P=122Mpa公，所以，注射机注射压力符合要求。
（2）锁模力校核
1）塑件在分型面上的投影面积，塑件在分型面上的投影
如图为塑件在分型面上的投影面积，用PROE三维软件分析功能计算
A型=1.005cm3=100.5mm2
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=0.35A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）=8×1.35A塑=8×1.35×1.005cm2=10.854cm2=1085.4mm2
4）模具型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力T推
T推=AXP平均≤AXP=A·k·P0=1085.4·0.3·122=397.256KN≤T合=500KN
式中，A--塑件在分型面上投影面积k--压力损耗系数P0--注射压力。
查表5-1，聚丙烯型腔平均压力可取15Mpa。
所以，注射机锁模力合格。
（3）注射机模具厚度的校核
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，其关系按下式校核
H最小＜H模＜H最大
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）。
本次设计中取H最小=70mm；
H模 =A+B+C+50=140mm；H最大 =220mm所以注射机模具厚度也满足要求。
（4）注射机开模行程校核
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，关系按下式校核
Smax≥H1+H2+a+5～10mm 式中H1—脱模距离（顶出距离）（mm）；H2—塑件高度（包括浇注系统凝料）（mm）；
S—注射机模板行程（mm）；
在本次设计中H1=6.5mm；H2=80mm；S=180mm；
H1+H2+10=7.5+80+10=97.5mm<180mm
因此，注射机模板行程也满足要求。
8.冷却系统的设计
冷却系统的设计比较麻烦，在此只进行简单的计算。
设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时间时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。
8.1冷却介质
PP属于粘度较低的材料。
其成型温度和模具温度分别为200℃--250℃和35℃--65℃。
所以模具选用水作为冷却介质。
8.2冷却系统的计算
（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W
1）塑料制品的体积
V=V主+V分+nV塑=5.35+42.98=48.33cm3.
2）塑料制品的质量
m=Vρ=48.33×0.90=0.0435kg.
3）塑件壁厚为2mm。
则t冷=10s，t注=2s，t脱=8s
T=t冷+t注+t脱=20s。
所以，每分钟注塑次数为N=3次。
4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：
W=Nm=3×0.0435=0.1305kg/min.
（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs
查表可知，PP单位热流量Q1=590KJ·Kg-1。
（3）计算冷却水的体积流量qv
设冷却水到入口的水温为θ2=22℃，出水口的水温θ1=40℃，取水的密度ρ=1000kg/m3。
水的比热容c=4.187KJ/（Kg·℃）,则根据公式可得：
qv=WQ1/ρc（θ1-θ2）=0.00102m3/min
查表可得冷却管道直径d=8mm。
（4）冷却水在管内的流速v
v=4qv/∏d2=2.26m/s.
（5）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h
因为平均温度为31℃。
查表得f=7.25,则有：
h=4.1487f（ρv）0.8/d0.2=2.2×104KJ/（m2·h·℃）
（6）计算冷却水通道的导热总面积A
A=WQ1/h（θ1-θ2）=0.012m2.
（7）冷却管道的孔数n
所以取冷却管道孔数为2个
江苏科技大学
材料学院
塑料成型加工与模具课程设计
课题名称：
注射器推杆模具设计
姓名：
汤俊
学号：
0840601220
专业班级：
08材料成型
（2）班
系（院）：
材料科学与工程学院
指导老师：
周应国
设计时间：
2012年01月06日
设计任务书（零件图）······································1
注射器推杆模具设计
1.塑件工艺分析········································32.塑件的尺寸与精度···································4
3注射机型号的确定·······································5
4.浇注系统的设计····································7
5.塑件型腔尺寸的计算····································9
6．模具结构的设计·······································11
7．模具相关参数的校核···································13
8．冷却系统的确定·······································14
另附：
模具装配图A2一张
爆炸图A4一张
凸凹模零件图
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