衬套注射模具设计.docx

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衬套注射模具设计

任务书

一、设计题目：

衬套注射模具

二、设计条件

产品名称：

衬套

产品材料：

尼龙（PA6）

产品数量：

月产100000件

产品特点：

衬套是用途非常广泛的零件，零件简单，产量大。

要求一模四件，并设计冷却管道。

三、设计任务

1、进行塑件的工艺分析

2、选择设备的类型和规格

3、选择模具的成型方案，确定模具的成型结构

4、进行模具结构、尺寸的设计计算

5、绘制模具的所有零件图（标准件除外）

6、绘制模具的总装配图（用三维CAD绘制），制出明细表。

7、编写设计说明书

第一章塑件成型工艺分析

1.1塑件图

塑件的视图如图1-1所示：

1.2塑件的工艺分析

产品名称：

衬套

产品材料：

尼龙（PA6）

产品数量：

月产100000件

产品特点：

衬套是用途非常广泛的零件，零件简单，产量大。

要求一模四件，并设计冷却管道。

该塑件为衬套，要求塑件具有很好的耐磨性。

（1）塑件材料使用特性及用途

尼龙有优良的力学性能，抗拉、抗压、耐磨。

经过拉伸定向处理的尼龙，其抗拉强度很高，接近于钢的水平。

因尼龙的结晶性很高，表面硬度大，摩擦系数小，固具有十分突出的耐磨性和自润滑性。

它的耐磨性高于一般用做轴承材料的铜、铜合金、普通钢。

尼龙耐碱、弱酸，但强酸和氧化剂能侵蚀尼龙。

尼龙的缺点是吸水性强、收缩率大，常常因吸水而引起尺寸变化。

其稳定性较差，一般只能在80°C~100°C之间使用。

为了进一步改善尼龙的性能，常在尼龙中加入减摩剂、稳定剂、润滑剂、玻璃纤维填料等，以克服尼龙存在的一些缺点，提高机械强度。

（2）成形特点

尼龙原料较易吸湿，因此在成形加工前必须进行干燥处理。

尼龙的热稳定性差，干燥时为避免材料在高温时氧化，最好采用真空干燥法；尼龙的熔融黏度低，流动性好，有利于制成强度特别高的薄壁塑件，但容易产生飞边，故模具必须采用最小间隙；熔融状态的尼龙热稳定性较差，易发生降解是塑件性能下降，因此不允许尼龙在高温料筒内停留过长时间；尼龙成形收缩范围及收缩率大，方向性明显，易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷，因此应严格控制成形工艺条件。

1.3塑件成形工艺参数确定

PA1010熔程较窄，一般为3～4℃。

熔融流动性较好。

适合注射成型、挤出成型和吹塑成型。

主要成型工艺参数如下：

密度1.04g/cm3；

收缩率1.3~2.3（纵向）0.7~1.7（横向）

（1）干燥鼓风干燥温度90℃±5℃干燥时间约4～5h、真空干燥温度85℃±5℃，一般最好选择真空干燥工艺，避免热氧化变色

（2）注塑工艺

料筒温度:

 后部190～210℃

　　　　　　  中部200～220℃

　　　　　　  前部210～230℃

　　　　　　  喷嘴200～210℃

　　模具温度20～40℃

　　注射压力60～80MPa

　　注射周期30～50S

第二章拟定模具结构形式

2.1型腔数目的确定

为了制模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。

模具的型腔数可根据塑件的产量、精度高低、模具制造成本以及所选用注射机的最大注射量和锁模力大小等因素确定。

小批量生产，采用单型腔模具；大批量生产，宜采用多型腔模具。

但如果塑件尺寸较大时，型腔数将受所选用注塑机允许最大成型面积和注塑量的限制。

由于多型腔模的各个型腔的成型条件以及熔体到达各型腔的流程难以取得一致，所以塑件精度较高时，一般采用单型腔模具。

该塑件精度要求不高，又是大批量生产，采用一模四件。

2.2分型面的选择

1）分型面是指分开模具能取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。

合理地选择分型面对于塑件质量、模具制造、与使用性能都有着很大的影响，模具设计时应根据塑件的结构、尺寸精度来设计。

2）不要设在塑件要求光亮平滑的表面或带圆弧的转角处，以免意料飞边、拼合痕迹影响塑件外观。

3）开模时，尽量使塑件留在动模一边，一般在动模边设脱模机构较为方便。

4）尽力保证塑件尺寸的精度要求。

5）应有利于侧面分型和抽芯。

6）尽量使分型面位于料流末端，以利于排气。

7）尽量使模具加工方便。

由于本塑件的结构形状较为简单，只应在塑件最大轮廓处。

如图所示：

第3章注塑机型号的确定

　　　副模具都只能安装在与其相适应的注塑机上方能生产。

因此，模具设计时应了解模具和注塑机之间的关系，了解注塑机的技术规范，使模具和注塑机相互匹配。

3.1注射容量的计算

注射机的理论注量，指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量（cm3

）.模具安装后，

对模腔注射容量的计算,可以制件产品为主,计算其体积量，然后确认总体积注射量。

注射模一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的10%-80%之间，既能保证制品的质量，又可充分发挥设备的能力，则选在50%-80%之间为好。

通过计算可得出塑件的体积V=10cm3，塑件质量m1=10.4g，

流道凝料的质量m2是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来算。

此设计为一模四腔，所以注塑量为：

m=1.6nm1=（1+0.6）×4×10.4=66.56g，n为型腔数。

因此，注塑机额定注塑容量V=m/（0.8ρ）=66.56/（0.8*1.04）=80cm3

3.2锁模力的计算

锁模力是指注塑机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。

当高压的塑料熔体充填模腔

时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。

为此，注塑机的额定锁模力必须大于该胀型力，

即：

F锁≥F胀=A分·P型

式中，F锁─注塑机的额定锁模力（N）；

P型─模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa），一般为注塑压力的0.3～

0.65倍，通常为20～40MPa，取P型为35MPa。

A分─塑件和浇注系统在分型面的投影面积之和（mm2）

流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍～0.5倍，因此，可用0.35nA1来进行估算，所以

A=nA1+A2

=nA1+0.35nA1

=1.35nA1

=8397.5mm2

式中，由PRO/E模型分析，得模型的最大投影面积A1=1555.1mm2；

n---型腔数；

故模具胀型力

F=A*P

=8397.5×35

=293.913KN

式中，型腔压力P取35Mpa

3.3注射机的选用

根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，查阅参考书【实用模具技术手册】，选用XS—ZY—125卧式注射机，其主要技术参数如下：

机构形式：

卧式

注射方式：

螺杆式

螺杆直径（mm）：

42

最大注射量/cm3或g：

125

注射压力（MPa）：

119

锁模力（kN）：

900

最大注射面积/cm3：

320

最大模具厚度（mm）：

300

最小模具厚度（mm）：

200

最大开模行程（mm）：

300

喷嘴球半径（mm）：

12

喷嘴孔半径（mm）：

φ4

模板尺寸/mm*mm420*450

第4章浇注系统设计

4.1主流道设计

（1）主流道浇口尺寸

由上述可知注塑机喷嘴球孔径d1=Φ4mm，喷嘴球半径R1=12mm，则主流道小端尺寸为：

Φ5mm。

主流道设计成圆锥形，其锥角α为

。

由于小端前面是球面，其深度为3~5mm。

主流道球面半径比喷嘴球面半径大1~2mm。

流道的表面粗糙度值Ra为0.08um。

（2）主流道浇口套

主流道浇口套一般采用碳素工具钢如T8、T10等材料制造，热处理淬火硬度53~57HRC。

主流到浇口套及固定形式如下图所示。

浇口套与定位圈设计成整体形式，用螺钉固定于定模板上，浇口套与模板间的配合采用H7/m6的过渡配合。

主流道浇口套及固定形式

4.2分流道设计

（1）分流道的形状与尺寸

分流道的截面尺寸与所用塑料的种类、塑件壁厚、形状、体积、分流道长度等多种因素有关。

本设计的分流道设置在分型面上，截面形状采用加工工艺性比较好的半圆截面流道。

PA1010塑件的流动性好，分流道较短，其截面半径为1.6~9.5mm

（3）分流道的长度

分流道的长度要尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和能耗。

本设计只需一次分流，所以主流道到浇口的长度为6~10mm。

（4）分流道的表面粗糙度

由于分流道的表面粗糙度值不能太小，一般Ra值0.16μm左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。

4.3冷料穴的设计

当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量，在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。

它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。

冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。

为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用。

本设计选用Z字形拉料杆，工作时依靠Z字形钩将主流道凝料拉出浇口套。

4.4浇口的设计

根据塑件的形状和要求，浇口形式采用侧浇口，侧浇口开在分型面上，形状为长矩形，加工方便、简单。

浇口痕迹小，不太影响外观，去除浇口方便。

L=0.7~2.0mm

b=1.5~5.0mm

t=0.5~2.0mm

4.5排气系统的设计

在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低挥发气体，这些气体若不能顺利排出，塑件会由于填充不足而出现气泡接、缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。

本塑件为小型塑件，且不须采用特殊的高速注射，故利用分型面和推杆的配合间隙排气即可，间隙值为0.03~0.05mm。

第5章成型零件设计

5.1成型零件的结构设计

（1）型腔的机构设计

凹模是成型塑件外表面的部件，按其结构形式可分为整体式和组合式。

整体式凹

模是由一整块金属材料直接加工而成。

其特点是为强度好，不易变形，塑件表面光滑平整，没有镶拼的痕迹。

用于小型且形状简单的塑件成型。

本塑件结构简单，分型面设在衬套的底面，凹模设计成通孔，且深度比较浅，易加工，故可采用整体凹模结构。

（2）型芯的结构设计

本塑件结构简单，只需一个型芯即可，采用组合式主型芯结构。

组合式主型芯结构

图为通孔台肩式，型芯用台肩和模板连接，在用垫板、螺钉紧固，连接牢固。

5.2成型零件钢材选用

塑料模刚材的性能要求：

（1）机械加工性能良好

（2）抛光性能优良

（3）耐磨性和抗疲劳性能好

（4）芯部强度高

（5）具有耐腐性能

（6）有一定的热硬性

凹模的技术要求：

1）材料：

CrWMn

2）热处理：

HRC40~50

3）表面粗糙度：

型腔表面Ra0.2~Ra0.1，配合面Ra0.8

4）表面处理：

表面镀鉻，抛光

5）凹模加工：

模套与模块锥面配合严密处配制加工

型芯的技术要求：

1）材料：

T8

2）热处理：

HRC45~50

3）表面粗糙度：

型芯表面Ra0.1~Ra0.025，配合面Ra0.8

4）型芯加工：

同轴度高处配制加工

5.3成型零件工作尺寸的计算

工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，成型零件的加工精度和质量决定了塑件的精度和质量，工作尺寸的计算受塑件尺寸精度的制约。

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