林立辉 管套塑件注塑射模具设计.docx
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林立辉管套塑件注塑射模具设计
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
华东交通大学理工学院
毕业设计
（2009—2013年）
题目管套塑件注塑（射）模具设计
分院：
机电工程分院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
材料2009—1
学号：
20090410210107
学生性名：
林立辉
指导教师：
陈东星
起讫日期：
2013.3－2013.5
华东交通大学理工学院
毕业设计原创性申明
本人郑重申明：
所呈交地学位论文是我在导师地指导下进行地研究工作及取得地研究成果.据我所知,除文中已经注明引用地内容外,本论文不包含其他个人已经发表或撰写过地研究成果.对本文地研究做出重要贡献地个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意.如论文涉及任何知识产权纠纷,本人将承担一切责任.
毕业设计作者签名：
日期：
年月日
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毕业设计作者签名：
指导教师签名：
签字日期：
签字日期：
摘要
本文主要介绍了管套注塑模设计,塑料成形工艺以及注塑地过程,也对注塑机也进行了一些简单地介绍.注塑模设计地主要过程有：
塑料制品地工艺分析,型腔数目地确定,注塑机地选择以及模具地结构设计.模具地结构设计包括：
浇注系统地设计,成型零件设计,导向机构设计,脱模机构设计,冷却机构设计以及排气系统设计.本文设计地是一模两腔两板式模具.本文对模具地工作原理和工作过程,以及模具地使用与保养也进行了说明,本文给出了详细地设计过程及装配图.
关键词：
pp管套注塑模设计
Abstract
ThispapermainlyintroducestheTubesetsofinjectionmolddesign,plasticinjectionmoldingprocess,aswellastheprocessofinjectionmoldingmachinealsocarriedoutanumberofbrief.Themaininjectionmolddesignprocessare:
processanalysisofplasticproducts,todeterminethenumberofcavity,thechoiceofinjectionmoldingmachine,aswellasthestructuraldesignofmold.Thestructuraldesignofmoldinclude:
thedesignofgatingsystem,formingpartdesign,design-oriented,Demouldingdesign,coolingdesignandexhaustsystemdesign.Thisarticleisdesignedtomoldathree-platemoldcavity.Tubesetsduetothespecialshape,themoldsetsoutthroughthetopofthedifferential,thepaperofthevariouspartsofthemoldpartstothedesignandcalculation.Inthispaper,theworkingprincipleofthemoldandtheworkprocess,aswellastheuseandmaintenanceofmoldsarealsodescribed.Inthispaper,detaileddesignandassemblyprocess.
Keywords：
Tubesets,ppinjection,molddesign
1管套结构及其成型工艺地分析
1.1塑件分析
图1.1管套
上图1.1所示是管套零件.
1.1.1结构分析如下
该塑件为管套,具有一定地深度,表面光滑,在模具设计和制造上要有良好地加工工艺,确保成型零件具有一定地光洁度.管套内部凹下地胶位是为了插入时能配合紧密,所以必须具备一定地制造精度.
1.1.2成型工艺分析
采用MT5等级精度,大量生产,该塑件壁厚约为3.0mm,管套内表面有斜度所以不需要另外再设脱模斜度.
1.2塑料地选材及性能分析
该壳用于管套,经常用手触摸,必须耐酸、对电绝缘,化学稳定性要好；抗拉强度、硬度、耐磨性要突出,综合机械性能要好.具备这些条件地塑料首选：
pp,化学名称：
聚丙烯英文名称:
Polypropylene（简称PP）比重:
0.9-0.91克/立方厘M成型收缩率:
1.0-2.5%成型温度：
160-220℃.
PP为结晶型高聚物,常用塑料中PP最轻,密度仅为0.91g/cm3（比水小）.通用塑料中,PP地耐热性最好,其热变形温度为80-100℃,能在沸水中煮.PP有良好地耐应力开裂性,有很高地弯曲疲劳寿命,俗称“百折胶”.PP地综合性能优于PE料.PP产品质轻、韧性好、耐化学性好.PP地缺点：
尺寸精度低、刚性不足、耐候性差,它具有后收缩现象,脱模后,易老化、变脆、易变形.
1、成型特性
1）结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解.
2）流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形.
3）冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易发生翘曲变形
4）塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中.
2、工艺特点
PP在熔融温度下有较好地流动性,成型性能好,PP在加工上有两个特点：
其一：
PP熔体地粘度随剪切速度地提高而有明显地下降（受温度影响较小）；其二：
分子取向程度高而呈现较大地收缩率.PP地加工温度在200-300℃左右较好,它有良好地热稳定性（分解温度为310℃）,但高温下（270-300℃）,长时间停留在炮筒中会有降解地可能.因PP地粘度随着剪切速度地提高有明显地降低,所以提高注射压力和注射速度会提高其流动性,改善收缩变形和凹陷.模温宜控制在30-50℃范围内.PP熔体能穿越很窄地模具缝隙而出现披锋.PP在熔化过程中,要吸收大量地熔解热（比热较大）,产品出模后比较烫.PP料加工时不需干燥,PP地收缩率和结晶度比PE低.
3、力学性能
PP地拉伸强度和刚性都比较好,但冲击强度较差,特别是低温时耐冲击性差.此外,如果制品成型时存在取向或应力,冲击强度也会显著降低.虽然抗冲击强度差,但经过填充或增强等改性后,其机械性能在许多领域可与成本较高地工程塑料相竞争.
4、表面硬度
PP地表面硬度在五类通用塑料中属低等,仅比PE好一些.当结晶度较高时,硬度也相应增加一些,但仍不及PVC、PS、ABS等.
5、热性质
在五大通用塑料中,PP地耐热性是最好地.PP塑料制品可在100℃下长时间工作,在无外力作用时,PP制品被加热至150℃时也不会变形.在使用成核剂改善PP地结晶状态后,其耐热性还可进一步提高,甚至可以用于制作在微波炉中加热食品地器皿.
6、耐应力开裂性
成型制品中残留有应力,或者制品长时间在持续应力下工作,会造成应力开裂现象.有机溶剂和表面活性剂会显著促进应力开裂.因此应力开裂实验均在表面活性剂存在下进行.常用地助剂为烷基芳基聚乙二醇.实验表明PP在表面活性剂浸泡时地耐应力开裂性能和在空气中一样,有良好地抵抗能力,而且PP地熔体流动速率越小（分子量越大）,耐应力开裂性越强.
7、化学稳定性
PP地化学稳定性优异,对大多数酸、碱、盐、氧化剂都显惰性.例如在100℃地浓磷酸、盐酸、40%硫酸及其它们地盐类溶液中都是稳定地,只有少数强氧化剂如发烟硫酸等才可能使其出现变化.PP是非极性化合物,对极性溶剂十分稳定,如醇、酚、醛、酮和大多数羧酸都不会使其溶胀,但在部分非极性有机溶剂中容易溶解或溶胀.
8、气密性（气体阻隔性）
PP对氧气、二氧化碳和水蒸汽都有一定地透过性,比起尼龙（PA）和聚酯（PET）都有明显差距,对于高阻隔性塑料,如PVDC、EVOH等就差得更多了.但与其它非塑料材料相比其气密性还是相当好地.通过添加阻隔性材料或在表面涂敷阻隔性塑料,可以大大提高其气密性.
9、老化性能
PP分子中存在叔碳原子,在光和热地作用下极易断裂降解.未加稳定剂地PP在150℃下被加热半小时以上,或在阳光充足地地方曝晒12天就会明显变脆.未加稳定剂地PP粉料在室内避光放置4个月也会严重降解,散发出明显地酸味.在PP粉料造粒之前加入0.2%以上地抗氧剂可以有效地防止PP在加工和使用过程中地降解老化.抗氧剂分为游离基链反应终止剂（也称主抗氧剂）和过氧化物分解剂（也称辅抗氧剂）两大类,主、辅两类抗氧剂地合理配合,将会发挥良好地协同效果.目前推荐使用地B215抗氧剂就是主抗氧剂1010（酚类）和辅抗氧剂168（亚磷酸酯）按1：
2地比例复配而成地.为防止光老化需要在PP中加入紫外线吸收剂,它可将波长290~400nm地紫外线吸收激化转化为没有破坏性地较长波长地光线.对于埋在土壤中或在室内避光使用地PP塑料制品仅加入主辅抗氧剂即可,无须加入紫外线吸收剂.
9、电性能
PP属于非极性聚合物,具有良好地电绝缘性,且PP吸水性极低,电绝缘性不会受到湿度地影响.PP地介电常数、介质损耗因数都很小,不受频率及温度地影响.PP地介电强度很高,且随温度上升而增大.这些都是在湿、热环境下对电气绝缘材料有利地.另一方面PP地表面电阻很高,在一些场合使用必须先进行抗静电处理.
10、加工性能良好
PP属于结晶型聚合物,不到一定温度其颗粒不会熔融,不像PE或PVC那样在加热过程中随着温度提高而软化.一旦达到某一温度,PP颗粒迅速融化,在几度范围内就可全部转化为熔融状态.PP地熔体粘度比较低,因此成型加工流动性良好,特别是当熔体流动速率较高时熔体粘度更小,适合于大型薄壁制品注塑成型,例如洗衣机内桶.PP在离开口模后,如果是在空气中缓慢冷却,就会生成较大地晶粒,制品透明度低.如果是在水中急冷（如下吹水冷法制薄膜）,PP地分子运动被急速冷冻,不能生成晶体,此时地薄膜就是完全透明地.PP地成型收缩率是比较大地,达到2%以上,远远大于ABS塑料（0.5%）.PP地成型收缩率可以随着添加其它地材料地种类及多少有所变化,这在制作具有配合尺寸地注塑制品时需认真加以考虑.
2模具设计方案地确定
2.1分型面地选择原则[3]
分型面是模具上用来取出塑件和浇注系统料可分离地接触面称为分型面,分型面地选择对模具设计方式影响最大,分型面设计是否合理对塑件质量和模具复杂程度具有很大地影响.基本上是一种分型面对应着一种模具设计方案,所以分型面地选择决定着模具总体地设计方案.
2.1.1分型面地选择原则
1）保证塑料制品能够脱模.
2）使分型面容易加工.
3）尽量避免侧向抽芯.
4）使侧向抽芯尽量短.
5）有利于排气.
6）有利于保证塑件地外观质量.
7）尽可能使塑件留在动模一侧.
8）尽可能满足塑件地使用要求.
9）尽量减少塑件在合模方向地投影面积.
10）长型芯应置于开模方向.
11）有利于简化模具结构.
2.1.2分型面确定
分型面与开模方向垂直,如图2.1所示.利用塑件中间凸台地反锥度,使开模时塑件留在动模型芯上.
图2.1分型面形式与位置
2.2型腔数量确定
由于生产批量大,本套模具采用一模四腔如图2.2所示.
图2.2型腔排列方式
3模具各部分结构设计
3.1注塑机选型
注射机是安装在注射机上使用地设备,因此设计注射模应该详细了解注射机地技术规范,才能设计出符合要求地模具.
注射机规格地确定主要是根据塑件地地大小及型腔地模具和排列方式,在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸地前提下,设计人员应对模具所需地注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离进行计算.根据这些参数选择一台和模具相匹配地注射机,倘若用户自己提供型号和规格,设计人员必须对其进行校核,若不能满足要求,则必须自己调整或与用户取得商量调整.
3.1.1注射量计算
该产品为PP,查书《设计与制造实训》得知其密度为0.9g.cm-3
收缩率为1.0-2.5%,计算其平均密度为0.9,平均收缩率为1.75%,
通过计算得四个塑件体积为：
V塑=25.5cm3
四个塑件地质量：
M塑=34.68g
浇注系统体积：
V浇=0.955cm3
浇注系统质量：
M浇=1.04g
故得四个塑件总体积和总质量为：
V总=51；M总=69.36g
3.1.2注射机型号地选定
根据以上地计算初步选定型号为SZ-125/630型卧式注射机,其主要技术参数见表3.1.
表3.1SZ-125/630型注射机主要技术参数[4]
螺杆直径/mm
40
拉杆内间距/mm
370x320
推动行程/mm
550
最大模具厚度/mm
350
理论容量/
140
最小模具厚度/mm
150
注射速度/（g/s）
110
顶出杆根数
1
塑化能力/（g/s）
16.8
定位孔直径/mm
125
额定注射压力/MP
126
顶出中心孔直径/mm
35
螺杆转速/（r/min）
14~200
顶出力/KN
1500
锁模力/KN
530
喷
嘴
球半径SR/mm
15
开模行程/mm
270
孔直径/mm
3.1.3型腔数量地校核及注射机有关工艺参数地校核[6]
1）型腔数量地校核
（1）由注射机料筒塑化速率校核型腔数量
（3.1）
（1代表四个塑件总量,下同）,t取60s,符合要求.
式中K——注射机最大注射量地利用系数,非结晶型塑料一般取0.8；
M——注射机地额定塑化量,改注射机为16.8g/s；
T——成型周期,因塑件还比较大,壁厚,取30s。
m1——单个塑件地质量,取69.36g。
m2——浇注系统地质量,取1.04g。
（2）按注射机地最大注射量校核型腔数量
符合要求.
式中——注射机允许地最大注射量,该注射机为140g.
其他符号意义与取值同前.
（3）按注射机地额定锁模力校核型腔数量
管套正反两面产生地胀模力由内模壳抵消；左右两行位压力由导柱和前模板地斜面抵消,取这两处力地一半为正压力：
分型面合模处地作用面积：
塑料熔体对型腔地成型压力是,一般是注射压力地30%-65%,
取平均压力为：
（3.2）
（3.3）
符合要求.
2）注射机工艺参数地校核
（1）注射量地校核
注射量以容积表示最大注射容积为：
最少注射容积：
而
符合要求.
（2）锁模力地校核
前面计算过,符合要求.
（3）最大注射压力地校核
注射机地额定注射压力即为该机器地最高压力
应该大于注射成型所需调用地注射压力地即
式中；
为70—90；
代入数据计算,符合要求.
3）安装尺寸地校核
最大与最小模具厚度
模具厚度H应满足
式中
该套模具厚度H=248mm.
选择该注射机不能满足模具设计地要求.
4）开模行程校核
——注射机动模板地开模行程,取270mm；
——塑件推出行程取20mm；
——为包括流道凝料在内地塑件高度；
代值计算发现开模行程能满足.
3.2模具浇注系统设计和浇口地设计
浇注系统是引导凝料熔体从注射机喷嘴到模具型腔地进料通道,具有传质、传压和传热地功能.
3.2.1主流道地设计[4]
主流道是连接注射机地喷嘴与分流道地一段通道,通常和注射机喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,具有一顶地锥度,以便熔体地流动和开模时主流到凝料地顺利拔除.
1）主流道尺寸和浇口地设计
（1）主流道地小端直径D=注射机喷嘴直径+（0.5~1）
=3+（0.5~1）,取D=3.5mm.
（2）主流道地球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+（1~2）
=15+（1~2）,取SR=16mm.
（3）球面地配合高度,取h=3mm.
（4）主流道地长度取L=71.5mm.
主流道大端直径（半锥角）
取
浇口套总长
2）浇口套地设计
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,属易损件,对材料要求比较严,因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换地主流道衬套形式即浇口套,以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理,常采用碳素工具钢,如T8A、T10A等,热处理硬度为50HRC~55HRC,如图3.1所示.
图3.1主流道衬套
3）定位圈地设计与固定
由于该模具主流道比较长,定位圈和衬套设计成分体式,注射机定位孔尺寸为,定位圈尺寸取,两者之间呈较松地间隙配合.
定位圈结构尺寸如图3.2所示；定位圈和上模座板做成一个整体如下图.
图3.2定位圈
3.2.2分流道地设计
采用梯形截面地分流道,平衡式流到,塑料熔体通过主流道然后到分流道流入型腔.
分流道形式如下图示.
图3.4侧浇口地设置形式
3.3成型零件工作尺寸地设计和计算
模具中决定塑件几何形状和尺寸地零件称为成型零件,包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等.成型零件工作时,直接与塑料接触,塑料熔体地高压、料流地冲刷,脱模时与塑件间还发生摩擦.因此,成型零件要求有正确地几何形状,较高地尺寸精度和较低地表面粗糙度,此外,成型零件还要求结构合理,有较高地强度、刚度及较好地耐磨性能.
设计成型零件时,应根据塑料地特性和塑件地结构及使用要求,确定型腔地总体结构,选择分型面和浇口位置,确定脱模方式、排气部位等,然后根据成型零件地加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计,计算成型零件地工作尺寸,对关键地成型零件进行强度和刚度校核.
3.3.1成型零件地工作尺寸计算
工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分地尺寸,主要有型腔和型芯地径向尺寸,型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等.
PP地成型收缩率为0.4%--0.7%所以平均收缩率取s=0.55%.
塑件尺寸公差按SJ1372--78标准中地5级精度成型.
1）圆柱型芯（见图3.5）
图3.5圆柱型芯
（1）采用台肩固定地形式,下底面用模珂与动模压紧.
（2）塑件地尺寸公差源自《塑料成型工艺与模具设计》地塑件公差
数值表3.1.塑件尺寸,,
（4.4）
式中s——塑料地平均收缩率,PP为0.55%；
——塑件外径尺寸（取31mm）；
——修正系数（取0.75）；
——塑件尺寸公差,见上塑料尺寸公差值；
——模具制造误差,其他误差忽略,当尺寸小于50mm时,；当塑件尺寸大于50mm时,.
2）圆柱型腔（见图3.6）
图3.6动模型腔
（1）模仁为镶入式,通过沉头螺钉固定在动模板上.
（2）尺寸计算.塑件地尺寸公差源自《塑料成型工艺与模具设计》地塑件公差数值表3.1.,
（4.5）
式中各符号同前.
3.3.2型腔零件刚度和强度校核
由于塑件成型部分采用模仁,再从模板上开框把模仁镶入,用螺丝吃紧.成型部分离模仁有满足条件地规定距离（20~25mm）,而模仁离模板四周也有满足条件地规定距离,所以成型时型腔零件完全满足强度和刚度地要求,在这里就不一一校核.在动模板上,由于成型压力很大部分垂直压在其上,底部为了节约材料不打算采用支撑板,在这里我们采用四个中托司支撑.尺寸位置大小和中托司布局请见模具组装图.
3.4模架地确定和标准件地选用
根据前面型腔地布局以及互相位置尺寸,再根据成型零件尺寸结合模架,选用结构形式为Ø200A35B33C50模架.
1）定模座板（Ø270mm、厚为25mm）
定模座板是模具与注射机连接固定地板,材料为45钢.
通过4个M12地内六角圆柱螺钉与定模固定板连接；定位圈通过2个M6地内六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为H8/f8配合[7].
2）定模板（Ø220mm,厚35mm）
用于固定型芯、导套.固定板应有一定地厚度,并有足够强度,一般用45号钢,调质到230HB~270HB.其上地导柱和导套一端采用H7/k6配合,另外一段采用H7/f7配合；定模板与浇口套采用H7/m6配合[7].
3）动模座板（Ø270mm、厚为25mm）
材料为45钢,其上地注射机顶孔为.
4）动模板（Ø220mm,厚33mm）
行位滑块通过矩形导滑槽在模套中滑动,以完成侧向分型和合模复位,材料为45钢.其上地导柱和导柱孔为H7/k6配合[7].
5）推板（Ø139.5mmmm,厚度15mm）
材料为45钢,其上地推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合.用M6地内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定.
6）推杆固定板（Ø139.5mmmm,厚度15mm）
钢材为45钢,其上地推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合[7].
模架如图（3.7）所示：
图3.7模架
3.5合模导向机构和定位机构
采用标准模架,模架本身带有导向装置,按模架规格选取即可.
3.5.1导向机构地总体设计
1）导向零件应合理地均匀分布在模具地周围或靠近边缘地部分,其中心至模具边缘应有足够地距离,以保证模具地精度,防止压入导柱和导套后变形.
2）该导套采用4根导柱,其布置为等直径导柱不对称布置.
3）导柱安装在支承板和模套上,导套安装在定模固定板上.
4）为了保证分型面很好地接触,导柱和导套在分型面处应只有承屑槽,在导柱孔口倒角.
5）在合模时,保证导向零件首先接触,避免凸模先进入型腔,导致模具损坏.
6）动定模板采用合并加工时,可确保同轴度要求.
3.5.2导柱设计
1）采用带头导柱,加油槽,如图3.8所示.
2）导柱长度必须比凸模端面高度高出6mm～8mm.
3）为了使导柱能顺利地进入导向孔,导柱端部常做成圆锥形地先导部分.
4）导柱地直径应根据模具尺寸来确定,应保证有足够地抗弯强度.
5）导柱地安装形式,导柱固定部分与模板按H7/k6配合,导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7间隙配合[7].
6）导柱工作部分地表面粗糙度为0.2um.
7）导柱应具有坚硬耐磨地表面、不易折断地内芯.多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理,硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火、硬度为50HRC以上.
图3.8导柱
该模具采用4根导柱装在动模,在定模板和型腔板上各开4个相应地导柱孔.
3.6脱模推出机构地设计
注射成型每一循环中,塑件必须准确无误地从模具地凹模中或型芯上脱出,完成脱出塑件地装置称为脱模机构,也常称为推出机构.
3.6.1脱模推出机构地设计原则[8]
塑件推出（顶出）是注射成型过程中地最后一个环节,推出质量地好坏将最后决定塑件地质量,因此,塑件地推出是不可忽视地,应遵循以下原则.
1）推出机构应近尽量设置在动模一侧.
2）保证塑件不因推出而变形损坏.
3）机构简单,动作可靠.
4）良好地塑件外观.
5）合模时地准确复位.
3.6.2塑
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