塑料模具工艺性分析.docx

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塑料模具工艺性分析

」、塑件工艺性分析

1.塑件原材料的成型特性分析

ABS是聚苯乙烯的改性产品，是目前产量最大、应用最广的工程塑料。

ABS是不透明非结晶型聚合物，无毒、无味，密度为1.02~1.05g/cm3

ABS具有突出的力学性能，坚固，坚韧，坚硬；具有一定的化学性能和良好的介电性能；具有较好的尺寸稳定性，易于成型和机械加工，成型塑件表面有较好的光泽，经过调色可配成任何颜色，表面可镀铬。

其缺点是耐热性差，连续工作温度为70C左右，热变形温度为93C左右，但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高；耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。

ABS成型性能如下：

（1）易吸水，成型加工前应干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥。

⑵流动性中等，溢边值为0.04mm左右

（3）壁厚和熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高

（4）比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。

（5）表观粘度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采

用点浇口形式。

（6）易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流

的阻力。

（7）宜采用高料温、高模温、高注射压力成型。

在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60C;而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制60~80C。

（8）顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度易取2°以上。

2.塑件的尺寸精度和表面质量的分析

该塑件的尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，未注公

差按MT5级查取公差，塑件上的主要尺寸的公差要求如下：

外形尺寸

21.50-0.445.80-0.24120-0.32170-0.385.80-0.24内形尺寸彳冬。

"24R490+0'64

塑件的表面质量无特殊要求。

3.塑件的结构工艺性分析

1从图纸上看，，该塑件左下部有两个均布的加强肋，可增强塑件的强度，减小塑件的变形。

2壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的要求，无圆角。

3为使塑件顺利脱模，可在塑件内部及加强肋处增设1°〜2°的拔模斜度。

综合来看，该塑件无特殊的结构要求和精度要求，在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的

4.塑件的生产批量

该塑件的生产类型是大批量生产，因此在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模模具，以便降低生产成本。

二、工艺方案的确定

1.塑件的体积和质量

（1）塑件的体积：

V=2*5.8*2.5+（7.5*1.5*2.4-1/2*1.5）*4+2*7.5*1.4*6.9+1/3*14（3*17+2*16.5+V3*17*2*16.5）〜853.33mn3

⑵塑件的质量：

查有关手册，ABS勺密度为m=pv=1.03*853.33*10-3〜0.88g

2.分型面的选择

不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。

在选择分型面时，

根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如下

图所示

3.确定型腔数量

由于该单个塑件，体积较小，约为0.85cm3，且此塑件的生产批量为大批量生产，为尽量提高生产率，决定采用一模4件的模具结构，型腔环形分布在型腔板上，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

4.初选注塑机

（1）根据该塑件的体积、结构特点和ABS的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见下表

塑件的注射成型工艺参数

工艺参数

内容

工艺参数

内容

预热与干

燥

温度80〜90C

成

型时间/S

2注射时

间

3〜5

时间2h

保压时

15〜30

间

料筒温度

后

180〜200

冷却时

15〜30

/C

段

间

中

210〜230

总周期

40〜70

段

、八

刖

200〜210

螺杆转速/（r?

30〜60

段

min—1）

喷嘴温度

180〜

190

后

亍方法

红外线灯

/C

处理

烘箱

模具温度

60〜80

温度

70

/C

/C

注射压力

70〜90

时间/h

2〜4

/Mpa

（2）确定模具温度及冷却方式

ABS为非结晶型塑料，流动性中等，壁厚一般，因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。

所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在50〜70C。

（3）确定成型设备

由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，因此可计算出一次

成型过程所用塑料量为：

W=4m+废=4*0.88+0.88*20%=3.696g

根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件的结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考资料可得，初选SZY-300型螺杆式注射机，螺杆式注射机的主要参数如下：

序号

主要技术参数项目

参数值

1

最大注射量/cm

320

2

注射压力/MPa

125

3

锁模力/KN

1400

4

动、定模模板最大安装尺寸/（伽*mm）

520*620

5

最大模具厚度/m

355

6

最小模具厚度/m

130

7

最大开模行程/m

340

8

喷嘴前端球面半径

/m

12

9

喷嘴孔直径/mm

04

10

定位圈直径/m

0125

三•模具结构的设计

1.浇注系统的设计

浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。

考虑到塑

件是采用一模四腔的布置，属于大批量生产等情况，浇口采用对各种

塑料的成型适应性均较强，加工和维修方便的侧浇口。

浇注系统的设

计如下图所示：

（1）主流道和定位圈的设计

主流道采用可拆卸更换的浇口套，浇口套和定位圈属于注射模具的通用件，设计者尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。

查资料得到SYZ-300型注射机喷嘴有关尺寸：

喷嘴前端球面半径SR=12mm；喷嘴孔直径do=©4.

根据模具主流道和喷嘴的关系：

SR=St+（1〜2）m,d=do+0.5m,取：

主流道球面半径SR=14m（取标准值）；主流道的小端直径d=©4.5m.

为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2°〜4°。

计算其大端直径约为©4m,同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R=1〜5m的圆弧过渡。

该模具的浇口套和定位圈设计如图1、图2.图1

（2）分流道的设计

分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。

该塑件的体积不大，形状也不算太复杂，且壁厚均匀，采用一处进料方式，缩短分流道长度，有利于塑件的成型和外观质量的保证。

本任务从便于加工的方面考虑，采用截面形状为半圆形的分流道如下图，查有关资料取

R=5mm

⑶浇口的设计

根据塑件的型腔分布情况，选用如下图所示的侧浇口，浇

口的位置选择在塑件最右端处，不影响塑件的外观。

（4）冷料穴的设计

冷料穴用于储存流动熔体前端的冷料头，避免这些冷料进

入型腔影响塑件质量或堵塞浇口。

冷料穴设置在主流道的末端

和分流道的转向位置处，其长度通常为浇道直径d的1.5~2

倍。

2.型腔布置

对于一模多件的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程

短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型

腔对称、均衡、取件方便。

本模具采用一模四腔，型腔中心对称

分布，如下图所示：

3.成型零件的结构设计

（1）型腔设计

考虑到该塑件的型腔不算复杂，塑件的尺寸较小，以及冷却水道的布置方便等，决定采用结构简单紧凑的整体式型腔。

（2）型芯设计

组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机械加工和热处理，修理及更换方便，同时也有利于型芯冷却和排气。

由于该塑件有加强肋，考虑到型芯加工制造方便和降低模具成本，故采用组合式型芯。

4.推出结构设计

根据该塑件的形状特点，其推出机构可采用推杆和推件板推出，其中，推件板推出机构可靠，顶出力均匀，不影响塑件的外观，但制造困难，成本高；推杆推出机构简单，推出平稳，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不影响塑件外观，所以还是选择推杆

推出

5.冷却系统的设计

该塑件采用大批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产效率；ABS为非结晶型塑料，流动性中等，因此，采用冷却水冷却，冷却水道开在定模板。

四.主要零部件计算

1.型零件的成型尺寸

该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册得ABS的收缩率为0.4%〜0.7%，故平均收缩率

Scp=（0.4%+0.7%）/2=0.55%=0.0055，根据塑件尺寸公差要求，模具制

造公差取5"/4，成型零件尺寸计算如下：

0+0.095+0.095

16.5-0.38二[（1+0.0055）*16.5-0.75*0.38]o=16.31。

0+0.05+0.05

2-o.2二[（1+0.0055）*2-0.75*0.2:

o=1.86。

3O-o.2=[（1+0.0055）*3-0.75*0.2]o+O.O5=2.87o+O.O5

5.8O-o.24=[（1+0.0055）*5.8-0.75*0.24]o+O.O6=5.65o+O.O6

6O-o.24=[（1+0.0055）*6-0.75*0.24]o+O.O6=5.85o+O.O6

6.9O-o.28=[（1+0.0055）*6.9-0.75*0.28]o+O.O7=6.73o+O.O7

型腔深度公式为：

（Hm）o+5Z=[（1+Scp）Hs-2/3△]o+5z

12O-o.32=[（1+0.0055）*12-2/3*0.32]o+O.O8=11.85o+O.O8

20-0.2二[（1+0.0055）*2-2/3*0.2]。

叫倔严5

21.50-0.44=[（1+0.0055）*21.5-2/3*0.44]0=21.320

490-0.64=[（1+0.0055）*49-2/3*0.64]。

+0.16

型芯的计算：

径向尺寸公式为：

（Im）0-§z=[（1+Sc0ls+0.75△]0-5z+02400

3.30.=[（1+0.0055）*3.3+0.75*0.24]-0.06=3.50-0.06

10+0.2=[（1+0.0055）*1+0.75*0.2]0-0.05

型芯高度公式为：

（hm）0-§z=[（1+SCP）hs+2/3△]0-5z

8.50+0.28=[（1+0.0055）*8.5+2/3*0.28]I0.07=8.73°-0.07

50+0.24=[（1+0.0055）*5+2/3*0.24]⑺=5.19°-0.06

2.模具型腔壁厚的确定

塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的刚度

和强度，本模具的型腔采用的是整体式，因此可用整体式矩形型腔壁

厚计算公式来确定型腔侧壁厚度S和型腔底板厚度T.

（1）型腔侧壁厚度S的计算

①按刚度条件计算

S钢》{cph4/E[5]}?

=（0.031*30*19.572.2*105*21.35）?

〜0.3mm式中c-由h/l决定的系数，查表得c=0.031:

;

p-型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%-50%p取

30Mpa;

h-型腔深度，h=19.5mm;

E-模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=2.1*105Mpa,预硬化塑料模

具钢E=2.2*105Mpa;

[S]-模具刚度计算许用变形量，查表得[5]

=25i2=25*（0.45*W1/5+0.001*W）=25*（0.45*21.51/5+0.001*

21.5）=21.35mm

②按强度条件计算

S强>{3ph2（1+Wa）/[（T]}?

={3*30*19.52*（1+0.108*0.27）/30?

~10.84mm

式中p-型腔内最大熔体压力，取30Mpa

h-型腔深度，h=19.5mm;

W-抗弯截面系数，由h/l决定，查表得W=0.108

a-型腔的边长比，a=b/l=5.8/21.5=0.27;

[-模具强度计算许用应力，一般中碳钢[（T]=160Mpa预硬

化塑料模具钢[°:

=300Mpa

（2）型腔底板厚度T的计算

①按刚度条件计算

'41/2451/2

T钢》{cpb/E[5]}=（0.0226*30*12/2.2*10*21.35）〜

0.142mm

式中c-由型腔边长比l/b决定的系数，查表得c=0.0226;

p-型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%r-50%p

取30Mpa

b-型腔宽度，b=12mm;

E-模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=2.1*105Mpa,预硬化塑料模具钢E=2.2*105Mpa;

[S]-模具刚度计算许用变形量，查表得[5]

1/51/5

=25i2=25*（0.45*W+0.001*W）=25*（0.45*21.5+0.00

1*21.5）=21.35mm

②按强度条件计算

T强》{a'pb2/[（T]}1/2=（0.4*30*122/300）1/2=2.4mm.

式中a'-由型腔长度与型腔宽度之比决定的系数，查表得

a'=0.4；

p-型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%-50%p取

30Mpa

b-型腔宽度，b=12mm;

[t]-模具强度计算许用应力，一般中碳钢[t]=160Mpa预硬化

塑料模具钢[t]=300Mpa

根据以上刚度、强度的计算，得出型腔的壁厚要求为：

型腔侧壁厚

度S>10.84mm型腔底板厚度T>2.4mm.

3.推出机构的设计

采用推杆推出机构，由于该塑件的脱模力不太大推杆的布置空间足够，所以无须用繁琐的计算方法确定推杆的尺寸大小，可以根据经验选取

d=©8mm的国家标注推杆，注意保证推出距离大于型芯的凸出长度2~3mm,即推出距离大于8.5mm。

4.标准模架的确定

综合考虑本塑件采用一模四腔中心对称分布、浇口、型腔的壁厚要

求、塑件的尺寸大小，冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸，查表选取标准模架的尺寸为250mm*230mm*30mife用A型标准模架，标记为A-250230-30-Z1GB/T12555-2006。

五•注射机有关参数的校核

1.注射量的校核

在一个注射成型周期内，注射模具内所需的塑料熔体总量（m）与模

具浇注系统的容积和型腔容积有关，即

m二Nm+m

式中N-型腔数量；

M-单个制品的质量或体积，g或cm；

m-浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积，g或cm。

已知N=4m=0.88g、经估算m~0.47g,贝卩m~3.99cm3.

SZY-300型螺杆式注射机的最大注射量为m320cm>3.99cm3.

2.模具闭合高度的确定

组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有:

定模座板为H=30mm

型腔板为H2=35mm

型芯固定板为H3=35mm

支承板为H4=35mm

垫铁为H5=70mm

动模座板为H6=25mm

则该模具闭合高度为H=Hi+H2+H+H+H+H=230mm

3.模具安装尺寸的校核

该模具的外形最大部分尺寸为280mm*250mm,SZY-3（型螺杆式注射机的动、定模模板最大安装尺寸为520mm*620mrtt许的最小模具厚度H^=130mm最大模具厚度Hmax=355mr即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模板最大安装尺寸，模具闭合高度满足H

安装条件，故该模具满足SZY-300型螺杆式注射机的安装要求。

4.模具开模行程的校核

注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于

注射机的最大开模行程，开模行程的校核关系式为

S>hi+h2+a+（5〜10）

式中S-注射机的最大开模行程，查相关资料得SZY-300型螺杆式注射机的最大开模行程S=340mm;

h1-塑件脱模所需的推出距离，该塑件的脱模推出距离为9.5mm

h2-塑件的高度（不包括浇注系统高度），该塑件的高度为8.5mm

a-取出浇注系统凝料所需的分模距离，取出该塑件的分模距

离为21.5mm.

计算得hi+h2+a+10=9.5+8.5+21.5+10=49.5mm

以上分析证明，SZY-300型螺杆式注射机能满足要求，故可以采用。

根据校核结论，将SZY-300型螺杆式注射机填入塑件的成型工艺卡中。