轴承端盖的注塑模设计doc.docx
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轴承端盖的注塑模设计doc
课程设计说明书
题目：
轴承端盖的注塑模设计
学院：
专业：
材料成型及控制工程
学号：
姓名：
指导教师：
完成日期：
2014年3月11日
第一章塑件分析、塑料的选取及其工艺性分析······4
1.1PVC塑料的主要特点··················4
1.2PVC塑料的物理性能··················4
1.3PVC塑料的成型性能··················5
1.4PVC塑料的缺点··················5
1.5塑料及成型方式的选择··················5
1.6注塑成型过程··················6
1.7注塑工艺参数··················6
1.8RPVC的主要技术指标··················6
第二章注射机型号的确定··················7
2.1注射量的计算··················7
2.2浇注系统凝料体积的初步估算··················7
2.3选择注射机···························8
2.4注射机的相关参数的校核··················9
第三章型腔数目和排位方式确定··················10
第四章分型面的选择及浇注系统设计·········10
4.1分型面选择一般原则··················10
4.2浇注系统设计原则··················10
第五章成型零部件设计··················13
第六章推出机构计算··················15
第七章模架的选择··················16
第八章模具选材··················17
8.1塑料选材需要考虑的因素··················17
8.2模具各个成型部分的材料选择··················18
第九章模具设计图··················18
第十章模具的加工制造··················19
10.1原材料的成形··················19
10.2机械加工工艺选择··················20
第十一章试模··················21
第十二章致谢··················22
第十三章参考文献
第1章塑件分析、塑料的选取及其工艺性分析
该塑件为嵌入式轴承端盖中的透盖，结构简单、紧凑，无固定螺钉，外径小，重量轻，外伸轴尺寸短。
但装拆端盖和调整轴承间隙困难，密封性能差，座孔上开槽，加工费时。
嵌入式轴承端盖多用于重量轻、结构紧凑的场合。
壁厚较均匀为1～2.5mm,精度为MT3（未注公差尺寸MT5）；材料选用聚氯乙烯（PVC）。
塑件如图1.1所示：
图1.1
1.1PVC塑料的主要特点
PVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。
PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。
然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。
PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数，如果此参数不当将导致材料分解的问题。
PVC的流动特性相当差，其工艺范围很窄。
特别是大分子量的PVC材料更难于加工（这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性），因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。
PVC的收缩率相当低，一般为0.6~1.5%
1.2PVC塑料的物理性能
1）电绝缘性能较好,PVC具有化学稳定性好、介电性高、耐油、不易燃烧、有一定的机械强度。
PVC受温度的影响极易生成氯化氢，而氯化氢的生成对树脂有自催化作用，导致树脂变色分解。
通常温度超过95℃，树脂中就会有氯化氢逸出，达到0.2％时，树脂就会出现显色效应，如果温度超过140℃则分解现象加剧，而PVC要在140℃以上才具有可塑料，成型温度在160℃以上而达200℃左右，因此在PVC必须加有适当的添加剂方可成型。
添加剂的引入不仅能改PVC的热稳定性，同时也改善其熔体流动性和成本。
常用的添加剂有稳定剂、增塑剂、润滑剂、填充剂等。
稳定剂可部分吸收PVC树脂分解所逸出的氯化氢气体，抑制其自催化的裂介反应，防止树脂的氧化变色。
稳定剂的加入量为2～5％（重量份）。
增塑剂的引入将会对PVC的软化温度、耐热性、硬度、吸水能、电性能、耐化学腐蚀等项性能有不利的倾向，尤其是对机械性性的影响特别大，因此硬PVC注塑品只加少量或不加增塑剂。
润滑剂的引入是使PVC树脂易于成型加工，提高成型效率，减少塑料对设备、模具表面的粘附作用，增加脱模性，保证制品的表观光洁度，以及降低物料的熔融粘度，防止因内摩擦而导致的过热分解。
1.3PVC塑料的成型性能
1）.无定形料，吸湿性小，为防止气泡宜先干燥。
2）.流动性差，过热时极易分解，分解温度为2000C,分解时有腐蚀及刺激性气体氯化氢产生。
成型温度范围小，必须严格控制料温，模具应具有冷却装置；加稳定剂和润滑剂，控制成型温度及熔体的滞留时间，模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大。
收缩率：
0.6～1.5％；模具温度：
30～600C。
注射压力：
80～130MPa；成型时间：
40～130s。
1.4PVC塑料的缺点
热稳定性差，易分解。
硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯和抗冲击性能，可单独用作结构材料。
软聚氯乙烯含有较多的增塑剂，它的柔软性，断裂伸长率、耐寒性增加，但脆性、硬度抗拉强度低。
1.5塑料及成型方式的选择
选用PVC能降低原料成本，缩短生产周期，同时提高了提高了设备的生产原料装填量及单位时间内的产量，使生产成本能大幅降低。
因此该塑件的塑料可选用硬聚氯乙烯（RPVC），成型方式为注塑成型。
1.6注塑成型过程
1）.成型前的准备需要在成型加工前由塑料制品厂进行预加工后再供成型加工使用，即在树脂中加人不同种助剂采用混合、塑炼、造粒等方法使之均匀分散；材料在加工前最好先干燥下，干燥温度不宜过高50度-70度左右。
2）.料筒的清洗
①必须避免有其他塑料PVC原料中，引起PVC原料变质。
特别是注塑过其他原料时，一定要先清洗干净机筒和螺杆内的塑料，才能注塑PVC产品。
（用PS料清净螺杆、机筒）
②停机前一定要将PVC料完全打净，如长时间停机，为防止PVC腐蚀机器，应用PS料清干净螺杆、机筒。
3）.注射过程塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。
4）.塑件的后处理（退火）退火处理的方法为红外线灯、烘箱。
处理温度为70℃，处理时间为2h～4h。
1.7注塑工艺参数
1）注射机：
螺杆式，螺杆转速为30r/min.
2）料筒温度t/℃:
前段170～190；中段165～180；后段160～170。
3）模具温度t/℃：
30～60。
4）注射压力（p/MPa）:
80～130。
5）成型时间（s）：
注射时间初取15～60，冷却时间取15～613
，辅助时间取8。
1.8RPVC的主要技术指标
密度：
1.38g/cm3
成型收缩率：
1%（0.6%～1.5%）
吸水率：
（约0.02%）
成型温度：
160～190℃
摩擦系数：
在0.01～0.02之间
第二章注射机型号的确定
2.1注射量的计算
通过ST4建模分析得塑件质量属性如图2.1所示：
图2.1
塑件体积：
V=16.639cm3
塑件质量：
M=ρ×V=1.38×16.639=22.96g
该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为一模一件即采用单型腔模。
2.2浇注系统凝料体积的初步估算
由于浇注系统的关设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1陪来估算，由于本次采用的流产简单并且较短，因此浇注系统的按塑件体积的0.6倍来估算，故一次注入模具开腔塑料的总体积为：
=1.6V=1.6×16.639=26.62cm3;
由资料可知注射机的额定注射量V1为：
=V总÷0.8=33.275cm3;
M1=V1ρ=45.92g
2.3选择注射机
（1）只能选用螺杆式注塑机，不能选用柱塞式注塑机．
（2）所有与PVC塑料接触的部分，不允许对塑化熔体产生任何黏附或滞留；由于ＨＣl的
作用，要求这些部位耐磨、耐腐蚀。
最好选用耐磨耐腐蚀材质制造的设备，或选用对这些部件进行镀铬或氮化处理的设备。
（3）设备的温度控制系统应指标明确，反映灵敏。
（4）螺杆的长径比可小，螺杆头部呈尖头；螺杆的压缩比为２-2.5，螺杆的三段长度可分
别设置为40％，40％和20％。
（5）选用孔径较大的通用喷嘴，并配有加热控温装置。
（6）电热系统采用闭回路控制，严格控制料温的上下偏差，建议料温控制在±15℃，射嘴有独立温控系统。
（7）料管组应具有一定的冷却装置,建议在料管组增加风扇均衡料管组的温度。
根据椐以上初步选择额定注射量为125g，注射机型号为XS-ZY-125卧式注射
机。
XS-ZY-125型卧式注射机有关技术参数如下表：
理论注射量/g
125
模板尺寸/mm
420×450
螺杆柱塞直径/mm
42
开模行程/mm
300
注射压力/MPa
119
最大模具厚度/mm
300
注射速率/g·s～1
最小模具厚度/mm
200
塑化能力/kg·h
锁模形式
双曲肘
螺杆转速/r·min～1
定位圈直径/mm
100
锁模力/kN
900
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
表2-1
2.4注射机的相关参数的校核
1）.注射压力校核
查参考文献可知，PVC所需注射压力为80MPa～130MPa,这里取
100MPa，该注射机的公称注射压力
=119MPa,注射压力安全系数
=1.1～1.3，这里取
=1.1，则
，所以，注射机压力合格。
2）2）.锁模力校核
（1）塑件在分型面上的投影面积
A塑=352π-12.52π=3355.875mm2
（2）浇注系统在分型面上的投影面积
，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积
数值，按照单型腔模具的统计分析来确定。
是塑件在分型面上的投影面积
的0.2～0.5倍。
由于本设计流道较简单，主流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。
这里取
=0.2
。
（3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则
A总=A浇+A塑=4027.05mm2
（4）模具型腔内的胀型力
，则
F胀=A总×P模=140.95kN
式中，
是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%～40%，大致范围为25MPa～50MPa。
对于黏度较大的精度的塑件制品应取较大值。
PVC属于中等黏度的塑件且塑件精度要求不高，故
取35MPa。
由表2-1可知该注射机的公称锁模力
=900kN，锁模力安全系数
=1.1～1.2，这里取
=1.2，则可取
k<
，所以注射机锁模力满足要求。
对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。
第三章型腔数目和排位方式确定
综合考虑塑件的尺寸及表面的精度要求以及塑件的结构，因热敏性塑料（如RPVC）由于小浇口会引起温度急剧上升，可能会造成塑料分解，在浇口附件产生明显的烧焦变色痕迹，宜采用较大的浇口故采用盘型浇口。
以及设计要求为一模一件，故采用单型腔模。
第四章分型面的选择及浇注系统设计
4.1分型面选择一般原则
1）.分型面应选在塑件外形最大轮廓处
2）.避免模具结构复杂
3）.分型面应便于塑件脱模
4）.分型面应有利于侧面分型及抽芯
5）.分型面应保证塑件质量
6）.分型面的选择用力与防止溢流
7）.分型面的选择应有利与排气
8）.分型面的选择应使成型零件便于加工
9）.应尽量减少由于脱模斜度造成塑件大小端的差异
参考着以上原则，我们的分型面选在了A～A面，如图4.1所示
图4-1
4.2浇注系统设计原则
1）.了解塑料的工艺特性
2）.排气量好
3）.防止型芯和塑件变形
4）.减少熔体流程即塑料耗量
5）.修整方便，并保证塑件的外观质量
6）.要求热量及压力损失小
参考着以上原则，我们采用如图所示浇注系统，如图4.2所示：
图4-2
4.2.1主流道的设计
4.2.1.1主流道尺寸
1）.主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴喷射
2）.主流道的长度一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，设计中初取50mm.
3）.注流道的小端直径
=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=4.5mm.
4）.主流道的大端直径
=d+2L主tan（a/2）=8mm（其中取值在3º~6º，这里取4º）。
5）.主流道的球面半径
=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=12+2=14mm.
6）.球面的配合高度
=3mm.
4.2.1.2主流道的凝料体积
mm3.
4.2.1.3主流道当量半径
=（2.25+4）/2=3.125mm
4.2.1.4主流道的浇口套选用及形式
主流道衬套为标准件可选购。
主流道小端入口处与注射机反复接触，易磨损。
对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流衬套与定位圈设计成一个整体，介考虑上述因素通常公然将其分开来设计，以便天拆卸更换。
同时也便于选用优质刚材进行单独加工和热处理。
本设计中浇口套采用工具刚T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC~55HRC，流道表面的粗糙度Ra<=0.8um。
浇口套如图4.3所示：
图4-3
4.2.2浇口的设计
该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求高，采用单型腔模注射，为便是于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用盘形浇口。
其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正且开设在分型面上，切向进料。
1）盘形浇口尺寸的确定
（1）计算盘形浇口的深度。
盘形浇口的深度h算公式为
h=0.7nt=0.7×0.9×=1.6mm。
t是壁件厚度，这里取t=2.5mm，n是塑料成型系数，查资料得n=0.9.
塑料
PS、PE
POM、PC、PP
PVAC、PA
RPVC
n
0.6
0.7
0.8
0.9
（2）计算盘形浇口的长度。
浇口台阶长约0.75~1，可取盘形浇口的长度
L浇=1mm.
4.2.3分流道的尺寸计算
1）分流道的直径计算及截面形状
此处采用矩形断面分流道，这种分流道比表面积亦较大，脱模斜度小。
分流道表面粗糙度决定于所成型的塑料品种，有的塑料流道不宜抛光，其好处是使流道壁处冻结的冷皮贴在壁上，不易随流体进入型腔。
而对另一些塑料如PP、PVC、POM为避免表面疵痕，必须对流道表面仔细抛光，甚至要求镀铬。
分流道的断面尺寸应根据熔体流量、塑件壁厚、流速、材料特性、粘度等因素决定。
在做优化设计时应根据浇注系统允许压力降来进行计算，得出分流道尺寸最优值，已如前述。
按经验分流道的直径（或相当直径）一般应大于制品壁厚（特厚制品除外）。
如不进行计算，可粗略按下表决定分流道直径。
故此处取D=2.24mm。
塑料名称
推荐直径/mm
塑料名称
推荐直径/mm
ABS、SAS
4.8~9.5
聚酰胺
1.6~9.5
聚苯乙烯
3.2~9.5
聚碳酸酯
4.8~9.5
聚乙烯
1.6~9.5
聚砜
6.4~9.5
聚丙烯
4.8~9.5
聚苯醚
6.4~9.5
醋酸纤维
4.8~9.5
软聚氯乙烯
3.2~9.5
改性有机玻璃
7.9~9.5
硬聚氯乙烯
2.0~9.5
2）分流道长度
分流道的长度为
L=23.29mm
3）分流道的表面粗糙度和脱模斜度
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取
1.25
~2.5
即可
此处取
1.6
。
另外脱模斜度5º~12º之间，通过上述计算脱模斜度分别
5º和12º即可
第五章成型零部件设计
查有关资料得硬聚氯乙烯（RPVC）的收缩率为S=0.1%——0.5%，故平均收缩率Sca=（0.1%+0.5%）/2=0.3%=0.003根据塑件尺寸公差要求，模具的公差取δz=Δ/4。
（1）：
凹模径向尺寸的计算塑件外部径向尺寸的转换
Ls1=Φ700～0.46mm，相应的塑件制造公差为：
Δ1=0.46mm；
Ls2=Φ470～0.36mm,相应的塑件制造公差为：
Δ2=0.36mm。
由公式LM=[（1+Sca）Ls—0.75Δ]0δz
可算得：
型腔径向尺寸
（φ70）=[（1+0.003）×70—0.75×0.46]0+0.115=69.870+0.115
（φ47）=[（1+0.003）×47—0.75×0.36]0+0.09=46.870+0.09
由以上公式依次算出：
φ38截面的尺寸为φ38.350+0.08mm，
（2）凹模深度尺寸的计算
Hm=（H+H×Scp—2Δ/3）
=（2.5+2.5×0.003—2×0.12/3）0+0.03=2.430+0.03mm
由此公式依次算出：
18的截面高度为17.920+0.07mm，
22的截面高度为21.910+0.08mm
型芯
（φ25）dm=（d+d×Scp+3Δ/4）
=（25+25×0.003+3×0.28/4）
=25.26-0.280mm
第六章、推出机构计算
（1）推出力计算
推件力：
Ft=Ap（μcosα～sinα）+qA1
μ——塑件对钢的摩擦因素，一般为0.1~~0.3；
A——塑件包容型芯的面积；
P——塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件p取（2.4~3.9）×10
Pa；模内冷却的塑件p取（0.8~1.2）×10
Pa.
由式子可以看出；脱模力的大小由塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。
当然，影响脱模的因素还很多，所以只是个估算值。
（2）确定推出方式及推管位置
推管脱模机构适用于环形，筒形或中间带孔的塑件，其中尤以圆形截面使用较多。
其特点是推管的整个周边与塑件接触，故塑件受力均匀，推出时平衡可靠，制品不易变形，也不会再塑件上留下明显的接触痕迹，推管需与复位杆配合使用，采用推管时主型芯和凹模可以同时设计在动模一侧，有利于提高内外表面的同心度。
根据制品结构特点，确定制品的推出方式为推管推出，保证塑件不顶出而变形损坏及影响外观。
位置如图6-1所示：
图6—1
第七章、模架的选择
根据以上分析，计算以及型腔尺寸位置尺寸可确定模架的结构型式和规格，查《塑料模具设计师手册》改进龙记五金有限公司标准模架2025系列；具体尺寸为：
定模座板厚度：
25mm
定模厚度：
15mm
动模型腔板厚度：
35mm
推管固定板：
13mm
推板：
15mm
型芯固定板：
13mm
垫块厚度：
15mm
动模座板：
20mm
支架厚度；51mm
模具高度：
225mm
模具外形尺寸：
200×200×225mm
第八章模具选材
正确选用模具各部分零件的材料，是注射模具设计过程中的一项重要工作，它直接影响模具的使用寿命，加工成本以及制品的成型质量。
选择模具材料时，需要根据模具工作条件，从使用性能和加工性能两方面对材料提高要求。
8.1塑料选材需要考虑的因素
∙选择塑料成型模具材料时需考虑的因素
∙成型塑料制品的种类和特点
∙塑料制品的成型工艺方法
∙成型制品的形状和精度要求
∙生产批量
∙有关塑料成型模具材料的物理、化学性能
∙与模具成型有关的因素
∙接受表面处理的可能性，如抛光性能。
∙使用的可靠性
∙经济型
（2）使用性能要求
①硬度、耐磨性和耐蚀性
∙强度、韧性和疲劳强度
∙耐热性
∙尺寸稳定性
（3）工艺性能要求
∙切削加工性和表面抛光性
∙塑形加工性
∙电加工性
∙热处理工艺性
∙表面处理工艺性
∙表面刻蚀性能和镜面加工性能
∙焊接性能
8.2模具各个成型部分的材料选择
常用的塑料模具用钢有渗碳型塑料模具用钢、预硬型塑料模具用钢、时效硬化型塑料模具用钢、耐蚀型塑料模具用钢。
各部分用钢如下：
（1）型芯、定模板
塑料模具用钢因工作环境比较恶劣，周期性的冷热交变对模具损坏非常大，制件脱出会对塑件产生磨损，并且塑料成型过程中还会产生腐蚀性气体，所以对模具刚的不仅有强度和刚度的要求，还有耐腐蚀性，耐磨损、韧性和抗冷热疲劳性的要求，综合考虑以上因素，采用时效硬化型塑料模具用钢06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢能满足以上要求。
加工工艺过程:
下料→锻造→退火→划线→粗加工→淬火→固溶处理→回火处理→精磨
热处理工艺参数：
①锻造：
加热温度为1100-1150度，始锻温度为1050-1100，终锻温度大于850度。
锻后空冷。
②固溶处理：
加热温度为800-880度，保温1-2h，随后空冷。
③回火处理：
加热温度为500-540，保温时间4-8h，空冷，硬度约为42-45HRC。
（2）板类和固定类零件
材料：
45，调质，即淬火后加低温回火，HRC55～65
加工工艺过程：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火→低温回火→精磨。
∙导柱、导套、浇口套、定位圈以及杆类
材料：
T10A,淬火加低温回火HRC55～65
加工工艺过程：
下料→锻造→球化退火→粗精加工→淬火加低温回火→精磨。
注意：
球化退火，加热至760℃～780℃保温后冷却至700℃，在保温3h以上，就可缓冷至500℃以下出炉。
淬火加低温回火：
淬火温度为780℃低温回火温度为180℃～200℃,回火后组织为回火马氏体加渗碳体，硬度HRC＞62
第九章模具设计图
见设计图
第十章模具的加工制造
10.1原材料的成形
材料的成形方法很多，大至可以分为铸造成形、锻压成形、焊接成形、粉末冶金成形、快速原型制造等方法。
由于机械零件毛坯的的材料的、形状、尺寸、结构、精度以及生产批量各不相同，故其成形的方法也不相同。
材料成形方法选择的恰当与否，不仅关系到零件乃至整套机器的制造的制造成本，同时，还关系到能否满足使用要求。
根据生产实际经验，在进行工程材料及成型工艺的选择时，一般可遵循下述四条基本基本原则。
∙适用性原则：
要满足零件的使用要求及适应成型加工工艺要求。
∙可行性原则
∙经济性原则：
a材料价格
b加工费用
c材料代用
d有限选用碳素钢
e成组选材，减少品种，便于管理
∙环保行原则a对环境友好
B环境负载的评价
塑料模具应工作环境比较差，对钢的内部质量
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