压盖注塑模具设计.docx
《压盖注塑模具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压盖注塑模具设计.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
压盖注塑模具设计
压盖注塑模具设计
摘要
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明，通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理
关键词：
塑料模具；分型面 ；设计
第1章 对塑料成型模具的认识
1.1模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。
对模具的全面要求是：
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。
模具影响着制品的质量。
首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。
另外模具对制品的成本也有影响。
当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。
现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。
由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。
因此促进模具的不断向前发展
1.2模具的发展趋势
近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。
从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：
低了成本。
（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。
这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致
（2）.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。
制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。
目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。
气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。
另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。
（4）开发新的成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。
为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。
（6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。
研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提.
1.3设计在学习模具制造中的作用
通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。
在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。
毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。
二塑件的工艺分析
2.1分析塑件使用材料的种类及工艺特征
PVC塑料
化学名称：
聚氯乙烯
比重:
1.38克/立方厘米成型收缩率:
0.6-1.5%
产品需要预热到70~90度，预热时间为4~6小时
成型温度：
230~330℃成型时间为40~130秒
成型特性：
1.无定形料,吸湿性小,但为了提高流动性，防止发生气泡则宜先干燥。
2、流动性差，极易分解，特别在高温下与钢、铜金属接触更易分解，分解温度为200°C.分解时有腐蚀及刺激性气体
3、成型温度范围小，必须严格控制料温
4、用螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径易大，以防死角滞料，滞料必须及时处理清除
5、模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，不得有死角滞料，模具应冷却，其表面应镀铬
PVC主要技术指标：
表1-1热物理性能
密度（g/cm³）
1.02—1．05
比热容（J·kg-1K-1）
1255—1674
导热系数
（W·m-1·K-1×10-2）
13.8—31.2
线膨胀系数
（10-5K-1）
5.8—8.6
滞流温度（°C）
130
表1-2力学性能
屈服强度（MPa）
50
抗拉强度（MPa）
38
断裂伸长率（﹪）
35
拉伸弹性模量（GPa）
1.8
抗弯强度（MPa）
80
弯曲弹性模量（GPa）
1.4
抗压强度（MPa）
53
抗剪强度（MPa）
24
冲击韧度
（简支梁式）
无缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺口
11
表1-3电气性能
表面电阻率（Ω）
1.2×1013
体积电阻率（Ω·m）
6.9×1014
击穿电压（KV/mm）
\
介电常数（106Hz）
3.04
介电损耗角正切（106Hz）
0.007
耐电弧性（s）
50—85
2.2分析塑件的结构工艺性
该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。
除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级：
MT7级。
2.3工艺性分析
为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用点浇口。
该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口纵向开设在模具的型腔处，从塑料件顶面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
塑件的工艺参数：
干燥条件：
80-90℃2小时
成型收缩率:
0.4-0.7%
模具温度：
25-70℃（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）
融化温度：
210-280℃（建议温度：
245℃）
成型温度：
200-240℃
注射速度：
中高速度
注射压力：
500-1000bar
三初步确定型腔数目
3.1初步确定型腔数目
根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:
一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。
这里拟采用第一种方式，1模2件的结构。
四注射机的选择
4.1塑件体积的计算
塑件：
零件塑件的体积V=7.5cm
浇注系统的体积：
V2=2.8cm
塑件与浇注系统的总体积为V=7.5+2.8=10.3cm
4.2计算塑件的质量：
查手册取密度ρ=1.05g/cm
塑件体积：
V=7.5cm
塑件质量：
根据有关手册查得：
ρ=1.05g/cm
所以，塑件的重量为：
M=V×ρ=7.5cm
×1.05=7.9g
4.3按注射机的最大注射量确定型腔数目
根据
（4-1）
得
（4-2）
注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;
注射机最大注射量，cmз或g;
浇注系统凝料量，cmз或g；
单个塑件体积或质量，cmз或g；
根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模2腔
4.3计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下
根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=2.8cm
4.4注塑机选择
1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.
注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:
（1）按设备外形特征分类:
卧式,立式,直角式,多工位注塑机；
（2）按加工能力分类:
超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。
此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。
常用的注射速率如表3-4所示。
表3-4注射量与注射时间的关系
注射量/CM
125250500100020004000600010000
注射速率/CM/S125200333570890133016002000
注射时间/S11.251.51.752.2533.755
查国产注射机主要技术参数表取CJ80NC3,主要技术参数如下。
3.1分型面的选择
塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。
定模和动模相接触的面称分型面。
通常有以下原则：
（1）分型面的选择有利于脱模：
分型面应取在塑件尺寸的最大处。
而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。
如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。
拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。
（2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。
（3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。
（4）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑。
不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。
该塑件为外壳，外形表面质量要求较高。
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，如图所示。
3.2浇注系统的设计
浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。
在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模八腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都
有直接的影响，设计时必须按如下原则：
（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。
（2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。
（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：
尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。
（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。
（5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。
（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。
考虑到塑件的外观要求较高，以及一模八腔的布置、PC对剪切速率较为敏感等因素，浇口采用分便加工修整、凝料去除容易且不会在塑件外壁留下痕迹的侧浇口，模具采用单分型面结构两板模，模具制造成本比较容易控制在合理的范围内。
浇注系统的设计如图所示。
浇注系统的设计原则：
浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。
5.1主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止塑料熔体流动通道
根据选用的CJ80NC3型号注射机的相关尺寸得
喷嘴前端孔径：
d0=4.0mm；
喷嘴前端球面半径：
R0=10mm；
根据模具主流道与喷嘴的关系
取主流道球面半径：
R=11mm；
取主流道小端直径：
d=4.5mm
为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为
，此处选用2°，经换算得主流道大端直径为7.8MM。
图5.1主流道示意图
5.2分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。
常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。
表4-1流道断面尺寸推荐值
塑料名称
分流道断面直径mm
塑料名称
分流道断面直径mm
ABS，AS
聚乙烯
尼龙类
聚甲醛
丙烯酸
抗冲击丙烯酸
醋酸纤维素
聚丙烯
异质同晶体
4.8~9.5
1.6~9.5
1.6~9.5
3.5~10
8~10
8~12.5
5~10
5~10
8~10
聚苯乙烯
软聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
热塑性聚酯
聚苯醚
聚砜
离子聚合物
聚苯硫醚
3.5~10
3.5~10
6.5~16
6.5~8.0
3.5~8.0
6.5~10
6.5~10
2.4~10
6.5~13
分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。
要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。
在该模具上取半圆形断面形状，直径为4mm。
分流道选用半圆形截面：
直径D=4mm
流道表面粗糙度
5.3分型面的选择设计原则
分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。
一、分型面的形式
该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。
二、分型面的设计原则
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
1分型面应选在塑件外形最大轮廓处
2确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
3保证塑件的精度
4满足塑件的外观质量要求
5便于模具制造加工
6注意对在型面积的影响
7对排气效果
8对侧抽芯的影响
在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。
5.4浇口的设计
根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。
采用扇形浇口可以保持产品外观精度。
本设计采用点浇口。
该模具采用点浇口，其有以下特性:
形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；
试模时如发现不当，容易及时修改；
能相对独立地控制填充速度及封闭时间；
对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。
5.5冷料穴的设计
冷料穴是浇注系统的结构组成之一。
冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。
这些冷料既影响熔体充填的速度，有影响成型塑件的质量，另外还便于在该处设置主流道拉料杆的功能。
注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。
冷料穴位于主流道的正对面的动模板上，其作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。
冷料穴分两种，一种专门用于收集、储存冷料，另一种除储存冷料外还兼有拉出流道凝料作用，此处应用后者。
在分流道的末端，冷料穴的长度通常为流道直径的1.5～2倍，相机面壳模具属于中小型模具，故冷料穴长度取流道直径的1.6倍，即8.0mm。
在主流道对面采用冷料井底部带推料杆的冷料井，推管为带Z型头拉料钩，其侧凹可以将主流道凝料钩住，分模时即可将凝料从主流道中拉出。
拉料杆的根部固定在推出板上，在推出制件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。
由文献资料[11]，其结构尺寸如下：
Z头高3/4d，其中
d=D+（0.5～1）（3-3）
则d=4+（0.5～1）=5mm，
六确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计
6.1型腔、型芯工作尺寸计算
ABS塑料的收缩率是0.3%--0.8%
平均收缩率:
=（0.3%--0.8%）/2=0.5%
型腔内径：
=60.3mm
型腔深度：
=7.54mm
型芯外径：
=57.29mm
型芯深度：
=6.039mm
型腔径向尺寸（mm）;
-塑件外形基本尺寸（mm）;
-塑件平均收缩率；
-塑件公差
-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6
；
-塑件内形基本尺寸（mm）;
-型芯径向尺寸（mm）;
-型腔深度（mm）；
-塑件高度（mm）
-型芯高度（mm）；
-塑件孔深基本尺寸（mm）；
型腔：
钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型
型芯：
钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型
七模架的选择
注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。
由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架，型号为：
FCI-1818-A40-B50-C60。
八导向机构的设计
导向机构的作用：
1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力
8.1导柱的设计
8.1.1长度导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8—12cm，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。
8.1.2形状导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。
8.1.3材料导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为50—55HRC。
8.2导套的结构设计
8.2.1材料用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。
8.2.2形状为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。
导向孔作成通孔，以利于排出孔内的空气。
8.3推出机构的设计
注塑模中的脱模机构可以在注塑的每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动的脱出模外。
推管脱模机构在生产实际中应用广泛，是脱模机构的典型型式，它一般包括推管、拉料杆、复位杆、推管固定板等组成，当开模到一定距离时，注塑机推出装置推动推板并带动所有推管、拉料杆和复位杆一道前进，将塑件和浇注系统一起推出模外。
合模时复位杆首先与定模边的分型面相接触，而将推板和所有的复位杆一道推回原位。
根据塑件的形状特点，模具型腔在定模部分，型心在动模部分。
其推出机构可采用推管推出机构、推件板推出机构。
由于分型面有台阶，为了便于加工，降低模具成本，我们采用推管推出机构，推管推出机构结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件底部装配后使用时不影响外观，设立五个推管平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。
注：
推管推出塑件，推管的前端应比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm
采用推管推出，推管截面为圆形，推管推出动作灵活可靠，推管损坏后也便于更换。
结合制品的结构特点，模具型腔的结构采用了整体式型腔板，这种结构工作过程中精度高，并且在此模具中容易加工得到，在推出机构中采用厂组合式推管，如图中，这种结构主要是防止推管在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断，因为产品较小，另外折断后也易于更换。
这里采用设计推管，全部固定在顶杆固定板。
推管的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布
置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。
根据推管本身的刚度和
强度要求，推管装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.05—0.1cm.
8.3.1推件力的计算
对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（Q）：
（8-1）
式中
--型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）;
--被包紧部分的深度（cm）;
--由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取
7.8——11.8MPa；
--磨擦系数，一般取0.1~1.2；
--脱模斜度
；
L=436.97MM
H=6.03MM
Q=436.97MM*6.03MM*10MPA（0.1*COS0.5-SIN0.5）
=263.5（N）
8.3.2推管的设计
①推管的强度计算查《塑料模设计手册之二》由式5-97得
d=（
）
（8-2）
d——圆形推管直径cm
——推管长度系数≈0.7
l——推管长度cm
n——推管数量
E——推管材料的弹性模量N/
（钢的弹性模量E=2.1
107N/
）
Q——总脱模力
取D=5MM。
②推管压力校核查《塑料模设计手册》式5-98
=
（8-3）
取320N/mm²
<
升级会员 