试论游标卡尺盒注射模具的设计.docx

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试论游标卡尺盒注射模具的设计

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游标卡尺盒注射模具的设计

摘要

模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

通过对我国模具行业的调查，其将向大型，精密复杂，高效，寿命长和多功能方向发展，而塑料的注射模具是应用较广泛的一类。

在该文章中主要论述了塑料制品的成型工艺性能，成型部分的尺寸设计，零件的加工工艺，模具加工工艺流程，模架的选择及压力机的校核。

关键词：

成型工艺加工工艺工艺流程

前言

本说明书为机械类塑料模注射模具设计说明书，是根据塑料模具设计手册上的设计过程及相关工艺编写的。

编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺，塑料脱模机构的设计。

内容包括：

注射模具的设计全过程，毕业设计的体会及参考文献。

有些信息来源于网上，在编写过程中，得到有潘琴老师和相关同学的大力支持和热情帮助，在此谨以致意。

由于设计水平有限，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位老师批评指正。

一、塑件材料及结构的分析

二、

（一）塑件形状分析

（二）

该塑件的形状尺寸如上图所示，为规则的四边形，机构较简单，采用一摸一腔模具。

（三）塑件材料分析

（四）

材料选用PP，是聚丙烯的简写。

聚丙烯的分子结构为典型的主体规整结构，为结晶聚合物，其分子量为10～50万。

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材料的特点:

密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件PP的成型特点：

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.

PP材料在模具设计时应注意的事项:

成型温度必须较高，熔融温度170℃，超过190℃则流动性大增，则毛边增加，易产生接缝及凹入情形。

聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料。

具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。

在工业界有广泛的应用，是平常常见的高分子材料之一。

（五）塑件的质量与体积计算

（六）

塑件的体积计算可近似用形状分割成10部分（小沟小槽等部分简化）近似

计算。

设其体积分别为V1~V10，则：

V1=13*35*244=7930

V2=76*25*244=46360

V3=25*13*244=7930

V4=2.5*10*244=2470

V5=2.5*13*76=2470

V6=2.5*82*244=6100

V7=2.5*82*244=5002

V8=2.5*10*244=6100

V9=2.5**10*82=2050

V10=2.5*10*82=2050

所以V=V1+V2+V3+V4+V5+V6+V7+V8+V9+V10

=7930+46360+7930+2470+2470+6100+50020+6100+2050+2050

=133480

查表1-2-3（塑料橡胶成型模具设计手册）得：

ρ=0.91

因此，塑件质量m=ρv=0.91*133480=122g

三、成型工艺

四、

（一）成型方法

（二）

热塑性塑料指定采用注射成型，本设计选用热塑性塑料PP，可用注射成型。

（三）工艺分析

（四）

⑴该塑件尺寸较大，一般精度等级，为降低成型费用，采用一模一腔的结构来提高生产率。

塑件壁较薄，对制品不进行后加工。

⑵为满足制品高光亮的要求与提高成型效率采用点浇口。

⑶为了方便加工和热处理，型芯部分采用镶拼结构。

（五）成型工艺性能

（六）

其主要工艺性能有：

A．相对密度小，约为0.9。

B．力学性能如屈服强度、拉伸强度、压缩强度、硬度等均优于低压聚乙烯。

C．有很突出的刚性，耐热性较好，可在100℃以上使用，如不受外力，则温度升到150℃也不变形。

D．不吸水，并且有较好的化学稳定性，除对浓硫酸、浓硝酸外、几乎都很稳定。

E．高频率电性能优良，且不受温度影响，成型容易。

F．为热塑性材料。

（七）注塑成型条件

（八）

密度（g/cm³）0.9~0.91

计算收缩率（%）1.0~3.0

预热温度（℃）80~100

预热时间（h）1~2

料筒温度（℃）前段200~220

中段180~200

后段160~180

模具温度（℃）80~90

注射压力（MPa）70~100

适用注射机类型螺杆、柱塞均可

五、型腔数目的确定

六、

根据塑件计算重量，选择设备型号规格，确定型腔数。

为了是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。

常用的方法有四种：

（1）、根据经济性确定型腔数目。

根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。

设型腔数目为n，制品总件数为N，每个型腔所需的模具费用为C1，与型腔无关的模具费用为C0，每小时注射成型的加工费用为y（元/h），成型周期为t（min），则：

模具费用为Xm=nC1+C0（元）

注塑成型费用为Xs=N（yt/60n）（元）

总的成型加工费用为X=Xm+Xs，即：

X=N（yt/60n）+nC1+C0

为使总的成型加工费用最小，即令dx/dn=0，则有N（yt/60n）（-1/n²）+C1=0，

所以n=

（2）、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。

当成型大型平板制件时，常用这种方法。

设注射机的额定锁模力为F（N），型腔内塑料熔体的平均压力为Pm（MPa），单个制品在分型面上的投影面积为A1（mm²），浇注系统在分型面上的投影面积A2（mm²），则：

（nA1+A2）Pm≤F

n≤F-Pm•A2/Pm•A1

（3）、根据注射机的最大注射量确定型腔数目。

设注射机的最大注射量为G（g），单个制品的质量为W1（g），浇注系统的质量为W2（g），则型腔数目n为：

n≤（0.8G-W2）/W1

（4）、根据制品精度确定型腔数目。

根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%。

设模具中的型腔数目为n，制品的基本尺寸为L（mm），塑件的尺寸公差为±σ，单型腔模具注塑生产时可能产生的尺寸误差为±Δ%，则有塑件尺寸精度的表达式为：

L•Δ+（N-1）L•Δ•4%≤σ

简化后可得型腔数目为：

n≤2500σ/Δ•L-24

对于高精度制件，由于多型腔难以使各型腔的成型条件均匀一致，一般型腔数不超过4个。

现根据初步的设计技术方案，选用（3）来确定型腔数目：

①注射机额定注射量mg每次注射量不超过最大注射量的80%，

式中—型腔数

—浇注系统质量（g）

—塑件重量（g）

—注射机额定注射量（g）

浇注系统体积Vj,根据浇注系统初步设计技术方案进行计算。

=πR²h=3.14x5²x50=3611mm³

=1/2xlxRxh=1/2x6x1.5x14x4=232mm³

=πR²xh=3.14x6³x3=339.12mm³

=πR²xh=3.14x7²x10=1538.6mm³

=5720.72（mm³）

M=ρv=5720.72x0.91=5.20（g）

设n=1则得：

mg=（mj+mz）/0.8=（122+5.20）/0.8=159g

从计算结果，并根据塑料注射机技术规格，查«注射模具设计与制作教程»表3-6-5得选用SZ—160/1000型注射机。

②生产批量试制小批量生产宜采用单腔，大批量生产宜采用多腔，该塑件为小批量生产，故宜采用单腔，由注射机理论，注射量确定型腔数得：

n=（0.8mg-mj）/mz=（0.8x160-5.20）/122=1

由于该塑件为高精度塑件，通常最多采用一模一腔的模具。

七、注射机的选择

八、

根据计算结果，并根据塑料注射机技术规格，查《注射模设计与制作教程》表3-6-5，查得注射机的型号为SZ—160/1000，其主要技术参数：

理论注射容量（cm³）179

螺杆（柱塞）直径（mm）44

注射压力（Mpa）132

注射速率（g/s）110

塑化能力（g/s）10.5

螺杆转速（r/min）10~150

锁模力（KN）1000

拉杆内向距（mm）360*260

移模行距（mm）280

最大模具厚度（mm）360

最小模具厚度（mm）170

锁模型式液压

模具定位孔直径（mm）120

喷嘴球半径（mm）SR10

九、成型部分的尺寸设计

一十、

（一）制品分型面的选择：

（二）

分型面是模具结构中的基准面，它直接影响着成型零件的质量，模具加工的工艺性以及注射成型的效率等。

因此确定模具的分型面是模具设计的重要环节之一。

选择模具分型面是，通常应考虑以下有关问题：

1）.根据塑件的技术要求，确定零件在动模和定模上的配置；

2）.塑件的生产批量；

3）.结合塑件的流动性确定浇注系统的形式和位置；

4）.型腔的溢流和排气条件；

5）.模具加工的工艺性。

因此，在选择模具的分型面是也应按以下原则来考虑：

1.考虑塑件质量

1）.确保塑件尺寸精度。

应避免或减少因脱模斜度形成塑件两端尺寸差异过大而产生的塑件壁厚不均匀的现象。

2）.确保塑件表面要求。

分型面应可能选择在不影响塑件外观的部位以及塑件外观的要求，而且分型面处所产生的飞边应容易修整加工。

2.考虑注射机技术规格

1）.考虑锁模力

尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。

模具的分型面尺寸在保证一定的型腔不溢料边距的情况下，尽可能减小分型面接触面积，从而可以增加分型面的接触应力，防止溢料，并简化分型面的加工。

2）.考虑模板间距

3.考虑模具结构

1）.尽量简化脱模部件

A．为便于塑件脱模，应使塑件在开模时尽可能留与动模部分，尽可能使塑

B．

件与定模之间一定的结合力，而不要把塑件与模具结合力都放到动模部分。

B．应尽量避免侧抽芯机构

2）.应尽量方便浇注系统的布置

3）.便于排溢。

为了有利于气体的排出，分型面应可能与料流的末端重合。

4）.便于嵌件的安放。

5）.模具总体结构简化，尽量减少分型面的数量，尽量采用平直分型面。

4.考虑模具制造难易性。

（三）浇注系统的确定

（四）

浇注系统一般由主流道，分流道，浇口和冷料穴组成。

浇注系统的设计正确与否直接影响着注射过程中的成型效果和塑件质量。

在设计浇注系统时应注意以下几个原则：

1）根据塑件的形状和大小以及壁厚等因素，并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置。

2）

3）根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。

4）

5）应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性，选择浇注系统的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物料的流动。

6）

7）应尽量可能地缩短物料流程和便于清除料把，以节省原料，提高注射效率。

8）

9）排气良好。

10）

1.主流道设计

1）主流道的结构设计

2）

主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计要点为：

A．为了便于浇注凝料从主流道中取出，主流道采用α=2°~6°左右的圆锥孔。

对流动性差的塑料也可取得稍大一些，但过大则容易引起注射速度缓慢，并容易形成涡流。

B．

C．浇口套与塑件注射区直接接触时，其出料端端面直径D应尽量选的小些。

如果过大，即浇口套与型腔的接触面积增大，模腔内部压力对浇口套的反作用力也将按比例增大，到一定程度时浇口套则容易从模体中弹出。

D．

E．浇口套的材料应选用优质钢T8A，并应进行淬硬处理，为了防止注射机喷嘴不被碰撞而破坏，浇口套的硬度应低于注射机喷嘴的硬度，锥孔内壁粗糙度Ra为0.63µm，以增加内壁的耐磨性，并减少注射中的阻力。

圆锥孔大端应该有γ=1°~2°的过渡圆角，以减少料流在转向时的流动阻力。

F．

G．浇口套与注射机喷嘴头的接触球面必须吻合。

由于注射机嘴头是球面，半径SR是固定的，所以为使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球接触良好，一般地其半径Sr=SR+（0.5~1）mm，而圆锥孔的小端直径d则应大于喷嘴的内孔直径d1，即d=d1+（0.5~1）mm，端面凹球面深度L2取3~5mm。

球面与主流道孔应以清角连接，不应有倒拔痕迹，以保证主流道凝料顺利脱模。

H．

I．定位圈是模体与注射机的定位装置，它保证浇口套与注射机的喷嘴对中定位，定位圈的外径D1应与注射机的定位孔间隙配合。

其配合间隙为0.05~0.15mm，定位圈厚度5~10mm，即小于注射机定位孔的深度。

J．

K．浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。

L．

M．在可能的情况下浇口套长度L应尽量的短，L越大其压力损失越大，使物料降温过大，影响注射成型。

主流道尽量不采用分级对接形式。

N．

其结构形式如下：

取主流道圆锥角α=4°，内壁粗糙度Ra=0.63µm，Sr=10+1=11，L2=4mm，L1=10mm，D1=120mm，d=6mm

V1=（1/2）*（4/3）*R*R*R*∏=（1/2）*（4/3）*3.14*11*11*11=2789.227

V2=（1/3）*d*d*h*∏=（1/3）*3.14*6*6*38=1431.84

2）.浇注套的设计

由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，所以需要选用优质钢材（如T8A）单独加工和热处理（硬度为53~57HRC），或用45，50，55等表面淬火（大于55HRC）。

其结构形式如下图：

2.分流道的设计

1）.在满足注射成型工艺的前提下，分流道的截面积应尽量的小。

但分流道的截面积过小会降低注射速度。

使填充时间延长，同时可能会出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷，而分流道过大则增大冷凝料的回收量，并延长了物料的冷却时间。

一般来说，在注射完成后，分流道的冷却时间应比型腔中塑件的冷却时间要短，才不影响注射时的效率。

因此在设计是应用较小的截面积，以便与在试模是为必要的修正留有余地。

2）.在可能情况下，分流道的长度应尽量地短，以减少压力损失，避免模

体过大影响成本

如果分流道较长时，应在其末端设置冷料穴，防止冷料和空气进入模腔。

3）.在分流道上的转向次数尽量少，在转向处应圆滑过渡，不能有尖角。

这样就减少压力损失，有利于物料的流动。

4）.分流道的内表面不必要求很光，一般表面粗糙度Ra取1.6µm即可，

这样可以在分流道的磨擦阻力下使物流外层的流动小些，使其分流道的冷却皮层固定，有利于对熔融塑料的保温。

5）.分流道断面形状及尺寸大小，应根据塑件的成型体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料工艺特性、注射速率、分流道长度等因素来确定。

从减少散热面积考虑分流道的截面宜采用圆形；从压力损失考虑，由于在同等断面积时圆形比正方形的短，因此料流阻力小，压力损失也小。

3.浇口设计

根据塑件的流动性采用点浇口。

其主要优点如下：

1）.由于点浇口的截面积尺寸较小，一般d=0.3~2mm，当熔料通过时，有很高的剪切率和摩擦，产生热量，提高熔料的流动，从而能获得外形清晰，表面光泽的塑料制品。

2）.塑料制品的浇口在开模的同时即被拉断，浇口痕迹呈圆点状不明显，所以点浇口可开在塑件的表面及任何位置，并不影响制品的外观。

3）.点浇口一般开在塑件顶部，因其注射流程短，拐角小，排气条件又好，因此很容易成型。

4）.适用于外观要求较高的壳类或盒类塑件的单型腔模、多型腔模等各种模具，使用比较广泛。

A．点浇口的结构形式如装配图：

B．浇口位置的选择

浇口位置开设正确与否，对塑件质量影响很大，因此合理选择浇口位置是提高塑件质量的重要环节。

在确定浇口位置时，应遵循以下原则：

1）、浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。

2）、浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。

3）、浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。

4）、浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。

5）、对于带细长型心的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免冲击变形。

6）、浇口应设在不影响制品外观的部位。

7）、不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口。

4.冷料穴的设置

冷料穴一般设置在主流道的末端，即主流道正对面的动模板上或处于分流道的末端。

它的作用是用来储存注射间隙，喷嘴前端由散热造成温度降低而产生的冷料。

在注射时，如果它们进入流道，将堵塞流道并减缓料流速度；进入型腔，将在塑件上出现冷疤或冷斑。

影响塑件质量。

同时在开模时，冷井又起到将主流道的凝料从浇口套中拉出的作用。

冷料穴的直径应大于主流道的大端直径，其长度约为主流道的大端直径，这样有利于物料的流动。

4、排气系统设计

5、

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，还有塑料手热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因填充时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或产生气泡，或使塑件熔接不良而引起缺陷。

注射模的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气。

一十一、成型零件的设计与计算

一十二、

在设计成型零件时，一般应考虑如下问题。

1）　应尽量保证注射塑件的外观完整性，使其外表表面美观，避免尖角、毛边、飞刺等损伤人体的情况出现。

2）　应使成型零件的加工工艺简单合理，最省时省力，并能达到必要的装配精度。

3）　成型零件应有必要的制造和装配的基准面，力求装配时定位可靠，方便、快捷。

4）　相互配合的部分应尽量减少配合面，以便于制造和装配

5）　局部嵌件应便于修复和更换。

6）　应使塑件在使用时方便、简捷。

7）　成型零件应具有足够的强度和刚度。

1.凸模的结构设计

采用整体式结构，有较高的强度和刚度，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。

2.凹模的结构设计

采用整体装配式凸模结构，将凸模单独加工后与动模板进行装配而成。

3.成型零件尺寸的计算

1）、型腔尺寸的计算

A．型腔径向尺寸的计算

Lm=〔Ls（1+s）—xΔ〕

式中：

Lm—型腔的最小基本尺寸（mm）

Ls—塑件的最大基本尺寸（mm）

Δ—塑件公差

S—塑件平均收缩率（%）

x—综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度高，批量大，取x=3/4。

δz—模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。

查表6-4PP塑料的收缩率是0.01%~0.03%。

平均收缩率S=（0.01%+0.03%）/2=0.02%

因此Lm=〔184（1+0.02）—1.5*3/4〕

=（187.680—1.125）

=186.555

B．型腔高度尺寸的计算

Hm=〔Hs（1+s）—xΔ〕

式中Hm—型腔的高度最小基本尺寸（mm）

Hs—塑件的高度最大基本尺寸（mm）

Δ—塑件公差

S—塑件平均收缩率（%）

x—综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度高，批量大，取x=2/3。

δz—模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。

查表6-4PP塑料的收缩率是0.01%~0.03%。

平均收缩率S=（0.01%+0.03%）/2=0.02%

因此Hm=〔10（1+0.02）—0.32*2/3〕

=（10.2—0.2133）

=9.9867

2）、型芯尺寸的计算

A．型芯径向尺寸的计算

Lm=

式中Lm—型芯的最大基本尺寸（mm）

Ls—塑件的最小基本尺寸（mm）

Δ—塑件公差

S—塑件平均收缩率（%）

x—综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度高，批量大，取x=3/4。

δz—模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。

查表6-4PP塑料的收缩率是0.01%~0.03%。

平均收缩率S=（0.01%+0.03%）/2=0.02%

因此Lm1=〔82（1+0.02）+0.88*3/4〕

=（83.64+0.66）

=

Lm2=〔76（1+0.02）+0.76*3/4〕

=（77.52+0.57）

=78.09

B．型芯高度尺寸的计算

hm=〔hs（1+s）+xΔ〕

式中hm—型芯的高度最大基本尺寸（mm）

hs—塑件的内形深度最小基本尺寸（mm）

Δ—塑件公差

S—塑件平均收缩率（%）

x—综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度高，批量大，取x=2/3。

δz—模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。

查表6-4PP塑料的收缩率是0.01%~0.03%。

平均收缩率S=（0.01%+0.03%）/2=0.02%

因此hm1=〔7（1+0.02）+0.32*2/3]

=（7.14+0.213）

=7.353

hm2=〔10（1+0.02）+0.32*2/3〕

=（10.2+0.213）

=10.413

（一）导向机构的设计

（二）

A、设计要点：

1.导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心到模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。

2.导柱的长度应比型芯端面的高度高出6~8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。

3.导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，常采用20#低碳钢，经渗碳0.5~0.8mm，淬火48~55HRC，也可采用T8A碳素工具钢，经淬火处理。

B、顶出机构的设计

在注射成型的每一个循环中，塑件必须由模具型腔中或凸模/型芯上松动分离（即脱出），脱出机构的机构就叫塑件脱出机构，脱出机构的设计基本考虑：

（1）保证塑件质量

（2）脱出机构结构

（3）所需顶出行程、开模行程计算

根据以上原则，在后模设计顶针孔的大小与位置，顶针就是脱模推出机构，即将塑件从后模上顶出。

顶针见总装图，顶出时受力均衡，直径都为Ø4mm。

顶针孔图中高度为15的部分直径为Ø4mm，用于与顶针相配合，这样做的目的是为了减少配合的接触面积：

15mm的部分直径才是Ø5mm。

顶出行程计算

S顶=h凸+e

式中S顶—所需顶出行程

h凸—型芯成型