台球杆头塑料模设计及推杆和拉杆零件加工工艺设计.docx

1、台球杆头塑料模设计及推杆和拉杆零件加工工艺设计1 绪论模具生产技术水平的高低不仅是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，而且在很大程度上决定着这个国家的产品质量、效益及新产品开发能力。 模具是工业的基础工艺装备，在电讯、汽车、摩托车、电机、电器、仪器、家电、建材等产品中，80%以上都要依靠模具成型，用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产力和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。随着我国工业的不断发展，对模具提出越来越高的要求，因此，精密、大型、复杂、长寿命模具的需求发展将高于总量发展速度。模具主要类型有：冲模、锻摸、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模

2、等。20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，模具工业一直以15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。2 塑件的结构工艺性分析2.1 塑件图

3、图2-1 塑件图技术要求：(1)塑件材料为PVC(2)未注圆角为R1(3)允许工艺斜度(4)批量为大批量(5)未注公差按照塑件的8级精度执行。2.2 塑件分析2.2.1 明确塑件的设计要求该塑件为台球杆头。由塑件图分析，其总体形状为圆筒形，结构简单，其成型需采用双分型面注射模机构；本塑件所用材料为PVC，根据塑料模具设计手册及其用途，塑件精度选用一般精度等级MT6级较为经济合理。2.2.2 表面质量分析该塑件属连接件，对外形的要求不高。而塑件内部则有较高的表面粗糙度要求，粗糙度可取Ra0.8m，同时要保证轴与孔的配合。2.2.3 计算塑件的体积和质量该塑件的体积: V=0.3897cm3 质量

4、： M=0.5846g 分型面上投影面积：S=78.5mm22.2.4 明确塑件的生产批量塑件的生产批量与模具的结构有关。小批量生产时，为了缩短模具制造周期，降低成本，多采用移动式单型腔模具；而再大批量生产时，为了缩短生产周期，提高生产率，只要塑件可能，通常采用固定式多型腔模具和自动化生产。本次设计的模具为固定式多型腔模具，生产批量为大批量。3 塑件的成型特性分析及成型工艺3.1 聚氯乙烯的基本特性 聚氯乙烯是世界上产量最高的塑料品种之一。其原料来源丰富，价格低廉，性能优良，应用广泛。其树脂为白色或浅黄色粉末，形同粉末，粒造后为透明块状，类似明矾。 根据不同的用途加入不同的添加剂，聚氯乙烯塑件

5、可呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质制品。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为1.152.00g/cm3。3.2 聚氯乙烯注射成型工艺3.2.1 注射成型工艺过程（1）注射前准备：预热、预压装入料斗预塑化和干燥。（2）注塑过程：加料合模注射保压冷却、预塑开模顶出塑件注塑座复位。（3）注射后处理：模具清理、塑件后处理。3.2.2 聚氯乙烯注塑成型工艺参数 （1）注塑机：柱塞式 （2）预热和干燥温度：可不用干燥而直接成型 （3）密度：1.152.00g/mm3 （4）料筒温度：160-190 （5）

6、喷嘴温度：150170 （6）模具温度：3040 （7）成型压力:4080MPa （8）成型收缩率：0.61.5 （9）成型温度：230330 （10)保压时间：1540S4 注射机的选择和注射有关参数的确定4.1 有关塑件的参数确定由2.2.3得知，塑件体积: V=0.3897cm3质量： M=0.5846288g分型面上投影面积：S=0.785cm2密度：1.152.00g/mm34.2 注射机型号确定根据塑件体积，根据塑件体积一般占注射机最大注射量的80%以内，初步选定XS-Z-30型注射机，XS-Z-30型注射机的主要技术规格如表4-1所示。表4-1注射机主要技术参数名称大小名称大小注

7、射量cm330模板最大行程mm160螺杆直径mm28模具厚度mm最大180注射压力MPa119最小60注射行程mm130喷嘴球径mmSR12注射时间s0.7喷嘴孔径mm4锁模力KN250锁模方式液压-机械5 确定模具结构5.1 塑件成型位置及分型面的选择为了塑件及浇注系统凝料的脱模和安放嵌件的需要，将模具型腔适当地分成两个或更多部分，这些可以分离部分的接触表面，称为分型面。5.1.1 分型面及其基本形式一副模具根据需要可能有一个或两个以上分型面。分型面可能是垂直于合模方向或倾斜于合模方向，也可能平行于合模方向。分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面。分型面应尽量选择平面的，但为了适应塑件成型的

8、需要和便于塑件脱模，与可采用后面三种分型面。后三种分型面虽然加工较困难，但型腔加工却比较容易。该塑件的模具采用垂直分型。5.1.2 分型面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、塑件结构工艺性及精度、形状以及推出方法，模具制造、排气、操作工艺等多种因数的影响，因此在分型面的选择时应综合分析。5.1.3 分型面的选择该塑件为连接件，表面质量无特殊要求。我们这里选择水平分型面。 图5-1 分型面5.2型腔数目的确定 型腔数目的确定与注射机的公称塑化量、注射机的最大注射量及注射机的锁模力等参数有关，此外还应考虑技术、经济、质量、设备及生产批量等因素的影响。为了使模具与注射机的生

9、产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种：a）、根据经济性能确定型腔数目； b）、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目； c）、根据注射机的最大注射量确定型腔数目； d）、根据制品精度确定型腔数目。我们这里选用a），其计算过程如下：我们设型腔数目为n，制品总件数为N，每一个型腔所需的模具费用为C1，与型腔无关的模具费用为C，每小时注射制品成型的加工费用为y（元h），成型周期为t（min），则：模具费用为（元），注塑成型费用为（元），总成型加工费用为，即为使总的成型加工费用最少，即令，则有 ： 所以n。对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔

10、的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过个，塑料件的精度为MT6级左右，以及模具制造成本、制造难度和生产效率的综合考虑，型腔数目初定为4腔，排布形式为矩形的平衡布局（详细的布局参见零件布局图）。5.3 浇注系统的设计注射模的浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴进入模具开始到型腔为止所流经的通道。它的作用是将熔体平稳地引入模具型腔，并在填充和固化定型过程中，将型腔内气体顺利排出，且将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸稳定的塑料。因此，浇注系统设计的正确与否直接关系到注射成型的效率和塑件质量。浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。根据模具结构和塑件要求，选择

11、普通浇注系统。5.3.1 普通浇注系统的组成注射模的浇注系统组成如图5-2所示，为卧式模具的普通浇注系统形式，浇注系统均由主浇道、分浇道、浇口及冷料穴四个部分组成。但不一定每个浇注系统都必须有这四部分，如一模一件，且一个浇口进料时，可没有分浇道。图5-2 卧式注射机用模具普通浇注系统（1）主浇道。主浇道是指从注射机喷嘴与模具接触处开始，到有分浇道支线为止的一段料流通道。它起到将熔体从喷嘴引入模具的作用，其尺寸的大小直接影响熔体的流动速度和填充时间。（2）分浇道。分浇道是主浇道与型腔进料口之间的一段流道，主要起分流和转向作用，即将熔体由主浇道分流到各个型腔的过渡通道，也是浇注系统的断面变化和熔体

12、流动转向的过渡通道。（3）浇口。浇口是指料流进入型腔前最狭窄部分，也是浇注系统中最短的一段，其尺寸狭小且短，目的是使料流进入型腔前加速，便于充满型腔，且又利于封闭型腔口，防止熔体倒流。另外，也便于成型后冷料与塑件分离。（4）冷料穴。在每个注射成型周期开始时，最前端的料接触低温模具后会降温、变硬，被称之为冷料。冷料穴是为防止堵塞浇口或影响制件的质量而设置的料穴。作用就是储藏冷料。冷料穴一般设在主浇道的末端，有时也增设在分浇道的末端。冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大

13、于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。冷料穴的形式有三种：一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。我们这里选用的是与拉料杆匹配的冷料穴。5.3.2 浇注系统设计的基本原则浇注系统设计是注射模设计的一个重要环节，它直接影响注射成型的效率和质量。设计时一般遵循以下基本原则：（1）必须了解塑料的工艺特性。（2）排气良好。（3）防止型芯和塑件变形。（4）减少熔体流程及塑料耗量。（5）修整方面，并保证塑件的外观质量。（6）要求热量及压力损失最小。5.4 普通浇注系统的设计5.4.1 主浇道设计主浇道轴线一般位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合，型腔也以此轴线

14、为中心对称布置。在卧式和立式注射机注射模中，主浇道轴线垂直于分型面，主浇道断面形状为圆形。在直角式注射模中，主浇道轴线平行于分型面，主浇道截面一般为等截面柱形，截面可为圆形、半圆形、椭圆形和梯形，以椭圆形应用最广。主要设计要点如下：（1）为便于凝料从直浇道中拔出，主浇道设计成圆锥形（如图5-1），其锥角=24，对流动性差的塑料取=36,内壁表面粗超度Ra小于0.631.25m。通常主浇道进口端直径应根据注射机喷嘴孔径确定（见图4-3），其值参阅附表1-1。过大的锥角会产生湍流或涡流；过小的锥角使凝料脱模困难，还会使冲模时熔体的流动阻力过大。由于该塑件的塑料流动性好，且塑件尺寸较小，此处的锥角选

15、用=3。（如图5-3）图5-3 主浇道的形状（2）为使熔料顺利进入分流道，主浇道与分流道结合处采用圆角过渡，其半径R为13mm（此处取R=1.5mm）,以减小料流转向过渡时的阻力。（3）在保证塑件良好成型的前提下，主流道的长度L应尽量短，以减小压力损失及废料，一般主浇道长度L不超过60mm，具体应视模板的厚度、水道的开设等情况而定。（此处取L=55mm）5.4.2分流道的设计对于小型塑件采用单型腔的注射模，通常不设分浇道；对于大型塑件采用多点进料或多型腔的注射模，都需要设置分浇道。分浇道的要求是：塑料熔体在流动中热量和压力损失最小，同时使浇道中的塑料量最小；塑料熔体能在相同的温度、压力条件下，

16、从各个浇口尽可能同时地进入并充满型腔；从流动性、传热性等因素考虑，分浇道的比表面积（分浇道侧表面积与体积之比）应尽可能小。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。（1）分流道的截面形状及尺寸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，本论文选梯形分流道。（2）分流道的布置形式分浇道的布置形式有平衡式和非平衡式两种，以平衡式布置最佳。分流道平衡式的布置形式，其主要特征是：从主浇道

17、到各个型腔的分流道，其长度、断面形状及尺寸均相等，以达到各个型腔能同时均衡进料的目的。（如图5-5）图5-5 分流道的布置形式5.4.3 浇口设计浇口是连接分流道和型腔的桥梁。具有两个功能：第一，对塑料熔体流入型腔起控制作用；第二，当注射压力撤消后，浇口固化，封闭型腔，使型腔中还未冷却固化的塑料不会倒流。浇口是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，一般情况浇口采用长度很短（0.52mm）而截面又很狭窄的小浇口。6 成型零件的设计6.1 成型零件的结构设计在进行成型零件的结构设计时，首先应根据塑件的性能和塑件的形状、尺寸及其他使用要求，确定型腔的总体结构、压缩模的

18、加压方向或压注模和注射模的浇注系统及浇口位置、分型面、脱模方式、排气等，然后根据塑件的形状、尺寸和成型零件的加工及装配工艺要求进行成型零件的结构设计和尺寸计算。6.1.1 凹模的结构设计凹模是成型塑件外表面的凹状零件（包括零件的内腔和实体两部分）。它的结构取决于塑件的成型需要和加工与装配的工艺要求。整体式凹模是由整块钢材直接加工而成，其结构如图6-1所示。其特点是凹模结构简单，牢固可靠，不易变形，塑件表面光滑平整，没有镶拼的痕迹。成型的塑件质量较好。但当塑件复杂时，这种加工工艺较差。故整体式凹模适用于形状简单的小型塑件的成型。由于本塑件简单且精度要求低，所以本设计采用整体式凹模。图6-1 凹模

19、6.1.2 型芯的结构设计型芯是注射模中成型塑件有较大内表面的凸状零件，它又称主型芯。型芯有整体式和组合式两大类。整体式型芯将型芯与动模板做成一体，使其结构牢固，成型的塑件质量较好。但由于机械加工不便，钢材消耗量大。故此型芯主要用于形状简单的小型芯模具。由于本塑件简单且精度要求低，所以本设计采用整体式型芯。图6-3 型芯6.2 成型零件工作尺寸计算成型零件的工作尺寸的计算方法有以下两种：一种是按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算。本次设计按平均收缩率进行计算。6.2.1 影响塑件尺寸公差的因素影响塑件尺寸因素很多，而且相当复杂，

20、主要因素有以下几种：（1）成型零件的制造误差。（2）成型零件的磨损量。(3）成型收缩率的偏差和波动。 (4）模具安装配合的误差。 (5）水平飞边厚度的波动。综上所述，塑件可能产生的最大误差：=Z+C+S+j+F=0.13+0.07+0.13+0.03+0.04=0.406.2.2 成型零件的计算方法成型零件工作尺寸的计算方法有以下两种：一种是按平均缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算。本次设计是按平均收缩率进行计算。为了计算简便起见，塑件和成型零件均按单向极限将公差带置于零线的一边，以型腔内径成型塑件外径时，规定型腔基本尺寸LM为型腔最

21、小尺寸，偏差为正，表示为LM+Z；塑件基本尺寸Ls为塑件最大 尺寸，偏差为负，表示为Ls-，如图6-3a所示。以型芯外径成型塑件内径时，规定型芯的最大尺寸为基本尺寸，表示为LM-Z，塑件内径最小尺寸为基本尺寸，表示为Ls+，如图6-3b所示。即凡是孔都是以它的最小尺寸作为基本尺寸，凡是轴都是以它的最大尺寸作为基本尺寸。从图6-3a可见，计算型腔深度时，以HM +Z表示型腔的深度尺寸，以HS-表示对应的塑件高度尺寸。计算型芯高度尺寸时，以HM -Z表示型芯高度尺寸，以HS-表示对应的塑件上的孔深，如图6-4b所示。图6-4 塑件尺寸与模具成型尺寸6.2.3 型芯和型腔工作尺寸的计算1、型芯和型腔

22、径向尺寸的计算(1）型腔径向尺寸已知在规定条件下的平均收缩率Scp。塑件的尺寸Ls-，磨损量c，模具制造公差z，则塑件平均的尺寸Ls-（/2），磨损量c/2，模具制造公差z/2模具成型出塑件的平均尺寸LM+c/2+c/2则：LM+c/2+c/2=Ls-（/2）+Ls-（/2）Scp对于中小型塑件，令z=/3，c=/6，并将比其他各项小得多的（/2）Scp略去，则：LM=LS+LSSCP-标注制造公差后，则为： LM=(LS+LSSCP-）0+0.13 （6-1）根据公式（6-1）得：LM1=（10+100.008-0.50.62）0+0.13=9.770+0.13上式中： z=0.13；的系数

23、为0.5；平均收缩率Scp=0.008。(2）型芯径向尺寸已知在规定的条件下的平均收缩率Scp、塑件的尺寸Ls+、磨损量c，经过和上面型腔径向尺寸计算类似的推导，可得：lM=(lS+lSSCP+）0-0.13 （6-2）根据公式（6-2）得：lM=（9+90.008+0.50.62）0-0.13=9.380-0.13上式中： z=0.13；的系数为0.5；平均收缩率Scp=0.008。2、型芯和型腔深度尺寸的计算(1）型腔深度尺寸已知在规定的条件下的平均收缩率Scp、塑件的尺寸HS-，如以HM+Z表示型腔深度尺寸，则有：令Z =/3，并略去（/2）Scp项后，整理得： HM=HS+HSSCP-

24、标注制造公差，则为：HM=(HS+HSSCP-) （6-3）根据公式（6-3）得：HM下=（24+240.008-0.19)0+0.13= 24.1160+0.13（2）型芯高度尺寸已知在规定的条件下的平均收缩率Scp、塑件的孔深尺寸为HS+，如以HM-Z表示型芯深度尺寸，经过和上面型腔高度尺寸计算类似的推导，可得：hM=(hS+hSSCP+） （6-4）根据公式（6-4）得：hM1=（23+230.008+0.62）0-0.13=23.432-0.13 7 结构零件的设计7.1 合模导向装置的设计合模导向装置是保证动模与定模或上模与下模合模时正确定位和导向的装置。合模导向装置主要有：导柱导向

25、和锥面定位。本次设计的和模导向装置采用导柱导向，导柱导向装置的主要零件是导柱和导套。如图7-1所示。图7-1 模具导柱导向装置7.1.1 导向装置的作用（1）导向作用上模和下模（或定模和动模）和模时，首先是导向零件接触，引导上、下模准确合模，避免凸模或型芯先进入型腔，以保证不损坏成型零件。（2）定位作用避免模具装配时认错方位而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于由于位置偏移而引起零件壁厚不均。7.1.2 导向零件设计原则（1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘部分，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套时发生变形。（2）根据模具形状和

26、大小，一副模具一般需要24个导柱。本设计选4个导柱。（3）有足够的耐磨性：外硬内韧导柱：20渗碳淬火或T8A，5055HRC导套：20渗碳淬火或T8A，5055HRC（4）为了保证分型面良好接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑槽，一般都是削去一个面或在导套的空口倒角。如图7-3所示。图7-3 导套的承屑槽（5）便于导向：导柱先导部分做成球状或锥状，导套导入部分要做导角。（6）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7；导柱固定部分的配合精度采用H7/k6。导套与安装孔之间采用H7/m6的过渡配合，再用螺钉防止其被拔出。（7）对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板上加工的导向孔配合。7.

27、2支承零件的设计塑料模的支承零件包括定模（或上模）座板、定模（上模）板、型腔固定板、支承板、支架、动模（或下模）座板、等。注射模的支承零件的典型组合如图7-4所示。图7-4 注射模具支承零件的典型组合7.2.1 动模座板和定模座板作用：是模具的基座，起支承与连接作用。动模座板固定在注射机移动工作台上，定模座板固定在注射机固定工作台上。7.2.2 固定板作用：固定型芯、型腔、导柱、导套、推杆等零件；要求：有足够的强度与厚度H=1545mm；7.2.3 支承板作用：垫在固定板背面，防止成型零件和导向零件的轴向移动并承受一定的成型压力。如图7-5所示。图7-5 支承板、固定板及推杆的固定7.2.4

28、支架作用：调节模具闭合高度，形成推出机构所需的推出空间；材料：Q235钢；安装要求：两边垫块高度应一致，保证模具上下表面平行。如图7-5所示。7.3 分型和抽芯机构的设计 本塑件结构简单不需要侧分型机构。7.4推出机构的设计推出机构把塑件及浇注系统从从型腔中或型芯上脱出来的机构。推出机构组成：推出部件（推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板、推杆垫板、限位钉）、推出导向部件（推杆导柱、推杆导套）、复位部复位杆）。 图7.6 推杆固定7.4.1 推出机构设计原则（1）机构可靠。（2）塑件留在动模（3）保证塑件不因推出而变形或损坏（4）推出位置尽量选在塑件内侧,保证塑件外观良好7.4.2 推出机构的方式

29、此设计采用推杆推出机构。推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与推板接触，开模后将塑件推出。7.5 冷料穴和拉料杆的设计7.5.1 冷料穴的选择冷料穴的作用是收集每次注射成型时，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。7.5.2 拉料杆的选择本设计选用锥形拉料杆，锥形拉料杆是拉料杆的一种常见形式。这种拉料穴开设在主浇道末端，储藏冷料。将冷料穴做成锥形，开模时起拉料作用。配合：拉料杆与推件板：H9/f8（间隙应小于塑料的溢料值）、拉料杆固定部分：H7/m6；表面粗糙度：配合部分：Ra0.8um。8 温度调节系统设计和排

30、气系统设计8.1 温度调节系统设计在注塑成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。流动性差的塑料如PC，P0M等要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力增大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再通入模内，可以提高成型效率。对于高熔点，流动性差的塑料，流动距离长的制件，为了防止填充不足，有时也在水管中通入温水 模具加热。PVC推荐的成型温度为150250，模具温度为3045。8.1.1温度调节对塑件质量的影响（1）采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率。（2）模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形。8.1.2 对温度调节系统的要求（1）根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式。（2）希望模温均一，塑件各部冷却均匀，以提高生产率和提高塑件质量。（3）采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好。（4）温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉。从成型