注塑模具设计.docx
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注塑模具设计
塑料成型工艺及模具设计课程设计说明书
引言本说明书为塑料注射模具设计说明书,是根据塑料模具手册上的设计过程及相关工艺编写的。
本说明书的内容包括:
目录、课程设计指导书、课程设计说明书、参考文献等。
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。
由于时间仓促,设计者设计水平和经验有限,在设计过程中难免有错误之处,敬请各位老师批评指正。
目录第一章选择与分析塑料原料第二章确定塑料成型方式与工艺过程第三章分析塑件结构工艺性第四章确定塑件成型工艺参数第五章初步选择注射成型设备第六章分型面的确定与浇注系统的设计第七章注射模具结构类型及模架的选用第八章设计注射模具成型零件第九章设计注射模具调温系统第十章设计注射模推出机构第十一章模具工程图绘制及材料选择
第十二部分设计小结
第十三部分参考资料
第一章选择与分析塑料原料
(一)选择制件材料
耳钉盒上盖为装饰类零件,需大批量生产,通过查相关资料对多种塑料的性能与应用进行综合比较,材料品种可选择聚苯乙烯(PS)。
(二)分析制件材料使用性能
通过相关知识的学习,对PS的成型工艺性能有一定的了解。
查相关塑料模具设计资料可得:
PS是无色、透明并有光泽的非结晶型的线性结构的高聚物。
PS透明性好、透光率高,在塑料中其光学性能仅次于有机玻璃;PS化学稳定性优良,耐酸(硝酸除外)、碱、醇、油、水等的能力较强,但对氧化剂、苯、四氯化碳、酮类(除丙酮外)、酯类等抵抗能力较差;PS的电性能优良,是理想的高频绝缘材料;PS拉伸强度和弯曲强度较高。
其缺点是PS耐热性不高,使用温度为-30℃~80℃;耐磨性较差,质脆,耐冲击性较差;导热系数小,线膨胀系数较大,塑件易产生内应力,易开裂。
(三)分析塑料工艺性能
1.流动性好,溢边值0.03mm。
2.吸水性小,成型前可不进行干燥。
3.收缩小,塑件尺寸稳定。
4.比热容小,可很快加热塑化,塑化量较大,故成型速度快、生产周期短,可进行高速注射。
5.塑件易产生内应力,顶出力应均匀,塑件需要后处理。
6.宜用高料温、高模温、低压注射成型。
(四)结论
耳钉盒制件为包装类用品,要求具有一定的透明度,精度较低,外表面无瑕疵、美观。
采用PS材料,产品的使用性能基本能满足要求,但在成型时,要注意选择合理的成型工艺。
第二章确定塑料成型方式与工艺过程
塑料制品成型方式有很多确定塑料制品成型方式应考虑所选择塑料的种类、制品的生产批量、模具成本及不同成型方式的特点、应用范围。
然后根据塑料的成型工艺特点,不同成型方式的工艺过程确定所生产制品的工艺过程。
(一)不同成型方式的特点及应用
1.注射成型的特点及应用
注射成型是热塑性塑料成型的一种主要方法。
它能一次成型形状复杂、尺寸精度高、带有金属或非金属嵌件的塑件。
注射成型的成型周期短、生产率高、易实现自动化生产。
到目前为止,除氟塑料以外,几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型,一些流动性好的热固性塑料也可以用注射方法成型。
注射成型在塑料制件成型中占很大比例,半数以上制件是注射成型生产的。
2.压缩成型的特点及应用
压缩成型既可成型热固性塑件,也可以成型热塑性制件,如日用仪表壳、电闸、电器开关、插座等。
用压缩模成型热塑性塑件是,模具必须交替地进行加热和冷却,才能使塑料塑化和固化,故成型周期长,生产效率低,因此,它仅适用于成型光学性能要求高的有机玻璃镜片,不宜高温注射成型的硝酸纤维汽车驾驶盘以及一些流动性很差的热塑性塑料。
3.压注成型的特点及应用
压注成型的成型周期短,生产效率高,塑件的尺寸精度高,表面质量好,可以成型带有较细小嵌件、较深的侧孔及较复杂的塑件,但它消耗的原材料较多,压注成型的收缩率比压缩成型大,压注模的结构比压缩模复杂,工艺条件要求严格。
它适用于形状复杂、带有较多嵌件的热固性塑料制件的成型。
(二)耳钉盒盖塑件成型方式的选择
根据第一章耳钉盒盖塑件选择PS通用塑料,属于热塑性塑料,制品需要大批量生产。
虽然注射成型模具结构较为复杂,成本较高,但是生产周期短、效率高,容易实现自动化生产,大批量生产模具成本对于单件制品成本影响不大。
而压缩成型、压注成型主要用于生产热固性塑件和小批量生产热塑性塑件;所以耳钉盒盖塑件应选择注射成型生产。
(三)耳钉盒盖成型工艺规程
一个完整的注射成型工艺过程应包括成型前准备、注射过程及塑件后处理3个过程。
1.成型前准备
1)对PS原料进行外观检验:
检查原料的色泽、粒度均匀度等,要求色泽均匀、颗粒均匀。
2)生产中如需改变塑料品种、调换颜色或发现成型过程中出现了热分解或降解反应,则应对注射机料筒进行清洗。
3)为了使塑料制件容易从模具中脱出,有时还需要对模具型腔或模具型芯涂上脱模剂,常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。
2.注射过程
注射过程一般包括加料、塑化、充模、保压补缩、冷却定型和脱模等步骤
3.塑件后处理
聚苯乙烯(PS)易产生内应力,严格控制成型条件,采用将水加热到60~70℃,将产品放进去30~60分钟的退火处理工艺。
(注意:
经退火的产品拿出热液体后要摆平让它自然冷却,不可以用冷水采取速冷的方法。
)
第三章分析塑件结构工艺性
塑件结构工艺性是指塑件成型生产时对模具结构、成型工艺的适应程度。
由于塑件使用要求的不同,其种类繁多、形状各异,因此塑件的结构工艺性各自要求也不一样。
塑件结构工艺性合理,既可使成型工艺性能稳定,保证塑件的质量,提高生产率,又可以使模具结构简单,降低模具设计和制造成本。
因此在设计塑件时应充分考虑其结构工艺性。
1.塑件尺寸精度分析
该塑件尺寸精度无特殊要求,所有尺寸均为自由尺寸,查相关模具手册可知PS塑料公差等级为MT5,查表标注主要尺寸公差如下(单位均为mm)。
塑件外形尺寸:
塑件内形尺寸:
注;由于该塑件尺寸精度无特殊要求,所有尺寸均为自由尺寸,可查表直接按规定标注偏差,也可按未注尺寸公差标注后转换。
2.塑件表面质量分析
塑件的表面粗糙度。
查表可知,PS注射成形时,表面粗糙度的范围在Ra0.05~6.3um
之间。
而该塑件表面粗糙度要求较高,我们取为Ra0.4。
对应模具成型零件工作部分表面粗糙度应为Ra0.1~0.2um,故比较容易实现。
3.壁厚
壁厚均匀为0.8mm,有利于零件的成型。
4.脱模斜度
查表知,材料为PS的塑件,其型腔脱模斜度一般为35'~1o20'型芯脱模斜度为30'~40'。
而该塑件为开口薄壳类零件,深度较浅且大斜度过度,脱模容易,因而不需考虑脱模斜度。
通过以上分析可见,该塑件结构属于中等复杂程度,结构工艺性合理。
不需对塑件的结构进行修改;塑件尺寸精度较低,对应的模具零件的尺寸加工容易保证。
注射时在工艺参数控制得较好的情况下,塑件的成型要求可以得到保证。
第四章确定塑件成型工艺参数
注射成型中的工艺性参数选择与控制是保证顺利成型和塑件质量的关键。
注射成型工艺条件主要是指成型时的温度、压力以及作用时间。
(一)温度
在注射成型中需要控制的温度有影响塑料塑化和流动的料筒温度、喷嘴温度以及影响流动和冷却固化的模具温度等。
(二)压力
注射成型过程中的压力包括塑化压力、注射压力和保压压力,它们直接影响塑料的塑化和塑件质量。
(三)时间
完成一次注射成型过程所需的时间称为成型周期。
它包括注射时间、保压时间和冷却时间。
第五章初步选择注射成型设备
(一)成型耳钉盒盖塑件所需成型设备的初步选择
1.依据最大注射注射量初选设备
通常保证制品所需注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%,否则就会造成制品的不完整、内部组织疏松或制品强度下降等缺陷;而过小,注射剂利用率偏低,浪费电能,而且塑料长时间处于高温状态可导致塑料分解和变质,因此,应注意注射机能处理的最小注射量,最小注射量通常应大于额定注射量的20%。
(1)计算塑件的体积
V=2.251(cm3)(过程略)
(2)计算塑件的质量
计算塑件的质量是为了选择注射机及确定模具型腔数。
由手册查得PS塑料密度
p=1.054g/cm³,所以,塑件的质量为
M=Vp=2.251*1.054=2.136(g)
由于塑件尺寸较小,基本尺寸为45mm*33mm,为长方形薄壳类零件,生产中通常选用一模四腔,加上凝料的质量(初步估算约6.407g)。
(3)塑件成型每次需要注射量。
4M+6.407=14.95(g)
(4)根据注射量,查模具设计手册选择XS-Z-30型号的柱塞式注射机,满足注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%。
(5)设备主要参数如表所示。
项目
设备参数
额定注射量(cm³)
30
螺杆直径(mm)
28
注射压力(Mpa)
119
注射行程(mm)
130
锁模力(kN)
250
拉杆空间(mm)
235
最大开合模行程(mm)
160
最大模厚(mm)
180
最小模厚(mm)
60
喷嘴圆弧半径(mm)
12
喷嘴孔直径(mm)
4
第六章分型面的确定与浇注系统的设计
1.确定型腔数及布置
根据第五章初选柱塞式注射机,选择XS-Z-30型号,注射机主要参数如表所示。
(1)按注射机的最大注射量确定型腔数n1
n1≤(kmmax-mj)/mi
=(0.8*30-6.407)/2.136
=8.24
式中:
k--最大注射量的利用系数,一般取0.8;
mmax--注射机的最大注射量,cm3;
mj--浇注系统及飞边体积或质量,cm3;
mi--单个塑件的体积或质量,cm3。
由于塑件外观质量要求较高,故选用一模四腔平衡式布置,如下图所示:
2.选择分型面
该塑件外形要求美观,无斑点和溶解痕,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--便于脱模,分型面应设在塑件外形最大轮廓处。
故分型面设置位置如下图所示:
3.浇注系统的设计
(1)主流道设计
根据第五章计算结果可得XS-Z-30型注射机喷嘴的有关尺寸。
喷嘴球半径:
R0=12mm,喷嘴孔直径:
d0=2mm。
根据模具主流道与喷嘴的关系:
R=R0+(1~2)mm,d=d0+0.5mm。
取主流道球面半径:
R=13mm。
取主流道的小端直径:
d0=2.5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其锥角为a=40(推荐a=20~60),表面粗糙度Ra<0.8um。
同时为了使熔料顺利进入分流道,在主流道出料端设计r=2mm的圆弧过渡。
(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。
该塑件的体积较小,形状也较为简单,且壁厚均匀,塑件外观不允许有浇注痕迹,可以考虑侧面进料。
分流道的截面形状有圆形、半圆形、正方形、U形、矩形及梯形等形状。
为使流道中热量和压力损失最小,并且便于加工,故采用截面形状为U形的分流道。
查设计手册知:
U形截面分流道的宽度b可在5~10mm内选取,半径R=0.5b,深度h=1.25R,斜角a=50~10
故这里取宽度b=6mm,半径R=0.5*6=3mm,深度h=1.25*3=3.75mm(取h=4mm)
(3)浇口设计
1)浇口形式的选择。
由于该塑件外观质量要求较高,浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。
同时,也应尽量使模具结构更简单。
根据对该塑件结构的分析及已确定的分型面的位置,可选择侧浇口.
2)浇口尺寸的确定。
查手册侧浇口尺寸要求,对于中小型塑件,一般宽度b=1.5~5mm;厚度t=0.5~2mm(或取塑件壁厚的1/3~2/3);长度L=0.7~2mm。
依次初步设计浇口尺寸b=2mm;厚度t=0.4mm;长度L=1mm。
进料位置及浇口尺寸如下图所示。
在试模过程中进一步调整。
(4)冷料穴设计
冷料穴有“Z”形、球头形、菌头形和倒锥头形等,其中“Z”字形拉料杆的冷料穴,应用较普遍,其拉料杆或推杆固定在推杆固定板上,但当塑件被推出后做侧向移动时不能采用,而带球头形、菌头形拉杆的冷料穴,其拉料杆固定在型芯固定板上,凝料在推件板推出塑件的同时从拉料杆上强制脱出。
该塑件属薄壳类,包紧力不大,且塑件外观质量要求较高,不能设置推杆推出,要用推件板推出。
因此该塑件用“Z”字形拉料杆的冷料穴,查相关模具手册得冷料穴相关部分尺寸如下图所示。
4.排气和引气系统设计
由于该塑件整体较薄,排气量较小,同时,采用侧浇口模具结构,属于小型模具,最后充满的地方位于分型面,因此可利用分型面进行排气。
该塑件开模及脱模过程中不会形成真空负压现象,因此不需要设计引气系统。
第七章注射模具结构类型及模架的选用
1.确定模架组合形式
根据前面几章的分析,耳钉盒盖塑件为薄壳类塑件,一模四腔,采用侧浇口,因此可以选用A1~A4单分型面模架,考虑到要用推件板推出,又需要支承板,故选择A4模架。
A4模架具有以下的结构特征:
定模和动模均采用两块模板,他们之间设置一块推件板连接推出机构,用以推出制件,有支承板;适用于立式与卧式注射机,脱模力大,适用于薄壁壳体型制件,以及表面不允许留有顶出痕迹的制件。
2.确定型腔侧壁厚度和支承板厚度
型腔压力的大小与注射压力、流道结构、塑件结构等因素有关,为了生产出合格的产品,型腔内熔体的平均压力查手册得PS塑料注射成型型腔平均压力为24.5MPa。
根据第六章可知,该塑件型腔布置如图所示,一模四腔左右分布,型腔在分型面上投影尺寸为105mm*81mm,即长度L型腔=105mm。
根据侧壁厚度经验公式可得:
S=0.2*L型腔+17=0.2*105+17=38
式中:
S--模板的侧壁厚度,mm;
L型腔--型腔在分型面投影长度。
由于L型腔>100mm,实际模板的壁厚为(0.85~0.90)S,即(32.3~34.2)mm,初选取S=33mm。
支承板厚度查手册,由于b=81mm<102mm,所以支承板厚度:
h=(0.12~0.13)L型腔=(0.12~0.13)*81=(9.72~10.53)mm
可作为模具规格选定的参考依据。
(1)计算模具型腔模板周界
根据图所示,整体式模板尺寸可以确定如下。
型腔模板的长度:
L=105+2S=105+66=171(mm)
型腔模板的宽度:
N=45+2S=45+66=111(mm)
(2)模板周界尺寸
根据上面计算模板周界尺寸,查GB/T12556-1990标准模板的尺寸,将计算出的数据向标准尺寸靠拢修整。
确定模板周界尺寸为160mm*200mm
3.确定模板厚度
耳钉盒盖塑件为薄壳类塑件,塑件高度为9.5mm,型腔设计在定模一侧,型腔深度大于16mm即可,按照标准尺寸进行修整。
4.选择模架类型
根据已确定下来的模具周边尺寸,配合模板所需要厚度查GB/T12556-1990标准模架规格:
A4-160*200-26-Z1。
模架具体尺寸如下图所示,模具外形尺寸为长L=
5.检验所选模架
第八章设计注射模具成型零件
1.成型零件结构设计
整体式型腔是直接在型腔板上加工,有较高的强度和刚度。
但零件尺寸较大时加工和热处理都较困难。
整体式型芯结构牢固,成型塑件质量好,但尺寸较大,消耗贵重模具钢多,不便加工和热处理。
整体式结构适用于形状简单的中小型塑件。
组合式型腔是由许多拼块镶制而成,机械加工和热处理比较容易,能满足大型塑件的成型需要。
组合式型芯可节省贵重模具钢,便于机加工和热处理,修理更换方便,同时也有利于型芯冷却和排气的实施。
由于该塑件尺寸较小,且形状简单,采用整体式型腔即可,而型芯采用组合式不但可以节约贵重模具材料,还便于加工,尺寸精度也好保证。
故型腔采用整体式,型芯采用组合式。
2.成型零件工作部分尺寸计算
该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算。
查有关手册得PS的收缩率为S=0.4%~0.7%,故平均收缩率为S平均=(Smax+Smin)/2*100%=0.55%,根据塑件尺寸公差要求,模具的制造公差取
3.成型零件尺寸校核
按平均收缩率法计算模具工作尺寸有一定误差,这是因为在上述公式中的
及x系数取值凭经验确定。
为保证塑件实际尺寸在规定的公差范围内,尤其是对收缩率波动范围较大的塑件,需要对成型尺寸进行校核。
其校核的条件是塑件成型尺寸公差应小于塑件尺寸公差。
型腔或型芯的径向尺寸为
型腔深度或型芯高度尺寸为
第九章设计注射模具调温系统
通常,为防止塑料的高温分解,注射成型时不要求有太高的模温,模具温度低时只要注射几次就可将模具温度提高。
首先注射的塑件因温度低出现质量问题时可采用重新送回注射机熔融的方法解决(由热塑性塑料的性质决定),因此在中小型注射成型模具上一般可不设加热系统。
耳钉盒盖材料为PS通用塑料,查表可知,保证塑件质量要求最佳模具温度在20~70,所以成型模具的温度调节系统不考虑设计加热系统。
由于塑件尺寸较小,壁厚较薄,能实现均匀、快速冷却,故可不考虑设计冷却系统。
第一十章设计注射模推出机构
(一)推出机构的结构组成与分类
1.推出机构的结构组成一般有推出,复位,导向三大部分组成。
2.推出机构的结构分类:
按动力来源可分为:
手动推出机构,机动推出机构,液压和气动推出机构;按模具推出特征又可分为:
一次推出机构,二次推出机构,定模推出机构,浇注系统凝料推出机构,顺序推出机构,螺纹制件推出机构等;按推出元件的类别分类:
推杆推出机构,推管推出机构,推件板推出机构,推块推出机构与活动镶块推出机构等。
(二)脱模力的计算
脱模力是指塑件在开模时所需克服的阻力。
影响脱模力的因素很多且相当复杂,精确计算脱模力是十分困难的。
在设计抽芯机构时,应全面分析,找出主要影响因素进行计算。
一般而论,塑件在开始脱模时,所需克服的阻力最大,即所需的脱模力最大。
脱模力F可以粗略的用下式计算:
F=Fz+FQ
式中:
Fz------塑料收缩产生的对型芯的包紧力造成的抽芯阻力,N,
FQ------真空负压造成的抽芯阻力,N。
Fz=pA(ucosa-sina)
式中:
u-----塑料与钢的摩擦系数,PC、POM取0.1~0.2,其余取0.2~0.3;
P-----塑料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=(2.4~3.9)*107Pa,模内冷却的塑件p=(0.8~1.2)*107Pa;
A-----塑件包容型芯的面积,mm2;
a-----
(三)推出机构设计原则
1)推出机构应设置在动模一侧。
由于推出机构的动作是通过注射机上的顶杆来驱动的,所以一般情况下,推出机构设在动模一侧。
正因如此,在分型面设计时应尽量使塑件留于动模一侧。
2)保证推出时塑件不变形、不损坏,设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小,合理选择推出方式及推出位置。
3)机构简单动作可靠。
推出机构应可靠、灵活、制造方便,机构本身要有足够的强度、刚度和硬度,以承受推出过程中的各种力的作用,确保塑件顺利的脱模。
4)良好的塑件外观。
推出塑件的位置应尽量设在塑件内部,一面推出痕迹影响塑件的外观质量。
5)合模时正确复位。
设计推出机构时,还必须考虑合模时机构能正确复位,即恢复到推出之前的初始位置,并保证不与其他模具零件相干涉。
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