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注塑成型模具设计

更新时间:2019-10-14 07:30
 

  注射模设计步骤与实例 1 注射模设计基本程序 1.了解塑件的技术要求 2.根据塑件形状尺寸,估算塑件体积和重量 根据塑件形状尺寸, 3.分析塑件,确定成形方案 分析塑件, 4.绘制方案草图 5.设计计算 6.绘制模具设计总装图 7.绘制零件工作图 8,经过全面审核后投产加工 2 注射模设计实例 塑料制品如图,大批量生产,试进行塑件的成型工艺和模具设计。 图 1 电 流 线 圈 架 零 件 图 2.1 塑件的工艺分析 ⑴塑件的原材料分析 塑件的材料采用增强聚丙烯pp,属热塑性塑料。 塑件的材料采用增强聚丙烯pp,属热塑性塑料。 从使用性能上看,该塑料具有刚度好、耐水、耐热 性强,其介电性能与温度和频率无关,是理想的绝 缘材料;从成型性能上看,该塑料吸水性小,熔料 的流动性较好,成型容易,但收缩率大。另外,该 塑料成型时易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷,成型 温度低时,方向性明显,凝固速度较快,易产生内 应力。因此,在成型时应注意控制成型温度,浇注 系统应较缓慢散热,冷却速度不宜过快。 ⑵塑件的结构工艺性分析 结构分析 从零件图上分析,该零件总体形状为长方形,在宽度 方向的一侧有两个高为8.5mm,半径为R5mm的两个凸耳,在 方向的一侧有两个高为8.5mm,半径为R5mm的两个凸耳,在 两个高度为12mm、长、宽分别为17×14mm的凸台上,一个带 两个高度为12mm、长、宽分别为17×14mm的凸台上,一个带 有4.1×1.2mm的凹槽对称分布,另一个带有4.5X1mm的凸台 4.1×1.2mm的凹槽对称分布,另一个带有4.5X1mm的凸台 对称分布,该零件属于中等复杂程度。 该零件重要尺寸如:12.1mm、 mm、15.1mm、 尺寸精度 该零件重要尺寸如:12.1mm、12.1 mm、15.1mm、 15mm等精度为3级,次重要尺寸如:13.5 mm、17mm、 15mm等精度为3级,次重要尺寸如:13.5 mm、17mm、 10.5mm、14mm等的尺寸精度为4 10.5mm、14mm等的尺寸精度为4~5级。 壁厚最大处为1.3mm,最小处为0.95mm,壁厚差为 壁厚 壁厚最大处为1.3mm,最小处为0.95mm,壁厚差为 0.35mm,较均匀,有利于零件的成型。 0.35mm,较均匀,有利于零件的成型。 表面质量 该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺,内部不得有导 电杂质外,没有特别的表面质量要求,查表可取塑件表面粗糙 度Ra1.6,对应模具成型零件工作部分表面粗糙度为Ra0.4~0.8, Ra1.6,对应模具成型零件工作部分表面粗糙度为Ra0.4~0.8, 故比较容易实现。 脱模斜度 该塑件为开口壳类零件,深度较浅且大圆弧过渡,脱 模容易,故不需考虑脱模斜度。 加强筋 该塑件结构较为复杂,自身结构具有加强筋作用,强度 足够。 圆角 该塑件对圆角没有提出要求,结构工艺性较差,不利于塑 件的成型,建议与用户协调在满足使用要求的前提下在料流转 角处增设圆角;如果不行,模具成型零件应采用组合式结构, 避免应力集中。 孔 该塑件有两个13.5×12mm通孔,型芯结构简单,便于安放 该塑件有两个13.5×12mm通孔,型芯结构简单,便于安放 该塑件在宽度方向的一侧有两个4.5×1mm的凸耳 侧孔和侧凹 该塑件在宽度方向的一侧有两个4.5×1mm的凸耳 及两个4.1×1.2mm的凹槽,因此,模具设计时必须设置侧向分 及两个4.1×1.2mm的凹槽,因此,模具设计时必须设置侧向分 型抽芯机构 通过以上分析可见,该塑件结构属于高精度、中等复杂程度。 要严格控制影响塑件精度各个因素,如通过严格控制成型过程 中聚丙烯的收缩率的波动、提高模具成型零件的制造精度等。 塑件结构工艺性较为合理,成型零件采用组合式模具结构,侧 向凸台和侧孔需用侧向分型抽芯机构成型。 2.2 计算塑件的体积和质量 计算塑件的质量是为了选用注射机及确定型腔数。经计算塑 件的体积为V 件的体积为V=4087mm3;计算塑件的质量:根据设计手册 可查得增强聚丙烯的密度为ρ 1.04kg/cm3。 可查得增强聚丙烯的密度为ρ=1.04kg/cm3。 故塑件的质量为W=Vρ=4.25g 故塑件的质量为W=Vρ=4.25g 采用一模两件的模具结构,考虑其外形尺寸、注射时所需压 力和工厂现有设备等情况,初步选用注射机为XS- 60型。 力和工厂现有设备等情况,初步选用注射机为XS-Z-60型。 2.3 塑件注射工艺参数的确定 根据设计手册并参考工厂实际使用情况,增强聚丙 烯的成型工艺参数可作如下选择:成型温度为 230~290℃;注射压力为70~140MPa。上述工艺 230~290℃;注射压力为70~140MPa。上述工艺 参数在试模时可作适当调整。 2.4 注射模的结构设计 ⑴分型面选择 该塑件为机内骨架,表面质量无特殊要求,但在绕线的过程中上端面与工人手 指接触较多,因此上端面最好自然形成圆角;且垂直于轴线的截面形状比较简 单与规范,故选择如图所示的水平分型面。 图2 ⑵确定型腔的排列方式 拟采用一模两件,考虑浇注系统、模具结构的复杂成程度等因素,拟采用如图 所示的型腔排列方式,其最大优点是便于设置侧向分型抽芯机构。其缺点是熔 料进入型腔后到另一端的料流长度较长,但因本塑件较小,故成型时没有太大 的影响。 图3 (3)浇注系统设计 (3)浇注系统设计 ①主流道设计 根据设计手册查得XS-Z-60型注射机喷嘴的有关尺寸为喷嘴 根据设计手册查得XS- 60型注射机喷嘴的有关尺寸为喷嘴 前端孔径d φ4mm;喷嘴前端球面半径S 前端孔径d1=φ4mm;喷嘴前端球面半径SR1=12mm。 12mm。 根据模具主流道与喷嘴S 根据模具主流道与喷嘴SR=SR1+(1~2)mm及d=d1+(0.5~1)mm,取主流道 +(1~2)mm及 +(0.5~1)mm,取主流道 13mm,小端直径d 4.5mm。 球面半径 SR=13mm,小端直径d=4.5mm。 为了便于将凝料从主流道中拨出,将主流道设计成圆锥形其斜度为1 为了便于将凝料从主流道中拨出,将主流道设计成圆锥形其斜度为1~3°, 经换算得主流道大端直径 D=8.5mm。为了使熔料顺利进入分流道,可在主 D=8.5mm。为了使熔料顺利进入分流道,可在主 流道出料端设计半径 r =5 mm的圆弧过渡。 mm的圆弧过渡。 ②分流道设计 分流道的形状及尺寸,应根据塑件的体积、壁厚、形状的复 杂程度、注射速率、分流道长度因素来确定。本塑件的形状不算太复杂, 熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的长度较短,为 mm。 了便于加工起见,选用截面形状为半圆形分流道,取R 了便于加工起见,选用截面形状为半圆形分流道,取R=4 mm。 ③浇口设计 根据塑件的成型要求及型腔的排列方式,选用侧浇口较为理想。 根据塑件的成型要求及型腔的排列方式,选用侧浇口较为理想。 设计时考虑选择从壁厚为1.3mm处进料,料由厚处往薄处流,而且在模具 设计时考虑选择从壁厚为1.3mm处进料,料由厚处往薄处流,而且在模具 结构采用取镶拼式型芯,有利于填充、排气。故采用截面为矩形的侧浇口, 初选尺寸为1 0.8× 0.6mm(b× h),试模时修正。 初选尺寸为1× 0.8× 0.6mm(b×l×h),试模时修正。 (4)抽芯机构设计 (4)抽芯机构设计 本例的塑件侧壁有一对小凹槽和小凸台,它们均垂直于脱模 方向,阻碍成型后塑件从模具脱出。因此成型小凹槽台的零 件必须做成活动的型芯,即须设置抽芯机构。本模具采用斜 件必须做成活动的型芯,即须设置抽芯机构。本模具采用斜 导柱抽芯机构。 导柱抽芯机构。 ①确定抽芯距 抽芯距一般应大于成型孔(或凸台)的深度,本 抽芯距一般应大于成型孔(或凸台) 例中塑件小孔壁厚、小凸台高度相等,均为: (14-12.1)/ (14-12.1)/ 2=0.95(mm) 另加3 5mm的抽芯安全系数,可取抽芯距S 另加3~5mm的抽芯安全系数,可取抽芯距S抽=4.9mm。 4.9mm。 ②确定斜导柱倾角 斜导柱的倾角是斜抽芯机构的主要技术 参数之一,它与抽拔力以及抽芯距有直接关系,— 参数之一,它与抽拔力以及抽芯距有直接关系,—般取 α=15° 20°,本例中选取α 20° α=15°~20°,本例中选取α=20°。 ③确定斜导柱的尺寸 斜导柱的直径取决于抽拨力及其倾斜 角度,可按设计资料的有关公式进行计算,本例采用经验估 值,取斜导柱的直径d=14mm。斜导柱的长度根据抽芯距、 值,取斜导柱的直径d=14mm。斜导柱的长度根据抽芯距、 固定端模板的厚度、斜销直径及斜角大小确定(参见斜导柱 长度计算公式)。 由于定模板座和上凸模固定板尺寸尚不确定,初定δ 由于定模板座和上凸模固定板尺寸尚不确定,初定δ= 25mm,D=20mm,计算后,取L 55mm。如果以后δ 25mm,D=20mm,计算后,取L=55mm。如果以后δ,有 变化,则再修正L 变化,则再修正L的长度。 ④滑块与导槽设计 滑块与侧型芯( 滑块与侧型芯(孔)的连接方式设计 本例中侧向抽芯机构主要是 用于成型零件的侧向孔和侧向凸台,由于侧向孔和侧向凸台的 尺寸较小,考虑到型芯强度和装配问题,采用组合式结构。型 芯与滑块的连接采用镶嵌方式。 滑块的导滑方式 本例中为使模具结构紧凑,降低模具装配复 杂程度,拟采用整体式滑块和整体导向槽的形式。为提高滑块 的导向精度,装配时可对导向槽或滑块采用配磨、配研的装配 方法。 滑块的导滑长度和定位装置设计 本例中由于侧芯距较短,故 导滑长度只要符合滑块在开模时的定位要求即可。滑块的定位 装置采用弹簧与台阶的组合形式。 图4 电流线一 导柱 5一上固定板 6一导 套 7一下固定板 8一推杆 9一支承板 10一复位杆 11一推杆固 定板 12一推板 13一动模 座板 14、16、25一螺钉 15一销钉 l7一型芯 18一 下凹模镶块 19一型芯 20 一楔紧块 21一斜销 22一侧抽芯 滑块 23一限位挡块 24一 弹簧 26一整块 27、28一 侧型芯 (5)成型零件结构设计 (5)成型零件结构设计 ①凹模结构设计 本例中模具采用一模二件的结构形式,考虑加工的难易程 镶嵌式结构,见图4,图4中件18 度和材料的价值利用等因素,凹模拟采用镶嵌式 度和材料的价值利用等因素,凹模拟采用镶嵌式结构,见图4,图4中件18 上的二对凹槽用于安放侧型芯。根据本例分流道与浇口的设计要求,分流 道和浇口均设在凹模镶块上。 ②凸模结构设计 凸模主要是与凹模结合构成模具的型座腔,其凸模和侧型 芯的结构形式见图4 芯的结构形式见图4。 ②下凹模镶块型腔侧壁厚度计算 下凹模镶块型腔为组合式矩形型腔,根据 组合式矩形侧壁厚度计算公式 pH1l 2 S强 = . 2H[σ] 取p=40MPa(选定值);b=12mm;l=16.95mm;H1=12-1.3=10.7mm; p=40MPa(选定值) b=12mm;l=16.95mm; =12-1.3=10.7mm; H=H1+h=35.7mm;[σ]=160MPa(底板材料选定为45钢)。代人公式计算得: +h=35.7mm;[σ]=160MPa(底板材料选定为45钢 S强=3.28mm。 =3.28mm。 考虑到下模镶块还需安放侧型芯机构,故取下凹模镶块的外形尺寸为 80X50mm。 80X50mm。 2.5 模具设计计算 本例中成型零件工作尺寸计算时均采用平均法计算。查表得增 强聚丙烯的收缩率为S =0.4%,S =0.8%,故平均收缩为 强聚丙烯的收缩率为Smin=0.4%,Smax=0.8%,故平均收缩为 Scp=(0.4+0.8)%/2=0.6%,考虑到工厂模具制造的现有条 (0.4+0.8)%/2 0.6%,考虑到工厂模具制造的现有条 件,模具制造公差取δz=△/3 件,模具制造公差取δz=△/3。 ⑴型腔和型芯工作尺寸计算。 ⑵型腔侧壁厚度和底板厚度计算 ①下凹模镶块底板厚度计算 根据组合式型腔底板厚度计算公 式 3pbl 2 h强 = . 4B[σ] 取:p=40MPa;b=13.83mm; 90mm(初选值) 取:p=40MPa;b=13.83mm;l=90mm(初选值); B=190mm(根据模具初选外形尺寸确定) [σ]=160MPa(底板 B=190mm(根据模具初选外形尺寸确定);[σ]=160MPa(底板 材料选定为45钢 。得:h =10.5(mm)。 材料选定为45钢)。得:h强=10.5(mm)。 考虑模具的整体结构协调,取h 25mm。 考虑模具的整体结构协调,取h=25mm。 ③上凹模型腔侧壁厚的确定 上凹模镶块型腔为矩形整体式型腔, 根据矩形整体式型腔侧壁厚度计算公式进行计算。由于型腔高 度a=1.26mm很小,因而所需的h值也较小,故在此不作计算, 1.26mm很小,因而所需的h 而是根据下凹模镶块的外型尺寸来确定。上凹模镶块的结构及 尺寸如图5 尺寸如图5所示。 图5 上凹模镶块的结构及尺寸 2.6 模具加热和冷却系统的计算 本塑件在注射成型时不要求有太高的模温,因而在模具上可 不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下设计计算。设定 模具平均工作温度为40℃,用常温20℃ 模具平均工作温度为40℃,用常温20℃的水作为模具冷却介 质,其出口温度为30℃,单位时间注射质量m=0.26Kg/h。 质,其出口温度为30℃,单位时间注射质量m=0.26Kg/h。 查表得聚丙烯单位时间放出热焓量q=59X10 查表得聚丙烯单位时间放出热焓量q=59X104J/kg。 kg。 冷却水的体积流量q 冷却水的体积流量qV计算公式如下: mq 0.26×59×104 qv = = = 0.61×104 (m3 / m in) 3 3 60ρc(t1 ?t2 ) 60×10 ×4.187×10 (30 ? 20) 由上述计算可知,因为模具每分钟所需的冷却水体积流量较 小,故可不设冷却系统,依靠空冷的方式冷却模具即可。 2.7 模具闭合高度的确定 根据支承与固定零件设计中提供的经验数据确定,定模座板: H1=25mm;上固定板:H2=25mm;下固定板:H3= 25mm;上固定板:H 25mm;下固定板:H 40mm;支承板:H 25mm;动模座板:H 25mm;根 40mm;支承板:H4=25mm;动模座板:H5=25mm;根 据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫块:H 50mm。 据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫块:H6=50mm。 因而模具的闭合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=25+25+40+25+50+25= 25+25+40+25+50+25= 190(mm) 2.8 注射机有关参数的校核 本模具的外形尺寸为280×l90×l90mm。XS- 60型注射机模板 本模具的外形尺寸为280×l90×l90mm。XS-Z-60型注射机模板 最大安装尺寸为350mm×280mm,故能满足模具的安装要求 最大安装尺寸为350mm×280mm,故能满足模具的安装要求 由上述的计算模具的闭合高度H 190mm,XS- 60型注射机所 由上述的计算模具的闭合高度H=190mm,XS-Z-60型注射机所 允许模具的最小厚度 Hmin=70mm,最大厚度Hmax=200 mm,即模具满足 70mm,最大厚度H mm,即模具满足 Hmin≤H≤Hmax的安装条件。 经查资料XS- 60型注射机的最大开模行程S 经查资料XS-Z-60型注射机的最大开模行程S=180 mm,满足出 mm,满足出 件要求。 S≥Hl+H2+(5~10)=10+12+10=32(mm) +(5~10)=10+12+10= 此外,由于侧分抽芯距较短,不会过大增加开模距离,注射机的 开模行程足够。 经验证,XS- 60型注射机能够满足使用要求,故可采用。 经验证,XS-Z-60型注射机能够满足使用要求,故可采用。 2.9 绘制模具总装图和非标零件工作图 模具总装图如图4所示,零件图如图5 模具总装图如图4所示,零件图如图5所示。 小结 主要讲解了热塑性塑料注射成型模具的结 构特点、注射模设计的基本知识、模架的 国家标准及选用方法以及注射模与注射机 之间的关系,最后运用实例,介绍了注射 模典型结构设计的全过程。

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