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1、注塑模具设计1.塑件分析(塑件实体图)1.1材料选择:PP聚丙烯(PP)1)基本特性聚丙烯无味、无色、无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻。聚丙烯的主要特点是密度小，约为0.9g/cm3。它的力学性能如屈服强度、抗张强度、抗压强度及硬度等，均优于低压聚乙烯，并有很突出的刚性，耐热性较好。可在100以上使用。若不受外力，则温度升到150也不变形。基本上不吸水，并且有较好的化学稳定性，除对浓硅酸、浓硝酸外，几乎都很稳定。高频电性能优良，且不受温度影响，成形容易。缺点是耐磨性不够高，成形收缩率较大，低温呈脆性。热变形温度亦较低。2）主要用途 可做各种机械零件，如法兰、齿轮、接头、泵叶轮、汽车零件
2、，化工管道及容器设备。并可用于制造衬里，表面涂层、录音带，医疗仪器及手术仪器等。3）成型特点 聚丙烯成型收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形；聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路；聚丙烯成型的适宜模温为800C左右，不可低于500C，否则会造成成型件表面光泽差或产生熔接痕等缺陷，且温度过高会产生翘曲现象。1.2材料的工艺分析1）收缩性序号取值原则1对于收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取中间值2对于收缩率范围较大的塑料品种，应根据塑件的形状，特别是壁厚来确定塑料的收缩率，壁厚大的取大值，壁厚小的取小值3塑件的各部分尺寸的收缩率是不同的，特别是对于收缩率范围较大的塑
3、料品种，壁厚（径向）方向的尺寸与高度方向尺寸的收缩率应取不同的值4对于收缩量很大的塑料，可按材料的供应部门提供的收缩率图表来确定收缩率，也可以根据类似塑料及相应的成型工艺条件来进行估算，对于精度要求较高的塑件应留有修模余量聚丙烯收缩率1.52.5%2）流动性塑料在一定的温度，压力作用下充填模具型腔的能力，称为塑料的流动性。塑料的流动性差，就不容易充满型腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷，因此需要较大的成型压力才能成型。相反，塑料的流动性好，可以用较小的成型压力充满型腔。但流动性太好，会在成型产生严重的溢边。影响流动性的主要因素有：（1）温度料温高，则流动性大，但不同塑料也各有差异。聚丙烯的流动性随温
4、度变化的影响较大。（2）压力注射压力增大，则熔料受剪切作用大，流动性也增大。（3）模具结构浇注系统的形式、尺寸、结构、冷却系统的设计和熔料的流动阻力等因素都会直接影响熔料的流动性。凡促使料温降低、流动阻力增加的因素，都会使流动性降低。聚丙烯的流动性好。3）吸湿性吸湿性是指塑料的水分的亲疏程度。聚丙烯的吸湿性、或粘附水分极小。4）热敏性热敏性是指塑料的化学性质对热量作用的敏感程度，热敏性很强的塑料称为热敏性塑料。热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解，热降解，从而影响塑件的性能、色泽和表面质量等。所以在设计过程要注意，并采取相应措施。1.3采用一模两腔1.4计算塑件的体积和质量塑
5、件的体积大约为:2*3*4+2*0.25*3.14*0.8*0.3+2*0.25*3.14*1.8*0.3+0.5*3.14*1.3*0.3+(3-0.8)*0.3*0.2=7.09cm3塑件的质量大约为:M=pv=7.09*(0.90+0.91)/2=6.42g2注塑机选用根据塑件的体积或重要大致确定模具的结构,初步确定注塑机型号,了解所使用的注塑机与设计模具有关的技术参数。2.1PP的注射工艺参数 2.2注塑机的规格和性能项目 型号 XS-ZY-125额定注射量/cm3125螺杆直径/mm42注射压力/MPa120注射行程/mm115注射方式/螺杆式锁模力/KN900最大成型面积/cm23
6、20最大开合模行程/mm300模具最大厚度/mm300模具最小厚度/mm200喷嘴圆弧半径/mm12喷嘴孔直径/mm4顶出形式两侧设有顶杆,机械顶出动、定模固定板尺寸/mm428*458拉杆空间/mm260*290液压泵流量/(L/min)100、12压力/(MPa)6.5电动机功/KN11螺杆驱动/KN4加热功率/KN5机器外形尺寸/mm3340*750*1550合模方式液压-机械3模具设计的有关计算3.1凹凸模零件工作尺寸的计算1)模具型腔的径向尺寸为:Lm= (Lmax*(1+S)-x*)Lmax=53mm塑件的最大尺寸S=(2.5%+1.0%)/2塑料的平均收缩率X=0.5塑料件尺寸较
7、小,精度级别较低=0.64 塑件的公差值Lm=53.6075mm2)模具型芯的径向尺寸为:Lm=(L*(1+S)+x*)L=53-4=49mm =0.56X=0.5Lm=49.5775mm3)型腔深度和型芯高度尺寸的计算型腔深度公式:Hm=(1+s)Hs-xHs=3mmX=0.5=0.24Hm=2.9325mm型芯高度公式:Hm=(1+s)hs+xhs=2mmX=0.5=0.24Hm=2.155mm4)中心距尺寸的计算Cm=(1+s)Cs=(1+1.75%)*(3-2)=1.075mm3.2型腔壁厚,底板厚度的确定模具型腔壁厚的计算就应以最大压力为准.最大压力是在注射时熔体充满型腔的瞬间产生的
8、。随着塑料的冷却和浇口的冻结，型腔内压力慢慢降低，在开模时接近常压。理论分析和生产实践表明，大尺寸模具型腔刚度不足是主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准，而对于小尺寸的模具型腔，在发生大的弹性变形前，其内应力往往超过了模具材料的许用应力，因此强度不够是主要矛盾，所以，设计型腔壁厚就应以满足强度条件为准。1）整体式型腔侧壁厚度的计算按强度条件计算侧壁厚度：H1/L=30/53=0.556 6=160MPaSP=120Mpal=53mm w=0.163a=0.556 查表6.6得到S33.9mm取S=35mm2)整体式型腔底板厚度的计算按强度条件计算型腔底板厚度:hl/b=53/30=1.767
9、查表6.8系数a得到0.48726=160MPap=120MPab=30mm得到h18.1345取h=37mm3)模具加热、冷却系统的确定当注射成型工艺要求模具温度在800C以上时，当对大型模具进行预热时，或者采用热流道的模具时，模具中必须设置加热装置。模具的加热方法有好几种。对大型模具的预热除了可采用电加热方法外，还可在冷却水管中通入热水、热油、蒸汽等介质进行预热。对于模温要求高于800C的注射模或热流道注射模，一般采用电加热的方法。冷却水道的形式是根据塑件形状而设置的，塑件的形状是多种多样的，因此，对于不同形状的塑件，冷却水道的位置与形状也不一样。4模具结构设计4.1塑件成型位置及分型面选
10、择 4.2型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置1)浇注系统的组成:2)确定浇注系统的原则在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：a) 塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。b) 模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。c) 塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。d) 塑件外观：设置浇注系统时
11、应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。e) 注射机安装模板的大小：在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。f) 成型效率：在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。g) 冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 3)主浇道各部分尺寸 为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出,主流道设计成圆锥形,其锥角为40小端直径d比注射机喷嘴直径
12、大0.51mm,d=5mm注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合,因此要求主流道球面半径比喷嘴圆弧半径大12mm,取13mmH=4.5mmr=2mm4)分流道设计U形截面分流道的宽度也可在510mm内选取b=6mm,半径R=0.5b=3mm深度h=1.25R=3.75mm.分流道长度:L的尺寸根据型腔的多少和型腔的大小确定.取L=12mm5)浇口的设计浇口也称进料口,是连接分流道与型腔的熔体通道.浇口的设计与位置的选择恰当与否,直接关系到塑件能否被完好地高质量地注射成型。侧向进料的侧浇口，对于中小型塑件，一般深度取t=0.52mm,在此取t=1mm，宽度b=3mm，浇口的长度l=1mm浇口
13、的位置选择：（1） 尽量缩短流动距离（2） 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷（3） 浇口应开设在塑件壁厚处（4） 考虑分子定向的影响（5） 减少熔体接痕提高熔接强度 此外，浇口位置的选择还应注意到实际塑料型腔的排气问题、塑件外观的质量问题等。6）定位圈和浇口套固定形式定位圈与浇口套为一体，压配于定模板内，适用于小形模具浇口套4.3模具工作零件的结构设计1）凹模型腔的结构设计凹模型腔的强度设计原则在强度计算时，取较大的安全系数，这是因为：由于注射压力的作用，凹模型腔有向外胀出的变形产生。当变形量大于塑件在壁厚方向的成型收缩量时，会造成脱模困难，严重时还不能开模。同时，由于成型过程中各种工艺因素的影
14、响，型腔内的实际受力情况有时非常复杂，不可能以一种简单的模式完全代表。在注射模的标准件中，凹模的外形为矩形，所以当凹模为圆形时，一般也采用矩形模板。因此，凹模强度的计算也以矩形为主。小型模具（模板的长度和宽度在500mm以下的模具）的强度，只要模板的有效使用面积不大于其长度和宽度的60，深度不超过其长度的10，可以不必通过计算。大型模具（长度或宽度在630mm以上）的凹模强度必须通过计算。整体凹模的基本形式整体凹模（凹模直接在模板上做出，如下图所示）分为无支承板的整体凹模和有支承板的整体凹模。（1）无支承板的整体凹模：当凹模做在动模一侧时，凹模的底要承受注射压力负荷，底部会产生弹性变形。这时，
15、要进行凹模侧壁宽度和底部厚度的计算。（2）有支承板的整体凹模：只计算凹模侧壁宽度，底的厚度虽然不需要计算其强度，但考虑到制造工艺的应力变形，其厚度一般应不小于侧壁宽的的1/3。整体凹模在此选无支承板的整体凹模2）型芯的结构设计整体式结构整体式结构，其结构牢固，但不便加工，消耗的模具钢多，主要用于工艺试验或小型模具上的形状简单的型芯。3）导柱与导套的组合形式导柱和导套用于动模与定模间或推出机构零件间的定位与导向，其组合形式如下图所示。带头导柱直导套4.4顶出机构设计1)推杆塑件注射成型后,塑件在模内冷却定形,由于体积收缩,对型芯产生包紧力,当其从模具中推出时,就必须先克服因包紧力而产生的摩擦阻力
16、。对底部无孔的筒、壳类塑料制件，脱模推出还要克服大气压。型芯的成型端部，一般均要设计脱模斜度。别外还必须明白，塑件刚开始脱模时，所需的脱模最大，其后，推出力的作用仅仅是为了克服推出机构移动的摩擦力。推出力：Ft=Ap(ucosa-sina) 推杆推杆固定板推杆的位置应选择应注意，当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。推杆位置选择时应注意塑件本身的强度和，刚度，尤其是薄壁塑件，应尽可能地选择在壁厚和凸缘等处，否则很低容易使塑件变形甚至损坏。在必要时，可通过增大推杆的面积，降低塑件单位面积上所受的推出力。推杆位置的选择还应考虑推杆本身的刚性。推杆的工作端面在
17、合模注射时是型腔底面的一部分，推杆的端面如果低于或高于该处型腔底面，在塑件上就会产生凸台或凹痕，影响塑件的使用或美观，因此，通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐或高出型腔0.050.1mm。2）推出机构的导向推出机构导向装置通常由推板导柱和推板导套所组成，简单的小模具也可以由推板导柱直接与推杆固定板上的孔组成，对于型腔简单、推杆数量少的小模具，还可以利用复位杆作为推出机构的导向。推出机构导向装置3）复位杆使推出机构复位最简单最常用的方法是在推杆固定板上同时安装上复位杆。有些塑件的推杆，其端面一部分顶在塑件，又可兼作复位杆。当然，兼作复位杆的推杆，应尽量分布在推杆的四周，以便复位能平稳地进
18、行，如果不是这样，那么复位杆还应照常设置。4.5拉料杆及冷料穴的形式选择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，又影响成型塑件的质量主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还有便于在该设置主流道拉料杆的功能。主流道拉料杆有两种基本形式。而在此选择推杆形式的拉料杆，其固定在推杆板上，Z字形拉料杆。Z字形拉料杆是最常用的一种形式。工作时依靠Z字形钩将主流道凝料拉出浇口套，推出后由于钩子的方向性而不能自动脱落，需要人工取出。拉料杆4.6排气方式设计当塑料熔体充填模具型腔时,必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过
19、程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模外.如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净,塑件上就会形成气泡、产生熔体不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷，另外气体的存在还会产生反压力而降低充模困难时除了设计排气系统外，还可以考虑开设溢流槽，用于在容纳冷料的同时也容纳一部分气体，有时采用这种措施是十分有效的。在此采用以上方式排气。5模具总体尺寸的确定，选购模架中小模架A1型。定模采用两块板，动模采用一块模板，无支承板，设置以推杆推出塑伯的机构组成模架。适用于立式与卧式注射机，单分型面一般高在合模面上，可设计成多个型腔成型多个塑件的注射模。标准框架选择的选项用要点：在模具设计时，应根据塑件图样及技
20、术要求，分析、计算、确定塑件形状类型、尺寸范围、壁厚、孔形及孔位、尺寸精度及表面性能要求以及材料性能等，以制订塑件成形工艺，确定进料口位置、塑件重量以及每模塑件数，并选定注射要的型号及规格。选定的注射机须满足塑件注射量以及成型压力等要求。为了保证塑件质量，还必须正确选项用标准模架，以节约设计和制造时间保证模具质量选用模架的程序及要点如下。（1）模架厚度H和注射机的闭合距离L对于不同型号及规格的注射机，不同结构形式的锁模机构具有不同的闭合距离。模架厚度与闭合距离的关系为：LmaxHLmin(2)开模行程与定、动模分开的间距与推出塑件所需行程之间的尺寸关系设计须计算确定，在取出塑件时注射机开模行程
21、应大于取出塑件所需决定、动、定模分开的间距，而模具推出塑件距离须小于顶出液压缸的额定顶出行程。（3）选用的模架在注射机上的安装安装时需注意：模架外形尺寸不应受注射机拉杆的间距影响；定位孔径与定位环尺寸需配合良好；注射机推出杆孔的位置和顶出行程是否适合；喷嘴孔径和球面半径是否与模具的浇口套孔径和凹球面尺寸相配合；模架安装孔的位置和孔径与注射机的移动模板及固定板上的相应螺孔相配。（4）选用模架应符合塑件及其成型工艺的技术要求为保证塑件质量和模具的使用性能及可靠性，需对模架组合零件的力学性能，特别是它们的强度和刚度进行准确地校核及计算，以确定动、定模板及支承板的长、宽、厚度尺寸，从而正确地选定模架的
22、规格。6注射机参数的校核6.1型腔数量的校核按注射机的额定锁模力进行校核Fp-pA1npAFp=900KN 注射机的额定锁模力p=70*80%=56MPa 塑料熔体对型腔的成型压力A=Ld=53*30=1590mm2 单个塑件在模具分型面上的投影面积A1=3.14*6.25+6*12=91mm2浇注系统在模具分型面上的投影面积通过计算机符合要求6.2最大注塑量的校核最大注塑量是指注射机一次注射塑料的最大容量。设计模具时，应保证成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量。即：nM+M1KMpK=0.8注射机最大注射量的利用系数 Mp=125cm3注射机允许的最大注射量M=7.09 cm3M
23、1=3.14*0.25*(6.5-0.375)+12*1.2*0.6*0.375)cm3通过计算符合要求6.3锁模力的校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时,会产生使模具分型面涨开的力,这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔力,它应小于注射机的额定锁模力,才能保证注射时不发生溢料的现象。Fz=p(nA+A1)FpFz熔融塑料在分型面上的涨开力p=56MpaA=1590mm2A1=91mm2Fp=900KN通过计算机符合要求6.4注射压力校核塑料成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、塑件形状和浇注系统的压力损失等因素决定的。对于粘度较大的塑料以及形状细薄、流程长的塑件，注射压力应取大些。注射压力120MPa大于成型时所需的注射压力70MPa符合要求6.5模具与注射机安装部分相关尺寸的校核（1）喷嘴尺寸：喷嘴圆弧半径12，而主流道小端直径13主流道始端的球面略大于注射机喷嘴头部球面半径。（2）定位圈尺寸模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，模具定模板上凸出的定位圈与注射机固定板上的定位孔呈较松动的间隙配合。（3）最大、最小模厚200220300（5）开模行程校核 注射机的最大开模行程与模具厚度无关：sH1+H2+(510)mms=300mm注射机最大开模行程H1=44mm推出距离H2=40mm包括浇注系统在内的塑件高度符合要求
