罩蓋注塑模具設計

罩蓋注塑模具設計,注塑,模具設計 模具設計與制造技能訓練設計說明書 設 計 題 目 ： 設 計 者： 班 級： 指 導 教 師： 哈爾濱理工大學 2013年 12 月 26 日 摘 要 論文根據工程實際的需要完成罩蓋的注射模設計。在設計中采用塑料注射成型論文中具體分析了產品的工藝性,確定了所采用塑料的工藝參數和所采用的成型設備,確定了模具制作的總體方案,分析并解決了模具的總體結構和各工作部分的具體結構,并進行了一些必要的尺寸計算和強度的校核。論文中還對分型面、澆注系統(tǒng)、脫模機構和溫度調節(jié)系統(tǒng)進行了分析設計，完成了工件工程圖設計，圓滿完成了模具設計所要求的各項工作。 本文中針對罩蓋注射模具制定出合理的設計結構，其中包括成型部分及其零部件設計，澆注系統(tǒng)設計，脫模機構設計，冷卻系統(tǒng)設計等。根據分析，設計了一套塑料注射模具，并對模具以及主要零件進行了CAD繪圖。 關鍵字：注射模具，澆注系統(tǒng)，脫模機構，冷卻系統(tǒng) 目 錄 摘 要 II 目 錄 III 第1章 前言 1 第2章 塑件的工藝分析 2 2.1塑件的工藝性分析 2 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 3 2.2.1結構分析 3 2.2.2尺寸精度分析 3 2.2.3表面質量分析 3 2.3 計算塑件的體積和質量 3 2.4 注射機的初選 4 第3章 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設計 5 3.1 注射模具分型面的選擇 5 3.1.1 分型面的基本形式 5 3.1.2 分型面選擇的基本原則 5 3.1.3 分型面的選擇 5 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 6 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 6 3.2.2 注射模具主流道的設計 6 3.2.3 分流道的設計 7 第4章 成型零件的設計 9 4.1 模具型腔的結構設計 9 4.2 型芯的結構設計 10 4.3 成型零件的尺寸確定 10 第5章 頂出機構的設計 11 第6章 冷卻系統(tǒng)的設計 13 第7章 排氣系統(tǒng) 14 第8章 成型設備有關參數校核 15 8.1注射機注射壓力校核 15 8.2 注射量的校核 15 8.3 鎖模力的校核 15 8.4 安裝尺寸的校核 16 8.5 開模行程的校核 16 第9章 模具特點和工作原理 16 總 結 18 參考文獻 19 第1章 前言 模具工業(yè)是現代工業(yè)的基礎，它的技術水平很大程度上決定了產品的質量和市場的競爭能力。隨著我國加入“WTO”步伐的日益加快?！叭胧馈睂ξ覈＞吖I(yè)產生重大而深遠的影響，經濟全球化的趨勢日益明顯，同時世界眾多知名公司不斷進行構調整，國內市場的國際性進一步現，該行業(yè)將經受更大的沖擊，競爭也會更加激烈。在如此嚴峻的行業(yè)背景下，我國的技術人員經過不斷的改革和創(chuàng)新使得我國模具水平有了較大的提高，大型，復雜，精密，高效和長壽命模具有上了新的臺階。 塑料制品的成型是塑料成為具有實用價值制品的重要環(huán)節(jié)。塑料成型方法已達40多種。其中最重要的是注射，擠出，吹塑和壓制等。它們幾乎占了整個塑料成型的85%；其中注射尤為突出，占塑料成型的30%以上。注射模具成形是熱塑性塑料成型的一種方法，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型，有些熱固性塑料也可以用注射模塑成型。 先進制造技術的發(fā)展使人們不再單純地依賴產品圖或產品樣件來設計制作模具,逆向工程技術的應用使產品的圖片、照片或影像資料,甚至產品模具本身,都可以作為模具的設計依據。逆向工程技術特別在消化、吸收國外先進模具技術方面具有突出的優(yōu)勢, 由此還帶來設計思路上的變化,有時可以先設計模具型腔,然后據此再完善產品設計圖樣[1]。 19 第2章 塑件的工藝分析 第2章 塑件的工藝分析 該塑件是罩蓋產品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用聚苯乙烯，生產類型為大批量生產。 圖2.1 罩蓋圖 2.1塑件的工藝性分析 該材料為聚苯乙烯，一般聚苯乙烯強度不高，質硬而脆，有易破碎和耐熱性低性等缺點。而通過改性后：它的抗沖擊性，絕緣性，耐熱性，耐應力開列性等性能都提高了?；瘜W性能也更穩(wěn)定了。原料在成型前要很好的干燥，以防止塑件產生氣泡渾濁，銀絲和發(fā)黃等缺陷，影響塑件質量：為了得到良好的外觀質量，防止塑件表面出現流動痕跡，熔接痕和氣泡等不良現象，一般采用盡可能低的注射速度。 分析塑件的結構工藝性塑件尺寸較小，內部結構簡單，對塑件的測量和計算沒較大影響，符合塑件的設計要求。 塑件精度要求,塑件工作要求不高，故選普通精度：４級 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 2.2.1結構分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形。因此,模具設計,該零件屬于中等復雜程度. 2.2.2尺寸精度分析 從塑件的壁厚上來看,壁厚最大處為3.5mm,壁厚均勻,，在制件的轉角處設計圓角，防止在此處出現缺陷，由于制件的尺尺寸中等。 2.2.3表面質量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內部不得有雜質外，沒有什么特別的表面質量要求，故比較容易實現。 綜上分析可以看出,注塑時在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證. 2.3 計算塑件的體積和質量 （1）計算塑件體積 通過計算可獲得塑件的體積V=13.4855cm。 根據塑件本身的幾何形狀及生產批量確定型腔數目 （2）由于該塑件精度要求不高，且無側孔，且為大批量生產，所以考慮一模四腔，型腔平均分布，以方便澆口排列和模具的平衡。 （3）確定模具溫度及冷卻方式 ABS為非結晶性塑料，流動性中等，壁厚一般，因此在保證順利脫模的前提下盡可能的降低模溫，用冷卻水冷卻，成型溫度控制在60~80℃。 （4）確定成型設備 2.4 注射機的初選 由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，由此可計算出一次注射成型中所用塑料量為：V=4 V+V=4×13.4855+6=61 cm。則注射機的最大注射量V≧V/k=61/0.8=76.25 cm。 根據以上一次注射量的分析及考慮塑料品種、塑料結構、生產批量及注射工藝參數、注射模具尺寸大小等因素。參考設計手冊，初選SZ-100/630型螺桿型注射機。相關技術參數如表1-2所示 表1-2 序號 主要技術參數 參數值 1 最大注射量/ cm 105 2 注射壓力/MPa 164.5 3 鎖模力/KN 630 4 動定模板最大安裝尺寸/（mm×mm） 375×320 5 最大模具厚度/mm 300 6 最小模具厚度/mm 150 7 最大開模行程/mm 270 8 噴嘴前端球面半徑/mm 15 9 噴嘴孔直徑/mm 4 10 定位圈直徑/mm 125 第3章 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設計 3.1 注射模具分型面的選擇 3.1.1 分型面的基本形式 分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。 3.1.2 分型面選擇的基本原則 選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀整潔；（2）分型面應有利于排氣；（3）應考慮開模是塑料留在動模一側；（4）應容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應力求簡單適用并易于加工；（6）考慮側向分型面與主分型面的協(xié)調；（7）分型面應與成型設備的參數相適應；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。 3.1.3 分型面的選擇 1、確定成型位置 由于塑件結構簡單,所以不用設計小型心,型腔直接開設在定模板和中間板上.采用兩排各8個型腔分布. 2、確定分型面 采用單分型面注射模,從AA分型面一次分型,如下圖所示: 圖3.1 分型面 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從成型設備噴嘴進入模具型腔所經的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設計注射模具的澆注系統(tǒng)應注意以下幾項原則[12]。 （1）根據所確定的塑件型腔數設計合理的澆注系統(tǒng)布局。 （2）根據塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。 （3）應盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。 （4）應根據所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。 3.2.2 注射模具主流道的設計 查資料得到SZ-100/630注射機與噴嘴的有關尺寸：噴嘴前端球面半徑R=15mm，噴嘴孔直徑d=4mm。為保證模具主流道與噴嘴的關系為：SR=R+（1~2），d=d+0.5。因此取主流道半徑SR=17mm，主流道的小端直徑d=5mm。 為了便于將凝料從主流道中拔出，應將主流道設計成錐形，其斜度為2℃~3℃，計算其大端直徑約為11mm；為避免模內的高壓塑料產生過大的反壓力，配合段直徑D不宜過大，取直徑D=25mm。 3.2.3 分流道的設計 分流道是將熔融塑料從主流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進入單腔中的進料澆口或主流道進入多腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉換方向的作用，通常分流道設置在分型面的成型區(qū)域內。 分流道連接主流道和和澆口，其主要作用是在壓力損失最小的條件下，將來自主流道的熔料以較快速度送至澆口進行沖模。同時，在保證充滿型腔的條件下，要求分流道的容積要小，以減少回收的冷凝料。所以分流道截面要大小適宜。本案例采用半圓形分流道，切削加工在一塊模板上，加工易實現，且比表面積不大，熱量損失和阻力損失不大。查有關經驗表格得ABS的分流道直徑推薦值為4.8~9.5mm，據此，該模具的分流道設計如圖2-2所示： 圖2-2 根據塑件的外觀要求及型腔分布情況，選用如圖2-3所示的點澆口： 圖2-3 采用帶球頭頭拉料桿的冷料穴，如圖所示，將其設置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼又開模分型時將凝料從主流道中拉出留在動模一側。 圖2-3 第4章 成型零件的設計 4.1 模具型腔的結構設計 型腔大體有以下幾種結構形式：整體式、整體組合式、局部組合式和完全組合式。 型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進行處理等。 型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。 成型零件直接與高溫高壓的塑料接觸，它的質量直接影響了制件的質量。該塑件的材料為ABS工程塑料，對表面粗糙度和精度的要求較高，因此要求成型零件具有足夠的強度、剛度、硬度和耐磨性，應選用優(yōu)質模具剛制作，還應進行熱處理以使其具備50 ～55HRC的硬度。 （1）型腔側壁厚度的計算 按強度計算 其壁厚S按下列公式計算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa p—型腔內單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內半徑，r=10mm 代入公式得：S=4mm （2）底板厚度的計算 按強度計算 其壁厚H按下面公式計算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa p—型腔內單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內半徑，r=10mm 代入公式得：H=5.5mm 4.2 型芯的結構設計 型芯的結構形式大體有：整體式、整體復合式、局部組合式、完全組合式。 4.3 成型零件的尺寸確定 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算，查有關手冊得ABS的收縮率為0.4﹪～0.7﹪，故平均收縮率S=（0.4+0.7）﹪/2=0.0055，根據塑件尺寸公差要求，模具制造公差取=/3，成型零件尺寸計算見表4-1： 表4-1 類別 塑件尺寸 計算公式 工作尺寸 型腔計算 44 = 38 32 8 10 4 型芯計算 40 = 83 28 4 第5章 頂出機構的設計 頂出機構的分類：按驅動方式分類可分為：手動頂出、機動頂出、啟動頂出。 按模具結構分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。 （1）推出機構的結構組成 在注射成形的每個周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機構稱為推出機構，也叫頂出機構或脫模機構。推出機構的動作通常是由安裝在成型設備上的機械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。 結構組成：由推出、復位和導向零件組成。 （2）結構分類 手動推出、機動推出、液壓或氣動推出。 （3）結構設計要求 塑件留在動模,塑件在推出過程中不變形、不損壞,不損壞塑件的外觀質量,合模時應使推出機構正確復位,動作可靠。 （4）結構設計 （a）推桿推出機構 推桿推出機構是整個推出機構中最簡單、最常見的一種形式。由于設置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，因此在生產中廣泛應用。 但是因為推桿的推出面積一般比較小，易引起較大局部應力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。 （b）推管推出機構 推管推出機構是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結構形式，其脫模運動方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會留下明顯的推出痕跡。 （c）推件板的推出機構 凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機構義稱頂板頂出機構，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。 特點：推件板推出的特點是頂出力均勻，運動平穩(wěn)，且推出力大。但是對于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。 （d）活動嵌件及凹模推出機構 有一些塑件由于結構形狀和所用材料的關系，不能采用推桿、推管、推件板等簡單推出機構脫模時，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。 （5）頂出機構的設計原則： 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構應設在塑件的內表面以及不顯眼的位置。 注射設備的頂出裝置都設計在動模一側，因此，在一般情況下開模時，盡量設計使塑件留在動模一側，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時就應充分考慮。 在實踐中如果出現塑件并沒有留在動模側的情況時，可設法增加動默一側的阻力，一是將型芯的脫模斜度變小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影響塑件使用的前提下，在型芯側面人為的開設橫凹槽、凹窩等脫模障礙，以增大動模的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時可采用定模頂出機構。 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構應設在塑件的內表面以及不顯眼的位置。 頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內平穩(wěn)順暢，無卡滯現象，并力求制造方便，容易維修。 頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點應在塑件承受頂出力最大的部件，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。 頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內平穩(wěn)順暢，無卡滯現象，并力求制造方便，容易維修。 第6章 冷卻系統(tǒng)的設計 塑料注射成型是將熔融狀態(tài)的塑料向模腔高壓注射，其后這些熔料在摸腔中冷卻到塑料變形溫度以下固化成型。在塑料固化成型過程中，由熔融狀態(tài)冷卻到固化狀態(tài)是由熔料溫度和模具的溫差來實現的，而且一般說來，模具溫度應在塑料熱變形溫度以下才能達到迅速固化成型的目的。但是模具的溫度既不能過高也不能過低。模具溫度過高會造成溢料，脫模困難，并使塑件固化時間延長，延長注射成型周期，降低生產效率；模溫過低則會影響注射熔料的流動性，使塑料應力增大，并可能出現熔接痕及缺料等制品缺陷，影響塑件質量。模具溫度不均勻會使塑件變形，以及收縮率偏差等諸多問題影響塑件的質量。為此，控制模具溫度是塑件注射成型中的重要環(huán)節(jié)。 第7章 排氣系統(tǒng) 在注塑模具的設計過程中，必須考慮排氣結構的設計，否則，熔融的塑料流體進入模具型腔內，在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，氣體如不能及時排出會使制件的內部有氣泡， 除此以外，塑料熔體會產生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿甚至會產生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現廢品。 排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。 由于罩蓋注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進行排氣，而不需在模具上開設排氣槽。 第8章 成型設備有關參數校核 8.1注射機注射壓力校核 最大注射壓力指的是注射劑料筒內柱塞或螺桿施加于熔融塑料的單位面積上的壓力，它用于克服熔料流經噴嘴、澆道和型腔時的流動阻力。成型制品所需的注射壓力一般很難確定，它與塑料品種、注射劑類型、噴嘴結構形式、制品形狀的復雜度、制品的壁厚、精度、塑化方式、塑化溫度、模具溫度及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素有關。在確定制品成型所需的注射壓力時可利用類比法或參考各種塑料到注射成型工藝等數據，一般制品的成型壓力在70~150MPa范圍內。注射機的最大注射壓力為164.5MPa，大于成型制品所需要的注射壓力，合格。 8.2 注射量的校核 由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，由此可計算出一次注射成型中所用塑料量為：V=4 V+V=4×13.4855+6=61 cm。則注射機的最大注射量V≧V/k=61/0.8=76.25 cm，合格。 8.3 鎖模力的校核 鎖模力是指注射劑合模機構對模具所能施加的最大夾緊力。注射劑鎖模力的校核公式為：F≥kpA 式中F——注射劑鎖模力，查表的SZ—100/630型螺桿式注射劑的鎖模力為630KN； K——壓力損耗系數，一般取1.1～1.2； P——型腔內熔體的壓力，本塑件p=30MPa； A——塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和，本模 具A=6.00×10㎡。  計算得: kpA=1.2×30×10×6×10×10=216kN﹤F=630kN 故注射機的鎖模力足夠，滿足鎖模要求。 8.4 安裝尺寸的校核 本模具采用的型號為A4—200200—5—P4 GB/T125556.1—90的標準模架，模具的外形尺寸為200mm×200mm，模具閉合高度為H=282mm，查資料得SZ-100/630型注射機動、定模模版最大安裝尺寸為370mm×320mm，允許模具的最小壁厚=150mm，最大厚度=355mm，即模具到外型尺寸不超過注射機動定模模板最大安裝尺寸，模具閉合高度滿足≦H≦的安裝要求，故改模具滿足SZ-100/630型螺桿式注射機的安裝要求。 8.5 開模行程的校核 注射機的開模行程是有限的，取出制品所需的開模距離必須小于注射機的最大開模距離，本模具為雙分型面注射模具，SZ-100/630型螺桿式注射機的最大開模行程與壁厚無關，校核關系式為：S＞＋＋a＋(5～10) 式中S——注射機的最大開模行程，查資料得SZ-100/630型桿式注射機的最大開模行程S=270mm； ——塑件脫模所需到推出距離，該塑件的脫模推出距離為38mm； ——塑件的高度為40mm； a——取出凝料所需要的距離為54mm。 計算得：＋＋a＋(5～10)=38+40+54+10=142mm﹤S=270mm。即所選注射機的開模行程足夠。 以上分析證明，SZ-100/630型螺桿式注射機能滿足要求，故可以采用。 第9章 模具特點和工作原理 1、模具的特點： 該模具是兩板模，設計了1 個水平分型面。設計了定距拉桿， A 分 型面是為了取出制件。該模具一模16 件，節(jié)省了成本，降低了制造周期，提高了生產效率。 2、模具的工作過程 模具裝配試模完畢后，模具進入正式工作狀態(tài)，其基本工作過程如 下。 （1）對塑料進行烘干，并裝入料斗。 （2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進行適當的預熱。 （3）合模、鎖緊模具。 （4）對塑料進行預塑化，注射裝置準備注射。 （5）注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結后的冷卻和脫模。 （6）脫模過程。制件的推出同一般注塑模具推出方式相同，即由注 塑機推桿推動模具推板，從而推動推件桿將之間頂出。 總結 總 結 課程設計從CAD造型設計；完成塑件注射模具方案設計和相關設計計算；模具成型零件CAD造型設計；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設計過程，工程設計應用能力得到了鍛煉和提高。 這次課程設計，歷時3個月。在此期間，針對設計內容進行了大量的工作，順利完成了課程設計中所提出的各項任務，達到了課程設計的目的。 通過此課程設計，掌握了模具設計的方法和步驟，并結合具體的零件進行了具體的設計工作，包括確定型腔的數目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計、注射模成型零件尺寸的計算等。 課程設計從測繪塑件，進行三維造型繪制；完成塑件注射模具方案設計和相關設計計算；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設計過程，工程設計應用能力得到了鍛煉和提高。 完成了注射模具的制造工藝設計，但由于缺乏實際工作經驗，在這些設計過程中也遇到了很多困難，但在老師的指導下，問題都迎刃而解。 總之，通過本次課程設計，加強了我對各項知識的學習深度，更培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力，教會我怎樣才能按步驟有條不紊地進行工作。這些為我走上工作崗位奠定了堅實的基礎。 參考文獻 [1] 王國中，申長雨．注塑模具CAD/CAE/CAM技術[M]．北京：中國標準出版社， 1998. 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