毕业论文—固体胶壳体上推件注射模具设计
毕业论文
固体胶壳体上推件注射模具设计
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固体胶壳体上推件注射模具设计
摘要本课题主要是针对固体胶壳体的上推件的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是固体胶上推件注塑模具的设计，也就是设计一副注塑模具来生产固体胶上推件塑件产品，以实现自动化提高产量。针对固体胶上推件的具体结构，该模具是点浇口的双分型面注射模具。其优点在于简化机构，使模具外形缩小，大大降低了模具的制造成本。通过模具设计表明该模具能达到固体胶上推件的质量和加工工艺要求。
关键词注塑模固体胶上推件模具
目录
1
第一章塑料制件的分析 (5)
1.1制件的形状及用途分析 (5)
1.2分析制件材料的性质 (5)
1.3制件成型初步分析 (8)
第二章注射机的选择 (9)
2.1 初步选择注射机 (9)
2.2 最大注射量的校核 (10)
2.3 锁模力的校核 (10)
2.4 开模行程和顶出距离的校核 (11)
2.5模具安装尺寸的校核 (11)
第三章浇注系统的设计 (13)
3.1 定位圈 (13)
3.2 浇口套 (13)
3.3浇口的设计 (13)
3.4分型面、排气槽的设计 (14)
第四章成型零部件工作尺寸的计算 (16)
第五章脱模机构的设计 (19)
5.1结构设计 (19)
5.2 脱模力的计算 (19)
第六章合模导向机构 (21)
第七章模温调节系统 (22)
7.1 冷却参数的计算 (22)
7.2 冷却回路的布臵 (24)
第八章推出机构 (25)
8.1 推出机构的设计要求 (25)
8.2 推杆位臵的选择 (25)
结论 (26)
致谢 (27)
参考文献 (28)
附录一——垫块 (29)
附录二——定模 (30)
附录三——动模座板 (31)
附录四——型腔 (32)
附录五——型芯 (33)
附录六——型芯固定板 (34)
附录七——推板 (35)
附录八——型芯支撑板 (36)
附录九——推杆固定板 (37)
附录十——装配 (38)
引言
未来我国模具设计的发展中国是一个模具设计制造的大国，但是
我们的基础工作做的并不是那么的好，在未来的模具设计过程中我们首先要注重模具设计的质量。从最基本的工作做起，只有我们的模具设计达到了质量上的合格，才有可能跟国外的模具行业进行比拼。其次，我国模具行业的发展在有了质量上的保证外，逐渐的自主研究创新，改革。设计出有中国特色的产品，进而可以在国际上有立足的余地。中国有句老话叫物以惜为贵，这个道理是所有人都明白的。所以，有了自己在模具行业的独特设计，就有了自己的立足之地。再次，模具设计同样是随着社会的发展而逐渐更新的，我们在模具设计的过程中要坚持不懈的努力，不能有松懈的想法，因为社会是发展的大家都在努力的探索研究，如果我们松懈下来就会被别人给甩在身后面，那么我们与别人的距离就会差的更远，相反只要我们坚持不懈的努力，相信总有一天我国的模具行业可以达到世界的先进水平行列。模具的设计是需要每个人的努力，只要我们每个人都尽心尽力的去努力，相信不久的将来中国的模具一定会有比较显著的进步。
固体胶壳体上推件设计
名称：固体胶壳体上推件
材料：PE
质量：3.89 g（x2）
注射机：SZ－45/100A
第一章塑料制件的分析
1.1制件的形状用途及分析
该制件为固体胶壳体上推件，制件要求有良好的尺寸精度和机械性能，对表面的质量要求一般高，表面平整光滑。
表1-1 制件特征
材料质量体积水平投影面积
PE 3.89（x2）g 4.138cm3 1523.9（x2）mm2 1.2 分析制件材料的性质
（1）材料性质：PE材料是使用较早、应用范围很广、消费量很大的塑料。在世界上PE的产量居各种塑料产量之首。用高压法生产的塑料叫高压聚乙烯；用低压或中压法生产的塑料叫低压聚乙烯，其中高压聚乙烯的用量较大。
PE的比重一般为0.91～0.97g/cm3，软化点在120℃以上，制品能在80～100℃范围内使用。在-70℃条件下仍有柔软性。耐化学腐
蚀和抗有机溶解的能力很强，但质地柔软，机械强度不高，成型收缩率大（约为1.5～3.6％）。
（2）主要用途：PE除了广泛用作日用轻工业品中各种瓶、管、板类之外，在化学工业中可用作耐腐蚀的容器、管道；在电器工业用作电缆外皮和高绝缘性材料；在机械工业中用来制作承载不大的包装材料、密封材料、表面防腐耐磨喷涂材料。
（3）收缩率：1.5％～3.6％。
（4）成型特点：成型收缩率范围及收缩值大，方向性明显，容易变形、翘曲，应控制模温，保持冷却均匀、稳定；流动性好且对压力变化敏感，分型面应研磨，宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分；冷却速度慢，因此必须充分冷却，模具应设有冷却系统；质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模。
（5）表面光洁度：塑料制品的表面光洁度，除了在成型时从工艺上尽可能避免缩孔、凹痕等疵点外，主要由模具光洁度决定。一般模具表面光洁度要比塑料制品高1级。因此制件外表面取Ra0.4μm，内表面取Ra0.8μm。
（6）PE塑料成型参数：
料筒温度区1 200～220℃（210℃）
区2 220～240℃（230℃）
区3 190～200℃（195℃）
喷嘴190～200℃（195℃）
括号内的温度建议作为基本设定值，行程利用率为35％和65％，模件流长与壁厚之比为50：1到100：1
熔料温度280～310℃
料筒恒温220℃
模具温度60～85℃
注射压力因为材料流动性差，需要很高的注射压力：85～120MPa（1300～1800bar）
保压压力注射压力的40％～60％；保压越低，制品应力越低
背压10～15MPa（100～150bar）
注射速度取决于流长和截面厚度：薄壁制品需要快速注射；需要好的表面质量，则用多级慢速注射
螺杆转速最大线速度为0.6m/s；使塑化时间和冷却时间对应；螺杆需要大扭矩
计量行程（0.5）D
残料量2～6mm，取决于计量行程和螺杆直径
预烘干在120℃温度下烘干3h；保持水份低于0.02％会使得力学性能更优
回收率最多可加入20％回料；较高的回料比例会保持抗热性，但力学性能会降低
收缩率 1.5％～3.6％
但是浇口直径至少为1.8mm（浇口斜度为3～5°，或表面质量好的制品需要2°）；对壁厚均匀的较小制品可采用点式浇口。
1.3 制件成型初步分析
（1）分型面：动模和定模的接触面通称为分型面，分型面是否得当，对制件质量、操作难易、模具制造都有很大影响，主要应考虑以下几点：①塑件外形最大轮廓处；②有利于塑件顺利脱模；③保证塑件精度要求及外观质量要求；④便于模具加工制造⑤有利于排气；综合以上几点考虑盖沿为主分型面。
（2）浇口形式：点浇口
（3）制件脱模形式：推杆推出
（4）模具结构类型：三板式模
（5）冷却：需设冷却系统，采用水冷。
第二章注射机的选择
2.1初步选择注射机：
制件体积：V1=4.138cm3
模具采用一模两腔，材料为PE。材料密度为0.94g/cm3。
因此制件质量为：m=3.89g
初步估计浇注系统凝料体积为：V2=4.12m3（X2）
确定合适的型腔数，可以适当的提高劳动生产率，但必须综合考虑成本问题。
以注射机的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%，按下式计算：
80%×V注> V塑件= V1＋V2
V注>（V1＋V2）/80%=10.32（X2）
其中V注——注射机理论注射量（cm3）
V1——制件体积（cm3）
V2——浇注系统凝料体积（cm3）
查《塑料成型与冲压机械概论》第90页表3－2选取注射机型号为SZ－45/100A
表2-1 注射机技术参数
螺杆直径/ mm 螺杆长径
比理论容量
/cm3
注射质
量/ g
注射速
率/ s
塑化能力
/ (g/s)
额定注射压
力/ MPa
25 22.4 49 45 40 6 200
螺杆转数/(r/min) 额定注射
压力/ kN
开模行程
/ mm
拉内间
距空间
（mm）
模具最
大厚度
/ mm
模具最小
厚度/ mm
推出行程/
mm
0～140 400 240 215×
265
240 90 60
顶出力/ kN 顶出杆根
数定位孔直
径/mm
顶出中
心孔直
径/ mm
喷嘴球
半径
/mm
喷嘴口孔
径/ mm
27 1 55 50 12 3
2.2最大注射量的校核
注塑模一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的10%～80%之间；既能保证制品质量，又能充分发挥设备的能力。对于螺杆式注射机，其最大注射能力通常以螺杆在料筒内最大推进容积M（厘米3）表示，因此最大注射量就是该体积的塑料熔体在料筒内的温度及压力下的重量。
最大注射量为：Gmax=M×Dg=45×0.94=42.3g
45×80%=36g
M制件＋M流道=3.65×4+1.32=15.9g<36g
其中式中：M——注射机规定注射容积（厘米3）
Dg——在料筒温度及压力下熔融塑料的比重，（克/厘米3）因此所选注射机满足使用要求。
2.3锁模力的校核
锁模力是注射机锁模装臵用于夹紧模具的力。所选注射机的锁模力必须大于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑
件和流道系统在分型面上的投影面积之和与型腔内塑料压力的乘积。
F锁=P腔×nA/1000
由上表查得F锁=250KN,《实用注塑模设计手册》表2－2选取P腔=25Mpa
F = 25×4×1343.1/1000=134.31KN F锁——锁模力（KN） P腔——型腔压力（Mpa） A——塑件及流道系统在分型面上的投影面积（mm2） 因此锁模力符合使用要求。 2.4开模行程和顶出距离的校核 开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程，开模行程的校核有三种情况： （1）最大开模行程与模具厚度无关，对液压机械式锁模机构注射机，其中最大开模行程由注射机曲轴机构的最大行程决定，并不受模具厚度的影响无关。 （2）注射机最大开模行程与模具厚度有关，对于全液压机械式锁模机构的注射机，最大开模行程受模具厚度的影响。此时最大开模行程等于注射机固定移动模板台面间的最大距离SK减去模具厚度Hm。（3）具有侧向抽芯是的最大开模行程，需利用开模行程完成侧向抽芯，开模行程的校核还应考虑为完成抽拔距离而需要的开模行程Hc。 注射机的开模行程是有限的，所取制件的开模距离必须小于注 射机的最大开模行程。对于单分型面的开摸行程要大于制件尺寸的2 倍加上流道流程还大5～10mm 。 2.5模具安装尺寸的校核: （1）喷嘴尺寸 注塑机喷嘴口孔径d 由上表查得d=Φ3，主流道小端直径应该大 于注塑机喷嘴直径，即D 比d 大0.5～1，以防止主流道上部积有凝 料而影响脱模。注塑模主流道衬套始端凹坑的球面半径R 应大于注射 机喷嘴球头半径r ，以保持同心和紧密接触， R=r ＋(1～2)mm (2-4) 因此取R=r ＋1=12＋1=13mm ，主流道小端孔直径D 应大于注射机喷 嘴直径d ；取D=d ＋0.5=3.5mm 。 （2）定位圈尺寸 为了使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外径与注射机固定板上的定位孔成间隙配合， 由表查得注塑机定位孔内径为10.0055+Φmm ，间隙配合为H8/f8,所以定 位圈尺寸为2.04.055- -Φmm 。 （3） 模具外形尺寸 模具长宽尺寸应与注射机的拉杆间距相适应,以保证模具至少能 从一个方向穿过拉杆间的空间安装在注塑机上。因为注塑机的拉杆间 距为215X265，因此模具至少有一个尺寸小于215mm 。 （4）模具的厚度： 模具的厚度必须在所选注射机的最大模具厚度和最小模具厚度 之间，由于受注射机的限制，模具厚度为90mm （5）模具固定形式 ：采用压板固定。 第三章 浇注系统的设计 3.1定位圈 浇注系统定位圈由以上的分析可知，定位圈尺寸为2.04.055- -Φmm ，采 用四个M8螺钉定位，均布分布在定位圈四周。定位圈材料为45号钢， 热处理经过淬火处理HRC40～45。 3.2 浇口套 浇口套直接与喷嘴接触，需要较高的硬度和较好的耐磨性，因此 采用T8A 经表面淬火。注射机喷嘴头的球面半径与其接触的模具主流 道始端的球面半径必须相吻合或或者前者稍小于后者。 浇口套大端球面半径R=喷嘴球头半径r+1=12+1=11mm ， 主流道入口直径端直径d=喷嘴直径+0.5=3+0.5=3.5mm ，主流道锥角 α = 4°，表面淬火HRC50～55，流道处的粗糙度为Ra0.4μm 。 3.3 浇口的设计 （1）主流道：主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段距离，通 常和注射机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。其 设计要点如下： a 、为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的 膨胀，主流道设计成圆锥形，其锥角为2～4°，对流动性差的塑料，也可取3～6°，过大会造成流速减慢，易成涡流。内壁粗糙度为Ra0.63μm。 b、主流道大端呈圆角，其半径常取r=1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。 c、在保证塑件成型良好的情况下，主流道的长度尽量短，否则将会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多而影响注射成型。 d、为了使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密接触，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径r2= r1+（1～2mm），其小端直径D=d+(0.5～1mm)，凹坑深度常取3～4 mm。 e、由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。如其大端兼作定位环则圆盘凸出定模端面的长度H=5～10mm，也常有将模具定位环与主流道衬套分开设计的。（2）浇口的设计：浇口是连接分流道与型腔的一段细短通道，他是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位臵对塑件的质量影响很大。浇口的主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。由于塑件要求表面光洁度、平整度较高，再加上采用一模四腔式，因此采用侧浇口进浇。 3.4分型面、排气槽的设计 （1）打开模具取出塑件或浇注系统凝料的面叫做分型面。分型面应设在塑件断面尺寸最大的部位，因此将分型面设在塑件的底面，这样有利于保证塑件注塑完整外观质量较好，而且有利于排气。 （2）当塑料熔体注入型腔时，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程这产生的底分子挥发气体顺利地排出模外。如果型腔内原有气体、蒸汽不能顺利地排出，将在制件上形成气孔、接缝、表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时还会因气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕。而且型腔内气体被压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注射周期和产品质量。因此设计型腔时必须考虑排气问题。注射过程中排出的气体主要有两种：一是浇注系统和模腔内的空气，二是塑料熔体分解放出的少量气体和低分子挥发物。这些气体在成型过程中必须及时排出。本设计可利用分型面及配合间隙排气，其配合间隙在0.03～0.05mm，因此模具不需另设排气槽。 第四章成型零部件工作尺寸的计算 所谓工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形或异形型芯的长和宽），型腔和型芯的深度尺寸，中心距尺寸等。任何塑料制品都有一定的尺寸要求，在使用或安装中有配合要求的塑料制品，其尺寸精度常要求较高。在设计模具时，必须根据制品的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级。影响塑料制品精度的因素较为复杂，主要有以下几方面：首先与成型零件制造公差有关，显然成型零件的精度愈低，生产的制品尺寸或形状精度也愈低。其次是设计模具时，估计的塑料收缩率与实际收缩率的差异和生产制品时收缩率的波动值，成型收缩率包括设计选取的计算收缩率与实际收缩率的差异，以及生产制件时由于工艺条件波动，材料批号发生变化而造成制件收缩值的波动，前者造成塑料制品的系统误差，后者造成偶然误差，收缩率波动值δs 随制件尺寸增大而成正比的增加。制造误差δz随制件尺寸成立方根关系增大，型腔使用过程中的总磨损量δc随制件尺寸增大而增加的速度也比较缓慢。生产大尺寸塑料制件时因收缩率波动对制件公差影响较大，若单靠提高模具制造精度来提高塑件精度是很困难的和不经济的，而应着重稳定工艺条件，选用收缩率波动小的塑料。相反，生 产小尺寸塑料制件时，影响塑件公差的主要因素则是模具成型零件的 制造公差和成型零件表面的磨损值。此外型腔在使用过程中不断磨 损，使得同一模具在新和旧的时候所生产的制品尺寸各不相同。模具 可动成型零件配合间隙变化值，模具固定成型零件安装尺寸变化值， 这些度将影响塑件的公差。由于影响因素甚多，而且十分复杂，因此 塑料制品的精度往往较低，并总是低于成型零件的制造精度，塑料制 件尺寸难以达到高精度。 为了计算简便起见,规定凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公 称尺寸,即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸, 公差为负. 该制件材料为PE,查《实用注塑模设计手册》（常用塑料的成型 收缩率、拉伸模量、泊松比、与钢的摩擦因数）得，材料成型收缩率 为0.1%～0.3%，表2－8〈塑件推荐选用精度等级〉得，主要尺寸选 用一般精度，即6级精度；个别要求高的尺寸选用高精度，即5级精 度；所有尺寸计算均按平均收缩率计算。 平均收缩率为： ()()/2 1.5% 3.6%/2 2.55% Max Min S S S =+=+= （一）型腔径向尺寸计算: 00()(1)3/4z z m S L L S δδ++??=+-??? m L ——型腔径向尺寸 S ——平均收缩率 S L ——塑件的基本尺寸 z δ——模具成型零件制造误差 ?——塑件公差 0.08 0.08 00 03()=+20-0.2420.334z Lm δ+++?? ??=????（1 2.55%） （二）型芯径向尺寸计算: 0()(1)3/4m z S z l l S δδ--??=++??? lm ——型芯径向尺寸 S ——平均收缩率 S l ——塑件的基本尺寸 ?——塑件公差 00 0.120.12 3 ()9(1 2.55%)0.369.504m z l δ---??=?++?=???? (三)型腔深度尺寸计算: ()00()12/3Z z m S H H S δδ++??=+-??? m H ——型腔深度 S H ——塑件的基本尺寸 S ——平均收缩率 ?——塑件公差 ()0.067 0.06700 0()141 2.55%2/30.214.22z m H δ+++=?+-?=???? （四）型芯高度尺寸计算： ()0 12/3Z m S h h S δ-??=++??? m h ——型芯高度尺寸 S h ——塑件的基本尺寸 S ——平均收缩率 ?——塑件公差 ()00 0.1270.127131 2.55%2/30.3813.58m h --=?++?=???? 第五章 脱模机构设计 注射成型的每一循环中，塑件必须从模具的型腔或型芯上脱出。 完成脱出塑件的装臵称为脱模机构，也称顶出机构或脱模装臵。 5.1 结构设计 脱模机构应使塑件留于动模，是指不变形损毁且有良好的外观。 另外脱模机构应该结构可靠，此模具采用简单脱模机构，并采用推料 板推出制件，因为制件呈圆形且径向尺寸不大，因此采用4根6Φ顶 杆推动推件板将制件顶出，这样顶出力均匀，运动平稳且顶出力大， 顶出制件后外观上几乎不留痕迹。另外还采用两颗装臵螺钉，主要起 脱模作用。 5.2脱模力的计算 （1）脱模力是指塑件通常从动模的主型芯部分分离所施加的力。 他包括型芯包紧力、真空吸附力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。 包紧力是指塑件在冷却固化中因体积收缩而产生的对型芯的包紧力。 真空吸附力是指闭式壳类塑件，脱模时塑件表面与模具型芯间形成的 真空腔与大气的压差产生的阻力。粘附力是指脱模时塑件表面与模具 钢材表面的吸附而产生的力。 （2）分析此制件：)sin (cos ααμ-=AP F t