支架注塑模具设计.doc

塑料模具设计与制造课 程 设 计题目：支架注塑模具设计姓名 届 2016 学院材料科学与工程 专业 材料成型及控制工程 日期 2015年12月14日 目 录第一章 塑件成型工艺分析与设计1.1 塑件的成型工艺性分析11.2 塑件材料的使用性能31.3 塑件材料的加工特性31.4 塑件的成型工艺参数确定3第二章 塑件在模具中的位置2.1 型腔数目的确定62.2 型腔的布置62.3 分型面的选择62.4 注射机型号的确定7第三章 浇注系统设计3.1 浇口的设计113.2 浇口套的设计11第四章 成形零件设计4.1 成形零件的结构设计124.2 成形零件的工作尺寸计算13第五章 模架的确定和标准件选择5.1 各模板尺寸的确定195.2 模架各尺寸的校核20第六章 排气槽的设计21第七章 合模导向和定位机构7.1 导柱导向机构设计227.2 导套设计22第八章 脱模机构设计8.1 推出方式的确定238.2 脱模力计算23第九章 模具的温度调节系统9.1 冷却系统的计算和设计259.2 模具加热系统设计26第十章 模具各零部件材料的选用10.1 塑料模具零件的主要性能要求2710.2 塑料模具零件的材料及热处理选择27第十一章 模具主要零件加工工艺规程11.1 定模型腔镶套加工图2911.2 定模板加工图30第十二章 模具总装图及模具的装配.试模12.1 模具总装图3112.2 模具的安装试模3212.3 试模前的准备3212.4 模具的安装及调试3212.5 试模3312.6 检验33第十三章 小结参考文献34 课程设计说明书 第一章 塑件成型工艺分析与设计1.1 塑件的成型工艺性分析塑件如图1.1所示。图1.1塑件图图1.2塑件三维图产品名称：支架产品材料：ABS产品数量：批量生产塑件尺寸：如图1.1所示塑件重量：18.37g塑件要求：塑件外侧表面光滑，塑件允许最大脱模斜度1CAD图纸源文件+ 4013398281.2 塑件材料ABS的使用性能冲击韧度高，并且有较高的弹性模量和尺寸稳定性。无色透明，着色性好，耐热性比尼龙，聚甲醛高，抗蠕变和电绝缘性较好，耐蚀性.耐磨性良好，但自润性差，不耐碱.酮.胺.芳香烃，有应力开裂倾向，高温易水解，与其他树脂相溶性差1。1.3 塑件材料ABS的加工特性1、 无定型塑料，热稳定性好，成形温度范围宽，超过330C才呈现严重分解，分解时产生无毒.无腐蚀性气体。2、 吸湿性小，但水敏性强，含水量不得超过0.2%，加工前必须干燥处理，否则会出现银丝.气泡及强度显著下降现象。3、 流动性差，溢边值为0.06mm左右，流动性对温度变化敏感，冷却速度快。4、 成形收缩率小，如成形条件适当，塑件尺寸可控制在一定公差范围内，塑件精度高。5、 可能发生应力开裂，易产生应力集中，应严格控制成形条件，而喷嘴应加热，喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴。6、 粘度高，但对剪切作用敏感。浇注系统宜设冷料穴。进料口附近有残余应力，必要时可采用调节时进料口，模温一般取70C120C为宜，应注意顶出均匀，模具应用耐磨钢，并淬火。7、 料筒温度对控制塑料质量是一个重要因素，料温低时会造成缺料，表面无光泽，温度高时易溢边，出现银丝暗条，塑件变色有泡。注射压力宜高不宜低。8、 模温对塑件质量影响很大，薄壁塑件宜取80C100C，厚壁塑件宜取80C120C；模温低则收缩率.伸长率.冲击韧性打，抗弯.抗压.抗拉强度低。模温超过120C则塑件冷却变慢，易变形粘模，脱模困难，成型周期长1。1.4 塑件的成型工艺参数确定查手册得到ABS塑料的成型工艺参数1：适用注射机类型 螺杆式密度 1.18 1.20 g/cm3；收缩率 0.5 0.8 % ；预热温度 110 oC 120 oC，预热时间 8 12 h ；料筒温度 后段210 oC240 oC，中段230 oC280 oC，前段240 oC285 oC；喷嘴温度 240 oC 250 oC；模具温度 90 oC 110 oC； 注射压力 80 130 MPa ；成型时间 注射时间20 90s ，保压时间0 5s ，冷却时间20 90s；螺杆转速 28rmin-1；后处理方法 红外线灯或鼓风烘箱；后处理温度 100 oC 110 oC；后处理时间 8 12 h ；塑件成型工艺卡表1.1塑件成型工艺卡塑 件 名 称聚碳酸酯塑件草图塑件三维图材 料 牌 号ABS单 件 重 量18.37g成型设备型号G54-S-200每 模 件 数成型工艺参数材料干燥干燥设备名称烘箱温度 /110120时间 /h812成型过程料筒温度后段 /210240中段 /230280前段 /240285喷嘴 /240250模具温度 /90110时间注射 /s2090保压 /s05冷却 /s2090压力注射 /MPa80130保压 /MPa后 处 理温度 /_时间 /min_编 制日 期审 核日 期李承铿第二章 塑件在模具中的位置2.1 型腔数目的确定该塑件为支架，属于中型塑件，要求尺寸精度高，表面质量要求高，不允许产生超差的变形，故定为一模2腔的模具形式，这样虽然生产效率低，但塑件质量保证，且制造加工方便。2.2 型腔的布置由于采取一模2腔的模具形式，所以型腔毫无疑问被摆在模具正中位置，如下图2.1所示图2.1型腔布置2.3 分型面的选择依据分型面的选择原则，分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处，且分型面的选择应有利于塑件的留模及脱模。该塑料支架有外观要求，而且孔有同轴度的要求，故该塑件的分型面应选如下图2.2所示A-A位置，这样分型后，塑件会包紧型芯儿留在动模一侧，且塑件外表面光滑，且容易脱模。图2.2分型面2.4 注射机型号的确定2.4.1 注射量的计算通过UG对优化后制件进行质量计算计算结果：塑件的密度1.05塑件的体积 塑件的质量17.5*1.05=18.3 （2.1）此时流道凝料的体积未知，可按塑件质量的0.6倍进行估算，所以注射量为 （2.2）则注射机的额定注射量 （2.3）2.4.2 锁模力的计算流道凝料(包括浇口)在分型面上的的投影面积，在此时还是个未知数，根据经验公式： (为每个塑件在分型面上的投影面积)，用 进行估算： （2.4） （2.5）查塑件所需的平均注射压力80-130Mpa，而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%，取50%进行计算，则 （2.6） （2.7）2.4.3 选择注塑机现代电子技术发展迅速，注射机种类越来越多，更适合进行精密注射模的注射。考虑到我国引进的注射机机型和国内注射机厂的新机型日益增多，掌握使用设备的技术参数是模具设计和生产必须的技术要求。因此参照简明塑料模具设计手册注射机性能及规格并在考虑注射机满足注射量、锁模力、经济和制件的精度后，选用最大注射量为200g的国产G54-S-200螺杆式注射成型机，其有关参数如表2.1所示1。 表2.1 注射机的主要技术参数标称注射量/ 200模板的最大厚度/mm406螺杆直径/mm55模板的最小厚度/mm165合模力/N模板尺寸532634注射压力/MPa109拉杆空间/mm290368注射行程/mm200合模方式液压-机械螺杆转速/（r/mm）20-80电机功率/KW18.5模板最大行程/mm260定位圈尺寸/mm125喷嘴球半径/mm18喷嘴孔直径/mm4注射方式螺杆式最大成型面积/6452.4.4 注射机有关参数的校核1、 型腔数量的校核由注射机的额定注射量校核模具的型腔数量： （2.8）型腔数目校核合格，式中为Vj注系统凝料和飞边所需的体积，Vz为每个塑件的体积，Vg为注射机的额定注射量。2、 注射压力的校核 （2.9）注射压力校核合格，式中K为注射压力安全系数，一般为1.251.4。3、 锁模力的校核 （2.10） 锁模力校核合格，式中K 为锁模力安全系数，一般取1.11.2，其它尺寸的校核只有待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。第三章 浇注系统的选择和设计浇注系统一般分为普通浇注系统和无流道两大系统。普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、反料槽或冷料穴组成；无流道浇注系统适利用加热或绝热方法，使从注射机喷嘴起到型腔入口为止这一段浇道中的溶料，在生产期间始终保持熔融状态，从而开模时只需取出塑件，不必清理浇道凝料。目前精密注塑模具中，无流道模具以热流道模具应用最广，热流道模具有点很多，比较适合精密注塑制件成型。但热流道价格昂贵，增加模具制造成本，并且通过对该制件的分析，使用普通浇注系统就能满足生产需要，保证塑件质量，因此本设计使用普通浇注系统即可。3.1浇口的设计塑件采用侧浇口成型，浇口厚度取为2mm。因为该塑件有通孔且同心度要求高，选择测成型，塑心其定位作用，防止弯曲，同心度好，去除流道方便，但容易产生熔接痕,该浇口如图3.1所示。图3.1浇口3.2浇口套的设计主流道的长度： 主流道小端直径：主流道大端直径：主流道球面半径：球面的配合高度：第四章 成型零件设计4.1 成形零件的结构设计根据要求可知，齿形和配合内孔精度为MT3级，其余精度为MT5级。查模塑件尺寸公差表可得该齿轮尺寸如图4.1所示。图4.1塑件图4.1.1 型腔从塑件图中可以看出，成形塑件的型腔部分为带台阶的圆柱体，所以在这里采用整体嵌入式型腔和局部镶嵌式型腔的组合，这样加工和安装容易；热处理变形小；便于型腔损坏时的更换和维修。4.1.2 型芯由于该塑件的内形比较简单，故直接采用整体式型芯，这样的型芯结构牢固；成型塑件的质量好。但模具的加工量大，耗材多，热处理变形大。4.2 成形零件的工作尺寸计算4.2.1 型芯的工作尺寸计算4.2.2 型腔的工作尺寸计算第五章 模架的确定和标准件选择5.1 各模板尺寸的确定A板尺寸。A板是定模型腔板，考虑到需要在模板上开设冷却水道，故A板厚度取40mm。B板尺寸。B板是动模型芯板，塑件高度为22mm，由于还有齿形型腔嵌套和动模型腔嵌套，故板厚取63mm。C板尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5-10）mm=22+18+18+(5-10)mm=63-68mm,初步选定C为63mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已确定为模架序号为3号，板面为160mmX200mm,模架结构形式为A1型的派生模架。其外形尺寸：宽X长X高=160mmX200mmX321mm,如图5.1所示。图5.1模架5.2 模架各尺寸的校核5.2.1 型边缘距离的校核校核合格。为模腔材料45#的许用应力，查45#的许用应力为600MPa，为型腔的平均压力40Mpa。5.2.2 腔底板厚度的校核，校核合格。5.2.3 模具闭合高度的校核计算模具的闭合高度为： 查G54-S-200得，即模具满足的安装要求。5.2.4 模具的外形的校核本模具的外形的尺寸为：，查G54-S-200注射机的模板的最大安装尺寸为，故能满足模的安装要求。5.2.5开模行程的校核模具的行程为，查G54-S-200的最大开模行程为260mm39mm,即能满足注射机的开模要求,，校核合格。第六章 排气槽的设计在塑料填充的过程中，模架型腔内除了原有的空气外，还有塑料中吸附的水分在受热后蒸发为水蒸气，以及塑料受热局部分解，放出某些低分子挥发性气体等。此外，有些塑料在凝固过程中，由于体积收缩也会放出气体，这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出型腔，将会影响塑件的成型以及脱模后的质量。在许多情况下，可利用模具的分型面间的间隙自然排气。例如，小型制品的排气槽不大，如果排气点正好在分型面上，就可利用分型面间的微小间隙排气，而不必再专门开设排气槽。但若制品在成形时产生的气体较多，型腔最后充满的部分不在分型面上，或者制品上具有局部薄壁，就要考虑开设排气槽。此塑件为中型塑件，由于该模具为镶拼结构，含有多个镶件，故可以利用镶件与镶件之间的间隙、镶件与模板之间的间隙进行排气，这样不但有利于气体排出，还可以改善原有的加工难度和便于维修。第七章 合模导向和定位机构7.1 导柱导向机构设计本设计中导柱与导套之间的配合采用H7/h6,导套与安装孔之间的配合采用H7/k6，导柱的尺寸计算如图7.1所示。图7.1导柱7.2 导套设计导套的尺寸计算如图7.2所示。图7.2导套第八章 脱模机构设计8.1 推出方式的确定由于本塑件对于精度要求比较高，故采用双推管的推出方式。这种推出脱模机构适用于环形带孔的塑件，特点是推管的整个周边与塑件接触，故塑件受力均匀，推出时平衡可靠，制品不容易变形，也不会在塑件上留下明显的接触痕迹，此外还有利于提高内外表面的同轴度。8.2脱模力的计算8.2.1 圆环大型芯脱模力因为，所以，此处视为厚壁圆筒塑件，根据脱模力计算公式得 8.2.2 成型塑件内部圆柱型芯的脱模力因为，所以，此处视为厚壁圆筒塑件，同时，由于该塑件的内孔是通孔，所以，脱模时不存在真空压力，根据脱模力计算公式得式中 塑料的弹性模量，MPa；塑料的平均成形收缩率，同上；塑料的泊松比，同上；制品与钢材表面之间的静摩擦因数，同上；型芯的脱模斜度；型芯脱模方向高度，mm脱模斜度修正系数，其计算公式为厚壁制品的计算系数，其计算为比例系数， ；型芯的平均半径，mm；制品厚度，mm；塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，mm2，当塑件底部有通孔时项视为零；第九章 模具的温度调节系统冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走的热量进行计算。9.1 模具冷却系统设计9.1.1冷却介质ABS属中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为280 oC和90 oC 110 oC。所以，模具温度初步选定为100 oC。9.1.2冷却系统的简单计算51. 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 （1）塑料制品的体积（2）塑料制品的质量（3） 单位时间塑料熔体的注射次数塑件壁厚为4mm,查表的。取注射时间，脱模时间，则注射周期：。由此得每小时注射次数：（4） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量2. 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量查表直接可知ABS的单位热流量的值为。3. 计算冷却水的体积流量设冷却水道入口的水温为,出水口的温度为，取水的密度，水的比热容,则根据公式可得4. 确定冷却水路的直径d当时，查表可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径。5. 冷却水在管内的速度v6. 求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h因为平均水温为,查表可得，则有7.计算冷却水通道的导热总面积A8.计算模具所需冷却水管的总长度L9.冷却水路的根数X设每条水路的长度为，则冷却水路的根数为有上述计算可以看出，一条冷却水道可以满足模具冷却系统的要求。但是，在计算过程中忽略了很多其它因素，所以在实际设计中我采用了两根冷却水道，以满足实际生产中的冷却要求。9.2 模具加热系统设计由于ABS的成型温度在240 oC 310 oC之间，对模具温度的要求较高，所以模具必须设置加热装置。在这里根据模具的结构而采用的是电热套加热装置。第十章 模具各零部件材料的选用10.1塑料模具零件的主要性能要求10.1.1成形零件的主要性能要求塑料模具的成形零件时直接成型制品内外表面的组成零件，包括型腔、型芯、成型镶件、成型顶杆等。由于这些零件直接与塑料接触，因此要求具有一定的强度、表面耐磨性好、热处理性能好、淬火变形小、对带腐蚀性添加剂塑料成型的模具，还应具有抗蚀能力好。10.1.2导向零件的主要性能要求导向零件包括导向柱、导向套、限位导柱、顶板导柱及导套、销钉等。这类零件在使用中起导向作用。开合模具时相对运动，成型过程中要承受一定的压力，或偏载负荷。因此要求表面耐磨性好，芯部具有一定的韧性。10.1.3浇注系统零件包括浇口套、拉料杆、分流锥等。这类零件的工作条件与成形零件相近，要求具有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性。10.1.4顶出机构和抽芯机构零件这类零件要求表面耐磨性好，并具有足够的机械强度。10.1.5模体零件包括各种模板、顶出板、固定板、模架垫板等。这些零件是成型制品中主要承力零件，因此要求具有足够的机械强度。10.2塑料模具零件的材料及热处理选择10.2.1成型零件1. 定模型腔镶套：选择牌号为45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。2. 型芯：选择牌号为45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。3. 动模镶套：选择牌号为45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。4. 型腔镶套：选择牌号为45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。5. 动模型腔镶套：选择牌号为45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。10.2.2模板零件 1. 动、定模板：选择牌号为45#钢，热处理方法为调质，230270HRC。2. 动、定模底板：选择牌号为45#钢，热处理方法为调质，230270HRC。3. 推板：选择牌号为45#钢，热处理方法为调质，230270HRC。4. 浇口套:选择牌号为T8A钢，热处理方法为淬火，5055HRC。10.2.3导向零件1. 导柱：选择牌号为20#钢，热处理方法为渗碳、淬火，5660HRC。2. 导套：选择牌号为T8A钢，热处理方法为淬火，5055HRC。3. 推板导柱、导套：选择牌号为T8A钢，热处理方法为淬火，5055HRC。10.2.4顶出机构零件1. 推杆：选择牌号为T10A钢，热处理方法为淬火，5055HRC。2. 推杆固定板：选择牌号为45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。10.2.5定位零件1. 定位螺钉：选择牌号为45#钢，热处理方法为淬火，4348HRC。2. 定位圈：选择牌号为45#钢。第十一章 模具主要零件图及加工工艺规程11.1定模型腔镶套零件图定模型腔镶套尺寸如图11.1所示。图11.1型腔尺寸11.2 定模板零件图定模板尺寸如图11.2所示图11.2定模板尺寸定模板的加工工艺（1） 备料：45#钢锭（2） 锻：锻成170mm X 170mm X 50mm（3） 热处理：退火（4） 线切割：切内孔（5） 铣：铣平面、台阶孔（6） 钳：钻螺纹孔和通孔达到图样要求（7） 热处理：淬火回火硬度至230-270HRC（8） 磨：磨平面至要求（9） 检验第十二章 模具总装图及模具的装配、试模12.1模具总装图模具装配如图12.1所示图12.1 模具总装图1动模固定板 2支撑柱导套 3小支撑柱 4第一组推板 5推杆兼复位杆 6支撑板 7横向进水管 8水嘴 9镶件固定板 10动模镶套 11定位杆 12第二组推板 13推管 14型芯 15长推管 16横向进水管 17齿形行腔镶套 18动模型腔镶套 19动模板 20定模板 21动模型腔镶套 22定模底板 23爪形浇口套 24定位圈 25固定螺栓 26定模底板 27推杆 28固定螺栓 29型芯固定板模具工作过程：闭模时，镶件17、18被定位柱兼支撑柱11固定住，避免了镶件的移动。开模时，动模19与定模20分离，然后第一组推板4同时推动长推管15与第二组推板12，而第二组推板则推动推管13，使双推管同时推动制件并将其顶出。12.2 模具的安装试模试模是模具制造中的一个重要环节，试模中的修改.补充和调整是对于模具设计的补充。12.3 试模前的准备试模前要对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与.于注射机的各个配合尺寸.推出形式.开模距.模具工作要求等要符合所选设备的技术条件。检查模具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活.可靠，起止位置的定位要正确。各镶嵌件.紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头.阀门.附件.备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路.水路.电路.机械运动部位.各操纵件和显示信号要检查.调整，使之处于正常运转状态。12.4 模具的安装及调试模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全过程。模具安装在注射机上要注意以下方面：1 模具的安装方位要满足设计图样的要求。2 模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。3 当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。4 模具带有液压油路接头.气路接头.热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作一侧，以免操作不方便。模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠.灵活，定位装置是否能够有效作用，要注意以下方面：1 合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。2 活动型芯.推出及导向部位运动及滑动要平稳.无干涉现象，定位要正确.可靠。3 开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。4 冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。12.5 试模模具安装调整后即可以进行试模。1 加入原料 原料的品种.规格.牌号应符合产品图样中的要求，成型性能应符合有关标准的规定。原料一般要预先进行干燥。2 调整设备 按照工艺条件要求调整注射压力.注射速度.注射量.成型时间.成型温度等工艺参数。3 试模 采用手动操作，试模注射出样件。12.6 检验通过试模可以检验出模具结构是否合理；所提供的样件是否符合用户的要求；模具能否完成批量生产。针对试模中发现的问题，对模具进行修改.调整.再试模，使模具和生产出的样件满足客户的要求，即可交付生产使用1。第十三章 小结本次课程设计，通过小组协作，共同完成了装配图的设计与绘制，并编写设计说明书1份，其中本人独立完成了第1、2、3章的内容。通过小组协作学习和本人努力，学会了塑料模具设计的一般方法和步骤；学会了塑料模具设计相关资料的使用。参考文献1 齐卫东.塑料模具设计与制造. 北京：机械工业出版社，20042 齐卫东.简明塑料模具设计手册. 北京：北京理工大学出版社，20083 齐卫东.注塑模具图集. 北京：北京理工大学出版社，20074 张维和.注塑模具设计使用教程.北京：化学工业出版，20075 申开智.塑料成型模具.北京：中国轻工业出版社，20086 叶久新.塑料模设计指导. 北京： 北京理工大学出版社,20097 董培培，柴富俊，潘丽华等.工程图学基础与AutoCAD.天津：天津大学出版社，2004.98 唐志玉.塑料模具设计师指南.北京：国防工业出版社，1999目 录第一章 总 论1一、项目提要1二、可行性研究报告编制依据2三、综合评价和论证结论3四、存在问题与建议4第二章 项目背景及必要性5一、项目建设背景5二、项目区农业产业化经营发展现状11三、项目建设的必要性及目的意义12第三章 建设条件15一、项目区概况15二、项目实施的有利条件17第四章 建设单位基本情况19一、建设单位概况19二、研发能力20三、财务状况20第五章 市场分析与销售方案21一、市场分析21二、产品生产及销售方案22三、销售策略及营销模式22四、销售队伍和销售网络建设23第六章 项目建设方案24一、建设任务和规模24二、项目规划和布局24三、生产技术方案与工艺流程25四、项目建设标准和具体建设内容26五、项目实施进度安排27第七章 投资估算和资金筹措28一、投资估算依据28二、项目建设投资估算28三、资金来源29四、年度投资与资金偿还计划29第八章 财务评价30一、财务评价的原则30二、主要参数的选择30三、财务估算31四、盈利能力分析32五、不确定性分析33六、财务评价结论34第九章 环境影响评价35一、环境影响35二、环境保护与治理措施35三、环保部门意见36第十章 农业产业化经营与农民增收效果评价37一、产业化经营37二、农民增收38三、其它社会影响38第十一章 项目组织与管理40一、组织机构与职能划分40二、项目经营管理模式42三、技术培训42四、劳动保护与安全卫生43第十二章 可行性研究结论与建议46一、可行性研究结论46二、建议47- 30 -