如何设计放大镜的模具.docx

目录
前言

第一章 料工艺分析
1.1分析塑料使用材料的种类及工艺特征
1.2分析塑料的结构工艺性
1.3塑件精度确定
1.4 明确塑件批量生产
1.5 根据塑件的形状估算其体积和重量
1.6 确定型腔数

第二章 定模具结构方案
2.1 确定型腔排列
2.2 确定分型面
2.3 脱模原理
2.4 浇注系统形式
2.4.1 主流道设计
2.4.2 分流道设计
2.4.3、浇口设计
2.5冷却及加热系统

第三章 模具设计的有关计算
3.1模具主要零件的有关尺寸设计
3.1.1型腔和型芯计算
3.2 型腔厚度和底板厚度的确定
3.3确定零件结构及尺寸
3.3.1定模座板设计
3.3.2定模型腔固定板设计
3.3.3 动模型腔固定板设计
3.3.4 支撑板设计设计
3.3.5 推杆固定板设计

第四章 初选注射机
4.1计算浇注系统体积
4.1初选注射机

第五章 核注射机有关工艺参数
5.1注射量的校核
5.2锁模力与注射压力
5.3模具厚度H与注射机闭合高度

第六章 结束语
参考文献

摘要 注塑模具是在成型中赋予塑料以形状和尺寸的部件。模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是基本结构是一致的。模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三部分组成。其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。
对此次放大镜无多大要求，它的整体尺寸不大，但要大批生产，为提高生产率，降低成本，故采用模具成批注射生产。并且该产品为放大镜要透光，所以材料采用聚苯乙烯（PS）做为材料。
对于浇注系统和成型零件的设计；浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯等。
此套放大镜模实现部分机械操作自动化，浇注系统采用普通流道，进行一模二腔注射。顶出机构由2条型芯和一条推杆顶出，型腔分动模型腔和定模型腔。
前言
此次设计为放大镜的注射成型模具设计。对于这次的设计首要制定的塑料成型工艺以及合理设计塑料成型模具的过程。
前面部分主要说明塑料成型的必要理论基础，包括高分子聚合物结构特点与性能，尤其是聚合物的热力学性能和化学性质，还有聚合物熔体在成型过程中的流动状态及物理和化学变化。后面部分说明的是注射成型模具设计的最复杂也最具代表性的部分，主要说明注射成型模具的设计，包括浇注系统（主流道，浇口，分流道）、成型零件（型芯，型腔，推杆等）的设计，对所选注射机的校核等有关设计。
由于塑料注射成型模具对于实践性很强，并且技术正在飞速发展中，所以在设计过程中注重理论联系实际，对于书中的知识要加以联系实际，从而使模具设计得更加合理。分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等

第一章 塑件工艺分析
1.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征
该材料为聚苯乙烯（PS），是一种透光性塑料，密度为1.05g/cm*，透光度达88%—92%，有优异在着色性能。制品的稳定性非常好，最高连续使用温度为60度到80度。具有一般塑料的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能；注塑压力为60-100Mpa；成型收缩率为0.5-0.8%。
聚苯乙烯的缺点是制品具有较大的脆性，易受冲击而开裂，制品表面受摩擦而易起刮痕。在聚苯乙烯树脂中加入橡胶成分可使其耐冲击性提高5倍-10倍，但会失去透明特性。
聚苯乙烯塑料广泛用于家用器皿、玩具、生活和文教用品、家电、轻工仪表的壳体、灯罩、圆珠笔杆等。发泡型的聚苯乙烯塑料用于防震、隔音材料及电冰箱衬里等。
1.2 分析塑件的的结构工艺性
塑件尺寸不大，结构比较简单，对塑件的尺寸测量和型芯计算无多大影响，其它结 构特征也符合塑件的设计要求。
具体尺寸如图所示：

（图1-1）(放大镜零件图)

1.3 塑件精度确定
因考虑塑件工作要求不高,各尺寸也不大，结构简单，故先普通精度:IT4级
1.4 明确塑件批量生产
该塑件要求批量生产。
1.5 根据塑件的形状估算其体积和重量
使用UG或Pro/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积，当然也可根据形状进行手动几何计算得到图形的体积。
通过计算塑件的体积（计算过程从略），

式中：——————为放大镜中圆柱面的体积
——————为放大镜中柄的体积
————为整个放大镜塑件的总体积

可得塑件的质量为：
式中：——塑料密度，（g/cm3） ——塑件质量，（g）
1.6 确定型腔数
该产品需批量生产，设计的模具要有较高的注射效率，采用一模二腔的模具结构。

第二章 确定模具结构方案
2.1 确定型腔排列
型腔排列选择中，由于此次采用的是一模二腔，放大镜的结构并不是直接圆形或矩形，初步设定排列方式有二种选择：
（图2-1）（型腔的排列的二种方式）

因第一种排列方式的注射效率高，由此模具设计选用第一种型腔排列方式。
2．2确定分型面
在模具设计中分型面的选择很重要，它决定了模具的结构，应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择。

如下图所示：

（图2-2）（分型面以及成型位置）
2.3 脱模原理：
此次分型为一次分型，开模在分型面(上图所示)进行分模，动模型腔板和定模型腔板分开，再由推杆固定板推动推杆和型腔杆(型芯）顶出塑件和浇流道内的塑件。而后塑件自动脱落，再人工取出塑件即可。
2.4 浇注系统形式
采用普通浇注系统，由于二型腔模，必须设置分流道，用点浇口形式从零件内部进料，利用分型面间隙排气。
2.4.1 主流道设计
在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。为了让主流道凝料能顺利从浇口中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角为2－5º，取3º。小端直径d比注射机喷嘴直径大0.5－1mm,取值为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球面大1－2mm。
2.4.2 分流道设计
a．分流道的形状和尺寸
分流道开设在定模板上，其截面形状为梯形，有经验公式h=2b/3（b为梯形大底边宽度，mm；h为梯形的高度，mm），可给h=3mm，b=3.5mm，梯形的侧面斜角
=5º－10º，底部以圆角相连。
b、分流道的表面粗糙度
由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般Ra取1.6μm左右，这可增加对外层塑料熔体的阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层
2.4.3、浇口设计
浇口套可选标准件，因为注塑机的喷嘴口直径为4mm，可选取进料口直径为5mm的浇口套。此次采用的是侧浇口中的扇开浇口，取在与型腔接合处形成长L=1mm厚t=0.5mm的进料口，进料宽度为b=5mm，扇形长度为3.5mm，塑件熔体通过它进入型腔。
采用扇形浇口，使塑料熔体在宽度方向上的流动得到更均匀的分配，塑件的内应力因之较小，还可避免流纹及定向效应所带来的不良影响，减少带入空气的可能性，但浇口痕迹较明显。
2.5冷却及加热系统
该模具注射成型时不需要太高要求，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计算
设定模具平均工作温度为50℃，用常温20℃的水作为模具冷却介质，其出口温度为30℃，产量为（初选每二分钟一套）
查表聚苯乙烯的单位热流量为

故冷却水体积流量：

式中：
—冷却水体积流量，（）
—单位时间注射人模具内的塑料熔体的质量，（）
—单位时间内树脂在模具内释放的热焓量，（，ABS为）
—冷却水的比热容，（）
—冷却水的密度，（）
—冷却水出口处温度，（℃）
—冷却水进口处温度，（℃）

查表可知所需的冷却水道直径比较小，所以，选直径为的冷却水道一个型腔一条。

第三章 模具设计的有关计算
3.1模具主要零件的有关尺寸设计
3.1.1型腔和型芯计算
列表中成型零件工作尺寸计算时都按平均尺寸，平均收缩率，平均制造公差和平均磨损量来计算。
由塑料模具设计课程设计指导书查表2-5得：
聚苯乙烯（PS）的成型收缩率为0.5-0.8%,故平均收缩率为,考虑到工厂模具制造的条件，模具制造公差一般取
计算如下表：

类别
尺寸类型

塑件尺寸

计算公式
型腔或型芯的工作尺寸

型腔的计算

型腔径向尺寸

型腔高度尺寸

3.5

2.5

2

型芯的计算

型芯的计算

型芯径向尺寸

型芯高度尺寸

1.5

型孔中心
距

(表3-1)型芯和型腔计算
3.2 型腔厚度和底板厚度的确定
根据放大镜型腔的形状以及其合理性选择型腔壁厚和底板厚度，具体厚度见（图3-3模架图）
3.3确定零件结构及尺寸
经初步排祥预算预选模架为2025-AI-30-30-70模架 即200×250×210mm
具体尺寸如下：
定模底板厚： 25
定模板厚： A=30
动模板厚: B=30
支撑板： 30
垫块厚度: C=70
下模座厚： 25
模具厚度：
模具外形尺寸： 200×250×210
如下图所示：

（图3-3）（模架草图）
3.3.1定模座板设计：
外形尺寸：250×250×25mm；材料：45#；调质HB216-260；浇口套与板之间采用φ20H7/k6过渡配合，中间8个螺钉为M10×30，外面4个为M12×30孔距为130×160mm。如图（4-4）

（图3-4）（定模痤板初步设计图）

3.3.2定模型腔固定板设计：
外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火50HRC；外面点的4个孔为导套φ20孔距为204×154mm；中间点的4个螺纹孔M12×30孔距为130×160mm；中间的方形为150×130mm如图（4-5）

（图3-5）（定模型腔固定板）
3.3.3 动模型腔固定板设计：
外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火50HRC；4个为导套孔φ20孔距为204×154mm；4个螺纹孔M12×30孔距为130×160mm；中间的方形为150×130mm；比定模型腔固定板多的中间2个孔为定位销φ15。如图（4-6）

（图3-6）（动模型腔固定板）
3.3.4 支撑板设计设计：
外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火50HRC；4个复位杆孔φ20孔距为200×80mm；8个螺纹孔M10×30孔距；2个型腔杆孔φ42间距为68×50mm；中间一个为推杆孔φ8。如图（4-7）

（图3-7）（支撑板）
3.3.5 推杆固定板设计：
外形尺寸：250×120×15mm；材料：45#；调质30HRC；4个复位杆孔φ20孔距为200×80mm；4个螺纹孔M8×25孔距230×98；2个型腔杆孔φ42间距为68×50mm；中间一个为推杆孔φ8。如下图（4-8）

（图3-8）（推杆固定板）

第四章 注塑机的选定
4.1计算浇注系统体积
由浇注系统体积得浇注系统质量为:

式中：——————横向浇注体积
——————纵向浇注体积
——————浇注系统总体积
——————浇注系统总质量
4.2注塑机选定
注射机额定注射量，每次注射量不超过最大注射量的80%
即
式中n－型腔数
－浇注系统重量(g)
－塑件重量(g)
－注射机额定注射量(g)
因n=2得：
故
故
再根据塑料制品的体积或质量以及塑件形状一般，塑件熔体粘度一般，所需注射压力通常为100-140MPa。查教材（塑料成型工艺与模具设计表4.2）或有关手册选定注射机型号为：
XS-ZY-125
注塑机的参数如下：
注塑机最大注塑量：125cm3；锁模力：900kN；
注塑压力：120Mpa； 最小模厚：200mm；
开模行程：300mm； 注塑机定位孔直径：100mm；
喷嘴前端孔径：4mm； 喷嘴球面半径：SR12mm；
注塑机拉杆的间距：260×290/mm×mm。

第五章 校核注射机有关工艺参数
5.1最大注塑量参数校核
注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的80%。并且此次的模具为一模二腔，所以，选用的注塑机最大注塑量应：

式中：——注塑机的最大注塑量，g；
——塑件的体积，g该产品=26.3g；
——浇注系统体积，g，该产品=6.5g
；

故：
此处选定的注塑机满足注射量校核要求。
5.2锁模力校核

式中 ——熔融塑料在分型面上的涨开力，N。；
——塑料熔体对型腔的成型压力，MPa，其大小一般是注射压力的80%，注
射压力大小上面注塑机的参数已写；
n——型腔的数量；
——单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2
——浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2
——注射机的额定锁模力，N。；

故： ；此注塑机满足锁模力要求。
5.3、模具厚度H与注射机闭合高度

5.3.1模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和推杆间距相适应：
模具长×宽<拉杆面积；
即200×250<推杆间距（260×290）
5.3.2由于此次采用的是单分型面，注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件（包括浇注
系统）所需的开模距，
即满足下式：

式中 ——注射机最大开模行程，300mm；
——模具实际高度；
——注射机最小闭合尺寸
——推出距离（脱模距离），15mm；
——塑料高度（包括浇注系统在内），74mm；
则：
故：此注塑机满足开模行程的较核要求。

参考文献
[1]屈华昌主编.《塑料成型工艺与模具设计》.北京:高等教育出版社,2001
[2]李澄,吴天生,闻百桥主编.《机械制图》.北京:高等教育出版社,1997
[3]《塑料模设计手册》编写组主编.《塑料模设计手册》(第二版).北京:机械工业出版社,2002
[4]许发樾主编.《实用模具设计与制造手册》.北京：机械工业出版社，2002
[5]吴兆祥主编.《模具材料及表面处理》.北京:机械出版社,2000
[6]陈于萍主编.《互换性与测量技术基础》.北京:机械工业出版社,2001
[7]冯炳尧，韩泰荣，将文森主编《模具设计与制造简明手册》，上海科学技术