塑件成型工艺性分析模板.doc

一、 塑件成型工艺性分析1、 塑件分析 （1）外形尺寸 该塑件壁厚为3mm,塑件外形尺寸不大，塑件熔体步骤不太长，适合于注射成型。 （2）精度等级 每个尺寸公差全部不一样，有属于通常精度，有属于高精度，就按实际公差进行计算。 （3)脱模斜度 ABS属无定形塑料，成型收缩率较小，选择该塑件上型芯和凹模统一脱模斜度为1度。2、 ABS性能分析 （1）使用性能 综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作通常机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。 （2)成型性能 1）无定型塑料。其品种很多，各品种机电性能及成型特征也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。 2）吸湿性强。含水量应小于0.3%（质量）。必需充足干燥，要求表面光泽塑件应要求长时间预热干燥。 3）流动性中等。溢边料0.04mm左右。 4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈白色痕迹。 （3）ABS关键性能指标 其性能指标见下表ABS性能指标密度/g1.021.08屈服强度/MPa50比体积/0.860.98拉伸强度/MPa38吸水率(%)0.20.4拉伸弹性模量/MPa1.4熔点/130160抗弯强度/MPa80计算收缩率（%）0.40.7抗压强度/MPa53比热熔/1470弯曲弹性模量/MPa1.43、 ABS注射成型过程及工艺参数（1） 注射成型过程1）成型前准备。对ABS色泽、粒度和均匀度等进行检验，因为ABS吸水性较大，成型前应进行充足干燥。2)注射过程。塑件在注射机料和筒内经过加热、塑化达成流动状态后，由模具浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3）塑件后处理。介质为空气和水，处理温度为6075，理时间为1620s。（2）注射工艺参数1）注射机：螺杆式，螺杆转数为31r/min2）料筒温度（):后段150170; 中段160180； 前段180200。3) 喷嘴温度（ ）:170180。4) 模具温度（ ）：5080。5) 注射压力（MPa）:60100。6) 成型时间（s):30.4 (注射时间取2，冷却时间取20.4，辅助时间8)。二、 确定模具结构形式1、 分型面位置确实定经过对塑件结构形式分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件底平面上。2、 型腔数量和排列方法确定 （1）型腔数量确实定 该塑件采取精度通常在23级之间，且为大批量生产，可采取一模多腔结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸大小关系，和制造费用和多种成本费等原因，初步定为一模两腔结构形式。 （2）成型排列形式确实定 多型腔模具尽可采取平衡式排列部署，且要努力争取紧凑。并和浇口开设部位对称。因为该设计选择是一模两腔，故采取直线对称排列. （3）模具结构形式确实定 从上面分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线排列，依据塑件结构形状，推出机构拟采取脱模板推出形式。浇注系统设计时，流道采取对称平衡式，浇口采取侧浇口，且开设在分型面上。所以，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板和脱模板。由上综合分析可确定选择带脱模板单分型面注射模。3、 注射机型号确实定 （1）注射量计算 经计算得塑件体积： =67.359塑件质量： =67.3591.02g=68.7g (2)浇注系统凝料体积初步估算 浇注系统凝料在设计之前是不能确定正确数值，不过能够依据经验根据塑件体积0.21倍来估算。由此次采取流道简单而且较短,所以浇注系统凝料按塑件体积0.2倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体总体积为 =（1+0.2）2=161.66（3） 选择注射机 依据第二步计算得出一次注入模具型腔塑料总质量=121.584，并结合式有：。依据以上计算，初步选定公称注射量为250，注射机型号为SZ-250/1800卧式注射机，其关键技术参数见下表。注射机关键技术参数理论注射容量/250移模行程/mm500螺杆柱塞直径/mmV注射压力/MPa50最大模具厚度/mm350130最小模具厚度/mm200注射速率/g105锁模形式双曲肘塑化能力/g45模具定位孔直径/mm125螺杆转速/r31喷嘴球半径/mm18锁模力/kN1800喷嘴口孔径/mm4拉杆内间距/mm448370（4） 注射机相关参数校核 1)注射压力校核。查表4-1可知，ABS所需注射压力为80110MPa，这里取=100MPa,该注射机公称注射压力=130MPa，注射压力安全系数=1.251.4，这里取=1.2，则： =1.2100=120 ，所以，注射机注射压力合格。2） 锁模力校核 塑件在分型面上投影面积，则 浇注系统在分型面上投影面积，即流道凝料（包含浇口）在分型面上投影面积数值，能够根据多型腔模统计分析来确定。是每个塑件在分型面上投影面积0.20.5倍。因为本例流道设计简单，分流道相对较短，所以流道凝料投影面积能够合适取小部分。这里取=0.2。 塑件和浇注系统在分型面上总投影面积则 模具型腔内胀型力，则 式中，是型腔平均计算压力值。是模具型腔内压力，通常取注射压力20%40%，大致范围为2540MPa.对于粘度较大精度较高塑料制品应取较大值。ABS属中等粘度塑料及有精度要求塑件，故取35MPa。查表4-45可得该注射机公称锁模力，锁模力安全系数为=1.11.2这里取=1.2，则，所以，注射机锁模力合格。三、 浇注系统设计1、主流道设计主流道通常在模具中心塑熔体入口处，它将注射机喷嘴注射出熔体导入分流道或型腔中。主流道形状为圆锥形，方便熔体流动和开模时主流道凝料顺利拔出。主流道尺寸直接影响到熔体流动速度和充模时间。另外，因为其和高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以设计中常设计成可拆卸更换浇口套。（1） 主流道尺寸 1)主流道长度：小型模具应尽可能小于60mm，此次设计中初取50mm进行设计。2) 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=(4+0.5)mm=4.5mm。3) 主流道大端直径：=d+2,式中。4) 主流道球面半径：注射机喷嘴球头半径+（12）mm=（18+2)mm=20mm。5) 球面配合高度：。（2） 主流道凝料体积。（3） 主流道当量半径 。 （4） 主流道浇口套形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处和注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料要求严格，所以尽管小型注射模能够将主流道浇口套和定位圈设计成一个整体，但考虑上述原因通常仍然将其分开来设计，方便于拆卸更换。同时也便于选择优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采取碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC。2、 分流道设计 （1） 分流道部署形式 在设计时应考虑尽可能降低在流道内压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道容积和压力平衡，所以采取平衡式分流道。（2）分流道长度 因为流道设计简单，依据两个型腔结构设计，分流道较短，故设计时可合适选小部分。单边分流道长度取35mm。 (3)分流道当量径 因为该塑件质量，分流道当量直径为 (4)分流道截面形状 为了便于加工和凝料脱模，此次设计采取梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体热量散失、流动阻力均不大。 (5)分流道截面尺寸 设梯形下底宽为x,底面圆角半径R=1mm，并依据表4-6设置梯形高h=3.5mm,则该梯形截面积为 再依据该面积和当量直径为5.15mm圆面积相等，可得，即可得，则梯形上底约为7mm (6)凝料体积 1)分流道长度。 2）分流道截面积。 3）凝料体积 (7)校核剪切速率 1)确定注射时间：查表4-8，可取t=2s。 2）计算分流道体积流量：。 3）由式（4-20）可得剪切速率 该分流道剪切速率处于浇口主流道和分流道最好剪切速率之间，所以，分流道内熔体剪切速率合格。 (8)分流道表面粗糙度和脱模斜度 分流道表面粗糙度要求不是很低，通常取Ra1.252.5m即可，此处取Ra1.6m。另外，其脱模斜度通常在之间，这里取脱模斜度为。3、 浇口设计 该塑件要求不许可有裂纹和变形缺点，表面质量要求较高，采取一模两腔注射，为便于调整充模时剪切速率和封闭时间，所以采取侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔边缘进料。塑件轮毂和外周有4条肋板相连，而浇口正对其中一块肋板，有利于向轮毂和顶部填充。 （1)侧浇口尺寸确实定 1）计算侧浇口深度。依据表4-10，可得侧浇口深度计算公式为 式中，t是塑件壁厚，这里t=3mm；n是塑料成型系数，对于ABS，其成型系数 n=0.7.在工厂进行设计时，浇口深度常常选择小值，方便在以后试模时发觉问题进行修模处理，并依据表4-9中推荐ABS侧浇口厚度为1.21.4mm，故此处浇口深度取1.3mm。 2）计算侧浇口宽度。依据表4-10，可得侧浇口宽度B计算公式为 式中，是塑料成型系数，对于ABS其；A是凹模内表面积（约等于塑件外表面面积）。 3）计算侧浇口长度。依据表4-10，可得侧浇口长度通常选择0.50.75mm，这里取。 （2)侧浇口剪切速率校核1）计算浇口当量半径。由表面积相等可得 ，由此矩形浇口当量半径。2）校核浇口剪切速率确定注射时间：查表4-8，可取t=2s；计算浇口体积流量：。计算浇口剪切速率：，则 该矩形侧浇口剪切速率处于浇口和分流道最好剪切速率之间，所以，浇口剪切速率校核合格。4、 校核主流道剪切速率 上面分别求出了塑件体积、主流道体积、分流道体积（浇口体积太小能够忽略不计）和主流道当量半径，这么就能够校核主流道熔体剪切速率。（） 计算主流道体积流量（） 计算主流道剪切速率主流道内熔体剪切速率处于浇口和分流道最好剪切速率之间，所以，主流道剪切速率校核合格。5、 冷料穴设计及计算 冷料穴在主流道正对面动模板上，其作用关键是搜集熔体前锋冷料，预防冷料进入模具型腔而影响制品表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。因为该塑件表面要求没有印痕，采取脱模板推出塑件，故采取和球头形拉料杆匹配冷料穴。开模时，利用凝料对球头包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。四、 成型零件结构设计及计算、 成型零件结构设计 （）凹模结构设计 凹模成型制品外表面成型零件。按凹模结构不一样可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。依据对塑件结构分析，本设计中采取整体嵌入式凹模。（）凸模结构设计（型芯）凸模是成型塑件内表面成型零件，通常能够分为整体式和组合式两种类型。经过对塑件结构分析可知，该塑件型芯有两个：一个是成型零件内表面大型芯，因塑件包紧力较大，所以设在动模部分；另一个是成型零件中心轴孔内表面小型芯，设计时将其放定模部分，同时有利于分散脱模力和简化模具结构。将这多个部分装配起来。、 成型零件钢材选择 依据对成型塑件综合分析。该塑件成型零件要有足够钢度、强度、耐磨性及良好抗疲惫性能，同时考虑它机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以组成型腔嵌入式凹模钢材选择P20（美国牌号）。对于成型塑件外圆筒大型芯来说，因为脱模时和塑件磨损严重，所以钢材选择高合金工具钢Cr12MoV。而对于成型内部圆筒型芯而言，型芯较小，但塑件中心轮毂包住型芯，型芯需要散发烧量比较多，磨损也比较严重，所以也采取Cr12MoV，型芯中心通冷却水冷却。3、 成型零件工作尺寸计算 采取表4-15中平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差根据塑件零件图中绘定公差计算。（） 凹模径向尺寸计算塑件外部径向尺寸转换：，对应塑件制造公差，对应塑件制造公差。式中，塑件平均收缩率，查表1-2可得ABS收缩率为0.3%0.8%，所其平均收缩率是系数，查表4-15可知通常在0.50.8之间，此处取；分别是塑件上对应尺寸公差（下同）；、是塑件上对应尺寸制造公差，对于中小型塑件取（下同）。（2） 凹模深度尺寸计算 塑件高度方向尺寸转换：塑件高度最大尺寸，对应；塑件轮毂外凸台高度最大尺寸，对应。 式中，、是系数，由查表4-15可知通常在0.50.7之间，此处取，。（3） 型芯径向尺寸计算1） 动模型芯径向尺寸计算。塑件内部径向尺寸转换： 式中，是系数，查表4-15可知通常在0.50.8之间，此处取。2） 动模芯内孔尺寸：式中，是成型塑件轮毂外圆柱孔径向尺寸；值可查表4-15通常在0.50.8之间，此处取。3） 定模型芯尺寸计算。塑件内孔径向尺寸转换： 式中，是模具尺寸计算系数，查表4-15可取0.65.（4) 型芯高度尺寸计算 1)成型塑件内腔大型芯高度。塑件尺寸转换： 式中，是模具尺寸计算系数，查表4-15可知通常在0.50.8之间，此处取。2） 成型塑件中心圆筒型芯高度。塑件中心圆筒高度尺寸转换： （5） 成型孔间间距计算 *塑件型芯及凹模成型尺寸标注见凹模成型尺寸图。4、 成型零件尺寸及动模垫板厚度计算(1) 凹模侧壁厚度计算 凹模侧壁厚度和型腔内压强及凹模深度相关，依据型腔部署，模架初选200mm355mm标准模架，其厚度依据表4-19中刚度公式计算。 式中，p是型腔压力（MPa）；E是材料弹性模量（MPa）；h=W，W是影响变形最大尺寸，而h=28mm；是模具刚度计算许用变形量。依据注射模塑料品种。 式中，凹模侧壁是采取嵌件，为结构紧凑，这里凹模嵌件单边厚选15mm。因为型腔采取直线、对称结构部署，故两个型腔之间壁厚满足结构设计就能够了。型腔和模具周围距离由模板外形尺寸来确定，依据估算模板平面尺寸选择200mm355mm，它比型腔部署尺寸大得多，所以完全满足强度和刚度要求。（2） 动模垫板厚度计算 动模垫板厚度和所选模架两个垫块之间跨度相关，依据前面型腔部署，模架应选在200mm355mm这个范围内，垫块之间跨度约为200mm-40mm-40mm=120mm。那么，依据型腔部署及型芯对动模垫板压力就能够计算得到动模垫板厚度，即 式中，是动模垫板刚度计算许用变形量，；L是两个垫块之间距离，约120mm；是动模垫板长度，取355mm；A是两个型芯投影到动模垫板上面积。单件型芯所受压力面积为 两个型芯面积 对于此动模垫板计算尺寸相对于小型模具来说还能够小些，能够增加2根支承柱来进行支撑，故能够近似得到动模垫板厚度 故动模垫板可根据标准厚度取32mm。五、模架确实定 依据模具型腔布局中心距和凹模嵌件尺寸能够算出凹模嵌件所占平面尺寸为115mm217mm，又考虑凹模最小壁厚，导柱、导套部署等，再同时参考书本4.12.4节中小型标准模架选型经验公式和表4-38，可确定选择模架序号为5号（WL=200mm355mm），模架结构为A4型。1、各模板尺寸确实定 1）A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度为54mm，凹模嵌件深度45mm，又考虑在模板上还要开设冷却水道，还需留出足够距离，故A板厚度取63mm。 2）B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架标准板厚取32mm。 3）C板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+椎杆固定板厚度+（510）mm=（45+20+15+510）mm=8590mm。 经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定为模架序号为5号，板面为200mm355mm，模架结构形式为A4型标准模架。其外形尺寸：宽长高=200mm355284。2、 模架各尺寸校核依据所选注射机来校核模具设计尺寸。1） 模具平面尺寸200mm355mm345mm345mm(拉杆间距)，校核合格。2） 模具高度尺寸264mm，200mm284mm300mm(模具最大厚度和最小厚度)，校核合格。3） 模具开模行程（开模行程），校核合格。六、 排气槽设计该塑件因为采取侧浇口进料，熔体经塑件上方台阶及中间肋板充满型腔，顶部有一个18mm小型芯，其配合间隙可作为气体排出方法，不会在顶部产生憋气现象。同时，底面气体会沿着推杆配合间隙、分型面和型芯和脱模板之间间隙向外排出。七、 脱模推出机构设计 1、推出方法确实定 本塑件圆周采取脱模板、中心采取推杆综合推出方法。脱模板推出时为了减小脱模板和型芯摩擦，设计中在用脱模板和型芯之间留出0.2mm间隙，并采取锥面配合，能够防脱模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板和型芯产生摩擦。2、脱模力计算（1）圆柱大型芯脱模力 因为，所以，此处视为薄壁圆筒塑件，依据式（4-24）脱模力为 式中，各项系数意义见4.9.2节内容。（2） 成型塑件内部圆筒型芯脱模力计算 因为,所以，此处视为厚壁圆筒塑件，同时，因为该塑件内孔是通孔，所以，脱模时不存在真空压力，参考式（4-24）可得脱模力为 对于塑件四个肋板，因为是径向部署，冷却收缩是径向收缩，所以对型芯箍紧力不是太大，关键是粘模力，能够按计算脱模力乘以一个不太大系数，此处考虑为1.2。3、 校核推出机构作用在塑件上单位压应力（1）推出面积 （2）推出应力 （抗压强度）合格八、冷却系统设计冷却系统计算很麻烦，在此只进行简单计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射和注射机接触所散发烧量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出热量应等于冷却水所带走热量。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200和5080。所以，模具温度初步选定为50，用常温水对模具进行冷却。2、冷却系统简单计算（1）单位时间内注入模具中塑料熔体总质量1）塑料制品体积 2) 塑料制品质量 3）塑件壁厚为3mm，能够查表4-34得。取注射时间，脱模时间，则注射周期：。由此得每小时注射次数：N=（3600/30.4）次=118次 4）单位时间内注入模具中塑料熔体总质量：W=Nm=1180.1407kg/h=16.60kg/h (2)确定单位质量塑件在凝固时所放出热量 查表4-35直接可知ABS单位热量值范围在（310400）kJ/kg之间，故可取。 （3）计算冷却水体积流量 设冷却水道入水口水温为，出水口水温为，取水密度水比热容c=4.187kJ/（kg）。则依据公式可得： （4）确定冷却水路直径 当初，查表4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔直径为。 （5）冷却水在管内流速 (6)求冷却管壁和水交界面膜传热系数h 因为平均水温为23.5，查表2-31可得则有： （7）计算冷却水通道导热总面积A （8）计算模具所需冷却水管总长度L （9）冷却水路根数 设每条水路长度为,则冷却水路根数为 由上述计算能够看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不适宜，所以应依据具体情况加以修改。为了提升生产效率，凹模和型芯全部应得到充足冷却。3、 凹模嵌件和型芯冷却水道设置型芯冷却系统计算和凹模冷却系统计算方法基础上是一样，所以不再反复。尤其需要指出是大型和小型芯冷却方法。因为塑件上有四条肋板，大型芯设计时要在型芯上开四条沟槽，同时考虑推杆要经过大型芯推出塑件轮毂部分，所以给冷却系统带来了难度。设计时在大型芯下部采取隔片式冷却水道。凹模嵌件拟采取两条冷却水道进行冷却。九、 导向和定位结构设计注射模导向机构用于动、定模之间开合模导向和脱模机构运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是经过定位圈使模具浇口套能和注射机喷嘴正确定位；而模内定位机构则经过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间精密定位。本模具所成型塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，所以可采取模架本身所带定位结构。十、 总装图和零件图绘制