圆盖塑料模具设计.doc

绪 论1塑料成型模具在加工工业中的地位塑料成型所用的模具称为熟料成型模，是用于成型熟料制件的模具，它是型腔模的一种类型。目前，熟料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民平常生活的各个领域，因此，对塑料模具生产不断向前发展起着推动作用。现代塑料成型生产中，塑料制件的质量与塑料成型模具、塑料成型设备和塑料成型工艺密切相关。其中，整套图纸加完整说明书：扣扣。塑料成型模具的质量最为关键。规定塑料模具能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均能满足使用规定的优质制品。从模具使用角度，规定高效率、自动化、操作简便；从模具制造角度，规定结构合理、制造简易、成本低廉。模具是决定最终产品性能、规格、形状机尺寸精度的载体，塑料成型模具是使塑料成型生产过程顺利进行、保证塑料成型制件质量不可缺少的工艺装备，是体现塑料成型设备高效率、高性能和合理先进塑料成型工艺的具体实行者，也是新产品开发的决定性环节。随着我国经济与国际的接轨和国家经济建设连续稳定的发展，塑料制件的应用快速上升，模具设计与制造和塑料成型的各类公司日益增多，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响日益重要。2塑料模具的现状从塑料模具的发展状况看，中国的模具产品的10大类46个小类中，塑料模具占模具总量的40左右。整套图纸加完整说明书：扣扣。 如今，塑料在家电、汽车、电子、电器、通讯等产品中得到迅速而广泛的应用，在此进程中，塑料模具在整个模具产业中的比重将占到半壁江山，塑料模具在进出口中的比重更高达5060。据专家预测分析，今年进口模具仍然以与汽车和家电配套大型的注塑模具、为集成电路配套的塑封模具、为电子信息产业和机械包装配套的多层、多腔、多材质、多色、精密度高的塑料模具为主；与此同时，中低档塑料模具出口将上升30左右。中国模具进口重要来源于日本、中国台湾、韩国等，出口货源和进口目的地以广东、上海、北京、江苏居多，而中国塑料模具出口目的地比较分散，重要是输往中国香港地区，其中不少为转口贸易。3塑料成型模具的发展趋势目前为止，我国在塑料模的制造精度、模具标准化限度、制造周期、模具寿命以及塑料成型设备的自动化限度和精度等方面已有了长足的进步。从塑料成型模具的设计理论、设计实践和制造技术出发，实践与制造大体有以下几个方面的发展趋势。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化规定越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不仅能缩短模具制造周期，减少模具制导致本并且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。第一章 塑件工艺性分析零件名称：圆盖（如图1-1所示）生产批量：大批量材料：ABS关键词：整套图纸加完整说明书：扣扣。未注公差取MT5级精度规定设计圆盖模具 图1-1圆盖塑件图塑件的工艺性分析涉及塑件的原材料分析、塑件的尺寸精度分析、塑件表面质量和塑件的结构工艺分析，其具体分析如下。1.1塑件原材料分析见表1-1。表1-1塑件的原材料分析材料品种ABS,属于热塑性塑料。结构特点无定形高聚物，透明。使用温度只能在较低温度下使用，热变形温度一般在7098。化学稳定性有一定的化学稳定性，能耐碱、硫酸、磷酸。10%30%的盐酸、稀硝酸及其他有机酸，但不耐硝酸及氧化剂的作用等。性能特点电绝缘性（特别是高频绝缘性）优良，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性、耐水性良好，机械强度一般。成型特点无定性料，吸湿性小，不易分解；流动性较好（溢边值为0.03mm左右），可用螺杆或柱塞注射机成型；喷嘴用直通式或自锁式，但应防止飞边；易采用高料温、高模温、低注射压力、延长注射时间，有助于减少内应力，防止缩孔、变形。结论1. 流动性好采用螺杆或柱塞式注射机成型，喷嘴用直通式或自锁式；可采用各种形式的浇口，浇口和塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件；脱模斜度应大，顶出均匀，以防脱模不良而发生开裂变形。2. 温度敏性高，对料温应严格控制，否则会出现“银丝”、透明性差现象。3. 塑件壁厚均匀，最佳不带嵌件（如有嵌件应预热），各面应圆弧连接，不宜有缺口、尖角。1.2塑件的尺寸精度、表面质量分析1.2.1塑件的尺寸精度分析该塑件需标注的公差尺寸，属于一般精度规定，其他尺寸均为未标注公差的自由尺寸，可按MT5查取公差，塑件的重要尺寸的公差（单位均为mm）。1.2.2塑件表面质量分析该塑件规定外形美观，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度可取Ra1.6m,而塑件内部没有较高的表面粗糙度规定。1.3塑件的结构工艺分析具体分析如下：(1)从图纸上分析，该塑件基本上为对称体，该塑件大端接触处设计脱模容易，且飞边去除容易，设计合理。(2)该塑件另一端端部有圆弧过渡，便于人手触摸，设计合理。综上所述，该塑件可采用注射成型加工。1.4拟定成型设备选择与模具工艺规程编制(1)计算塑件的体积 V=448，0316mm3（过程略）。(2)计算塑件的质量 计算塑件的质量为了选择注射机及拟定模具型腔数。根据有关手册查得=1.05g/cm3。所以，塑件的质量为： （1）根据塑件形状及尺寸采用一模两件的模具结构；考虑外形尺寸，对塑件及材料的分析及注塑时所需的压力情况，参考模具设计手册出初选柱塞式注射机：XS-Z-60。该注塑机的参数如表1-3所示：表1-3 注塑机的参数额定注射量/cm60螺杆直径/mm38注射压力/Mpa122注射行程/mm170注射方式柱塞式锁模力/KN500最大成型面积/cm130最大开合模行程/mm180模具最大厚度/mm200模具最小厚度/mm70喷嘴圆弧半径/mm12喷嘴孔直径/mm4动定模固定板尺寸/mm330x440拉杆空间/mm190x300合模方式液压-机械顶出方式中心顶出1.5塑件的注射工艺参数的拟定1.5.1ABS注射成型工艺参数ABS注射成型工艺参数见表1-4，试模时，可根据实际情况做适当调整。表1-4ABS工艺参数规 格工艺参数规 格预热和干燥温度t：6075成型时间/s注射时间1545时间s: 2h保压时间03料筒温度t/前段140160冷却时间1560中段160170总周期40120后段170190螺杆转速n/(r/min )48喷嘴温度t/160170后解决方法红外线灯，烤箱模具温度t/3265温度t/70注射压力p/Mpa60110时间s/h241.5.2塑件的结构工艺性分析 圆盖模塑工艺卡见表1-5。表1-5圆盖模塑工艺卡（厂名）塑料注射成型工艺卡片资料编号车间共 页第 页零件名称圆盖材料牌号ABS设备型号XS-Z-60装配图号AN00-00材料定额大批量每模件数4件零件图号单件质量0.470g工装号材料干燥设备温度t/6075时间/h2料筒温度喷嘴/160170前段/140160中段/160170后段/170190模具温度/3265时间注射/s1545保压/s03冷却/s1560压力注射压力Mpa60110背压 Mpa后解决温度/鼓风烤箱70时间定额辅助时间/h24单件检查编制校对审核组长车间主任检查组长主管工程师第二章 注射模的结构设计注射模结构设计重要涉及：分型面的选择，模具型腔数目的拟定及型腔的排列，浇注系统设计，型芯型腔结构的拟定，推件方式，模具结构零件设计等内容。2.1分型面的选择根据塑件制品分型面的设计与选择原则，分型面应当设计在零件截面最大的部位，且不影响零件的外观。塑件就包紧在动模型芯一点，因而留在动模点，这使模具的结构变得简朴，因而选择该方法为模具设计的分型方案。2.2型腔数目的拟定及型腔布局（1）若采用一模一腔，由于此零件的外型尺寸很大，模架相对于这个模具显得特别大，且适合大批量生产。（2）若采用一模多件，生产效率高，资源的运用率也高，这里选用的是一模两腔圆形分布，模具尺寸适中，不适合大批量生产，这样也有助于浇注系统的排列和模具的平衡。2.3浇注系统的设计2.3.1主流道的设计根据手册查得XS-Z-60型注射机喷的有关尺寸如下：喷嘴半径：R1=12mm；喷嘴孔直径：d1= 4mm；根据模具主流道与喷嘴的关系：R=R1+(12)mm；d=d1+(0.51)mm取主流道球面半径：R=14mm；取主流道的小端直径：d= 4.5mm；2.3.2分流道的设计分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂限度，注射速率的因素有关。该塑件的体积比较小，形状也不复杂，本设计采用U型断面分流道，切削加工在动模上，加工容易实现，且比表面积不大，热量损失和阻力损失不太大，查相关经验表格得U型分流道截面半径R=3mm，h=3.75mm,据此，该模具的分流道设计如图2-3a，U型分流道截面如图2-3b所示。图2-3a分流道如图2-3bU型分流道截面2.3.3浇口的设计（1）浇口形式的选择：由于该塑件外观规定、质量规定较高，浇口的位置和大小以不影响该塑件的外观质量为前提，同时也应尽量使模具结构更简朴。根据对该塑件结构的分析，以拟定分型面的位置。综合对塑件成型性能、浇口和模具结构的分析比较，拟定成型该模具采用品平衡点浇口形式。由于形式所得到的型腔零件加工简朴，且浇口容易去除，不影响制品的使用性能和外观质量，容易保证每个型腔内塑件尺寸，如图2-3c所示。2.4型芯、型腔结构的拟定型芯、型腔可采用整体式或组合式结构。整体式型腔是直接在型腔板上在加工，有较高的刚度和强度。但零件尺寸较大时加工和热解决都较困难。整体时型芯结构牢固，成型塑件质量好，但尺寸较大，消耗贵重模具钢多，不便加工和热解决。整体式结构合用于形状简朴的中小型塑件。组合式型腔是由许多拼块镶制而成，机械加工和热解决比较容易，能满足大型塑件的成型需要。组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机加工和热解决，修理更换方便。同时也有助于型芯冷却和排气的实行。由于该塑件尺寸较小，最大只有13.5mm，且形状简朴。若采用拼块组合式型腔，比较麻烦，需要至少8块拼块组成。所以，型腔采用整体式结构。考虑加工和热解决比较困难，型芯采用拼块组合式结构。2.5冷料穴和拉料杆的设计冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免影响塑件的质量。冷料穴是浇注系统的结构组成之，模具常用Z形拉料杆冷料穴。开模时，拉料杆头部的Z字形钩将主流道凝料钩住，使得凝料从主流道中脱出；拉料杆的底部固定在推板上，在推出塑件时凝料一同被推出，最后连同塑件一起脱出模外。图2-8 标准模架第三章 重要零部件的设计计算3.1成型零件工作尺寸计算该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算。查相关手册得改性聚苯乙烯的收缩率为Q=0.4%0.7%，故平均收缩率为S=(0.4%+0.7%)/2=0.55%=0.0055。根据塑件尺寸公差规定，模具的制造公差取z=/3。成型零件尺寸计算见表3-1。表3-1型芯型腔重要工作尺寸计算类别零件图号名称计算公式型腔计算件2定模板件3动模板件2定模板件3动模板型芯计算件2定模板件3动模板3.2模具型腔壁厚的拟定塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此可用整体式圆形型腔壁厚计算公式来拟定型腔点壁厚S和型腔底板厚度T，如图3-2所示。(1)整体式圆形型腔点壁厚的计算a)按刚度条件计算时，其点壁厚为： （2）式中：S型腔的 点壁厚度，mm；P型腔内单位面积熔体压力，Mpa.可取注射成型压力的25%50%,则p取45 Mpa；h型腔高度，mm.本设计型腔高度为h=2mm；E型腔材料的弹性模量，Mpa(一般中碳钢E=2.1105Mpa,预硬化塑料模具钢E=2.2105Mpa)；型腔许用变形量，mm（查相关表得0.05mm，取=0.05mm）。将相关数据代入式（2）中，得：b)按强度条件计算，其点壁厚度为： （3）式中：型腔材料的许用应力，Mpa(一般地，未经淬硬的钢材的许用应力取=78.498Mpa，对淬硬到HRC5358的钢材，取=137.2156.8Mpa,本设计中取=147Mpa)。 XS-Z-60型注射机的额定注射量为mI=60cm3，为使注射成型过程稳定可靠，应有mi=（0.10.8）mI=324cm3因此，该注射机的注射量满足模具的规定。以上分析证明：XS-Z-60型柱塞式注射机能满足规定，故可以采用。根据校核结论，将XS-Z-60型柱塞式注射机填入成型工艺卡。第五章 成型零部件的加工5.1精密注射模具的特点1）精度规定高精密注射模具是用来成型精密塑件的模具，因而对精密模具零件的尺寸精度规定是非常高，必须是以微米（m）为单位进行测量。2）手式加工对机械加工的比例极小精密模具的最重要的制造特点是除了抛光和组装作业外，均不用手式加工。一般模具的机械加工和手式加工所占的比例分别为60%70%和30%40%，而精密模具的机械加工和手式加工所占比例为90%10%。3）模具可进行淬火解决模具零件的硬度越高，则寿命业越高，为使淬火的模具零件具有高精度，则必须采用磨削加工或电加工。如前所述，当模具需进行拼装时，规定各拼块具有很高的精度。根据成型塑件的差异，在每次注塑过程中，模具处在高温曲内，因而当对模具零件采用低温回火后，在成型加工过程中，模具温度有又对零件进行反复回火而使硬度减少。同时还需要考虑残留奥氏体所引起的体积膨胀。一般回火温度至少应是成型加工时模具温度的两倍以上，并适应地进行低温解决以消除残留的奥氏体。5.2模具制造钢材特点1）材料及热解决对退火钢、调质钢、预硬钢、全淬硬钢及析出钢等材料来说，其加工工序都不相同，使用铬钼钢板时，为了提高其机械性能，必须进行调质解决，调质硬度约为30HRC。加工程序为：粗加工调质解决半精加工精加工。在使用预应用钢时，根据钢板厚度和材质，有时热解决的效应没有达成钢板的中心部位。所以在粗加工后，需按照规定硬度再进行热解决。使用全淬硬钢时，则在粗加工后进行退火消除应力，然后按切屑加工、淬火、回火、磨削、电加工及精加工的程序进行加工。至于析出硬化钢、则需在机械加工后进行时效解决。对模具零件进行热解决，特别是进行淬火时，根据零件的形状将会产生不同限度的弯曲和变形，因而，粗加工后需进行退火解决，以消除残余应力。对尺寸精度规定很高的模具零件，如不消除内部应力，则精加工后常会出现变形。一旦在由淬火产生弯曲变形，则不宜使用压力机等进行校直。2）材料硬度和加工的难易限度材料硬度为HRC40时，任可进行铣屑加工，对淬火钢必须使用磨屑加工或电加工。5.3模具机械加工要点1）加工条件根据材料的硬度，也许采用的加工方法有一定的限制，加工效率也有高低。材料硬度为HRC40以下时可进行切削加工，切削加工的加工效率比磨削高。但表面粗糙度却比磨削加工差。材料硬度为HRC40以上时，则只能使用磨削加工或电加工。2）加工形状按加工形状决定采用的加工方法。对轴类加工、孔加工、镗孔加工、平面加工、齿形加工及沟槽加工等所用的加工机械是有限制的。第六章 模具的试模与修模试模中所获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。以检查样件来修正和验收模具，是塑料模具这种特殊产品的特殊性。一方面，在初次试模中我们最常碰到的问题是主线得不到样件。常因塑件被粘附于模腔内，或型芯上，甚至因流道粘着制品被损坏。这是试模一方面应当解决的问题。6.1粘着模腔制品粘着在模腔上，是指塑件在模具启动后，与设计意图相反，离开型芯一点，滞留于模腔内，致使模腔机构失效，制品无法取出的一种反常现象。其重要因素是： （1）注射压力过高，或者注射保压压力过高。（2）注射保压和注射高压时间过长，导致过量充模。（3）冷却时间过短，物料未能固化。（4）模芯温度高于模腔温度，导致反向收缩。（5）型腔内壁残留凹槽，或分型面边沿受过损伤性冲击，增长了脱模阻力。6.2粘着模芯（1）注塑压力和保压压力过高或时间过长而导致过量冲模，特别成型芯上有加强筋槽的制品，情况更为明显。（2）冷却时间过长，制件在模芯上收缩量过大。（3）模腔温度过高，使制件在设定温度内不能充足固化。（4）机筒与喷嘴温度过高，不利于在设定期间内完毕固化。（5）也许存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改善。6.3粘着主流道（1）闭模时间太短，使主流道物料来不及充足收缩。（2）料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完毕料道物料的固化。（3）主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充足收缩。（4）主流道衬套内孔尺寸不妥，未达成比喷嘴孔大0.51mm。（5）主流道拉料杆不能正常工作。一旦发生上述情况，一方面要设法将制品取出模腔（芯），不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤。仔细查找不合理粘膜发生的因素，一方面要对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达成规定，方可进行二次注射。6.4成型缺陷当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件自身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成因素是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其重要因素来着手修正，逐个改善，方可得到抱负的样件。下面就对塑模中常见的成型制品重要缺陷及其改善的措施进行分析。6.4.1注射填充局限性所谓填充局限性是指在足够大的压力、足够大的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。这种现象极为常见。其重要因素有：（1）熔料流动阻力过大这重要有下列因素：主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形状、尺寸不利于熔料流动。尽量采用整圆形、梯形等相似的形状，避免采用半圆形。球缺形料道。熔料前锋冷凝所致。塑料流动性能不佳。制品壁厚过薄。（2）型腔排气不良这是极易被忽视的现象，但以是一个十分重要的问题。模具加工精度超高，排气显得越为重要。特别在模腔的转角处、深凹处等，必须合理地安排顶杆、镶块，运用缝隙充足排气，否则不仅充模困难，并且易产生烧焦现象。（3）锁模力局限性因注射时动模稍后退，制品产生飞边，壁厚加大，使制件料量增长而引起的缺料。应调大锁模力，保证正常制件料量。6.4.2溢边（毛刺、飞边、批锋）与第一项相反，物料不仅充满型腔，并且出现毛刺，特别是在分型面处毛刺变大，甚至在型腔镶块缝隙处也有毛刺存在，其重要因素有:a.注射过量b.锁模力局限性c.流动性过好d.模具局部配合不佳e.模板翘曲变形6.4.3制件尺寸不对的初次试模时，经常出现制件尺寸与设计规定尺寸相差较大。这时不要容易修改型腔，应当从注射工艺上找因素。注射压力过高，保压时间过长，此条件下产生了过量充模，收缩量趋向小值，使制件尺寸变小；模温过高，制件从模腔取出时，体积收缩量大，尺寸偏小。此时调整工艺条件即可。通过调整工艺条件，通常只能在极小范围内使尺寸精华，可以改变制件互相配合的松紧限度，但难以改变公称尺寸。参考文献1 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.北京：高等教育出版社，20232 李学锋.模具设计与制造实训教程M.北京：化学工业出版社，20233 廖月莹，何冰强.塑料模具设计指导与资料汇编M.大连：大连理工大学出版社，20234 周桦，王晓澜，王江涛.模具工使用手册M.南昌：江西科学技术出版社，20235 王好，田宝善，田雁晨.塑料注射模具技巧与实训M.北京：化学工业出版社，20236 湛康焘.机械制图（第三册）M.上海：上海交通大学出版，20237 冯炳尧，韩泰东，蒋文森.模具设计与制造简明手册（第二版）M.上海：上海科学技术出版社，19988 彭建声，吴成明.简明模具工实用技术手册M.北京：机械而工业出版社，20239 模具实用技术丛书编委会. 模具材料与使用寿命M. 北京: 机械工业出版社, 202310 程培源. 模具寿命与材料M. 北京: 机械工业出版社, 202311 党茂根，骆志宾，李集仁. 模具设计与制造M. 西安: 西安电子科技大学出版社, 199512 徐进，陈再枝等. 模具材料应用手册M. 北京：机械工业出版社, 202313 王焕庭，李茂华，徐善国. 机械工程材料M. 大连,大连理工大学出版社， 202314 彭建声，秦晓刚. 模具技术问答（第2版）M. 北京,机械工业出版社，202315 吴兆祥，高枫. 模具材料及表面解决M.北京,机械工业出版社， 202316 模具实用技术丛书编委会. 模具精饰加工及表面强化技术 M. 北京: 机械工业出版社, 202317 黄毅宏，李明辉. 模具制造工艺M. 北京: 机械工业出版社, 202318 张克惠.塑料材料学M.西安:西北工业大学出版社,202319 中国机械工程学会热解决学会,热解决手册编委会.热解决手册(第3版)(典型零件热解决)M.北京:机械工业出版社,202320 王树勋.注塑模具设计与制造实用技术M.广州:华南理工大学出版社,199621 高为国.模具材料M.机械工业出版社,2023