塑料殼體模具設計

塑 料 模 具 課 程 設 計 說 明 書設計題目 塑料殼體模具機械工程 系 模具設計與制造 專業(yè)班級學號 設計人指導老師 目 錄一.塑件成型工藝性分析2二.分型面位置的確定2三.確定型腔數(shù)量和排列方式2四.模具結構形式的確定3五.注射機型號的選定3五.澆注系統(tǒng)的設計5七.成型零件的結構設計和計算12八.合模導向機構的設計16九.脫模推出機構的設計19十.濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計21塑料殼體模具設計一.塑件成型工藝性分析該塑料件是一殼體,塑件壁屬厚壁塑件,生產(chǎn)批量大,材料選PS,考慮到主流道應盡可能短,一般小于60mm,過長則會影響熔體的順利充型,因此采用下例數(shù)據(jù):材料 A B C D E F G H I J PS 60 80 25 4 3 45 20 74 12 35二.分型面位置的確定 根據(jù)塑件結構形式分型面應選在I上如下圖:三.確定型腔數(shù)量和排列方式1.該塑件精度要求不高,批量大,可以采用一模多腔,考慮到模具的制造費用和設備的運轉費用,定為一模四腔。2.型腔排列形式的確定如下圖:四.模具結構形式的確定 從上面的分析中可知本模具采用一模四腔,雙列直排,推件板推出,流道采用平衡式,澆口采用側澆口,動模部分需要一塊型芯,固定板,支撐板.五.注射機型號的選定1.通過Pro/E建模分析,塑件為m1=26.5g,v1=m1/, =1.05V1=25.2cm3,流道凝料的質量m2=0.6m1 m=1.6nm1=2.塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需的鎖模力. 流道凝料(包括澆口)在分型面上的投影面積A2,A2可用0.35nA1來進行估算,所以 A=nA1+A2=1.35A1 n=1.354A1=25920mm2 式中A1=8060=4800mm2查表2-2<塑料模具設計指導>取P型=25MpaFm=AP型=2592025=648000N3.選擇注射機 根據(jù)每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計算值可選用SZ-250/1250理論注射量/cm3_270_ 鎖模力/ KN 1250_螺桿直徑/mm _45_ 拉桿內(nèi)間距/mm_415415注射壓力/ MPa 160_ 移模行程/mm_360_注射速率/g/s_110_ 最大模厚/mm_塑化能力/_18.9 最小模厚/mm150螺桿轉速/10200_ 定位孔直徑/mm160噴嘴半徑/mm15 鎖模方式/雙曲肘4.注射機有關參數(shù)的校核n(KMt/3600-m2)/m1=(0.810.530/3600)-m2/m2 =(0.8*18.9*3600*30/3600-0.6*4*26.5)/26.5 =14.74型腔數(shù)校核合格.式中,K注射機最大注射量的利用系數(shù)一般取0.8 m-注射機的額定塑化量(10.5g/s) t成型周期取30s1)注射壓力的校核 PekP0=1.3150=195Mpa K-注射壓力的安全系數(shù),一般取K=1.25-1.4 P0-取130Mpa,中等壁厚件2)鎖模力校核 FKAP型=1.2648=777.6KN.而F=1250 KN K0鎖模力安全系數(shù),一般取K0=1.1-1.2 其他安裝尺寸的校核要待模架的選定,結構尺寸確定后才可進行.六. 澆注系統(tǒng)的設計1. 主流道設計1)主流道尺寸設計 根據(jù)所選注射機,則主流道小端尺寸為 d=注射機噴嘴尺寸+(0.51) =3.5+0.5=42) 主流道球面半徑為 SR=噴嘴球面半徑+(12)=15+(12)=16mm3) 球面配合高度 h=3mm5mm,取h=3mm4) 主流道長度,盡量小于60,由標準模架結合該模具的結構,取L=25+20=45mm5) 主流道大端直徑 D=d+2Ltan=6.54mm(半錐角為1- 2,取= 2)取D=6.5mm.6) 澆口套總長 L0=25+20+h+2=502. 主流道襯套的形式 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸屬易損件,對材料要求嚴格,因而模具主流道部分常設計可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套,以便常用碳素工具鋼如T8A,T10A等,熱處理硬度為50HRC-55HRC.如圖示由于該模具主流道較長,定位圈和襯套設計成分體式較宜,其定位圈結構尺寸如下圖3.主流道襯套的固定 主流道襯套的固定形式如圖4.冷料穴的設計1)主流道冷料穴的設計 開模時應將主流道中的凝料拉出,所以冷料穴直徑稍大于主流道大端直徑.采用Z形頭冷料穴,很容易將主流道凝料拉離定模,如圖所示1；定模座板 2；冷料穴 3；動模板 4；推桿主流道凝料體積Q主= h/12(D2+Dd+d2)=40/12(6.52+6.53.5+3.52) =809mm2=0.8cm3主流道剪切速率校核 由經(jīng)驗公式 v=3.3qv/Rqv=q主+q分+q塑件=0.8+425.28+0.58=102.5cm2Rn=（3.5+6.5）/2/2=0.25cm 主流道剪切速率偏小主要是注射量小，噴嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。5 分流道設計分流道布置形式 分流道布置有多種形式，但是需要循兩方面原則：一方面排列緊湊，縮小模具版面尺寸；另一方面流程盡量短，鎖模力力求平衡。應采用平衡式分流道。如圖：分流道長度第一級分流道 L1=50mm第二級分流道 L2=15mm分流道的形式.截面尺寸以及凝料體積為了便于加工及凝料脫模，分流道大多設置在分型面上。工程設計中常用梯形截面，加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失.流動阻力均不大，一般采用下面的經(jīng)驗公式可確定其截面尺寸，即 B=0.2654式中，B-梯形大底邊的寬度 m-塑件的質量（g），為26.5g根據(jù)塑料模具設計手冊表4-9，取B=4 H=2/3B=2.67mm 取H=3mm 從理論上L2,L3分流道可以L1截面小1/10,但為了刀具的統(tǒng)一和加工方便,在分型面上的分流道采用一樣的截面.分流道的表面粗糙度由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63m-1.6m，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動阻力，避免熔體表面滑移，使中心層具有較高的剪切速率。此處Ra=0.8m。 凝料體積分流道長度 L=（50+82+12）2=136mm分流道截面積 A=（3+4）/23=10.5mm2凝料體積 q分=13610.5=1428mm3=1.428cm3分流道剪切速率校核采用經(jīng)驗公式 r =3.3q/R 3=3.3101.12/(3.140.253)=6801式中 q=1/t=425.28=101.126澆口的設計 澆口截面積通常為分流道截面積的0.07倍0.09倍，澆口截面積形狀多為矩形和圓形兩種，澆口長度為0.5mm2mm。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模時逐漸修正。1 澆口類型及位置確定該模具是中小型塑件的多型腔模具，設置側澆口比較合適。側澆口開設在垂直分型面上，從型腔（塑件）外側面進料，側澆口是典型的矩形截面澆口，能很方便的調(diào)整充模時的剪切速率和澆口封閉時間，因而又被稱為標準澆口。這類澆口加工容易，修正方便，并且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具。2 澆口結構尺寸的經(jīng)驗公式側澆口深度和寬度經(jīng)驗計算：經(jīng)驗公式為 h=nt=1mm w=2.3式中，h-側澆口深度（mm）； W-澆口寬度（mm）； A-塑件外表面積； t-塑件厚度（約為3mm ） n-塑料系數(shù)，查表得 n=0.67 澆注系統(tǒng)的平衡對于該模具，從主流道到各個型腔的分流道的長度相等，形狀及截面尺寸對應相同，各個澆口也相同，澆注是平衡的。8 澆注系統(tǒng)凝料體積計算 主流道與主流道冷料井凝料體積 V主=v錐v冷=h/12（D2+Dd+d2）+/4（D2h）=15919.8mm39 普通澆注系統(tǒng)截面尺的計算與校核確定適當?shù)募羟兴俾蕆根據(jù)經(jīng)驗澆注系統(tǒng)各段的r取以下值，所成型塑件質量較好。 主流道 rs=5102s-15103s-1 分流道 R=5102s-1 點澆口 rG=105s-1 其他澆口 rG=5103s-15104s-1 確定體積流率q1）. 主流道體積流率qs 因塑件小，即使是一模四腔的模具結構，所需注射塑料熔體的體積也還是比較小的，而主流道尺寸并不小，因此主流道體積流率并不大，取rs=1103s-1代入得 qs=/4R3=/41030.33=21.9cm3/s2）. 澆口體積流率qG 側（矩形）澆口用適當?shù)募羟兴俾蕆G=1104s-1代入得 qG=Wh2/6=2.30.12104/6=38cm3/s. 注射時間（充模時間）的計算 1）.模具充模時間 ts=vs/qs=25.28/21.9=1.15s 式中 qs-主流道體積流率； ts-注射時間，s； Vs-模具成型時所需塑料熔體的體積，cm32）. 單個型腔充模時間 tG=VG/qG=25.25/38=0.66s3）. 注射時間 根據(jù)經(jīng)驗公式5求得注射時間 t=ts/3+2tG/3=0.82s4 校核各處剪切速率1）.澆口剪切速率 rG=6V3/Wh2=625.25/2.30.12=6.59103s-12）.分流道剪切速率 由經(jīng)驗公式 =3.3q/R3=3.3101.12/3.140.253 =6.8103s-1七.成型零件的結構設計和計算塑料模具型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用應具有足夠的強度和剛度，如果型腔側壁和底版厚度過小，可能因強度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞，也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。1.模部分的型芯 為了便于加工設置一個定模型芯，它的配合可以采用過盈配合。 2.成型零件鋼材的選用 零件是大批量生產(chǎn)，成型零件所選用鋼材耐磨性和抗疲勞性能應該良好，機械加工性能和拋光性能也應該良好，因此構成型腔的嵌入式凹模鋼材選用SMI3.成型零件工作尺寸的計算 塑件尺寸公差按SJ137278標準中的6級精度選取1）.型腔徑向尺寸Lm1=(1+s)Ls1-x+20=(1+s)80-0.580.70+0.120 =80.28+0.120Lm2=(1+s)Ls2- x+20=1.003560-0.580.7+0.120 =59.79+0.120式中， S塑件平均收縮率S=（0.006+0.008）=0.0035X修正系數(shù)（取0.58） 塑件公差值（查塑件公差表取0.70）2制造公差，（取/5） 參考塑料模具設計手冊P49型腔深度尺寸 Hm=（1+s）h-x0+=24.7+0.120 式中，h塑件厚度最大尺寸（取25）x修正系數(shù)（取0.56） 塑件公差值（取0.40）參考塑料模具設計手冊P47型芯高度尺寸hm=（1+s）H+x0-2=3.130-0.04式中，h塑件厚度最小尺寸（取3） X修正系數(shù)（取0.58） 塑件公差值（查塑件公差表取0.20）模架的確定和標準件的選用 模架尺寸確定后，對模具有關零件要進行必要的強度或剛度的計算，以校核所選模架是否適當，尤其對大型模具。 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結合標準模架，選用模架尺寸為250mm315mm的標準模架，可符合要求。 模具上所有的螺釘盡量采用內(nèi)六角螺釘，模具外表盡量不要有突出部分，模具外表面應光潔，加涂防銹油。兩模板之間應用分模間隙，即在裝配，調(diào)試，維修過程中，可以方便地分開兩塊模板。1 定模座板（315mm315mm，厚25mm）材料為45鋼.通過4個M10的內(nèi)角圓柱螺釘與定模板連接定位圈通過4個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與其連接，定模座板與澆口套為H8/f8配合。2.定模板（凸模固定板）（250mm315mm，厚20mm）固定板應有一定的厚度，并有足夠的強度，一般用45鋼或Q235A制成，最好用調(diào)質230HB270HB。其上的導套孔與導套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7，定模板與澆口套采用H8/m6配合，定模板與圓筒型芯為H7/m6配合。3.支撐板（180 mm250mm）支撐板應具備較高的平行度和硬度。4.墊塊（40mm315mm，厚50mm） 1）主要作用 在動模座板與支撐板之間形成推出機構的動作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應注射機的模具安裝厚度要求。 2.）結構形式可以是平行墊塊或拐角墊塊，該模具采用平行墊塊。 3.）墊塊材料 墊塊材料為Q235A，也可用HT200，球墨鑄鐵等，該模具墊塊采用Q235A制造。 4.）墊塊的高度h校核. H=h1+h2+h3+s+=0+16+12.5+18+3.5=50mm式中，h1推板厚度，為16mmh2推桿固定板厚度，為12.5mmh3推出行程， 為18mm推出行程富余量，一般為2mm6mm，取3.5mm5.）動模座板（315mm315mm，厚25mm）材料為45鋼，注射機頂桿孔為 mm，其上的推板導柱孔與導柱采用H7/m6配合。6.）推板（118mm315mm，厚16mm） 材料為45鋼，其上的推板導套孔和推導套采用H7/k6配合，用4個，M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與推桿固定板固定。7.）推桿固定板（118mm315mm。厚12.5mm） 材料為45鋼，其上的推板導套孔與推板導套采用H7/f6配合。八.合模導向機構的設計 1.導向機構的總體設計1. ）導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部分。2. ）該模具采用4根導柱，其分布為等直徑導柱不對稱裝置3. ）該模具導柱安裝在支撐板和模套上，導套安裝在定模固定板上。4. ）為了保證分型面很好的接觸，采用在導套的孔口倒角。5. ）在合模時，應保證到向零件首先接觸。6. ）動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。2.到導柱的設計 該模具采用帶頭導柱,不加油槽,如下圖示導柱的長度必須比凸模端面高度高出,6mm8mm.1.) 為使導柱能順利地進入導向孔,導柱的端部常做成錐形或球形的先導部分.2.) 導柱的直徑應根據(jù)模具尺寸來確定,應保證具有足夠的抗彎強度,該導柱直徑由標準模架可知為mm.3.) 導柱的安裝形式,導柱固定部分與模架按H7/f6配合,導柱的滑動部分按H7/f7或H8f7的間隙配合.4.) 導柱工作部分的表面粗糙度為Ra=0.4mm5.) 導柱應具有堅硬耐磨的表面,堅韌而不易折斷的內(nèi)芯.多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A.T10A,經(jīng)淬火處理,硬度為50HRC以上或45鋼經(jīng)調(diào)質表面淬火,低溫回火,硬度為50HRC以上.3.導套設計 導套與安裝在另一半模上的導柱相配合,用一確定運動定模的相對位置,保證模具運動導柱相配合,用以確定運動定模的相對位置,保證模具運動導向精度的圓套形零件.導套常用的結構形式有兩種:直導套(GB/T41692.2-1984(帶頭導套(GB/T4169.31984).1.) 結構形式,采用帶頭導套(型)如圖所示2.) 導套的端面應倒角,導柱孔最好做成面孔,利于排出孔內(nèi)剩余空氣.3.) 導套孔的滑動部分按H8/f7或H7/f7的間隙配合,表面粗糙度為0.4mm.導套外徑與模板一端采用H7/k6配合;另一端采用H7/e7配合 入模板.4.) 導套材料可用,淬火鋼或青銅合金等耐磨材料制造該模具中采用T8A.4.推板導柱與導套設計推板導柱除了起導向作用外,還支撐著支撐板,從而改善了支撐板的受力情況,大大提高了支撐板的剛性,該模具設置了4套推板導柱與導套,它們之間采用H8/f7配合其形狀與尺寸配合如圖所示九.脫模推出機構的設計注射成型每一循環(huán)中,塑件必須準確無誤地從模具的凹模中型芯上脫出,完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構也常推出機構1. 塑件推出的基本方式1.) 推桿推出 推桿推出是一種基本的,也是一種常用的塑件推出方式常用的推桿形式有圓形,矩形,階梯形.2.) 推件板推出對于輪廓封閉且周長較長的塑件,采用推件推出結構.推件板推出部分的形狀根據(jù)塑件形狀而定.3.) 氣壓推出對于大型深型塑件,經(jīng)常采用或 助氣壓推出方式本模具,考慮到塑件輪廓封閉且周長較長故采用推板推出.脫模力的計算脫模力是指將塑件從型芯上脫出時所需克服的阻力它是設計脫模機構上午重要依據(jù)之一.F阻=f(F正-F脫.sin)=f.F正-f.F脫sin式中, F阻摩擦阻力（N） f摩擦系數(shù),一般取f=0.151.0 (取f=0.3)F正塑件收縮對型芯產(chǎn)生的正壓力即包緊力（N）F脫脫模脫模斜率，一般為12（取=1）根據(jù)受力圖可列平衡方程式 F脫+ F正sin= F阻. cos 由于，一般很小，式中（f.F脫sin項之值可以忽悠。F脫= f.F正cos- F正sin=F正(f. cos-sin)PAF正= PA 式中,P塑件對型芯產(chǎn)生的單位正壓力（包緊力），一般為P=812MPa薄件取小值，厚件取大值，（P=10MPa） A塑件包緊型芯側面積（mm） A F脫=22X74=1628mm2 F正= AP=1628 X10=16280NF脫= F正(f. cos-sin)=16280 X0.2=3256N由于塑件有孔不需要計算,真空吸引阻力 F總脫=n(F脫+F阻)=4 X3256=13024N推桿的尺寸計算,圓形推桿的直徑可由歐拉公式簡化得,d=k(* 式中, d推桿直徑（mm） L推桿長度（mm） F脫塑件的脫模力（N） E推桿材料的彈性模量（MPa） n推桿數(shù)量 k安全系數(shù)，取k=1.5推桿直徑確定后，還應進行強度校核 d =5.49十.濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計1. 加熱系統(tǒng)由于該套模具的模溫要求在80以下，又是中小型模具，所以無需設置加熱裝置。2. 冷卻系統(tǒng)一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200左右，塑件固化后，從模具型腔中取出時其溫度在60以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并迅速脫模。因為PS黏度低流動性好，因為成型工藝要求模溫都不太高，所以常用溫水對模具進行冷卻。PS的成型溫度和模具溫度分別260280，3265用常溫水對模具進行冷卻。 1.）冷卻介質 冷卻介質有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低，用水冷卻即在模具型腔周圍或內(nèi)部開設冷卻水道 2.）冷卻系統(tǒng)的簡略計算 如果忽略模具因空氣對流，熱輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，不考慮模具金屬材料的熱阻，可對模具冷卻系統(tǒng)進行初步和簡略計算。 1.）求塑件在固化時每小時釋放的熱量Q查塑料制品成型與模具設計表425 PS單位質量放出的熱量Q=2.8 X102KJ/kg3.5 X102 KJ/kg 取， Q1=3.5 X102KJ/kg 故 Q= Q1 X W0.215 X 3.5 X102 X60=4275KJ/h 式中，W單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料質量（KJ/h）該模具每分鐘注射2次 所以，W=2 X102.5 X1.05=0.215kg/min2.）求冷卻水的體積流量 qv=WQ1/PC1(Q1-Q2)=215.253.5102/4.187103(25-20) =3.5910-3m3/min 式中 ，e冷卻水的密度，為1 X103kg/m3c1冷卻水的比熱容，為4.187kj/kg.Q1冷卻水出口溫度，取25Q2冷卻水入口溫度，取203.）求冷卻管道直徑 查塑料制品成型及模具設計表4-27，取f=6.84（水溫為25）取d=8mm求冷卻管道總傳熱面積A 由公式得，A=60WQ1/hQ1=600.2153.5102 /h65-(25+20)/2=22.410-3 m2式中，Q模具溫度與冷卻水溫之間的平均溫度差（）模具溫度取654.）計算凹模上座設冷卻管總長度（mm）由于傳熱面積A=dL所以。L=A/d=22.410-3 (3.14810-6)=0.887m5.）求凹模所需冷卻水管根數(shù) n=L/B （B為模具的寬度） =0.887/0.315=2.83孔25