模具设计毕业设计.doc

前 言第二章 注塑设备选择第2.1节 估算塑件体积 该产品大批量生产故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模，可采用侧浇口自动脱模结构。由于塑件中等大小，所以模具采用一模二腔结构，浇口形式采用侧浇口。2.1.1计算塑件体积由第一章可知塑件材料PMMA的密度为1.161.20 g.cm，收缩率为1.6%2.0%，计算出其平均密度为1.18 g.cm，平均收缩率为1.8%。经测绘初步估算得塑件体积 V=9.18+1.428+7.722+0.33+0.32+2.62=21.6 cm；塑件质量 M= V=21.6 cm1.18 g.cm=25.488g；2.1.2 浇注系统凝料体积的初步估算可按塑件体积的0.6倍估算，由于该模具采用一模二腔。1.所以浇注系统凝料体积为 V=2V0.6=221.60.6=25.92 cm；2.该模具一次注塑所需塑料的体积为 V=2V+ V=221.6+25.92=69.12 cm;第2.2节 注塑机型号的选定 根据塑料制品的体积与质量，以及成型工艺参数初步选定注塑机的型号为 SZ200/1000型卧式螺杆注塑机2.2.1 注塑机的主要技术参数 如表2.1所示 表2.1理论注射容积210 cm开模行程300mm注射压力150MPa最大模具厚度350mm注射速率110g/s最小模具厚度150mm塑化能力14g/s锁模形式双曲肘螺杆转速10250r/min模具定位孔直径125mm螺杆直径42mm喷嘴球头直径15mm锁模力1000kN喷嘴口直径4mm拉杆内间距315315顶出行程90mm注： 该注塑机由宁波市金星塑料机械有限公司生产2.2.2 型腔数量的校核1.由注塑机料筒塑化速率校核型腔数目 n；上式右边122，符合要求。式中 K注塑机最大注塑量的利用系数，取0.8； M注塑机的额定塑化量(g/h或cm/h),该注塑机为14g/s； t成型周期，因塑件较小，壁厚不大，取45s； m单个塑件质量 25.48g； m浇注系统所需塑料质量 30.58g；2.按注射机的最大注射量校核型腔数目 n；上式右边5.42符合要求；式中 m注射机允许的最大注射量(g或cm) 210 cm；3.按注射机的额定锁模力校核型腔数目 注射机在充模过程中产生的胀模力主要作用在两个位置： 在两瓣合模上的作用面积约为A24135=3240mm； 瓣合模与支撑板的接触处的作用面积A17135=2295mm； n 上式右边3.12符合要求；式中 F注射机的额定锁模力(N)，该注射机为410N； A2个塑件在模具分型面上的投影面积(mm), A=2A=6480mm； A浇注系统在模具分型面上的投影面积(mm), A=0.35A=2268mm； P塑料熔体对型腔的成型压(MPa),一般是注射压力的30%65%，该处取型腔的平均压力为45MPa；第三章 拟定模具结构形式第3.1节 分型面位置的确定在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具设计制造都有很大的影响。因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。3.1.1 分型面的选择原则 1.有利于保证塑件的外观质量； 2.分型面应选择在塑件的最大截面处； 3.尽可能使塑件在动模一侧； 4.有利于保证塑件的尺寸精度； 5.有利于简化模具结构； 6.有利于排气； 该塑件在模具设计时已经充分考虑了上述原则，同时根据提供的塑件实体并无侧边凹凸和槽，所以分型时只需轴向抽芯分型。3.1.2分型面的选择及模具结构 充分考虑以上条件及有利于工艺操作，将分型面选择在塑件下表面如图3-1所示 图3-1 1.组合上型芯， 2.定模型腔板， 3.动模型腔板， 4.下型芯。第3.2节 确定型腔数目及排列方式 当塑件分型面确定之后，就需要考虑是采用单型腔模还是多型腔模。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对精度要求不高的小型塑件（没有配合要求），形状简单，有是大批量生产时，若采用多型腔模具，就有独特的优越性，使生产效率大为提高。故有此初步拟定采用一模两腔，如图3-2所示。 图3-2 型腔分布第四章 浇注系统形式和浇口设计浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。第4.1节 主流道设计主流道位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出4.1.1 主流道尺寸1.主流道小端直径 D=4（注射机喷嘴直径）+（0.51） 取D=5mm；2.主流道球面半径 SR=15(注射机喷嘴球头半径)+（12）mm 取SR=16；3.球面配合高度 h=3mm5mm 取h=3mm；4.主流道长度 尽量小于60mm 由标准模架结合该模具结构 取 L=32+22=54mm；5.主流道大端直径 D= D+2tan7.26（取锥角=3） D=7mm；6.浇口套总长 L=56mm；4.1.2主浇道衬套形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触属易损件，对材料要求严格，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效地选用优质钢单独进行加工和热处理，如图所示，材料采用T8钢，热处理淬火后表面硬度为50HRC55HRC，如图4-1所示。为了便于加工和缩短主流道的长度，衬套和定位圈设计成分体式。 图4-1 衬套定位圈的结构尺寸如图4-2所示 图4-2 定位圈第4.2节 分流道设计4.2.1 分流道的布置形式分流道在分型面上的布置与型腔排列相关，但应遵循两方面的原则：一、 排列紧凑，缩小模具板面尺寸；二、 流程尽量要短，锁模力力求平衡。该模具的流道位置布置采用平衡对称式，这样弯折少，长度短，无其他最佳方案选择4.2.2 分流道的长度梯形分流道的单向长度 L=32mm； 总长度 L=2L=64mm。4.2.3 分流道的形状及尺寸为了便于加工及凝料的脱模，分流道大多设置在分型面上，工程设计中常采用梯形截面，加工工艺性能好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大，因此该模具的分流道也采用梯形，可根据以下经验公式确定其截面的尺寸即：B=0.2654 , H=;B=0.26543.28 取B=5, H=4.5；式中 B梯形最大底边的宽度； m塑件的质量（g） 25.488； L单向分流道的长度 35mm； H梯形的高度。注：上式的使用范围，即塑件厚度在3mm以下，质量小于200g，且B的计算结果在3.29.5mm范围内才合理。第4.3节 主流道冷料井设计冷料井位于主流道正对面的动模板上，其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量。开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料井的直径应稍大于主流道大端的直径，该模具采用底部装有拉料杆的Z字形槽冷料井。拉料杆直径d=7（主流道大端直径）+1=8mm， 冷料井深度取11mm。第4.4节 浇口设计浇口是连接流道与型腔之间的一般细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形式、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口截面积通常为分流道截面积的0.070.09倍，浇口的截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度为0.5mm2.0mm。浇口的具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。4.4.1 浇口的类型及位置的确定该模具是中小型塑件的多型腔模具，同时从所提供的塑件中可以看出，在中部33的圆周上设置侧浇口比较合适。侧浇口开在垂直的分型面上，从型腔（塑件）外侧面进料，侧浇口是典型的矩形截面浇口，能方便的调整冲模时的剪切速率和浇口的封闭时间，因而又称为标准浇口。这种浇口加工容易，修整方便，而且可以根据塑件的形状特征灵活的选择进料位置，因此它是广泛应用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具中。4.4.2 浇口结构尺寸的经验计算1.侧浇口深度和宽度经验计算经验公式为 h=nt=0.82=1.6mm， w= =2.23mm；综合实际因素取：h=1mm， w=2mm；式中h侧浇口深度；w浇口宽度；A塑件外表面积；t塑件厚度（平均厚度约为2mm）；n塑件系数，由表 查得n=0.8。 表 塑料材料系数n 塑料系数PE、PSPOM、PC、PPPA、PMMA、PVACPVC n 0.6 0.70.8 0.9 注：源自参考文献1表6.6-52.侧浇口的经验计算 由于侧浇口的种类较多，现将常用的经验数据列于表 表 侧浇口的推荐尺寸塑件壁厚/mm侧浇口尺寸/mm浇口长度L/mm深度h宽度w0.800.501.01.00.82.40.51.50.82.42.43.21.52.22.43.33.26.42.22.43.36.4 注：源自参考文献3表6.6-6综上得侧浇口尺寸：深度h=1.6mm 宽度w=2mm 长度l=1.5mm其尺寸实际应用效果如何，应在试模中检验与改进。4.4.3 浇注系统的平衡对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，因此整个叫住系统理应是平衡的。4.4.4 浇注系统凝料体积计算1.主流道与主流道凝料井凝料计算V=；2.分流道凝料体积V=；3.浇口凝料体积V很小，可取为零。4.浇注系统凝料体积V= V + V + V=1070.236+1417.5+0=2487.736；由于该值小于前面对浇注系统凝料的估算，所以前面的有关浇注系统的各项计算与校核符合要求，不需要从新计算。4.4.5浇注系统各截面流过熔体的体积计算1.流过浇口的体积 V=V =21.6；2.流过分流道的体积 V =V + V=23.01；3.流过主流道的体积 V =2V+ V=48.50；4.4.6普通浇注系统截面尺寸的计算与校核1.确定适当的剪切速率根据经验浇注系统各段的取以下值，所成型塑件质量较好。1） 主流道=2） 分流道=3） 侧浇口 =2确定体积流率（浇注系统中各段的q值是不相同的）1） 主流道体积流率q因塑件小，即使是一模两腔的模具结构，所需注射塑料熔体的体积也不是很大的，而主流道的尺寸并不小（和注射机喷嘴孔直径相关联）因此主流道体积流率并不大，取=代人得 q=21.56/s；2） 浇口体积流率q侧（矩形）浇口用适当的剪切速率=代人得 q=8.5/s；3.注射时间（充模时间）的计算1）模具充模时间 t=2.24s；式中q主流道体积流率；t注射时间，s；V模具成型时所需塑料熔体的体积，；2）单个型腔充模时间 t=2.54s；3）注射时间根据经验公式求得注射时间 t= t/3+2 t/32.44s根据表 可知t注射机最短注射时间，所选时间合理。4.校核各处剪切速率1）浇口剪切速率= 合理；2）分流道剪切速率=，基本合理。式中 q=9.43/s，R=0.65。3）主流道剪切速率=，合理。式中 R=R=0.65cm。第五章 成型零件的结构设计和计算塑料模具型腔在成型过程中受塑料熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度的计算来确定型腔壁厚，尤其对重要的精度要求高的模具型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。第5.1节 型芯和型腔的工作尺寸计算5.1.1 型腔的工作尺寸计算133(1+1.8%)+0.751.28=136.3541.型腔的径向工作尺寸计算公式如下： L=L（1+k）+（3/4）式中 L塑件外形公称尺寸 长135mm，宽25mm； k 塑件的平均收缩率 取1.8%； 塑件的尺寸公差 取MT3级； 模具制造公差 取塑件相应尺寸公差1/31/6;长度方向 L=133(1+1.8%)+0.751.28=136.9宽度方向 L=9(1+1.8%)-0.750.16=9.042型腔的深度工作尺寸计算公式如下： H=H1+k）-（2/3） 代入得 H=17(1+1.8%)-（2/3）=17.175.1.2 型芯的工作尺寸计算1.型芯的径向工作尺寸计算公式如下： l=l（1+k）+（3/4）长度方向 l=112(1+1.8%)+0.750.58 =114.45宽度方向 l=6(1+1.8%)+0.750.16 =6.2282.型芯的高度工作尺寸计算公式如下： h=h（1+k）+（2/3） h=14(1+1.8%)+(2/3)0.18 =14.373.下模芯的径向工作尺寸计算公式如下： l=l（1+k）+（3/4） 长度方向 l=131(1+1.8%)+0.750.61 =133.815宽度方向 l=5(1+1.8%)+0.750.14 =5.194.下模芯的高度工作尺寸计算公式如下： h=h（1+k）+（2/3） h=13(1+1.8%)+(2/3)0.18 =13.355.1.3 型芯位置尺寸计算公式如下： C= C(1+k)/2 C=15(1+1.8)0.2/2=15.270.15.1.4 型腔侧壁及底板厚度的计算1.型腔侧壁厚度计算如图5-11）刚度计算公式S=0.31L式中 S矩形型腔场边的侧壁厚度； P型腔所受压力 60Mpa； L型腔长边长度 136mm； a型腔侧壁受压高度 15mm； a型腔侧壁全高度 17mm；允许变形量 0.040.05mm；E模具材料的弹性模量 200GPa ；模具材料的许用应力 465MPa ； S= 33.6mm 图5-12）按强度计算公式 S= =0.71L； S=32.5mm；2. 型腔底板厚度的计算1）按刚度计算 h= h=2）按强度计算 h= h=13.5mm15mm，符合要求。第六章 合模导向机构设计 当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下设计人员只要按模架规格选用即可，若需要采用精密导向定位装置，则需由设计人员根据模具结构进行具体设计。第6.1节 导向机构的总体设计6.1.1 设计要点1.导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。2.该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱对称分布。3.该模具导柱安装在支撑板上，导套安装在定模固定板上和推板上。4.为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应有承屑槽，即可削去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。5.在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。6.动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。6.1.2 导柱设计 1.该模具采用带头导柱，不加油槽，如图6-1所示。 2.导柱长度必须比凸模端面高度高出6mm8mm。 3.为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分。 4.导柱的直径应根据模具的尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架可知为25mm）。 5.导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/k6配合，导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合。 6.导柱的工作部分的表面粗糙度R=0.4m。 7.导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。 图 6-1 带头导柱6.1.2 导套设计 导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的远套型零件。导套常用的结构类型有两种：直导套（GB/T4169.2-1984）、带头导套（GB/T4169.3-1984）。1.结构形式采用带头导套和直导套两种如图6-2所示；2.导套的端面应倒角，导柱孔做成通孔，利于排出孔内的剩余空气。3.导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为0.4m。导套外径与模板一端采用H7/k6配合；另一端采用H7/e7配合镶入模板。4.导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。 a b 图 6-2 a .带头导套 b.直导套 第七章 脱模推出机构设计第7.1节 脱模推出机构设计注射成型的每一个环节中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称为推出机构。7.1.1 脱模机构设计原则 脱模机构设计时必须遵循以下原则1.因为塑料冷却收缩时抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模；2.顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强条、凸缘、壁厚等处，作用面积尽可能大些，以防止塑件变形和损坏； 3.为保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位； 4.若顶出部位需设在塑件使用或装配的基面上时，为不影响塑件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.050.1mm，否则塑件会引起凸起，影响基面的平整。7.1.2 脱模机构设计该模具采用推板推出机构，其结构如图7-1所示 图 7-1 1.定模型腔板 2.推板 3.推杆 4.动模型腔板 5.型芯1.采用简单脱模机构，在动模一侧施加一次顶出力，就可以实现塑件脱模的机构称为简单脱模机构。通常包括顶杆(或推杆)脱模机构等。2.顶杆多用T8A或T10A材料，头部淬火硬度达50HRC以上，表面粗糙度取Ra值小于0.8m，和顶杆孔呈H8/f8配合。顶杆是模具标准件。第八章 注射机工艺参数校核第8.1节 最大注射压力校核注射机的额定注射压力即为该注射机的最高压力，即 P=150MPa，应该大于注射成型时所需调用的注射压力P即 PkP式中 k安全系数，常取k=1.251.4，这里取1.25实际生产中该模具成型时所需压力P为70120MPa，代入计算符合要求。第8.2节 最大注射量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是注塑机的最大注量的80%。所以，选用的注塑机最大注塑量应满足V=V=0.8210=178.5cm式中 V模具型腔和流道的最大容积； V指定型号与规格的注射机注射容积 该注射机取210cm； 注射系数可取0.750.85 这里取0.8； 倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长，所以最小注射量容积 V =0.25V=0.25210=52.5 cm故每次注射的实际注射量容积V应满足 VVV 而 V=69.12 cm ， 符合要求。第8.3节 锁模力校核所需锁模力计算 F=KAP=1.2874845=472.3kN 而 F=1000kNF， 符合要求。第8.4节 安装尺寸校核8.4.1喷嘴尺寸1.主流道的小端直径D大于注射机喷嘴d，通常为 D=d+(0.51)mm对于该模具d=4mm(见表2.1) 取D=5mm，符合要求。2.主流道入口的球面半径SR应大于注射机喷嘴球半径SR，通常为 SR=SR+(12)mm对于该模具SR=15mm(见表2.1) 取SR=16mm，符合要求。8.4.2.定位圈尺寸注射机定位孔尺寸为55mm，定位圈尺寸取55mm，两者之间采用较松动的间隙配合，符合要求。8.4.3.最大与最小模具厚度模具厚度H应满足 HHH；式中 H=150mm， H=350mm；而该套模具厚度 H=25+80+40+30+20+32+25=252mm ， 符合要求。第8.5节 开模行程和推出机构的校核8.5.1 开模行程校核开模行程 H HH+H+（510）mm式中 H注射机动模板的开模行程(mm) 取300mm； H塑件推出行程(mm) 取15mm； H包括流道在内的塑件高度(mm) 其值为 H=17+11+32+25+（510）=9095mm， 符合要求。8.5.2推出机构校核 该注射机推出行程为90mm，大于H=15mm， 符合要求。第8.6节 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核 该套模具模架的外形尺寸为250mm315mm，而注射机拉杆内间距为315mm315mm，符合要求。