水桶注塑模具

小水桶注射模具设计目 录一 课题任务要求3二 塑件分析及设计方案确定 2.1 塑件分析3 2.2 塑料的选材及性能分析4三 小水桶注射模的详细设计 3.1 塑料注射成型机的选择63.2 注射模具分型面的选择 103.3 确定型腔数 103.4 确定浇注系统 103.5 成型零件设计 113.6 标准模架的选择 133.7 导向与定位机构设计 133.8 脱模推出机构的设计 183.9 温度调节系统的设计 19四 模具装配 4.1 模具的装配 20 4.2 模具的安装及加工要点 21五 总装图 22一 课题任务要求本课题是小水桶注射模设计与应用。主要利用SolidWorks三维设计软件实现模具的设计。完成该注射模具装配图设计，全部零件图纸设计，模具成型零件SolidWorks三维造型设计。二 塑件分析及设计方案确定2.1 塑件分析下图所示为小水桶零件。笔筒零件图2.1.1 结构分析如下从零件图上分析，该零件为斜圆柱筒形，塑件成型壁厚为3mm，壁厚的选择对注塑成型有利。该零件高度为245mm,注塑深度适中。外沿有圆弧状翘起，在各处转角处均有圆角。本零件有足够的脱模斜度，对模具设计有利。综上所述，本零件的模具设计为简单难度。2.1.2 表面质量分析该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有导电杂质外，还要求零件满足实际使用要求。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。2.2 塑料的选材及性能分析本塑件属于一种家庭日用产品，对质量和外观都要求比较严格，如下图所示。其材料采用的是共聚物型的PP材料，其材质为：PP。小水桶实体零件图2.2.1 塑件材料的使用性能PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0以上时非常脆，因此考虑使用的PP材料是加入了14%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。PP的维卡软化温度为150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好，PP不存在环境应力开裂问题；低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低，PP也不像PE那样在高温下仍具有抗氧化性。聚丙烯（PP）是常见塑料中较轻的一种，其电性能优异，可作为耐湿热高频绝缘材料应用。密度为0.900.91。.2.2.2 塑件材料的加工特性（1）结晶性塑料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期余热金属接触已发生分解；（2）流动性极好，溢边值0.03mm左右；（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统的散热应适度；（4）成型收缩范围大，收缩率大，已发生缩孔、凹痕、变形，取向性强；（5）注意控制成型温度，料温低时取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50以下塑件无光泽，已产生熔接痕、流痕；90以上时易发生翘曲、变形；（6） 塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以防止应力集中。塑件材料的物理性能、热性能 密度 g/cm30.900.91质量体积 cm3/g1.101.11吸水率 24h0.010.03熔点 170176熔融指数 g/10min230维卡针入度 140150热变形温度 102115线膨胀系数 10-59.8比热容 J/(kgK)1930热导率 W/(mK)0.126 塑件材料的成形条件 注塑成型机类型螺杆式 密度 g/cm30.900.91 计算收缩率 %1.02.5预热 温度 80100时间 h12料筒温度 后段 160180中段180200前段200220模具温度 8090 注塑压力 MPa70140成形时间 s注塑时间2060高压时间03冷却时间2090总周期50160 螺杆转速 r/min48后处理方法-温度 -时间 h-三 小水桶注射模的详细设计3.1 塑料注射成型机的选择注射机的选取是至关重要的，因为注射机的众多参数需要和模具的相互匹配，否则无法正常使用，这也是我们选择注射机的重要依据。需要计算的参数很多，有注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离。下面通过对一些参数的计算来选取注射机的型号。3.1.1 注射量的计算注塑机的最大注射量是指柱塞或螺杆在作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注出量。为了保证正常的注射成型，选择注射机时，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最大注塑量的80。螺杆式注射机注射其他塑料时的注射量计算 nV+V 单个塑件的容积（cm） 浇注系统和飞边所需要塑件的容积（cm） 注射机额定注射量（cm） 模具型腔数 本制品属于不规则实体，因此，不能通过体积公式来计算体积，必须要借助相关软件来实现体积计算。这里这里，借助了SolidWorks来实现体积的计算。体积大小为：V=514887.97 =514.89cm，对于一模多件的注射模具则要乘上制品的个数，这里是一腔一模，则总体积为514.89cm。对于一次注射体积还要加上浇注系统中凝料的体积，=26cm。所以V=（514.89+26）/0.8=676.11cm3.1.2最大注射压力与模腔压力的计算最大注射压力是指注射过程中位于柱塞或螺杆前端的熔融塑料的压力，用P表示 。由于注射机类型、喷嘴形式、塑料流动特性、浇注系统结构和型腔的流动阻力等影响因素，熔料进入模腔时的压力远小于最大注射压力。 有效注射压力 ：K：压力损失系数。一般取值范围为 （1/4-1/2）,在此取为1/3。选注射机注射机的最大注射压力为: P（模腔压力）熔融型料在型腔内的压力（20MP40MP），在此取=30MP。P/K=30/（1/3）=90MP3.1.3锁模力的计算锁模力是指注射过程中注射机能够提供的防止模具打开的最大锁紧力，用F表示 ，注射模从分型面涨开的力应小于注射机的额定锁模力即：式中F注射机的额定锁模力（N） A、A塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积 （mm）。 P塑料熔体在模腔中的平均压力（Mpa），在此取30Mpa。 模具型腔数，为1。经过SolidWorks计算3.1.4 注射机型号的选定根据以上的计算，以及塑件结构及外形尺寸、注射时所需压力等情况，选用注射机为JPH250-B型，基本参数型号JPH250-B拉杆内间距/mm结构形式卧式模板行程/mm830理论注射容量/g740最大模具厚度/mm1050螺杆直径/mm67最小模具厚度/mm220注射压力/164锁模形式液压注射速率/（g/s）164模具定位孔直径/mm塑化能力/（g/s）95喷嘴球半径/mmR15螺杆转速/（r/min）0140喷嘴口半径/mmR16锁模力/KN2500生产厂家3.1.5 注射机有关工艺参数的校核（1）注射量的校核 0.8MMM 即式中： 注塑机的最大注塑量，；塑件的体积，该零件514.89cm浇注系统体积，g，该零件26。故 即此处选定的注塑机注塑量为740g,所以满足要求。（2）锁模力的校核。 在上面已经计算出 此处选定的注塑机为2500KN，满足要求。（3）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核。模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸的拉杆间距相适应：模具长宽拉杆面积即 450500560510故满足要求。模具闭合高度校核本模具的闭合高度为 ，JPH250-B型注射机所允许模具的最小闭合厚度为，最大厚度为， 即模具满足： 的安装条件。（4）开模行程校核注射机的开模行程应满足分开模具取出塑件的需要。所选注塑机为JPH250-B型，其最大行程与模具厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式：（510） 式中 注塑机最大开模行程，。H推出距离，这里为30； H包括浇注系统在内的塑件高度，这里为295；因为 S830HH（510）3029510335故开模行程满足要求。3.2 注射模具分型面的选择3.2.1 分型面的基本形式分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面。3.2.2 分型面的设计根据分型面的设计原则，结合相关零件的特点，选择零件的最大端为分型面，这样，在开模时容易取出零件。具体的形式如图所示： 分型面的选择3.3确定型腔数考虑到塑件的体积和注射机的锁模力范围，在这里选择一模一腔结构。3.4确定浇注系统注射模的浇注系统是指塑料从注射机喷嘴进入模具开始到型腔入口为止(不包括型腔)的塑料流动通道。 鉴于产品外观的要求，我们选择直流道浇口形式。从塑料筒底部进料，所产生的痕迹在筒底不影响正常使用。 主浇道的形状 一般为圆锥形，并取锥角 =25。这个斜度比一般的脱模斜度大，主要是为了减少主浇道凝料的脱模阻力。主浇道入口直径d1应比喷咀孔径d大些 。避免喷嘴与浇口套之间造成死角而积存冷料 ，影响浇注系统凝料脱出。 这里d=4mm，d1=6mm。 在主浇道出口处设置圆角，有利于熔料的平稳转向，同时还可减小料流阻力。 这里取r1=2mm 。 为了保证注射机喷嘴头部与浇注系统进料处的良好吻合避免由于积存冷料而影响脱模，一般，要求浇口套凹球面半径R比喷咀球面半径r大12mm，即 这里r=15mm，R=16mm。 为了减少浇注系统的凝料消耗，减小熔料的压力损失，同时如果结构上没有特别需要，主浇道长度应尽可能短些，一般 在这里取H=60mm。定位环尺寸由上面的注射机可知 定位孔直径为150mm，定位孔深度为40mm。3.5成型零件设计3.5.1注射模具型腔的结构设计型腔大体有以下几种结构形式：a）整体式整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是：强度和刚度都相对较高，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。适用于形状较为简单的中、小型模具。b）整体组合式型腔由整块材料制成，用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工。c）局部组合式型腔由整块材料制成，但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多用于型腔较深或形状较为复杂，整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。d）完全组合式完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是，便于机加工便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上。由于本模具结构简单，所以考虑选用整体式结构。型腔的成型尺寸计算计算公式如下： 参数确定K平成形尺寸计算中所用的材料为PP，查参考文献得PP的收缩率为S1.02.0，故平均收缩率S（1.02.0）/21.5，即K平=0.015；x由参考文献查得修正系数为x=1/23/4，取x=0.5；由参考文献查得模具的制造公差=（1/61/4）（），取=0.2；塑件外形基本尺寸型腔的工作尺寸按公式得：3.5.2注射模具型芯的结构设计型芯是用来形成制品的内表面。结合制品内部结构，采用整体组合式结构。型芯尺寸计算计算公式如下： 参数确定K平成形尺寸计算中所用的材料为PP，查参考文献得PP的收缩率为S1.02.0，故平均收缩率S（1.02.0）/21.5，即K平=0.015；x由参考文献查得修正系数为x=1/23/4，取x=0.5；由参考文献查得模具的制造公差=（1/61/4）（），取=0.2；塑件外形基本尺寸型芯的工作尺寸按公式得：3.5.3成型零件的力学分析在塑料模过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力。在塑料熔体的压力作用下，型腔将产生内应力及应变。如果型壁厚和底版厚度不够，当型腔中产生的内应力超过材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此同时，刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难等。因此，有必要建立型腔强度和刚度的科学的计算方法。由于塑件结构简单，根据经验得到壁厚，在此不再校核。3.6 标准模架的选择 标准模架分为中小型和大型两大类，由于本塑件采用中小型模架，所以只介绍中小型模架。中小型模架分为A1、A2、A3、A4四种基本型。派生模架有P1-P9九种。本结构选用A1型模架，大小型号为450500，导柱,正装的结构。3.7 导向与定位机构设计注射模的导向机构用于动定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。定位机构分模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具易于在注射机上安装以及模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位。而模内定位则通过锥面定位机构以及导杆导向机构使动、定模之间实现精密对中定位。3.7.1 导向机构的设计导柱导向机构是利用导柱和导套之间的配合来保证模具的对合精度。导向结构的设计内容包括：导柱和导套的机构设计；导柱和导套的配合；导柱和导套的数量和布置等。导向机构的作用：1）导向 定模和动模合模时，首先是导向零件相接触，引导两模准确合模，避免凸模和型芯进与型腔接触，以保证不损坏成型零件。2）定位 避免模具接触时错位而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于由于位置的偏移而引起零件壁厚不均匀。3）承受一定的侧向压力 塑料注入型腔过程中会产生单向侧面压力，或由于成型设备精度的限制，使导柱在工作中承受一定的侧压力。4）承载作用 导柱有承受推件板和型腔板重量的作用。5）保持机构运动平稳。3.7.2 导柱设计导柱是与安装在另一半上的导套相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精确的圆柱形零件。导柱有两种形式，一种是带头导柱，另一种是带肩导柱。带肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导向的模具。装在模具另一边的导套安装孔，可以和导柱安装孔以同一个尺寸一次加工而成，易于保证同轴度。导柱可以通过标准模架进行选取。设计要求大致如图所示：由于选取的标准模架，所以导柱直径为40，根据GB4169.5-84，可得具体尺寸为： 3.7.3 导柱的校核 由参考资料得校核公式如下所示： 式中 导柱导向段直径（mm）；大小为40mm型腔板重力（N）；导柱导向段长度（mm）；大小为315-63=252mm导柱数目；大小为3钢材的弹性模量，E=2.1105；导柱允许的变形量，其值应不影响顺利合模为准，建议用f7的公差（mm）。大小为0.09已知型腔模板的材料为45钢，它的密度为7.8g/cm3,它的体积约，则它的重力为,由式得：故可以满足条件。3.7.4 导套设计导套用于安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套分为两种，一种是不带轴向定位台阶的导套，称为直导套，另一种是有轴向定位台阶的导套，称为带头导套。直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板采用带头导套。导套的壁厚在310mm，视内孔大小而定。在这里采用带头导套A型。技术要求大致如下图：它的基本尺寸为： 。d1与模板的孔是采用过盈配合，d2与模板的孔采用的是间隙配合，该导套与导柱之间采用的是间隙配合。导柱与导套实物图如下所示：3.7.5 定位机构设计为了便于模具在注射机上安装以及模具浇口套与注射机的喷嘴孔精确定位，应在模具上安装定位圈，用于与注射机定位孔匹配。定位圈除完成浇口套与喷嘴孔的精确定位外，还可以防止浇口套从模内滑出。设计时要根据所选用的注射机的定位孔直径、浇口套直径和采用何种卸料（浇注系统的凝料）来设计。在这里采用A型定位圈与B型浇口套配合。具体尺寸为：图3-6 定位圈在这里采用A型定位圈与B型浇口套配合。具体尺寸为： d1=14 d2=9 t=10 h=5 设计这种定位圈是用与浇口套相配合的台肩压住浇口套，防止浇口套在注射时滑出定位圈；无论是采用标准的定位圈还是采用特殊定位圈，其外径都应比注射机上的定位孔径小0.2mm0.3mm，以便顺利安装。定位圈常用的材料为50、55中碳钢或T8碳素钢，经正火处理，硬度为183235HBS。定位圈与浇口套实物图如下：3.8 脱模推出机构的设计注射成型每一循环中，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，也常称为推出机构。这里采用单杆中心推出的推杆脱出结构。3.8.1 脱模推出机构的设计原则塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的，应遵循以下原则。(1）推出机构应近尽量设置在动模一侧。(2）保证塑件不因推出而变形损坏。(3）机构简单，动作可靠。(4）良好的塑件外观。(5）合模时的准确复位。3.8.2 脱模机构的确定常用得推出机构形式有：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、联合推出机构及其他特殊推出机构。本制品为薄壁的容器塑件，故采用推杆推出机构。这种推出机构的特点是：脱模力大而均匀，运动平稳，无明显的推出痕迹，且不必另设复位机构，在合模过程中推杆依靠弹簧力的作用回到初始位置。3.9 温度调节系统的设计在塑料注射成形中，注射模具不仅是塑料熔体的成形设备，还起到热交换器的作用。模具温度调节系统直接影响到制品的质量和生产效率。由于PP塑料成型时的模具温度为8090度，故模具不需要专门设置加热装置，只要设置冷却冷却系统即可，但注塑前要对模具进行预热，使模具温度达到80度左右再注塑。因聚丙烯（PP）料对温度较敏感，冷却系统设计为串联冷却方式。排气主要是通过分型面间隙排出，而不必再开设专门的排气槽。对于本模具动模，采用整体组合式，为了便于管道的加工，设计成矩形截面的环形管道，水嘴安装在动模垫板的侧面，成180度分布。定模采用3组圆形管道，有3组水嘴，成120度分布。其中一个为进水道，另外两个为出水道。四 模具装配4.1 模具的装配模具装配时要求相邻装配单元之间的配合与联接均需要按装配工艺确定的装配基准进行定位与固定，以保证其间的配合精度和位置精度，从而保证型芯与型腔间能精密均匀的配合和定位，开合运动与推出脱模机构都能够实现运动的精确性。具体的工艺要求：（1）通过装配与调整，使装配尺寸链的精度能够完全满足密封性的要求；（2）装配完成的模具其塑料注射完全满足规定的要求；（3）寿命期限可以达到预先规定的数值和水平等。模具的装配方法1.配作法 在零件加工时需对配作及装配有关的必要部位进行高精度加工而孔位精度需由钳工配作来保证：在装配时，由配作使各零件装配后的相对位置保持正确关系，如在导套与导柱的装配及圆柱销的装配等；2.直接装配法 零件的型孔、型面及安装孔。单件按图样要求加工装配时，按图样要求把各零件连接在一起，如在定位环、动模板、定模板、垫块、动模垫板之间的装配均采用直接装配法。 塑料注射模具使用过程： 精确合模塑料注射塑件冷却成形第一次开模第二次开模塑件与流道凝料脱模。 同时为适应塑件注射成型条件，还必须设置有合理的塑料注射流道和冷却系统元器件，诸如：（1）定位、导向元件与配合副。包括：圆柱销、导柱与导套副、定位环等； （2）塑件脱模、复位元件和结构。包括：推杆、复位杆、推板等； （3）动模板装有冷却、注射系统中的节流水管接头； （4）浇口套、隔板、O形圈等； （5）塑料注射模装配，一般分为组装定模组合和组装动模组合单元。其中，定模装配单元又主要由动模板与型芯装配完之后再与动模垫板一起装配构成动模装配单元。4.2 模具的安装及加工要点（1）定模型芯较多，加工时需对镶芯留有装配研磨余量。（2）动模芯顶杆通过滑孔，在加工时两块板需固定在一起，确保同轴度。（3）装配后，确保推板复位后正好停靠在限位钉上，使动模芯顶杆完全复位，不影响成型时产品的内部结构。（4）清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。（5）因本模具外形尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面两根导轨上垫好木板，模具从侧面进入机架间，定模如定位孔。并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平衡、灵活、无卡住现象，然后固定动模。（6）调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当。（7）慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。（8）模具装好后，等料筒及喷嘴温度上升到距预定温度2030，即可校正喷嘴与浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，须使松紧合适，校正后拧紧注射座定位螺钉，紧固定位。（9）开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后才可注射试模。五 总装图- 23 -