线圈骨架注射模设计

设计题目：线圈骨架注射模设计学 院：专 业：学 号：设 计 人：指导老师：完成日期：目 录一 塑件的工艺分析-4二 拟定模具的结构形式和初选注射机-7三 浇注系统的设计-11四 成型零件的结构设计及计算-16五 模架的确定-20六 斜滑块侧向抽芯机构的设-22七 排气槽的设计-26八 冷却系统的设计-26九 导向与定位机构的设计-28十 设计的心得体会-29十一 参考文献-30线圈骨架注射模设计本课程设计为一线圈骨架,其零件图如图1所示.塑件结构比较简单，塑件质量要求是不允许有裂纹，变形缺陷；材料要求为PS，生产批量为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。图1 线圈骨架一 塑件成型工艺性分析1.塑件的分析(1) 结构分析要想获得合格的塑料制件除选用塑料的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性，塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，该制件外观为一尺寸不大的线圈骨架,结构复杂程度一般。因而设计的模具属中等复杂程度。(2) 外形尺寸 该塑件壁厚为1.75mm2mm，塑形外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，塑件的材料为热塑性塑料，流动性好，适合于注射成型。(3) 精度等级 塑件每个尺寸的公差不一样，零件图已经给定部分尺寸公差，未注公差的尺寸取公差为MT2。2.PS工程塑料的性能分析塑件的材料采用PS属热塑性塑料。PS属于线性结构结晶型，使用温度；化学稳定性较好，但对氧化剂，苯，四氯化碳，酮，酯类等抵抗力较差；透明性好，电性能好，抗拉，抗弯强度高，但耐磨性差，质脆，抗冲击强度差；PS的成型性能好，成型前可不干燥，但注射成型时应防止淌料，制品易产生内应力，易开裂；PS主要用于装饰制品，仪表壳，灯罩，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等。其性能指标见表1。表1PS的性能指标密度1.05抗拉屈服强度比体积0.95拉伸弹性模量吸水率0.04抗弯强度收缩率0.5冲击韧度热变形温度硬度HB熔点体积电阻系数 3.PS的注射成型过程及工艺参数 a.注射成型过程 （1）成型前的准备。对PS的色泽，粒度和均匀度等进行检验，PS成型前须进行干燥，处理温度，干燥时间小时。（2） 注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热，塑化达到流动后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为充模，压实，保压，倒流和冷却五个阶段。（3） 塑件的后处理(退火)。退火处理的方法为红外线灯，烘箱，处理温度为，处理时间为。 b.注射工艺参数 (1)注射机：柱塞式,螺杆转速48（2） 料筒温度：中段 后段 （3）模具温度：（4） 注射压力（）： （5）成型时间（s）：二拟定模具的结构形式和初选注射机1.分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖面积最大且有利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图2所示：图2 分型面的选择2. 型腔数量和排位方式的确定 （1）由于该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑塑件尺寸模具结果尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。 （2）型腔排列形式的确定 由于该模具结构选择的是一模两腔，其型腔中心距的确定见下图3：图3 型腔数量的排列布置 （3）模具结构形式初步确定 由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，开设在塑件顶部边缘。因此，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，支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用带推件板的单分型面注射模。3.注射机型号的确定 （1）注射量的计算通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图4： 图4 塑件质量属性 塑件体积： 塑件质量： （2）浇注系统凝料体积的初步估算由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2倍到1倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算，故一次注入模具型腔熔体的体积为： （3）选择注射机 根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为，由参考文献 。根据以上的计算，初步选择公称注射量为30，注射机型号为XSZ卧式注射机，其主要技术参数见表2：表2注射机主要技术参数理论注射量30拉杆内向距235螺杆柱塞直径28移模行程160注射压力119最大模具厚度200注射速率186最小模具厚度60塑化能力4锁模形式液压-机械喷嘴孔直径4模具定位孔直径63.5锁模力/kN250喷嘴球半径12 (4）注射机有关参数的校核 a.注射压力的校核。查参考文献【1】表4-1可知， PS所需注射压力为80MPa100Mpa，这里取=90Mpa,该注射机的工程注射压力为P公=119Mpa,注射压力安全系数k1=1.251.4,这里取k1=1.3，则：，所以，注射机注射压力合格。 b. 锁模力的校核：塑件在分型面上的投影面积A塑，则A塑=浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照单型腔模的统计分析来确定。A浇是塑件在分型面上的投影面积A浇的0.10.3倍。这里取A浇=0.2 A塑 。塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总，则A总=2( A塑+ A浇）=2.4 A塑=134.4 mm2模具型腔内的膨胀力F胀P模为型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%40%，大致范围为2540Mpa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。PS属中等粘度且塑件有精度要求（因是薄壁塑件，又是点浇口，压力损失小），故取P模=30Mpa F胀=A总P模=134.430=4.032 KN查表1-2可得该注塑机的公称锁模力F锁=900kN，锁模力的安全系数为k2 =1.11.2这里取1.2，则k2F胀=1.2 F胀=1.24.032=4.84KNF锁，所以注射机锁模力合格。 其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。三 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从注塑机的喷嘴起到型腔入口为止的塑料融体的流动通道。它的作用是将塑料融体顺利的充满型腔的各个部位，并在填充及保压过程中，将注塑压力传递到型腔的各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑件。由于PS流动性中等，所以可以采用侧浇口的形式。1.主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。a. 主流道的设计根据设计手册查得XS-Z-30型注塑机喷嘴的有关尺寸: 喷嘴前端孔径:; 喷嘴前端球面半径:;(1)主流道的长度 一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm,本次设计初取50mm进行计算。 （2）主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（）mm=4.5mm （3）主流道大端直径 D=d+=8mm 式中 （4）主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+mm=20mm （5）球面的配合高度 h=3mm b.主流道的凝料体积 c.主流道当量半径d.主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。如图5所示。定位圈的结构由总装图来确定。 图5 主流道浇口套的结构形式2. 分流道的设计 （1）分流道的布置形式和长度分流道的形状及尺寸,应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注塑速率、分流道长度等因素来确定。本塑件的形状结构复杂程度一般,熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列的方式可知分流道的长度较短, 分流道和主流道设计为一体，如图6所示。图6 分流道布置形式 （2）分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量但该塑件壁厚在之间，按照经验曲线查得，再根据单向分流道长度60mm并查到修正系数，则分流道直径经修正后为 （3）分流道的截面形状 本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。 （4）分流道截面尺寸 设梯形的上底宽度为B=6mm,底面圆角的半径R=1mm，梯形高，设下底宽度为b，梯形面积应满足如下关系式。代值计算得b=3.813mm，考虑到梯形底面圆弧对面积的减少及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。通过计算梯形斜度，基本符合要求，如图7所示。 图7 分流道截面形状 （5）凝料体积 1）分流道的长度为 2）分流道截面积 3）凝料体积 考虑到圆弧的影响 (6) 校核剪切速率 1）确定注射时间：查教材表2-3，可取t=0.86s 2）计算单边分流道体积流量： 3）剪切速率 该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。 （7）分流道的表面粗糙度和脱模斜度 该分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取即可，此处去 ，另外其脱模斜度一般在之间，通过上述计算脱模斜度为，脱模斜度足够。3.浇口的设计该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，便面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整充模的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。a. 侧浇口尺寸的设计 （1）计算侧浇口的深度。根据教材表2-6，可得侧浇口的深度h计算公式为：为了便于今后试模时发现问题进行修模处理，并根据参考文献【1】表4-9中推荐的PS侧浇口的厚度为，故此处浇口深度去1.0mm. (2)计算侧浇口的宽度。 根据教材表2-6，可得侧浇口的的宽度B的计算公式为为了便于今后试模时发现问题进行修模处理，并根据参考文献【1】表4-9中推荐的PS侧浇口的宽度为，故此处浇口宽度去0.8mm. （3）计算侧浇口的长度。根据教材表2-6，可取侧浇口的长度。 浇口的位置安排如下图8所示： 图8 浇口位置安排 b.侧浇口剪切速率的校核。 （1）确定注射时间：查表2-3，可取t=0.86s (2)计算浇口的体积流量： （3）计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得：，则 剪切速率合格。 式中为矩形浇口的当量半径 4.校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积，主流道的体积，分流道耳朵体积（浇口的体积大小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。 （1）计算主流道的体积容量 （2）计算主流道的剪切速率主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率之间，所以，主流道的剪切速率合格。5. 冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。四成型零件的结构设计及计算 1. 成型零件的结构设计凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。该塑件采用整体式型芯，如图9所示。 图9 凸模结构 2. 成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产。对于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用P20钢，进行渗氮处理。 3. 成型零件工作尺寸的计算采用教材式（2-26）式（2-30）相应公式中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照零件图中给定的公差MT2计算。 （1）侧型芯径向尺寸的计算 ，属于侧型芯径向尺寸 尺寸转换为， 式中，是塑件的平均收缩率，查6-1可得PS的收缩率为0.5%，、，是系数查2-10可知=0.70，0.75，=0.75，=0.75；、分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；、是塑件上相应的尺寸制造公差，对于中小型塑件取（下同） （2）侧型芯深度尺寸的计算 ，属于侧型芯深度尺寸 尺寸转换为， 式中是系数，由表2-10可知。 (3)主型芯径向尺寸计算。 10.5，13属于型芯径向尺寸 、是系数查2-10可知=0.75. （4）主型芯高度尺寸计算 属于型芯高度尺寸式中是系数，由表2-10可知。五模架的确定根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以计算出凹模嵌件所占的平面尺寸为，型腔所占平面尺寸为，利用经验公式进行计算，即，查表7-4得150mm，因此需采用的模架。同时有考虑到斜导柱，导柱，导套，水路的布置因素，根据表7-1可确定选用带推件板的直浇口C型模架，查表7-4得及各板的厚度尺寸。1. 各模板尺寸的确定 （1）A板尺寸 A板是定模型腔板，塑件高度为14mm，考虑到模板上还要开设斜滑块，还需流出足够的距离，故A板厚度取50mm。 （2）B板尺寸 B板是型芯固定板，按模架标准板厚取25mm。 （3）C板（垫板）尺寸 垫块=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（510）mm=(25+15+13+510)mm=5863mm，初步选定C为60mm。经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记为： 。其他尺寸按标准标注。如图10。图10 模架尺寸2.模架各尺寸的校核根据做选注射机来校核模具设计的尺寸。 （1）模具平面尺寸 校核合格 （2）模具高度尺寸195mm 校核合格 （3）模具的开模行程 校核合格六斜滑块侧向抽芯机构的设计本模具选用斜滑块外侧向抽芯机构进行抽芯和推出。斜滑块外侧向抽芯机构是利用成型塑件侧孔或侧凹的斜滑块，在模具推出机构的作用下沿斜导槽滑动，从而使分型抽芯以及推出塑件同时进行的一种侧向分型机构。这种机构结构简单，运动平稳，可靠，因此应用广泛。凹模由两块斜滑块组成，斜滑块在推杆的作用下，沿斜滑槽移动的同时向两侧分开，并完成塑件脱离主型芯的动作。该机构如图11所示：图11 斜滑块外侧向抽芯机构 (1)斜滑块外侧向抽芯机构的设计 a.斜滑块的组合形式投入图12所示：图12 斜滑块的组合形式 b.斜滑块的导滑形式如图13所示 图13 斜滑块的导滑形式 C.为保证斜滑块的分型面密合，成型不致发生溢料，斜滑块底部与模套之间应留有0.20.5mm的间隙，同时斜滑块顶面应高出模套0.20.5mm，如图11所示，在这里去0.2mm。d.斜滑块的导向斜角可比斜导柱的大些，但也不应大于，一般取，这里取，斜滑块的推出长度l必须小于导滑总长L的2/3，如图14所示： 图14 斜滑块推出长度f.推杆的设计脱模力的计算：采用推杆推出斜滑块的方式脱模，推出塑件,设4mm的圆推杆设置4根，那么推出面积为：推杆推出应力为：，根据表2-12取许用应力=10MPa 则，合格g.斜滑块的止动方式。如图15所示，在斜滑块上钻一小孔，与固定在定模上的止动销呈间隙配合，开模时，在止动销的约束下无法向侧向运动，起到了止动作用。只有开模至止动销脱离斜滑块的销孔时，斜滑块才在推出机构下侧向分型并推出塑件。图15 滑块止动结构七排气槽的设计 该塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑料下方的台阶向上充满型腔，气体会沿着分型面，型芯和推件板之间的间隙向外排出。八冷却系统的设计 为防止塑件出模后发生翘曲、变形，就要使模具保持塑料冷却固化所需的最佳温度。这时必须对高温塑料带入模具的温度进行有效的调节和控制，常用且又简便的方法，就是利用冷却介质水对模具进行循环冷却，将模具中多余的热量，带出模外，以保持制品冷却所需的最佳模温。冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。计算时忽略模具因空气对流，辐射以及与注射机所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。1. 冷却介质PS属于流动性中等的材料，其成型温度及模具温度分别为和，热变形温度为。所以模具温度初步选择为，用常温水对模具进行冷却。2. 冷却系统的简单计算a.单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量（1）塑料制品的体积（2） 塑料制品的质量 （3）塑件壁厚为2mm和1.75mm，查本教材参考文献【1】表4-34得。取注射时间，脱模时间，则注射周期：。 由此可得每小时注射次数N=240次。（4） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量： b.确定单位质量的塑料在凝固时所放出的热量 查本教材参考文献【1】表4-35直接可知PS的单位热流量的值的范围在（）之间，故可取=315。 c.计算冷却水的体积流量 设冷却水道如水口的水温为，出水口的水温为，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得： d.确定冷却水路的直径 当时，查本教材参考文献【1】4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，可知所需的冷却水管直径非常小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。因为塑件的尺寸不大，模具的外形尺寸也不大，所以可不设置加热系统，刚开始可有熔融的流体对模具进行加热。九导向与定位结构的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。按作用分为模外定向和模内定向。模外定向是通过定位圈与注射机想配合，使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而，模内定向机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动，定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。十 设计的心得体会课程设计作为大学学习中极为重要的一部分，是培养一个学生专业课水平的重要手段。课程设计是我们所学课程的一次系统而深入的综合性的总复习，是一次理论联系实践的训练，也是我们步入工作前的一次检验。就我个人而言，通过这次课程设计，使我学习到了许多知识，对塑料模具的设计与制造有了极为深刻的认识，是一次由理论向实践的飞跃，回顾十几天的设计生活，让我感慨颇深，主要体会有以下几点：1、 扎实的基础课，专业课是模具设计的基础2. 理论与实践相结合的重要性3. 对模具设计中的安全性，经济性加深了认识4.电脑成为设计中重要的辅助工具5.设计态度直接决定着设计质量再者感谢我的导师伍老师和陈老师，他们仔细审阅了本文的全部内容并对我们的课程设计内容提出了许多建设性建议。两位老师渊博的知识，诚恳的为人，对学习认真态度，以及对我严格的要求，使我受益匪浅，在课程设计的过程中，特别是遇到困难时，他给了我鼓励和帮助，在这里我向他们表示真诚的感谢！十一 参考文献1 伍先明主编.塑料模具设计指导.北京:国防工业出版社. 20112 叶久新主编.塑料模具工艺及模具设计.北京：机械工业出版社 20073 彭建声主编.模具设计与加工速查手册.北京：机械工业出版社 20054 大连理工大学工程制图学教研室主编.机械制图.北京：高等教育出版社. 2007