塑料胶卷盒注射模具设计

1第一章 塑料 HDPE 分析 HDPE 中文名：高密度聚乙烯英文名：High density polyethylene1.1 基本特性无毒、无味、呈乳白色。密度为 0.940.965g/cm3,有一定的机械强度,具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，但和其他塑料相比机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。其透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般使用温度约在 80 oC 左右。能耐寒，在-60 oC 时仍有较好的力学性能，-70 oC 时仍有一定的柔软性。全套图纸加 1538937061.2 成型特性结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为 0.02mm 左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发2生分解。冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。收缩率大，方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温。宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。应注意选择浇口位置。质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。1.3 综合性能压缩比： 1.842.30 热变形温度： 1.88MPa- 48 oC 0.46MPa- 6082oC 抗拉屈服强度: 2239 MPa拉伸弹性模量： 0.840.95GPa弯曲强度： 2540MPa弯曲弹性模量： 1.11.4 GPa压缩强度： 225 MPa疲劳强度： 11 Mpa（10 7周）脆化温度： -70收缩率： 1.53.01.4 HDPE 的注射工艺参数注射机类型： 柱塞式喷嘴形式： 直通式喷嘴温度： 150170oC料筒温度： 前 170200oC 后 140160oC模温： 6070oC注射压力： 60100Mpa保压力： 4050Mpa注射时间： 1560s高压时间： 03s冷却时间： 1560s3第二章 塑料模的总体设计2.1 塑件的形状尺寸塑件名称：胶卷盒材料：HDPE产量：中等批量生产图 2-1 塑件图塑件的工作条件对精度要求一般，因为塑件图中未注公差，所以根据 HDPE4的性能可选择其塑件的精度等级为 7 级精度。将该塑件分成四部分，得塑件体积： 3 3224 3322 31796.5295.4150186.901 4)(.5.34.mV mV总查表达式 1-2-2（见注塑模设计与制作教程一书）得：3/4.0cg因此质量： gv032.1 7396.254.02.2 型腔数目的决定及排布已知的体积 V 塑或质量 W 塑 ，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，但制件尺寸、精度、表面粗糙度一般，综合考虑生产率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模四腔对称性排布,分流道直径可选 1.59.5mm。本设计取值 4mm。由塑件的外形尺寸和机械加工的因素，确定采用点浇口，排布图如下图示：图 2-2 型腔数目及排布图2.3 注射机的选择由于采取的是一模四腔的方案，故其注射总体积及质量就是塑件的体积及质量的四倍：假设： gG8废由注射机最大注射量公式得：废件公利 GK5注射机的公称质量注射量公GK 注射机最大注射量的利用系数，取 0.3塑件的总质量件浇注系统废料的质量废因此： gG76.3402.公 公由塑料模具技术手册表 3-48 查得注射机的型号为 SZ-100/630，其主要技术参数如下：结构型式：卧式理论注射容量：75 3cm螺杆直径：30注射压力：224Mpa注射速率：60g/S塑化能力：11.8g/s螺杆转速: 14200r/min锁模力: 630KN拉杆内间距: 370320mm移模行程: 270mm最大模具厚度: 300mm最小模具厚度: 150mm锁模型式: 双曲肘式模具定位孔直径: 125喷嘴球半径:R15喷嘴口孔径: m42.4 分型面的选择塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模件精度要角度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模，而且不影响塑件的质量和6外观形状，以及尺寸精度。第一分型面在定模板与浇道板之间，第二分型面在型腔板与推板之间，分型图如下图所示：图 2-3 分型面图 1 图 2-4 分型面图 22.5 模架的选择2.5.1 型腔壁厚的计算对小尺寸型腔，强度不足是主要问题，应按强度条件计算，得型腔侧壁最小厚度： )12(mpcPrtr 凹模型腔内孔或凸型芯外圆的半径 材料许用应力p 模腔压力mP成型零件材料选 T12，淬火，低温回火，硬度大于 55HRC，其 为 700Mpapmtc 9315.2)1027(162.5.2 凹模型腔底部高度rPtpmh 652.7011222.5.3 模架的选择由前面对型腔的最小壁厚和底部厚度可以估算得型腔的最小外形尺寸：最小宽度为：32+22.9315=37.863最小厚度为：50+6.652=56.6527但是考虑到加工方便，采用组合式凹模，所以还要考虑导柱导套的安放位置，且查得标准值，再由于塑件采取推件板推出，因此选择模架为基本类型中的 的派生模架，为了方便分型时定位，增加了限位杆。又因为塑件是两次分3A型，所以模架采取三板结构。设置推件板推出机构，它适合于薄壁壳体型塑件，脱模力大以及塑件表面不允许留有顶出痕迹的注射成型模。选择模架规格为： GB/T12556-9023320ZA具体尺寸如下如下：定模坐板厚度：A=43mm中间板厚度：B=24mm型腔板厚度：C=64mm模板：直径=150mm推板：直径=142.2mm 高度=32mm型心固定板：高度=48mm动模座板：厚度=80mm模具闭合厚度：H=291导柱：d=20mm导套： md201限位杆：d=20mm8第三章 成型尺寸及浇注系统设计3.1 型腔的内径计算 zz xlsLm00)1(型腔内形尺寸 塑件外径基本尺寸sl塑件公差塑件的平均收缩率，取 2.25%x 综合修正系数，取 x=0.50.75模具制造公差，取z )6/13(9腔腔图 4-1 型腔结构图因为制件图样上未注公差尺寸的允许偏差，所以采用 7 级公差精度，查表得72.024.03z所以： 24.001837.)5.1( zmL设计的结构如图 4-1 所示。3.2 型腔的深度尺寸计算 zSzmxHs001型腔深度尺寸塑件高度其本尺寸s塑件公差塑料平均收缩率，取 2.25%x综合修正系数，取 x=0.50.75模具成型尺寸设计公差z 3/sm查表得 8.0267.03z所以：267.059mH3.3 型芯的外径计算：10凸 凸图 4-2 型芯的结构图001zz xlsl式中： 型芯外形尺寸z塑件内径基本尺寸sl塑件的公差塑料平均收缩率 2.25%sx 综合修正系数，取 x=0.50.75模具成型尺寸设计公差，取z 3/sm查表得： 72.024.0z4.03zsl3.4 型芯的高度计算001zz xhshm式中： 凸模高度尺寸z塑件内形深度基本尺寸 s塑件公差塑料平均收缩率 2.25%x 综合修正系数，取 x=0.50.75模具成型尺寸设计公差，z 3/sm查表得： 8.0267.03z所以： 0267.145zmh3.5 浇注系统的初步估计11浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。根据塑件的形状采用推板推出。由于本塑件是圆筒状制品所以尽可能采取中心进料，所以选择点浇口，双分型面，分流道采用半圆形截面，分流道开设在定模板上，在浇道板上采用浇口套, 不设置冷料穴和拉料杆。图 4-3 浇注系统的结构根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：d=5mm D=8mm R=16mm h=5mm d1=0.2mmH1=4mm l=50mm L=43mm a= a1= L1=36mm210主流道呈圆角半径 ，以减小料流转向时渡时的阻力。,63.0Rummr主流衬套选用 45#制造，表面淬火大于 55HRC。第四章 导柱导向机构的设计4.1 导柱导向机构的作用：1定位件用：模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形12状和尺寸精确，在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。2导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。3承受一定的侧向压力。4.2 导柱导套的选择一般在注射模中，动、定模之间的导柱既可设置在动模一侧，也可设置在定模一侧，视具体情况而定，通常设置在型芯凸出分型面最长的那一侧。因为限位杆已经设置在定模上，所以导柱应该设置在动模上，而且这样还可以保护型心不受损伤。所选的导柱、导套按国家标准如下：图 5-1 导柱导套的结构具体分布如下图 5-2 所示。定端与模板间用 H7/m6 或 H7/k6 的过渡配合,导向部分通常采用 H7/f7 或H8/f7 的间隙配合。根据模具结构的要求，与导柱同动作的弹簧应布置 4 个，并尽可能对称布置于 A 分型面的四周，以保持分型时弹力均匀，中间板不被卡死。13图 5-2 导柱分布图 14第五章 脱出机构设计5.1 推出机构的组成推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。5.2 设计原则1推出机构应尽量设在动模一侧；2保证塑件不因推出而变形损坏；3机构简单动作可靠；4合模时的正确复位。5.3 脱模力的计算因为塑件壁厚与其内孔直径之比 0.02 小于 0.05，所以本塑件属于薄壁壳体塑件，其脱模力计算公式为： NBKutgftLEQ101cos2E塑料的拉伸模量（MPa） ，由表 3-29 查找；塑料成型平均收缩率（%） ，由表 3-29 查找；塑件的平均壁厚（mm）tL塑件包容型芯的长度（mm）塑件的泊松比，由表 3-29 查找；u脱模斜度（塑件侧面与脱模方向之夹角） ；f塑料与钢材之间摩擦系数，由表 3-29 查找；r型芯大小端平均半径（mm） ；B塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（ ） ，当塑件底部上2m有通孔时，10B 项应视为零；由 f 和 决定的无因次数，可由表 3-30 选取；1K经过计算得 Q=11912.59N因此，脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻15力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值。用推件板推出机构中，为了减少推件板与型芯的摩擦，在推件板与型芯间留 0.200.25mm 的间隙，并用锥面配合，防止推件因偏心而溢料。5.4 推板脱出机构计算1顶件行程： ehS凸顶所需顶出行程顶S型芯成型高度凸e 顶出行程富裕量mS5980顶2开模行程aH121开a 中间板与定模分开的距离（mm）H1塑件推出距离（也可作为凸模高度）mmH2包括浇注系统在内的塑件高度 mmS 注射机移动板最大行程 mmH 所需开模行程 mm m14603850开图 5-1 推板的零件图图 5-1 顶杆的零件图16第六章 排气温控系统设计6.1 温控系统设计当塑料熔体填充型腔时,必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净,一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹） ，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其间隙为 0.030.05mm。基本原则：熔体热量 95%由冷却介质（水）带走，冷却时间占成型周期的2/3。6.2 注射模冷却系统设计原则1.冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大、型腔表面的温度与冷却水道的数量、截面尺寸及冷却水的温度有关。2冷却水道至型腔表面距离应尽量相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但是当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。一般水道孔边至型腔表面的距离应大于 10mm，常用 1215mm.3浇口处加强冷却 塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。4冷却水道出、入口温差应尽量小 如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。17冷却水道的总长度的计算可公式：L=A/ndL冷却水道总长度 A热传导面积 D冷却水道直径d 冷却水通道直径（m） n模具上开设冷却通道孔数5冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置 聚乙烯的收缩率大，水道应尽量沿着收缩方向设置。冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为 10mm左右，不小于 8mm。根据此套模具结构。6.3 冷却系统的结构设计中等深度的塑件，采用点浇口进料的中等深度的壳形塑件，在凹模底部与型腔表面采用等距离环型槽冷却的形式具体如下图所示：进 口出 口图 6-1 冷却系统的结构图根据牛顿冷却定律，冷却介质从模具带走的热量为（J）TaAQ式中 a冷却管道孔壁与冷却介质间的传热系数 （W/ ） ；km2A 冷却管道壁的传热面积（ ）2m模具温度与冷却介质温度之差值（K） ；T冷却时间（s）由上式可知，当需传递热量 Q 不变时，可通过1提高传热系数 a ，而通过提高冷却介质的流速便可达到提高传热系数的目的；182提高模具与冷却介质间的温差；3增大冷却介质的传热面积 A，而通过开设水管的尺寸尽可能大，数量尽可能多就可以增大传热面积。6.4 冷却水孔直径 d 的计算假设塑料在模内释放的热量全部由冷却水所带走，则模具冷却时间所需冷却水的体积流量可按下式计算： min/60321tCGVi式中 V 冷却水的体积流量 ；n/3mG 单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h）;塑料成形时在模内释放的热含量（J/kg）i查表 3-41 得 ;kgJ/108.2695C 冷却水的比热容（J/kg.K） 查表得水为 4.187X103;冷却水的密度（kg/ ）;3m冷却水的出口温度（ ） ；1t c冷却水的进口温度（ ） 。2经计算得 V= 33510.7821048760. min/所以根据冷却水的体积流量可以查表 3-44 得：冷却水管的直径为 12mm6.5 求冷却水在水孔里的流速 vsmdVv /1.60124.3.732 符合冷却水的最低流速要求19第七章 注射机与模具型腔型芯强度校核7.1 注射机的校核1.最大注射量校核：度件公利 GK7432.15.708符合要求2.注射压力的校核： MpaPpaP1024注公符合要求3注射速率的校核：可以用螺杆转速来校注公 Vmin/20i/8min/14rrr4锁模力的校核 分注损锁 APKF取 k=1.11.2 Mpa20注 KN57.3684.12.630符合要求5模具闭合厚度校核： 30291maxminH符合要求6开模行程的校核： 27014maxL开符合要求7.2 型腔型芯的强度校核型腔实际侧壁厚： 863.512ct20