洗发水瓶盖注塑模具设计

XXX 大学 第 1 页 目 录 1 零件分析及模具结构设计 3 1 1 零件的作用 3 1 2 材料的选择 3 2 注射机的选用及校核 4 2 1 注射机的选用 4 2 1 1 制品的体积估算 4 2 1 2 根据体积选注射机 4 3 塑料制件在模具中的位置 5 3 1 分型面的确定 5 3 2 型腔数量及排列方式 5 3 3 成型零件的设计 6 3 4 成型零件工作尺寸的计算 6 3 5 型腔径向方向上的尺寸计算 6 3 6 型腔深度方向上的尺寸计算 7 3 7 模具型腔侧壁和底板厚度的计算 7 4 浇注系统设计 8 4 1 主流道设计 8 4 2 冷料井设计 9 4 3 分流道设计 9 4 4 浇口设计 10 4 5 注射机注射量的校核 11 4 5 1 锁模力的校核 11 4 5 2 最大注射压力的校核 12 4 6 注射机安装模具部分的尺寸校核 12 4 6 1 喷嘴尺寸 12 4 6 2 定位孔尺寸 13 4 6 3 模具厚度与注射机模板闭厚度 13 4 6 4 开模行程的校核 13 5 脱模机构的设计 14 5 1 脱模力的计算 14 5 2 推管直径的计算 15 5 3 推管应力校核 16 6 合模导向机构的设计 16 7 温度调节系统的设计 17 7 1 模具冷却水管道直径 18 7 2 冷却水管总的传热面积 18 7 3 模具上开设的冷却通道的孔数 18 8 模板的选用 19 参考文献 19 XXX 大学 第 2 页 洗手液压盖注塑成型工艺及模具设计 摘要 本文设计了洗手液压盖注塑成型工艺及模具设计 该零件选用 ABS 质量轻 化学稳定性 高 ABS 齿轮具有较高的力学强度和刚性 优良的耐磨性 自润滑性 耐疲劳性及耐热性 可在 中等载荷 较高温度无润滑或少润滑下使用 通过计算设计了注塑模具的成型结构 脱模机构 浇注系统等方面 并进行了塑件上 下模的仿真加工 生成刀具路径 该模具结构小巧而紧凑 运行顺畅无阻 关键词 注塑模具 脱模机构 刀具 路径 Abstract This article designed a planet gear to cast the mold This componentsselect ABS the quality lightly the chemical stability is high TheABS gear has the higher mechanics intensity and the rigidity thefine resistance to wear the nature bears weariness and thethermal stability may in the medium load a higher temperature nothave under the lubrication or the few lubrications uses Designedthrough the computation has cast the mold to take shape the structure the drawing of patterns organization pours aspect and so on system and carried on has modelled on the stamping die simulationprocessing produced the cutting tool way This mold structureexquisite and compact the movement smooth is unimpeded Key words plastic injection mould mould cavity The knife have Path XXX 大学 第 3 页 1 零件分析及模具结构设计 1 1 零件的作用 该零件为一个旋转抽芯的塑胶复杂模具 其用于洗发水瓶 但要求抽芯时顺畅 无阻碍 该零件在模具开模时分为两次开模 这样可以对塑料制品表面及外观光亮 精度高 该制品第一次抽芯时上模运动下模定距移动达到开模 按照其工作要求 其精度等级可选用一般精度等级 1 2 材料的选择 根据零件工作要求及其精度等级 该零件选用 ABS 塑料成型 ABS 材质具有较 高的力学强度和刚性 优良的耐磨性 自润滑性 耐疲劳性及耐热性 可在中等载 荷 较高温度无润滑或少润滑下使用 表 2 20 塑料精度等级的选用 ABS 的一般精度要求为 5 级 表 1 1 ABS 的成型条件 密 度 3cmg 计 算 收 缩 率 加热前料筒温度 C 模具温度 成型压力MPa预热 后处理 宜用注射机类 型 XXX 大学 第 4 页 喷 嘴 料 筒 前 部 料 筒 中 部 料 筒 后 部 温 度C 时 间h方 法 温 度 时 间h 1 1 5 1 5 2 2 26 5 26 0 25 0 24 0 80 70 12 0 100 1 10 12 1 6 油 水 盐 水 90 10 0 4 宜用 螺杆 式注 射机 螺杆 带止 回环 喷嘴 宜用 自锁 式 2 注射机的选用及校核 2 1 注射机的选用 2 1 1 制品的体积估算 将该制品塑件的体积分成四部分 冶金粉末嵌件中间凹陷处 塑件中间圆1V 环 及塑件两边齿轮 2V3V4 322221 79 516 mrh 322222 063 322233 8 1575 6rhV 322244 96 67m 321 8 50 8 153 0679 5 总 2 1 2 根据体积选注射机 常用热塑性塑料注射机型号和主要技术规格初选 型注射机如表二所示 SZ40 68 XXX 大学 第 5 页 表 1 2 注射机主要技术参数 理论 注射 容积 3cm 螺杆 直径 注 射 压 力 MPa 模板 行程 m 模具 最大 厚度 顶出 行程 喷嘴 孔直 径m 实际 注射 量 g 锁 模 力 KN 模具 最小 厚度 m 定位 孔直 径 喷嘴 球半 径 58 26 160 220 240 40 4 53 400 130 064 53 12 3 塑料制件在模具中的位置 3 1 分型面的确定 若按分型面设计原则中的 塑件要求同轴度的部分要放到分型面的同一侧 以 保证塑件同轴度要求 来确定分型面的话 塑件脱模比较困难 来确定分型面的话 塑件脱模比较困难 故为使塑件从模具中顺利脱模 且简化模具结构 应按设计原 则中的最基本一条 将分型面选择在塑件外形的最大轮廓处 即塑件 处 而m32 其同轴度要求通过对结构中如定模板等零部件的设计与加工提出尺寸与形状的公差 精度来保证 3 2 型腔数量及排列方式 考虑到该塑件尺寸较小 且为大批量生产 故采用多腔注射 根据所选注射机 注射容量 由前校核所述 选取四腔 模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列 H 形排列 直线排列及复合排 列等 其中 型腔的圆形排列加工较困难 直线形排列加工容易 但平衡性能较差 H 形排列平衡性能好 而且加工性能尚可 使用较广泛 故选用 H 形排列 XXX 大学 第 6 页 3 3 成型零件的设计 对于塑料模的型腔设计常用的有两种方式 一种是整体式型腔 另一种是组合 式型腔 整体式型腔结构简单 牢固不易变形 但是型腔复杂 加工难度非常大 组合式型腔可使复杂型腔简单化 并且加工难度降低 模具型腔可更换 提高了模 具的使用寿命 3 4 成型零件工作尺寸的计算 成型零件上用以成型塑件部分的尺寸 称为成型零件的工作尺寸 成型零件工作 尺寸主要有型腔和型芯径向尺寸 型腔和型芯的深度尺寸中心距等 3 5 型腔径向方向上的尺寸计算 分度圆直径 cpmQdD 1 齿顶圆直径 a 齿根圆直径 cpfmf 式中 塑件分度圆直径 d 塑件齿顶圆直径 a 塑件齿根圆直径 f 塑件平均收缩率 cpQ 则有 85 12 c 齿数为 处 17Z mDm97 25 a 031 f 1 8 75 2 齿数为 处 8Z m527 mDa 6 30 1302 f 85 对于塑件最大轮廓 处 zxQdcps 0 XXX 大学 第 7 页 式中 型腔内径尺寸 D m 塑件外径基本尺寸 sd 塑件公差 综合修正系数 塑件精度低 批量比较小时 塑件精度高 x 21 x 批量大时 43 模具制造公差 一般 z m 41 5z 由 1 查得 5 级精度时 36 0 mz09 则有 D09 09 324 85 132 3 6 型腔深度方向上的尺寸计算 zcpmQhH 0132 则对于动模板上 查得 h81 m mz05 4 故有 D05 05 1823 5 而对于定模板上 查得 mh61 z05 4 故有 m05 05 9782385 3 7 模具型腔侧壁和底板厚度的计算 理论分析和实践证明 对大尺寸型腔 刚度不足是主要问题 应按刚度条件计 算 对小尺寸型腔 强度不足是主要问题 应按强度条件计算 该模具为小尺寸型腔 则对于圆形镶拼组合式 按强度计算有 侧壁 12mpcPrt XXX 大学 第 8 页 底部 pmhPrt 2 1 式中 模腔压力 mPMa 材料许用应力 对于 45 钢 p MPap160 凹模型腔内孔 r m 则有 tc 3 5121603 th7 85 并由 3 表 6 10 对于型腔内壁直径在 范围内的圆形镶拼组合式凹模有 m40 模套壁厚 mtC8 S18 今取 10 4 浇注系统设计 4 1 主流道设计 主流道是指从注射机的喷嘴与模具接触的部位起到分流道为止的一段流道 主 流道横截面形状采用圆形截面 为了便于流道凝料的脱出 主流道设计成圆锥形 其锥度为 取 内壁光滑 表面粗糙度 小于 主流道大 6 2 4 Ram 4 0 端与分流道相接处应有过渡圆角 通常 取 选用 以减少料流转rm3 1r1 向时的阻力 图 3 1 主流道 对于小型注射模具 直接利用主流道衬套的台肩作为模具的定位圈 定位圈与 浇口套一体 压配于定模板内 能防止从定模板内顶出 且因定位圈直径 D 为注射 XXX 大学 第 9 页 机定位孔配合直径 应按选用注射机的定位孔直径确定 直径一般比注射机定位孔 直径小 以便于装模 故选浇口套上 D 为 浇口套结构与尺寸参m01 36 数如零件图所示 图 3 2 浇口套结构 4 2 冷料井设计 在每个注射成型周期开始时 最前端的料接触低温模具后会降温 变硬被称为 冷料 为了防止在下一次注射成型时 将冷料带进型腔而影响塑件质量 一般在主 流道或分流道的末端设置冷料井 以储藏冷料并使熔体顺利地充满型腔 为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出 往往使冷料井兼有开模时将 主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用 先选用 Z 形拉料杆的冷料井 其 结构尺寸如下附图所示 图 3 3 冷料井 4 3 分流道设计 分流道是主流道与型腔浇口之间的一段流道 它是熔体由主流道流入型腔的过 XXX 大学 第 10 页 渡通道 对于多型腔模需设分流道 为使各型腔内能同时填充 分流道采用平衡式 布置 比较不同截面形状分流道的性能 采用 U 形分流道 其热量损失小 加工性 能容易 U 形分流道宽度 可在 内选取 半径 深度 Bm10 5BR5 0 RH25 1 斜度HR5 0 取 m 8 5 2 mH35 21 m5 13 0 4 4 浇口设计 浇口是料流进入型腔最狭窄部分 也是浇注系统中最短的一段 浇口尺寸狭小 且短 目的是使由分流道流进的熔体产生加速 形成理想的流动状态而充满型腔 又便于注射成型后的塑件与浇口分离 本设计中浇口形式采用侧浇口 其形状简单 便于加工 而且尺寸精度容易保证 适用于一模多件 能提高生产效率 试模时 如发现不适当 容易及时修改 能相对独立地控制充填速度与封闭时间 侧浇口截面形状为矩形 其尺寸参数如下 tnh 0 5 1 b75 0 l 3 1r 式中 浇口深度 通常 h m2 塑件在浇口位置处的壁厚 t 系数 对于 PA n8 0 n 浇口宽度 b 浇口长度 lm 浇口半径 r 则有 h6 128 0 取 Bb5r 为去浇口方便 取 ml7 0 其中分流道与浇口的连接方式及尺寸参数如下附图所示 XXX 大学 第 11 页 如图 3 4 4 5 注射机注射量的校核 33821 59 5820cmV 总 则 gm7 6 总总 在一个注射成型周期内 需注射入模具内的塑料熔体的质量 应为制件和浇注 系统两部分质量之和 即 浇总 mn 根据生产经验 注射机的最大注射量是其额定注射量的 80 即 g8 0 式中 一个成型周期内所需注射的塑料质量 m 型腔数目 取 n4 n 单个塑件的质量 总 g 浇注系统凝料和飞边所需的塑料质量 取 浇 ggm10 浇 注射机额定注射量 gm 则有 4 2538 0617 4 4 5 1 锁模力的校核 锁模力是在成型时锁紧模具的最大力 成型时高压熔融塑料在分型面上显现的 涨力应小于锁模力 即 10AkPFc 式中 注射机的额定锁模力 F N XXX 大学 第 12 页 塑料制品与浇注系统在分型面上的总投影面积 A 2m 熔融塑料在型腔内的平均压力 对于螺杆式注射机 其型腔内cP aP 平均压力一般为 取 aMP35 20c30 安全系数 常取 k2 1 k 其中 塑料制品在分型面的投影面积为 2213174mA 主流道在分型面的投影面积为 2225 80 分流道在分型面的投影面积为 23764mA 故总投影面积为 2321 5 40765 81m 则有 KNKNF16 0 40 故满足条件 4 5 2 最大注射压力的校核 塑件成型所需的最大锁模力应小于注射机的额定锁模力 即 sP 式中 注射机的最大注射压力 P Ma 成型塑件所需的注射压力 s 注射机的额定注射压力为 160 40 68 SZ P 而 ABS 材料的注射压力为 70 120 a 故有 sP XXX 大学 第 13 页 4 6 注射机安装模具部分的尺寸校核 4 6 1 喷嘴尺寸 模具主流道衬套的小端孔径 D 和球面半径 R 要与塑料注射成型机喷嘴 m m 前端孔径 d 和球面半径 r 满足下列关系 m 2 1 R1 5 0 d 保证注射成型时在主流道衬道处不形成死角 无熔料积存 并便于主流道凝料 的脱模 故有 m142 mD514 4 6 2 定位孔尺寸 模具与注射机上定位孔为 两者按 配合实现定位 以保证模具主3 6 7fH 流道的轴线与注射机喷嘴轴线重合 4 6 3 模具厚度与注射机模板闭厚度 模具闭合时的厚度在注射机动 定模固定板之间的最大闭合高度和最小闭合高 度之间 即 minH max 式中 注射机允许的最小模具厚度 minH 模具闭合厚度 注射机允许的最大模具厚度 ax 其中模具闭合厚度为 mHm1925632403 故有 4019 4 6 4 开模行程的校核 对于单分型面注射模 其最大开模行程应满足 mHS10 521 XXX 大学 第 14 页 式中 注射机最大开模行程 S m 塑件脱模距离 1H 包括浇注系统凝料在内的塑件高度 2 则有 mS51060 其中 注射机最大开模行程与模具厚度无关 5 脱模机构的设计 在注射成型的每一个循环中 都必须使塑件从模具型腔和型芯上脱出 这种脱 出塑件的机构称为脱模机构 整个脱模过程包括开模 推出 取件 闭模 脱模机 构复位过程 对于中心有孔的圆筒形塑件 采用推管推出机构进行脱模 推管推出平稳可靠 塑件无变形 无顶出痕迹 推管的脱模机构采用动模座板固定型芯的推管机构 即 型芯 主型销 固定在动模座板上 并且穿过推板和推杆固定板 推管固定在推杆 固定板上 推管内部与主型销做间隙配合 推管外部与型腔板做间隙配合 推管与 主型销配合长度为顶出行程 推管与型腔板的配合长度为推管外径的m5 3 倍 这种顶出机构结构可靠 多用于脱模距离不大的场合 2 5 1 5 1 脱模力的计算 当脱模斜度不大时 一般指 初始脱模力最大 一经推动 脱模力即迅速减 5 小 所以脱模力的计算须按照无脱模斜度的条件计算 由于塑件壁厚与其内孔直径之比大于 故由 1 表 5 94 应按下式计算 201 10 BfkmLSErQ 式中 脱模力 Q N 塑料弹性模量 对于 由表 5 57 查得 E2 c6PA 25 108 2 c 塑料平均成型收缩率 S XXX 大学 第 15 页 包容型芯的长度 L cm 塑料与钢的摩擦系数 对于 由表 5 56 查得 f 6PA35 0 2 塑料的泊松比 约为 m49 0 38 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积 当塑件底部有B 2m 通孔时 该项视为零 与 和 有关的系数 其由下式计算所得 krt trk2 式中 型芯的平均半径 r cmcm475 1037 塑件的壁厚 约为 t t 15 则有 2 47 1502 k 其中 取 cmNE3 0f46 m 则有 NQ1590 152 46 018 5 2 推管直径的计算 推管直径 由下式计算所得 d413264 QEnld 式中 推管直径 d cm 推管长度系数 7 0 推管长度 l cml6 1 推管数量 n 推管材料的弹性模量 对于钢 E 2 N27 10 2cmNE 则有 cmd3 01590 216764473 XXX 大学 第 16 页 考虑到于推管中放一主型销与冶金粉末嵌件配合 故选取 md10 5 3 推管应力校核 其校核公式如下 SdnQ 24 式中 推管应力 2 cmN 推管钢材屈服极限强度 对于一般中碳钢 S 2 c 2 30cNS 则有 2221 30 0401594 cmNS 6 合模导向机构的设计 在模具工作时 导向机构可以维持动模和定模正确合模 合模后保持型腔的正 确形状 同时 导向机构可以引导动模按顺序合模 防止型芯在合模过程中损坏 并 能承受一定的侧压力 本设计导向机构采用导柱导套导向 因动 定模合模时无方位要求 故导柱在 模具上的布置方式可采用直径相同并对称布置 并使固定导柱的孔径与固定导套的 孔径相等 以便于加工 且有利于保证同轴度和尺寸精度 为使导向装置具有良好 的导向性能 将导柱的先导部分做成锥度 考虑到模具生产批量大 故选用带肩导柱与带肩导套 为了使导柱 导套的配 合表面硬而耐磨 而中心部分具有良好的韧性 导柱导套材料选用 20 号钢经渗碳淬 火处理 渗碳深度为 0 8 1 2mm 其中 导柱淬火到 HRC56 60 导套淬火到 HRC50 55 导套硬度低于导柱硬度 可以改善摩擦情况 导柱 导套的尺寸参数如 下附图所示 XXX 大学 第 17 页 图 6 1 导柱 图 6 2 导套 导柱 导套加工的工艺路线为 毛坯 棒料 材料为 20 号钢 车削加工 内外圆 配合部分留磨量 0 2 0 3mm 热处理 渗碳淬火 内外圆磨削 精磨至要求尺寸 导柱在热处理后修复中心孔 最后进行磨削时 可利用两端的中心孔进行装夹 并在一次装夹中将导柱的两个外圆磨出 以保证两表面间的同轴度 导套磨削加工时 先磨内圆 再以内圆定位 用顶尖顶住芯轴磨外圆 这样 就不仅可保证同轴度要求 且能防止内孔的微量变形 导柱 导套端部转弯处必须圆滑 以防止在运动中将配合表面划伤 因此 全 部精磨后 必须用油石将圆弧处磨圆滑 消除磨削后在圆弧处出现的棱带 7 温度调节系统的设计 在塑料注射成型过程中 模具就像一个热交换器 输入热量的方式是加热装置 的加热和塑料熔体带走的热量 输出热量的方式是自然散热和向外热传导 其中 95 的 热量是靠传热介质 冷却水 带走 在塑料成型过程中 要保持模具温度稳定 就应 保持输入热和输出热平衡 为此 必须设置模具温度调节系统 对模具进行加热和 冷却 以调节模具温度 7 1 模具冷却水管道直径 vVd 604 式中 冷却水管道直径 d m 管道内冷却水的流速 一般取 选取v sm 5 2 8smv 0 2 XXX 大学 第 18 页 则有 md60 2617343 7 2 冷却水管总的传热面积 传热膜系数按下式计算 2 08 174dvfk 式中 冷却通道孔径与冷却介质间的传热系数 k ChmJ 2 与冷却介质有关的物理系数 由 5 表 8 29 查得 f 7 f 则有 Jk 22 08 03 5161 718 4 故冷却水孔总的传热面积为 TkWQA 26 式中 模温与冷却介质温度之间的平均温度 其中 模温为 T C C 80 则有 213 0238092445 6mA 7 3 模具上开设的冷却通道的孔数 dLAn 式中 冷却通道的长度 为使模具得到均匀冷却 要求控制回路长度L m 在 1 2 1 5m 内 今取为 1 4m 则有 84 10623 n 8 模板的选用 由 6 表注射模中小型模架组合形式 结合实际计算所需 采用基本型 模板2A 尺寸选用如下 XXX 大学 第 19 页 表 8 1 模板的选用 模板 座板规格 宽度 长度 厚度 宽度 厚度LB L 定模 A动模 B1定模 1H动模 2 200 x250 200 250 32 40 315 25 25 垫块 支承板 推杆固定板 推板 导柱 导套 复位杆 内六角螺钉 宽度 厚度 厚度 厚度 宽度 直径3BC3H1h22Bd12d3 40 63 32 16 20 118 20 28 12 5 84M 中心距b2b3bl2l3l 160 80 156 206 210 146 参考文献 1 付宏生 塑料模设计手册 机械工业出版社 2002 2 刘京华 注塑制品与注塑模具设计 机械工业出版社 2002 3 屈华昌 塑料成型工艺与模具设计 机械工业出版社 2002 4 模具使用技术丛书编委会 塑料模具设计制造与应用实例 机械工业出版社 2002 5 党根茂 骆志斌 李集仁 模具设计与制造 西安电子科技大学出版社 1995 6 王树勋 邓庚厚 典型注塑模具结构图册 中南工业大学出版社 1992 7 许发樾 实用模具设计与制造手册 机械工业出版社 2000 8 王之煦 许杏根 简明机械设计手册 机械工业出版社 1992 9 黄毅宏 李明辉 模具制造工艺 机械工业出版社 1999 10 杨伟群 数控工艺工艺教程 清华大学出版社 2002