塑料挂钩座注射模具设计.docx

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塑料挂钩座注射模具设计

第一章产品分析

1.1塑件分析

1.1.1结构分析

本次设计任务所提供的资料为塑件实体，如下图所示：

【图1－1】塑件草图

由零件实体模型及二维草图可知，该零件总体形状为近似梯形，零件大端有两个伸出块及六角通孔，上方有两个小沉孔，在零件的两测也各有两个小孔，此外还有诸多突出小块，加强筋等等，并且所有结构对称布置。

在模具设计时，两侧的小孔可以使用小型心对插成型，沉孔及伸出块位置也可使用小型心，而端头的六角通孔必须设置侧向分型抽芯机构，总体看来，该零件属于较复杂程度。

1.1.2尺寸精度分析

该零件的重要尺寸精度为6级，其它尺寸精度为7－8级，属于中等精度，对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。

1.1.3塑件厚度检测

塑件的厚度检测采用Pro/Engineer设计软件的模型分析功能自动完成，如图所示：

从塑件的壁厚上来看，壁厚的最大处为4mm左右，最小处小于1mm，壁厚差较大，但大多处在2－3mm的范围之内，并综合其材料性能，只要注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难（如果条件允许，也可考虑修改其结构形式使壁厚趋向均匀）。

1.1.4表面质量分析

该零件的表面除要求没有凹陷，无毛刺，内部无缩孔，没有特别得表面质量要求，故比较容易实现。

综以上分析可知，注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型质量很容易得到保证。

1.2塑件的原材料分析

塑件的材料采用聚碳酸脂（PC），其性能参数如下：

【图1－3】聚碳酸脂

1.2.1基本资料

英文全名：

Polycarbonate

结　　构：

PC：

耐冲击性相当高，属于工程塑料。

耐热性佳、低温安定性良好。

成型后尺寸稳定性高，耐候性佳，且吸水率低。

无毒性。

1.2.2机械特性

密度：

1.2g/cm3

拉伸强度：

630kg/cm2

硬度：

70（RockwellM）

吸水率：

0.24%

1.2.3热物性质

线膨胀率：

3.8*10-5cm/cm*℃

热变形温度：

135℃

1.2.4成形加工性

射出成型温度：

230～310℃

射出成型压力：

1000～1400Kg/cm2

成形收缩率：

0.5%～0.7%

模具温度：

80～120℃

注射时间：

20～90

高压时间：

0～5

冷却时间：

20～90

总周期：

40～190

从以上资料分析可以得知，该塑料具较好的各项性能指标，从使用性能上看，该塑料具有刚性好、耐水、耐热性强，是做为挂钩座较理想的材料；而由耐热性的观点来看，PC属于工程塑料，不仅在耐热上具有一定程度的能力，机械性质上也比一般的泛用塑料来的高；从成型性能上看，该塑料吸水性小，熔料的流动性一般，成型较容易，但收缩率偏大，另外，该塑料成型时较易产生凹痕、变形等缺陷，成型温度过低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。

因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应缓慢散热，冷却速度也不宜过快。

第二章拟定型腔布局

2.1型腔

一般来说，精度要求高的小型塑件和大中型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件，形状简单，又大批量生产时，则采用多型腔模具可使生产率提高。

型腔数量确定以后，便进行型腔的排布。

型腔的排布及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。

以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。

型腔数量确定及型腔的排布

所谓型腔（cavity）指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。

注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔——型腔。

其凹入的部分称为凹模（cavity），凸出的部分称为型芯（core）。

2.2型腔数目的决定

型腔数目的决定与下列条件有关。

a.塑件尺寸精度

型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。

3、4级的精密级塑件，最多一模四腔。

b.模具制造成本

多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。

从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。

c.注塑成形的生产效益

多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。

但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。

d.制造难度

多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。

本设计根据制品的生产总量，确定一个经济的型腔数量，其计算如下：

A=ty/3600+anc/m

（摘自《注塑模具设计要点与图列》许鹤峰陈言秋编著化学工业出版社）

式中：

m：

制品的生产总量/个

A：

成型每个制品所需费用，元/个

n：

型腔数量，个

t：

成型周期，秒

y：

成型费用，元/时

c：

单个型腔模具制作费，元/个

a：

多个型腔模具制作费递减率，%

anc：

模具费用，元

然后假设型腔数量计算进行比较，求出A为最小值时的型腔数量，即为经济数量。

由上式可知，要想A为最小，只要anc为最小，所以n为4。

虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但不与型腔数量成正比，所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率，递减率由模具制造企业根据情况确定。

综合起来本模具采用一模四腔，既满足塑件要求，又能提高生产效率。

2.3型腔排布

在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。

本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔。

考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择：

a.如图2－1所示，四个型腔采用轴对称布置，这种布置方式由于塑件本身的梯形结构，可有效减少模具大小，降低模具成本，但这样以来，模具四个方向各要布置一侧抽芯机构，增加了模具设计及加工的难度：

b.如图2－1所示，这种方式采用平面对成布置，虽然不如第一种布局方式紧凑，但由于其一侧各布置两个型腔，故只有两个方向需要设置抽芯机构，大大简化了模具的设计。

综合以上两种方案考虑，故拟定第二种型腔布局方式，其尺寸计算将在后面的设计中完成。

第三章塑件相关计算及注塑机的选择

3.1塑件相关计算

3.1.1投影面积计算

塑件的投影面积可以通过PRO/ENGINEER的分析模块直接得出,如图3－1所示：

由分析可得：

注塑件投影面积S=1008.76*4≈4035mm2

3.1.2体积及质量计算

体积及质量的计算也利用PRO/ENGINEER的分析模块自动计算获得（塑件密度由《塑料模设计手册》表1－4查得：

ρ=1.2g/cm3），如图3－2所示：

结果如下：

体积=4.9079263e+03毫米^3

曲面面积=5.2316449e+03毫米^2

密度=1.2000000e+00公吨/毫米^3

质量=5.8895115e+03公吨

故注塑件的体积为：

V≈4907.9×4=19631.6mm3

质量为：

M≈19.63×1.2＝23.56g

（注：

此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内）

3.2注塑机选择及注射工艺参数确定

3.2.1注射机的选择

考虑塑件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它综合情况，查《塑料模设计手册》附表8，初步选用注射机为XS-XY-60型，其主要参数如下：

结构类型：

卧式

理论注射量:

60cm3

注射压力：

12200N/cm3

锁模力:

500kN

最大注射面积:

130cm2

查《塑料模设计手册》（第三版）表5－9.P150，取拉料杆直径为Φ10，得拉料钉尺寸选择如下：

【图10－4】拉料钉尺寸

第十一章冷却及排气系统设计

11.1冷却系统

在注射成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。

由于各种塑料的性能和成型的性能和型工艺要求不同，模具的温度也要求不同。

一般注射到模具内的塑料温度在60度以下。

温度降低是通入循环冷却剂，从而将热量带走，模具冷却剂常用水，此外还有压缩空气，冷冻水冷却，而水冷却最为普通，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温，水的热容量大，导热系数大，成本低。

冷却水道的开设受模具上镶块和顶出杆等零件几何形状的限制，必须根据模具的特点，灵活地设置冷却装置，其设计要点如下：

a、实验表明冷却水孔的数量愈多，对制品的冷却也就愈均匀。

b、水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，水孔边距型腔的距离常用10~15MM。

c、进水管直径的选择应使水流速度不超过冷却水道的水流速度.避免产生过大的压力降.冷却水道直径一般不小于9mm,常用9-12mm,但也必根据模具的具体大小和产品大小状况而定,本设计由于模具较小,产品也较小,据综合考虑,水管直径8mm.

d、进出口冷却水温差不应过大,以免造成模具表面冷却不均.

11.1.1冷却回路的布置

缩短成型周期有各种方法,而最有效的是制造冷却效果良好的模具,如果不能实现均一的快速的冷却,则会使制品内部产生应力而造成制品变形成形或开裂,所以我们必须根据制品的形状及壁厚设计,制造能实现均一的且高效的冷却回路.

一般在冷却回路的布置上应遵循如下原则:

1）模具上有数组冷却回路时，冷却水应首先接近主流道的部位；

2）对于聚乙稀等收缩率较大的成型树脂，必须沿制品收缩大的方向设置冷却回路；

3）水道之间的中心距离一般为水道直径的3~5倍，最小不得小于水道直径的1.7倍，水道的外周离模具型腔表面的距离一般为10~15MM。

本设计由于采用整体嵌入式型腔，且型腔外形为矩形，故水道布置在模板上，其具体结构如图所示：

【图11－1】冷却水道

注：

冷却水孔打空后，应用堵头堵住不需要的通道。

11.1.2冷却时间计算：

由《塑料模设计手册》，冷却时间依塑件种类、塑件壁厚而异，一般用下式计算：

式中：

——最低冷却时间（s）；

——塑件平均壁厚（mm）；

——塑件平均热扩撒率（mm2/s）；

——模具平均温度（℃）；

——熔体平均温度（℃）；

——塑件脱模时平均温度（℃）。

代入数据计算得：

=8.26s，

由《塑料模设计手册》表1－4，取

＝20s。

11.1.3成型周期计算

注射成型周期一般用下式计算：

式中：

Ti——冲模时间，由PROE计算总注塑质量（包括浇注系统）为30.9g，查《塑料模设计手册》表5－49，取Ti=0.5s；

Tn——保压时间，取20s；

Tc——冷却时间；

Tr——其余时间，包括脱模区间及开闭模时间，取Tr=40s。

代入数据计算得：

T=80.5s

11.2排气机构

当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有的气体，蒸汽不能顺利地排出，将在制品上形成气孔、接缝、表面轮廓不能完全充分满型腔，同时还会因气体被压缩而产生焦痕，而且型腔内汽体被压缩产生的反气压会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量。

排气机构的设置，一般有如下几种方法：

a、利用分型面排气：

在型腔周围设置排气槽，采用这种方法排气时，易在模具上的排气处残留树脂分解的物质，特别在浇口对侧的部位，必须及时将其清除，否则久而久之腐蚀模具的型腔表面。

b、利用推杆排气：

在推杆上设置排气槽，由于推杆是运动零件可达到自清效果，清理效果较好。

c、利用镶件排气：

对于制品的筋、槽部位经常采用此法。

d、利用烧结合金排气：

采用烧结合排气时，由于烧结合金的热传导率低，不能使其过热，否则易产生分解物而堵塞气孔。

由以上几种方法做以比较本设计排气机构设计的最佳方案为利用推杆排气。

第十二章模具总体结构

到此基本完成了模具所有结构设计，其总体结构三维模型如下图所示：

【图12－1】模具总体结构

结构简图：

【图12－2】模具总体结构简图－主视图

1－动模座板2－垫块3－支撑板4－动模板5－带头导套6－固定销7－带头导套8－直导套

9－导柱10－中间板11－脱浇道板12－定模座板13－拉料钉14－型芯镶块15－斜导柱

16－螺钉17－斜导柱固定板18－楔紧块19－螺钉20－侧滑块21～24－滑块拉出钉25－螺钉

26－限位挡块27－侧型芯28－侧型芯固定板29－型腔镶块30，31－推杆32－推杆固定板

33－推板34－限位销35－复位杆36－弹簧37－螺钉

【图12－3】模具总体结构简图－右视图

38－浇口套39－定位圈40－螺钉41－螺钉42－定位螺钉43－拉杆44－弹簧45－螺钉

46－定距螺钉47拉板48－推杆49－推杆50－螺钉

开模动作：

开模时,在预紧弹簧44的作用下，模具首先从分型面I分型，浇注系统由拉料钉从中间板拉出，留在定模一侧；开模进行到拉杆43的台肩与中间板接触时，分型面II分型，在斜导柱及滑块拉出钉的作用下，完成侧抽芯动作，到一定距离后，推板推动推杆，将塑件从动模中推出；继续开模，当拉板碰到螺钉46时，拉板47通过拉杆43及限位螺钉42使脱浇道板11与定模座板分离，分型面III分型，浇注系统随脱浇道板从浇口套中脱出，模具开模完成；合模时由导柱9导向，复位杆35复位，侧滑块复位由楔紧块17楔紧。