塑料模具设计.docx
《塑料模具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《塑料模具设计.docx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
塑料模具设计
塑料模具设计
一.工艺分析
1.1塑料件的原材料分析
ABS外观为粒状或粉状，呈浅象牙色，不透明但成型的塑料件有较好的光泽。
它无毒、无味，易燃烧、无自熄性，密度为1．06g／cm3左右。
ABS具有较高的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降；有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，且易着色
ABS具有良好的成型性和综合力学性能，因此用途广泛，在机械工业上用来制造水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库，冰箱衬里、管道、电机外壳，仪表壳、齿轮、泵叶轮、轴承和把手等。
此外，ABS还可用来制作水表壳、纺织器材、家用电器外壳、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。
ABS的主要性能指标见表1
表1
密度/（g/cm3）
1.02-1.08
屈服强度/MPa
50
比体积/（cm3/g）
0.86-0.98
拉伸强度/MPa
38
吸水率/（%）
0.2-0.4
拉伸弹性模量/MPa
1400
熔点/（°C）
130-160
抗弯/MPa
80
计算收缩率（%）
0.4-0.7
抗压强度/MPa
53
比热容/（J/（g·℃）
1470
弯曲弹性模量/MPa
1400
1.2塑件结构和尺寸精度及表面质量
该塑件的结构总体形状为凹形，结构较为简单，见图1-4所示，图1为四面对齐和图2为绕一固定轴旋转的装配图，组成包括两凹形盖和一螺钉。
.
肥皂盒盖为日用品，表面精度要求一般采用五级精度（MT5），其它尺寸无公差要求，一般可采用八级（MT8）或九级精度（MT9）。
从塑料的壁厚上来看，四周壁厚始终为2mm，顶部为3mm，均匀一致。
该塑件表面较为光滑，表面粗糙度Ra一般选择0.8。
图1塑料件四面对齐
图2塑料件绕一固定轴旋转
图3塑料件1
图4塑料件2
图5塑料件装配体三视图
1.3塑件注塑工艺参数的确定
由于ABS塑料的吸湿性强，含水量应小于0.3%，因此成型前必须充分干操，要求表面越光泽的塑件应要求越长时间的预热干燥。
注射过程中，塑件在注射机料筒内经过加热，塑件达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模，压实，保压，倒流和冷却五个阶段。
塑件成型后处理阶段，处理介质为水和空气，处理温度为60-75°C，处理时间为20s左右。
注射工艺参数：
查表3-1得
注射机：
螺杆式，螺杆转速为30r/min
料筒温度（°C）：
后部为150-170
中部为165-180
前部为180-200
喷嘴温度（°C）：
170-180
模具温度（°C）：
50-80
注射压力（MPa）：
60-100
成型时间：
注射时间+冷却时间+其他时间+保压时间=1.8+30+8.2+20=60s
综上过程参数的确定仍为初定，在稍后的过程中可根据实际情况做适当调整，保证实际模具的可行。
二．模具基本组成机构设计
2.1分型面的确定
通过对塑件结构的分析，分型面应该选在截面轮廓面积最大处，且有利于开模取出塑件，因而将分型面选在塑件的底平面初，见图3红色处。
图6分型面选择
2.2型腔数目的确定
肥皂盒上盖属于日常用品，结构简单，市场需求量一般，对模具要求简单，经济廉价，因此我们可确定模具型腔数位二个，既简单又经济。
2.3注射机的初定
2.3.1注射量的计算
通过三维软件建模设计计算得（取ABS塑料的密度为1.06g/cm3）
塑件体积：
V塑=11132.635mm3+11706.443mm3=22839.078mm3
塑件质量：
m塑=ρ×V=22839×1.06=24.2g
2.3.2浇注系统凝料体积的初步估计计算
由于塑件简单，浇注系统简单，凝料按照经验取为塑件体积的0.2倍。
故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为：
V总=V塑×（1+0.2）=24.2×1.2×1=29cm3
2.3.3选择注射机
根据上一步计算得出一次注射模具型腔的塑料总体积为29cm3，由式4-18得：
V总/0.8=29/0.8=36.3cm3.
根据以上初步计算，初选标称注射量为104的XS-ZY-125，基本性能参数见表2
表2
额定注射量/cm3
104
模具最大厚度/mm
300
螺杆直径/mm
30
模具最小厚度/mm
200
公称注射压力/MPa
150
模板尺寸/mm
注射行程/mm
160
拉杆空间Mm
260×360
螺杆转速/（r/min）
30
合模方式
液压—机械
注射时间/s
1.8
推出形式（mm）
两侧推出（230）
注射方式
螺杆式
电动机功率/kW
11
锁模力/kN
900
喷嘴球半径/mm
18
最大成型面积/cm2
360
喷嘴孔直径/mm
4
最大开模行程/mm
300
定位圈直径/mm
100
2.4浇注系统的设计
浇注系统一般由主流道，分流道，浇口，冷料穴四个部分组成，所须设计的零件主要有主流道浇口套，定位圈，冷料穴，拉料杆，浇口，分流道。
根据所设计的塑件初步选择浇口的方式为直接浇口，浇口直接开在塑件上侧中心处。
直接浇口的截面形状为圆形，优点是截面形状简单，易于加工，且由于是单型腔模，熔体直接流入型腔，压力损失小，进料速度快，成型比较容易，通用性强，材料选择45号钢。
由于选择直接浇口，无需设计冷料穴，拉料杆，分流道，在本塑件设计中，用螺钉将主流道浇口套固定在定模板上即可，也无需定位圈的设计。
主流道的长度L主应小于60mm，初取L主=45mm,球面的配合高度h=3mm
由表2得，注射机喷嘴孔直径为4mm，而根据实际使用注塑机的尺寸d==为2.7mm确定，则
主流道小端直径d=注射机喷嘴孔直径+（0.5-1mm）约为3mm
主流道大端直径由式tanα=（D-d）/2L得：
d‘=d+2（L主-h）tanα=5.93mm（α=2°）取6mm
取主流道球面半径：
SR0为15mm
图7,8,9,10为浇注系统的设计图
图7主流道衬套三维图图8定位圈三维图
图9主流道浇口套平面图
图10定位圈平面图
2.5成型零件的结构尺寸设计
凹模的设计为整体式凹模，凸模的设计为整体式凹模。
材料选Cr12MoV
由表4-15和表2-3，2-4得，塑件的精度等级为MT5，成型零件的尺寸计算方法如下：
凹模径向尺寸公式：
LM=[（1+Scp）*ls-x*△]+δz
凹模深度尺寸公式：
HM=[（1+Scp）*Hs-x*△]+δz
凸模径向尺寸公式：
lM=[（1+Scp）*ls+x*△]-δz
凸模深度尺寸公式：
lM=[（1+Scp）*ls+x*△]-δz
中心距尺寸公式：
LM=[（1+Scp）*ls]±0.5δz
LMHMlM指工作尺寸，lsHs指基本尺寸，Scp塑料平均收缩率，查表1-2取0.0055，δz指制造公差，取尺寸公差△的1/6。
x为系数，取0.6，单位均为mm。
凹模径向尺寸：
ls1=50±0.37=50.37-0.74ls2=50±0.37=50.37-0.74
LM1=[（1+0.0055）*50.37-0.6*0.74]+0.123=50.203+0.123mm
LM2=[（1+0.0055）*50.37-0.6*0.74]+0.123=50.203+0.123mm
凹模深度尺寸:
HM=10±0.16=10.16-0.32
HM=[（1+0.0055）*10.16-0.6*0.32]+0.053=10.024+0.053mm
凸模径向尺寸:
ls1=46±0.32=45.68+0.64ls2=46±0.32=45.68+0.64
lM1=[（1+0.0055）*45.68+0.6*0.64]-0.107=46.315-0.107
lM2=[（1+0.0055）*45.68+0.6*0.64]-0.107=46.315-0.107
凸模深度尺寸:
HM=7±0.14=6.86+0.28
HM=[（1+0.0055）*6.86+0.6*0.28]-0.047=7.066-0.047
图11凸模平面图
图12凸模三维图
图13凹模二维图
图14凹模三维图
2.6模架的设计
2.6.1模架的选择
塑件的基本尺寸为50mmX50mmX10mm
由经验公式4-67,4-68知
塑件在分型面上的投影宽度W’满足：
W’<=W2-10
塑件在分型面上的投影长度L’满足：
L’<=lt-d-30
则W2>60mm,查表4-38得，W2=73，对应模架的宽度W=125mm,复位杆直径d=12mm。
lt>172mm,所对应的模架长度为200mm。
为了安全可靠，选择A2型标准模架，W*L=180*200
6.2各模板尺寸的确定
A板尺寸的确定，由于定模座板的厚度H1=21mm，主流道浇口套的长度L定为45mm，塑件高度为10mm，则A板的厚度应该为
HA>45-21=24mm
取A板厚度标准值为25.5mm
凸模固定板厚度H3已知为24.5mm。
凸模垫板的厚度的确定，凸模垫板与所选模架的两个垫块跨距L有关，L=200-32-32=116mm。
由表4-20知，
δp=25i=25*（0.45*1160.2+0.001*116）=0.032mm
由表4-19知，凸模垫板的厚度T满足：
T=0.54*（p*A/（E*L1*δp））1/3=
0.54*116*（35*8974.5/（21000*200*0.032））1/3=38.58mm
由于经验值偏大，选择T标准值为32mm。
垫块的厚度：
由表4-38知
垫块厚度=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5-10mm）
=10+15+14+10=49mm，取标准值为60mm
经过上述计算，初步确定为A2模架，180*200*183mm（宽，长，高）
各模板的零件图和立体图如下图15-图26所示。
图15动模座板平面图
图16动模座板三维图
图17垫板
图18垫板三维图
图19定模座板平面图
图20定模座板三维图
2.7排气槽的设计
该塑件由于结构简单，因此不需设计额外的排气系统，气体会从分型面和型芯的间隙中排出。
2.8脱模机构的设计
本塑件采用推杆推出机构，即会有三个组成零件，推杆，推板，推杆固定板。
如图20-图25所示。
图21脱模机构平面图
图22脱模机构三维图
图23推板平面图
图24推板三维图
图25推杆固定板平面图
图26推杆固定板三维图
2.9导向与定位机构的设计
注射模的导向机构用于动定模之间的开合模导向机构导向和脱模机构的运动导向。
本模具结构简单，定位精度不高，采用模架本身自带的定位结构导向，选择直径为16mm的带头导柱和带头导套进行导向与定位，由于为标准件，无图。
三．模具相关参数的校核
3.1注射压力的校核
查表4-1知，ABS塑料所需的注射压力为80-110MPa，取P为100MPa，该注射机的公称注射压力为150MPa，折射压力安全系数为K1=1.3.则：
K1*P=1.3*100=130<150MPa
所以，注射机注射压力合格。
3.2锁模力的校核
如图28所示：
塑件与浇注系统在分型面上的投影面积A，则A=4900mm2
模具型腔内的胀型力F账，则F账=P*A=4900*35<172KN
查表4-2，得中等粘度的塑料如ABS注射时型腔的平均压力为35MPa。
锁模力安全系数K2为1.2,则
K2*F账=1.2*F账=1.2*172=206<1000KN
故，注射机锁模力合格。
3.3模架尺寸的校核
模具平面尺寸为180*200<300*440。
模具最小厚度70mm<模具高度尺寸193mm<模具最大厚度200mm。
模具的开模行程S=H1+H2+（5-10mm）=20+21+10=51<180mm
则，模架校核合格
图28注塑模具爆炸图
图29注塑模具装备图
图30注塑模具截面剖视图
（一）
图31注塑模具截面剖视图
（二）
图32注塑模具俯视图
（一）
图33注塑模具俯视图
（二）
图34注塑模具三维剖视图
四．结论
经过这一段时间的塑料模具的设计，让我对模具设计方法有了大致的了解，也巩固和学习了大量的专业知识，收获很大。
针对本次塑件肥皂盒上盖的的注塑模具设计总结如下：
此设计采用单分型面两腔，结构简单，节省原料。
凸模采用组合式，当一个凸模磨损严重后，更换方便。
设计的主要过程是浇注系统，成型零件和模架三者的设计，尤其是模架的选择大大简化了设计的难度。
由于设计水平的有限，以及简化设计过程，在设计中对于很多细节没做太多考虑，可能存在局部的问题。
同时，通过模具的设计，熟悉掌握了三维软件inventor的部分功能，这对于我们而言，也是重要的收获。
五．参考文献
[1]叶久新注塑成型工艺及模具设计北京：
机械工业出版社2007.11
[2]高军注塑成型工艺分析及模具设计指导北京：
化学工业出版社2008.8
升级会员 