油窗端盖注塑模具设计.docx

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油窗端盖注塑模具设计

油窗端盖注塑模具设计

摘要

塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。

注射模技术的不断发展需要越来越多的工艺流程。

注射成型过程中最重要的问题是模具的正确设计。

从根本上说，注射模具包括浇口和浇注系统，另一部分是放置顶出系统。

模具零件是在分型面被定位的。

注射模具型腔选择等设计计算要求掌握加工材料、注射机和模具等方面的准确知识。

模具的制造成本随着型腔数目的增加而增加，而相关的加工费用减少了。

一个给定的模具零件的生产周期取决于壁厚、注射速度、收缩率、模内材料的冷却时间、冷却的效能及必要的辅助时间，如压力持续时间、排气时间及延迟时间等。

本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。

关键词：

塑料模具，参数化，分型面，浇注系统，模具型腔。

THEPLASTICINJECTMODLEDESIGN

ABSTRACT

plasticindustryisintheworldgrowsnowoneofquickestindustryclasses,butcaststhemouldisdevelopmentquicktype,therefore,theresearchcaststhemoldtounderstandtheplasticproducttheproductionprocessandimprovestheproductqualitytohavetheverybigsignificance.Thecontinuingdevelopmentofinjectionmoldtechnologydemandsmoreandmoreoftheprocesses.Themostimportantproblemintheprocessofinjectionmoldingisundoubtedlythecorrectdesignofinjectionmold.

Basicallytheinjectionmoldconsistsoftwohalves.

Onemoldhalfcontainsthespruebushingandrunnersystem,theotherhalfhousestheejectionsystem.Themoldedpartislocatedatthepartingline.

Tosetupacalculationconceivingthechoiceofcavitiesinaninjectionmoldrequiresaccurateknowledgeofthematrrialtobeprocessed,oftheinjection-moldingmachineandofthemolds.Themoldcostsincreasewiththerisingnumberofcavitiesandtherelativemachinecostsdecrease.Theproductiontimerequiredforagivenmoldedpartdependsonthewallthicknes,theinjectionspeed,therecoveryrate,thetimerequiredtocollthemoldedmaterial,thecoolingcapacityofthemoldandthenecessaryincidentaltimesuchasdurationofpressureholdingtime,ejectiontime,delaytime,ect.

Thisdesignintroducedtheinjectiontakesshapethebasicprinciple,speciallysingleisdividedtheprofiletoinjectthemoldthestructureandtheprincipleofeork,tocasttheproducttoproposethebasicprincipleofdesign;Introductedindetailthecoldflodchannelinjectionevilspiritmoldpoursthesystem,thetemperaturecontralsystemandgoesagainstthesystemthedesignprocess,andhasgiventheexplanationtothemoldintensityrequest;Throughthisdesign,maytocastthemoldtohaveapreliminaryunderstanding,notesinthedesigncertaindetailquestion,understandsthemoldstructureandtheprincipleofwork;ThroughtothePROGRAMstudy,mayestablishthesimplecomponentsthecomponentsstorehouse,thuseffectiveenhancementeorkingefficiency.

KEYWORDS:

Theplasticmold,theparameterization,inlays,dividestheprofile

目　录

前　言

塑料工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展因应运而生的，目前塑料制件几乎已经进入一切工业部门以及人民日常生活的各个领域。

塑料工业又是一个飞速发展的工业领域。

塑料作为一种新的工程材料，其不断被开发与应用，加之成型工艺的不断成熟，完善和发展，极大的促进了塑料成型方法的研究与运用和塑料模具的开发与制造。

随着工业塑料制件和日用塑料之间的品种和需求量日益增加，这些产品的更新换代的周期越来越短。

因此对塑料的品种、产量和质量都提出了越来越高的要求。

对塑料制件提出高要求的同时意味着对塑料模具提出了很高的要求。

因为模具是塑料工业生产中重要的工艺设备，因此模具设计显得越来越重要。

塑料模具的设计是模具制造中的关键工作。

通过合理设计制造出来的模具不仅能顺利的成型高质量的塑件，还能简化模具的加工过程和实施塑件的高效率生产，从而达到降低生产成本和提高附加价值的目的。

近几年来塑料成型工艺迅速发展，塑料模具种类不断增加。

结构也更为复杂，在该套模具的设计中采用的是一模四腔的模具结构。

该套模具的浇口采用的是侧浇口。

侧浇口又称标准浇口，这种浇口一般开设在分型面上，塑料熔体内侧或外侧注入型腔，其截面形状多为矩形，改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。

这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修正方便，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。

其浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且不留明显痕迹。

因此塑件的表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

该套模具的工作原理是当注射结束时，模具在开模力的作用下从D-D分型面分型，当动模向后移动一定距离后推出机构开始工作，推杆推动推件板把塑

件从型芯上推下,完成整个开模过程。

第一章：

制件的结构与工艺性分析

1.1制件相关信息

名称：

端盖

材料：

PS；

精度：

一般，零件直观图如图1-1所示：

图1-1制件立体图

生产批量：

中批生产；

粗超度要求：

Ra=0.6um；

用途：

利用PS透明度高的特点，制造仪器端盖，一方面防尘，阻挡异物进入仪器；另一方面可从顶部区域，观察仪器内部油面，以便随时掌握油量，及时添加。

侧壁上长条形孔洞，用于扣紧端盖，保证端盖与仪器牢固结合。

表面质量要求：

要求顶面必须光滑平整，无浇口痕迹及顶出痕迹；四壁光滑，无明显痕迹。

1.2材料的相关性质

1.2.1基本特性

PS（聚苯乙烯）是无色透明并有金属光泽的非结晶型线性结构的高聚物，落地式发出类似金属的声音，密度为1.054g/cm3。

聚苯乙烯的透明度好，透光率高，在塑料中期光学性能仅次于有机玻璃。

聚苯乙烯有优良的电性能，尤其是高频绝缘性能，并具有一定的化学稳定性。

聚苯乙烯能耐除硝酸以外的酸及碱、醇、油、水等，但对与氧化剂、苯、四氯化碳、酮类、酯类等的抵抗力较差。

聚苯乙烯的着色性能优良，能染成各种鲜艳的颜色。

但其耐热性低，热变形温度一般在70-90℃，所以只能用在不高的温度下。

聚苯乙烯质地硬而脆，有较高的热膨胀系数，塑件易产生内应力易开裂，因此限制了它在工程上的应用。

近几十年来，由于有了改性聚苯乙烯和以聚苯乙烯为基体的共聚物，从而扩大了它的用途。

1.2.2主要用途

聚苯乙烯是仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大塑料品种。

在工业上可用作制作仪表外壳、灯罩、化学仪器零件、透明模型等。

在电器方面用于制作良好的绝缘材料，如电视机的结构零件、接线盒和电池盒等。

在日用品方面则广泛用于制作包装材料、各种容器和玩具等。

1.2.3成型特点

聚苯乙烯成型性能优良，吸水性小，可不进行干燥处理。

由于热膨胀系数较高，故而塑件中不宜含有嵌件，否则会因两者的热膨胀系数相差太大而导致开裂。

宜采用高料温，高模具温度，低注射压力成型并延长注射时间，以防止缩孔和变形，降低内应力。

由于聚苯乙烯流动性很好，故而在模具设计中大多采用点浇口进料。

聚苯乙烯可采用注射，挤出，真空等多种方法成型。

1.3塑件的脱模斜度

由于塑件成型冷却过程中产生收缩，使其紧箍在凸模或型芯上，为了便于脱模，防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损，与脱模方向平行的塑件内、外表面都应具有合理的斜度。

以下是PS的脱模斜度推荐值：

型腔：

35′-1°30′

型芯：

30′-40′

对于本制件而言，型腔取1°脱模斜度，型芯取30′脱模斜度。

1.4塑件的尺寸精度及表面质量要求

该制件为简单的壳类零件，侧面有一成型孔。

表面粗糙度为0.6.属于一般的粗糙度要求。

由于上表面要求不能出现任何形式的不光整现象，侧面也要求尽量平整，故而最初大致确定，制件注塑成型时，从底部耳边处进料，即浇口开在耳边，同时刚好开在最大分型面处。

制件的详细尺寸见零件图，如下图1-2所示：

图1-2制品零件图

制件各个尺寸的相关要求如下：

制件内轮廓径向尺寸44和侧壁成型孔尺寸18、4为MT3，其余尺寸，为一般精度MT5。

第二章：

初选注射机

2.1计算塑件体积和最大投影面积

考虑到制件形状简单，体积较小，批量不大，故而初定模具生产为一模两腔。

一次开模，耗费塑料的总体积，可以分两部分：

制件部分的体积V1和料把的体积V2。

V1<55×5×3×4+50×50×40-44×44×40+44×44×3

=31668mm3

在依据经验设料把体积为制件体积的百分之二十，故而可以得到，V2=V1×20%=31668×20%=6333.6。

因此，一模内塑料总体积大概为：

V=2V1+V2=69669.6mm3

再换算为立方厘米，即为70cm3

最大投影面积，即为开模方向上的制件最大外向轮廓出的面积，依据制件的形状，很易计算得出，最大投影面积即为：

S=2×60×60=72cm3

2.2选择压力机

由《塑料成型工艺与模具设计》表3.1常用塑料的注射工艺参数中可以看到材料为PS的塑料适用的各项工作参数如下：

注射机类型：

螺杆式柱塞式皆可，鉴于螺杆式应用较为广泛，故在此选用螺杆式注塑机；

螺杆转速/（r.min-1）：

29-103范围内皆可；

喷嘴形式：

球头式;

喷嘴温度/°C：

170～190;

模具温度/°C：

40～80；

注射压力/MPa：

70～120；

保压压力/MPa：

50～60；

注射时间/s：

0～5；

保压时间/s：

20～60；

冷却时间/s：

15～50；

成型周期/s：

40～120；

由以上条件初步选XS-Z-125的注射压力机，由表4.2常用国产注射机的规格和性能可知该压力机的各项参数如下：

额定注射量/cm3：

125cm3

螺杆（柱塞）直径/mm：

42

注射压力/MPa：

120

注射行程/mm：

115

注射方式：

螺杆式

注射时间：

1.5S

锁模力/KN：

900

最大成型面积/cm2：

320

最大开合模行程/mm：

260

模具最大厚度/mm：

300

模具最小厚度/mm：

200

喷嘴圆弧半径/mm：

SR12

顶出形式：

两侧顶出

动定模固定板尺寸/mm：

428×458

拉杆空间/mm：

290×260

合模方式：

液压-机械

液压泵：

流量/（L/min）170、12压力/MPa：

6.5

电动机功率/KN：

18.5

螺杆驱动/KN：

5.5

加热功率/KN：

10

机器外形尺寸/mm：

3310×750×1550

2.3确定型腔数目

按注射机的额定锁模力确定型腔数目：

型腔数目n可根据下式确定：

n≤（Fp-pA1）/pA（公式2-1）

式中Fp——注射机的额定锁模力，N

P——塑料熔体在型腔中的成型压力，MPa

A1——浇注系统在分型面上的投影于型腔不重叠部分的面积，mm2

A——单个塑件在分型面上的投影面积，mm2

A1=41×8=328mm

A=3.14×（75/2）2－4×3.15×（5/2）2－3.14×（20/2）2

=4415.625－78.5－314=4023.125mm

Fp=900KN

P=120×80%=96MPa

n=（900000-96×328）/96×4023.125

=2.25

由以上可知所选注射机比较合适，因为工件的生产批量大且精度要求一般，据此及经济条件考虑设计时采用一模二腔的模具结构，这样制件精度也会得到保证。

第三章模具设计

3.1型腔的分布设置

该套模具采用的时一模两腔的型腔平衡平衡分布的模具结构，采用平衡结构有以下特点：

从主流道到各个型腔浇口的分流道的长度、截面形状与尺寸均对应相同，可实现各型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的，从而能更好的保证制件的精度要求。

其布局示意图如图3-1所示：

图3-1型腔布局

3.2分型面的确定

根据分型面的设计原则：

（1）：

分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

（2）：

分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模；

（3）：

分型面的选择应保证塑件的精度要求；

（4）：

分形的选择应满足塑件的外观质量要求；

（5）：

分型面的选择要便于模具的加工制造；

（6）：

分型面的选择应有利于排气；

除了这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上投影面积的大小，以避免接近或超过所选用注射机的最大注射面积而可能产生溢流现象，由于此塑件的形状比较简单，由以上原则设计时选择了塑件外形最大轮廓处。

其示意图如图3-2所示：

图3-2分型面示意图

3.3浇口的确定原则

PS料流动性很好，模具设计时应注意选择浇口位置、形式。

浇口的位置与塑件的质量有直接影响。

在确定浇口时应考虑尽可能使熔体在模具内部内流动时，动能损失最小。

要做到这一点必须使

1）流程（包括分支流程）为最短；

2）每一股分流都能大致同时到达起远端；

3）应从壁厚较厚的部位进料；

4）考虑各股分流的转向越小越好；

（5）有效地排除型腔内的气体。

（6）型腔内如有成型孔的型芯时，浇口应避免冲击小型芯，并且应考虑到熔体的压力损失。

（7）型腔如有金属嵌件时，浇口应远离嵌件，以避免冲击嵌件。

由以上原则，加上PS推荐的浇口方式，以及模具结构方面考虑确定使用侧浇口。

该浇口的特点是它一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形（扁槽），改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。

这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工修整方便，它是一种应用比较广泛的浇口形式，普遍用于中小型塑件的多形腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。

由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，且不留明显痕迹。

但其也有缺点，这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注射压力损失较大，对深型腔塑料件排气不利。

3.4浇注系统的确定

注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它有主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。

它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。

3.4.1主流道的设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状和尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此必须使熔体的温度将和压力损失最小。

由于主流道的尺寸，完全依赖于所选择的浇口套的尺寸，而浇口套的选择，主要取决于与注射机喷嘴球头半径相适应的主流道球面半径，所以主流道的设计，实质上便是浇口套的合理选择。

浇口套的选择原则为：

主流道的球面半径SR比喷嘴球面半径大1-2mm,以使注射时，喷嘴头面能与模具紧密贴合。

由选定的压力机的相关参数可知，XS-Z-125型号注射机的喷嘴球头半径为SR=12mm,因此所选择的浇口套的球面半径应该大于12mm.查阅相关资料书，依据标准浇口套的尺寸，选择SR=16，基本尺寸D=16的浇口套。

再根据浇口套的小端直径应比喷嘴直径大0.5-1mm的一般原则，选择浇口套小端直径d=3.5mm，再选取锥角a=2°,如此浇口套便基本定下尺寸了，只需到后来模架选取后，根据模架的相关部分厚度和其他相关要求，合理的选择出浇口套的总长度即可。

由于浇口套按其结构形式，又分为两种：

一种为浇口套与定位圈设计成一体式，另一种为二者分别设计选择后再搭配使用。

鉴于后者更为常用，因此在此处，选择浇口套与定位圈设计成两个零件的形式。

查阅相关书籍，选择定位圈的基本尺寸为外径为D=120mm的型号。

定位圈、浇口套的配合示意图如下所示：

图3-3浇口套与定位圈配合示意图

主要参数：

锥角α=2°；

内表面粗糙度Ra=0.4μm;

小端直径D=3.5mm；

半径R=16mm；

材料：

T8A；

3.4.2分流道的设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽量短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。

分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。

要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小以减少传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的凝料脱模较困难，所以一般制成梯形流道。

该模具采用的是圆形流道，而且各处的截面面积不相等，这种流道有利于脱模。

在这里，选取应用较广且易于加工的半圆形流道，单独开在定模一侧。

查相应手册，可得材料PS对应的半圆形的分流道的合理取值范围是：

3.2-9.5，在这里，取分流道直径为D=8，完全开在定模一侧。

3.4.3冷料穴的设计

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，起作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。

依据课本所学，根据各种形式冷料穴及搭配的拉料杆的具体作用范围和适用场合，加入对本制件形状结构的考虑，选定如图所示的拉料杆和冷料穴结构，其示意图如下所示：

图3-4冷料穴示意图

其相应的两个主参数也随之确定，角度a=5。

冷料穴的深度取值为10.

在该种形式的冷料穴与拉料杆结构中，冷料穴既起冷料穴的作用，又在开模时起到拉料杆的作用，冷料穴下边的杆为拉料推杆，为推出机构的一部分，在制件推出时，制件推杆推出制件的同时，拉料推杆推出流道凝料，从而实现制品的脱模。

3.4.4浇口的相关参数选择

由于PS推荐采用侧浇口，且侧浇口有着诸多优势，能满足本制关于表面质量的相关要求，故而在此，浇口类型选择为为侧浇口，但其具体的参数还没有确定。

查阅相关资料，确立侧浇口的相关尺寸如图3-5所示：

图3-5侧浇口的示意图

至此为止，模具浇注系统的设计便完成了。

3.5成型零部件的结构设计

成型零部件决定了塑件的几何形状和尺寸，通常包括型腔，型芯，镶块，成型杆和成型环等。

在此，先确定凸凹模的结构形式。

3.5.1型腔的结构设计

型腔是成型塑件外表面的主要零件，按结构不同可分为整体式的和组合式的，整体式的是在整块金属模版上加工而成，其特点是牢固，不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹，但缺点是加工困难，热处理不方便，而故常用于形状简单的中小型模具上。

组合式型腔结构是由两个以上的零部件组合而成。

根据以上分析：

由于塑件的形状比较简单，型腔加工起来比较容易，制件外表面要求尽量光滑，并且批量不大，所以本套模具采用整体式的型腔。

型腔加工时要保证其精度要求，并选择合理的热处理方式。

3.5.2型芯的结构设计

型芯是成型塑件内表面的主要零件，主要有主型芯、小型芯、螺纹型芯、和螺纹型环等。

对于该塑件而言，需要上下两个主型芯和一个侧型芯。

1.主型芯的结构设计主型芯的结构可以分为整体式的和组合是的两种。

（1）整体式型芯的特点是：

结构牢固，但加工不方便，消耗的模具钢多，主要用于工艺试验或小型模具上形状简单的型芯。

（2）组合式型芯的结构特点：

加工方便，这种结构是将型芯单独加工后，再镶入模板中，这种结构的型芯与整体式结构相比可以节省材料，而且由于可以更换，故而相对而言，模具的寿命要高于整体式模具。

在本套模具中的上下两个主型芯采用组合式的，两个主型芯的固定方式都是台阶固定。

2.侧型芯的结构设计侧型芯用来成型塑件与开模方向不同的内侧或者外侧上的小孔或槽。

侧型芯与侧滑块共同构成侧向成型零件。

一般而言，侧型芯同主型芯一样，也分为整体式和组合式。

整体式是指在滑块上直接加工出侧向型芯或者型腔；组合式是指滑块和侧型芯分别加工，加工完成后，在组合起来使用。

对于本制件而言，由于制品的侧向成型孔很小，侧滑块相对较小，且制件为中批生产，批量不大，故而为简化起见，侧型芯与侧滑块制成一体，不再分别加工。

3.6模具成型零部件尺寸计算

成型零件工作尺寸是指直接用来构成塑件形面的尺寸，例如型腔和型芯的径向尺寸、深度和高度尺寸孔间距离尺寸、孔或凸台至某成型面的距离尺寸，螺纹成型零件的径向尺寸和螺距尺寸。

型腔型芯的工作尺寸的精度直接影响塑件的精度，该塑件是普通的圆柱形塑件而且精度不高，所以塑件精度容易保证。

成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：

一种是平均值法，见平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行