西安交大机械研究生模具课注塑模.docx
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西安交大机械研究生模具课注塑模
羽毛球筒盖注塑模设计
学院：
机械工程学院
导师：
王立忠
班级：
硕60110班
姓名：
戴晨光
学号：
3116301113
第一章塑件的基本结构
1.1塑件实物、三维模型、二维模型图
1-1塑件实物图
1-2塑件三维图
1-3塑件二维图
1.2塑件的参数以及要求
产品名称：
羽毛球筒盖
产品材料：
ABS
产品数量：
批量生产
产品质量：
23.79g
产品壁厚：
2mm
产品要求：
塑件表面光滑，最大脱模斜度1度
1-4塑件详细属性
第2章工艺分析
2.1材料的工艺特性
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的聚合物，丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。
因此ABS具有良好的综合力学性能。
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1.08～1.2g／cm3。
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。
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。
ABS在汽车工业上的用途也日趋增加，用ABS可制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还有的用ABS夹层板制作小轿车车身等。
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。
表2-1ABS的一般参数
密度
1.05~1.18g/㎝3
熔点
130~160C
吸水率
2.0~4.0%
收缩率
0.4%~0.9%
弹性模量值
0.2Gpa
泊松比值
0.394
吸湿性
<1%
熔融温度
217~237℃
热分解温度
>250℃
ABS注塑模工艺条件:
干燥处理：
ABS材料具有吸湿性,在加工之前进行干燥处理建议干燥条件,为80~90C下最少干燥2小时。
材料温度应保证小于0.1%;
熔化温度：
210~280C;
建议温度：
245C;
模具温度：
25~70C（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）;
注射压力：
500~1000bar;
注射速度：
中高速度
2.2塑料成型制件的结构工艺性
塑料制件主要根据使用要求进行设计。
要想获得合格的塑料制件，除考虑充分发挥所用塑料的性能特点外，还应考虑塑件的结构工艺性，在满足使用要求的前提下，塑件的结构、形状应尽可能地做到简化模具结构，且符合成型工艺特点，从而降低成本，提高生产效率。
塑料制件结构工艺性设计的主要内容包括:
塑件的尺寸和精度、表面粗糙度、形状、壁厚、斜度、加强肋、支撑面、圆角、孔、螺纹、齿轮、嵌件、铰链、标记、符号及文字等。
2.2.1尺寸精度等级
表2-2精度等级的适用
根据上表可知，ABS材料，一般精度等级，故选择MT3公差等级。
2.2.2表面粗糙度
1.塑料制件的表面粗糙度取1.6～0.2µm。
2.塑料制件的表面粗糙度，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。
一般模具的表面粗糙度要比塑件的低l～2级。
3.本制件为不透明制件型腔的表面粗糙度要低于型芯的。
2.2.3斜度
塑件斜度大小与塑料的收缩率，塑件的形状、结构、壁厚及成型工艺条件都有一定的关系，一般斜度取30′～1°30′，本制件斜度取1度。
2.2.4圆角
为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的流动和便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，均应该采用过渡圆弧。
通常塑件内壁圆角半径应是壁厚的一半，而外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍。
2-1圆角的设计
第三章模流分析
3.1模型建立及网格划分
在MoldflowPlasticInsight5.0环境中，运用MPI的各项菜单及其基本操作，来实现对所选制件在注塑成型过程中的填充、流动、冷却以及翘曲分析，以此来确定制件的最佳成型工艺方案，为工程实际生产提供合理的工艺设置依据，减少因工艺引起的制件缺陷，有助于降低实际生产成本，提高生产效率。
通过MoldflowPlasticInsight5.0操作，导入零件、划分网格、网格诊断，结果如下：
3-1网格划分
3-2网格诊断
对诊断结果进行检查，发现连通区域为1，交叉边为0，最大纵横比为3.639853<8，匹配率达到了96.3%，均符合要求，网格划分合理。
3.2浇口位置
在分析结果中勾选：
Bestgatelocation，查看最佳浇口位置，如下图：
3-3最佳浇口
由最佳浇口位置分析结果可以知道，浇口设在零侧壁，采用侧浇口，零件的注塑工艺效果好。
3.3主流道分流道的创建
直接在moldflow里创建。
设置好主流道锥度以及半径，分流道的尺寸如下。
3-4流道创建
3-5冷却系统
3.4流动分析
选择分析类型：
双击任务栏下【浇口位置】—【流动】；双击任务栏下的【立即分析】。
3-6填充时间
在填充时间的结果图示中，浇口两侧方向上的填充时间在0.4s~1.6s内变化，相差的时间1.2s，基本可以接受。
3-7填充/保压转换点压力
上图为填充/保压转换点压力。
之前采用默认注射压力120MPa，可以发现零件的下部有未填满缺陷，增大注射压力之后，零件完全被填充满了。
3-8流动前沿温度
图示为流动前沿温度。
合理的温度分布应该是均匀的，即这个模型的温差不能太大。
本模型的温度最大最小差值为0.7℃，温度的差异不大，符合要求。
3-9气穴位置
图示为气穴位置。
气穴的数量稍微有些多，但是均位于分型面和零件的下端，气体很容易从模腔中排出。
不会造成制件出现气泡、焦痕等缺陷。
说明浇口位置设置合理。
3-10锁模力
图示为锁模力随时间的变化。
由此可以看出压力机提供的锁模力不能低于图示锁模力的上限值，选择压力机时应该注意锁模力的大小。
3.5冷却分析
1）选择分析类型：
选择类型之前先将方案备案：
【文件】—【另存方案为】；然后双击任务栏下【流动】，选择【冷却】，【确定】。
2）设置冷却水道：
【建模】—【冷却系统向导】，通过此向导具体的设置如下：
冷却水管的直径：
4
水管与产品之间的距离10
水管相对于产品的排列方向：
沿X轴向
水管的条数：
2
水管的间距：
70
超出产品边界的距离：
20
参数设置完成后，单击【完成】系统便自动生成所需的水管；
3）立即分析：
双击任务篮下的【立即分析】。
冷却分析结果如下：
3-11制件平均温度
图示为制件平均温度结果图。
该结果的最大最小温度之间的差异应尽量小，即温度分布应当均匀。
此温差为：
66.08℃-30.91℃=35.17℃。
3-12冷却剂温度
图示为冷却剂温度结果图。
冷却剂的入口和出口温度应当控制在2℃~3℃之内，如果超出了这个值，则应当通过增大冷却管道直径、降低冷却剂温度或者修改冷却系统布局的方法进行改善。
在本模型中，由于零件太小，冷却剂的温度差值很小。
经分析，将冷却水管的直径改为最小值5，产品的距离和水管条数均改小，将水管间距拉大，经分析得到上图所示的温度差：
25.15℃-25℃=0.15℃。
3-14冷却管道管壁温度
图示为冷却管道管壁温度结果。
冷却管道管壁温度为26.24℃。
3-15图制件冷却时间
图示为制件冷却时间结果图。
3-16流道冷却时间
图示为流道冷却时间结果，制件的冷却程度结合冷流到的冷却程度关系到制件是否能被顶出。
由图示可知流道冷却时间为12.40s。
3.6翘曲分析
分析结果如下：
3-17综合因素引起的总体偏差
图示为制件整体上的翘曲情况，该制件存在轻微的翘曲变形，原因可能是冷却剂的温度差太小，制件的温度差异偏大引起翘曲。
以下是制件分别在X、Y、Z三个方向上的翘曲情况。
3-18综合因素引起的X方向上的偏差
3-19综合因素引起的Y方向上的偏差
3-20综合因素引起的Z方向上的偏差
第四章注射模基本结构与注射机
4.1注射模基本结构
选用单分型面注射模，注射模中最简单、最常见的一种结构形式，也称二板式注射模。
单分型面注射模只有一个分型面，其典型结构如图5．1所示。
单分型面注射模具根据结构需要，既可以设计成单型腔注射模，也可以设计成多型腔注射模，应用十分广泛。
4-1模架
4.2选择注射机，定型腔数目
根据计算单个塑件体积Vn=
为提高产品的生产率和保证产品质量，根据生产批量﹑成型时模具手里均衡因素，拟取型腔数n=2。
流道塑料估算为单个塑件的60%,浇注系统凝料Vj=Vn*60%=
，根据《塑料成型加工与模具》[4]中公式（7-1）得：
n---每台模具允许型腔数 Vj---浇注系统凝料量凝
Vg---注射机最大注射量 Vn---单个塑件的容积
按注射机最大注射量 Vg≥（nVn+Vj）/0.8=（2×11.66+6.996）/0.8=
，
所以注射机最大注射量最少为
，根据《模具设计与加工速查手册》[5]中初选注射机为SZ-60/40 校核型腔数目：
N=（
-
）/
式中：
N——型腔数
——注射剂规定的最大注射量，
=100
——模具浇注系统中凝料质量；
——每个制品的质量。
K——ABS塑料熔体密度。
根据塑件外形尺寸和投影面积，
查《实用模具技术手册》[表14-4注射模具组合推荐尺寸，考虑到注塑机拉杆间距，初选注射机SZ-100/60可行，
表4-1注塑机主要技术参数
理论注射容积（cm³）
100
螺杆直径（mm）
35
注射压力（MPa）
150
拉杆有较距离（mm）
440*340
锁模力（kN）
600
移模行程（mm）
260
模具最大厚度（mm）
340
喷嘴球半径（mm）
12
模具最小厚度（mm）
10
喷嘴口孔径
φ4
注射机相关参数校核：
1.注射压力校核
注射机的公称注射压力为150Mpa，ABS材料所需的注射压力为P=80~100Mpa，注射压力系数k=1.25~1.3，取k=1.3
故所选注射机型号能满足要求。
2.锁模力校核
塑件在分型面上的投影面积：
浇注系统在分型面上的投影面积：
纵投影面积：
涨型力：
该注塑机的公称锁模力
取锁模系数K=1.2，则
故所选注塑机型号满足要求。
第五章注塑模具结构拟定
5.1浇注系统设计
5.1.1主流道尺寸和形式
（1）主流道设计成圆锥形，其锥角为2º~4º，本设计取其锥角大小为3°，取内壁粗糙度为Ra0.63ųm。
（2）主流道大端呈圆角，其半径常取r=1~3mm，本设计取r=3mm；
（3）主流道长度L尽量短，L一般应小于60mm，本设计取值
（4）
根据所选定的注塑机的型号参数可知，
，故
；
，故
。
主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套。
图5-1主流道设计
1—主流道衬套2—喷嘴
图5-2浇口套的形式图5-3浇口套的固定形式
图5-3为浇口套与定位圈设计成整体式的形式，用螺钉固定于定模座板上。
5.2分流道的设计
分流道的截面形状
常用的截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等。
图5-4分流道的截面形状和效率
本设计采用的是圆形截面的流道，其效率为0.25D满足实际生产的要求。
分流道的尺寸
根据设计原则，对于壁厚小于3mm、重200g以下的塑件，还可采用如下经验公式
式中，D为分流道直径；m为塑件重量；L为分流道长度
5-5分流道直径参考值
根据所选定的分流道长度
，塑件质量为
，计算得到的分流道直径为6.55mm满足设计要求。
5-6带Z形头拉料杆的冷料穴
浇口的类型选择为直接浇口，对于浇口系统的平衡进料问题的考虑，本设计采用的是平衡式的浇注系统。
流道布局设计
多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两种，在本次设计过程中选取平衡式布置。
设计时应注意如下几点：
（1）尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，确保塑件质量的均一和稳定｡
（2）型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以防止模具承受偏载而产生溢料现象。
，
（3）尽量使型腔排列紧凑一些，以减小模具的外形尺寸。
（4）型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工较麻烦，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用直线和H形排列，从平衡的角度来看应尽量选择H形排列
本次设计采用平衡式矩形侧浇口，平行进料，平衡式布置图呈H型，如下图。
5-7流道设计
5.3分型面的选择
在注塑模中，用于取出塑件或浇注系统凝料的面，通称为分型面。
常见的取出塑件的主分型面，与开模方向垂直。
也有采用开模方向一致的侧向主分型面。
分型面大都是平面，也有倾斜面，曲面或者台阶面。
分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且涉及到模具结构与制造成本。
在选择分型面时，应遵循以下原则：
（1）分型面应选择在塑件的最大截面处。
否则，可能会无法脱模和加工型腔。
无论塑件以何方位布置型腔，都应将此作为首要原则。
（2）尽可能的将塑件留在动模一侧。
因为在动模一侧设置和制造脱模机构简单易行。
（3）有利于保证塑件的尺寸精度。
（4）有利用保证塑件的外观质量。
分型面上的型腔壁面稍有间隙，熔体就会在塑件上产生飞边。
飞边影响塑件的外观质量。
因此在光滑平整表面或圆弧曲面上，应尽量避免选择分型面。
（5）考虑满足塑件的使用要求。
注塑机在模塑过程中，有一些很难避免的工艺缺陷，如拔模斜度、分型面上的飞边以及顶杆与浇口痕迹。
在分型面设计时，应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。
（6）尽量减少塑件在合模平面上的投影面积。
以减小所需锁模力。
（7）长型芯应置于开模方向。
当塑件在互相垂直方向都需设置型芯时，将较短的型芯置于侧抽芯方向，有利于减小抽拔距。
（8）有利于排气。
应将分型面置于熔体充模流动的末端。
（9）应有利于简化模具结构
选取最大的面为分型面，定义型腔、型心，分模得到凸凹模如下：
5-8凸模
5-9凹模
5.4各部分零件设计
（1）定模座板
定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。
通过4个Φ40的导柱与定模固定板连接，浇口通过4个M6的螺钉连接在定模板上，定模座板与浇口套为H7/m6配合。
定模座板尺寸：
370mm×370mm×40mm。
5-10定模座板
（2）定模板
用于固定型腔、导套。
厚度经计算校核应大于12，取标准值35。
采用45钢制成，调质230HB~270HB。
其上的导套孔与导套一端采用H7/m6配合，另一端采用H7/m6配合；顶模板与浇口套采用H7/m6配合。
注射模中的各种固定板、垫块、支承板及模座等均称为支承零部件，它们与合模机构组装，便可构成模具的基本骨架。
注射模架的作用就是用来安装和固定注射模具中的各种功能结构，因此，在设计注射模时，必须保证各种支承零部件有足够的强度和刚度。
定模板尺寸：
320mm×320mm×45mm。
5-11定模板
5-12浇口
5-13推件板
5-14中间板
5-15支撑板
5-16支撑块
5-17动模座板
5-18推杆固定板
5-19推板
5-20定距导柱
5-21凸模
5-22导柱
5-23推杆
5-24拉料杆
第5章模架总体布局
6-1总装图
6-2模架零件爆炸图
6-3剖视图
6-4透视图
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