盖塞注塑模具设计1.docx
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盖塞注塑模具设计1
盖塞注塑模具设计
第1章模具工艺规程的编制
该塑件是一个盖塞,其零件图如图1 1所示。
该塑件材料采用PS（聚苯乙烯塑料,生产类型为大批量生产。
1.1塑件的工艺性分析
1.1.1塑件的原材料分析
1.1.1.1.塑件的原材料分析。
塑件材料采用PS（聚苯乙烯塑料,该塑料从使用性能上看,其电绝缘性（尤其是高频绝缘性优良,无色透明,着色性,耐水性,化学稳定性良好,其强度一般,但是质脆,易产生应力碎裂,不耐苯,汽油等有机溶剂。
从成型性能上看,该塑料属于无定形料,吸湿性小,不易分解,但热膨胀系数大。
易产生内应力。
流动性较好,可用螺杆式或柱塞式注射机成型。
喷嘴用直通式或自锁式,但应防止飞边,宜用高料温,高模温低注塑压力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔,变形。
可以采用各种形式的浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去除浇口时损坏塑件。
要求塑件脱模斜度大,顶出均匀,塑件壁厚均匀,最好不带嵌件,各面应以圆弧连接,不允许有缺口,尖角。
塑件壁厚均匀,不带嵌件,不须顶出机构,因此在成型时注意控制成型温度,其塑件较容易成型。
1.1.1.
2.塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
图1 1盖塞零件图
（1结构分析
从零件图上分析,该塑件的总体形状为圆柱形。
在长度方向上的一侧有一段M30㎜的螺纹,长8㎜。
设计时需要采用螺纹抽芯机构。
在另一侧的端面上有大小相同的均布的4×Ф8的孔。
该塑件的结构形状尺寸较简单,因此,模具设计较容易,设计时为了成型螺纹必须设置齿轮,齿条抽芯机构,来实现螺纹成型。
该模具设计属于中等复杂程度。
（2尺寸精度分析
该塑件的尺寸精度较简单,未注尺寸公差等级,其公差等级取MT5。
各尺寸精度要求的较低,对应模具相关零件的尺寸加工能够保证。
从塑件的壁厚上来看,壁厚最大处为5㎜,最小处壁厚为2.5㎜,壁厚差为2.5㎜,其壁厚在成型范围内,塑件较容易成型。
（3表面质量分析
该塑件的表面除了要求没有缺陷,毛刺外,没有特别的表面质量要求,故比较容易成型。
综合上述分析可以看出,注塑时在工艺参数控制好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。
1.2计算塑件的体积和质量
计算塑件的质量是为了选用注塑机以及确定模具型腔数量。
计算塑件的体积V
V=V1+V2+V3
≈8731mm3
计算塑件的质量,根据设计手册,可以查得PS塑料的密度为
p=1.05g/㎝3。
故塑件的质量M
M=pV
=1.05×10×8731g
≈9.06g
模具采用一模两腔的结构,考虑其外形尺寸,以及注塑时所需的压力等情况,初步选用注塑机为XS-ZY-125型。
1.3塑件注塑工艺参数的确定
查找相关文献,对PS塑料的成型工艺参数作如下选择（试模时,根据
实际情况作适当的调整:
注塑温度:
包括料筒温度和喷嘴的温度。
料筒温度:
后段温度选用150℃;
中段温度选用160℃;
后段温度选用180℃;
喷嘴温度:
选用170℃;
模具温度:
选用45℃;
注塑压力:
选用80MPa;
注塑时间:
选用40s;
保压压力:
选用60MPa;
保压时间:
选用30s;
冷却时间:
选用40s;
成型周期:
110s。
第2章注塑模的结构设计
注塑模的结构设计主要包括:
分型面的选择,模具型腔数目的确定,型腔的排列方式,冷却水道的布局,浇口位置的设置,模具工作零件的结构设计,侧向分型与抽芯机构的设计,推出、顶出机构的设计等内容。
2.1分型面的选择
分型面的选择决定了模具的结构,选择时应根据分型面选用原则和塑件的成型要求来选择分型面。
该塑件为盖塞,其表面质量无特殊要求。
塑件高度为23㎜,除一端有M30的螺纹外,其截面形状简单,如果选择端面为分型面,在脱模时不容易螺纹抽芯,抽芯困难。
如果选择台阶处为分型面,脱模较容易,可以利用4×Ф8的孔止转,减少了模具加工的难度,便于成型后取出塑件。
故应选用如下图1-2
所示的分型方式较为合理。
图2-2分型面的选择
2.2确定型腔的排列方式
该塑件在注塑时采用一模两腔的形式,即模具需要两个型腔。
综合考虑浇注系统,模具结构的复杂程度等因素,拟采用下图1-3所示型腔排列方式。
图1-3型腔的排列方式
采用上图所示的型腔排列方式便于设计齿轮,齿条螺纹抽芯机构,其齿条布置在开模方向上,结构较简单,并且结构较为紧凑。
2.3浇注系统的设计
2.3.1主流道设计
根据设计手册查得XS-ZY-125型注塑机喷嘴的有关尺寸:
喷嘴的前端孔径:
d0=Ф4㎜;
喷嘴的前端半径:
R0=S12㎜;
根据模具主流道与喷嘴的关系:
R=R0+（1~2㎜;
D=d0+（0.5~1㎜;
故取主流道的球面半径R=14㎜;
取主流道的小端直径d=5㎜.
为了便于将凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其锥度取1°~3°,该主流道锥度选取3°。
经换算得到主流道大端直径D=9㎜。
为了使熔料顺利的进入分流道,可以在主流道出料端设计半径R=1㎜的圆弧过渡。
2.3.2分流道的设计
分流道的形状以及尺寸的设计,根据塑件的体积,壁厚,形状的复杂程度,注射速率,分流道长度等因素来确定。
因为该塑件除一段M30的螺纹外,其形状简单,熔料填充型腔较容易。
根据型腔的排列方式可知其分流道的长度较短,为了便于加工,选用半圆形截面形状的分流道,查表选取半圆形截面半径R=4㎜。
2.3.3浇口的设计
根据塑件的成型要求以及型腔的排列方式,选用侧浇口较为合适。
其浇口的截面形状简单,加工也比较方便。
进料时考虑从台阶处进料,并且在模具结构上可以利用分型面排气。
采用矩形截面的侧浇口,在浇口的连接处型腔的部位应成圆角,有利于料流。
查表初选矩形截面尺寸为（b×l×h=1.2㎜×1.0㎜×0.8㎜,试模时加以修整。
2.3.4排气槽的设计
因为模具尺寸较小拟采用分型面处排气,即可满足要求。
2.4成型零件的结构设计
2.4.1型腔的结构设计
该塑件的模具结构采用一模两腔的形式,考虑其结构的加工难易程度和材料的合理利用等因素,凹模拟采用与定模固定板作成一体,可以节省材料也能满足使用要求。
其结构形式如零件图01所示,图中的孔分别用来安装齿条和导柱孔。
根据分流道与浇口的设计要求,分流道,主流道均可开设在定模固定板上,节省材料,也可以满足使用要求。
2.4.2型芯的结构设计
型芯主要是与型腔相结合构成模具型腔,考虑其加工的难易程度,其型芯分为三个部分,一是成型螺纹部分的螺纹型环。
二是成型端面圆孔的部分将其作成四个小型芯,便于加工。
三是成型塑件内部的形状部分。
其具体结构形式如零件图02.03.04所示。
其中小型芯03与型芯04上的四个孔过盈配合。
第3章模具设计的有关计算
查手册可知,PS塑料的收缩率为S=0.1﹪~0.8﹪,故其平均收缩率为Scp=（0.1+0.8﹪/2=0.45﹪。
考虑生产实际,模具制造的公差选取δz=Δ/3。
3.1型腔和型芯工作尺寸的计算
型腔,型芯工作尺寸计算如下表:
类别
模具零件名称
塑件尺寸计算公式工作尺寸
型
腔
的
尺
寸
型腔
15
Hm1=Hmax+HmaxSmid﹪-C-0.5（Tz+Tm
14.6806.00
+35Dm=Dmax+DmaxSmax﹪-Tz34.8409
.00
+型
芯
的
尺
寸
大型芯
Φ25
d=d+dSmax﹪
+Tz
25.27008.0-17
Dm=Dmax+DmaxSmax﹪
-Tz
16.89006.0-小型芯
6Hm=Hmax+HmaxSmax﹪
-0.5（Tz+Tm5.92004.0-Φ8
Dm=dmin+dminSmin﹪
+Tz
8.14005
.0-3.2螺纹型环径向尺寸计算
螺纹的基本尺寸为M30㎜,为粗牙螺纹。
查手册可知,其螺距为3.5㎜,中径尺寸为27.727㎜,小径尺寸为26.21㎜。
中径的制造公差Δ中=0.03,大小径的制造公差Δ中=0.04。
螺纹型环的中径为
由公式Dm中=[Ds中+Ds中Scp-Δ中]得
Dm中=[27.727+27.727×0.45﹪-0.15]
=27.703
.00
+
螺纹型环的外径为
由公式Dm外=[Ds外+Ds外Scp-1.2Δ中]
Dm外=[30+30×0.45﹪-1.2×0.2]
+
=27.7304.0
螺纹型环的内径为:
由公式Dm内=Ds内Scp-Δ中]
=[26.211+26.211×0.45﹪-1.2×0.2]
+
=26.1304.0
3.3型腔底板厚度计算
在注塑成型过程中,型腔所受的力有塑料熔体的压力,合模时的压力开模时的拉力等。
其中最主要的是塑料的熔体的压力。
在塑料熔体的压力作用下,型腔将产生内应力及变形。
对于该塑料,其强度不足是主要问题型腔底板厚度应按强度条件计算。
由强度计算公式th=p
/
3得
PmRs
4
th=160
32´
´
´
35
4
/
80
=21.4㎜
式中th—型腔底板的计算厚度（㎜;
Pm—模腔的压力（MPa;
r—型腔内孔半径（㎜;
б—材料许用应力（MPa;
（材料为45钢,其许用应力160MPa
3.4螺纹抽芯机构设计
该塑件的一端有一段M30的外螺纹,脱模时阻碍成型后塑件从模具中脱出,其成型螺纹的轴线与快模方向一致,设计时需要在齿轮齿条传动后再用圆锥齿轮或其他方式换向。
在其塑件结构上要求塑件或模具的一侧又回转又轴向运动,来实现塑件的自动脱螺纹。
该塑件模具设计拟采用动模一侧设置回转运动,利用端面上的4×Φ8㎜的孔可以防止塑件随螺纹型环一起旋转当止动部分长度H和螺纹长度h相等时,回转终了即使没有顶出机构塑件也
能落下。
其齿轮齿条脱螺纹机构如下图1-4所示,其旋转方向如图。
图1 4齿轮齿条脱螺纹机构
模具的开模时所需的时间:
t=s/v
=270/40s
=6.75s
由齿条直线运动的速度V与齿轮分度圆直径d,转速n之间的关系为
V=3.14dn/60（mm/s
选用与齿条啮合的齿轮分度圆直径为20㎜,
故n=60V/3.14d
≈3.8r/s
选取脱螺纹的时间为3s,则螺纹型环的转速为
n5=r/s
故齿轮1与齿轮5之间的传动比i为
i=n1/n5
=3.8/1r/s
=3.8r/s
则斜齿轮2的转速为3.8r/s;
齿轮5的转速为1r/s;
取斜齿轮2,3之间的传动比为2;
则齿轮4,5之间的传动比为
i15=i5/i23
=3.8/2
=1.9
齿轮3的转速为n3=n2/i3
=3.8/2r/s
=1.9r/s
螺纹旋转脱模力矩M,由公式
M=fcPSr2=fcP2r2
P2=1.5aE（Tf Tj（d2 d1
=1.5×7×10×20.7×10（90-60（30-26.211=1811.4NM=fcP2r2
=0.45×1811.4×（27.727/2=11297.7N㎜
式中a—塑料的线膨胀系数;
E—脱模温度下,塑料的抗拉弹性模量（MPa;Tf—软化温度;=
Tj—脱模顶出时制品的温度;d—螺纹外径;d1—螺纹内径;
fc—脱模系数;
P2—制品外螺纹齿形对钢型芯牙形的轴向包紧力（N;r2—螺纹中径的半径值;
直齿轮分度圆直径的计算:
由公式d≥2.323
dKmjñá+s
Ze
uu12
选用载荷系数K=1.3;
齿宽系数φd=0.8;
查得弹性影响系数ZE=189.8MPa
;
其齿轮材料选用45钢,查得接触疲劳强度极限[б]=470MPa;
对于减速传动,其齿轮的齿数比等于传动比i
u=i=1.9
选取齿轮5的齿数为30,则大齿轮齿数Z2=uZ1
=30×1.9=57
d≥2.323
dKmjñá+s
Ze
uu12
=36.3㎜
由公式
d1=3/Kt
K×d
..
2
1×36.3㎜
/
=33.1
=35㎜
查得式中载荷系数K=1.20;
取模数为标准值m=1;
则分度圆直径:
d5=mZ5=30×1=30㎜
d4=mz4=57×1=57㎜齿轮的宽度:
b=φdd5
=30×0.8㎜
=24㎜
第4章模具加热和冷却系统的计算
塑件在注塑成型时模具温度为45℃,其温度低于80℃。
因而模具在结
构上不需要设置加热系统,是否需要冷却系统做如下设计计算:
设定模具的平均工作温度为45℃,用20℃的常温水作为冷却介质,其
出口冷却水温度为25℃,其产量为（初算每三分钟一套0.36kg/h
4.1求塑件在硬化时每小时释放的热量Q1
查有关文献资料得到PS塑料的单位热流量为27.2×103J/kg
Q1=WQ2
=0.36×27.2×104J
=9.8×104J
根据热平衡条件Qout=Qin可得
Mw=（Δim/[cw（tout tin]
Mw=Ρv
V=（Δim/[cwρ（tout tin]
式中mw—冷却水每小时用量;
cw—冷却水的比热容（4.187KJ/kg℃
tout—模具的出水口温度;
tin—模具冷却水进水温度;
V—冷却水的体积;
V=（0.36×27.2×103/[60×4.187×103×（25-20]
=7.8×104-mm3/min
由体积流量V查表可知所需的冷却水管的直径很小。
由上述计算可知,因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很小,故可不设定冷却冷却系统,依靠空冷的方式冷却模具即可。
第5章模具闭合高度的确定
在支承与固定零件中,其尺寸设计根据经验确定:
取定模固定板（型腔板的厚度40㎜。
固定板厚度取30㎜,垫板的厚度取50㎜;
支承板厚度取20㎜,支架的高度取60㎜;
因而模具的闭合高度H=H1+H2+H3+H4+H5
=40+30+50+20+60㎜
=200㎜
第6章注塑机有关参数的校核
该模具的外形尺寸为350㎜×200㎜×200㎜,选用的XS-ZY-125型注塑机模板最大安装尺寸370㎜×320㎜。
故该注塑机能够满足模具的安装要求。
由上述计算可知模具的闭合高度H=200㎜。
XS-ZY-125型注塑机所允许的最小模具厚度Hmin=150mm,最大模具闭合高度Hmax=300mm。
模具的安装条件:
Hmin≤H≤Hmax
150mm≤200mm≤300mm
即满足模具的安装条件。
查资料可知,XS ZY 125型注塑机的最大开模行程S=270㎜,模具
顶出塑件要求开模行程
S=H1+H2+（5~10㎜
=15+8+10㎜
=33㎜
注塑机的开模行程能够满足顶出塑件的要求。
由于螺纹的抽芯距离较短,不会过大的增加开模行程,注塑机的开模行程足够。
经过验证,XS ZY 125型注塑机能够满足使用要求,可以采用。
第7章结构与辅助零部件的设计
7.1导柱的选用
导柱选用带头导柱,由导柱直径与模板外形尺寸关系,其尺寸选用Φ16㎜×100㎜×25㎜,材料选用20钢。
GB/T4169.4-1984
其结构形式如下图1 5所示:
图1 5导柱的结构形式
其导柱的安装时与模板之间的配合的公差取IT7级,安装沉孔直径比导柱直径大（1~2㎜。
7.2导套的选用
导套选用直导套,与导柱的配合。
尺寸选Φ16×40,材料选用20钢。
GB/T4169.2-1984其结构形式如下图1-6所示:
图1-6导套的结构形式
安装后下平面磨平。
导套与模板的安装孔径之间的配合公差IT7级,
该模具由于塑件的精度要求较低,可以采用两根导柱即可满足塑件的精度,两根导柱,导套尺寸选用相同直径,不对称布置。
其布置形式如零件图定模固定板上所示。
第8章绘制模具总装配图和非标零件工作图
该盖塞注塑模具总装配图,非标零件图如附图所示。
盖塞注塑模具的工作原理:
开模时,塑件被带到动模上的同时,
定板在定模上的齿条,与在动模上的齿轮的作用下,使螺纹型环16沿着塑件脱出方向旋转,至塑件完全脱出螺纹型环16为止。
第9章注塑模主要零件加工工艺规程的编制主要零件的加工工艺过程如下表1 2,1 3,1 4所示。
第10章模具的装配与调试
10.1模具的装配
由于型芯,型腔在合模后很难找正相对位置,故应先安装齿轮,齿条作为安装基准。
装配过程如下:
（1装配前按照零件图检验其工作零件的尺寸及其他零件是否齐备;
（2将型芯1装配到型芯15上,保证轴线与端面的垂直度;
（3将导套压入到定模固定板2中,并保证其轴线与端面的垂直度;
（4将齿条13压入到定模固定板2中,保证其垂直度;
（5将圆套7压入到支架14中;
（6将齿轮轴6穿过支架上的圆套7后,安放在齿条13上,找正位
置,将其放上支座25。
在其销钉孔打入销钉,拧紧螺钉;
（7将圆锥齿轮4装在齿轮轴6的端面上,并用键5固定;
（8将导柱打入固定板19中,保证轴线与端面的垂直度;
（9型芯15套入螺纹型环16中后,放入固定板19中定位;
（10将圆锥齿轮套入固定轴9中,将固定轴定位于固定板19中;
（11在固定板6与支撑板10之间加上垫板20,调整圆锥齿轮和螺纹
型环,使其正确啮合后,将其用螺母固定。
在固定板19与支撑
板10以及垫板上投窝,打孔,拧紧螺钉;
（12最后,将支架14与固定板用螺钉固定;
（13装配完成,试模。
10.2试模
（1试模前,先对设备的油路,水路以及电路进行检查;
（2选取的原料必须合格,根据选用的工艺参数将料筒和喷嘴加
热;
（3开始试模时,应该先选择选定的压力,温度和注塑时间的条
件下成型,制品不符合要求然后按压力,注塑时间,温度
这样的先后顺序变动,注意一次只改变一个参数;
（4在试模过程中作出详细的记录,并将结果填入试模记录卡,
注明模具是否合格,如果需要返修,提出返修意见;
（5通过不断的试模和返修,生产出合格的制件后,将模具清理
干净,涂上防锈油,入库。
10.3试模可能产生的问题及改善措施
试模中所获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。
以检验样件来修正和验收模具,是塑料模具这种特殊产品的特殊性。
首先,在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件。
常因塑件被粘附于模腔内,或型芯上,甚至因流道粘着制品被损坏。
这是试模首先应当解决的问题。
10.3.1粘着模腔
制品粘着在模腔上,是指塑件在模具开启后,与设计意图相反,离开型芯一侧,滞留于模腔内,致使脱模机构失效,制品无法取出的一种反常现象。
其主要原因是:
（1注射压力过高,或者注射保压压力过高。
（2注射保压和注射高压时间过长,造成过量充模。
（3冷却时间过短,物料未能固化。
（4模芯温度高于模腔温度,造成反向收缩。
（5型腔内壁残留凹槽,或分型面边缘受过损伤性冲击,增加了脱
模阻力。
10.3.2粘着模芯
（1注射压力和保压压力过高或时间过长而造成过量充模。
（2冷却时间过长,制件在模芯上收缩量过大。
（3模腔温度过高,使制件在设定温度内不能充分固化。
（4机筒与喷嘴温度过高,不利于在设定时间内完成固化。
（5可能存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。
10.3.3粘着主流道
（1闭模时间太短,使主流道物料来不及充分收缩。
（2）料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完成料道物料的固化。
（3）主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充分收缩。
（4）主流道衬套内孔尺寸不当，未达到比喷嘴孔大0.5～1 ㎜。
（5）主流道拉料杆不能正常工作。
一旦发生上述情况，首先要设法将制品取出模腔（芯），不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤。
仔细查找不合理粘模发生的原因，一方面要对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达到要求，方可进行二次注射。
10.3.4成型缺陷当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个排出，逐步改进，方可得到理想的样件。
下面就对度模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。
（1）注射填充不足所谓填充不足是指在足够大的压力、足够多的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。
这种现象极为常见。
其主要原因有：
a. 熔料流动阻力过大这主要有下列原因：
主流道或分流道尺寸不合理。
流道截面形状、尺寸不利于熔料流动。
尽量采用整圆形、梯形等相似的形状，避免采用半圆形、球缺形料道。
熔料前锋冷凝所致。
塑料流动性能不佳。
制品壁厚过薄。
b. 型腔排气不良这是极易被忽视的现象，但以是一个十分重要的问题。
模具加工精度超高，排气显得越为重要。
尤其在模腔的转角处、深凹处等，必须合理地安排顶杆、镶块，利用缝隙充分排气，否则不仅充模困难，而且易产生烧焦现象。
c. 锁模力不足因注射时动模稍后退，制品产生飞边，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。
应调大锁模力，保证正常制件料量。
（2）溢边（毛刺、飞边、批锋）
与第一项相反，物料不仅充满型腔，而且出现毛刺，尤其是在分型面处毛刺更大，甚至在型腔镶块缝隙处也有毛刺存在，其主要原因有：
a. 注射过量 b. 锁模力不足 c. 流动性过好 d. 模具局部配合不佳 e. 模板翘曲变形（3）制件尺寸不准确初次试模时，经常出现制件尺寸与设计要求尺寸相差较大。
这时不要轻易修改型腔，应行从注射工艺上找原因:
a. 尺寸变大注射压力过高，保压时间过长，此条件下产生了过量充模，收缩率趋向小值，使制件的实际尺寸偏大；模温较低，事实上使熔料在较低温度的情况下成型，收缩率趋于小值。
这时要继续注射，提高模具温度降低注射压力，缩短保压时间，制件尺寸可得到改善。
b. 尺寸变小注射压力偏低、保压时间不足，制在冷却后收缩率偏大，使制件尺寸变小；模温过高，制件从模腔取出时，体积收缩量大，尺寸偏小。
此时调整工艺条件即可。
通过调整工艺条件，通常只能在极小范围内使尺寸京华，可以改变制件相互配合的松紧程度，但难以改变公称尺寸。
10.3.5调整措施调整时应注意调节进料速度，增加排气孔，正确设计浇注系统。
注意控制成型周期。
结论此次毕业设计的题目为盖塞注塑模具设计，盖塞为生活中常用零件，需要大批量生产，以降低生产成本，该塑件对精度要求较低，便于加工生产。
为该零件设计的注塑模采用了螺纹抽芯机构。
其中螺纹的成型较复杂。
该模具采用一模两腔，提高了生产效率，由于制件尺寸较小，采用空冷及能满足冷却要求，故此模具未开设流道。
通过计算该模具能够满足零件的生产要求，结构较为合理，由于本人能力所学知识有限，定有许多不足之处，望老师批评指正。
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