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医疗针筒模具设计说明书

湖南工学院

机械工程系2006届

毕

业

设

计

说

书

明

设计题目：

注射器针头套

机械设计专业班级

姓名

指导老师职称教授

引言……………………………………………………………………1

设计指导书……………………………………………………………2

设计说明书……………………………………………………………4

一、毕业设计课题………………………………………………4

二、塑件及材料分析……………………………………………5

三、拟定的成型工艺……………………………………………6

四、型腔数目确定………………………………………………7

五、型腔布局……………………………………………………7

六、分型面与排气系统设计……………………………………8

七、浇注系统设计………………………………………………9

八、成型零件设计………………………………………………11

九、导向与定位机构设计………………………………………15

十、脱模机构设计………………………………………………16

十一、模温调节与冷却系统设计………………………………18

十二、模体设计…………………………………………………20

十三、注射模与注射机的关系…………………………………21

十四、模具装配草图及工作原理………………………………23

十五、设计小结…………………………………………………23

十六、参考资料…………………………………………………24

引言

本说明书为我机械系2006届模具专业毕业生毕业设计说明书，意在对我专业的学生在大学期间所学专业知识的综合考察、评估。

要在有限的时间内单独完成设计。

也是在走上工作岗位前的一次考察。

本设计说明书是本人完全根据《塑料模具技术手册》的要求形式及相关的工艺编写的。

说明书的内容包括：

毕业设计要求，设计课题，设计过程，设计体会及参考文献等。

编写说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计的方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺，型腔及型芯的计算，塑料脱模机构的设计，调温系统的设计等。

在编写设计说明书前，得到张老师的悉心指导；在编写过程中，又得到同学的热情帮助和指点，在此谨以致意。

由于本人水平有限，编写过程中错误难免会有的，敬请老师批评指正。

谢谢！

设计者：

2006年4月20日

设计指导书

1.设计前应明确的事项

（1）明确制品的几何形状及使用要求。

对于形状复杂的制品，有时除看懂其图样外，还需参考产品模型或样品，考虑塑料的种类及制品的成型收缩率、透明度、尺寸公差、表面粗糙度、允许变形范围等范围，即充分了解制品的使用要求，因为这不仅是模具设计的主要依据，而且还是减少模具设计者与产品设计者已意见分歧的手段。

（2）估算制品的体积和重量及确定成型总体方案。

计算制品重量的目的在于选择设备和确定成型总体方案。

成型总体方案包括确定模具的机构形式，型腔数目，制品成型的自动化程度，采用流道的形式（冷流道或热流道），制品的侧向型孔是同时成型还是后序加工，侧凹的脱模方式等。

（3）明确注射成型机的型号和规则。

只有确定采用什么型号和规则的注射成型机，在模具设计时才能对模具上与注射机有关的结构和尺寸的数据进行校核。

（4）检查制品的工艺性。

对制品进行成型前的工艺性检查，以确认制品的各个细小部分是否均符合注射成型的工艺性条件。

2.基本程序

模具及其操作必须满足各种要求，其模具设计的最佳方法是综合考虑，系统制定设计方案，模具设计流程图表示了各条件间的相互关系，以及必须满足主功能的边界条件和附加条件的关系。

3.注射模设计审核要点

（1）基本结构审核

1）模具的结构和基本参数是否与注射机规格匹配。

2）模具是否具有合模道向机构，机构设计是否合理。

3）分型面选择是否合理，有无产生飞边的可能，制品能否滞留在设有推出脱模机构的动模（或定模）一侧。

4）模腔的布置与浇注系统设计是否合理。

浇口是否与塑料原料相适应，浇口位置是否恰当，浇口与流道的几何形状及尺寸是否合适，流动比数值是否合理。

5）成型零部件结构设计是否合理。

6）推出脱模机构与侧向分型或抽芯机构是否合理、安全和可靠。

它们之间或它们与其它模具零部件之间有无干涉或碰撞的可能，脱模板（推板）是否会与凸模咬合。

7）是否需要排气结构，如果需要，其设置情况是否合理。

8）是否需要温度调节系统，如果需要，其热源和冷却方式是否合理。

温控元件随是否足够，精度等级如何，寿命长短如何，加热和冷却介质的循环回路是否合理。

9）支承零部件结构设计是否合理。

10）外形尺寸能否保证安装，紧固方式选择是否合理可靠，安装用的螺栓孔是否与注射动、定模固定板上的螺孔位置一致，压板槽附近的固定板上是否有紧固用的螺孔。

（2）设计图样审核要点

1）装配图。

零部件的装配关系是否明确，配合代号标注得是否恰当合理，零件标注是否齐全，与明细表中的序号是否对应，有关的必要说明是否具有明确的标记，整个模具的标准化程度如何。

2）零件图。

零件号、名称、加工数量是否有确切的标注，尺寸公差和形位公差标注是否合理齐合。

成型零件容易磨损是部位是否预留了修磨量。

哪些零件具有超高精度要求，这种要求是否合理。

各个零件的材料选择是否恰当，热处理要求和表面粗糙度要求是否合理。

3）制图方法。

制图方法是否正确，是否合乎有关规范标准（包括工厂企业的规范标准）。

图面表达的几何图形与技术内容是否容易理解。

（3）模具设计质量审核要点

1）设计模具时，是否正确地考虑了塑料原材料的工艺特性、成型性能，以及注射机类型可对成型质量产生的影响。

对成型过程中可能产生的缺陷是否在模具设计时采取了相应的预防措施。

2）是否考虑了制品对模具导向精度的要求，导向结果设计得是否合理。

3）成型零部件的工作尺寸计算是否合理，能否保证制品的精度，其本身是否具有足够的强度和刚度。

4）支撑部件能否保证模具具有足够的整体强度和刚度。

5）设计模具时是否考虑了试模和修模要求。

（4）装拆及搬运条件审核要点有无便于装拆时用的橇槽、装拆孔和牵引螺钉，对其是否作出了标记。

有无供搬运用的吊环或起重螺栓孔，对其是否也作出了标记。

设计说明书

一、设计课题

注射器针筒套注塑模

（一）简介

医疗注射器针筒套体积小，比较细长，该塑件外表面容易出现缩水、顶白、浪痕、飞边等缺陷（见图1）的注塑模。

材料用PP。

（二）特点

1，注塑件平整、美观、光洁度▽

以上，没有推杆痕迹。

2，注塑件尺寸稳定，全部尺寸达到图纸规定要求。

3，注塑件的关键零件一型板采用坐标镗床直接一次镗成，减少加工误差，提高模具精度。

4，注塑模具寿命高，下模板镶有淬火凹模套，型芯淬火，型板（推板）调质后加工。

5，如果试模不合格，仅仅更换型芯、型板和型芯固定板，又可投入试模，缩短了制模周期。

二、塑件及材料分析

1，塑件形状分析

从上图可看出，塑件小，内腔有两个角度，两个环形槽，外腔有四个角度，另加六个加强肋板。

塑件小而长为了便于加工凹模可将设计成组合式凹模，设置成三块凹模板，而凸模由于是一模八腔，可设计整体嵌入凸模固定板。

2，材料分析

该塑件的材料为PP,它的性质如下：

聚丙炳化学性能较好，耐寒性差，光、氧作用下易分解，机械性能比聚烯好。

成型时收缩大，成型性能好，易变形翘曲，尺寸稳定性好，柔软性好，有“铰链”特性。

聚丙炳相对密度在0.90~1.05之间，该塑件相对密度为1。

016，玻纤增强；收缩率0。

4~0.8之间、熔点170~178

C、抗拉强度78~90MPa、抗弯强度132MPa.因有“铰链”特性浇口位置设计；防缩孔，变形‘收缩率为

1.3%~1.7%.使用温度

。

成型收缩范围大易发生缩孔凹痕及变形热容量大注射成型模具必须设计充分进行冷却的冷却回路适宜模温为80C0左右不可低于50C0否则会造成成型塑件表面光泽差或产生熔接痕等缺陷温度过高会产生翘曲现象

聚丙炳主要用与板、片、透明薄膜、绳、绝缘零件、汽车零件、阀门配件、日用品等

3，塑件体积及质量计算。

根据塑件，可粗略算出体积及质量。

图2

如图2所示，可把塑件分成13部分来计算，具体计算如下：

V圆台=1/3π[R²H-r²h]hV圆柱=πr²h

V1=1/3π（9.7/2）²x1.7=41.85

V2=1/3π（9.3/2）²x18.6=420.95

V3=1/3π（8/2）²x25.6=428.71

V4=1/3π（7.11/2）²x2.79=36.9

V5=1/3π（6.81/2）²x27.51=333.84

V6=1/3π（2/2）²x2=2.09

V7=6x1/2x0.58x17.18x0.8=23.91

V8=1/3π（5.7/2）²x28.16=239.4

V9=1/3π（5.85/2）²x1.39=12.45

V10=1/3π（7.5/2）²x47.2=694.73

V11=1/3π[（7.86/2）²-（7.36/2）]²=2.99

V12=1/3π[（7.95/2）²-（7.45/2）]²=3.05

V13=1/3π（8.2/2）²x1=52.78

V塑件=V1+V2+V3+V4+V5+V6+V7-V8-V9-V10–V10–V11–V12

–V13=0.9416cm³

V总=V塑件x8=8x0.9416=7.5328cm³

m塑件=ρxv=1.016x0.9416x10

=0.9566g

m总=ρxvx8=1.016x0.9566x10

x8=7.6533g

三、拟定的成型工艺

1、制品的成型方法

热塑性塑料指定采用注射成型，本设计选用热塑性塑料PP，可用注射成型。

2、制品的成型参数

根据制品结构特点及选定的原料PP，可拟定如下工艺参数（塑料模设计手册）。

塑料名称：

PP

密度（g/cm³）：

1.04~1.05

计算收缩率（%）：

0.4~0.8

预热温度（℃）：

80~85

预热时间（h）：

2~3

料筒温度（℃）前段190~200

中段210~220

后段160~170

喷嘴温度（℃）：

180~190

模具温度（℃）：

70~90

注射压力（MPa）：

90~130

保压力（MPa）：

40~50

成型时间（s）：

注射时间2~5

保压时间15~40

冷却时间15~40

总周期40~140

螺杆转速（r/min）：

30~60

适应注射机类型：

螺杆

后处理温度（℃）：

70

后处理时间（h）：

2~4

四、型腔数目

型腔数目的确定主要参考以下几点来确定

（1）、塑件制品的批量和交货期，以及塑料制件的成本。

因为是毕业设计，因此这点可不予考虑。

（2）、所选用注射机的技术规则，因为上面只进行了结构及工艺成型的分析，还没确定注射机，也可暂时不予考虑。

（3）、质量控制要求。

塑件小要求成批量生产，因此可设成一模八腔，以保证生产数量。

根据以上综合考虑，实际采用一模八腔注射成型。

同时根据塑件体积v=7.5328cm³，初步确定注射机为SZ-60/40

注射机各参数如下：

项目SZ-60/40

结构形式卧式

理论注射容量（cm³）60

螺杆直径（mm）30

注射压力（MPa）180

注射速率（g/s）70

塑化能力（Kg/h）35

螺杆转速（r/min）0~200

锁模力（KN）400

拉杆内间距（mm）220x300

移模行程（mm）250

最大模具厚度（mm）250

最小模具厚度（mm）15

锁模形式

模具定位孔直径（mm）ф80

喷嘴球半径（mm）SR10

喷嘴口孔径（mm）

五、型腔布局

模具型腔为一模八腔，其结构基本上呈圆两排分布。

六、分型面与排气系统设计

1、分型面选择：

选择分型面即是决定型腔空间在模内应占有的位置。

选择时应遵行如下原则：

1）、复合塑件脱模。

为使塑件能从模内取去，分型面的位置应设在塑件断面尺寸大的部位。

2）、分型面的数目及形状。

通常只采用一个与注射机开模运动方向相垂直的方向，特殊情况下采用一个以上的分型面或其他形状的分型面。

确定分型面形状时应以模具制造及脱模方便的原则。

3）、型腔方位的确定。

在决定型腔在模具内的方位时，分型面的选择应尽量防止孔或侧凹，以免采用较复杂的模具结构。

4）、确保塑件质量。

分型面应不要选择在塑件光滑的外表面，避免影响外观质量；将塑件要求同轴度的部分放到分型面的同一侧，以确保塑件的同轴度；要考虑脱模斜度造成塑件大、小端的尺寸差异要求等。

5）、有利于塑件脱模。

由于模具脱模机构通常只设在动模一侧，故选择分型面时应尽可能使开模后塑件留在动模一侧。

这对于自动化生产使用的模具尤其显得重要。

6）、考虑侧向轴拔距。

一般机械式抽芯机构的侧向拔距都较小，因此选择分型面时应将抽芯或做为侧向分型或抽芯。

并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯。

分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，而将短抽拔距

7）、锁紧模具的要求。

侧向合模锁紧力较小，故对于投影面积较大的大型塑件，应将投影面积大的方向放在动、定模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分型面。

8）、有利于排气。

当分型面作为主要排气渠道时，应将分型面设在塑料熔体的末端，以利于排气。

9）、模具零件易于加工。

选择分型面时，应使模具分割成便于加工的零件，以减小机械加工的困难。

根据以上分型面选择原则及塑件本身的特点，确定为单分型面（如图3）

图3

2、排气系统设计

如果排气不良就会在塑件上形成气泡、银纹、云雾、接缝，使表面轮廓不清，甚至充模不满；严重时在塑件表面产生焦痕；同时可降低充模速度，影响成型周期；有可能形成断续注射，降低生产效率。

因此应确定一个合理的排气方式排气。

根据排气方式，以及模具分型面，塑件带镶件的特点，可利用分型面排气，拼镶件缝隙排气和推杆间隙排气。

七、浇注系统的设计

浇注系统对注射成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响。

设计时须遵循如下原则：

1．结合型腔布局考虑，应注意以下三点：

1）尽可能采用平衡式布置，以便设置平衡式分流道。

2）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象。

3）型腔排列要尽量可能紧凑，以减少模具外形尺寸。

2．热量及压力损失要小为此浇注系统流程应尽量短，断面尺寸尽可能大，尽量减少弯折，表面粗糙度要低。

3.确保均衡进料尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置。

4．塑料耗量要少在满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量要小，以减少塑料的耗量。

5．消除冷料浇注系统应能捕集温度较低的“冷料”，防止其进入型腔，影响塑件的质量。

6．排气良好浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体能顺利排出。

7．防止塑件出现缺陷避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象。

8．塑件外观质量根据塑件大小、形状及技术要求，做到去除修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用。

9．生产效率尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成形周期短，效率高。

10．塑料熔体流体特性大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为，以充分利用。

（一）主流道的设计

主流道位于模具中心塑料熔体人口处，立将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入型腔，形状为圆锥形，位于塑料熔体按序顺利地向前流动。

开模时主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和冲模时间，甚至塑件的内在质量。

材料为热塑性塑料，模具又是一模八腔，并采用侧浇口注射，主流道可设计成如图4所示的整体式，浇口套与定模板之间采用过渡配合，H7/r6。

浇口套上做成凸台，可承受喷嘴对浇口套的压力。

浇口套下端做成半圆，防止因主流道尺寸大塑件流量大而点浇口尺寸小，而出现涨溢现象，也可做冷料穴使用。

根据“常用塑料直浇口尺寸”表，选主流道始端尺寸d=2.5mm,大端尺寸D=5mm，浇口套始端半径R=注射机喷嘴半径+（0.5~1）=10+（0.5~1）=11mm，半锥角a=2º。

其长度尺寸取L=30mm，其余尺寸见图。

主流道内壁粗造度Ra=0.8，抛光时要沿轴向进行。

根据主流道尺寸，可求出主流道体积：

V主=1/3πL（R²+Rr+r²）=343.44mm³=0.34cm³

图4

（二）分流道设计

因为采用了潜伏式浇口注射，分流道只有一条，分流道形状可做成圆形，容易加工。

表面粗造度要求达到Ra0.8为佳，分流道与浇口的连接部分加工成斜面，并用圆弧过渡。

分流道的长度略等于型芯高度。

取型芯高度H=40mm，L=39mm。

图6

其直径尺寸可按下列经验公式确定：

D=0.2654W½L¼

D—分流道的直径

W—塑件的质量

L—分流道的长度

把W=14.1mm和L=39mm带入上式得：

D=0.2654X14.1½X39¼=3.5mm

分流道直径D=3.5mm,符合“此式计算分流道直径限于3.2～9.5mm条件。

（三）浇口设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，其形状、位置、尺寸对塑件质量影响很大。

根据浇口的形式及特点，选用限制性浇口，其特点是：

截面尺寸为圆形，位置限制小，去除浇口后残留痕迹小，不影响塑件外观。

开模时可自动拉断，有利于自动操作。

而点浇口处塑件结构厚度比其他位置的大，这就弥补了浇口附近补料造成的应力小，对薄壁塑件因剪切速率过高，分子高度定向而造成局部应力，甚至开列。

浇口截面积通常为分流道截面积的0.03~0.09。

S浇=S分（0.03~0.09）=¼πx3²x0.09=¼πd²浇

d浇=6x0.03=0。

18mm

浇口长度约为0.5~2mm左右，取L=1mm（其余具体尺寸见图6）

图6

八、成型零件设计

由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，必须具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高度，足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损。

通常进行热处理，使其硬度达到HRC40以上，材料的抛光性能好，表面应该光滑美观。

表面粗造度应在Ra0.4以下，切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好，成型部位应须有足够的尺寸精度。

凹模设计

（见图7）

中径：

查表1，得塑件收缩率为0.4%0.8%△=0.2δz=1/3△=1/3X0.2mm。

图7

型芯设计如图：

根据塑件小孔尺寸，确定型芯尺寸：

收缩率取s=0.006，精度等级系数取x=3/4，△=0.06，δz=△/3=0.02/3带入上式得

dm=［ls（1+s）+x△］0-δz

（五）凹模套壁厚计算

在注射过程中，凹模套承受塑料熔体的高压作用，因此模具的凹模套应该有足够的强度。

凹模套强度不足将发生塑件变形，甚至破裂；刚度不足将产生过大弹性变形，导致凹模套向外膨胀，并产生溢料间隙。

凹模套壁厚计算应以最大型腔为准。

大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应该按刚度计算；小尺寸型腔，在发生大的弹性变形前，其内应力已经超过许用应力，因此刚度已不是主要矛盾，应按强度计算：

S最小≥r［（［σ］/［σ］-2P）1/2-1］

E—模具材料的弹性模量（MPa），Gr12为2.06x105MPa

P—型腔压力，一般取25～45MPa

［δ］—刚度条件，即许用变形量（mm），由表3可查

［σ］—模具材料的许用应力（MPa），一般取1.8x103～2.2x103MPa

表3

粘度特性

塑料品种

［δ］值的许用范围（mm）

高粘度

PC、PPO、PSF、HPVC

0.06～0.08

低粘度

PA、PE、PP、POM

0.025～0.04

中粘度

PS、ABS、PMMA

0.04～0.05

S≥34.5［（2x103/2x103-2x35）1/2-1］=0.69mm

按刚度计算：

查表3，取［δ］=0.045

S≥r［（（0.75rp+［δ］E）/（［δ］E-1.25rP））1/2-1］

=34.5［（（0.75x34.5x35+0.045x2.06x105）/（0.045x2.06x105-1.25x34.5x35））1/2-1］=5mm

凹模套最小厚度取S=5mm。

九、导向与定位机构设计

导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。

根据模具分型的特点，选用导柱导向机构。

又是小型注射模，不必设锥面定位机构。

模具两次分型，两次分型面上都要设置导向机构，即一次分型导向机构，二次分型导向机构。

导柱和导套设计时还应注意以下几点：

1、导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。

2、导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。

3、导柱和导套应有足够的耐磨读和强度，常采用20＃低碳钢经渗碳0.5～0.8mm，淬火48～55HRC，也可采用T8A碳素工具钢，经淬火处理。

4、为了使导柱能顺利地进入导套，导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。

5、导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式。

6、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。

7、除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。

8、导柱的直径应根据模具大小而定，可参考标准模架数据选取。

一次分型导向机构设计：

导柱固定在固定模板上，与固定模板为H7/m6的过渡配合。

导柱直径参考标准，去D=16mm，导柱头部做成半圆形。

导柱长度与主流导长度点浇口长度以及塑件长度等有关。

Lg=L主+2xL浇+L塑+6～8

=70+120.4+12+6～8

=200.4mm

图10

其余具体尺寸见图10所示。

二次分型导向机构设计：

导柱固定于下模板上，与其下模板为H7/m6的过渡配合，导套固定于上模板，且为H7/m过谷渡配合导柱直径可参考标准，取D=16mm，导柱头头部做成锥形。

导柱长度略小于导套长度，取L=34mm

其具体尺寸见图11所示。

十、脱模机构设计

注射成型每一循环中，塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯上脱出，完成模具脱模。

脱模机构设计应遵循下述原则：

1、塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单。

2、防止塑件结构变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及所部位，有针对性的选择合适的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。

由于塑件收缩时包紧型芯