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毕业设计说明书


浙江工业职业技术学院

毕业论文
(2011 届)

小圆盘注射模具设计

学生姓名 学 院 专 号 系 业 数字控制工程分院 模具设计与制造

指导教师 完成日期 2011.05.

小圆盘注射模具设计
摘 要 本文主要从实用型、简单型的角度出发进行注射模设

计。

此注射模在设计上满足其性能要求,适应工作条件、工作可靠,力求 其结构简单、尺寸紧凑、成本低、生产效率好和操作维修方便等。 本文设计的是单分型面注射模,这是注射模中最常用的一种。此 模具对生产效率、 设备占用情况、 模具的使用寿命提出了较高的要求, 用于塑件表面质量较高的生产中。 本设计从模具的初步设计:包括(1)明确设计任务,收集有关 资料;(2) 注射工艺分析及工艺方案制定; (3)确定模块尺寸(4) 确定注射模类型及结构形式(5)注射工艺计算及设计等各个方面展 开设计计算的,在满足设计要求的前提下,并且进行优化,使的各零 件既满足载荷要求,又使得其尺寸最小,所占空间也大大减少,并且 节约大量制造成本,在使用过程中也真正体现了实用性 关键词 注塑模具,单分型面,PP

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前言 ……………………………………………………………………………3 第一章 塑件成型工艺分析……………………………………………………..4 1.1 塑件的分析……………………………………………………………………4 1.2 PP 工程塑料的性能分析………………………………………………………5 1.3 PP 的注射成型过程及工艺参数………………………………………………7 第二章 拟定模具的结构形式和初选注射机……………………………………8 2.1 分型面位置的确定……………………………………………………………8 2.2 型腔数量和排位方式的确定 ………………………………………………8 2.3 注射机型号的确定……………………………………………………………9 第三章 浇注系统的设计…………………………………………………………13 3.1 主流道的设计…………………………………………………………………13 3.2 分流道的设计…………………………………………………………………14 3.3 浇口的设计……………………………………………………………………17 3.4 校核主流道的剪切速率………………………………………………………18 3.5 冷料穴的设计及计算…………………………………………………………19 第四章 成型零件的结构设计及计算……………………………………………20 4.1 成型零件的结构设计…………………………………………………………20 4.2 成型零件钢材的选用…………………………………………………………20 4.3 成型零件工作尺寸的计算……………………………………………………21 4.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算………………………………………23 第五章 脱模推出机构的设计……………………………………………………25 5.1 脱模力的计算…………………………………………………………………25 5.2 推出方式的确定………………………………………………………………26 第六章 模架的确定………………………………………………………………27 6.1 各模板尺寸的确定……………………………………………………………27 6.2 模架各尺寸的校核……………………………………………………………28 第七章 排气槽的设计……………………………………………………………29 第八章 冷却系统的设计…………………………………………………………30 8.1 冷却介质………………………………………………………………………30 8.2 冷却系统的简单计算…………………………………………………………30 第九章 导向与定位结构的设计…………………………………………………33 结论 ……………………………………………………………………………34 致谢 ……………………………………………………………………………35 参考文献……………………………………………………………………………36

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模具是现代工业生产中使用极为广泛的主要工艺设备, 采用模具 生产零部件,具有高效、节材、成本低、保证质量等一系列优点。随 着科学技术的不断进步,它在国民经济中占有越来越重要的地位,是 当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。 现我国塑料制品使用极为 普遍,因此,塑料模具业发展相当快,目前,塑料模具在整个模具行 业中约占 30%左右,而在整个塑料模具市场以注塑模具需求为主 近几年来,虽然我国的模具工业每年增长速度发展一直较快,但 总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如,精密加工设备 还很少,许多先进的技术如 CAD/CAE/CAM 技术的普及率还不高,特别 是大型、精密、复杂和长寿命模具远远不能满足国民经济各行业的发 展需要。模具技术水平的高低,决定着产品的质量、效益和新产品开 发能力,它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志之一。因 此,模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品,现代模具是多学 科知识集聚的高新技术产业的一部分,是国民经济的装备产业,其技 术、资金与劳动相对密集。 本书的主要内容为小圆盘注射模设计。对于塑件的基本概况、射 机设备、注射常用的材料以及其它注射工艺及其模具作了概要的介 绍,并且通过此课题设计,对我们学过的知识进行综合应用,加深对 已学知识的理解,也可以加强创新以及动手能力,加强独立分析和解 决问题的能力。

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第一章
1.1 塑件的分析
(1)外形尺寸

塑件成型工艺性分析

塑件外形尺寸不大, 塑料熔体流程不太长,塑件材

料为热塑性塑料,流动性较好,适合于注射成型。要求塑件表面平整 光滑,无翘边、皱折、裂纹等缺陷,防止产生熔接痕。尺寸如图。

(2)精度等级 该塑件的精度等级要求为 MT3。 (3)脱模斜度 该塑件壁厚为 2 ㎜,其脱模斜度查书{1}得到塑件材 料为聚丙烯 pp 其型腔脱模斜度:25′-45′,其型心脱模斜度为:20′ -45′.由于该塑料成型时收缩大,塑料上脱模斜度宜稍大。根据参考 文献(摘自洪慎章. 《实用注塑成型及模具设计》.北京:机械工业出 版社.2006)确定塑件脱模斜度为 2°。 ‘ )
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1.2 PP 工程塑料的性能分析
(1) 材料性质: 聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂通常为半透明 无色固体,无味、无毒,不吸水、光泽好、易着色,其高频绝缘 性能也强而且由于其不吸水,绝缘性能不受湿度影响。由于结构 规 整 而 高 度 结 晶 化 , 故 熔 点 高 达 167 ℃ , 耐 热 , 密 度 为 0.90-0.91g/cm3,是最轻的通用塑料。 机械性能比聚乙烯好,化学稳定性较好;但不耐磨,耐寒性 差,光、氧作用下易降解、老化 其性能指标如下表
密度ρ/ kg·dm-? 0.90~0.91 抗拉屈服强度σb/MPa 拉伸弹性模量 E1/ MPa 抗弯强度σω/ MPa 冲击韧度(缺口) αk/(kJ·m-?) 硬度(HB) 0.185MPa 56-67
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37

比体积 v/ dm?·kg-? 1.10~1.11 吸水率 24 h/% 收缩率 s/% 热变形 温度 t/℃ 0.46MPa 0.01~0.83 1.0~3.0 102~115

67.5 3.5-4.8 8.65 R95~105

熔点 t/℃

170~176

体积电阻系数ρv/(Ω·cm)

>10

(2) 主要用途:板、片、透明薄膜、绳、绝缘零件、汽车零件、 阀门配件、日用品等 (3) 成型特点:成型时收缩范围大,易发生缩孔、凹痕及变形; 热容量大,注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路;聚丙 烯成型的适宜模温为 80℃左右, 不可低于 50℃,否则会造成塑件表
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面光泽差或产生熔接痕等缺陷,而且温度过高会产生翘曲现象。 其柔软性也好,有“铰链”特性 (4) PP 塑料成型参数: 1) 熔化温度:PP 的熔点为 160-175℃,分解温度为 350℃ 注射加工时温度设定不能超过 275℃。 熔融段温度最好在 240℃。 2)模具温度:50-90℃,对于尺寸要求较高的用高模温。 型芯温度比型腔温度低 5℃以上。 3)使用温度:10℃-120℃ 4)注射压力:采用较高注射压力 1500-1800MPa 5)保压压力:约为注射压力的 80%。大概在全行程的 95%时转 保压,用较长的保压时间。 6)注射速度:为减少内应力及变形,应选择高速注射,但有 些等级的 PP 和模具不适用(出现气泡、气纹)。如刻有花纹的表 面出现由浇口扩散的明暗相间条纹, 则要用低速注射和较高模温。 7)流道和浇口:流道直径 4-7mm,针形浇口长度 1-1.5mm,直 径可小至 0.7mm。边形浇口长度越短越好,约为 0.7mm,深度为壁 厚的一半,宽度为壁厚的两倍,并随模腔内的熔流长度逐肯增加。 模具必须有良好的排气性, 排气孔深 0.025mm-0.038mm, 1.5mm, 厚 要避免收缩痕,就要用大而圆的注口及圆形流道,加强筋的厚度 要小(例如是壁厚的 50-60%) 。 8)背压:5MPa,色粉料的背压可适当调高。

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1.3 PP 的注射成型过程及工艺参数
1.3.1 注射成型过程 1.3. (1)成型前的准备。对 PP 的色泽、粒度和均匀度等进行检验, PP 如果储存适当则不需要干燥处理。 (2)注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状 态后,由模具的浇注系统进入模具的型腔成型,其过程可分为充模、 压实、保压、倒流和冷却五个阶段 (3) 塑件的后处理(退火) 。退火处理的方法为红外线灯、烘 箱、处理温度为 70℃,处理时间为 2-4h. 1.3.2 注射工艺参数 (1)注射机:螺杆式,螺杆转速为 48r/min。 (2)料筒温度 t/℃:前段 180~200 中段 190~220 后段 160~170 (3)模具温度 t/℃:80~90℃ (4)注射压力(p/MPa) :70~100 (5)成型时间(s) :30(注射时间初取 1.6,冷却时间取 20.4,辅 助时间取 8) 。

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第二章 拟定模具的结构形式和初选注射机

2.1 分型面位置的确定
通过对塑件结构形式的分析, 分型面应选在小圆盘截面积最大且 利于开模取出塑件、 保证塑件精度要求及外观质量要求、 有利于排气, 根据要求则选择下底面:

2.2 型腔数量和排位方式的确定
(1)型腔数量的确定 由于塑件尺寸不大,且为大批量生产,可采

用一腔多模的形式。 ,同时,考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系, 以及制造费用和各种成本费等因素,初步确定为一模四腔。 (2)型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模四腔,故流道采用 H 型对称排列,使进料平 衡。其型腔排列形式如图所示:

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(3)模具结构形式的初步确定 由以上分析可知,本模具设计为一模四腔,对称 H 型直线排列,根据 塑件结构形状,推出机构初选为推杆推出或推件板推出方式。浇注系 统设计时,流道采用对称平衡式,浇口采用侧浇口,且开设在分型面 上。因此,定模部分不需要单独开设分型面取出凝料,动模部分需要 添加支撑板。由上综合分析可确定采用大水口的单分型面注射模。

2.3 注射机型号的确定
2.3.1 注射量的计算 通过 Pro/E 建模分析得塑件质量属性如下图所示。 塑件体积:V 塑=4.149cm? 塑件质量:m 塑=ρV 塑=0.90×4.149=3.7g 式中,ρ根据参考文献取 0.90g/ cm?

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2.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算 由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值,但是可以 根据经验按照塑件体积的 0.2 倍~1 倍来估算。由于本次设计彩的流 道简单并且较短,因此浇注系统的凝料按塑件体积的 0.3 倍来估算, 故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积 (即浇注系统的凝料和 4 个塑 件体积之和)为 V 总=1.3nV 塑=1.3×4×4.149=21.58cm? 2.3.3 选择注射机 根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积 为 V 总 =21.58cm ? , 由 参 考 文 献 [1] 式 ( 4-18 ) V 公 = V 总 /0.8=21.58/0.8=27.0cm?。根据以上的计算,初步选择公称注射量为 30 cm?,但最大模具厚度不够,所以注射机型号为 XS-ZY-125 卧式注

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射机, 其主要参数见如下表
理论注射量/cm? 螺杆柱塞直径/mm 注射压力/MPa 注射时间/s 塑化能力/kg.h 螺杆转速/r.min -1 锁模力/kN 喷嘴孔直径/mm 104 30 150 1.8 16.8 80 900 4 拉杆内向距/mm 移模行程/mm 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 锁模形式 模具定位孔直径 /mm 喷嘴球半径/mm 注射方式 260*360 300 300 200 液压-机械 100 12 螺杆式

2.3.4 注射机的相关参数的校核 ⑴注射压力校核。 查参考文献[1]表 4-1 可知, 所需注射压力为 70 MPa~100MPa, PP 这里 P 0 =80MPa,该注射机的公称注射压力 P 公 \=119MPa,注射压力安 全系数 k1=1.25~1.4,这里取 k1=1.3,则: k1P0= 1.3×80=104MPa<P 公 ,所以,注射机注射压力合格。 ⑵锁模力校核 ①塑件在分型面上的投影面积 A 塑 =(20 2 -7 2 -2×4 2 ) π /4=250.4 ㎜? ②浇注系统在分型面上的投影面积 A 浇,即浇道凝料(包括浇口)在 分型面上的投影面积 A 浇数值,可以按照多型腔模具的统计分析来 确。A 浇是每个塑件在分型面上的投影面积 A 塑的 0.2 倍~0.5 倍。 由于本设计的流道较简单,分流道相对较短,因此流道凝料投影面积
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可以适当取小些。这里取 A 浇=0.2A 塑。 ③塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积,则 A 总=n(Α塑+A 浇)= n(Α塑+0.2Α塑)=4×1.2Α塑=1202.0 ㎜2 ④模具型腔内的胀型力 F 胀,则 F 胀= A 总 P 模=1202.0×25=30.050kN 式中,P 模是型腔的平均计算压力值。P 模是模具型腔内的压力,通 常取注射压力的 20%~40%,大致范围为 16 MPa~32 MPa。对于黏 度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。PP 属中等黏度的塑料且 塑件有精度要求故 P 模取 25MPa。 由表 6-2 可知该注射机的公称锁模力 F 锁=250 kN,锁模力安全 系数为 k2=1.1~1.2 这里取 k2=1.2,则取 k2 F 胀= 1.2 F 胀= 1.2×30.050=36。060 kN<F 锁,所以注射 机锁模力满足要求。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定, 结构尺寸确定后方可 进行。

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第三章 浇注系统的设计

3.1. 主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料深体的入口处, 它将注射机喷嘴注 射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形,以便熔体 的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。 主流道的尺寸直接影响到熔 体的流动速度和充模时间。另外,由于主流道与高温塑料熔体及注射 机喷嘴反复接触,因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。 1) 主流道尺寸

(1)主流道的长度 一般由模具结构确定,对于小型模具 L 尽量小 于 60 ㎜,本次设计中初取 50 ㎜进行计算。 (2)主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+(0.5~1)㎜=4.5 ㎜ (3)主流道大端直径 D=d+2L 主 tan(α/2)=8 ㎜式中α≈4° (4)主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+(1-2)mm=12+2=14mm (5)球面的配合高度 2) h=3 ㎜。

主流道的凝料体积

V 主=L 主(R?主+r?主+ R 主 r 主)π/3=50×(4 ?+2.25?+4× 2.25)×3.14/3=1573.3 ㎜?

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3)

主流道当量半径 Rn=(2.25+4)/2=3.125 ㎜

4)

主流道浇口套的形式

主流道衬套为标准件可选购。 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接 触,易磨损。对材料的要求较严格,因而尽管小型注射模可以将主流 道衬套与定位圈设计成一个整体, 但考虑上述因素通常仍然将其分开 来设计,以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和 热处理。本设计中浇口套采用碳素工具钢 T10A,热处理淬火表面硬 度为 50HRC~55HRC。如下图所示。定位圈的结构由总装图来确定。

3.2 分流道的设计
1)分流道的布置形式 为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低,同 时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡,因此采用平衡式分流道。 如下图 2)分流道的长度 根据四个型腔的结构设计,分流道长度适中。

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3)分流道的当量直径 流过一级分流道塑料的质量 m=ρV 塑=4.149×0.90×4=15 g<100g 但该塑件壁厚在 2-2.5mm 之间,按照经验曲线查得 D′=4,再根据单 向流道长度 60mm 查得修正系数为 f L =1.05,则分流道直径修正后为 D= f L D′=4.2mm ≈ 4.5mm 4)分流道的截面形状 本设计采用梯形截面, 其加工工艺性好, 且塑料熔体的热量散失、 流动阻力均不大。 5)分流道界面尺寸 设梯形的上底宽度为 B=6mm(为了便于选择刀具) ,底面圆角半径 R=1mm,梯形高度取 H=2B/3=4mm,设下底宽度为 b,梯形面积应满足: (B+b)H/2= π D 2 /4 得 b=3.813,考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素, 取 b=4.5mm。通过计算梯形斜度 ? =10.6,基本符合要求。如图所示
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6)凝料体积 (1)分流道的长度为 L 分 =100+24+89=213mm (2)分流道截面积 A= (3)凝料体积 V 分=L 分 A 分=213×21=4473mm3=4.473cm3 考虑到圆弧的影响取 V 分= 4cm3 7)校核剪切速率 (1)确定注射时间:查表可取 t=0.86s (2)计算单边分流道体积流量 q 分=(V 分/2+2V 塑)/t=(4/2+2×4.149)/0.86=11.97cm3. s-1 (3)由公式可得剪切速率 γ 分 =3.3q


6 + 4 .5 × 4=21mm 2 2

/ π R3



=3.3 × 11.97/(3.14 ×

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2.25 3 × 10 ?3 )=1.104 × 10 3 s-1 该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率 在 5×102--5 ×103 s-1 之间,所以,分流道的内容体的剪切速率合 格。 8)分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低,一般取 Ra1.25μm—2.5μm 即可,此处取 Ra1.6μm.另外其脱模斜度一般在 5°—10°之间,通 过上述计算脱模斜度为 10.6°,脱模斜度足够。

3.3 3.3 浇口设计
该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷,表面质量要求较高,采用 一摸四腔注射,为便于调整冲模时的剪切速率和封闭时间,因此采用 侧浇口。其界面形状简单,易于加工,便于试模后修正,且开设在分 型面上,从型腔的边缘进料。 1) 侧浇口尺寸的确定

(1) 计算侧浇口的深度。根据表可得侧浇口的深度 h 计算公式为 h=nt=0.7×2=1.4mm 式中 t——塑件壁厚 n——塑料成型系数,取 n=0.7. 为而来便于今后试模时发现问题进行修模处理,并根据参考文 献表 4-9 中推荐的 PP 侧浇口厚度为 0.8mm—1.1mm,故此处浇口深 度 h 取 1.0mm。 (2)计算侧浇口的宽度。根据表 2—6,可得侧浇口的宽度 B 的计

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算公式为 B=n A /30=0.7× 2234.8 /30=1.1mm 式中 n——塑料成型系数,对于 PP 取 0.7 A——凹模的内表面积(约等于塑件的外表面积) (3)计算侧浇口的长度。根据表可取侧浇口的长度 L 浇=1mm 2) 侧浇口剪切速率的校核

(1) 确定注射时间:查表可取 t=0.86s (2) 计算浇口的体积流量:q 浇=V 塑/t=4.149/0.86=4.82cm2 s-1 (3) 计算浇口的剪切速率:对于矩形浇口可得: γ=3.3q 浇/πR3n≤ 4×10 4 s-1 ,则 γ=3.3q 浇/πR3n=3.3×4.82/(3.14×0.075 3 )=1.2×10 4 ≤4×10 4 s-1 剪切速率合格.式中 R n 为矩形浇口的当量半径,即 Rn =3 式中 t——注射时间 A——矩形面积 C ——矩形周长 该矩形侧浇口的剪切速率比较大,首先把浇口面积适当做小 一点,通过试模根据塑件成型情况来调整.
2 A2 =0.75 mm πc

3.4 3.4 校核主流道的剪切速率
上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积(浇 口的体积大小可以忽略不计)以及主流道的当量半径,这样就可以校 核主流道熔体的剪切速率。
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1)

计算主流道的体积流量

q 主=V 主+V 分+nV 塑/t=(1.573+4.2+4×4.149)/0.86=26.01 cm3 s-1 2) 计算主流道的剪切速率

γ主=3.3q 主/πR?主=3.3×26.01/3.14×3.1253×10-3=0.9×103 s-1 主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 5×102 s-1-5 ×103 s-1 之间,所以,主流道的剪切速率合格。

3.5 3.5 冷料穴的设计及计算
冷料穴位于主流道正对面的动模板上, 其作用主要是贮存熔体前锋 的冷料,防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计既 有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。 由于该塑件表面要求没有印痕, 采用推件杆推出塑件,故采用 Z 形头拉料杆作为冷料穴。开模时, 利用拉料杆对凝料的拉紧力使凝料从主流道村套中脱出。

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第四章 第四章

成型零件的结构设计及计算

4.1 成型零件的结构设计
(1)凹模的结构设计。凹模是成型制品的外表面的成型零件。按 凹模结构不同可将其分为整体式、 整体嵌入式、 组合式和镶拼式四种。 根据对塑件的结构分析,本设计中采用整体嵌入式凹模。

(2) 凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件,通常 可以分为整体式和组合式两种类型。该塑件采用组合式型芯,因塑件 的包紧力较大,所以设在动模部分。

4.2 成型零件的钢材的选用
根据对成型塑件的综合分析,该塑件的成型零件要有足够的刚 度,强度,耐磨性及良好的抗疲劳性,同时考虑它的机械加工性能和 抛光性能。又因为该塑件为大批量生产,所以构成型腔的嵌入式凹模 刚才选用 P20。对于成型塑件内表面的型心来说,由于脱模时与塑件 的磨损严重,因此刚才选用 P20 钢,进行渗氮处理。

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4.3 成型零件工作尺寸的计算
采用相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸, 塑件尺寸公差按 照塑件零件图种给定的公差计算。 塑件尺寸公差Δ/mm 大于 0.1 0.2 0.3 0.4 至 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 凹模和型芯径向工作 凹模深度和型芯高度 尺寸计算的 x 值 0.8 0.75 0.70 0.65 0.60 工作尺寸计算的 x 值 0.65 0.63 0.60 0.58 0.56

(1)凹模径向尺寸的计算

塑件外部径向尺寸的[转换

Ls1﹦400+0。32 mm,相应的塑件制造公差Δ1=0.32mm; Ls2=180+0.20mm,相应的塑件制造公差Δ2=0.20mm; LM1= [(1+Scp ) ls1-x1Δ1 ] +&z1
+0.053

= [﹙1+0.0055﹚×173-0.65×0.32] LM2 = [ (1+Scp ) ls1-x2Δ2] +&z2

0

=40.120+0.053

+0.033

= [﹙1+0.0055﹚×18-0.75×0.20]

0

=17.950+0.033

式中,Scp 是塑件的平均收缩率,查表 6-1 可得 PP 的收缩率为 0.4%-0.7%,所以其平均收缩率 Scp=0.004+0.007/2=0.0055, x1,x2 是系数,查表可知 x1=0.65,x2=0.75; Δ1,Δ2 分别是塑件上 相应尺寸的公差;δ1,δ2 是塑件上相应的尺寸制造公差,对于中
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小型塑件取δz=Δ/6﹙同下) (2) 凹模深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的换算:塑件的高度 最大尺寸 Hs1=100+0.16mm 尺寸 Hs2=10+0.12mm 相应的Δs1=0.16mm;塑件内部凸缘的最大

相应的Δs2=0.12mm。

HM1= [﹙1+Scp ) H1-x1Δ1]0+δz1=[(1+0.0055)×10-0.16 ×0.63]+0.16×1/6=9.950+0.027 HM2= [﹙1+Scp ) H2-x2Δ1]0+δz2=[(1+0.0055)×1-0.12 ×0.63] 0+0.12×1/6=0.930+0.02 式中 x1、x2 是系数,由表可知 x1=0.63,x2=0.63。 (3)型芯径向尺寸的计算 l s1=360+0.32 Δs1=0.32 塑件内不径向尺寸的转换

l s2=140+0.78 Δs2=0.18
0

lM1=[ ﹙ 1+Scp )ls1 +x1 Δ 1] 0.32]-0.32/60=36.31-0.0530

-&z1

=[ ﹙ 1+0.0055 ) × 36+0.65 ×

0

lM2=[ ﹙ 1+Scp ) ls2 +x1 Δ 1] 0.18]-0.18/60=14.21-0.030

-&z2

=[ ﹙ 1+0.0055 ) × 14+0.75 ×

式中 X1、x2 是系数查表取 x1=0.65,x2=0.75。 (4) 型芯高度尺寸计算 h s1=80+0.16 h s2=30+0.12 Δ1=0.16 Δ2=0.12 塑件内腔高度尺寸转换:

h M1 =[﹙1+Scp ) hs1 +x1Δ1] -&z10=[﹙1+0.0055 )×8+0.63× 0.16]-0.16/60=8.14-0.0260
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h M2 =[﹙1+Scp ) hs2 +x1Δ2] -&z20=[﹙1+0.0055 )×3+0.63× 0.12]-0.12/60=3.09-0.020 式中 X1、x2 是系数查表取 X1=0.63,x2=0.63

4.4 4.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算
(1)凹模侧壁厚度的计算。凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深 度有关, 其厚度根据本节参考文献 【1】 表表 4-19 中的刚度公式计算。 s=(3Ph4/2Eδp)1/3=(3×35×304/2×2.1×105× 0.023)1/3=25.36mm 式中 p 是型腔压力(mpa);E 是材料弹性模量(MPa);h=w,w 是影响 变形的最大尺寸,而 h=30mm;δp 是模具刚度计算许多变形量。根据 注射塑料品种查文献【1】表 4-20 得 Δp=25i2=25x0.918μm=22.95μm=0.023mm 式中,i2=0.45x301/5+0.001x30=0.918μm。 凹模嵌件初定单边厚度 15mm。由于壁厚不能满足 25.36mm 要求, 所以凹模嵌件采用预应力的形式压入模板中, 由模板和型腔共同来承 受型腔压力。由于型腔采用 H 形直线对称结构布置,型腔之间的壁厚 s1=120(中心距)-70(型腔直径)=50mm,由于不是深大型腔,这个 间隔是能够满足要求的。根据型腔的布置,初步估算模板平面尺寸选 用 300mmx300mm,它比型腔布置的尺寸大得多。所以完全满足强度和 刚度要求。 (2)动模垫板厚度的计算。动模垫板厚度和所选模架的两个垫块

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之间的跨度有关,根据前面的型腔布置,模架应选在 300mm×300mm 这个范围之内,查表 7-4 垫块之间的跨度大约为 L=W-2W2=(300-2× 58)MM=184MM.那么, 根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计 算得到动模垫板的厚度,即 T=0.54L(PA/EL1δp)1/3=51.5mm 式中δp 是模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品种查参考文献 [1]表 4-20 得δp=25i2=0.0365mm。 L 是两个垫块之间的距离,约 184mm;L1 是动模垫板的长度,取 300mm;A 是 2 个型芯投影到动模垫板上的面积。 单件型芯所受压力的面积为 A1=πD2/4=2289.06mm2 两个型芯的面积 A=2×A1=4578.12mm2

动模垫板可按照标准厚度取 45mm,显然不符合要求,可采用支撑 柱的形式来增加支承板的刚度。采用两根直径为 50mm 的支撑柱,且 布置在支承板正中间,根据力学模型认为 n=1,所以垫板的厚度计算 为 T=[1/(n+1)]4/3T=20.44<51.5mm 符合要求

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第五章

脱模机构的设计

本塑料件结构简单,可采用推件板推出.推杆推出、或推件板加推杆 的综合推出方式。根据脱模力计算来决定。

5.1 脱模力的计算
(1) φ36 主型芯脱模力 因为λ=r/t=18/3=6 小于 10, 所以此处 视为厚壁圆筒塑件,根据本节参考文献{1}式 4-26 脱模力为 F1= 2πrESL(?-tanφ)/( 1+μ+K1)K2+0.1A=2326.4N ( 式中 E-塑料的拉伸弹性模量(MPa) ; S-塑料成型的平均收缩率(%) t-塑件的壁厚(mm) L-被包型芯长度(mm); μ-塑料的泊松比(查本书表 2-12); φ-脱模斜度(。 ) f-塑料与刚才之间的摩擦因数; r-型芯的平均半径(mm) ; A-塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积(mm2); K1-由λ和φ决定的无因次数, 1=2λ2/(cos2φ+2λcosφ); K K2-由 f 和φ决定的无因次数,K2=1+ ? sinφcosφ (4)总脱模力 F=F1=2326.4N

5.2 推出方式的确定
25

5.2.1 采用推杆推出 (1)推出面积 设 6mm 的圆推杆设置 16 根,那么推出面积为 A 杆=πd12/4×8=2π×62=226.08mm2 (2)推杆推出应力 根据表 2-12 取许用应力[σ]=12MPa σ=F/A 杆=2326.4/226.08=10.29Mpa<[σ] 通过上述计算,应力不大,推出时无顶白或顶破的可能,在此采用 推杆推出。

26

第六章 模架的确定

根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌 件所占的平面尺寸为 180mm×180mm,型腔所占的平面尺寸为 160mm ×160mm,利用经验公式进行计算,即 W3=W+10=160+10=170mm,查表 得 W=300mm,因此采用 300mm×300mm 的模架。但又考虑到时采用推 件板和推杆综合推出方式,且推杆布置在靠近凸模的中心,这样推杆 边缘与推杆固定板边缘距离较大, 因此为降低模具成本可适当减少模 具架尺寸,同时又考虑到导柱导套,水路的布置等因素,可确定采用 带推件板的直浇口 B 型模架, 查表得 W×L=300mm×300mm 及各板的厚 度尺寸。 6.1

各模板的尺寸确定
A 板式定模型腔板,塑件高度为 10mm,考虑到模

(1) A 板尺寸

板上还要开设冷却水道还需留出足够距离,故 A 板厚度为 35mm (2) B 板尺寸 B 板式型芯固定板,按模架标准板厚取 45mm。 垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板

(3) C 板(垫块)尺寸

厚度+(10-15)mm=(30+25+20+5-10)mm=85mm~90mm 初步 选定 C 为 90mm。 经上述尺寸计算,模架尺寸已经确定,标记为:B3030-50×40× 80GB/T12555-2006.其他尺寸按标准标注,如图

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6.2 模架各尺寸的校核
根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。 (1) 模具平面尺寸 300mm×300mm<355mm×385mm(拉杆距离) , 校核合格。 (2) 模具高度尺寸 255mm,230mm<255mm<400mm(模具的最大 厚度和最小厚度) ,校核合格。 (3) 模具的开模行程 S=H1+H2+(5-10)mm=30+45+(5-10) mm=80-85<350mm,校核合格。

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第七章

排气槽的设计

该塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑件下方的台阶向上充满型 腔, 每个型芯上有两根或 4 根推杆, 其配合间隙可作为气体排气方式, 不会在顶部产生憋气现象。同时,底面的气体会沿着分型面,型芯和 推杆之间的间隙向外排出。

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第八章

冷却系统的设计

冷却系统的计算机很麻烦,在此只进行简单的计算。设计时忽略 模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量,按单位时间 内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却所带走的热量。

8.1 冷却介质
PP 属黏度低、流动性较好的材料,其成型温度及模具温度分别 为 240℃和 50-90℃,热变形温度为 102-115℃。所以模具温度初步 选定为 80℃,用常温水对模具进行冷却。

8.2 冷却系统的简单计算
1) 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W (1)塑料制品的体积 V=V 主+V 分+NV 塑=1.573+4.473+4×4.149=22.64 cm3 (2)塑料制品的质量 M=V ρ =22.64×0.9=20.4g≈0.0204kg (3)塑件壁厚为 2mm,查本节参考文献(1)表 4-34 得 t 冷=20.5s。 取注射时间 t 注=2s,脱模时间 t 脱=7.5s,则注射周期 t=t 冷+t 注+ t 脱 =30s 由此得每小时注射次数 N=120 次。 (4)单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量:W=Nm=120× 0.0204=2.4kg/h

30

2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 Q 查本节参考文献表 4-35 直接可知 PP 的单位质量放出热量 QS=590kJ/kg. 3)计算冷却水的体积流量 qv 设冷却水口的温度为θ2=22℃,出 2 水口的水温为θ1=25℃,取水的 密度ρ=1000kg/m3,水的比热容 C=4.187KJ/(kg?C)。 则根据公式可得: qv=wQS/60ρc(Q1-Q2)=2.4×590/(60×1000×4.187×3)=2.47 ×10-3m3/min 4)确定冷却水路的直径 d 当 qv=2.47×10-3/min 时,查本节参考文献(1)表 4-30 可知,为了 使冷却水处于流状态,取模具冷却水孔的直径 d=5mm。 5)冷却水在管内的流速 v v=4qv/(60×3.14d2)=4×2.47×10-3/(60×3.14×0.0052) =2.10 m/s>1.66 m/s 6)求冷却管壁与水交界面的膜转热系数 h 因为平均水温为 23.5℃, 查本节参考文献 (1) 4-31 可得 f=0.672, 表 则有: h=4.187f(pv)0.8/d0.2=4.187 × 0.672 × ( 1000 × 2.1 )
0.8

/0.0050.2=3687.4kJ/(m2·h ?C)

7)计算冷却水道的导热总面积 A A=WQS/hΔθ=2.4×590/3687.4×(80-23.5)= 0.0068m2

31

8)计算模具冷却水管的总长度 L L=A/3.14d= 0.0068/(3.14×0.005)= 0.433m= 433mm

9)冷却水路的跟数 x 设每条水路的长度为 l=300mm,则冷却水路的根 数为 X=L/l= 433/300=1.44 根 由上述计算可以看出,一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的, 本设计中采用动定模各两条冷却水道对型芯和凹模镶件进行冷却, 成 型零件的冷却水道.

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第九章

导向与定位结构的设计

注射模的导向机构用于动、 定模之间的开合模导向和脱模机构的 运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈 与注射机相配合,使模具的交口套能与注射机喷嘴精确定位;而模内 定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之 间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单,模具定位精度要求不 是很高,因此可采用模架本身所带的定位机构。 整套模具装配图见图….

33





通过本次对小圆盘注射模具的设计, 将所学的各门知识融会 贯通。同时,毕业设计又是联系理论学习与实际运用的重要纽带,通 过把实习时的习得经验与书本中的理论知识联系起来, 应用到毕业设 计过程中,实现了理论与实践相结合的目的,为今后的工作打下坚实 的基础。 同时,使我深刻体会到了模具从产品工艺和结构分析到整 副模具的实际及制造过程的一体性,以及各个部分数据的相关性 和经验在模具设计中的重要性,在这个忙碌充实的探索过程中我 受益匪浅时间。通过本次毕业设计: 1) 使我们能够巩固自己本学科所学的基本理论、专业知识和 基本技能。 2) 提高我们分析与解决实际问题的能力,同时可以运用到许 多绘图和分析软件,不仅是对自己所学知识得到疏理,也 是一次检阅,一次锻炼。 3) 树立严肃认真的工作作风,综合运用本专业所学课程的理 论和生产实践知识,培养和提高我们独立工作的能力。 4) 掌握注射模具设计的基本技能如计算、绘图、查阅设计文 献资料和手册,培养编写技术文献的能力,熟悉模具标准 及其他有关的标准和规范并在模具设计中加以贯彻。

34





本设计是在张朝阁老师和安国宣老师的悉心教诲指导下完成 的,在整个毕业设计期间,得到了导师的认真指导和帮助,导师 的严谨学风和渊博学识使本人受益匪浅,在此表示诚挚的敬意和 由衷的感谢。同时要感谢分院领导和老师给我们提供了良好的环 境和热心指导。 感谢在百忙中评阅论文和参加答辩的各位领导和老师,由于首 次接触注射模具的设计,其中的错误、漏洞一定不少,望各位老 师不吝赐教。本人将会虑心学习,在以后的工作中做会做的更好。 最后感谢母校给与本人深造的机会。

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参考文献

[1]李奇.模具设计与制造.北京:人民邮电出版社,2006 [2]李建军.模具设计基础与模具 CAD.北京:机械工业出版社,2005 [3]袁国定.模具结构设计.北京:机械工业出版社, 2003 [4]王家瑛.模具材料与使用寿命. 北京:机械工业出版社,2000 [5]王匀.Pro/E 模具设计. 北京:机械工业出版社,2005 [6]刘昌祺.塑料模具设计. 北京:机械工业出版社,1998 [7]蒋继宏,王效岳.《注塑模具典型结构 100 例》 ,北京:中国轻工 业出版社,1990 [8]申开智.塑料模具设计与制造.北京:化学工业出版社,2006 [9]许鹤锋.注射模具设计要点与图例. 北京:化学工业出版社,1999 [10]于华.注射模具设计技术及实例. 北京:机械工业出版社,1998

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