邊蓋注射模設(shè)計(jì)論文

課題 :邊蓋 班級(jí) :湖南工學(xué)院機(jī)械系模具 0502 班 姓名 : 學(xué)號(hào) : 指導(dǎo)教師： 1 目 錄 一、 塑件的分析 2 二、 型腔數(shù)目的確定及排布 4 三、 注射機(jī)的初步選擇 4 四、 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 五、 分型面與排氣槽設(shè)計(jì) 7 六、 成形零件的設(shè)計(jì) 8 七、 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12 八、 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13 九、 溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 十、 注射機(jī)的參數(shù)校核 16 十一、 設(shè)計(jì)小結(jié) 17 十二、 參考文獻(xiàn) 18 2 一 、 塑件的分析 1.塑件的使用要求 耐用，耐磨，可以承受較大的沖擊力，不易摔壞；好看，有光澤 表面較光滑；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以耐高溫（一般低于 100oC），耐化學(xué)腐蝕。 2.塑件的材料選擇及其材料的介紹 根據(jù)塑件的用途及其使用要求， 選用 ABS 塑料。 ABS 的介紹： 名稱 丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物 基本特性 無毒無味，呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤，密度在 1.021.05g/cm3,其收縮率為 0.30.8%。 ABS 吸濕性很強(qiáng)，成型前需要充分干燥，要求含水量小于 0.3%。流動(dòng)性一般，溢料間隙約在 0.04mm。 ABS 有極好的抗沖擊強(qiáng)度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。 成型特點(diǎn) ABS 在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對(duì)料流的陰力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在 5060oC，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，應(yīng)控制在 6080 oC。 主要技術(shù)指標(biāo) 比容： 0.860.98cm3/g。 熔點(diǎn)： 130160oC 3 吸水性： 0.20.4% (24h) 熱變形溫度： 4.6*105Pa- 90108oC 18.0*105Pa- 83103oC 屈服強(qiáng)度 : 50MPa 拉伸彈性模量： 1.8GPa 抗彎強(qiáng)度： 80MPa ABS 的注射工藝參數(shù) 注射機(jī)類型： 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min）： 3060 噴嘴形式： 直通式 噴嘴溫度（ oC）： 180190 料筒溫度（ oC）： 前 200210 中 210230 后 180200 模溫（ oC）： 5070 注射壓力（ MPa）： 7090 保壓力（ MPa）： 5070 注射時(shí)間 (s)： 35 保壓時(shí)間 (s)： 1530 冷卻時(shí)間 (s)： 1530 成型周期 (s)： 4070 3.塑件的形狀及其尺寸 塑件的工作條件對(duì)精度要求較低，根據(jù) ABS的性能可選擇其塑件的精度等級(jí)為 5級(jí)精度（查閱塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) P66表 3-8）。 經(jīng)計(jì)算得塑件的體積為： V塑 = 44.735 3cm 4 塑件的質(zhì)量為： W塑 = V塑 *r塑 = 51 g 圖 1-1 塑件圖 二 、 型腔數(shù)目的決定及排布 已知的體積 V 塑或質(zhì)量 W 塑 ，又因?yàn)榇水a(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的小型塑件，綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等各種因素，初步確定采用一模四腔對(duì)稱性排布。排布圖如下圖示： 圖 1-2 型腔數(shù)目及排布圖 三、 注射機(jī)的初步選擇 1.注射量 的計(jì)算： Q=4x13.7=175g 2.初步選擇： XS-ZY-250 型注射機(jī) 3.XS-ZY-125 型注射機(jī)的主要參數(shù) 5 額定注射量 (cm3)： 250 螺桿直徑 (mm)： 50 注射壓力 (MPa)： 130 注射行程（ mm）： 10 注射時(shí) 間 (s) ： 2 注射方式 ： 螺桿式 合模力 (kN)： 1800 最大成型面積（ cm2）： 550 最大開（合）模行程（ mm）： 500 模具最大厚度（ mm）： 350 模具最小厚度（ mm）： 200 噴嘴圓弧半徑（ mm）： 20 噴嘴孔徑（ mm）： 4 四、 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注射模設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它對(duì)注射成形周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度等）都直接影響。 1.設(shè)計(jì)時(shí)須遵循如下原則 結(jié)合型腔布局考慮； 熱量及壓力損失要 小； 確定均衡進(jìn)料； 塑料耗量要少； 6 消除冷料； 排氣良好。 2.澆注系統(tǒng)的組成 普通流道澆注系統(tǒng) 由主流道 、 分流道 、澆口和冷料穴 四部分組成。 3.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為方便塑件去澆口，結(jié)合物料特性， 塑件 形狀， 采用點(diǎn)澆口為宜。 主流道尺寸 根據(jù)該塑件體積及表 3-10，可得體積流率 Q=（ 13.7*4） /1.6 35cm3/s,取主流道中熔體流動(dòng) rs=5*103s-1,由圖 3-56 r-Q-Rn關(guān)系曲線圖 ， 可 得 Rn=2mm,故得主流道大端尺寸 D=2Rn=4mm，小端尺寸由注射機(jī)噴嘴尺寸，取 d=4mm,SR=12+2=14mm。主流道的形狀和尺寸如圖所示： . 圖 1-3 澆口套圖 分流道尺寸 為使四澆口能同時(shí)進(jìn)料，各分流道按平衡式布置，故熔體在各分流道中的流速 QR=35/4=8.5cm3/s,取 rR=5x102s-1 由圖3-56 得： Rn=2.5mm,取 3mm，為使分流 道易于加工和頂出凝料系統(tǒng)容易，采用設(shè)在模具一邊的 U 形分流道。 點(diǎn)澆口尺寸 根據(jù) QG=QR=8.5cm3/s,并取 rG=105s-1,由圖 3-56 可得 7 Rn=0.5mm，故得 dG=2Rn=1.0mm。 冷料穴 底部設(shè)計(jì)成帶有球頭形拉料桿的冷料穴，目的是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量。 該模具澆注系統(tǒng)的尺寸如圖所示。 圖 1- 4 模具澆注系統(tǒng)圖 五、 分型面與排氣槽設(shè)計(jì) 分型面為定模與動(dòng)模的分界面。合理地選 擇分型面是使塑件能完好的成形的先決條件。 1.分型面的選擇原則 使塑件在開模后留在有動(dòng)模上； 分型面的痕跡不影響塑件的外觀； 澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； 使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； 使塑件易于脫模。 2.分型面的設(shè)計(jì) 如下圖所示： 8 圖 1- 5 分型面圖 3.排氣槽設(shè)計(jì) 當(dāng)塑料熔體填充型腔時(shí) ,必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的 空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈 ,一方面將會(huì)在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋），同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須考慮排氣問題。有時(shí)在注射成型過程中，為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強(qiáng)度，還需在塑料最后充填到的型腔部位開設(shè)溢流槽以容納余料，也可容納一定量的氣體。 通常中小型模具的簡(jiǎn)單型腔，可利用推桿、活動(dòng)型芯以 及雙支 的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣， 0.030.05mm。 六、 成形零件設(shè)計(jì) 1.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模 采用整體式凹模 凸模 由于塑件帶有螺紋，為了簡(jiǎn)化模具的加工工藝，凸模設(shè)計(jì)成活動(dòng)鑲塊的形式，活動(dòng)鑲塊的固定方式如下圖所示： 9 圖 1- 6 活動(dòng)鑲塊的固定方式 2.成型零件工作尺寸的計(jì)算 (1)產(chǎn)生偏差的原因 塑料的成型收縮 成型收縮引起制品產(chǎn)生尺寸偏 差的原因有：預(yù)定收縮率（設(shè)計(jì)算成型零部件工作尺寸所用的收縮率）與制品實(shí)際收縮率之間的誤差；成型過程中，收縮率可能在其最大值和最小值之間發(fā)生的波動(dòng)。 s=(Smax-Smin)* 制品尺寸 式中 s 成型收縮率波動(dòng)引起的制品的尺寸偏差。 Smax、 Smin 分別是制品的最大收縮率和最小收縮率。 成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和裝配偏差。 成型零部件的磨損 (2)本產(chǎn)品為抗沖 ABS 制品，屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件，預(yù)定的收縮率的最大值和最 小值分別取 0.8 %和 0.3 %。此產(chǎn)品采用級(jí)精度，屬于低精度制品。因此，凸凹模徑向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù) x 取值可在 0.50.75 的范圍之間，凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機(jī)械加工的型腔和型芯的制造公差可達(dá)到 IT 10 IT級(jí)，綜合參考，相關(guān)計(jì)算具體如下： 型腔徑向尺寸的計(jì)算： LM=(1+(Smax+Smin)/2)Lsl-0.5 + Z0 =(1+0.55%)*36.2-0.5*0.36+0.36/50 = 0.1051.47 mm 型腔深度尺寸的計(jì)算： HM1=(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5 + Z0 =(1+0.55%)*18-0.5*0.28+0.28/30 = 0.09015.25 mm 型芯的徑向尺寸的計(jì)算： lM=(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.5 0- Z =(1+0.55%)*46+0.5*0.400-0.40/3 = 00.143.8 mm 型芯深度尺寸的計(jì)算： hM1=(1+(Smax+Smin)/2)hsl+0.5 0- Z = 00.0911.2 mm 3.成型零件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算 注射模在其工作過程需要承受多種外力，如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過大，注射模及其成型零部件將會(huì)產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形，引起成型零部件在它們的對(duì)接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙，由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個(gè)模具失效或無法達(dá)到技術(shù)質(zhì) 量要求。因此，在模 11 具設(shè)計(jì)時(shí)，成型零部件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算和較核是必不可少的。 一般來說，凹模型腔的側(cè)壁厚度和底部的厚度可以利用強(qiáng)度計(jì)算決定，但凸模和型芯通常都是由制品內(nèi)形或制品上的孔型決定，設(shè)計(jì)時(shí)只能對(duì)它們進(jìn)行強(qiáng)度校核。 在設(shè)計(jì)時(shí)采用的是整體式圓形型腔。 計(jì)算參考公式如下： 側(cè)壁： 按強(qiáng)度計(jì)算： ct = 12ppmpr 按剛度計(jì)算： ct = ( 1 ) 1( 1 )pmpmE urPE urPr 底部： 按剛度計(jì)算： ht = 43 0 .1 7 5 8 mpPrE 凸模 型芯計(jì)算公式： 按強(qiáng)度計(jì)算： r = 2 mpPL 按剛度計(jì)算： r = 43 mpPLE 由公式分別計(jì)算出相應(yīng)的值為： 按強(qiáng)度計(jì)算得： tc=15mm th=16.6mm r=24mm 按剛度計(jì)算得： tc=4.25mm th=3.72mm r=5.4mm 參數(shù)符號(hào)的意義和單位： Pm 模腔壓力（ MPa） E 材料的彈性模量（ MPa） ， 查 表 得 2.06*105； p 材料的許用應(yīng)力（ MPa） ， 查得 176.5； u 材料的泊松比 ， 查得 0.025； 12 p 成型零部件的許用變形量（ mm）查得 0.05； 采用材料 為 45，調(diào)質(zhì)， 200HBS。 七、 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)定?；蛏舷履：夏r(shí)，正確定位和導(dǎo)向的零件。 1.導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 定位件用 模具閉合后，保證動(dòng)定?；蛏舷履Ｎ恢谜_，保證型腔的形狀和尺寸精確，在模具的裝配過程中也起定位作用，便于裝配和調(diào)整。 導(dǎo)向作用 合模時(shí)，首先是導(dǎo)向零件接觸，引導(dǎo)動(dòng)定模或上下模準(zhǔn)確閉合，避免型芯先進(jìn)入型腔造成成型零件損壞。 承受一定的側(cè)向壓力 2.導(dǎo)柱導(dǎo)套的選 擇 導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)約形式及尺寸如下圖： 圖 1-7 導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式 其材料采用 T8A 經(jīng)淬火處理，硬度為 5055HRC。導(dǎo)柱、導(dǎo)套固定部分表面粗糙度 Ra為 08m，導(dǎo)向部分表面粗糙度 Ra為 0.80.4m。 13 具體尺寸如上圖所示。導(dǎo)柱、導(dǎo)套用 H7/k6 配合鑲?cè)肽０濉?導(dǎo)柱的布置采用等徑導(dǎo)柱不對(duì)稱布置，如圖所示 ： 圖 1-8 導(dǎo)柱的布置形式 八、 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.推出機(jī)構(gòu)的組成 推出機(jī) 構(gòu)由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo) 向與復(fù)位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、推桿墊板、頂板導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)套以及推板緊固螺釘。 2.設(shè)計(jì)原則 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動(dòng)模一側(cè)； 保證塑件不因推出而變形損壞； 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單動(dòng)作可靠； 合模時(shí)的正確復(fù)位 3.推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 此塑件帶有螺紋，它的型芯是設(shè)計(jì)成活動(dòng)鑲塊的形式，所以可以利用活動(dòng)鑲塊來推塑件，開模時(shí)，塑件和鑲塊一 起脫模，在模外，用 14 手將塑件旋出。 4.復(fù)位零件 利用彈簧的彈力使推出機(jī)構(gòu)復(fù)位。 九、 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基本原則 ：熔體熱量 95%由冷卻介質(zhì)（水）帶走，冷卻時(shí)間占成型周期的 2/3。 冷卻系統(tǒng)從模具中帶走熱量： Q=KA Tt/3600 (J) 式中 A 冷卻介質(zhì)傳熱面積（ m2） ： A=dL； 冷卻管道直徑（ m） ； L 冷卻管長度（ m） ； K 冷卻管壁與介質(zhì)間的傳熱膜系數(shù) J/（ m2hC） K=0.032xW/d(vd / )0.8( gC/W)0.4 式中 W 冷卻水的平均導(dǎo)熱系數(shù) (w(/mk)； f 與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)； g 重力加速度（ m/s2 ）； v 冷卻介質(zhì)在管中流速（ m/s） ； 冷卻介質(zhì)在該溫度下的密度 kg/m3 ,水在 30時(shí) 為0.996*103kg/m3； d 冷卻管直徑； 15 T 模溫與冷卻介質(zhì)的平均溫差（）； T 冷卻時(shí)間； 表 1 水溫與 f 關(guān)系 平均水溫 20 25 30 35 40 45 f 6.45 6.84 7.22 7.60 7.98 8.31 2.冷卻 管尺寸 （直徑 d，長度 L、面積 A=dL） 忽略其他散熱，冷卻介質(zhì)流量 ： V=WQ 1/（ 1c （ t1 -t2 ） (m3 /min) 式中 1c 介質(zhì)比熱 J/kg.o C，水為 4.187*103 ； W 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中塑料重量 (kg/min)； Q1 塑料熔體的單位熱量 (J/kg)； 冷卻介質(zhì)密度 (kg/ m3 )， 水為 103 kg/ m3 經(jīng)驗(yàn)確 定管道直徑 ： 表 2 管道直徑與流速流量關(guān)系 直徑 d(mm) 最低流速 v(m/s) 流量 (m3 /min) 8 1.66 5.0*103 10 1.32 6.2 *103 12 1.10 7.4 *103 15 0.87 9.2 *103 20 0.66 12.4 *103 25 0.53 15.5*103 16 冷卻水對(duì)其通道表壁傳熱系數(shù)的簡(jiǎn)化公式： 當(dāng)冷卻水平均溫度在 0o C 以上， e=6 * 10 43 時(shí)，其計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生誤差在 %以內(nèi)： K=2041*(1-0.015 )v 87.0 /d 13.0 式中 為冷卻水平均溫 度； 計(jì)算 流量 V=W Q 1/（ )( 211 ttC =2.62*106 min/3m 初步確定冷卻水道 d=8mm； 流速為 =Q/ =1.31*102 m/s 管子的長度 L=60WQ1 /k t 式中 t 熱傳導(dǎo)面的平均溫度與冷卻水平均溫度的差值，其中冷卻的平均溫度為冷卻水在進(jìn)口處和出口處溫度的平均值。 十、 注射機(jī)的參數(shù)校核 1.塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核 注射成型時(shí)，塑件在模分型面的投影面積是影響 鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需鎖模力也就越大，若超過注射機(jī)的允許最大成型面積，則在成型過程中會(huì)出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象。因此有： 塑件總的投影面積 nA1 與澆注系統(tǒng)的投影面積2A之和要小于最大成型面積 A。 nA1 +A2 A 4*28.27+4*0.6*6=127.48mm250 mm 滿足要求 17 應(yīng)使塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機(jī)額定鎖模力： （ nA1+A2） PF T=127.48*3500=446180N=446.18kN1800kN 滿足要求 2.模具厚度校核 模具厚度 H 必須滿足： Hmin H Hmax 式 中 Hmin 注射機(jī)允許的最小模厚，即動(dòng)定模板之間的最小開距； Hmax 注射機(jī)允許的最大模厚。 H=210mm, Hmin =200mm, Mmax=350mm ；符合條件 3.開模行程校核 由于注射模最大開模行程 Smax與模厚無關(guān)，因此有： S H1+H2+a+(510)mm 式中 H1 推出距離（脫模距離）（ m