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紫瑯職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計 題 目： 筆套塑料模具設(shè)計 副 標 題： 學 生 姓 名： 田春鋒 所在系、專業(yè)： 機電工程系模具設(shè)計與制造 班 級： 模具3082班 指 導(dǎo) 教 師： 錢軍 日 期： 2011年5月 I 目錄 摘 要 近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所占比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。筆套注塑模具設(shè)計的產(chǎn)生無論是在生產(chǎn)量還是在生產(chǎn)效率上，都有極大的提高。注塑成型的模具生產(chǎn)質(zhì)量高，效率快，符合現(xiàn)代企業(yè)的要求。塑料制品節(jié)約了成本，環(huán)保耐用，而且價格低廉，符合人們的生活需求。 關(guān)鍵詞：塑料 模具 注塑成型 設(shè)計 I 目 錄 摘 要 I 目 錄 I 1、擬定成型工藝的結(jié)構(gòu)形式 1 1.1塑件成型工藝性分析 1 1.2分型面位置的確定 1 1.3確定型腔數(shù)量和排列方式 1 1.4模具結(jié)構(gòu)形式的確定 2 1.5注射機型號的選定 2 2、澆注系統(tǒng)的設(shè)計 3 2.1主流道設(shè)計 3 2.2. 分流道設(shè)計 4 2.3澆口的設(shè)計 5 2.4冷料穴的設(shè)計 5 3、成型零件的設(shè)計 5 3.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 3.2成型零件的鋼材選用 6 3.3成型零件工作尺寸的計算 6 3.4支承板厚度計算 7 4、模架的確定 8 5、排氣槽的設(shè)計 9 6、推出機構(gòu)的設(shè)計 9 7、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 9 致 謝 11 參考文獻 12 筆套塑料模具設(shè)計 1、擬定成型工藝的結(jié)構(gòu)形式 1.1塑件成型工藝性分析 該塑件是一塑料筆套。塑件壁厚屬于薄壁塑件，生產(chǎn)批量很大。材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色。）熔融流動性好，熔融狀態(tài)穩(wěn),可以注射成型。 1.2分型面位置的確定 根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形式，分型面應(yīng)選在塑料中間部分，如圖1-1所示 圖1-1塑件結(jié)構(gòu) 1.3確定型腔數(shù)量和排列方式 1）該塑件精度要求不高，生產(chǎn)批量很大，塑件尺寸小，可以采用一模多腔的形式?？紤]到模具制造費用，設(shè)備運轉(zhuǎn)費用低一些，初定為一模四腔的模具形式。 2）型腔排列形式的確定 因為所用材料為熱塑性彈性體，能反復(fù)扭曲，有突出的回彈能力，摩擦系數(shù)低，可采用強制脫模的方式。因此本設(shè)計采用推塊推出的強制脫模方法。型腔的排列方式采用單列直排。如圖1-2所示 圖1-2型腔的排列 1.4模具結(jié)構(gòu)形式的確定 從上面分析可知，本模具擬采用一模四腔，單列直排，推塊推出，流道采用非平衡式，澆口采用潛伏式澆口或側(cè)澆口，定模不需要設(shè)置分型面，動模部分需要一塊型芯固定板和支承板，因此基本上可以確定模具結(jié)構(gòu)形式為A型帶推塊的單分型面注射模。 1.5注射機型號的選定 1）通過計算，塑件質(zhì)量m為2.278g，塑件體積v=m/ρ=2.78/1.2=1.898cm3。流道凝料的質(zhì)量m還是個未知數(shù)?？梢园此芗|(zhì)量的0.6倍來估算。從上述分析中確定為一模四腔，所以注射量為m=1.6nm=1.6x4 x2.278 =14.5972g。 2）塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的估算。 流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A，在模具設(shè)計前是個未知值，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計分析，A是每個塑件在分型面上的投影面積A的0.2～0.5倍，因此可用0.35nA未進行估算，所以 A= nA+A= nA+0.35 nA=1.35 nA=152.604mm2 式中A=(π/4)d2=0.785×122=28.26mm2 Fm=AP型=152.604×25=3815.1N=3.8151KN 式中型腔壓力P型去25MPa(因為是薄壁塑件，澆口又是潛伏式澆口，壓力損失大，取大一點)。 3）選擇注射機 根據(jù)每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計算值，可選用XS—ZY—125臥式注射機。見表1-1 表1-1注射機主要技術(shù)參數(shù) 標稱注射量/cm3 104 模板板量最大行程/mm 300 螺桿直徑/mm 30 模板最大厚度/mm 300 注射壓力/MPa 150 模板最小厚度/mm 200 注射行程/mm 160 模板尺寸/mm 螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min) 10～140 拉桿空間Mm 260×360 注射時間/s 1.8 合模方式 液壓-機械 注射方式 螺桿式 噴嘴球半徑/mm 12 合模力/N 9× 噴嘴孔直徑/mm 4 最大成型面積/cm2 360 定位圈尺寸/mm 100 2、澆注系統(tǒng)的設(shè)計 2.1主流道設(shè)計 1）主流道尺寸 根據(jù)所選注射機，則主流道小端尺寸為： d=注射機噴嘴尺寸+（0.5～1）=4+0.5=4.5mm 主流道球面半徑為 SR=噴嘴球面半徑+（1～2）=12+2=14mm 2）主流道襯套形式 本設(shè)計雖然是小型模具，但為了便于加工和縮短主流道長度，襯套和定位圈還是設(shè)計成分體式，主流道長度取25mm，約等于定模板的厚度（見圖）襯套如圖2-1所示，材料采用T10A鋼，熱處理淬火后表面硬度為53HRC～57HRC。 圖2-1襯套 3）主流道凝料體積 q主= =（5.82+5.8×4.5+4.52）=523.3mm3≈0.5233cm3 2.2. 分流道設(shè)計 1）分流道布置形式 分流道應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地經(jīng)分流道均衡的分配到各個型腔，因此，采用非平衡式分流道。如圖2-2所示： 圖2-2 非平衡式分流道 圖2-3分流道截面 2）分流道長度 第一級分流道L1=53.5mm 3）分流道的形狀截面尺寸以及凝料體積 （1）形狀及截面尺寸。為了便于機械加工及凝料脫模，本設(shè)計的分流道設(shè)置在分型面上定模一側(cè)，截面形狀采用加工工藝性能比較好的半圓形截面。半圓形截面對塑料熔體及流動阻力均不大，一般采用下面經(jīng)驗公式來確定截面尺寸，即 B=0.2654=0.2654×=6.98mm 根據(jù)常用塑料分流道直徑推薦值，取B=7mm。 H=B=×7=3.5mm 分流道L1截面形狀如上圖2-3所示： （2）凝料體積。 分流道長度L=141mm 分流道截面積A=πr2=×3.14×12.25=19.2325mm2 凝料體積q分=131×19.2325=2519.4575mm3=2.5195cm3 （3）分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8μm～1.6μm即可，在此取1.6μm。 2.3澆口的設(shè)計 根據(jù)外部特征，外觀表面質(zhì)量要求比較高，應(yīng)看不到明顯的澆口痕跡，因此采用潛伏式澆口，在開模時澆口自行剪斷，幾乎看不到澆口的痕跡。 1）潛伏式澆口尺寸的確定 由經(jīng)驗公式得 d=nk =0.6×0.272=1.24mm 式中A=πdh﹢πr2=3327.2501mm2 n—塑料材料系數(shù)取0.6； k—塑件壁厚的函數(shù)值取0.272； 澆口截面形狀如圖2-4所示澆口先去Ф1，在試模時根據(jù)填充情況再進行調(diào)整。 2）澆口剪切速率的校核 由點澆口的經(jīng)驗公式得 r===56392.64s=5.639264×10 s r為10s～10s，剪切速率校核合格。 2.4冷料穴的設(shè)計 1）主流道冷料穴 如圖2-5所示，采用半球形，并采用“Z”行頭拉料桿，設(shè)拉料桿固定在動模固定板上，開模時利用凝料對“Z”頭拉料桿的包緊力使主流道凝料從主流道襯套中取出。 圖2-4澆口截面形狀 圖2-5“Z”行頭拉料桿 3、成型零件的設(shè)計 模具中確定塑件幾何形狀和尺寸精度的零件稱為成型零件。在本設(shè)計中成型零件就是成型筆套外表面的凹模，成型內(nèi)表面的凸臺型芯 3.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）凹模（型腔） 因為凹模結(jié)構(gòu)簡單，直接采用數(shù)控銑床加工就可以，模具采用整體模板絕部熱處理就可。 2）型芯 型芯由1個直徑為10mm圓柱如圖3-1所示： 圖3-1型芯 3.2成型零件的鋼材選用 該零件是大批量生產(chǎn)，成型零部件所選用鋼材耐磨性和抗疲勞性能應(yīng)該良好，機械加工性能和拋光性能也應(yīng)該良好。型腔選用CrWMn，53-56HRC。 型芯因為是采用強制脫模，磨損比較厲害，采用硬度比較高的模具鋼Gr12MoV，淬火后表面硬度為58HRC~62HRC。 3.3成型零件工作尺寸的計算 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算。查有關(guān)手冊得，塑件公差按SJ1372-78標準中MT3級精度選取。根據(jù)相關(guān)資料查的ABS的收縮率為0.6%。計算見表3-1 表3-1成型零件工作尺寸的計算 類別 塑件尺寸 計算公式 工件尺寸 型腔的計算 φ12 （L）= [（1+）L—Δ] φ11.94 R20 R19.7 R15.3 R15.24 R44.1 R44.095 R1.9 R1.82 R1.2 R1.12 40 （H）= [（1+）H—Δ] 39.87 型芯的計算 φ10 （l）= [（1+）l+Δ] φ10.2 4 （h）= [（1+）h+Δ] 4.25 62.5 63.3 模具制造公差取 。 3.4支承板厚度計算 支承板厚度和所選模架兩墊塊之間的跨度有關(guān)，根據(jù)前面的型腔布置，模架應(yīng)選在160×160這個大范圍之內(nèi)墊塊之間的跨度大約為96mm根據(jù)型腔布置及型芯對支承板的壓力，就可計算得到支承板的厚度，即 T=0.54L（）=0.54×96（）=21.8mm 式中δ——支承板剛度計算許用變形量，δ=25i=25×0.97=24.25μm=0.02425mm, i=0.35×W+0.001×W=0.35×96+0.001×96=0.97μm L——兩墊塊之間的距離（約為96）； W——影響模具形變的最大尺寸，若圓筒是r或h，若矩形是L； L——支承板長度，取160mm; l l——4個型芯投影到支承板上的面積。 因此，支承板厚度取標準厚度32。 4、模架的確定 根據(jù)型腔的布局來看，型腔分布尺寸為12110，又根據(jù)型腔側(cè)壁可知，最小厚度為40mm，再考慮到，導(dǎo)柱、導(dǎo)套及螺釘布置應(yīng)占的位置和采用推件板推出等各方面問題，確定選用模架序號為3號（160×L=160×160），模架結(jié)構(gòu)為P4的形式，如圖4-1所示。 各模板尺寸的確定： 1）A板尺寸 A板是定模型腔板，塑件高度40mm，在模板上方有流道，因此A板厚度取50mm。 2）B板尺寸. B板是凸模（型芯）固定板，取厚度為32mm。 3）C墊塊尺寸 墊塊=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（5~10）=40+30+20+(5~10)=95～100根據(jù)計算，墊塊厚度C取80mm。 上述尺寸確定之后，就可以確定模架序號為3號，板面為160×160，模架結(jié)構(gòu)形式 為P4的標準模架。 圖4-1模架結(jié)構(gòu) 從選定模架可知，模架外形尺寸：寬長高=160×160×230.5 模具平面尺寸160×160＜260×360（拉桿間距），合格；模具高度230.5，200＜230.5＜300合格；模具開模所需行程=62.5.5(型芯高度)+40（塑件高度）+（5~10）=（107.5~125.5）＜300（注射機開模行程），合格；其他各個參數(shù)在前面校核都合格，所以本模具所選注射機完全滿足使用要求。 5、排氣槽的設(shè)計 該模具是小型模具，排氣量不大，但分型面較大，型芯之間存在間隙，可直接利用間隙排氣，而且采用的是潛伏式澆口向型腔頂部傾斜，塑料熔體先充滿型腔頂部，然后充滿周邊下部，這樣型腔頂部不會造成憋氣現(xiàn)象，氣體會沿著分型面和型芯與推件板之間的軸向間隙向外排出。因此本設(shè)計不單獨開設(shè)排氣槽。 6、推出機構(gòu)的設(shè)計 推件板推出過程中，為了減小推件板與型芯的摩擦，采用如圖所示結(jié)構(gòu)，推件板與型芯間隙留0.2mm~0.25mm的間隙，本設(shè)計中取0.2mm，并用錐面配合，以防止推件板因偏心而板溢料。 7、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 冷卻系統(tǒng)的計算很麻煩，在此只進行簡單計算，在單位時間內(nèi)塑料熔體凝固時所放出的熱量應(yīng)等于冷卻水所帶走的熱量，模具溫度設(shè)為65℃。 1）冷卻水的體積流量 q=WQ/ρC(θ﹣θ)= = 0.0054 m/min 式中： W——單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料重量(kg/min) ，按每分鐘注射10次， 即 14.59721.210=175.03328g/min=0.175kg/min q——冷卻水的體積流量(m3/min) 　　　　　　　Q——單位重量的塑料制品在凝固時所放出的熱量(kJ/kg)，ABS為390kJ/kg 　　　　　　　ρ——冷卻水的密度(1000kg/m3)　　　　 　　　　　　　C——冷卻水的比熱容[4.187kJ/(kg.℃)]　　　 　　　　　　　θ——冷卻水的出口溫度(25℃)　　　　 　　　　　　　θ——冷卻水的入口溫度(20℃)　　　　 2）冷卻管道直徑 為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，查質(zhì)料取d=25mm。 3）冷卻水在管道內(nèi)的流速 由式 v== =1.79m/s 大于最低流速1.66m/s，達到湍流狀態(tài)，所選管道直徑合理。 4）冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù) 查參考文獻中的表 取f=6.48（水溫為25℃時），因此 h=3.6f=24521kJ/(m·h·℃ ) 5）冷卻管道的總傳熱面積 A==0.010122m=10122mm 6） 模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻水孔數(shù) n==2.5（孔） 從計算結(jié)果看，因塑件小，單位時間注射量小，所需冷卻水道也比較小，但3條冷卻水道對模具來說是不可取的?？刹捎?孔兩兩并聯(lián)水道安裝在適當位置。 9 致 謝 致 謝 經(jīng)過半年的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個?？粕漠厴I(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學們的支持，本次畢業(yè)設(shè)計很難按時完成。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。他的治學嚴謹和科學研究的精神是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 然后還要感謝大學三年來所有的老師，為我打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。 最后感謝紫瑯學院三年來對我的大力栽培。 11 參考文獻 參考文獻 1．潭雪松等.新編塑料模具設(shè)計手冊[M].人民郵電出版社，2007. 2．中國模具工程大典編委會.中國模具工程大典第3卷塑料與橡膠模具設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社，2007. 3．中國模具設(shè)計大典遍委會.中國模具設(shè)計大典第2卷輕工模具設(shè)計[M].江西科學技術(shù)出版社，2003. 4．塑料模具技術(shù)編委會.塑料模具技術(shù)手冊[M].機械工業(yè)出版社，2005. 5．張玉龍.塑料品種與性能手冊[M].化學工業(yè)出版社，2007. 6．申開智.塑料模具設(shè)計與制造[M].化學工業(yè)出版社，2006. 7．屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社，2007. 13 13