注塑模具課程設計(襯套)2222

1、課程設計 標題:襯套零件的注塑模具設計學 院 機械工程學院專 業(yè) 機械工程（模具設計與制造方向）班 級 機械學生姓名 學 號 指導老師 2016年6月摘要本文主要介紹了塑料襯套模具設計的全過程。首先對塑件進行分析、成型工藝分析，確定模具的總體結構與所采用注塑機的型號，計算工作零件的工藝參數(shù)。并依次對澆注系統(tǒng)、導向機構和脫模結構進行分析設計，確定了模架的結構，從而完成了塑料襯套模具的設計。通過參與模具的設計，初步掌握了簡單模具設計的基本步驟，為將來的發(fā)展打下基礎。關鍵詞：塑料公差、成型工藝、工藝參數(shù)、模具設計 目錄 一、緒論二、塑件成型工藝分析32.1塑件圖32.2塑件的工藝分析32.3塑件成形

2、工藝參數(shù)確定4三、模具結構的確定53.1 型腔數(shù)目的確定53.2 分型面的選擇5四、注塑機型號的確定64.1注射容量的計算64.2鎖模力的計算64.3注射機的選用7五、澆注系統(tǒng)設計85.1 主流道設計85. 2 分流道設計85.3冷料穴的設計95.4 澆口的設計95.5排氣系統(tǒng)的設計10六、成型零件設計116.1 成型零件的結構設計116.2 成型零件鋼材選用116.3 成型零件工作尺寸的計算126.4模架的確定15七、導向與脫模結構的設計167.1 導向機構的設計167.2脫模機構設計16八、參考文獻19九、致 謝20一、緒論 模具是汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料日用品等工業(yè)生產(chǎn)的

3、重要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，沒有模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品。用模具加工的零件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、節(jié)約材料、成本低等一系列優(yōu)點。因此其已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)的重要手段和工藝發(fā)展方向。因此，模具技術，特別是制造精密、復雜、大型模具的技術，已經(jīng)成為衡量一個國家機械制造水平的重要標志之一。根據(jù)國際生產(chǎn)協(xié)會報告，在目前階段，工業(yè)產(chǎn)品零件粗加工的75%、精加工的50%都是由模具成型完成的。目前，美國、日本、德國等發(fā)達國家模具工業(yè)的產(chǎn)值均已超過機床的總產(chǎn)值；我國臺灣地區(qū)模具工業(yè)也以每年35%以上的年增長率迅速發(fā)展；我國大陸地區(qū)模具工業(yè)近幾年更是獲得了飛速的發(fā)展，尤其是塑料模具，在模具設計和制造

4、水平上都有了長足的進步。本文主要是論述用于襯套注射模的設計過程和介紹模具個組成部分的作用。在現(xiàn)在的中國的平均制造水平下，設計一副一模四腔的襯套注射模，能制造出符合實際工作需要襯套。本課題能夠讓我充分了解熟悉模具的設計過程，也是對我的模具知識的一次綜合考驗，也可以使我了解自己的不足。本設計能在較低的成本下，制造出精度較高的襯套制件。25二、塑件成型工藝分析2.1塑件圖 塑件襯套的視圖如圖2-1所示：圖2-1 零件圖圖2-2零件 三維圖2.2塑件的工藝分析產(chǎn)品名稱：襯套產(chǎn)品材料：尼龍（PA1010）生產(chǎn)批量：中批產(chǎn)品特點：襯套是用途非常廣泛的零件，零件簡單，產(chǎn)量大。要求一模四件，并設計冷卻管道。

5、該塑件為襯套，要求塑件具有很好的耐磨性。2.2.1塑件材料使用特性及用途尼龍有優(yōu)良的力學性能，抗拉、抗壓、耐磨。經(jīng)過拉伸定向處理的尼龍，其抗拉強度很高，接近于鋼的水平。因尼龍的結晶性很高，表面硬度大，摩擦系數(shù)小，固具有十分突出的耐磨性和自潤滑性。它的耐磨性高于一般用做軸承材料的銅、銅合金、普通鋼。尼龍耐堿、弱酸，但強酸和氧化劑能侵蝕尼龍。尼龍的缺點是吸水性強、收縮率大，常常因吸水而引起尺寸變化。其穩(wěn)定性較差，一般只能在80°C100°C之間使用。為了進一步改善尼龍的性能，常在尼龍中加入減摩劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、玻璃纖維填料等，以克服尼龍存在的一些缺點，提高機械強度。2.2.2

6、成形特點尼龍原料較易吸濕，因此在成形加工前必須進行干燥處理。尼龍的熱穩(wěn)定性差，干燥時為避免材料在高溫時氧化，最好采用真空干燥法；尼龍的熔融黏度低，流動性好，有利于制成強度特別高的薄壁塑件，但容易產(chǎn)生飛邊，故模具必須采用最小間隙；熔融狀態(tài)的尼龍熱穩(wěn)定性較差，易發(fā)生降解是塑件性能下降，因此不允許尼龍在高溫料筒內(nèi)停留過長時間；尼龍成形收縮范圍及收縮率大，方向性明顯，易產(chǎn)生縮孔、凹痕、變形等缺陷，因此應嚴格控制成形工藝條件。2.3塑件成形工藝參數(shù)確定PA1010熔程較窄，一般為34。熔融流動性較好。適合注射成型、擠出成型和吹塑成型。主要成型工藝參數(shù)如下：密度 1.04 g/ cm3；收縮率 1.32.

7、3(縱向) 0.71.7（橫向）(1)干燥鼓風干燥溫度90±5干燥時間約45h、真空干燥溫度85±5，一般最好選擇真空干燥工藝，避免熱氧化變色(2)注塑工藝料筒溫度: 后部190210   中部200220前部210230噴嘴200210模具溫度2040注射壓力6080MPa 注射周期3050S三、模具結構的確定3.1 型腔數(shù)目的確定為了制模具與注射機的生產(chǎn)能力相匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性，并保證塑件精度，模具設計時應確定型腔數(shù)目。模具的型腔數(shù)可根據(jù)塑件的產(chǎn)量、精度高低、模具制造成本以及所選用注射機的最大注射量和鎖模力大小等因素確定。小批量生產(chǎn)，采用單型腔模具；大

8、批量生產(chǎn)，宜采用多型腔模具。但如果塑件尺寸較大時，型腔數(shù)將受所選用注塑機允許最大成型面積和注塑量的限制。由于多型腔模的各個型腔的成型條件以及熔體到達各型腔的流程難以取得一致，所以塑件精度較高時，一般采用單型腔模具。 該塑件精度要求不高，又是中批量生產(chǎn)，采用一模四件，如圖3-1所示。圖3-1一模四腔3.2 分型面的選擇分型面選擇原則：1） 分型面是指分開模具能取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。 合理地選擇分型面對于塑件質(zhì)量、模具制造、與使用性能都有著很大的影響，模具設計時應根據(jù)塑件的結構、尺寸精度來設計。2） 不要設在塑件要求光亮平滑的表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處，以免意料飛邊、拼合痕跡影響塑件

9、外觀。 3） 開模時，盡量使塑件留在動模一邊，一般在動模邊設脫模機構較為方便。 4） 盡力保證塑件尺寸的精度要求。 5） 應有利于側(cè)面分型和抽芯。 6） 盡量使分型面位于料流末端，以利于排氣。 7） 盡量使模具加工方便。 由于本塑件的結構形狀較為簡單，只應在塑件最大輪廓處。如圖3-2所示：圖3-2塑件結構簡圖四、注塑機型號的確定一副模具都只能安裝在與其相適應的注塑機上方能生產(chǎn)。因此，模具設計時應了解模具和注塑機之間的關系，了解注塑機的技術規(guī)范，使模具和注塑機相互匹配。4.1注射容量的計算注射機的理論注量，指在對空注射時能完成一次注射熔料的體積量(cm3).模具安裝后，對模腔注射容量的計算,可以

10、制件產(chǎn)品為主,計算其體積量，然后確認總體積注射量。 注射模一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應在注塑機理論注射量的 10%-80%之間，既能保證制品的質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設備的能力，則選在 50%-80%之間為好。通過計算可得出塑件的體積 V=3438.3mm3，塑件質(zhì)量m1=3.58g ，流道凝料的質(zhì)量m2是個未知數(shù)，可按塑件質(zhì)量的0.6倍來算。此設計為一模四腔，所以注塑量為：m=1.6nm1 =（1+0.6）×4×3.58=22.90g，n 為型腔數(shù)。因此，注塑機額定注塑容量V=m/(0.8)=22.90/(0.8*1.04)=27.52cm34.2鎖模力的計算 鎖

11、模力是指注塑機的鎖模機構對模具所施加的最大夾緊力。 當高壓的塑料熔體充填模腔時，會沿鎖模方向產(chǎn)生一個很大的脹型力。為此，注塑機的額定鎖模力必須大于該脹型力，即： F鎖 F脹=A分·P型 式中，F(xiàn)鎖注塑機的額定鎖模力(N)； P型模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力（MPa），一般為注塑壓力的 0.30.65 倍，通常為2040 MPa，取 P型 為35 MPa。 A分 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面的投影面積之和（mm2）流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積 A 2 ，在模具設計前是個未知值，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計分析，大致是每個塑件在分型面上的投影面積 A1（A1=152-82=505.54mm2）

12、 的 0.20.5倍，因此，可用0.35nA 1 來進行估算，所以 A = nA1 + A2 = nA1 + 0.35nA1 =1.35nA1 =2729.9mm2式中 ，N型腔數(shù)；故模具脹型力 F = A*P =2729.9× 30 =81.897KN式中，型腔壓力 P 取30 Mpa4.3注射機的選用根據(jù)每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計算值，查閱參考書模具實用技術手冊，選用XSZY125 臥式注射機，其主要技術參數(shù)如下：機構形式：臥式注射方式 ：螺桿式螺桿直徑（mm） ：42最大注射量（cm3或g） ：125注射壓力（MPa） ：119鎖模力(kN)：900最大注射面積（cm3）

13、：320最大模具厚度(mm)：300最小模具厚度(mm)：200最大開模行程(mm)：300拉桿內(nèi)間距（mm）：260×290噴嘴球半徑(mm)： SR12噴嘴孔半徑(mm)： 4定位孔直徑（mm）：五、澆注系統(tǒng)設計5.1 主流道設計5.1.1主流道澆口尺寸由上述可知注塑機噴嘴球孔徑 d1 =4 mm，噴嘴球半徑 R1 =12mm。1） 主流道小端直徑要比噴嘴直徑略大0.51mm，則主流道小端尺寸取5mm。2） 主流道設計成圓錐形，其錐角取3°。3） 由于小端前面是球面，其深度為35mm，取3mm。4） 主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大12mm，取14mm。5） 流道的表面粗

14、糙度值Ra為0.8m。6） 通常主流道長度由模板厚度確定，一般要小于60mm。7） 主流道大端過渡圓角半徑取2mm。5.1.2主流道澆口套主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8、T10 等材料制造，熱處理淬火硬度5357HRC。主流到澆口套及固定形式如下圖所示。澆口套與定位圈設計成整體形式，用螺釘固定于定模板上，澆口套與模板間的配合采用H7/m6的過渡配合。 圖5-1 主流道澆口套及固定形式5. 2 分流道設計5.2.1分流道的形狀與尺寸分流道的截面尺寸與所用塑料的種類、塑件壁厚、形狀、體積、分流道長度等多種因素有關。一般的，當分型面為平面時，常采用圓形截面的流道，本設計的分流道設置在分型面上而

15、且為平面，故此次設計采用圓形截面流道。PA1010塑件的流動性好，分流道較短，其截面半徑為1.69.5mm，取5mm。5.2.2分流道的長度分流道的長度要盡可能短，且彎折少，分流道的長度一般取主流道大端直徑的12.5倍，以便減少壓力損失和熱量損失，節(jié)約塑料的原材料和能耗。本設計只需一次分流，所以主流道到澆口的長度為18mm。5.2.3分流道的表面粗糙度由于分流道的表面粗糙度值不能太小，一般Ra值0.16m左右，這可增加對外層塑料熔體的流動阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。5.3冷料穴的設計當注射機未注射塑料之前，噴嘴最前面的熔體塑料的溫度較低，形成冷凝料頭，為了防止這些冷料進入型腔而影

16、響塑件質(zhì)量， 在進料口的末端的動模板上開設一洞穴或者在流道的末端開設洞穴，這個洞穴就是冷料穴。它的作用是儲存因兩次注塑間隔而產(chǎn)生的冷料頭以及熔體流動的前鋒冷料，防止冷料進入型腔而形成冷接縫。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直徑，長度約為主流道大端的直徑。為了使主流道 凝料能順利地從主流道襯套中脫出，往往是冷料穴兼有 開模時將主流道凝料從主流道拉出而附在動模一邊的作用。圖5-2 冷料穴結構圖本設計選用Z字形拉料桿，工作時依靠Z字形鉤將主流道凝料拉出澆口套。5.4 澆口的設計根據(jù)塑件的形狀和要求，澆口形式采用側(cè)澆口，側(cè)澆口開在分型面上，形狀為長矩形，加工方便、簡單。澆口痕跡小，不太影響外觀，去除澆

17、口方便。 圖5-3 澆口形式長度L=2mm寬度b=1mm 深度t=2.4mm5.5排氣系統(tǒng)的設計在注射成型過程中，模具內(nèi)除了型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低揮發(fā)氣體，這些氣體若不能順利排出，塑件會由于填充不足而出現(xiàn)氣泡接、縫或表面輪廓不清等缺陷，甚至氣體受壓而產(chǎn)生高溫，使塑料焦化。本塑件為小型塑件，且不須采用特殊的高速注射，故利用分型面和推桿的配合間隙排氣即可，間隙值為0.030.05mm。六、成型零件設計6.1 成型零件的結構設計6.1.1型腔的機構設計凹模是成型塑件外表面的部件，按其結構形式可分為整體式和組合式。整體式凹模是由一整塊金屬材料直接加工而成。其特點是為強

18、度好，不易變形，塑件表面光滑平整，沒有鑲拼的痕跡。用于小型且形狀簡單的塑件成型。本塑件結構簡單，分型面設在襯套的底面，凹模設計成通孔，且深度比較淺，易加工，故可采用整體凹模結構。6.1.2型芯的結構設計本塑件結構簡單，只需一個型芯即可，采用組合式主型芯結構。圖6-1 組合式主型芯結構圖5-1所示為通孔臺肩式，型芯用臺肩和模板連接，在用墊板、螺釘緊固，連接牢固。6.2 成型零件鋼材選用塑料模剛材的性能要求：（1）機械加工性能良好 （2）拋光性能優(yōu)良 （3）耐磨性和抗疲勞性能好 （4）芯部強度高 （5）具有耐腐性能 （6）有一定的熱硬性凹模的技術要求：材料：45鋼熱處理：HRC4050表面粗糙度：

19、型腔表面Ra0.2Ra0.1，配合面Ra0.8表面處理：表面鍍鉻，拋光凹模加工：模套與模塊錐面配合嚴密處配制加工型芯的技術要求：材料：T8熱處理：HRC4550表面粗糙度：型芯表面Ra0.1Ra0.025，配合面Ra0.8型芯加工：同軸度高處配制加工6.3 成型零件工作尺寸的計算工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，成型零件的加工精度和質(zhì)量決定了塑件的精度和質(zhì)量，工作尺寸的計算受塑件尺寸精度的制約。查找模具實用手冊P401頁的表3-2-12（常用熱塑性塑料主要技術指標），取PA1010的平均收縮率1.5%。塑件未注公差查塑料成型工藝與模具設計P37頁表3.1(塑件公差尺寸數(shù)值表（G

20、B/T 14486-2008）選取公差等級為MT6。塑件尺寸如圖所示：6.3.1型腔徑向尺寸模具最大磨損量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.75。1） 大徑30±0.35 （Lm1）=(1+S)Ls1-x =(1+1.5%)*30.35-0.75*0.70 =2） 小徑20±0.30（Lm2）=(1+S)Ls2-x =(1+1.5%)*20.30-0.75*0.60 =6.3.2型腔深度尺寸模具最大磨損量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.5。1）3±0.13（Hm1）=(1+S)Hs1-x =(1+1.5%)*3.13-0.

21、5*0.26 =2）20±0.30（Lm2）=(1+S)Ls2-x =(1+1.5%)*20.30-0.5*0.60 =6.3.3型芯徑向尺寸模具最大磨損量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.75。1）小徑16±0.26（Lm1）=(1+S)Ls1+x =(1+1.5%)*15.74+0.75*0.52 = 2）大徑30±0.35（Lm1）=(1+S)Ls1+x =(1+1.5%)*29.65+0.75*0.70 =6.3.4型芯高度尺寸模具最大磨損量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.5。1）20±0.30（Hm2）

22、=(1+S)Hs1+x =(1+1.5%)*19.70+0.5*0.60 = 2）3±0.13（Hm2）=(1+S)Hs1+x =(1+1.5%)*2.87+0.5*0.26 =6.4模架的確定6.4.1模架的結構1） A板尺寸。A板是定模型腔板，根據(jù)一模四腔、腔型最大直徑為30.28mm、壁厚為2mm、底板厚度為4mm和型腔深度為20.30mm同時又考慮到導柱、導套、拉料桿等因素，確定型腔板的總體尺寸為“150mm（長度）×150mm（寬度）×30mm”。2） B板尺寸。B板是型芯固定板（動模板），按模架標準板厚取30mm。3） C板（墊塊）尺寸。墊塊厚度=推出

23、行程+推板厚度+推桿固定板厚度+限位釘厚度+（510）mm=【20+15+13+5+（510）】mm=5863mm,初步選定C板的厚度為60mm。按上述計算，模架尺寸已經(jīng)基本確定，查塑料注射模模架標準GB/T12555-2006，選擇系列代號為1515的直澆口有推料板式模架。，模架的結構如圖6-3所示。圖6-3模架結構圖6.4.2模具安裝尺寸校核1） 模架閉合高度的確定直澆口模架組成零件的名稱及尺寸如下： 定模座板為H1=20mm； 定模板為A=30mm； 推件板為H3=20mm； 動模板為B=30mm； 支承板為H2=30mm； 墊塊為C=60mm； 動模座板為H1=20mm。 因而模具的閉

24、合高度為 H=H1+A+H3+B+H2+C+H1=(20+30+20+30+30+60+20)mm=210mm2) 模具閉合高度的校核 模具的閉合高度H=210mm，注射機所允許的最小模具厚度為Hmin=210mm，最大模具厚度Hmax=300,所以模具滿足Hmin<=H<=Hmax的安裝條件。3) 模具安裝部分的校核 該模具的外形尺寸為200mm（長）×150mm（寬），查表？得注射機拉桿內(nèi)間距為260mm×290mm，因而200mm×150mm260mm×290mm，故能滿足模具的安裝要求。4） 開模行程的校核 對于單分型面來說，其開模行

25、程 SmaxH1+H2+a+（510）mm式中 Smax-注射機移動模板的最大行程，mm，查表？可知Smax=300mm； H1-塑件推出距離（脫模距離），mm，取H1=18mm； H2-塑件的高度，mm，取20mm； a-取出澆注系統(tǒng)凝料必須的長度，mm，取a=50mm； 余量取10mm。則有Smax（18+20+50+10）mm=98mm，故該注射機的開模行程符合出件要求。通過上述校核，XS-ZY-125臥式注射機滿足該模具的使用要求，故可以采用。 七、導向與脫模結構的設計7.1 導向機構的設計為了保證注塑模準確合模和開模， 在注塑模中必須設有導向機構。 導向機構主要起定位、導向以及承受一

26、定側(cè)壓力的作用。導柱導向機構，包括導柱和導套兩個主要零件，分別安裝在動、定模兩邊。導柱的基本機構形式有兩種。一種是除安裝部分的凸肩外，長度的其余部分直徑相同，稱帶頭導柱，另一種是除安裝部分的凸肩外，使安裝的配合部分直徑比外伸的工作部分直徑大，稱有肩導柱。帶頭導柱用于生產(chǎn)批量不大的模具，可以不用導套。有肩導柱用于采用導套的大批量生產(chǎn)并高精度導向的模具。裝在模具另一邊的導套安裝孔，可以和導柱安裝孔以同一尺寸一次加工而成，保證了同軸度。導柱前端均須有錐形引導部分，并可割有儲油槽。導柱直徑尺寸隨模具模板外形尺寸而定。模板尺寸愈大，導柱間的中心距應愈大，所選導柱直徑也應愈大。 設計導柱和導套時應注意以下

27、幾點： (1) 導柱應合理地均勻布在模具分型面的四周，導柱中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具的強度。 (2) 導柱的長度應比型芯端面的高度高出 68mm， 以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。 (3) 導柱和導套應有足夠的耐磨度和強度，常采用 20#低碳鋼經(jīng)滲碳 0.50.8mm，淬火5055HRC,也可采用 T8A 碳素工具鋼，經(jīng)淬火處理。 (4) 為了使導柱能順利地進入導套，導柱端部應做 成錐形或半球形，導套的前端也應倒角。 (5) 導柱設對稱分布根據(jù)所選模架尺寸，可確定采用直徑為16mm，長度為75mm，數(shù)量為4根的標準帶頭導柱，采用對稱布置，由此查GB/T4169.3-2006，可確