【設(shè)計】膜片夾片設(shè)計說明書

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一、塑料制件及模具設(shè)計依據(jù)1、塑件的幾何形狀和使用要求本注塑模具設(shè)計制造的塑料制件是膜片夾片，膜片夾片的作用為裝夾各種膜片。夾片設(shè)計為圓形，內(nèi)腔圓形為19mm，裝夾深度為4.2mm，外表面為24.7mm。塑件內(nèi)表面要求7°的傾斜。塑件表面粗糙度：內(nèi)表面為0.5m，其余為6.3m。整個塑件的平均厚度為2mm。在注塑模具的設(shè)計中要有一定的脫模斜度，根據(jù)塑件的材料設(shè)計脫模斜度為。產(chǎn)品零件圖如（圖1）下：（圖1）2、塑件的成型工藝性塑件材料為PE，即聚乙烯。采用高密度聚乙烯，其壓縮比為1.73-1.9拉伸彈性模量為840-950MPa。伯松比為0.38，成型收縮率為1.5-3.0%。塑件與鋼的摩擦系數(shù)為0.11。聚乙烯為結(jié)晶材料，吸濕性很少。流動性好，溢邊值為0.02mm左右，流動性對壓力變化敏感。在注塑時，可能發(fā)生熔融破裂，與有機溶劑接觸可發(fā)生開裂。加熱時間長，有時會發(fā)生分解和燒傷。聚乙烯的冷卻速度慢，因此必須充分冷卻，宜設(shè)計冷料穴，模具應有冷卻系統(tǒng)。收縮率范圍大，收縮值大，方向性明顯，易變形翹曲，結(jié)晶度及模具冷卻條件對收縮率影響較大，應控制模具溫度，保持冷卻均勻，穩(wěn)定下宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度快，保壓充分。聚乙烯不宜用直接澆口，易增大內(nèi)應力，成型時產(chǎn)生收縮不均，方向性明顯增加變形，應注意選擇進料口的位置，防止產(chǎn)生縮孔變形。聚乙烯質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的倒凹模時可強行脫模。3、注射機的型號和規(guī)格注射機為塑料注射成型的主要設(shè)備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種。如果按照塑料在機筒中的塑化方式分，又可分為柱塞式注射機和螺桿式注射機。注射成型時，注射模具安裝在注射機的動模板和定模板上，有鎖模裝置和模柄鎖緊，塑料在料筒內(nèi)加熱呈熔融狀態(tài)，由注射裝置將塑料熔體注入型腔內(nèi)，塑料制品固化冷卻后由鎖模裝置開模，并由推出裝置將制件推出。此設(shè)計初選用注射機SZ-60/40。注塑機規(guī)格如（表1）所示SZ-60/40型注塑機的主要技術(shù)參數(shù)螺桿直徑30mm最大鎖模力400KN理論注射容量60cm3最小模具厚度150mm額定注塑壓力180MPa最大模具厚度250mm模板行程250mm頂出力12KN噴嘴球半徑10mm定位環(huán)直徑80mm孔半徑4mm深度10mm（表1）4、塑件注射成型工藝條件采用高密度聚乙烯（HDPE），密度為0.94～0.96g／cm3，收縮率為1.5～3.6%，宜選用螺桿式注射機，轉(zhuǎn)速為40-80r/min。注塑壓力為80-100MPa，保壓力為50-60MPa。成型時間有注塑時間為1-5秒，保壓時間10-30秒，冷卻時間為15-25秒，總周期為25-60秒。料筒溫度的設(shè)計為一區(qū)156-160℃，二區(qū)170-180℃，三區(qū)180-200℃，模具溫度為30-50℃。二、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計模具結(jié)構(gòu)如（圖2）所示：（圖2）根據(jù)膜片夾片的結(jié)果特性與外觀要求，模具的結(jié)構(gòu)類型選為三板式雙分型面注射模具，采用點澆口，適用于多型腔模具，由圖中可見，開模時由于彈簧彈力的作用，定模座板和中間板分開，實現(xiàn)第一次分型。此時澆注系統(tǒng)的凝料受分流道末端的斜孔限制，在澆口處與塑件斷開。中間板向右運動一段距離后，受到限位螺釘?shù)南拗?，不再隨動模向右運動，實現(xiàn)中間板與動模的分型。同時由于拉料桿的作用，凝料與定模分離。動模繼續(xù)向右運動，當模具推板與注射機頂桿相接觸后，推桿推動斜滑塊，產(chǎn)生豎直和水平方向的位移，使塑件與型腔分離，并順利脫出。膜片夾片總質(zhì)量約為2.23g，屬于小型模具。由于該模具的結(jié)構(gòu)特殊，型芯與凹模都有位移變化，故不便設(shè)置排氣槽。三、分析計算1、確定型腔的數(shù)目為了使模具與注射機相匹配以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，并保證塑件的精度，首先必須確定模具型腔數(shù)目。由于注塑機的最大注塑量為60cm3，而塑件體積為2.35cm3其中————注射機最大注射量，；————澆注系統(tǒng)凝料量，；————單個塑件的容積，；而凝料的容量和最小注射量應不小于注射機額定最大注射量的20%，故型腔數(shù)目n=7。生產(chǎn)經(jīng)驗認為，增加一個型腔，塑件的尺寸精度將降低4%。結(jié)合考慮塑件的尺寸精度要求，最后定為一模四腔。2、分型面的選擇分型面的選擇對于塑件質(zhì)量、模具制造和使用性能均有很大的影響，它決定了模具的結(jié)構(gòu)類型，是模具設(shè)計工作中的重要環(huán)節(jié)。為了保證塑件質(zhì)量，且便于該制件脫模和簡化模具結(jié)構(gòu)，全面綜合尺寸精度、推出方式、排氣方式及制造工藝等要素，選擇模具的兩個分型面分別為定模板與中間板之間的表面和型芯與凹模之間的表面。選擇該該零件注塑模分型面為零件球體外表面及推出板與定模相交的表面。設(shè)計采用單分型面垂直于注射機的開模方向，為了保證塑件的表面質(zhì)量，把分型面設(shè)在塑件的方形環(huán)面上。3、型腔的配置成型零部件機構(gòu)設(shè)計主要在保證塑件質(zhì)量要求的前提下，并便于加工、裝配、使用和維修。該模具中型腔的組成部分主要有：凹模（定模板）、推出板、型芯。凹模主要用于成型該零件的外表面，本設(shè)計中采用組合式結(jié)構(gòu)；凸模（型芯）主要成型零件的內(nèi)表面。為了盡可能地采用平衡進料的型腔布置，設(shè)計中的4個型腔采用（圖3）方式排列。（圖3）型腔的配置示意圖4、澆注系統(tǒng)的設(shè)計⑴澆口數(shù)目的確定澆口是連接流道和型腔之間的一段細短流道，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，起著調(diào)節(jié)、控制流料速度、補料時間及防止倒流等作用。澆口的形狀、尺寸和進料位置等對塑件成型質(zhì)量影響很大，塑件上的一些缺陷，如縮孔、缺料、白班、熔接痕、質(zhì)脆、分解和翹曲等往往是由于澆口設(shè)計不合理而產(chǎn)生的，因此正確設(shè)計澆口是提高塑件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。澆口設(shè)計與塑件性能、塑件形狀、截面尺寸、模具結(jié)構(gòu)及注射工藝參數(shù)等因素有關(guān)?？偟囊笫鞘谷哿弦暂^快的速度進入并充滿型腔，同時在充滿后能適時冷卻封閉。因此澆口截面要小，長度要短，這樣可以增大料流速度，快速冷卻封閉，且便于塑件與澆口凝料分離，不留明顯的澆口痕跡，從而保證塑件外觀質(zhì)量。塑料制件的重量較輕，型腔采用近似平衡式布置，而且材料PE流動性好，又有較好的注射工藝性。所以為了確保膜片夾片的質(zhì)量，決定在其長軸方向的中心線的兩側(cè)各設(shè)置2個，共有4個澆口。⑵澆注系統(tǒng)斷面尺寸由于注射成型的基本要求是在合適的溫度和壓力下，使足量的塑料熔體盡快充滿型腔。澆注系統(tǒng)的設(shè)計是影響順利脫模的關(guān)鍵因素之一，而澆注系統(tǒng)截面尺寸的計算在設(shè)計中最為重要，而且澆注系統(tǒng)的作用是使來自注射噴嘴的塑料熔體平穩(wěn)而順利的充模、壓實和保壓。所以必須精確計算澆注系統(tǒng)的截面尺寸，以保證注塑成型塑件的質(zhì)量和精度。本注塑模采用普通流道澆注系統(tǒng)，其主要由主流道、澆口、分流道、冷料穴四部分組成。以下為該澆注系統(tǒng)各部分的設(shè)計：①主澆道的設(shè)計設(shè)計主流道為圓錐形，其錐角α=，取α=。內(nèi)壁表面粗糙度為Ra=0.63；為防止主流道與噴嘴處溢料，主流道對接處應制成半球形凹坑，其半徑R2=R1+（1~2）mm=10+1.5=11.5mm其小端直徑d2=d1+（0.5~1）mm=4+0.5=4.5mm凹坑深取h=5mm；為了減小料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力，主流道大端呈圓角過渡，其圓角半徑r=1~3mm，取2mm；在保證塑料良好成型的前提下，主流道L應盡量短。通常由模板厚度確定，一般取L60mm，這里取L=25mm；主流道襯套選擇A型，其大端高出定模面H=10mm。主流道形狀及其與噴嘴的配合關(guān)系如（圖4）所示。1、定模板2、澆口套3、注射機噴嘴（圖4）②冷料穴的設(shè)計聚乙烯的冷卻速度慢，因此必須充分冷卻，宜設(shè)計冷料穴，防止熔體冷料進入型腔。冷料穴設(shè)計在主流道的末端。設(shè)計成帶Z行頭拉料桿的冷料穴，其底部做成鉤形。③分流道的設(shè)計分流道的截面形狀選為圓形，其表面粗糙度為Ra=1.25-2.5。由表6-1查得，聚乙烯的分流道直徑為1.6-9.5mm。取第一分流道直徑=0.5mm，第二分流道直徑=0.3mm。另外，在分流道末端鉆一斜孔，開模時可以使?jié)沧⑾到y(tǒng)凝料在澆口處與塑件分開。④澆口的設(shè)計因為這是多型腔的注射模，為了比較容易平衡進料澆注系統(tǒng)，此設(shè)計采用點澆口。澆口采用如圖所示結(jié)構(gòu)，其中R1是為了有利于熔體流動而設(shè)置的圓弧半徑，末端的小凸臺可以防止點澆口拉斷時損壞塑件表面。R1約為1.5-3.0mm，H約為0.7-3.0mm。（圖5）澆口數(shù)目；為了確保膜片夾片的質(zhì)量，并結(jié)合起結(jié)構(gòu)合理性，在其長軸方向的中心線上設(shè)置4個澆口進料。5、導向機構(gòu)的設(shè)計導向機構(gòu)主要用于保證動模和定模兩大部分或模內(nèi)其它零部件的準確配合，起定向和定位作用。本模具中導向機構(gòu)由導柱和導套組成，稱為導柱導向機構(gòu)。其基本設(shè)計要求是導向精確，定位準確，并且有足夠的強度、剛度和耐磨性。導柱導向機構(gòu)是利用導柱和導套之間的配合來保證模具的配合間隙的。注射模一般采用四導柱模架。導柱既可安裝在定模一側(cè)也可安裝在動模一側(cè)，但通常導柱設(shè)在主型芯的四周，起保護型芯的作用。在注射過程中，導柱可承受一定的側(cè)壓力，當熔體產(chǎn)生的側(cè)壓力很大時，便不能單靠導柱承擔，此時要增設(shè)錐面定位裝置。由于塑件橫向尺寸較小，在注射成型時不會產(chǎn)生很大的側(cè)壓力，所以不需要增設(shè)錐面定位裝置。導柱應合理均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。導柱的長度應比型芯端面的高度高出6～8mm，以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。導柱和導套應有足夠的強度和耐磨度，本模具中采用20低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理，硬度為４８～５５HRC，也可采用T8或T10碳素工具鋼，經(jīng)淬火處理。導柱和導套配合部分的表面粗糙度要求為Ra1.6。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。導柱設(shè)在動模一側(cè)可以保護型芯不受損傷，設(shè)在定模一側(cè)便于塑件的脫模卸出，可按具體情況確定模具的正反裝。本模具中導柱滑動部分的配合精度按H8/f8，導柱固定部分的配合精度按H8/s7。除在定模和定模部分設(shè)置導柱和導套外，一般還在動模座和頂出板之間設(shè)置導柱和導套，以保證推板順利地實現(xiàn)推出運動。同時，導柱還可起到支撐動模墊板的作用。導柱的直徑應根據(jù)模具的尺寸來選取，選取時可參考國內(nèi)外注射模標準模架，采用類比的方法。設(shè)計有4根導柱固定在定模座板上，與之對應的設(shè)計有4個導向孔貫穿動模板和支撐板上。6、脫模機構(gòu)的設(shè)計⑴脫模力的計算脫模力主要是由收縮包緊力造成的制件與型芯的摩擦阻力和由大氣造成的阻力，還跟制件的壁薄及幾何形狀有關(guān)。本塑件的壁厚與直徑之比為屬于厚壁制件，則厚壁矩形制件的脫模力為==51810.96N其中K1——無量綱系數(shù)，隨r和而異；，=2，則從表8-2查取K1=6.036?！獰o量綱系數(shù)，隨f和而異；從表8-3查取=1.0017。S——塑料平均成型收縮率，取2.0%；E——塑料的彈性模量（查附錄2得900MPa）；L——制件對型芯的包容長度，L=5.5-1.3=4.2mm；f——制件與型芯之間的摩擦因數(shù)（查附錄2取0.11）；——模具型芯的脫模斜度（取30’，tan0.01）；μ——塑料的泊松比（查附錄2取0.38）；A——盲孔制品型芯在垂直脫模方向上的投影面積，mm2。⑵推件板厚度的計算根據(jù)剛度計算，推件板的厚度計算公式為t==7.74mm取t=8mm其中——推件板長度上兩推桿的最大距離，取L=50mm；B——推件板寬度，取B=150mm；E——鋼材的彈性模量（E=MPa）；F——脫模力；[]——推件板板中心所允許的最大變形量，一般取制件在被推出方向上的尺寸公差的，取=0.02mm。⑶推件桿直徑的確定根據(jù)壓桿的穩(wěn)定公式，可得推桿直徑的公式==5.8取推桿直徑為6mm其中d————推桿的最小直徑；K————安全系數(shù)，取K=1.5；L————推桿的長度；F————脫模力；N————推桿數(shù)目，取N=8；E————鋼材的彈性模量，（E=MPa）；強度校核：。推桿的材料選用45鋼，其許用應力=58MPa，推桿所受應力為由此可知設(shè)計的推桿直徑符合工作要求，設(shè)計合理。7、排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計采用的排氣方式是通過分型面排氣，通過一些活動的機構(gòu)的運動間隙排氣，通過型芯與模板的配合間隙排氣，不用單獨設(shè)計排氣槽。8、確定凹模和型芯的結(jié)構(gòu)和固定方式成型零部件的設(shè)計應在保證塑件質(zhì)量要求的前提下，從便于加工、裝配、維修等角度加以考慮，而其最主要的是凹模和型芯尺寸的設(shè)計。所謂成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸，主要包括型腔和型芯的徑向尺寸與高度尺寸，以及中心距等。成型零部件工作尺寸采用平均值的計算方法，并且為了方便脫模，凸、凹模要設(shè)置一定的脫模斜度，取凹模型腔的脫模斜度為30＇。以下均是按照單個塑件的結(jié)構(gòu)，采用平均值法進行凹模和型芯的結(jié)構(gòu)進行的設(shè)計及計算：⑴凹模和型芯的結(jié)構(gòu)類型為了改善加工工藝性，減小熱處理變形，節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材，凹模和型芯均采用組合式結(jié)構(gòu)。⑵型腔徑向尺寸由公式（7-7）計算得其中————塑料的平均收縮率，取2%；————塑件外形基本尺寸；————模具制造公差，取=1/3=0.067mm；————塑件尺寸公差；⑶型芯徑向尺寸由公式（7-9）計算得其中————塑件內(nèi)形基本尺寸；————模具制造公差，=1/3=0.1mm；————塑件尺寸公差；⑷型腔深度尺寸由公式（7-10）計算得其中————塑件高度尺寸；————模具制造公差，取=1/3=0.067mm；————塑件尺寸公差；⑸型芯高度尺寸由公式（7-13）計算得其中————塑件高度尺寸；————模具制造公差，取=/3=0.1mm；————塑件尺寸公差；⑹中心距尺寸由公式（7-14）計算得其中————塑件中心距；————模具制造公差，查表7-2取=；⑺型腔側(cè)壁厚度尺寸該模具采用的是組合式矩形凹模型腔，由公式（7-49）計算得取S=4mm其中P———型腔內(nèi)壓力，一般為20~50MPa；h———型腔內(nèi)壁受壓高度部分的深度，h=4.2mm；———型腔模具材料的許用應力，MPa，一般中碳鋼=160MPa；H———型腔外壁高度：————型腔內(nèi)壁長度；⑻型腔底板厚度尺寸采用雙支腳底板，設(shè)支腳間距Ｌ與型腔長度l相等。對于組合式矩形凹模型腔，由公式（7-61）計算得取t=54mm其中p———型腔內(nèi)壓力，MPa，一般為20~50MPa；Ｌ———支角間距，?。蹋剑保玻癿m；b———型腔底板的寬度；Ｂ———型腔底板的總寬度，?。拢剑保保癿m；———型腔模具材料的許用應力，MPa，一般中碳鋼=160MPa；9、冷卻系統(tǒng)的分析計算在注射成型中，模具的溫度直接影響到塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，一般模具內(nèi)溫度的降低是依靠在模具內(nèi)通入冷卻水，將熱量帶走實現(xiàn)的。注射成型時模具溫度穩(wěn)定，冷卻水速度均衡，可以減小塑件的變形。該塑件壁厚不一致，并且形狀較復雜，可能出現(xiàn)因收縮不均而產(chǎn)生翹曲變形的情況。且材料收縮率較大，故需設(shè)置冷卻系統(tǒng)來保持模具溫度的穩(wěn)定，提高塑件尺寸的精度。本冷卻系統(tǒng)中采用水作為冷卻介質(zhì)，其進入模具的溫度為18℃，從管道總流出的溫度為23℃，要保持冷卻水在管道內(nèi)一直處于湍流狀態(tài)，以增強冷卻效果，同時也能減小冷卻管直徑，減少成本。⑴數(shù)據(jù)準備由塑件產(chǎn)品圖知，塑件的最大壁厚是3mm，故冷卻時間t2應以該厚度為計算依據(jù)。查表10-6得，得到塑件冷卻時間t2為20s。再加上注塑時間5s，保壓時間25s，故塑件的成型周期為=t1+t2+t3=60s則每小時注射次數(shù)N=3600/60=60，查表10-4得高密度聚乙烯的單位熱流量Q1=800KJ/Kg，一次總注塑量為G=g，考慮到凝料的消耗，取G=12g。由公式（10-18）算得，被PE熔體帶如入型腔的總熱量為Q=NGQ1=由圖中尺寸知，單排模具四側(cè)面積：分型面面積：開模率為：故散熱表面積為：設(shè)模具的平均溫度為℃，室溫℃，根據(jù)公式（10-22），對流散發(fā)的熱量為：根據(jù)公式（10-25），輻射所散發(fā)的熱量為：其中為輻射率，此處取0.85；根據(jù)公式（10-26），注射機工作臺所傳遞的熱量為：式中——模具與工作臺接觸面積，；計算為0.007——傳熱系數(shù)，選用經(jīng)驗值502；根據(jù)公式（10-38）得，在單位時間內(nèi)塑件中由冷卻系統(tǒng)帶走的熱量應為：應分別由凹模和型芯的冷卻回路帶走，采用[1]式10-41的分配方案有：⑵計算凹模冷卻回路的有關(guān)參數(shù)①塑料制件與型腔壁溫度差的平均值制件與型腔壁溫度差的平均值根據(jù)公式（10-43），有：式中：——塑件的表面積，此處=0.0016——有效傳熱率，——塑件與模具間的傳熱系數(shù)，可取1549將結(jié)果代入上式得：設(shè)塑件熔體注入溫度型腔壁溫度波動的上限型腔壁溫度波動的下限所以型腔壁的平均溫度由，，查圖10-5所示曲線，得，即得=62℃②凹模所需冷卻水管直徑設(shè)冷卻水入口溫度，冷卻水出口溫度，所以冷卻水平均溫度。此時水的比熱容，此時水的密度為，根據(jù)公式（10-47）得所需冷卻水的體積流率為其中———所需冷卻水的體積流率；——冷卻水出口溫度；——冷卻水入口溫度；———冷卻水平均溫度時水的密度；C1———冷卻水平均溫度時水的比熱容；查表10-1得水管直徑d=8mm，冷卻水最低流速v=1.66m/s。③熱阻計算用公式（10-33）分別計算型腔壁與每一個冷卻水管之間的模具熱阻，以型腔壁（）為熱表面，冷卻水管壁（）為冷表面，為模板的熱導率，取=；為模具型腔壁與冷卻水管之間的距離。則型腔的熱阻為：型芯內(nèi)的冷卻水管，由[1]式10-35得：故：④冷卻水管壁的平均溫度⑤根據(jù)公式（10-50）得，凹模所需冷卻水管回路的總傳熱面積⑥凹模所需冷卻水管的長度根據(jù)模具設(shè)計的螺旋式冷卻水管，其長度遠遠大于這個長度，故設(shè)計符合要求。⑦雷諾數(shù)Re值的校核當時，由[1]圖10-8查得水的運動黏度，由上面計算知V=1.66m/s，d=0.008m，根據(jù)公式（10-54）有：故水的流動屬于穩(wěn)定湍流，有良好的冷卻效果。⑧冷卻回路壓降計算由模具設(shè)計知，凹模的冷卻有3條冷卻循環(huán)回路，有12次90度的轉(zhuǎn)彎，得，再代入其他數(shù)據(jù)到公式（10-55）得：其中———水在時的密度；———冷卻回路因改變方向引起局部阻力的當量長度。10、校核設(shè)計參數(shù)⑴注射量的校核在模具設(shè)計時，必須使得在一個注射成型周期內(nèi)所需注射的塑料熔體的質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。在一個注射成型周期內(nèi)需注射的塑料熔體的質(zhì)量為塑件的質(zhì)量和澆注系統(tǒng)質(zhì)量的總和，即m=由前面計算得單個塑件重量為2.23g，澆注系統(tǒng)的質(zhì)量為2g，則每次注射所需塑料質(zhì)量為（按一模4腔計算）m=注射機的最大注射量為所以注射量能滿足要求。⑵鎖模力的校核為了保證在注射成型時不致因鎖模不緊而發(fā)生溢聊、跑料現(xiàn)象，因此在當高溫的塑料熔體充滿時產(chǎn)生的沿注射機軸向的很大的推力應小于注射機的額定鎖模力，所以要對鎖模力進行校核計算。鎖模力可按下式校核式中——注射壓力；——塑件在分型面上的投影面積，；——澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，；F———注射機額定鎖模力；A=P均=14MPaT推T推=AP均已知注射機的最大鎖模力為400KN，故選用的注塑機是合適的。⑶注射壓力的校核注射機的最大注射壓力應大于塑件成型所許的壓力，即應滿足下式式中——注射機最大注射壓力，此處；——塑件成型所需的注射壓力；根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，可估算型腔壓力為故也能滿足高密度聚乙烯塑料成型的注塑壓力要求。⑷模具厚度與注射