模具毕业设计肥皂盒下盖的注塑模具分析.docx

模具毕业设计肥皂盒下盖的注塑模具分析本设计的对象是肥皂盒上盖的注塑模具设计，首先根据肥皂盒的注塑成型工艺特性，设计了一模两腔的工艺方案，浇注系统采用侧浇口，这样保证了塑件的表面质量与美观效果。分型面选择在肥皂盒底部平面，这样方便脱模，也不会影响塑件外观，并使其产生的飞边易于清理和修整，同时便于塑件脱模并简化模具结构，塑件被顶出后自动落料，不需要人工操作取塑件。整个注塑模具的结构设计时，采用镶拼式的成型零件降低了加工难度及成本，缩短了模具制造周期。通过UG三维软件绘制模具装配图和零件图，对于过程中的问题进行了分析，并对于具体部分进行了详细的计算和校核。 ：肥皂盒下盖；模具设计；注塑成形；浇注系统； 目录 引言 . 错误！未定义书签。 注塑模具的应用现状 . 2 本课题研究的主要内容与意义 . 2 一、肥皂盒上盖的注塑工艺分析 . 2 注塑件功能与结构要求 . 2 肥皂盒上盖的材料选用 . 3 二、注塑模具的设计 . 3 分型面的确定 . 3 型腔的布置 . 3 浇注系统的设计 . 3 型芯与型腔的设计 . 3 冷却系统的设计 . 3 合模机构与导向机构 . 3 脱模方式选择 . 4 三、注塑模具的总装图 . 5 模具装配图 . 3 模具材料 . 3 模架的选择 . 3 四、肥皂盒上盖的注塑成型工艺与设备 . 6 注塑成型工艺 . 6 注射机的选择 . 7 注塑机参数校核 . 9 安装与调试的技术要求 . 11 总结 . 17 参考文献 . 18 谢辞 . 19 引言 注塑模具的应用现状 注塑成型工艺是塑料制品加工中非常重要技术类型，大多数塑料件均需要注塑成型工艺来完成。塑成型是塑料制品成型的一种重要方法。几乎所有的热塑性塑料、多种热固性塑料和橡胶都可用此法成型。注塑制品包括日常生活中常用的手机壳、电视机外壳、微电子元件、医疗微器械等，大到几千克的电视机、洗衣机外壳、汽车用塑料件等都是采用注塑成型制造的。 目前，我国模具工业的当务之急是加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，通过求品质来求效益， 提高模具的国产化程度， 减少对进口模具的依赖。发扬创新精神，依靠自己的科学技术去进一步研究模具产业。 本课题研究的主要内容与意义 本设计的对象是肥皂盒上盖注塑模具的设计与工艺分析。首先根据肥皂盒上盖的工艺特性，设计了一模两腔的工艺方案，浇注系统采用侧浇口，这样保证了塑件的表面质量与美观效果。分型面选择在肥皂盒上盖的底部平面，这样方便脱模，也不会影响塑件外观，并使其产生的飞边易于清理和修整，同时便于塑件脱模并简化模具结构，塑件被顶出后自动落料，不需要人工操作取塑件。整个注塑模具的结构设计时，采用镶拼式的成型零件降低了加工难度及成本，缩短了模具制造周期。通过UG三维软件绘制模具装配图和零件图，对于过程中的问题就行分析，并对于具体部分进行了详细的计算和校核。 主要设计内容： 1.注塑模具的应用与发展现状的介绍及其发展趋势； 2.肥皂盒上盖注塑工艺分析，材料选择； 3.注塑模具的设计，具体包括分型面选择，型腔数目确定，浇注系统设计，冷却系统设计等； 4.肥皂盒上盖的注塑工艺要求及注塑机的选择，锁模力校核等； 5.对本次设计的成果与设计心得进行总结。 - 3 一、 肥皂盒上盖的注塑工艺分析 注塑件功能与结构要求 肥皂盒属于普通家用件，除了满足日常使用之外没有什么特殊性能要求。只要保证塑件能满足使用目的功能，具有抵抗振动，抗压的技术指标，同时要求塑件表面要求无飞边或缩孔现象，肥皂盒上盖的结构如图2-1所示。 图2-1(a) 注塑件的零件图 图2-1(b) 注塑件三维图 肥皂盒下盖的在注塑过程中，要重复考虑注塑压力、温度，时间对其表面精度，尺寸精度等的影响，因此考虑如何降低模具结构的复杂程度和制造难度是设计的重点。另外,也要弄清生产过程中的难点，为产品制造提供依据。 肥皂盒上盖的材料选用 肥皂盒上盖作为日用品，属于大批量生产，考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综各种因素。此外，肥皂盒的塑料都会高温度条件下老化，要考虑到材料的光氧化、变脆等问题。 考虑到目前市场上生产的肥皂盒大多由丙烯腈丁二烯苯乙烯的共聚物，即ABS塑料生产。而ABS原料容易购买成本相对低廉，所以本次设计仍然采用ABS为生产原料。ABS是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性，较高的强度、耐热性和耐寒性；- 4 还具有自熄、阻燃、无毒、可着色等优点，在你生活的各个角落都能见到ABS塑料的影子，大规模工业生产及容易加工的特性也使其价格极其低廉。 表2-1 ABS材料的化学特性 选用塑料 ABS材料 特性 1. 外观透明，刚硬带韧性，燃烧慢，离火后慢熄。 2. ABS料耐冲击性是塑料中最好的。 3. 成型收缩率小(0.5-0.7%)，成品精度高，尺寸稳定性高。 4. 化学稳定性较好,但不耐碱,酮,芳香烃等有机溶剂。 5. 耐疲劳强度差,对缺口敏感,耐应力开裂性显著。 注意事项 1. ABS在高温下即使对微量水份亦很敏感，,故成型前应充分干燥，使含水率降到0.015-0.02%以下，干燥条件：温度110-120，时间8-12小时。 2. 流动性差，须用高压注塑,但注塑压力过高会使产品残留内应力而易开裂.然冷却到室温。 塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。由于肥皂盒上盖不属于精密级塑件，故采用中等精度即可。查塑料成型工艺与模具设计可知，塑料ABS一般精度等级为4级。选用一般精度经济合理，对应的模具相关零件的尺寸加工也可以得到保证。关键是尽量避免注塑件在表面产生凹陷或缩孔，局部产生变形等缺陷，这对塑料材料的质量有一定要求。 - 5 二、注塑模具的设计 分型面的确定 本次设计的塑件采用注射成形法生产，为保证塑件表面质量，使用点浇口成型，因此模具为双分面注射模。 选择分型面时，需要注意： 1.便于脱模，开模时使制件能够留在动模一侧，利于侧面分型和抽芯。 2.制件在型腔中的位置应考虑和保证制件的外观完整，保证尺寸的精度要求并且利于排气和便于加工。 分型面受多种因素的影响。比如：浇口的位置、成型的位置、嵌件的位置还有排气等。所以在选择分型面的时候要合理。一般来说，选择分型面的原则是以下几点：制件尽可能完美，有利于脱模、结构不要复杂。如：1)分型面应该取在制件的最大投影面积处，有利于制件脱模成功。2)保证制件的精度。3)外观要达到客户要求。4)使用不能收影响。比如说一些产品上的毛刺、拉伤、烧伤等应该不影响产品的使用。5)有利于简化模具结构。侧向抽芯能避免就避免。6)有利于排气。7)选择分型面时方面模具的因素有很多种，但总而言之，能保证制件的外观，能顺利脱模，便于加工就好。当你选定一个分型面后，缺点是在所难免的，再针对存在的问题采取其他弥补措施，来达到自己想要的那种。 这里选择插座后盖面的底部平面作为分型面，下面是确定分型面的效果图： 图3-1 分型面的位置 型腔的布置 注射模具每一次注射循环所能成型的塑件个数是由模具型腔的数量决定的。型腔数量及布置方案和分型面的选择决定了塑件在模具中的位置。 表 3-1型腔数目与性能比较 类别 单型腔模具 优点 塑件精度高、参数易于控制、模塑件生产率低、成本高。 具结构简单、制造成本低、周期试生产。 缺点 适用范围 塑件较大、精度要求高或- 6 短。 塑件成型生产率高、成本低。 多型腔模具 杂、制造成本高、周期长。 塑件。 难于控制、模具结构复大批量、长期生产的小型塑件的精度低、工艺参数肥皂盒上盖的几何形状是非常简单，单件注塑量比较小，并且该产品属于大批量生产，因此本设计选择一模两腔的注射成型方案，采用一模两腔平衡布置。这样，模具的结构也相对简单，制造难度不大，且可适当提高注塑件的生产效率。 图3-2 型腔数量及布置 浇注系统的设计 注塑模具的浇注系统是将原料注入模具型腔的通道，它的开设位置和形状大小直接关系到注塑件质量好坏。本设计对浇注系统的主浇道、分浇道、浇口的设计进行了详细设计与计算。 1.主流道设计 主流道是贯穿模板，且其流程长，料流阻力大，凝料脱出困难。为了缩短主流道长度，将主流道衬套设计城深陷式。将最大截面处置于本层的型芯固定板内，行程类似于倒锥形冷料穴的环形侧凹结构，保证留模可靠拉出主流道凝料。因为主流道和塑料、喷嘴反复接触碰撞，所以为了方便制造，将其制成可拆卸的浇口套，用螺钉固定在定模板。 主流道影响制件的填充时间和流速。太小，相对增加了冷却面积，加大热能消耗和注射压力损失，太大浪费材料。所以，取值如下： d=d1+(0.51) 其中：d1为注射机喷嘴孔直径；d为主流道孔直径； 本设计中取d1为3mm， 所以d取为5mm。 =1º2° 其中：为主流道锥角，这里取=1°。 - 7 球面配合高度H一般取：38mm，这里H取为3mm。 R=R1+ 其中：R1为喷嘴球面半径；这里取R1为10mm，所以R取为11mm。 主浇道与分浇道过渡处采用的圆角半径r一般取13mm，这里取r为1.5mm。主交道L的取值要短，本设计取64mm。 图2-3 浇口套尺寸图 2.分流道设计 分流道的设计要点：1）分流道要短，而且光滑，弯折少，体积小。使得其流动过程中要少消耗温度，少损失压力；2）相对于注塑件产品，要晚固化，从而来使得保压和补缩过程中，压力能够正常传递。3）在熔料进入型腔时，能够均匀快速。 表 3-2分流道的截面形状性能比较 流道的截面形状 圆形 梯形 半圆形 方形 流动效率 0.25D 0.195D 0.153D 0.25D 流动阻力 小 较小 较小 大 脱模 好 好 好 不好 加工性 不易对中 好 好 好 选用情况 常用 最常用 较常用 不用 本设计采用平衡式分分道，平衡式分流道是最常用的一种布置形式，可以尽量减少压力损失和融体温度降低，还可以减少分流道的容积和保持压力平衡，这样就可以保证熔体顺利地经过浇口进入到对称的型腔里。 由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可适当选小些。单边分流道长度取35mm。 分流道的当量直径确定，因为该塑件的质量约为120g<200g，查塑料成型工艺与模具设计知直径为下式： - 8 D分=0.2645m4L 式中：D分为分流道当量直径；m塑件总质量；L为分流道长度。 代入数据得： D分=4.1mm 冷料穴在模具的动模板上，分流道末端。注射间歇期间，喷嘴前端会有冷料，所以需要冷料穴储存冷料，防止阻塞流道，或减缓流料速度。所以设计时设定其d稍大于D主，H约为D主。 3.浇口的设计 浇口是连接主流道与型腔的一段口径细短通道，它只要是控制料流的进入型腔的速度，调节补料时间长度，最为关键的是防止料液倒流。本设计中，肥皂盒上盖的结构简单，属小型制品，可采用侧浇口，具体采用点交口形式。点浇口锥角A一般为10°20°，这里取20°，倾斜角B取1°，进料口直径d1取1.2， 浇口长度为60mm。浇口位置确定，查塑料成型工艺及模具设计书，可得浇口的深度h计算公式为： h=nt 式中 t为塑件厚度；H为侧浇口的深度；n为塑料成型系数，对于PC塑料，其成型系数n=0.7。 代入数据得: h=nt=0.7×2mm=1.4mm 型芯与型腔的设计 注塑成型时，塑料直接与型芯及凹模接触，在其冷却后成型塑件。因此，参与注塑件成型的关键零件的结构设计，不仅考虑保证生产出合格塑件产品，而且结构简单，便于模具的加工制造，以节省贵重模具材料，降低成本。 型腔是成型塑件外部轮廓的关键零件。本设计采用整体式凹模，就是由整块材料加工制成，它的优势是强度高、刚性好，而且避免了了塑件表面产生拼接缝痕迹等缺陷。另一方面优势，这种整体是型腔便于模具装配，模架结构相对简单。本设计凹模所用材料为45钢，并且采用调质处理，要求硬度为230-270HBS。 - 9 图2-4 型腔零件图 考虑到模具的收缩等，查得ABS材料的收缩率为0.4%-0.7%，取其平均收缩率为0.55%。因此，为保证其塑件精度等级，需要在型腔设计时预留一定收缩量， 其中制品尺寸D1=140.560-0.5690.440-0.4425.240-0.24，D2=，H=。 型芯直接接触塑件内表面的关键零件。一般的模具型芯有非为整体式和组合式两种类型。这里我根据型腔的结构，选择组合式凸模，将型芯单独加工后与动模板进行装配而成。本设计中的型芯和动模板都用45钢做材料，经调质处理，要求达到硬度230-270HBS。 - 10 图2-5 型芯零件图 冷却系统的设计 温度对塑件质量的影响起到非常关键的作用，较低温度可以减小塑料塑件的收缩率，但是其流动性也相应降低，过高的温度对成型也会产生一定影响。因此，模具温度的控制有相互矛盾的地方，对冷却系统的设计要根据材料特性和使用要求确定，把握主要因素。根据上表，本塑件材料为ABS，壁厚为2mm，故冷却时间为13.7-20.5s。本次设计采用并联直通式冷却水管，不会与其他零件产生干涉。冷却水管之间由外部橡胶水管连接，使之能够形成回路。 模具设计时，还要考虑模具的排气系统的设计，排气槽是为使模具型腔中的气体排出而在模具上开设的通气槽或通气孔。排气是注射模具设计中一个重要的问题.在注射成型过程中，熔体注入型腔时，必须将型腔中的空气和从熔体中溢出的挥发性气体顺利排出型腔。 图2-6 冷却水管布置图 - 11 合模机构与导向机构 模具的合模与导向机构是保证型腔与型芯正确定位的关键机构，因此它是保证注塑件质量的重要保证。模具的导向机构常用的有导柱和锥面定位。下图所示的是一种导杆、导套结构，实现模具的导向。 图2-8 导套结构图 在凸凹模以及别的零件对插过程中，合模导向机构起到定位作用，避免零件发生碰撞和干涉。本次设计中采用的是导柱导向，导柱和导套的均采用标准件。为了推出和复位过程中有较好的稳定性，所以在推板上增加推板导柱和推板导套。 本模具采用导柱导向机构。本模具为中小型模具，故采用带头直通式导柱。导柱的数量与布置是选择标准模架的设计，数量为4，采用对称布置。导柱和导套均采用H7f7的配合，导柱和模板之间采用H7m6的配合，导套和模板之间采用H7m6的配合。 图2-9 浇注定位套 脱模方式选择 本设计的型腔是整体式结构，型芯是组合式，两者的配合精度相对不高。同时，肥皂盒下盖的体积较小，对型芯的包紧里较小，所以本设计的推出方式使用推杆。首先，肥皂盒下盖注塑模的分型面简单，模芯结构简单，塑料件对其包紧力小，采用简单的脱模机构可以简化模具结构。这样保证达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出是运动阻力小，推出动作灵活可靠，损坏后便于- 12 更换。 对推杆的具体要求： 1.推杆工作端棱边不允许倒钝； 2.推杆工作端面不允许有中心孔； 图2-10 推杆结构图 推杆的固定方式： 图2-11 推杆的固定 - 13 三、注塑模具的总装图 模具装配图 1下垫板 2顶杆板 3，4，13，14-内六角螺钉5推杆固定板 6推杆 7模脚 8动模板 9拉料杆 10动模板11定模板12定模固定板 15浇口套 16固定套 17导柱套18导柱 19型芯 图2-12 注塑模具装配图 模具的工作原理：开模时，动模板10与定模版11分离，塑料件由于冷却收缩包紧，这样在型芯19上产生包紧力，同时拉料杆9对浇注系统凝料的作用，塑料制件会留在动模板上 ，当移动到一定距离后，这时推杆6将制件推出，最后将浇注系统凝料与制件分离。模具合模时，利用复位杆20将推杆固定板顶回- 14 以使推杆复位。 模具材料 模具材料的选择考虑的主要因素：首先要保证模具能满足使用要求，涉及到材料的物理性能，如材料的硬度，易满足其高热应力的条件下变形小，膨胀小，这样使得注塑件具有高的尺寸精度。第二,模具材料具有良好的韧性，以承受模具在开合模过程中冲击载荷，以及模具的折断，断裂等，同时材料的耐磨性也是一个重要的考虑因素。第三，从工艺性能考虑，模具材料要具有良好的机械加工性能，因为模具内部需要开设复杂的浇注系统，冷却水管道，排气槽等，因此，材料的冷加工性能，如切削，铣削，抛光等加工性能好坏是重要考虑因素。 根据综合上述考虑因素，本设计选用模具材料为Cr12MoV，属马氏体类型不锈钢。 模架的选择 注塑件成型过程中，注塑机对型腔施加非常大的压力，使得模腔承受塑料熔体的强大压力，这样通过模架来保证型腔不发生塑性变形，避免模具开裂，引发安全事故。这里对整个型腔的强度、刚度进行校核，且确保生产的安全性。从刚度和强度的要求出发，型腔最小壁厚公式为式： s=h(cph1/3) 0.7Edps=3ph2dp式中：p为型腔内最大的熔体压力；h为凹模深度； sp为模具强度计算的许用应力。 dp为模具刚度计算许用变形量； E为塑料弹性模量；L为凹模的长边长度； S为壁厚；C是常数。c=0.143mm. 按刚度，代入数据得：s=11.57mm 按强度，代入数据得：s=23mm 最后，凹模侧壁厚度的设计值取较大值为s=23mm。 用同样的计算方法计算凹模底部最小厚度，保证凹模底部厚度也要满足强度和刚度的需求。 - 15 四、肥皂盒上盖的注塑成型工艺与设备 注塑成型工艺 1. 温度；温度时注塑成型中最为关键的因素，浇注温度的控制具体而言，就是要求精确控制好料筒内料液的温度，保证喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，避免注塑过程出现料液回流现象。模具冷却系统的设计是保证注塑件尺寸精度的关键，过快或过慢的冷却温度都将引起质量缺陷。另外，考虑一个关键因素是模具温度必须低于塑料的热变形温度 表4-1 温度经验数据 料筒温度 后段 180200 中段 210230 前段 240250 200210 5070 6596 喷嘴温度/ 模具温度/ 热变形温度 / 2. 压力；压力参数包括注射压力，保压力和背压力、泄压压力。首先足够的注射压力是保证料液克服从料筒向型腔流动的阻力，保证其有充模速度将料液注满型腔，并对熔料进行加压，将气孔致密化。保压力也是保证注塑件充满，避免注塑件内部出现气孔、局部缩陷的关键因素，保压力的大小与塑件形状，壁厚及材料性能有密切关系。背压力除了可驱除物料中的空气，使熔体内压力增大，提高熔体密实程度，背压的使用范围约为3.427.5MPa。 3. 时间；这里的时间是指完成一次注塑成型过程所需要的成型周期。一个成型周期包括注射，保压，冷却，辅助时间，如开模，脱模，闭模等阶段，为了保证塑件质量，精确控制每个阶段的时间值是非常重要的。同时，为了提高生产率，尽量减小成型周期的各段时间，生产实际中最重要的手段是将注射时间和冷却时间缩短。 - 16 注射机的选择 注塑机参数主要包括：公称注射量；注射速度；注射压力；锁模力,合模装置尺寸，开合模速度等。 1.根据给出的工件可称得工件的质量为60g，一模两腔总总量为120g，可计算浇注系统的体积为15cm3；可计算浇注系统的体积为15 cm 。 所以： V塑件=56.74 cm V总=V塑件+V浇=56.74+15 =71.74 cm3 选用 XS-ZY-125 型卧式注射机。 2.肥皂盒下盖的注塑的性能参数如下： 注塑机额定注射量：125 cm 注射压力：120 Mpa；锁模力：900 KN； 模具最大厚度：300mm；最大开模行程：300mm； 模具最小厚度：200mm；最大注射面积：320 cm；拉杆间距： 260290mm 喷嘴直径： 4mm ；喷嘴圆弧半径：12mm 注塑机参数校核 1.锁模力的校核 注塑成型过程中，塑料熔体在高速高压条件下迅速充满型腔时，这会使得整个注射机在注塑轴向产生很大推力F，为了保证生产安全性能，要求注射机的额定锁模力大于注塑时产生的推力。 F锁机>P模A P模为熔融型料在型腔内的压力80%； A为塑件和浇注系统的投影面之和，确定结果为9782平方毫米； F锁机为-注塑机的额定锁模力； 故：F锁机>P模A=68*9782=665 所以，选定为：900KN满足设计条件。 2.模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 模具长X宽小于拉杆间距， 模具的长宽为：200x250<注塑机拉杆间距260X290； 3.模具闭合高度校核 模具实际厚度H=245mm ； 注塑机最小的闭合厚度H =200mm ； 因为H模>H最小，所以满足要求。 - 17 23334.模行程校核 所选的注塑机的最大行程与模具的厚度有关，故注塑机的开模行程应满足下式： S机->H1+H2+mm 因为S机-=300-=255mm H1+H2+(5-10)=35+125+10=161mm 式中：H1-退出距离， 单位mm； H2-包括注射形同在内的塑件高度， 单位mm； 所以，最后选择S机-注射机最大开模行程。 安装与调试的技术要求 塑料模种类比较多,即使同一类模具,由于成形塑料种类不同,开头和精度要求不同,装配方法也不尽相同。因此在组装前应仔细研究分析总装图，零件图。了解各零件的作用,特点及其技术要求,确定装配基准。通过装配，最后全面达到产品的各项质量指标,模具动作精度和使用过程中的各项技术要求。首先，模具在装配型芯、型腔之前，清理各模板平面、定位孔、模具安装面上污物。根据模具工作原理，在注塑机下面导轨上垫好板，将动定模装入机架内，然后将定模入定位孔，并放正，压紧模板。接着调节锁模机构，调节开模距，设定锁模力，使模具闭合适当。 模具装好后， 开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后才可注射试模。开闭模具观察顶出构运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。 - 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