活动圈的塑料模具设计

1课程设计说明书设计题目活动圈的塑料模具设计课程名称模具设计学院材料科学与工程学院专业年级高分子材料与工程2009级1班学生2011年12月21日21前言1.1当前模具设计发展趋势随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。1.2本次模具课程设计的任务本次课程设计的主要任务是活动圈注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产活动圈塑件产品，以实现自动化提高产量。针对活动圈的具体结构，通过此次设计，使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识。同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。2设计参数设计参数如图1所示：图1塑件设计基本参数3（带活动镶件的注射模，材料：POM）生产量：中批量。3塑件的结构工艺性分析3.1塑件成型特性3.1.1、本次设计采用的材料聚甲醛POM为热塑性结晶聚合物，被誉为“超钢”或“赛钢”。均聚甲醛的熔融温度为180℃左右。POM坚韧有弹性，在低温下仍有很好的抗蠕变性，几何稳定性和抗冲击性。POM可分为：均聚物和共聚物。均聚物材料具有很好的延展强度，抗疲劳强度，但不易于加工。共聚物材料有很好的热稳定性，化学稳定性并且易于加工，吸水性小。POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率，可高达到2%~3.5%，对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。POM聚甲醛的性能：表面光滑，有光泽，表面硬度大，吸水率低，刚性好，韧性好，弯曲强度，耐疲劳性强度高，良好的滑动性，耐磨性非常优异，电性能优良，尺寸稳定性好，产品的尺寸精度高，可在—40到100°C温度范围内长期使用，良好的耐油，耐过氧化物性能。不耐酸，不耐强碱和不耐月光紫外线的辐射。3.1.2聚苯乙烯的成型特性[3]POM塑料比重：1.41-1.43克/立方厘米成型收缩率：1.2-3.0%4成型温度：170-200℃干燥条件：80-90℃2小时3.2塑件的结构工艺性分析3.2.1塑件的尺寸精度分析该塑件需标注公差的尺寸有4×Φ6属于一般精度要求，其他尺寸均为未标注公差的为自由尺寸，可按MT5查取有关尺寸公差。如表1所列为塑件主要尺寸的公差要求。表1塑件主要尺寸的公差要求部位塑件标注尺寸塑件尺寸公差外形尺寸Φ34Φ30247内形尺寸Φ20Φ617孔尺寸Φ6Φ20孔间距尺寸123.2.2塑件的表面质量分析该塑件要求外观光洁、色彩艳丽，不允许有成形斑点、缩水和和熔接痕，塑件表面粗糙度Ra为1.6μm。3.2.3塑件的结构工艺性分析5（1）从图纸上看，该塑件的外形为回转体，顶面上还均匀分布着4个一样的小圆孔，该处设计脱模容易，可直接将四个小型芯设于定模上，圆角过渡且无尖角存在，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求；（2）由于该塑件无侧孔和内凸，所以不用考虑侧向分型抽芯装置；（3）为使塑件顺利脱模，在塑件内部处增设1°～2°的拔模斜度。综合来看，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的，所以，该塑件可采用注射成型加工。3.2.4.塑件的生产批量分析塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。在中批量生产中，由于注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具；如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。因为该塑件的产量要求达80万件，所以可定该塑件的生产类型是大批量生产。因此，在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动化脱模模具，以便降低生产成本。3.2.5.初选注射机[2]（1）计算塑件体积和重量：通过计算塑件的体积V=18cm³。塑件的质量计算查有关手册取聚甲醛的密度为ρ=1.42g/cm³,所以塑件的质量M=V×ρ=18×1.42g/cm³=25.56g。（2）确定型腔数量由于塑件的内孔有尺寸精度要求，不宜采用太多型腔数目，而该塑件的生产批量为大批量生产，为尽量提高生存率，决定采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。（3）确定注射成型的工艺参数[5]根据该塑件的结构特点和POM的成型性能，查有关资料初步确定该塑件的注射成型工艺参数，如表2所示。6表2塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度60～75℃成型时间/s注射时间0～3时间2h保压时间15～40料筒温度/℃后段140～160冷却时间15～30中段总周期40～90前段170～190螺杆转速/（r/min）喷嘴温度/℃180～200后处理方法红外线灯烘箱模具温度/℃80～90温度/℃80注射压力/MPa600～1100时间/h2～4（4）确定模具温度及冷却方式虽然塑件体积、壁厚不大，但该塑件生产类型为大批量，加上聚甲醛比热容大、冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计时要求有冷却系统，所以该模具应采用冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短成型周期，提高生存率。（5）确定成型设备由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：W=2w+w废料=2×19+19×50%=47.5g。根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册和现有设备，初选XS-Z-60型柱塞式注射机。记录下XS-Z-60型柱塞式注射机的主要技术参数，见下表3所示。表3XS-Z-60型注射机的主要技术参数序号主要技术参数项目参数数值1最大注射量/cm³6072注射压力/MPa1223锁模力/kN5004动、定模模板最大安装尺寸/（mm×mm）330×4405最大模具厚度/mm2006最小模具厚度/mm707最大开模行程/mm1808喷嘴前端球面半径/mm129喷嘴孔直径/mm410定位圈直径/mm1254分型面及浇注系统的设计4.1分型面的选择原则1）有利于脱模；2）必须确保塑料模具的尺寸精度；3）满足模具的锁紧要求，将投影面积的方向放在前后模的前后方向；而将投影面积小的方向作为侧向分型面；4）保证塑料制品的外观质量要求；5）有利于简化模具结构；根据以上的设计原则和胶件的结构特点，将活动圈的分型面设计在胶件的凸台的底部。4.2浇注系统的设计[1]4.2.1浇口采用侧浇口浇注系统，浇口设计成锥面形状，查表“侧浇口有关参数的经验值”，浇口高度Y=0.25~0.5mm，浇口宽度X=0.75~1.5mm，浇口长度L=0.5~0.8mm。84.2.2主流道的设计主流道参数如下主流道直径d=注射机喷嘴口直径+(0.5~1)=2.5+1=3.5mm，锥角a=2°.球半径R=注射机喷嘴球半径+（2~3）=12+3=15mm.4.2.3分流道综合考虑流道效率和加工难易程度，分流道截面形状采用半圆形，查表“不同塑料的分流道截面形状”，得POM的分流道截面直径=4.8~9.5mm,选分流道直径6mm,分流道开在定模板上。4.2.4冷料穴主流道冷料穴圆柱体的直径为12mm,深度为12mm.采用Z型冷料穴。图5带Z形头拉料杆的冷料穴定位圈是安装模具时做定位用的，查资料得XS-Z-60型柱塞式注射机的定位圈直径为Φ240mm，一般定位圈高出定模座板表面5～10mm。由于浇口套与定位圈均属于注射模具的通用件，所以设计者应尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。4.3排气系统的设计4.3.1分型面排气分型面可以作为气体排出的地方。4.3.2镶件配合面排气内模镶件与模板之间的配合为过渡配合，镶件配合面可以充当模具排气的一部分。4.3.3.推管与动模镶件的配合面排气9推管与动模镶件的配合为间隙配合，公差配合H7/f7,其间隙可用来排气。5主要零部件的设计计算5.1成型零件的成型尺寸[6]该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查资料书得POM的收缩率为1.2%～3.0%，故平均收缩率Scp=（1.2+3.0）%/2=2.1%，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δz=Δ/3，成型零件尺寸计算见下表4。类别模具零件名称制品尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸型腔的计算凹模120092.1zSLLLSSM043=（120+120*0.0125-0.75*1.92）0Z=120.0664.00120.0664.0040094.0ZSHHHSSM032=（40+40*0.0125-0.66*0.94）0Z=39.8731.0039.8731.00型芯的计算型芯11092.10043zSlllSSM=（110+110*0.0125+0.75*1.92）0Z=112.82064.0112.82064.0408.00ZShhhSSM032=41.03027.0105.2模具型腔壁厚的确定塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此采用经验数据法，依据直径Φ34mm查参考手册得该型腔侧壁厚厚度S为20mm和型腔底板厚度T为10mm。5.3推出机构的设计采用推管推出机构，由于该塑件的脱模力不是太大，推管的布置空间足够，所以无须用繁琐的计算方法确定推管的尺寸大小，可以根据经验选取d=4mm的国际推管，注意保证推出距离略大于型芯的突出长度2～3mm，即推出距离大于17mm，故而取22mm。5.4标准模架的确定综合考虑本塑件采用一模两腔平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚要求、塑件尺寸大小、冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸，查相关资料选取标准模板的尺寸为315mm×400mm×63mm，选用A2型标准模架，标记为：A2-315400-32-Z1(GB/T12555-2006)。6成型设备的校核计算6.1锁模力的校核锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。注射机锁模力的校核关系为F≥kpA。式中参数意义如下：F---注射机锁模力，查参考设计手册得XS-Z-60型柱塞式注射机锁模力为500KN；k---压力损耗系数，一般取1.1～1.2，取1.2；P---型腔内熔体的压力，本塑件P=20Mpa；本模具计算得：A---塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和。kpA=1.2×20×106×1.803×10-3=43272N=43.272KNF=500KN（40+40*0.0125+0.66*0.6）0Z=41.03027.011故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。6.2安装尺寸的校核H1---定模座板20mmH2---定模板37mmH3---动模板25mmH4---支撑板30mmH5---垫块53mmH6---动模模座20mm本模具采用的型号为A2-315400-32-Z1(GB/T12555-2006)的标准模架，模具的外形尺寸为：400mm×400mm，模具闭合高度H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=185mm