典型塑料模具设计实例

典型塑料模具设计实例宛强2009-4-10兴趣是学习的动力，兴趣是学习的源泉！问题则是学习的最好老师。学生的智慧是集中在他们的手上的，思维是从动作开始的。看到的不易记，听到的容易忘，只有动手做才能学得会，记得牢。”教学单靠教师讲，学生难以理解，也难以接受，学生总是相信自己亲身体验过的东西，因此只有让他们动手做，才能真正地投入到学习中去。在教学中，教师要让学生以“动”促“思”，使学生享受到学习的快乐，领悟知识的真谛。学习完本章内容，可以掌握如下内容：掌握注射成型模具设计的全部过程掌握查找各相关设计资料、设计数据等方法本章采用的设计过程是企业真实的设计全过程。实例教学，授之以渔。以典型注塑模设计为主，将模具设计与模具加工溶为一体，学生在老师的指导下亲手设计本例，结束后能够掌握真正的模具设计技术，完全能够胜任企业的模具设计工作，达到企业所真正需要的技术人才之要求。此文章可以说是目前所有教科书所没有的章节，望同学们知其价值所在，它在你们今后的设计生涯中极具指导意义并妥善保管与保密。它亦可以是你们编写毕业设计或论文之样本。例题：欲设计方盒塑料件注塑模一副，附全套工程图及设计过程。方盒塑料件材料为硬PP，聚丙烯，质量为1.2。大批量生产(20万件/年)。图1所示为方盒塑料件产品图。图1方盒塑料件产品图★结构方面的工艺性分析图1所示的塑料件图，方盒的形状不复杂，壁厚较均匀且不薄，侧壁没有孔，注塑时无须侧抽芯机构，图上的尺寸也基本上属于非配合尺寸，质量要求不是很高，成型不困难，属于一般产品，完全可以生产。★图纸转换塑料件能达到的尺寸精度是不能与金属加工金属件所能达到的精度相比的。我们国家的部颁标准把塑料件分为7个精度等级。查该塑料PP零件所能达到的尺寸精度为MT5级或MT6级，我们这里定为MT5级精度比较适中。特别需要注意的是客户的图纸在标注尺寸与公差时往往会有这四种可能性（他们有时可能会不按入体方向来标注的）：△，+△0,0-△，如果是φ42这种形式（即只有公称尺寸，而没有标注公差△的），那么我们必须把它补上，这是因为我们在以后的计算时要用到这些数据或避免以后可能出现的不必要的尺寸争议。我们进行图纸转换原则是：外形（可以理解为基轴制）一律改按0-△方式标注，内形（基孔制）按+△0方式标注，距离、中心距、自由长度等改按△方式标注，图上标注的圆角部分一般来讲属于非配合尺寸，无需标注公差。如果图纸中已经有部分尺寸标注公差，那么，这部分就不必去再查精度，但是也要按入体方向改为单向标注的。不仅仅是针对没有标注公差的尺寸去标注。表面粗糙度,形位公差也必须按国家标准补上。这是指转换成你公司使用的图纸上的标注，客户的图纸你是不可以修改的，如果需要修改。必须征得客户的同意。这个过程在工厂里叫图纸转换，图纸转换后应该包括尺寸精度、形状位置精度、表面粗糙度、技术要求等内容。工厂里首先就要进行图纸转换工作。已经按MT5级精度标注好尺寸偏差的如下图2材料：PP（聚丙烯）材料：PP（聚丙烯）图2已经按MT5级精度标注好有尺寸和偏差的图确定精度和具体的偏差值是按下表1和表2取得的；表1确定精度的表表2确定偏差值的表★脱模斜度与收缩率的确定为了便于使塑料件顺利地脱出模具的型腔和型芯，塑料件上应具有足够和尽可能大的脱模斜度。最好在设计零件时就考虑到斜度。当零件的结构上未设计斜度时（上面的图就没有），则应查书上的表来确定脱模斜度。该塑料件成型部分的脱模斜度采用盒的外面1°，盒的里面0.5°为脱模斜度。目的是使工件尽可能的留在动模一侧。收缩率查表3PP为1%~2.5%，即0.01~0.025。塑料名称成形收缩率(%)塑料名称成形收缩率(%)塑料名称成形收缩率(%)ABS0.3~0.8PA0.6~2.5POM0.8~3.5AS0.2~0.7PA-60.5~2.2PP1.0~2.5CA0.3~0.8PA-660.5~2.5PPO0.5~0.7CAB0.4~0.5PA-6101.2PPS0.6~1.4CAP1PA-6121.1PS0.2~1.0CP0.4~0.5PA-111.2PVA0.5~1.5EC0.4~0.5PA-120.3~1.5PVAC0.5~1.5EPS0.4PAR0.8~1.0PVB0.5~1.5FEP3.0~4.0PBT1.3~2.4硬质PVC0.1~0.5FRP0.1~0.4PC0.4~0.7软质PVC1.0~5.0EVA0.5~1.5PCTFE0.2~2.5PVCA1.0~5.0HDPE1.2~2.2PE0.5~2.5PVDC0.5~2.5HIPS0.2~1.0PET2.0~2.5PVFM0.5~1.5LCP0.1~1.0PES0.5~1.0SAN0.2~0.6LDPE1.5~3.0PMMA0.2~0.8SB0.2~1.0表3塑料制品的脱模斜度在一般的情况下，其原则是脱模斜度为30’~1o30’。当塑料制品的有特殊要求或精度要求较高时，应该用较小的斜度，外表面可以小至5’，内表面可以小至10’~20’。高度不高的塑料制品还可以不要脱模斜度。尺寸较高、较大的塑料制品选用较小的斜度，形状复杂、不易脱模的塑料制品应用较大的斜度。塑料制品上有凸起、加强肋应有4o~5o的斜度，侧壁有皮革花纹的应有4o~6o的斜度。塑料制品壁厚度大的，应用较大的斜度。在开模的时候，为了让塑料制品留在凸模上，内表面的斜度比外表面的斜度小。相反，为了让塑料制品留在凹模上，外表面的斜度比内表面的斜度小。脱模斜度示意★模具成型零件的计算（成型零件即型腔和型芯）※对于简单的、尺寸少的、标准的几何图形零件，一般用手工进行计算型腔和型芯的各尺寸与偏差就可以了,再把计算结果在型腔和型芯模板上直接做出来.※但对于复杂的、尺寸多的、曲面的几何图形零件，就不能用手工进行计算型腔和型芯的各尺寸与偏差了，一定要在三维软件里进行实体分模以得到型腔和型芯的各尺寸与偏差,不需要手工进行计算。手工进行计算的步骤如下:1）型腔方面的计算：2）型芯方面的计算：图3所示的方盒尺寸已经根据在图2的基础上再把脱模斜度绘制上了的供制造型腔、型芯之用的该塑料模具尺寸图。（也就是该塑料件处于熔体状态时在型腔、型芯内的尺寸）图3已经根据收缩率2%、脱模斜度外1度和内0.5度做出的该塑料件型腔与型芯尺寸图。★注塑机的初步选择根据工件质量（克）或体积（cm3）和模具的胀型力（涨开力）来选择注塑机的原则；1）、该塑料零件的质量（克）经三维软件的质量特性查询结果（简单零件也可以手工计算）：质量为32.11克，一模二腔为64.22克，加上流道的凝料（凝料在没有出图的情况下，可以以30%的总工件质量为准）：64.22克×30%=19.27克。那么，总质量为64.22克+19.27克=83.49克。2）、该塑料零件的体积（cm3）经三维软件的质量特性查询结果（简单零件也可以手工计算）：体积为26.76（cm3）一模二腔为53.52（cm3），加上流道的凝料：53.52（cm3）×30%=16.06（cm3）。那么，总质量为53.52（cm3）+16.06（cm3）=69.58（cm3）。3）、模具胀型力的的计算：高压塑料溶体（一般在20~40Mpa/mm2选取）在充满型腔的时候，会产生把模具之分型面涨开的力，这个力的大小是等于工件和流道凝料在分型面上的投影面积mm2和型腔内压力的乘积。据此原理，其表达公式为：其中；F涨→高压塑料融体在分型面上的涨开的力，单位N。（牛）P压→高压塑料融体对分型面方向上的平均压力，单位Mpa。（兆帕）n→一模多腔的腔数。A投→工件在分型面上的投影面积，单位mm2。（平方毫米）A浇→流道凝料在分型面上的投影面积，单位mm2。（平方毫米）在选择注塑机的时候还必须使F涨约≤注塑机锁模力的80%。同时，在选择注塑机的时候也必须使模具内塑料质量（克）约为注塑机注射量（克）的80%或在选择注塑机的时候必须使模具内塑料体积cm3约为注塑机注射体积cm3的80%。本例计算经过如下：上面的克和体积已经计算过，下面只计算注塑机的锁模力。50mm×50mm×2腔×1.3（即30%为凝料面积）÷0.8×40Mpa=325kN（千牛）或32.5T（吨）。因此，我们可以选定我国卧式注塑机的型号为：XS-ZY-125（上海塑机厂），其主要参数是；125cm3、锁模力90吨（900kN）、定位圈直径100mm，定位圈深度10mm，注塑机喷嘴SR12、喷嘴孔径4mm。在设计的时候必须取得注塑机的下面图形资料。图4XS-ZY-125注塑机安装图★如何选择标准注塑模架在开始设计模具前，先草绘型腔的布置图以决定定模板的长和宽，再选择相近的注塑模架：这里选大水口注塑模模架，即我国国标GB/T12556.1-1990的A1型模架。定、动模板的长、宽为300×200mm。在设计中，选择中小型模架的时候一般不必对成型零件进行强度计算，用选择标准模架的方法就可以了。因为模架在很多工厂是自制的，所以模架的定、动模板的长、宽和厚度以及结构零件也是可以略微改变的。（在实际的操作时，直接选用香港“龙记”CAD标准模架就可以了）。选择香港“龙记”CAD标准模架的主要尺寸数据如下图5；导套，长度自定标准注塑模架导柱，长度自定标准注塑模架注塑模架用内六角螺栓，长度自定图5香港“龙记”CAD标准模架设计其它零件时，参照该标准注塑模架的尺寸，灵活运用。例如动、定模板的厚度是根据型腔的深度、冷却水道的布置来决定的，而不是标准注塑模架所标的35mm尺寸。★上面的一切资料、数据都准备好了，下面我们就可以开始模具的设计1）总装配图见图6、图7，图6总装配三维图图7总装配工程图2）部分主要零件图图8型腔板或动模板或凹模板图9-9型芯固定板或动模板型腔板或动模板图9-10拉料杆图9-11浇口套图9-12型芯9.3塑料模具设计程序塑料模具设计程序包括以下顺序与内容；9.3.1接受任务成型塑料制件（产品）的任务通常由上级部门下达，其内容如下：⑴经过审签的正规制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度、技术要求等。⑵塑料制件的样品。⑶生产纲领。（即年产量或月产量）当模具工程师接受任务后，模具工程师就可以开始以塑料制件的图纸或样品为依据来设计模具了。9.3.2收集、分析、消化原始资料收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。⑴消化塑料制件图，尽量了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。⑵本公司现有设备型号、加工能力的情况考虑将要设计的模具结构等是否恰当，能否落实。9.3.3确定成型方法采用注射成型法、压缩成型法、挤出成型法、还是其它成型法，根据具体情况确定。9.3.4初选择成型设备要初步估计模具外形尺寸并且考虑设计时该模具能否在本公司的成型设备上安装和使用（尽量避免外加工）。还应当了解以下内容：例如对于注射机来说；注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见附录各成型设备的相关参数。如果使用其他成型设备也应如此。9.3.5确定模具结构⑴确定模具类型如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、注射模、挤出模、吹塑模等。⑵确定模具类型的主要结构选择合理的模具结构在于确定成型设备，合理的型腔数，模具能够满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。影响模具结构及模具个别系统的因素很多，与模具工程师的实践经验有相当的关系。①确定分型面。分型面的位置要有利于模具加工，排气、