3259 瓶蓋注射模設計,瓶蓋,注射,設計
1湖南大學衡陽分校畢 業(yè) 設 計課 題 瓶蓋注射模設計專 業(yè) 模具設計與制造班 級 2003 級模具二班學生姓名 魏德建指導老師 李良喜2006 年 5 月 20 日2目 錄一、 塑件的分析 ……………………………………… (3) 二、 型腔數(shù)目的確定及排布 ……………………………(5)三、 注射機的初步選擇 ……………………………… (6)四、 澆注系統(tǒng)的設計…………………………………(7)五、 分型面與排氣槽設計……………………………(9)六、 成形零件的設計…………………………… (11)七、 導向機構的設計…………………………… (17)八、 推出機構的設計…………………………… (19)九、 溫控系統(tǒng)的設計………………………………(19)十、 注射機的參數(shù)校核 ……………………………… (22)十一、設計小結 …………………………………(23)十二、參考文獻 ……………………………………(24)3第一部分 塑件的分析一、塑件的使用要求耐用，耐磨，可以承受較大的沖擊力，不易摔壞；好看，有光澤表面較光滑；化學性質(zhì)穩(wěn)定，可以耐高溫（一般低于 100oC） ，耐化學腐蝕。二、塑件的材料選擇及其材料的介紹根據(jù)塑件的用途及其使用要求，選用 ABS 塑料。ABS 的介紹：1.名稱 中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物英文名：Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer2.基本特性 無毒無味，呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤，密度在 1.02~1.05g/cm3,其收縮率為 0.3~0.8%。ABS 吸濕性很強，成型前需要充分干燥，要求含水量小于 0.3%。流動性一般，溢料間隙約在 0.04mm。ABS 有極好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。3.成型特點 ABS 在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設計時應注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的陰力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在450~60oC，要求塑件光澤和耐熱時，應控制在 60~80 oC。4.主要技術指標比容：0.86~0.98cm 3/g。 熔點：130~160 oC吸水性：0.2~0.4% (24h)熱變形溫度：4.6×10 5Pa---- 90~108oC18.0×105Pa---- 83~103oC屈服強度: 50MPa拉伸彈性模量：1.8GPa抗彎強度：80MPa5.ABS 的注射工藝參數(shù)注射機類型： 螺桿式螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）： 30~60 噴嘴形式： 直通式噴嘴溫度（ oC）： 180~190料筒溫度（ oC）： 前 200~210 中 210~230 后 180~200模溫（ oC）： 50~70注射壓力（MPa）： 70~90保壓力（MPa）： 50~70注射時間(s)： 3~5保壓時間(s)： 15~30冷卻時間(s)： 15~30成型周期(s)： 40~705三、 塑件的形狀及其尺寸塑件的工作條件對精度要求較低，根據(jù) ABS 的性能可選擇其塑件的精度等級為 5 級精度（查閱《塑料成型工藝與模具設計》P66 表 3-8） 。經(jīng)計算得塑件的底面積為：S 塑=530.66mm 2得塑件的體積為：V 塑=2.49cm3塑件的質(zhì)量為：W 塑 =V 塑×r 塑=2.62(g)。塑件圖：第二部分 型腔數(shù)目的決定及排布已知的體積 V 塑或質(zhì)量 W 塑 ，又因為此產(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的小型塑件，綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等各種因素，初步6確定采用一模四腔對稱性排布。排布圖如下圖示：型腔數(shù)目及排布圖第三部分 注射機的初步選擇一、注射量的計算：Q=4×2.62=10.48 (g)二、初步選擇：XS-ZY-125 型注射機三、XS-ZY-125 型注射機的主要參數(shù)額定注射量(cm 3)： 125螺桿直徑 (mm): 42注射壓力 (MPa): 120注射行程（mm）： 115注射時間（s） : 1.57注射方式 ： 螺桿式 合模力 kN : 900最大注射面積（cm 2）： 320最大開（合）模行程（mm ）： 300模具最大厚度（mm）： 300模具最小厚度（mm）： 200噴嘴圓弧半徑（mm）： 12噴嘴孔徑（mm）： 4第四部分 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)的設計是注射模設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注射成形周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度等）都直接影響。一、設計時須遵循如下原則1.結合型腔布局考慮；2.熱量及壓力損失要??；3.確定均衡進料；4.塑料耗量要少；5.消除冷料；6.排氣良好。8二、澆注系統(tǒng)的組成普通流道澆注系統(tǒng)一般由主流道，分流道，澆口和冷料穴等四部分組成。三、澆注系統(tǒng)設計為使塑件去掉澆口方便，并結合物料特性，以及塑件的形狀，以采用潛伏式點澆口為宜。1. 主流道尺寸 根據(jù)該塑件體積及表 3-10，可得體積流率 Q=（4×2.49）/1.6≈6.55cm 3/s,取主流道中熔體流動rs=5×103s-1,由圖 3-56r-Q-Rn 關系曲線圖，可得Rn=4.50mm,故得主流道大端尺寸 D=2Rn=9. mm，小端尺寸由注射機噴嘴尺寸，取 d=4mm,SR=12+2=14mm。主流道的形狀和尺寸如圖所示：.2. 澆口套圖:92.分流道尺寸 為使四澆口能同時進料，各分流道按平衡式布置，故熔體在各分流道中的流速，為使分流道易于加工和頂出凝料系統(tǒng)容易，采用設在模具一邊的梯形形分流道。梯形大底邊寬度: B=0.2654×4.83×3.9=5 梯形高度: H=0.67×B=3.353.為了塑件表面質(zhì)量及美觀采用側(cè)澆澆口,其尺寸 d=0.15×6.7=1 4.冷料穴 底部設計成帶有球頭形拉料桿的冷料穴，目的是捕集料流前鋒的“冷料” ，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質(zhì)量。該模具澆注系統(tǒng)的尺寸如圖所示10模具澆注系統(tǒng)圖第五部分 分型面與排氣槽設計分型面為定模與動模的分界面。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成形的先決條件。一、分型面的選擇原則1.使塑件在開模后留在有動模上；2.分型面的痕跡不影響塑件的外觀；3.澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排；4.使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上；5.使塑件易于脫模。二、分型面的設計 如下圖所示：11分型面圖三、排氣槽設計當塑料熔體填充型腔時,必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈,一方面將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會導致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋） ，同時積存的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設計型腔時必須考慮排氣問題。有時在注射成型過程中，為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強度，還需在塑料最后充填到的型腔部位開設溢流槽以容納余料，也可容納一定量的氣體。通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點的固定型芯端部與模板的配合間隙進行排氣，其間隙為0.03~0.05mm。12第六部分 成形零件設計一、成型零件的結構設計1.凹模 采用整體式凹模2.凸模 由于塑件帶有螺紋，為了簡化模具的加工工藝，凸模設計成活動鑲塊的形式，活動鑲塊的固定方式如下圖所示：活動鑲塊的固定方式二、成型零件工作尺寸的計算1.產(chǎn)生偏差的原因①.塑料的成型收縮 成型收縮引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因有：預定收縮率（設計算成型零部件工作尺寸所用的收縮率）與制品實際收縮率之間的誤差；成型過程中，收縮率可能在其最大值和最小值之間發(fā)生的波動。σ s=(Smax-Smin)×制品尺寸σ s —— 成型收縮率波動引起的制品的尺寸偏差。Smax、S min —— 分別是制品的最大收縮率和最小收縮率。 13②.成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和裝配偏差。③.成型零部件的磨損２.本產(chǎn)品為抗沖ＡＢＳ制品，屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件，預定的收縮率的最大值和最小值分別?。?6%和０.3％。此產(chǎn)品采用５級精度，屬于低精度制品。因此，凸凹模徑向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù) x 取值可在 0.5~0.75 的范圍之間，凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機械加工的型腔和型芯的制造公差可達到 IT７～ IT８級，綜合參考，相關計算具體如下：型腔徑向尺寸的計算：LM1=[(1+(Smax+Smin)/2)Ｌs l-0.5Δ] +δZ 0 = [(1+0.45%)×26-0.5×0]+0/30=37.4 mmLM2=[(1+(Smax+Smin)/2)Ｌs 2-0.5Δ] +δZ 0 = [(1+0.45%)x10.2-0.5×0.20]+0030=14.78+0.030 mm型腔深度尺寸的計算： 圖 2：H M1=[(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5Δ] +δZ 0+δZ 0= [(1+0.45%)×8.5-0.5×0]=12.325 mm圖 1 HM2=[(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5Δ] +δZ 0= [(1+0.45%)×4.5-0.5×0.15] +0.050 14=6.45 +0.050 mm 型芯的徑向尺寸的計算：lM1=[(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.5Δ] 0-δZ= [(1+0.45%)×6.99+0.5×0.40]0-0.15/=10.330-005 mmlM2=[(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.5Δ] 0-δZ= [(1+0.45%)×6.05+0.5×0.40]0-0.15/=8.970-005 mm型芯深度尺寸的計算： hM=[(1+(Smax+Smin)/2)hsl+0.5Δ] 0-δZ= [(1+0.45%)×4+0.5×0.15]0-0.15/3=5.8750-0.08 mmCm±δ z/2 =（1+045%）×15±δ z/2 =21.75±0.075 mm圖 1 圖 215羅紋型芯工作尺寸圖計算螺紋型芯的工作尺寸：螺紋型芯大徑： (dM 大 )0-δz =[(1+ sˉ)ds 大 +Δ 中 ] 0-δz螺紋型芯中徑： (dM 中 )0-δz =[(1+ sˉ)ds 中 +Δ 中 ] 0-δz螺紋型芯小徑： (dM 小 )0-δz =[(1+ sˉ)ds 小 +Δ 中 ] 0-δzdM 大 , dM 中 , dM 小 ——— 分別為螺紋型芯的大，中，小徑；ds 大 ， ds 中 ，d s 小 ——— 分別為塑件內(nèi)螺紋大，中，小徑基本尺寸；Δ 中 ———塑件螺紋中徑公差；δz———螺紋型芯的中徑制造公差，其值取 Δ/5。則 (dM 大 )0-δz =[(1+0.45%)×20+0.15]0-0.03=29.150-0.03(dM 中 )0-δz =[(1+0.45%)×19.7+0.15]0-0.03=28.7150-0.03(dM 小 )0-δz =[(1+0.45%)×19.4+0.15]0-0.03 =28.280-0.03三、成型零件的強度、剛度計算注射模在其工作過程需要承受多種外力，如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過大，注射模及其成型零部件將會產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形，引起成型零部件在它們的對接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙，由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象，從而導致整個模具失效或無法達到技術質(zhì)量要求。因此，在模具設計時，成型零部件的強度和剛度計算和較核是必不可少的。16一般來說，凹模型腔的側(cè)壁厚度和底部的厚度可以利用強度計算決定，但凸模和型芯通常都是由制品內(nèi)形或制品上的孔型決定，設計時只能對它們進行強度校核。因在設計時采用的是整體式圓形型腔。因此，計算參考公式如下：側(cè)壁：按強度計算：按剛度計算：底部：按強度計算：按剛度計算：凸模、型芯計算公式：按強度計算：按剛度計算：由公式分別計算出相應的值為：按強度計算得：t c=4.5mm th=6.1mm r=7mm按剛度計算得：tc=1.18mm th=0.79mm r=1.65mm)12(??mpcrt?)1((??urPEtmpc?3 41758.0pmhErPt??pmPLr??2?34pmEPr???17參數(shù)符號的意義和單位：Pm 模腔壓力（ MPa）E —— 材料的彈性模量（MPa）查得 2.06×105；—— 材料的許用應力（MPa）查得 176.5；u —— 材料的泊松比 查表得 0. 25；—— 成型零部件的許用變形量（mm）查得 0.05；采用材料為 45，調(diào)質(zhì)，≥200HBS。第七部分 導向機構的設計導柱導向機構是保證動定?；蛏舷履：夏r，正確定位和導向的零件。一、 導柱導向機構的作用1.定位件用 模具閉合后，保證動定模或上下模位置正確，保證型腔的形狀和尺寸精確，在模具的裝配過程中也起定位作用，便于裝配和調(diào)整。2.導向作用 合模時，首先是導向零件接觸，引導動定模或上下模準確閉合，避免型芯先進入型腔造成成型零件損壞。3.承受一定的側(cè)向壓力。二、 導柱導套的選擇1. 導柱導套結約形式及尺寸如下圖：p?p?18導柱的結構形式其材料采用 T8A 經(jīng)淬火處理，硬度為 50~55HRC。導柱、導套固定部分表面粗糙度 Ra 為 08μm，導向部分表面粗糙度 Ra 為0.8~0.4μm。具體尺寸如上圖所示。導柱、導套用 H7/k6 配合鑲?cè)肽０濉?.導柱的布置采用等徑導柱不對稱布置，如圖所示。導柱的布置形式第八部分 推出機構的設計19一、推出機構的組成推出機構由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機構的導向與復位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、推桿墊板、頂板導柱、頂板導套以及推板緊固螺釘。二、設計原則1.推出機構應盡量設在動模一側(cè)；2.保證塑件不因推出而變形損壞；3.機構簡單動作可靠；4.合模時的正確復位。三、推出機構的設計此塑件帶有螺紋，它的型芯是設計成活動鑲塊的形式，所以可以利用活動鑲塊來推塑件，開模時，塑件和鑲塊一起脫模，在模外，用手將塑件旋出。四、復位零件利用彈簧的彈力使推出機構復位第九部分 冷卻系統(tǒng)設計一、注射模冷卻系統(tǒng)設計基本原則：熔體熱量 95%由冷卻介質(zhì)（水）帶走，冷卻時間占成型周期的 2/3。A、 冷卻系統(tǒng)從模具中帶走熱量：Q=KAΔTt/3600 (J)A 冷卻介質(zhì)傳熱面積（m 2）:A=πdL。ｄ 冷卻管道直徑（m）; 20L 冷卻管長度（m）;K 冷卻管壁與介質(zhì)間的傳熱膜系數(shù)〔J/（m 2hC）K=0.032x /d(vd / )0.8( gC/ )0.4 .W????W?冷卻水的平均導熱系數(shù)(w(/mk))；W?f 與冷卻介質(zhì)溫度有關的物理系數(shù)；g 重力加速度（m/s ）2v 冷卻介質(zhì)在管中流速（m/s）;ρ 冷卻介質(zhì)在該溫度下的密度〔kg/m 3〕,水在30℃時取為 0.996×103kg/m3。d. 冷卻管直徑；△T 模溫與冷卻介質(zhì)的平均溫差（℃） ；t 冷卻時間； 水溫與 f 關系平均水溫 20 25 30 35 40 45f 6.45 6.84 7.22 7.60 7.98 8.31二、冷卻管尺寸（直徑 d，長度 L、面積 A=∏dL ）1.忽略其他散熱，冷卻介質(zhì)流量。V=WQ /（ （t -t ） ） (m /min)1C?123C 介質(zhì)比熱 J/kg. C，水為 4.187x10 ；1 o 3W 單位時間內(nèi)注入模具中塑料重量（kg/min）;Q 塑料熔體的單位熱量（J/kg）;1冷卻介質(zhì)密度（kg/ m ）,水為 10 kg/ m? 33212.經(jīng)驗確實管道直徑：3.冷卻水對其通道表壁傳熱系數(shù)的簡化公式：當冷卻水平均溫度在２0 C 以上，Ｒe=6 x10 時，其計算o 4~3結果產(chǎn)生誤差在 ２％以內(nèi)：?K=2041x(1-0.015 )v /d??87.013為冷卻水平均溫度；??4.計算流量 V=W Q /（1)(21tC??=2.62x10 6?min3初步確定冷卻水道 d=8mm;流速為 =Q/πd?2=1.31x10 m/s?管子的長度 L=60WQ /k1t?熱傳導面的平均溫度與冷卻水平均溫度的差值，其中t?冷卻的平均溫度為冷卻水在進口處和出口處溫度的平均值。直徑 流速 流量8 1.66 5.0x10310 1.32 6.2 x10 312 1.10 7.4 x1015 0.87 9.2 x10 320 0.66 12.4 x1022第十部分 注射機的參數(shù)校核一、塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核注射成型時，塑件在模分型面的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需鎖模力也就越大，若超過注射機的允許最大成型面積，則在成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象。因此有：塑件總的投影面積 nA 與澆注系統(tǒng)的投影面積 之和要小1 A2于最大成型面積 A。 nA +A
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