塑料膠卷盒注射模具設(shè)計(jì)

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1第一章 塑料 HDPE 分析 HDPE 中文名：高密度聚乙烯英文名：High density polyethylene1.1 基本特性無毒、無味、呈乳白色。密度為 0.94～0.965g/cm3,有一定的機(jī)械強(qiáng)度,具有較好的柔軟性、耐沖擊性及透明性，但和其他塑料相比機(jī)械強(qiáng)度低，表面硬度差。聚乙烯的絕緣性能優(yōu)異，常溫下聚乙烯不溶于任何一種已知的溶劑，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何濃度的其他酸以及各種濃度的堿、鹽溶液。聚乙稀有高度的耐水性，長期與水接觸其性能可保持不變。其透水氣性能較差，而透氧氣和二氧化碳以及許多有機(jī)物質(zhì)蒸氣的性能好。在熱、光、氧氣的作用下會(huì)產(chǎn)生老化和變脆。一般使用溫度約在 80 oC 左右。能耐寒，在-60 oC 時(shí)仍有較好的力學(xué)性能，-70 oC 時(shí)仍有一定的柔軟性。全套圖紙加 1538937061.2 成型特性結(jié)晶形塑料,吸濕性小,成型前可不預(yù)熱，熔體粘度小，成型時(shí)不易分解，流動(dòng)性極好,溢邊值為 0.02mm 左右,流動(dòng)性對壓力變化敏感，加熱時(shí)間長則易發(fā)2生分解。冷卻速度快,必須充分冷卻,設(shè)計(jì)模具時(shí)要設(shè)冷料穴和冷卻系統(tǒng)。收縮率大，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大，應(yīng)控制模溫。宜用高壓注射，料溫要均勻，填充速度應(yīng)快，保壓要充分。不宜采用直接澆口注射，否則會(huì)增加內(nèi)應(yīng)力，使收縮不均勻和方向性明顯。應(yīng)注意選擇澆口位置。質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的側(cè)凹時(shí)可強(qiáng)行脫模。1.3 綜合性能壓縮比： 1.84~2.30 熱變形溫度： 1.88MPa---- 48 oC 0.46MPa---- 60~82oC 抗拉屈服強(qiáng)度: 22~39 MPa拉伸彈性模量： 0.84~0.95GPa彎曲強(qiáng)度： 25~40MPa彎曲彈性模量： 1.1~1.4 GPa壓縮強(qiáng)度： 225 MPa疲勞強(qiáng)度： 11 Mpa（10 7周）脆化溫度： -70收縮率： 1.5~3.01.4 HDPE 的注射工藝參數(shù)注射機(jī)類型： 柱塞式噴嘴形式： 直通式噴嘴溫度： 150~170oC料筒溫度： 前 170~200oC 后 140~160oC模溫： 60~70oC注射壓力： 60~100Mpa保壓力： 40~50Mpa注射時(shí)間： 15~60s高壓時(shí)間： 0~3s冷卻時(shí)間： 15~60s3第二章 塑料模的總體設(shè)計(jì)2.1 塑件的形狀尺寸塑件名稱：膠卷盒材料：HDPE產(chǎn)量：中等批量生產(chǎn)圖 2-1 塑件圖塑件的工作條件對精度要求一般，因?yàn)樗芗D中未注公差，所以根據(jù) HDPE4的性能可選擇其塑件的精度等級為 7 級精度。將該塑件分成四部分，得塑件體積： ??3 3224 3322 31796.5295.4150186.901 4)(.5.34.mV mV??????????????????????總查表達(dá)式 1-2-2（見注塑模設(shè)計(jì)與制作教程一書）得：3/4.0cg??因此質(zhì)量： gv032.1 7396.254.0?????2.2 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?yàn)榇水a(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的小型塑件，但制件尺寸、精度、表面粗糙度一般，綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量等各種因素，以及注射機(jī)的型號選擇，初步確定采用一模四腔對稱性排布,分流道直徑可選 1.5~9.5mm。本設(shè)計(jì)取值 4mm。由塑件的外形尺寸和機(jī)械加工的因素，確定采用點(diǎn)澆口，排布圖如下圖示：圖 2-2 型腔數(shù)目及排布圖2.3 注射機(jī)的選擇由于采取的是一模四腔的方案，故其注射總體積及質(zhì)量就是塑件的體積及質(zhì)量的四倍：假設(shè)： gG8?廢由注射機(jī)最大注射量公式得：廢件公利 GK??5——注射機(jī)的公稱質(zhì)量注射量公GK ——注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，取 0.3——塑件的總質(zhì)量件——澆注系統(tǒng)廢料的質(zhì)量廢因此： gG76.3402.???公 公由《塑料模具技術(shù)手冊》表 3-48 查得注射機(jī)的型號為 SZ-100/630，其主要技術(shù)參數(shù)如下：結(jié)構(gòu)型式：臥式理論注射容量：75 3cm螺桿直徑：30㎜注射壓力：224Mpa注射速率：60g/S塑化能力：11.8g/s螺桿轉(zhuǎn)速: 14~200r/min鎖模力: 630KN拉桿內(nèi)間距: 370×320mm移模行程: 270mm最大模具厚度: 300mm最小模具厚度: 150mm鎖模型式: 雙曲肘式模具定位孔直徑: 125?噴嘴球半徑:R15噴嘴口孔徑: m42.4 分型面的選擇塑件冷卻時(shí)會(huì)因?yàn)槭湛s作用而包覆在凸模上，故從塑件脫模件精度要角度考慮，應(yīng)有利于塑件滯留在動(dòng)模一側(cè)，以便于脫模，而且不影響塑件的質(zhì)量和6外觀形狀，以及尺寸精度。第一分型面在定模板與澆道板之間，第二分型面在型腔板與推板之間，分型圖如下圖所示：圖 2-3 分型面圖 1 圖 2-4 分型面圖 22.5 模架的選擇2.5.1 型腔壁厚的計(jì)算對小尺寸型腔，強(qiáng)度不足是主要問題，應(yīng)按強(qiáng)度條件計(jì)算，得型腔側(cè)壁最小厚度： )12(??mpcPrt?r —— 凹模型腔內(nèi)孔或凸型芯外圓的半徑—— 材料許用應(yīng)力p—— 模腔壓力mP成型零件材料選 T12，淬火，低溫回火，硬度大于 55HRC，其 為 700Mpap?mtc 9315.2)1027(16????2.5.2 凹模型腔底部高度rPtpmh 652.701122???2.5.3 模架的選擇由前面對型腔的最小壁厚和底部厚度可以估算得型腔的最小外形尺寸：最小寬度為：32+2×2.9315=37.863㎜最小厚度為：50+6.652=56.652㎜7但是考慮到加工方便，采用組合式凹模，所以還要考慮導(dǎo)柱導(dǎo)套的安放位置，且查得標(biāo)準(zhǔn)值，再由于塑件采取推件板推出，因此選擇模架為基本類型中的 的派生模架，為了方便分型時(shí)定位，增加了限位桿。又因?yàn)樗芗莾纱畏?A型，所以模架采取三板結(jié)構(gòu)。設(shè)置推件板推出機(jī)構(gòu)，它適合于薄壁殼體型塑件，脫模力大以及塑件表面不允許留有頂出痕跡的注射成型模。選擇模架規(guī)格為： GB/T12556-9023320ZA?具體尺寸如下如下：定模坐板厚度：A=43mm中間板厚度：B=24mm型腔板厚度：C=64mm模板：直徑=150mm推板：直徑=142.2mm 高度=32mm型心固定板：高度=48mm動(dòng)模座板：厚度=80mm模具閉合厚度：H=291導(dǎo)柱：d=20mm導(dǎo)套： md201?限位桿：d=20mm8第三章 成型尺寸及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 型腔的內(nèi)徑計(jì)算 ??zz xlsLm???????00)1(——型腔內(nèi)形尺寸—— 塑件外徑基本尺寸sl——塑件公差?——塑件的平均收縮率，取 2.25%x ——綜合修正系數(shù)，取 x=0.5~0.75——模具制造公差，取z? ?)6/1~3(9腔腔圖 4-1 型腔結(jié)構(gòu)圖因?yàn)橹萍D樣上未注公差尺寸的允許偏差，所以采用 7 級公差精度，查表得72.0??24.03??z?所以： 24.001837.)5.1( ???????????zmL?設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖 4-1 所示。3.2 型腔的深度尺寸計(jì)算 ????zSzmxHs???????001——型腔深度尺寸——塑件高度其本尺寸s——塑件公差?——塑料平均收縮率，取 2.25%x——綜合修正系數(shù)，取 x=0.5~0.75——模具成型尺寸設(shè)計(jì)公差z? 3/sm??查表得 8.0??267.03z?所以：267.059?mH3.3 型芯的外徑計(jì)算：10凸 凸圖 4-2 型芯的結(jié)構(gòu)圖????001zz xlsl???????式中： ——型芯外形尺寸z——塑件內(nèi)徑基本尺寸sl——塑件的公差——塑料平均收縮率 2.25%sx ——綜合修正系數(shù)，取 x=0.5~0.75——模具成型尺寸設(shè)計(jì)公差，取z? 3/sm??查表得： 72.0??24.0z?4.03??zsl?3.4 型芯的高度計(jì)算????001zz xhshm???????式中： ——凸模高度尺寸z——塑件內(nèi)形深度基本尺寸 s——塑件公差?——塑料平均收縮率 2.25%x ——綜合修正系數(shù)，取 x=0.5~0.75——模具成型尺寸設(shè)計(jì)公差，z? 3/sm??查表得： 8.0??267.03z?所以： 0267.145??zmh?3.5 澆注系統(tǒng)的初步估計(jì)11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澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證塑件熔體的流動(dòng)平穩(wěn)、流程應(yīng)盡量短、防止型芯變形、整修應(yīng)方便、防止制品變形和翹曲、應(yīng)與塑件材料品種相適用、冷料穴設(shè)計(jì)合理、盡量減少塑料的消耗。根據(jù)塑件的形狀采用推板推出。由于本塑件是圓筒狀制品所以盡可能采取中心進(jìn)料，所以選擇點(diǎn)澆口，雙分型面，分流道采用半圓形截面，分流道開設(shè)在定模板上，在澆道板上采用澆口套, 不設(shè)置冷料穴和拉料桿。圖 4-3 澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)塑件的外形尺寸和質(zhì)量等決定影響因素，初步取值如下：d=5mm D=8mm R=16mm h=5mm d1=0.2mmH1=4mm l=50mm L=43mm a= a1= L1=36mm?2?10主流道呈圓角半徑 ，以減小料流轉(zhuǎn)向時(shí)渡時(shí)的阻力。,63.0Rum＝?mr?主流襯套選用 45#制造，表面淬火大于 55HRC。第四章 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用：1．定位件用：模具閉合后，保證動(dòng)定?；蛏舷履Ｎ恢谜_，保證型腔的形12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(dǎo)向作用：合模時(shí)，首先是導(dǎo)向零件接觸，引導(dǎo)動(dòng)定?；蛏舷履?zhǔn)確閉合，避免型芯先進(jìn)入型腔造成成型零件損壞。3．承受一定的側(cè)向壓力。4.2 導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇一般在注射模中，動(dòng)、定模之間的導(dǎo)柱既可設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)，也可設(shè)置在定模一側(cè)，視具體情況而定，通常設(shè)置在型芯凸出分型面最長的那一側(cè)。因?yàn)橄尬粭U已經(jīng)設(shè)置在定模上，所以導(dǎo)柱應(yīng)該設(shè)置在動(dòng)模上，而且這樣還可以保護(hù)型心不受損傷。所選的導(dǎo)柱、導(dǎo)套按國家標(biāo)準(zhǔn)如下：圖 5-1 導(dǎo)柱導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)具體分布如下圖 5-2 所示。定端與模板間用 H7/m6 或 H7/k6 的過渡配合,導(dǎo)向部分通常采用 H7/f7 或H8/f7 的間隙配合。根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的要求，與導(dǎo)柱同動(dòng)作的彈簧應(yīng)布置 4 個(gè)，并盡可能對稱布置于 A 分型面的四周，以保持分型時(shí)彈力均勻，中間板不被卡死。13圖 5-2 導(dǎo)柱分布圖 14第五章 脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 推出機(jī)構(gòu)的組成推出機(jī)構(gòu)由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)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(dǎo)柱、頂板導(dǎo)套以及推板緊固螺釘。5.2 設(shè)計(jì)原則1．推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動(dòng)模一側(cè)；2．保證塑件不因推出而變形損壞；3．機(jī)構(gòu)簡單動(dòng)作可靠；4．合模時(shí)的正確復(fù)位。5.3 脫模力的計(jì)算因?yàn)樗芗诤衽c其內(nèi)孔直徑之比 0.02 小于 0.05，所以本塑件屬于薄壁殼體塑件，其脫模力計(jì)算公式為： ???NBKutgftLEQ101cos2??????E——塑料的拉伸模量（MPa） ，由表 3-29 查找；——塑料成型平均收縮率（%） ，由表 3-29 查找；?——塑件的平均壁厚（mm）tL——塑件包容型芯的長度（mm）——塑件的泊松比，由表 3-29 查找；u——脫模斜度（塑件側(cè)面與脫模方向之夾角） ；?f——塑料與鋼材之間摩擦系數(shù)，由表 3-29 查找；r——型芯大小端平均半徑（mm） ；B——塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積（ ） ，當(dāng)塑件底部上2m有通孔時(shí)，10B 項(xiàng)應(yīng)視為零；——由 f 和 決定的無因次數(shù)，可由表 3-30 選??；1K?經(jīng)過計(jì)算得 Q=11912.59N因此，脫模力的大小隨塑件包容型芯的面積增加而增大，隨脫模斜度的增加而減小。由于影響脫模力大小的因素很多，如推出機(jī)構(gòu)本身運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻15力、塑料與鋼材間的粘附力、大氣壓力及成型工藝條件的波動(dòng)等，因此要考慮到所有因素的影響較困難，而且也只能是個(gè)近似值。用推件板推出機(jī)構(gòu)中，為了減少推件板與型芯的摩擦，在推件板與型芯間留 0.20~0.25mm 的間隙，并用錐面配合，防止推件因偏心而溢料。5.4 推板脫出機(jī)構(gòu)計(jì)算1．頂件行程： ehS??凸頂——所需頂出行程頂S——型芯成型高度凸e ——頂出行程富裕量mS5980??頂2．開模行程aH121??開a ——中間板與定模分開的距離（mm）H1——塑件推出距離（也可作為凸模高度）mmH2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度 mmS ——注射機(jī)移動(dòng)板最大行程 mmH ——所需開模行程 mm m14603850???開圖 5-1 推板的零件圖圖 5-1 頂桿的零件圖16第六章 排氣溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)塑料熔體填充型腔時(shí),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(huì)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(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋） ，同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須考慮排氣問題。有時(shí)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(qiáng)度，還需在塑料最后充填到的型腔部位開設(shè)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(dòng)型芯以及雙支點(diǎn)的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣，其間隙為 0.03~0.05mm。基本原則：熔體熱量 95%由冷卻介質(zhì)（水）帶走，冷卻時(shí)間占成型周期的2/3。6.2 注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1.冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大、型腔表面的溫度與冷卻水道的數(shù)量、截面尺寸及冷卻水的溫度有關(guān)。2．冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等，當(dāng)塑件壁厚均勻時(shí)，冷卻水道到型腔表面最好距離相等，但是當(dāng)塑件不均勻時(shí)，厚的地方冷卻水道到型腔表面的距離應(yīng)近一些，間距也可適當(dāng)小一些。一般水道孔邊至型腔表面的距離應(yīng)大于 10mm，常用 12~15mm.3．澆口處加強(qiáng)冷卻 塑料熔體充填型腔時(shí)，澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度就越低，因此澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，通常將冷卻水道的入口處設(shè)置在澆口附近，使?jié)部诟浇哪＞咴谳^低溫度下冷卻，而遠(yuǎn)離澆口部分的模具在經(jīng)過一定程度熱交換后的溫水作用下冷卻。4．冷卻水道出、入口溫差應(yīng)盡量小 如果冷卻水道較長，則冷卻水出、入口的溫差就比較大，易使模溫不均勻，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。17冷卻水道的總長度的計(jì)算可公式：L=A/ndπL——冷卻水道總長度 A——熱傳導(dǎo)面積 D——冷卻水道直徑d ——冷卻水通道直徑（m） n——模具上開設(shè)冷卻通道孔數(shù)5．冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置 聚乙烯的收縮率大，水道應(yīng)盡量沿著收縮方向設(shè)置。冷卻水道的設(shè)計(jì)必須盡量避免接近塑件的熔接部位，以免產(chǎn)生熔接痕，降低塑件強(qiáng)度；冷卻水道要易于加工清理一般水道孔徑為 10mm左右，不小于 8mm。根據(jù)此套模具結(jié)構(gòu)。6.3 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中等深度的塑件，采用點(diǎn)澆口進(jìn)料的中等深度的殼形塑件，在凹模底部與型腔表面采用等距離環(huán)型槽冷卻的形式具體如下圖所示：進(jìn) 口出 口圖 6-1 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖根據(jù)牛頓冷卻定律，冷卻介質(zhì)從模具帶走的熱量為（J）?TaAQ??式中 a——冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)間的傳熱系數(shù) （W/ ） ；km?2A—— 冷卻管道壁的傳熱面積（ ）2m——模具溫度與冷卻介質(zhì)溫度之差值（K） ；T——冷卻時(shí)間（s）?由上式可知，當(dāng)需傳遞熱量 Q 不變時(shí)，可通過1．提高傳熱系數(shù) a ，而通過提高冷卻介質(zhì)的流速便可達(dá)到提高傳熱系數(shù)的目的；182．提高模具與冷卻介質(zhì)間的溫差；3．增大冷卻介質(zhì)的傳熱面積 A，而通過開設(shè)水管的尺寸盡可能大，數(shù)量盡可能多就可以增大傳熱面積。6.4 冷卻水孔直徑 d 的計(jì)算假設(shè)塑料在模內(nèi)釋放的熱量全部由冷卻水所帶走，則模具冷卻時(shí)間所需冷卻水的體積流量可按下式計(jì)算： ??min/60321tCGVi????式中 V ——冷卻水的體積流量 ；n/3mG ——單位時(shí)間內(nèi)注入模具的塑料質(zhì)量（kg/h）;——塑料成形時(shí)在模內(nèi)釋放的熱含量（J/kg）i?查表 3-41 得 ;??kgJ/108.2~695?C ——冷卻水的比熱容（J/kg.K） 查表得水為 4.187X103;——冷卻水的密度（kg/ ）;?3m——冷卻水的出口溫度（ ） ；1t c?——冷卻水的進(jìn)口溫度（ ） 。2經(jīng)計(jì)算得 V= ??33510.7821048760. ????????min/所以根據(jù)冷卻水的體積流量可以查表 3-44 得：冷卻水管的直徑為 12mm6.5 求冷卻水在水孔里的流速 v??smdVv /1.60124.3.732 ???????????符合冷卻水的最低流速要求19第七章 注射機(jī)與模具型腔型芯強(qiáng)度校核7.1 注射機(jī)的校核1.最大注射量校核：度件公利 GK??7432.15.708?符合要求2.注射壓力的校核： MpaPpaP1024???注公符合要求3．注射速率的校核：可以用螺桿轉(zhuǎn)速來校注公 V?min/20i/8min/14rrr?4．鎖模力的校核 分注損鎖 APKF取 k=1.1~1.2 Mpa20?注 KN57.3684.12.630??符合要求5．模具閉合厚度校核： 30291maxmin?H符合要求6．開模行程的校核： 27014max?L開符合要求7.2 型腔型芯的強(qiáng)度校核型腔實(shí)際側(cè)壁厚： 863.512??ct20