塑料模具課程設計--沖壓模具的總體設計

1、<p>　　《塑料成型方案擬定及模具設計與制造》課程設計任務書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 塑件的工藝分析</p><p><b>　　1.1 任務要求</b></p><p>　　1.2 原料ABS的成型特性和工藝參數(shù)</p&g

2、t;<p>　　1.3 塑件的結構工藝性</p><p>　　第二章 注射設備的選擇</p><p>　　2.1 注射成型工藝條件</p><p><b>　　2.2 選擇注射機</b></p><p>　　第三章 型腔布局與分型面的選擇</p><p><b>　

3、　3.1 塑件的布局</b></p><p>　　3.2 分型面的選擇</p><p>　　第四章 澆注系統(tǒng)的設計</p><p>　　4.1主流道和定位圈的設計</p><p><b>　　4.2 分流道設計</b></p><p><b>　　4.3 澆口的設計<

4、;/b></p><p><b>　　4.4冷料穴的設計</b></p><p>　　4.5 排氣系統(tǒng)的分析</p><p>　　第五章 主要零部件的設計計算</p><p>　　5.1 型芯、型腔結構的確定</p><p>　　5.2 成型零件的成型尺寸</p><

5、p>　　第六章 成型設備的校核</p><p>　　6.1、注射成型機注射壓力校核</p><p>　　6.2、注射量的校核</p><p>　　6.3、 鎖模力的校核</p><p>　　6.4、安裝尺寸的校核</p><p>　　6.5、推出機構的校桉</p><p>　　6.6

6、、開模行程的校核</p><p><b>　　相關零件圖</b></p><p><b>　　設計總結</b></p><p>　　第一章 塑件的工藝分析</p><p><b>　　1.1 任務要求</b></p><p>　　圖 1 盒 蓋

7、</p><p>　　1.2原料ABS的成型特性和工藝參數(shù)</p><p>　　ABS是目前產量最大、應用最廣的工程塑料。ABS是不透明非結晶聚合物，無毒、無味，密度為1.02～1.05 g／cm3。ABS具有突出的力學性能，堅固、堅韌、堅硬；具有一定的化學穩(wěn)定性和良好的介電性能；具有較好尺寸穩(wěn)定性，易于成型和機械加工，成型塑件表面有較好光澤，經過調色可配成任何顏色，表面可鍍鉻。其缺點是耐

8、熱性不高，連續(xù)工作溫度約為70℃，熱變形溫度約為93℃，但熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍等都高；耐候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。可采用注射、擠出、壓延、吹塑、真空成型、電鍍、焊接及表面涂飾等多種成型加工方法。</p><p><b>　　ABS的成型特性：</b></p><p>　　(1)ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理，表面光澤要求高的塑件應長時間

9、預熱干 </p><p>　　(2)流動性中等，溢邊值0.04 mm左右。</p><p>　　(3)壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小，塑件尺寸精度高。</p><p>　　(4)ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。</p><p>　　(5)ABS的表觀黏度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設計中大都采用點澆口形式。&l

10、t;/p><p>　　(6)頂出力過大或機械加工時塑件表面會留下白色痕跡，脫模斜度宜取2°以上。</p><p>　　(7)易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力。</p><p>　　(8)易采用高料溫、高模溫、高注射壓力成型。在要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50～60℃，而在強調塑件光澤和耐熱時，模具溫度應控制在60～80℃。<

11、;/p><p>　　由設計任務書可知該塑件產量20萬件，生產類型屬中批量生產，塑件材料為ABS。</p><p>　　綜上分析，該塑件可采用注射成型加工，考慮采用一模多腔、快速脫模以及成型周期不太長的模具，同時模具造價要適當控制。在注射成型生產時，該塑件結構簡單，無特殊的結構要求和精度要求，只要工藝參數(shù)控制得當，該塑件是比較容易成型的。</p><p>　　該塑件尺寸精

12、度無特殊要求，尺寸均為自由尺寸，查《塑料成型工藝與模具設計》表3-1、3-2 選MT7，主要尺寸公差見下表1：</p><p>　　該塑件為盒蓋，則表面要求光滑，表面粗糙度可取Ra=0.8m，塑件內部表面粗糙度可取Ra＝3.2m。</p><p>　　1.3塑件的結構工藝分析</p><p>　?、庞蓤D可知該，該塑件結構簡單無須設置側向分型與抽芯機構，壁厚均勻，圓角

13、過度，符合最小壁厚要求。</p><p>　?、茷轫樌撃?，脫模斜度如圖設為1°</p><p>　　第二章 注射設備的選擇</p><p>　　2.1注射成型工藝條件</p><p>　　通過軟件三維造型得盒蓋的體積為V=18.07，根據(jù)《簡明模具設計手冊》可查出ABS的密度為1.04g/ ,則塑件的質量W=Vρ=18.79g

14、</p><p>　　根據(jù)塑件本身的幾何形狀及生產批量確定型腔數(shù)量塑件結構簡單，生產批量大，為了提高生產效率采用一模兩腔的模具結構型腔平衡布置在型腔板兩側。</p><p>　　確定注塑成型的工藝參數(shù)</p><p>　　根據(jù)塑件的結構和成型性能，查《塑料模具成型工藝與模具設計》表2-2初步確定注射成型工藝參數(shù)，見下表2：</p><p>　

15、　塑件注射成型工藝卡的編制表3</p><p><b>　　2.2選擇注射機</b></p><p>　　由于塑件采用注射成型工藝，使用一模兩腔的分布方式，則可計算出一次注射成型過程中所用的塑料量</p><p>　　W=2W+W=2X18.79X(1+40%)=52.61g</p><p>　　根據(jù)一次注射量分析，以及

16、考慮塑料的品種、塑件結構、生產批量及注射工藝參數(shù)、注射模具尺寸大小等因素,查《簡明塑料模具設計手冊》表3-4，初選XS—ZY—125型塑料成型注射機，注射機主要技術參數(shù)如下表4</p><p>　　第三章 型腔布局與分型面設計</p><p>　　3.1塑件在型腔中的布局 </p><p>　　在保證澆注系統(tǒng)分流道的流程短、模具結構緊湊、模具能正常工作的前提下，盡

17、可能使得模具型腔對稱、均衡、取件方便。由于，該塑件結構簡單，無需測分型，則采用左右對稱分布在模板兩側，如圖所示</p><p>　　圖2 塑件的型腔分布</p><p>　　3.2 分型面的選擇</p><p>　　不論塑件的結構如何，采用何種設計方法都必須首先確定分型面，模具結構很大程度上取決于分型面的選擇。為保證塑件能順利分型，主分型面應首先考慮選擇在塑件的外

18、形的最大輪廓處。該塑件為塑料殼，外形表面質量要求較高。在選擇分型面時，根據(jù)分型面的選擇原則，考慮不影響塑件的外觀質量，便于清除毛刺及飛邊，有利于排除模具型腔內的氣體，分模后塑件留在動模一側，便于取出塑件等因素，分型面應選擇在塑件外形輪廓的最大處，如圖</p><p>　　圖3 塑件的分型面</p><p>　　第四章 澆注系統(tǒng)的設計</p><p>　　4.1主

19、流道和定位圈的設計</p><p>　　澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口、冷料穴等四個部分組成?？紤]到塑件的外觀要求高，外表面不允許有成型斑點和熔接痕，以及一模兩腔的布置，ABS對剪切速率較為敏感等情況，澆口采用方便加工修整、凝料去除容易且不會在塑件外壁留下痕跡的側澆口，模具采用單分型面結構兩板模，模具制造成本比較容易控制在合理的范圍，澆注系統(tǒng)設計如圖 所示</p><p>　　圖5

20、澆注系統(tǒng) 圖6 澆口套 定位圈</p><p>　　主流道是熔料注入模具最先經過的一段流道，直接影響到填充時間及流動速度。主流道太小，熔料流動過程中冷卻面相對增大，熱量消耗大，注射壓力損失大，但主流道太大會造成塑料損耗大，冷卻時間長，發(fā)生旋渦及紊亂，要求機床可塑化能力增大。則必須選擇恰當尺寸的流道。查《簡明塑料模具設計手冊》，由經驗公式，可計算出主流道是尺寸，如下</p&

21、gt;<p>　　主流道與噴嘴的關系為：SR＝R+(1～2)mm，d＝d+1 mm，則主流道球面半徑取SR=12+2=14mm,主流道的小端直徑為d=3+1=4mm。為了便于將疑料從主流道中拔出，將主流道設計出圓錐形，其斜度3～6°，主流道大段約為D=8mm，為了使熔料順利進入分流道，在主流道出料端設計R2的圓弧過渡；為補償在注射成型機噴嘴沖擊力作用下澆口套變形，將澆口套的長度設計得比模板厚度短0.02 mm；澆

22、口套外圓盤軸肩轉角半徑R宜大一些，取R＝3 mm，以免淬火開裂和應力集中。定位圈是用來安裝模具時作定位用的，查資料得到SYS-30型注射成型機的定位圈直徑為55 mm；一般定位圈高出定模座板表面5～10 mm。</p><p><b>　　4.2分流道的設計</b></p><p>　　分流道是熔料從主流道注入型腔前的過渡部分，其作用是通過流道截面及方向變化使熔料平穩(wěn)

23、轉換流向注入型腔。分流道是形狀及尺寸應滿足在相等截面積時其周長為最小的要求，從而可減小熔料散熱面積和摩擦阻力。查《簡明塑料模具設計手冊》表4-11、4-12，選擇U截面的分流道，只切削加工在一塊模板上，加工容易實現(xiàn)，且比表面積不大，熱量損失和阻力損失不太大。查有關經驗表格得，ABS的分流道推薦直徑為4.8～9.5 mm，據(jù)此，該模具的分流道尺寸大小計算設計，如圖所示</p><p>　　圖7 分流道設計<

24、;/p><p><b>　　4.3澆口設計</b></p><p>　　澆口是流道與型腔之間最短的一段距離，能夠增加和控制塑料進入型腔的流速并封閉裝填在型腔內的塑料。</p><p>　　根據(jù)塑件的外形及外觀要求，型腔分布，選用側澆口方式，從塑件的底部進料，去除凝料時不會在塑件的外壁留下澆口痕跡，不影響塑件的外觀。</p><p

25、><b>　　4.4冷料穴的設計</b></p><p>　　采用帶Z形頭拉料桿的冷料穴如圖 所示，設置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼有開模分型時將凝料從主流道中拉出留在動模一側，稍作側向移動凝料便可取出</p><p>　　圖8 冷料穴的設計</p><p>　　4.5排氣系統(tǒng)的設計</p><p&g

26、t;　　型腔內氣體的來源，除了型腔內原有的空氣外，還有因塑料受熱或凝固而產生的低分子揮發(fā)氣體，必須考慮把這些氣體順序排出。一般來說，對于結構復雜的模具，事先較難估計發(fā)生氣阻的準確位置。所以，往往需要通過試模來確定其位置，然后再開排氣槽。排氣槽一般開設在型腔最后被充滿的地方。排氣的方式有利用模具零件配合間隙排氣和開設排氣槽排氣。排氣是塑件成型的需要，而引氣是塑件脫模的需要。對于大型深腔殼體類塑件，注射成型后，型腔內氣體被排除，塑件表面與型

27、芯表面之間在脫模過程中形成真空，難于脫模。若強制脫模，塑件會變形或損壞，因此，必須引入氣體，即在塑件與型芯之間引入空氣，使塑件順利脫模。同時，在分型面處加工幾道淺槽，以便排氣。</p><p>　　第五章 主要零部件的設計計算</p><p>　　5.1 型芯、型腔結構的確定</p><p>　　成型零件直接與高溫高壓的塑料接觸，它的質量直接影響了制件的質量，因此要

28、求成型</p><p>　　零件有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性，應選用優(yōu)質模具鋼制作，還應進行熱處理使其具備50～55 HRC的硬度。</p><p>　　型腔設計：型腔采用整體式型腔，整體式型腔是直接加工在型腔板上的，有較高的強度和剛度，使用中不易發(fā)生變形。</p><p>　　型芯設計：型芯結構設計亦應整體式型芯，可以節(jié)省貴重模具鋼，減少加工</p>

29、;<p>　　5.2成型零件的成型尺寸</p><p>　　該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算，查有關手冊得ABS的收縮率為0.4％～0.7％，故平均收縮率為</p><p>　　Scp＝ (0．4％+0．7％)＝0．55％。</p><p>　　根據(jù)塑件尺寸公差要求，模具制造公差?。?。</p><p><b>　　

30、表5</b></p><p>　　第六章、成型設備的校核</p><p>　　6.1、注射成型機注射壓力校核</p><p>　　注射時螺桿施于熔融塑料單位面積上的壓力稱為注射壓力。設計模具時，成型塑件所</p><p>　　需的實際壓力應小于注射成型機所標定的最大注射壓力，即</p><p><b&

31、gt;　　P>P</b></p><p>　　式中 P一—注射成型機的最大注射壓力，MPa；</p><p>　　P—一成型塑件所需實際注射壓力，MPa，ABS注射壓力值為70～90 MPa。 </p><p>　　本例中，注射成型機的最大注射壓力 P＝119 MPa，滿足上述公式要求，注射壓力足夠。 </p><

32、p>　　6.2、注射量的校核</p><p>　　在一個注射成型周期內，注塑模內所需的塑料熔體總量與模具澆注系統(tǒng)的容積和型腔</p><p>　　容積有關，其值用下式汁算</p><p>　　M

33、 </p><p>　　式中 N——型腔的數(shù)量；</p><p>　　m——單個制品的質量或體積，g或cm；</p><p>　　m——澆注系統(tǒng)和飛邊所需的塑料質量或體積，g或cm；</p><p>　　已知，N＝2，m＝18 .07 cm，

34、經估算m=7.02 cm，則M=43 cm。</p><p>　　XS—Z—60注射成型機的額定注射量為m＝125 cm，為了使注射成型過程穩(wěn)定可</p><p><b>　　靠，應有</b></p><p>　　M＝(0.1—0.8)m ＝12.5—100 cm</p><p>　　因此，該注射成型機的注射量滿足模具的

35、要求。</p><p>　　6.3、 鎖模力的校核</p><p>　　鎖模力是指注射成型機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力。注射成型機鎖模力</p><p><b>　　的校核關系式為</b></p><p><b>　　F≥kpA</b></p><p>　　式中

36、F——注射成型機鎖模力，N，查表得XS—ZY—125型注射成型機的鎖模力為900 kN；</p><p>　　A——塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和(澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積按塑件在分型面上投影面積0.2～0.5倍計算)，m2，估算得本模具的A＝4.9X10；</p><p>　　p——型腔內熔體的壓力，MPa，查表得本塑件的p＝30 MPa；</p><p&

37、gt;　　k一一壓力損耗系數(shù)，一般取1.1～1.2。</p><p><b>　　計算得</b></p><p>　　kpA＝1.2X 30X10X4.9X10＝176.4X10N<F＝900 kN</p><p>　　故注射成型機的鎖模力足夠，滿足鎖模要求。</p><p>　　6.4、安裝尺寸的校核</p

38、><p>　　本模具采用的是D型標準模架(GB／T 12555—2006)，模具的外形尺寸為200 mmX 355 mm。</p><p>　　組成模具閉合高度的模板及其他零件的尺寸有：</p><p>　　定模座板為H＝25 mm；</p><p>　　定模板為H＝70 mm；</p><p>　　推件板為H＝20 mm

39、；</p><p>　　動模板為H＝60 mm；</p><p>　　墊鐵為H＝70 mm；</p><p>　　動模座板為H＝25mm；</p><p><b>　　則該模具閉合高度為</b></p><p>　　H＝25+70+20+60+70+25＝281 mm</p><

40、;p>　　查資料得XS—ZY—125型注射成型機動、定模模板最大安裝尺寸為420 mmX 450 mm，允許模具的最小厚度為H＝200mm，最大厚度H＝300mm，即模具得外形尺寸不超過注射成型機動、定模模板最大安裝尺寸，模具閉合高度滿足Hmin≤H≤H的安裝條件，故</p><p>　　該模具滿足XS—ZY—125型注射成型機的安裝要求。</p><p>　　6.5、推出機構的校桉

41、</p><p>　　各種型號注射成型機的推出裝置的設置情況及推出距離等各不相同，設計模具時，必須了解注射成型機推出桿的直徑、推出形式(是中心推桿還是兩側雙桿推出)、最大推出距離及雙推中心桿距等，以確保模具推出機構與注射成型機的推出機構相適應。</p><p>　　XS—ZY—125型注射成型機的推出形式為有中心及上下兩側設有推桿(機械推出)，由于該模具推力不太大，在XS—ZY—125型注

42、射成型機上采用中心50頂桿推出，在動模座板預留與之匹配的60頂出孔；塑件實際推出距離為30 mm，滿足推出距離要求。</p><p>　　6.6、開模行程的校核</p><p>　　注射成型機的開模行程是有限的，取出制品所需的開模距離必須小于注射成型機的最</p><p>　　大開模距離，本模具為單分型面注射模，XS—ZY—125型注射成型機的最大開模行程與模厚&l

43、t;/p><p><b>　　無關，校核關系式為</b></p><p>　　S>H+H+(5—10)mm</p><p>　　式中 S——注射成型機的最大開模行程，mm，經查資料注射成型機XS—ZY—125型的最大開模行程S＝300 mm；</p><p>　　H——塑件脫模所需的推出距離，mm，該塑件的脫模推出距

44、為30 mm；</p><p>　　H———塑件的高度(包括澆注系統(tǒng)高度)，mm，該塑件的高度為116 mm。</p><p><b>　　計算得</b></p><p>　　H+H+(5—10)＝30+116+10＝156mm<S＝300mm</p><p>　　以上分析證明，XS—ZY—125型注射成型機能滿足

45、要求，故可以采用，根據(jù)校核結論，將XS—ZY—125填人塑件的成型工藝卡中。</p><p><b>　　設計總結</b></p><p>　　通過這次課程設計使我對模具有了更深刻的了解，通過整個模具設計流程，使我掌握了沖壓模具的總體設計思路及在模具設計中經常出現(xiàn)的問題、及處理方法，對設計中的一些常規(guī)方法有了進一步的了解，為以后從事模具行業(yè)打下了基礎。通過計算機輔助實