殼體的注射模設(shè)計

1、殼體的注射模設(shè)計1 緒論1.1 工業(yè)發(fā)展過程中模具的重要地位“工業(yè)之母” 這個詞并不陌生，在發(fā)達(dá)國家人們通常用這個詞語來形容模具工業(yè)，這也是受到國際公認(rèn)的。模具工業(yè)之所以被認(rèn)為是工業(yè)中的關(guān)鍵，是因為利用模具成型有很多的優(yōu)點，比如，加工效率高，加工出的產(chǎn)品質(zhì)量好等；不僅如此，模具成型過程中產(chǎn)生的廢料少，故還可以減少原材料的浪費，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。利用模具來制造各種產(chǎn)品零件已經(jīng)成為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝手段。模具是機械、汽車、電子、通訊、紡織、輕工、航天、航空等工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)工藝裝備之一1。模具影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，首先，模具的型腔尺寸、形狀、表面光潔度、進(jìn)澆口、分型面和排氣槽位置等對產(chǎn)品的機械性

2、能、物理性能、表面光潔度、銀紋、外觀質(zhì)量等都有著顯著的影響。其次，加工過程中，模具的開和模次數(shù)對制件的質(zhì)量也有一定的影響?！澳＞呔褪钱a(chǎn)品質(zhì)量”認(rèn)識和接受這種觀念的人越來越多，由此也可以看出模具的質(zhì)量優(yōu)劣及其發(fā)展水平的高低很大程度上決定著生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度、生產(chǎn)效益、新產(chǎn)品的開發(fā)能力，進(jìn)而決定了企業(yè)的市場競爭力和應(yīng)變能力。隨著科技的進(jìn)步，模具產(chǎn)業(yè)在制造業(yè)中的地位日益提高。從基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)到產(chǎn)業(yè)基石，再到?jīng)Q定性工業(yè)，它的發(fā)展過程是有目共睹的，從那些發(fā)達(dá)國家對于模具工業(yè)的認(rèn)識就可以看出它的重要性了，歐美等國家將其視為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)” ；德國則將其的地位提升為所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工

3、業(yè)” ；日本模具協(xié)會也提出“模具工業(yè)是促進(jìn)社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“進(jìn)入富裕社會的原動力”，是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密” 。1.2 注射模設(shè)計技術(shù)的發(fā)展過程及發(fā)展方向從注射模設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程來看，可以總結(jié)為三個主要的階段2。第一階段是純粹的手工作坊設(shè)計階段。在此階段中注射模的設(shè)計僅僅依靠設(shè)計人員自身的技巧、經(jīng)驗和現(xiàn)有的設(shè)計資料來完成。設(shè)計人員通過這些技巧與經(jīng)驗計算出制件的工藝數(shù)據(jù)，然后還要手工繪制制件的工藝圖等，可以看出這種設(shè)計存在著很大的局限性，如生產(chǎn)效率低、難以保證制件的質(zhì)量，缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)等都是很大的問題。第二階段是通用CAD 、CAM設(shè)計階段。20世紀(jì)70年代，人們已經(jīng)開始意

4、識到手工作坊式的設(shè)計有很多的缺陷，很難滿足高速發(fā)展的時代的步伐。于是人們開始探索新的出路，因此CAD、CAM技術(shù)被用到了模具的設(shè)計中。80年代，UG、Pro E等集成軟件的出現(xiàn)，注射模CAD技術(shù)也發(fā)展起來。隨著科技的發(fā)展，這些集成軟件也很快就成熟起來，這使得注射模具的成型技術(shù)有了很大程度的提高，這種進(jìn)步不僅體現(xiàn)在效率上，更多的是體現(xiàn)在整體的設(shè)計水平上。第三階段是采用專用的注射模CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計階段。通用的CAD、CAM相對于純粹的手工制作在效率和質(zhì)量上有了很大程度的提高，但是通用CAD、CAM系統(tǒng)只是一種幾何建模工具，設(shè)計效率的提高僅限于分析建模速度和提高三維效果，設(shè)計過程人避免不了一定程度

5、的人工干預(yù)。因此，注射模的設(shè)計還需要一種注射模CAD專用系統(tǒng)，以實現(xiàn)注射模設(shè)計過程的高智能化和自動化。2 設(shè)計任務(wù)書塑件名稱外殼圖號SJ03材料ABS生產(chǎn)批量10萬件技術(shù)要求： 1.拔模斜度允許30°； 2.殼體壁厚為2mm。3 塑件成型工藝分析3.1 塑件原材料的成型特性分析ABS是聚苯乙烯的改性產(chǎn)品，它的優(yōu)良性能使得它是目前應(yīng)用最廣泛的工程塑料。其主要信息如下表：表31 ABS的相關(guān)性能3化學(xué)名稱密度物料性能1. 有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，介電性能良好；2. 綜合力學(xué)性能好，有良好的成型性能，用途廣泛；3. 有良好的表面硬度，良好的耐化學(xué)腐蝕性，加工性和染色性能；4. 熱穩(wěn)定性差，熱變

6、形的溫度為93，脆化的溫度為，使用的溫度范圍為；5. 在紫外線作用下容易發(fā)脆變硬。 成型性能1. ；2. 容易產(chǎn)生熔接痕，為避免熔接痕的產(chǎn)生在設(shè)計時應(yīng)考慮到澆注系統(tǒng)對料流的阻力，并盡量減小此阻力；3. ；4. ；5. 表觀粘度對剪切速率的依賴性較強，故選擇澆口形式時應(yīng)選擇點交口；6. 宜采用高注射壓力，高模溫，高料溫成型。對于不同的要求，模具的溫度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，如塑件精度要求較高，溫度可控制在5060，若塑件光澤度要求較高，強調(diào)耐熱時，溫度應(yīng)控制在6080。3.2 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 3.2.1 塑件的尺寸精度分析該塑件標(biāo)注公差的尺寸有屬于一般精度要求，未標(biāo)注尺寸公差的為自由尺寸，按M

7、T5查取公差。塑件的主要尺寸的精度要求如下表所示。表32 塑件主要尺寸（按MT5級精度查?。? mm部位塑件尺寸公 差 外形 尺寸3844324 內(nèi)形 尺寸21.5 孔間距 尺寸2042.718孔尺寸43.2.2 塑件的表面質(zhì)量分析該塑件表面是通過機械加工的方法獲得，表面粗糙度值是1.6，而內(nèi)表面無特殊要求,則內(nèi)部粗糙度值可取3.2。3.2.3 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析(1) 從結(jié)構(gòu)上來看，該塑件外形為四方的殼體，外形結(jié)構(gòu)比較簡單，壁厚比較均勻，滿足最小壁厚的要求，為防止應(yīng)力集中，過渡部分都是圓弧過渡。(2) 塑件型腔較小，有兩個對稱分布的空，孔徑為4mm符合最小孔徑要求。(3) 塑件的底部兩個對

8、稱分布的耳座，內(nèi)壁與底座之間有R0.5mm的圓角過渡。(4) 考慮到塑件的脫模，要在內(nèi)部設(shè)計一定的拔模斜度。經(jīng)過上述的分析，可以認(rèn)定該塑件加工方式可以用注射成型加工。3.3 塑件的生產(chǎn)批量塑件生產(chǎn)批量不同所選的注射機也會有所不同，對模具材料的選用以及模具的結(jié)構(gòu)都有重要的影響。在大批量生產(chǎn)中，生產(chǎn)模具的費用所占比例較小，為提高生產(chǎn)率以及加強模具的壽命，在模具設(shè)計時應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動化程度高、精度及壽命都較高的模具5。小批量生產(chǎn)則相反，應(yīng)該首要考慮減小模具成本，因此應(yīng)選擇容易制造，結(jié)構(gòu)簡單的注射模。此塑件生產(chǎn)批量為10萬件，生產(chǎn)類型屬于中批生產(chǎn)。在選擇模具時要適當(dāng)控制模具的造價，可選用一模多腔，

9、成型周期不長，快速脫模的模具。3.4 注射機的選擇3.4.1 計算塑件體積或重量由殼體的三維立體圖可得其體積V=12.9cm³。ABS的密度為，則塑件的質(zhì)量。3.4.2 確定型腔數(shù)目該塑件的體積為12.9cm³，體積較小，又塑件的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率模具應(yīng)該用一模四腔。3.4.3 塑件的注射工藝參數(shù)表3-3 ABS的注射成型工藝參數(shù)6工藝參數(shù)內(nèi)容工藝參數(shù)內(nèi)容注射機類型螺桿式模具溫度/5070螺桿轉(zhuǎn)速/r.min3060注射壓力/MPa7090噴嘴形式直通式保壓壓力/MPa5070溫度/180190注射時間/s35料筒溫度/前段200210保壓時間/s1530

10、中段210230冷卻時間/s1530后段180200成型時間/s40703.4.4 注射設(shè)備的確定一次注射成型中所用塑料量為：一次注射的注射量：根據(jù)模具的設(shè)計手冊選擇注射機型號為，其具體數(shù)據(jù)如下所示： 表3-4 G54-S200/400注射機的主要技術(shù)參數(shù)6項目數(shù)值項目數(shù)值額定注射量/模板最大行程/mm260螺桿直徑/mm55模具最大厚度/mm406注射壓力/MPa109模具最小厚度/mm165注射行程/mm160噴嘴圓弧半徑/mm18鎖模力/kN2540噴嘴孔直徑/mm4最大成型面積/645動定模固定板尺/(mmmm)5326374 分型面的選擇及澆注系統(tǒng)的設(shè)計4.1 分型面的選擇在注射模設(shè)

11、計過程中分型面的選擇是非常重要的一個環(huán)節(jié)，分型面的位置決定了制件的質(zhì)量，決定了模具的機構(gòu)形式。同時分型面還與塑件的脫模，澆注系統(tǒng)的設(shè)計密不可分。分型面可分為平面式、階梯式、曲面式、斜面式和綜合式。選擇分型面還必須滿足一定的原則。分型面的選擇原則7：(1) 應(yīng)該選擇在塑件輪廓最大處；(2) 應(yīng)有利于塑件的順利脫模，一般情況下開模后塑件留在動模中；(3) 要考慮到塑件的尺寸精度要求并且要保證制件的表面質(zhì)量；(4) 有利于模具的加工；(5) 有利于排氣。 (a) (b) 圖4.1分型面示意圖 依據(jù)制件的結(jié)構(gòu)首選的分型面的位置有上圖 (a)、(b)兩種，(a)(b)兩方案分型面都在塑件的輪廓最大處，但

12、是(a)方案型腔在動模和定模中都有分布，很難保證其加工精度，同時有些尺寸也難以保證。而(b)方案中，能滿足分型面的選擇原則，使得型腔僅分布在動模側(cè)，既保證了加工精度，也能保證尺寸精度。故分型面應(yīng)該選擇在(b)圖所示的位置。4.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計普通的澆注系統(tǒng)由四部分組成，分別為主流道、分流道、澆口、冷料穴。對于澆注系統(tǒng)的設(shè)計，即是對這四個重要的組成部分的形式進(jìn)行選擇，并對其尺寸做出要求。由于其中的某些部分是標(biāo)準(zhǔn)件，故其尺寸大小也應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化。4.2.1 主流道的設(shè)計由表342可知G54-S200/400注射機噴嘴有關(guān)的尺寸如下所示：噴嘴圓弧半徑:噴嘴孔直徑：則主流道球面半徑：mm,取19mm；主

13、流道的小端直徑：，取4.5mm為了便于澆注凝料的取出，主流道應(yīng)該設(shè)計為斜度在的圓錐孔，由d=4.5mm可以算出大端直徑約為10mm；模腔內(nèi)部壓力對澆口套會產(chǎn)生反作用力，為了將其減小，出料端的端面直徑應(yīng)該盡量選小些，可取25mm。為避免加工過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，在主流道出料端與澆口套接觸處應(yīng)設(shè)置圓角過渡，圓角半徑可為2mm。根據(jù)XS-ZY125注射機的主要技術(shù)參數(shù)可知定位孔直徑為100mm，根據(jù)定位圈設(shè)計的相關(guān)原則定位圈應(yīng)該高出定模板(注意定位圈和澆口套為標(biāo)準(zhǔn)件)8。其大致圖形如下： 圖4.2主流道4.2.2 分流道的設(shè)計為了改變流體的流向主流道與澆口之間有一段通道，此通道即為分流道，分流道按其截

14、面的不同分為幾種，此處可選用U形截面的分流道。分流道寬度b在內(nèi)選取R取4mm ；h取5mm;取。 圖4.3分流道 4.2.3 澆口的設(shè)計此塑件尺寸較小，模具采用的是一模兩腔，對于溶液的充填要求較高，塑件的最大面積處為實體，考慮到塑件的形狀選擇采用側(cè)澆口，側(cè)澆口并不僅去除澆口很方便，而且不會影響制件的表面質(zhì)量，不會留下很明顯的痕跡。 l=(0.40.6)+b/2,取l=2 mm; 澆口深度t=0.52.0 mm,取 t=1.0 mm; 澆口寬度b=(0.60.9)A½ /30 mm, 取b=4 mm.圖4.

15、4澆口4.2.4 冷料穴的設(shè)計在澆注過程中在最前端會產(chǎn)生冷料，冷料穴可以貯存冷料同時有助于拉出凝料。點澆口自動脫落裝置可以很好的清除冷料，保證塑件的表面質(zhì)量。在冷料穴的末端還要設(shè)計對應(yīng)的拉料桿，在此模具中選擇用推桿式的拉料桿，它是固定在推桿固定板上的，根據(jù)其拉料部分的形狀的不同可以分為很多類型，此處選擇Z字形的拉料桿，大致形狀如圖所示。 圖4.5冷料穴5 模具設(shè)計方案的論證5.1 型腔數(shù)目及布局的確定塑件的外形是矩形的，結(jié)構(gòu)比較簡單，型腔可以對稱分布，本模具采用的是一模兩腔，型腔平衡分布在模板兩側(cè)。5.2 成型零件的結(jié)構(gòu)5.2.1 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計凹模的結(jié)構(gòu)有整體式和整體嵌入式等，此塑件體積較小，

16、采用多型腔模故選用整體嵌入式凹模，鑲嵌在定模板一側(cè)。此種結(jié)構(gòu)形式有利于節(jié)省制造模具的優(yōu)質(zhì)鋼材，方便日后的更換和維修，減少成本。凹模鑲塊的大小設(shè)計應(yīng)該注意流出足夠的空間來安裝冷卻水道。5.2.2 型芯的設(shè)計型芯有整體式、整體嵌入式以及鑲拼組合式三種形式，此處選用整體嵌入式。嵌入需要一定的裝配方式，可選用最常用的臺肩墊板式。每一制件有兩個小型芯4mm以及一個大型芯44×28mm。兩個小型芯可以安裝在定模板上，大型心安裝在動模板上。5.3 推出機構(gòu)的確定簡單的推出機構(gòu)有三種：推桿推出機構(gòu)、推管推出機構(gòu)、推件板推出機構(gòu)。根據(jù)此外殼的結(jié)構(gòu)及外形形狀可以看出其內(nèi)腔是一個比較有規(guī)則的薄壁，故可以選

17、擇推桿推出機構(gòu)，根據(jù)零件的外形結(jié)構(gòu)分析可知，由于塑件有兩個突出的耳座，這給塑件的分型帶來了一定的麻煩，需要設(shè)計斜滑塊側(cè)向分型的結(jié)構(gòu)，側(cè)向分型的作用力就要求由推出機構(gòu)來提供，因此此處選用推桿是比較合適的。推桿推出比較平穩(wěn)，由于大型芯尺寸較大，可以在其中部鉆孔安裝推桿。5.4 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計為了保證動模和定模在合模過程中正確閉合，模具閉合后保證型腔尺寸和形狀的尺寸精度，模具應(yīng)設(shè)置一定的合模導(dǎo)向機構(gòu)。最常用的導(dǎo)向機構(gòu)是導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)，由于此塑件外形基本對稱且無側(cè)向壓力，故可選用直導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)。此生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，為提高模具的生產(chǎn)精度及壽命，可在模板中加設(shè)導(dǎo)套。設(shè)計導(dǎo)柱時還應(yīng)注意以下問題：(1)導(dǎo)

18、柱的長度必須高于凸模端面68mm；(2)導(dǎo)柱的端面部分應(yīng)設(shè)計有先導(dǎo)部分，先導(dǎo)部分可設(shè)計成球形或錐形，導(dǎo)套的前端也必須有倒圓角6；(3)此模具選用的是推件板，故導(dǎo)柱必須設(shè)置在動模側(cè)；(4)導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合精度選用H7/f7或H8/f7。5.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計由于水具有熱容量大，冷卻效果好，成本低等優(yōu)點，冷卻介質(zhì)一般都選擇水。冷卻水道的形式可選擇溝道式冷卻，此種方式結(jié)構(gòu)簡單，冷卻效果好。對于型腔的冷卻，溝道可環(huán)繞型腔布置必要時可設(shè)置多層(此模具可設(shè)置兩層)，注意開設(shè)溝道時要避開安裝在定模上的小型芯。大型芯的冷卻可以采用隔板式管道冷卻，隔板式冷卻對隔板與孔的配合要求較高，防止隔板的隨意轉(zhuǎn)動。6. 主

19、要零部件的設(shè)計計算6.1 成型零件的成型尺寸計算成型零件的工作尺寸是指凹模和型芯直接構(gòu)成塑件的尺寸。平均值法是計算成型零件尺寸的一種重要的方法，此處就采用此方法，查實用模具設(shè)計手冊得ABS的收縮率為，根據(jù)塑件尺寸公差要求，模具制造公差取，成型零件尺寸計算見下表： 類別塑件尺寸計算公式工作尺寸型腔尺寸計算大型芯的尺寸小型芯的尺寸中心距的尺寸表61 成型零件的尺寸計算 mm表格中相關(guān)字母的意義： 塑件的公差模具的制造公差，取/3 H型腔深度的最小尺寸 塑件中心距的基本尺寸6.2 模具型腔壁厚的確定 當(dāng)熔體充滿型腔的瞬間會產(chǎn)生最大的壓力，故型腔需滿足一定的強度和剛度的要求，本模具的凹模采用的是整體嵌

20、入式，因此可用組合式矩形型腔壁厚計算公式來確定型腔側(cè)壁厚度S和型腔底板厚度T。6.2.1型腔側(cè)壁厚度S的計算(1) 按剛度要求計算在熔體的壓力作用下，塑件的側(cè)壁會產(chǎn)生嚴(yán)重的彎曲變形，可以將側(cè)壁看成是端部固定的梁，其每一部分受到的載荷都是相同的，分析梁的彎曲程度可知其彎曲變形最大的是梁的中間6，最大撓度是： 故：式中 矩形型腔的側(cè)壁厚度； ; 型腔的側(cè)邊壁長，為40mm；承受熔體壓力的側(cè)高度，為36.5mm；型腔側(cè)壁總高度，為40mm；塑料模具鋼；模具剛度計算允許變形量，查相關(guān)資料得 (2) 按強度要求計算按端部固定梁的計算，應(yīng)力最大是在梁的兩端，其值為：相鄰側(cè)壁所受的拉應(yīng)力為：總應(yīng)力應(yīng)小于模具

21、材料的許用應(yīng)力，較小可略去，故有：式中 6.2.2 型腔底板厚度h的計算(1)按剛度要求計算假設(shè)型腔長邊與支腳間距相等，則按剛度要求計算 式中：矩形底板的厚度；型腔側(cè)壁短邊長，為28mm；底板總寬度，為32mm；雙支腳間距，為40mm。則(2) 按強度條件計算6.3標(biāo)準(zhǔn)模架的確定綜合考慮以上各部件的設(shè)計及尺寸的確定，估算型腔模板的概略尺寸，查塑料模具設(shè)計指導(dǎo)資料選擇標(biāo)準(zhǔn)模板的尺寸，選用P4型標(biāo)準(zhǔn)模架，標(biāo)準(zhǔn)模板的尺寸為。7 注射機有關(guān)參數(shù)的校核7.1 注射機注射壓力校核ABS注射成型時所需注射壓力為30MPa，注射機的額定注射壓力為109MPa，額定注射壓力大于注射成型時的壓力，滿足條件。7.2

22、 注射量的校核一個成型周期內(nèi)注射所需的總注射量為：式中：型腔的個數(shù)，為4個；單個塑件的體積，為12.9；澆注系統(tǒng)凝料，約為95。注射機的最大注射量為，符合條件。7.3 鎖模力的校核鎖模力是指注射機的合模機構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力9。注射機的鎖模力是否符合要求，要看其是否滿足關(guān)系式：式中：； 計算得 故注射機的鎖模力足夠，滿足鎖模要求。7.4 安裝尺寸的校核本模具采用的是型號為A425031545Z1 GB/T12556.11990的標(biāo)準(zhǔn)模架10，模具的外形尺寸為：；模具的閉合高度為：；查資料知G54-S200/400注射機動定模固定板尺寸532mm637mm，允許模具的最小厚度，最大厚度，則模具的閉合高度滿足以下條件，故該模具滿足G54-S200/400型螺桿式注射機的安裝要求。7.5 模具開模行程的校核此模具是雙分型面注射模，故開模行程是