塑料模设计说明书

一、 塑件工艺特性

1、塑件所使用的材料的种类及工艺特性的分析: 聚苯乙烯是通用热塑性塑料。 聚苯乙烯树脂是无色、透明并有光泽的非结晶型线型结构的高聚物。其原料来源广泛,石油工业的发展促进了聚苯乙烯大规模的生产。目前,它的产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯,居于第三位。

2、塑件的成型特点分析: 聚苯乙烯成型性能优良,其吸水性小,成型前可不进行干燥;收缩小,制品尺寸稳定;比热容小,可很快加热塑化,且塑化量较大,故成型速度快,生产周期短,可进行高速注射;流动性好,可采用注射、挤出、真空等各种成型方法。但注射成型时应防止淌料;应控制成型温度、压力和时间等工艺条件,以减少内应力。

3、塑件结构分析: 从塑件外型看,总体为一个圆形阶梯壳体零件,表面要求光滑,并带圆弧,有较细长的排气孔和装配孔。

二、塑件的体积与质量的计算 3 该产品材料为 ps,查资料得知其密度为 1.054 g/cm ,收缩率为 0.6~0.8。 利用 PRO/E 计算得塑件的体积 V4.894cm3 3 3 塑件质量:MVρ1.054g/cm ×4.894cm ≈5.158g

三、注塑机的确定 根据原材料和塑料制件的各种参数,初定注射机的型号为:G54-S200/400,其有关参数如下:(参照教材表 4.2) 注塑机的zui大注塑量:200400cm3 ; 螺杆直径:55mm 注射压力:109MPa ; 注射行程:160mm 注射方式:螺杆式 ; 锁模力:2540KN zui大成型面积:645 cm3 ; zui大开合模行程:260cm zui大模厚:406mm ; zui小模厚:165mm 喷嘴圆弧半径:R18mm ; 喷嘴孔直径:Ф4mm 注塑机拉杆空间:290×368mm 动、定模固定尺寸:532×634mm

四、注射模设计 1、型腔的确定 该塑料结构简单,采用的是一模两腔为了实现各型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的,采用平衡式布局。 2、分型面的选择 分型面是决定模具结构形式的重要因素,它的设计要综合地考虑各方面的因数。 因为本塑件为空气清新剂端盖,结构简单,选择下图平直分型面降低了模具的复杂程 度,又便于成型后脱模,因此将塑件的分型面设计如下: 3、浇注系统 (1)主流道的设计 主流道设计要点: 1.主流道圆锥角 a 20 ~ 60 ,对流动性差的塑料可取 30 ~ 60 ,内壁粗糙为 Ra0.63um。 2.主流道大端圆角,半径 r 1~3mm,以减少料流转向过渡时的阻力。 3.在模具结构允许的情况下,主流道应尽可能短,一般小于 60mm,过长则会影响熔体的顺利充型。 4.对于小型模具可将主流道浇口套与定位圈设计成整体式,但在大数情况下是将主流道 与定模座采用 H 7/m6 过渡配合,与定位圈的配合采用 H9/f9 间隙配合。 5.主流道的浇口套一般选用 T8、T10 制造,热处理强度为 53 ~ 57HRC。 查资料得 G54-S200/400 型注射机喷嘴有关尺寸为,喷嘴孔直径为 d14mm,主流道球面半径为 R118mm,球面配合高度为 35mm取其平均值 4mm,主流到锥角为 26 度,取 4 度,模具主流道球面半径 RR1(1-2)mm 为 20mm 及小端直径 dd11mm 为 5mm,经换算取得主流道下端直径 D7.5mm。为了使溶料顺利进入分流道可在主流道出料端设半径为 r1mm 的圆弧过渡。 如图: (2)分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道,多型腔模具一定设置分流道。分流道的形状及尺寸应根据塑件的体积壁厚形状的复杂程度注射速率分流道长度等因素来确定。 (1)分流到在截面形状 常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U 字形、半圆形和矩形等。要减少分流道内的压力损失,则希望流道的截面积大,流道的截面积小,以减少热损失。因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流动的效率。在上述的截面形状中圆形的流动的效率zui高(即表面zui小)。但其加工难度相对来说较大,故浇注系统中把分流道截面形状设计成 U 形截面流道。 (3)分流道的布置 分流道的布置取决于型腔的布局,两者相互影响,分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。而根据需要,设计中采用平衡式布置。 因本塑件有较细长的排气孔,考虑到塑料充摸的均匀性及降低其比表面积,U 0 形分流道中取 b7.5mm半径 r0.5b0.375mmh1.25r3.7mm 斜角α5 。 L115mm表面粗糙度 Ra1.6m 如 图 (2)浇口的设计 根据塑件的成型要求及塑件的形状,选用点浇口为理想浇口。根据经验数据, 0 取浇口长度 l1mm浇口直径 d1mmα34、成型零件的设计 成型零件应具备的性能由于成行零件直接与高温高压的塑料熔体接触它必须具有如下一些性能: 1.具有足够的强度、刚度以承受塑料熔体的高压. 2.具有足够的硬度和耐磨性一承受料流的摩擦和磨损.通常进行热处理使其硬度达HRC40 以上. 3.对于成形会产生腐蚀性气体的塑料如 PVC、 PF POM、 等还应选择耐腐蚀的合金钢或进行铬处理。 4.材料的抛光性能好,表面应该光滑美观,表面粗糙度要求应在 Ra0.4 以下,成形光学用制品的模具,型腔表面应达到镜面。 5.切削加工性能好,热处理变形小,可淬性良好。 6.熔焊性能要好以便于处理修理。 7.成形部位须有足够的尺寸精度,通常孔类零件精度为 H8 ~ H10,轴类零件精度为h7~h10。 (1)凹模:由于产品高度方向尺寸太小及考虑到冷却水道的布置,故采用整体式型腔,如下图:(2)凸模:产品内表面要求不是很高,且为圆柱台阶式,故采用整体式结构。结构如图: 塑件外表面要求高,故取其精度等级为 4 级精度,则其公差值Δ0.38, 则δz1/31/4Δ0.1270.095 取δz0.10 SSmaxSmin/21000.70 δ δ 由公式 Lm z0Ls1S z0型腔 和 Lm0-δz Ls1S 0-δz型芯 得 型腔的径向尺寸 Lm170.490.10 Lm268.480.10 Lm335.25 0.10 型芯的径向尺寸 lm168.480-0.1 lm266.460-0.1 lm333.230-0.1 δ δ 型腔的深度:Hm z01SHs z0 则 Hm15.0350.10 Hm26.0420.10 Hm32.0140.10 型腔的深度:hm0-δz 1Shs0-δz 则 Hs14.0280-0.1 hs25.0350-0.1 hs31.0070-0.1 3 圆形型腔的侧壁和底版厚度的计算 由上可知型芯和型腔都采用整体式,查课本表 6.10 知型腔壁厚 S35mm 5、脱模机构设计 注射成型没一循环中,塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出,完成脱出塑件的装置称为脱模机构,也称顶出机构或脱模装置。 脱模机构设计一般遵循下述原则: 1.塑件滞留与动模边,以便借助于开模力驱动脱模装置,完成脱模动作,致使模具结构简单。 2.防止塑件变形或损坏,正确分析塑件对模将的粘附力的大小及其所在部位,有针对性地选择合适的脱模装置,使推卸重心与脱模阻力中心相重合。 由于塑料收缩时包紧型芯,因此推出力作用点尽量靠近型芯,同时推出力应施于塑件刚性和强度zui大的部位,作用面积也应尽可能大一些,以离塑件变形或损坏。 3.力求良好的塑件外观,在选择顶出位置时,应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。在采用推杆脱模时,尤其要注意这个问题。 4.结构合理可靠,脱模机构应工作可靠,运动灵活,制造方便,更换容易,且具有足够的强度和刚度。 5.合模装置要正确复位。 脱模力的计算 壳体形塑件脱模力通常按薄壁与厚壁两种类型考虑。 薄壁壳体形塑件系指塑件壁厚与其内孔直径之比小于 1/20,即 t/D≤1/20 的塑件。 材料(PS)的壁厚 t 为 1mm,zui小内孔直径为 35mm,1/35 1/35lt1/20。 即塑件的脱模力可按公式 Q 2πEεtLcosφ(f-tgφ)/(1 – u)k1 10B(N)计算。式中:Q——脱模力 ; (N) E——塑料的拉伸模量 ; (Mpa) ε——塑料成形的平均收缩率(); L——被包型芯的长度(mm),L 13mm; ,t t——塑件的壁厚(mm) 1mm; U——塑料的泊松比; ,φ 0; f——塑料与钢材之间的摩 φ——脱模斜度() 擦系数; B——塑件在与开模方向垂直的平面上投影面积(cm2),当塑件底部上有 通孔时,10B 项视为零; k1——有 f 和φ决定的无因次数,可由下式计算,k1 1 fsinφcosφ 查表得常用塑料的某些性能,取得 E 为 0. 93x103 Mpa,ε为 7.0,u 为 0.51,f 为 0.25。 计算 k1为 1,因塑件为圆环形,底部为通孔,所以 10B 项可视为零。 即 Q 2πx0.93x103 x0.07x1x13x1x(0.25-0)/(1-0.51)x1 1165N 推出板又称顶出板,对于薄壁壳体系的塑件以及不允许在塑件表面留有顶出痕迹的塑件很适用。推板脱模的特点是顶出力大并且均匀,运动平稳,塑件不宜变形,表面无顶出痕迹,结构简单那,勿需设置复位装置。故本模具采用推出板脱模。 6、模温调节与冷却系统的设计 塑料注射模温度调节能力的好坏,直接影响到塑件的质量,而且也决定着生产效率的高低,塑件在型腔内的冷却力求做到均匀、快速,以减少塑件的内应力,使塑件的生产做到优质高效率。 模温对塑件质量的影响: 热塑性塑料熔体注入型腔后释放大量热量而凝固.不同的塑料品种需要模腔维持在某一适当温度.模温对塑件质量的影响主要表现在如下六个方面. 1、改善成形性 每一种塑料都有其湿度的成形模温,在生产过程中若能始终维持相适应的模温则其成形性可得到改善,若模温过低,会降低塑件熔体流动性,使塑件轮廓不清,甚至充模不满;模温过高,会使塑件脱模时和脱模后发生变形,使其形状和尺寸精度降低。 2.成形收缩率 利用模温调节系统保持模温恒定,能有效减少塑料成型收缩的波动,提高塑件的合格率。采用允许的的模温,有利于减少塑料的成形收缩率,从而提高塑件的尺寸精度。并可缩短成形周期,提高生产率。 3.塑件变形 模具型芯与型腔温差过大,会使塑件收缩不均匀,导致塑件翘曲变形。尤以壁厚不均和形状复杂的塑件为甚。需采用合适的冷却回路,确保模温均匀,消除塑件翘曲变形。 4.尺寸稳定性 对于结晶性塑料,使用高模温有利于结晶过程的进行,避免在存放和使用过程中,尺寸发生变形;对于柔性塑料(如聚烯烃等)采用低模温有利用塑件尺寸稳定。 5.力学性能 适当的模温,可使塑件力学性能大为改善。例如,过低模温,会使塑件内应力增大,或产生明显的熔接痕。对于粘性大的刚性塑料,使用高模温,可使其应力开裂大大的降低。 6.外观质量 适当提高模具温度能有效地改善塑件的外观质量。过低模温会使塑件轮廓不清,产生明显的银丝、云纹等缺陷,表面无光泽或粗糙度增加等。 影响冷却时间的因素: 1.模具材料 从机械强度出发,通常选钢材为模具材料。如果考虑材料的冷却效果时,则热导率愈高,从熔融塑料吸收热量愈迅速,冷却得愈快。 2.冷却介质温度及流动状态 一般采用常温水进行冷却。以冷却水出、入口温差小为好,一般控制在 5℃以内。冷却水在通道中的流速,以尽老能高为好,其流动状态湍流为佳,即雷诺准数为 Re>104 为宜。因为湍流的热传递效率为层流的 10~20 倍。 3.模塑材料 塑料的热性能,对冷却时间具有重大影响。 4.塑件厚度 塑件壁厚越厚,传热阻力越大,所需冷却时间越长。通常冷却时间与塑件的厚度平方成正比。 5.冷却回路的布置 成型腔周围冷却回路的分布状态, 即冷却回路距型腔的距离和通道之间的间隔,对冷却时间也有影响。 6.模具温度 系指与塑料接触的模腔表面温度。 它直接影响到塑料熔体在模腔中的冷却速度。选择合适的模温会缩短成形周期,提高塑件质量,减少废品率。为了满足塑料对模温的要求,现代化生产技术多采用模具恒温器,以闭路循环冷却介质对模温进行控制。 在注射过程中塑件的冷却时间通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间.这一时间标准常以制品已充分固化定型热切具有一定强度和刚度为准这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的 80.其确定方法有计算法和经验查表法. 为了节省设计过程的时间故采用经验查表法来确定冷却时间。查表知 常用塑料制品壁厚与冷却时间的关系,可得此塑件(PS)的冷却时间为 10.5。为了加工方便,还根据经验及冷却系统的形式特点,设计中选用的冷却系统为简单流道式冷却系统,对模具进行冷却。冷却回路的布置采用型腔冷却回路 冷却系统的计算 简单计算步骤如下: 1 算单位时间内从型腔中散发出的总热量(Q 总Q1) 2 ①计算每次需要的注射量(kg 或 cm2 ): 3 V nV件 V浇 2 x 5.158 7.2 17.516cm3 ②确定生产周期(s): t t注 t冷 t脱 t 式中, 为生产总周期(s) t注为注射周期 , (s) t冷为冷却周期 , , (s) t脱为脱模周期(s)。 查附录 D 常用热塑性塑料注射成型的工艺参数 t 88.5s。 ③求使用的塑料单位热流量 Qs(kJ/kg):查表常用塑料熔体的单位热流量 Q, 得 Qs 750KJ/kg ④求每小时的需要注射的次数: N 3600/t 3600/88.5 40.67 ⑤求每小时的注射量(kg/h): W NG 40.67 x 0.036 1.46kg/h ⑥求从型腔内发出的总热量(kJ/h) Q 总 Q1 NGQs 1.46 x 750 1098 kJ/h ⑵以凹模冷却系统为例冷却水的体积流量m3 /min: qv Q凹/60pC1T出 - T进 式中p 为水的密度 103 kg/ m3 C1 为水的比热容 C1 4.187J/kg℃ T出为水管设定温度 T进为水管进口设定温度 Q凹为有凹模带走的热量kJ/h. qv 1098/60 x 103 x 4.187 x 8 -5 0.0018 m3 /min ⑶求冷却水孔的直径 dmm:查表冷却水流速与管道直径的关系得 d 6mm ⑷求冷却水的平均流速m/min:查表冷却水流速与管道直径的关系得zui低流速为1.66m/s. 7、模体的设计模体也称模架,是注射机的骨架和基本,模具的每一部分但寄生其中,通过他把模具的每一部分有机的在一起。模架一般由定模座(或叫定模底板) 、定模固定板(或叫定模板)、动模固定板(或叫型芯固定板)、支撑板(或叫动模垫板)、垫块(或叫垫脚、模脚)、动模座板(或叫动模底板)、推板(或叫推出底板)、推杆固定板、导柱、导套、复位杆等组成。另外,根据需要,还有特殊结构的模架,如点浇口模架、带脱模板的模架。本模具采用 450x500标准模架。 注射压力的校核: 该项工作是校核所选用注射机的公称压力 P 公能否满足塑件成型所需要的注射压力 P0,塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素决定,其值一般为 70~150MPa。具体可参考表 6(通常要求 P12>P0); 查表 6 得 P0100lt110,即 P0 lt P 公。 表6 MPa 注射条件 材料 厚壁件 中等壁厚件 难流动的薄壁窄浇口件 聚乙烯 70——100 100——120 120——150 聚甲醛 85——100 100——200 120——150 ABS 80——110 100——130 130——150 聚苯乙烯 80——100 100——120 120——150 有机玻璃 100——120 110——150 gt150 聚酰胺 90——101 101——140 gt140 锁模力的校核 锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的zui大加紧力。当高压的塑料熔体充填模腔时,会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此,注射机的额定锁模力须大于该胀型力,既: F 锁≥F 胀A 分.P 型 式中,F 锁——注射机的额定锁模力(N); P 型——模具型腔内塑料熔体平均压力(MPa),一般为注射机压力的 0.3~ 0.65 倍,通常为 20~40MPa; 。 A 分——塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和(mm) 将 P 型30MPa,A 分5904.3mm带入上式,得: F 锁30x5904.3 180KNlt2540KN 即 F 锁gtF 胀。 开模行程与推出机构的校核 用 开模行程是指从模具中取出塑件所需要的zui小开合距离, H 表示,它必须小于注射机移动模板的zui大行程 S。G54-S200/400 的锁模机构为液压—机械联合作用的注射机,其模板行程是由连杆机构的zui大冲程决定,而与模具厚度无关。对单分型面注射模,所需开模形程 H 为: S ≥ H H1 H2 (5~10)mm 式中 H1——塑件推出距离(也可作凸模高度)(mm); H2——包括浇注系统在内的塑件高度(mm); ; S——注射机移动板zui大形程(mm) H——所需塑件开模行程(mm)。 将各值带入上式,得: H 1379.5 7 99.5mm lt 260mm 即 S 机gtH。 安装部分相关尺寸校核 模具与注射机安装部位的的相关尺寸主要有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、拉杆间距、zui大模具厚度与zui小模具厚度以及模具与注射机的安装关系。 (1)喷嘴尺寸:注射机的喷嘴与模具的浇口套(主流道衬套)关系主要有:主流道始端的球面半径 R 应比注射机喷嘴头球面半径 R0 大 1~2mm;主流道小端直径 d 应比喷嘴直径d0 大 0.5~1mm,以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。 R18mm,R019mm。 即 R-R013-121mm∈1~2mm (2)定位圈与注射机固定板的关系:模具定模座板上的定位圈要求与主流道同心,并与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。定位圈的高度,对小型模具为 8~10mm,对大模具为 10~15mm。此外,对中、小型模具一般只在定模座板上设定位圈,而对大型模具,可在动模座板、定模座板上同时设定位圈。模具为小型模具,定位圈高度 H10mm∈8~10mm (3)模板规格与拉杆间距的关系:模具的安装有两种方式,即从注射机上方直接吊装入机内进行安装,或先吊到侧面再由侧面推入机内安装。而模具的外形尺寸受到拉杆间距的限制,因以重视。注射机拉杆间距为 290x368mm ,模具的外形尺寸为 450x500mm。 (4)模具总厚度与注射机模板闭合厚度的关系:两者之间关系应满足: Hmin≤Hm≤Hmax 而 Hmax HminΔH 式中,Hm——模具闭合后总厚度(mm); Hmax——注射机允许的zui大模具厚度(mm); Hmin——注射机允许的zui小模具厚度(mm); ΔH——注射机在模具厚度方向的调节量(mm)。 当 Hmlt Hmin 时,可以增加模具垫.