塑料膠卷盒注射模具設(shè)計(jì)

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 0.940.965g/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(duì)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(duì)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： 1.842.30 熱變形溫度： 1.88MPa- 48 oC 0.46MPa- 6082oC 抗拉屈服強(qiáng)度: 2239 MPa拉伸彈性模量： 0.840.95GPa彎曲強(qiáng)度： 2540MPa彎曲彈性模量： 1.11.4 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： 1.53.01.4 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： 150170oC料筒溫度： 前 170200oC 后 140160oC模溫： 6070oC注射壓力： 60100Mpa保壓力： 4050Mpa注射時(shí)間： 1560s高壓時(shí)間： 03s冷卻時(shí)間： 1560s3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(duì)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(jí)為 7 級(jí)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 7396.254.02.2 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(hào)選擇，初步確定采用一模四腔對(duì)稱性排布,分流道直徑可選 1.59.5mm。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 GK5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(cè)表 3-48 查得注射機(jī)的型號(hào)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: 14200r/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(duì)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(mpcPrtr 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 700Mpapmtc 9315.2)1027(162.5.2 凹模型腔底部高度rPtpmh 652.7011222.5.3 模架的選擇由前面對(duì)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=56.6527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 xlsLm00)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=0.50.75模具制造公差，取z )6/13(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(jí)公差精度，查表得72.024.03z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 zSzmxHs001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=0.50.75模具成型尺寸設(shè)計(jì)公差z 3/sm查表得 8.0267.03z所以：267.059mH3.3 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=0.50.75模具成型尺寸設(shè)計(jì)公差，取z 3/sm查表得： 72.024.0z4.03zsl3.4 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=0.50.75模具成型尺寸設(shè)計(jì)公差，z 3/sm查表得： 8.0267.03z所以： 0267.145zmh3.5 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=36mm210主流道呈圓角半徑 ，以減小料流轉(zhuǎn)向時(shí)渡時(shí)的阻力。,63.0Rummr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)定模或上下模位置正確，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(duì)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： NBKutgftLEQ101cos2E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 0.200.25mm 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 0.030.05mm?；驹瓌t：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 1215mm.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/ndL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/ ） ；km2A 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/108.2695C 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 vsmdVv /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 GK7432.15.708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 Vmin/20i/8min/14rrr4鎖模力的校核 分注損鎖 APKF取 k=1.11.2 Mpa20注 KN57.3684.12.630符合要求5模具閉合厚度校核： 30291maxminH符合要求6開模行程的校核： 27014maxL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： 863.512ct20