瓶塞注射模設(shè)計(jì),瓶塞,注射,設(shè)計(jì)
湖南大學(xué)衡陽分校畢業(yè)設(shè)計(jì)
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說 明
第一部分 塑件的分析
一 塑料ABS
ABS中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
英文名：Acrylinitrile-Butadiene-Styrene。
基本特性：
無毒無味，呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤，密度在1.02~1.05g/cm3,其收縮率為0.3~0.8%。ABS 吸濕性很強(qiáng)，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。流動(dòng)性一般，溢料間隙約在0.04mm。ABS有極好的抗沖擊強(qiáng)度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。
成型特點(diǎn)：
ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對(duì)料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在50~60oC，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，應(yīng)控制在60~80 oC。
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主要技術(shù)指標(biāo)：
比重：1.02~1.16g/cm3。
比容：0.86~0.98cm3/g。
吸水性：0.2~0.4% (24h)。
熔點(diǎn)：130~160oC。
熱變形溫度：4.6×105Pa---- 130~160oC。
18.5×105Pa---- 90~108oC。
抗拉屈服強(qiáng)度(105Pa): 500
拉伸強(qiáng)度模量：1.8×104 Mpa
彎曲強(qiáng)度：800×105Pa
ABS的注射工藝參數(shù)：
注射機(jī)類型： 螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速： 30~60 r/min
噴嘴形式： 直通式
噴嘴溫度： 190~200oC
料筒溫度： 前 200~210oC
中 210~230oC
后 180~200oC
參見《塑
料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表3-1
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模溫： 50~80oC
注射壓力： 70~120Mpa
保壓力： 50~70Mpa
注射時(shí)間(s)： 3~5
保壓時(shí)間(s)： 15~30
冷卻時(shí)間(s)： 15~30
成型周期(s)： 40~70
二 塑件的形狀尺寸
塑件圖如下頁所示：
塑件的工作條件對(duì)精度要求較低，根據(jù)ABS的性能可選擇其塑件的精度等級(jí)為5級(jí)精度（查閱《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》P66表3-8）。其密度為1.0~1.1g.cm3
經(jīng)計(jì)算得塑件的底面積為：S塑=530.66mm2
得塑件的體積為：V塑=1.351cm3
塑件的質(zhì)量為：W塑 =V塑×r塑=1.5(g)。
零件需要的尺寸精度
壁厚:
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塑件圖
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第二部分 型腔數(shù)目的確定及排布
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，綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等各種因素，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。由塑件的外形尺寸和機(jī)械加工的因素，確定采用側(cè)澆口。排布圖如下圖示：
型腔數(shù)目及排布圖
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側(cè)澆口 它又稱邊緣澆口.一般情況下,側(cè)澆口開設(shè)在模具的分型面上,從制品側(cè)面邊緣進(jìn)料.它能方便地調(diào)整澆口形式.它的截面形狀通常采用矩形,
第三部分 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，故從塑件脫模的角
度考慮，應(yīng)有利于塑件滯留在動(dòng)模一側(cè)，以便于脫模。而且不影響塑件的量和外觀形狀，以及尺寸精度。
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第四部分 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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。
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塑件的截面厚度較小，不適合采用推桿推出，而采用推件板推出較為合適。因而不宜開設(shè)冷料穴，所以拉料桿采用球扣形式。不影響塑件外觀質(zhì)量，依據(jù)上述分型面，分流道宜采用圓形截面，在定模固定板上采用澆口套。
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=4mm D=8mm R=15mm t=4mm
r=2mm l=45~50mm L=40~50mm
初步估算澆注系統(tǒng)的體積，V澆=6~7cm3。
其質(zhì)量約為：W澆=V澆×r塑=7~8g。
S=(n×W塑+ W澆) /0.8=16~17g。
所以，選擇用注射機(jī)型號(hào)為：XS-Z-30。
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第五部分 注射機(jī)的型號(hào)和規(guī)格
注射機(jī)的技術(shù)規(guī)格：
型 號(hào) ： XS-Z-30
額定注射量(cm3)： 30g
螺桿直徑 (mm): 28
注射壓力 (MPa): 119
注射行程（mm）： 130
注射時(shí)間（s） : 0.7
注射方式 ： 柱塞式
合模力 kN : 250
最大注射面積（cm2）： 90
最大開（合）模行程（mm）： 160
模具最大厚度（mm）： 180
模具最小厚度（mm）： 60
模板最大距離（mm）: 340
最大開模行程（mm）： 160
噴嘴圓?。╩m）： SR12
噴嘴孔徑（mm）： Φ 2
注射機(jī)型
號(hào)參見《塑
料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表4-1
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第六部分 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作尺寸計(jì)算
1、產(chǎn)生偏差的原因：
①．塑料的成型收縮 成型收縮引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因
有：預(yù)定收縮率（設(shè)計(jì)算成型零部件工作尺寸所用的收縮率）與制品實(shí)際收縮率之間的誤差；成型過程中，收縮率可能在其最大值和最小值之間發(fā)生的波動(dòng)。
σs=(Smax-Smin)×制品尺寸
σs 成型收縮率波動(dòng)引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin 分別是制品的最大收縮率和最小收縮率。
②．成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和裝配偏差。
③．成型零部件的磨損
２、本產(chǎn)品為抗沖ＡＢＳ制品，屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件，預(yù)定的收縮率的最大值和最小值分別?。?8%和０.3％。此產(chǎn)品采用4級(jí)精度，屬于一般精度制品。因此，凸凹模徑向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù)x取值可在0.5~0.75的范圍之間，
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凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機(jī)械加工的型腔和型芯的制造公差可達(dá)到IT７～I(xiàn)T８級(jí)，綜合參考，相關(guān)計(jì)算具體如下：
(Lm3 )0+δz =[ (1+ sˉ )LS3 - 0.5×Δ]0+δz
=[ (1+0.5%)×27- 0.5×0.24]0 +0.24/4
=27.020 +0.06mm
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(lm2 )0+δz =[ (1+ sˉ )LS2 - 0.5×Δ]0+δz
=[ (1+0.5%)×22- 0.5×0.22]0 +0.22/4
=220 +0.055mm
(lm1)0-δz =[(1+ sˉ )LS1+0.5×Δ]0-δz
= [ (1+0.5%)×19+0.5×0.22]0-0.22/4
= 19.210-0.055 mm
(Hm2) 0+δz =[ (1+ sˉ )HS2-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×2-0.5×0.12]0+0.12/4
=1.950+0.03mm
(hm3) 0+δz =[ (1+ sˉ )HS3-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×3-0.5×0.12]0+0.12/4
=2.940+0.03mm
(srm)0-δz =[(1+ sˉ ) +0.5×Δ]0-δz
= [ (1+0.5%)×30+0.5×0.24]0-0.24/4
= 30.130-0.06 mm
(SRM) 0+δz =[ (1+ sˉ )SRS-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×30-0.5×0.24]0+0.24/4
=29.900+0.06mm
(Hm) 0+δz =[ (1+ sˉ )HS-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×2-0.5×0.12]0+0.12/4
=1.940+0.03mm
收縮率見《塑料成型工藝與
模具設(shè)計(jì)》
附錄B
計(jì)算參考
《塑料成型工藝與
模具設(shè)計(jì)》
第五章第三節(jié) P151
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3、成型零件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算
注射模在其工作過程需要承受多種外力，如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過大，注射模及其成型零部件將會(huì)產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形，引起成型零部件在它們的對(duì)接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙，由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個(gè)模具失效或無法達(dá)到技術(shù)質(zhì)量要求。因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，成型零部件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算和較核是必不可少的。
一般來說，凹模型腔的側(cè)壁厚度和底部的厚度可以利用強(qiáng)度計(jì)算決定，但凸模和型芯通常都是由制品內(nèi)形或制品上的孔型決定，設(shè)計(jì)時(shí)只能對(duì)它們進(jìn)行強(qiáng)度校核。
因在設(shè)計(jì)時(shí)采用的是整體式圓形型腔。因此，計(jì)算參考公式如下:
側(cè)壁：
按強(qiáng)度計(jì)算：
按剛度計(jì)算：
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底部：按強(qiáng)度計(jì)算:
按剛度計(jì)算：
凸模、型芯計(jì)算公式：
按剛度計(jì)算：
由公式分別計(jì)算出相應(yīng)的值為：
按強(qiáng)度計(jì)算得：tc=4.93mm th=4.38mm r=8.52mm
按剛度計(jì)算得：tc=0.93mm th=1.91mm r=3.97mm
參數(shù)符號(hào)的意義和單位：
Pm 模腔壓力（MPa）取值范圍50~70；
E 材料的彈性模量（MPa）查得2.06×105；
材料的許用應(yīng)力（MPa）查得176.5；
u 材料的泊松比 查表得0.025；
成型零部件的許用變形量（mm）查得0.05；
采用材料為3Gr2W8V，硬度≥55HRC。
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第七部分 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)定?；蛏舷履：夏r(shí)，正確定位和導(dǎo)向的零件。
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)定模或上下模準(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。
一、 導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇：
導(dǎo)柱結(jié)約形式及尺寸如下圖：
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其材料采用45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)，表面淬火，低溫回火，硬度為≥55HRC。導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為08μm，導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0.8~0.4μm。具體尺寸如上圖所示。
布局形式如右圖示：
為便于導(dǎo)套與導(dǎo)柱配合后工作
時(shí)的的排氣，在定模固定板的開設(shè)通
氣孔。
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第八部分 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
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。
2、 設(shè)計(jì)原則：
a、 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動(dòng)模一側(cè)；
b、 保證塑件不因推出而變形損壞；
c、 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單動(dòng)作可靠；
d、 合模時(shí)的正確復(fù)位。
3、脫模力的計(jì)算：
根據(jù)力平衡原理，列出平衡方程式：
∑Fx=0
Ft+Fbsinα=Fcosα
Fb 塑件對(duì)型芯的包緊力；
F 脫模時(shí)型芯所受的摩擦力；
Ft 脫模力；
Α 型芯的脫模斜度。
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又： F=Fbμ
于是 Ft=Fb(μcosα-sinα)
而包緊力為包容型芯的面積與單位面積上包緊力之積，即：Fb=Ap
由此可得：Ft=Ap(μcosα-sinα)
式中： μ為塑料對(duì)鋼的摩擦系數(shù)，約為0.1~0.3；
A為塑件包容型芯的總面積；
p為塑件對(duì)型芯的單位面積上的包緊力，在一般情況下，模外冷卻的塑件p取2.4~3.9×107Pa;模內(nèi)冷卻的塑件p約取0.8~1.2×107Pa。
所以:經(jīng)計(jì)算，A=379.94mm2 ,μ取0.25,p取1×107Pa,取α=45，。
Ft=379.94×10-6×1×107(0.25×cos45`-sin45`)
=900.04N.
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。
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第九部分 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、 注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
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(zhǎng)，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。
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。
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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)，采用孔徑為8mm的冷卻水道。
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第十部分 注射機(jī)的校核
一、塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核
注射成型時(shí)，塑件在模分型面的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需鎖模力也就越大，若超過注射機(jī)的允許最大成型面積，則在成型過程中會(huì)出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象。因此有：
塑件總的投影面積nA與澆注系統(tǒng)的投影面積之和要小于最大成型面積 A。 nA+A
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