磁带盒下盖注塑模具设计【点浇口】.zip

1 1 前言前言随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展，而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏1。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接“模具就是黄金”，可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在 1989 年 3 月颁布的关于当前国家产业政策要点的决定 中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。在现代生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。由于模具成型具有优质，高产，省料和低成本等特点，现已广泛应用于汽车，航空航天，仪器仪表，家电，机械制造，石化，轻工日用品等工业部门。美国是世界上超级经济大国，也是世界模具工业的领先国家，日本经济之所以能飞速发展，并在国际市场上占有一定优势，模具工业的迅猛发展是重要原因之一。一个国家的模具设计,制造水平反映了这个国家的机械制造水平。塑料模具是现代塑料工业生产中最重要的工艺装备，塑模工业是国民经济的基础工业之一。用塑模成型零件的主要优点是制造简便，材料利用率高，产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。22 磁带盒底座工艺及材料分析磁带盒底座工艺及材料分析2.1 磁带盒底座的工艺分析磁带盒底座的工艺分析在注塑模具设计中结构设计的合理与否离不开塑件工艺性分析。其中在工艺分析中最重要的就是塑料产品结构的分析。对磁带盒底座结构进行了简单的分析，该塑件为正方形类零件，长 108mm，宽为 68mm，高为 17mm，壁厚为均匀，外表面结构简单，内部结构多处加强筋结构，塑件二维零件图如图所示 磁带盒底座零件图2.2 材料分析材料分析2.1 材料的选择材料的选择塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑来选取合适的塑料进行生产，本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。玩具塑料桶桶身热塑性塑料还分为很多种，如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和 PS等等，根据各材料的注塑性能及加工使用性能，综合市场价格，选择材料为 PS,属于无定形树脂，没有明显的熔点，熔融温度范围比较宽，可以在 120180之间熔融成为熔体。3PS 的热稳定性较好，分解温度在 300以上。虽然 PS 在惰性气体中的热稳定性很好，但在受热状态下，热氧会引发其降解反应，因此需要加入抗氧剂，比如主抗氧剂 1010 和辅助抗氧剂 168。PS 的热导率较高，加热和冷却速度都比较快。PS 熔体属于非牛顿流体，熔体黏度适中；黏度强烈依赖剪切速率的变化，但温度的影响也比较明显。PS 的流动性十分好，是一种易于加工的塑料。PS 的吸水率比较低，在加工前一般不需要干燥；如果有特殊需要时（比如要求高的透明性）才干燥，具体干燥温度为 7080、1.5 小时。PS 在加工中容易产生内应力，除了选择正确的工艺条件、改进制品设计与合理的模具结构外，还应对制品进行热处理。热处理的条件是：在 6585热风循环干燥箱或热水中处理 13 小时。PS 的分子链刚性较大，最好不要加入金属嵌件，防止出现应力开裂现象。2.2 聚苯乙烯聚苯乙烯 PS 的性能的性能一般性能：PS 为无色透明的粒料，燃烧时发出浓烟并带有松节油气味，吹熄可拉长丝；制品硬似玻璃状，落地或者敲打会发出类似金属的声音，因此又被叫做“响胶”；能断裂但不能弯曲，断裂时断口处呈现蚌壳色银光。PS 的吸水率为 0.05%，稍大于 PE，但对制品的强度和尺寸稳定性影响不大。光学性能：透明性好是 PS 的最大特点，其透光率可达 8892%，同 PC和 PMMA 一样属于最优秀的透明塑料品种，统称为三大透明塑料。PS 的折射率为 1.591.60，但因苯环的存在，导致其双折射较大，不能用于高档光学仪器。力学性能：PS 硬而脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。PS 的拉伸强度和弯曲强度在通用塑料中最高，其拉伸强度可达 60MPa；但冲击强度很小，难以用做工程塑料。PS 的耐磨性差，耐蠕变性一般。PS 的力学性能受温度的影响比较大。热学性能：PS 的耐热性能不好，热变形温度仅为 7090，只可长期在6080范围内使用。PS 的耐低温性也不好，脆化温度为-30。PS 的热导率低，一般为 0.040.13W/(m.K)；线膨胀系数较大，一般为（68）10-5 K-1，与金属相差悬殊，因此制品不利于带金属嵌件。电学性能：PS 的电绝缘性优良，而且不受温度和湿度的影响；介电损耗角正切值小，可耐适当的电晕放电；耐电弧性好，适于做高频绝缘材料。环境性能：PS 的化学稳定性较好，可耐一般酸、碱、盐、矿物油和低级醇等，可受许多烃类、酮类、高级脂肪酸等侵蚀，可溶于芳烃（如苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等）、氯化烃（如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯苯等）及酯类等。4PS 的耐候性不好，其耐光、氧化性都差，不适合于长期户外使用；但 PS 的耐辐射性好。2.2.2 PS 材料注射成型工艺参数材料注射成型工艺参数:螺杆式注射机喷嘴处的温度大小 185-195 度通用式的喷嘴注塑压强大小 60100MPa模具的温度大小 5070 度制品的注塑时长 25 秒料筒内三区 205215料筒内二区 185195料筒内一区 155175保压的时长 510 秒冷却的时长 515 秒周期时长 1530 秒制品的后处理方法 红外线烘箱进行处理温度大小 70 摄氏度时长 0.31min53 型腔数目与分型面的设计型腔数目与分型面的设计3.1 型腔数目确定及排布型腔数目确定及排布从所绘制磁带盒底座的三维图以及实物可以看出，磁带盒底座制品的外形体积相对比较大一些，而且产品结构比较复杂，因此，在确定型腔数目的时候决定将本次模具设计型腔数目定为一模两腔，型腔的排布设计为如图所示的一字型排布，这样就可以方便成型，效率还会较高。型腔排布如图所示型腔排列3.2 分型面的选取分型面的选取分型面的设计一般情况下比较灵活，但是不能随意选取。通常有平面，斜面甚至是多种类型的面的结合。分型面既可以设计在垂直于开闭模具的方向，也可以在开闭模具倾斜处的方向，但要注意，尽可能的不要设计在与于开闭模具平行6的方向，因为这样会给加工以及模具的稳定性带来一定的困扰。在设计选择分型面时通常有如下原则：1)分型面位置应该选择在塑料制品的外形最大轮廓处;2)塑料制品的外形表面应尽可能的在凹模一侧成型，而内部结构应尽可能的在凸模一侧成型；3)模具中气体的外排要方便；4)塑件的精度要求要得到一定的保证，应尽量保证塑料产品外观的美观；5)分型面数目选择应该尽可能少，否则将会给加工造成负担。依据分型面的设计选择原则和磁带盒底座的外形结构，综合分析后决定将分型面选在塑料制品的下表面处，这样的选择方法不仅不会影响产品的外观质量，而且还与分型面最大轮廓原则相符合。相反，如果将分型面选在磁带盒底座的上表面处，注塑成型之后不仅会使零件表面有质量问题，而且会使得塑件制品脱模难度加大。因此，选择磁带盒底座的下表面作为本次模具设计的分型面。分型面74 注射机的选择注射机的选择通过实验室测量知体积为 13.7cm3，材料密度取 1.05g/cm3，所以塑件质量：14.4g。塑件体积：V=13.7cm3 塑件密度：=1.05g/cm3（PS密度：1.021.08 g/cm3,取平均值）所以塑件的质量：m=13.71.05=14.4g浇注系统凝料体积的初步估计浇注系统的凝料在设计前是不能确定准确的数值的，但可以根据经验按照塑件体积的 0.21 来计算。由于本次浇注类型采用侧浇口，流道简较长，因此浇注系统的凝料按塑件的体积的 0.2 进行估算，估计一次注入模具型腔塑料的总体积（即浇注系统的凝料+塑件体积之和）：V总=V*（1+0.2）2=32.9cm3为了保证注射质量和充分发挥设备的能力,应根据注射模一次成型的塑料体积和质量来初步确定注射机的类型。根据理论和在实际生产中的经验得出塑件和浇注道之间材料的总和应该在注射机理论注射量的 50%80%之间。根据以上计算，可初选用海天注塑机 HTF200J/TJ。具体参数如下14：注射装置INJECTION UNITA AB BC C螺杆直径Screw Diametermm455055螺杆长径比Screw L/D RatioL/D22.22018.2理论容量Shot Size(Theoretical)cm3334412499注射重量 Injection Weight(PS)g304375454注射压力Injection PressureMpa210170141螺杆转速Screw Speedrpm0165合模装置CLAMPING UNIT合模力Clamp TonnageKN2000移模行程Toggle Strokemm470拉杆内距Space Between Tie Barsmm510 x510最大模厚Max.Mold Heightmm510最小模厚Min.Mold Heightmm200顶出行程Ejector Strokemm130顶出力Ejector TonnageKN62顶出杆根数Ejector NumberPiece9其它OTHERS8最大油泵压力Max.Pump PressureMPa17.5油泵马达Pump Motor Powerkw18.5电热功率Heater Powerkw14.25外形尺寸Machine Dimension(LxWxH)m5.3x1.6x2.1重量Machine Weightt6.8料斗容积Hopper Capacitykg50油箱容积Oil Tank CapacityL39094.3 模架设计选择模架设计选择 由于注塑模具的基本结构有很多相同之处，因此模具已基本实现标准化。模具的尺寸结构设计需要向国家标准模具靠拢，以使模具拥有更加全面技术信息，提高加工效率，缩短加工时间与成本。但是，适当的创新设计的产生也能促进模具行业的前进和发展，平衡好这两者之间联系，以此设计出满足塑料产品质量和使用的性能的注塑模具。此次磁带盒底座注塑模具选用双分型面三板模细水口龙记 FBI 型模架，模架结构，如图所示模架结构模板的整体尺寸大小为：350450 mm模具中的排气缝隙尺寸大小为 1mm定模板（A 板）的厚度大小为：A=80mm动模板（B 板）的厚度大小为:B=70 mm模架的垫块（C 板）厚尺寸为:C=100 mm模具的整体厚度尺寸为：H 模=356.0mm由上述数据列表可得知，较为合适的模架可以选择龙记的 FBI 型号CI-3545A80B70C100.105 浇注系统设计浇注系统设计浇注系统它一般是用来将注塑机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到模具内部型腔的结构，可以将熔融状态的塑料填充并且凝固成型，得到想要的制品。浇注系统如何设计选择，以及系统的性能特征，这对塑件的最终成型效率和质量有着至关重要的影响。因此说浇注系统是一整套模具之中重要的部分之一。在设计浇注系统时通常需要遵从如下几条原则:在浇注系统设计选择之前首先需要对塑料选材的性能有一定的认知；温度与压力的损失在浇注系统内部时尽可能的小；浇注系统的内部流道设计太长的话是不合适的，所以应该尽量避免各种打折出现，满足阻力最小要求；设计的浇注系统不应该对模具的自动化工作有任何影响或干扰。5.1 主流道的设计主流道的设计从注射机的喷嘴口开始，一直到分流道的始端的这一段流道通路。熔融态塑料的流速以及塑料充满整个模具的时间与主流道直径的大小有着密不可分的联系，这边是主流道的作用。主流道的形状并不是上下大小相同的，而是圆锥形状的，通常这样设计的目的在于将浇注系统内部注塑所剩下的料顺利拉出来。由于 PS 材料的物理流动性不是很大，因此将主流道的锥度设计为 4 度左右，主流道里面的粗糙度设计为0.8um 左右即可。通常主流道与注射机的喷嘴衔接处设计为半球形式的凹坑，半球尺寸计算为R=R0+(12)mm,比较小的端口处的直径设计公式为d=d0+(0.51)mm。注射机由前述已经选择好型号为 HTF200J/TJ 的卧式注塑机，此注射机的具体参数之前已经列出来，注射机的喷嘴处尺寸大小为 10 毫米，直径尺寸大小为 3 毫米，R=R0+(12)mm d=d0+(0.51)mm 这里我们将主流道的球形半径大小设置为：R=16 毫米 将系统的主流道比较小的端口处直径尺寸大小设置为：d=5 毫米主流道并不是直接按照整体式来装配在模具座板之上，而是由于其与注射机的喷嘴处要对接，这样便会有接触和摩擦，因此要将其设计为可以随时拆卸的形式，与定位环互相配合然后安装于在定模的座板上面，那么我们应该将固11定盘高出定模上端面高度尺寸范围控制在 5 到 10 毫米之间。5.2 分流道分流道 分流道可以使熔融态的塑料分别流向不同的型腔以及转变方向的作用，可以在主流道与浇口之间搭建起连接作用，这部分装置通常被称为分流道，在设计分流道的过程中，需要考虑型腔数目，塑料制品的外形，熔融态塑料的流动性以及塑件在外观内在质量上的要求等因素。通常在设计时，由于各种塑料的不同和模具的结构功能不同，从而截面形状在选择上也会有所不同。一般情况下有圆形和梯形等多种互不相同的形式。因此我们设计人员在选择的时候，必须要将压力的损失加以注意，使其在最小的情况下，能够使充模的速度尽可能的快。从设计及其实际经验可知，分流道一般在周长越短的时候，熔融塑料阻力与散热越小，它能达到的效率也就自然会变高。圆形在截面积相等的前提下周长是最短的，因此流道效率也是最高的。下面图中展示的为分流道的各种形式的图示：图 5.5 分浇道示意图三板式模具点浇口类型的分流道截面常常采用梯形截面。这样的截面只需在一侧加工，很容易加工。本模具设计分流道截面也选择梯形形状，所以本模具梯形截面上底宽度 D8mm。5.3 浇口设计浇口设计浇口直接与塑件相连接，把塑料熔体引入型腔，是浇注系统的最末端，它的特点是细和短。浇口通常可以在短时间内冷却并且进行封闭，可以阻止型腔内还没有完全冷却的塑料发生倒流现象。通常有如下几种浇口：点浇口直接式的浇口侧浇口耳形浇口潜伏式的浇口12按照老师要求，为了设计多样化本次设计采用点交口，点浇口位置如下图。点浇口5.4 拉料杆设计拉料杆设计三板点浇口模具的冷料穴不同于两板模模具，冷料穴通常设置于分流道的微端，用于存储生产中出现固化的冷料。三板模模具拉料杆不同于两板模模具 Z形拉料杆，三板模模具采用的拉料杆是球形拉料杆，球形拉料杆安装在定模板、定模座板和脱料板之间，球形拉料杆结构如图所示。13 拉料杆 6 成型零件设计计算成型零件设计计算模具之内的用于制品成型的零部件直接决定了塑料制品成型后的结构，外形尺寸，质量等，其设计与制造尤为重要。由于熔融状态的塑料原料进到模具的型腔里面时，会释放大量的热，而且还有一定的冲击，因此模具内部成型零部件自身强度与刚度也应该有保证，选择合理的材料和制造工艺，这样设计出来的模具才具有可用性，才能够保证正常加工21。6.1 成型零件结构的设计成型零件结构的设计模具里面重要的用于成型的零部件有型芯、型腔和镶件。型芯、型腔分别用于成型磁带盒底座的内表面和外表面，分别也称凸模和凹模。结构分整体式和组合式两种。整体式在制造过程中将型芯和模板加工到一块，结构简单而却牢固，同时刚度强度也较大，在加工制造塑料件的时候一般不会产生不必要的缝隙痕迹以免对塑件外观质量造成影响，有一点就是不方便制造加工；组合式通常主要适用于某些小型芯或者复杂的型芯，在维修以及节省材料等方面有着一定的优势。14综上所述，此次磁带盒底座内外部结构并不复杂，所以模具型芯和型腔在设计选用上都采取整体式。6.2 模具成型零件尺寸设计计算模具成型零件尺寸设计计算6.2.1 型腔的尺寸设计计算型腔的尺寸设计计算05.0005.002.04100016.9416.017.092.04317)005.01(43)1()(zzsmLSL05.0005.002.04100013.9215.014.072.04314)005.01(43)1()(zzsmLSL1.0024.04100067.214.04368)005.01(43)1()(zzsmLSL2.0078.041000107.2978.043108)005.01(43)1()(zzsmLSL6.1.2 型腔高度计算型腔高度计算04.0012.0410002.8612.0323005.01321zzsmHSH13.0032.04100016.8132.03217005.01321zzsmHSH6.2.3 型芯计算型芯计算004.0058.04100106.3558.043106)005.01(43)1()(zzsmlSl013.0052.0410077.6752.04367)005.01(43)1()(zzsmlSl6.2.4 型芯高度计算型芯高度计算004.0022.0310016.1322.03216005.01321zzsmhSh 7 脱模机构设计脱模机构设计磁带盒底座在完成前面的注射成型等一系列动作之后，等到熔融状态的塑料原料在型腔之内冷却后，模具就要打开，然后将制品取出来，而这个打开的动作通常需要模具系统来自主操作，而不是人工将其取出，这样既耗时耗力，而且不安全。这个过程需要交给脱模机构来完成，脱膜机构的工作质量直接决定最后塑件的外形质量。所以，在设计脱模机构的时候应该注意以下几点：制品应该于顶出机构在同一个模具方向之上；在制品脱模时应该确保其不收损坏，所以机构不应该有干扰；设计的脱模机构应该具有一定的强度，同时机构不应16该特别复杂；脱模机构完成动作之后，需要进行合模以便进行下一次成型，因此要有良好而准确的复位。7.1 机构选择机构选择一般情况下，顶出机构会有几种选择，比如推板，圆推杆，或者推块等等，每一种推出机构都有其特点。在模具的设计制造中，根据经验显示，一般盒盖类产品通常情况下都喜欢采用圆形推杆作为脱模机构，是因为这种推出结构比较简单，而且制造成本不高，制作方法规范，不容易出错，更换也比较方便，所以本次设计选择圆形推杆作为脱模机构，推杆分布如图所示脱模机构8.2 脱模力设计计算脱模力设计计算脱模力计算公式要考虑制品的外形，当外形是盒状的时候通常使用如下的设计公式来进行设计计算：cossinQLhp f 其中 h-制品在型腔中被包裹住的深度尺寸大小（cm）;L-型芯被塑件内部包裹住的截面周长长度尺寸（cm）;f-一般摩擦系数范围在 0.1 到 0.2 之间选取；p-塑件成型冷却后会收缩，当其收缩后会有一部分压力17产生，一般在7.811.8MPa:的范围之内。-脱模斜度的大小；8.3 推杆直径及强度校核推杆直径及强度校核(1)推杆的直径：d=(642l2n3E)14d=(642l2n3E)14式中：d推杆的直径；l推杆的长度；163.5mmn推杆数量；推杆长度系数，0.7E推杆材料的弹性模量；2.1107N/cm107N/cm算得:d=5.7mm，在设计中，d 取 6mm，满足要求。(2)推杆的强度校核max=4Qnd2max=4Qnd2142mm，所以该注塑机的开模行程符合要求。经过以上多项参数的校核，注塑机型号满足要求。可见 SmSz，HTF200J/TJ 满足其开模行程2311 模具装配图及工作原理模具装配图及工作原理磁带盒底座注塑模具设计装配图11.1 模具动作过程模具动作过程三板模一共有三次分型，第一次在脱料板与定模座板之间，第二次在脱料板与定模板之间，第三次在定模板与动模板之间1.当动模侧起始受到注塑机自身提供的拉力时，动模和定模之间由于装有开闭器【阻尼扣】，而脱料板与定模座板之间没有任何连结和阻碍（多数情况下小拉杆上还装有弹簧），这时在拉力作用下，脱料板与定模座板首先分开，定模座板随着公模板一起向后运动，运动到设定距离时，被小拉杆限位块挡住，2.定模板随注塑机继续向后运动，这样小拉杆也被带动，它又带动脱料板运动一个设定距离，以便将料头打下，这个设定距离运动完后，小拉杆与定模座板都停止运动3.注塑机继续向后运动，拉力不断加大，超过开闭器锁模力，定模板与动模板分开，分开到设定距离时停止不动4.在注塑机顶杆的推动下，顶针板带动顶出机构（顶针，司筒，斜顶等）24开始顶出运动，将成品顶出（自动落下或由机械手取走）25参考文献26参考文献参考文献1 康亚鹏主编,MastercamX 数控加工自动编程,北京:机械工业出版社,2006。2 屈华昌主编,塑料成型工艺与模具设计,北京:机械工业出版社,2001。3 邢邦圣主编,机械工程制图,南京:东南大学出版社,2003。4 杨占尧白柳主编，塑料模具典型结构设计实例，北京：化学工业出版社，2009。5 高军主编，注塑成型工艺分析及模具设计指导，北京：化学工业出版社，2009。6 王卫兵编,Mastercam 数控加工实例教程,北京:清华大学出版社 2006。7 何满才主编,Pro/E 模具设计与 Mastercam 数控加工,北京:人民邮电出版社,2005。8 刘彩英主编,实用塑料注射模具设计与制造,北京:机械工业出版社,2003。9 章飞主编，型腔模具设计与制造,北京:化学工业出版社,2003。10 王孝培主编,塑料成型工艺及模具简明手册,北京:机械工业出版社,2000。27 致致 谢谢 转眼间，课程设计马上结束了，大学毕业也即将接近尾声了。这个学期应该是我自我提升最快的一个阶段了，我完成了四年来应修的课程，并在最后一个学期中的课程设计中把所学内容进行合理的运用。在撰写论文过程中，我把自己的设计过程和结果一一罗列出来。从课本知识中学习，再到实际问题运用，最后又回归课本中，这是一个不断学习的过程。在这次注塑模具设计过程中，非常感谢指导老师和同学们的帮助。老师无论是在模具的设计过程中还是论文的撰写过程中都给予了我很多的指导和帮助。前期的设计过程中遇到了很多困难，老师总是很耐心的给我们讲解，我们私下里也会和同学们经常讨论问题，进行交流。后来在撰写论文的过程中，老师会定期的检查我们的进度和论文的规范程度，不落下一个细节，同学们之间也会互相指正。在整个的课程设计过程中，我不仅在学习上，也在生活中，收到了来自恩师益友的帮助和照顾，我自己也在很多方面都有所成长。感谢老师的关心和指导，还有同学们的帮助。以后的日子里，我会更加努力和认真，好好学习和工作的。再次感谢指导老师和同学们！