上海工程技术大学材料工程学院 前言 旋钮注塑模课程设计说明书 一个学期的课程即将结束,为检验这一个学期以来对于塑料模设计的学习效 果,综合检测理论在实际应用中的能力,除了平时的考试、课内试验,更重要的 是理论联系实际,即我们将努力认真的完成此次课程设计,我们的课程设计题目 为:旋钮注塑模具设计。 本次课程设计课题来源于生产实际,应用广泛,但成型难度相对较难,模具 结构相对复杂,对我们初学模具设计的学生是一个很好的考验。它能加强对塑料 模具成型原理的理解,同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。 本次设计以支架注塑模具为主线,综合了成型工艺分析,模具结构分析,最 后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程,能很好的达到学以致用的效 果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤,模具设计中常 用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本 次设计当中来,所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外,同时使用了 AutoCAD、UG 等软件。 本次课程设计得到了廖秋慧老师、吴文云老老师和张效迅老师的关心指导。 正因为老师们的悉心指导和帮助,我们才得以解决一个又一个难题,最后完成课 程设计。 由于实际经验和理论技术有限,设计的错误和不足之处在所难免,希望各位 老师和同学批评指正。 -1- 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 旋钮注塑模课程设计说明书 053111317 田原 1. 课程设计任务书 1.1 课程设计目的 本课程设计的目的是使我们在学完《塑料模具设计》课程之后,巩固和加深 对塑料模有关理论的认识,提高设计计算、制图和查阅参考资料的能力。使得我 们能正确运用专业知识,初步掌握制定注塑工艺规程及进行注塑模具设计的原则 和方法。在课程设计中应本着技术上先进、经济上合理的原则,制定注塑工艺规 程和设计有关的注塑模具。 1.2 课程设计任务书 ①塑料制品名称:旋钮; ②成型方法与设备:在适当的塑料注射机上 注射成型; ③塑料原料:聚丙烯 PP; ④收缩率:1.0%~3.0%; ⑤塑件图:如图所示为制品的图样。 -2- 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 2. 材料性能分析: 2.1 综合性能: PP,polypropylene,聚丙烯,属热塑性塑料,密度小,强度、刚度、硬度、 耐热性均优于低聚乙烯,可在 100 ?C 左右使用。具有优良的耐腐蚀性和高频绝缘性, 不受湿度影响,在低温时变脆,不耐磨,易老化。 2.2 适用范围: 适于制作一般机械零件、耐磨蚀零件和绝缘零件。 2.3 成型性能: 1、结晶料,吸湿性小,易发生熔体破裂,长期与热金属接触易分解。 2、流动性好,但收缩范围和收缩值大,易发生缩孔、凹痕、变形。 3、冷却速度快,浇注系统与冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度。 料温低,方向性明显,低温高压时尤其明显。模具温度低于 50 ?C 时,塑件不光泽, 易产生熔接不良、流痕,90 ?C 以上易发生翘曲变形。 4、塑件壁厚须均匀,避免缺口、尖角,以防应力集中。 2.4 主要技术指标如下表: 密度 比体积 吸水率(24h) 收缩率 熔点 热变形 温度 抗拉屈服强度 弯曲强度 g/cm3 cm3/g % % ?C ?C 0.45 MPa 1.82 MPa MPa MPa 0.90~0.91 1.10~1.11 0.01~0.03 1.0~3.0 170~176 102~115 56~67 37 68 表 2-4 PP 技术指标 -3- 上海工程技术大学材料工程学院 3. 塑件工艺性分析 3.1 塑件图: 旋钮注塑模课程设计说明书 图 3-1 二维塑件图 -4- 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 图 3-2 三维塑件图 旋钮,材料为 PP,单件零件体积 V=4.51 cm3 ,质量 m=4.06g,一模八腔注塑成 型。 3.2 结构工艺性分析: 3.2.1 尺寸: 工件最大的直径为 39.85mm,高 20 mm,可采用注塑工艺进行成型。 3.2.2 精度: 根据生产要求,旋钮采用一般精度,查手册(三)P431 表 2-2-2[1],一般精度 下聚丙烯精度等级为 MT6。 3.2.3 脱模斜度: 为便于塑件从模腔中取出,塑件的内外壁需要足够的脱模斜度。外形尺寸以 大端为基准,斜度往小处取;内形尺寸以小端为基准,斜度往大处取。查 P37 表 3-2[2],聚丙烯脱模斜度如下: 材料名称 型腔 型芯 聚丙烯(PP) 25′~45′ 20′~45′ 考虑零件形状的复杂性,型腔采用 45′脱模斜度,型芯采用 20′脱模斜度。 3.2.4 壁厚: -5- 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 设计合理,壁厚相对均匀,且符合最小壁厚的要求。查 P434 表 2-2-7[1],聚 丙烯最小壁厚为 0.85 mm。 3.2.5 圆角: 要从分型面位置、型芯、型腔结构来分析过渡圆角的设置。工件转角处加圆角, 最小圆角尺寸为 0.5 mm。 3.3 塑件表面质量分析 该塑件表面没有提出特殊要求,一般情况下外表面要求光洁,表面粗糙度可 以取到 Ra ? 0.8?m 。没有特殊要求时,塑件内部表面粗糙度可取 Ra ? 3.2?m 。 3.4 塑件的尺寸精度分析 该塑件无尺寸精度特殊要求,所有尺寸均为自由尺寸,查 P197 附表 4[2]按 MT6 查取公差。其主要尺寸公差要求如下表 2-2 所示: 类型 序号 塑件标注尺寸 塑件尺寸公差(按 MT6 级精度) 1 ?34.44 ?34.44?0.5 2 ?39.85 ?39.85?0.5 3 ?38.88 ?38.88?0.5 4 R 84.22 R84.22?0.84 外形尺寸 5 R 81.11 R81.11?0.74 6 19.15 7 20 19.15?0.41 20 ?0.3 1 8 R20.3 20.3?0.41 9 1 2 内形尺寸 3 4 R3.45 29.89 1.5 R84.22 R81.11 3.45?0.26 29.89 ?0.3 5 1.5+0.23 84.22+0.84 81.11+0.74 -6- 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 5 6 内形尺寸 7 8 9 10 11 19.5 R1.34 R20.3 0.75 36 2.1 0.6 表 3-4 塑件尺寸 19.5+0.41 1.34+0.23 20.3+0.41 0.75+0.23 36+0.5 2.1+0.23 0.6+0.23 4. 成型设备的选择 4.1 计算塑件的体积 根据制件的三维模型,利用三维软件直接求得塑件的体积为: V=4500.2194mm3,取 V=4.5cm3。 4.2 计算塑件整体体积 已知单个零件 V=4.5cm3,一模八腔成型。 V 件=V×8×(1+2/3)=90cm3 4.3 选择注射机 选择原则:V 注≥1.5V 件=135 cm3 考虑到聚甲醛的高压力要求和零件复杂性,初选型号为 HTF120J/TJ 型注射 机,其主要参数如下表 3-1 所示: -7- 上海工程技术大学材料工程学院 型号 螺杆(柱塞)直径 注射容量 注射压力 锁模力 模具 最大 厚度 最小 模板行程 喷嘴 球半径 孔直径 定位孔直径 顶 出 中心孔径 两侧 孔径 孔距 表 4-3 单位 (mm) (cm3) (MPa) (KN) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 注射机参数 5. 模架的选择 5.1 确定型腔布局 支架模具采用一模八腔,布局如下图 5-1 所示 旋钮注塑模课程设计说明书 HTFJ120/TJ Φ36 173 197 860 430 150 350 10 Φ3 Φ125 Φ40 Φ25 200 图 5-1 模具的型腔布局 根据手册(三)P547 表 2-4-54[1],再根据 d=40mm,选择 s1 ? 5mm ;根据手册 (三)P545 图 2-4-33[1],根据材料聚丙烯(PP)的高压力要求,选择曲线 II,根 据 l=40mm,选择 s2 ? 16mm 。 -8- 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 根据计算公式,可得: b ? 4s1 ? 2d ? 2s2 ? 20 ? 80 ? 32 ? 132mm l ? 8s1 ? 6s2 ? 4d ? 40 ? 96 ? 160 ? 296mm 5.2 确定模板尺寸 根据塑件外形尺寸 b×l,查手册(一)P359 表 2-87[1],选择 B=355mm, L=500mm,工件采用点浇口、推出机构为推板、推杆二次推出,因此选用注 塑模组合形式,定二动三,由于采用精密级导柱,故可以不采用定位销。如图 5-2 所示: -9- 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 图 5-2 模架类型及尺寸 模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉;模具外表面尽量不要有突出部分; 模具外表面应光洁,加涂防锈油。由手册(一)P360 续表可得如下参数。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 定模座板 中间板 推板 动模板 支承板 推杆固定板 推板 垫块 动模座板 长 x 宽(mm·mm) 500x400 500x355 500x355 500x355 500x355 500x224 500x224 500x63 500x400 厚度(mm) 35.5 35 31.5 40 50 20 35.5 125 35.5 6. 注射机校核 6.1 分流道设计 根据手册(三 P473 表 2-4-3,选择梯形分流道,一级分流道截面尺寸 H ? 5.5mm ,L ? 8mm 。二级分流道截面尺寸 H ? 4mm ,L ? 6mm 。三级分流 道截面尺寸 H ? 3mm , L ? 4mm 6.2 浇口设计 选用点浇口,在分流道末端加冷料穴,经计算,工件与浇注系统总的注射体 积 V 注=135cm3,符合注射机要求。 6.3 压力校核 根据注射压力条件: p成 ? p注 。查书 P193 附表 2,聚丙烯的注射压力为 70-120MPa。注射机压力 197Mpa,符合要求。 6.4 锁模力校核 根据锁模力要求: A ? p腔 ? F锁 ? 0.8F0 ,其中 0.8F0 为注塑机给的合模力。可 - 10 - 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 知, p腔 ?(0.4 ~ 0.5)p注 ? 50MPa。根据 UG 三维设计软件可知型腔的面积为: 2? ? r2 ? 3.14 ?15.662 ? 770mm2 , F锁 ? 8 ? 50 ? 770 ? 308KN , 0.8F0 ? 960KN F锁 ? 0.8F0 ,因此锁模力符合要求。 6.5 开模行程校核 H1 =20mm, H2 =35.5mm,a=20mm。因为双分型面开模行程的公式为: S ? H1 ? H2 ? a ? 5 ~ 10mm , H 1 ? H 2 ? a ? 5 ~ 10mm ? 20 ? 35.5 ? 20 ? 5 ? 80.5mm S=310mm,因此符合开模行程的要求。 6.6 模厚校核 模具闭合高度为 352mm,符合注射机 150 ~ 360mm 的模厚要求。 综上所述:选取 HTF120J/TJ 型螺杆式注射成型机完全符合本模具的使用要求。 锁模力 CAE 分析图 7 浇注系统的设计 7.1 设计原则 浇注系统设计原则: (1)浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布 置; - 11 - 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 (2)结合型腔布置考虑,尽可能采用平衡式分流道布置; (3)尽量缩短熔体的流程,以便降低压力损失、缩短充模时间; (4)浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键,应有利于熔体流动、避免产生 湍流、涡流、喷射和蛇形流动,有利于排气和补缩,且应设在塑件较厚 的部位,以使熔料从后断面移入薄断面,以利于补料; (5)避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击,防止变形和位移的产生; (6)浇注系统凝料脱出应方便可靠,凝料应易于和制品分离或者易于切除和整 修; (7)熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系,设计浇注系统时要预 先考虑到熔接痕的部位、形态,以及对制品质量的影响; (8)尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量; (9)浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度,其中 浇口应有 IT8 以上的精度要求; (10)设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施; (11)尽可能使主流道中心与模板中心重合,若无法重合应使两者的偏离距离 尽可能小。 7.2 主流道设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机喷射出的熔体导入 分流道或型腔中。 主流道的形状为圆锥形,以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。 7.2.1 主流道尺寸 (1)主流道小端直径 d1 主流道小端直径 d1 = 注射机喷嘴直径+(0.5~1) = 3 + 0.5~1 取 d1 =3.5mm 这样便于喷嘴和主流道能同轴对准,也能使的主流道凝料 能顺利脱出 (2)主流道球面半径 主流道入口的凹坑球面半径R,应该大于注射机喷嘴球头半径的2~3mm。 反之,两者不能很好的贴合,会让塑件熔体反喷,出现溢边致使脱模困难. SR = 注射机喷嘴球头半径 +(2~3) - 12 - 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 SR = 10 + 2~3 取d = 20 mm (3)主流道长度L 一般按模板厚度确定,但为了减小充模时压力降和减少物料损耗,以短为好, 小模具控制在50之内。在出现过长流道时,可以将主流道衬套挖出深凹坑,让喷 嘴伸入模具。本设计中结合该模具的结构,取L=25 mm (4)主流道大端直径 D = C + 2 Ltgα(半锥角α: 为1°~ 2°,取α=2°)≈ 10 mm 7.2.2 主流道衬套 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,属易损件,对材料要求较严,因 而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式,即浇口套。 7.3 分流道的设计 分流道设计:根据手册 P473 表 2-4-3,选择梯形分流道,一级分流道截面尺 寸 H ? 5.5mm ,L ? 8mm 。二级分流道截面尺寸 H ? 4mm ,L ? 6mm 。三级分 流道截面尺寸 H ? 3mm , L ? 4mm 。 7.4 浇口的设计 我们将采用点浇口。点浇口由于前后两端存在较大的压力差,能够有效地增 大塑料熔体的剪切速率,并产生较大的剪切热,从而使熔体的表观黏度下降,流 动性增加,利于填充。有利于成型薄壁塑件以及聚丙烯等表观黏度随剪切速率变 化而敏感改变的塑料。 模具设计时,浇口的位置及尺寸要求比较严格,初步试模后还需进一步修改 浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大,因 此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节,同时浇口位置的不同还影响 模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选 择。通常要考虑以下几项原则: a.尽量缩短流动距离。 b.浇口应开设在塑件壁厚最大处。 c.必须尽量减少熔接痕。 d.应有利于型腔中气体排出。 - 13 - 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 e.考虑分子定向影响。 f.避免产生喷射和蠕动。 g.浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 h.注意对外观质量的影响。 从模具的制造及结构考虑,该注塑模具采用点浇口。采用点浇口的模具,易 取得浇注系统的平衡,也有利于自动化操作。点浇口凝料脱模时需要在定模部门 另加一个分型面。塑件的浇口残留痕迹小,但收缩大,易变形。 图 7-4 浇口分析 7.5 相关零件 7.5.1 浇口套 查手册(三)P559,表 2-4-69[1],选择Ⅱ型浇口套如下图 6-1, - 14 - 上海工程技术大学材料工程学院 旋钮注塑模课程设计说明书 图 7-5-1 浇口套 d1 ? 3.5mm,d ? 16mm,d2 ? 20mm,d3 ? 28,h ? 3mm,R ? 15mm,L ? 25mm 7.5.2 定位圈 查手册(三)P570,表 2-4-86[1],选择 d ? 20mm, H ? 12mm ,III 型定位圈, 如下图 6-2 所示。 图 7-5-2 定位圈 d1 ? 40mm,d ? 20mm,d2 ? 7mm,d3 ? 11,h ? 6.5mm,D ? 55mm,H ? 12mm,c ? 1mm 7.5.3 分流道的设计 查手册(三)P473 表 2-4-3,选择梯形分流道,一级分流道截面尺寸 H ? 5.5mm ,L ? 8mm 。二级分流道截面尺寸 H ? 4mm ,L ? 6mm 。