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塑料模设计实例
塑料注射模具设计与制造实例是通过设计图1.1所示的防护罩的注射模,全面介绍了从塑料成形工艺分析到确定模具的主要结构,最后绘制出模具的塑料注射模具设计全过程。
设计任务:
产品名称:
防护罩
产品材料:
ABS(抗冲)
产品数量:
较大批量生产
塑料尺寸:
如图1.1所示
塑料质量:
15克
塑料颜色:
红色
塑料要求:
塑料外侧表面光滑,下端外沿不允许有浇口痕迹。
塑料允许最大脱模斜度0.5°
图1.1塑件图
一.注射模塑工艺设计
1.材料性能分析
(1)塑料材料特性
ABS塑料(丙乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物)是在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为的改性共聚物,也可称为改性聚苯乙烯,具有比聚苯乙烯更好的使用和工艺性能。
ABS是一种常用的具有良好的综合力学性能的工程材料。
ABS塑料为无定型料,一般不透明。
ABS无毒、无味,成型塑料的表面有较好的光泽。
ABS具有良好的机械强度,特别是抗冲击强度高。
ABS还具有一定的耐磨性、耐寒性、耐水性、耐油性、化学稳定性和电性能。
ABS的缺点是耐热性不高,并且耐气候性较差,在紫外线作用下易变硬发脆。
(2)塑料材料成形性能
使用ABS注射成形塑料制品时,由于其熔体黏度较高,所需的注射成形压力较高,因此塑料对型芯的包紧力较大,故塑料应采用较大的脱模斜度。
另外熔体黏度较高,使ABS制品易产生熔接痕,所以模具设计时应注意减少浇注系统对料流的阻力。
ABS易吸水,成形加工前应进行干燥处理。
在正常的成形条件下,ABS制品的尺寸稳定性较好。
(3)塑料的成形工艺参数确定
查有关手册得到ABS(抗冲)塑料的成形工艺参数:
密度1.01~1.04克/mm³
收缩率0.3%~0.8%
预热温度80°c~85°c,预热时间2~3h
料筒温度后段150°c~170°c,中段165°C~180°c,前段180°c~200°c
喷嘴温度170°c~180°c
模具温度50°c~80°c
注射压力60~100MPa
注射时间注射时间20~90s,保压时间0~5s,冷却时间20~150s.
2.塑件的结构工艺性分析
(1)塑件的尺寸精度分析
该塑件上未注精度要求的均按照SJ1372中8级精度公差值选取,则其主要尺寸公差标注如下(单位均为mm):
外形尺寸:
、
、
、
内形尺寸:
孔尺寸:
孔心距尺寸:
(2)塑件表面质量分析
该塑件要求外形美观,外表面表面光滑,没有斑点及熔接痕,粗糙度可取Ra0.4μm,下端外沿不允许有浇口痕迹,允许最大脱模斜度0.5°,而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。
(4)塑件的结构工艺性分析
A、从图纸上分析,该塑件的外形为回转体,壁厚均匀,且符合最小壁厚要求。
B、塑件型腔不大,适合批量生产。
C、在塑件侧壁有1个
的孔,因此成型后塑件不易取出,需要考虑侧抽芯装置。
结论:
综上所述,该塑件可采用注射成型加工。
3.确定成型设备选择
(1)计算塑件的体积和重量
计算塑件的重量是为了选择注射机及确定模具型腔数。
A、计算塑件的体积:
V=12723.2mm3(过程略)
B、计算塑件的重量:
根据有关手册查得ρ=1.2Kg·dm3
所以,塑件的重量为:
W=ρV
=12723.2×1.2×10-3
=15.26g
(2)设备选择
根据塑件形状及尺寸,采用一模两腔的模具结构,考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况,参考模具设计手册初选螺杆式注射机:
G54—S200/400
选用G54—S200/400型卧式注射机,其有关参数为:
额定注射量200/400cm³
注射压力109MPa
锁模力2540KN
最大注射面积645cm³
模具厚度165~406mm
最大开合模行程260mm
喷嘴圆弧半径18mm
喷嘴孔直径4mm
拉杆间距290mm×368mm
4.成型工艺参数的确定
查相关手册得出工艺参数如下表,试模时可根据实际情况作适当调整
5.模塑工艺规程编制
塑料成型工艺卡片
资料编号
车间
共1页
第1页
零件名称
防护罩
材料牌号
ABS
设备型号
G54-S200/400
装配图号
FHZ001
材料定额
12723.2mm3
每模件数
2
零件图号
FHZ000
单件重量
15.26g
工装号
材料
干燥
设备
温度/℃
110~120°C
时间/h
8~12
料筒
温度
(℃)
后段/℃
210~240
中段/℃
230~280
前段/℃
240~285
喷嘴/℃
240~250
模具温度/℃
90~110
时
间
注射/s
20~90
保压/s
0~5
冷却/s
20~90
压
力
注射压力/MPa
80~130
背压/MPa
80~130
后处理
温度
100°C
时间
定额
辅助/min
时间
8~12
单件/min
检验
编制
校对
审核
组长
车间主任
检验组长
主管工程师
二.模具设计
1.可行性分析
(1)质量保证措施
根据塑件技术要求和塑料模塑成型工艺文件技术参数,为保证达到塑件要求采取了如下措施:
①分型面的设置方法
塑料分型面的选择应保证塑件的质量要求,本实例中塑件的分型面有多种选择,如图1.2所示。
图1.2a所示的分型面选择在轴线上,这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹,影响塑件表面质量。
同时这种分型面也使抽芯困难;图1.2b的分型面选择在下端面,这样的选择使塑件的外表面可以在整体上凹模型腔内成形,塑件大部分外表面光滑,仅在侧向抽芯处留有分型面痕迹。
同时侧向抽芯容易,而且塑件脱模方便。
因此塑件选择如图1.2b所示的分型面
图1.2分析面的选择
②侧抽芯的措施
塑件的侧面有直径为10mm的圆孔,因此模具应有侧向抽芯结构,由于推出距离较短,抽出力较小,所以采用斜面斜导柱、滑块抽芯机构。
斜导柱装在定模板上,滑块装在推件板上。
③脱模斜度的数值
为确保塑件外形美观,外表面表面光滑,没有划伤、熔接痕,需要将脱模斜度设计略微大一些,而制件允许最大脱模斜度0.5°,故脱模斜度即设计该值。
(2)合理的确定型腔数
为提高塑件生产的经济效益,在注射机容量能满足要求的前提下,应计算出较合理的型腔数。
随型腔的数量增多,每一只塑件的模具费用有所降低。
该塑料形状较简单,质量较小,生产批量较大。
所以应使用台多型腔注射模具。
考虑到塑件侧面有直径为10mm的圆孔,需侧向抽芯,所以模具采用一模两腔、平横布置。
这样模具尺寸较小,制造加工方便,生产效率高,塑件成本较低。
其布置如图1.3所示。
图1.3塑件布置图
(3)浇道和浇口设置
浇口对塑件的形式、尺寸精度、熔接痕位置、二次加工和商品价格等有很大影响,因而必须首先对浇道和浇口对具体塑件的成型关系进行分析。
根据该制件的结构特点可以考虑采用点浇口和侧浇口两种形式,但是塑件明确要求下端外沿不允许有浇口痕迹,所以塑件采用点浇口成形,其浇注系统如图1.4所示。
点浇口直径为0.8mm,点浇口长度为1mm,头部球R1.5~2mm,锥角α为6°。
分流道采用半圆截面流道,其半径R为3~3.5mm。
主流道为圆锥形,上部直径与注射机喷嘴相配合,下部直径6~8mm。
图1.4点浇口浇注系统
(4)模具制造成本估算(略)
2.确定模具类型
(1)塑料采用注射成形法生产。
为保证塑料表面质量,使用点浇口成形,因此模具应为双分型面注射模(三板式注射模)。
(2)因塑件尺寸较小,模具规模不大,为了降低加工难度,该模具采用直接加工型腔,即整体式结构。
(3)从塑件侧孔的角度考虑,制件孔较小,所需的抽芯力不大,所以可以利用斜导柱抽芯。
3.确定模具主要结构
(1)模具的结构形状
模具结构为双分型面注射模,如图1.5所示。
采用拉杆和限位螺钉,控制分型面A—A的打开距离,其开距应大于40mm,方便浇口。
分型面B—B的打开距离,其开距应大于65mm用于取出制件。
模具分型面的打开顺序,由安装在模具外侧的弹簧—滚柱式机构控制。
图1.5双分型面注射模模具结构
1-限位拉杆2-导套3-定模板4-螺钉5-推件板6-推杆7-动模板8-支承板9-推杆固定板10-推板11-垫块12-动模座13-导柱14-导套15-导套16-定模座17-流道板18-导套19-导柱20-限位螺钉
(2)选择模架
①模架的结构,如图1.6所示.
②模架安装尺寸校核
模具外形尺寸为长300mm、宽250mm、高345mm,小于注射机拉杆间距和最大模具厚度,可以方便的安装在注射机上。
图1.6模架
(3)型腔布置
根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求,确定了一模两腔的模具结构,其排布方式如图1.7所示。
图1.5型腔排布方式
(4)确定分型面
如前所述,为了保证塑件的表面质量,且有利于模具加工、排气、脱模及成型操作,分型面选择如图1.5所示的A-A分型面。
(5)确定浇注系统和排气系统
主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小以及排气方法、排气槽的位置、大小如图1.4所示。
(6)选择推出方式
由于塑件形状为圆壳形而且壁厚较薄,使用推杆推出容易在塑件上留下推出痕迹,不宜采用。
所以选择推件板推出机构完成塑件的推出,这种方法结构简单、推出立均匀,塑件在推出时变形小,推出可靠。
(7)冷却系统
①模具加热
一般生产ABS材料塑性的注射模具不需要外加热。
②模具冷却
模具的冷却分为两部分,一部分是型腔的冷却,另一部分是型芯的冷却。
型腔的冷却是由定模板(中间板)上的两条Φ10mm的冷却水道完成,如图1.6所示。
图1.6定模板冷却水道
型芯的冷却如图1.7所示,在型芯内部开有Φ16mm的冷却水孔,中间用隔水板2隔开,冷却水由支承板5上的Φ10mm冷却水孔进入,沿着隔水板的一侧上升到型芯的上部,翻过隔水板,流入另一侧,再流回支承板上的冷却水孔。
然后继续冷却第二个型芯,最后由支承板上的冷却水孔流出模具。
型芯1与支承板5之间用密封圈3密封。
图1.7型芯的冷却
1-型芯2-隔水板3-密封圈4-定模板5-支承板
(8)模具总体结构
模具结构示意如图1.8所示。
图1.8模具结构示意图
1-导柱2-导套3-拉杆4-定模板(中间板)5-螺钉6-导套7-复位杆8-动模座板9-螺钉10-推板11-推杆固定板12-垫块13-支承板14-密封圈15-隔水板16-动模板17-定位销18-推件板19-侧滑块20-斜楔21-斜导柱22-型芯23-螺钉24-脱出板25-定模座板26-定模镶块27-拉料杆28-定位圈29-浇口套30-导柱31-导套32-导套33-限位螺钉
(9)模具零件厚度及外形尺寸
①型腔结构
如图1.8所示,型腔由定模板4、定模镶件26和19共三部分组成。
定模板4和滑块19构成塑件的侧壁,定型镶件26成形塑件的顶部,而且点浇口开在定模镶件上,这样使加工方便有利于型腔的抛光。
定模镶件可以更换,提高了模具的使用寿命。
②型芯结构
如图1.8所示,型芯由动模板16上的孔固定。
型芯于推件板18采用锥面配合,以保证配合紧密,防止塑件产生飞边。
另外,锥面配合可以减少推件板在推件运动时与型芯之间的磨损。
型芯中心开有冷却水孔,用来强制冷却型芯。
③模具的导向结构
如图1.8所示,为了保证模具的闭合精度,模具的定模部分与动模部分之间采用导柱子1和导套2导向定位。
推件板18上装有导套6,推出制件时,导套6在导柱1上运动,保证了推件板的运动精度。
定模座板上装有导柱30,为点浇口凝料推板24和定模板4的运动导向。
④结构强度计算(略)
(7)计算成型零件工作尺寸
取ABS的平均成形收缩为0.6%,塑件未注公差按照SJ1372中8级精度公差值选取。
①型腔径向尺寸
模具最大磨损取塑件公差的1/6;模具制造公差〥z=△/3;取X=0.75.
Φ40+0.26→Φ40.26-0.26
(Lm1)+〥0=[(1+S)Ls1-X△]+〥0
=[(1+0.6%)×40.26-0.75×0.26]+0.09
=40.31+0.09
R25+0.94→R25.94-0.94
(Lm2)+〥0=[(1+S)Ls2-X△]+〥0
=[(1+0.6%)×25.94-0.75×0.94]+0.31
=25.39+0.31
②型腔深度尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6;模具制造公差〥z=△/
取X=0.5。
50+1.2→51.2-1.2
(Hm1)+〥0=[(1+S)Hs1-X△]+〥0
=[(1+0.6%)×51.2-0.5×1.2]+0.40
=50.91+0.40
45+1.2→46.2-1.2
(Hm2)+〥0=[(1+S)Hs2-X△]+〥0
=[(1+0.6%)×46.2×1.2]+0.40
=45.88+0.40
(3)型芯径向尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6;模具制造公差〥z=△/3;取X=0.75.
Φ36.8+0.26→Φ36.8+0.26
(Ls1)0-〥z=[(1+S)Ls1+X△]0-〥Z
=[(1+0.6%)×36.8+0.75×0.26]-0.09
=37.220-0.09
Φ10+0.52→Φ10+0.52
(Ls2)0-〥z=[(1+S)Ls2+X△]0-〥Z
=[(1+0.6%)×10+0.75×0.25]-0.17
=10.450-0.17
(4)型芯高度尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6;模具制造公差〥z=△/3;取X=0.5。
1)48.4+1.2→48.4+1.2
(hm1)0-〥z=[(1+S)hs1+X△]0-〥Z
=[(1+0.6%)×48.4+0.5×1.2]-0.40
=49.29-0.40
2)15+0.68→15+0.68
(hm2)0-〥z=[(1+S)hs2+X△]0-〥Z
=[(1+0.6%)×15+0.5×0.68]-0.23
=15.43-0.23
四.模具总装图
1.模具总装图
(略)
2.模具工作原理
(略)
五.模具的装配、试模
1.模具的装配
(略)
2.模具的安装试模
试模是模具中的一个重要环节,试模中的修改、补充和和调整是对于模具设计的补充。
(1)试模前的准备
试模前要对模具及试模用的设备进行检验。
模具的闭合高度,安装与注射机各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要求等要符合所选设备的技术条件。
检查模具各滑动零件配合间隙适当,无卡住及紧涩现象。
活动要灵活、可靠,起止位置的定位要正确。
各镶嵌件、紧固件要牢固,无松动现象。
各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。
对于试模设备也要进行全面检查,即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整,使之处于正常运转状态。
(2)模具的安装及调试
模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地,并安装在指定注射机的全过程。
模具安装在注射机上要注意以下几方面:
①模具的安装方位要满足设计图样的要求。
②模具中有侧向滑动结构时,尽量使其运动方向为水平方向。
③当模具长度与宽度尺寸相差较大时,应尽可能使较长的边与水平方向平行。
④模具带有液压油路接头,气路接头,热流道元件接线板时,尽可能放在非操作一侧,以免操作不方便。
模具在注射机上的固定多采用螺钉,压板的形式,如图1.9所示。
一般每侧4~8块压板,对称布置。
图1.9模具固定
1-压板2-螺钉3-模具4-注射机安装板
模具安装于注射机上之后,要进行空循环调整。
其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活,定位装置是否能够有效作用。
要注意以下方面:
①合模后分型面不得有间隙,要有足够的合模力。
、
②活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象,定位要正确可靠。
③开模时,推出要平稳,保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。
④冷却水要畅通,不漏水,阀门控制正常。
(3)试模
模具安装调试后既可以进行试模
①加入原料
原料的品种、规格、牌号应符合产品图样中的要求,成形性能应符合相关标准的规定。
原料一般要预先进行干燥。
②调整设备
按照工艺条件要求调整注射压力、注射速度、注射量、成形时间、成形温度等工艺参数。
③试模
将模具安装在注射机上,选用合格的原料,根据推荐的工艺参数调整好注射机,采用手动操作。
开始注射时,首先采用低压、低温和较长的时间条件下成形。
如果型腔未充满,则增加注射时的压力。
在提高压力无效时,可以适当提高温度条件。
试模注射器出样件。
试模过程中容易产生的缺陷及原因可参考表10-9。
试模过程中,应进行详细记录,将结果填入试模记录卡,并保留试模的样件。
(4)检验
通过试模可以检验出模具结构是否合理;所提供的样件是否符合用户的要求;模具能否完成批量生产。
针对试模中发现的问题,对模具进行修改、调整、再试模,使模具和生产出的样件满足客户的要求,试模合格的模具,应清理干净,涂防锈油入库保存。
六.主要零件图及加工规程
1.中间板零件图及加工工艺规程
定模板(中间板)零件图如图1.10所示。
图1.10中间板零件图
定模板(中间板)的加工工艺:
(1)以基准角定位,加工Φ52+0.02mm和Φ40.31+0.09mm的型腔孔,可以采用坐标镗或加工中心完成。
(2)以基准角定位,加工宽32mm、长40mm、深25mm及宽10mm、深20.66-0.23mm的装配侧滑块孔,可以采用铣床或加工中心完成。
(3)以基准角定位,加工宽32mm、长20mm、深40mm的斜楔装配孔及其上的M8螺钉沉孔,可以采用铣床和钻床加工。
(4)钳工研配侧滑块和斜楔。
(5)将侧滑决装入定模板侧滑块孔内锁紧固定,共同加工Φ15mm的斜导柱孔,可以采用铣床和钻床加工。
(6)以基准角定位,加工4×Φ16mm孔,可以铣床和钻床加工。
(7)加工2×Φ10mm冷却水孔,由钻床或深孔钻床完成。
2.侧滑块加工工艺规程
侧滑块加工工艺如下:
(1)加工外形尺寸,由铣床或加工中心完成。
(2)钳工研配,首先与推件板研配侧滑块的滑道部分,要求滑动灵活,无晃动间隙;其次研配侧滑块与型芯及定模板的配合,要求配合接触紧密,注射成形时不产生飞边;最后研配斜楔,要求斜楔在注射成形时锁紧侧滑块。
(3)与定模板配钻斜导柱孔。
(4)加工侧滑块的两个Φ3mm定位凹孔。
3.动模板零件图及加工工艺规程
动模板(型芯固定板)零件图如图1.11所示。
图1.11动模板(型芯固定板)零件图
动模板(型芯固定板)加工工艺如下:
(1)以基准角定位,加工Φ50+0.02mm和Φ60mm的型芯固定孔,可以采用坐标镗床或加工中心完成。
(2)以基准角定位,加工4×Φ21mm孔,可采用镗床钻床完成。
(3)钳工装配型芯。
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