塑料模具工艺性分析

第1页一、塑件工艺性分析1.塑件原材料的成型特性分析ABS是聚苯乙烯的改性产品，是目前产量最大、应用最广的工程塑料。ABS是不透明非结晶型聚合物，无毒、无味,密度为1.02~1.05g/cm3ABS具有突出的力学性能，坚固，坚韧，坚硬;具有一定的化学性能和良好的介电性能；具有较好的尺寸稳定性，易于成型和机械加工，成型塑件表面有较好的光泽，经过调色可配成任何颜色，表面可镀铬。其缺点是耐热性差，连续工作温度为70℃左右，热变形温度为93℃左右，但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高；耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。ABS成型性能如下:（1）易吸水，成型加工前应干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥。(2)流动性中等，溢边值为0.04mm左右(3)壁厚和熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高(4)比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。(5)表观粘度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。第2页(6)易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。(7)宜采用高料温、高模温、高注射压力成型。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60℃；而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制60~80℃。(8)顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度易取2°以上。2.塑件的尺寸精度和表面质量的分析该塑件的尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，未注公差按MT5级查取公差，塑件上的主要尺寸的公差要求如下：外形尺寸21.50-0.445.80-0.24120-0.32170-0.385.80-0.24内形尺寸3.30+0.24R490+0.6410+0.2060+0。246.90+0.28塑件的表面质量无特殊要求。3.塑件的结构工艺性分析①从图纸上看，，该塑件左下部有两个均布的加强肋，可增强塑件的强度，减小塑件的变形。②壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的要求，无圆角。③为使塑件顺利脱模，可在塑件内部及加强肋处增设1°～2°的拔模斜度。综合来看，该塑件无特殊的结构要求和精度要求，在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。第3页4.塑件的生产批量该塑件的生产类型是大批量生产，因此在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模模具，以便降低生产成本。二、工艺方案的确定1.塑件的体积和质量（1）塑件的体积：V=2*5.8*2.5+(7.5*1.5*2.4-1/2*1.5)*4+2*7.5*1.4*6.9+1/3*14(3*17+2*16.5+√3*17*2*16.5)≈853.33mm³(2)塑件的质量：查有关手册，ABS的密度为m=ρv=1.03*853.33*10-3≈0.88g2.分型面的选择不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如下图所示第4页3.确定型腔数量由于该单个塑件，体积较小，约为0.85cm³，且此塑件的生产批量为大批量生产，为尽量提高生产率，决定采用一模4件的模具结构，型腔环形分布在型腔板上，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。4.初选注塑机（1）根据该塑件的体积、结构特点和ABS的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见下表塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热与干燥温度80～90℃成型时间/s注射时间3～5时间2h保压时15～30第5页间料筒温度/℃后段180～200冷却时间15～30中段210～230总周期40～70前段200～210螺杆转速/（r▪min﹣¹)30～60喷嘴温度/℃180～190后处理方法红外线灯烘箱模具温度/℃60～80温度/℃70注射压力/Mpa70～90时间/h2～4（2）确定模具温度及冷却方式ABS为非结晶型塑料，流动性中等，壁厚一般，因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在50～70℃。（3）确定成型设备由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，因此可计算出一次成型过程所用塑料量为：W=4m+m废=4*0.88+0.88*20%=3.696g第6页根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件的结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考资料可得，初选SZY-300型螺杆式注射机，螺杆式注射机的主要参数如下：序号主要技术参数项目参数值1最大注射量/cm3202注射压力/MPa1253锁模力/KN14004动、定模模板最大安装尺寸/（㎜*㎜）520*6205最大模具厚度/㎜3556最小模具厚度/㎜1307最大开模行程/㎜3408喷嘴前端球面半径/㎜129喷嘴孔直径/㎜φ410定位圈直径/㎜φ125三．模具结构的设计1.浇注系统的设计浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。考虑到塑件是采用一模四腔的布置，属于大批量生产等情况，浇口采用对各种塑料的成型适应性均较强，加工和维修方便的侧浇口。浇注系第7页统的设计如下图所示:（1）主流道和定位圈的设计主流道采用可拆卸更换的浇口套，浇口套和定位圈属于注射模具的通用件，设计者尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。查资料得到SYZ-300型注射机喷嘴有关尺寸：喷嘴前端球面半径SR0=12㎜；喷嘴孔直径d0=φ4.根据模具主流道和喷嘴的关系：SR=SR0+（1～2）㎜，d=d0+0.5㎜,取：主流道球面半径SR=14㎜(取标准值)；主流道的小端直径d=φ4.5㎜.为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2°～4°。计算其大端直径约为φ4㎜，同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R=1～5㎜的圆弧过渡。该模具的浇口套和定位圈设计如图1、图2.图1第8页图2（2）分流道的设计分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。该塑件的体积不大，形状也不算太复杂，且壁厚均匀，采用一处进料方式，缩短分流道长度，有利于塑件的成型和外观质量的保证。本任务从便于加工的方面考虑，采用截面形状为半圆形的分流道如下图，查有关资料取R=5mm第9页(3)浇口的设计根据塑件的型腔分布情况，选用如下图所示的侧浇口，浇口的位置选择在塑件最右端处，不影响塑件的外观。（4）冷料穴的设计冷料穴用于储存流动熔体前端的冷料头，避免这些冷料进入型腔影响塑件质量或堵塞浇口。冷料穴设置在主流道的末端和分流道的转向位置处，其长度通常为浇道直径d的1.5～2倍。2.型腔布置对于一模多件的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具第10页型腔对称、均衡、取件方便。本模具采用一模四腔，型腔中心对称分布，如下图所示：3.成型零件的结构设计（1）型腔设计考虑到该塑件的型腔不算复杂，塑件的尺寸较小，以及冷却水道的布置方便等，决定采用结构简单紧凑的整体式型腔。(2)型芯设计组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机械加工和热处理，修理及更换方便，同时也有利于型芯冷却和排气。由于该塑件有加强肋，考虑到型芯加工制造方便和降低模具成本，故采用组合式型芯。4.推出结构设计根据该塑件的形状特点，其推出机构可采用推杆和推件板推出，其中，推件板推出机构可靠，顶出力均匀，不影响塑件的外观，但制造困难，成本高；推杆推出机构简单，推出平稳，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不影响塑件外观，所以还是选择推杆第11页推出。5.冷却系统的设计该塑件采用大批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产效率；ABS为非结晶型塑料，流动性中等，因此，采用冷却水冷却，冷却水道开在定模板。四．主要零部件计算1.型零件的成型尺寸该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册得ABS的收缩率为0.4%～0.7%，故平均收缩率SCP=(0.4%+0.7%)/2=0.55%=0.0055，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δZ=△/4，成型零件尺寸计算如下:型腔的计算：径向尺寸公式为：（Lm）0+δZ=[(1+SCP)LS-0.75△］0+δZ170-0.38=[(1+0.0055)*17-0.75*0.38］0+0.095=16.800+0.09516.50-0.38=[(1+0.0055)*16.5-0.75*0.38］0+0.095=16.310+0.09520-0.2=[(1+0.0055)*2-0.75*0.2］0+0.05=1.860+0.0530-0.2=[(1+0.0055)*3-0.75*0.2］0+0.05=2.870+0.055.80-0.24=[(1+0.0055)*5.8-0.75*0.24］0+0.06=5.650+0.0660-0.24=[(1+0.0055)*6-0.75*0.24］0+0.06=5.850+0.066.90-0.28=[(1+0.0055)*6.9-0.75*0.28］0+0.07=6.730+0.07型腔深度公式为：(Hm)0+δZ=[(1+SCP)HS-2/3△］0+δZ120-0.32=[(1+0.0055)*12-2/3*0.32］0+0.08=11.850+0.08第12页20-0.2=[(1+0.0055)*2-2/3*0.2］0+0.05=1.880+0.0521.50-0.44=[(1+0.0055)*21.5-2/3*0.44］0+0.11=21.320+0.11490-0.64=[(1+0.0055)*49-2/3*0.64］0+0.16型芯的计算：径向尺寸公式为：(lm)0-δz=[(1+SCP)ls+0.75△］0-δz3.30+0.24=[(1+0.0055)*3.3+0.75*0.24］0-0.06=3.500-0.0610+0.2=[(1+0.0055)*1+0.75*0.2］0-0.05型芯高度公式为：(hm)0-δz=[(1+SCP)hs+2/3△］0-δz8.50+0.28=[(1+0.0055)*8.5+2/3*0.28］0-0.07=8.730-0.0750+0.24=[(1+0.0055)*5+2/3*0.24］0-0.06=5.190-0.062.模具型腔壁厚的确定塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的刚度和强度，本模具的型腔采用的是整体式，因此可用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚度S和型腔底板厚度T.（1）型腔侧壁厚度S的计算①按刚度条件计算S钢≥｛cph4/E[δ］｝⅓=(0.031*30*19.54/2.2*105*21.35)⅓≈0.3第13页㎜式中c-由h/l决定的系数，查表得c=0.031:；p-型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p取30Mpa;h-型腔深度，h=19.5mm;E-模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=2.1*105Mpa,预硬化塑料模具钢E=2.2*105Mpa;[δ］-模具刚度计算许用变形量，查表得[δ］=25i2=25*(0.45*W1/5+0.001*W)=25*(0.45*21.51/5+0.001*21.5)=21.35㎜②按强度条件计算S强≥｛3ph2(1+Wα)/[σ］｝½=｛3*30*19.52*(1+0.108*0.27)/30½≈10.84mm式中p-型腔内最大熔体压力,取30Mpa；h-型腔深度，h=19.5mm;W-抗弯截面系数，由h/l决定，查表得W=0.108；α-型腔的边长比，α=b/l=5.8/21.5=0.27；[σ］-模具强度计算许用应力，一般中碳钢[σ］=160Mpa，预硬化塑料模具钢[σ］=300Mpa。（2）型腔底板厚度T的计算①按刚度条件计算第14页T钢≥｛c′pb4/E[δ］｝1/2=(0.0226*30*124/2.2*105*21.35)1/2≈0.142