模具设计与制造基础作业

模具设计与制造基础设计题目：普通塑料水杯模具设计制造姓名：王纬宇学号：07320207专业：机械设计制造及其自动化班级：二班设计任务：为塑料水杯模具制作设计，各个零部件的加工工艺过程及整套模具的装配和使用。制定了机械加工工艺过程卡。合作人姓名：史涛涛合作人学号：07320217合作人任务：主要负责模具原理外形方面设计一、总体设计模具是利用其特定的形状成型具有一定形状的制成品的工具。本模具为塑料水杯注射模具，由以下零部件组成：动模固定板、内六角圆柱头螺钉、锁紧楔、斜导柱、定模固定板、定模板、浇口套、导柱、导套、动模板、型芯、垫板、模腿、顶杆板、垫钉、顶杆、复位杆、推板、涨钉、限位环。塑料水杯注射模具采用了直流道侧浇口，一次推杆推出机构。其工作原理如下：模具在工作时，将定模固定在注射机定模板上，动模固定在动模板上，将注射机喷嘴用定位圈定位，对准浇料口，模具首先将动模与定模合模锁住并开启注射机活塞，将在料筒内的熔融塑料以高压、高速挤入动模与定模合模所组成的型腔，并使其充满、保压，保压后，开动动模，使其与定模分开回到原来的位置，此时在顶杆的作用下，将塑件从动塑内卸下，在第二次合模时在复位杆的作用下动模与定模恢复到合模位置准备下一行程的注射。二、材料分析由于零件图中标注该水杯的材料是PC，所以有：PC属于热塑性塑料。（热塑性塑料—在特定的温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。）PC的性能：综合性能较好，无毒，化学稳定性好，耐水、油等；吸水性较小，透光率很高，介电性能良好。PC的用途：适于制作传递中、小负荷的零部件；因PC无毒无味，可以制造医疗器械，小型日常用品等；因透光率较高，可制造大型灯罩、门窗玻璃等等透明制品。PC是非结晶型的线型结构的高聚物。PC的塑件脱模斜度：型腔35ˊ～1º型芯30ˊ～50ˊ综合上述条件，又根据常用热塑性塑料的成型条件，可知PC材料的特性如下1：表1：PC材料的特性缩写密度（g/mm3）计算收缩率（%）注射压力(Mpa)适用注射机类型PC1.19～1.220.5～0.660～100螺杆、柱塞式均可三、注射机的选用塑料的种类很多，其成形的方法也很多，有注射成形、压缩成形、压注成形、挤出成形、气动与液压成形、泡沫塑料的成形等，其中前四种方法最为常用。其中，注射成形所用模具称为注射成形模具，简称注射模。注射模主要应用于成形热塑性塑料，因此根据对零件的分析，该PC材料的塑料水杯用注射成形为最佳。另外，注射模区别于其他塑料模的特点是：模具先由注射机合模机构合紧密，然后，由注射机注射装置将高温高压的塑料熔体注入模腔内，经冷却或固化定型后，开模取出塑件。因此，注射模可一次成形出外形复杂、尺寸精确或带有嵌件的塑料制件，对水杯的外观有精美、无明显毛刺等要求的情况下，应用注射成形可以很好的达到工艺要求。注射成形所用的设备是注射机。3.1注射机类型的选择根据对塑件的分析，可选用XS-Z-60型热塑性塑料注射机。该型号的注射机螺杆直径为φ38，所以，应在模具的动模座板上加工出一个大于该直径（例如：φ40）的孔，以便顶出用。3.2注射部分的选择1、注射压力的校核：p公≥p注122(Mpa)≥60～100(Mpa)p公—注射机的最大注射压力(Mpa)；p注—塑件成型所需的实际注射压力(Mpa)；2、前端的孔和球：D2=D1+(0.5～1)（mm）=4+0.5=4.5（mm）R2=R1+(1～2)（mm）=12+1=13（mm）D2—模具流道入口直径（mm）；D1—喷嘴注口直径（mm）；R2—模具浇注套球面半径（mm）；R1—喷嘴球面半径（mm）；3.3合模部分的选用A1=πR2=3.14x0.0462=0.007A2=2x0.4x0.02+2x0.1x0.02+0.24x0.02+0.26x0.02=0.03锁模力的校核：F锁≥K损p注A1A2500000≥0.67x100000000x0.007x0.03=14070F锁—注射机的额定锁模力(N)；p注—塑件成型所需的实际注射压力(Pa)；K损—注射压力到达型腔的压力损失系数，一般取0.34～0.67；A1—浇注系统在分型面上的投影面积(m2)；A2—塑件在分型面上的投影面积(m2)；经计算，锁模力合格。2、模具闭合厚度及开模行程的校核：Hmin≤Hm≤Hmax70（mm）≤133(mm)≤200(mm)Hmin—可装模具最小厚度；Hm—模具闭合厚度（该模具闭合厚度为133mm）；Hmax—可装模具最大厚度；经计算，模具的闭合厚度合格。经查表知，XS-Z-60型热塑性塑料注射机的模板行程为180mm大于设计模具的最大开距。因此，该注射机可达到设计要求之用。四、模具设计详解前述已知，该模具要应用注射模加工。根据对塑料水杯零件图的分析，可采用中小型模架标准（GB/T.12556.1—90）中派生组合类型的模架标准，它是以点浇口和多分型面为主的结构形式，其代号取P。派生组合中，动、定模座板的连接方式，（如采用螺钉、定距拉杆或定距拉板等）有承制单位自定。（模具中各种零部件具体尺寸要求可见模具装配图或零件图标注）一般注射模可由以下几个部分组成：浇注系统、导向机构、脱模机构、侧向分型机构与抽芯机构、其它零件。对该水杯零件注射模具的基本设计：4.1成型部分4.1.1分型面的确定塑件分型面决定了模具的基本结构和飞边产生的位置，根据该塑料水杯的形状要求，外表面要求精美、无明显的毛刺，另外，水杯手柄部位形状比较复杂，所以，将分型面选择在水杯中间剖切面上。这样，不致影响塑件外观，既有利于脱模（注：分型面应使塑料件在开模时留在有脱模机构的一边，通常是在动模一侧。），又使模具的加工制造更容易。4.1.2型腔数的确定设计为一模一腔4.1.3成型零件包括定模板、动模板和型芯等零件。在注射时，这类零件直接接触塑料，以成形制品；其精度要求较高，是注射模的核心零件。动、定模板：主要成形塑料件的外部形状。由于该工艺品盒的形状比较简单，尺寸也较小，所以采用整体式的凹模。它是由整块金属材料直接加工而成的，见零件图06、20。这种形式的凹模结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型的塑料件质量较好。由于，零件技术要求中要求塑件的外观精美无明显的毛刺，所以，用特种加工中的电火花进行加工较好，见“电火花成型加工”。型芯：又称凸模，主要成形塑料件的内部形状，。根据对该塑件整体进行分析，知其内形比较简单，深度较大，可以采用整体式凸模。整体凸模的结构简单牢固，成型塑料件的质量好，且适合用于这种小型的凸模。在实际的加工中，采用了型芯主要部分粗、精车，外圆和端面精磨，这样保证了零件图样中对圆弧半径、内圆弧角尺寸要求及对称度等技术要求，而且降低了零件的加工成本。最后，用抛光机对型芯进行了表面抛光处理，使得塑料制件的内壁光滑、美观。4.2浇注系统浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，其由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。零件主要包括浇口套等零件。其主要作用是将注射机料筒内的熔融塑料填充到模具型腔内，并起传递压力的作用。4.2.1浇注套（浇口套）：由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，所以模具的主流道部分经常设计成可拆卸更换的主流道衬套，简称浇注套或浇口套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。4.2.2点浇口一般点浇口又称针浇口、橄榄形浇口或菱形浇口，它是一种尺寸很小的直接浇口的特殊形式。点浇口因为直径很小（一般为0.5—1.5mm），所以去除浇口后残留痕迹小，开模时浇口可自动拉断，有利于自动化操作。4.2.3冷料穴设计是用来储藏注射间隔期间产生的冷料头的，防止冷料进入型腔而影响塑件质量，并使熔料能顺利地充满型腔。该模具的冷料穴形状为小圆柱型腔。4.3脱模系统零件注射机的脱模机构又称推出机构，是由推出塑料件所需的全部结构零件组成。如顶杆、顶杆板、顶杆固定板等零件。这类零件使用时应便于脱出塑件，且不允许有任何使塑件变形、破裂和刮伤等现象。其机构要求灵活、可靠、并要使更换、维修方便。1、顶杆：是为了从模具型腔内把塑料件顶出来的杆件。2、推板：是为了从模具型腔内把塑料件顶出来的板件。常用于斜度较大零件的顶出，由于顶在塑料件的外壁，顶出力大、方便可靠，不需很大顶出行程。在该套模具中同时应用了圆柱顶杆（见零件图07）和推板（见零件图02）两种形式，组成了脱模系统。顶杆由两部分组成，其中的顶杆头与动模板零件型腔部分配合不好，塑件成型之后，配合部分会有少量毛刺，需要人工修理。而且，在盘形顶杆上应用了弹簧装置，提高了顶出时的平稳程度，也起到了有效的缓冲作用。这样，顶杆不但可以脱出塑件，还可以起到一定导向作用。即当注射机的螺杆推动模具的推板（见零件图02）和推杆固定板（见零件图03）沿推板导柱（见零件图28）运动时，顶杆受推力也向前顶出塑件，把塑件从型芯上脱下来，以完成脱件的过程。塑件脱落后，待下次工作前，动模板和定模板合模时，定模板先是与复位杆顶端接触，复位杆受力带动推板和推杆固定板复位，顶杆也由工作位置回到起始位置，因顶杆与动模板配合较好，所以起到导向作用。4.4.冷却及加热机构冷却及加热机构主要包括冷却水嘴、水管通道、加热板等。主要是为了调节模具的温度，以保证塑料件的质量。加热系统主要应用于熔融粘度高，流动性差的塑料。一般注射到模具内的塑料温度为200℃左右，而塑料固化后从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。热塑性塑料在注射成型后，有些需要对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽量快地传给模具，以便使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。此模具不需要冷却及加热机构，虽然PC的流动性较一般，但由于塑件较小，液体充满型腔比较快，而且散热比较快，所以可以满足塑件的成型需要。4.5结构零件模具的结构零件主要是固定成形零件，使其组成一体的零件。主要包括定模座板、动模座板、定模板和动模板等。1、定模固定板它是固定连接定模部分并使之安装在注射机上用的板，也是镶嵌浇口套的支承板。2、动模固定板固定连接动模部分并使之安装在注射机上用的板。3、定模板为了形成定模型腔或直接加工成形用的板。4、动模板为了形成动模型腔或直接加工成形用的板。5、垫板主要是为了推（顶）板，能完成推顶动作而形成一定活动空间用的板。表2:模腔工作尺寸计算尺寸部位计算公式及过程说明凹模径向尺寸LM=[(1+Scp)Ls-3/4Δ]0+δz=[(1+0.55%)X30-3/4X0.2]0+0.03=30.0150+0.03LM=[(1+Scp)Ls-3/4Δ]0+δz=[(1+0.55%)X24-3/4X0.2]0+0.03=23.980+0.033/4Δ项,系数随塑件精度和尺寸变化LM--凹件径向尺寸(mm)Ls—塑件径向公称尺寸(mm)Scp—塑料的平均收缩率(%)Δ—塑料公差值(mm)δz--凹模制造公差(mm)凹模深度尺寸HM=[(1+Scp)Hs-2/3Δ]0+δz=[(1+0.55%)X40-2/3X0.2]0+0.03=40.090+0.03HM=[(1+Scp)Hs-2/3Δ]0+δz=[(1+0.55%)X2.5-2/3X0.2]0+0.03=2.380+0.032/3Δ项,有资料介绍系数为0.5HM--凹模深度尺寸(mm)Hs—塑件高度公称尺寸(mm)δz--凹模深度制造公差(mm)其余符号同上型芯径向尺寸LM=[(1+Scp)Ls+3/4Δ]0-δz=[(1+0.55%)X26+3/4X0.2]0-0.03=26.290-0.03LM=[(1+Scp)Ls+3/4Δ]0-δz=[(1+0.55%)X20+3/4X0.2]0-0.03=20.260-0.03LM=[(1+Scp)Ls+3/4Δ]0-δz=[(1+0.55%)X18+3/4X0.2]0-0.03=18.250-0.033/4Δ项,系数随塑件精度和尺寸变化LM—型芯径向尺寸(mm)δz—型芯制造公差(mm)其余符号同上型芯高度尺寸HM=[(1+Scp)Hs+2/3Δ]0-δz=[(1+0.55%)X1+2/3X0.2]0-0.03=1.1360-0.03HM=[(1+Scp)