纱窗滑轮塑料模具设计说明书

-1-1塑件分析1.1塑件工艺性分析在进行模具设计之前，首先对制品图及形状结构分析，其内容主要包括以下几个方面：1.纱窗轮滑轮（见图1-1），材料为聚丙烯（PP），要求形状规则，滑轮槽面光滑，表面无毛刺，无凹陷，大批量生产，采用注塑成型。图1-1纱窗轮滑轮2.制品的尺寸精度和表面粗糙度：塑料的尺寸精度主要决定于塑料收缩率的波动和模具制造误差。本塑料制品的尺寸按MT5级精度取值。塑件的表面粗糙度主要取决于模具成型部分粗糙度，一般情况下，塑件的表面粗糙度比模具成型部分的粗糙度高1～2级。3.制品的脱模斜度：脱模斜度的取向根据塑件的内外形尺寸而定，以塑件内孔型芯小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由扩大方向取得；塑件外形，以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由缩小方向取得。一般情况，脱模斜度不包括塑件的公差范围内。由于本塑件导滑槽具有斜度，滑轮的轴肩厚度尺寸又较小，所以本设计不设置脱模斜度。1.2塑件材料及性能1.2.1聚丙烯（PP）聚丙烯（PP）作为热塑塑料聚合物于1957年开始商品化生产，其历史意义更体-2-现在，它一直是增长最快的主要热塑性塑料，1991年它的世界总产量达到240亿磅。它在热塑性塑料领域内有十分广泛的应用，特别是在纤维和长丝、薄膜挤压、注塑加工等方面。⑴基本特性聚丙烯无色、无味、无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻。密度仅为0.90～0.91g/cm３。它不吸水，光泽好，易着色。屈服强度、抗拉、抗压强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后聚丙烯可制作铰链，有特别高的抗弯曲疲劳强度。如用聚丙烯注射成型一体铰链（盖和本体合一的各种容器），经过7×107次开闭弯折未产生损坏和断裂现象。聚丙烯熔点为164～1700C，耐热型好，能在1000C以上的温度下进行消毒灭菌。其低温使用温度达-150C，低于-350C时会断裂。聚丙烯的高频绝缘性能好。因不吸水，绝缘性能不受湿度的影响。但在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。（2）主要用途聚丙烯可用作各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件。作水、蒸气、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层。制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。⑶成型特点1)结晶性好料,吸湿性小,可能发生熔融破裂,长期与热金属接触易发生分解。2)流动性极好，溢边值0.03mm左右。3)聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路。4)成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强。5）注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，聚丙烯成型的适宜模温为80℃左右，模具温度低于50℃以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90℃以上易发生翘曲、变形。6)塑件应壁厚均匀，避免缺口，尖角，以避免应力集中。1.2.2聚炳烯塑料的主要技术指标:(查《塑料模具设计指导第2版》表9-6)密度(Kg.dm-3)91.0~90.0-3-比体积dm3..kg-11.10～1.11吸水率（24h）%0.01～0.83收缩率%1.0～3.0熔点℃170～176热变形温度℃0.46MPa102～1150.185MPa56～67抗拉屈服强度MPa37抗弯强度MPa67.5冲击韧度2mkJ无缺口78缺口3.5～4.8硬度HB8.65R95～105体积电阻系数cm1610击穿强度1mmKV301.2.3聚丙烯（PP）的注射成型工艺参数注射机类型螺杆式料筒温度℃前段150～170中段180～190后段190～205加热和干燥温度℃170～190时间h3～5喷嘴温度℃170～190模具温度℃40～60注射压力MPa60～100成型时间S注射时间1～5高压时间5～10-4-冷却时间10～20总周期15～35螺杆转速r/min30～802注塑设备选择2.1拟订模具结构形式和初选注射机2.1.1分型面位置的确定模具上用来取出塑件和（或）浇注系统凝料可分离的接触表面称为分型面。在模具设计的初始阶段，首先应确定分型面的位置，然后才能确定模具的结构形式。分型面设计的是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具复杂程度具有很大影响。本设计浇注系统凝料分型面为定模板与中间板之间的配合面。塑件分型面选择如图2-1示。图2-1塑件分型面2.1.2型腔数量和排位方式的确定-5-由于本塑件要求大批量生产，故应采用一模多腔的结构，考虑到模具大小，初步确定为一模四腔，浇口形式采用点浇口，如图2-2示。图2-2模具型腔布局2.2注射机选择2.2.1注射量计算该塑件材料为聚丙烯（PP），其密度为0.9～0.91g/cm３,收缩率为1%～2.5%，本塑件取其密度为=0.9g/cm３,平均收缩率为1.75%。通过Pro/E造型，对塑件进行分析，如图2-3示，得知塑件体积V1=1.17cm3，塑件质量m1=1.05g浇注系统凝料的质量m2还是个未知数，由于该塑件属于小型制件，可按塑件质量的4倍来估算,图2-3塑件质量属性即m2=4m1从上述分析中确定为一模四腔，所以注射量为：m=8m1=8×1.05=8.4gV=m/=8.4/0.9=9.33cm-6-2.1.2选择注射机根据塑料制品的体积或质量，查《模具设计与制造实训》书附录5的附表5-2或查有关手册选定注塑机型号为SZ-60/40。注塑机的参数如下：螺杆直径/mm30理论注塑容量/3cm60注塑压力/MPa180注塑速率（g/s）70塑化能力(kg/h)35锁模力/kN400拉杆间距)/()(mmmmVH300220模板行程/mm250模具最小厚度/mm150模具最大厚度/mm250定位孔直径/mm80定位孔深度/mm10喷嘴伸出量/mm20顶出行程/mm70喷嘴球面半径/mm10喷嘴孔直径/mm3.5顶出力/kN123浇注系统的设计普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。在设计浇注系统前首先必须确定塑件的成型位置，该纱窗轮滑轮模具采用一模四腔三板式结构，点浇口，顶出装置采用推杆式结构。-7-3.1主流道设计3.1.1主流道的作用主流道（也叫进料口），它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁，也是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系。若主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收冷料多，冷却时间增长，使包藏的空气增多，如果排气不良，易在塑料制品内造成气泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也易造成进料时形成旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成形困难。主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢T8A、T10A等，热处理要求淬火53～57HRC。在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。小型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开设在定模板上。浇口套是注射机喷嘴在注射模具上的座垫，在注射时它承受很大的注射机喷嘴端部的压力同时由于浇口套末端通过流道浇口与型腔相连接，所以也承受模具型腔压力的反作用力。为了防止浇口套因喷嘴端部压力而被压入模具内，浇口套的结构上要增加台肩，并用螺钉紧固在模板上，这样亦可防止模腔压力的反作用力而把浇口套顶出。3.1.2主流道设计要点(1)浇口套的内孔（主流道）呈圆锥形，锥度2°～6°。若锥度过大会造成压力减弱，流速减慢，塑料形成涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使阻力增大，热量损耗大，表面黏度上升，造成注射困难。(2)浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径d1大0.5～１mm。若等于或小于注射机喷嘴直径，在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后，脱模困难。(3)浇口套内孔出料口处（大端）应设计成圆角r，一般为0.5～3mm。-8-(4)浇口套与注射机喷在接触处球面的圆弧度必须吻合。设球面浇口套球面半径为SR，注射机球面半径为r，其关系式为：SR＝喷嘴球面半径＋0.5～1mm。浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大，接触时圆弧度吻合的好。(5)浇口套长度（主流道长度）应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。(6)浇口套锥度内壁表面粗糙度Ra0.8μm,保证料流顺利，易脱模。(7)浇口套不能制成拼块结构，以免塑料进入接缝处，造成冷料脱模困难。(8)浇口套的长度应与定模板厚度一致，它的端部不应凸出在分型面上，否则会造成合模困难，不严密，产生溢料，甚至压坏模具。(9)浇口套部位是热量最集中的地方，为了保证注射工艺顺利进行和塑件质量，要考虑冷却措施。3.1.3主流道的设计根据所选注塑机、则主流道小端尺寸为：d=注塑机喷嘴尺寸+（0.5～1）=3.5+0.5=4mm，主流道球面半径SR=喷嘴球面半径+（1～2）=10+2=12mm3.1.4主流道衬套形式设计浇口套的结构形式有两种，一种是整体式，即定位圈与浇口套为一体，并压配于定内，一般用于小型模具；另一种为将浇口套和定位圈设计成两个零件，然后配合在模板上，主要用于中、大型模具。本设计塑件为小型塑件所以采用整体式。材料选用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53～57HRC具体如下：图3-1主流道-9-锥度α＝2º，主流道小端直径d＝4mm，球面配合高度h=3mm，主流道球面半径SR=12mm，主流道长度L=57.3mm，主流道大端直径D=6mm，主流道凝料体积近似为：主V=4πd2nL=4π(264+)2X57.3=1125mm3=1.13cm33.2分流道的设计3.2.1分流道的作用分流道式指主流道末端与浇口之间着一段塑料熔体的流动通道。其基本作用是在压力损失最小的条件下，将来自主流道的熔融塑料，以较快的速度送到浇口处充模。同时，在保证熔体均匀地分配到各型腔的前提下，要求分流道中残留的熔融塑料最少，以减少冷料的回收。3.2.2分流道的设计要点（1）由于机械加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上。常用的分流道截面形状一般分为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等；圆形分流道的直径一般在3.2～9.5mm，对于粘度大透明度要求高的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯等）应采用较大的分流道，但对于流动性好的聚丙烯，尼龙等，分流道短时，可小到直经为2mm。（2）在保证正常的注射成型工艺条件下，分流道的截面尺寸应尽量小，长度尽量短。（3）较长的分流道应在末端开设冷料穴，以便容纳注射开始时产生的冷料和防止空气进入模腔。（4）在多型腔注射模具中，各分型面的长度均应一致，保持相对平衡，以保证熔融的塑料同时均匀地充满各个型腔。主流道的截面积应大于各分流道截面积之和。（5）设计分流道时，应先取较小的尺寸，以便于试模后根据实际情况进行修正。（6）如果分流倒道较多时，应加设分流锥。（7）分流道内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右即可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动有适宜的剪切速率和剪切热。多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式，而以平衡式布置为佳，所谓平-10-衡式的布置，就是从流道到各个腔的分流道其长度、形状、断面尺寸都是对应相等的，这种设计可达到各个型腔均衡地进料。在本设计中由于塑件体积很小，分流道采用非平衡式分流道如下图3-2所示：图3-2分流道3.2.3分流道形状、截面尺寸（1）一级分流道形状、截面尺寸为了便与机械加工及凝料脱模，本设计的一级分流道设置在中间板分流道上，截面形状采用加工工艺性比较好的半圆形截面。半圆形截面对塑料熔料体及流动阻力均不大，查《塑料成型工艺与模具设计》表5-4知聚丙烯（PP）的圆形截面分流道直径推荐值为4.7～9.5mm，本设计取一