随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和

第一章绪论-1-第一章绪论随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，如：家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅速增加，由于在工业产品中，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，成倍地减少整个产品中的各种紧固件，大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配件工时，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。塑料模具是用于成型具有一定形状尺寸的塑料制品的成型工具。模具是塑件生产的重要工艺装备之一。不同的塑料成型方法使用着不同模塑工艺和原理及结构特点各不相同的塑料模具。对塑件质量的优劣及生产效率的高低，除其他的因素外，模具的因素也是一个重要的因素。在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术是必不可少的，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用。作为产品生命周期的重要一环，模具的质量的好坏直接影响着产品的质量。塑料模具设计与制造是一项综合性的工作，围绕塑件成型生产涉及到成型物料，成型设备，成型工艺，成型模具及模具制造等各个方面，而这些便构成了塑件成型生产的系统。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其他成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加工实现了生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效益等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。本设计从塑料注射成型的成型物料、成型设备、成型模具几个方面讲述气压瓶盖注射成型设计。茂名学院本科毕业设计：气压瓶盖注射模设计及计算机仿真-2-第二章塑料制品的分析2.1塑件的作用及结构此塑件是一个气压瓶盖。其形状比较复杂，尺寸较大，外观质量要求比较高。制品外表面不允许出现划伤、气泡、缩孔等缺陷，且要求较低的表面粗糙度值，所以精度要求取9级（GB/T1800.3—1998），材料用ABS热塑性材料。塑件图:图一塑件图2.2塑件材料的性能分析该塑料制品选用ABS塑料成型，ABS是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体的三元共聚物。ABS具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性，流动性好，吸湿性大；具有弹性和较高的冲击强度；它具有优良的介电性能及成型加工性能等综合性的优良性能，且价格便宜，原料易得。材料的各种性能用途如表一所示：第二章塑料制品的分析-3-结构特点线性结构非结晶型使用温度小于70℃性能特点机械强度较好，有一定耐磨性成型特点成型效果好，成型前原料要干燥适用注射机类型螺杆柱塞式均可密度(g/cm3)1.03～1.07注射压力(MPa)60～100螺杆转速(r/min)30计算收缩率(%)0.3～0.8模具温度(℃)50～80预热温度(℃)80～85时间/h2～3吸水率24h(%)0.3拉伸屈服强度(MPa)1800抗拉屈服强度(MPa)50喷嘴温度(℃)170～180表一ABS的性质及成型条件茂名学院本科毕业设计：气压瓶盖注射模设计及计算机仿真-4-第三章注射机型号的确定3.1注射机选用原则模具是安装在注射机上使用的，在生产塑件时模具与机床是一个不可分割的整体。因此在设计模具时，除了应当了解注射成型的工艺过程外，还应对所选用注射机的有关技术规范和性能参数有全面的了解。注射机的选用包括两方面的内容：一是确定注射机的型号，使塑料、塑件、注射模及注塑工艺等所要求的注射机的规格参数在所选的规格参数可调的范围内；二是调整注塑机的技术参数至所需的参数。3.2注射模与注射机的关系3.2.1注射量的计算根据零件的三维模型，利用三维软件可直接查询出塑件的体积为G1=86925.5mm3，取密度ρ=1.07g/cm3,M1=ρ×V1=1.07×86925.5=93.01g据经验公式,浇注系统凝料容量G2为制件体积的0.15,即12.9cm3。一次注射所需塑料总体积G=nG1+G2=99.9cm3[1]3.2.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算锁模力是在成型时锁紧模具的最大力。用于实现动、定模紧密闭合，保证塑料制品的尺寸精度，尽量减少分型面处的溢边（或毛边）厚度和确保操作者的人身安全。流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积A2,在模具设计前是个未知数,根据多型腔模的统计分析,A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2-0.5倍,因此可用0.5A1来进行估算,所以A=A1+A2=A1+0.5A1=1.5A1=1.5×14361.24=21541.86mm2式中A1=(442221DD)+392.64=14361.24FA×P型=21541.86mm2×30MPa=646.26kN式中型腔压力P型取30MPa.A——塑料与浇注系统在分型面上的投影要积P型——型腔内内平均压强第三章注塑机型号的确定-5-3.2.3选择注射机根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值,可选用SZ-160/1000，(上海第一塑机厂),见表二:型号SZ-160/1000注射压力（MPa）132公称注射量(cm3)179锁模力（KN）1000螺杆（柱塞）直径(mm)44模具最小厚度（mm）170模板最大行程（mm）280喷嘴球半径（mm）10模具最大厚度（mm）360定位圈尺寸（mm）φ120拉杆内间距（mm）360×260移模行程（mm）280注射速率（g/s）110塑化能力（g/s）10.5表二SZ-160/1000注射机的有关参数3.2.4注射机有关参数的校核（1）注射量的校核据式G≤0.8Gmax式中：G——塑件与浇注系统的体积（cm3）Gmax——注射机的注射量（cm3）0.8——最大注射容量的利用系数已知：V件=99.9cm3＜179×0.8=143.2cm3所以满足要求（2）锁模力的校核F≥kPA1000（KN）式中：F——注射机的额定锁模力（N）A——塑料制品与浇注系统在分型面上的总投影面积（m2）P——熔融塑料在型腔内的平均压力（Mpa）取35MpaK——安全系数取1.1—1.2这里取1.2代入数据得1000KPA=100010308.215412.16　=775.51KN＜1000KN茂名学院本科毕业设计：气压瓶盖注射模设计及计算机仿真-6-所以满足要求（3）型腔数的校核按最大注射量确定型腔数n=kM-mm'其中k——系数0.8M——公称注射量179m——浇道、流道的体积m’——制品体积代入数据得n=1.45＞1所以，型腔数校核合格。3.2.5最大注射压力Pmax最大注射压力是指注射机料筒内柱塞或螺杆施于熔融塑料上的单位面积压力（注射时）。成型塑件所需要的注射压力是由塑料品种、注射喷嘴的结构式、塑件形状的复杂程度以及浇注系统的压力损失等因数决定，注射机的最大注射压力要大于成型塑件所要求的注射压力(60-110MPa)，即Pmax110MPa3.2.6模具与注射机安装部分相关尺寸的校核A设计模具的长、宽方向尺寸时要与注射机模板尺寸和拉杆间距相适应，应注意模具能否穿过拉杆间的空间装卡到模板上。B模具安装在注射机上必须使模具主浇道中心线与料筒、喷嘴的中心线重合，因此在注射机定模板上有一定位孔，要求模具的定位圈与之相配合。C注射机喷嘴头的球面半径R1应与相接触的模具主浇道始端凹下的球面半径R2相配合，R2=R1+（1～2）mm。D模具能恰当、稳固的装卡在注射机的动、定模板上。3.2.7其他尺寸的校核（1）开模行程的校核对于全液压式锁模机构的注射机，其最大开模行程等于动模与定模之间的最大开距（L）减去模具的厚度（H）。当模具厚度增大，则开模行程减小。对单分型面注射模，开模行程可按下式公式校核：S=L-HH1+H2+(5～10)mm式中S：注射机的最大开模行程；H1：塑料制品的推出距离；H2：制品高度（包括浇注系统）；已知S=300mmH1+H2+10=45+60+10=115mm300mm所以满足要求。第三章注塑机型号的确定-7-（2）模具的闭合高度的校核Hmin≤H≤HmaxH——模具闭合高度290mmHmin——注射成型机模具最小厚度200mmHmax——注射成型机模具最大厚度300mm所以满足要求茂名学院本科毕业设计：气压瓶盖注射模设计及计算机仿真-8-第四章分型面的确定4.1选择分型面的基本原则注射成型模具的分型面是其闭合时凹模与凸模相配合的接触面。分型面的正确选择，对制品的质量、工艺操作和模具制造均有很大的影响。基本原则是：A不应影响制品尺寸精度和外观；B尽量简单，避免采用复杂形状，使模具制造容易；C不防碍制品脱模和抽芯；D有利于浇注系统的合理设置E尽可能与料流的末端重合，有利于排气。F分型面选择应便于塑件脱模和简化模具结构，选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模。G分型面选择应便于模具零件的加工总之，选择分型面应综合考虑各种因素的影响，权衡利弊，以取得最佳效果。4.2确定分型面的位置分型面的选择应满足在动模分离后，使制品尽可能在动模内，这样可以利用动模上的脱模机构进行脱模，取件方便。否则，若使制品留在定模上，定模上又要增设脱模机构，使模具结构复杂化。分析可知，制品上设有侧芯，制品不能直接脱，必须将侧芯先抽出，才能从模具中顶出制品。而抽出侧芯是依靠注射机的开模动力，通过抽芯机构改变运动方向来实现的。因此，应将侧抽芯设于动模部分，避免定模抽芯。综合分析，分型面选择如下图二：第五章浇注系统的设计-9-第五章浇注系统的设计5.1概述用注塑成型方法加工塑料制品时,注塑机喷嘴中熔融的塑料，经过主流道，分流道,最后通过浇口进入模具型腔,然后经过冷却固化，得到所需要的制品。所以注塑模具的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熔体的流动通道。浇注系统在模具中占有非常重要的地位，它的设计合理与否直接对制品的成型起到决定的作用。这就要求模具设计者除了研究模具结构和加工技术之外，还必须对成型技术有较为深刻的理解，这样才能使模具制造技术与成型工艺有机地结合在一起，生产出既经济又高质量的产品。当熔融塑料通过浇注系统流入模具的型腔时，其流动过程大致如下：塑料首先进入主流道，而后进入分流道（根据需要可无分流道），最后通过浇口进入型腔。在注塑过程中，当温度较高的熔融塑料接触到温度较低的模具浇道时，由于塑料快速冷却，在模具热流道的表面形成一冷凝层。因为热塑性材料的热传导率较低，冷凝层对芯部的塑料会起到保温作用。所以此时浇道中心的塑料依然呈熔融状态。最初冷凝层是非常薄的，随着熔融的塑料继续接触冷凝层，产生冷凝，冷凝层会越来越厚。一段时间后，冷凝层将达到一定的厚度。此时，在不改变成型条件的情况下，来自熔融的热输入加上由于流动摩擦而产生的摩擦热等于高温塑料与低温模具热交换所产生的热损失。如前所述，由于热塑性材料的热传导率较低，流道中冷凝的表皮对芯部熔融的塑料将起到保温的作用。所以保证了流道芯部的塑料的继续流动。这时如果增加注射速度，冷凝层由于受到流动产生的高摩擦而会变薄。由此可得出这样的结论：高速注射与低速注射对于冷凝层厚度影响的差别较为明显。前者冷凝层厚度较薄，后者相反。对于冷凝层薄的流道来说，单位时间内流入型腔的塑料体积大于冷凝层厚的流道。这就是为什么高压、高速注射容易将型腔填充饱满的主要原因之一。总的来说，浇注系统的功能，就是将熔融的塑料，经过注射机喷嘴在高温、高压、高速状态下，通过浇注系统进入模具型腔。它对制品的质量和成型周期，有着极为重要的影响。设计浇注系统的基本原则是在满足塑料制品的同时，还应有利于提高成型速度来缩短成型周期。5.2浇注系统设计的基本要点1.设计浇注系统时，浇道应尽量减少弯折，表面粗糙度为Ra1.6-Ra0.8μm茂名学院本科毕业设计：气压瓶盖注射模设计及计算机仿真-10-2.设计浇注系统时，应考虑到模具使一