瓶塞注射模設(shè)計(jì),瓶塞,注射,設(shè)計(jì)
湖南大學(xué)衡陽(yáng)分校
畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目 瓶塞注射模設(shè)計(jì)
專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造
班 級(jí) 03級(jí)模二班
學(xué)生姓名 蘇 燦
指導(dǎo)教師 李良喜
2006 年 05 月 20日
計(jì) 算 內(nèi) 容
說(shuō) 明
目 錄
一、 塑件的分析 …………………………………………… (1)
二、 形腔數(shù)目的確定及排布………………………………… (5)
三、 分型面的選擇…………………………………………… (6)
四、 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………… (7)
五、 注射機(jī)的型號(hào)和規(guī)格 ……………………………… (9)
六、 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作尺寸計(jì)算………… (10)
七、 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………… (15)
八、 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) …………………………………… (17)
九、 溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ………………………………… (19)
十、 注射機(jī)的校核 ………………………………………（21）
十一、設(shè)計(jì)小結(jié) ………………………………………… (23)
十二、參考文獻(xiàn) ………………………………………… (24)
湖南大學(xué)衡陽(yáng)分校畢業(yè)設(shè)計(jì)
湖南大學(xué)衡陽(yáng)分校畢業(yè)設(shè)計(jì)
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第一部分 塑件的分析
一 塑料ABS
ABS中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
英文名：Acrylinitrile-Butadiene-Styrene。
基本特性：
無(wú)毒無(wú)味，呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤，密度在1.02~1.05g/cm3,其收縮率為0.3~0.8%。ABS 吸濕性很強(qiáng)，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。流動(dòng)性一般，溢料間隙約在0.04mm。ABS有極好的抗沖擊強(qiáng)度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。
成型特點(diǎn)：
ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對(duì)料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在50~60oC，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，應(yīng)控制在60~80 oC。
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主要技術(shù)指標(biāo)：
比重：1.02~1.16g/cm3。
比容：0.86~0.98cm3/g。
吸水性：0.2~0.4% (24h)。
熔點(diǎn)：130~160oC。
熱變形溫度：4.6×105Pa---- 130~160oC。
18.5×105Pa---- 90~108oC。
抗拉屈服強(qiáng)度(105Pa): 500
拉伸強(qiáng)度模量：1.8×104 Mpa
彎曲強(qiáng)度：800×105Pa
ABS的注射工藝參數(shù)：
注射機(jī)類型： 螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速： 30~60 r/min
噴嘴形式： 直通式
噴嘴溫度： 190~200oC
料筒溫度： 前 200~210oC
中 210~230oC
后 180~200oC
參見《塑
料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表3-1
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模溫： 50~80oC
注射壓力： 70~120Mpa
保壓力： 50~70Mpa
注射時(shí)間(s)： 3~5
保壓時(shí)間(s)： 15~30
冷卻時(shí)間(s)： 15~30
成型周期(s)： 40~70
二 塑件的形狀尺寸
塑件圖如下頁(yè)所示：
塑件的工作條件對(duì)精度要求較低，根據(jù)ABS的性能可選擇其塑件的精度等級(jí)為5級(jí)精度（查閱《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》P66表3-8）。其密度為1.0~1.1g.cm3
經(jīng)計(jì)算得塑件的底面積為：S塑=530.66mm2
得塑件的體積為：V塑=1.351cm3
塑件的質(zhì)量為：W塑 =V塑×r塑=1.5(g)。
零件需要的尺寸精度
壁厚:
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塑件圖
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第二部分 型腔數(shù)目的確定及排布
已知的體積V塑或質(zhì)量W塑 ，又因?yàn)榇水a(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的小型塑件，綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等各種因素，以及注射機(jī)的型號(hào)選擇，初步確定采用一模四腔對(duì)稱性排布。由塑件的外形尺寸和機(jī)械加工的因素，確定采用側(cè)澆口。排布圖如下圖示：
型腔數(shù)目及排布圖
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側(cè)澆口 它又稱邊緣澆口.一般情況下,側(cè)澆口開設(shè)在模具的分型面上,從制品側(cè)面邊緣進(jìn)料.它能方便地調(diào)整澆口形式.它的截面形狀通常采用矩形,
第三部分 分型面的選擇
塑件冷卻時(shí)會(huì)因?yàn)槭湛s作用而包覆在凸模上，故從塑件脫模的角
度考慮，應(yīng)有利于塑件滯留在動(dòng)模一側(cè)，以便于脫模。而且不影響塑件的量和外觀形狀，以及尺寸精度。
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第四部分 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證塑件熔體的流動(dòng)平穩(wěn)、流程應(yīng)盡量短、防止型芯變形、整修應(yīng)方便、防止制品變形和翹曲、應(yīng)與塑件材料品種相適用、冷料穴設(shè)計(jì)合理、盡量減少塑料的消耗。
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塑件的截面厚度較小，不適合采用推桿推出，而采用推件板推出較為合適。因而不宜開設(shè)冷料穴，所以拉料桿采用球扣形式。不影響塑件外觀質(zhì)量，依據(jù)上述分型面，分流道宜采用圓形截面，在定模固定板上采用澆口套。
根據(jù)塑件的外形尺寸和質(zhì)量等決定影響因素，初步取值如下：
d=4mm D=8mm R=15mm t=4mm
r=2mm l=45~50mm L=40~50mm
初步估算澆注系統(tǒng)的體積，V澆=6~7cm3。
其質(zhì)量約為：W澆=V澆×r塑=7~8g。
S=(n×W塑+ W澆) /0.8=16~17g。
所以，選擇用注射機(jī)型號(hào)為：XS-Z-30。
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第五部分 注射機(jī)的型號(hào)和規(guī)格
注射機(jī)的技術(shù)規(guī)格：
型 號(hào) ： XS-Z-30
額定注射量(cm3)： 30g
螺桿直徑 (mm): 28
注射壓力 (MPa): 119
注射行程（mm）： 130
注射時(shí)間（s） : 0.7
注射方式 ： 柱塞式
合模力 kN : 250
最大注射面積（cm2）： 90
最大開（合）模行程（mm）： 160
模具最大厚度（mm）： 180
模具最小厚度（mm）： 60
模板最大距離（mm）: 340
最大開模行程（mm）： 160
噴嘴圓?。╩m）： SR12
噴嘴孔徑（mm）： Φ 2
注射機(jī)型
號(hào)參見《塑
料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表4-1
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第六部分 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作尺寸計(jì)算
1、產(chǎn)生偏差的原因：
①．塑料的成型收縮 成型收縮引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因
有：預(yù)定收縮率（設(shè)計(jì)算成型零部件工作尺寸所用的收縮率）與制品實(shí)際收縮率之間的誤差；成型過(guò)程中，收縮率可能在其最大值和最小值之間發(fā)生的波動(dòng)。
σs=(Smax-Smin)×制品尺寸
σs 成型收縮率波動(dòng)引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin 分別是制品的最大收縮率和最小收縮率。
②．成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和裝配偏差。
③．成型零部件的磨損
２、本產(chǎn)品為抗沖ＡＢＳ制品，屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件，預(yù)定的收縮率的最大值和最小值分別?。?8%和０.3％。此產(chǎn)品采用4級(jí)精度，屬于一般精度制品。因此，凸凹模徑向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù)x取值可在0.5~0.75的范圍之間，
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凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機(jī)械加工的型腔和型芯的制造公差可達(dá)到IT７～I(xiàn)T８級(jí)，綜合參考，相關(guān)計(jì)算具體如下：
(Lm3 )0+δz =[ (1+ sˉ )LS3 - 0.5×Δ]0+δz
=[ (1+0.5%)×27- 0.5×0.24]0 +0.24/4
=27.020 +0.06mm
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(lm2 )0+δz =[ (1+ sˉ )LS2 - 0.5×Δ]0+δz
=[ (1+0.5%)×22- 0.5×0.22]0 +0.22/4
=220 +0.055mm
(lm1)0-δz =[(1+ sˉ )LS1+0.5×Δ]0-δz
= [ (1+0.5%)×19+0.5×0.22]0-0.22/4
= 19.210-0.055 mm
(Hm2) 0+δz =[ (1+ sˉ )HS2-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×2-0.5×0.12]0+0.12/4
=1.950+0.03mm
(hm3) 0+δz =[ (1+ sˉ )HS3-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×3-0.5×0.12]0+0.12/4
=2.940+0.03mm
(srm)0-δz =[(1+ sˉ ) +0.5×Δ]0-δz
= [ (1+0.5%)×30+0.5×0.24]0-0.24/4
= 30.130-0.06 mm
(SRM) 0+δz =[ (1+ sˉ )SRS-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×30-0.5×0.24]0+0.24/4
=29.900+0.06mm
(Hm) 0+δz =[ (1+ sˉ )HS-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×2-0.5×0.12]0+0.12/4
=1.940+0.03mm
收縮率見《塑料成型工藝與
模具設(shè)計(jì)》
附錄B
計(jì)算參考
《塑料成型工藝與
模具設(shè)計(jì)》
第五章第三節(jié) P151
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3、成型零件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算
注射模在其工作過(guò)程需要承受多種外力，如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過(guò)大，注射模及其成型零部件將會(huì)產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形，引起成型零部件在它們的對(duì)接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙，由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個(gè)模具失效或無(wú)法達(dá)到技術(shù)質(zhì)量要求。因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，成型零部件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算和較核是必不可少的。
一般來(lái)說(shuō)，凹模型腔的側(cè)壁厚度和底部的厚度可以利用強(qiáng)度計(jì)算決定，但凸模和型芯通常都是由制品內(nèi)形或制品上的孔型決定，設(shè)計(jì)時(shí)只能對(duì)它們進(jìn)行強(qiáng)度校核。
因在設(shè)計(jì)時(shí)采用的是整體式圓形型腔。因此，計(jì)算參考公式如下:
側(cè)壁：
按強(qiáng)度計(jì)算：
按剛度計(jì)算：
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底部：按強(qiáng)度計(jì)算:
按剛度計(jì)算：
凸模、型芯計(jì)算公式：
按剛度計(jì)算：
由公式分別計(jì)算出相應(yīng)的值為：
按強(qiáng)度計(jì)算得：tc=4.93mm th=4.38mm r=8.52mm
按剛度計(jì)算得：tc=0.93mm th=1.91mm r=3.97mm
參數(shù)符號(hào)的意義和單位：
Pm 模腔壓力（MPa）取值范圍50~70；
E 材料的彈性模量（MPa）查得2.06×105；
材料的許用應(yīng)力（MPa）查得176.5；
u 材料的泊松比 查表得0.025；
成型零部件的許用變形量（mm）查得0.05；
采用材料為3Gr2W8V，硬度≥55HRC。
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第七部分 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)定模或上下模合模時(shí)，正確定位和導(dǎo)向的零件。
導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用：
1、定位件用：模具閉合后，保證動(dòng)定?；蛏舷履Ｎ恢谜_，保證型腔的形狀和尺寸精確，在模具的裝配過(guò)程中也起定位作用，便于裝配和調(diào)整。
2、導(dǎo)向作用：合模時(shí)，首先是導(dǎo)向零件接觸，引導(dǎo)動(dòng)定?；蛏舷履?zhǔn)確閉合，避免型芯先進(jìn)入型腔造成成型零件損壞。
3、承受一定的側(cè)向壓力。
一、 導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇：
導(dǎo)柱結(jié)約形式及尺寸如下圖：
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其材料采用45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)，表面淬火，低溫回火，硬度為≥55HRC。導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為08μm，導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0.8~0.4μm。具體尺寸如上圖所示。
布局形式如右圖示：
為便于導(dǎo)套與導(dǎo)柱配合后工作
時(shí)的的排氣，在定模固定板的開設(shè)通
氣孔。
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第八部分 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1、 推出機(jī)構(gòu)的組成
推出機(jī)構(gòu)由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、推桿墊板、頂板導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)套以及推板緊固螺釘。
2、 設(shè)計(jì)原則：
a、 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動(dòng)模一側(cè)；
b、 保證塑件不因推出而變形損壞；
c、 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單動(dòng)作可靠；
d、 合模時(shí)的正確復(fù)位。
3、脫模力的計(jì)算：
根據(jù)力平衡原理，列出平衡方程式：
∑Fx=0
Ft+Fbsinα=Fcosα
Fb 塑件對(duì)型芯的包緊力；
F 脫模時(shí)型芯所受的摩擦力；
Ft 脫模力；
Α 型芯的脫模斜度。
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又： F=Fbμ
于是 Ft=Fb(μcosα-sinα)
而包緊力為包容型芯的面積與單位面積上包緊力之積，即：Fb=Ap
由此可得：Ft=Ap(μcosα-sinα)
式中： μ為塑料對(duì)鋼的摩擦系數(shù)，約為0.1~0.3；
A為塑件包容型芯的總面積；
p為塑件對(duì)型芯的單位面積上的包緊力，在一般情況下，模外冷卻的塑件p取2.4~3.9×107Pa;模內(nèi)冷卻的塑件p約取0.8~1.2×107Pa。
所以:經(jīng)計(jì)算，A=379.94mm2 ,μ取0.25,p取1×107Pa,取α=45，。
Ft=379.94×10-6×1×107(0.25×cos45`-sin45`)
=900.04N.
因此，脫模力的大小隨塑件包容型芯的面積增加而增大，隨脫模斜度的增加而減小。由于影響脫模力大小的因素很多，如推出機(jī)構(gòu)本身運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力、塑料與鋼材間的粘附力、大氣壓力及成型工藝條件的波動(dòng)等等，因此要考慮到所有因素的影響較困難，而且也只能是個(gè)近似值。
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第九部分 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、 注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
1.冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大 型腔表面的溫度與冷卻水道的數(shù)量、截面
尺寸及冷卻水的溫度有關(guān)。
2．冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等 當(dāng)塑件壁厚均勻時(shí)，冷卻水道到型腔表面最好距離相等，但是當(dāng)塑件不均勻時(shí)，厚的地方冷卻水道到型腔表面的距離應(yīng)近一些，間距也可適當(dāng)小一些。一般水道孔邊至型腔表面的距離應(yīng)大于10mm，常用12~15mm.
3．澆口處加強(qiáng)冷卻 塑料熔體充填型腔時(shí)，澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度就越低，因此澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，通常將冷卻水道的入口處設(shè)置在澆口附近，使?jié)部诟浇哪＞咴谳^低溫度下冷卻，而遠(yuǎn)離澆口部分的模具在經(jīng)過(guò)一定程度熱交換后的溫水作用下冷卻。
4．冷卻水道出、入口溫差應(yīng)盡量小 如果冷卻水道較長(zhǎng)，則冷卻水出、入口的溫差就比較大，易使模溫不均勻，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。
5．冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置 聚乙烯的收縮率大，水道應(yīng)盡量沿著收縮方向設(shè)置。
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冷卻水道的設(shè)計(jì)必須盡量避免接近塑件的熔接部位，以免產(chǎn)生熔接痕，降低塑件強(qiáng)度；冷卻水道要易于加工清理一般水道孔徑為10mm左右，不小于8mm。根據(jù)此套模具結(jié)構(gòu)，采用孔徑為8mm的冷卻水道。
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第十部分 注射機(jī)的校核
一、塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核
注射成型時(shí)，塑件在模分型面的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需鎖模力也就越大，若超過(guò)注射機(jī)的允許最大成型面積，則在成型過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象。因此有：
塑件總的投影面積nA與澆注系統(tǒng)的投影面積之和要小于最大成型面積 A。 nA+A
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