1、河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 1 页 球形顶盖 塑料模具设计与制造 绪 论 模具乃工业的基础，随着工业的发展，产品的品种和数量不断增加，使模具的需求也不断增加，而对模具的质量要求也越来越高。因此设计出合格的模具关系到国民经济的发展，关系到社会主义的建设，关系到全面“全面建设小康社会”的进程！ 注塑成型是塑料成型的主要方法之一，用注塑成型方法加工的塑料制品，不仅可以成型复杂结构的制品，而且制品精度高，质量好，注塑成型的生产率也高。由于塑料的物理性能化学性能与其它材料不同，因此注塑塑料制品的设计与成型加工以及模具设计亦有它独特的一面。要设计出结构合理 ，造型优美，
2、经济耐用的塑料制品，不但要考虑塑料本身的特性，而且要考虑到塑料成型的工艺，模具的结构，制品的使用环境以及制品的经济效益。 为制得理想的模塑制品，除选用合适的塑料品种以外，还必须考虑塑料制品的模塑工艺性。塑料制品的模塑工艺性与模具设计有着密切的关系，然而模具是根据制品设计的，因此，制品设计能适应模塑工艺要求，才能设计出合格的模具结构。由此而见，根据模塑工艺要求设计制品关系到制品的顺利制造，提高制品质量和生产效率及降低成本等问题。 该制品为球形端盖，材料是尼龙 1010，属于热塑性塑料，从使用性能上看该塑料性质坚韧、耐磨、耐疲劳、耐油、耐水、抗霉菌，其尼龙 1010 半透明，吸水性较小，且熔点高。
3、从成型工艺看，其属于结晶型塑料，熔融温度范围窄，且热稳定性能差，温超过 300、滞留 30 分钟即分解，且流动性能好，容易溢料，易发生“流涎现象”成型收缩率大，易发生缩孔、凹痕，所以成型条件要稳定，料温不宜超过 300 ，应该低模温低料温，高注射压力以及采用白油脱模剂等措施。 该制件的结构特征可知 : （ 1）其内部有一倒钩式凸台，因此需要内抽芯机构，内抽芯不同于一般的侧向分 型与抽芯机构，因为它不能有很大的抽拔距，也很难利用 开模合模动力。 （ 2）由于制件外围有一圆环凸缘，由此又需要二级脱模机构 ，脱模机构的简单与否对模具的结构复杂程度和制造成本有很大的影响。 河南机电高等专科学校材料工程
4、系毕业设计说明书 共 25 页 第 2 页 （ 3）由于该材料为尼龙 1010，其成型工艺比较复杂，根据本材料的成型 工艺特性，设计合格的模具结构和成型工艺参数的选定是其又一个难点。 （ 4）考虑到耗费，成本，成型周期，生产效率及后序加工方面，要才用合适的浇注系统，根据当前模具技术水平，选用效率高，耗费低的无流道浇注系统较为方便；，因此设计和各的无流道模具又是本模具设计的一个核心。 总上所述，根据材料的成型工艺特点，选定合适 的注塑工艺参数，设计出合格的型腔型芯，设计简单可靠的内抽芯机构和二级脱模机构，设计高效率，低成本的无流道浇注系统是本设计的几个关键所在，技术所在。 河南机电高等专科学校材
5、料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 3 页 1 塑件工艺性分析 1. 1 设计前的准备工作 1.1.1 明确设计任务和准备必要的技术资料 注塑模具设计工作必须以模具设计任务书作为依据，以设计任务书了解塑料制品的技术图样，生产纲领，使用技术要求，以及设计时所要掌握的细节，注塑成型工艺规程以及对模具质量要求和完成时间等内容，明确设计任务后，通过必要的技术资料进行初步设计。 1.1.2 分析研究原始材料的工艺特性和成型性能 本设计为球形顶盖，塑料件要求采用的材料为尼龙 1010;尼龙为聚恓安代号为 PA，它又是属于工程材料，热塑性塑料，机械强度高，可代替全金属而用作工程材料的塑料。从使用性能上
6、看该塑料性质坚韧、耐磨、耐疲劳、耐油、耐水、抗霉菌，其尼龙 1010 半透明，吸水性较小，且熔点高。 【 1】结晶型塑料，品种牌号很多，各品种的物性和成型性能也各有差异，应按品种确定成型方法和工艺条件； 【 2】熔点高，熔融温度较窄，熔融状态下热稳定性差，故应避免在高温机筒中停留时间过长； 【 3】容易 吸温，成型前需要预热干燥，并应防止干燥后再次吸温成型时的含水量不应得超过 0.3，否侧流动性下降，制品容易出现气泡和银纹等缺陷；对于要求精度高的制件成型后，需做调湿处理，调湿后制件会发生尺寸胀大现象； 【 4】流动性好，塑件间隙约为 0.02 ，成型过程中容易发生塑料流延现象，采用螺杆或注塑机
7、时，螺杆需带止逆环，喷嘴宜用自锁式结构，并能对其加热； 【 5】收缩值大，收缩率波动范围大，各向异性明显，容易发生缩孔和变形等缺陷，成型条件应稳定； 【 6】熔体冷却速度对结晶度和制品性能影响较大，故应根据制品厚度等因素，正确 选择和控制模温，模温范围 20 900C;模温过低时容易产生缩孔和结晶度等问题；对伸长率和透明度要求较高，对柔软性要求较好的薄壁制品疫区较低模温；对硬度和耐磨性要求较高以及在使用过程中要求变形较小的厚壁制件，易取较高河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 4 页 模温； 【 7】收缩量；缩孔和凹陷等问题对成型工艺条件比较敏感，机筒温度需要根据品种
8、，制品形状及注塑机类型设定，对于柱塞式注塑机，机筒易取较高温度，但是一般不应使料温超过 3000，受热时间及应不易超过 30min，如果料温过高，不仅收缩量大，而且还容易益料产生飞边； 【 8】注塑压力应根据注塑机类型， 料温，制品形状尺寸和浇注系统得特性等因素设定；注塑压力过大时，虽可减少收缩值，但是容易出现溢料飞边，且各向异性明显；注塑压力过低时，制品容易出现凹陷和波纹等缺陷； 【 9】成型周期按制件壁厚等因素而定；壁厚大时，成型周期长；壁厚小时，成型周期短；注塑时间及保压时间对制件收缩，凹陷，变形，缩孔等缺陷影响较大，为了减少收缩，凹陷和缩孔，可以采用较低的模温，料温以及熔体粘度，同时可
9、以提高注塑压力，延长注塑时间和保压时间，并可以采用自由作为脱模剂； 【 10】浇注系统的形式及尺寸可与成型聚苯乙烯时相似，但是在增大浇道以 及浇口截面尺寸，这样可以改善缩孔和凹陷情况，设计模腔工作尺寸时，对于预定收缩率，一般要控制制件壁厚，但是在取壁厚要取较大值，薄壁取较小值，另外模温分布应均匀，同时还应该设置排气结构，并防止益料产生飞边； 【 11】 制件壁部不易过厚，应该做到均匀，脱磨斜度不易过小（尤其对于厚壁及深度高制件更应如此）； 从成型工艺看，其属于结晶型塑料，熔融温度范围窄，且热稳定性能差，温超过 300、滞留 30 分钟即分解，且流动性能好，容易溢料，易发生“流涎现象”成型收缩率
10、大，易发生缩孔、凹痕，所以成型条件要稳定，料温不宜超过300，应该低模温低料温，高注射压力以及采用白油脱模剂等措施！ 1.1.3 分析制件的工艺性和注塑成型工艺规程对模具设计的要求 塑件制品为球形端盖，球形端盖是通过中间的四方型芯以及周边的圆与机身连接，为了更好的保证球形端盖与机身的装配关系与要求，周围的圆装配公差为0.1 其余部分偏差值可按 Js15，要求表面光滑，无毛刺，工作环境为一般； 从该塑料制件制品图形上可以看出，该制件的形状结构不太复杂，但对尺寸大小，精度以及表面质量要求较高； 1.1.3.1 制品的尺寸 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 5 页 制品
11、尺寸的大小，主要取决于塑料品种的流动性 和注塑机的规格有关，在一定的设备和工艺条件下，流动性好的塑料品种可以成型出较大尺寸的制品；反之，流动性差的塑料及其薄壁塑料制件的尺寸不能设计的过大；本设计原料为尼龙1010，它的流动性为一般，能满足尺寸大小要求高； 1.1.3.2 制品的尺寸精度 制品的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度；该塑料的尺寸精度往往要求较高，应在保证使用要求的前提下，经可能选用等精度等级，本设计圆周的精度高和中间柱芯的高度以及大小精度要求：高为 0.1 ， 0.2 ，属于一般精度，其余为 Js15 属于较低精度； 由于该零件尺寸未标注，未注公差的精度按 MT6 计算
12、，则零件图中各个尺寸为 1000.086， R14000.10， R 13500.10， 7800.064， 8800.074， 260.0180.018， 140.0270， 600.02 100.0230， 600.019， 30.0160。 1.1.3.3 制品的形状结构 制品的形状结构如图所示为： 图一 制品的形状 从图上可以看出，形状比较简单，但是尺寸不大。由于该工件的精度不高，对应的模具相关零 件的尺寸加工容易保证；还 从零件的确厚来看 ,壁厚最大处为10MM，最薄处为 5MM，壁厚较均匀，有利于零件的成型。 根据塑件的用途，工作环境，对塑件图上制品形状尺寸精度，以及表面粗糙度等要
13、求，进行综合分析，可以知道该塑件的工艺性较好，比较容易注射成型。该表面没有特别的要求，保证一般质量即可，没有缺陷，毛刺，内部不得有导电河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 6 页 杂质，但尼龙 1010 的成型过程不稳定，较复杂，要做好工艺安排。 从零件图上分析，该零件总体形状为球形，在边缘有一周凸缘，高位 14MM，内部有一倒钩形凸台，内宽为直径 6MM，外宽为直径 10MM，零 件为中心对称形状，因此该模具设计时要使用内抽芯机构和二级脱模机构，成型该零件的模具属于中等复杂程度的注塑模具结构！ 注射成型工艺规程对模具设计的要求在设计任务书上无特殊要求，故此地不做特殊
14、要求和说明。 1.1.3.4 分析研究制品的生产纲领 该注射成型制品的生产纲领属于大批量生产，对于大批量生产，由于模具价格在整个生产费用当中，所占的比例较小，生产率和模具寿命问题比较容易突出，因此在设计时可以使用自动化程度较高的复杂模具结构，以及对成型零部件采用较好的模具材料。 1.2.计算塑件的体积和质量 计算塑件的体积 和质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数量。 计算塑料制件的体积： V V-1 + V2 + V3 （其中圆角处尺寸可不预考虑在选取注塑机时适当放大） 在计算定圆体积时可以利用公式计算如：顶圆体积 =大球缺体积 小球缺体积 V1 1/3 H(3r-H)- 3/I h(3r-h
15、) 1/3 212 (3x140 12) 49 (3 135 7) 39250 3 V2 14（ 442 392） 18243.4 3 V3 9 25 =458 3 V V1+V2+V3 39250+18243.4+458 57951.4 3 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 7 页 57.9514 3 查模具设计与制 造简明手册知 ：尼龙的密度为； 1.05g/ 3cm . M V 57.9514 1.05 60.84897g 注：塑件的体积为： V ； 顶圆的体积为： V-1 ； 凸缘的体积为： V2 ； 内凸台的体积为： V3 ； 考虑实际情况，采用一模一腔
16、的模具结构，并初步选用 XS-ZY-150的注塑机。 1.3.塑件注塑工艺参 数的确定 查阅相关资料及参考工厂实际情况，尼龙 1010的成型工艺参数初步选定为：（试模时可根据实际情况调节） 查中国模具设计大典，尼龙 1010 的滞流温度为 200，分解温度为 300，由此可以选定工艺参数为： 料筒温度：后段： 190 -210 中段： 200 -220 前段： 210 -230 预热： 100 -110，时间 12-16S； 喷嘴温度为： 210 -220 注塑压力为： 90MPa 注塑时间为： 30S; 保压： 10S； 冷却： 20S； 高压： 5S； 总周期： 120S： 河南机电高等专
17、科学校材料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 8 页 2.注塑模的结构设计 注塑模具的结构设计主要包括：分型面的选择，模具型腔数目的确定，型腔的排列方式，冷却水道布局，浇口位置的设置，模具工作零件的结构设计，侧向分型与抽芯机构的设计，推出机构的设计等内容。 2.1.分型面的选择 模具设计的过程中分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，复杂程度，模具的制造难易，模具的成本，应根据分型面选 择的原则和塑件的成型要求选择分型面。 使型腔内总压力较大的方向与分型面垂直 ,因为在塑件注射时型腔内各方向的压强 P相同，故某方向总压力 F=PxS, S 为某方向的投影面积，当 S越大，则 F 越大，选择
18、总压力较大的方向与分型面垂直，利用注射机的锁模力来承受较大注射压力。因此模具结构简单，否则需另设计锁紧机构，模具结构复杂，成本增加，加工周期延长。 综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取 其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。其分型面选择如下图所示： 图二 分型面的选择 此种分型制品的方位便于脱模，开模后制品留在动模部分，这样便于利用成型设备脱模，同时降低了模具的复杂程度，减少模具加工难度又便于脱件，所以此种分型较为合理。 2.2 浇注系统的设计 河南机电高等专科学校
19、材料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 9 页 2.2.1 主流道设计 根据 XS-Z-150型注塑机喷嘴的有关尺寸 喷嘴前端孔径： d0= 4mm 喷嘴前端球面半径： R0=12mm 根据模具主流道与喷嘴 的关系： R=R0+（ 1 2） mm D=d0+(0.5 1)mm 取主流道的球面半径： R=13mm 取主流道的小端直径 d= 4.5mm 为了方便将凝料从主流道中拔出，将主流道设计为圆锥形式其斜度取 1 3度经换算得主流道大端直径 D= 8.5mm，为了使料能顺利的进入分流道，可在主流道的出料端设计半径 r=5mm 的圆弧过渡。 2.2.2 主流道衬套的选取 为了提高模具的寿命在
20、模具与注塑机频繁接触的地方设计为可 更换的主流道衬套形式，选取材料为 T8A，热处理以后的硬度为 53 57HRC，主流道衬套和定模的配合形式为 H7/m6 的过渡配合。 图三 主流套衬套 2.2.3 分流道设计 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 共 25 页 第 10 页 分流道的形式和尺寸应根据塑件的体积，壁厚和形状的复杂程度来确定分流道的长度的。由于塑件的形状比较简单，尼龙 1010 的流动性好，冲型能力比较好，因此可采取梯形分流道，便于加工。根据主流道大端直径 D= 8.5mm，则梯形可选用上底为 b=5.5mm,高为 h=8mm 的截面。 2.2.4 排气结构的设计 在注
21、 塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进入模具型腔内，气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡，甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。 排气方式有两种：开排气槽排气，利用和模间隙排气。 由于线圈骨架注塑模是小型镶拼式模具，可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气，而不需在模具上开设排气槽。（ PA塑料的最小不溢料间隙为 0.04mm，间隙较小，再加上 PA 的流动性较好，也不宜开排气槽。） 由于该模具为单型腔生产，考虑到塑料的塑料的耗费及成型周期以及后加工问题，该浇注系统采用无流道注塑模具 浇注系统。 由于该制件质量体积都不小，所以成型周期不宜短，因此不宜采用井喷式
22、热流道模具，由于尼龙 1010 的成型部稳定，又不能采用塑料绝热延伸式喷嘴，设计分析，采用空气绝热式延伸式喷嘴成型系统。 中国模具设计大典说明，延伸式喷嘴有标准件，但喷嘴设计加工都比较方便，可以根据模具的具体形式自行设计延伸式喷嘴及浇口衬套。 空气绝热的延伸式喷嘴，喷嘴通过直径 1MM，台阶长度 1MM 左右的点浇口直接注入型腔。采用空气绝热时，喷嘴与型腔在浇口附近系直接接触，因此有大量的热从喷嘴传向型腔。为了降低传热量，应该减少二者的接触面 积，除浇口周围外将其余地区留作空气间隙。由于与喷嘴尖端接触处的型腔壁很薄，容易被喷嘴顶坏或变形，不能靠它来承受喷嘴的全部推力，因此在喷嘴与模具之间还设计有一环形的承压面。 2.3.抽芯机构的设计 根据制件的结构特征，其内部有一倒钩式小凸台，成型后不易脱模，因此要设计已内抽芯机构； 该内抽芯不同于一般的外抽芯机构，此机构不允许有侧向抽动距离，斜道主
