1、1桶盖注塑成型工艺与模具设计绪 论1. 本课题及相关领域的国内现状及发展改革开放以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为 13%，1999 年我国模具工业产值为 245 亿，至 2000 年我国模具总产值预计为 260-270 亿元，其中塑料模约占30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模
2、具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星 I.K 模具有限公司制造的多腔VCD 和 DVD 齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。2. 未来我国塑料模具的主要发展方向1）.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 2）.在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。CAD
3、/CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM 软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 3）.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以
4、广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件2的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。 4）开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 5）.提高塑料模标准化水平和标准件
5、的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。6）.应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 7）.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。3任务来源
6、及设计目的意义1 设计任务来源设计题目：桶 盖材 料：LDPE生产批量：大批量生产技术要求：未注圆角 R0.5所有尺寸公差按 SJ1372-78 的 4 级精度图 1.12 设计目的及意义 本设计题目为普通零件桶盖，但对做毕业设计的毕业生有很大的设计意义，本设计概括了桶盖塑料零件的设计要求、内容及方向。通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者注塑模设计的基础，为设计更复杂的注塑模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。本次设计为即将走进工作岗位的应届毕业生综合能力的深刻考察，全面地锻炼了应届毕业生的实践动手等综合能力。4第 1 章 模塑工艺规程编制1.1 塑件的工艺性分析1.1.1 塑件的原材料分
7、析本 塑 件 的 材 料 是 低 密 度 聚 乙 烯 ， 属 于 热 塑 性 塑 料 ,从 使 用 性 能 上 看 : 低 密度 聚 乙 烯 由 于 含 有 较 高 的 分 子 量 、 密 度 及 结 晶 度 ， 因 此 质 地 坚 硬 、 耐 寒 性 能 良好 ， 在 -70 时 还 保 持 柔 软 。 化 学 稳 定 性 很 高 ， 能 耐 酸 碱 及 有 机 溶 剂 。 吸 水 性极 小 ， 有 很 突 出 的 电 气 性 能 和 良 好 的 耐 辐 射 性 ， 用 火 焰 喷 涂 法 或 静 电 喷 涂 法 涂于 金 属 表 面 ， 可 以 达 到 减 摩 和 防 腐 蚀 的 目 的
8、。 缺 点 是 力 学 强 度 不 高 ， 热 变 形 温度 很 低 ， 故 不 能 承 受 较 高 的 载 荷 。从成型性能上看:该材料流动性好,吸湿性小,吸水率小于 0.01%,因此可不考虑干燥,但由于其收缩率很大以及其在相互垂直的两个方向的收缩率差异更显著,易引起制品翘曲等缺陷。又由于收缩率还和制品厚度有关,应严格控制制品壁厚差异,以保证成型质量。1.1.2 塑件的结构和尺寸、精度、及表面质量分析 结构分析。从塑料建零件图上看，该零件总体形状唯异型状，其中球形曲面以及提手部位形状构成该零件主要特征，盖的内侧有三处内侧凹，这就要模具设计时必须设置测向抽芯机构。另外要想同时成型球形曲面以及提
9、手部位，就必须把型芯设计成组合式。由此可见本制品属于较为复杂的类型。 尺寸精度分析由于该塑件为普通的生活用品,还是收缩绿很大的塑件,其尺寸精度要求并不很高,多为自由精度尺寸。由于150 要与桶口配合,自然为相对较为重要的尺寸,可取中级水平精度 。而其他几个尺寸相对而言则为次要尺寸,尺寸精度按自0152由精度等级看待。由此可见本塑件尺寸精度不高,对应模具工作零件的加工尺寸很容易得到保证。从塑件壁厚上看:提手截面与桶盖壁厚尺寸有很大差异。根据有关资料查寻可5知 PE 最小壁厚为 0.6mm。本例采用经验推荐值 1.6mm,又因为了保证成型质量,应控制制品壁厚差异在 20%以内,又为了增强提手部位与
10、盖体的连接强度,可取提手截面长度 20mm。 表面质量分析该零件的表面除了要求没有缺陷、毛刺、还有提手部分表面要求相对光滑,以保证制件使用时便于提拿,其他的并无特别的表面质量要求,因此比较容易实现。综合分析,由以上可知,注塑成型时只要工艺参数控制好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。1.2 塑件体积和质量的计算计算制品重量和体积的目的是为了选择注塑设备和确定成型总体方案。由于本塑件制品结构外形比较复杂,要想计算其体积和质量,必须采用分割计算的方法对其进行分析计算。本例把制品分为三个部分如图 1.2 中的 I、II、III。1.2.1 计算塑件的体积查有关手册获低密度聚乙烯的密度 。30.92
11、51/gm 球形空间部分根据球缺公式： 。(/3)Vrh确定公式中有关参数：H=25mm 壁厚 t=1.6mm R=60mm h=23.4mm =61.6mmR22(/3)(/)IVHR=14793.6m 桶提手部分根据公式： IS公式中参数: =160 L=150+2h820(8)S40960IV3m 桶体部分根据公式: 2()/4IDdH公式中参数:D=150mm d=146.8mm H=23.4mm17454.9 IV3m则可知塑件总体积为:6V= + + =73208.5IVI 3m图 1.21.2.2 计算塑件的质量由公式 可获: W=73208.5 =67.72gWV30.9251
12、1.2.3 拟选注塑设备在本例中根据塑件的质量以及 LDPE 在熔融状态下的密度 等参数来拟选注7塑机。查有关手册获体积膨胀率的校正系数 c 取 0.85 =0.85 =0.c30.9251。30.78613/gm先求成型本塑件所需的最大注塑量,因本例中浇注系统所占的质量未知,这样就得修正塑件质量值。本例取修正值为 W=70g 则最大注塑量为:gmaxRMWmax/70/.812.5RaV=112.5/0.786 =143.12ax/ 3/m3c依据 的原则拟选 XS-ZY-250 型注塑机,另外考虑到塑件的结构外max形尺寸拟采用一模一件的模具结构。1.3 塑件注塑工艺参数的确定查找中国模具
13、设计大典卷二和参考工厂实际应用的情况，LDPE 的成型工艺参数可作如下选择。试模时，可根据实际情况作适当调整。注塑温度：包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度： 后段温度 选用 160；1t中段温度 2前段温度 选用 200；3t喷嘴温度：选用 160；注塑压力：选用 109MPa；注塑时间：选用 5s；保 压：选用 72MPa；保压时间：选用 20s；冷却时间：选用 30s。成型周期：选用 55s 模具温度：选用 308第 2 章 注塑模的结构设计注塑模结构设计主要包括：模具型腔数目的确定、分型面选择及型腔的排列方式和冷却水道布局以及浇口位置设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、
14、推出机构的设计、导向定位系统的设计、机械设计结构设计、排气系统设计等内容。2.1 型腔数目的确定确定型腔数目的因素有技术参数和经济指标。其中技术参数包括锁模力、塑化能力、最大和最小注塑量、模板尺寸、制品尺寸精度和流变参数等。这些因素综合影响了模具型腔数目的确定,本例根据制件的具体结构特点结合这些因素综合考虑.由于制件结构比较复杂而且壁厚相差很大,各部分的成型工艺有很大差异,要想保障制品成型的质量,就必须严格控制制品整体综合成型工艺。本制品从尺寸上看是中型制件;由于结构的特殊性质,即使制品精度要求不高 ,然而综合考虑侧向抽芯以及制件脱模等因素,不得不选择一模一腔。如果选择一模具多腔,不但很难保障
15、制品的成型质量,而且还大大提高了模具结构的复杂度、增大模具的制造加工成本。综合来看本例采用一模一腔较为合适。2.2 制品在模具中的位置的确定制品在模具中的位置，直接影响到模具结构的复杂程度、模具分型面的确定、浇口的设置、制品的尺寸精度和质量等。因此，开始制定模具方案时，首先必须正确考虑制品在其中的位置；然后再考虑具体生产条件(包括模具制造的)、生产批量所需的机械化和自动化程度等其它设计问题。2.2.1 制品在模具中的位置确立的原则9制品在模具中的位置确立的基本原则：制品或制品组件(含嵌件)的正视图，应相对于注塑机的轴线对称分布，以便于成型；制品的方位应便于脱模，注塑模塑时，开模后制品应留在动模
16、部分，这样便于利用成型设备脱模；当用模具的互相垂直的活动成型零件成型孔、槽、凸台时，制品的位置应着眼于使成型零件的水平位移最简便，使抽芯操作方便；最后制品位置的选定，应结合浇注系统的浇口部位、冷却系统和加热系统的布置，以及制品的商品外观要求等综合考虑。2.2.2 制品在模具中的位置的确立依据上述放置制品的原则,本制品根据其成型特点确定为附录模具总装图中所示的位置。2.3 分型面的形式以及位置选择模具设计开始的关键一步，就是选择分型面的位置。分型面的选择受塑件形状、壁厚、成型方法、后处理工序、塑件外观、塑件尺寸精度、塑件脱模方法，模具类型、型腔数目、模具排气、嵌件、浇口位置与形式以及成的型机的结
17、构等影响。2.3.1 分型面的形式选择结合模具的结构特点以及防止熔料从分型面溅出而形成飞边的角度来分析本副模具分型面形式的选取。本模具的主分型面拟采用水平分型面形式，然而除了主分型面外，由于本制件的成型结构较为特殊，况且模具结构存在内外抽芯结构，为便于制件从固定成型芯和活动成型芯上脱模，同时为了使模具中连杆机械机构的准确运行，就必须设置辅助分型面。2.3.2 分型面的位置选择选择分型面的原则是：脱出塑件方便、模具结构简单、型腔排气顺利、确保塑件质量、无损塑件外观、设备利用合理，根据此原则以及本塑件的成型要求来选择分型面。10图 2.1该塑件为提桶盖，表面质量并无特殊要求，由于提手部位是经常与人
18、们接触的部位，且提手截面为圆弧过渡式的异形状，而且厚度为制品中最大的部位，综合这些因素，则可考虑主分型面的位置如图 2.1 选择。另外辅助分型面的位置可参考附录模具总装图的分型面 A 以及分型面 C 所示的位置。总之，该三个分型面的上述选择既可降低模具结构的复杂程度，又能减少模具加工难度，保证制品的顺利脱模，故选择了这种位置方式。2.4 排气系统设计 注塑模的排气是模具设计中不可忽视的一个问题，排气的优差关系到制品的成型质量的高低。这是因为制件气孔、组织疏松、空洞等缺陷都是因为排气不畅，使模具积存气体，产生气泡引起的。因此可以看出排气系统在模具设计中的重要性。注塑模的排气方式有多种方式，主要以排气槽排气、分型面排气以及拼镶件缝隙排气等排气方式。由于本模具采用镶拼式型腔、型芯结构，则可以利用拼镶件的缝隙排气，又结合多分型面的特点，也可以利用分型面排气。两种排气方式的选择足可以保证制品的成型质量。而就不用考虑开设排气槽排气的排气方式了。2.5 浇注系统的设计与计算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。2.5.1 浇注系统的设计原则
