纽扣塑料模具设计

目录
第一部分产品的说明
第二部分塑件分析
第三部分型腔的数目决定及排布
第四部分注射机的型号和规格选择及校核
第五部分分型面的选择
第六部分浇注系统的设计
第七部分成型零件的工作尺寸计算及结构形式第八部分导柱导向机构的设置
第九部分推出机构的设计
第十部分温度调节系统的设置
第十一部分设计小结
第十二部分附录
纽扣塑料模具设计
一、注塑工艺的确定
1.塑料成型工艺性分析
该塑料是一塑料纽扣,如图.生产批量很大,材料为ABS,成型工艺性好,制造成本低,可以注射成型。

2.分型面位置的确定
根据塑料结构形式,分型面选在纽扣上下表面,如图
3.确定型腔数量和排列方式
1)型腔数量的确定
该塑料精度要求不同,又是大批量生产,可以采用一模多腔的形式,考虑到模具制造费用,设备运转费用低一些初定一模八腔的模具形式。

2)该塑件含有4个小孔,要使其顺利成型,必须在大型蕊上嵌入4个小型蕊,并且小型蕊的直径与孔直径相吻合,采用一模八腔的制造成本也会增加,因为所用材料为ABS,配合精度要求不高,采用推杆推出机构,型腔的排列方式采用双排列直排,如图。

4.模具结构形式的确定
上面分析可知,本模具采用一模八腔,双列直排,推件杆推出,流道采用平衡式,浇口采用潜伏式浇口,采用双分型面,结构形式采用派生模。

5.注射机型号的选定
1)注射量的确定,塑料体积33
137.625442.1425v cm mm ππ=⨯=⨯
塑料质量m 最多为10.442m v p =⨯=
凝料m2为未知数,可按塑件质量的0.6倍来计算,上面分析的一模八腔,所以注射量 1.6 1.680.442 5.6576m nm ==⨯⨯=
2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及锁模力的计算。

流道凝料包括浇口,在分型面上的投影面积A2,模具设计前为未知值,根据多腔统计分析,A2是每个塑件在分型面上投影面积的0.2---0.5倍,因此可用0.35A1来进行计算,所以。

12 1.351476.928A nA A nA =+==
式中,
222
10.7857.544.164
476.9283014.31m A d mm F AP KN
π
=
=⨯===⨯=
式中型腔压力P 取30MP,因为塑件浇口为侧浇口,压力损失大,取大一些。

3)选用注射机
根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值,可选用XS-ZS-22式注射机。

注射机参数
4)注射机有关参数的校核
(1)由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n
()9.658n J
n
p nA nJ F A F n PA A +≤≤
-
=>
Fn 为锁模力,A 为单个分型面上的投影,Aj 是浇注系统在分型面上的投影。

P 为成型压力,一般为注射压力的0.8倍。

(2)注射压力的校核
Re ' 1.380104115o K p MP Pe MP ≥=⨯≈=而
注射压力校核合格
式中K ”取1.3,Po 取80MP,属正常型浇口类。

(3)锁模力校核
1()814.31250
J F n A A F ≥+=⨯=而 锁模力校核合格
其它安装尺寸校核要待模架选定,结构尺寸确定以后才可以确定。

二.浇注系统的设计 1.主流道设计
1)主流道尺寸
根据所选注射机,则主流道小端尺寸为 d=注射机喷嘴尺寸+(0.5—01)=2+1=3mm 主流道球面半径为
SR=喷嘴球面半径+(1—2)=12+2=14mm
2)主流道衬套形式
本设计虽是小型模具,但为了便于加工和缩短主流道长度,衬套和定位圈还是设计成分体式,主流道长度取40mm,约等于定模板的厚度,见图,衬套如图,材料采用T10A 钢,热处理淬火后表面硬度为53HRC---57HRC 。

3)主流道凝料体积
233
502.40.5
4
i n Q d Z mm cm π
=
==
4)主流道剪切速率校核 由经验公式
33
33.3 3.37.09
93750000.2
0.880.44 2.7727.092(35)222
v V n Q r R q Q q q cm R mm
ππ⨯=
==<⨯=++=+⨯+=+==⨯分主塑件
主流道剪切速率偏小,主要是注射量小,喷嘴尺寸偏大,使主流道尺寸偏大所致。

2.分流道尺寸
1)分流道布置形式
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态,使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔。

因此采用平衡分流道,如图。

2)分流道长度
第一级分流道L1=50mm, 第二级分流道L2=10mm,第三级分流道L3=15.5mm.
3)分流道的形状,截面尺寸以及凝料体积
(1)形状及截面尺寸
为了便于机械加工及凝料脱模,体设计的分流道设置在分型面上定模一侧,截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面,梯形截面以塑料熔体及流动阻力均不大,一般采用以下面经验公式来确定截面尺寸,即
:
1.996B mm ==
根据参考文献(1)取B=4mm
2
2.67.33H B m m H m m
===
取
分流道截面形状如图
:
从理论上L2,L3分流道可比L1截面小10%,但为了刀具的统一和加工方便,在分型面上的分流道采用一样的截面。

(2)凝料体积
分流道长度L=2*（50+10*2+15.5*4）=264mm
分流道截面积2
43
310.52A mm +=⨯=
凝料体积
33
26410.52772 2.772q mm cm =⨯==分
4)分流道剪切速率校核
采用经验公式3
3
3.3 1.0810q r R π==⨯
在
23510510⨯--⨯ 之间,剪切速率校核合格
式中,
3
40.442 1.768
0.1775
n
v
q cm
t
R
==⨯=
==
式中,t=注射时间,取1s
A-------梯形面积2
0.105cm
C-------梯形周长1.3cm
5)分流道表面粗造度
分流道表面粗造度R要求很低,一般取0.8---1.6 um 即可,在此取1.6 um。

3.浇口的设计
根据外部特征,外观表面质量要求较高,应看不到明显的浇口痕迹,采用潜伏式浇口,在开模时对浇口自行剪断,几乎看不到浇口的痕迹。

潜伏式浇口尺寸的确定
由经验公式得
,
0.98
d mm
==
式中
22
2069.456
A dh r mm
ππ
=+=
n=塑料材料系数取0.6
C=塑件壁厚的函数值取0.242
浇口先取小,然后在试模时再调整。

2)浇口剪速率的校核
由点浇口的经验公式得
3
4
61244.488
q
r s
R
π
==
剪切速率的校核合格。

4.冷料穴的设计
1)主流道冷料穴
采用半球形,并采用球形头拉料杆,该拉料杆固定在动模固定板上,开模时利用凝料对球头的包紧力使主流道凝料从主流道衬套中脱出。

2)分流道冷料穴
在分流道端部加长5mm,作分流道冷料穴。

三、成型零件的设计
模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。

在本设计中成型零件就是成型外面的凹模,成型内表面的凸模。

各类成型零件的尺寸设计
1.凹模(型腔)
纽扣四周就一个整体,且无螺纹和其它外部特征,可用整体式,而且加简单,成本低。

0.01
0.
000
0.01000()(10.005)150.750.0115.067
()(1)2.505
z
z z m m s L H s H x δδδ++-
+=+
⨯-⨯
==+-=
2.凸模(型蕊)
此凸模上应装有四块小型蕊,采用台肩固定的方式,
大型蕊尺寸
0000.010.01
0000.01()(10.005)80.750.018.0325()(1)0.495z z z m m s l h s h x δδδ-------=+⨯-⨯==+-=
小型蕊尺寸
0000.010.01
0000.01()(10.005)10.750.010.9975()(1) 2.0025z z z m m s l h s h x δδδ-------=+⨯-⨯==+-=
2.成型零件刚材的选用
纽扣大批量生产,成型零件所选用的钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好,机械加工性能和抛沅性能也应良好,因些构成型腔的钢材选用SM1。

纽扣型蕊因为采用推杆推出,磨损也较大,采用硬度较高的模具钢Cr12MoV ,淬火表面硬度58HRC---62HRC 。

3.成型零件强度及支承板厚度的选用计算
1).型腔侧壁厚度(按整体式圆筒形凹模计算)
1
31.14()1ph s h E P =<S
式中,P---型腔压力(取30MP)
E---材料弹性模量,取
52.110MP ⨯ S----根据塑料品种,模具刚度计算许用变形量
1
525250.593
14.8250.0150.350.01
0.593i u m m m i w w ==⨯===+=S 型腔铡壁可以设为10mm,两型腔之间受力是大小相等,方向相反的在合模状态下不会产生变形,因此两型腔之间壁厚只要满足结构设计条件就可以了。

型腔与模板周边的距离由模板外形尺寸来确定,因模板平面尺寸比型腔布置的尺寸要大得多,所以完全满足强度和刚度要不求。

2).支承板厚度和所选模架两垫块之间的跨度有关,根据前面的型腔布置,模架应选在200×250mm 这个。

4.模架的确定
根据型腔布局可看出,型腔嵌件分布尺寸75*115,又根据型腔的侧壁最小厚度小于1,再考虑导柱,导套及连接螺钉,布置应占的位置,采用推件板推出等各方面的问题,确定选用模架序号为5号,模架结构为A4的形式,如图所示。

各模板尺寸的确定
A板是定模型腔板,塑件高度2.5,在模板上还要开设冷却水道,冷却水道离型腔应有一定距离,因此A板厚度取20mm。

B板尺寸
B板是凸模固定板,凸模的成型部分直径为15,因些B板厚度取12mm。

C垫块尺寸
垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+(5---10)
=2.5+20+15+(5---10)=42.5---47.5,所以垫块厚度可取45 上述尺寸确定之后,就可以确定模架序号为5号,板面200*250,模架结构形式为A4的标准模架。

从选定模架可知,模架外形尺寸:宽*长*高=200*250*237
模具平面尺寸200*250<280*250(拉杆间距)
四、排气槽的设计
瓶盖成型型腔体积比较小,约0.44,注射时间约为1s,采用的是潜伏式浇口向型腔顶部倾斜,塑料熔体先充满型腔顶部,然后充满周边下部,这样型腔顶部不会造成憋气现象,气体会沿着分型面和型芯与推件板之间的轴向间隙向外排
出。

如果对于中大型塑件一定要通过计算,开设一定量的排气槽,方可保证产品质量。

五、脱模推出机构的设计
推杆推出过程中,因为是有孔塑件,所以推杆必须得承受得起以下推出力 7276(cos sin )
22,,,,3100.2
22103100.2 4.144810t t F AP u A P P
U F N θθπθπ-=-==⨯===⨯⨯⨯⨯=⨯
因为塑件底部为圆形,所以可以将推杆截面设计成圆形,直径<3mm 。

六、冷却系统的设计
冷却系统的计算很麻烦,在此只进行简单计算,在单位时间内塑料内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量,模具温度设为40°。

冷却水的体积流量
33120.4310min ()v WQ m q PC θθ--==⨯
式中W----单位时间内注入模具中的塑料质量,按每分钟注射两次即0.4420.9528.398/min 0.0084/min g kg ⨯⨯==
Q1单位质量的塑件凝固时所放出的热量,ABS 为
23
112710/1000/,,, 4.187,,26.5,,,25kj kg
q kg m c θθ⨯====
冷却管道的直径
为使冷却水处于湍流状态,查资料取d=2.5mm
冷却水在管道内的流速
24 2.24/v q v m s d π==
冷却水管道水孔壁与冷却水之间的传热膜系数
查参考文献,1中的表取f =7.22,水温为30时,因此。

0.8
0.23.620000/min qv h f kj d ==
冷却管道的总传热面积
2
2
160600.0084710848926.525(40)2wq A mm h h θ⨯⨯⨯===+-
模具上应开设的冷却水孔数
13.48250A A n dl π==≈⨯
从计算结果看,因塑件小,单位时间注射量小,所需冷却水也比较小,但一条冷却水道对模具来说是不可取的,因为冷却不均匀。

模具的装配图及各个零件图见附页。

参考资料:
1、《塑料模具设计制造与应用实例》模具实用技术丛书编委员编机械工业出版社
2、《塑料模具设计》卜建新主编，中国轻工业出版社
3、《塑料模具设计》申树义、高济编，机械工业出版社
4、《塑料模具设计手册》《塑料模具技术手册》编委会，编机械工业出版社
5、《塑料制品成型及模具设计》叶久新、王群主编，湖南科学技术出版社。