注塑模課程設計說明書——注射器推桿

1、<p><b>　　1 塑件工藝分析</b></p><p>　　1.1 塑件的設計要求</p><p>　　該塑件為醫(yī)用注射器推桿，零件外形如圖1.1。該產(chǎn)品尺寸精度和表面粗糙度要求為一般精度，但在加工制造過程中要求各部分有一定配合精度關系。產(chǎn)品為大批量生產(chǎn)，因此設計的模具要有較高的注塑效率，澆注系統(tǒng)要能自動脫模，澆口設計成點澆口，使塑件的外表面不受損傷，

2、充模效果好。如圖1.1所示：</p><p><b>　　圖1.1塑件圖</b></p><p>　　塑件整體尺寸：如圖1.1所示 取PP密度為0.90g/mm3</p><p>　　通過PROE分析模型功能計算得塑件體積為 4.133cm3， 質(zhì)量為3.720g。</p><p><b>　　1.2材料性

3、能分析</b></p><p><b>　　聚丙烯（）</b></p><p>　　基本特征：聚丙烯無色、無味、無毒，外觀似聚乙烯，吸水率低，但比聚乙烯更透明、更輕。密度為0.90—0.91，其熔點為160-175℃，分解溫度為350℃，成型溫度范圍寬，其最大結(jié)晶溫度為120-130℃。宜于成形加工，在螺桿式或柱塞式注射機中都能順利成型；還具有聚乙烯所沒有

4、的許多性能，可制做鉸鏈，有教高的抗彎曲疲勞強度，但其在氧、熱、光的作用下極易解聚、老化，所以必須加入防老化劑。</p><p>　　主要用途：聚丙烯可用于制作各種機械零件如法蘭、接頭、泵葉輪、汽車零件；可作為水、蒸汽、各種酸堿等的輸送管道，化工容器和其他設備的襯里、表面涂層；可制造蓋和本體合一的箱殼，各種絕緣零件，并用于醫(yī)藥工業(yè)中。</p><p>　　成形特點：成形收縮范圍及收縮率大，易

5、發(fā)生縮孔，凹痕、變形、方向性強，流動性極好，易于成形；熱容量大，注射成形必須設計能充分進行冷卻的冷卻回路；注意控制成形溫度。料溫低時方向性明顯，尤其是低溫、高壓時更明顯。聚丙烯成形的適宜模溫為80度左右，不可低于50度，否則會造成成形塑件表面光澤差，產(chǎn)生熔接痕等缺陷。溫度過高會產(chǎn)生翹曲或變形。急冷時成碟狀晶結(jié)構，緩冷時成球晶結(jié)構。</p><p>　　1.3 PP的收縮率及密度</p><p&

6、gt;　　查PP材料性能參數(shù)可知知聚丙烯（）的收縮率（）%，由聚丙烯（）的成形特點可知其成形收縮率范圍及收縮率，采用中值確定其收縮率值為，密度取為。</p><p>　　1.4 注射工藝參數(shù)的確定</p><p>　　查書表4-19部分塑料的注射工藝參數(shù)選定注塑PP參數(shù)：</p><p>　　注射機類型：螺桿式 </p><p>　　螺桿轉(zhuǎn)速

7、：30--60r/min</p><p>　　噴嘴：形式為直通式 溫度170--190℃</p><p>　　機筒溫度： 前段：180--200℃ 中段：200--220℃ 后段：160--170℃</p><p>　　模具溫度：40--80℃</p><p>　　注射壓力：70--120Mpa 保壓力：50-

8、-60Mpa</p><p>　　注射時間：0--5s 保壓時間：20--60s</p><p>　　冷卻時間：15--50s 成型周期：40--120s</p><p>　　2 塑件的尺寸精度與結(jié)構</p><p>　　在滿足塑件使用的前提下，用較低的尺寸公差等級，可以

9、降低模具加工難度和制造成本。本塑件脫模時不受模具活動部分影響，公差等級取A部分。在進行模具設計時可根據(jù)書上表3-3塑件尺寸公差表選擇塑件尺寸公差帶：</p><p>　　表2.1與塑件有關的尺寸精度等級參數(shù)</p><p>　　根據(jù)上表查得塑件所有尺寸對應的公差，按實際公差進行計算。具體公差附錄零件圖。</p><p>　　3 注射機型號及模架的確定</p&g

10、t;<p>　　3.1 注射量的計算</p><p>　　通過PROE三維軟件分析模型計算可得：</p><p>　　塑件的體積 V=4.133cm3，</p><p>　　塑件質(zhì)量 M=ρ·V=4.133×0.90=3.720g</p><p>　　式中：ρ取0.

11、90g/cm3。</p><p>　　3.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算</p><p>　　澆注系統(tǒng)的凝料體積無法確定具體數(shù)值，可初步根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2--1倍來估算，由于本次注塑設計采用的流道簡單且流程較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料體積按塑件的0.3倍來估算。故一次注入模具型腔的塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和8個塑件體積之和）為</p><p>　　V

12、總=8 X (1+0.3)V=8 X 1.3 X 4.133=42.9832cm3</p><p>　　3.3 注射機的選擇</p><p>　　根據(jù)上述計算所得的V總=42.9832cm3，結(jié)合公式V總/0.8 = 53.729mm3，初步選擇公稱注射量為60mm3,，注射機型號為XS-Z-60，其主要參數(shù)見下表：</p><p>　　3.4 注射機模架的選定&l

13、t;/p><p>　　我國目前標準化注射模零件的國家標準有12個；另外還制訂了塑料注射模具的標準模架，分《中小型模架》（GB/T12556.1—90）和《大型模架》（GB/T12555.1—90）兩種?！吨行⌒湍＜堋窐藴手幸?guī)定，模架的周界尺寸范圍560x900，并規(guī)定模架的形式為品種型號，基本型A1、A2、A3、A4四個品種。</p><p>　　由于A1型模架特點：定模采用兩塊模板，動模采用

14、一塊模板，與推桿推件機構組成模架，適用于立式和臥式注射機；根據(jù)模架的組成，功能及用途可以看出，A1型模架能滿足本次模具的設計，固選用A1模架。-模板A20mm，模板B20mm，墊塊C50mm，模架閉合高度=50+A+B+C=140mm。選用規(guī)格為250X250mm</p><p><b>　　4.澆注系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　4.1 主流道、主流道襯套及

15、定位圈的設計</p><p>　　定位圈是使?jié)部谔缀妥⑸錂C噴嘴孔對準定位所用。定位圈直徑D為與注射機定位配合直徑，應按選用注射機的定位孔直徑確定。直徑D一般比注射機定位孔直徑小0.1～0.3，以便裝模。定位圈采用45號鋼或Q275鋼，用六角螺釘固定在模板上時，一般用兩個以上的M6～M8的內(nèi)六角螺釘。這里選用定位圈與澆口套為一體，壓配于定模板內(nèi)。本次設計選用定位孔直徑1000+0.03。</p>&l

16、t;p>　　主流道設在定模板上，并且位于模具的中心，與注射機噴嘴在同一軸線上，其為一圓錐孔，其小頭對準注射機的噴嘴。因噴嘴外形為球面，所以主流道小孔端的外形應為一凹陷的球面。為了配合緊密，防止溢料，凹球面的半徑應比噴嘴的球面半徑略大1--2mm。本次設計選用的噴嘴球面半徑為12mm。</p><p>　　主流道襯套的材料常用T8A制造，熱處理后硬度為50—55HRC。主流道襯套與定模板采用H7/m6的過渡配

17、合，主流道襯套與定位圈采用H9/f9的過渡配合。由于受型腔或分流道的反壓力作用，主流道襯套會產(chǎn)生軸向定位移動，所以主流道襯套的軸向定位要可靠。主流道襯套：取L=50mm ；α=4o；內(nèi)表面粗糙度為0.63um；d2=d1+（0.5--1mm）=5mm；</p><p>　　4.2 模具型腔數(shù)的確定、排列和流道布局</p><p>　　根據(jù)設計需要和生產(chǎn)效率的要求可知，為滿足塑件的使用要求，

18、在同一次的注射成型中，一次成型塑件的個數(shù)為八個，也就是采用一模八腔的生產(chǎn)方式。型腔的排列根據(jù)模具的形狀及尺寸排列如下圖所示：</p><p>　　4.3 分流道的形狀及尺寸</p><p>　　分流道的截面形狀有：圓形、梯形、形、半圓形、矩形；分流道的長度短，彎折少能減少壓力損失和熱量損失；分流道的表面粗糙度為。本次設計中因為圓形分流道阻力小，熱量損失少故采用圓形截面的分流道。</p

19、><p>　　多腔模中，分流道的排布有平衡式和非平衡式，選用圓形截面的分道，一級分流道直徑為8mm，二級分流道直徑為6mm。流道的內(nèi)表面粗糙度Ra 并不要求很低，一般取1.6μm 左右既可。由于我們所設計的模具一腔八穴的形式，因此在主澆道分流后，設計了八根分澆道。這樣設計的優(yōu)點是塑料在填充過程中較均勻和平穩(wěn)，避免出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象，有利于保證成形零件的成形質(zhì)量。其結(jié)構示意如下：</p><p>　　

20、4.4 澆口的形狀及其位置選擇</p><p>　　根據(jù)澆口設計原則，本設計適宜采用點澆口。點澆口又稱針點澆口，它也是常用的澆口形式之一，適合像PP這種流動性好的塑料。一般點澆口的直徑d在0.8--1.6mm之間。澆口尺寸 d =0.3～2mm，α=6°～15°。L<2/3(L０--分流道長度） 本設計取d =0.6mm，α=6°。</p><

21、p>　　1)查表6-3：ｔ＝1s,Vg=60cm3計算澆口的體積流量：　</p><p>　　qV=V/t=42/1=42cm3/s 式中V?。?.5--0.8Vg，本次取0.7）</p><p>　　各分流道的熔體的體積流量：</p><p>　　qVN=qV/n=42/8=5.25cm3/s</p><p>　　2）確定剪切速率γ

22、 對于點澆口，取γ=5X105s-1；</p><p>　　3）求當量半徑Re Re=（d1+d2）/4=（5+8.6）/4 式中d1為主流道小端直徑 d2為主流道大端直徑</p><p>　　4）分流道與澆口連接形式 采用分流道與澆口在寬度方向連接</p><p>　　4.5 冷料穴的設計</p><p>

23、;　　本次設計可選用鉤形頭冷料穴，在塑件脫模時可用Z形頭拉料桿將塑件與凝料出拉斷使得塑件留在動模型腔內(nèi)。</p><p>　　5 塑件分型面及型腔尺寸的計算</p><p>　　5.1 制品成型位置及分型面的選擇</p><p>　　選擇分型面時應考慮以下問題：</p><p>　　（1） 選在塑件外形最大輪廓處 塑件在動、定模的方位確定

24、后，其分型面應選在塑件外形最大輪廓處，否則塑件會無法從型腔中脫出。</p><p>　?。?） 有利于塑件的順利脫模 由于注射機的頂出裝置在動模一側(cè)，因此選擇在使塑件開模后留在動模一側(cè)，同時也有利于設置推出機構。</p><p>　?。?） 保證塑件的精度要求</p><p>　　（4） 滿足塑件的外觀質(zhì)量要求</p><p>　?。?）

25、 分型面的選擇要便于模具的加工制造</p><p>　?。?） 有利于氣體的排出</p><p>　　根據(jù)以上的分型面的選擇原則：本塑件的分型面選擇在塑件的中間，這樣有利于型腔的加工和成形，而塑件的整體將在脫模后留在動模一側(cè)。</p><p>　　5.2 型腔工作尺寸計算</p><p>　　塑件在模具型腔中直接成型，其尺寸直接影響塑件的質(zhì)量

26、，因此工件的型腔尺寸應做到在保證工件的質(zhì)量的前提下有足夠的加工余量。由于醫(yī)用注射器的推桿不需要型芯，即塑件的成型是利用定模板型腔和動模板型腔的共同作用，塑件又是上下對稱的，所以只需要計算型腔的工作尺寸。模具型腔的各個尺寸如下圖所示</p><p>　　5.2.1 型腔徑向尺寸計算</p><p>　　對于中小型塑件,本次零件為薄件，可用公式 ： </p><p&

27、gt;　　式中 ——塑件形狀尺寸</p><p>　　——塑件的平均收縮率</p><p><b>　　——塑件的尺寸公差</b></p><p>　　—— 模具制造公差，取塑件尺寸公差的1/3</p><p>　　對于塑件的整體長度L=90mm，公差取為MTA4，：</p><p>　　對

28、于L1長度的計算，公差取為MT4A, ：</p><p>　　對于L2長度的計算, 公差取為MT6A, ：</p><p>　　對于L3長度的計算, 公差取為MT6A, </p><p>　　對于L4長度的計算, 公差取為MT6A, </p><p>　　對于L5長度的計算, 公差取為MT6A, </p><p>　　

29、對于L6長度的計算, 公差取為MT6A, </p><p>　　5.2.2 型腔深度尺寸計算</p><p>　　對于深度H1的計算，公差取為MTA4, </p><p>　　對于深度H2的計算，公差取為MTA4, </p><p>　　對于深度H3的計算，公差取為MTA3, </p><p>　　對于深度H4的計算，

30、公差取為MTA3, </p><p>　　本次模具設計成型該塑件采用定動模腔直接成型，且兩個模腔對稱，尺寸相同。</p><p><b>　　6 模具結(jié)構設計</b></p><p>　　6.1 推出·導向機構設計</p><p>　　推出機構一般由推出、導向、復位三大部件組成，本次設計采用推桿推出，中心推桿為

31、Z形頭桿，也可起拉料作用。</p><p>　　6.1.1 合模導向機構的設計</p><p>　　當模具閉合后就構成了型腔，為了保證模具閉合時能夠準確定位，需設計合模導向機構。合模導向機構在模具中的作用，一是定位作用，模具每次合攏時，都有一個唯一的準確方位，從而保證型腔的正確形狀。同時為了正確裝配模具四組導柱、導套有一組和其他的不對稱，保證只有一個方向的準確定位；二是導向作用，引導定模、

32、動模準確閉合；三是承受一定的側(cè)壓力，在成行過程中承受單向側(cè)壓力。導向機構主要由導柱、導套組成。本次設計導柱直徑25mm。</p><p>　　導柱、導套配合形式圖</p><p>　　6.1.2 脫模力的計算</p><p>　　脫模力可用下式計算：F={8tEsLcosφ(f-tanφ)}/(1-u)K2 +0.1A</p><p>　

33、　F----是脫模力（N） E----塑料的彈性模量（MPa）</p><p>　　S-----塑料成型的平均收縮率（%） t------塑件的壁厚（mm）</p><p>　　L-----被包型芯的長度（mm） u------塑件的泊松比</p><p>　　φ---脫模斜度（&

34、#176;） f---塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù)</p><p>　　A----塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積（mm2）</p><p>　　K2---有f和φ決定的無因次數(shù)。K2=1+fsinφcosφ</p><p><b>　　則代入數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　t=2

35、mm,E=1100～1600MPa，取E=1200MPa。S=0.075.</p><p>　　L=90mm，φ=1°，f=0.5，u=0.32. K2=1.009.</p><p>　　則F=91241.2N</p><p>　　6.1.3推出桿的設計</p><p>　　初步設計 每個制件用兩根推桿推出模腔，即有16根推桿，推桿

36、材料用熱作模具鋼5CrMnMo</p><p><b>　　由此可確定推桿直徑</b></p><p>　　推桿直徑的確定： 代入數(shù)據(jù) K=1.5 L=70mm</p><p>　　F=91241.2N n=16 E=2.1X106 計算得d=3mm</p><p><b>　　推桿強度校核：<

37、;/b></p><p>　　所以 推桿強度滿足。</p><p>　　6.2 拉料桿的形式選擇</p><p>　　拉料桿可分為球形拉料桿、z形拉料桿和薄片式拉料桿，根據(jù)對各種拉料桿的對比分析和對本模具成型特點考慮用z形拉料桿。如圖6.2所示：</p><p>　　圖6.2 拉料桿外形及尺寸</p><p>　

38、　6.3 模具排氣槽設計</p><p>　　注射模具通常采用以下四種排氣方式：</p><p>　　1、利用配合間隙排氣 </p><p>　　2、在分型面上開設排氣槽</p><p><b>　　3、利用排氣塞排氣</b></p><p><b>　　4、負壓水路排氣</b&

39、gt;</p><p>　　通過對模具型腔的研究，利用配合間隙排氣的方式是最適合本模具的排氣方式，分型面的間隙值定位為（的最大不溢料間隙為）。</p><p>　　7.模具相關參數(shù)的校核

40、

41、 </p><p>　　k1 P0=1.3×90=117 MPa﹤P=122

42、Mpa公，所以，注射機注射壓力符合要求。</p><p><b>　?。?）鎖模力校核</b></p><p>　　塑件在分型面上的投影面積，塑件在分型面上的投影如圖為塑件在分型面上的投影面積，用PROE三維軟件分析功能計算</p><p>　　A型=1.005cm3 =100.5mm2

43、 </p><p>　　2）澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆，即流道凝料在分型面上的投影面積A澆的數(shù)值。可以按照多型腔模的統(tǒng)計分析來確定。A澆是每個塑件在分型面上的投影面積A塑的0.2--0.5倍。由于本例流道設計簡單，分流道相對較短，因此流道凝料的投影面積可以適當?shù)娜⌒∫恍?。這里取A澆=0.35A塑。</p><p>　　3）塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A總，則</

44、p><p>　　A總= n (A塑 + A澆)=8×1.35 A塑= 8×1.35×1.005cm2 = 10.854cm2=1085.4mm2</p><p>　　4)模具型腔內(nèi)塑料熔體沿注射機軸向的推力T推</p><p>　　T推=A X P平均 ≤A X P=A·k·P0=1085.4·0.3

45、83;122=397.256KN≤T合=500KN</p><p>　　式中，A--塑件在分型面上投影面積 k--壓力損耗系數(shù) P0--注射壓力。</p><p>　　查表5-1，聚丙烯型腔平均壓力可取15Mpa。</p><p>　　所以，注射機鎖模力合格。</p><p>　　注射機模具厚度的校核</p><p&g

46、t;　　模具閉合時的厚度應在注射機動、定模板的最大閉合高度和最小閉合高度之間，其關系按下式校核</p><p>　　H最小 ＜ H模 ＜ H最大             </p><p>　　式中  H最小 --注射機所允許的最小模具厚度（mm）；H模

47、 --模具閉合厚度（mm）； </p><p>　　H最大 — 注射機所允許的最大模具厚度（mm）。本次設計中取H最小 =70 mm；</p><p>　　H模  =A+B+C+50=140mm； H最大  =220 mm 所以注射機模具厚度也滿足要求。</p><p><b>　　注射機開模行程校核<

48、;/b></p><p>　　塑件所需的開模距應小于注射機的最大開模行程。對在液壓機械聯(lián)合鎖模的立式、臥式注射機上使用的一般澆口模具，關系按下式校核</p><p>　　Smax≥ H1 + H2 +a+5～10mm       式中

49、 H1 — 脫模距離(頂出距離)（mm）； H2 — 塑件高度（包括澆注系統(tǒng)凝料）（mm）；</p><p>　　S — 注射機模板行程（mm）；</p><p>　　在本次設計中 H1 = 6.5mm； H2 = 80mm； S =180mm；</p><p>　　H1 + H2 +10 = 7.

50、5 + 80+10 = 97.5mm<180mm</p><p>　　因此，注射機模板行程也滿足要求。</p><p><b>　　8.冷卻系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　冷卻系統(tǒng)的設計比較麻煩，在此只進行簡單的計算。設計時忽略模具因空氣對流、輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，按單位時間內(nèi)塑料熔體凝固時間時所放出的熱量應等于冷卻水

51、所帶走的熱量。</p><p><b>　　8.1冷卻介質(zhì)</b></p><p>　　PP屬于粘度較低的材料。其成型溫度和模具溫度分別為200℃--250℃和35℃--65℃。所以模具選用水作為冷卻介質(zhì)。</p><p>　　8.2冷卻系統(tǒng)的計算 </p><p>　?。?）單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量W&l

52、t;/p><p><b>　　1）塑料制品的體積</b></p><p>　　V=V主+V分+nV塑=5.35+42.98=48.33cm3.</p><p><b>　　2)塑料制品的質(zhì)量</b></p><p>　　m=Vρ=48.33×0.90=0.0435kg.</p>

53、<p>　　3)塑件壁厚為2mm。則t冷=10s，t注=2s，t脫=8s</p><p>　　T= t冷+t注+t脫=20s。</p><p>　　所以，每分鐘注塑次數(shù)為N=3次。</p><p>　　4）單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：</p><p>　　W=Nm=3×0.0435=0.1305kg/min.&

54、lt;/p><p>　　(2)確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量Qs</p><p>　　查表可知，PP單位熱流量Q1=590KJ·Kg-1。</p><p>　?。?）計算冷卻水的體積流量qv</p><p>　　設冷卻水到入口的水溫為θ2=22℃，出水口的水溫θ1=40℃，取水的密度ρ=1000kg/m3。水的比熱容c=4.18

55、7KJ/(Kg·℃),則根據(jù)公式可得：</p><p>　　qv= W Q1/ρc（θ1-θ2）=0.00102m3/min</p><p>　　查表可得冷卻管道直徑d=8mm。</p><p>　　（4）冷卻水在管內(nèi)的流速v</p><p>　　v=4qv/∏d2=2.26m/s.</p><p>　?。?

56、）求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù)h</p><p>　　因為平均溫度為31℃。查表得f=7.25,則有：</p><p>　　h=4.1487f（ρv）0.8/d0.2=2.2×104KJ/(m2·h·℃)</p><p>　　(6)計算冷卻水通道的導熱總面積A</p><p>　　A=WQ1/h(θ1-θ2)

57、=0.012m2.</p><p>　?。?）冷卻管道的孔數(shù)n</p><p>　　所以 取冷卻管道孔數(shù)為2個</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設計任務書（零件圖）··········

58、3;···························1</p><p><b>　　注射器推桿模具設計</b><

59、/p><p>　　1.塑件工藝分析 ································

60、;········3 2. 塑件的尺寸與精度 ·························

61、83;·········4</p><p>　　3注射機型號的確定 ·····················

62、83;·················5</p><p>　　4.澆注系統(tǒng)的設計 ·············

63、;·······················7 </p><p>　　5. 塑件型腔尺寸的計算······

64、83;·····························9</p><p>　　6．模具結(jié)構的設計·

65、3;····································&#

66、183;11</p><p>　　7．模具相關參數(shù)的校核······························

67、·····13</p><p>　　8．冷卻系統(tǒng)的確定··························