河南工程学院毕业设计
——水杯注塑模具设计
学生姓名: 娄万里 系(部): 机械系
专 业: 计算机辅助设计与制造
学 号: 26504118 指导教师: 王静
2009年5月25日
- 0 -
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
摘要
本设计分析了水杯的模具工艺~根据塑件的结构特点~进行塑件的设计~模具的结构设计~确定塑件成型工艺及设备~选择设备型号及规格~并校核与模具有关的工艺参数~确定模具总体结构方案。选择合适的标准模架~确定模具成型零件的材料及加工方法。整个过程以SolidWorks~Pro-e软件为平台~并利用Pro-e的模具模块生成型腔和型芯~然后生成装配图和零件图~并最终生成所有工程图。
关键字:
模具~水杯~SolidWorks,Pro-e~
1
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
Abstract
Analysis of the design of the cup mold process, according to the Plastic Parts structural features, the design of plastic parts, Die structure design, plastics molding technology and equipment, selection of equipment models and specifications, Check and die and the process parameters, to determine the overall structure of the program die. Choose a suitable standard mold, mold components to determine the material and processing methods. The whole process to SolidWorks~Pro-e software for
the platform, and the use of Pro-e mold module generation cavity and core, and then generate parts and assembly plans, and the creation of all engineering drawings.
Key word:
Mold, cup, SolidWorks, Pro-e
2
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
目录
前言....................................................................................................................................................4
一、设计任务书……………………………………………………………………………………5
二、塑件的工艺性分析……………………………………………………………………………5
三、塑件注射工艺参数的确定……………………………………………………………………6
四、注塑机的选择………………………………………………………………………………….8
五、注射模的结构设计…………………………………………………………………………….8
六、模具设计的有关尺寸…………………………………………………………………………9
七、注塑机有关参数的校核……………………………………………………………………...12
八、成型零件结构设计……………………………………………………………………………14
九、脱模机构设计………………………………………………………………………………..15
十、侧向分型与抽芯机构的设计………………………………………………………………..16
十一、模具加热与冷却系统设计………………………………………………………………..18
结束语……………………………………………………………………………………………..20
致谢……………………………………………………………………………………………….21
参考文献………………………………………………………………………………………….22
3
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
前言
中国塑料模工业从起步到现在,历经了半个多世纪,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"(约122CM)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,精密塑料模方面,以能生产照相机塑料件模具,多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技术,模具的电加工和数控加工技术,快速成型与快速制模技术,新型模具材料等方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。
尽管我国模具工业有了长足的进步,部分模具已达到国际先进水平,但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要,每年仍需进口10多亿美元的各类大型,精密,复杂模具。与发达国家的模具工业相比,在模具技术上仍有不小的差距。今后,我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新,以缩小与国际先进水平的距离。
(1)注重开发大型,精密,复杂模具;随着我国轿车,家电等工业的快速发展,成型零件的大型化和精密化要求越来越高,模具也将日趋大型化和精密化。
(2)加强模具标准件的应用;使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此,模具标准件的应用必将日渐广泛。
(3)推广CAD/CAM/CAE技术;模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向,可显著地提高模具设计制造水平。
(4)重视快速模具制造技术,缩短模具制造周期;随着先进制造技术的不断出现,模具的制造水平也在不断地提高,基于快速成形的快速制模技术,高速铣削加工技术,以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
4
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
一( 设计任务书
本次设计为水杯,其零件图及造型图如下图所示.
本塑件的材料选用ABS, 材料密度: 1.03吨/立方米~收缩率0.5%。产品生产量10万件。产品要求:外表面光滑、不能有明显凹痕、毛刺、擦伤等缺陷。
二. 塑件的工艺性分析
1.原材料分析
塑件的材料采用ABS,属于热塑性塑料. 综合性能比较好:机械强度高,抗冲击能力强~低温时也不会迅速下降,缺口敏感性较好,抗蠕变性好~温度升高时也不会迅速下降,有一定的表面硬度~抗抓伤,耐磨性好~摩擦系数低~较小的收缩率~较宽的成型工艺范围。另外,该塑料成型时易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷。因此~在成型时注意控制成型温度~浇注系统应较缓慢散热~冷却速度不宜过快。
2. 塑件的结构和尺寸精度及零件表面质量分析
5
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
1,结构分析:通过查阅详细的零件图~该零件总体尺寸为126*86*95。该零件结构比较简单~但是手柄处需要额外的抽心机构。2,尺寸精度分析:该零件结构简单~该零件的尺寸精度为中等~对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。
从零件的壁厚上来看~薄壁厚度最大为 4 mm~最小厚度为 3mm ~厚度差为 1mm ~较均匀~有利于零件的成型。
3,表面质量分析。该零件要求表面没有缺陷~毛刺~飞边~故比较容易实现。
综上分析可以看出~注射时在工艺参数控制的较好的情况下~零件的成型要求可以得到保证。
三. 塑件注射工艺参数的确定
1. 注塑工艺参数对制品成型的影响
1). 塑料材料
在注塑模具的设计过程中~模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出方案的设计~都和塑料本身的性质密切相关。具体材料参数见《模具简明手册》
2). 注射温度
熔体流入冷却的型腔~因热传导而散失热量。与此同时~由于剪切作用而产生热量~这部分热量可能较热传导散失的热量多~也可能少~主要取决于注塑条件。熔体的粘性随温度升高而变低。这样~注射温度越高~熔体的粘度越低~所需的充填压力越小。同时~注射温度也受到热降解温度、分解温度的限制。
3). 模具温度
模具温度越低~因热传导而散失热量的速度越快~熔体的温度越低~流动性越差。当采用较低的注射速率时~这种现象尤其明显。
4). 注射时间
注射时间对注塑过程的影响表现在三个方面:
1,缩短注射时间~熔体中的剪应变率也会提高~为了充满型腔所需要的注射压力也要提高。
2,缩短注射时间~熔体中的剪应变率提高~由于塑料熔体的剪切变稀特性~
6
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院 熔体的粘度降低~为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。
3,缩短注射时间~熔体中的剪应变率提高~剪切发热越大~同时因热传导而散失的热量少,因此熔体的温度高,粘度越低~为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。
三. 计算塑件的体积和重量
计算塑件的重量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。
使用SolidWorks可以轻松的计算出塑件的
3体积:V=102498.51mm~
质量:m=102.43 g
四. 注塑机的选择
由注射量选定注射机.由Solidworks建模分析得
7
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
3密度ρ=0.91g/mm
3总体积V=102.51cm;
总质量M=102.43g;
流道凝料V’=0.5V (流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小);
3实际注射量为:V=102.51×1.5=153.8 cm; 实
实际注射质量为M=1.5M=102.43×1.5=153.6g; 实
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即:
0.8V? V 公实
V= V/0.8 公实
3=192cm
根据注射量、可初步选用的注射机为:XS-ZY-22型注塑成型机,该注塑机的各参数如下表所示:
3理论注射量/cm 500 移模行程/mm 500
螺杆直径/mm 65 最大模具厚度/mm 450
注射压力/Mp 145 最小模具厚度/mm 300
锁模力/KN 3500 喷嘴球半径/mm 15
拉杆内间距/mm 540X440 喷嘴口孔径/mm φ3.0
五.注塑机有关参数的校核
在支撑与固定零件的设计中,根据经验而定:定模座板H1 =35mm;定模板H2 =120mm动模板H3 =60mm ;动模垫板H4=30,垫块H5 =120mm;动模座板H6 = 35mm;
模具闭合高度:H1+H2+H3+H4+H5+H6=35+120+60+30+120+35=400mm
1)模具外形尺寸校核
本模具的外形尺寸为600mm*550mm*400mm。XS-ZY-500型注塑机模板最大安
8
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院 装尺寸700*850,故能满足模具的安装要求。
2)模具的安装尺寸校核
由于计算模具的闭合高度H=400mm,XS-ZY-500型注塑机的最小模具厚度Hmin=300mm,最大模具厚度Hmax=450mm,即模具满足Hmin〈 H 〈Hmax的安装要求。
3)模具开模行程校核
经查表得,XS-ZY-500型注塑机的最大开模行程S = 500,满足推出塑件要求。
4)最大注塑量的校核
为确保塑件质量,注塑模一次成型的塑件质量(包括流道凝料质量)应在公称注塑量的35%~75%范围内,最大可达80%,最小不小于10%。为了保证塑件质量,充分发挥设备的能力,选择范围通常在50%~80%。计算过程如下:
33 V =153.8 cm; V,500 cm; 公实
153.8 x100% =30.8% 满足要求。 500
六. 注射模的结构设计
1. 分型面的选择
模具设计中~分型面的选择很关键~它决定了模具的结构。
打开模具取出塑件或浇注系统的面~称之为分模面。分模面除受排位的影响外~还受塑件的形状、外观、精度、浇口位置、行位、顶出、加工等多种因素影响。合理的分模面是塑件能否完好成型的先决条件。一般应从以下几个方面综合考虑:
1)符合塑件脱模的基本要求~就是能使塑件从模具内取出~分模面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。
2)确保塑件留在后模一侧~并利于顶出且顶针痕迹不显露于外观面。
3)分模线不影响塑件外观。分模面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。
4)确保塑件质量~例如,将有同轴度要求的塑件部分放到分模面的同一侧等
9
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
5)分模面选择应尽量避免形成侧孔、侧凹~若需要行位成形~力求行位结构简单~尽量避免前模行位.。
6)合理安排浇注系统~特别是浇口位置。
7)满足模具的锁紧要求~将塑件投影面积大的方向~放在前、后模的合模方向上~而将投影面积小的方向作为侧向分模面,另外~分模面是曲面时~应加斜面锁紧。
8)有利于模具加工。
该零件结构简单~但是手柄处需要向两端进行侧抽芯~所以此分型面有主分型面和砂芯分型面两部分~分型面由PRO-E软件的模具制造的功能将其设计出来。分型面如图所示:
确定型腔的排列方式 2.
本塑件为轮廓尺寸为126*86*95~零件不大~但是~由于需要侧向抽芯机构~所以模具结构比较复杂~对于该产品~我采用一模一腔。
3.主流道设计
1,主流道尺寸
主流道是一端与注射机喷嘴相接触~另一端与分流道相连的一段带有锥 度的流动通道。主流道小端尺寸根据注塑机喷嘴直径选为Φ5.0。
主流道衬套的形式:
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触~属易损件~对材料要求较严~主
10
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院 流道衬套的结构如下图所示:
2,主流道衬套的固定如图所示
4. 分流道设计
由于此塑件的特殊性我们采用直接浇口~即直接用浇口套注塑到制件上~
也就是说不需要分流道。详见工程图。
5. 冷料穴的设计
此设计无需冷料穴~由于制件的特殊性以及给予塑件较大的脱模斜度~再者就是制件对型芯有一定的抱紧力~所以当动模和定模分开的时候废料与制件会自动留在型芯上~加工过程中制件上的废料使用人工进行去除。
11
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
七. 模具设计的有关尺寸
根据塑料成型工艺该模具采用A2型中小型注射模模架。模架主要尺寸如图:
12
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
本模具结构简单~尺寸精度要求不高~故成型零件工作尺寸采用平均收缩率来进行计算。
查表得ABS的收缩率为0.5%,在Pro-e中设计出模坯的3D模型~软件会根据设定的收缩率自动计算出成型工作零件的尺寸。
型芯~型腔的模坯如下图所示:
八.成型零件结构设计
模具零件按其作用可分为成形零件与结构零件~成形零件是指直接参与形成型腔空间的结构件~如凹模(型腔)、凸模(型芯)、镶件、行位等,结构零件是指用于安装、定位、导向、顶出以及成形时完成各种动作的零件~如定位圈、唧咀、螺钉、拉料杆、顶针、密封圈、定距拉板、拉勾等等。常用结构零件参见下节。成形零件设计时~应充分考虑塑料的成形收缩率、脱模斜度、制造与维修的工艺性等。
1(塑料的成形收缩率
塑料的成形收缩受多方面的影响~如塑料品种、塑件几何形状及大小、模具温度、注射压力、充模时间、保压时间等~其中影响最显著的是塑料品种、塑件几何形状及壁厚。不同的塑料具有不同的收缩率范围(参见第二章~常用塑料)~具体的收缩率根据推荐值而定~根据模具设计手册~本塑件收缩率为0.5%。
2(脱模斜度
合理的脱模斜度是便于脱模、获取高质量表面要求的必要条件。在塑件设计时~一般都会给出较为合理的脱模斜度。但由于有时考虑不周~塑件选用或形成了不合理的脱模斜度~这将势必影响塑件的表面质量~所以在模具设计时应对塑
13
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院 件的脱模斜度进行检查。
常用塑料如ABS、HIPS、PC、PVC等~塑件外表面的脱模斜度参照下述选用:
外表面为光面的小塑件~脱模斜度 ? 1?,大塑件的脱模斜度 ? 3?
外表面蚀纹面Ra < 6.3~脱模斜度="" 3?,ra="" 6.3~脱模斜度="" 4?="">
外表面火花纹面Ra < 3.2~脱模斜度="" 3?,ra="" 3.2~脱模斜度="" 4?="">
本塑件的脱模斜度选择为1?。
模具设计时~应力求成形零件具有较好的装配、加工及维修性能。为了提高成形零件的工艺性
本模具采用一模一腔的结构形式~考虑到加工的难易程度和材料的利用价值~模具的组装与维修等因素~故凹模采用镶嵌式结构。
型芯结构设计
型芯主要是与凹模相结合构成模具的型腔~型芯和型腔的结构形式如下图所示:
九(脱模机构设计
塑件脱模是注射成型过程中最后一个环节~脱模质量好坏将最后决定塑件的质量,当模具打开时,塑件须留在具有脱模机构的半模(常在动模)上~利用脱模机构脱出塑件。
脱模设计原则:
14
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
(1)为使塑件不致因脱模产生变形~推力布置尽量均匀~并尽量靠近塑料收缩包紧的型芯~或者难于脱模的部位~如塑件细长柱位~采用司筒脱模。
(2)推力点应作用在塑件刚性和强度最大的部位~避免作用在薄胶位~作用面也应尽可能大一些~如突缘、(筋)骨位、壳体壁缘等位置~筒形塑件多采用推板脱模。
(3)避免脱模痕迹影响塑件外观~脱模位置应设在塑件隐蔽面(内部)或非外观表明,对透明塑件尤其须注意脱模顶出位置及脱模形式的选择。
(4)避免因真空吸附而使塑件产生顶白、变形~可采用复合脱模或用透气钢排气~如顶杆与推板或顶杆与顶块脱模~顶杆适当加大配合间隙排气~必要时还可设置进气阀。
(5)脱模机构应运作可靠、灵活~且具有足够强度和耐磨性~如摆杆、斜顶脱模~应提高滑碰面强度、耐磨性~滑动面开设润滑槽,也可渗氮处理提高表面硬度及耐磨性。
(6)模具回针长度应在合模后~与前模板接触或低于0.1mm。
(7)弹簧复位常用于顶针板回位,由于弹簧复位不可靠~不可用作可靠的先复位。
本模具设计采用顶杆脱模方式~顶杆分布如下图所示:
十.侧向分型与抽芯机构设计
侧向分型与抽芯机构用来成型制品上的外侧凸起、凹槽、孔和壳制品内侧局部外侧凸起、凹槽和不通孔。本塑件由于两侧面有凹槽~所以必须设定侧向分型机构。
15
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
本塑件由于侧向的凹槽比较小~侧向分型距离短~所以侧向分型机构采用斜销侧向分型机构。斜销方向与开模方向的夹角a~要兼顾抽拔力和斜销所受的弯曲力~一般取15?—25?~本设计取15?~斜销的直径取25mm。结构与尺寸如下图所示:
滑块是活动零件~滑块和侧型芯可以做成组合式或者整体式~本例使用整体式。滑块的结构如下图所示~详细尺寸见工程图。
斜销长度与最小开模行程计算
16
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
如上图所示~计算结构:斜销长度L=192mm
最小开模行程H=S*cota=34*cot15=32mm
十一. 模具加热与冷却系统设计
模具温度对塑件的成型质量、成型效率有着较大的影响。在温度较高的模具里,熔融塑料的流动性较好,有利于塑料充填型腔,获取高质量的塑件外观表面,但会使塑料固化时间变长,顶出时易变形,对结晶性塑料而言,更有利于结晶过程进行,避免存放及使用中塑件尺寸发生变化;在温度较低的模具里,熔融塑料难于充满型腔,导致内应力增加,表面无光泽,产生银纹、熔接痕等缺陷。
不同的塑料具有不同的加工工艺性,并且各种塑件的表面要求和结构不同,为了在最有效的时间内生产出符合质量要求的塑件,这就要求模具保持一定的温度,模温越稳定,生产出的塑件在尺寸形状、塑件外观质量等方面的要求就越一致。因此,除了模具制造方面的因素外,模温是控制塑件质量高低的重要因素,模具设计时应充分考虑模具温度的控制方法。
模具温度一般通过调节传热介质的温度,增设隔热板、加热棒的方法来控制。传热介质一般采用水、油等,它的通道常被称作冷却水道。
降低模温,一般采用前模通“机水”(20oC左右)、后模通“冻水”(4oC左右)来实现。当传热介质的通道即冷却水道无法通过某些部位时,应采用传热效
17
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院 率较高的材料(如铍铜等,模具材料的传热系数详见《塑料模具技术手册》第219页),将热量传递到传热介质中去,如图10.1.1,或者采用“热管”进行局部冷却。
升高模温,一般采用在冷却水道中通入热水、热油(热水机加热)来实现。当模温要求较高时,为防止热传导对热量的损失,模具面板上应增加隔热板。 冷却系统设计原则
(1)冷却水道的孔壁至型腔表面的距离应尽可能相等,一般取15~25mm,
(2)冷却水道数量尽可能多,而且要便于加工。一般水道直径选用,6.0,,8.0,,10.0,两平行水道间距取40~60mm。
(3)所有成型零部件均要求通冷却水道,除非无位置。热量聚集的部位强化冷却,如浇口处等。
(4)降低入水口与出水口的温差。入水,出水温差会影响模具冷却的均匀性,故设计时应标明入水,出水方向,模具制作时要求在模坯上标明。.运水流程不应过长,防止造成出入水温差过大。
(5)尽量减少冷却水道中“死水”(不参与流动的介质)的存在。
(6)冷却水道应避免设在可预见的塑件熔接痕处。
(7)保证冷却水道的最小边距(即水孔周边的最小钢位厚度),要求当水道长度小于150mm时,边间距大于3mm;当水道长度大于150mm时,边间距大于5mm。
(8)冷却水道连接时要由“O”型胶密封,密封应可靠无漏水。
(9)对冷却水道布置有困难的部位应采取其它冷却方式,如铍铜、热管等 (10)合理确定冷却水接头位置,避免影响模具安装、固定。
本例冷却水设置如下图所示:
18
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
19
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
结束语
根据上述设计计算资料~详细设计装配图与工程图~就完成了全部设计。
历经近一个半月的毕业设计即将结束~敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。
在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料~请教各位指导老师有关模具方面的问题~特别是模具在实际中可能遇到的具体问题~使我在这短暂的时间里~对模具的认识有了一个质的飞跃。使我对塑料模具设计的各种成型方法~成型零件的设计~成型零件的加工工艺~主要工艺参数的计算~产品缺陷及其解决办法~模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。模具在当今社会生活中运用得非常广泛~掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。
从陌生到开始接触~从了解到熟悉~这是每个人学习事物所必经的一般过程~我对模具的认识过程亦是如此。经过一个半个月的努力~我相信这次毕业设计一定能为三年的大学生涯划上一个圆满的句号~为将来的事业奠定坚实的基础。
20
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
致谢
本毕业论文是在毕业设计指导导师们的精心指导和悉心关怀下完成的。老师们以其渊博的知识、严谨的治学态度、开拓进取精神和高度的责任心~给我的学习、工作、生活以很大的影响~使我终身难忘~并将永远激励我奋发向上。在此值此论文完成之际~谨向导师表示衷心的感谢~并致以崇高的敬意:同时更加感谢王静老师~在我做毕业设计时帮我度过重重难关~及时为我解答各种疑惑~才能够使我的毕业设计得以顺利完成。即使是千言万语不能诉表学生心中对老师的感恩之心~在此我只能说:老师你们辛苦了~滴水之恩当涌泉相报~我一定不会辜负你们对我的期望~努力向前~用我所学创造出一片新天地~谢谢你们:
21
水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院
参考文献
1. 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计. 机械工业出版社,2003 2. 彭建声. 简明模具工实用技术手册. 机械工业出版社,2005 3. 周开勤,机械零件手册(第四版). 机械工业出版社,2002 4. 石光源,机械制图(第三版)清华大学出版社,2005 5. 唐志玉. 模具设计师指南. 国防工业出版社,2003
6. 《塑料模设计手册》编写组. 塑料模设计手册. 机械工业出版社,1994 7. 贾润礼,程志远. 实用注塑模设计手册. 中国轻工业出版社,2003 8. 廖念钊. 互换性与技术测量. 中国计量出版社,2005 9. 黄毅宏. 模具制造工艺. 机械工业出版社,2002
10. 模具制造手册编写组. 模具制造手册. 机械工业出版社,2003 11. 冯炳尧,韩泰荣,蒋文生. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社,
2001
12. 赵如福. 金属机械加工工艺人员手册. 上海科学技术出版社,2004
. 机械设计手册. 机械工业出版社,2002 13. 徐灏
14(温志远等主编(塑料成型工艺及设备(北京理工大学出版社,2007 15(陆宁主编(实用注塑模具设计(中国轻工业出版社(2005
22
塑料水杯注塑模具设计
设计题目: 塑料水杯注塑模具设计
学生姓名:
学 号:
专业班级:
指导教师:
2009 年
毕业设计是大学阶段的最后一个环节,是对以前所学的知识以及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展,采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。完成了大学期间的课程学习、生产实习,我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械制造、模具设计与制造等基础课和专业课方面的知识,对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解,达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常
强的设计课题,我们进行了大量的实习。经过在郑州市第二机床厂、鹤壁天海集团等几家单位的生产实习,我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识,丰富了在各种模具的结构和动作过程方面的知识,而对于模具的制造工艺更是实现了重大突破。在老师的指导下和在工厂师傅的讲解下,同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体,明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺,并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍,设计中,将充分利用和查阅各种资料,并与同学进行充分讨论,尽最大努力搞好本次毕业设计。虽然在设计的过程中会有一定的困难,但有指导老师的悉心指导和自己的努力,相信会圆满地完成毕业设计任务。由于学生水平有限,而且缺乏经验,设计中存在不妥之处在所难免,恳请各位老师指正。
2009年
目录
1、塑件的工艺性分析???????????????????????4
1.1、塑件的原材料分析??????????????????????4
1.2、 PC树脂的工艺特点????????????????????? 5
1.3、PC树脂成型时水分控制及成型加工条件之选择????????? 5
1.4、料筒清扫??????????????????????????6
1.5、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析?????????????6
1.6、塑件的体积重量估算?????????????????????7
2、选取标准模架及注射机?????????????????????7
3、塑件的注射工艺参数的确定???????????????????8
4、模具方案论证?????????????????????????9
1
4.1、成型部件的整体布局?????????????????????9 4.2、型腔排列方式????????????????????????9 4.3、浇口形式??????????????????????????10 5、型腔数的确定及浇注系统的设计?????????????????10 5.1、模具结构形式的确定?????????????????????10 5.2、分型面的选择????????????????????????10 5.3、型腔数的确定????????????????????????11 5.4、确定型腔的排列方式?????????????????????11 5.5、浇注系统的设计???????????????????????11 5.5.1、主流道的设计???????????????????????12 5.5.2、分流道的设计???????????????????????13 5.5.3、浇口的设计????????????????????????14 5.5.4、冷料穴的设计???????????????????????14 6、模具工作零件的设计与计算???????????????????15 6.1、凹模的结构设计???????????????????????15 6.2、型芯的结构设计???????????????????????15 6.3、成型零部件工作尺寸的计算??????????????????15 6.4、成型零部件的强度与刚度的计算????????????????16 7、合模导向机构的设计??????????????????????19 7.1、导柱结构的技术要求?????????????????????19 7.2、导向孔的设计????????????????????????19 8、推出机构设计?????????????????????????19 9、侧向分型机构的设计??????????????????????20 9.1、斜导柱设计?????????????????????????21 9.2、侧滑块与导滑槽的设计????????????????????22 9.3、楔紧块的设计????????????????????????22 10、设计总结?????????????????????????? 23 11、参考文献?????????????????????????? 24
2
设计计算书 1、塑件的工艺性分析
1.1、塑件的原材料分析
3
塑件的材料采用聚碳酸脂,是一种性能优良的热塑性工程塑料,具有突出的抗冲击能力,耐蠕变和尺寸稳定性好,耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良,且收缩率很低,一般为0.1%-0.2%。是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品,也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。目前广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等领域,随着改性研究的不断深入,正迅速拓展到航空航天、计算机、光盘等高科技领域。PC之所以有大的市场容量是由于它具有比较全面平衡的性能——优良的耐冲击性、耐热性、尺寸稳定性、透明及自熄性等,因此在电气、电子、精密机械、汽车、保安、医疗等领域成为可广泛使用的工程塑料。在作为饮用水桶和食品容器时,易被溶出而影响人们身体健康,因此要开发卫生级的PC树脂,用作饮水桶和其它食品容器的生产与使用,国内应用前景非常看好。PC有很好的机械特性,但流动特性较差,因此这种材料的注塑过程较困难。在选用何种品质的PC材料时,要以产品的最终期望为基准。如果塑件要求有较高的抗冲击性,那么就使用低流动率的PC材料;反之,可以使用高流动率的PC材料,这样可以优化注塑过程。PC的最大特征是非晶型透明塑料,成型后的尺寸稳定性好,从低温到高温均能保持稳定的机械强度,它的拉伸与形变特性比较接近金属材料,存在着明显的弹性极限。
1.2、PC树脂的工艺特点:
4
1)、聚集态特性属于无定型非结晶性塑料,无明显熔点,熔体黏度较高。玻璃化温度140?,150?,熔融温度215?,225?,成型温度250?,320?。
2)、在正常加工温度范围内热稳定性较好,300?长时停留基本不分解,超过
开始分解,粘度受剪切速率影响较小。 340?
3)、流变性接近牛顿性液体,表观黏度受温度的影响较大,受剪切速率的影响较小,相对分子质量的增大而增大。PC分子链中有苯环,所以分子链刚性大。
4)、PC的抗蠕变性好,尺寸稳定性好;但内应力不易消除。
5)、PC高温下遇水易降解,成型时要求水分含量在0.02%以下。
6)、制品易开裂。
1.3、PC树脂的成型工艺控制在成型加工上,水分控制及成型加工条件之选择是影响成型品质最重要的两个因素,兹分述如下:
A、水分控制 PC类塑胶即使用遇到非常低之水分亦会产生水解而断键、分子量降低和物性强度降低之现象,因此在成型加工前应严格地控制PC树脂之水分在0.02%以下,以避免成型品的机械强度降低或表面产生气泡、银纹等异常外观。为避免水分所产生异常之情况,聚碳酸脂在加工前,应先经热风干燥3-5h以上,温度定为120?,或者用除湿干燥机来处理水分。
B、原料选择 为满足各种成型工艺的需求,PC树脂有不同熔体流动速率的规格。通常熔体流动速率介于5-25g/10min都可适用于注塑成型。但是其最佳加工条件因注塑机种类、成型品之形状以及PC树脂规格不同而有相当之差异,应根据实际情况加以调整。
C、注塑机选择要点 锁模压力:以成品投影面积每cm2*0.47-0.48T(或每平方寸*3-5T)机台大小:成品重量约为注塑机容量的40-60%为最佳,如机台以PS来表示容量(盎斯)时,需减少10%,始为使用PC之容量,(1盎斯=28.3公克)。螺杆:螺杆长度最少应有15个直径长,其L/D为20:1最佳,压缩比宜1.5:1至30:1。螺杆前端之止流阀应采用滑动环式, 其树脂流动间隙最少应有3.2mm。喷嘴:尖端开口最少有4.5mm直径。若成品重量为5.5kg以上,则喷嘴直径应为9.5mm以上,另外,尖端开口需比浇口直径少0.5-1mm,且段道愈短愈好,约为5mm。
D、成型条件要点:熔融温度与模温:最佳的成型温度设定与很多因素有关,如注塑机大小,螺杆组态、模具及成型品的设计和成型周期等。一般而言,为了让塑料
5
渐渐在熔融,在料管后断/进料区设定较低的温度,而在料管前段设定较高的温度。但若螺杆设计不当或L/D值过小。逆向式的温度设定亦可。模温方面,高模温可提供较佳的表面外观,残留应力也会较小,且对较薄或较长的成型品也较填满;而低模温则能缩短成型周期。螺杆回转速度:在40-70rpm较佳,但需视机台与螺杆设计而调整。注射压力:根据制品壁厚程度可采取85-140kg/cm2。背压:一般设定愈低愈好,便为求进料均匀,建议使用3-14kg/cm2。注射速度:射速度浇口设计有很大关系。使用直接浇口或边缘浇口时,为防止日晖现象和波流痕现象,则应用较慢这射速,另外,如成品厚度在5mm以上,为避免气泡或凹陷慢速射出会有帮助。一般而言,射速原则为薄者快,厚者慢。从注塑切换到保压,保压要尽量低。以免成型品发生残留应力。而残留应力可用退火方式来解除或减轻,条件是120-130?约三十分钟至一小时。 1.4、料筒清扫
1)、在PC树脂的成型温度下,加入清洗料(通用级聚苯乙烯或透苯),连续射出二十至三十次。
2)、将射台后退,连续将清洗料空射,直至射出的清洗料开始膨胀起泡。
3)、将料筒温度重新设定到200至230?。
4)、继续将清洗料空射,直到清料熔胶温度达到260?且外表看起来很干净透明。 1.5、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析:
1.5.1、塑件的结构分析:
该零件的总体形状为杯状,结构相对简单。
1.5.2塑件尺寸精度的分析:
该零件的尺寸精度较低,均没有公差要求,一般可采用10,12级精度。
由以上的分析可见,该零件的尺寸精度属中等偏下,对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看,壁厚1mm,较为均匀。
1.5.3表面质量的分析:
该零件的表面要求无凹坑等缺陷外,表面无其它特别的要求,故比较容易实现。
综上分析可以看出,注射时在工艺参数控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。
1.5.4塑料件投影面积计算:
2通过Pro-e对塑料件进行投影面积计算,约为:3211.72?
6
所需锁模力约为:(0.47,0.48)×32.12=150.96,154.18 KN 1.6、塑件的体积重量估算:
计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
3 通过Pro-e计算得塑件的体积:V,6227.583 ?
计算塑件的质量:公式为W,Vρ
-33根据设计手册查得聚碳酸脂的密度为ρ,1.2018×10g/mm,故塑件的重量为:
W,Vρ
-3 ,6227.583×1.2018×10
,7.484g
2、选取标准模架及注射机
标准模架的选用要点:
?模架厚度H和注射机的闭合距离L的关系为:
L<><=l>=l>
?开模行程与定、动模分开的间距与推出塑件所需行程之间的尺寸关系,设计时需计算确定,在取出塑件时的注射机开模行程应大于取出塑件所需的动、定模分开的距离,而模具推出塑件距离须小于顶出液压缸的额定顶出行程。
?选用的模架在注射机上的安装。
?选用模架应符合塑件及其成型工艺的技术要求
查阅《模具设计手册》,选择P3型标准模架,尺寸如下:
模板 垫块 推板 座板 导柱 导套
宽度 长度 厚度 宽度 长度 厚度 宽度 长度 厚度 宽度 长度 厚度 直径 直径
315 315 25 56 315 80 199 315 20 400 315 25 32 32
根据注射所需的压力和塑件的重量以及标准模架厚度情况,可选用的注射机为:XS-ZY-125型注塑成型机,该注塑机的各参数如下表所示:
7
3理论注射量 125 cm 移模行程 300 mm 螺杆直径 42mm 最大模具厚度 300 mm 注射压力 119 Mp 最小模具厚度 200 mm 锁模力 900 KN 注射时间 1.6 s 拉杆空间 260mm×290mm 注射方式 螺杆式
2最大成型面积320 cm 动、定模固定板尺寸 --
3.34 m×0.75 m ×合模方式 液压—机械 机器外形尺寸
1.55 m 推出方式 中心推出 电动机功率 11.0 kw
3、塑件的注射工艺参数的确定
查阅相关资料,聚碳酸酯的成型工艺参数可作如下选择,在试模时可根据实际
情况作适当的调整。
工艺参数表
干燥条件(温度/?)/(时间/h) 120/>4
形式 直通式
喷嘴
温度/? 240,250
前段 270,300 料筒温度/? 中段 ——
后段 260,290
模具温度/? 90,110
注射压力/MPa 110,140
保压压力/MPa 40,50
注射时间/s 0,5
保压时间/s 20,80
冷却时间/s 20,50
成型周期/s 50,130
成型收缩率/, 0.5,0.8
8
4、模具方案论证
4.1、成型部件的整体布局
方案一:模具型芯位于定模一侧,杯柄结构内设置活动镶块,成型后人工取出;
方案二:模具型芯位于定模一侧,动模采用侧向分型机构,杯柄结构内不设置活动镶块;
方案三:模具型芯位于动模一侧,杯柄结构内设置活动镶块,成型后人工取出;
方案四:模具型芯位于动模一侧,同时采用侧向分型机构,杯柄结构内不设置活动镶块;
分析对比
方案一的优点是成型结构设计较为简单,但浇注系统布置较困难,流道较长,不利于成型,同时生产率较低,不符合大批量生产的要求。
方案二在浇注系统布置方面与方案一有相同之处,成型困难,同时在分型脱模过程中可能存在无法顺利脱模的问题,但生产率较第一种方案有所提高。
方案三的可行性较强,整个模具结构可紧凑布置。当然,它也存在方案一生产率低下的缺点,具备参考价值。
方案四避免了前三种方案的弊端,无论是结构方面,还是成型方面都较为接近塑件的生产要求。
4.2、型腔排列方式
方案一:型腔对称布置,杯柄置于中间
方案二:型腔不对称布置
方案三:型腔对称布置,杯柄置于两侧
分析对比
方案一结构对称,在注射及脱模时模具受力平衡性强,有利于延长模具使用寿命,同时便于成型零部件的强度及刚度的校核,缺点浇注系统较长,不利于塑件成型。
方案二结构不对称,致使模具受力不均,会缩短模具使用寿命,同时也导致了熔体充模时,主流道到各塑件最远端的距离不相等,容易产生成型缺陷。
方案三继承了方案一的优点,同时也达到了浇注系统最短的要求,在此三种可行性方案中,此方案效果最好,可定为最佳方案。
9
4.3、浇口形式
查阅相关设计手册,对于聚碳酸酯(PC)可选用的浇口有以下几种形式。
方案一:直接浇口,又称主流道型浇口,它属于非限制性浇口。
方案二:侧浇口,国外称之为标准浇口,侧浇口一般开设在分型面上,塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔,其截面形状多为矩形,改变浇口的宽度和厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。
方案三:点浇口,又称针点浇口或菱形浇口,是一种截面尺寸很小的浇口,俗称小浇口。
分析对比
方案一的浇口形式具有流动阻力小、流程短及补缩时间长等特点。由于注射压力直接作用在塑件上,故容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形。这种形式的浇口截面大,去除浇口较困难,去除后留有较大的浇口痕迹,影响塑件美观。另外这种形式的浇口只适用于单型腔模具。
方案二的浇口形式加工和修整方便,因此它是应用较广泛的一种浇口形式,普遍用于中小型塑件的多型腔模具,且对各种塑料的成型适应性均较强。由于浇口截面小,减少了浇注系统塑料的消耗量,同时去除浇口容易,且不留明显痕迹。但这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在,且注射压力损失较大,对深型腔塑件排气不利。
方案三的浇口形式由于前后两端存在较大的压力差,可较大程度增加塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热,从而导致熔体的表观粘度下降,流动性增加,有利于型腔的填充,因而对薄壁塑件以及表观粘度随剪切速率变化敏感的塑料成型有利。
相比较之下,方案三最具备可行性,可予以采纳。
5、型腔数的确定及浇注系统的设计
5.1、模具结构形式的确定
由于塑件外观质量要求高,尺寸精度要求一般,且装配精度要求高,因此我们设计的模具要采用多型腔多分型面。根据本塑件的结构,模具将会采用两个分型面。 5.2、分型面的选择
选择分型面时一般应遵循以下几项原则:
1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2) 便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边。
3) 保证塑件的精度要求。
10
4) 满足塑件的外观质量要求。
5) 便于模具加工制造。
6) 对成型面积的影响。
7) 对排气效果的影响。
对侧向抽芯的影响。 8)
为了便于模具加工制造,应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。本题为杯状塑件,经分析可采用以水杯大口外圆为分型面的分型方式:
另外,由于此塑件有杯柄结构,故要在模具中设置侧向分形机构,以塑件的对称面作为侧向分形面。
5.3、型腔数的确定
型腔数的确定有多种方法,本题采用注射机的锁模力来确定它的数目。单件塑
154.18 KN,注射机公称锁模力500kN 件所需锁模力约为:150.96,
N*(单件所需锁模力)<=注射机公称锁模力>=注射机公称锁模力>
由于本题生产批量较大,故应尽量使型腔数N取最大值,同时考虑到模具的侧向分型,应使型腔数N为偶数,综合以上可确定型腔数N=2
5.4、确定型腔的排列方式
本塑件在注射时采用一模两件,即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素,拟采用两杯柄朝外对称分布的型腔排列方式。 5.5、浇注系统的设计
浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节,设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大影响。对浇注系统进行设计时,一般应遵循以下基本原则。
(1)了解塑料的成型性能
(2)尽量避免或减少产生熔接痕
(3)有利于型腔中气体的排出
(4)防止型芯的变形和嵌件的位移
(5)尽量采用较短的流程充满型腔
(6)流动距离比和流动面积比的校核
5.5.1、主流道的设计
设计要点:
11
a. 主流道的锥角常取2?,4?,流动性差的塑料可取3?,6?,流道壁表面粗糙度取Ra0.8um,且加工时应沿流道轴向抛光。
b.主流道始端球面凹坑半径比注射机喷嘴球半径大1,2mm;球面凹坑深度3,5mm;主流道始端入口直径d比注射机喷嘴直径大0.5,1mm;一般d=2.5,5mm。
c.主流道末端呈圆角过渡,圆角半径1,3mm。
d.主流道长度以小于60mm为佳,最长不宜超过95mm。
e.主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上;其材料常用T10A,热处理淬火后硬度54,58HRC。
根据设计手册查得XS-Z-60型注射机喷嘴有关尺寸如下:
喷嘴前端孔径:d=φ4mm 0
喷嘴前端球面半径:R,12mm 0
主流道的小端直径:
D,d+(0.5,1)mm=φ4+1,φ5mm
主流道始端球面凹坑半径:
R=12+(1,2)mm=13mm
主流道的半锥角α通常为1?,2?过大的锥角会产生湍流或涡流,卷入空气,过小的锥角使凝料脱模困难,还会使充模时熔体的流动阻力过大,此处的锥角选用4?。
浇口套形式如图:
5.5.2、分流道的设计
12
分流道在设计时应尽量减小在流道内的压力损失和热量损失,同时还要考虑减小流道的容积。现在常用的分流道截面形式有圆形、梯形、U形、半圆形等几种。圆形截面的 比面积最小,但需开设在分型面的两侧,在制造时一定要注意模板上两部分形状对中吻合;梯形及U形截面分流道加工较容易,且热量损失与压力损失均不大,为常用的形式;半圆形截面分流道需用球头铣刀加工,其表面积比梯形和U形截面分流道略大,在设计中也有采用。本次设计可采用圆形截面分流道。
分流道截面尺寸视塑料品种、塑件尺寸、成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定。通常圆形截面分流道的直径在4.8,9.5mm内选取。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有内部的熔体流动状态比较理想,因此分流道表面粗糙度要求不能太低,一般Ra取1.6um左右,这可增加对外层塑料熔体的流动阻力,使外层塑料冷却皮固定,形成绝热层。形式如图:
实际加工时,用铣床铣出流道后,稍微省一下模,省掉加工纹理就行了。(省模:制造模具的一道很重要的工序,一般配备了专业的省模女工,即用打磨机,沙纸,油石等打磨工具将模具型腔表面磨光,磨亮,降低型腔表面粗糙度。) 分流道的布置形式
分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关,有多种不同的布置形式,但应遵循两方面原则:即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸;另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。
本模具的流道布置形式采用平衡式。
5.5.3浇口的设计
模具设计时,浇口的位置及尺寸要求比较严格,初步试模后还需进一步修改浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大,因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节,同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选择,通常要考虑以下几项原则:
1) 尽量缩短流动距离。
2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。
3) 必须尽量减少熔接痕。
4) 应有利于型腔中气体排出。
5) 考虑分子定向影响。
13
6) 避免产生喷射和蠕动。
7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。
8) 注意对外观质量的影响。
以下是可选用的浇口形式:
、直接浇口。 A
B、侧浇口。
C、点浇口。
分析以上几种浇口形式,同时结合塑件具体结构特征,本模具采用点浇口形式较为合适。下图是一种适用于一模多件的点浇口形式:
5.5.4冷料穴的设计
在完成一次注射循环的间隔,考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度,从喷嘴端部到注射机料筒以内约10,25mm的深度有个温度逐渐升高的区域,这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳,如果这里温度相对较低的冷料进入型腔,便会产生次品。为克服这一现象的影响,用一个井穴将主流道延长以接收冷料,防止冷料进入浇注系统的流道和型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。
冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上(也即塑料流动的转向处),其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些,深度约为直径的1,1.5倍,最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积
6、模具工作零件的设计与计算
构成塑料模具模腔的零件统称为成型零部件。成型零件工作时,直接与塑料熔体接触,承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等,因此,成型零件不仅要求有正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度,而且还要求有合理的结构,较高强度、刚度及较好的耐磨性。
6.1、凹模的结构设计
凹模亦称型腔,是成型塑件外表面的主要零件,按结构不同可分为整体式和组合式两种结构形式。根据塑件的具体形状特征,此次设计采用组合式结构。大体结构
14
如下:
6.2、型芯的结构设计
成型塑件内表面的零件称凸模或型芯,主要有主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺
纹型环等。按结构主型芯可分为整体式和组合式两种,此次同样采用组合式结构。大
体结构如下:
6.3、成型零部件工作尺寸的计算 计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素:
A、塑件的收缩率波动
B、模具成型零件的制造公差
C、模具成型零件的磨损
D、模具安装配合误差
型芯径向尺寸的计算:
Lm(52)=[(1+S)LS+XΔ] 0-δz
=[(1+0.0065)×52+0.625×0.3]0-0.12
=52.5260-0.12mm
型腔深度尺寸的计算:
Hm(73)=[(1+S)Hs-XΔ]0+δz
15
=[(1+0.0065)×73-0.625×0.3]0+0.12
=73.2870+0.12mm
型芯高度尺寸的计算:
-δz Hm(73)=[(1+S)hs+XΔ] 0
=[(1+0.0065)×73+0.625×0.3] 0-0.12
=73.6620-0.12mm
Hm(34)=[(1+S)hs+XΔ] 0-δz
=[(1+0.0065)×34+0.625×0.25]0-0.1
=34.3770-0.1mm
中心距尺寸的计算:
Cm(17)=(1+S)Cs?δz/2
=(1+0.0065)×17?0.07/2
=17.111?0.035mm
Cm(4)=(1+S)Cs?δz/2
=(1+0.0065)×4?0.048/2
=4.026?0.024mm
6.4、成型零部件的强度与刚度的计算
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用,应具有足够的强度和刚度,否则可能引起变形破坏及挠曲变形。因此应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚,尤其是精度要求较高的或大型的模具型腔,更不能单纯地凭经验来确定型腔侧壁和底板厚度。
模具型腔壁厚的计算应以最大压力为准。理论分析和生产实践表明,大尺寸模具型腔刚度不够是主要矛盾,型腔壁厚应以满足刚度条件为准,而对于小尺寸的模具型腔,在发生大的弹性变形前,其应力往往超过了模具材料的许用应力,因此强度不够是主要矛盾,所以,设计型腔壁厚应以满足强度条件为准。
计算强度、刚度时考虑的要素:
?塑件成型过程中不产生溢料,当高压熔体注入型腔时,模具型腔的某些配合面会产生间隙,间隙过大则出现溢料,查阅相关手册,得到:聚碳酸酯的允许变形值<=0.06,0.08mm。>=0.06,0.08mm。>
?保证塑件的尺寸精度,某些塑件个别部位的尺寸精度比较高,这就要求模具
16
型腔应具有很好的刚性,以保证塑料熔体注入型腔时不产生较大的弹性变形。
?保证塑件的顺利脱模,如果型腔刚度不足,在熔体高压作用下型腔会产生过大的弹性变形,当变形量超出塑件的收缩率时,塑件周边将被型腔紧紧包住而难以脱模,因此型腔的允许弹性变形量应小于塑件壁厚的收缩值,即:[δ]
[δ]—保证塑件顺利脱模的型腔允许弹性变形量;
t—塑件壁厚,mm
s—塑件的收缩率。
由于型腔的形状、结构形式是多种多样的,同时在成型过程中模具受力状况也很复杂,一些参数难以确定,对型腔壁厚作精确的计算几乎是不可能的。因此只能从实用观点出发,对具体的情况作具体的分析,建立接近实际的力学模型,确定较为接近实际的计算参数,采用工程上常用的近似计算法,以满足设计上的需要。对于不规则的型腔,可简化为规则型腔进行近似计算。本次的模具型腔可简化为圆形型腔进行侧壁和底板厚度的计算。
组合式圆形型腔侧壁可看作是两端开口、仅受均匀内压力的厚壁圆筒。当型腔受到熔体高压作用时,其内半径增大,在侧壁与底板之间产生纵向间隙,间隙过大会导致溢料。
以下几式中:
P—型腔内单位面积熔体压力,取119MPa;
μ—型腔材料泊桑比,取0.3;
E—型腔材料拉伸弹性模量,钢弹性模量取2.06×105MPa;
r—型腔内壁半径,r=35;
[δ]—允许弹性变形量,取0.06mm;
[σ]—抗拉强度,取550MPa;
按刚度条件计算壁厚为:
S>=r[(1-μ+E[δ]/rp)/( E[δ]/rp-μ-1)]0.5-r
>=35×[(1-0.3+2.06×105×0.06/35×119)/(2.06×105×0.06/35×119-0.3-1)]0.5-35
>=17.5mm
按强度条件计算壁厚为:
S>=r[[σ]/( [σ]-2p)]0.5-r
17
>=35×[550/(550-2×119)]0.5-35
>=11.9mm
按刚度条件计算底板厚度为:
h>=(0.74pr4/E[δ])1/3
>=(0.74×119×354/2.06×105×0.06)1/3
>=22.2mm
按强度条件计算底板厚度为:
20.5h>=(1.22pr/[σ])
20.5>=(1.22×119×35/550)
>=18.2mm
另外,以下经验数据可供参考:
圆形型腔内壁直径(mm) 型腔壁厚(mm) 模套壁厚(mm)
>50,60 10 25
>60,70 11 28
>70,80 12 32
>80,90 13 35
动模支承板厚度可参考下面的经验数据:
2 塑件在分型面上的投影面积/cm支承板厚度/mm
<5 15="">5>
5,10 15-20
10,50 20-25
50,100 25-30
100,200 30-40
>200 >40 7、合模导向机构的设计
7.1、导柱结构的技术要求
?形状 导柱前端应做成锥台形或半球形,以使导柱能顺利地进入导向孔。由
于半球形加工困难,所以导柱前端形式以锥台形为多。
?材料 导柱应具有硬而耐磨的的表面和坚韧而不易折断的内芯,因此多采用
20钢或者T8、T10钢,硬度为54,58HRC。导柱固定部分的表面粗糙度为Ra=0.8μm,
导向部分的表面粗糙度为Ra=0.8,0.4μm。
?数量及布置 导柱应合理均匀布置在模具分型面的四周,导柱中心至模具边
缘应有足够的距离,以保证模具强度(导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1,
18
1.5倍)。为确保合模时只能按一个方向合模,导柱的布置可采用等直径导柱不对称布置或不等直径导柱对称布置的方式。
?配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合,导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7。
7.2、导向孔的设计
形状 为使导柱顺利进入导套,导套的前端应倒圆角。导向孔最好做成通孔,以利于排除孔内的空气。如果模板较厚,导孔必须做成盲孔时,可在盲孔侧壁上打一小孔排气或在导柱的侧壁磨出排气槽。
材料 与导柱相同。
固定形式及配合精度 直导柱用过盈配合嵌入模板,为了增加导套镶入的牢固性,防止开模时导套被拉出来,可以用止动螺钉紧固。带头导套用过渡配合镶入模板,导套固定部分的粗糙度为Ra=0.8μm,导向部分粗糙度为Ra=0.8,0.4μm。 8、推出机构设计
推出机构一般由推出、复位和导向三大部分组成。
推出机构的设计要求:
?设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧
?塑件在推出过程中不发生变形或破坏
?被损坏塑件的外观质量
?合模时应使推出机构正确复位
?推出机构应动作可靠
塑件注射成型后,塑件在模内冷却定型,由于体积收缩,对型芯产生包紧力,当其从模具中推出时,就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。对底部无孔的筒、壳类塑件,脱模推出时还要克服大气压力。型芯的成型端部,一般均要设计脱模斜度,另外,塑件刚开始脱模时,所需的脱模力最大,其后,推出力的作用仅仅是为了克服推
19
出机构移动的摩擦力。 复位形式的设计
由于塑件形状特殊,在模具中放置复位杆较困难,故模具采用弹簧复位的形式。 9、侧向分型机构的设计
侧抽距离:
S=S+2,3=30,31mm 1
式中S---侧成型零件位置点与不妨碍塑件轴向推出之极限相关点间的距离。 1
侧向抽拔力的估算:
F=Lhp(μcosα-sinα)
=215×73×10×(0.39×0.9397-0.3420)
=3842.6N
L---侧型芯成型部分的截面平均周长;
h---侧型芯成型部分的高度;
p---塑件对侧型芯的包紧力,一般情况下模内冷却的塑件脱模时取
p=8,12MPa;
μ---塑料在热状态时对钢的摩擦系数(查表得:0.39);
α---侧型芯的脱模斜度。
斜导柱侧向分型抽芯机构结构紧凑,动作可靠,加工制造方便,广泛应用于抽拔距和抽拔力不太大的场合。其结构要素组成是斜导柱、侧滑块、导滑槽、楔紧块与侧滑块的定位装置。
9.1、斜导柱设计
9.1.1、斜导柱的结构与装配
斜导柱的结构形式如图所示。材料一般采用T8、T10,也可用20钢以渗碳处理,要求硬度55,60HRC。斜导柱与模板固定孔间的配合采用H7/m6,与滑块导滑孔间采
20
用H11/b11的间隙配合,或采用0.5,1mm的双边间隙值;当要求滑块运动滞后于开模运动时,可采用2,3mm的双边间隙值。
斜导柱安装倾角α的取值;当侧抽拔方向垂直于开模方向时,12?<><>
这里取20?。
9.1.2、斜导柱的截面尺寸
按斜导柱所受最大弯曲应力小于材料的许用应力来计算。
当抽拔方向垂直于开模方向时,弯曲力N计算式如下:
2N=F/[cosα(1-2ftgα-f)]
=3842.6/[0.9397×(1-2×0.15×0.364-0.0225)]
=4709.6N
式中 F---侧抽芯力(N);
f---钢材之间的摩擦系数,通常取0.15;其余符号同上。 斜导柱有效导滑长度L的计算公式: 4
L=Scosβ/sinα=30/0.342=87.7mm 4
式中 S---抽芯距(30mm);
β---侧滑块滑出方向与垂直于开模方向的夹角(0?)。 针对圆形截面斜导柱直径:
1/3 d=(10NL/[σ]) 4
1/3 =(47096×87.7/[σ])
?20mm
式中 [σ]---斜导柱材料的许用应力(MPa);
N---垂直作用在斜导柱上的弯曲力(N)。 9.1.3、斜导柱的长度及完成侧抽芯所需要的开模行程H的计算 斜导柱长度的计算公式为:
L=L+L+L+L+L= tgα D/2+hcosα+tgαd/2+L+L 1234545
=0.364×25/2+20×0.9397+0.364×20/2+87.7+8
=122.7mm
式中 α---斜导柱轴线与主开模方向的夹角(20?);
L5---锥台长度,可取d/3或8,15mm
完成侧抽芯所需的开模行程为:
21
H=S(ctgαcosβ?sinβ)=30×2.747=82.41mm
式中,当侧滑块滑出方向偏向导柱安装侧时,取式中的“+”;当侧滑块的滑出方向偏离导柱安装侧时,式中取“-”;其他符号同上。
、侧滑块与导滑槽的设计 9.2
9.2.1、侧滑块的结构形式 侧滑块分整体式与组合式。这里采用整体式结构。
9.2.2、侧滑块的结构尺寸
侧滑块上斜导孔的直径与倾角应保证能与斜导柱实现H11/b11的间隙配合。
9.2.3、侧滑块的导滑形式
侧滑块的导滑形式设计为如下结构:
导滑槽应有足够的长度,其与滑块的滑动配合长度常取滑块宽度的1.5倍,必要时可适当加长以保证完成侧抽后还有2/3的滑块长度留在导滑槽内。
滑块与导滑槽配合面的配合精度一般采用H8/f8或H8/f7,其余各对应面间均留0.5,1mm的间隙。
9.2.4、侧滑块与导滑槽的材料及表面处理
滑块与导滑槽的材料都常用45钢、T8和T10,滑动部分表面淬火,要求滑块的导滑面硬度等于或大于40HRC,导滑槽的导滑面硬度常取52,56HRC;另外侧滑块上成型部分表面热处理硬度大于或等于50HRC。滑块与导滑槽的滑动配合面的表面粗糙度Ra<=0.63μm。>=0.63μm。>
9.3、楔紧块的设计
楔紧块的作用就是使侧滑块在模具闭合后能精确复位,并锁紧侧滑块,以承受注射成型时熔体对侧型芯的压力。楔紧块的楔紧斜面的倾角α’应大于斜导柱的安装倾角α,一般取α’=α+2?,3?。楔紧块楔紧面的热处理硬度为54,58HRC。
22
设计总结
以前做设计都是手工完成,此次毕业设计所牵涉到的图纸以及设计说明书均通过计算机辅助完成,这首先让我体会了计算机辅助设计在机械行业的重要性和实用性。
此次设计是一项系统性的工程,从自主选题到方案规划、方案论证、说明书编写最后到绘制工程图,后期整理、完善、标准化,每一步都需要我们认真对待,否则很难做到设计的完整、准确、一致。
一套模具作下来,需要完成许许多多个零部件的尺寸及工艺编制,它们的设计顺序也需要认真安排,否则就会导致返工的情况。做设计,特别是机械类设计,准备工作很重要,如果准备不足,就会在设计时一旦遇到问题就卡在那里,耽误整个工作进程。有些同学喜欢“前紧后松”,我觉得这样做并不好,他只会增加你的懒惰性和对他人的依赖性,长期下去,会使整个人不思进取,失去斗志。
由于在此之前作过几次课程设计,所以在说明书编写方面没有太大问题,只要按部就班,说明书的编写不会遇到什么麻烦,但在后期整理时,就会用到word等办公软件,这也是对我们业余技能的一次考验。如果这些软件用不熟练,会很影响工作进度,特别要注意的是,越到后期,越要做好设计资料的备份工作,一旦资料丢失,那将是毁灭性的灾难。
在绘制工程图的时候,要经常与指导老师进行交流,相比之下,老师在实际生产中还是很有经验的,有些拿不准的结构性问题要及时向老师交换意见,这样会使自己的设计更具备可行性。
经过这次毕业设计,我发现自己在计算机操作方面还不很熟练,在今后的工作当中需再接再厉,以实现进一步的提高。
最后再次感谢在此次设计中帮助过我的所有同学和老师们,没有他们的无私付出也不会有今天的结果,我想由衷地说:谢谢你们~
23
参考文献
[1]杨占尧主编.塑料注塑模结构与设计.北京:机械工业出版社,2003.8 [2]程志远主编.实用注塑模设计手册. 北京:机械工业出版社,2000.4 [3]阎亚林主编.塑料模具手册. 北京:机械工业出版社,2004.8 [4]黄云清主编.公差配合与测量技术. 北京:机械工业出版社,2003.7 [5]《中国模具设计大典》
[6]邓明主编.实用模具设计简明手册. 北京:机械工业出版社,2006.3 [7]刘京华主编.模具识图与制图. 北京:化学工业出版社,2007.3 [8]申开智主编(塑料成型模具(北京:中国轻工业出版社,2003 [9] 现代模具编委会(塑料成型原理与注塑模设计(北京:国防工业出版社,1996 [10] 李秦蕊(塑料模具设计(西安:西北工业大学出版社,1997
[11] 申树义,高济主编.塑料模具设计. 北京:机械工业出版社,2005 [12] 刘小年,刘振魁主编.机械制图. 北京:高等教育出版社,2000
本账号发布文档来源于互联网和个人收集,仅用于技术分享交流,版权为原作者所有。如果侵犯了您的知识版权,请提出指正,我们将立即删除相关资料。免费格式转换请发豆丁站内信。
网易博客http://turui.blog.163.com/
腾讯微博http://t.qq.com/turuizx
新浪微博http://weibo.com/hiyoho
直接联系QQ2218108823
24
塑料水杯注塑模具设计
XXX学院
学生课程设计(论文)
题 目: 杯子注塑模具课程设计 学生姓名: XXXXXXX XXX 学 号: XXXXXXXXXX XXXXXXXXXXX 所在院(系): 机械工程学院 专 业: 工业设计 班 级: 2011工业设计班 指 导 教 师: XXX
XXX学院课程设计(论文) 目 录
目 录
摘 要 ···························································································································· I
1前言 ···························································································································· 1 2塑件的工艺分析 ········································································································ 3 2.1塑件原材料分析 ····································································································· 3 2.2塑件的结构工艺分析 ······························································································ 4 3塑件的表面及质量分析 ···························································································· 5 3.1塑件的体积分析 ····································································································· 5 3.2塑件的质量分析 ····································································································· 5 3.3塑件的壁厚分析 ····································································································· 5 3.4塑件的拔模分析 ····································································································· 6 4选择注塑机及模具结构设计 ···················································································· 8 4.1成型零部件的设计与计算 ······················································································· 8
4.1.1凸模、凹模的设计与计算 ················································································ 9 4.1.2凸、凹模材料的确定 ····················································································· 10 4.1.3型腔侧壁厚度和地板的计算 ··········································································· 11 4.2确定型腔数目 ······································································································· 13 4.3浇注系统的设计 ··································································································· 13
4.3.1流道的设计 ······································································· 错误!未定义书签。 4.3.2浇口设计 ········································································· 错误!未定义书签。5 4.3.3进料口及位置确定 ····························································· 错误!未定义书签。 4.4选择注塑机 ·········································································································· 17
4.4.1注塑量的计算 ································································································ 17 4.4.2浇注系统凝料体积的估算 ·············································································· 17 4.4.3确定选择注塑机 ···························································································· 18 4.5分型面的选择 ······································································································· 19 4.6排气系统的设计 ····································································· 错误!未定义书签。1 4.7温度调节系统的设计 ···························································································· 22 4.8导向部件的设计 ··································································································· 23 4.9脱模机构的设计 ··································································································· 24 5模架的选择 ························································································································· 26 6校核计算 ····························································································································· 27 6.1注塑机相关参数校核 ···························································································· 27 6.1.1最大注塑量的校核 ························································································· 27 6.1.2注塑力的校核 ································································································ 27 6.1.3锁模力的校核 ································································································ 27 6.2点状进料口模具与机床开模行程关系的校核 ························································· 28 6.3模具厚度的校核 ··································································································· 28 7设计小结 ·················································································································· 29 参考文献 ······················································································································· 31
xxx学院课程设计(论文) 摘 要
摘 要
根据塑料制品的要求,了解塑件的用途,分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求,考虑塑件制件尺寸。本模具采用一模两腔,点浇口进料,注塑机采用HTF80/X1A型号,设置冷却系统,CAD和Proe绘制二维总装图和零件图,选择模具合理的加工方法。附上说明书,系统地运用简要的文字,简明的示意图和和计算等分析塑件,从而作出合理的模具设计。
关键词:机械设计;模具设计;CAD;Proe
I
xxx学院课程设计(论文) 1 前 言
1前 言
模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中,60%~80%的零件都依靠模具成形,并且随着近年来这些行业的迅速发展,对模具的要求越来越高,结构也越来越复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低耗率,是其它加工制造方法所不能比拟的。随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高,塑料制品的应用范围也在不断地扩大,越来越普遍地采用塑料成型。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料,制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具,在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平高低,直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代,同时也决定着企业在市场竞争中的反映能力和速度。
注塑模的种类很多,其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注塑的种类等很多因素有关,其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注塑机的固定板上,动模部分安装在注塑机的移动模板上,在注塑成型过程中它随注塑机上的合模系统运动。注塑成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注塑模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。
由于模具的使用特点,决定了模具设计也区别与其它行业。模具设计要考虑的要点如下:
a.塑件的物理力学性能,如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性,不同塑料品种其性能各有所长,在设计塑件时应充分发挥其性能上的优点,避免或补偿其缺点。
b.塑料的成型工艺性,如流动性、成型收缩率的各向差异等。塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩,同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却或使热固性塑料制品均匀地固化。
c.塑件结构能使模具总体结构尽可能简化,特别是避免侧向分型抽芯机构和简化脱模结构。使模具零件符合制造工艺的要求。
对于特殊用途的制品,还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀性能等。
随着计算机技术的发展应用,模具设计与制造技术正朝着数字化方向发展。特别是模具成型零件方面的软件等,这些技术采用计算机辅助设计,进而将数据
1
xxx学院课程设计(论文) 1 前 言
交换到加工制造设备,实现计算机辅助制造,或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化。
本课题内容是对饮水杯进行测绘及基于生产实践之上对注塑模具设计。模具设计主要内容有型腔布局、浇口形式与位置、模胚选择、分型面的确定、冷却系统设置、推出机构设置、注塑机台选择及注塑工艺分析等。
根据塑料制品的要求,了解塑件的用途,分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求,本模具采用一模两腔布局,点浇口进料,注塑机采用HTF 100XB型号,设置冷却系统,CAD和绘制二维总装图和零件图,系统地运用简要的文字,简明的示意图和和计算分析,从而作出合理的模具设计。选择合理的加工方法。模具方案确定后进行工艺分析。根据此方案可以达到设计的预期效果,并且大大提高了注塑模的质量。
2
攀枝花学院课程设计(论文) 2 塑件的工艺分析
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件原材料分析
塑料是以树脂为主要成分的高分子材料,它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸,并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能,广泛应用于现代工业和日常生活,它具有密度小,质量轻,比强度高,绝缘性能好,介电损耗低,化学稳定性高,减摩耐磨性能好,减振隔音性能好等诸多优点。另外,许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。
此产品壁厚均匀,PS性能优良,成本低廉,符合需求生产量大的要求,容易成型,对于本课题零件相当适用,所以在这选择其为产品的材料。
PS是大多数商业用的透明的、非晶体材料。PS具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。它能够抵抗水、稀释的无机酸,但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀,并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。典型的收缩率在0.4~0.7%之间。是一种良好的热塑性塑料。
PS吸水性极小,成型前可不予干燥。性脆易裂,热胀系数大,容易产生内应力。流动性很好,应注意模具间隙,防止出现飞边。可用柱塞式或螺杆式注塑机成型,为防止淌料,建议采用直通式或自锁式喷嘴。宜用高料温,高模温,低注塑压力,延长注塑时间,以利于降低内应力,防止缩孔及变形。但料温过高,容易出现银丝,料温低或脱模剂地多,则塑件透明性差。可采用各种形式的浇口,推出要求受力均匀。
注塑模工艺条件:通常不需要干燥处理。如果需要干燥,建议干燥条件为80℃、2~3小时。熔化温度:180~280℃。对于阻燃型材料其上限为250℃。模具温度:40~50℃。注塑压力:200~600bar。
PS在机械工业上用来制造壳体盖、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等,汽车工业上用PS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等,还可用PS夹层板制小轿车车身。PS还可用来制造水表壳,纺织器材,电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器,农药喷雾器及家具,产品包装,家庭用品(餐具、托盘等),电气(透明容器、光源散射器、绝缘薄膜等)。
3
攀枝花学院课程设计(论文) 2 塑件的工艺分析
2.2 塑件的结构工艺分析
在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析,只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。
课题目标产品是一个生活中常见的饮水杯,其零件外形如图所示。具体结构和尺寸详见图纸,该塑件结构简单,生产量大,要求较低的模具成本,成型容易,精度要求不高。塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本,在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。
图2.1 产品立体图效果图
图2.2 产品结构设计图
4
攀枝花学院课程设计(论文) 3 塑件的表面及质量分析
3 塑件的表面及质量分析
3.1 塑件的体积分析
塑件在proe软件中通过分析塑件的体积为:
模型体积V0 =28.3cm3
3.2 塑件的质量分析
PS的密度为1.05g/cm3,即可以得出该塑件制品的质量为: 质量 =29.7g。
3.3 塑件的壁厚分析
在纵切面中将切面数定位35个,偏移为3mm,最大厚度为5mm,最小为1mm显示如图:
图3.1 纵切面中分析壁厚
在横切面中将切面数定位20个,偏移为3mm,最大厚度为4mm,最小为1mm显示如图:
5
攀枝花学院课程设计(论文) 3 塑件的表面及质量分析
图3.2 横切面中分析壁厚
在纵切面(与RIGHT面平行)中将切面数定位30个,偏移为3mm,最大厚度为5mm,最小为1.2mm显示如图:
图3.3 纵切面中分析壁厚
综合上图结果以及结合相关数据分析,塑件壁厚符合要求。
3.4 塑件的拔模分析
脱模斜度与模塑材料有关。如果为软质塑件,可以不考虑脱模斜度,即使形
状复杂、曲折部位比较多的塑件,也可利用材料本身的弹性进行强制脱模。但若为硬质或低收缩性塑料,则必须考虑脱模斜度,一般取为5°,最小为1°[4]。针对本塑件两处脱模斜度分别设计为1°和1.5°。
6
攀枝花学院课程设计(论文) 3 塑件的表面及质量分析
塑件内表面的拔模检测结果如下:
拔模角度β1=1°
图3.4 塑件内壁拔模检测
塑件最大尺寸处,水平外沿侧面的拔模检测结果如下: 拔模角度β2=1.5°
图3.5 塑件外壁拔模检测
综上所述得知塑件的两处拔模角度无异样,可以顺利拔模。
7
4 选择注塑机及模具结构设计
4.1 模具成型零部件的设计与计算
成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸,主要有型腔
和型芯的径向尺寸(包括矩形和异行零件的长和宽),型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸,型芯和型芯之间的位置尺寸等。任何塑件制件都有一定的几何形状和尺寸的要求,如在使用中有配合要求的尺寸,则精度要求较高。在模具设计时,应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂,这些影响因素应作为确定成型零件工作尺寸的依据。
4.1.1凸、凹模的设计与计算
凸模亦称型芯,是成型塑件内表面的零件,成型其主体部分内表面的零件称为主型芯或凸模,而成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆,成型塑件上内螺纹的称为螺纹型芯。凹模亦称型腔,是成型塑件外表面的主要零件,其中成型塑件上外螺纹的称螺纹型环。凹、凸模按结构不同可分为整体式和组合式。
所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸,其直接对应塑件的形状与尺寸。鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂,塑件本身精度也难以达到高精度,为了计算简便,规定: 塑件的公差
塑件的公差规定按单向极限制,制品外轮廓尺寸公差取负值“-?”,制品叫做腔尺寸公差取正值“+?”,若制品上原有公差的标注方法与上不符,则应
?
按以上规定进行转换。而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算,即取。
5
模具制造公差
1111
实践证明,模具制造公差可取塑件公差的~,即δz=(~)?,而且按成型
3636
加工过程中的增减趋向取“+”、“-”符号,型腔尺寸不断增大,则取“+δz”,型芯尺寸不断减小则取“-δz”,中心距尺寸取“±(1)模具的磨损量:
实践证明,对于一般的中小型塑件,最大磨损量可取塑件公差的件则取
1
,对于大型塑6
δz
”。现取?。 25
?
以下。另外对于型腔底面(或型芯端面),因为脱模方向垂直,故磨损6
量δc=0。
(2)塑件的收缩率:
塑件成型后的收缩率与多种因素有关,通常按平均收缩率计算。
k=
kmax+kmin3.0+1.0
=%= 2% =0.02
22
模具在分型面上的合模间隙
由于注塑压力及模具分型面平面度的影响,会导致动模、定模注塑时存在着一定的间隙。一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时,塑件产生的飞边也小。飞边厚度一般应小于是0.02~0.1mm
图4.1.1 凹模的尺寸图
根据塑件尺寸可得出以下尺寸: (1)凹模有关的尺寸计算 径向尺寸:
+δ.46?1/6.08
L1=[(1+k)Ls1-(3/4)?]0=[1.02?102-(3/4)?0.46]0=103.695000mm+δ.22?1/6.04L2=[(1+k)Ls2-(3/4)?]0=[1.02?81-(3/4)?0.22]0=82.455000mm
深度尺寸:
+δ.22?1/60.04
H1=[(1+k)Hs1-(2/3)?]0=[1.02?61-(2/3)?0.22]0=62.0700mm
(2)凸模有关的尺寸计算 径向尺寸:
+δ0L1=[(1+k)Ls1-(3/4)?]0=[1.02?78+(3/4)?0.18]0-0.18?1/6=79.695-0.03mm
高度尺寸:
00h=[(1+k)hs+(2/3)?]0=[1.02?58.5+(2/3)?0.28]=59.859-δ-0.28?1/6-0.05mm
(3)模具型芯位置尺寸计算:
1
C=(1+k)CS±δ/2=1.02?140±(0.5?)/2=142.8±0.05mm
5
4.1.2 凸凹模材料的确定
铸造铝合金自19世纪八十年代的初级的铝锌合金发展到20世纪的铝铜、铝硅、铝镁合金,直到今天合金化成都更高、室温和高温强度更高、综合性能更好的新一代铝铜合金。其机械强度大大提高[5]。本模具的材料选为二十世纪比较常用的第三代铝铜合金,其许用应力为150MPa。而且具有良好的机加工性能。第三代铝铜合金的特性一点也不逊于塑料模具钢:其有较低密度,足够强度,良好的机加工性能,良好的热传导性,良好的耐腐性,易于得到,还有合理的价格体积比。
4.1.3 型腔侧壁厚度和底板的计算
该塑件模具型腔壁结构为组合式矩形侧壁,其结构及受力情况如图5.2所示。
(1)型腔壁厚计算 ①刚度计算公式为:
apl41/3apl1/3
S=()=0.31l() 1
32Ea1[δ]Ea1[δ]
②强度计算公式为:
apl21/2ap1/2
S=()=0.71l() 2
2a1[σ]a1[σ]
式中 S1,S2----矩形型腔长边侧壁厚度(mm); [σ]----模具材料的许用应力(MPa);
[δ]----刚度条件,即允许变形量(mm),由课本P120页查表6-7[3]得; E----模具材料的弹性模量 (MPa),碳钢为2.1×105MPa;
p----型腔所受压力(MPa);
a----型腔侧壁受压高度(mm); a1----型腔侧壁全高度(mm);
l----型腔长边长度(mm); 由前面的计算与分析可知,型腔内壁尺寸:
l=78mm,a=18mm,a1=20mm,p=100MPa,E=2.1?105MPa,[δ]=0.03/mm,
[σ]=150MPA。经计算整理得:
,S2 S1=27.372mm
则:型腔壁厚
S=29.5mm
(2)型腔底板厚度计算 ①刚度计算公式为: h1=[
=35.279mm.
pbl
(8L3-4Ll2+l3)]1/3
32Eb1[δ]
②强度计算公式为: h2=[
3pbl
(2L-l)]1/2 4b1[σ]
式中 p----型腔压力100MPa; b----型腔侧壁受压宽度70mm; l----型腔长边长度 278mm; [δ]----刚度条件0.03/mm; [σ]----模具材料许用应力150MPa;
E----模具材料的弹性模量 (MPa),碳钢为2.1×105MPa; 由几何关系得: b1得:
=2S+b=278mm。
由于L只需要比l稍大一点即可,此处取L=278mm代入计算。
h1=87mm,h2=87mm。则:
h
=87mm
4.2 确定型腔数目
该塑件为中批量生产,同时考虑到塑件精度要求,模具结构尺寸的大小关系,以及各种成本费用的关系,初步定位一模两腔的结构形式。型腔排列形式的确定,由于该设计采用的是一模两腔塑件放置在中央。如下图:
图4.2.1 型腔布局
4.3 浇注系统的设计
浇注系统是指注塑模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道,浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类,本设计中采用普通点浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。
浇注系统组成:
普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分[4]。
1-主浇道 2-第一分浇道 3-第二分浇道 4-第三分浇道 5-浇口 6-型腔 7-冷料穴
4.3.1流道的设计
(1)所选用HTF 100XB型注塑剂喷嘴有关尺寸如下: 喷嘴前段孔径d0=3.5mm
喷嘴圆弧半径R0=12mm 图4.3.1 型腔布局
为了使凝料能够顺利拔出,主流道的小段直径d应稍大于喷嘴直径。 d=d0+(0.5~1)=4mm
主流道设计成圆锥形,其锥角@通常为2~4°,过大的锥角会才产生湍流或涡流,卷入空气,过小的锥角使凝料脱模困难,还会使冲模时熔体的流动阻力过大,此处的锥角选用2°,主流道球面半径比喷嘴球面半径大1~2mm。这里取主流道球面半径R20mm,经测量主流道长度L取15mm。
图4.3.2 主流道设计图
①主流道长度:L=38mm,
②主流道小端直径:d=d0+(0.5~1)mm,此处取1mm,d0为注塑机喷嘴口直径2mm。则: d=3mm,
③主流道大端直径:D=d+2Ltanα≈6.98mm,此处取7mm,式中α为主流道的角度,此处取3°。则: D=7mm,
④主流小端对接处设计成半球形凹坑,其半径: SR=SR0+(1~2)mm,此处取1mm,SR0为注塑机喷嘴球半径10mm,则: SR=11mm,
⑤主流道大端圆角:主流道大端设计成圆角过渡可以减小熔体流动阻力。半径r一般取1~3mm,此处取1mm,则: R = 1mm, ⑥球面配合深度:h=4mm,
⑦定位孔直径:D1 = 55mm,定位孔深度H1=10mm, ⑧主流道的凝料体积:
1122223V1=π[RH-r(H-L)]=?3.14?[3.5?66.5-1.5?28.5]=785.52mm 33
3H-Lr
r=mm,R=3.5mm。 =L=38mm其中H,,2R
⑨主流道浇口套的形式:主流道衬套为标准件,可以选购,不必加工,减少成本。本主流道小端入口处与注塑机喷嘴反复接触,容易磨损,所以对材料要求比较高,为了方便更换浇口套,定位圈也选择标准件,选用碳素工具钢T8A,热处理淬火表面硬度50~55HRC。Ra=0.63um。
(2)分流道是主流道与浇口之间的通道,起分流和转向的作用。本塑件采用单型腔双浇口的形式注塑,形式比较特殊,故将分流道对称布置,选用梯形截面的分流道。形状如下图:
图4.3.3 分流道设计图
①分流道总长度: L2=180mm,
②分流道截面高度: D2=3mm, ②分流道截面宽度: D2=6mm,
4.3.2 浇口设计
浇口的形式众多,通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。模具设计时,浇口的位置及尺寸要求比较严格,初步试模后还需进一步修改浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大,因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节,同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选择,通常要考虑以下几项原则: (1)尽量缩短流动距离。
(2)浇口应开设在塑件壁厚最大处。 (3)必须尽量减少熔接痕。 (4)应有利于型腔中气体排出。 (5)考虑分子定向影响。 (6)避免产生喷射和蠕动。
(7)浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 (8)注意对外观质量的影响
根据浇口的成型要求及型腔的排列方式,联系产品实际使用要求,本产品选用点浇口的改进形式较为合适。具体形式见下图:
图4.3.4 浇口形式 其中d=1mm,l=1mm,L=37mm
4.3.3 进料口及位置的确定
进料口的位置对塑件质量有直接影响,主要以塑件形状和要求来确定的。通
常应考虑以下几个问题: (1)塑料流动量损失最小;
(2)进料口的位置应使进入型腔的的塑料能顺利的排出模腔内的空气,进入型腔的塑料不要立即封闭排气系统; (3)进料口的位置要避免造成收缩变形; (4)进料口的位置应减小或者避免塑件的熔接痕; (5)进料口的位置及大小要考虑对型芯的影响;
以上这些原则在应用时会产生某些不同的矛盾,必须以保证得到优良的塑件为主。
本模具为壳体零件,采用点状进料口,其位置如下图,这样可以减少熔接痕,有利于排气等。
图4.2.4 进料口位置
图4.3.5 浇口形式
4.4 选择注塑机
4.4.1注塑量的计算
通过三维软件分析得到塑件体积约为: V0≈28.26cm3
塑件的质量根据公式m =ρ·V,查相关资料得到PS的密度为1.05g/cm3,由此得到塑件质量:
m0 =1.05× 28.26 =29.7g
4.4.2 浇注系统凝料体积的估算
浇注系统的凝料体积在模具结构没有确定之前是没办法确定的,此处根据经
验按照塑件体积的0.21~1倍来计算,我们取0.5计算,同时先拟定模具型腔结构为一模两腔,因此一次注入模具型腔的塑料熔体的总体积为:
V总 = V0 (1+0.5)×2= 84.78cm3
4.4.3锁模力的计算
选用注塑机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力,不然模具分型面要分开而产生溢料。塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。
成型投影面积A2=nA1+A2
式中: n --型腔数目
A1--单个塑件在模具分型面上的投影面积
A2--浇注系统在模具分型面上的投影面积
n=2 A1=5150mm2 A2=1101mm2
2mm本设计中 nA=2x5150+1101=17625 +A12
锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定:
P腔?A/80% P锁≥1000
式中 P锁—锁模力,kN;
P腔—型腔压力,MPa ;
A —成型投影面积,mm2;
一般熔料经喷嘴时其注塑压力达60~80MPa,经浇注系统入型腔时型腔压力通常为20-40MPa,这里取30MPa。
计算:P腔×A/1000=30×17625/1000/0.8=660.95 kN (取整661 kN) 得出预选注塑机额定锁模力为661 kN以上。
4.4.4确定选择注塑机
从实际注塑量应在公称注塑量V公的20%-80%之间考虑,且
V公=V总 /0.8=105.98cm3
所以初步选定用HTF80/X1A型注塑机。
HTF80/X1A型型注塑机的主要技术规格如下表:
[3]
4.5 分型面的选择
如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析比较,从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则:
(1)保证塑料制品能够脱模
这是一个首要原则,因为我们设置分型面的目的,就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则,分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上,最好在一个平面上,而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势,不应有影响脱模的凹凸形状,以免影响脱模。
(2)使型腔深度最浅
模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响:
① 目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工,型腔越深加工时间越长,影响模具生产周期,同时增加生产成本。
② 模具型腔深度影响着模具的厚度。型腔越深,动、定模越厚。一方面加
工比较困难;另一方面各种注塑机对模具的最大厚度都有一定的限制,故型腔深度不宜过大。
③ 型腔深度越深,在相同起模斜度时,同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大,如图2。若要控制规定的尺寸公差,就要减小脱模斜度,而导致塑件脱模困难。因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。
(3)使塑件外形美观,容易清理
尽管塑料模具配合非常精密,但塑件脱模后,在分型面的位置都会留有一圈毛边,我们称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除,但仍会在塑件上留下痕迹,影响塑件外观,故分型面应避免设在塑件光滑表面上。
(4)使分型面容易加工
分型面精度是整个模具精度的重要部分,力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。因此,分型面应是平面且与脱模方向垂直,从而使加工精度得到保证。如选择分型面是斜面或曲面,加工的难度增大,并且精度得不到保证,易造成溢料飞边现象。
(5)使侧向抽芯尽量短
抽芯越短,斜抽移动的距离越短,一方面能减少动、定模的厚度,减少塑件尺寸误差;另一方面有利于脱模,保证塑件制品精度 。
(6)有利于排气
对中、小型塑件因型腔较小,空气量不多,可借助分型面的缝隙排气。因此,选择分型面时应有利于排气。按此原则,分型面应设在注塑时熔融塑料最后到达的位置,而且不把型腔封闭。
综合考虑各种因素,并根据本模具制件的外观特点,采用平面分型面,并选择在塑件的最大平面处,开模后塑件留在动模一侧,如图所示。
图4.5 分型面
4.6 排气系统的设计
排气是注塑模设计中不可忽视的一个问题。在注塑成型中,若模具排气不良,型腔内的气体受压缩将产生很大的背压,阻止塑料熔体正常快速充模,同时气体压缩所产生的热使塑料烧焦,在充模速度大、温度高、物料黏度低、注塑压力大和塑件过厚的情况下,气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部,造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注塑成型工艺的发展,对注塑模的排气系统要求就更为严格。
在塑料熔体充模过程中,模腔内除了原有的空气外,还有塑料含有的水分在注塑温度下蒸发而成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体,塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气,在分型面上开设排气槽排气,利用推杆运动间隙排气等。
由于本次设计中模具尺寸不大,本设计中采用间隙排气的方式,而不另设排气槽,利用间隙排气,以不产生溢料为宜。
图4.6 排气系统的设置
4.7 温度调节系统的设计
注塑模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响,对于任一个塑料制品,模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形,若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性,使其难于充模,增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同,对模具温度的要求也不相
同。一般注塑到模具内的塑料粉体的温度为200C左右,熔体固化成为塑件后,
从60C左右的模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水,将热量带
走。对于要求较低模温(一般小于80C)的塑料,仅需要设置冷系统即可,因
为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。
冷却水道设计的要点
a.冷却水孔的数量越多,对塑件冷却也就越均匀。
b.冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离,即将孔的排列与型腔的形状一致。
c.塑件局部壁厚处,应加设冷却装置。当设计冷却孔直径为D时,它的孔距最好为5D,孔与型腔的距离为3D。
d.当大型塑件或薄壁零件成型时,料流较长,而料温越流越低,可以适当地改变冷却水道的排列密度。
e.冷却水道要避免接近塑料的熔接痕部分,以免熔接不牢,降低强度。 f.冷却水道不应穿过接缝部分,以防漏水。
g.冷却水道内不应有存水或产生回流的部分。
h.浇口部分由于经常接触注塑机喷嘴,是模具上最热的部分,应加强冷却,有时应考虑进料嘴单独冷却。
i.进出水水嘴接头,应设在不影响操作的方向,尽可能设在模具的同一侧,通常在注塑机操作的对面。
j.如果型芯太长,冷却水道无法开设,则可以选用热导系数较大的材料,在型芯下部采用喷水法进行冷却。
冷却水道在定模和动模中的位置
冷却水道的位置取决于制品的形状和定、动模板的厚度,原则上冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方,根据冷却系统的设计原则,冷却水道应围绕模具所成型的制品,且尽量排列均匀一致。不少小型模具的型腔时直接在模板上加工而成的(也可以采用拼镶结构,但是由于模具尺寸较小,所以型腔与型芯的镶件尺寸更小),对于这类模具,可以直接在模板上设置冷却水道。
在模板上直接设置冷却水道,同样应遵循冷却系统的设计原则,使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔,使制品在成型过程中冷却均匀。
图4.7 冷却系统
4.8 导向部件的设计
在模具进行装配或成型时,合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确对合,确以保证塑料制件的形状和尺寸精度,并避免模内各零部件发生碰撞和干涉。合模导向机构主要有导柱导向和锥定位两种形式。本设计的合模导向机构采用导柱导向机构,其结构如下图所示。 导柱
图4.8 导柱和导套结构形式
(1)导柱
导柱的布局原则是等径不对称,不等直径对称分布。材料选用20钢,20钢表示平均含碳量为0.20%的优质碳素结构钢[6]。
其技术要求:
①热处理50—55HRC,20钢渗碳0.8mm 56—60HRC;
②倒角不大于1X450;
③长度为A+12+B=117mm。
(2)导套
根据导柱长度及所选模架的动模型板选择导套,如上图4.7。材料选用T8A。 其技术要求:
①热处理50—55HRC,T8A渗碳0.8mm 56—60HRC;
②倒角不大于1X450;
4.9 脱模机构的设计
注塑成型的每一循环中,塑件必须由模具型腔中脱出,脱出塑件的机构成为脱模机构。本次设计选用的是推板脱模机构。
塑件从模具上取下以前有一个从模具的成型零部件上脱出的过程,使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件,推出零件固定板和推板,推出机构的导向和复位部件等组成。
脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构,机动推出机构,液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、推管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和斜滑杆侧抽芯机构等。
脱模机构的选用原则:
(1)使塑件脱模时不发生变形(略有弹性变形在一般情况下是允许的,但不能形成永久变形);
(2)推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排;
(3)推杆的受力不可太大,以免造成塑件的被推局部产生隙裂;
(4)推杆的强度及刚性应足够,在推出动作时不产生弹性变形;
(5)推杆位置痕迹须不影响塑件外观;
考虑到塑件的特征等要求不高,决定选用简单推出机构中最简单、使用最广泛的推板推出机构。推板将塑件从动模的型芯推出脱模。
图4.9 推出机构
5 模架的选择
根据对塑件的综合分析,确定该模具是双分型面的模具,由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注塑模中小型模架》可选择JC型的模架,其基本结构如图所示:
图5.1 模架
其标记为JC-3540-A100-B110-C130。具体尺寸为:模板A=100mm,模板B=110mm ,垫块高度C=130mm,模架为350mmx400mm.
6 校核计算
6.1 注塑机相关参数校核
6.1.1 最大注塑量的校核
一次注塑的塑料总质量为M=2x25.4+5=55.8g
属于正常范围
注塑机额定注塑量为119g,所以满足要求
6.1.2 注塑力的校核
P注≥P
式中 P注----选用的注塑机的最大注塑压力(MPa);
P----注塑成型时需要的最大压力(MPa);
其中P注=206Mp,P=120Mp.
则:
满足要求。
P注≥P
6.1.3 锁模力的校核
选用注塑机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力,不然模具分型面要分开而产生溢料。塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。
成型投影面积A2=nA1+A2
式中 n --型腔数目
A1--单个塑件在模具分型面上的投影面积
A2--浇注系统在模具分型面上的投影面积
n=2 A1=8262mm2 A2=1101mm2
2本设计中 nA1+A2=2x8262+1101=17625mm
锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定:
P腔?AP锁≥/80% 式中 P锁—锁模力,kN;
P腔—型腔压力,MPa ;
A —成型投影面积,mm2;
一般熔料经喷嘴时其注塑压力达60~80MPa,经浇注系统入型腔时型腔压力通常为20-40MPa,这里取30MPa。
计算:P腔×A/1000=30×17625/1000/0.8=660.95 kN (取整661 kN)
得出预选注塑机额定注塑压力为661 kN以上。
注塑机额定锁模力为800KN,满足要求
6.2 点状进料口模具与机床开模行程关系校核
由于本塑件的注塑模为双分型面注塑模,则选用以下公式校核: S≥h1+h2+a+(5-10)mm
式中 S----注塑机最大开模行程(mm);
h1---塑件脱模距离(mm);
h2---塑件高度(mm);
(5-10)mm为保证取出塑件而增设的余量(mm);
a----定模板与浇口套分离距离(取出浇口的长度),对阶梯型塑件,不需要全部定出型芯,但必须考虑脱模后型芯是不妨碍取出塑件(mm) 其中,S=390mm,h1=60mm,h2=55mm,a=56.5mm,将增设余量取为10mm显然:390≥60+55+56.5+10
S≥h1+h2+a+(5-10)
满足要求。
6.3 模具厚度的校核
根据公式: Hmin≤Hm≤Hmax 来确定。
式中 Hmin----注塑机所允许的最小模具厚度(mm);
Hm----所设计模具在闭合状态下的厚度(mm);
Hmax----注塑机所允许的最大模具厚度(mm);
其中Hmin=475mm,Hm=150mm,Hmax=520mm,显然
Hmin≤Hm≤Hmax
满足要求。
7 设计小结
本次模具设计课题,通过对塑件的工艺分析,确定模具的总体设计,并进行各个子系统的设计。所设计的模具能满足其工作状态的质量要求,使用时安全可靠,易于维修,在注塑成型时有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性。
通过以上工作,我对一套模具从设计到加工的全过程有了清醒而直观的认识,了解了注塑模的工作原理,对模具中型腔等主要零件的设计及精度的确定具备了一定的经验知识,能够对模具设计中常出现的问题提出了合理的解决方法,能够正确地选取注塑机、确定模架的结构及尺寸、确定型腔数、选择分型面、设计浇注系统等。由于知识及实践经验的缺乏,在设计过程中,零件加工精度的确定尚存在许多不足之处,在以后的工作、学习中还有待改进。
综观整个设计过程,我提高了自己的团队协作能力,和自己的组员能够认真合作一起完成设计的每一个步骤。同时熟练了各种设计软件的操作,例如用AOTUcad2007绘制装配图,用PRO/E进行实体建模。也为以后走上工作岗位后的设计工作奠定了一定的基础。
总装配图
参 考 文 献
[1] 熊建武,尹韶辉.模具零件材料与热处理的选用[M].北京:化学工业出版社,2011.1
[2] http://www.baike.com/wiki/%E8%81%9A%E4%B8%99%E7%83%AF
[3] 洪慎章.实用注塑成型及模具设计[M].北京:机械工业出版社,2006
[4] 李德群,唐志玉.中国模具设计大典第二卷[M].南昌:江西科学技术出版社,2003.1
[5] 罗启全.铝合金熔炼与铸造[M].广州:广东科技出版社,2002.9
[6] 邓文英,郭晓鹏.金属工艺学第五版上册[M].北京:高等教育出版社,2008.4
[7]李云程.模具制造技术[M].北京:机械工业出版社,2002
[8]张铮.模具制造技术[M] .北京:电子工业出版社,2002
[9]丁闻.实用塑料成型模具设计手册[M].西安:西安交通大学出版社,1993
[10]李志刚,夏巨谌.中国模具设计大典[M].中国机械工程学会,2003
[11]潘宝权.模具制造工艺[M].北京:机械工业出版社,2004
塑料水杯注塑模具设计(cad图QQ3247960009)
学号:塑料水杯注塑模具设计
年级班别:
姓 名:
指导教师:
201x 年 x 月
塑料水杯注塑模具设计
摘 要 注塑成型成型精度高、 质量好、 效率高, 可一次成形多个尺寸精密、 结构复杂、 内在质量较好的塑件, 在塑料成型中广泛使用。 本设计应用注塑工艺 进行水杯的成形并进行相应模具设计。
对日常生活中常见的塑料水杯进行细致的结构工艺分析,选择合适的分型 面, 进行型腔合理布置, 并设计浇注系统保证注塑充型完整。 对塑性特性进行分 析, 结合成型工艺特点选择合适的注射机, 确定相应的注射成型工艺参数。 对成 型零部件进行形式和尺寸设计, 选择合适的导向和定位装置, 保证成型过程顺利 进行。为了顺利脱模,本设计采用推杆推出进行脱模。
整个设计过程采用 CAD 绘图,绘制出模具的装配图以及定模板、动模板, 垫板、顶杆板、定模动模固定板、导柱、顶杆等设计图。
关键词 模具设计;注射机;塑料水杯
The Design of Plastic Cup Injection Mold
Abstract Injection molding of high precision, good quality, high efficiency, can be a forming multiple dimension precision, complex structure and a better quality of inner plastic parts, widely used in the plastic molding. The design and application of injection molding process of glass forming mold design accordingly.
To the daily life of common plastic cups a detailed structure of the process analysis, choosing the appropriate parting surface, cavity reasonable decorate, and designing gating system to ensure complete injection molding filling. Analyze the plastic properties, combining with the characteristics of molding process to choose the appropriate injection machine, determine the corresponding injection molding process parameters. Shape and size for molding parts design, select the appropriate guidance and positioning device, ensure molding process smoothly. In order to smooth demoulding, this design adopts the push rod demoulding launch.
The whole process of design using CAD drawing, draw the mold assembly drawing and using the template, the template, using the die plate and ejector plate, fixed plate and guide pin and ejector design.
Keywords Mold design; plastic injection machine ; plastic
目 录
前 言 ............................................................................................................................ 1第 1章 塑件的成型工艺性分析 ................................................................................. 2 1.1 塑件结构分析 ......................................................................................................... 2 1.2 塑件材料的选择 ..................................................................................................... 2 1.3 塑件结构工艺性分析 ............................................................................................. 3第 2章 注射机的选用 ................................................................................................. 6 2.1注射机类型的选择 .................................................................................................. 6 2.2合模部分的基本参数 .............................................................................................. 7 2.3注射部分参数的校核 .............................................................................................. 8 2.4注塑机的工作过程 .................................................................................................. 9第 3章 模具的设计 ................................................................................................... 11 3.1 分型面选择 ......................................................................................................... 11 3.2 型腔数量和排列方式的确定 ............................................................................. 12 3.3成型零件设计 ........................................................................................................ 12 3.4 浇注系统设计 ....................................................................................................... 13 3.5脱模机构设计 ........................................................................................................ 15 3.6导向与定位机构的设计 ........................................................................................ 17 3.7标准模架的选用 .................................................................................................... 17 3.8注射成型过程 ........................................................................................................ 18 3.9结构零件 ................................................................................................................ 19 3.10紧固零件 .............................................................................................................. 20 3.11模具温度调节系统 . ............................................................................................. 20 第 4章 侧向抽芯机构设计 ....................................................................................... 22 结 论 .......................................................................................................................... 25 参考文献 ...................................................................................................................... 26 致 谢 .......................................................................................................................... 27
前 言
塑料成型是将塑料原材料转变为所需形状和性能的塑件的一门工程技术, 也 是塑料制品加工中相当重要的一种技术,在大多数塑料制品行业中应用非常广 泛。注塑成型可以制造出各种不同形状、尺寸、精度、性能的制品。本技术的优 点是生产速度快、效率高、操作相对简单、产品易更新换代等等。它可以凭可靠 的质量、 稳定的性能、 精美的外观、 适中的价格在塑料行业中赢得更多企业的重 视和应用。在设计模具时不仅要了解塑料制作的技术要求和注射成型的工艺过 程,还必须了解注射机的技术规范,以保证设计的模具与使用的注射机相适应。 塑料模具的发展与一个国家经济的兴衰有着密切的关系, 近几年, 中国塑料 模具发展速度不断加快, 模具精度越来越高, 生产周期越来越短, 这一切都促进 塑料模具工业整体水平不断提高, 所以塑料模具也正在向信息化迅速发展。 塑料 模具行业是一个实践性比较强而且比较有发展前途的专业, 它要求我们在学校要 掌握扎实的理论知识,同时要求我们要有充分的实践经验 。
通过对四年大学课程的回顾与分析, 对塑料模具制造加工和注塑成型的工艺 有了一个系统、 全面的理解。 再结合在学校车间的实习, 还有在洛阳一拖的实习 更加加深了我对塑料模具的认识。 首先对日常生活中常见的塑料水杯进行详细的 结构工艺分析, 选择适当的分型面, 进行型腔合理布置, 并设计浇注系统保证注 塑充型完整; 对塑性特性进行分析, 结合成型工艺特点选择合适的注射机, 确定 相应的注射成型工艺参数。 对成型零部件进行形式和尺寸设计, 选择合适的导向 和定位装置以及脱模装置, 保证成型过程顺利进行。 为了顺利脱模, 本设计采用 推杆推出进行脱模。在整个设计过程中采用 CAD 绘图,绘制出模具的装配图以 及定模板、动模板,垫板、顶杆板、定模动模固定板、导柱、顶杆等设计图。
第 1章 塑件的成型工艺性分析
该塑件壁厚均匀,塑件的尺寸不大且结构也较为复杂。在方案之前, 必须 对塑件的结构进行分析。
1.1 塑件结构分析
根据图 1.1水杯塑件图,可以看出本设计为直筒圆柱状塑料水杯。
根据图 1.2水杯工件图,可以得知该水杯的整体高度为 40mm ,壁厚 2mm 。 图 1.1水杯塑件
图 1.2 水杯结构尺寸
1.2 塑件材料的选择
在本设计中, 采用注塑成型的加工方法, 从加工性能、 物理性能、 力学性能、 热性能等多方面因素来选择最佳的塑件成形原料, 力求使该设计顺利完成的同时 将生产成本降到最低。
塑料一般分为热固性塑料和热塑性塑料, 热塑性塑料一般在特定的温度范围 内能够反复加热软化, 然后再冷却硬化。 热固性塑料经过加工成型后就不会受热 熔化,所以塑件破裂后无法进行热修补,不能反复使用。而且热塑性塑料有很 好的耐热性,这是做水杯的首要条件,以及它的无毒,无味,这样才可以使 消费者安全放心的购买使用。通过比较分析可以看出热塑性塑料适合于注塑成 型,所以本设计采用热塑性塑料。
在日常生活中, 热塑性塑料有很多种, 通过对塑件的性能特点进行综合分析 以及查阅相关资料可以选择 PC 为合适的塑件材料。
PC 的性能:无毒无味,耐水、耐油,吸水性相对较小,隔热性能和介电性 能良好,化学性能稳定等等。
PC 的用途:PC 是日常生活中常见的一种材料。 由于其五色透明和优异的抗 冲击性,平时常见的应用有光碟、水瓶、护目镜等等;从实用的角度,其散热性 能也比 ABS 塑料较好,散热分散比较均匀,可以制作笔记本外壳等;因为它的 透光率相对较高,可以制造大型灯罩、门窗玻璃等透明物件。
因此, PC 比较经济适用、安全可靠,是该设计的最佳选择。
综合上述条件,再根据常用热塑性塑料的成型条件,可知 PC 材料的特性如下 表 1.1。
表 1.1 PC材料的特性
缩写 密度 (g/mm3) 计算收缩率
(%)
注射压力
(Mpa)
适用注射机类型
PC 1.19~1.22 0.5~0.6 60~100 螺杆、柱塞式均可 1.3 塑件结构工艺性分析
(1) 脱模斜度
常用塑料的脱模斜度选择如表 1.2所示,有表可知 PC 的塑件脱模斜度:型 腔 35' ~45' ,型芯 30ˊ~50ˊ
表 1.2 常用塑件的脱模斜度
塑料名称 脱模斜度
凹模 型芯
聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、氯化聚醚 25' ~45' 25' ~45' 硬聚氯乙烯、聚碳酸酯 35' ~45' 30' ~50' 聚苯乙烯、有机玻璃、 ABS 、聚甲醛 35' ~145'
30' ~40' 热固性塑料 25' ~40' 20' ~50'
(2)壁厚
塑料制品最小壁厚的确定原则:
1)脱模时受顶出零件的推力不变形;
2)能承受装配时紧固力。
壁厚根据制品的大小和塑件品种的差异来确定。 热塑性塑料制品的最小壁厚 可达到 0.25mm ,但一般在 0.6mm 和 0.9mm 之间。在正常制品设计的过程中, 常用壁厚在 2mm 和 4mm 之间。
塑料件的质量与加工壁厚的关系很大。在制造过程中,对于同一个注塑件应 尽量使其各部分壁厚均匀,避免太薄,如果壁厚过小 , 会使流动阻力变大,大型 复杂的塑料件就难以充满型腔,会引起收缩不均匀而导致塑件变形或产生气泡、 凹陷等成型质量问题,从而对杯子的质量产生影响。
根据设计经验可知, 塑料件加工壁厚的最小尺寸应当满足以下几个方面的要 求:
1)具有足够的强度和刚度;
2)脱模时能经受脱模机构的冲击和震动;
3)装配时能承受紧固力;
结合具体情况,本设计水杯的平均壁厚为 2mm 。
(3)塑件公差与精度
影响塑件公差的因素有塑件原料的收缩率、 模具尺寸的精度、 产品的结构和 设计、注塑工艺的影响等等。
对塑料制品的精度要求不能过高, 应在保证使用性能的情况下, 尽可能选用 低精度等级。
本课题采用一般精度 MT3,对应公差为 0.55mm 。
(4)成型零件平均收缩率计算:
由:%8. 0max =S ,
%2. 0min =S ,得: %1002min
max ?+=S
%5. 0=
根据注塑制造理论, 塑件随着温度的变化在凝固过程中体积会缩小, 因此在
进行模具设计时, 必须考虑材料对零件大小的影响, 通常的做法是根据材料的特 性适当加大参考模型的尺寸。 这样在元件成型后会略有收缩, 最后生成的零件才 能得到设计要求,由上面求得的工件平均收缩率为 0.5%,则该产品的收缩率设 置为 0.005。
经过对该塑件的工艺性进行分析,结论如下表 1.3所示:
表 1.3 塑料水杯注塑成型工艺参数
脱模斜度 壁厚 公差 精度 平均收缩率
型腔 35' ~45' ,
型芯 30' ~50'
2mm 0.55mm MT3 0.5%
第 2章 注射机的选用
注射成型机通常由注射装置、锁模机构、液压传动系统、电器控制系统
等组成,如图 2.1所示。注射装置的主要作用是使塑料均匀地塑化成熔融液 态,并以足够的速度和压力将一定量的熔料注射进模具型腔,确保注射过程 的顺利有序进行。
图 2.1 注塑机的基本组成
1-合模装置 2-注射装置 3-液压传动系统 4-电器控制系统
2.1注射机类型的选择
首先根据注射量来进行注射机的选择:
为了保证注射成型的顺利进行, 塑料制品连同浇道凝料以及飞边在内的质量 一般不应该超过注射机最大注射量的 80%。 注射机额定最大注射量通常是用聚苯 乙烯来标定的, (其在常温下的密度为 1.06 g/cm3 )因为各种塑料的密度不同, 在成型其他塑料时,可以按照下列公式对注射机的最大注射量进行换算。
1ma x ρm m
= 式中, max m 是注射机对成型塑料的额定最大注射量 (g)
m 是注射机额定注射量(g) 1ρ是所成型塑料在常温下的密度( g/cm3 )
2ρ 是聚苯乙烯在常温下的密度( g/cm3 )
根据: n Vs + Vj ≤ 0.8Vg
式中:Vs —— 单个塑件的容积(cm 3)
Vj —— 浇注系统和飞边所需塑料的容积
Vg —— 注射机额定注射量
n —— 模具的型腔数目
经简单计算可得:
n πR2h + Vj ≤ 0.8Vg
经过对注射量进行综合的分析, 可选用 XS-Z-60型热塑性塑料注射机来完成 本次设计。
该型号的注射机螺杆直径是 φ38,所以,应该在模具的动模座板上加工出一 个大于该直径(例如:φ40)的孔,以方便顶出用。下表 2.1为该型号注射机参 数。
38mm 60 cm3 122MPa 500KN
130
cm3
180mm 200mm 70mm
柱
塞
式
12mm 4mm
2.2合模部分的基本参数
合模装置的基本参数决定了模具的安装尺寸, 因而也决定了所能加工制件的 平面尺寸。合模装置的基本参数包括动、定模固定板尺寸、拉杆间距、动定模固 定板间最大开距、模具高度及动模固定板行程与移动速度等。图 2.2所示为合模 装置的基本参数。
图 2.2合模装置基本参数
a )模具与模板及拉杆间距的尺寸关系 b )模板间的尺寸
1-动模固定板 2-动模 3-塑件 4-定模 5-定模固定板
2.3注射部分参数的校核
(1) 注射压力的校核:
注射压力的校核是额定注射机的最大注射压力能否满足该塑件成型的需要。
根据:p 公 ≥p 注
p 公 — 注射机的最大注射压力 (Mpa);
p 注 — 塑件成型所需的实际注射压力 (Mpa)
因为 120(Mpa) ≥60~100(Mpa)
所以,该注射机可以满足该设计使用。
(2) 锁模力的校核
当高压塑料熔体充满模具型腔的时候, 会产生很大的压力, 使模具沿着分型 面胀开。 该压力即制品与浇注系统在垂直锁模方向的分型面上的投影面积之和乘 以型腔内的压力。 作用在这个面积上的总力, 应该小于注射机的额定锁模力, 否 则在注射成型时会因为锁模不紧而发生溢边跑料现象。
锁模力的校核:
根据:F 锁 ≥K 损 p 注 A 1 A 2
式中, F 锁 — 注射机的额定锁模力 (N);
p 注 — 塑件成型所需的实际注射压力 (Pa) ;
K 损 — 注射压力到达型腔的压力损失系数,一般取 0.34~0.67;
A 1— 浇注系统在分型面上的投影面积 (m2) ;
A 2— 塑件在分型面上的投影面积 (m2) ; A 1=πR2=3.14x0.0462=0.007
A 2=2x0.4x0.02+2x0.1x0.02+0.24x0.02+0.26x0.02=0.03
可得:500000≥0.67x100000000x0.007x0.03=14070 经计算,锁模力合格。
(3) 模具闭合厚度的校核
所设计的模具总厚度应该介于注射机可安装模具的最大模厚与最小模厚之 间。
因为 H H H m max min ≤≤
即:70(mm ) ≤133(mm)≤200(mm)
H min
— 可装模具最小厚度; (有附录 2可知)
H m
— 模具闭合厚度(该模具闭合厚度为 133 mm) ;
H max
— 可装模具最大厚度; (有附录 2可知)
经计算,模具的闭合厚度合格。 (4) 开模行程的校核
注射机的开模行程是有限制的, 塑件从模具中取出时所需要的开模距离必须 小于注射机的最大开模距离,否则塑件无法从模具中取出。开模行程图如图 2.3所示。
()mm H H S 10~521++≥
式中:S —— 注射机最大开模行程(mm ) H 1—— 推出距离(脱模距离) (mm ) H 2—— 包括浇注系统在内的塑件高度(mm )
H 1+H2=90+110=200
因为 700≥ 200+(5~10) ,符合要求。 2.4注塑机的工作过程 注塑机的工作过程如下: 1) 合模与锁紧 2) 注射装置前移 3) 注射与保压
图 2.3开模行程
4) 制件冷却与预塑化
5) 注射装置后退
6) 开模与顶出制件
第 3章 模具的设计
该模具要应用注射模加工。 一般情况下, 注射模可由以下几个部分组成:成 型零部件、浇注系统、导向与定位机构、脱模机构、侧向分型与抽芯系统、温度 调节系统、排气系统等。
3.1 分型面选择
在注射模具的设计中, 必须根据塑件的结构、 形状, 首先确定塑件在注塑模 具中的位置,也即是确定分型面的位置。
分型面是模具上用于取出塑件或浇注系统冷凝料的可以分离的接触表面。 根 据分型面的选择原则:便于塑件脱模; 在开模时尽量使塑件留在动模; 外观不遭 到损坏;有利于排气和模具的加工方便。
选择分型面要遵循以下原则:
(1)保持塑件外观整洁;
(2) 分型面应有利于排气;
(3)应该考虑开模时塑件留在动模一侧;
(4) 应容易保证塑件的精度要求;
(5)考虑到侧向分型面与主分型面的协调作用。
结合该塑料水杯的结构, 该塑件应有两个分型面, 一个是动模与定模之间的 水平分型面,如图 3.1所示,另一个则是便于手柄部分脱模的垂直分型面,如图 3.2所示。
3.1 主分型面 3.2侧分型面
A-A 面为最佳的主分型面, 杯内的成型件固定在动模侧, 整个制品的轮廓形 状完全留在定模腔内, 保证了在外轮廓方向上不产生飞边。 B-B 面为侧抽芯的分 型面, 位于制品的中心位置, 模架的两侧设置滑块机构, 在动模移动时将型腔向
两侧拉出。
3.2 型腔数量和排列方式的确定
注塑模的型腔数目,可以是一模一腔 , 也可以是一模多腔 , 在型腔数目的确定 时主要考虑几个有关因素:塑件的尺寸精度、 模具制造成本、 注塑成型的生产效 益、模具制造难度。
采用一模一腔(如图 3.3) ,模具制造成本不高,采用点状进料口,塑料流程 短,塑件质量好,浇口容易去除。但不能够满足大批量生产需求,还需要两个滑 块机构。采用一模两腔 (如图 3.4) ,生产效率高,点浇口进料,适用于外形要求 较高、薄壁及热固性塑料件,浇口容易去除,但塑料流程较大,模具制造成本相 对较高。经过两者比较,选用一模一腔来完成该模具的设计。
3.3 一腔一模
3.4 一腔两模
3.3成型零件设计
注射模的成型零件是指构成模具的成型制品型腔, 并与塑料熔体直接接触的 模具零件或部件。一般有型芯、型腔、成型杆、镶件等,在动、定模闭合后,成
型零件便确定了塑件的内外尺
成型部件尺寸计算如下表 3.1所示:
3.4 浇注系统设计
浇注系统是有由主流道、 分流道、 浇口及冷料穴组成, 具体指的是从喷嘴开 始到型腔为止的塑料熔体的流动通道。
对浇注系统的具体要求是:
1)尽量减少浇注系统的用料量;
2)尽量缩短充模时间,减少流程,降低压力损失;
3)浇口位置的选择,应尽量使浇注过程流畅进行,避免产生涡流,要有利 于排气和补缩;
4) 浇注系统的设计要使凝料脱出方便可靠, 使塑件分离顺利, 而且尽量确 保塑件外观完好无损。
浇注系统的作用是控制熔液充填型腔的速度及充满型腔所需的时间 ; 使熔平 稳地进入型腔, 阻止熔渣和其他夹杂物进入型腔。 所以要想获取外观优美、 内在 质量良好的塑件。
1、主流道设计:
主流道如图 3.4是连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔融体通道:主流道小端 直径 =(注射机喷嘴孔径 +0.5~1) mm ,在此主流道小端直径我选用 8mm 。 主流道球面半径比喷嘴球面半径大 1~2mm,在此选用 SR=19mm。
图 3.4主浇道 图 3.5浇口套
L :主流道长度,根据模具结构确定。
α:主流道锥度。一般 2°~ 4°, 本课题选用的 4°。
2、浇口套设计
浇口套是该系统的主要零件。 它的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔的各 个部位,以方便获得所要的塑件。
浇口套如图 3.5为标准件可选用。浇口套常用钢材是 T8A 、 T10,热处理要 求:(50-55) HRC 。
(2)冷料穴设计
冷料穴指的是喷嘴最前端的熔融塑料温度较低, 形成冷料渣。 在进料口的末 端开设洞穴, 以防止冷料渣进入模腔, 造成堵塞流道。 冷料穴的作用在于减缓料 流速度, 并使熔料能够顺利地充满型腔。 本设计选用的冷料穴形状为小圆柱型腔。 (3)浇口的设计,通常需要考虑以下原则: 1、尽量缩短流动距离;
2、浇口应开设在塑件壁厚最大的地方; 3、必须尽量减少熔接痕;
4、应使型腔中的气体排出方便,不受阻塞; 5、考虑分子定向影响; 6、避免产生喷射和蠕动; 7、浇口处要避免弯曲。
综合以上原则, 同时结合所测绘塑件的实物所留下的浇口印, 该设计应该选 用点浇口。 点浇口也称作进料口, 是连接分流道与型腔的通道。 它是浇注系统中 截面积相对较小的部分,但却是浇注系统中比较重要的部分。 3.5脱模机构设计
脱模机构是指模具在开模过程中或者开模后将塑件从模具中推出的机构, 一 般由推杆、推杆固定板、推板、复位杆、拉料杆等组成。
由于塑料杯子制品是深腔、 薄壁, 所以采用推杆形式来脱模。 这种结构的脱 件具有平稳、推理均匀、推出面积大的特点。
推杆长度由模板厚度、 推出距离确定。 推杆直径不宜太细, 应有足够的刚度 和强度来承担推力,一般推杆直径为 Φ2.5~Φ12mm ,尽量避免 Φ2 mm 以下的 推杆。推杆直径 d 的确定可根据压杆稳定公式求得
d=k(
nE
F L 脱 2) 4
1
= 1
2
4
5220667651.542.110??
?? ?????
=11.81 mm
式中:d — 推杆直径; n — 推杆的数量, n 取 4; L — 推杆长度(参考模架尺寸,估取 L=220) ;
E — 推杆材料的弹性模量,取 E=2.1×105MP a
k — 安全系数,取 k=1.5; F 脱 — 总的脱模力, F 脱 =66765(N ) ; 此处取推杆直径为 12mm 。 推件板厚度的计算
H ≥0.54L (]
[δBE F 脱
) 31
= 13
5
667650.541201602.1100.065??
?? ?????? =19.8mm
式中:L — 推杆对推件板的作用间距,参考模架取 L 取 120mm ; B — 推件板宽度, B=160 mm;
[δ]模板中心允许的最大变形量, [δ]=0.065 mm , [δ]取 1/8塑件推 出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差 ?=0.52 mm。
模具推件板的厚度为 20mm ,从计算结果看,满足强度要求。 脱模力的计算:
脱模斜度 02. 316
1
arctan
==a 脱模力的计算公式为: F 脱 = F1×cos a (μ cos a -sin a )
又 F 1=Lc h 包 p 式中: L c -凸模成型部分的截面周长; h -凸模被制件包紧部分的高度;
包 p -制件对凸模的单位包紧力,其数值与制件的几何特点及塑料的性质
有关,一般可取 8~12MPa ;
因 F 1=L c h 包 p =πDh 包 p =3.14×62×103
-×85×103
-×12×106
=198573 (N) 所以脱模力为:
) sin cos (cos F F
1
a a a -?=μ脱
)
0.0623
-
0.998
×
0.4
(×
0.998
×
198573
=
(N)
66765
=
3.6导向与定位机构的设计
(1)导柱导向机构
导柱导向机构是利用导柱与导柱孔之间的间隙配合来保证模具的对合精度。 导柱应该合理均分布在模具分型面四周,导柱中心到模具外缘应有足够的距离, 以保证模具的强度。 导柱一般设在有型芯的一边, 可以保护型芯不受损坏:导套 设在定模一边, 便于塑件脱模。 因为该水杯脱模机构为推杆推出的模具, 所以有 推杆的一边一定要设置导套。
(2)锥面定位机构
在成型精度要求高的大型、 薄壁、 深型腔塑料制件时, 型腔内的侧压力往往 会引起型芯或型腔的偏移, 如果这种侧压力完全由导柱来承受, 会导致导柱卡死 或者损坏。因此,这时应该增设锥面定位机构,用于承受部分侧压力,避免导柱 承受侧压力后卡死或磨损。
研究分析总装配图、零件图,了解各零件的作用、特点及其技术要求,掌握 装配关联尺寸, 检验待装配的所有零件, 确定哪些零件有配作加工内容, 确定装 配基准试模以及修正入库。
3.7标准模架的选用
模具标准化的重要意义如下:
(1)使设计规范化并使设计人员摆脱大量重复的一般性设计,能专心于从事 创造性劳动,解决模具中的关键技术问题
(2)改变模具制造行业比较落后的局面,转为专业技术化生产。模具标准件 和标准模架由专业厂家大批量生产和供应, 各模具厂家主要完成型腔部分的加工 和装配。
(3)模具的标准化是采用 CAD 技术的先决条件。
(4)促进模具技术的国际交流,同时有利于模具出口,打入国际市场。 因此, 模具标准化对提供模具设计和制造水平、 提供模具质量、 缩短制模周 期、降低成本、节约金属和采用新技术都有至关重要的意义。
注塑模模架国家标准有两个, 即 GB/T12556—— 1990《塑料注射模中小型模
架及其技术条件》和 GB/T12555—— 1990《塑料注射模大型模架》 。前者适用于 模板尺寸为 B×L≤560mm×900mm; 后者的模板尺寸 B×L 为 (630mm×630mm ) ~ (1250mm×2000mm ) 。 结 合 工 件 尺 寸 (300×160×140) 选 定 标 准 模 架 为 550mm×600mm 。
模架的尺寸规格见表 3.2:
表 3.2模架尺寸
模板名称 模板尺寸 模板名称 模板尺寸
定模座板 650×600×70 支承块 550×600×70
定模垫板 550×600×40 推杆固定板 340×600×25
定模板 550×600×110 推板 340×600×30
动模板 550×600×70 动模座板 650×600×35
由表 3.2可计算出模架的高度为 70+40+110+70+110+70+35=505
3.8注射成型过程
注塑过程如图 3.6,首先将准备好的塑料加入注塑机的料斗,然后送进加热 的料筒中, 经过加热熔融塑化成粘流态塑料, 在注塑机的柱塞或螺杆的高压推动 下经喷嘴压入模具型腔, 塑料充满型腔后, 需要保压一定时间, 使塑件在型腔中 冷却、硬化、定型,压力撤消后开模,并利用注塑机的顶出机构使塑件脱模,最 后取出塑件。 这样就完成了一次注塑成型工作循环, 以后是不断重复上述周期的 生产过程。
由以上的说明可知,注塑成型过程包括加料、塑化、注射、脱模等几个重要 步骤。
图 3.6 注塑成型原理示意图
1-料斗 2-螺杆 3-注塑模具
常用塑料的注塑成型工艺参数见表 3.3:
表 3.3常用塑料的注塑工艺条件
塑 料 品 种 注射温度 /℃ 注射压力 /MPa 成形收缩率 /% 聚乙烯 180~280 49~98.1 1.5~3.5 硬聚氯乙烯 150~200 78.5~196.1 0.1~0.5 聚丙烯 200~260 68.7~117.7 1.0~2.0 聚苯乙烯 160~215 49.0~98.1 0.4~0.7 聚甲醛
180~250 58.8~137.3 1.5~3.5 聚酰胺(尼龙 66)
240~350 68.7~117.7 1.5~2.2 ABS 236~260 54.9~172.6 0.3~0.8 聚碳酸酯
250~300
78.5~137.3
0.5~0.8
3.9结构零件
模具的结构零件主要是固定成形零件, 使其组成一体的零件。 主要包括定模 座板、动模座板、定模板和动模板、顶杆、垫板等。
(1)定模座板 它是固定连接定模部分并使之安装在注射机上用的板,也是 镶嵌浇口套的支承板。 (如图 3.7所示)
(2)动模座板 固定连接动模部分并使之安装在注射机上用的板。 (如图 3.8所示)
(3)定模板 为了形成定模型腔或直接加工成形用的板。 (如图 3.9所示) (4)动模板 为了形成动模型腔或直接加工成形用的板。 (如图 3.10所示) (5)顶杆 (如图 3.11)
3.7定模座板图 3.8动模座板图
3.9定模板 3.10动模板
3.11顶杆
3.10紧固零件
紧固件是作紧固连接用且应用极为广泛的一类机械零件。 它的特点是品种规 格繁多,性能用途各异,而且标准化、系列化、通用化的种度也比较高。紧固零 件主要包括销子、垫圈、铆钉、螺钉等标准零件,其作用是连接、紧固各部分零 件,使其成为一个模具整体。
模具中,动模固定板、模腿、动模板、采用合钻的方法,利用四个带头导柱 连接并固定;推板(见零件 02)推杆固定板(见零件 02)也采用合钻的方法, 利用四个内六角螺钉连接并固定。
表 3.4 标准件明细表
名 称
型 号 件 数 国 标 内六角螺钉
M3X19 2 GB70-85 M3X14 4
GB70-85 M5X18
4
GB70-85
3.11模具温度调节系统
注射成型是向模具注射 200℃左右的塑料熔体,使熔体在模具内冷却定型, 所以模具在成型过程中还起着热交换器的作用。
模具温度调节系统直接影响着塑
件的质量和生产效率。 成型的塑料品种不同, 塑件的质量要求不同, 对模具的温 度要求也不同。
模具温度调节系统的目的就是要通过控制模具的温度, 使注射成型塑件有良 好的产品质量和较高的生产效率。
在本课题中,采用通过冷却水道来调节模具的温度的方法。结合实际情况, 本设计选择的模具温度为 50℃ ~70℃。
水杯提带连扣注塑模具设计说明书
水杯提带连扣注塑模具设计说明书
摘 要
模具是工业生产用的重要的工艺装备在现代工业生产中60,90的工业产品需要使用模具模具工业以成为工业发展的基础许多新产品的研制与开发很大程度上依赖于模具的生产因此研究和发展模具技术提高模具水平对促进国民经济的发展有着特别重要的意义
本论文主要论述了材料为ABS的小尺寸一般精度的提带连接扣注射模的设计方法论文首先介绍了塑料成型基础及塑料注射成型的工艺过程其次通过对注塑加工方法及提带连接扣进行综合工艺分析确定了提带连接扣注射模的设计方案即该模具采用一模四腔侧抽芯的设计方案然后针对该方案进行了重点论述主要包括侧抽芯的塑件及其注塑模的设计过程注塑模主要零部件的设计要点等其中注塑模主要设计的重点包括侧抽芯设计零件结构设计模具分型面的选择型腔数目的确定浇注系统的设计滑块的设计注射机的强度校核等最后论文针对提带连接扣塑件的成型工艺方法以及其模具采用侧抽芯生产的可行性进行了论证
关键词提带连接扣 注塑模 侧抽芯 分型面 注射机
Abstract
Mold is an important setup in modern industry In manufacturing industry60,90 percent of products utilize mold Molding industry has been a essential factor of industry development A number of new products developments considerably depend on moldaking Therefore it is significant for national economy to research and improve mold technology
The dissertation introduces the design of injection plastic mold for the button linked belt the mold made by ABS is small size and common precision Firstly The dissertation mainly explains the designing process of the mold Secondly The dissertation analyses shaping craft and devises the shaping strategy The mold adopts one mold and four- cavities and side pull The dissertation gives fully analysis to the making process Thirdly the dissertation focuses on the analysis of the design of injection plastic molds for the button linked belt including side pull design structural part design decision of parting plane assurance of cavity number design of gating system design of sliding block strength verification etc Lastly the dissertation demonstrates the feasibility of the design
KeyWordsthe button linked belt injection plastic mold side pull
Parted plane injection machine
目 录
摘 要 I
Abstract I
绪论 - 1 -
1 塑料基础知识 4
11树脂 4
12高分子聚合物 4
13聚合物分子结构 4
14塑料的组成 4
2 塑料注射成型工艺 6
21注射成型原理与成型工艺过程 6 22侧向抽芯注射成型模具结构简介 8 3 提带连接扣注射模的设计 10 31型腔数量的确定与成型工艺规程的编制 10
311型腔数量的确定 10
312成型工艺规程的编制 10 32注射模的结构设计 13
321设计方案应确定的主要内容 13 33分型面的选择 13
331分型面的确定要点 13
34浇注系统的设计 15
341浇注系统设计要点 15
342主流道的设计 16
343分流道的设计 17
344浇口的设计 17
35侧向分型与抽芯机构的设计与计算 18 351斜导柱抽芯结构设计的要点与注意事项 18 352抽芯力的估算与斜导柱直径的计算 19 353抽芯距和斜导柱的长度计算 20 354抽芯机构的设计计算 21
36型芯与型腔的定位与导向结构 23 37滑块哈夫块与导槽设计 23
38成型模的设计 24
381成型模的结构 24
382成型模尺寸的计算 25
39模具的加热和冷却系统的设计和计算 31 310推出与复位机构 32
3101推杆的校核 32
311模具闭合高度的确定 33
312注射机有关参数的校核 33
313此模具的工作原理 34
314模具的装配与模具的调试 35 3141模具的装配 35
3142模具的调试 37
结 论 36
致 谢 38
参考文献 39
附录A 备料清单 41 附录B 标准件清单 42
绪论
模具是工业生产用的重要工艺装备在现代工业生产中60,90的工业产品需要使用模具模具工业以成为工业发展的基础许多新产品的研制与开发很大程度上依赖于模具的生产特别是汽车计算机轻工电子航空等行业尤为突出而作为制造业基础的机械行业根据国际生产技术协会的预测21世纪机械制造业零件其粗加工的75和精加工的50都将依靠模具完成因此模具工业已经成为国民经济的重要基础不论经济繁荣时期还是经济萧条时期模具工业都不可或缺经济发展快产品畅销自然要求模具能跟上而经济发展滞缓时期产品不畅销企业必然千方百计开发新产品同样对模具带来强劲要求因此模具工业被称为经久不衰的工业
目前世界模具市场仍供不应求因此研究和发展模具技术提高模具水平对促进国民经济的发展有着特别重要的意义
1塑料成型工业在生产中的重要地位
塑料成型所用的模具称为塑料成型模是用于成型塑料制件的模具它是型腔模的一种类型目前塑料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民日常生活的各个领域塑料作为一种新的工程材料不断的开发与应用加之成型工艺的不断的成熟完善与发展极大的促进了塑料制件成型方法的研究与应用和塑料成型模具的开发与制造随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量的增加这些产品的更新换代周期越来越短因此对塑料的品种产量和质量提出了越来越高的要求这就要求塑料模具的开发设计与制造水平也必须越来越高
现代塑料成型生产中塑料制件的质量与塑料模具塑料成型设备和塑件的成型工艺密切相关在这三项要素中塑料成型模具的质量最为关键它的功能是双重的赋予塑料熔体所期望的形状性能质量冷却并推出制件模具是决定最终产品性
能规格形状及尺寸精度的载体塑料成型模具是使塑料体现塑料成型设备高效率高性能和合理先进塑料成型工艺的具体实施者也是新产品开发的重要环节由此可见周而复始的获得符合技术质量要求和质量稳定的塑件塑料成型模具是成败的关键
2塑料成型技术的发展趋势
一副好的注射模具可成型上百万次这与模具的设计 模具材料及模具的制造有很大的关系从模具的设计制造及模具的材料等方面考虑塑料成型可以归纳为以下几个方面
1模具的标准化 2模具的理论研究 3塑料制件的精密化微型化和超大化等 4新材料新技术新工艺的研制开发和应用 5CADCAMCAE技术的应用
3塑料模具的分类
塑料模具的分类方法很多按照塑料制件的成型方法不同可分为以下几类
1注射模
注射模又称注塑模首先将粒状或粉状塑料原料加入到注射机料筒中经过加热熔融成粘流态然后在柱塞或螺杆的推动下一定的流速通过料筒前端的喷嘴和模具的浇注系统注入闭合的模具型腔中经过一定的时间后塑料在模内硬化定型接着打开模具从模内脱出成型的塑件注射模主要用于热塑性制件的成型
2压缩模
压缩模又叫压塑模压缩成型是塑料制件成型方法中较早的一种首先将预热过的塑料原料直接加入敞开的经加热的模具型腔内然后和模塑料在热和压力的作用下呈熔融流动状态然后由化学反应或物里反应使塑料逐渐硬化成型多用于热固性塑料制件
3压注模
压注模又称传递模压注模的加料室与型腔由浇注系统连接首先将预热过的原料加入预热的加料室然后通过压柱向加料室内的的塑料施加压力塑料在高温高压下熔融并通过浇注系统进入型腔最后发生化学交联反应逐渐硬化定型其主要用于热固性塑料制件的成型
4挤出模
挤出模又称挤出几头挤出成型是利用挤出机筒内的螺杆旋转加压的方式连续的将塑化好的熔融的状态的成型物料从挤出机的机筒中挤出然后通过牵引装置将塑件脱出并同时进行冷处理
5气动成型模
气动成型模包括中空吹塑成型模真空成型模和压缩空气成型模等气动成型是指利用气体作为动力介质成型塑料制件的模具与其他模具相比较气动成型模具结构最为简单只有热塑性塑料才能采用气动成型
除了上述介绍的几种常用的塑料成型模具成型模具外还有浇铸成型模泡沫塑料成型模和滚塑模等
在这些塑料模中注射模所占的比例是相当高的本文所设计的提带连接扣材料为ABS采用的就是注射模并且模具采用了斜导柱侧向抽芯技术提带连接扣零件虽然不大但其中模具型腔的加工有一定的难度本人通过查阅大量资料进行了模具设计并提出了模具中关键零件的加工方案完成了从模具设计到加工成成品的全过程
鉴于本人经验有限本设计中难免存在不当和错误之出恳请阅读者批评指正本人将虚心接受并不断地加以改进
1 塑料基础知识
塑料是一大类庞杂的合成材料由于制造工艺和用途不同导致塑料制件的形状复杂多变塑料的应用几乎涉及各行各业塑料之所以用途如此广泛是因为1塑料一般比较轻普通塑料的密度一般仅09,023g之间2大多数塑料具有良好的绝缘性3塑料柔顺富有弹性当受到外界机械冲击等机械波时材料内部产生粘弹内耗将机械能转换成热能因此塑料具有减震消声性能4塑料还具有耐腐蚀性不同的塑料有完全不同的耐腐蚀能力大多数塑料在一般的酸碱盐类介质中都具有良好的耐腐蚀性能5有些塑料还具有透光性成型的塑料制件可以是透明或半透明的甚至有些塑料在特殊的情况下可以代替玻璃此外塑料还有很多其他优良性能如价格低廉等因此塑料已成了人们生产和生活中不可缺少的部分
11树脂
树脂是天然的树脂与合成树脂的总称
树木的分泌物如松香橡胶等石油的附产物如沥青等皆为天然树脂
参照天然树脂的分子结构和天然树脂的特性用人工合成的树脂称为和合成树脂
12高分子聚合物
高分子聚合物的特点为1含原子数量多有几十万个2高分子聚合物的相对分子质量比一般的分子化合物的相对质量高的多3高分子的分子长度比一般分子的长度长的多前者为68 m而后者只有00005 m
13聚合物分子结构
聚合物的分子结构一般包括三种1线型结构2支链型结构3网状体结构
14塑料的组成
1塑料的定义
塑料是以高分子合成树脂为主要原料加上旨在改善和提高其性能的各种添加剂制成的合成材料这种合成材料在一定温度和压力下可塑化成型成为具有一定的形状和尺寸精度的能在常温下保持不变的材料
2塑料的组成
塑料由合成树脂各种添加剂如填充剂增塑剂润滑剂稳定剂着色剂和固化剂等共同组成
树脂决定着塑料的性质和类别是塑料中最主要的原料填充剂有增量作用可以减少合成树脂的比例还能改善塑料的性能增塑剂可改善塑料的成型性能降低塑料的刚性和脆性稳定剂可抑制和防止塑料降解着色剂主要装饰美化作用但同时还可提高塑料对光和热的稳定性和耐候性
3常用热塑性塑料的成型工艺特性
常用热塑性塑料的成型工艺特性主要包括1流动性2收缩性3相容性4吸湿性5热敏性6结晶性
2 塑料注射成型工艺
21注射成型原理与成型工艺过程
如图2-1所示料斗1中的塑料落入已被加热的料筒8和螺杆9之间后被旋转的螺杆推送到喷嘴6的一端在液压缸活塞10的推动下通过螺杆将其推送在此过程中已被预加热的塑料在摩擦力及剪切力的作用下预塑为熔融状态成为具有良好的可塑性和流动性的塑料粘流体因此可顺利射入正对喷嘴且已完全密合的成型模具之中并经由模具的浇注系统流入并充满铸型型腔再经保压冷却固化定型后打开铸模取出制件即可完成注射成型工艺的一次浇注过程
塑料在浇注的过程中应注意保压的作用应使铸件在压力下成型这样一方面可防止模具中的熔融塑料的逆向倒流造成塑料制品表面缺料而报废二可补充型腔内的塑料因冷却收缩而不足之需要即补缩防止制品出现凹陷皱纹缺料等成型缺陷
在图1中图1a为合模注射成型示意图图1b为保压预塑和冷却定型示意图图1c为开模和制品脱模示意图
聚上述塑料的成型工艺过程可作为一个不断重复循环的工艺过程即可应用于塑料制品的批量及大量生产每一件塑料制品的最终注射成型均须经过这样的一次循环过程即合模注射成型 保压之后预塑 冷却之后定型 开模取出制件四个工序注射成型工艺过程循环示意图如图2所示
图 1 螺杆式注射机注射成型图
Figure 1 Screw of injection molding machine
1 料斗 2 螺杆传动装置 3 注射液压缸 4 传动系统
5 加热器 6 喷嘴 7 模具 8 料筒 9 螺杆 10活塞
22侧向抽芯注射成型模具结构简介
浇注模具一般由定模和动模两大部分组成一般情况下定动模是按铸型的分型面来划分的如在立式浇注机上进行浇注时在分型面上方固定在注射机固定模板上固定不动的半模称为定模而在其下部分是固定在注射机的移动模板上随移动模板的运动而前推或后移从而实现与定模合模或开模状态此半模称为动模在卧式浇注机上左半模通常设计为定模右半模设计为动模
浇注模具的组成按其功能结构来划分一般包括8个部分1成型部分2侧面分型与抽芯部分3浇注部分4导向与定位部分5推出与复位部分6固定模板与支撑紧固部分7冷却与加热部分8排溢部分
1成型部分包括定模型芯定模型腔板动模型芯和动模型腔镶套动定模型腔镶套的成型面是制品外表面形状的复制而动定模型芯的成型面则是制品内表面形状的复制因此制品的结构形状尺寸精度以及各部结构的相互位置精度表面质量完全由上述各成型件来成型和保证
2侧面分型与抽芯部分包括侧型芯以及限位装置弹簧等零件侧型芯用以成型制品侧面的孔或凹和凸是正面分型无法成型的部分要借助斜导柱弹簧等其他构件的相互配合才能成型制品侧面部分的这些孔凹或凸出部分完全由这些侧面的零件来成型和保证其质量要求
3浇注部分由包括浇口套和动模镶套固定板上的中心冷料穴和分流道以及动模型腔镶件上的浇口共同组成是引导从注射机喷嘴射入的熔融塑料顺利的进入并充满各型腔的通道
4导向及定位部分主要包括导柱和导套同时也包括定位圈限位板和压板
导柱和导套是保证动定模合模后动定模的型腔和型芯能够对正保证其同轴
免于发生错位造成制品报废导柱导套属间隙配合
5推出与复位机构部分包括推杆拉杆推杆固定板推板和复位杆推杆是用以将冷却固化定型后的成型制品在开模后平稳的推出型腔拉料杆是在开模后将浇口套中的主流道凝料拉住令其从浇口套的小端出断开留在动模以便在推出制品时连同凝料一起推离模具为下一循环的进料储料输送准备其空间复位杆是将已完成推出制品和浇口凝料的推杆拉料杆连同推杆固定板和推板一起一同推回原来的合模位置以便下一循环的再次推出
6固定板与支承紧固件这一部分是模架的主体包括各板件和二块垫块以及螺杆件和螺钉
7冷却部分包括动定模的冷却水道密封圈和进水口水口的管接头其主要作用是调节模具温度保证成型质量和提高效率
8排溢部分是指排气和溢料部分是保证铸件质量防止产生铸造缺陷的重要组成部分
3 提带连接扣注射模的设计
31型腔数量的确定与成型工艺规程的编制
311型腔数量的确定
1按注射机注射容量计算确定
n ? K- 1
式中
n ---- 铸型型腔数K---- 最大注射量的利用系数一般取08
---- 注射机最大注射量单位g
---- 单件制品的质量单位g
---- 浇注系统凝料的质量单位g
2按注射机的额定锁模力计算确定
n ?F- PA PA 2
式中
n ---- 铸型型腔数
F ---- 注射机的额定锁模力单位N
P ---- 单位面积所需的锁模力单位Mpa
A---- 单件制品在模具分型面上的投影面积单位? A---- 浇注系统在模具分型面上的投影面积单位? 3确定型腔数目应考虑的问题
1当制件质量较小精度要求较低时铸型适宜选于多型腔结构 2当制件复杂或精度要求较高时采用多型腔铸型设计铸型制造困难铸件 一致性较差因此铸型宜采用单型腔结构
3在大批量生产中铸型采用多型腔结构可大大提高生产效率
312成型工艺规程的编制
1塑件的工艺性分析
1塑件原材料分析
提带连接扣塑件的材料采用ABS属热塑性塑料从使用性能上看该塑料是由丙烯腈丁二烯苯乙烯三种单体共聚的高聚物丙烯腈使ABS具有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度丁二烯使ABS坚韧丙乙烯使它有良好的加工性和染色性因此ABS具有良好的力学性能是一种优良的工程塑料
ABS外观为粒状或粉状呈浅象牙色不透明但成型的塑料件有较好的光泽他无毒无味易燃烧无自息性几乎不受酸碱盐及水和无机化合物的影响溶于醛酯等中不溶于大部分的醇类密度为102,105 gABS具有较高的强度硬度和高的冲击韧性且在低温下以上性能也不会迅速下降同时ABS具有一定的耐寒性耐油性耐水性化学稳定性和电绝缘性ABS制件的硬度和尺寸稳定性较高并易于成型加工易于着色此外ABS的热稳定性差热变形温度为93?脆化温度为-27 ?使用温度范围为-40?,100?而且在紫外线的作用下容易降解从而导致制件变硬变脆
综上由于ABS具有良好的成型性和综合力学性能易表面电镀因此被广泛应用于家用电器箱包仪表盘齿轮管道及教体育用品玩具及食品包装容器等生活用品ABS从成型性能看属非结晶型塑料吸湿性强要充分干燥流动性中等浇注时适宜用高料温较高的注射压力模具的浇注系统对料流的阻力较小但应注意浇口的位置和形式脱模斜度一般取30′,1?收缩率为03,,07,熔点为130?,160?
2塑件的结构及加工精度分析
? 结构分析图3-1为提带连接扣塑件零件图分析该零件图零件的总体形状为台阶圆柱形在顶部有一SR50mm的球面在下部分有Φ8mm的中空体且有一贯穿的4mm?10mm的槽在Φ12mm的圆柱面上有两层凸耳外径为Φ15mm根据此结构提带连接扣的模具设计必须设置侧向分型抽芯机构该模具设计属于中等难度
图3 提带连接扣零件图
Figure 3 carry connection buckle
? 尺寸精度分析该零件的重要尺寸如ΦmmΦmmΦmm等精度为5级SJ137278尺寸精度中等对应模具相关零件的尺寸精度通过合理的加工工艺可以保证
分析提带连接扣塑件的壁厚最大厚度为35mm最小为2mm壁厚差为15mm零件壁厚总体较均匀对铸件的成型不会造成太的影响
? 表面质量的分析提带连接扣塑件的零件的表面除要求没有缺陷毛刺及零件的上球面无浇注点外无其他的特别表面质量要求故比较容易保证
综上分析可以看出提带连接扣塑件在浇注时只要较好的控制工艺参数零件的加工要求均可以得到保证
2计算塑件的体积和质量
计算塑件的质量是为了合理选用注射机及确定铸型型腔的数目经计算塑件的体积约为V 9545根据《模具设计手册》查得ABS的密度约为ρ 102,105 g据此计算塑件的质量W为W Vρ 1022g?102g
根据计算得出的制件的质量其浇注模具采用一模四件的模具结构比较合理根据制件的外形尺寸注射时所需的压力等初步选用注射机的型号为PD-118型
3塑件工艺参数的确定
根据《模具设计手册》及有关热塑模具设计的相关资料ABS浇注时的成型工
艺参数可作如下选择1成型温度为260?, 290?2注射压力为70,90Mpa
必须说明的是上述参数在试模时可根据实际情况作适当的调整
32注射模的结构设计
注射模的结构设计主要包括分型面的选择模具型腔数目的确定及型腔的排列方式和冷却水道以及浇口位置模具工作零件的结构设计侧向分型和抽芯机构的设计制件推出机构的设计等内容
321设计方案应确定的主要内容
提带连接扣模具的设计方案的拟定应重点确定以下主要内容
1确定铸模的分型面有侧抽芯的模具应充分考虑合理选用抽芯机构
2确定型腔数及排列形式以及型腔型芯的结构
3确定浇冒口位置浇注系统的结构
4确定铸件合理的冷却系统
5确定导向元件和定位元件的结构
6确定合理的铸件的推出结构及铸型的复位结构
7确定模架的大小及相关标准件的选定
8选定注射机型号规格
总成型方案的确定从塑件的结构形状分析因零件的下部分有Φmm与Φmm形成的凸耳在成型时无法采用垂直分型进行成型须采用侧抽芯哈夫块式成型方式及推杆脱模方式即用一根推杆推在塑件的中心部位推杆固定在推杆固定板与推板之间由注射机的顶出系统推动使推杆运动实现脱模动作并用复位杆复位
33分型面的选择
分型面对制品表面质量尺寸精度和形位精度脱模型腔型芯结构和排气以及
进料浇口和模具制造都有着直接影响因此在选择和确定分型面时应全面分析比较和考虑选定较为有利的方案
331分型面的确定要点
1分型面的确定要点
1分形面应选在制品的最大外形尺寸处否则制品无法脱模同时分形面还应
选在能使制件留在动模上的结构这样有利于脱模
2分形面不能影响制件外观----尤其是对表面质量有要求的制件
3分形面应便于浇口进料利于成型易于排气
4分形面应有利于铸型型腔的加工从而使制件的精度易于保证
5分形面应有助于避免侧抽芯或必须采用侧抽芯时便于型芯的取出
6分形面应利于铸型型腔或型芯结构的装拆以实现一型多铸
7分形面应利于嵌件的安装
2 提带连接扣模具分型面的选择
图4分型面选择
Figure 4 points of choice
模具设计中分型面的选择很关键它决定了模具的结构分形面的合理确定应充分考虑上述分型面的确定要点及提带连接扣塑件的成型要求由于该塑件为水杯提带连接扣表面质量无特殊要求但上球面暴露在外与人手接触很多因此上球面圆周处最好采用圆角过渡且应无浇注点同时该铸件因有Φmm的凸耳及4??10?的槽所以选择如图4所示的分型面较为合理
3确定型腔的排列方式
本塑件在注射时采用一模四件的成型方法即模具需要四个型腔综合考虑浇
注系统模具的复杂程度等因素可以采取如图3图4所示的两种型腔排列方式
比较两种型腔排列方式图3排列方式的最大优点是便于设置侧向分型抽芯机构其缺点是此型腔和分流道为非平衡排列熔料不能同速而又均匀的进入各型腔不能保证平衡进料并且流道较长
图5 铸模型腔排列方式1
Figure 5 mold cavity arrangement
但若采用图4所示的型腔排列方式图为简化仅供参考则需左右两个方向抽芯相当困难模具的结构将非常复杂既增加成本又不易保证铸件质量因此此结构不合理
综合考虑本铸模设计方案拟采用图3所示的型腔排列方式
图6铸模型腔排列方式2
Figure 6 mold cavity arrangement
34浇注系统的设计
铸模的浇注系统由主流道分流道浇口和冷料穴组成
341浇注系统设计要点
1浇注系统应力求距型腔距离近及距每一型腔的距离较一致
2为了避免浇不足迹便于补缩浇注系统一般应设在制件的厚壁部位为了减小熔液对型腔及型芯的冲击浇注系统中应设计横浇道道避免熔液直冲型芯尤其是细小型芯
3浇注系统应避免使制件上产生溶接痕并应利于排气
4浇注系统的位置应力求在分型面上以便于加工并易于快速均匀平稳的引导熔液充满铸型型腔主流道入口应在模具的中心位置
5浇注系统应有利于制品的外观并易于清除
6在大批量制品的生产中浇注系统应便于自动脱落并与制件分离以利于实现制件的自动化生产
7浇注系统还应考虑制件的后续加工应利于制件后续工序的加工装配等
342主流道的设计
1主流道的基本参数
主流道是连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔体通道其基本参数包括主流道小端直径主流道长度主流道锥度
1主流道小端直径d
主流道小端直径d 注射机喷嘴直径 05,1?
2主流道长度L
主流道长度L应根据模具具体结构确定越短越好
3主流道锥度R
主流道锥度R对于小型铸件一般取2?, 4?
3主流道的设计计算
根据《模具设计手册》查得PD118型注射机喷嘴的有关尺寸为喷嘴前端孔径 Φ3?喷嘴前端球面半径为 10?
根据模具的主流道尺寸与喷嘴直径之间的尺寸关系式 R 1,2 ? 及d 05,1 ?计算后取主流道球面半径R 12?小端直径d 35?
启模时为了便于将凝料从主流道中拔出应将主流道设计成圆锥形其锥度为3?经换算得出主流道的大端直径D 65?同时为了使熔料顺利的进入分流道可在主流道出料端设计半径r 1?的圆弧过渡
343分流道的设计
分流道是主流道与浇口的连接通道分流道的设计要点及分流道的截面形状及尺寸的确定如下
1 分流道的设计要点
? 流经分流道的熔体温度和压力损失要少为此分流道一要短二要光洁表面粗糙度低三是容积要小四是应避免弯折
? 分流道要使熔料能迅速而又均匀的进入各型腔应力求采用平衡进料
? 分流道便于加工便于使用标准刀具
2 分流道的截面形状及尺寸的确定
铸型中常见的分流道截面形状有圆形梯形U形和半圆形四种分流道的形状和尺寸应根据塑件体积壁厚形状的复杂程度注射速率分流道的长度因素来确定本塑件形状不太复杂熔料填充比较容易为了便于加工起见选用截面为半圆形分流道查《模具设计手册》取分流道半径R 5?如图5所示
344浇口的设计
1 浇口的截面尺寸的确定要点
浇口截面尺寸及形状的确定要根据制件的尺寸
壁厚塑料品种以及制件的结构和相应的浇口形式而定
可采用先取小值试模后再根据实际情况修正的方法
2 浇口位置确定要点
? 浇口应设计在制件壁厚最厚之处并力求浇口
至各型腔的距离尽可能接近 图7
? 应避免在浇口处产生喷射及在成型中产生蛇流现象
? 应充分考虑制件的尺寸和精度要求由于塑料凝固
收缩在流动方向及垂直于流动方向的收缩率不相同所以应充分考虑收缩的方向性及由收缩引起的变形
3浇口的设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列形式选用侧浇口较为理想设计时确定从上型腔的分型面处进料模具采用镶拼式型芯及采用哈夫块这样有利于铸型的填充及排气为了便于控制熔液浇注的压力确定侧浇口截面为锥形初选小口直径为1?试模时再根据实际情况进行修正浇口简图如图5所示
35侧向分型与抽芯机构的设计与计算
利用推出结构的推力驱动斜滑块按其所设定的斜度和推出距离在推出制品的同时完成垂直分型面的垂直分型和抽芯抽芯距不大但侧凹的成型面积较大需要较大抽芯力的制品比如线圈骨架线轴之类的东西
351斜导柱抽芯结构设计的要点与注意事项
1斜导柱抽芯结构设计时应注意的重要尺寸 图6所示
1斜导柱直径d H7k6或H7m6
2过渡圆角 r 1,3 ? R 2,5 ?
3斜导柱柱倾角 ? 25?
4哈夫块倾角 2?,3?
5滑块高度h ? 2H 3
2 设计时的注意事项
1滑块完成抽芯之后留于滑块导轨内的配合长度? 2L3同时滑块应设置可靠的定位止动装置
2当滑块或侧型芯沿模具轴线的投影与推杆端面有重合部位时会发生干涉
相碰若经计算不能避免时则必须设计推杆先复位装置
图8 斜导柱抽芯结构
Figure 8 slanting guiding pole core-drawing structure
352抽芯力的估算与斜导柱直径的计算
1抽芯力的计算公式如图 9所示
图9 抽芯力计算简图
Figure 9 core-pulling force calculation
根据 3
式中
F ---- 抽芯力单位N
---- 塑件收缩产生对型芯的正压力单位N
f ---- 塑料对钢的摩擦系数取015,1左右
---- 脱模斜度一般在1?左右
2斜导柱直径的计算公式
d 4
式中---- 斜导柱所受的最大弯曲力单位N
L ---- 侧型芯滑块受的脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导柱固定
板的距离单位?
---- 许用应力碳钢为137MPa
---- 斜导柱倾角
353抽芯距和斜导柱的长度计算
1圆形线轴抽芯距的计算式
2,3? 5
式中R ---- 制品最大外形半径
r ---- 阻碍制品推出的外形最小半径
---- 抽芯距
2 斜导柱长度计算公式如图3-8所示
L 6,10 6
式中L 斜导柱的总长度单位?
H 定模板的厚度单位?
图10 斜导柱计算简图
Figure 10 oblique guide column calculating diagram
354抽芯机构的设计计算
由于本塑件制品圆柱面上有凸耳其垂直于脱模方向阻碍成型后塑件从模具脱出因此成型凸耳的型芯必须做成活动型芯即须设置抽芯机构本模具设计中采用了斜导柱抽芯机构
1确定抽芯距
抽芯距是侧型芯从成型位置抽到不妨碍制品抽出的位置时侧型芯在抽拔方向所移动的距离对于本塑件由于是圆形骨架件且采用了哈夫块合模哈夫块的抽芯距应为
2,3?
2,3?
?8,9?
式中R ---- 制品最大外形半径单位?
r ---- 阻碍制品推出的外形最小半径单位?
---- 抽芯距单位?
2确定斜导柱倾角
斜导柱的倾角是斜抽芯机构的主要技术数据之一它与抽拔力以及抽芯
距有直接关系一般取 15?,20?本模具设计采用 15?
3确定斜导柱的直径尺寸
斜导柱的直径取决于抽拔力及其倾斜角可按有关公式进行计算或计算
出侧抽芯力后进行查表取得后由和倾斜角查得斜导柱直径d 侧抽芯力的计算如下 注按平均尺寸估算
根据 P?A 196?[ π - π - ] ? 518518 N F Cosɑ f-tgɑ 1 fSinɑ?Cosɑ
518518 ? Cos0? 015 - tg0? 1 015?Sin0??Cos0? ? 77778 N
01? 01? 15 ? 15 225 N
? 33 N
4? F 4? 77778 25 33 323412 N 其中f 015,1 0?
---- 塑件收缩时对型芯产生的正压力N
F ---- 抽芯力N
---- 大气压力造成的阻力单位N
---- 哈夫块的重力单位N
---- 总的抽芯力单位N
由图11可知
图11 侧抽芯力计算简图
Figure 11 core-drawing force calculation
Cosɑ
321412 Cos15?
334821 N
?tgɑ 323412 ? tg15?
86657 N
查手册计算确定圆形斜导柱的直径确定为
d ? 1148 ?
其中L ---- 侧型芯滑块受的脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导柱固定板的距离L 6 Cos15? 621?
[σ] ---- 导柱材料碳钢的许用弯曲应力[σ] 137Mpa
说明由于抽芯力是平均估算的为了安全起见最后选择d 12?,16?本设计中取d 15?
4确定斜导柱的长度
斜导柱的长度应根据抽芯距固定端模板的厚度斜导柱直径及斜角大小确定其长度可根据公式L 6,10D计算
定模板厚度尺寸预设为H 25?试装配以后若有变化再修正长度L取D 20?时由公式计算得L 76?
36型芯与型腔的定位与导向结构
型芯与型腔最常用的定位导向结构是由导柱和导套按一定的配合要求固定部分H7k6或H7m6导向定位部分H7f6相配合组成的结构它是塑料成型模具装配及模具成型过程中保证动定模型芯与型腔合模后相互位置准确的重要保证其功能除定位和导向外还能承载一定的侧向作用力
导柱和导套既是标准件又是通用件它是标准模架组成部分之一有相应的国家标准查《模具设计手册》可采用S1825型230X250标准模架
37滑块哈夫块与导槽设计
1滑块与侧型芯凸耳的连接方式设计
提带连接扣模具中侧向抽芯机构主要用于成型零件的侧向凸耳的成型由于侧向凸耳尺寸较小考虑型芯的加工和装配问题确定采用整体式结构如图12所示
2滑块的导滑方式
为了使加工装配方便滑块的导划方式拟采用压块式装配时应对压块或导滑槽采用配磨研配的装配方法
图12侧抽芯滑块图
Figure 12 core-drawing slide block diagram
3滑块的长度和定位装置的设计
由于提带连接扣模具采用哈夫块式且侧芯距不是很大因此导滑长度没有特别要求与滑块大小相同即可滑块的定位装置采用弹簧与螺钉的组合形式经粗略计算弹簧的最大压缩量为26?极限载荷为352N直径1?中径10?如图3-11所示
38成型模的设计
注射成型模具的设计和制造其最终目的是为了能按用户要求和市场需要快
捷及时既安全又稳定持久地生产出质地精良的制品
381成型模的结构
型腔和型芯的结构设计按其结构形式的不同可分为整体式和整体镶入式等 1型腔的结构设计 提带连接扣模具采用一模四件的结构形式考虑模具加工的难易程度和成本
等因素上型腔拟采用镶块式结构其结构形式如图13所示
图13型腔结构
Figure 13 cavity structure 2型芯结构件的设计
型芯主要是为了铸出提带连接扣上4??10?的槽其主要结构如图 13所示 382成型模尺寸的计算
1铸型型腔尺寸的计算公式
1径向尺寸计算公式
L L L?S, - 3?4 7 式中? ---- 塑件的尺寸公差单位?
L---- 成型零件的径向尺寸单位?
---- 成型零件的制造公差 13,16 ? ? S ---- 塑件的成型收缩率取平均值
L ---- 塑件的径向基本尺寸单位?
2高度计算公式
H H H?S,- 2?3 8 式中? ---- 塑件的尺寸公差单位?
---- 成型零件的制造公差 13,16 ? ?
S ---- 塑件的成型收缩率取平均值
H---- 成型零件的深度方向的尺寸单位? H ---- 塑件的深度方向基本尺寸单位?
2型芯尺寸的计算公式
1型芯长度的计算公式
L L L?S, 3?4 9
式中? ---- 塑件的尺寸公差单位?
---- 成型零件的制造公差 13,16 ? ?
S ---- 塑件的成型收缩率取平均值 L ---- 成型零件的径向尺寸单位?
L ---- 塑件的径向基本尺寸单位?
2型芯高度的计算公式
H H H?S, 2?3 10
式中? ---- 塑件的尺寸公差单位?
---- 成型零件的制造公差 13,16 ? ?
S ---- 塑件的成型收缩率取平均值
H---- 成型零件的深度方向的尺寸单位? H---- 塑件的深度方向基本尺寸单位?
3成型模零件的设计计算
查表得ABS的收缩率为S 03,,07,因此模具中的成型零件工作尺寸计
算时均采用平均收缩率S 05,模具制造公差取δ ?3
提带连接扣零件图中未注公差均按IT12级计算均为单向极限公差将尺寸12
?014?换算为单向极限为1214?
铸型型腔和型芯工作尺寸的计算结果见表3-1所示计算过程如下 1型腔镶块型腔的计算
a根据连接扣帽部尺寸Φ20? ? 022? 0223 0073 计算得 L L L?S, - 3?4
20 20?05, - 3?0224
1994 ?
b根据连接扣帽部尺寸 3? ? 01? 013 0033? 计算得 H H H?S, - 2?3
3 3?05, - 2?013
295 ?
2哈夫块型腔的计算
a根据连接扣塞部尺寸1214? ? 028? 0283 0093?
计算得 H H H?S, - 2?3
1214 1214?05,-2?0283
1201 ?
b根据连接扣帽部尺寸2? ? 01? 013 0033? 计算得 H H H?S,-2?3
2 2?05, - 2?013
194?
c根据连接扣塞部尺寸6?006? 0123 004?
计算得L L L?S, ?2
6 6?05, ?002
603?002?
d根据连接扣塞部尺寸Φ12? ? 018? 0183 006? 计算得 L L L?S, - 3?4
12 12?05, - 3?0184
1193?
e根据连接扣塞部尺寸Φ15? ? 022? 0223 0067? 计算得 L L L?S, - 3?4
15 15?05, - 3?0224
1493?
3型芯的计算
a型芯杆的长度计算
根据连接扣凹槽尺寸Φ8? ? 015? 0153 005? 计算得 L L L?S, 3?4
8 8?05, 3?0154
815 ?
b4?10的镶块凸台计算
根据连接扣凸台部尺寸4? ? 012? 0123 004? 计算得 L L L?S, 3?4
4 4?05, 3?0124
411 ?
根据连接扣槽部尺寸10? ? 015? 0153 005?
计算得 H H H?S, 2?3
10 10?05, 2?0153
1015?
其中? ---- 塑件的尺寸公差单位?
---- 成型零件的制造公差 13,16 ? ?
S ---- 塑件的成型收缩率03,,07,
H---- 成型零件的深度方向的尺寸单位?
H ---- 塑件的深度方向基本尺寸单位?
L---- 成型零件的径向尺寸单位?
L 塑件的径向基本尺寸单位?
4型腔侧壁厚度和底板厚度的计算
a上型腔侧壁厚度的确定
上凹模镶块型腔为圆形整体式型腔可根据圆形整体式型腔侧壁厚度计算公式进行计算由于型腔的高度h 3?尺寸很小因而所需的壁厚t也较小由《模具设计大典》查得型腔壁厚t取5,10?较适宜其具体尺寸则可根据模具结构设计图最终确定设计镶块为矩形其设计尺寸为90??50?
b哈夫块的设计计算
设计中塑件的下部分型腔是由两块哈夫块组合拼接而形成的所以应根据组合式圆形型腔的计算公式进行设计计算同时由于型腔的尺寸小于86?应采用刚度计算公式确定侧壁厚则侧壁厚度t为
t R–r ? r 11
式中t ---- 型腔的侧壁厚度单位?
R ---- 型腔外半径单位?
r ---- 型腔内半径单位?
μ ---- 泊松比取025
E ---- 钢的弹性模量取206?10MPa
P ---- 型腔内的塑料熔体压力取50 MPa
[δ]---- 型腔允许变形量取最大溢边值005? 计算得 t ? 75
t ? 75?104
t ? 75?104
t ? 778?
考虑到哈夫块的定位问题需安装定位销进行定位故根据结构设计哈夫块从
边距至型腔最大处取15?
c动模座板的设计
由《模具设计手册》查取动模座板的总长度B 102,300?取动模座板的
厚度为013,015B即板厚H为13?左右即满足结构设计要求综合考虑模具整体
结构的协调最终确定动模座板总厚度为55?支承板厚选为20? 型腔和型芯的工作尺寸计算汇总表如表3-1所示 表3-1 型腔和型芯的工作尺寸计算汇总表
类别 序号 模具零
件名称 塑件
尺寸 计算公式 型腔或型芯
的工作尺寸 型
腔
的
计
算 1 型腔镶块的型腔
2 哈夫块
型
芯
的
计
算 1 型芯杆 2 4?10的型芯固定块凸台
39模具的加热和冷却系统的设计和计算
模具设计中有两个重要的环节必须充分考虑一是加热二是冷却根据提带连接扣的材质ABS浇注时的成型温度260?, 290?可知连接扣在注射成型时不要求有太高的模温因而模具的总体设计可以不设加热系统但模具是否需要冷却系统设计中作了如下的计算得以确定
设定铸模采用水冷铸模平均工作温度为60?用常温20?水作为模具的冷却介质其出口温度为40?产量初算1套min加上浇注系统的凝料共计约为077kgh
塑件在硬化时每小时释放的热量Q查《模具设计手册》得ABS的单位热流量为
Q 35?10Jkg
则 Q W?Q 077?35?10 2695?10 Jkg
冷却水的体积流量V
V 12
式中 V ---- 所需冷却水的体积单位mmin
W ---- 每次注入模具的塑料的质量单位kg
n ---- 每小时注射的次数
ρ ---- 冷却水在使用状态下的密度单位kg m
c---- 冷却水的比热容单位Jkg??
t ---- 冷却水出口温度单位?
t ---- 冷却水入口温度单位?
?h ----从融熔状态的塑料进入型腔时的温度到塑料冷却脱模温度为止塑料所释放的热量约为35?10Jkg
计算后得V 054?10 mmin
由上述计算可知因模具每分钟所需的冷却水体积流量很小故模具可不设冷却系统铸件依靠空冷的方式冷却即可
310推出与复位机构
塑件在成型冷却后需要从模具成型零件上脱出使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构常用的推出机构按动力源可分为手动推出机构机动推出机构液压和气动推出机构推出机构的组成一般包括推板杆固定板导向部件与复位部件等复位机构的功用是模具在合模时使推出元件在合模后能回到原来的位置通常模具设计中采用的主要是利用复位杆进行复位
本模具设计中采用的是利用推杆推出复位杆复位的结构形式其结构及尺寸
见零件图
3101推杆的校核
根据抽芯力的计算公式
F Cosɑ f-tgɑ 1fSinɑ?Cosɑ
其中 P?A 196?[π8?12] ? 59082 N
计算得F cosɑ f - tgɑ 1 fsinɑ?Cosɑ
59082?Cos05? 015-tg05? 1 015?Sin05??Cos05?
? 82605 N
根据欧拉公式 13792 N 〉F
式中E ---- 钢件的弹性模量取200GPa
I ---- 横截面积惯性距I
---- 相当长度系数 05单位m
结论推杆的强度满足使用要求
311模具闭合高度的确定
根据支承与固定板零件的设计中提供的经验数据以及选用的标准模架S1825型230??315?提供的数据确定定模板的高度H 25?定模座板的高度H 25?动模板板座的高度H 55?支承板的高度H 20?
根据推出行程和退出机构的结构尺寸确定垫块的高度H 53?动模板的高度H 25?
确定模具的总闭合高度为
H H H H H H H 25 25 55 20 53 25 203 ?
312注射机有关参数的校核
1模具与注射机安装尺寸的校核
本模具的外形尺寸为315? ? 250? ? 203? 而PD-118型注射机模板最大安装尺寸为385? ? 339?故模具能满足在注射机上的安装要求
同时 PD-118型注射机所允许模具的最小高度为H 130?最大高度为H 400?由上述模具的闭合高度的计算结果H 203?可知设计模具的高度满足H? H ?H的安装条件
2开模行程与顶出机构的校核
经查资料PD-118型注射机的最大开模行程为S 285?并应满足下式条件要求
SK ? HA HB 5,10 12 58 5,10 80? 13
校核由于模具侧抽芯距不大H抽,HA HBH抽对开模行程没有影响不会增大开模距离所以按公式3-13进行校核即可经校核注射机顶出机构能够满足使用要求故可选用
3锁模力的校核
注射成型时模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关为了可靠的锁模不使成型过程中出现溢料现象应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机的额定锁模力即
n A A?P F 14
式中n ---- 塑件的个数
A ---- 单个塑件在模具分型面上的投影面积单位
A ---- 浇注系统在分型面上的投影面积单位估算
P ---- 塑料熔体对铸型型腔的成型压力单位Mpa其大小一般为注射
压力
的75,,80,本塑料的注射压力为70,90 MPa
F ---- 注射机的额定锁模力单位kNPD-118型注射机为118 kN
校核 4 ?π?10 130 ? 5 ?56 10674 kN 118 kN
结论铸模锁模能力满足要求
4注射压力的校核
注射压力的校核是核定注射机的最大注射压力能否满足该塑件的成型需要塑件成型所需要的压力是由注射机的类型喷嘴的形式塑料的流动性浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的其中螺旋式注射机其注射压力的传递比柱塞式注射机好因此注射压力可取得小些由《模具设计手册》查得PD-118型注射机的注射力为70,90 Mpa铸件成型面积约为1906?经换算得注射压力为F 13342 N 20874 N额定压力因此注射压力符合要求
5注射量的校核
注射机所允许的最大注射量是保证塑料熔体是否能够充满铸型型腔的重要条件设计时应保证注射模内所注入的熔体总量在注射机实际最大注射量所允许的范围内一般注射机的最大注射量是允许最大注射量的80由此有
n ? 80 15
式中 n ---- 型腔数
---- 单个塑件质量单位g
---- 料柄质量估算单位g
校核 4 ? 2 3 11 g ? 80?182 g 1456 g
结论注射量满足PD-118型注射机的使用要求
313此模具的工作原理
本水杯提带连扣浇注模具的工作原理为模具安装在PD-118型注射机上其中定模部分固定在注射机的定模板上动模部分固定在注射机的动模板上动静模合模后注射机通过喷嘴将熔料经浇注系统注入型腔铸模经保压冷却后成型
开模时动模部分随动模板一起移动最初因斜导柱和滑块之间存在一定的间隙滑块将会有一滞后动作垂直分型面先离开一定的距离此时由于滑块没动冷料穴中的Φ3的料头将料柄从浇道中拽开使其分离然后分型面打开斜导柱开始与滑块接触并驱使滑块运动从而使两哈夫块分开
继续开模完成侧抽动作滑块在弹簧的作用下而被限置于限位螺钉位置当分型面打开到80?时动模运动停止铸模的推出机构开始工作在注射机的顶出装置的作用下通过推动推板促使推杆运动将塑件顶出合模时随着分型面的闭合斜导柱导柱逐渐进入哈夫块驱动哈夫块进行复位至型腔同时复位杆也也对推杆进行复位与此同时动模座中间的台阶对哈夫块进行限位锁紧楔进行锁紧限位钉对推板进行限位完成合模状态进行再一次注射
314模具的装配与模具的调试
3141模具的装配
1检验主要工作零件和其他零件尺寸
2定模座板组件的装配见装配图
1将型腔镶块8导套10压入定模座板3中
2磨平上端面研修有型腔的一面使两件的表面处于同一平面内
3再把锁紧楔2斜导柱6压入定模座板3中
3定模板组件的装配见装配图
1将浇口套9压入定模板1中
2装入定为圈7
3磨平上下端面
4定模板组件与定模座板组件二级合装见装配图
用内六角螺钉42425将定模板组件和定模座板组件合在一起形成一个二级组件
5动模座板组件的装配见装配图
1动模座板12压块26与哈夫块5的组装
? 用内六角螺钉31将动模座板12压块26及哈夫块5合装组合
? 研修动模座板的导滑槽与哈夫块5之间的间隙保证单边间隙001?,0015?导滑槽与压块26之间的间隙保证在001?,002?之间压块26与哈夫块5侧壁的间隙在001?,005?之间研修动模座板12中间凸台上表面确保运动灵活
? 研修动模座板12中间凸台侧表面与哈夫块5的25?的深度方向配合使动模座板12中间凸台两侧表面研修对称并且确保两哈夫块拼合后间隙小于或等于ABS材料的溢边值005?
? 研修动模座板12的上表面与哈夫块上表面相平
2型芯固定块19导柱11型芯27和动模座板12的组装
? 将型芯固定块19导柱11压入动模座板12中压入过程应不断的校验其垂直度
? 磨平下端面
? 研修型芯固定块19的台阶面与动模座板12中的凸台在同一平面型芯固
定块19的上端面与哈夫块型腔配合达要求
? 将型芯27压入型芯固定块19之中
? 磨平下端面
? 研修型芯27的上端面与哈夫块上表面相平
6推出与复位机构的组件装配见装配图
1组装推杆28复位杆21推杆固定板17推板18
2研配推杆28复位杆21高度至要求并在推杆头部顺序的雕刻上????字样做标记
7组装动模板组件见装配图
1将限位钉16与动模板15进行组装
2磨平限位钉16
8动模的装配见装配图
用内六角螺钉23将第5,8步的组合件与支承板13和垫块14组成动模
9动定模合拢修配见装配图
1合拢动模与定模的两个组件
2在哈夫块型腔5的两个对拼面密合的状态下用红丹粉检验并研修锁紧楔2的斜面使其与哈夫块5贴合后分型面处应留有002,003?的间隙
10动定模合模组装
在动模中装入弹簧20及哈夫块5的限位螺钉30后与定模组合成完整的模具装配后应保证斜导柱能够顺利的进入与拔出
模具组装完成后下一步应进行模具的试模工作
3142模具的调试
1模具的安装
? 清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物毛刺等
? 因模具外形尺寸不大可采用整体安装法先在压铸机下面两根导轨上垫好板模具从侧面装入机架先将定模入定位孔并放正慢速闭合模板并压紧然后用压板或螺钉压紧定模并初步固定定模最后慢速开闭模具找正动模保证开闭模时平稳灵活无卡住现象确定后固定动模
? 调节锁模机构保证其开模距及锁模力达到设计要求使模具闭合适当
? 慢速开启模板直至模板停止后退为止调节顶出装置保证顶出距离达到设计要求开闭模具观察顶出机构的运动情况确保动作平衡灵活协调
? 模具装好后待料筒及喷嘴温度上升到距离浇注温度20?,30?时校正喷嘴与浇口套之间的相对位置及圆弧面接触情况可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间观察两者接触印痕检查吻合情况调节松紧程度至浇注要求校正后拧紧注射模座定位螺钉将其紧固定位
? 开空车运转观察各部件的运行情况调试至正常确定后可注射试模
2试模
试模时塑件上常可能会出现各种铸造缺陷必须及时对其进行原因分析设计方案排除故障造成铸件次废品的原因很多分析其原因时应重点从铸件的成型条件成型设备模具结构及其制造精度浇注温度冷却方法等因素进行分析找出主要原因然后再采取相应措施加以解决
结 论
本论文主要阐述了提带连接扣注塑模的设计过程论文从提带连接扣的结构特点出发提出由于提带连接扣在结构上存在孔凹穴凸台所以模具上用于成型该处的零件必须制成可测向移动的零件以便在脱模之前先抽调侧向成型零件保证顺利脱模由此提出模具设计时必须采用测向分型与抽芯机构此乃设计的主要难点本设计的最终目的是解决此难题
侧向分型与抽芯机构的种类很多根据动力源的不同一般可分为机动液动或气动手动等机动侧向分型与抽芯机构是利用注射机开模力作为动力通过传动零件使力作用于侧向成型零件而将模具侧向分型或把侧向型芯从塑件中抽出合模时又靠它使侧向成型零件复位此机构合型与抽芯无须手工操作生产率高在生产中广泛使用本设计中即采用了机动式斜导柱侧向抽芯机构此机构的特点是结构紧凑动作安全可靠加工制造方便可满足提带连接扣的成型要求
本论文的阐述与设计过程如下
论文第一章主要介绍了与提带连接扣的材质ABS有关的塑料基础知识及塑料的成型工艺性能
论文第二章对塑料注射成型工艺进行了介绍重点阐述了了塑料制品从原料到成品的注射成型原理与成型工艺过程同时对侧向抽芯注射成型模具的结构作了简单的阐述
论文第三章是提带连接扣模具的设计重点设计中首先通过对提带连接扣塑件的结构分析确定其注射模具采用机动式斜导柱侧向抽芯机构以保证其结构上的孔凹穴及凸台的成型然后根据塑料成型模具的设计理论对此塑件注射成型模具的结构设计进行了详细的设计其中主要包括型腔数量的确定与成型工艺规程
的编制注射末的结构方案的确定模具分型面的选择浇注系统的设计测向分型与抽芯机构的设计与计算型腔与型芯的定位与导向结构的设计哈夫快与导槽的设计模具加热与冷却系统的确定模具推出与复位机构的设计等同时对重要零件的强度及模具在注射机上的安装进行了校核对模具的工作原理及模具的安装与调试进行了阐述
本模具的设计结构合理并有两个突出的特点1采用内置弹簧与限位螺钉的结构此结构比外拉式弹簧定位外形美观结构紧凑2采用冷料穴的特殊设计通过3?沉料头保证制品及浇注系统中的凝料留在动模从而无需拉料杆简化了模具结构人工劳动强度小操作方便生产率较高基本实现了自动化
诚然本模具的设计在理论上是合理可行的能满足提带连接扣塑件的成型要求但由于缺乏实际生产以进行进一步的可行性验证所以要想将此模具投入实际生产在模具制造完毕后必须反复进行试模然后针对所生产的塑件质量进行分析并根据其实际加工精度对模具进行修整或进行注塑参数的调整以最终达到生产合格制件的要求
由于时间所限本文的错误和不足在所难免望各位老师和同学批评指正
致 谢
本次水杯提带连扣注塑模具的设计能得以顺利完成特别感谢林艳华老师的悉心指导和不倦的教诲各位老师以渊博的学识严谨的治学态度强烈的创新精神和丰富的实践经验在课题的确定资料的推荐及设计过程中对本人都作了耐心详尽的理论指导使本人不仅能将学过的理论知识灵活应用于注塑模具设计的实践中更能够结合生产实践不断的修正完善模具的设计可以说若没有老师的悉心指导本人将很难如期的完成毕业设计任务在次衷心的向老师说声谢谢
通过本次毕业设计本人不仅对本专业的应用领域有了更广泛的认识对塑料成型工艺与模具设计有了更深入的了解而且更重点掌握了注塑模具的类型结构特征工作原理与设计方法在设计过程中本人综合运用了四年大学学习中的相关知识提升了理论与实践相结合的能力
在此大学生活即将结束之际还要把我的感谢送给帮助过我的同学们是你们为我的学习生活为我的设计提供了无私的帮助真诚的感谢同学们谢谢各位
最后再次向大学四年期间所有的任课老师说声谢谢衷心的祝各位老师身体更健康生活更幸福工作更顺利我的祝福会永远陪伴您
参考文献
邹继强塑料模具设计参考资料汇编北京清华大学出版社2005 李德群塑料成型工艺与模具设计 北京机械工业出版社1984 陆 宁实用注塑模具设计 北京中国工业出版社1997 王孝培塑料成型工艺及模具简明手册 北京机械工业出版社2001 田椿年塑料注射成型模具结构图册 北京轻工业出版社1988 于 华注射模具设计技术及实例 北京机械工业出版社1998 屈华昌塑料成型工艺与模具设计 北京机械工业出版社2005 管殿柱AutoCAD2000机械工程绘图教程 北京机械工业出版社2001 冯丙尧模设计与制造简明手册上海上海科技出版社1985 陈万林实用塑料注射模设计与制造 北京机械工业出版社2000 模具实用技术丛书编委会模具材料与使用寿命 北京机械工业出版 社
2000
党根茂骆志斌模具设计与制造 北京机械工业出版社1998 许发樾实用模具设计与制造手册 北京机械工业出版社2000 马金骏塑料模具设计修订版 北京中国科学技术出版社1994 马金骏塑料模具设计修订版 北京中国科学技术出版社1994 陈孝康周兴隆等实用模具技术手册 北京轻工业出版社2001 章飞陈国平型腔模具设计与制造 北京化学工业出版社2003 龚桂义(机械设计课程设计图册 第三版(北京高等教育出版社 何贡顾励生等(公差与配合选用图册1994
吴宗泽(机械设计师手册(北京机械工业出版社20021
黄俊明吴运明詹永裕编著(Unigraphics?模型设计(北京中国铁道出版社
2001
董刚李建功潘凤章主编机械设计机械类 北京机械工业出版社20024
Ye ZhongheLan ZhaohuiMRSmith(Mechanisms and Machine Theory Beijing Higher Education Press 20017
Borko HBernier C L(Indexing concepts and methods New YorkAcademic Pr1978
MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION FX-20P-E PROGRAMMING PANEL OPERATION
MANUAL1992
件号 名称 材料 尺寸规格 数量 1 定位圈 45 棒料Φ105mm?20mm 1 2 浇口套 T8A 棒料Φ42mm?55mm 1 3 定模板
45 板料320mm?225mm?30mm 1 4 定模座板 45 锻料255mm?235mm?30mm 1 5 斜导柱 T8A 棒料Φ23mm?90mm 2 6 型腔镶块 9Mn2V 锻料145mm?60mm?30mm 1 7 锁紧楔 45 板料145mm?45mm?40mm 2 8 哈夫块 9Mn2V 板料150mm?93mm?40mm 2 9
压块 45 板料95mm?25mm?31mm 4 10 型芯固定块 9Mn2V 锻料140mm?34mm?56mm 1 11 型芯 9Mn2V 棒料Φ20mm?70mm 4 12
动模座板 45 锻料255mm?235mm?60mm 1 13 导套 20 棒料Φ38mm?45mm 4 14 导柱 20 棒料Φ28mm?90mm 4 15 复位杆
T10 棒料Φ20mm?125mm 4 16 推杆固定板 45 板料250mm?131mm?20mm 1 17 推板 45 板料250mm?131mm?20mm 1 18 推杆
SKD61 棒料Φ55mm?130mm 4 19 垫块 45 板料255mm?55mm?56mm 2 20 支承板 45 板料255mm?235mm?25mm 1 21 动模板
45 板料320mm?255mm?30mm 1 22 限位钉 45 棒料Φ23mm?26mm
4 备料清单
序号 名称 国标号 数量 1 M12?50内六角螺栓 GB70 - 85
4 2 M12?100内六角螺栓 GB70 - 85 4 3 M6?12内六角螺栓 GB70 - 85 10 4 M6?30内六角螺栓 GB70 - 85 4 4 Φ10?100mm圆柱销 GB70 - 85 4 5 M8?20内六角螺栓 GB70 - 85 4
6 12?10?35弹簧 GB2089 - 80 4 7 Φ10?50mm圆柱销
GB119 - 85 2 标准件清单
Abstract
- I -
河北理工大学毕业设计论文 目 录
绪论
9
1 塑料基础知识
2 塑料注射成型工艺
3 提带连接扣注射模的设计 - 37 -
结 论
- 44 -
致 谢
参考文献
附 录
图2 塑料制件的注射工艺过程 Figure 2Plastic parts of injection process
a
b
c