完整版有柄盖注塑模具设计说明书毕业设计论文.docx
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完整版有柄盖注塑模具设计说明书毕业设计论文
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目录
摘要、关键词I
Abstract、KeywordsII
目录III
1.引言1
2.塑料工艺分析与模具方案确定2
2.1制件的分析2
2.2模具方案的初步确定3
2.3总装图3
3.塑料的成型特性及工艺参数4
4.注塑设备的选择4
4.1计算塑件的体积和重量4
4.2选择设备型号、规格、确定型腔数4
5.浇注系统5
5.1确定成型位置5
5.2分型面的选择5
5.3浇口套的选用6
5.4流程比的校核7
6.脱模机构的设计8
6.1顶出机构8
6.2脱模力的计算8
7.侧向抽芯机构的设计9
7.1抽拔距与抽拔力的计算10
7.1.1抽芯距10
7.1.2抽芯力的计算10
7.2抽芯机构的设计11
7.2.1滑块与滑块槽的设计11
7.2.2定位装置的设计12
7.2.3斜导柱的设计与计算12
8.温度调节机构的选择13
8.1模具温度调节对塑件质量的影响13
8.2冷却系统的设计原则13
8.3冷却装置的布置如下14
9.塑件的Moldflow分析15
9.1有限元法介绍15
9.2有柄盖模型前处理15
9.3初始方案分析结果输出17
9.4制定优化方案20
10.注射机有关工艺参数的校核22
10.1注射量的校核22
10.2锁模力与注射压力的校核22
10.2.1锁模力的校核22
10.2.2注射压力的校核23
10.3材料厚度与注射机开模行程的校核24
11.成型零部件的设计与计算机构形式24
11.1成型零部件的结构形式24
11.1.1凹模的结构设计24
11.1.2型芯的结构设计24
11.2成型零部件的工作尺寸的计算25
12.模架、支承与连接零件的设计与选择28
12.1定模座板(250mm×315mm×25mm)28
12.2定模板(250mm×250mm×25mm)29
12.3动模板(250mm×250mm×50mm)29
12.4动模座板(250mm×315mm×25mm)29
13.合模导向与定位机构的设计29
13.1导柱导向机构30
13.2导向孔、导套的结构及要求30
13.3导柱布置30
14.排气与引气系统31
14.1.1排气系统的作用及气体来源31
14.1.2排气系统的设计要点31
14.2引气装置31
结论33
谢辞34
参考文献35
1.引言
随着各种性能优越的工程塑料不断开发,注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品。
要高质量、经济地生产出注塑制品,必须综合考虑成型树脂、注塑模具及注塑机的问题,注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本。
注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用,除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外,塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右,所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具,成为发挥注塑成型工艺的优越性,扩大注塑制品的首要问题。
传统的注塑模具设计,主要是依赖设计人员的经验,设计的速度、质量及可靠性的程度,因设计人员的经验而异。
又因模具是单品或极少批量的产品,采用传统设计方法,每一张图纸都需要手工绘制,设计人员的工作强度大,设计工作难以达到规范化、标准化。
目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计,其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE。
我国模具工业从起步到飞跃发展,历经了半个多世纪,近几年来,我国模具技术有了很大发展,模具水平有了较大提高。
大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。
模具质量、模具寿命明显提高;模具交货期较前缩短。
模具CADCAMCAE技术相当广泛地得到应用,并开发出了自主版权的模具CADCAE软件。
塑料模是应用最广泛的一类模具。
近年来,我国塑料模有长足的进步。
在制造技术方面,首先是采用CADCAM技术,用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段,CAE软件也得到应用。
2.塑料工艺分析与模具方案确定
2.1制件的分析
如下图所示,该制件为塑料有柄盖,使用材料为PP。
图2-1制件图
图2-2制件三维图
2.2模具方案的初步确定
由于塑件属于圆筒形薄壁深壳状零件,我们采用哈夫机构成型塑件的手柄,考虑到实际使用情况,杯口和杯外表面必须有很高的光滑度,可见用顶杆或者推件板顶出是不可行的,这里我们使用气动顶出装置。
并用气阀引导防止塑件在脱模时由于型腔内外的气压差导致变形。
工作过程:
开模后,气泵往型芯内鼓高压气体,气阀杆的弹簧受到压缩,气体冲出气阀将塑件吹出,鼓气结束,受到压缩的弹簧回复原始状态。
合模时,哈夫机构在斜导柱的引导下复位,顺利完成合模。
2.3总装图
总装图如图2-3所示。
图2-3总装图
15.水嘴16.螺塞17.弹簧18.钢珠19.薄壁水管20.右滑块21.水嘴
22.定模座板23.浇口套24.定位环25.内六角圆柱头螺钉26.楔紧块
27.斜导柱28.左滑块29.水嘴30.型芯31.封水胶垫32.水嘴33.螺塞34.气压泵接口
3.塑料的成型特性及工艺参数
PP的材料名称是聚丙烯(百折胶)。
百折胶质轻,可浮于水,它具有高的结晶度,高耐磨性,高温冲击性好,化学稳定性高,卫生性能好,无毒,耐热性高,可在100摄氏度左右使用,突出的延伸性能和抗疲劳性能。
可应用于微波炉、餐具、盆、塑料桶、保温瓶外壳、编织袋等生活用品,也可用于法兰,齿轮,接头,把手等工业元件。
PP的最大缺点就是容易氧化老化。
可用添加抗氧化剂与紫外光吸收剂等加以克服。
收缩率:
1.0~2.5%熔融温度:
230~275成型温度:
15~65度
比重:
0.902~0.906成型压力:
100~130Mpa流比长:
100~200
结晶性:
半结晶性射速:
高速注射
4.注塑设备的选择
4.1计算塑件的体积和重量
体积:
通过UG软件的“质量属性”分析塑件,得到塑件的体积为=46813.2061mm3=46.813cm3。
质量:
材料PP的密度取=0.91gcm3,则单个塑件的质量m=V=42.6g。
4.2选择设备型号、规格、确定型腔数
根据以上所计算的结果,可选择设备型号、规格、确定型腔数。
注射机的额定注射量为Vb,每次的注射量不超过它的80%,即
n=(0.8-)(4-1)
式中n—型腔数;
Vj—浇注系统的体积(g);
—塑件体积。
估算浇注系统的体积Vj:
根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积。
=0.78
由于该塑件外形较大,且需要比较复杂的抽芯机构,因此采用一模一腔,即n=1
则Vb=(nVg+Vj)0.8=59.5(4-2)
根据所计算的各项参数,选用J54-S200400型注塑机,注塑机的参数如下:
表4-1注塑机主要参数
标称注射量(cm3)
400
注射行程(mm)
160
注射压力(Mpa)
109
合模力N
螺杆直径(mm)
55
最大成型面积(cm2)
645
模板厚度
mm
最大
406
螺杆转速(rmin)
最小
165
喷嘴球半径(mm)
12
注射时间(s)
1.8
喷嘴孔直径(mm)
4
5.浇注系统
5.1确定成型位置
由于塑件的手柄处有侧凹,我们使用哈夫机构来成型,将两个滑块安排在手柄的两侧,每个滑块成型手柄的一半侧凹。
5.2分型面的选择
选择分型面的原则:
(1)有利于脱模;
(2)有利于保证塑件的外观质量和精度要求;
(3)有利于成型零件的加工制造;
(4)分型面数目与形状通常采用平行分型面,即采用一个与注射机开模运动方向垂直的分型面;
(5)型腔方位的确定:
在决定型腔在模具内的方位时,分型面的选择应尽量防止形成侧孔或侧凹,以避免采用比较复杂的模具结构;
(6)有利于侧向抽芯;
(7)考虑侧向抽拔距;
(8)应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上,而将短抽拔距作为侧向分型芯或抽芯,并注意将侧抽芯放在动模边,避免定模抽芯;
(9)锁紧模具的要求;
(10)有利于排气;
(11)分型面的选择应考虑注射机的技术参数。
综上所述,结合本塑件实际情况,将分型面定为如图5-1所示
图5-1分型面
为了避免A板和滑块有尖角产生,分型面应在边倒圆底端。
5.3浇口套的选用
由于采用直接浇口,在有柄盖底部的花纹需要成型,所以交口套底面必须加工出所需要的花纹,详细数据请参见浇口套零件图,示意图如下5-2所示
图5-2浇口套
由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触和碰撞,所以常将主流道设计成可拆卸的浇口套,材料为T10A钢,并淬火处理到洛氏硬度50~55HRC.
T10A钢适于制造切削条件差、耐磨性要求较高,且不受忽然和剧烈振动,需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具,可用作不受较大冲击的耐磨零。
5.4流程比的校核
在确定浇口位置及数量时,对于大型塑件还应该考虑所允许的最大流程比。
因为当塑件壁厚较小,而流程较长时,不但内应力增大,而且会因为料流温度降低较多而造成注射不满,这时必须增大塑件的壁厚,或增加浇口数量、改变浇口位置,以缩短最大流程。
流程比是指塑料熔体在型腔内流动的最大流程与其厚度之比。
即:
(5-1)
B——流程比;——各段流程长度;——各段流程的型腔厚度;
——允许的流程比,(这里塑料PP的允许流程比为280)
所以在允许的范围内,可行。
6.脱模机构的设计
6.1顶出机构
有柄盖属于薄壁、深腔壳状物件,故采用气动顶出,可简化模具结构,缩短模具闭合时间,同时塑件无顶痕,保证了有柄盖表面的光滑度。
气动顶出的设计要点:
(1)压缩空气供应充足。
多腔模具中各腔供应的压缩空气必须均衡。
(2)气道阀门密封良好避免塑料溢入;气道密封应良好,防止泄漏影响顶出力;
(3)带底孔的塑件尽量不用气动顶出;
(4)采用气动顶出时,型芯脱模斜度应尽量的小;
(5)采用锥形阀气动顶出时,应根据塑件底部面积选择合适的锥阀直径和锥度;
(6)矩形塑件采用两或多个气动顶出,以免塑件受力不均。
气动顶出装置如图2-3所示
6.2脱模力的计算
脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。
塑件在模具冷却定型时,由于体积收缩,其尺寸逐渐缩小,而将型芯或凸模包紧,在塑件脱模时必须克服这一包紧力。
对于不带通孔的壳体类塑件,脱模时还要克服大气压力;此外,尚需克服机构本身运动的摩擦阻力几塑料和钢材之间的粘附力。
一般而论,制品刚刚开始脱模之瞬间的摩擦力最大。
由于=2.5mm,d=90mm;
d=0.0278<0.05
所以该塑件为薄壁塑件,又因为塑件的断面为圆环形,根据参考知其计算公式:
F=+0.1A(6-1)
式中,S是塑料平均成型收缩率(%);E是塑料的弹性模量(MPa);是塑件对型芯的包容长度(mm);是模具型芯的脱模斜度(°);是塑料的泊松比;是塑件的平均壁厚;f是塑件与型芯之间的静摩擦力,常取0.1~0.2;A是盲孔塑件型芯在脱模方向上的投影面积,=1+fsincos1。
本塑件的材料选择为PP(百折胶),有关参数为S=1.75%,E=950MPa,=40mm,=0.392,A=276.46mm2,=3°;代入求得:
脱模力F=81.65kN。
7.侧向抽芯机构的设计
当注射成型侧壁带有孔,凹穴,凸台等的塑件时,模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件,以便在脱模前先抽调侧向成型零件,否则就无法脱模。
带动侧向成型零件作侧向移动的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。
按动力来源可分为:
手动抽芯机构、液动或气动抽芯机构和机动抽芯机构等三大类型。
其中机动抽芯机构是利用注射机的开模运动和动力,通过传动零件将侧型芯或侧型腔抽出。
这种机构结构比较复杂,但抽芯不需要人工操作,生产效率高,与液压或气动抽芯机构相比较无须另行设计液压或气压抽芯系统,成本较低。
根据传动零件的不同,机动抽芯又可分为斜导柱抽芯、斜滑块抽芯、弯销抽芯、斜导槽抽芯、弹簧抽芯、齿轮齿条抽芯等多种抽芯形式。
本次设计根据模具的结构,采用斜导柱抽芯机构。
斜导柱抽芯机构是最常用的一种抽芯机构,具有结构简单、制造方便、安全可靠等特点;其工作原理是:
斜导柱固定在定模板上,滑块在动模板的导滑槽内可以移动。
开模时,开模力通过斜导柱作用于滑块,迫使滑块在动模板的导滑槽内向两边移动,完成抽芯动作;塑件由推板推出型腔;挡板、弹簧及螺钉是滑块保持抽芯后的最终位置,保证合模时斜导柱能准确地进入滑块的斜孔,使滑块回到成型位置;在注射成型时,滑块受到型腔熔体压力的作用,有产生位移的可能,因此用楔紧块来保证滑块在成型时的准确位置。
斜导柱抽芯机构主要由滑块、滑块槽、滑块固定板和斜导柱等零件组成。
由于本塑件两侧有和一端有凹槽,阻碍成型后塑件直接从模具里脱模,所以必须采用内侧抽芯机构。
又因为抽芯距不是很大,侧凸的成型面积较小,故可采用斜滑块内侧抽芯机构。
斜滑块应考虑分型与与抽芯方向的要求,并尽量保证塑件具有较好的外观质量,不要使塑件表面留有明显的拼缝痕迹。
另外,还应使斜滑块的组合部分具有足够的强度。
图7-1抽芯机构
7.1抽拔距与抽拔力的计算
7.1.1抽芯距
抽芯距是指型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置,滑块所移动的距离。
一般抽芯距等于侧孔深加2~3mm。
则S=S1+(1+3)mm=10mm+3mm=13mm(7-1)
7.1.2抽芯力的计算
查表得抽芯力Q的计算公式[9]:
(7-2)
式中l—活动型芯被塑件包紧的断面形状周长;
)=125189.1N
7.2抽芯机构的设计
1.螺塞2.弹簧3.钢珠4.右滑块5.压紧块6.斜导柱7.左滑块
图7-1斜导柱抽芯机构
塑件的侧向抽芯机构如上图所示,开模时,斜导柱随定模一起运动,其带动滑块运动,直到运动到定位装置的位置;闭模时,斜导柱先进入斜导柱孔,在斜导柱和楔紧块的作用下,使侧向机构顺利合模。
7.2.1滑块与滑块槽的设计
(1)滑块与侧向型芯的连接
斜导柱抽芯机构的滑块分为整体式和组合式两种,考虑到节约材料和机械加工容易,本次设计中的滑块采用整体式,侧向型芯作为滑块的一部分一起加工。
(2)滑块槽的设计
侧向抽芯过程中,滑块必须在滑槽内运动,并要求运动平稳且具有一定的精度。
本次设计采用“T”形组合式的导滑槽,其由一块板做成滑槽板,导滑部分容易磨削,精度也容易保证。
设计滑槽时还应注意下面问题:
<1>滑块完成抽拔动作后,其滑动部分仍应有全部或部分长度留在滑槽内,滑块的滑动配合长度常大于滑块宽度的1.5倍;滑块完成抽拔动作后,其滑动部分留在导滑槽中的长度不应小于滑块配合长度的23,否则,滑块复位时容易倾斜,甚至破坏模具。
为不增大模具体积又要保证导滑槽长度,可在模具上采用局部加长导滑槽的方法;
<2>滑槽对滑块的导滑部分采用间隙配合,配合特性可选用H8g7或H8)的和的一半,即:
Scp=(Scpmax+Scpmin)2(11-1)
=(0.3%+0.8%)2
=0.0055
该塑件尺寸较大,因此精度要求较低,查表(SJT10628—1995),选用6级精度。
因此每个尺寸的公差均可由表中查出。
已知塑件尺寸如下:
图11-1制件图
表11-1尺寸计算
类型
塑件尺寸
计算公式
计算结果
型腔
表11-1续
型芯
中心距
12.模架、支承与连接零件的设计与选择
注射模中的各种固定板、垫块、支承板及模座等均称为支承零部件,它们与合模机构组装,便可构成模具的基本骨架。
注射模架的作用就是用来安装和固定注射模具中的各种功能结构,因此,在设计注射模时,必须保证各种支承零部件有足够的强度和刚度。
12.1定模座板(250mm×315mm×25mm)
定模座板是模具与注射机连接固定的板,材料为45钢。
通过8个Φ16的斜导柱与定模固定板连接,定位圈通过4个M4的内六角螺钉与其连接,定模座板与浇口套为H6f5配合。
12.2定模板(250mm×250mm×25mm)
用于固定型腔、导套、楔紧块、斜导柱。
厚度经计算校核应大于12,取标准值25。
采用45钢制成,调质230HB~270HB。
其上的导套孔与导套一端采用H7r6配合,另一端采用H8×250mm×50mm)
用于固定型芯,厚度经计算采用50mm
12.4动模座板(250mm×315mm×25mm)
模座是与注射机相联的模具底板,其作用是支承所有零部件、传递合模力及承受成型力。
设计要点:
(1)应有一定厚度;
(2)轮廓形状和尺寸应与注射机上的动定模固定板相匹配;
(3)模座上开设的安装结构(螺栓孔、压板台阶等)必须与设备上安装的螺孔的大小和位置相适应;
(4)材料:
碳钢、45钢、合金结构钢,调质230~270HBS。
13.合模导向与定位机构的设计
注射模在工作中周期性地开模、合模。
当动、定模完全分开时,可依靠注射成型机的拉杆导向,但仅靠注射成型机的拉杆导向并不能保证注射模具正常工作,注射模本身必须设置导向与定位机构。
导向机构的作用是:
(1)定位作用:
为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具,并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状,不至于因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均,或者模塑失效;另外,导向机构在模具的装配过程中也起定位作用,方便模具的装配和调整;
(2)导向作用:
在动定合模时,首先导向机构接触,引导动模、定模正确闭合,避免凸模或型芯撞击型腔,损坏零件;
(3)承受一定侧压力:
塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力,或由于注射机精度的限制,使导柱在工作中承受了一定的侧压力;
(4)保持运动平稳作用:
对于大、中型模具的脱模机构,有保持机构运动灵活平稳的作用。
13.1导柱导向机构
考虑到塑件的精度要求和生产批量大小,故导柱要有导套配合,导套的外径与导柱的相等,也就是导柱的固定孔与导套的固定孔同径,两孔可以一刀加工,以保证位置精度。
导柱同导套的配合都是间隙配合H7,导柱装入模板多用过渡配合H7m6或H7r6。
导柱的端部做成锥形或半球形的先导部分,使导柱能顺利进入导向孔。
多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢(T8A、T10A)经淬火处理,硬度为50~55HRC[18],以保证导柱具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯。
13.2导向孔、导套的结构及要求
考虑到装配方便,把导套的前面倒一个圆角,内孔有一定锥度;为避免孔内空气无法排出而产生反压力,给导柱的进入造成阻力,合模时有较大噪声,设计时把导柱孔打通。
该设计中,采用了有肩导柱和带头导套。
13.3导柱布置
根据模具的大小,选用了四根等直径导柱,它们合理均布在模具分型面的四周,导柱中心至模具外缘有足够的距离,以保证模具的强度。
14.排气与引气系统
14.1.1排气系统的作用及气体来源
为了防止塑件出现气泡,疏松等缺陷,在注射过程中应该将型腔中的气体排出。
模具型腔中的气体来源主要有以下几个方面:
(1)浇注系统和型腔中原有的气体;
(2)塑料中的水分在注射温度下蒸发的水蒸汽;
(3)塑料熔体受热分解产生的挥发气体;
(4)熔体中某些添加剂的挥发和化学反应生成的气体;
14.1.2排气系统的设计要点
(1)保证迅速,有序,通畅,排气速度应该与注射速度相适应;
(2)排气槽设在塑料流末端;
(3)应设在主分型面凹模一侧,便于加工和修整,飞边容易脱模和去除;
(4)尽量设在塑件较厚的部位;
(5)设在便于清理的位置,以免积存冷料;
(6)排气方向应避开操作区,以防高温熔体溅出伤人;
(7)其深度与塑料流动性、注射压力以及温度有关;
在本模具中,型芯和型腔之间有较大的间隙,故不但图开设排气槽。
14.2引气装置
引气装置的作用与排气系统的作用相反,是为了顺利脱模而采取的一种措施。
大型深腔底部密封的壳型塑件,成型后型腔被塑料充满,气体被排出,塑件内孔表面与型芯间形成真空,使脱模困难。
本模具由于塑件属于底部密封的壳型塑件,如不加引气装置,会使塑件变形。
引气阀如图14-1所示.
图14-1引气阀
结论
在本次模具设计中,我结合实际情况,综合考虑了塑件材料的安全性(无毒),可成型性,塑件的质量要求,模具的制造成本,模具的可加工性等要素,本着一切从实际出发的原则进行设计。
由于塑件是圆筒形薄壁深壳状零件,我采用哈夫机构成型手柄并用气动顶出装置顶出塑件,这即简化了模具结构又节省了制造成本,最主要的是使塑件表面无顶痕,保证了塑件的表面质量,也符合了人们生活的安全原则,在模具设计的后期,我用Moldflow软件对塑件进行分析,模拟了塑件在模具初始方案时的浇注系统和冷却系统下的成型情况,查出缺陷并在模具优化方案中重新设置工艺参数,消除缺陷或将缺陷控制在范围内。
这对模具后期调试提供了参考,节约了时间和劳动成本。
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