卷笔刀模具设计Word文档格式.docx
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3.3浇注系统的设计12
3.3.1浇注系统12
3.3.2主浇道设计13
3.3.3浇口套的选择13
3.3.4分浇道设计14
3.3.5浇口设计15
3.4加热、冷却系统的设计16
3.5顶出机构的设计17
3.6凹模的结构设计18
3.7凸模的结构设计19
3.8定位圈的设计19
3.9模架的选择20
3.10装配图设计21
第4章总结21
参考文献22
致谢22
前言
注塑产品在汽车、日用消费品、电子和医疗行业中占据着重要地位。
Unigraphics支持典型的塑料模具设计的全过程,有强大的实体/曲面混合造型CAD工具,并专为模具设计进行了优化;
进行全自动的二维图纸输出;
通过可靠的解决方案可以执行任何程度或任何复杂环节中的工程变更处理。
从读取产品模型开始,直到确定和构造拔模方向、收缩率、分型面、模芯块、型芯、型腔、滑块、斜顶、模架及其模具标准零部件,模腔布置、浇注系统、冷却系统和模具零部件清单(BOM)等,最终目的是快速、方便地建立与产品参数相关的三维实体模具,并将之用于加工。
综合利用UGCAD/CAM的功能,在UG平台上设计注塑模具并且对其进行数控编程,能够大大提高模具设计与制造的效率和质量。
本文以MP3转接壳为例,介绍基于UG的注塑模具的设计过程。
卷笔刀三维图
卷笔刀外壳工程图
第一章塑料的组成及特性
1.1塑料的含义及分类
塑料是以相对分子质量高的合成树脂为主要成分,加入其它添加剂,可在一定温度和压力下塑化成型的高分子合成材料。
塑料分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。
热固性塑料,经受热而发生化学反应,当加热(加压)达到一定温度而硬化并固化。
热固性塑料,一经加热固化后,再受热也不能恢复到原来的状态;
热塑性塑料,在受热后达一定温度则熔融软化流动,经冷却而固化。
热塑性塑料,可反复加热熔化、冷却固化,材料的化学性能不变。
在本毕业设计中主要牵扯到热塑性塑料。
1.2塑料的组成
1、树脂:
树脂是在受热时软化,在外力作用下有流动倾向的聚合物。
它是塑料中起粘结作用的成分,也叫粘料。
树脂主要决定塑料的基本类型(热塑性和热固性)和基本决定塑料的主要性能(机械性能、化学性能、导电性能等)。
2、添加剂:
是指分散在塑料分子结构中,不会严重的影响塑料的分子结构,而能改善其性质或降低成本的化学物质。
添加剂的加入,能促使塑料改进基材的加工性、物理性、化学性等功能和增加基材的物理、化学特性。
3、填料:
主要起改善塑料性能的作用。
常用的有粉状的木粉、滑石粉、铁粉、石墨粉等,纤维状的玻璃纤维、石棉纤维等,片状的麻布、棉布、玻璃布等。
4、增塑剂:
改善塑料的性能和提高柔软度。
常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯类,癸二酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。
5、稳定剂:
能阻缓材料变质的成分。
常用的稳定剂有二盐基性亚磷酸铅、三盐基性硫酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡等。
1.3塑料的特性
1、塑料的优点
(1)重量轻:
塑料的密度一般在0.9-2.3g/ml之间,约为铝的一半,铜的1/6
(2)比强度和比刚度高
(3)化学稳定性好:
对酸碱等化学物质有良好的抗腐蚀性
(4)电绝缘性好:
塑料有优越的电绝缘性和耐电弧特性
(5)耐磨性和减摩性好
(6)消声和吸震性能好
(7)可任意着色
(8)优良的自润滑性能并且适合大批量生产
2、塑料的缺点
(1)耐温性能差
(2)热膨胀系数大
(3)表面软,易吸尘
1.4注射模成型原理及工艺特性
注塑模亦称注射模,其成型原理是将塑料从注塑机的料车送进加热的料中。
经加热熔化呈流动状态后,在柱塞和螺杆的推动下,熔融塑料被压缩并向前移动,进而通过料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模型腔之中,充满型腔的熔料在受压的情况下,经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状,然后开模分型获得成型塑件,这样在操作上完成了一个周期的生产过程。
通常,一个成型周期从几秒钟到几分钟不等,时间长短取决于塑件的大小、形状、厚度、模具的结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件等因素。
注射成型是热塑性材料成型的一种重要方法,它具有成型周期短,能一次成型形状复杂的、尺寸精确、带有金属或非金属镶件的塑料制件,注射成型的效率高、易实现生产自动化。
注射成型的缺点是所用的注射设备价格高。
注射模具的结构复杂、生产成本高、生产周期长,不适合单件小批量的生产,除了热塑性塑料外。
一些流动好的热固性塑料也可以用注射方法成型,其原因是这种方法生产率高,产品质量稳定。
1.5主要塑料的性能参数
1、ABS树脂是五大合成树脂之一,其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良,还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点,容易涂装、着色,还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工,广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域,是一种用途极广的热塑性工程塑料
2、聚乙烯:
常用聚乙烯可分为低压聚乙烯(HDPE)、高压聚乙烯(LDPE)和线性高压聚乙烯(LLDPE)。
三者当中,HDPE有较好的热性能、电性能和机械性能,而LDPE和LLDPE有较好的柔韧性、冲击性能、成膜性等。
LDPE和LLDPE主要用于包装用薄膜、农用薄膜、塑料改性等,而HDPE的用途比较广泛,薄膜、管材、注射日用品等多个领域。
3、聚丙烯:
相对来说,聚丙烯的品种更多,用途也比较复杂,领域繁多,品种主要有均聚聚丙烯(HOMOPP),嵌段共聚聚丙烯(COPP)和无规共聚聚丙烯(RAPP),根据用途的不同,均聚主要用在拉丝、纤维、注射、BOPP膜等领域,共聚聚丙烯主要应用于家用电器注射件,改性原料,日用注射产品、管材等,无规聚丙烯主要用于透明制品、高性能产品、高性能管材等。
4、聚苯乙烯:
聚苯乙烯的密度为1.04~1.16g/cm3聚苯乙烯的主链上有结构庞大的苯环,故柔顺性差,质地脆硬,抗冲击性能差,敲打时发出类似金属的响声。
机械强度低于硬质聚氯乙烯,尤其是相对分子量较小的品种强度更差,聚苯乙烯属于非结晶型聚合物。
聚苯乙烯具有良好的可塑流动性和较小的成型收缩率,是成型工艺最好的塑料品种之一,容易制造形状复杂的制品。
聚苯乙烯无色无味无毒透明,透光性仅次于有机玻璃,着色性能优良,能染成各种鲜艳的色彩,常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品。
聚苯乙烯具有很小的吸水率,在潮湿的环境中尺寸变化很小,加工前不需要干燥处理,适用于制造要求尺寸稳定的制品,聚苯乙烯能耐碱、硫酸、磷酸、10%~30%的盐酸、稀醋酸及其它有机酸,但不耐硝酸及氧化剂的作用,对水、汽油、植物油及各种盐溶液也有足够的耐蚀能力,如仪表仪器壳体等。
聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能,尤其是在高频条件下的介电损耗仍然很小,是优良的高频绝缘材料。
聚苯乙烯的主要缺点是脆性大,形状复杂的制品成型后存在较大的内应力时,常会在使用中自行开裂。
为改善聚苯乙烯的脆性,加入少量的聚丁烯可明显降低脆性,提高冲击韧性。
这种塑料称为高冲击聚苯乙烯。
通过对以上四种常用材料性能及其特点的对比,本品选用聚苯乙烯材料作为成型材料,收缩率好、成型工艺性好。
1.6聚苯乙烯的工艺性能
1、聚苯乙烯的成型性能
(1)无定形料,吸湿性小,不易分解但性脆易裂,人膨胀系数大易产生内应力
(2)流动性好(溢边值为0.03mm左右)可用螺杆或柱塞式注射机成型
(3)易采用高温料、高温模、低注射压力,延长注射时间有利于减少内应力,防止缩孔变形。
料温过高易出现“银丝“料温过低或脱模剂过多则透明性差
(4)可采用各种形状的浇口,浇口与塑件应圆弧过渡连接,防止除浇口时损坏塑件,脱模斜度易大,顶出均匀以防止脱模不良发生开裂变形
(5)塑件壁厚均匀,最好不带镶间各面应圆弧连接,不宜有缺口
第二章注射成型工艺
2.1工艺分析
该塑件尺寸小,整体结构较简单.多数都为曲面特征。
除了配合尺寸要求精度较高外,其他尺寸精度要求相对较低,但表面粗糙度要求较高,再结合其材料性能,故选一般精度等级:
5级。
为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。
该浇口的分流道位于模具的分型面处,浇口横向开设在模具的型腔处,从塑料件侧面进料,因而塑件外表面不受损伤,不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
塑件的工艺参数:
成型收缩率:
0.6~0.8%平均收缩率:
0.65%
聚苯乙烯的注射参数:
喷嘴形式:
直通式喷嘴温度/oC:
160~170
料筒温度/oC:
前段170~190中段170~190后段140~160
模具温度/oC:
20~70(模具温度将影响塑件光洁度,温度较低则光洁度较低)
融化温度:
210~280℃(建议温度:
245℃)
成型温度:
170~280℃
注射压力/MPa:
60~100
保压力/MPa:
30~40
注射时间/S:
0~3
保压时间/S:
15~40
冷却时间/S:
15~30
成型周期/S:
40~90
2.2注射成型基本过程
注射成型是把塑料原料(一般为经过造粒、染色、加入添加剂等处理后的颗粒料)放入料筒中,经过加热熔化,使之成为高粘度的流体——称为“熔体”,用柱塞或螺杆作为加工工具,使熔体通过喷嘴以较高的压力(约为25~80Mpa)注入模具的型腔中,经冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品。
注射成型的全过程可以分为:
1、塑化过程
2、充模过程
3、冷却凝固过程:
热塑性塑料的注射成型过程是热交换的过程。
即:
塑化——→注射充模——→固化成形
4、脱模过程
5、后处理
由1到5形成了一个循环。
每一次循环,就完成了一次成型一个乃至数十个塑件。
2.3型芯.型腔工程图
型芯工程图
型腔工程图
2.4注射机的分类
注射机类型和规格很多,分类方法各异,按驱动方式可分为液压驱动和机械驱动两大类,其中以液压驱动较平稳安全。
按照工作方式分为全自动、半自动和手动,全自动注射机已成为现行注射机的主要形式,它在必要时也能进行半自动和手动操作。
按结构形式可分为立式、卧式和直角式三类,国产卧式注射成型机已标准化和系列化。
三类不同结构形式的注射成型机特点如下:
立式注射成型机
如图注射柱塞(或螺杆)垂直装设,锁模装置推动模板也沿垂直方向移动,这种注射成型机主要优点是占地面积小,安装或拆卸小型模具很方便,容易在动模上(下模)安放嵌件,嵌件不易倾斜或坠落。
其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落,需靠人工取出,这就有碍于全自动操作,但附加机械手取制品后,也可实现全自动操作,此内注射机注射量一般均在60克以下。
如大型注射机也采用这种形式则机器高度太大,给加料和操作都带来困难,而且机器重心高,要求厂房高度大,是不大适宜的。
立式注射成型机图
卧式注射成型机
如图这是目前使用最广、产量最大的注射成型机,其注射柱塞或螺杆与合模运动均沿水平方向装设,并且多数在一条直线上(或相互平行)。
这类注射机的优点是机体较低,容易操纵和加料,制件顶出模具后可自动坠落,故易实现全自动操作,机床重心较低,安装稳妥,一般大中型注射机均采用这种形式。
其主要缺点是安装麻烦,嵌件放入模具有倾斜或下落的可能,机床占地面积较大。
系列生产的卧式成型机多采用液压传动,并可实现全自动或半自动生产。
卧式注射成型机图
1-锁模液压缸;
2-锁模机构;
3-动模固定板;
4-顶杆;
5-定模固定板;
6-控制台;
7-塑化部件;
8-料筒;
9-计量和传动装置;
10-注射和移动液压缸
角式注射成型机
角式注射成型机是指注射柱塞或螺杆与合模运动的方向相互垂直者,目前国内各使用最多的角式注射机系采用沿水平方向合模,沿垂直方向注射,合模系由电机驱动开合模丝杆传动,注射部分采用齿轮、齿条机械传动外,也有改用液压传动。
这种注射机主要优点是结构简单,便于自制,适于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件,同时常利用开模设时丝杠的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转,以便脱下塑件。
其主要缺点是机械传动无准确可靠的注射和保压压力及锁模力,模具受冲击振动较大,如该为液压传动则可克服上述缺点,其占地面积在介于立式和卧式之间。
此外还有转盘式注射成型机、旋转式注射成型机、热固性塑料注射成型机、双色注射成型机等。
2.5注射机的选用
1、注射机的初选
注射容量:
注射机的容量以容积(cm3)表时,塑件的体积(包括浇注系统在内)同样应小于注射机的注射容量)其关系式:
V件≤0.8V注(2-1)
由本塑件的参数的:
V1≈30.97cm
浇注系统重量计算:
浇注系统体积V≈4.06cm
总体积V塑件=30.97×
2+4.06≈66cm
V注≥V塑件/0.8=66/0.8≈82.5
根据此结果查《模具设计指导》表6-24选定注射机型号为:
XS-ZY-125型注射机
2、注射剂的参数如下
注射压力:
120MPa
锁模力:
900kN
最大注射面积:
320(cm3)
理论注射容量:
125(cm3)
模板行程:
300(mm)
喷嘴圆弧半径/mm:
12(mm)
喷嘴孔直径/mm:
4(mm)
2.6注射机工艺参数的校核
1、Vmax最大注射量的校核:
Vmaxx80%=125x80%=100cm3≥82.5cm3
2、注射力校核
查表得聚苯乙烯所需注射压力为:
60~100MPa,而XS-ZY-125压力为P=120MPa,满足要求。
3、锁模力校核
P=KpA;
(2-2)
P---锁模力;
P---模腔内平均压力(约为注射压力的0.25~0.5倍);
K---安全系数(取K=1.1~1.2)取K=1.15;
A---制品在分型面上投影面积;
P=120x0.3=36kN
A=(3.14×
452+50×
90)×
2=21717mm2
P=1.14×
36×
21717=891.27KN<
P额=900KN
满足要求:
故注射机为XS-ZY-125
第3章成型零部件件的模具设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件,包括凹模、型芯。
镶块、成型杆和成型环等。
成型零件工作时,直接与塑件接触、塑料熔体的高压、流料的冲刷、脱模时与塑件间还发生摩擦。
因此成型零件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,此外零件还要求结构合理,有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。
设计成型零件时,应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求确定型腔的总体结构,选择分型面和浇口位置,确定脱模方式、排气部位等,然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计,对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
3.1型腔数目的确定
注射模的型腔数目,可以是一模一腔,每一次注射生产一个塑件,也可以是多腔,每一次注射生产多个塑件。
每一副模具中,型腔数目的多少与下列条件有关系。
1、塑件尺寸精度
型腔数目越多时,精度也相对地降低。
这不仅由于型腔加工精度的参差,也由于熔体在模具内的流动不均所致。
按照SJ1372—78标准中规定的1、2级超精密级塑件,只能一模一腔,当尺寸数目少(形状简单)可以是一模二腔。
3、4级的精密级的精密塑料件,最多是一模四腔。
2、模具制造成本
多腔模的制造成本高于单腔模,但非简单的倍数比。
四腔模并非单腔模的四倍。
因此,从塑件成本中所占模费比例来看,多腔模比单腔模要低。
3、注塑成型的生产效益
多腔模从表面上看,比单腔模经济效益高,但是多腔模所使用的注射机大,每一注射循环期长而维修费用高,所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。
4、制造难度
多腔模的制造难度比单腔模大。
当其中一腔先损坏(或磨损超差)时,应立即停机维修,影响生产。
确定型腔数目的方法:
考虑到塑件的技术要求,本设计采用根据注射量方法确定型腔数目。
式中G—注塑机的最大注射量(131.25g)
—单个塑件的重量(32.52g)
—浇注系统的重量(4.26g)
但根据产品结构和尺寸形状来看,由于该塑件尺寸形状不大,综合以上几个方面综合考虑,我的设计采用一模两腔结构形式。
如图所示
卷笔刀一模两腔的分布图
3.2分模面的选择
分型面的选取原则,选择分型面时,应从以下几个方面考虑:
1.分型面的方向尽量采用与开模方向垂直的方向;
2.分型面一般开设在产品的最大截面处;
3.尽量使塑件留在动模一侧;
4.有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等;
5.有利于成型零件的加工与制造。
分析本塑件的特点:
本塑件无侧凹凸结构,侧面光滑,结构分布在平面上,主平面较为平整,考虑以上原则,所以设置一个分型面----平面分型面。
分型面如图所示:
卷笔刀分型面图
3.3浇注系统的设计
浇注系统设计对注射模具的设计非常重要。
浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具行腔为止的一种完整的输送通道。
它具有传质、传压和传热的功能,对塑件质量具有决定影响。
它的设计合理与否,影响着模具的整体结构极其工艺操作的难易程度。
3.3.1浇注系统
浇注系统的作用,是将塑料熔体顺利地充满到型腔深处,以获得外形轮廓清晰,内在质量优良的塑料制品。
因此要求冲模过程快而有序,压力损失小热量散失少,排气条件好,浇注系统凝料易于与制品分离或切除。
1、浇注系统的组成
(1)主浇道:
指由注射机喷嘴出口到其分流道入口止的一段流道。
它是塑料熔体首先经过的通道,且与塑料机喷嘴在同一轴线。
(2)分流道:
指主浇道末端到主浇口的整个通道。
分流道的功能是使熔体过渡和转向。
(3)浇口:
指分浇道末端与模腔入口之间狭而短小的一端通道。
它的功能是使塑料容体加快流速注入模腔内,并有序地填满型腔,而对补缩具有控制作用。
(4)冷料井:
通常设置在主流道和分流倒转弯处的末端。
其功能为“捕捉”和贮存熔料前锋冷料。
冷料井也经常起拉勾凝料的作用。
2、浇注系统的设计原则
(1)要保证塑件的质量(避免常见的充填问题)
a尽量减少停滞现象:
停滞现象容易使工件的某部分过度保压,某些部分保压不足,从而使内压力增加。
b尽量避免出现熔接痕:
熔接痕的存在主要会影响外观,使得产品的表面较差,出现熔接痕的地方强度也会较差。
c尽量避免过度保压和保压不足
过度保压:
当浇注系统设计不良或操作条件不当,会使熔料在型腔中保压时间过长或是承受压力过大就是过度保压。
过度保压会使产品密度较大,增加内应力,甚至出现飞边。
d尽量减少流向杂乱:
流向杂乱会使工件强度较差,表面的纹路也较不美观。
(2)减少及缩短浇注系统的断面长度
尽量减少塑料熔体的热量损失与压力损失,减少塑料用量和模具尺寸
(3)尽可能做到同步填充:
一模多腔情形下,要让进入每一个型腔的熔料能够同时到达,而且使每个型腔入口的压力相等
(4)有利于型腔中气体的排出
(5)防止型芯的变形和嵌件的位移
(6)尽量采用较短的流程充满型腔
3.3.2主浇道设计
主浇道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位,它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入分浇道或型腔。
其形状为圆锥形,便于熔体顺利地向前流动,开模时主浇道凝料又能顺利地拉出来。
由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞,通常不直接开在定模板上,而是将它单独设计成主浇道衬套镶入定模板内。
形状如下图所示:
卷笔刀浇道图
3.3.3浇口套的选择
浇口套下端固定在定模板内,上端兼定位圈作用,与机床定位孔配合,适合于小型注射模。
浇口套形状如下图所示:
卷笔刀浇口套图
3.3.4分浇道设计
1.分流道的形状
2.分流道的设计要点
(1)制品的体积和壁厚:
分流道的截面厚度要大于制品的厚度;
(2)成型树脂的流动性:
对于含有玻璃纤维等流动性较差的树脂流道截面要大一些;
(3)流道方向改变的拐角处应适当设置冷料穴;
(4)使塑件和浇道在分型面上的投影面积的几何中心与锁模力的中心重合;
(5)保证熔体迅速而均匀的充满型腔;
(6)分流道的尺寸尽可能短;
(7)每一节流道要比下一节流道大10~20%;
卷笔刀分流道图
3.3.5浇口设计
浇口是塑料熔体进入型腔的阀门,对塑件质量具有决定性的影响。
因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。
浇口是塑料熔体进入型腔的阀门,对塑料件质量具有决定性的影响,因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。
浇口有多种类型,如直浇口、潜伏、侧浇口、点浇口、重叠式浇口、扇形浇口等。
1、浇口的作用
(1)熔料经狭小的浇口增速、增温,利于填充型腔
(2)注射保压补缩后浇口首先凝固封闭型腔,减小塑件的变形和破裂
(3)狭小浇口便于浇道凝料与塑件分离、修整分离
2、浇口的位置、数量、形状、尺寸等是否适宜直接影响产品外观、尺寸精度、物理性能和成型效率。
浇口过小:
易造成填充不足(短射)、收缩凹陷、熔接痕等外观上的缺陷且成型收缩会增大
浇口过大:
浇口周围产生过剩的残余应力,导致产品变形或破裂且浇口的去除加工困难等。
浇口的选用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的排出
(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
综合塑料使用的浇口类型与选用原则,这次设计选用侧浇口。
浇口开在型芯一侧,开模时浇口自动切断。
浇注分布图如图
卷笔刀侧浇口图
卷笔刀浇注分布图
3.4加热、冷却系统的设计
塑件在注射成型时不要求又太高的模温,因而在模具上可不设计加热系统。
设定模具平均工作温度60℃,用常温20℃的水作为模具冷却介质。
1、冷却回路的孔径的确定
确定冷却水孔的直径时应注意,无论多大的模具,水孔的直径不能大于14mm,否则冷却水难以成为湍流状态,以至于降低热交换
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- 卷笔刀 模具设计