塑料罩模具课程设计说明书 精品Word下载.docx
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1塑件工艺性分析………………………………………………7
2模具结构分析………...………………………………………8
2.1工作过程……………………………………………………9
2.2分型面的选择…………………………………………………10
2.3型腔数目和配置………………………………………………11
2.4浇注系统设计………………………………………………11
2.5成型零部件设计………………………………………………12
2.6脱模机构设计………………………………………………14
2.7导向机构的设计………………………………………………15
2.8温度调节系统设计……………………………………………15
3.校核
3.1锁模力的校核……………………………………………17
3.2模具厚度校核……………………………………………18
3.3开模行程校核……………………………………………18
4.心得体会………………………………………………19
参考文献…………………………………………………19
绪论
一、模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具及注塑模等各种模具。
对模具的全面要求是:
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度,要求高效率、自动化操作简便;
从模具制造的角度,要求结构合理、制造容易、成本低廉。
模具影响着制品的质量。
首先,模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次,在加工过程中,模具结构对操作难以程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时,应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动,为此,常采用自动开合模自动顶出机构,在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。
另外模具对制品的成本也有影响。
当批量不大时,模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大,这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具,以降低成本。
现代生产中,合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素,尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用,产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。
由于制件品种和产量需求很大,对模具也提出了越来越高的要求。
因此促进模具的不断向前发展
二、模具的发展趋势
近年来,模具增长十分迅速,高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。
从模具设计和制造角度来看,模具的发展趋势可分为以下几个方面:
(1)加深理论研究
在模具设计中,对工艺原理的研究越来越深入,模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展,使得产品的产量和质量都得到很大的提高。
(2)高效率、自动化
大量采用各种高效率、自动化的模具结构。
高速自动化的成型机械配合以先进的模具,对提高产品质量,提高生产率,降低成本起了很大的作用。
(3)大型、超小型及高精度
由于产品应用的扩大,于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具,为了满足这些要求,研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。
(4)革新模具制造工艺
在模具制造工艺上,为缩短模具的制造周期,减少钳工的工作量,在模具加工工艺上作了很大的改进,特别是异形型腔的加工,采用了各种先进的机床,这不仅大大提高了机械加工的比重,而且提高了加工精度。
(5)标准化
开展标准化工作,不仅大大提高了生产模具的效率,而且改善了质量,降低了成本。
三、设计在学习模具制造中的作用
通过对模具专业的学习,掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求,各种模具的结构特点及设计计算的方法,以达到能够独立设计一般模具的要求。
在模具制造方面,掌握一般机械加工的知识,金属材料的选择和热处理,了解模具结构的特点,根据不同情况选用模具加工新工艺。
1塑件工艺性分析
塑件分析
图1为塑料罩的三视图,材料选用丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),精度等级为一般精度(4级精度),要求外观表面光泽、无杂色,无收缩痕迹。
图1:
塑料罩
ABS材料的性能
塑料性能
ABS
熔融温度/℃
195-240
成型模温/℃
38-93
弯曲强度/Mpa
80
拉伸强度/Mpa
35-49
弯曲弹性模量/Gpa
1.4
拉伸弹性模量/Gpa
1.8
收缩率(%)
0.4-0.6
成型压力/Mpa
120-140
流长比
30-150
密度/(
)
1.02-1.08
射速
中等速度
另外ABS具有好的易加工性和优异的尺寸稳定性,高冲击强度。
外观特性:
提高模温可提高塑件光洁度。
ABS的成型特性和条件
1)流动性和成型性优良,成品率高。
2)容易出现裂纹,故塑件壁厚应均匀,脱模斜度不宜过小。
塑件结构工艺性
根据ABS的特性,一般制件的壁厚应均匀,型腔脱模斜度为15′-1°
30′,型芯的脱模斜度为25′-1°
。
这里取2.5mm为制品的平均壁厚,外表面的脱模斜度为30′,内表面的脱模斜度为20′。
模具结构为二板模,一模一穴,有两个倒扣,要采用抽芯机构。
2.模具结构分析
下图为塑料罩模具结构图,采用单分型面注塑模即二板模成型。
这种模具只有一个分型面。
单分型面注射模具根据需要,既可以设计成单型腔注射模,也可设计成多型胶注射模,应用十分广泛。
本案例为单型腔注射模。
图2:
模具结构示意图
1-动模座板2-顶杆固定板3-推板4-模脚5-动模板6-动模镶件
7-定模镶件8-导柱9-定模板10-定模固定板11-定位环
12-浇口套13-顶板导柱14-复位杆弹簧15-复位杆16-顶杆
17-斜销18,19,20-内六角圆柱头螺钉
单分型面注射模可由成型零部件、浇注系统、导向机构、推出装置、温度调节系统和结构零部件组成。
(1)成型零部件
模具中用于成形塑料制件的空腔部分称为模腔。
构成塑料模具模腔的零件统称为成形零部件。
由于模腔是直接成形塑料制件的部分,因此模腔的形状应与塑件的形状一致,模腔一般邮型腔零件、型芯组成。
(2)浇注系统
将塑料由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统,浇注系统分主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分。
模具浇注系统是由浇口套、定模板上的流道组成。
(3)导向机构
为确保动模与定模合模时准确对准而设导向零件。
通常有导向柱、导向孔或在动模板、定模上分别设置互相吻合的内外锥面。
如上图所示导柱各导套。
(4)推出装置
推出装置是在开模过程中,将塑件从模具中推出的装置。
有的注射模具的推出装置为避免在顶出过程中推出板歪斜,还设有导向零件,使推板保持水平运动。
此案例的模具推出装置由推杆、推板、推杆固定板、复位杆、推板导柱及推板导套组成。
(5)温度调节和排气系统
为了满足注射工艺对模具温度的要求,模具设有冷却或加热系统。
冷却系统一般为在模具内开设的冷却水道,加热系统则为模具内部或周围安装的加热元件,如电加热元件。
此案例模具采用冷却水道和水嘴组成。
(6)结构零部件
用来安装固定或支承成形零部件及前述的各问她分机构的零部件。
支承零部件组装在一起,可以构成注射模具的基本骨架。
此案例的模具结构零部伯邮定模座板、动模座板、垫块组成。
2.1工作原理
首先,模具架在成型机上。
开模时,动模板与定模版分离,由于制件因收缩包紧在型芯上和拉料杆对浇注系统凝料的作用,塑料制件留在动模侧,当动模侧移动一定距离(制件的高度加10-30mm安全值)后,用推杆将制件推出,使用人工或机械手将制件取下,最后将浇注系统凝料与制件分离。
合模时,在弹簧或成型机拉杆的做用下,将推杆固定板顶回(或拉回)以使推杆复位。
2.2分型面的选择
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。
一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜,我们在这里选用与合模方向垂直的分型面。
选择设计分型面的基本原则是:
分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置,以便顺利脱模。
同时在选择设计分型面时还应考虑以下因素:
1)分型面的选择应便于塑件脱模并简化模具结构
2)分型面的选择应考虑塑件的技术要求
3)分型面应尽量选择在不影响塑件外观的位置
4)分型面的选择应有利于排气
5)分型面的选择应有利于模具零件加工
6)分型面的选择应考虑注塑机的技术参数
根据上述原则,模具的分型面选择如下图所示。
2.3型腔数目和配置
型腔数目的确定
为使模具与注射机的生产能力相匹配,提高生产效率和经济性,并保证精度,模具设计时应确定型腔数目,常用的方法有四种:
1)、根据经济性能确定型腔数目;
2)、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目;
3)、根据注射机的最大注射量确定型腔数目;
4)、根据制品精度确定型腔数目。
本例因为制件偏大,且有倒扣,选取单型腔成型。
另外,型腔数目的确定因素有四点,见下表。
型腔的配置
本案例因为是单穴,所以,型腔的配置相对简单,主要确定塑件在动模部分、定模部分及同时在动模和定模中的结构。
下图为塑件在模具中的位置结构图。
2.4浇注系统设计
浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴到型腔入口的塑料熔体的流动通道,它由主流道,分流道,冷料穴和浇口组成。
它向型腔中的传质、传热、传压的情况决定着塑件的内在和外表质量,其布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度,所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。
浇注系统的设计原则
(1)了解塑料的成形性能
掌握塑料的流动特性以及温度、剪切速率对黏度的影响,以设计出合适的浇注系统。
(2)尽量避免或减少产生熔接痕
熔体流动时应尽量减少分流的次数,有分流必然有汇合,熔体汇合之处必然会产生熔接痕,尤其在流程长、温度低时,这对塑件强度的影响较大。
(3)有利于型腔中气体的排出
浇注系统诮能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个部分,使型腔中的气体排出,避免产生紊流或涡流、凹陷、气泡、烧焦等塑件的成型缺陷。
(4)尽量采用较短的流程充满型腔
(5)流动距离比的校核
对于大型或薄壁塑料制件,塑料熔体有可能因其流动距离过长或流动阴力太大而无法充满整个型腔。
流动比的校核
流动距离比简称流动比,它是指塑料熔体在模具中进行最长距离的流动时,其截面厚度相同的各段料流通道及各段模腔的长度与其对应截面厚度之比值的总和,即
本案例为直接浇口进料的塑件,料流通道按截面的厚度可分为二段,每段的长度各厚度见下图所示,其流动距离比为:
计算得¢=60.15<
[¢]
主流道设计
主流道是连接喷嘴与分流道的通道,通常和喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,有一定的锥度,目的是便于冷料的脱模,改善料流的速度。
图4:
浇口尺寸
主要参数:
锥角
=2°
~5°
;
内表面粗糙度
小端直径d=喷嘴直径+(0.5~1)mm;
半径R=喷嘴球面半径+(1~2)mm;
H=(1/3~2/5)R;
r=1~3mm。
主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞,所以常设计成可拆卸的主流道浇口套,以便选用优质的钢材进行单独的加工和热处理。
常用T8A钢材制作,并淬火处理到50~55HRC。
浇口套、定位圈的结构形式如下图所示:
图5:
浇口套、定位环的结构简图
分流道设计
分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。
分流道作用是改变熔体流向,使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。
设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。
浇口设计
浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的容体通道。
浇口的设计与位置的选择恰当与否,直接关系到塑件能否被完好、高质量地注射成形。
单分型面注射模浇口的类型有直接浇口、中心浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口和爪形浇口。
本案例采用直接浇口进浇,直接浇口以称为主流道型浇口,它属于非限制性浇口。
这种形式的浇口只适于单型腔模具。
其特点是:
1)流动阻力小,流动路程短及补缩时间长等;
2)有利于消除深型腔处气体不易排出的缺点;
3)塑件和浇注系统在分型面上的投影面积最小,模具结构紧凑,注射机受力均匀;
4)塑件翘曲变形、浇口截面大,去除浇口困难,去除后会留有较大的浇口痕迹,影响塑件的美观。
直接浇口大多用于注射成形大、中型长流程深型腔筒形或壳形塑件。
选用较小的主流道锥角a(a=2°
-4°
)
模具的排气设计
当塑料容体充填型腔时,必须顺序地排出型腔及浇注系统的空气及塑料受热而产生的气体。
如果气体不能被顺得地排出,塑件会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷,甚至气体受压而主生高温,使塑料焦化。
注射模的排气通常采取以下四种方式:
2.5成型零部件设计
成型零件的结构设计
成型零件在工作时与塑料直接接触,成型塑件。
进行成型零件的结构设计,既要考虑保证获得合格的塑件,又要便于加工制造,还要注意尽量节约贵重模具材料,以降低模具成本。
凹模的结构设计
凹模又称型腔,它是成型塑件外部轮廓的零件。
有以下几种结构形式:
整体式凹模、整体嵌入式凹模、镶拼组合式凹模,瓣合式凹模等,整体式凹模由整块材料加工制成,强度高、刚性好,不会使塑件产生拼接缝痕迹,可减少注射模中成型零件的数量,便于模具装配,塑料罩属于中小型制件,选用整体嵌入式凹模,凹模所用材料为P20号钢,硬度为30-38HRC.
凸模的结构设计
凸模(即型芯)是成型塑件内表面的成型零件,通常为整体式和组合式两种类型。
我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模,它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成。
型芯所用材料为P20号钢,硬度30-38HRC.
计算成形零部件工作尺寸要考虑的要素
成形零件工作尺寸指直接用来构成塑件成型面的尺寸,例如型腔各型芯的径向尺寸、深度和高度尺寸、孔间距离尺寸、孔或凸台至某成形表面的距离尺寸等。
塑件的收缩率波动
塑件成形后的收缩变化与塑料的品种、塑件的形装、尺寸、壁厚、成形工艺条件、模具的结构等因素有关,所以确定准确的收缩率是很困难的。
工艺条件、塑料批号发生的变化会造成塑件收缩的波动,其塑料收缩率波动主差为
δs=(Smax-Smin)Ls
式中δs----塑料收缩率波动误差,mm;
Smax----塑料的最大收缩率;
Smin----塑料的最小收缩率;
Ls----塑料的基本尺寸,mm;
实际收缩率与计算收缩率会有差异,按照一般的要求,塑料收缩率波动所引起的误差应小于塑件公差的1/3。
模具成形零件的制造误差
模具成形零件的制造精度是影响塑件尺寸精度的重要因素之一。
一般成形零件工作尺寸制造公差值δz取塑件公差值△的1/3-1/4或取IT7-IT8级作为制造公差。
模具成形零件的磨损
模具的成形零件最大磨损量用δc来表示,一般取δc=1/6△。
模具安装配合的误差
模具的成形零件由于配合间隙的变化,会引起塑件的尺寸变化。
模具安装配合间隙的变化而引起塑件的尺寸误差用δi来表示。
塑件的总误差δ=δs+δz+δc+δi≤△
成型零部件的工作尺寸计算
计算模具成形零件最基本的公式为
Lm=Ls(1+S)
式中Lm----模具成形零件在常温下的实际尺寸,mm;
Ls----塑件在常温下的实际尺寸,mm;
S----塑件的计算收缩率。
成型零件尺寸的计算
下图所示为塑件尺寸与模个成形零件尺寸的关系,模具成形零件尺寸决定于塑件尺寸。
塑件尺寸与模具成形零件工作尺寸的取值规定见下表
塑件尺寸与模具成形零件工作尺寸的计算见下表
本案例塑件的材料为ABS,采用一般精度(4级精度)。
查得ABS收缩率为0.4%-0.6%,故其平均收缩率为0.5%。
塑料罩型芯/型腔尺寸
塑料罩型芯/型腔径向尺寸图
其中制品尺寸B1=103,B2=100,h=60
B1M=(1+S)B1
=(1+0.005)x103
=103.515
B2M=(1+S)B2
=(1+0.005)x100
=100.5
H=(1+S)h
=(1+0.005)x60
=60.3
2.6脱模机构设计
脱模机构的类型选择
从模具中推出塑件和浇注系统凝料的机构称为脱模机构。
按推出零件对机构分类,可以分为推杆推出、推管推出、推件板推出、推块推出和多元件联合推出等;
这里我们采用推杆推出机构。
推杆的固定方式
脱模力计算
脱模力是指将塑件从抱紧的型芯上脱出时所需克服的阻力。
它主要包括由塑件的收缩引起的塑件与型芯的摩擦阻力和大气压力。
脱模力的大小与塑件的厚薄及其形状有关。
薄壁的矩环形塑件的脱模力计算公式如下:
式中F——脱模力(N);
——矩环形塑件的壁厚(mm);
S——塑料平均成型收缩率;
l——塑件对形芯的包容长度(mm);
——型芯的脱模斜度(°
);
f——塑件与形芯之间的摩擦系数;
E——塑料的弹性模量(MPa);
——塑料的泊松比;
——无量纲系数
A——盲孔塑件型芯在垂直脱模方向上投影面积(mm2)
塑料罩的的脱模力F
F=(8x2.5x2240x0.005x103xcos0.25x(0.5-tan0.25))/(1-0.392)x1
+(0.1x10000)
=15770N
2.7导向机构的设计
为了保证注射模准确合模和开模,在注射模中必须设置导向机构。
其作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。
导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种,这里选取导柱导向机构。
导柱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,保证模具的强度。
为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部做成锥形,导套的前端倒角。
导柱滑动部分的配合形式按H8/f8,导套外径的配合按H7/m6。
2.8冷却系统设计
模具温度调节系统的重要性
塑料在成型过程中,模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。
所以,在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。
一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右,而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。
所以热塑性塑料在注射成型后,必须对模具进行有效的冷却,以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模,提高塑件定型质量和生产效率。
对于熔融黏度低、流动性比较好的塑料,如聚丙烯、有机玻璃等等,当塑件是小型薄壁时,如我们的塑件,则模具可简单进行冷却或者可利用自然冷却不设冷却系统;
当塑件是大型的制品时,则需要对模具进行人工冷却。
另外如果模温要求超过80℃时,还需要设置加热系统。
由于本文选用的材料为ABS,模温要求较低,故仅需要冷却系统。
冷却系统的设计原则
1)冷却系统的布置应先于脱模机构。
2)合理地确定冷却管道的直径中心距以及与性墙壁的距离
3)降低进出水的温度差
4)浇口处应加强冷却
5)应避免将冷却水道开设在塑件熔接痕处
6)冷却水道应便于加工和清理
冷却回路布置
模具冷却回路的形式应根据塑件的形状、型腔内温度分布及浇口位置等情况设计成不同的形式。
通常有型腔冷却和型芯冷却两种回路的结构形式。
此处只采用型腔冷却回路。
型腔冷却回路
模具的热量主要是由型腔带走的,型腔的冷却回路选为环绕式。
结构简图10如下图所示
塑件体积为41.9
,浇注系统凝料的体积为0.3
,总体积为42.2
,选用XS-ZY-500型号的注射成型机。
XS-ZY-500注射成型机的技术规范
额定注射量/
500
注射行程/mm
200
合模力/kN
3500
最大开合模行程/mm
最大模具厚度/mm
450
最小模具厚度/mm
300
3.1锁模力的校核
按F≥KpA分公式校核锁模力。
其中,F为注射机的最大锁模力;
p为模内平均压力(型腔内熔体的平均压力);
A为所有制品、流道和浇口在分型面上的投影面积之和。
K为压力损耗系数,一般取1.1-1.2。
由于制品材料为ABS,查相关资料得:
p为34.4MPa,取p=34MPa进行校核。
A是分型面上的投影面积,经计算,得到两个塑件的投影面积约为10000mm^2,浇注系统的投影面积约为685mm2,则两个制品、流道和浇口在分型面上的投影面积之和A分为25499mm2。
因此:
KpA=1.1×
34×
10000=374kN
故F=3500kN≥842kN满足要求。
3.2模具厚度校核
注射机允许安装的模具最高厚度为430mm;
注射机允许安装的模具最小厚
度为150mm。
模具实际厚度H=380mm。
注射机允许安装的模具最小厚度≤模具实际厚度H≤注射机允许安装的模具最大厚度,故模具厚度满足要求。
3.3开模行程校核
本例注射机最大开模行程与膜厚无关。
模具为单分型面注射模,可按下式校核:
S≥H1+H2+(5-10)mm
其中,注射机最大开模行程S为500mm;
制品的推出距离H1为50mm:
制
品的总高度H2为60mm。
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