相机前壳模具设计Word文档格式.docx
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宜用高料温、高模温、高压、高速注射成型,保压及冷却时间不宜太长;
为消除塑件的内应力,防止开裂,应对塑件进行退火处理。
1、无定形料,吸湿性小但宜干燥后加工,易分解(熔点3000C,分解温度3500C);
2、流动性差(介于聚碳酸酯和ABS之间),对温度变化敏感,凝固速度快,成形收缩小;
3、宜用螺杆式注射机,直通喷嘴,孔径宜取3~6mm,并应加热,但应比前段料筒温度低10~200C,防止漏料;
4、料温在300~3300C时,有足够流动性可供加工复杂及薄壁塑件,注射压力宜取高压,高速注射,保压及冷却时间不要太长;
5、模温取100~1500C为宜可防止过早冷却,提高充模速度,降低料温及注射压力,改善表面光泽、防止出现分层,熔接痕,皱纹及分解。
模温低于1000C者,尤其对薄壁塑件易造成充模不足、分层,高于150C易出现气泡、银丝、翘曲;
6、模具主流道锥度宜大及用拉料钩,浇注系统对料流阻力小,冷却慢,进料口宜厚,浇道短粗,宜用直接浇口或扇形、扁平等浇口,用针状浇口时截面应大,对长浇道也可采用热浇道结构。
零件图如图所示:
该产品在内腔有两圈工艺圈保证塑件开模时能留在动模。
塑件可用脱模机构强行推出。
塑件正投影面积,体积及质量计算。
根据塑件,可算出体积及质量
塑件的正投影面积:
S=10685
塑件的体积:
17737.697
塑件的密度:
0.96
塑件的质量:
g
三、拟定的成型工艺
1、塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析
●结构分析:
从零件图上分析,此零件总体为圆形侧面有6个4mm×
22MM和长方孔,模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构,零件口部上有一个小台。
●尺寸精度:
该塑件的精度为4级,精度要求较低。
●表面质量分析:
该零件的要求表面没有缺陷、毛刺,由于冷水壶盖经常与人的手接触较多,因此表面要求光滑,最好自然形成圆角。
2、制品的成型方法
热塑性塑料指定采用注射成型,本设计选用热塑性塑料PPO,可用注射成型。
3、制品的成型参数
根据制品结构特点及选定的原料PPO,可拟定如下工艺参数)。
塑料名称:
PPO
密度(g/cm³
):
0.96—1.06
计算收缩率(%):
0.5
模具温度(℃):
50--60
注射压力(MPa):
100--140
成型时间(s):
注射时间0~5
高压时间30~70
冷却时间20~50
总周期60~140
适应注射机类型:
螺杆式
注射速度:
长流道的的制品需加快注射速度,在高速注射的情况下,应保证模具在注射过程中有足够好的排气系统。
浇口系统:
对于小制件可采用点浇口或潜伏式浇口,对于大的制件采用直浇浇口或圆形浇口。
四、型腔布局
1.型腔的数量和布置
该塑件的精度要求较低,属小型塑件,且形状简单,又为大批量生产,初定为一模四腔的模具形式,型腔的排列方式采用平衡性较好的H型排列,其布置方式如下图所示:
2、成型零件设计
由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触,它必须有以下一些性能:
1)、必须具有足够的强度、刚度,以承受塑料熔体的高压。
2)、有足够的硬度和耐磨性,以承受料流的摩擦和磨损。
通常进行热处理,使其硬度达到HRC40以上。
3、对于成型会产生腐浊性气体的塑料还应选择耐腐浊的合金钢处理。
4)、材料的抛光性能好,表面应该光滑美观。
表面粗造度应在Ra0.4以下。
5)、切削加工性能好,热处理变形小,可淬性良好。
6)、熔焊性能要好,以便修理。
7)、成型部位应须有足够的尺寸精度。
孔类零件为H8~H10,轴类零件为h7~h10。
1、型腔设计.
由于本模具的型腔比较复杂,为使塑件不产生拼接线痕迹.本模具采用整体嵌入试结构
结构如图所示:
2.型芯的设计
在定模侧的型芯结构简单采用如上图所示的整体结构形式.
五、排气系统设计
当排气不良时将在塑件上形成气泡,银文,云雾,接缝,使表面轮廓不清,甚至冲模不满;
严重时在塑件表面产生焦痕;
降低冲模速度,影响成型周期;
形成断续注射,减低生产效率。
因此我们一般用以下的几种排气方法:
1)、排气槽排气对于成型大中型塑件的模具,需排住的气体量多,通常都应开设排气槽。
2)、分型面排气对于小型模具,可利用分型面间隙排气,但分型面须位于容体流动末端。
3)、拼镶件缝隙排气对于组合的凹模或型芯,可利用其拼合的缝隙排气。
4)、推杆间隙排气利用推杆与模板或型芯的配合间隙排气。
5)、粉末烧结合金块排气。
6)、排气井排气在塑料熔体汇合处的外侧,设置一个空穴,使气体排入其中,也可以获得良好的排气效果。
7)、强制性排气在封闭气体的部位,设置排气杆。
由于本模具有较多的型芯是采用镶拼形式,内部排气效果较好.故只在分型面上开设排气槽。
分型面上开设排气槽是注射模排气的主要形式。
分型面上开设排气槽的形式与尺寸如上图。
a)图为分离型腔约为5—8mm后设计成开放的燕尾式,以便排气顺利、通畅;
图b)的形式是为了防止排气槽在面对操作工人注射时,熔料从排气槽喷出而引发人身事故,因此将排气槽设计成离型腔5—8mm后拐弯的形式,这样能降低熔料溢出的动能,同时在拐弯后在适应增加排气槽的深度。
分型面上排气草的深度h取0.03mm。
六、浇注系统设计
(1)主流道的设计
●主流道尺寸
主流道的小端直径:
;
主流道的球面半径为:
主流道锥角:
取
主流道长度:
取L=109mm;
主流道的大端直径:
●主流道衬套的形式
●
由于主流道入口处与注射机喷嘴反复接触,极易损坏,对材料的要求比较高,因而主流道设计为浇口套,采用T10A,热处理为50HRC-55HRC,如上图所示:
与之相配合的定位圈的结构如下图所示:
(2)分流道的设计
●分流道的布置:
为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态,使凝料熔体尽快地分配到各型腔,因此,采用如下图所示衡式分流道结构:
●分流道的形状和截面尺寸:
由于聚苯醚的流动性较差,因此选用圆形流道,查表得d=4㎜
●分流道的表面粗糙度:
流道的表面粗糙度的Ra并不要求很低,一般为0.8—1.6,在此取1.6,
浇口的设计
由于塑件的外观表面质量要求比较高,应没有明显的烧口痕迹,因此采用点浇口查表得其尺寸如右图所示:
七、导向与定位机构设计
1、为了使导柱能顺利地进入导套,导柱端部应做成锥形或半球形,导套的前端也应倒角。
2、导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤,而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件,因此可根据需要而决定装配方式。
3、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8,导柱和导套固定部分配合按H7/k6,导套外径的配合按H7/k6。
4、除了动模、定模之间设导柱、导套外,一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套,以保证推出机构的正常运动。
5、导柱的直径应根据模具大小而定,可参考标准模架数据选取。
一次分型导向机构设计:
导柱固定在固定模板上,与固定模板为H7/m6的过渡配合。
导柱直径参考标准,取D=12mm,导柱头部做成半圆形。
导柱长度与主流导长度点浇口长度以及塑件长度等有关。
Lg=L型芯固板+20=36+20=56mm
八、脱模机构设计
注射成型每一循环中,塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯上脱出,完成模具脱模。
脱模机构设计应遵循下述原则:
1.塑件滞留于动模边,以便借助于开模力驱动脱模装置,完成脱模动作,致使模具结构简单。
2.防止塑件结构变形或损坏,正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及所部位,有针对性的选择合适的脱模装置,使推出重心与脱模阻力中心相重合。
由于塑件收缩时包紧型芯,因此推出力作用点应尽量靠近型芯,同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位,作用面积也尽可能大一些,以防塑件变形或损坏。
3.由于塑件收缩时包紧型芯,因此推出力作用点应尽量靠近型芯,同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位,作用面积也尽可能大一些,以防塑件变形或损坏。
4.力求良好的塑件外观,在选择顶相互位置时,应尽量设在塑件内部或对塑件影响不大的部位。
在采用推杆脱模时,尤其要注意这个问题。
5.结构合理可靠,脱模结构应工作可靠,运动灵活,制造方便,更换容易,且有足够的强度和刚度。
根据制件的形状,本模具可才用顶杆顶出。
顶出位置如图所示
九、模温调节与冷却系统设计
模温对塑件质量的影响:
热塑性塑料熔体注入型腔后,释放大量热量而凝固。
不同的塑料品种,需要模腔维持在某一适当的温度,模温对塑件质量的影响主要表现在下面的六个方面:
1、改善成形性每一种塑料都有其湿度的成形模温,在生产过程中若能始终维持相适应的模温则其成形性可得到改善,若模温过低,会降低塑件熔体流动性,使塑件轮廓不清,甚至充模不满;
模温过高,会使塑件脱模时和脱模后发生变形,使其形状和尺寸精度降低。
2、成形收缩率利用模温调节系统保持模温恒定,能有效减少塑料成型收缩的波动,提高塑件的合格率。
采用允许的的模温,有利于减少塑料的成形收缩率,从而提高塑件的尺寸精度。
并可缩短成形周期,提高生产率。
3、塑件变形模具型芯与型腔温差过大,会使塑件收缩不均匀,导致塑件翘曲变形。
尤以壁厚不均和形状复杂的塑件为甚。
需采用合适的冷却回路,确保模温均匀,消除塑件翘曲变形。
4、尺寸稳定性对于结晶性塑料,使用高模温有利于结晶过程的进行,避免在存放和使用过程中,尺寸发生变形;
对于柔性塑料(如聚烯烃等)采用低模温有利用塑件尺寸稳定。
5、力学性能适当的模温,可使塑件力学性能大为改善。
例如,过低模温,会使塑件内应力增大,或产生明显的熔接痕。
对于粘性大的刚性塑料,使用高模温,可使其应力开裂大大的降低。
6、外观质量适当提高模具温度能有效地改善塑件的外观质量。
过低模温会使塑件轮廓不清,产生明显的银丝、云纹等缺陷,表面无光泽或粗糙度增加等。
模温对生产效率的影响:
就注射成形过程讲,可把模具看成为热交换器。
塑料熔体凝固时释放出的热量中约有5%以辐射、对流的方式散发到大气中,其余95%由模具的冷却介质(一般是水)带走。
因此模具的生产效率主要取决于冷却介质的热交换效果。
据统计,模具的冷却时间约占整个注射成形周期的2/3至4/5,因此缩短注射成形周期内的冷却时间是提高生产效率的关键。
故在设计过程中冷却时间应适当控制。
一般注射模具内的塑料熔体温度为200度左右,而塑件从模具型腔中取出时其温度在60度以下,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
冷却系统的设计原则:
1、尽量保证塑件收缩均匀,维持模具的热平衡。
2、冷却水孔的数量约多,孔径约大,则对塑件的冷却效果约均匀。
根据经验,一般冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水孔直径的1~2倍(常位12~15mm),冷却水孔中心距约为水孔直径的3~5倍,水孔直径约为8~12mm。
3、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等,当塑件壁厚均匀时,冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。
当塑件壁厚不均匀时,壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小,但也不应小于10mm。
4、浇口处加强冷却。
一般在注射成型时,浇口附近温度最高,距浇口越远温度越低,因此要加强浇口处的冷却。
即冷却水从浇口附近流入。
5、应降低进水与出水的温差。
如果进水与出水温差过大,将使模具的温度分布不均匀,尤其对流程很长的大型塑件,料温越流越低,对于矩形模具,通常沿模具宽度方向开设水孔,使进水与出水温差不大于5℃。
6、合理选择冷却水道的形式。
对于收缩大的塑件(入聚乙烯)应沿收缩方向开设冷却水孔。
7、合理确定冷却水管的接头的位置。
为不影响操作,进出口水管接头通常设在注射机背面的模具的同一侧。
8、冷却系统的水道应尽量避免与模具上其它机构(如推杆孔、小型芯孔等)发生干涉现象,设计时要通盘考虑。
9、冷却水管进出接头应埋入模板内,以免模具在搬运过程中造成损坏。
最好在进口和出口处分别打出标志,如“IN”(进口)和“OUT”(出口)等。
十、选择注塑机型号及其参数的校核
(1)注射量的计算:
通过UG建模分析,塑件的体积
为17737.697
,塑件的质量:
此时流道凝料的体积未知,可按塑件质量的0.6倍进行估算,所以注射量为:
(2)锁模力的计算:
流道凝料(包括浇口)在分型面上的的投影面积
,在此时还是个未知数,根据经验公式:
(
为每个塑件在分型面上的投影面积),用
进行估算:
式中
●查塑件所需的注射压力100-140Mpa,而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%,因塑件为薄壁塑件,且浇口为点浇口,其压力损失比较大,所以取大一些,则
(3)选择注塑机:
根据上面计算的注射量和锁模力,可选用国产XZ-2500/500注射成型机,其有关参数如下:
标称注射量/
2500
模板的最大厚度/mm
750
螺杆直径/mm
90
模板的最小厚度/mm
400
合模力/N
模板尺寸
690×
790
注射压力/MPa
150
拉杆空间/mm
900×
830
注射行程/mm
850
合模方式
液压机械
螺杆转速/(r/mm)
0~120
电机功率/KW
22
模板最大行程/mm
700
定位圈尺寸/mm
250
喷嘴球半径/mm
18
喷嘴孔直径/mm
7
注射方式
螺杆式
最大成型面积/
1800
注射时间/s
4
(4)射机有关参数的校核
●型腔数量的校核
由注射机的额定注射量校核模具的型腔数量:
型腔数目校核合格
式中为Vj注系统凝料和飞边所需的体积
Vz为每个塑件的体积
Vg为注射机的额定注射量
●注射压力的校核
注射压力校核合格
式中 K为注射压力安全系数一般为1.25-1.4
●锁模力的校核
锁模力校核合格
K为锁模力安全系数,一般取1.1—1.2
其它尺寸的校核只有待模架选定,结构尺寸确定以后才可进行。
十一、模架的确定和标准件选择
由前面的型腔大布置以及相互的位置尺寸,再根据成型零件尺寸结合模架标准架,选用结构形式为P4型,模架尺寸为396×
496的标准模架,可符合要求。
与型腔零件有关参数的校核
●型边缘距离的校核
校核合格
为模腔材料的许用应用,查Cr12MoV的许用应力为245MPa
P为型腔的平均压力
●腔底板厚度的校核
,校核合格
●模具闭合高度的校核
计算模具的闭合高度为:
查XZ-2500/500得
,即模具满足
的安装要求。
●模具的外形的校核:
本模具的外形的尺寸为:
查XZ-2500/500注射机的模板的最大安装尺寸为
,故能满足模的安装要求
●开模行程的校核:
模具的行程为
查XZ-2500/500的最大开模行程为700mm>
158mm,即能满足注射机的开模要求。
十二、温度调节系统的设计
查表得聚苯醚成型时所需的模具温度为50--60℃,此设模具的温度为40℃。
●冷却水的体积流量
●冷却水管直径
为了使水处于湍流状态,查表得在
.
●冷却水在管道内的流速
由式
大于最低流速1.10m/s,达到湍流状态,所以管道直径选用合理。
●冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数
查表得f=7.22(水温为30℃时),因此
●冷却管道的总传热面积:
●模具上应开设的冷却水孔数:
2.推出机构(脱模)
●推出机构的形式确定:
此塑件采用顶杆推出,推杆设计在塑件的台阶处,每个塑件由4根推杆推出,在台阶处圆形均布,共16根。
其结构如装配图所示。
●脱模力的计算:
脱模力系数
塑料的线性膨胀系数
在脱模温度下,塑料的抗拉弹性模量
塑料的软化温度
脱模时塑件的温度
塑件的厚度
型芯脱模方向高度
●脱模力的校核
查XZ-2500/5000的顶出力为
即能满足注射机的要求。
十三、模型芯的加工工艺
1、型芯的加工技术要求
型芯类零件是直接成型产品的外表面,丢产品的质量哟直接的影响,所以在模具型芯的表面加工质量要求很高,型腔技术要求如下。
(1)、材料及其热处理
一般采用专门的模具钢制造,常用材料见表4-1。
型芯的热处理也是很重要的,一般的要求热处理硬度达45~50HRC以上。
(2)、表面粗糙度要求
型芯类零件成型零件的外表面,起表面的粗糙度对零件的外表面有直接的影响。
注塑模凸模的表面的要求一般应达到Ra0.1~0.2,当所了表面粗糙度要求较高或塑料流动性不好时应达Ra0.025~0.1,镶拼结构配合面表面粗糙度一般要求在Ra0.8以下。
(3)、精度要求一般塑料件精度要求不是很高,所以模具型芯的表面加工尺寸精度要求也不是很高。
但分型面、型芯与其他零件的配合面尺寸精度、形状位置精度往往要求比较高,如导柱套孔、前模与后模的扣合表面等。
如果采用镶拼结构,镶拼连接处加工精度要求也很高,所以在确定型芯加工工艺的时候要注意这些因素。
2、零件分析
如图模具型芯的零件图,如下是对其加工要求的分析
1)加工分析知识注塑模活动的型芯块,要求硬度高、耐磨性能好,材料为S3016,认出里要求48~52HRC。
在数控机床上进行加工,一般先粗加工后淬火处理在精加工才达到使用要求。
如果用高速加工或电加工,,则可以采用预硬钢来加工。
如果使用预硬钢,机械加工完毕抛光型面即可使用。
2)表面加工要求几乎所有的表面加工要求比较高,导向台肩有配合要求,型面部分要求抛光。
3)型面部分的加工模具型芯的四个型面,型面是比较复杂的形状面,有一处较浅的细槽。
以为精度要求较高,所以先用数控铣床加工出形状后,再用点火花加工或高速铣加工。
4)其余部分的加工包括镶块孔的加工、顶杆孔的加工等。
3、工阶段的划分
通过以上的零件分析,我们可以初步确定零件的加工过程为五个阶段,即备料、淬火前加工、热处理淬火、淬火后精加工、光整加工(抛光)。
(1)备料,40Cr的材料比较贵重,所以一般采用外购坯料,外购回来的坯料都比较规整,坯料的加工余量不需太大,一般预留单边余量0.5mm就可以了。
本例坯料规格应为:
340×
280×
60
(2)淬火前加工包括上下底面的粗加工、冷却水道的加工、侧面的粗铣加工型面的粗加工。
(3)热处理淬火产品的最终热处理为淬火+加火,一般工厂由专门的部门加工或外协加工,这里不赘述
(4)热处理后精加工各外型表面和型面的精加工,因为热处理后较更,所以一般采用磨削加工或电加工。
(5)光整加工即型面的抛光。
4、加工方案的确定
注塑模具型芯外形要求比较高,所以外形表面的最终加工方法采用热处理后再磨削加工。
而如果型芯型面的精度要求不是很高,型面的加工工艺则可以采用铣削→热处理→抛光。
因此,我们可以确定方案一的加工工艺路线为:
备料→铣削外形→精细铣削上下底面、侧面→划线钻孔镶块和顶杆配合孔→用数控铣粗铣型芯外形→电火花加工→热处理→磨外形→磨削斜面→抛光,工艺过程下表
型芯的加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
加工设备
1
备料
外购坯料:
2
铣削
1、铣削前后两个单面留0.1的加工余量2、铣削上表面留0.1的加工余量
XK802D
3
加工顶杆孔Φ2
由于模具顶杆孔要和模具型芯配合良好,并且不允许有太的配合间隙,所以在加工的过程中要先用1.5的钻头钻完后在铰孔,来保证顶杆的配合精度。
加工顶杆Φ2的阶梯孔Φ3
由于模具顶杆和这部分阶梯孔的配合精度不是很高,所以可以用Φ3的钻头进行加工
5
加工镶块孔Φ4
模具镶块和模具型芯的配合机关年度要求较高,所以在加工该孔的时候也要,先用Φ3.5的钻头钻孔后,再用Φ4的铰钻铰孔,以达到配合精度要求。
6
加工镶块孔Φ4的阶梯孔Φ11
由于模具镶块和这部分阶梯孔的配合精度有一定的要求,所以先用Φ10的钻头进行加,然后再用Φ11的铰钻铰孔
用电脑自动编程来加工零件的形状,并且留有一定的余量进行精加工,和抛光等工作。
8
热处理
淬火+回火,HRC48—50
9
电加工
用制做好的电极加工数控机床的部分
D7150
10
磨削
磨削上表面到预定尺寸
磨削前后表面到预定尺寸
11
抛光
研磨抛型面达要求
5、各工序的数控编程的程序
(1)、模具型心的粗加工数控程
N0010G94G90G20
N0020G50X0.0Z0.0
:
0030T00H00M06
N0040G94G00X3.7705Z1.2205
N0050G97S1500M03
N0060G01X3.6019Z1.0643F9.8
N0070G02X3.4905I2.3725K0.0
N0080X3.4913I-4.133
N0090I-4.1338
N0100
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