排水管头塑料模具设计方案与制造文档格式.docx
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据有关方面预测,模具市场的总体趋势是平稳向上的,在未来的模具市场中,塑料模具发展速度将高于其它模具,在模具行业中的比例将逐步提高。
随着塑料工业的不断发展,对塑料模具提出越来越高的要求是正常的,因此,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。
同时,由于近年来进口模具中,精密、大型、复杂、长寿命模具占多数,所以,从减少进口、提高国产化率角度出发,这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。
建筑业的快速发展,使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材接头模具成为模具市场新的经济增长点,高速公路的迅速发展,对汽车轮胎也提出了更高要求,因此子午线橡胶轮胎模具,特别是活络模的发展也将高于总平均水平;
以塑代木,以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大;
家用电器行业在“十五”期间将有较大发展,特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大;
而电子及通讯产品方面,除了彩电等音像产品外,笔记本电脑和网络机顶盒将有较大发展,这些都是塑料模具市场的增长点。
2.2.2我国塑料模具工业和今后的主要发展方向
1)提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。
这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。
2).在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度,为其进一步普及创造良好的条件;
基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪,其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题;
CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高;
塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
3)推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。
制订热流道元器件的国家标准,积极生产价廉高质量的元器件,是发展热流道模具的关键。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下,大幅度降低成本。
目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。
气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺
4).开发新的成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
5)提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低,与国外差距甚大,在一定程度上制约着我国模具工业的发展,为提高模具质量和降低模具制造成本,模具标准件的应用要大力推广。
为此,首先要制订统一的国家标准,并严格按标准生产;
其次要逐步形成规模生产,提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;
再次是要进一步增加标准件的规格品种。
6).应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
7)研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐
3国外塑料模具的发展现状<
1)模具生产效率高,工期短,人均产值高。
各企业共同之处是厂房设备密集,显得十分拥挤,即使在这样的条件下,车间管理还是有条不紊,生产效率高。
一般模具企业,人均年产值为5~14万美元。
2)专业分工细,技术精益求精,客户相对稳定。
模具企业专业分工较细,生产协作紧密。
每家企业只生产某一类模具,各家都有自己的拳头产品,这利于在技术上精益求精,以利在激烈的竞争中生存发展。
模具厂所需的模具标准件都是外购的,有些零件加工业是由其他厂协作。
3)模具企业带件生产比较普遍,有利于企业发展。
模具作为单件或极小批量产品,技术密集和精密加工设备密集,与模具成型制品的大批量生产相比,投入大,产出低,因而制约了模具企业大发展。
他们注重模具与制品一体化,模具与制品相辅相成,互相促进,有利于模具企业的发展。
4)紧跟主产品需求开发模具,重视开拓海外市场。
模具工业发展较快,紧跟主产品需求开发制造模具是一个重要因素。
近几年3C电子产品和汽车工业的迅速发展,带动了模具工业的发展。
目前模具产值的76%源自3C产品和汽车、摩托车提供的产品。
模具行业以很强的市场敏感性,以最短的生产周期满足了这些行业的需求。
大陆的许多3C产品和汽车模具就来自美国,日本和西欧,以及台湾。
5)CAD/CAE/CAM和高速切削加工技术应用广泛。
他们的模具生产效率较高,市场快速反应能力强,CAD/CAE/CAM技术和高速切削技术的普及应用,无疑是一个重要因素。
4.本设计所要解决的问题
在我们设计的排水管头塑料模具的设计与制造过程中,根据所学的知识和我们在毕业实习中所积累的经验,所采用方案如下。
该塑件是排水管头,大批量生产,塑件的材料采用常用的原料ABS,属于常用的工程材料。
排水管头设计有螺纹和侧向分型机构,塑件的螺纹可以在模塑时可直接成型,生产外螺纹模具采用型环成型,也以用后加工的方法机械加工。
当采用螺纹型环的时候,可采用螺旋抽芯机构直接成型外螺纹,然后进行后加工。
而当我们采用型环进行加工的时候根据具体情况我们还可以不采用螺旋抽芯机构而采用侧向抽芯,再进行后处理的方法<
主要是我们的产品的壁厚小于3mm,为了防止在塑料制件在脱模制件的螺纹处出现质量缺陷)。
1工艺性分析
1.1:
塑料的原材料分析【1】
1)吸湿性强。
成型前须充分干燥要求其含水量小于1%,对于表面光泽要求较高的制品,需长时间干燥。
2)流动性较好<
溢边值为0.04mm左右)易于充模,粘度对剪切速率较敏感,同时还与注射温度和注射压力有关,其中注射压力影响较为显著,因此提高流动性要从提高注射压力入手。
3)成型难度大,须采用较高的料温和模温。
对于耐热抗冲击性和中抗冲击性制件,应在允许的范围内料温取较大值。
4)精度对之制件影响较大,有破坏ABS橡胶相的倾向,通常ABS在250℃左右变色,270℃开始分解。
5)若制件精度要求较高模温宜采取50~60℃,若制件表面要求具有光泽模温宜取60~80℃,我们的线圈骨架采用60℃。
5)注射压力应比聚苯乙烯较大,采用螺杆式注塑机料温可取160~220℃,注射压力可取70~90MPa。
6)模具设计过程中注意事项,浇注系统流动阻力应尽可能小,浇口位置及形式应合理并能防止熔接痕的产生,同时要考虑模具制造的经济性和加工的合理性。
1.2:
塑件的结构和尺寸精度等级及表面质量分析
从该制品的零件图可知;
形状,结构对制件脱模要求较高,但对尺寸大小,
的影响,取公差值和附加值之和,MT2级取0.05,MT3-5级取0.1。
【2】
3)制品的表面质量;
塑料制件的精度等级较低,我们所要获得的制件对制品的表面质量除要求无缺陷,毛刺,无特殊要求,一般的模具制造工艺和注塑工艺就能满足要求。
4)制品的形状结构;
制品的壁厚均匀为3mm。
符合ABS的最小壁厚原则,在制件的前端螺纹处的壁厚较小<
小于3mm),螺纹在成型时容易出现质量缺陷,所以在模具的设计和加工过程中要特别注意,防止出现缺陷,由于制件的尺寸较小,ABS的强度较大不需增设加强筋。
1.3:
计算塑料制件的体积和质量
计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数量。
计算塑料制件的体积:
V=∏/4<
30×
30-10×
10)×
3+∏/4<
22×
22-16×
16)×
10-2×
3×
10
=3.6㎝3
在这里为大致计算,其中圆角和螺纹处的尺寸可不预考虑在选取注塑机时适当放缩。
)
查《模具设计与制造简明手册》知聚苯乙烯一般密度为ρ=1.04~1.05g/cm3,ABS耐热型塑料密度为ρ=1.02~1.16g/cm3【3】
由下式换算聚苯乙烯体积:
Q=
ρ1V/ρ2=1.05/1.09×
3.6
由密度可得出单个制件的质量:
Q=ρ1V=ρ1V/ρ2×
ρ1=1.05×
1.05/1.09×
3616
=3.7g
1.4:
ABS塑料注射成型的工艺参数。
注塑工艺卡)
注射温度包括料筒温度和喷嘴温度
料筒温度:
后段温度t1选用150~170℃
中段温度t2选用165~180℃
前段温度t3选用180~200℃
注塑压力一:
选用55~65mpa
注塑时间:
选用0~5s
保压压力:
选用65mpa
保压时间:
选用10s
冷却时间:
选用15s
5:
塑料成型设备的选取【2】
根据计算及原材料的注射成型参数初选注塑机为xs-z-60查材料【3】表2-40知:
注射容量:
60cm3
注射压力:
122mpa
锁模力:
500KN
最大注射面积:
130c㎡
模具厚度:
70~200mm
模板行程:
180mm
喷嘴球半径:
12mm
孔半径:
4mm
2注塑模具结构的设计
2.1模腔数量的确定
塑件的生产属大批量生产,宜采用多型腔注塑模具,其型腔个数与注塑机的塑化能力,最大注射量以及合模力等参数有关,此外还受制件精度和生产的经济性等因素影响,有上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量;
2.1.1按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1
N1=
×
-
其中:
F注塑机的锁模力N
PC型腔内的平均压力mpa
A每个制件在分型面上的面积<
m㎡)
B流道和浇道在分型面上的投影面积<
B在模具设计前为未知量,根据多型腔模具的流动分析B为<
0.2~0.5),常取B=0.35,熔体内的平均压力取决于注射压力,一般为25~40mpa实际所需锁模力应小于选定注塑机的名义锁模力,为保险起见常用0.8F则
N1=
=
157=6.6<
个)
2.1.2注射机注塑量确定型腔数目N2
N2=<
G-C)/V
其中:
G注射机的公称注塑量<
cm3)
V单个制件体积<
C流道和浇口的总体积<
生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的0.75~0.45倍,取0.6倍计算,同时流道和浇道的体积为未知量,据统计每个制品所需浇注系统是体积的0.2~1倍,现取C=0.6则
N2=
=
=60×
0.375
=3.9<
从以上讨论可以看到模具的型腔个数必须取N1,N2中的较小值,在这里可以选取的个数是1,2个,考虑的制件的取出和模具的开模等情况,以及模具的主流道长度最好小于60mm,以防止因为注塑压力的降低而带来的制件充型不足等缺陷。
我们所设计的排水管头模具采用一模四腔的方案,即
N=2【5】
2.2分型面的选择以及型腔的排列方式的确定【6】
2.2.1分型面的选择;
模具设计的过程中分型面的选择很关键,它决定了模具的结构,应根据分型面选择的原则来确定模具的分型面:
1)塑件脱出方便:
尽量使塑件滞留在动模一侧,模具的脱模机构在动模一侧,一般将主型芯装在动模一侧,使塑件的包紧在主型芯上,型腔可以设在定模一侧。
【6】
2)模具结构简单,使模具容易切削加工,从简化模具加工来考虑,对要求抽芯的塑件,应尽量避免在定模部分抽芯。
其他必须型腔排气顺利,确保塑件质量,无损塑件外观,设备利用合理以及塑件的成型要求来选择分型面。
该塑件为排水管头,表面无特殊的要求,由于制件有外螺纹和侧向抽芯的孔,因此制件需要螺纹型环和侧向抽芯机构,分型比较复杂,可采用螺旋抽芯和侧向分型,但是由于制件的壁厚较小<
螺纹处壁厚小于3mm)为了防止在卸下时制件被损坏,可以采用侧向分型和开模方向的分型,故分型面选择如下图所示:
图一分型面选择
2.2.2确定型腔的排列方式;
本塑件在设计时采用一模四腔的设计方案,即综合考虑模具的开模行程较短,注塑机有足够的开模空间,浇注系统符合原则<
主流道的长度小于60mm),模具结构简单以及制件精度符合图纸要求<
这里模具的精度等级图纸无要求,ABS的未注公差等级为MT5)以制件生产的经济性,可采用下图所示的型腔排列方式和分型面选择。
图二型腔的排列方式
2.3浇注系统的设计
2.3.1主流道设计;
根据XS-Z-60型注塑机喷嘴的有关尺寸【6】
喷嘴前端孔径:
d0=Ф2mm
喷嘴前端球面半径:
R0=12mm
根据模具主流道与喷嘴的关系:
R=R0+<
1~2)mm
D=d0+(0.5~1>
mm
取主流道的球面半径:
R=13mm
取主流道的小端直径d=Ф3mm
为了方便将凝料从主流道中拔出,将主流道设计为圆锥形式其斜度取1~3度经换算得主流道大端直径D=4mm,为了使料能顺利的进入分流道,可在主流道的出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。
2.3.2主流道衬套的选取。
2.3.3分流道设计
分流道的形式和尺寸应根据塑件的体积,壁厚和形状的复杂程度来确定分流道的长度的。
由于塑件的形状比较简单,ABS的流动性好,冲型能力比较好,因此可采取半圆形分流道,便于加工。
根据主流道大端直径D=Ф4mm,则半圆形可选用半径为R=2mm的截面。
2.3.4浇口设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式,选用扇形浇口较为理想,设计时考虑选择从塑件的上表面进料,而且采用镶拼结构,有利于填充,排气,扇形浇口的规格为L=1.3mmh1=0.25~1.6mmb=6~B/4=6~8mmc=R0.3或者0.3×
45度。
2.3.5排气结构的设计
图三:
斜导柱
注射模中和模导向机构主要用来确保动模和定模两部分以及其他零件的准确闭合,实现脱模机构的同时进行,避免各零件发生碰撞和干涉,对中小型模
具导向机构多采用导柱导套结构,而需要侧向抽芯的机构常采用斜导柱<
需要抽拔距较小的模具采用)或弯销<
需要抽拔距较大的模具采用)。
线型骨架注塑模的抽拔距较小,可采用斜导柱就能满足侧向分型的需要,斜导柱如上图所示:
材料:
T8A热处理:
HRC50~55
注:
1.未注倒角不大于0.5×
45°
2.滑动部分可按需要设计油槽
2.5抽芯距的确定
本塑件的侧向抽芯部分垂直于脱模方向,阻碍成型后塑件从模具中取出,因此成型侧凹的型芯可做成镶嵌件,本模具采用斜导柱抽芯机构。
1)确定抽芯距
抽芯距一般大于侧凹深度本副模具设计中必须高于制件最小高度的一半
H1=
=8mm
另加3~5mm的抽芯安全系数,可取抽芯距为12mm
2)确定斜销的倾角
斜导柱的倾角a是斜销机构的主要技术参数,它与抽拔距和抽芯距有直接关系,一般取15°
~25°
本副模具取a=20°
3)确定斜销的尺寸
斜导柱的直径取决于抽拔力以及倾角可按设计资料有关公式进行计算,本例可采用经验估值,取斜导柱的直径d=Ф12mm【3】
4)斜导柱的长度
由于侧凹的尺寸较小型芯滑块可采用整体式加工增加强度,导滑槽的导滑长度和定位装置的设计可采用经验法,侧向抽芯的抽拔距较小,也无须滑块的定位装置。
3模具工作零件的设计
3.1凹模的设计
本副模具采用哈夫块式凹模结构,制件分两列串放于模具型腔里其上带有嵌件,嵌件见下图
图四嵌件图
根据分流道与浇口的设计要求,分流道与浇口设在凹模型腔上其结构见图所示。
图五分流道与浇口
3.2排水管头注塑模具的工作尺寸<
包括型腔和型芯的尺寸)
本例中成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸,平均收缩率平均制造公差和平均磨损率来计算。
查教材表1-3塑料ABS的成型收缩率为S=0.3~0.8%,故平均我们取为Scp=0.5%。
考虑到工厂模具制造的现有条件,模具制造公差取Б=Δ/3。
3.2.1凹模工作尺寸的计算
塑件尺寸
计算公式
型腔工作尺寸
Lm=(Ls+LsScp%-3/4Δ>
+Б
表一:
凹模工作尺寸表
3.2.2凸模工作尺寸的计算<
如表二中所示)
型芯工作尺寸
Ln=(Ls+LsScp%+Δ>
表二:
凸模工作尺寸
3.2型芯结构的确定:
3.3.1型芯的设计
可根据模具的各部分结构确定型芯的尺寸和结构。
如下图所示<
型芯的具体尺寸见型芯图)
图六型芯的结构图
注<
1)材料45钢
2)技术要求热处理后材料的硬度达到50~56HRC
要求有一定的耐磨性和耐腐蚀性
3.3.2型腔的设计
可根据模具的各部分结构确定型腔的尺寸和结构。
型腔的具体尺寸见型芯图)
凹模板尺寸:
根据矩形凹模最小壁厚经验曲线知,此塑件的成型压力小于30MPA,那么尺寸见下图
注<
4模具加热和冷却系统的设计
4.1求塑件在硬化时每小时释放的热量为Q3,
查有关文献得ABS的单位热流量为Q2=314.3~398.1J/g,取Q2=350J/g:
Q3=WQ2=1296g/h×
350J/h=453600J
4.2求冷却水的体积流量V
V=WQ1/Pc1(T1-T2>
=453600/60×
1/1000×
4.2×
30-20)
=320
=0.32×
体积流量所需的冷取水管直径非常小。
4.3确定模具的冷却系统
由上述计算可知,因为模具每分钟所需的冷却水量很小,故在这里我们可以初选水管直径为Ф8mm的孔,水冷即可。
经试模以后根据塑料制件的质量问题然后修正冷却系统的水管直径,小的话可以通过机械加工增加孔的直径。
5模具闭和高度的确定
在支撑板与固定零件的设计中根据经验确定:
定模板厚度
=20mm,斜楔块厚度为
=30mm,型腔板厚度为
=32mm,推件板厚度为
=10mm,型芯固定板厚度为
=20mm,垫板厚度为
=15mm,模脚厚度为
=30mm(考虑模具的抽芯距>
如下图所示:
图八模具装配草图
注塑机有关参数的校核
本模具的外形尺寸为150mm×
160mm×
157mm,XS—Z—60型注塑机模板最大安装尺寸是350mm×
280mm。
由于上述计算的模具闭合高度为157mm,XS—Z—60型注塑机的最小模具厚度为70mm,最大模具厚度为200mm
1:
模具合模时校核:
70mm<
157mm<
200mm
2:
模具开模时校核:
157mm+12mm<
12mm为模具的抽拔距
经校核XS—Z—60型注塑机能满足使用要求故可以采用。
7模具的装配
7.1:
装配主要要求如下
1)模具上下平面的平行度偏差不大于0.05mm分模处要求密合。
2)推件时推杆与卸料板要保持同步。
3)上、下模型芯必须紧密接触。
4)保证模具的上模板上平面和下模板下平面的平行度。
5)导柱轴心线和下模板下平面的垂直度。
6)导套轴心线和上模板上平面的垂直度。
【7】
7.2装配时以分型面密合作为该模具的装配基准,装配顺序如下
1)装配前检查主要工作零部件及其它零件尺寸是否符合图纸要求。
2)镗导柱、导套孔。
将定模板、动模板、型芯固定板叠合在一起,使分模面紧密接触并加紧,镗导柱、导套孔,在孔内压入工艺定位销后,加工侧面的垂直基准。
3)加工定模。
用定模侧面的垂直基准确定定模上型芯中心的实际位置,并以次作为加工基准,分别镗型芯孔φ34mm、φ10mm,并锪台肩φ44mm×
6mm、
φ14mm×
6mm。
4)压入导柱、导套。
将定模板、动模板、支撑板上分别压入导柱、导套,使其导向可靠,滑动灵活。
5)装配型芯。
在定模和型芯固定板孔内压入型芯,用镙孔复印法和压销钉套法使型芯紧固在支撑板上,将其一起磨平。
6)通过型芯钻支撑板上的推杆孔。
7)通过支撑板钻推杆固定板上的孔。
8)在推杆固定板和支撑板和支撑板上加工限位螺钉和复位杆孔。
9)组装垫块和支撑板。
10)加工定模座板。
加工螺孔、销钉孔和导柱孔,并将浇口套、导柱套压入定模座板。
11)定模部分的装配。
用平行夹头把它们加紧<
浇口套的浇道孔与镶块上的浇道口对中,在上面钻固定在注塑机上的孔,使其与注塑机相配合。
12)装配动模部分。
修正推杆和复位杆的长度。
13)完成装配后进行试模,并校验入库【7】
8试模过程中出现的问题及解决办法【7】
缺陷名称
注塑机或成型条件问题
模具或材料<
塑料原料)问题
解决办法
填充不满
1.注塑机的注塑力不够
2.加料量不够
3.注塑压力太低
4.注塑速度太慢
1.浇口平衡不好
2.模具温度太低
3.排气不良
4.塑料原料的流动性不好
提高注射压力和速度;
增加浇口尺寸和加料量提高模具和料筒温度
溢边
1.注塑压力太大
2.锁模压力不够
3.加料量太大
4.料温过高
1.模具配合面不严
2.成型期间塑料原料粘性太低
降低模具温度和料筒温度;
减少保压时间和浇口尺寸;
增大锁模力
熔接线
1.料温太低
2.注射压力过低
3.注塑速度过慢
4.注塑机喷嘴温度低
1.模具温度较低
2.浇口的数目与位置不对
3.塑料原料干燥不够
4.塑料原料流动性差
提高注射速度;
增加模具温度和料筒温度
龟裂
1.注射压力过高
2.料温太低导致流动不好
3.保压压力过高
1.模具温度过低
2.型腔设计不良
3.塑料原料粘性不良
4.塑料原料退火不良
降低注射压力和保压压力;
提高模具温度;
改良型强设计
表三:
试模过程中出现的问题及解决办法
总结
经过近段的努力,在老师和同学们的指导和帮助下,我顺利地完成了这次的毕业设计任务。
经过这次的设计任务,使我对模具设计,特别是模具的设计过程有了进一步地了解;
对模具的基本结构、组装、调试、加工制造等方面有了深刻理解。
在设计的过程中,通过对制件的分析和对模具的设计的研究时,能够较好地将课本上的理论知识应用与设计当中,并且能够从整体,宏观上去研究、分析、考虑设计问题。
同时,在这次的设计过程中,还很大地程度上锻炼了自己的动手能力,如:
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