塑料管爪形浇口模具设计Word文件下载.doc
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Keywords:
Injectionmold,plastic.
前言
随着中国当前的经济形势的高速发展,在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下,中国的制造业也蓬勃发展;
而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一,模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高,并能获得极大的经济效益,因而引起了各国的高度重视和赞赏。
在日本,模具被誉为“进入富裕的原动力”,德国则冠之为“金属加工业的帝王”,在罗马尼亚则更为直接:
“模具就是黄金”。
可见模具工业在国民经济中重要地位。
我国对模具工业的发展也十分重视,早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中,就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。
近年来,塑料模具的产量和水平发展十分迅速,高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。
注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内,塑料受热熔化后,在注塑机的螺杆或柱塞的推动下,经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内,塑料在其中固化成型。
本次课程设计的主要任务是塑料管注塑模具的设计,也就是设计一副注塑模具来生产塑料管产品,以实现自动化提高产量。
针对塑料管的具体结构,通过此次设计,使我对爪形浇口单分型面模具的设计有了较深刻的认识;
同时,在设计过程中,通过查阅大量资料、手册、标准等,结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构(成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、侧抽机构、模温调节系统)有了系统的认识,拓宽了视野,丰富了知识。
一、塑件的工艺性分析
1.1塑件材料ABS的使用性能
综合性能较好,冲击韧度、力学强度较高,尺寸稳定,耐化学性、电气性能良好;
易于成形和机械加工,与有机玻璃的熔接性良好,可作双色成形塑件,且表面可镀铬。
适于制作一般机械零件、减摩耐磨零件、传动零件和电信结构零件。
1.2塑件材料ABS的加工特性
l无定型塑料,其品种很多,各品种的机电性能及成形特性也各有差异,应按品种确定成形方法及成形条件。
l吸湿性强,含水量应小于0.3%,必须充分干燥,要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
l流动性中等,溢边料0.04mm左右(流动性比聚苯乙烯,AS差,但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好)。
l比聚苯乙烯加工困难,宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂,料温更宜取高)。
料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为250℃左右,比聚苯乙烯易分解),对要求精度较高塑件,模温宜取50~60℃,要求光泽及耐热型料宜取60~80℃。
注射压力应比加工聚苯乙烯稍高,一般用柱塞式注塑机时料温为180~230℃,注射压力为100~140MPa,螺杆式注塑机则取160~220℃,70~100MPa为宜。
l模具设计时要注意浇注系统,选择好进料口位置、形式。
推出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹(但在热水中加热可消失)。
脱模斜度宜取2℃以上。
2、塑件的结构工艺性分析:
从图纸上分析,该塑件壁厚均匀,都为2mm,且符合最小壁厚要求.
3、塑件的尺寸精度分析:
该塑件的未注公差按MT5级公差要求,其余公差要求按制件的制件图所示公差要求
塑件的外形尺寸:
长20.0+0.140
Ф10.0+0.120
孔尺寸:
Ф6.0+0.10
1.3塑件如图1所示。
图1塑件图
产品名称:
防护罩
产品材料:
ABS
产品数量:
较大批量生产
塑件尺寸:
如图1所示
塑件要求:
塑件不允许有变形,裂痕。
塑件允许最大脱模斜度
二、模具的基本结构及模架选择
2.1型腔布置
塑件形状较简单,重量较轻,生产批量较大。
所以应使用多型腔注射模具。
模具采用一模二腔、平衡布置。
这样模具尺寸较小,制造加工方便,生产效率高,塑件成本较低。
其布置如图2所示。
图2型腔布置
2.2
确定分型面
塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求,本实例中塑件的分型面有多种选择,如图3所示。
图3(a)的分型面选择在轴线上,这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹,影响塑件表面质量。
同时这种分型面也使侧向抽芯困难;
图3(b)的分型面选择在下端面,这样的选择使塑件的外表面可以在整体凹模型腔内成型,塑件大部分外表面光滑,仅在侧向抽芯处留有分型面痕迹。
同时侧向抽芯容易,而且塑件脱模方便。
因此塑件选择如图3(b)所示的分型面。
(a)(b)
图3分型面选择
2.3选择成型设备
它主要是根据塑件的外形尺寸,质量大小及型腔的数量和排列方式来确定。
(1)模具所需塑料熔体注射量m=nm1+m2
式中m-----一副模具所需塑料的质量
n-------初步选定的型腔的质量(选2)
m1-----单个塑件的质量
m2------浇注系统的质量
ABS的密度为1.02~1.16kg/dm3取1.09
m=1.6nm1
m1=3.14×
(102-62)×
20×
1.09=4.391g
m=1.6nm1=1.6×
2×
4.391=14.0512g
(2)塑件和流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积及所需锁模力
A1=3.14×
(102-62)=200.96mm2
A=nA1+A2=1.35nA1=542.592mm2
Fm=(nA1+A2)F型=AF型=542.592×
35N=18990N=18.99KN
式中A-----塑件及流道凝料在分型面上的投影面积
A1-----单个塑件在分型面上的投影面积
A2----流道在分型面上的投影面积
Fm----模具所需的锁模力(N)
F型-----塑料熔体对型腔的平均压力(MPa)
查表2-1注射压力po=130~150取130MPa
查表32-2注射成型时型腔平均压力F型=35MPa
“
(3)选择注射机型号
根据m和Fm值选一种注射机
选用SZ-60/450型注射机,其有关参数为:
额定注射量78cm3;
螺杆直径30mm;
注射压力170MPa;
注射速度60g/s;
塑化能力5.6g/s;
螺杆转速14-120r/min;
锁模力450kN;
移模行程220mm;
最大模厚300mm;
最小模厚100mm;
最大开合模行程220mm;
喷嘴圆弧半径20mm;
喷嘴孔直径3.5mm;
定位孔直径55;
拉杆间距:
290×
368mm;
(4)注射机有关参数的校核
a)由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n。
n<
(kMt/3600-m2)/m1=(0.8×
5.6×
3000×
30/3600-0.6×
4.391)/4.391=29.408
n取2,合格
b)注射压力的校核
额定压力Pe〉K、Po=1.3×
130=169MPa
K、----注射压力安全系数,取1.3
c)锁模力的校核
F≥KoAP型=1.2×
18.99=22.78KN
而F=450KN所以锁模力合格
Ko-----锁模力安全系数,取1.2
d)注射机安装模具部分相关尺寸校核
模具厚度Hm
必须满足Hmin<
Hm<
Hmax
式中Hmin——注射机允许的最小模厚,即动,定模板之间的最小开距;
Hmax——注射机允许的最大模厚。
而100<
237<
300
所以厚度合格。
2.4浇注系统的设计
2.4.1主流道的设计
1.
(1)主流道尺寸
根据手册查得SZ-60/450注塑机喷嘴的有关尺寸。
喷嘴球半径:
=12mm
喷嘴孔直径:
=∮4mm
根据主流道和喷嘴的关系:
=+(1~2)mm,=+0.5mm
取主流道球面半径:
=14mm
取主流道小端直径:
=∮3.5mm
为了便于静凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为~。
经换算得主流道大端的直径为D=∮9.6mm。
同时为了使熔料顺利进入分流道,在主流道出料端实际r=5mm的圆弧过渡
(2)主流道衬套形式
本设计虽然是小型模具,但为了便于加工和缩短主流道尺寸,衬套好人定位圈还是设计成分体式,主流道长度取40,约等于定模板的厚度。
材料采用T10A钢,热处理猝火后表面硬度为53HRC~57HRC。
(3)主流道凝料体积
q主=3.14h/12*(D2+Dd+d2)=3.14×
40/12×
(6.12+6.1×
4+42)=812mm3=0.8cm3
(4)主流道剪切速率校核
由经验公式r=3.3qv/3.14Rn3=3.3×
4.61196/(3.14×
0.25253)=301.08s-1
式中qv=q主+q分+q塑件=0.8+3.611+0.20096=4.61196cm3
Rn=(4+6.1)/2/2=0.2525cm
2.分流道设计
分流道主要对进入模具的熔料起分流作用,多型腔的模具一定要设置分流道,若是单腔成型大型塑件,如采用多浇口进料,也需要设置分流道。
1.影响分流道设计的因素
1)制品的几何形状、壁厚、尺寸大小及尺寸的稳定性、内在质量及外观质量要求。
2)塑料的种类、亦即塑料的流动性、熔融温度与熔融温度区间、固化温度以及收缩率。
3)注射机的压力、加热温度及注射速度。
4)主流道及分流道的拉料及脱落方式。
5)型腔的布置、浇口位置及浇口形式的选择。
2.分流道的设计原则:
1)熔体应以最短的路径、最小的热量和压力损失,快速射入型腔。
2)熔料从各个浇口进入型腔的温度和压力相同,以保证各型腔中制品的收缩率相同。
3)分流道的转折处应以圆弧过渡,与浇口的连接处应加工成斜面,以利熔料的流动。
4)在保证足够的注射压力时,分流道的截面和长度应尽量取最小值。
5)尽量保证各型腔同时充满,并均衡的补料,以保证同模各塑件的性能、尺寸尽可能一致。
6)各型腔之间距离恰当,应有足够的空间排布冷却水道、螺钉等,并有足够的截面积承受注射压力。
7)型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心一般在模板的中心上。
3.分流道的截面形状
常用的截面形状有圆形、U形、梯形、矩形等。
在选择截面形状时,要综合考虑热量损失、流动阻力、加工难道等几方面的因素。
熔料在流道中流动时,与模具接触的塑料冷凝固化,起绝热作用,熔料仅在流道中心流动。
因此,分流道的理想状态是其中心线与浇口中心线位于同一直线上。
分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注塑机速率等因素有关。
该塑件体积不太大,形状不算复杂,且壁厚均匀。
从为了便于加工的方面考虑,此模具采取梯形分流道。
4.分流道界面尺寸
梯形的上底宽度根据经验公式来确定截面尺寸,即
底面圆角半径R=0.75mm,梯形高度取,H取B=2/3H=3mm,设下底宽度为b,梯形面积应满足如下关系式。
代入计算得b=3.5mm
分流道截面形状如图:
5.凝料体积:
分流道长度
分流道截面积
凝料体积
实际加工时,用铣床铣出流道后,即用打磨机,沙纸,油石等打磨工具将模具型腔表面磨光,磨亮,降低分流道表面粗糙度。
2.42浇口套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,属易损件,对材料要求较严,因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套,以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。
浇口套一般采用碳素工具钢(T8A,T10A)材料制造,热处理淬火硬度HRC53-55度。
浇口套都是标准件,只需去买就行了。
浇口套与模板间配合采用H7/m6的过度配合。
浇口套的规格有Φ12,Φ16,Φ22等几种。
由于注射机的喷嘴圆弧半径为R20,所以浇口套球面半经为R22。
.浇口套如图6.1所示
图6.1
2.44浇口的设计
浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的熔体通道,除直接浇口外,它是浇注系统中截面最小的部分,但却是浇注系统的关键部分,浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
浇口的选用
由于该模具外观质量要求较高,浇口的位置和大小应以不影响塑件外观质量为前提。
同时,也尽量使模具结构更简单。
综合对塑料成型性能、浇口和模具结构的分析比较,确定该模具采用的是爪形浇口。
此浇口加工容易,修整方便,并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置,因此它是广泛使用的一种浇口形式,普遍使用于中小型塑件的多型腔模具,且对各种塑料的成型适应性均较强;
爪形浇口尺寸的计算。
H=T×
N
H:
浇口处的厚度
T:
浇口处的壁厚
N:
塑料系数(如表6.1)
W:
浇口宽度
L:
1mm—2.5mm
L:
浇口长度
H=T×
N=1×
0.7=0.7mm
W=2H=2×
0.7=1.4mm
L=2.5mm
由于选的分流道直径为4,结合经验W=1.5-5.0mm,取W为1.5mm
图6.2爪形浇口形式
浇口位置的选择
5、浇口位置的选择应遵循以下原则:
(1)、浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致,并使起流程最短。
(2)、浇口的位置应保证塑料流入型腔时,对着型腔中宽畅、厚壁部位,以便塑料顺利地流入。
(3)、避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁、型心或镶件,使塑料能尽快流入到型腔各部位,并避免型心或嵌件变形。
(4)尽量避免使制品产生熔接痕,或使其熔接痕产生在制品不需要的部位。
(5)、浇口位置及其流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀地流入,并有利于型腔内气体排出。
(6)、浇口位置应在制品最易清除的部位,同时,尽可能不影响制品的外观。
模具设计时,浇口的位置及尺寸要求比较严格,初步试模后还需进一步修改浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大,因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节,同时浇口位置的不同还影响模具结构。
总之要使塑件具有良好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选择,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。
根据本塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式,综合考虑以上几项原则,浇口选在型腔的上壁处。
2.4.5型芯、型腔结构的确定
型芯、型腔可采用整体式或组合式的结构。
整体式结构的型腔是直接在型腔板上加工,有较高的强度和刚度。
零件尺寸不大,容易加工和易热处理,整体式型芯结构牢固,成型塑件质量好。
但是该塑件不易采用整体式结构,消耗贵重模具钢多,不便加工和热处理。
整体式结构适用于形状结构简单的中小型塑件。
组合式型腔是有很多的拼块镶制而成,机械加工和热处理比较容易,能满足大型塑件的成型需要。
组合式结构的型芯可节省贵重模具钢,便于机械加工和热处理,修理更换方便。
同时也有利于型芯冷却和排气的实施。
该塑件尺寸较小,形状不复杂,所以型腔采用整体式的结构,型芯采用组合式的结构。
2.4.6选择模架
根据型腔的布局可看出,型腔嵌件分布尺寸为115*195,又根据型腔侧壁最小厚度为18.24,再考虑到导柱,导套及连接螺钉布置应占的位置和采用推件板推出等各方面问题,确定选用模架序号为5号(200*L=200*250),模架结构为A4的形式,如下图所示。
各模板尺寸的确定。
1.A板尺寸
A板是定模型腔板,塑件高度18.5,在模板上还要开设冷却水道,冷却水道离型腔应有一定的距离,因此A板厚度取40mm。
2.B板尺寸
B板是凸模(型芯)固定板,凸模的成型部分直径为28,因此B板厚度取32mm。
3.C垫块尺寸
垫块=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+(5~10)=18.5+20+15+(5~10)=58.5~63.5根据计算,垫块厚度C取63。
上述尺寸确定之后,就可以确定模架序号为5号,板面为200*250,模架结构为A4的标准模架。
从选定模架可知,模架外形尺寸:
宽*长*高=200*250*237。
模具平面尺寸200*250<
280*250(拉杆间距),合格:
模具高度237,100<
300合格;
模具开模所需行程=17.6+18.5+(5~10)=(41.1~46.1)<
200,合格;
其他各参数在前面校核均合格,所以本模具所选注射机完全满足使用要求。
图7-1-2标注模架的选择
2.4.7成型零件工作尺寸的计算
本产品为抗冲ABS制品,属于大批量生产的小型塑件,预定的收缩率的最大值和最小值分别取0.6%和0.3%。
此产品采用5级精度,属于低精度制品。
因此,凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围之间,凸凹模各处工作尺寸的制造公差,因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT7~IT8级,综合参考,相关计算具体如下:
Smax、Smin——分别是制品的最大收缩率和最小收缩率。
σs=(Smax-Smin)×
制品尺寸
σs——成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差
⑴型腔径向尺寸的计算
LM1=[(1+(Smax+Smin)/2)Lsl-0.5Δ]+δZ0
=[(1+0.45%)×
10-0.5×
0.2]+0.030
=9.945+0030mm
⑵型腔深度尺寸的计算
HM1=[(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5Δ]+δZ0
+δZ0=[(1+0.45%)×
20.14-0.5×
0.2]+δZ0
=20.13+0.030mm
⑶型芯径向尺寸的计算
lM1=[(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.5Δ]0-δZ
6.0+0.5×
0.40]0-0.15
=6.230-015mm
⑷型腔高度向尺寸的计算
hM=[(1+(Smax+Smin)/2)hsl+0.5Δ]0-δZ
20+0.5×
0.15]0-0.15/2
=20.1650-0.08mm
脱模力计算
将塑件从包紧的型芯上推出所克服的阻力称为脱模力,脱模力主要由塑件收缩包紧型芯造成塑件与型芯的摩擦力。
根据《塑料模具设计指导》公式2-43,脱模力计算公式:
F=10fE(T1-T2)th
式中f——脱模系数,即在脱模温度下塑件与型芯表面之间
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