注塑模课程设计.docx
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注塑模课程设计.docx
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注塑模课程设计
注塑模课程设计
江西理工大学
课程设计
题目注塑模课程设计
教学院机电工程系
专业模具设计与制造
班级11模具专
姓名程学良
教师肖斌
2013年12月25日
一、课程的限制和任
1.在模具专业课程体系中的地位
在模具制造过程中,首先是塑料件制品的造型设计,再进行该塑件的模具设计,最后加工该模具的核心零部件。
《塑料模具设计》课程就是中间“模具设计”环节的培训,是模具设计与制造专业的核心专业课程。
2.课程的任务
《塑料模具设计》主要学习塑料模具的结构、模具工作原理以及塑料材料的成型工艺,培养使用三维设计软件Pro/E进行塑料模具分析、设计的操作能力。
要求学生具备现代模具生产企业的模具设计职业能力和模具调配维修能力,同时为模具型腔数控加工方面的后续课程打下基础。
先修课程:
《产品品造型技术》(基于Pro/E)、《机械制图与计算机绘图》等机械基础课程,为下一步模具设计做准备。
二、本课程对职业能力培养、职业素质养成的作用
(1)以模具设计工作过程为导向的课程教学,使理论与实践结合得更加紧密,采用先进的模具设计工具,学习先进的模具设计方法,提高学生进入实践工作岗位的自信心;
(2)在模具设计的工作过程中,提高学生的实践操作设计水平,培养学生的职业工作能力;
(3)培养了学生探索发现,勇于创建的精神;
(4)为模具加工及维修岗位训练提供知识准备。
一.手机充电器外壳的材料与工艺性分析
1塑件材料及材料的选择
1.1常见的塑件材料
(1)聚乙烯(PE)
基本特性:
产量最大;无毒、无味,呈白色或乳白色;结晶型塑料;吸水性极小,介电性能好。
因此,聚乙烯是最理想的高频电绝缘材料。
(2)聚丙烯(PP)
基本特性:
无色、无味、无毒。
不吸水,光泽好,易着色。
卓越的介电性能、耐水性、化学稳定性、高频绝缘性能;定向拉伸后抗弯曲疲劳强度特别高;耐热性好,能在100℃以上的温度下进行消毒灭菌;易老化。
(3)聚氯乙烯(PVC)
基本特性:
产量第二,其树脂为白色或浅黄色粉末。
分为硬聚氯乙烯和软聚氯乙烯。
有较好的电气绝缘性能,可以用做低频绝缘材料,其化学稳定性也较好;热稳定性较差,使用温度一般在-15℃~55℃之间。
(4)聚苯乙烯(PS)
基本特性:
第三大塑料品种,无色、透明、有光泽、无毒无味,是目前最理想的高频绝缘材料,化学稳定性良好,透明性很好,透光率很高,它的着色能力强,但耐热性低,质地硬而脆,塑件由于内应力而易开裂。
(5)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)
基本特性:
无毒、无味,微黄色或白色不透明,塑件光泽较好,尺寸稳定性较好,具有一定的化学稳定性和良好的介电性能,可配成任何颜色。
缺点是耐热性不高,不透明,耐气候性差,在紫外线作用下易变硬发脆。
(6)聚碳酸酯(PC)
基本特性:
无色透明,韧而刚,抗冲击性好;成型零件尺寸精度
高并稳定;抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒;缺点是耐疲劳强度较差,成型后塑件的内应力较大,易开裂,用玻璃纤维增强可克服上述缺点。
除以上常用塑料件材料外还有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)等热塑性塑料和酚醛塑料(PF)、环氧树脂(EP)等热固性塑料。
1.2塑件材料的选择
选择的塑料的要求价格合适,具有较好的加工性能、机械性能。
PE收缩率的绝对值较大,成型收缩率也比较大,易产生缩孔;PP成型收缩范围大,易发生缩孔、凹痕及变形;PVC的化学稳定性高但在成型温度下容易分解出氯化氢;ABS具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性;具有弹性和较高的冲击强度;它具有优良的介电性能及成型加工性能等综合的优良性能,且价格便宜,原料易得。
充电器是一种在室内使用的小型电器,工作温度范围小,不受阳光直接照射,ABS良好的抗腐蚀性和力学性能可以保护充电器内部零件,其易着色的特性可以保证充电器的视觉效果。
因此使用ABS材料制造是十分合适的。
2塑件工艺分析
2.1尺寸及精度的选择
塑件尺寸的大小取决于塑料的流动性。
在注射成型过程中,流动性差的塑料及薄壁塑件等的尺寸不能设计的过大。
大而薄的塑件在塑料尚未充满型腔时已经固化,或勉强能充满但料的前锋已不能很好的熔合而形成冷接缝影响塑件的外观和结构强度。
塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度,即所获塑件尺寸的准确度。
影响塑件精度的因素很多,首先是模具的制造精度和模具的磨损程度,其次是塑料收缩率的波动以及成型是工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构等。
因此,塑件的尺寸精度一般不高应在保证使用要求的前提下尽可能选用低级精度。
在本设计中选用的精度等级为一般精度4级。
塑件3D图如下:
图2.1图2.2
2.2壁厚及表面粗糙度
2.2.1塑件的壁厚
一般来说,塑件的厚度越厚就越能满足产品的强度和刚度的性能要求,但是从塑件的成型过程来看,塑件的壁厚越厚,冷却的时间就越长,整个塑件的成型周期就要延长,提高了生产的成本,降低了生产的效率,同时,塑件的壁厚越厚收缩率巨增大,这样使得产品的尺寸不稳定性增加,降低了产品的质量。
因此产品的厚度必须得适中,根据材料的特性,查阅相关资料,查的ABS制品的壁厚通常为1、1.2、1.5、2、2.5、3mm[1]。
本次设计中,塑件的壁厚为2mm。
2.2.2塑件表面粗糙度
塑件的外观要求越高,表面粗糙度应越低。
这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤云纹等疵点来保证外,主要取决于模具型腔表面粗糙度。
一般模具粗糙度要比塑件的要求低1~2级。
塑料制件表面粗糙度一般为0.8~0.2m之间。
模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大,所以应随时给以抛光复原。
透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同,而不透明塑件则根据使用情况决定他们的表面粗糙度。
2.3脱模斜度
为了便于脱模,防止脱模是拉伤塑件在设计时必须使塑件塑料封头内外表面沿脱模方向留有足够的脱模斜度。
脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料收缩率。
ABS的塑件型腔脱模斜度一般为35´~1º30´,塑件型芯的脱模斜度一般为30´~40´。
3注塑机的选择
查《实用模具技术手册》表12-10,确定ABS塑料的注射工艺参数如下[2]:
注射机类型:
螺杆式
螺杆转速:
30~60r/min
喷嘴形式:
直通式喷嘴温度:
180~190℃
料桶前端温度:
200~210℃
料桶中段温度:
210~230℃
料桶后段温度:
180~200℃
模具温度:
50~70℃
注射压力:
70~90MPa
保压力:
50~70MPa
注射时间:
3~5s
保压时间:
15~30s
冷却时间:
15~30s
成型周期:
40~70s
以上参数在试模时可以做适当调整。
注塑机的主要参数有公称注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。
这些参数是设计、制造、购买和使用注塑机的主要依据:
(1)公称注塑量指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。
(2)注射压力为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。
(3)注射速率为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度
表2-1SZ-250/1250注射机技术规范
注射装置
螺杆直径/mm
45
螺杆转速/(r·1min)
10~200
理论注射容量/3cm
270
注射速率/(g·1s)
110
注射压力/MPa
160~150
塑化能力/(kg·1h)
18.9
锁模装置
锁模力/KN
1250
拉杆间距(H×V)/(mm×mm
415×415
模板行程/mm
360
模具小厚度/mm
150
模具最大厚度/mm
550
定位孔直径/mm
160
定位孔深度/mm
50
喷嘴伸出量/mm
50
喷嘴球半径/mm
15
顶出行程/mm
165
顶出力/KN
110
这里从实际注射量在额定注射量的20%~80%之间考虑,初选额定注射量在2703cm以上的卧式注射机SZ-250/1250注射机[3]。
该设备的技术规范见表2-1。
4模具的具体设计
4.1浇注系统
浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。
其作用是将塑料熔体充满型腔并将注射压力充分传递到模腔的各个部位,以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑料制件。
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。
4.1.1主流道设计
主流道的设计原则是:
在保证塑料制件成型良好的前提下,尽量缩短主流道的长度,以使凝料少,压力和热量损失小。
一般长度不大于60mm,主流道大端呈圆角过渡,以减小料流转向阻力。
主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始,到飞流到为止的塑料熔体的流动通道。
其直径直接影响到塑料熔体的流动速度和填充时间,直径过大,浇道容积增大,凝料多,增加了冷却时间,且易产生涡流或紊流,制件出现气孔。
直径过小,则热量与压力损失大,成型困难。
为了使凝料顺利拔出,主流道的小端直径D应大于注射机的喷嘴直径d,通常为:
D=d+(0.5—1)mm
D=12+1=13mm
主流道入口的凹坑球面半径R2也应该大于注射机喷嘴球面头半径R1,通常为:
R2=R1+(1—2)mm
R2=2+1=3mm
主流道半锥角通常为锥度2°~6°,这里取3°,过大会产生湍流或涡流产生空气,过小使凝料脱模困难,还会使充模时熔体的流动阻力过大。
4.1.2分流道设计
分流道设计要求:
一是使流道尽快充满型腔,在流道内的压力损失和热量损失小;二是将塑料熔体均衡的分配到各个型腔;三是回料量小。
分流道是连接主流道与浇口的熔体涌道,分流道起着分流和转向的作用。
常用的流道截面形状有圆形、梯形、U行和六边形等,在设计中,要减少流道内的压力损失,就希望流道截面积大,要减少散热损失,又希望面积小,故可用流到的截面积与表面积之比来表示流道的效率,其比值越大,效率越高。
从上表中可以看出,截面为圆形和正方形的分流道截面效率最大,应用效果应是最好的。
但是圆形和正方形分流道工艺性较差。
圆形分流道要求开设在分型面两侧,对称分布加工难度大。
正方形分流道脱出分流道凝料的阻力大,若去斜度,实质上久变为了梯形分流道,从应用观点看,梯形分流道和U形分流道是最佳选择。
在充电器外壳注塑模具设计中拟采用梯形截面。
4.1.3浇口的选择与设计
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道,是浇注系统的最后部分,其作用是使塑料以较快速度进入并充满型腔,它能很快冷却封闭,防止型腔内还没冷却的熔体倒流。
浇口的结构形式有很多种,常用的浇口形式有直接浇口、中心浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口、爪形浇口、点浇口和潜伏式浇口。
由于充电器外壳表面刻有精美图案,表面成型质量要求较高,不能有浇口痕迹,故选用点浇口比较合理,点浇口是典型的小截面浇口,有如下优点:
(1)浇口位置能比较自由地选定,不受限制。
(2)多点进料或多腔时,容易进行平衡。
(3)可用于热浇道。
(4)浇口附近变形小。
(5)有利于薄壁,长流程和表面带精细花纹图案的塑料件成型。
浇口位置选择应遵循以下几个原则:
(1)浇口位置应使填充型腔的流程最短。
(2)浇口设置应有利于排气和补塑。
(3)浇口位置的选择要避免塑件变形。
(4)浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。
(5)浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。
结合上述几个原则综合考虑,我选择中心点浇口进料。
4.2成型零部件的设计
4.2.1型腔、型芯结构设计
型腔是指模具闭合时用来填充塑料成型制件的空间,按型腔的结构不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四个结构形式。
为提高模具刚度、强度,型腔采用整体式结构。
成型塑料件内表面的零件统称凸模或型芯,为节省优质钢材和便于加工及热处理,型芯采用整体嵌入式结构,型芯的固定采用螺钉固定。
4.2.2成型零件工作尺寸
成型零件中与塑料熔体接触并决定制品几个形状的尺寸称为工作尺寸。
它包括型腔尺寸、型芯尺寸、和中心距尺寸。
其中型腔尺寸可分为深度尺寸和径向尺寸,型芯尺寸可分为高度尺寸和径向尺寸。
型腔尺寸属于包容尺寸,当型腔与塑料熔体或制品制件产生摩擦磨损后,该类尺寸具有增大的趋势。
型芯尺寸属于被包容尺寸,当凸模与塑料熔体或制品制件之间产生摩擦磨损后,该类尺寸具有缩小的趋势。
中心距尺寸一般指成型零件上某些对称结构制件的距离,如孔间距、型芯间距、凹槽间距和凸块间距等,这类尺寸通常不受摩擦磨损的影响,因此可视为不变的尺寸。
4.3导向机构及推出机构的设计
4.3.1合模导向机构的设计
导向机构的作用有:
(1)定位作用;
(2)导向作用;
(3)承受一定的侧向压力。
导柱结构的技术要求有:
(1)导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度8~10mm;
(2)导柱前端应做成锥台形或半球形;
(3)导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯,多采用20钢(经表面渗碳淬火处理)或者T8、T10钢(经淬火处理),硬度为50~55HRC;
(4)导柱应合理均布在模具分型面的四周,导柱到模具边缘应有足够的距离,以保证模具强度;e)导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6的过度配合,导柱的导向部分通常采用H7/f7的间隙配合。
4.推出机构的设计
由于塑件的加强筋允许有较大的脱模斜度,根据塑件空心的特点,在动模型芯和中间设计了推管,既简化了结构,还可使推出动作均匀、可靠。
此外,还巧妙地利用动模型芯的内部空间设置1复位杆,解决了外部不便设复位杆的问题。
(1)推出机构一般由推出、复位和导向三大部件组成。
(2)推出机构按其推出动力来源可分为手动推出机构、机动推出机构和液压与气动推出机构等。
手动推出机构是掼模具开模后,由人工操作的推出机构推出塑件,它可分为模内手工推出和模外手工推出两种。
(3)推出机构按照模具的结构征分为一次推出机构、定模推出机构、二次推出机构、带螺纹的推出机构等。
(4)推出机构的设计要求有:
1)设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧;
2)塑件在推出过程中不发征变形和损坏;
3)不损坏塑件的外观质量;
4)合模时应使推出机构正确复位;
5)推出机构应动作可靠。
(5)一次推出机构包括:
推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、活动镶块或凹模推出机构和多无综全推出机构等。
由塑件形状初步确定推出机构选用推杆推,出拉料杆选用Z字型拉料杆。
4.4冷却系统的设计
在塑料注射成型过程中,注入模腔中熔体的温度一般在200~300℃之间,当制品从模具中取出时,温度一般在60℃左右,熔体释放出来的热量都传给了模具,为了保证模具正常工作,就必须对模具进行冷却,主要是用冷却水管进行冷却。
在充电器外壳注塑模具设计中,采用直径为8mm的冷却水管对模具进行冷却。
冷却水管设计要点:
(1)在允许的条件下,冷却水道距不型腔壁不宜太远,也不宜太近,一面影响冷却效果和模具的强度,通常在12~20mm范围内。
(2)型腔、型芯或应分别冷却,并应保证其冷却平衡。
(3)水管连接处必须加密封圈密封,防止漏水。
(4)冷却水道不应闯过设有镶块或其接缝部位,以防漏水。
(5)浇口部位是模具上最热的部位,应加强冷却,一般将冷却水的入口设在浇口处。
在充电器外壳注塑模具设计中,型腔采用冷却水管直接冷却,但是,型芯体积小,通冷却水比较困难,但大量的热量主要通过型芯传递出去,如果热量没及时散出去,则会延长注塑周期,所以我采用水胆冷却,加隔热片的方式冷却。
参考文献
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机械工业出版社,2001.7
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化学工业出版社,2005
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机械工业出版社,1997
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化学工业出版社,2007
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机械工业出版社,2000.97.叶久新/王群主编《塑料制品成型及模具设计》湖南湖南科学技术出版社2005.8
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