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塑料模具设计的意义
【纲要】塑料工业是此刻世界上增添最快的工业门类之一.而注
塑模具是此中发展较快的种类。
所以.研究注塑模具对认识塑料产品
的生产过程和提升产质量量有很粗心义。
本设计介绍了注射成型的基来源理.特别是单分型面注射模具的
构造与工作原理.对注塑产品提出了基本的设计原则。
经过本设计.
能够对注塑模拥有一个初步的认识.注意到设计中的某些细节问题.
认识模具构造及工作原理.
绪论
一、模具工业在公民经济中的地位
模具是制造业的一种基本工艺装备.它的作用是控制和限制资料
(固态或液态)的流动.使之形成所需要的形体。
用模具制造零件以
其效率高.产质量量好.资料耗费低.生产成本低而宽泛应用于制造业
中。
模具工业是公民经济的基础工业.是国际上公认的重点工业。
模
具生产技术水平的高低是权衡一个国产业品制造水平高低的重要标
志.它在很大程度上决定着产品的质量.效益和新产品的开发能力。
复兴和发展我国的模具工业.正日趋遇到人们的关注。
、
模具工业既是高新技术产业的一个构成部分.又是高新技术产业化的重要领域。
模具在机械.电子.轻工.汽车.纺织.航空.航天等工业领域里.日趋成为使用最宽泛的主要工艺装备.它肩负了这些工业领域中60%~90%的产品的零件.组件和零件的生产加工。
当前生界模具市场求过于供.模具的主要出口国是美国.日本.法
1
国.瑞士等国家。
中国模具出口数目很少.但中国模具钳工技术水平高.劳动成本低.只需装备一些先进的数控制模设施.提升模具加工质量.缩短生产周期.交流外贸渠道.模具出口将会有很大发展。
研究和发展模具技术.提升模具技术水平.关于促使公民经济的发展有着特别重要的意义。
二、各样模具的分类和据有量
模具主要种类有:
冲模.锻摸.塑料模.压铸模.粉末冶金模.玻璃
模.橡胶模.陶瓷模等。
除部分冲模之外的的上述各样模具都属于腔型模.因为他们一般都是依靠三维的模具形腔使资料成型。
(1)冲模:
冲模是对金属板材进行冲压加工获取合格产品的工
具。
冲模占模具总数的50%以上。
按工艺性质的不一样.冲模可分为落料模.冲孔模.切口模.切边模.曲折模.卷边模.拉深模.校平模.翻孔模.翻边模.缩口模.压印模.胀形模。
按组合工序不一样.冲模分为单工序模.复合模.连续模。
(2)锻模:
锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型时所用模具的总称。
按锻压设施不一样.锻模分为锤用锻模.螺旋压力机锻模.热模锻压力锻模.平锻机用锻模.水压机用锻模.高速锤用锻模.摇动碾压机用锻模.辊锻机用锻模.楔横轧机用锻模等。
按工艺用途不一样.锻模可分为预锻模具.挤压模具.精锻模具.等温模具.超塑性模具等。
(3)塑料模:
塑料模是塑料成型的工艺装备。
塑料模约占模具总数的35%.并且有持续上涨的趋向。
塑料模主要包含压塑模.挤塑模.
注射模.别的还有挤出成型模.泡沫塑料的发泡成型模.低发泡注射成
2
型模.吹塑模等。
(4)压铸模:
压铸模是压力锻造工艺装备.压力锻造是使液态金属在高平和高速下充填铸型.在高压下成型和结晶的一种特别制造方法。
压铸模约占模具总数的6%。
(5)粉末冶金模:
粉末冶金模用于粉末成型.按成型工艺分类粉末冶金模有:
压模.精整模.复压模.热压模.粉浆浇注模.松装烧结模等。
模具所波及的工艺众多.包含机械设计制造.塑料.橡胶加工.金属资料.锻造(凝结理论).塑性加工.玻璃等诸多学科和行业.是一个多学科的综合.其复杂程度不言而喻。
三、我国模具技术的现状及发展趋向
20世纪80年月开始.发达工业国家的模具工业已从机床工业中
分别出来.并发展成为独立的工业部门.其产值已超出机床工业的产
值。
改革开放以来.我国的模具工业发展也十分快速。
最近几年来.每年都
以15%的增添速度快速发展。
很多模具公司十分重视技术发展。
加大了用于技术进步的投入力度.将技术进步作为公司发展的重要动力。
别的.很多科研机构和大专院校也展开了模具技术的研究与开发。
模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原由。
此后.我国要发展成为世界制造强国.仍将依靠于模具工业的快速发展.
成为模具制造强国。
只管我国模具工业有了长足的进步.部分模具已达到国际先进水
平.但不论是数目仍是质量仍知足不了国内市场的需要.每年仍需进
3
口10多亿美元的各种大型.精细.复杂模具。
与发达国家的模具工业对比.在模具技术上仍有不小的差距。
此后.我国模具行业应在以下几方面进行不停的技术创新.以减小与国际先进水平的距离。
(1)着重开发大型.精细.复杂模具;跟着我国轿车.家电等工业的快速发展.成型零件的大型化和精细化要求愈来愈高.模具也将日趋大型化和精细化。
(2)增强模具标准件的应用;使用模具标准件不只能缩短模具制造周期.降低模具制造成本并且能提升模具的制造质量。
所以.模具标准件的应用势必日渐宽泛。
(3)推行CAD/CAM/CAE技术;模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明.模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向.可明显地提升模具设计制造水平。
(4)重视快速模具制造技术.缩短模具制造周期;跟着先进制造技术的不停出现.模具的制造水平也在不停地提升.鉴于快速成形的快速制模技术.高速铣削加工技术.以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获取更加宽泛的应用。
塑件工艺性剖析
零件名称:
塑料仪表盖(如图)
生产批量:
大量量
资料:
聚甲醛(POM)
4
平面图立体图
一、塑件原资料剖析
1、聚甲醛的工艺特征
干燥办理:
假如资料储藏在干燥环境中.往常不需要干燥办理
融化温度:
均聚物资料为190~230℃.共聚物资料为190~210℃
模具温度:
80~105℃.为了减小成型后缩短率可采纳高一些的模具温度
注射压力:
80~130MPa
注射速度:
中等或偏高的注射速度
注射成型机种类:
螺杆式
流道和浇口:
能够使用任何种类的浇口.假如使用地道形浇口.则最好使用较短的种类。
关于均聚物资料.建议使用热注嘴流道.关于共聚物资料既可使用内部的热流道也可使用外面热流道。
化学和物理特征:
POM是一种坚韧有弹性的资料.即便在低温下仍有很好的抗蠕变特征、几何稳固性和抗冲击特征。
POM既有均聚物资料也有共聚物资料。
均聚物资料拥有很好的延展强度、抗疲惫强度.
5
但不易于加工。
共聚物资料有很好的热稳固性、化学稳固性并且易于加工。
不论均聚物资料仍是共聚物资料.都是结晶性资料并且不易汲取水分。
缩短率:
POM的高结晶程度致使它有相当高的缩短率.可高达到%~%。
关于各样不一样的增强型资料有不一样的缩短率。
2、塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下要素:
a)取决于用户的使用要求
b)受制于塑件的流动性
c)受制于塑料熔体在流动充填过程中所遇到的构造阻力3、塑件尺寸公差标准
影响塑件尺寸精度的要素主要有:
a)塑料资料的缩短率及其颠簸
b)塑件构造的复杂程度
c)模具要素(含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装置、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位偏差等)
d)成型工艺要素(模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后办理等)
e)成型设施的控制精度等
此中.塑件尺寸精度主要取决于塑料缩短率的颠簸及模具制造误
差.题中没有公差值.则我们按未注公差的尺寸许偏差计算.查表取
MT5。
6
4、塑件的表面质量
塑件的表面质量包含塑件缺点、表面光彩性与表面粗拙度.其与
模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗拙度、模具的磨
损程度等有关。
模具型腔的表面粗拙度往常应比塑件对应部位的表面粗拙度在
数值上要低1~2级。
二、注塑成型的准备
1、注塑成型工艺条件
(1)温度;注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度.喷嘴温度和模具温度等。
喷嘴温度往常稍微低于料筒的最高温度.以防备熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”;模具温度一般经过冷却系统来控制;为了保证制件有较高的形状和尺寸精度.应防止制件脱模后发生较大的翘曲变形.模具温度一定低于塑料的热变形温度。
PS料与温度的经验数据以下表所示:
模
喷嘴
具热变形温度
料筒温度/℃温度
温/℃
/℃
度/℃
后段中段前段
1501701902405~65
~210~230~250~25075~96
(2)压力;注射成型过程中的压力包含注射压力.保压力和背压
7
力。
注射压力用以战胜熔体从料筒向型腔流动的阻力.供给充模速度
及对熔料进行压实等。
保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力.
与制件的形状.壁厚及资料有关。
(3)时间;达成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。
包含注射时间.保压时间.冷却时间.其余时间(开模.脱模.涂脱磨剂.
安置嵌件和闭模等).在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的
各段时间.以提升生产率.此中.最重要的是注射时间和冷却时间.在实质生产中注射时间一般为3~5秒.保压时间一般为20~120秒.冷
却时间一般为30~120秒(这三个时间都是依据塑件的质量来决定的.
质量越大则相应的时间越长)。
确立成型周期的经验数值以下表所示:
制件壁厚
成型周期
制件壁厚
成型周期/s
/mm
/s
/mm
10
35
15
45
22
65
28
85
经过上边的经验数据和介绍值
.能够初步确立成型工艺参数
.因
为各个介绍值有差异.并且有的与实质注塑成型时的参数设置也不一
致.联合二者的合理要素.初定制品成型工艺参数以下表所示:
特征内容特征内容
8
注塑机种类
螺杆式
螺杆转速
28
(r/min)
喷嘴形式
直通式
模具温度
50
喷嘴温度
230
后段温度
150~210
(℃)
(℃)
中段温度
170~230
前段温度
190~250
(℃)
(℃)
注射压力
130
保压力MPa
80
MPa
注射时间s
保压时间s
5
冷却时间s
20
其余时间s
3
成型周期s
30
成型缩短(%)
~3
干燥温度
60~80
干燥时间
1~3
(℃)
(℃)
2、注塑机的选择
①塑件的投影面积计算A=×(1102-4×102-132)=
②型腔的压力计算P腔=2/3×P=
③锁模力的计算F=AP腔=×=
依据计算.查表选螺杆式注射机:
XS-ZY-250注塑机的有关参数
注塑机型号XS-ZY-250
9
额定注射量
3
250cm
螺杆(柱塞)直径
50mm
注射压力
130Mpa
注射行程
160mm
注射方式
螺杆式
合模力
1800KN
最大成型面积
2
320cm
最大开合模行程
500mm
模具最大厚度
400mm
模具最小厚度
200mm
喷嘴圆弧半径
R18mm
喷嘴孔直径
Φ10mm
顶出形式
双侧设有顶杆.机械顶出
定位圈尺寸
Φ125mm
拉杆空间
448X370mm
合模方式
增压式
机器外形尺寸
4700×1000×1815mm
3、注塑机的参数校核
依据以上计算.浇注系统的体积为V型=
(1)最大注射量的校核计算校核式:
公≥V型
10
此中:
V型=cm3
V公=×250=200cm3
可见知足校核式.即所设计模具注射量知足XS-ZY-250最大注射
量要求。
(2)注射机压力的校核
P机≥P塑
P机——注射机的最大注射压力.Mpa或N/cm3P塑——成型塑件所需的注射压力.Mpa或N/cm3
一般PS取100~140Mpa.XS-ZY-250注射机的最大注射压力P
机=130Mpa.可见XS-ZY-250注射机知足PS注射压力的要求。
综合考证.XS-ZY-250型注射机完整能知足此模具的注射要求。
4、模具开模行程校核
模具开模行程应知足:
Sm 此中: Sz为最大开模行程.查注射机 XS-ZY-250型Sz=500mm. Sm为模具的开模行程; Sm=塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的顶出高度+(5-10)mm =75+98+65=238mm 可见Sm 模具设计 一、分型面确实定 依据分型面的选择原则: 11 (1)便于塑件脱模; (2)在开模时尽量使塑件留在动模; (3)外观不遇到破坏; (4)有益于排气和模具的加工方便。 联合该产品的构造,分型面确立在塑件的最大投影面积上。 如图: 二、型腔数目确实定 注塑模的型腔数目,能够是一模一腔,也能够是一模多腔,在型腔数目确实准时主要考虑以下几个有关要素: (1)塑件的尺寸精度; (2)模具制造成本; (3)注塑成型的生产效益; (4)模具制造难度。 依据大量量生产要求.本模具采纳一模两腔.塑件型腔地点对称散布。 三、浇口确立 依据塑件外形特色.确立使用侧浇口。 四、浇注系统设计 注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔进口为 止的塑料熔体的流动通道.它由主流道.分流道.冷料穴和浇口构成。 它向型腔中的传质.传热.传压状况决定着塑件的内在和表面质量.它 12 的部署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。 浇注系统构造以下列图: 五、主流道 主流道是连结注塑机的喷嘴与分流道的一段通道.往常和注塑机的喷嘴在同一轴线上.断面为圆形.有必定的锥度.目的是便于冷料的脱模.同时也改良料流的速度.因为要和注塑机相当.所以其尺寸与注塑机有关。 查表得悉XS-ZY-250型注射机的喷嘴孔直径d0=Φ9mm、喷嘴球半径R0=18mm. 故取模具浇口套主流道小端直径为: d=d0+1=9+1=10mm 模具浇口套主流道球面半径为: R=R0+(1~2)=18+2=20mm 将主流道设计成圆锥形.锥度取4° 因为主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴频频接触和碰撞.所以主 13 流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套.以便采纳优良的钢材独自加工和热办理。 六、分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道.一般开设在分型面上.起分流和转向作用.分流道的长度取决于模具型腔的整体部署和浇口地点.分流道的设计应尽可能短.以减少压力损失.热量损失和流道凝料。 查表可知.聚甲醛分流道断面尺寸~10mm. 七、冷料穴 冷料穴设置在主流道的尾端.采纳倒锥形的拉料穴拉料八、浇口 浇口是连结分流道与型腔的一段细短的通道.它是浇注系统的重点部分.浇口的形状.数目.尺寸和地点对塑件的质量影响很大.浇口的主要作用有两个.一是塑料熔体流经的通道.二是浇口的合时凝结可控制保压时间。 浇口的种类有好多.有点浇口.侧浇口.直接浇口.潜藏式浇口等.各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定。 该模具采纳侧浇口.其尺寸以下: t=kδ=×= 侧浇口深度尺寸a确实定 a=1/3~2/3t=×2/3=1mm 侧浇口宽度尺寸l确实定 l=~2.取l=2 (k塑料系数POM取;δ塑件在浇口地点处的壁厚.该设计取壁 14 厚δ=) 九、标准模架的选择 1、经过有关计算可知: ①采纳推杆推出制件 ②定模座板厚32mm支.承板厚50mm垫.块厚125mm,动模板厚 100mm 2、模具高度尺寸确实定 安装模具的高度应知足: Hmin<H<Hmax 设计模具高度为H总=389mm XS-ZY-250型注射机所同意模具的最小厚度为Hmin=200mm最.大 厚度为Hmax=总=389mm介于二者之间.模具闭合高度知足安装要求。 15 十、导向与定位机构 注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种种类。 导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。 锥面定位机构用于动、定模之间的精细对中定位。 导柱: 国家标准规定了两种构造形式.分为带头导柱和有肩导柱.大型而长的导柱应开设油槽.内存润滑剂.以减小导柱导向的摩擦。 若导柱需要支撑模板的重量.特别关于大型、精细的模具.导柱的直径需要进行强度校核。 导套: 导套分为直导套和带头导套.直导套装入模板后.应有防备被拔出的构造.带头导柱轴向固定简单。 设计导柱和导套需要注意的事项有: (1)合理部署导柱的地点.导柱中心至模具外缘起码应有一个导柱直径的厚度;导柱不该设在矩形模具四角的危险断面上。 往常设在长边离中心线的1/3处最为安全。 导柱部署方式常采纳等径不对称部署.或不等直径对称部署。 (2)导柱工作部分长度应比型芯端面超出6~8mm.以保证其导 16 向与指引作用。 (3)导柱工作部分的配合精度采纳H7/f7.低精度时可采纳更低的配合要求;导柱固定部分派合精度采纳H7/k6;导套外径的配合精度采纳H7/k6。 配合长度往常取配合直径的~2倍.其余部分能够扩孔. 以减小摩擦.降低加工难度。 (4)导柱能够设置在动模或定模.设在动模一边能够保护型芯不受破坏.设在定模一边有益于塑件脱模。 十一、顶出系统设计 注射成型每一循环中.塑件一定正确无误地从模具的凹模或型芯上脱出.达成脱出塑件的装置称为脱模机构.也称顶出机构。 脱模机构的设计一般按照以下原则: (1)塑件滞留于动模边.以便借助于开模力驱动脱模装置.达成脱模动作。 (2)因为塑件缩短时包紧型芯.所以推卖力作用点尽量凑近型芯. 同时推卖力应施于塑件刚性和强度最大的部位。 (3)构造合理靠谱.便于制造和保护。 本设计使用简单的推杆脱模机构.因为该塑件的分型面简单.结 构也不复杂.采纳推简单的脱模机构能够简化模具构造.给制造和维 护带来方便。 在对脱模机构做说明以前.需要对脱模力做个简单的计 算。 17 推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式.拥有制造简单、更 换方便、推出成效好等特色。 推杆直接与塑件接触.开模后将塑件推 出。 推杆的截面形状;可分为圆形.方形或椭圆形等其余形状.依据塑 件的推出部位而定.最常用的截面形状为圆形;推杆又分为一般推杆 和成型推杆两种.前者不过起到将塑件推出的作用.后者不单这样还 能参加局部成型.所以.推杆的使用是特别灵巧的。 1、脱模力的计算 因为Qe=Qc+Qb式.中: Qc—制品对型芯包紧的脱模阻力(N). Qb—使关闭壳体脱模需战胜的真空吸力(N). 2 Qb=的单位为为型芯的横截面面积mm. Ab=×=4448.66mm=×=. 关于制品dk=(l+b)/2=(54+21)/2=. dk/t=2=<20属于薄壁制品。 Qc=[2(l+b)EεhKf]/(1+u+Kλ)cosβ.式中: 18 E—塑料的拉伸弹性模量(Mpa).查表取×103. ε—塑料的均匀成形缩短率.查表取%. u—塑料的泊松比.查表取. b—矩形型芯断面的两边长度(mm). β—型芯的脱模斜度. h—脱模方向高度(mm). Kf—脱模斜度修正系数.计算式为: Kf=(fcosβ-sinβ)/(1+fcosβsinβ) =(cos6-sin6)/(1+cos6sin6)= f—制品与钢材表面之间的静摩檫系数.查表取. Kλ—薄壁制品的计算系数. Kλ=2λ2/(cosβ+2λcosβ).式中: λ—比率系数.λ=rcp/t. β—塑件脱模斜度. rcp—型芯的均匀半径(mm).(关于型芯.rcp=(l+b)/∏=(54+21)/ π=23.8mm). Kλ=2×2)2/[cos6+2× (2)×cos6]= Qc=[2(l+b)EεhKf]/(1+u+Kλ)cosβ Qc=[2(54+21)××103×%×15×]/[(1++)×cos6]=4782N 则Qe=+4782= 2、推杆尺寸计算: 本设计采纳的是推杆推出.在求出脱模力的前 提下能够对推杆做出初步的直径估算并进行强度校核。 本设计采纳的 19 是圆形推杆.圆形推杆的直径由欧拉公式简化为: d=k(LQe/nE)
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