注塑成型设计说明书.docx
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注塑成型设计说明书
景德镇陶瓷学院
注塑冲压课程设计
题目:
塑件注塑模设计
院系:
机械电子工程学院
专业:
07材料成型及控制工程
姓名:
吴方练
学号:
200710340119
指导教师:
刘建成老师
完成时间:
2010-12-22
目 录
u5_v*|0.
1塑件设计的工艺性………………………………………………………………3
2拟定模具结构形式………………………………………………………………3
2.1确定型腔数量及排列方式…………………………………………………3
2.2模具结构形式的确定………………………………………………………4
2.3塑件脱模斜度设计…………………………………………………………4
3注射机型号的确定……………………………………………………………6
4分型面位置的确定和推出机构设计………………………………………… 7
4.1.分型面位置的确定………………………………………………………7
4.2推出机构设计……………………………………………………………7
5浇注系统形式和浇口的设计………………………………………………… 8
5.1主流道设计…………………………………………………………………9
5.2分流道设计…………………………………………………………………10
5.3浇口的设计…………………………………………………………………11
5.4冷料穴的设计………………………………………………………………12
6成型零件的设计与加工工艺……………………………………………………12
6.1成型零件的结构设计………………………………………………………12
6.2成型零件工作尺寸的计算…………………………………………………13
7模具型腔侧壁和底板厚度的计算………………………………………………15
8合模导向机构设计………………………………………………………………16
9装配图(另附)……………………………………………………………………16
10参考文献…………………………………………………………………………18
1塑件设计的工艺性
塑件材料为聚碳酸酯,其基本特性如下:
无定形,无味、无臭、无毒、透明的热塑性聚合物,相对密度1.18~1.20g/cm3,玻璃化温度140~150,熔点220~230。
有一定的耐化学腐蚀性,耐油性优良。
耐冲击性优良,尺寸稳定,在广阔的温度范围仍能保持较高的机械强度,其缺点是耐疲劳度和耐磨性差。
分解温度300℃以上,长期工作温度高达120℃,同时具有良好的耐寒性,脆化温度低达零下100℃;长期使用温度范围是-60℃至120℃。
分子极性小,有优良的电绝缘性能。
耐热老化性能相当好。
可燃,火焰呈淡黄色、冒黑烟:
氧指数仅25%,离开火源自熄。
一般加入卤化物、三氧化二锑、氢氧化镁、磷酸和红磷等改性提高阻燃性。
非结晶性物质,纯净PC无色透明,具有良好的透光性,透光率高达85%~90%。
成型收缩率恒定为0.5%~0.8%。
设计时选塑件尺寸参考零件图,塑件形状图另附。
塑件尺寸公差取标准公差中的4级公差。
2拟定模具结构形式
该套模具采用一模一腔设计,定购2020大水口标准模架。
分析该塑料的形状宜采用直浇口从瓶盖的顶部中心处进料;型腔部分用镶件镶入;分型面选在瓶盖口的下部,以免影响外观质量;顶出机构采用顶板顶出。
2.1确定型腔数量及排列方式
设计塑料注射模时,需要选择确定模具的结构、类型和一些基本的参数和尺寸,如模腔的个数和需用的注射量,制品在分型面上的投影面积,成形时需用的工艺合模力、注射压力等。
其中,确定合理的型腔数量是保证模具结构合理、制模工艺良好、注射机工作能力充分发挥、各项费用最低的重要因素,因此是设计过程中很关键的一步。
2.1.1按注射机塑化能力确定型腔数量N1
在设计模具时,选取塑化能力一般要较实际需要的大25%左右,这样既能使塑料达到完全塑化状态,又能保证充满型腔,通常用下式进行计算:
N1=(0.85QT–ω)/W
式中 Q———料筒塑化能力,kg/h
T———成形周期,h
ω———浇注系统一组流道和浇口和飞边的重量,kg
W———成形件的重量,kg
2.1.2按注射机公称注射量确定型腔数量N2
公称注射量是指注射机在对空注射条件下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程所能注射出来的塑料熔料的体积或质量的最大值,它表示了注射机所能生产的最大塑料制件,是注射机生产能力的标志,成形塑件的总质量加上浇注系统的质量不应超过公称注射量,一般在其额定值的80%以内。
通常注射机的最大注射量以一次注射聚苯乙烯塑料的最大克数为标准,因此当注射其他塑料时,最大注射量应按下式进行转换:
Gmax=gBD/dB
式中 gB———注射机额定注射量,g
D———塑料在常温下的比重,g/cm
dB———聚苯乙烯塑料的比重,一般取1.05g/cm3
80%G≥N2(W+ω)+ω′
N2≤(0.8Gmax-ω′)/(W+ω)
式中 Gmax———注射该种塑料的最大注射量,g
ω′———主流道的质量,g
2.1.3以注射机额定合模力确定型腔数量N3
N3≤(F-PJAJ)/PJAS
式中 F———注射机的额定合模力,N
AJ———浇注系统和飞边在模具水平分型面上的投影面积,mm2
AS———单个制品在模具水平分型面上的投影面积,mm2
PJ———单位投影面积所需合模力,MPa可近似为塑料熔体对模腔的平均压力。
表1 模腔压力参考值
成形条件
PJ(MPa)
举 例
容易成形制品
25
PE、PS等壁厚均匀的日用品容器类制品
一般制品
30
模具温度较高、成形薄壁容器类制品
熔料粘度高、有精度
要求的制品
35
用ABS等加工有精度要求的制品工业零件,如壳体、齿轮
熔料粘度高、精度要求高、难充模的制品
40
用于成形高精度的齿轮或凸轮
2.1.4按成形件精度确定型腔数量N4
根据经验,每增加一个型腔,成形件尺寸精度要降低4%,为保证塑料件精度,N4应满足下式:
式中 x———成形件的尺寸公差,mm
L———成形件的基本尺寸,mm
Δ%———用单腔注射模加工时,各种塑料成形件的尺寸公差,其值可参考表2选取。
表2 各种塑料成形件的尺寸公差mm
材 料
成形件的尺寸公差±Δ
聚缩醛塑料
0.20
尼 龙66
0.30
聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、AS及ABS等非结晶型塑料
0.05
2.1.5按生产经济性确定型腔数量N5
如果忽略注射准备时间和试生产时的原材料费,按生产经济性,以下式确定型腔数量:
N5=
式中 t———成形周期,min
Y———每小时的工资和经营费用,元
∑———制品的生产总量,个
C———模具费用,元
C=C1+N5C1
2.1.6按年产量确定型腔数量N6
在已知塑件年产量且确定了注射机数量的条件下,通过增加型腔数目的方法,可降低成本及加工费用:
N6=St/T
式中 S———塑件年产量,个
t———塑件成形周期,min
T———1年中有效工作时间,min
综上所述,本次设计是大批量生产可根据注射机公称注射量确定型腔数量。
考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计,本套模具采用一模一腔设计。
2.2模具结构形式的确定
由于塑件外观质量要求高,尺寸精度要求一般,且结构简单,因此我们设计的模具采用单分型面,型腔部分用镶件镶入。
根据本塑件圆形瓶盖的结构,分型面选在瓶盖扩口的下部,以免影响外观质量。
2.3塑件脱模斜度设计
为能顺利脱模,一般塑料制品都需设计一定的脱模斜度,脱模斜度值在1/8°~几度之间选取。
在本设计中由于是深腔件,故选较大值为2°
3注射机型号的确定
塑件体积为:
V=5431.2cm3
塑件的质量为:
W=ρV=0.9×5431.2=4888.08g
估算主流道质量:
m=1g
初定型腔数n=1,则有
从计算结果,可选用SZY-300型注射机注射机型号和规格以及各参数如下:
额定注射量:
20cm3注射行程:
15mm注射时间:
2.0s
锁模力:
150KN
动定模固定板尺寸:
320×220mm
最大开合模行程:
220mm
模具最大厚度:
155mm最小厚度:
85mm
推出形式:
顶板顶出
喷嘴球头半径:
SR18
定位圈尺寸:
φ180mm
4分型面位置的确定和推出机构设计
4.1分型面位置的确定
如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂。
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析比较,从几种方案中优选出较为合理的方案。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则:
1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2)便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边。
3)保证塑件的精度要求。
4)满足塑件的外观质量要求。
5)便于模具加工制造。
6)对成型面积的影响。
7)对排气效果的影响。
8)对侧向抽芯的影响。
其中最重要的是第5)和第2)、第8)点。
为了便于模具加工制造,应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。
如下图所示,为使塑件外表面不留分型溢料痕迹,分型面选择在塑件扩口的下部,采用A-A这样一个平直的分型:
图4-1
4.2推出机构设计
为保证塑件顺利脱模,采用推板推出,故扩口的型腔开设在推板上。
推板结构图见图4-2
图4-2
对于本设计的深型腔塑件,塑件与型芯容易形成真空,造成脱模困难,要设进气装置。
5浇注系统形式和浇口的设计
5.1主流道设计
5.1.1主流道尺寸
表5-1主流道部分尺寸(mm)
符号
名称
尺寸
d
主流道小端直径
注射机喷嘴直径+(0.5~1)
SR
主流道球面半径
喷嘴球面半径+(1~2)
h
球面配合高度
3~5
a
主流道锥角
2°~6°
L
主流道长度
尽量≤60
D
主流道大端直径
d+2Ltg(a/2)
则取d=8mmSR=18+1=19mmh=5mma=3°L=45mm
5.1.2主流道衬套的形式
主流道衬套的形式如下图5-2
图5-2
5.1.3主流道衬套的固定
主流道衬套的固定如图5-3所示
图5-3
5.2分流道设计
5.2.1分流道的形状及尺寸
图5-4
分流道设置在分型面上,分流道截面形状选择梯形截面的。
这是因为梯形截面分流道容易加工,且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大,一般采用下面公式可确定其截面尺寸:
B=0.2654
H=2/3*B
式中B----梯形的大底边宽度(mm)
m----塑件的重量(g)
L----分流道的长度(mm)
H----梯形的高度(mm)
梯形截面的侧面斜角a常取5°~10°.由于本设计所用塑料是聚碳酸酯PC,流动性较差,要取大截面。
5.2.2分流道长度
分流道要尽可能短,且少弯曲,便于注射成型红最经济地使用原料和注射机的能耗,减少压力损失和热量损失。
5.2.3分流道的表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想,因而分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低,一般取1.6
m.
5.3浇口的设计
浇口也叫进料口,是连接分流道与型腔的通道。
除直接浇口外,它是浇注系统中截面积最小的部分,但却是浇注系统的关键部分。
浇口的位置、形状尺寸对塑件的性能及质量的影响很大。
5.3.1浇口的选用
由于本设计是圆形型腔塑件,宜选用直接浇口。
直接浇口又叫中心浇口、主流道型浇口或非限制性浇口。
塑料熔体直接进入型腔,因而具有流动阻力小、料流速度快及补缩时间长的特点。
这类浇口大多数用于注射成型大型壁厚长流程深型腔的塑件及一些高粘度塑料,如聚碳酸酯、聚砜等。
5.3.2浇口位置的选择
一般在选择浇口位置时,需要根据塑件的结构工艺及特征、成型质量和技术要求,并综合分析塑料熔体在模内的流动特性、成型条件等因素。
设计原则如下:
1)尽量缩短流动距离;
2)浇口应开设在塑件壁最厚处;
3)必须尽量减少或避免熔接痕;
4)应有利于型腔中气体的排除;
5)考虑分子定向的影响;
6)避免产生喷射和蠕动(蛇形流);
7)不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口;
8)浇口位置的选择应注意塑件外观质量。
由于设计的是圆形瓶盖,浇口位置应该设置在塑件底圆中心处,这样可以防止缺料,熔接不良排气不良,型芯受力不均,流程过长等缺陷。
5.4冷料穴的设计
为使塑件达到好的冷却效果,能顺利脱模,对型芯和型腔镶件的冷却是需要重点考虑的问题。
在本设计中对型芯的冷却采用在型芯中钻孔、中间镶一冷却水隔板,使冷却水形成一顺畅回路的方案。
型腔镶件的冷却采用在镶件外车出两冷却水沟槽,两沟槽间铣出直通的水道使其形成一连通的冷却水回路。
冷料穴一般开在主流道对面的动模板上,其标称直径与主流道大端直径相同或大一些,深度约为直径的1~1.5倍,最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。
6成型零件的设计
6.1成型零件的结构设计
6.1.1凹模
凹模是成型塑件表面的主要零件,可分为整体式和组合式两类。
整体式凹模由整块材料加工而成,特点是牢固,使用中不易发生变形,不会使塑件产生拼接线痕迹。
但由于加工困难。
热处理不方便,常用于结构简单的中、小型模具上。
组合式凹模可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式和四壁拼合式等形式。
本设计采型腔部分用镶件镶入,即整体嵌入式的凹模形式。
结构图如下:
图6-1
6.1.2凸模
凸模又称主型芯,可分为整体式和组合式两种。
整体式结构牢固但不便于加工,消耗模具钢多,主要用于工艺试验模或小型模具上的形状简单的型芯。
在本设计中采用图5-2中的主型芯结构。
这种结构是将型芯单独加工,再镶入模板中。
图示的型芯结构形式为通孔突肩式,凸模用台肩和模板连接,再用垫板螺钉紧固,连接牢度。
图6-2
6.2成型零件工作尺寸的计算
塑件的尺寸如图所示:
影响塑件尺寸公差的因素:
塑件的尺寸和精度主要取决于成型零件的尺寸和精度;而成型零件的尺寸和公差必须以塑件的尺寸和精度及塑料的收缩率为依据:
1)成型零件的制造误差δz
2)成型零件的磨损δc
3)塑件成型收缩的波动δs
4)模具安装配合误差δj
5)水平飞边厚度的波动δf
塑件可能产生的最大误差δ为各种误差的总和:
δ=δz+δc+δs+δj+δf
塑件的公差Δ应大于或等于各种因素引起的积累误差之和δ,即Δ≥δ,模具制造公差δz,模具的磨损δc和成型收缩的波动δs是影响塑件公差的主要因素
1.型腔和型芯工作尺寸的计算^;jj_({!
8w
平均收缩率:
Scp=(0.5+0.8)/2×100%=0.65%
(1)型腔径向尺寸
已知:
塑件尺寸LS=48塑件公差Δ=0.38模具磨损量δc=Δ/6
平均收缩率Scp=0.65%模具制造公差δz=Δ/3
按平均值计算方法可得:
LM=(1+Scp)LS-XΔ
=(1+0.65%)×48-0.75×0.38
=48.027mm
标注制造公差后得:
LM+0.1270=48.03+0.1270mm
2.型芯径向尺寸计算
已知:
塑件尺寸ls=39塑件公差Δ=0.38模具磨损量δc=Δ/6
模具制造公差δz=Δ/3
则:
lM=39+39×0.0065+0.75×0.38
=39.54mm
型芯直径:
lM0-0.127=39.540-0.127mm
3.型腔深度尺寸计算
已知:
塑件尺寸HS=54mm平均收缩率Scp=0.65%
模具制造公差δz=Δ/3Δ=0.56
按平均值计算方法可得:
HM=54+54×0.0065-2/3×0.56
=53.92mm
标注公差后得:
型腔深度:
HM+0.3730=53.92+0.3730mm
4.型芯高度尺寸计算
已知:
塑件尺寸hS=51mm平均收缩率Scp=0.65%
模具制造公差δz=Δ/3Δ=0.50
hM=51+51×0.0065+2/3×0.50
=51.66mm
型芯高度:
hM0-0.333=51.660-0.333mm
7模具型腔侧壁和底板厚度的计算
由前面所述模具型腔采用嵌入式型腔半径r=35mm<86mm,则按强度条件计算型腔壁厚:
S=R-r=r(
-1)
式中S------型腔侧壁厚度(mm)
R------型腔外半径(mm)
r------型腔内半径(mm)
[
]------许用压力(MPa)
p------型腔内塑料熔体压力(MPa)
已知:
型腔内半径r=39.54mm许用压力[
]≤160MPa
型腔内塑料熔体压力p=50MPa
S=R-r=r(
-1)
=39.54×(
-1)
=25.03mm
按强度条件计算型腔底板厚度:
H=r
=39.54×
=24.41mm
8合模导向机构设计
导柱结构形式为带头导柱。
导柱导向部分长度要比凸模端面的高度高出8~12mm,导柱前端做成锥台形。
采用20号钢要渗碳淬火处理,硬度为50~55HRC,导柱固定部分表面粗糙度Ra=0.8μm。
导柱均布四个于模具分型面的四周
9模具装配图(另附)
1—定位圈2—浇口套3—内六角螺钉4—定模固定板5—定模板
6—导套7—模脚8—顶板固定板9—顶板10—动模板
11—型腔12—型芯13—螺丝14—螺丝15—顶杆16—导柱
17—塑件18—复位杆19—螺钉20—螺钉21—动模冷水器
22—定模冷水器
参考文献
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北京大学出版社,2002
2吴斌周京平.Pro/ENGINEER模具设计技术与实践.北京:
电子工业出版社,2007
3陆劲昆等.Unigraphics注塑模具设计.北京:
北京大学出版社,2002
4屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京:
机械工业出版社,1996
5冯炳尧等.模具设计与制造简明手册.上海:
上海科学技术出版社,1998
6唐志玉.塑料模具设计师指南.北京:
国防工业出版社,1999
7《塑料模设计手册》编写组编著.塑料模设计手册.北京:
机械工业出版社,1994
8陆宁.实用注塑模具设计.北京:
中国轻工业出版社,1997
9奚永生.精密注塑模具设计.北京:
中国轻工业出版社,1997
10唐金松.简明机械设计手册.上海科学技术出版社,1992
11吴崇峰.实用注塑模CAD/CAE/CAM技术.中国轻工业出版社,2000
12蒋继宏等.注塑模具典型结构100例.中国轻工业出版社,2000
13黄毅宏等.模具制造工艺.机械工业出版社,1999
14唐应谦.数控加工工艺学.北京:
中国劳动社会保障出版社,2000
15彭建声.模具技术问答.北京:
机械工业出版社,2001
16李澄等.机械制图.北京:
高等教育出版社,1997
17蒲学西.模具结构图解.北京:
中国劳动社会保障出版社,2009
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