探测器后盖模具设计及其型腔仿真加工Word文档下载推荐.docx
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第三,模具制造是一项技术性很强的工作,其加工过程集中了机械制造中先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧,因此要求模具工人具有较高的文化技术水平,特别是对企业来说要求培养“全能工人”,使其适应多工种的要求,这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。
综上所述,模具制造存在成本高,要求制造周期短,技术性强等特点,目前,随着科学技术的不断发展和计算机的应用,这些问题得到了很大的改善。
注塑模具的特点:
a)塑料的加热、塑化是在高温料筒内进行,而不是在模具内进行,因而模具不设加料腔,而设浇注系统,熔体通过浇注系统充满型腔。
浇注系统对注塑模来说至关重要。
b)塑料熔体进入型腔之前,模具已经闭合。
在注塑过程中需根据塑料特性,在模具中设加热或冷却系统。
c)注塑模生产适应性强,既可注塑小型制品,也可注塑大型制品;
既可注塑简单制品,也可注塑复杂制品,生产率高,容易实现自动化。
d)注塑模一般是机动的,结构一般较复杂,因而制造周期较长,成本较高。
注塑模具的应用在当今的时代会越来越广的,它的特点使得它的用处越来越宽,涉及的范围也大了[8]。
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,我国目前仍以手工研磨抛光为主(约占整个模具周期的l/3),不仅效率低,且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。
因此,研究抛光自动化、智能化是重要的发展趋势。
日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。
国外在模具生产中,计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)技术已得到十分成功的应用。
三维造型和型腔的数控加工都是由计算机辅助软件完成的,它大幅度的缩短了模具的生产周期,提高工作效率。
德、美、日、法、意等工业发达国家在模具设计制造领域仍处于国际领先水平,他们的一些先进的模具方面的技术被许多发展中国家,甚至是其它发达国家学习采用。
亚洲以日本和韩国模具技术水平最高,其它国家与之还有较大的差距,不过他们也正在以惊人的速度发展着,国家之间的交流会使之发展更快。
本课题是关于探测器后盖的注塑模具设计。
要求运用所学知识,能很好的对注塑模具进行设计.达到熟练的掌握注塑模具的设计知识,并能对注塑模具设计有更高层次的认识的目的。
该课题的设计要求通过基于现代CAD技术的注塑模设计,在设计过程中掌握模具设计的一般规律,对于运用现代CAD技术进行模具设计进行研究和应用,完成探测器后盖注塑模具设计.所设计探测器后盖注塑模具要能满足模具工作状态的质量要求,使用时安全可靠,便于维修,在注塑成型时要有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性.选择注塑模型腔进行加工分析,用数控加工进行编程加工。
本课题要解决的主要问题是壳体注塑模具工艺方案的拟定和壳体注塑模具的设计。
注塑模具设计总体思路如图1-1所示
图1-1模具设计思路图
本课题要达到的预期效果:
a.外观及尺寸均符合要求,未出现溢边、缩坑等缺陷;
b.结构合理;
c.镶拼简单,加工简便;
d.顶出动作平稳、可靠。
2模具总体设计
2.1制品的分析
探测器后盖制品的形状由曲线和一些复杂的凹槽构成,由于测量工具的有限对曲面和较小的凹槽测量有较大误差。
在测绘曲面时采用多断面测量,对较小的凹槽测绘采用工具和估测相结合的方法,并且对探测器后盖结构进行了优化处理。
探测器后盖测制品图及三维造型如2-1、2-2所示。
图2-1制品图
图2-2制品的三维造型
该制品是ABS(苯烯腈-丁二烯-苯乙烯)塑料,重量约30g。
据参考文献[3]P20可知,ABS的密度1030~1070
,收缩率0.3~0.8%,模具温度50~80℃注射压力60~100Mpa,最大不溢料间隙0.04mm,塑件的尺寸精度为5~6级,则模具型腔的尺寸精度应为IT10~IT11级。
2.2模具总体方案设计
设计模具时,首先确定合适的注塑机,并了解它的技术规范要求:
注塑机的最大注塑量、最大注塑压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程、模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸、注塑机喷嘴孔直径和喷嘴球头半径值。
再根据现有注塑机的规格、所要求的塑件的质量、塑件成本及交货期等,确定型腔数目。
浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。
由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。
分浇道的形状尺寸主要取决于塑件的体积、壁厚、形状以及所加工塑料的种类、注射速率、分浇道长度等。
主流道与分流道采用圆角过渡,这样可以减小料流转向过渡时的阻力。
分流道的布置要均匀处理,确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。
分流道表面不必很光,可以使熔融塑料的冷却皮层固定,有利于保温。
分流道与浇口采用圆弧过渡,有利于熔料的流动及填充。
浇口是连接分流道和型腔的桥梁,它具有两个功能:
第一,对塑料熔体流人型腔其控制作用;
第二,当注塑压力撤销后,浇口固化,封锁型腔,使型腔中尚未冷却固化的塑件不会倒流。
根据制品的特点初采用潜伏式浇口。
型腔分型面和形状的确定:
注塑模有一个分型面和多个分型面的模具,分型面的位置有垂直于开模方向、平行于开模方向以及倾斜于开模方向几种,分型面的形状有平面和曲面等。
根据制品的形状采用平面分型。
拉料杆主要是保证浇注系统的凝料从定模浇口套中拉出,留在动模一侧,便于取出。
排气系统的设计:
本模具采用间隙排气,利用分型面的配合间隙自然排气。
推出机构的设计:
推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压与气动推出机构。
本设计可采用机动推出,在部分的顶杆设计时可要特殊加工。
合模时复位杆首先与定模边的分型面接触,而将推板和所有的推杆一道推回原位。
本模具设计采用塑件留在动模,要保证塑件不应推出变形或损坏,还要保证塑件的良好外观和结构可靠。
2.3注射机的选择
注塑模具是与注塑机配套使用,因此设计时注塑机的选择尤为重要。
从模具设计的角度出发,应了解的注射机的技术要求有:
注射机的类型、最大注射量、最大注射压力、锁模力、最大注射面积、模具的最大和最小闭合厚度、最大开模行程以及模具在注射机上安装时所需的定位孔的大小、螺钉孔的位置等等。
根据制品的大小及企业生产状况,选择SZ-100/60注射机,其主要参数如表2-1所示。
表2-1注射机参数
型号
SZ-100/60
螺杆直径(mm)
Φ35
注射容量(cm3或g)
100`
注射压力(N/cm3)
150
锁模力(KN)
600
最大注射面积(cm2)
模具厚度(mm)
170~300
模板行程(mm)
300
喷嘴球半径(mm)
10
喷嘴孔直径(mm)
4
喷嘴伸出量(mm)
20
顶出行程(mm)
80
外形尺寸(m*m*m)
3.9X1.3X1.8
2.4型腔数的确定
据参考文献[3]可知,以机床的注射能力为基础,每次的注射量不超过注射机最大注射量的80%,按参考文献[3]公式计算模具的型腔数:
n=(0.8G-
)/
(2-1)
式中:
—注射机的最大注射量(g);
—单个塑件的重量(g);
—浇注系统的重量(g)。
n=(0.8x105-6)/30
n=2.5
模具型腔个数选一模二腔。
2.5型腔的布局
由于型腔的布置与浇注系统布置密切相关,因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。
型腔的排布应使每个型腔浇口处有足够压力,以保证塑料熔体同时均匀地充满型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定,这就要求型腔与主浇道之间的距离尽可能最短,同时采用平衡的浇道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。
合理的排布可以避免塑件尺寸的差异、应力形成和脱模困难等问题。
本设计是一模两腔,为合理的设计浇注系统和容易脱模,型腔的布局如下:
图2-3型腔的布局
2.6分型面的确定
分开模具能取出塑件的面,称作为分型面,其它的面称作分离面或分模面,注射模只有一个分型面。
选择分型面时,应根据几何形状的外观质量、浇注系统的合理布置、便于取件、利于排气等因素综合考虑,为了便于脱模,分型面的位置宜取在塑件外形轮廓最大处。
分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向,形状有平面,斜面,曲面。
由于本制品是下大上小的特点,根据上述选择分型面的原则,本制品的分型面选择在图2-4的最大轮廓处。
图2-4分型面位置图
2.7浇注系统设计
浇注系统的作用就是将熔融状态的塑料均匀、迅速地输入型腔,使型腔内体及时排出;
并且将注射压力传递到型腔的各个部位,从而得到组织紧密的制品。
浇注系统通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。
2.7.1浇口的形式
浇口是浇道与型腔之间最短的一段距离,能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。
浇口位置的选择对制品的质量显得尤为重要,根据文献[3]浇口选择的一般要求是:
a.塑件能量的损失最小;
b.浇口的位置应使进入行腔的塑料能顺利的排出模腔内的空气,进入型腔的塑料不要立即封闭排气系;
c.浇口的位置要避免造成收缩变形和塑件的熔接痕;
d.拼镶结构的模具,浇口的位置不能使流动的塑料冲击镶件,但也不能离浇口太远,否则塑料流到镶件附近时变冷熔接不好;
e.浇口的位置及大小要考虑对型芯的影响。
避免塑料直接正面冲击型芯;
f.外观要求高的塑件则浇口不允许设置在分型面上,同时要考虑清理简便,不损坏塑件。
根据本设计的具体情况,选用潜伏式浇口,浇口隐藏在制品内侧保证了制品的表面光滑。
如果浇注系统采用其它形式,必将影响表面的光滑和外观的形式,也不利于开模,因此可以将浇道与浇口部分做成具有一定角度的形状,根据文献[3]其角度选择20度。
其具体结构及参数如图2-5所示:
图2-5进料口形式
2.7.2流道、主流道衬套及定位环的设计
主流道是注射机喷嘴与分流道的一段通道,通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,带有一定的锥度。
a.d=注射机喷嘴孔直径+(0.5~1)mm=4.5mm;
d=3.5mm
b.α=2°
~4°
;
α=2°
c.D≈浇道的宽度;
D=8mm
d.H一般取3~4mm;
H=3mm
e.R=注射机喷嘴球面半径+(1~2)mm;
R=10+2=12mm
f.r按具体情况选择,一般取1~3mm;
r=2mm
g.L应尽量缩短,L值按具体情况确定,不宜过长或过短,要>
8mm。
本设计L长初定80mm。
主流道衬套的材料常用T8A制造,热处理后硬度为50~55HRC。
主流道衬套与定模板采用H7/m6的过渡配合,主流道衬套与定位圈采用的H9/f9间隙配合。
由于受型腔或分流道的反压力作用,主流道衬套会产生轴向移动,所以主流道衬套的轴向定位要可靠。
本制品是选择中小型模架则浇口套选择整体式,根据上述经验和计算本设计的浇口套形式为:
图2-6浇口套形式
分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开设在分型面上,起分流和转向的作用。
据参考文献[3]经验公式:
D=0.2654
(2-2)
W—流经分流到的塑料量(g)
L—分流道长度(mm)
D—分流道直径(mm)
根据型腔的布置初估L=140mm,根据制品的重量和浇注系统内的塑料量初估W=65g。
则分流道直径为6.9mm.
据文献[3]ABS材料分流道直径推荐值为4.8—9.5。
故选择D=7mm。
2.7.3冷料井的设计
喷嘴与低温的模具相接触,使喷嘴前端有一小段冷料;
当分流道较长时,前锋塑料长时间的在低温的模具中流动,温度较低。
这些冷料如果进入型腔,在制作上形成冷接缝(熔接痕),严重的造成充填困难。
也可能在进入浇口时就将浇口堵塞。
所以必须设置冷料穴。
冷料穴的作用是储存冷料;
保证开模后主流道和分流道能留在动模板上,以便从模具中推出。
其位置在主流道对面的动模板上、分流道的末端、两股熔料相会合的部位。
冷料穴直径要大于主流道直径,以保证冷料能进入冷料穴;
深度约为直径的1~1.5倍。
本设计中采用钩头冷料穴如图2-7所示:
图2-7冷料井的形式
2.8冷却系统的设计
冷却系统在模具设计中是很重要的一部分,冷却水道的布置对成品的质量尤为重要,下表是模具温度对成品的影响。
表2-2不正常模温对塑件质量的影响
模具温度
塑件质量情况
现象
过高
缩孔
在壁厚部分,易冷却地方先硬化,未冷却的地方先收缩,而产生缩坑。
模具温度过高易产生缩孔
溢料
因为模具具有间隙,当温度过高,型腔内塑料粘度低,流动大,易从缝隙溢料
不均匀
变形
各部位冷却不均,造成收缩不一致,产生变形
过低
填充不良
温度过低,型腔内塑料粘度高难流动,填充不均
熔接焊
两股料流汇合时,由于模温低,产生不能完全熔合而出现类似毛发状的细纹线
表面不光泽
出现表面不十分有光泽的情况
温度调整不的当
机械性能不良
当模温过高或过低时,对部分塑料,结晶不良造成机械性能不良
由上表可以知道冷却水道的位置取决于制品的形状和不同的壁厚。
原则上冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方,根据冷却系统的设计原则,冷却水道应围绕模具所成型的制品,且尽量排列均匀一致。
设计冷却水道需考虑如下因素[3]:
a.模具的结构形式,对冷却系统设计直接有关;
b.模具的大小和冷却面积;
c.塑件熔接痕位置;
d.水孔边离型腔的距离一般保持在10~25mm,距离太近则冷却不易均匀,太远则效率降低。
水孔直径一般在8mm以上,根据模具大小决定;
e.水孔管路应畅通无阻;
f.水管接头的位置应放在尽可能不影响操作的一侧;
g.冷却水孔管路最好不开在型腔塑料溶接的地方,以免影响塑件强度。
根据参考文献[3]经验公式计算所需冷却水量:
(2-3)
式中;
W——通过模具的冷却流量(g);
W1——单位时间内进入模具的塑料重量(g);
a——每克塑料的热容量(J/g);
T3——出水温度(
);
T4——入水温度(
K——热传导系数;
由式(2-3)计算得:
W=380g
再由下式可求出冷却水道的直径d:
(2-4)
ρ——冷却液密度(g/m2);
L——冷却水道的长度(cm);
由式(2-4)计算得:
水道直径d为7.8mm,根据文献[3]取水道直径d为8mm
由于需要冷却的部位大部分集中在制品的上侧,为此动模板水道布局稀疏和定模板的水道布局密些,具体布局如图2-8及2-9所示:
图2-8动模板的水道流向图
图2-9定模板的水道流向图
2.9模架的选择
根据制品的投影面积,模架选择BxL=250x250。
由于制品的高度是25.5mm,据参考文献[3]可知开模的长度要大于制品高度的5-10mm,根据型腔和型芯的高度以及冷却系统的布置,根据参考文献[3]选取模架各参数和结构如表2-3及图2-10所示:
表2-3模架的参数
件号
模板
材料
尺寸(mm)
1
定模座板
Q235
255x315x25
2
定模板
45
255x255x50
3
动模板
255x255x40
垫块
255x50x80
5
顶杆固定杆
255x148x20
6
推板
255x148x16
7
动模座板
图2-10模架
2.10导柱、导套的选择
导向零件用来确定动、定模(或上、下模)的相对位置,并保证模具运动的方向精度.导向零件包括导柱、导套、导板等。
导柱与导套的功能是为动模与定模(包括顶出板与动模板)在相对运动时导向。
导向零件应尽量布置在靠近模具模板的边缘出,以便于较宽松和较方便的安置模具成型零件和温度调节系统根据具体模具结构,导柱的固定位置可以根据不同的需要设置在不同的模板上。
一般的模具设计时尽量的将导柱的固定设置在定模板上。
2.10.1导柱的选择
导柱的形状可分为普通型与阶梯型两种。
普通型制造简单,在小型模具中被广泛使用。
而阶梯型的导柱在制造上较普通型导柱难度大,因为对导柱中两段不同直径部分的同轴度要求较高。
导柱的长度也是一个不可忽视的重要参数,对于不同的模具,其导模长度也是不一样的,但设计导柱长度的原则是一致的,即导柱的长度要比模具最长的凸起部分长些,以免在组装时因对位不准而碰伤模具。
导柱与安装在另一半模上的导套相配合,以确定动、定模的相对位置,保证模具运动副的导向精度。
在闭模开模时沿着导柱移动,为保证动模板移动的正确,导柱应有足够的强度和刚度,所以必须正确的选用导柱直径,并保证它在模板中的刚性配合。
根据制品的特点和模架的大小选用四个导柱,其结构根据参考文献[3]选择d=20mm,d1=20mm,L1=25,D=25mm,L=80mm的带头导柱.材料为T8A钢,HRC50~55,如下图:
图2-11导柱
2.10.2导套的选择
根据导柱的直径和长度选择及文献[3]选择d=20mm,d1=28mm,D=32mm,S=6,L=50的带头导套。
其材料为T8A钢,HRC50~55。
图2-12导套
2.11顶杆设计
顶杆设计有如下的要求[3]:
a.顶杆的导向顶杆一般用来进行顶出塑件,同时也可以作为脱模机构,一般用于脱模力小的腔类塑件,而当配合部分较短;
b.筋部由于局部脱模力大,需加筋位;
因本制品内部结构比较复杂,为使制品能安全的推出采用了8个顶杆。
根据制品的特点和浇口形式本设计顶杆分为四类。
本设计采用潜伏式浇口,其浇口与顶杆相结合,为此顶杆设计如下图3-4所视。
又顶杆要与制品的曲面相配合其端部设计成和制品一样的曲面如图3-5。
其顶杆的长度由制品的高度和开模行程决定,本设计推杆长度选用114mm和96mm,
图2-13顶杆1
图2-14顶杆2
图2-15顶杆布置图
具体的形式和尺寸可以参考[3]表6-121
表2-4圆形顶杆及尺寸
公称尺寸d
H-0.1
D
与顶杆配合的孔
尺寸
公差(h6)
D孔公差(K7)
配合长度L1
-0.010
-0.018
+0.003
-0.003
35
8
2.12复位杆
复位杆用于闭模时使顶杆及顶出杆复位,材料常用T8A,HRC45~50,复位杆的组合形式和尺寸可以查参考[3]表6-12
表2-5复位杆尺寸
H
公差
12.5
-0.016
-0.027
18
-0.05
型芯和型腔的设计
2.13锁模力校核
锁模力又称合模力,是指注射机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力。
当熔体充满型腔时,注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面胀开,为此,注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积。
根据参考文献[3]经验公式即
F0≥PA(2-5)
或F0≥K1PA(2-6)
式中
(2-7)P=37.37X1.15X1.2
P=51.57
F0≥F=1.5PAX0.1(2-8)
F=1.5X51.57X67X0.1
F=518.37
—注射机的公称锁模力(KN);
—压力损耗系数,一般取1/3~2/3;
—模模内压力(型腔内熔体的压力);
—柱塞或螺杆施加于塑料上的注射压力;
—制品、流道、浇口在分型面上的投影面积之和
—基本压力(MPa)
—材料种类数
—注件几何形状的等级
所选的注塑机锁模力为600KN〉518.37KN,所选规格合适。
2.14开模行程的校核
各种注射机的开模行程是有限的,取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离。
SZ-100/60型注射机的单分型面注射模的开模距离的校核如下:
S≥H=H1+H2+(5~10)mm(2-9)
S—注射机的最大开模行程(移动模板行程);
H1—塑料制品推出距离;
H2—制品高度;
H—开模行程
根据设计情况:
塑料制品推出距离H1=40mm,制品高度H2=25.5mm,
所以S≥H=40+25.5+6.5=72mm
所选注射机的最大开模行程为300mm,H〈300mm,所选注射机合适。
3工艺分析及仿真加工
在模具的制造和生产中,对制品的工艺分析、加工方法的选择以及加工设备的选用决定了模具制造能否符合设计的要求,对注塑工艺的选择决定可制品的可生产性,并最终转化为生产力起着决定性的作用。
3.1模具的注塑工艺分析
本制品采用ABS材料,根据注塑工艺分析的需要,首先对ABS塑料进行注塑工艺分析。
(1)ABS塑料的干燥 ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大,在加工前进行充分的干燥和预热,不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝,而且还有助于塑料的塑化,减少制件表面色斑和云纹。
ABS原料要控制水分在0.13%以下。
注塑前的干燥条件是:
干冬季节在75~80℃以下,干燥2~3h,夏季雨水天在80~90℃下,干燥4~8h,如制件要达到特别优良的光泽或制件本身复杂,干燥时间更长,达8~16h。
因微量水汽的存在导致制件表面雾斑是往
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- 探测器 模具设计 及其 仿真 加工