椭圆瓶盖注射模设计Word下载.docx
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1绪论1
1.1模具的发展状况1
1.2注塑模概述1
1.2.1注塑模应用1
1.2.2注塑模设计内容1
1.2.3注塑模发展现状2
1.2.4注塑模未来发展趋势2
1.3本章小结2
2塑件注射成型工艺设计3
2.1塑件注射成型工艺性分析3
2.1.1塑件材料分析3
2.1.2塑件的结构与精度分析5
2.2注射成型工艺分析5
2.2.1浇口形式与位置分析5
2.2.2注射成型型腔布局的确定6
2.3本章小结6
3注塑机的选择7
3.1塑件体积和重量的计算7
3.1.1粗略计算制品的体积和质量7
3.1.2总体积和总质量的计算7
3.2注塑机的初选7
3.2.1锁模力计算7
3.2.2注塑机型号的选择7
3.3本章小结8
4注射模结构设计9
4.1分型面选择9
4.2型腔排列方式的确定9
4.3浇注系统设计:
10
4.3.1主流道的设计10
4.3.2分流道的设计10
4.3.3浇口的设计10
4.3.4拉料杆的设计11
4.4成型零件结构设计11
4.4.1型腔结构设计11
4.4.2型芯结构设计13
4.5模架的选用13
4.5.1确定模架组合形式13
4.5.2计算型腔模板周界尺寸14
4.5.3选择模架尺寸14
4.5.4导向机构设计14
4.6推出机构设计15
4.7冷却(加热)系统的设计16
4.8排气系统的设计16
4.9注射模工程图绘制16
4.10本章小结16
5注射机的效核18
5.1注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核18
5.2开模行程的校核18
5.3本章小结18
6全文总结19
参考文献20
1绪论
1.1注射模概述
塑料是一类具有可塑性的合成高分子材料,塑料制品的使用越来越泛,在很多方面,它已经成为金属制品的替代物。
在高分子材料成型领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简称塑料模。
塑料模具作为成形方式中的一种,是家用电器、汽车和航空航天等领域中塑料制品的重要生产工具。
并且随着塑料工业的迅猛发展,人们对塑料制品的要求越来越高,外形在满足性能要求的同时也变得越来越复杂,而且产品品种多、价格低、市场竞争剧烈。
在今天这样激烈竞争的环境中,缩短模具设计和制造周期,成了模具企业间竞争取胜的重要因素之一。
塑料模CAD/CAM/UG技术是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程。
它能显著缩短模具设计和制造周期,降低成本,提高产品质量,正逐渐被模具界所认识,其中注塑模具应用软件的发展引人注目。
注塑模亦称注射模,其成型原理是将塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中,经过加热熔化时流动状态后,在柱塞和螺杆的推动下,熔融塑料被压缩并向前移动,进而通过斜料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔中,充满型腔的熔料在受压的情况下,经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状,然后开模分型获得成型塑件。
这样的操作上完成一个周期的生产过程。
通常,一个成型周期从几秒到几分不等,时间的长短、塑件的大小、形状和厚度、模具的结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件的因素。
1.2塑料成型模具的发展现状
一般来说,国外的模具工业起步比较早,发展也比较靠前,技术也比较成熟,现在注塑成型技术在向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。
例如:
(1)混炼与注塑成型组合技术的应用,WP公司将双螺杆聚合物玻纤混炼技术与活塞注塑成型技术组合,把多相体系共混与注塑组合成连续成型过程。
(2)多工位、连续注塑技术的应用。
德国FOBOHA公司4工位双机注塑成型64件双色塑。
相比而言,国内相塑料模具就比国外落后得多,目前大多用的是单型腔,简单型腔的模具达70%以上,仍占主导地位,一模多腔精密复杂的塑料注射模,多色塑料注射模已经能初步设计和制造,但是有很多精密的模具都要靠进口。
不过,我国模具从开始起步到现在有经历了半个世纪的发展,模具工业有了很大的发展,1999年我国模具工业产值为245亿,至2002年我国模具总产值约为360亿元,其中塑料模约30%左右,年均增速均为13%。
模具制造水平也有了很大的提高,在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具,6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具,精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平,而且还采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型收缩造成齿形误差,达到了标准渐开线齿形要求。
还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。
注塑模型腔制造精度可达0.02mm~0.05mm,表面粗糙度Ra0.2μm,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达10~30万次,淬火钢模达50~1000万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距。
成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29~34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件,取得较好的效果。
如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。
热流道模具开始推广,有的厂采用率达20%以上,一般采用内热式或外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的50%~80%相比,差距较大。
1.3塑料成型模具的未来发展趋势
近几年来,在我国其发展速度之快、需求量之大是前所未有的,但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。
目前,我国模具工业的当务之急是加快技术进步,调整产品结构,增加高档模具的比重,质中求效益,提高模具的国产化程度,减少对进口模具的依赖。
未来国内外塑料模具的制造技术和成型技术有如下发展趋势:
1)在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术;
2)高速铣削加工将得到更广泛地应用;
3)在塑料模具中推广应用热流道技术、注射成型和高压注射成型技术;
4)提高模具标准化水平和模具标准件的使用率;
5)研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程;
6)虚拟技术将得到发展;
7)模具自动加工系统的研制和发展。
广泛应用CAD/CAE/CAM技术,逐步走向集成化的方向发展。
塑料模具技术的发展日新月异,在现代工业、餐具、玩具等行业中的应用很广泛,模具是生产各种产品的重要工艺装备。
专家预测,在未来的模具市场中,塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高,且发展速度将高于其他模具。
1.4本章小结
模具是材料成型加工中的工艺装备。
本章主要讲述了有关注塑模概念、发展现状及未来发展趋势三个方面的内容。
2塑件注射成型工艺设计
2.1塑件注射成型工艺性分析
本课题中所涉及塑件的结构如图2.1所示,其具体的尺寸及精度要求如图2.2所示。
要求大批量生产。
图2.1塑件三维结构
图2.2塑件二维图
2.1.1塑件材料分析
目前市场上所用的椭圆瓶盖材料多为ABS塑料。
ABS的结构聚苯乙烯的分子链上交替连接着侧苯基。
由于侧苯基的体积较大,有较大的位阻效应,而使聚苯乙烯的分子链变得刚硬,因此,玻璃化温度比聚乙烯、聚丙烯都高,且刚性脆性较大,制品易产生内应力。
由于侧苯基在空间的排列为无规结构,因此聚苯乙烯为无定形聚合物,具有很高的透明性。
侧苯基具有很大的空间位阻,造成ABS分子链很僵硬,Tg在80℃。
侧苯基的存在使聚苯乙烯的化学活性要大一些,苯环所能进行的特征反应如氯化、硝化、磺化等聚苯乙烯都可以进行。
此外,侧苯基可以使主链上a氢原子活化,在空气中易氧化生成过氧化物,并引起降解,因此制品长期在户外使用易变黄、变脆。
但由于苯环为共扼体系,使得聚合物耐辐射性较好,在较强辐射的条件下,其性能变化较小。
(1)基本特征聚苯乙烯为无色、无味的透明刚性固体,透光率可达88%~90%,制品质硬,落地时会有金属般的响声。
聚苯乙烯的密度在1.04~1.07之间,尺寸稳定性好,收缩率低。
聚苯乙烯容易燃烧,点燃后离开火源会继续燃烧,并伴有浓烟。
(2)力学性能聚苯乙烯属于一种硬而脆的材料,无延伸性,拉伸时无屈服现象。
聚苯乙烯的拉伸、弯曲等常规力学性能在通用塑料中是很高的,但其冲击强度很低。
聚苯乙烯的力学性能与合成方式、相对分子质量大小、温度高低、杂质含量及测试方法有关。
(3)热性能
聚苯乙烯的耐热性能较差,热变形温度约为70~95℃,长期使用温度为60~80℃。
聚苯乙烯的热导率较低,约为0.10~0.13W/(m•K),基本不随温度的变化而变化,是良好的绝热保温材料。
聚苯乙烯泡沫是目前广泛应用的绝热材料之一。
聚苯乙烯的线膨胀系数较大,为(6~8)X10-5K-1,,与金属相差悬殊甚大,故制品不易带有金属嵌件。
此外,聚苯乙烯的许多力学性能都显著受到温度的影响。
(4)电性能聚苯乙烯是非极性的聚合物,使用中也很少加人填料和助剂,因此具有良好的介电性能和绝缘性,其介电性能与频率无关。
由于其吸湿率很低,电性能不受环境湿度的影响,但由于其表面电阻和体积电阻均较大,又不吸水,因此易产生静电,使用时需加人抗静电剂。
(5)耐化学药品性聚苯乙烯的化学稳定性比较好,可耐各种碱、一般的酸、盐、矿物油、低级醇及各种有机酸,但不耐氧化酸,如硝酸和氧化剂的侵蚀。
聚苯乙烯还会受到许多烃类、酮类及高级脂肪酸的侵蚀,可溶于苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷以及醋类当中。
此外,由于聚苯乙烯带有苯基,可使苯基a位置上的氢活化,因此聚苯乙烯的耐气候性不好,如果长期暴露在日光下会变色变脆,其耐光性、氧化性都较差,使用时应加人抗氧剂。
但聚苯乙烯具有较优的耐辐射性。
(6)加工性
聚苯乙烯是一种无定形的聚合物,没有明显的熔点,从开始熔融流动到分解的温度范围很宽,约在120~180℃之间,且热稳定性较好,因此,成型加工可在很宽的范围内进行。
聚苯乙烯由于其成型温度范围宽且流动性、热稳定性好,所以可以用多种方法加工成型,如注射、挤出、发泡、吹塑、热成型等。
由于聚苯乙烯的吸湿率很低,约为0.01%~0.2%,因此加工前一般不需要干燥,如果需要制成透明度高的制品时,才需干燥。
聚苯乙烯在成型过程中,分子链易取向,但在制品冷却定型时,取向的分子链尚未松弛完成,因此易使制品产生内应力。
因此,加工时除了选择合适的工艺条件及合理的模具结构外,还应对制品进行热处理,热处理的条件一般为60~80℃下处理1~2h。
聚苯乙烯的成型收缩率较低,一般为0.2%~0.7%,有利于成型尺寸精度较高及尺寸稳定的制品。
(3)聚苯乙烯的主要成型方法为注射、挤出和发泡.注射成型是聚苯乙烯最常用的成型方法。
可采用螺杆式注射机及柱塞式注射机.成型时,根据制品的形状和壁厚不同,可在较宽的范围内调整熔体温度,一般温度范围为180~220℃。
挤出成型可采用普通的挤出机。
挤出成型的产品有板材、管材、棒材、片材、薄膜等。
成型温度范围为150~200℃。
2.1.2塑件的结构与精度分析
由图2.1可知,该塑件结构简单,单分型面分模即可。
由图2.2可知,该塑件的精度要求不高,为MT5级。
成型零件设计时,主要考虑收缩率的影响,零件的制造公差可取塑件公差的三分之一。
另外,要求塑件表面光滑、无毛刺,因此设计浇口时应考虑去除方便且不影响外观和使用。
该塑件要求大批量生产,因此所设计的模具应具有较高的生产率,因塑件尺寸很小,初步考虑用一模两腔成型。
塑件的质量由可利用公式
计算。
经UG软件分析得,该塑件的体积V=32.1cm3,由表2.1得知该塑件的密度为ρ=1.05g/cm
,因此,该塑件的质量m≈33.7g。
2.2注射成型工艺分析
2.2.1浇口形式与位置分析
浇口设计是模具浇注系统设计的重要内容之一。
浇口设计主要包括浇口形式、进浇位置与结构尺寸设计三方面的内容,通过上注射成形工艺性分析,得知该塑件课采用侧浇口成形,浇口位置设置如图2.3所示。
图2.3浇口位置
2.2.2注射成型型腔布局的确定
该塑件为简单塑料件,单分型面分模即可。
考虑到该塑件的批量和尺寸大小,采用用一模两腔的方式注射成型,如图2.4所示。
图2.4型腔布局情况
2.3本章小结
本章通过对椭圆瓶盖注射成型工艺性分析,确定了其注射成型工艺,并对浇注系统中浇口形式、进浇位置与结构尺寸进行设计,确定了塑件的型腔布局。
3注塑机的选择
3.1塑件体积和重量的计算
3.1.1粗略计算制品的体积和质量
经UG软件分析得到,椭圆瓶盖的体积V=32.1cm3,
质量M≈33.7g(ABS塑料密度为1.05g/cm
)
3.1.2总体积和总质量的计算
由UG分析得到该产品成型时,本课题塑件与浇注系统得总体积为38.52cm3,因此其总质量m≈33.7g。
由于塑件在注射成型过程中,经冷却凝固会出现收缩现象,在计算注射量是需要考虑收缩率的影响。
注射机的满注射量:
(3.1)
式中:
——额定注射量(cm
);
——塑件与浇注系统凝料体积和(cm
由公式3.1可知,该塑件成型所需的注射量为:
50cm
3.2注塑机的初选
3.2.1锁模力计算
查《塑料模具设计手册》得,可知ABS的注塑压力为80~100MPa,其模力的计算公式为:
(3.2)
式中,
——塑料注射成型时单位面积的型腔压力,KN
——浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和,
利用用UG对塑件连同浇注系统进行简单分析,测得本课题涉及的塑件及其浇注系统在分型面上的投影面积为
=10006.1
,由此可得到该产品注射成型所需的锁模力最小值,
=540.33kN.
3.2.2注塑机型号的选择
根据塑料制品的体积或质量,查书可选定注塑机型号,故注射机型号选定为:
XS-ZY-125
表1XS-ZY-125注塑机技术规范及特性
型号
螺杆(柱塞)直径/mm
30、42、45
最大理论注射容量/g(或
104、125、146
注射压力/MPa
150
锁模力/kN
(1000)900
最大注射面积/
(300)320
最大模具厚度H/mm
300
最小模具厚度
200
(145+10)
模板最大距离
600
模板行程
(375)300
喷嘴圆弧半径
12
喷嘴孔径
4
喷嘴移动距离
210
推出形式
两侧没有推杆,机械推出
其他
最大开距时,动模板装模面到顶板距离
为190mm总力1030kN,顶杆最大顶出距离240mm
3.3本章小结
本章利用UG软件计算了椭圆瓶盖塑件的体积V=32.1cm3及其包括浇注系统在内的总体积38.52cm3与总重量m≈33.7g,并据此计算塑件注射成型所需的锁模力
=540.33kN,由此可初步确定塑件注射成形需要的注塑机的型号为XS-ZY-125。
4注射模结构设计
4.1分型面选择
分型面应选在塑件的最大分型面上,这样可使塑件外表面全部在凹模型腔内成型,使塑件外表面光滑。
同时使侧向抽型容易,塑件脱模方便。
否则会在分型面处留下痕迹,影响塑件表面的质量,同时使侧向抽芯困难。
因此,本课题所涉及的塑件——椭圆瓶盖,可设计如图4.1所示的分型面。
图4.1分型面位置
4.2型腔排列方式的确定
考虑到该塑件是一般常用制品,查相关手册得塑件的经济精度推荐4级。
塑件形状较简单、质量较小、生产批量大,所以应使用多型腔注射模具。
由于塑件侧面上有孔,需侧向斜顶。
综上所述椭圆瓶盖注射模采用一模两腔平衡式型腔布置的型腔排列形式,如图4.2所示。
这样模具结构尺寸较小,制造加工方便,生产效率高,塑件成本低。
图4.2型腔排列方式
4.3.1主流道的设计
根据上面得出的注塑机XS-ZY-125,其喷嘴有关尺寸如下:
喷嘴前端孔径:
d0=φ4mm,喷嘴前端球面半径:
R=12mm
为了使凝料能顺利拔出,主流道的小端直径d应稍大于注射机喷嘴前端直径,因此其直径选为φ4mm,其结构如图4.3所示。
图4.3浇口套图4.4定位圈
定位圈直径为
定位圈高度取H=15mm等,其结构如图4.4所示。
定位圈材料可选用为T8碳素工具钢,经正火处理,硬度为183~235HBS.
4.3.2分流道的设计
该产品成型时浇注系统的分流道选用圆形截面,如图4.5所示,其直径为6mm。
图4.5分流道
分流道的长度:
分流道要尽可能短,且少弯折,便于注射成型过程中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。
经分析,将椭圆瓶盖注射模的分流道长度设计为30mm。
4.3.3浇口的设计
塑件的浇口在型腔上设置,采用侧浇口(扇形浇口)的方式成型,各个部分的尺寸如图4.6所示。
图4.6扇形浇口尺寸参数
4.3.4拉料杆的设计
拉料杆是为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出,所以要设置拉料杆。
经分析得,椭圆瓶盖注射模的拉料杆选用带钩形拉料杆,其形状与结构尺寸如图4.7所示。
图4.7拉料杆
4.4成型零件结构设计
型芯型腔的工作部分尺寸可根据UG三维模型采用仿形加工的方式制造,因此其工作部分尺寸依据产品而定。
4.4.1型腔结构设计
考虑到,成形零件的强度要求,型腔的侧壁厚度均设置为25mm,型腔底板设置为30mm,其结构如图4.8所示。
图4.8型腔图
4.4.2型芯结构设计
考虑到,成形零件的强度要求,型腔的侧壁厚度均设置为25mm,型芯底板厚度为20mm,其结构如图4.9所示。
图4.
4.9型芯图
4.5模架的选用
4.5.1确定模架组合形式
考虑到塑件的精度要求及其生产批量,选用选用LKM_SG大水口系统AI型4550模架,如图4.10所示。
图4.10模具组合形式
4.5.2计算型腔模板周界尺寸
考虑到模仁的尺寸及该产品的生产批量,型腔和模板设计为模仁尺寸在宽度和长度方向上各增加100mm,由此得到模板宽度为230mm,长度为230mm。
考虑到模具的寿命要求,A板厚度AP_H=h型腔厚度+30;
B板厚度;
BP_H=h型芯厚度+40。
由此设计的A板厚度为120mm,B板厚度120mm。
4.5.3选择模架尺寸
经上述分析与计算得到的模架为非标准模架,因此可考虑采用4550AI标准模架,其具体参数为:
A板厚度120mm,B板厚度120mm,其余参数采用系统默认参数,由此调入的模架如图4.11所示。
图4.11选用模架尺寸
4.5.4导向机构设计
导向机构采用导柱导套的方式导向,具体结构如图4.12所示。
图4.12导柱导套结构
4.6推出机构设计
该塑件的成型推出采用推杆推出的形式,如图4.13所示,其直径为4mm,端部直径为6mm,长度为118.5。
图4.13推杆结构
该塑件上存在两个倒扣,这两个倒扣的成型均可采用斜顶机构成型,如图4.14所示。
图4.14斜顶结构形式图4.15冷却水孔布置
4.7冷却(加热)系统的设计
确定模温调节系统一般生产ABS材料塑件的注射模具,不需要加热,此模具采用直通式冷却水道,如图4.15所示。
4.8排气系统的设计
由于制品的尺寸比较小,利用分型面和推杆的配合间隙排气即可。
4.9注射模工程图绘制
经上述设计可得到椭圆瓶盖成型所需的注射模结构。
利用UG软件的制图功能,可得到该模具的工程图如图4.16所示。
图4.16注射模工程图
4.10本章小结
本章根据前述椭圆瓶盖注射成型工艺的分析,详细讲述了椭圆瓶盖注射模设计与计算,包括分型面的选择、型腔布局设计、浇注系统设计、成型零件结构尺寸设计与计算、模架的选用、推出机构设计以及加热冷却系统的设计八个方面,最后又根据上述模具设计的结果绘制注射模的工程图。
5注射机的效核
5.1注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核
由于在初选注射机和选用模架时是根据以上四个技术参数及计算壁厚等因素选用的,所以注射量、锁模力、注射压力、模具厚度不必进行校核,已符合所选注射机要求。
5.2开模行程的校核
注射机最大开模行程S=300
—塑料制品的高度(mm);
—浇注系统的高度(mm)。
2
+
+(5~10)=2×
40+120+5~10=210mm
因此,由表2.1可知,所选用的注射机SZ160/1000的最大开模行程S=300>
210mm,故满足要求。
5.3本章小结
本章针对第三章所选用的注射机,通过对注射机注射量、锁模力、注射压力、模具厚度及开模行程五个方面的校核,确定初选的注射机XS-ZY-125满足要求。
6全文总结
1)本文首先针对本课题的研究内容,收集整理了有关注塑模概念、发展现状及未来
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- 椭圆 瓶盖 注射 设计