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1.3模具设计制造与成型分析
灭火器喷嘴,其内外表面无特列要求。
只要求表面光泽其表面粗糙度Ra为1.6μm,无飞边、毛刺、缩孔、流痕等工艺缺陷。
从制件整体结构看,由于外部结构复杂,呈台阶式,所以必须采用侧面分型抽芯结构成型。
2.塑件材料选择
根据塑件的使用要求;
材料科选择为聚酰胶(PA)
由聚酰胺类树脂构成的塑料又叫尼龙(PA),结晶聚合物;
流动性好,吸水性强,成型前应干燥,使其含水量低于0.1%。
成型过程中,易产生溢料和流涎现象;
具有良好的成型性能;
其熔融温度范围狭窄,熔点比较明显,范围在180~280º
C;
熔融状态下的热稳定性差,物料在高温机筒中停留时间不能过长。
聚酰胺1010的性能及特点:
具有较高延展性,不可逆拉伸能力高,在拉力的作用下,可牵伸至原长的3~4倍,同时还具有优良的冲击性能和很高的拉伸强度,—60º
C下不脆。
自润滑性和耐磨性优良,其抗磨性是钢的8倍,尺寸稳定性好。
具有韧性好,耐磨力强,耐油,抗震,拉伸,弯曲强度好,并具有吸水性小、尺寸稳定性好等特点。
综上所述,该塑件的材料可选用PA1010。
3.模具结构方案确定
3.1模具材料确定
灭火器喷嘴制件采用PA1010注塑成型,该材料对模具材质无特殊要求。
由于制件无较大悬壁结构和薄壁部分,需求量不大,所以可采用较为普通的模具材料。
经过比较,灭火器喷嘴模具的成型零件确定为国产P20,顶杆材料为65Mn,模板及其他配件采用45钢。
3.2型腔数量及排列方式的确定
模具型腔数量及排列方式是根据模具成本,模具制造技术及制件是否容易成型等多方面因素综合确定的。
灭火器喷嘴在实际使用过程中损耗不大,模具整体投资业不高,所以初步考虑采用单型腔的模具结构。
通过对制件进行结构分析可知,无论制件在模具中怎样摆放,均需采用侧面分型抽芯机构成型制件侧面的凹凸部分。
灭火器喷嘴的成型方案有种,在一方案中,灭火器喷嘴垂直于分型面成型,制件侧面的凹凸部分采用哈呋抽芯结构成型。
由于只基边属于回转体,所以从其顶部进料对制件的成型是较为有利的。
在顶出时,采用该方案时,由于进料和定出都设置在制件侧面,所以手里相对不均。
从模具结构及加工方面考虑,在方案一中,制件采用顶板或顶管从模具中顶出,具有模具结构简单,制件外观效果好等特点。
在方案二中,需要采用顶杆从模具中顶出制件,会在制件外表面留下痕迹,虽然灭火器喷嘴不属于日常用品或外观零部件,对制件外表面的顶杆痕迹无特殊要求,但该顶杆的设置位置有可能与斜导柱侧面分型抽芯机构中的型芯产生干涉现象。
此外,由于制件内部锥孔较深,所需侧抽芯距离较长,必须将斜导柱角度加大,长度加长而这样做将导致该部分受力不均。
综合制件成型加工经济及模具制造难易程度等多方面考虑,确定灭火器喷嘴模具采用方案一成型。
3.3分型面的确定
模具分型面的正确选择是提高制件质量的基础。
灭火器喷嘴制件外表面由两个哈呋块共同成型,制件内部的锥孔由固定在动模的动模型芯成型。
灭火器喷嘴的分型面共三处,其中水平分型面设置在制件尾端底部和前端顶部,哈呋块之间的为模具垂直于开模方向的分型面。
4.关于注射机
4.1注塑机的选择
根据塑件可用XS—ZY350型塑件注射机生产,该机为螺杆式塑料注射机,PA1010可以采用此类塑料机成型,据查有关资料列出该机的主要技术参数,如表1所示。
表1XS—ZY350型塑料注塑机的主要技术参数
主要技术参数项目
参数数值
注射量(最大)cm³
250
最大成型面积cm²
500
螺杆直径mm
50
模具最大高度mm
350
注射压力MPa
130
模具最小高度mm
200
注射行程mm
160
拉杆间距mm
295×
373
注射时间s
2
电机功率KW
18.5
合模力t
180
电热功率KW
9.83
4.2计算塑件体积和质量
塑件的体积计算:
经计算得到塑件的体积为(计算过程略)
V≈9346mm³
塑件的质量计算:
查有关手册,取塑件PA1010的密度为
p=1.04g/cm³
所以,塑件的质量为:
M=Pv=9.346×
1.04=9.72g
4.3确定注射成型的工艺参数
根据选用塑料PA1010的特性和本设计中塑件的自身成型特点,查有关资料,确定注射成型工艺参数如表2所示。
表2塑件的注射成型工艺参数
工艺参数
规格
预热和干燥温度º
C
料筒温度º
前段
中段
后段
200-210
220-240
190-200
喷嘴温度º
模具温度º
40-80
注射压力P/MPa
70-100
成型时间S
注射时间
2-5
保压时间
20-50
冷却时间
20-40
总周期
50-100
螺杆转速nr/min
虽然塑件体积,壁厚不大,且该塑件的生产量不多。
但PA1010塑料比热容大,冷却速度慢,成型时必须充分冷却,模具设计时要求有冷却系统,所以该模具应采用冷却水强制冷却,冷却要均匀,以缩短成型周期,提高生产率。
5.浇注系统设计
5.1主流道
灭火器喷嘴模具主流道采用标准主流道村套。
根据图4可知,模具主模底板的厚度为30mm,所以所选主流道村套的型号确定为φ14mm×
30mm.
5.2分流道及浇口
灭火器喷嘴侧视图如图
(2)所示,由于制件尾端端面圆环较窄,无法设置浇口,所以只能选择点浇口的进料方式。
点浇口截面小,去除后在制件表面留下的痕迹不明显,是PA1010工业制件常用的进料形式。
图
(2)灭火器喷嘴侧视图
为了拖出主流道及点浇口凝料,灭火器喷嘴模具在水平方向设有两个分型面。
开模时,固定在动模板内的账套带动型腔板向动模方向移动。
当型腔端面与尾端端面接触时,型腔板停止移动。
该制件顶出后。
必须用浇口钳等工具将主流道及点浇口凝料从型腔板内取出。
浇口的设计浇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,也是最关键的部分。
它的位置形状与尺寸对塑件的成型有很大的影响。
浇口截面的确定应注意的方面:
一般来说,浇口的截面积宜小不宜大。
小浇口在成型、固化、生产周期、除去凝料等方面具有明显的优点。
对于一些壁厚制品,则浇口不宜过小。
否则会造成浇口处过早固化,因补料困难而造成制品缺陷。
每一种浇口都有其优点和缺点,合理选择是关键。
充分理解塑料的物理性能和化学性能,在模具设计时有效地应用向这些性能。
浇口位置的选择合理选择浇口的开设位置,是提高塑件质量、合理进行模具设计的重要环节,除应遵循浇注系统设计原则以外,还应注意:
避免产生喷射和蛇形流。
尽量缩短流动距离,以减少压力、热量的损失,提高材料利用率,使熔体讯速、均匀充模。
浇口应开设在塑件最后处。
尽量减少或避免熔接痕。
充分考虑分子定向对塑件质量的影响。
深入了解塑件的工作状况和受力特点,尽量避免在承载荷和充击力处开设浇口。
尽量避免损坏塑件的外观质量。
尽量使去除浇口后的残留痕迹不影响塑件的使用要求。
灭火器喷嘴模具使用点浇口,其中点浇口的小端直径为1.2mm。
为了连接主流道及点浇口,需要在模具定模底板上设置分流道。
灭火器喷嘴模具的分流道采用热量损失较小,加工方便的梯开三截面流道。
6.顶出方式和位置的确定
由于模具结构的差异,注射模具顶出结构均可分为顶杆顶出,顶板顶出,顶管顶出,双顶出,二级顶出等种类。
从制件结构分析,接线柱模具适合采用顶杆顶出。
顶板顶出机构不设专用的回程装置,模具顶出结构依靠合模力的作用复位。
顶板顶出机构的特点是在制件底面顶出,脱模力大大而均匀,运动平稳,无明显顶出痕迹。
在顶板顶出机构的使用过程中,必须注意顶啊不能与型芯之间的配合关系,若顶板与型芯间隙过小,可能在制件顶出过程中产生顶板与型芯过度摩擦,甚至胶合现象;
而若该处间隙过小,则可能在制件注射过程中发生顶板与型芯间溢料现象。
在顶板与型芯接触部位,需要具有一定的硬度和粗糙度,为了不是影响型芯孔的位置精度,灭火器喷嘴模具的顶啊不能采用了巨部镶嵌的组合结构,在该机构在型芯与安装在顶板内的顶套采用锥面配合,减少了两者的摩擦机会,加工方便使用效果好。
7.冷却系统设计
模具的良好冷却效果是制件质量和成型效率的重要保证:
冷却回路的形式模具冷却回路的形式应根据塑件的形状、型腔内温度分布及浇口位置等情况设计成不同形式。
通常有型腔冷却核型芯冷却两种回路的结构形式。
型腔冷却回路,采用软管将直通的水道连接起来,为了避免设置外部接头,冷却水道之间可以采用内部钻孔的方法沟通,非出入口均用螺塞堵住,并用堵头或隔板使冷却水沿规定的回路流动,并采用两条左右对称的冷却会路,且两条冷却回路的入口处以保证型腔的表面温度分布均匀。
型芯冷却回路对于中等高度的型芯,可在型芯上开出一排冷却槽构成冷却回路。
对于较高型芯,设法使冷却水再行心内循环流动,实际常用的冷却方法有:
台阶式水道冷却法;
斜交叉水道冷却法;
直孔隔板式水道冷却法;
喷流式冷却法:
衬套式冷却法。
泡沫灭火器喷嘴模具的主模部分采用直通式冷却,水道开设在型腔板上。
模具在动模部分共采用三种冷却方式。
其中哈呋块采用阶梯式水道冷却,型芯采用中心水槽与挡水板冷却,,预制件相领的顶板采用直道水冷却。
8.哈呋抽芯结构设计
当制件具有难以直接脱模的侧面凹凸机构时,需设置侧面与分型抽芯结构。
若制件外表面的侧面凹凸部分相对于其轴线具有对称性,需采用两个对称的滑块共同成型时,该滑块称为哈呋块。
哈呋抽芯机构的组成与普通侧面分型抽芯结构类似,但抽芯距离的计算方法该有所不同。
8.1哈呋块抽芯机构抽芯距离的计算方式
哈呋抽芯机构抽芯抽芯完成后,型芯应完全脱离制件。
若哈呋块成型部分为直槽,则只需从制件总抽出型芯上的凸台即可顺利脱模,此时,哈呋抽芯结构抽芯距离的计算公式为:
S抽=h+(3~5)mm
式中S——抽芯距mm
H——型芯成型部分的凸台高度mm
若哈呋块的成型部分为圆槽,则哈呋抽芯结构抽芯距离的计算公式为:
S抽=S+(3~5)mm(8-1)
根据勾股定理,式(8-1)中S=(R²
-r²
)½
则S抽=(R²
+(3~5)mm
式中R——制件外形最大半径mm
r——制件圆槽底部半径mm
若哈呋块部分为U形槽,又抽出h是不够,此时H部分仍与制件相干涉。
所示,抽芯距离的计算公式为:
S抽=H+h+(3~5)mm
式中S抽——抽芯距离
H、h——型芯成型尺寸mm
8.2灭火器喷嘴模具哈呋块成型及抽芯方案的确定
灭火器喷嘴垂直于分型面成型,其侧面的凹凸部分采用哈呋块抽芯机构成型。
8.2.1斜导柱设计
灭火器喷嘴模具的斜导柱的倾斜角度α可取15°
,总长度取120mm即可。
8.2.2哈呋块结构设计
灭火器喷嘴模具哈呋块用于成型制件的整个部分。
由于整体较高,为了保证抽芯动作平稳可靠,其导滑部分设置在哈呋块中部偏下的位置,棉花球喷嘴模具哈呋块采用丝堵,弹簧和钢珠定位,其外形及底部定位结构。
8.2.3锁紧装置设计
灭火器喷嘴模具锁紧块的结果与拔杆模具相同。
为了让出哈呋块冷却水嘴的位置,可将锁紧块下端的两名各去除一小部分。
8.3成型零件工作尺寸计算
泡沫灭火器的制件材料PA1010,该材料在注射成型时的平均收缩率Scp按1.25%计算,模具成型零件的制造公差δ取△/3。
在图纸中,共标注了10个尺寸,在计算模具成型零件的工作尺寸时,可将各尺寸按特征分为五类:
8.3.1型腔长度类工作尺寸
根据公式:
LM=[Ls+LsScp-3/4△](﹢δrz/0)
型腔长度类工作尺寸计算如下:
①制件尺寸φ14(0/﹣0.05)
LM=﹙14+14×
0.0125-3/4×
0.05﹚=14.14﹙﹢0.03/0﹚mm
②制件尺寸φ12﹙0/﹣0.1﹚
LM=﹙12+12×
0.1﹚=12.075﹙﹢0.03/0﹚mm
③制件尺寸φ32﹙0/﹣0.1﹚
LM=﹙32+32×
0.1﹚=32.325﹙﹢0.03/0﹚mm
④制件尺寸φ16﹙0/﹣0.1﹚
LM=﹙16+16×
0.1﹚=16.125﹙﹢0.03/0﹚mm
8.3.2型腔深度类工作尺寸计算
根据公式HM=[Hs+HsScp-2/3△]﹙﹢δrz/0﹚
①制件尺寸78﹙0/﹣0.01﹚
HM=(79+79×
0.0125-2/3×
0.1)=79.92(﹢0.03/0)mm
②制件尺寸46﹙0/﹣0.01﹚
HM=(46+46×
0.1)=46.51(﹢0.03/0)mm
③制件尺寸48﹙0/﹣0.01﹚
HM=(48+48×
0.1)=48.53(﹢0.03/0)mm
④制件尺寸5﹙0/﹣0.01﹚
HM=(5+5×
0.1)=4.99(﹢0.03/0)mm
8.3.3型芯长度类工作尺寸
根据公式LM=[Ls+LsScp+3/4△]﹙0/﹣δz﹚
型芯长度类工作尺寸计算如下:
φ9φ29
①制件尺寸φ9﹙﹢0.1/0﹚
LM=(9+9×
0.0125+3/4×
0.1﹚=9.19(0/﹣0.03﹚mm
②制件尺寸φ29(﹢0.1/0)
LM=(29+29×
0.1﹚=29.44(0/﹣0.03﹚mm
8.3.4其他尺寸
除上述四类尺寸外,其他尺寸有的数值较小;
有的不睡重要尺寸。
在成型过程中,这类尺寸所产生的收缩对制件整体影响较小,可忽略不计。
在计算零件工作尺寸时,这类尺寸可制件根据制件图上的尺寸进行标注,无需再计算。
8.4塑料注射机有关产生的校核
8.4.1模架闭合高度的确定
组成模架闭合高度的模板及其他零件的尺寸有:
主定模板为H5=25mm
中间板H4=20mm
型腔板为A=79mm
推件板为H3=20mm
型芯固定板为B=25mm
支承板为H2=30mm
垫块为C=115mm
动模座板为H1=20mm
则该模具闭合高度为:
H=H5+H4+A+H3+B+H2+C+H1=25+20+79+20+25+30+115+20=334mm
8.4.2模具闭合高度的校核
由于XS-ZY350型腔料注射机所允许的模具最小厚度为Hmin=200mm;
模具最大厚度为Hmax=350mm;
计算得模具闭合高度H=334;
所以模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件。
8.4.3模具安装部分的校核
该模具的外形最大部分尺寸为280mm×
250mm,XS-ZY350型塑料注射机模板最大安装尺寸为598×
520,故能满足模具安装的要求。
8.4.4模具开模行程的校核
开模行程为合模行程,指模具开会过程中动模座板的移动距离,用符合S表示,XS-ZY350型塑料注射机的最大开合行程为Smax=500mm,为了使塑件成型后能够顺利脱模,并结合该模具的双分型面特点,确定该模具的开模行程S应满足下式要求:
Smax>H1+H2+α+﹙5~10﹚mm=80+79+20+7=186mm
其中H1——塑件所用的脱模距离;
H2-塑件高度;
α——取出浇注系统余料必需的长度;
Smax=500mm>186mm,故该机的开模行程满足要求。
参考文献
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清华大学出版社,2009.
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同济大学出版社,2009.
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