塑料后盖成型工艺及模具设计Word格式.docx
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虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展,但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距,尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。
未来的十年,中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:
1)模具日趋大型化;
2)在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术;
3)模具扫描及数字化系统;
4)在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术;
5)提高模具标准化水平和模具标准件的使用率;
6)发展优质模具材料和先进的表面处理技术;
7)模具的精度将越来越高;
8)模具研磨抛光将自动化、智能化;
9)研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程;
10)开发新的成形工艺和模具。
1.2 国外模具的现状和发展趋势
模具是工业生产关键的工艺装备,在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成型。
用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性,是其他加工制造方法所无法替代的。
模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并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。
近几年,全球模具市场呈现供不应求的局面,世界模具市场年交易总额为600~650亿美元左右。
美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。
国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上;
国外模具企业的组织形式是"
大而专"
、"
大而精"
。
2004年中国模协在德国访问时,从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会(VDMA)工模具协会了解到,德国有模具企业约5000家。
2003年德国模具产值达48亿欧元。
其中(VDMA)会员模具企业有90家,这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%,可见其规模效益。
随着时代的进步和技术的发展,国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才,他们的技术水平比较高.故人均产值也较高.我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右,而国外模具工业发达国家大多15~20万美元,有的达到25~30万美元。
国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上,而我国才达到45%.
1.3 后盖模具设计与制造方面
1.3.1后盖模具设计的设计思路
传统的注塑模设计流程如图5所示[10]。
图5传统注塑模具设计流程图
在进行设计之前,设计者应该明确自己要设计的事项,要以设计任务书为依据设计模具。
根据设计书的内容,设计者应熟悉塑件的几何形状、明确使用要求。
然后对塑件进行成型工艺性的检查,以确认塑件各个细节是否符合注塑成型的工艺条件,这可以利用一些塑料CAE分析软件辅助分析。
在对工艺性分析之后,利用CAD软件进行塑件的型芯型腔造型,确定其收缩率和分型面。
将塑件的型芯型腔设计完毕之后,根据塑件的参数,选取合适的模架。
接下来的工作就是对模具的浇道系统、冷却或加热系统、模具其他构件的设计,根据前面的设计,选择合理的注射机,最后绘制模具的设计图。
随着CAD/CAM技术在模具领域的发展,传统的模具设计正在发生着重大变化,每个公司也有自己实际的一套操作手册。
但总的来说,设计的基本过程和内容,均与传统的设计基本相同。
1.3.2后盖模具设计的进度
1.了解目前国内塑料模具的发展现状,所用时间5天;
2.确定加工方案,所用时间5天;
3.模具的设计,所用时间30天;
2后盖注塑工艺性分析
设计要求
材料:
ABS
板厚:
t=1㎜
塑件名称:
塑料后盖
图一零件图
设计要求:
1.任务书2.说明书
3.目录4.参考文献
5.装配图(1.2号)及零件图
2.1塑件的工艺性分析
1.塑件的原材料分析。
ABS,化学名称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,英文名称是AcrylonitrileButadieneStyrene。
ABS树脂是目前产量最大,应用最广泛的聚合物,它将PS、SAN、BS的各种性能有机地统一起来,兼具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。
ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物,A代表丙烯腈,B代表丁二烯,S代表苯乙烯。
ABS塑料的密度是1.04~1.06g/
ABS的成型时收缩率为0.3~0.8%。
成型时,温度为200~240℃。
ABS塑料需要在料斗中的进行预热干燥,干燥的工艺条件为在80~90℃条件下干燥2个小时。
ABS的使用温度不高,一般不超过80℃。
ABS工程塑料一般是不透明的,外观呈浅象牙色、无毒、无味,兼有韧、硬、刚的特性。
ABS塑料燃烧缓慢,火焰呈黄色,且有黑烟。
燃烧后塑料会软化、烧焦,发出特殊的肉桂气味,但且没有熔融滴落的现象。
ABS工程塑料具有突出的力学性能和优良的综合性能,有极好的冲击强度、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性,尺寸稳定性好,成型加工和机械加工较好。
由于其突出的性能,ABS塑料被广泛用于制造电器外壳、手机、电话机壳、容器等,也用于生产板料、管料等产品[3]。
在设计时应注意ABS塑料的一些相关问题。
要求模具分型面、配合面的精度要高,以免溢料。
塑料ABS的一些注塑工艺参数见表1。
表1ABS注塑工艺参数
注射机类型
螺杆式
保压力(MPa)
30~70
螺杆转数(r/min)
20~60
注射时间(s)
3~5
喷嘴形式
直通式
保压时间(s)
15~30
喷嘴温度(
)
180~260
冷却时间(s)
10~30
模具温度(
40~85
成型周期(s)
注射压力(MPa)
60~100
因此此塑件的成型温度分别为:
融化温度设为245度,模具的温度设为60度,模具温度将影响塑件光洁度,温度较低则导致光洁度较低。
2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
(1)结构分析,该零件总体结构为矩形,且一边有两个对称的小凸台,因此模具属于简中等难度模具。
(2)尺寸精度分析,该零件没有标注尺寸公差,属于自由公差,且壁厚比较均匀,易于成型,所以模具制作精度要求不是特别高,易于加工制作。
(3)表面质量分析,该零件的表面要求除了要求没有缺陷,毛刺,无其他特殊要求,不比较容易实现。
2.2.1计算塑件的体积质量
计算塑件的质量是为了选注塑机。
计算塑件的体积:
67×
30×
1+3×
8×
0.5+4×
4×
1=2048mm
=2.048cm
计算塑件的质量:
根据手册查找得ABS密度为1.05g/cm
所以塑件质量为M=Vp=2.1504g
塑件的体积不大,因此采用一模四件,根据塑件的外形尺寸初选注塑机为S/30-250。
2.3塑件注塑工艺参数的确定
查找相关文献与资料得:
注塑温度:
包括料筒温度与喷嘴温度
料筒温度:
后段温度选用160。
c
中段温度选用170。
C
前段温度选用190。
喷嘴温度:
选用180。
注塑压力:
选用132Mpa
注塑时间:
选用7s
保压:
选用30—70Mpa
保压时间:
选用3s
冷却时间:
选用50s
3注塑模结构设计
注塑模结构设计包括:
分型面选择,模具型腔数目的确定排列方式,浇口设计,模具工作零件结构设计等。
3.1分型面选择
模具设计中分型面的选择是很重要的,它决定了模具的结构,应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。
此塑件的分型面选择如下图
3.2确定型腔排列方式
本塑件在注塑时采用一模四件,即需要四个型腔,综合考虑浇铸系统,模具复杂程度,选择如下;
3.3浇注系统的设计
3.3.1主流道的设计
根据设计手册查得S—30/250型注塑机的有关尺寸为:
喷嘴前端孔径为4㎜;
喷嘴前端球面半径为10㎜;
根据模具主流道与喷嘴的关系的:
主流道球面半径R=11㎜
主流道最小端直径r=4㎜
为了便于将凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为1-3度,经换算的主流道大端直径为8㎜,为了使溶料顺利进入分流道,可以将分流道出料端设计为R=4的半圆。
3.3.2分流道设计
本塑件的形状不算太复杂,溶料填充比较容易,为了便于加工,设计为R=2㎜半圆做分流道。
3.3.3浇口设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式,选侧浇口为好。
其形状选用圆弧形,试模时修正。
主流道及浇口和衬套定位环形状如图所示:
3.4抽芯机构的设计
本例的塑件侧壁个有两个小凸台,他们均垂直于脱模方向,阻碍了成型后塑件从模具脱出。
因此成型小凸台的零件必须有侧抽芯机构。
本模具采用斜滑块抽芯。
根据此模具的具体形状,我把斜滑块作成燕尾形状安装于动模板板上,其形状如下:
3.5成型零件结构设计
3.5.1型腔结构设计
本模具采用一模四腔结构形式,考虑加工难度及材料利用率,凹模用整体式凹模,分流道与浇口设计在下凹模板上。
3.5.2上凹模型腔
塑件帽型突起部分为长方型,型腔尺寸为:
长为60㎜,型腔为:
D=DMAX+DMAX×
SMIN%-TZ=59.4400-0.25㎜;
塑件宽为30㎜,型腔为:
SMIN%-TZ=29.9300-0.16㎜;
高为5,型腔深为:
SMIN%-TZ=4.9500-0.14㎜;
3.5.3下凹模型腔
塑件长为60㎜,型腔尺寸为;
SMIN%-TZ=59.9900-0.25㎜㎜;
塑件宽30㎜,型腔尺寸为:
SMIN%-TZ=29.9200-0.22㎜
塑件高为1㎜,型腔尺寸为;
SMIN%-TZ=0.9400-0.10㎜
各个圆角还按原来尺寸。
3.5.4主型芯尺寸
凸模也大致为长方形:
长为:
dm=dmin+dminsmin%+Tz=25.6
宽为:
dm=dmin+dminsmin%+Tz=11.04
3.6成型零件壁厚设计
3.6.1上凹模型腔壁厚的设计
上凹模采用整体式设计,根据方形形型腔壁厚计算的经验数据法,单侧型腔侧壁厚度tc的计算公式为:
tc=0.20L+17=22.1㎜,考虑到上下模要对齐,其值取为40㎜,型腔与型腔之间的壁厚为
=11.05㎜,考虑到侧型芯以及干涉的问题,其值取为50㎜。
其底厚为th=0.12b=1.32㎜,具体值根据选才确定。
结合全部取150*95的材料。
其形状如下:
3.6.2下模型腔壁厚的设计
下凹模采用整体式设计,根据矩形型腔壁厚计算经验公式得:
tc=0.20L+17=24.6㎜,因为上下模要对齐,所以具体壁厚根据上模设计,与其对齐,要大于24.6㎜,其底厚也是根据选材确定。
结合全部取150*90*20材料,其形状如下所示:
3.7模具加热与冷却水道设计
本塑件在注塑时不要求太高的模温,因而在模具上可不设计加热系统,是否需要冷却系统可做如下计算;
设定模具平均工作温度为40度,用20度的水进行冷却,出口温度为30度,产量为0.26㎏/h。
求塑件在硬化时每小时释放的热量Q,查相关文献的ABS的单位热流量为Q1为56×
104J/㎏,因此Q=WQ1=14.56×
104J/㎏,
求冷却水的体积流量V,
V=
=0.61×
10-4m3/min
由上述计算可知,因为模具每分钟所需要的冷却水体积流量很小,所以冷却系统可以简单设计。
在上凹模上平均设计4个φ4的水道即可。
见装配图。
4模具整体设计
4.1模架的选择
本模架选用的是非标模架,其组合尺寸如下:
定模板为:
350×
200×
44㎜
推件板为:
310×
53㎜
垫板高:
134㎜
动模座板为:
:
35㎜
其形状以及各个零件之间的形状尺寸与定位尺寸如下图所示:
4.2模具闭合高度的确定
在支撑与固定零件的设计中,根据零件的情况选用标准模架,可得以下各个尺寸:
定模板厚H1=44㎜,型腔板板厚H2=53㎜,推件板板厚H3=51㎜。
型芯固定板厚H4=44mm,支撑板厚H5=41mm,动模座板厚H6=35mm
根据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫板高为H7=134㎜。
因而模具闭合高度为;
H=H1+H2+H3+H4+H5+H6
=44+53+51+44+41+134
=408㎜
4.3冷料井的设计
冷料井位于主流道出口一端,处于主分型面的动模一侧,是主流道的自然延伸,开模时,可以将主流道凝料拉向动模一侧,以便脱模。
顶出行程又可以将凝料顶出模外,另外,冷料井要与拉料杆相互配合使用,在这采用Z型拉料杆。
4.4复位杆
本模具采用斜划块复位,上模下行时会压着斜划块自行复位,因此不需要复位杆。
4.5注塑机有关参数校核
本模具外形尺寸为350㎜×
200㎜×
408㎜。
S—30/250型注塑机的最大安装尺寸为360㎜×
450㎜,故能满足要求。
由上所述计算模具闭合高度为408㎜S—30/250型注塑机允许最小厚度为250㎜,最大为450㎜,满足要求。
由资料得S—30/250型注塑机的最大开模行程为150㎜,满足了塑件顶出要求。
S≥H1+H2+5=102㎜
经验证S—30/250型注塑机满足使用要求。
4.5.1模具闭合高度校核
250mm<
408mm<
430mm
其中408mm为模具的闭合高度
4.5.2模具开模时校核
360mm<
408mm+40mm<
450mm
其中40mm为模具的开模距。
经校核S-30/250型注塑机满足使用要求。
4.5.3锁模力的校核
查表得到S-30/250型注塑机的最大锁模力为250KN,而本模具的成型压力小于30Mpa,经过公式换算可得到注塑机锁模力完全能够满足模具成型的要求,故采用S-30/250注塑机。
4.5.4定位环与孔的校核
查表得到S—30/250型注塑机可安装的模具定位环为φ65,可得模具在设计中选用的定位环尺寸为φ40。
可知完全符合模具与注塑机的安装要求经校核S—30/250型注塑机能满足使用要求故可以采用。
4.5.5注塑机顶杆校核
查表得到S—30/250型注塑机的顶杆为φ25mm,而本模具的顶杆孔为φ30mm,可知φ25mm<
φ30mm
经校核S—30/250型注塑机能满足使用要求故可以采用
4.6绘制模具总装图和非标零件工作图
1.定模座2.螺钉3.定位环4.浇口套衬套5.型腔板6.导套7.导柱
8.推件板9.型芯固定板10.主型芯11.支撑板12.垫板13.推杆固定板
14.推板15.支撑钉16.推板导柱17.推板导套18.动模板19.拉料干
20.销抽21.斜导柱22.螺钉23.斜滑块
4.7本模具的工作原理
合模注射,完毕后开模。
8动模板和9型芯固定板贴合后退,分型面分开,制件和凝料从浇道拉出继续后退19拉杆拉8板,使8和9分开,8板停止,9板带动10主芯心后退,从而给侧型芯让位,20和21开始作用使侧型芯水平移动完成侧抽取下制件。
合模时,动模板前进,斜滑块靠斜导柱的倾斜前进来完成复位。
5注塑模具的安装和调试要求
5.1模具安装
(1)清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物,毛刺。
(2)因本模具的外型尺寸不大,故采用整体安装法。
先在机器下面两根导轨上垫好木板,模具从侧面进入机架间,定模入定位孔,并放正,慢速闭合模板,压紧模具,然后用压板或螺钉压紧定模,并初步固定动模,然后慢速开闭模具,找正动模,应保证开闭模具时平衡,灵活,无卡住现象,然后固定动模。
(3)调节锁模机构,保证有足够的开模距及锁模力,使模具闭合适当。
(4)慢速开启模板直至模板停止后退为止,调节顶出装置,保证顶出距离。
开闭模具观察顶出机构运动情况,动作是否平衡,灵活,协调。
(5)模具装好后,等料筒及喷嘴温度上升到距预定温度20--30℃,即可校正喷嘴与浇口套的相对位置及弧面接触情况,可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间,观察两者接触印痕,检查吻合情况,须使松紧合适,校正后拧紧注射座定位螺钉,紧固定位。
(6)开空车运转,观察模具各部分运行是否正常,然后才可注射试模。
5.2试模
通过试模塑件上常会出现各种弊病,为此必须进行原因分析,排除故障。
造成次废品的原因很多,有时是单一的,但经常是多个方面综合的原因。
需按成型条件,成型设备,模具结构及制造精度,塑件结构及形状等因素逐个分析找出其中主要矛盾,然后再采取调节成型条件,修整模具等方法加以解决。
首先,在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件。
常因塑件被粘附于模腔内,或型芯上,甚至因流道粘着制品被损坏。
这是试模首先应当解决的问题。
5.2.1粘着模腔
制品粘着在模腔上,是指塑件在模具开启后,与设计意图相反,离开型芯一侧,滞留于模腔内,致使脱模机构失效,制品无法取出的一种反常现象。
其主要原因是:
(1)注射压力过高,或者注射保压压力过高。
(2)注射保压和注射高压时间过长,造成过量充模。
(3)冷却时间过短,物料未能固化。
(4)模芯温度高于模腔温度,造成反向收缩。
(5)型腔内壁残留凹槽,或分型面边缘受过损伤性冲击,增加了脱模阻力。
5.2.2粘着模芯
(1)注射压力和保压压力过高或时间过长而造成过量充模,尤其成型芯上有加强筋槽的制品,情况更为明显。
(2)冷却时间过长,制件在模芯上收缩量过大。
(3)模腔温度过高,使制件在设定温度内不能充分固化。
(4)机筒与喷嘴温度过高,不利于在设定时间内完成固化。
(5)可能存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。
5.2.3粘着主流道
(1)闭模时间太短,使主流道物料来不及充分收缩。
(2)料道径向尺寸相对制品壁厚过大,冷却时间内无法完成料道物料的固化。
(3)主流道衬套区域温度过高,无冷却控制,不允许物料充分收缩。
(4)主流道衬套内孔尺寸不当,未达到比喷嘴孔大0.5~1㎜。
(5)主流道拉料杆不能正常工作。
一旦发生上述情况,首先要设法将制品取出模腔(芯),不惜破坏制件,保护模具成型部位不受损伤。
仔细查找不合理粘模发生的原因,一方面要对注射工艺进行合理调整;
另一方面要对模具成型部位进行现场修正,直到认为达到要求,方可进行二次注射。
5.2.4成型缺陷
当注射成型得到了近乎完整的制件时,制件本身必然存在各种各样的缺陷,这种缺陷的形成原因是错综复杂的,一般很难一目了然,要综合分析,找出其主要原因来着手修正,逐个排出,逐步改进,方可得到理想的样件。
下面就对度模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。
5.2.4.1注射填充不足
所谓填充不足是指在足够大的压力、足够多的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。
这种现象极为常见。
其主要原因有:
(1)熔料流动阻力过大
这主要有下列原因:
主流道或分流道尺寸不合理。
流道截面形状、尺寸不利于熔料流动。
尽量采用整圆形、梯形等相似的形状,避免采用半圆形、球缺形料道。
熔料前锋冷凝所致。
塑料流动性能不佳。
制品壁厚过薄。
(2)型腔排气不良
这是极易被忽视的现象,但以是一个十分重要的问题。
模具加工精度超高,排气显得越为重要。
尤其在模腔的转角处、深凹处等,必须合理地安排顶杆、镶块,利用缝隙充分排气,否则不仅充模困难,而且易产生烧焦现象。
(3)锁模力不足
因注射时动模稍后退,制品产生飞边,壁厚加大,使制件料量增加而引起的缺料。
应调大锁模力,保证正常制件料量。
5.2.4.2溢边(毛刺、飞边、批锋)
与第一项相反,物料不仅充满型腔,而且出现毛刺,尤其是在分型面处毛刺更大,甚至在型腔镶块缝隙处也有毛刺存在,其主要原因有:
(1)注射过量
(2)锁模力不足
(3)流动性过好
(4)模具局部配合不佳
(5)模板翘曲变形
5.2.4.3制件尺寸不准确
初次试模时,经常出现制件尺寸与设计要求尺寸相差较大。
这时不要轻易修改型腔,应行从注射工艺上找原因。
(1)尺寸变大注射压力过高,保压时间过长,此条件下产生了过量充模,收缩率趋向小值,使制件的实际尺寸偏大;
模温较低,事实上使熔料在较低温度的情况下成型,收缩率趋于小值
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