塑料模具的设计毕业设计说明书Word文档格式.docx
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塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
c)推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革[6]。
籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
d)开发新的成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
e)提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低,为提高模具质量和降低模具制造成本,模具标准件的应用要大力推广。
为此,首先要制订统一的国家标准,并严格按标准生产;
其次要逐步形成规模生产,提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;
再次是要进一步增加标准件的规格品种。
預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
f)应用优质材料和先进的表面处理技术对提高模具寿命和质量显得十分必要[6]。
2塑件的工艺分析
2.1任务要求
2.1.1设计任务
设计一套完整的注塑模具。
2.1.2设计要求
a)文献综述,撰写开题报告;
b)模具总体方案阐述;
c)应用2D或3D设计软件,完成装配图、零件图的设计;
d)应用word软件完成设计计算说明书撰写;
e)翻译相关设计课题方面的外文资料;
f)模具在一次动作循环中应能生产出合格的产品,并能拉料、脱料、脱模等;
g)模具的寿命要求应能满足生产50万次以上。
2.2塑件的材料分析及成型特性
塑件如上图所示,塑件为遥控器电池盖,是普通的生活用品,常温下使用,没有特殊的抗压、抗腐蚀要求,要求使用材料为ABS。
ABS是五大合成树脂之一,无毒、无味,通常为浅黄色或乳白色的粒料,是非结晶性树脂。
渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
ABS具有突出的力学性能,坚固、坚韧、坚硬;
具有一定的化学稳定性和良好的介电性能;
具有较好尺寸稳定性,易于成型和机械加工,成型塑件表面有较好光泽,经过调色可配成任何颜色,表面可镀铬。
其缺点是耐热性不高,连续工作温度约为70℃,热变形温度约为93℃,但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高;
耐候性差,在紫外线作用下易变硬发脆。
可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等多种成型加工方法。
其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良,还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点,容易涂装、着色,还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工,广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域,是一种用途极广的热塑性工程塑料。
铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
表2-1ABS塑料的部分技术指标
技术指标
值
密度(g/cm^-3)
1.05~1.18
收缩率(%)
0.4~0.9
透明度
半透明
压缩率
2.5~3.9
成型温度℃
217~237
ABS的成型特性:
a)ABS塑料为易吸水材料,成型加工前应对塑件进行干燥处理,若为表面光泽要求高的塑件则应长时间预热干。
b)流动性中等,溢边值0.04mm左右。
c)壁厚、熔料温度对收缩率影响极小,塑件尺寸精度高。
d)ABS比热容低,塑化效率高,凝固也快,故成型周期短。
e)ABS的表观黏度对剪切速率的依赖性很强,因此模具设计中大都采用点浇口形式。
f)顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹,脱模斜度宜取2°
以上。
g)易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。
h)易采用高料温、高模温、高注射压力成型。
在要求塑件精度高时,模具温度可控制在50~60℃,而在强调塑件光泽和耐热时,模具温度应控制在60~80℃。
擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
制品属于大批量生产,则应选用7级精度,采用注射成型,本次设计的塑件遥控器电池盖,结构相对简单,内部有倒扣,为了降低成型费用,减少废品率,提高生产效率,采用一模四腔的模具结构形式,倒扣部分采用斜顶成型。
贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
2.3塑件的体积和重量
通过Pro/E软件建模后,得出图2-1,图2-2塑件的三维图并侧出了单个塑件的体积:
V塑=11317mm³
=11.317cm³
取ABS材料的密度ρ=1.12/cm³
,于是算得单个塑件质量为:
m塑=ρV塑=1.12×
11.317=12.675g
图2-1图2-2
3注射机的选择
3.1注射成型工艺参数
要保证塑件质量合格及稳定所必须的条件是准确而稳定的工艺参数。
塑件注射成型工艺参数如表3-1所示:
表3-1ABS塑料的注射成型工艺参数
工艺参数
规格
喷嘴形式
直通式
喷嘴温度/℃
170~180
料筒温度/℃
前段
180~210
中段
后段
150~170
模具温度/℃
40~50
注射压力/MPa
50~70
保压力/MPa
30~50
成型时间/s
注射时间
0~3
保压时间
15~40
冷却时间
15~30
成型周期
40~90
3.2选用注射剂设备型号与技术参数
选择的注塑机的注射压力必须大于成型制品所需的注射压力。
根据注塑机的额定注射量选择注塑机型号,注射机的额定注射量应满足[7]
(3-1)
式中
——注射机额定注射量(
);
——单个塑件的容量(
——浇注系统凝料的容量(
n——型腔个数。
根据第2.4节可知,单个塑件的体积为11.317
型腔数目为4,预估算浇注系统凝料及冷料体积为塑件体积的50%。
坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
则
=≈63.66
因此所选用的注塑机额定注射量至少要大于等于63.66
,则选用XS-ZY-125,该注射机的主要参数如下表3-2:
蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
表3-2XS—ZY—125注射机主要技术参数
技术参数
注射量/
125
螺杆直径/mm
42
119
注射行程/mm
115
螺杆转速/(r/min)
29,43,56,69,86,101
注射时间/s
1.6
注射方式
螺杆式
锁模力/KN
900
最大成型面积/
320
模板最大行程/mm
300
模板尺寸/mm
428×
450
锁模方式
液压—机械
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
4模具结构方案的确定
4.1分型面的选择
综合几条分型面的设计原则:
a)应便于塑件的脱模(应尽可能留在动模一侧)。
b)应有利于侧向分型与抽芯。
c)应保证塑件的质量。
d)应有利于防止溢料。
e)应有利于排气(一般尽量与熔体流动的末端重合)。
f)选择分型面时,应尽量减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。
不论塑件的结构如何,采用何种设计方法都必须首先确定分型面,模具结构很大程度上取决于分型面的选择。
塑件的开模方向是垂直向上,因此将分型面设置在塑件的底面,这样有利于脱模而且不会影响塑件的外观质量,还可以利用间隙和型芯镶件等间隙排气。
为了加工的方便,提高精度,在塑件侧面的钩槽使用斜顶来成型,这样可使得分型面更为简单。
如图4-1所示:
買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
图4-1分型面
4.2型腔数目的确定及布局
腔数目的确定:
应根据塑件的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小、交货期长短、注射机能力、模具成本等要求来综合考虑。
綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
分析:
该塑件形状复杂程度一般,尺寸小,为了提高生产效率,降低成本而又想模具简单降低加工难度。
决定采用一模四腔来设计。
驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
型腔的布局:
多型腔的总体布局可分为平衡式和非平衡式,由于型腔数目为4,所以很显然采用平衡式的布局,如图4-2所示:
猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
图4-2型腔布局
4.3浇注系统的设计
浇注系统的作用是使塑料熔体平稳有序地填充到型腔中,并在塑料填充和凝固的过程中,把注射压力充分传递到型腔的各个部位,以获得组织致密、外形清晰的塑件。
锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
浇注系统的设计非常重要,设计合理与否对塑件的内在性能质量、尺寸精度、外观质量以及模具结构、成型效率、塑料利用率等都有较大影响。
对浇注系统设计,一般应遵循以下基本原则:
構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
a)适应塑料的成型工艺性能。
b)结合型腔布局考虑。
c)热量及压力损失要小。
d)有利于型腔中气体的排出。
e)防止塑件出现缺陷。
f)保证塑件外观质量。
g)降低成本,提高生产效率。
4.3.1主流道和定位圈的设计
浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料穴等四个部分组成。
考虑到塑件的外观要求高,外表面不允许有成型斑点和熔接痕,以及一模四腔的布置,ABS对剪切速率较为敏感等情况,浇口采用方便加工修整、凝料去除容易且不会在塑件外壁留下痕迹的侧浇口,模具采用单分型面结构两板模,模具制造成本比较容易控制在合理的范围,浇注系统设计如下图所示:
輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
图4-3浇注系统图4-4浇口套定位圈尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
主流道是熔料注入模具最先经过的一段流道,直接影响到填充时间及流动速度。
主流道太小,熔料流动过程中冷却面相对增大,热量消耗大,注射压力损失大,但主流道太大会造成塑料损耗大,冷却时间长,发生旋涡及紊乱,要求机床可塑化能力增大。
则必须选择恰当尺寸的流道。
识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机喷嘴注射出的熔体个入分流道或型腔中,其设计要点:
a)为便于凝料从直浇道中拔出,主浇道设计成圆锥形,其锥角α=2°
~6°
,内壁表面粗糙度Ra≤0.8μm。
b)主浇道进口端直径应比喷嘴直径大0.5~1mm。
主浇道进口端凹下的球面半径比喷嘴球面半径大1~2mm,凹下深度约3~8mm。
凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
c)主流道大端与分流道交接处应该倒圆角R=1~3mm,以减小料流转向过渡时的阻力。
d)在保证塑件成型良好的前提下,主浇道长度L尽量短,一般宜小于60mm为佳,最长不宜超过95mm,但也应视模版的厚度和水道的开设等具体情况而定。
恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
e)主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上。
4.3.2主流道尺寸的确定
a)主流道长度:
根据主流道设计要点,现初取L=70mm进行设计。
b)主流道小端直径:
d=注射机喷嘴尺寸+(0.5~1)mm=(4+0.5)mm=4.5mm。
c)主流道球面半径:
R=注射机喷嘴球半径+(1~2)mm=(12+1)mm=13mm。
d)球面凹坑深度:
取3mm
e)主流道锥角:
取
。
f)主流道大端直径:
g)主流道大端圆角:
取r=2mm。
4.3.3主流道衬套的形式
主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞,容易磨损,对材料的要求比较高,故将其分开设计,以便于拆卸更换。
同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。
常见的主流道浇口套及其固定形式如图4-5所示:
鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
图4-5主浇道浇口套及其固定形式
本次设计采用图4-5中的(c)型衬套形式。
材料选用T10A,热处理后硬度为53~57HRC,浇口套选用直径为35mm,与其配合的定位圈外径取100mm,高度取5mm,并用M6的螺纹固定。
其结构如图4-6和图4-7所示:
硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
图4-6定位圈图4-7主浇道衬套
4.3.4分流道的设计
分流道是主流道和浇口之间的塑料熔体流动通道,在多型腔或单型腔多浇口时设置。
分流道的作用是改变塑料熔体的流向和截面积,使塑料熔体以平稳的流态均衡分配到各个型腔,并充满型腔[3]。
阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
(1)分流道截面形状:
常见的分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等(见图4-8所示)。
圆形和正方形截面流道的流道表面积与体积之比最小,塑件熔体的温度下降少,阻力越小,流道的效率越高,但加工较困难,而且正方形截面不易脱模,所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。
考虑成本和加工难度,本次设计中选用梯形流道。
氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
图4-8常见的分流道截面形状
(2)分流道的布置:
在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式两类。
平衡式布置是指从主流道到各型腔的分流道和浇口其长度、形状、端面尺寸都市对应相等的;
非平衡式布置则相反。
釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
本次设计是把四个制品在同一模具中形成,因为塑件的尺寸、体积都相同,故在分流道的布置上采用平衡式布置,所以其分流道的直径取一致。
怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
(3)分流道的尺寸:
塑料ABS的流动性中等,分流道直径一般取4.8~9.5mm,因此将矩形截面的长度b选择为6mm,高度h为3mm,斜度常取5°
~10°
谚辞調担鈧谄动禪泻類。
4.3.5浇口的设计
浇口是连接分浇道和型腔的桥梁,浇注系统的关键部分,对塑件的质量影响很大。
其作用是对塑料熔体流入型腔起控制作用,注射压力撤消后,浇口固化,封锁型腔,使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流。
嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
该塑件外表面质量要求较高,而且塑件体积较小,型腔容易充满,为了不影响外观,综合考虑选用侧浇口,该浇口一般设在分型面上,塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔,其截面形状多为矩形(扁槽),是限制性浇口。
侧浇口广泛使用在多型腔单分型面注射模上。
熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
(1)侧浇口的形式如图4-9所示:
图4-9侧浇口的形式
1—主浇道2—分浇道3—浇口4—塑件
(2)侧浇口的尺寸:
侧浇口尺寸计算的经验公式[8]如下:
b=
(4-1)鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
t=
(4-2)纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
式中b——侧浇口的宽度(mm);
A——塑件的外侧表面积(mm
t——侧浇口的厚度(mm);
——浇口处塑件的壁厚(mm)。
本次毕业设计采用如图4-9c)所示的浇口形式,侧向进料的侧浇口。
利用PRO/E软件中的测量功能,查的塑件的外侧表面积为A=4688.03mm
,塑件的平均壁厚t=3mm,浇口处塑件的壁厚
为2mm,所以[9]:
颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
b===1.37~2.05mm(4-3)濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
t=(0.6~0.9)
=(0.6~0.9)×
3=1.8~2.7mm(4-4)銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
而根据相关资料侧浇口尺寸的推荐值为:
宽度b=1.5~5mm;
厚度t=0.5~2mm;
长L=0.7~2mm。
故尺寸确定为b=2mm;
t=2mm;
L=1.5mm。
4.4成型零件的结构设计
4.4.1凹模的结构设计
凹模是成型塑件外表面的凹状零件,按结构不同可分为整体式和组合式;
组合式凹模又分整体嵌入式组合凹模、局部镶嵌式组合凹模、镶拼式组合凹模、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式。
综合考虑,现选用整体嵌入式组合凹模结构(见图4-9所示)。
挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
对小型塑件采用多型腔模具成型时,各单个型腔采用机械加工、冷挤压、电加工等方法加工制成,然后压入模板中。
该凹模形状及尺寸的一致性好,更换方便,加工效率高,可节约贵重金属。
赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
图4-10整体嵌入式型腔结构
本次设计采用图4-10中d)形式,其凹模的三维结构图如图4-11所示:
图4-11凹模的三维结构图
4.4.2凸模的结构设计
凸模结构也分整体式和组合式。
由于型芯和型腔的结构非常类似,所以选用的结构形式和凹模的结构形式一样,采用整体嵌入式,如图4-12所示。
塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
图4-12凸模的三维结构图
4.5抽芯机构的设计
通过对塑件的外型分析,该塑件的后面部分有个小凸台,所以需要内侧抽芯来完成此次脱模。
常见的内抽芯机构有斜导柱侧向机构、斜滑块抽芯机构、斜导杆抽芯机构。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
根据此设计要求,经过认真考虑、比较、初步确定出各部分的的结构情况,最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理工艺性,选择斜导杆机构来完成此次注射。
但需要考虑的是斜导杆抽芯机构的设计要求:
仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
(1)斜导杆的形状:
斜导杆上端为塑件侧凹的成型部位。
所显示机构简单,加工方便。
(2)斜导杆与推杆间的距离应大于斜导杆侧向抽芯行程,以避免斜导杆推出时与推杆发生碰撞。
(3)为了提高斜导杆的强度和刚度,减少斜导杆与模板之间的磨损,应镶嵌经淬火的垫块,对斜导杆进行支撑和导向。
绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
(4)斜导杆下端与斜导杆座用转销连接,斜导杆座固定在推杆固定板上。
两个或两个以上的斜导杆,当运动方向一致且间距较小时,可共用一个斜导杆座,但要注意两销钉之间的距离不小于4~5mm。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
(5)当斜导杆强度较差,需要缩短其长度或推杆固定板厚度较薄时,可将斜导杆座凸出推杆固定板或沉入推杆内。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
(6)当斜导杆宽度较大时,其底部可切小用销钉固定。
当斜导杆太薄时或者无法采用销钉固定时,可采用切槽固定的方法。
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
其各零件的装配图如图4-13所示:
图4-13斜顶机构装配图
1—斜杆2—斜杆导向3—转销4—底座
4.6冷料穴和拉料杆的设计
冷料穴的作用是收集每次注射成型时,流动熔体前端的冷料头,避免这些冷料进入型腔影响塑件的质量或堵塞浇口。
一般设在主浇道的末端,且开在主浇道对面的动模板上。
通过在冷料穴末端设置拉料杆,主流道冷料穴在开模时又能起到把主流道的凝料拉出的作用。
栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
主流道拉料杆有两种基本形式:
(1)一种是适于推杆(推管)推出机构的Z型拉料杆,如图4-14所示:
图4-14钩形(Z形)拉料杆和冷料穴
(2)另一种是适合推件推出机构的球形拉料杆,如图4-15所示:
图4-15球形拉料杆
根据本次设计的要求选用图4-15中a所示的形式的钩形(Z形)拉料杆,其优点是若选择Z形方向,凝料会由于自重而自动脱落,不需要人工取出。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
4.7排气系统的设计
当塑料熔体充填模具型腔时,必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发物顺利地排出模外。
如果气体不能被顺利排出,塑件会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷,甚至气体受压而产生高温,使塑件焦化。
另外气体的排放不畅还会产生反压力而降低充模速度。
因此在模具设计时必须考虑型腔的排气问题。
峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
常见的排气方式有:
间隙排气、排气槽排气、排气塞排气、强制性排气。
本设计中模具成型空腔中的气体是很少的,根据塑件形状分析,其最后填充部位在分型面上,因此可利用分型面、推杆活动间隙进行排气,间隙大小通常为0.02~0.04mm。
利用间隙排气减少加工成本,提高了工作效率。
詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
4.8加热或冷却方式的确定及计算
本塑料(ABS)的熔隔粘度较低,流动性较好,因此不设加热系统。
根据材料分析对其设冷却系统。
冷却系统的设计原则:
a)冷却水孔应尽量多,孔径应尽量大。
b)冷却水道至型腔表面的距离应尽量相等(一般冷却水孔的孔壁至型腔表面的距离为12~15mm)。
c)烧口处加强冷却。
d)降低入水与出水的温差。
e)冷却水道要避免接近熔接痕部位。
f)冷却水道的大小要易于加工和清理,一般孔径为8~10mm。
查相关资料,当塑件的平均壁厚为3mm,所以选用水孔直径为8mm的直流式冷却形式,其排列形式如图4-16所示:
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
图4-16冷却水道的排列形式
由于模具的工作部分在动模板内,所以只要在动模板上开设冷却水孔,其在模具中的分布如图4-17所示:
图4-17(a)水道的分布与水管接头
图4-17(b)水道的分布与水管接头
5模具设计的相关计算
5.1成型零件的工作尺寸计算
所谓工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件的尺寸,但影响塑件的尺寸公差因素很多,其主要的有:
1)成型零件的制造误差:
一般取塑件总公差
的1/3~1/4,现取δz=
/4。
2)磨损量:
对于一般的中小型塑件,最大磨损量可取塑件公差的
/6,对于大型塑件则取
/6以下。
但因为脱模方向垂直,故磨损
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