塑料模具课程设计说明书.docx
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塑料模具课程设计说明书
目录
第1章工艺计算................................................................................................................1
1.1塑料件设计图...........................................................................................................1
1.2塑件分析.................................................................................................................1
1.3注射机的型号和规格选择及校核.........................................................................2
第2章结构设计...............................................................................................................4
2.1型腔排布及分型面选择............................................................................................4
2.2浇注系统的设计..........................................................................................................5
2.3成型零件工作尺寸计算..............................................................................................7
2.4导向机构...................................................................................................................10
2.5脱模机构...................................................................................................................11
2.6排气及冷却系统.......................................................................................................13
小结..........................................................................................................................................16
参考文献………………………………………………………………………………………16
第1章工艺计算
1.1塑料件设计图
图1-1塑料零件图
1.2塑件分析
1.2.1PE性能分析
材料为聚乙烯(PE),聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。
按聚合时采用的压力不同可分为高压、中压和低压三种。
低压聚乙烯的分子链上支链较少,相对分子质量、结晶度和密度较高,所以低压聚乙烯比较硬,耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。
高压聚乙烯分子带有许多支链,因而相对分子质量较小,结晶度和密度较低,且具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性。
聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。
密度为0.91~0.96g/cm
,为结晶型塑料。
聚乙烯有一定的机械强度,但与其他塑料相比其机械强度低,表面硬度差。
聚乙烯的绝缘性能优异,常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂,并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。
聚乙烯有高度的耐水性,长期接触水其性能保持不变。
聚乙烯透水气性能较差,而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。
聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。
一般高压聚乙烯的使用温度在80
C左右,低压聚乙烯为100
C左右。
聚乙烯能耐寒,在-60
C时仍有较好的力学性能,-70
C时仍有一定的柔软性。
低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载力不高的零件,如齿轮、轴承等;高压聚乙烯常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。
表1-1注射成型机的技术规范
注射机类型:
柱塞式
螺杆转速:
40-80r/min
喷嘴温度:
90-100℃
料筒前端温度:
----
料筒后端温度:
40-50℃
料筒中端温度:
----
注射压力:
60-100MPa
模具温度:
60-70℃
注射时间12-60s
高压时间:
0-3s
冷却时间:
15-60s
成型周期:
40-130s
成型收缩率:
1.5%-3.6%
1.2.2成型特性
(1)结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分.不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大。
注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形。
(2)收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲。
冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却系统。
(3)加热时间不宜过长,否则会发生分解。
(4)软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模。
(5)可能发生融体破裂,不宜与有机溶剂接触,以防开裂。
1.2.3结构工艺性
零件壁厚均匀,结构简单,成型容易。
1.2.4零件体积及质量估算
1.单个塑件体积Vs=1.1304cm3,PE密度为0.91--0.96g/cm3,所以单个塑件质量m=1.1304x0.96g=1.09g
2.浇注系统凝料由于主流道里的凝料还是未知的,可按塑料件的0.6倍计算
即Vj=0.6x2xVs=0.6x2x1.1304cm3=1.3565cm3
3.实际注射量V实=2xVs+Vj=1.1304x2+1.3565=3.65cm3。
1.3注射机的型号和规格选择及校核
注射模是安装在注射机上的,因此在设计注射模具是应该对注射机有关技术规范进行必要的了解,以便设计出符合要求的模具,同时选定合适的注射机型号
1.3.1注射机的确定
从实际注射量应在额定注射量的20%~80%,即额定注射量为4.53~18.1cm3可以初选额定注射量在40cm3以上的注射机SZ-40/25。
表1-2注射机成型规格
理论注射容量(cm3)
40
螺杆直径(mm)
30
注射压力(MPa)
200
注射速率(g/s)
50
塑化能力(g/s)
20
螺杆转速(r/min)
0~200
锁模力(KN)
25
拉杆有效距离(mm)
250x250
模板行程(mm)
230
模具最大厚度(mm)
220
模具最小厚度(mm)
130
锁模形式
定位孔直径(mm)
55
定位孔深度(mm)
10
喷嘴伸出量(mm)
20
喷嘴球半径(mm)
10
顶出行程(mm)
55
顶出力(kN)
6.7
1.3.2注射压力校核
P注=60-100MPaP额=200MPa;P额≥P注满足条件这里选80MPa。
1.3.3锁模力校核
锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力,当高压的塑料熔体充填模腔时,会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。
为此,注射机的额定锁模力必须大于该胀型力,即:
——注射机的额定锁模力(N);
——模具型腔内塑料熔体平均压力(MPa);一般为注射压力的0.2-0.4倍,通常取20-40MPa。
这里选
=40MPa;
——塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和(
);由分析,可得投影面积150
,浇注系统的投影面积不超过250
;
所以F胀
,
,符合要求。
1.3.4开模行程校核
对于具有液压-机械式合模机构的注射机,其最大开模行程是由肘杆机构的最大行程所决定的,而不受模具厚度影响,因此本次设计中,开模行程与模具厚度无关,且为单分型面注射模,则所需开模行程H为:
式中,
——塑件推出距离(mm);
——包括浇注系统在内的塑件厚度(mm);
——注射机最大开模行程(mm);
这里通过资料可得:
第2章结构设计
2.1型腔排布及分型面选择
2.1.1分型面
1.分型面的形式
分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气系统、浇口形式等有关,我们常见的形式有如下五种:
水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。
2.分型面的选择
图2-1分型面
根据教材塑件的分型面应取在位于塑件截面尺寸最大的部位。
按塑件结构,分型面选在塑件端面,垂直于开模方向,型芯设在动模,开模后塑件包在型芯上留在动模,符合分型面设计原则,便于脱模,保证制件精度,简化模具结构;
2.1.2.型腔
1.型腔数目的确定
设计任务书已要求为一模两腔,故采用一模两腔。
按注射机的最大注射量确定的型腔个数n≦
=
=28。
因此,一模两腔符合要求。
2.型腔排布方式确定
由于塑件属于小型塑件又要满足大批量生产要求,为使模具制造简便,综合考虑浇注系统、模具结构等因素,拟采用平衡布置。
2.2浇注系统的设计
2.2.1浇注系统的组成
所谓注射模的浇注系统是指主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。
其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中,以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。
因此,浇注系统十分重要。
而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。
这里选用普通浇注系统,它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。
2.2.2主流道
1.主流道尺寸
(1)主流道通常设计成圆锥形,其锥角
,内壁表面粗糙度一般为
。
这里取
;
(2)为防止主流道与喷嘴处溢料,喷嘴与主流道对接处紧密对接,主流道对接处应制成半球形凹坑,且半径:
;
(3)小端直径:
;
(4)凹坑深:
h=3~5mm,这里取h=3mm;
(5)在保证塑料良好成型的前提下,主流道长度L应尽量短。
通常由模板厚度确定,一般取
;这里由标准模架,并考虑塑件厚度,取L=37mm。
(6)大端直径:
D=d2+2Ltan
=5mm。
2.主流道衬套的形式
由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞,因此将主流道制成可拆卸的主流道衬套,便于优质钢材加工和热处理。
如图,且衬套大端高出定模端面H=5~10mm,起定位环作用,与定模座板的连接用4个M6
8的内六角螺钉。
图2-2浇口套
2.2.3冷料穴
为储存两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷料,防止熔体冷料进入型腔,设计冷料穴。
主流道冷料穴设计成带有拉料杆的冷料穴,冷料穴的孔设计成倒锥形,凝料推杆固定在推出固定板上。
开模时靠倒锥起拉料作用,然后由推杆强制推出,这种冷料穴取凝料不需要侧向移动,易实现自动化操作。
2.2.4分流道
1.分流道截面形状
为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率,该模具分流道截面采用U形截面。
2.分流道长度
分流道长度应尽量短,且少弯折,这里取20mm;
3.分流道截面尺寸
分流道的直径可由经验公式:
式中,G为塑件质量(g);L为分流道长度(mm)。
得D=1.01mm,取D=2mm。
4.分流道表面粗糙度
分流道表面不要求太光洁,表面粗糙度通常取
,可增加对外层塑料熔体的流动阻力,使外层塑料冷却皮层固定,形成绝热层,有利于保温;
5.分流道的布置
模具为一模两腔,采用平衡式布置,在动模板和定模板上均开有分流道。
2.2.5浇口
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道,是浇注系统的关键部分,起着调节控制料速、补料时间及防止倒流等作用,如图。
根据任务书要求,选择环形浇口。
其广泛应用于中小型塑件的多型腔注射模,截面形状简单,便于修正。
据经验公式计算:
环形浇口厚度,其中
,n为系数,取n=0.6;t为塑件壁厚,这里取t=2mm;则h=0.84mm,这里取h=1mm,
有经验l=0.75~1,这里取l=1mm.
图2-3浇口
2.3成型零件工作尺寸计算
2.3.1凹模的结构设计
凹模又称阴模,它是成型塑件外轮廓的零件。
根据需要有以下几种形式:
整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模,本次产品属于小型制件。
整体式凹模由整块材料加工而成,强度高,刚性好不会是塑件产生拼接缝痕迹可减少注射模中成型零件的数量便于模具装配并缩小整个模具的外形结构尺寸。
因此,我们选用整体式凹模。
2.3.2凸模的结构设计
凸模(型芯)是成型塑件内表面的成型零件,通常可分为整体式和组合式两种类型。
我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模——整体装配式凸模,它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成
2.3.3成型零部件工作尺寸计算
1.平均收缩率
制品原料为PE,收缩率为1.5%~3.6%,则平均收缩率
。
2.塑件轴向公差
根据塑件轴向尺寸15mm,精度等级MT5,查得其公差Δ=0.24mm,得模具制造误差δz=Δ/3=0.08m。
3.凹模深度
塑件高度15mm,由公式:
得型腔深度
。
4.凸模高度
塑件高度15mm,由于孔为通孔可取型芯与型腔高度相同为
。
5.塑件径向公差
根据塑件外径为14mm,精度等级MT5,查得其公差Δ=0.22mm,得模具制造误差δz=Δ/3=0.073mm;内径为
,Δ=0.1mm,得模具制造误差δz=Δ/3=0.033mm。
6.型腔径向尺寸
塑件外径14mm,由公式:
得长度方向
。
7.型芯径向尺寸
塑件内径10mm,由公式:
得长度方向
。
2.3.4型腔壁厚的计算
1.型腔侧壁厚度
(1)按刚度计算
其中,E是弹性模量,取2.1×105Mpa,δ是允许变形量,可取塑件允许公差的1/5,即δ=0.02mm,h为型腔高度为15mm,p为是型腔内熔体压力,一般取25~40Mpa,这里取30Mpa,得,Sc=8.16mm.
(2)按强度计算
其中,r是型腔内径为14mm,[σ]是模具材料的许用应力,取180Mpa,p同上得
Sc=7mm.
因此型腔侧壁厚大于8.16mm即可
2.型腔底板厚度
(1)按刚度计算
其中,p、r、E、δ同上,得Sh=1.17mm
(2)按强度计算
其中,平p、r、[σ]同上,得2.9mm
因此型腔底板厚大于2.9mm即可
2.3.5标准模架选用
根据塑件尺寸及型腔排布方式,选择100
L,结构为A4型,模架尺寸100mm
160的标准模架,即可符合要求。
模具上所有螺钉尽量采用内六角螺钉。
1.定模座板
尺寸160*160,厚度16mm。
材料为45钢。
主流道衬套固定孔与其为H7/k6过渡配合;通过4个M8
20的内六角螺钉与定模固定板连接。
2.定模板
尺寸100*160,厚度25mm,材料为45钢。
上面的型腔为整体式,其导柱固定孔与导柱为H7/m6过渡配合。
3.动模板
尺寸100*160,厚度12.5mm,材料为45钢。
导柱孔与导柱采用H7/m6配合;
4.推板
尺寸100*160。
材料为T10A。
5.动模垫板
尺寸100*160,厚度20mm.垫板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板,它的作用是防止型腔、型芯、导柱或顶杆等脱出固定板,并承受型腔、型芯或顶杆等的压力,因此它要有较高的平行度和硬度。
一般采用45钢,经热处理235HB或50钢、40Cr、40MnB等调质235HB,或结构钢Q235~Q275。
还起到了支撑板的作用,其要承受成型压力导致的模板弯曲应力。
6.垫块
尺寸20*160,厚度=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度=16+12.5+10+(5~10)=43.5~48.5mm,根据计算垫块厚度C取50mm,材料为Q235A。
7.推板固定板
尺寸58*160,厚度10mm。
8.推板
尺寸58*160,厚度12.5mm,材料为45钢。
9.动模座板
尺寸160*160,厚度16mm,用于固定型芯(凸模)、导套。
为了保证凸模或其他零固定稳固,固定板应有一定的厚度,并有足够的强度,一般用45钢或Q235A制成,最好调质230~270HB;导套孔与导套为H7/m6或H7/k6配合;型芯孔与其为H7/m6过渡配合。
2.4导向机构
2.4.1导柱
导柱往复运动过程受到较强的摩擦,应具有硬而耐磨的表面,坚韧而不宜折断的内芯。
导柱的材料选用碳素工具钢(T8、T10)淬火处理,硬度为50~55HRC;
导柱直径尺寸按模具模板外形尺寸而定,查阅GB4196.4-1984,选择导柱尺寸d=12mm;L=48mm;D=16mm;结构如图
导柱导向部分的长度比凸模端面的高度高出6~8mm;
图2-4导柱
2.4.2导套
导套的结构和尺寸已标准化,常见形式有直导套和带头导套,这里选带头导套,
如图
图2-4导套
查表选d=12mm,D=22mm,L=25mm,d1=18mm。
2.5脱模机构
在注射成型的每一循环中,都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出,模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构。
2.5.1脱模机构选用
由于该模具结构属于筒类零件,采用推件板脱模机构。
因为此机构简单,且顶出力均匀,力量大,运动平稳。
2.5.2推件板设计原则
1.为防止推件板在顶出过程中脱落,推件板与推板之间采用固定连接;
2.推件板在点出过程中必须处于被导向状态,通常靠导柱导向,导柱长度应该大于推件板的顶出距离;
3.为减小推件板与型芯的摩擦,在推件板与型芯间留0.25mm间隙,并用锥面配合;
4.推件板顶出机构中不必另设复位机构,因为在合模过程中推件板能在合模力作用下复位。
2.5.3脱模力的计算
由于该塑件
=0.14>0.05属于厚壁圆环形塑件,因此,查资料并由公式
式中:
E——塑料的弹性模量0.98GPa;
S——塑料平均成型收缩率0.025;
l——塑料对型芯的包容长度15mm;
f——塑件与型芯间的摩擦因数0.4;
——模具型芯的脱模斜度0°;
——塑料的泊松比0.47;
k1=
,
,r为型芯的平均半径,得k1=2.083;
k2=1
A——通孔塑件为0;
计算得:
F=1296.9N。
2.5.4推件板厚度计算
该零件属于筒形塑件,按刚度计算,由公式
其中,C3随R/r的值而异,查表取C3=0.35,R是作用在推件板上的推杆半径为35mm,F为脱模力为1296.9N,E为推件板材料的弹性模量为2.1
105Mpa,δ为推件板中心所允许的最大变形量,一般取塑件再顶处方向上尺寸公差的1/5~1/10,这里取0.04mm,
得S=4.05mm
按强度计算,由公式
其中,k3随R/r的值而异,这里取k3=1.745,
=355Mpa,F=1296.9N,得
S=1.85mm
因此,推板厚度大于4.05mm即可,这里取为12.5mm.
2.6排气及冷却系统
2.6.1排气结构设计
排气是注射模设计中不可忽略的一个问题。
在注射成型过程中,若模具排气不良,型腔内的气体受压缩将产生很大的背压,阻止塑料熔体正常快速充模,同时气体压缩所产生的热量可能使塑料烧焦。
这里利用模具的分型面以及推杆和型芯与模具的配合间隙排气,不需开设排气槽。
2.6.2冷却系统设计
查阅资料得,PE的单位质量成型时放出的热300KJ/Kg~400KJ/Kg,取350KJ/Kg;
1.冷却水的体积流量:
式中,W为单位时间内注入模具的塑料质量(kg/min),按每分钟注射两次,这里取
W=0.05kg/min,Q1为单位质量的塑件在凝固时放出的热量,
PE为6.4
102kJ/kg,
为冷却水的密度(1000kg/m3),c1为冷却水的比热容(4.2kJ/(kg.
)),
为冷却水出口温度(27
),
冷却水入口温度(25
)。
得qv=0.005m3/min。
2.查表得,冷却水管道直径,取d=8mm;
3.冷却水在管道中流速:
;
4.冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数:
;
5.冷却管道总传热面积:
;
6.模具上应开设的冷却管道孔数:
,因此,应该设两根冷却管道。
小结
通过对注塑模具的设计,对常用的塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了
更深一层的理解,掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法,对独立设计
模具具有了一次新的锻炼。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式,参考各类书籍,同时在反复的
思考中不断深化对各种理论知识的理解,模具CAD技术是模具传统设计方式的革
命,大大提高了设计效率,尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。
以
计算机为手段,模具分析设计软件为工具设计模具。
软件可直接调用数据库中模架尺寸,
金属材料数据库及加工参数,通过几何造型及图形变换可得模板及模腔与型芯形
状尺寸,迅速完成模具设计。
通过课程设计的又一次锻炼,了解注塑模的整个设计过程,同时充分利用CAD
技术进行,并在实际中不断的累积经验,以设计出价廉物美并且实用性更强的模
具。
参考文献
[1]塑料成型工艺与模具设计.齐晓杰.北京:
机械工业出版社,2005.10
[2]塑料模具设计指导.伍先明.北京:
国防工业出版社,2006.5
[3]塑料成型加工与模具.黄虹.北京:
化学工业出版社,2008.12
[4]塑料模具工程师手册.冯爱新.北京:
机械工业出版社,2009.02
[5]塑料模具标准件及应用手册.杨占尧.北京:
化学工业出版社,2008.06
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