垫块产品造型与模具方案设计书.docx
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垫块产品造型与模具方案设计书
设计题目:
垫块产品造型与模具设计
图1垫块
设计要求:
1、材料:
ABS
2、生产批量:
大批量生产
一、塑件的工艺性分析
1、塑件的原材料分析
塑件的分析:
塑件的材料采用ABS,属热塑性塑料。
从使用性能上看,ABS综合性能好,冲击强度较高,化学稳定性、电性能良好。
从成型性能看:
ABS为无定形料,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件必须长时间干燥。
ABS宜取高料温,但料温过高易分解(分解温度为≥250℃).对精度要求较高的塑件,模温宜取50~60℃,对光泽、耐热塑件,模温宜取60~80℃。
另外,在成型时应采用较高的成型温度和注射压力,以提高熔料的流动性,减小收缩率。
2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
1)结构分析
从零件图上分析,塑件外形简单,总体形状为长方形,一个凸台,一个孔,无须侧向分型与抽芯机构。
塑件的尺寸不大,结构不易变形,可以用整体型腔和型芯,简单方法脱模,较简单的办法是用顶杆脱模。
从结构上看,分型面置于制件下平面是较为合理的选择。
结构采用一模一腔,直浇口,顶杆脱模;该模具属于简单结构的模具。
2)尺寸精度分析
塑件质量没有特殊要求,塑件的壁厚比较均匀,属于低精度;ABS低精度按MT5级精度取值。
从塑件厚度上来看,壁厚最大处为5mm,最小处为3mm,壁厚差为2mm,壁厚差小于30%,满足壁厚均匀性要求,由以上分析可见容易满足要求,有利于塑件的成型。
3)表面质量分析
该零件的表面要求没有缺陷、毛刺、内部不得有导电杂质外,没有特殊的表面质量要求,因此比较容易实现。
综上分析可以看出,注塑时在工艺参数控制得比较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。
二、计算塑件的体积和质量
计算塑件的质量是为拉选用注塑机和确定模具型腔数。
计算塑件的体积:
塑件的体积可以分两部分计算,一部分是上面的凸台,另一部分是下面的长方体减去中间的圆柱体和四个圆角。
计算第一部分体积为
,第二部分体积为
。
塑件的体积为这两部分体积之和,所以总的体积为:
△v=△v1+△v2=5315.875mm3≈5.3cm3。
塑件的质量计算:
查《模具设计与制造简明手册》可得ABS的密度取:
,故塑件的质量为m=Pv=5.3
1.04=5.512g。
采用一模一件的模具结构,模具制造成本不高,可以适应生产的需要,塑料流程短,塑件的质量好,考虑其外形尺寸,注塑时所需压力机和工厂现有设备等情况,初步选用注塑机为XS-Z-60型。
三、塑件注塑工艺参数的确定
查找相关文献和参考工厂实际应用的情况,ABS的成型工艺参数可作如下选择:
(试模时,可依据实际情况做实际的调整)
注塑温度:
包括料筒温度和喷嘴温度
料筒温度:
后段温度t1选用:
1600C
中段温度t2选用:
1700C
前段温度t3选用:
1900C
喷嘴温度:
选用1800C
注塑压力:
选用80MPa
注塑时间:
选用25s
保压:
选用72MPa
保压时间:
选用15s
冷却时间:
选用15s
四、注塑模的结构设计
注塑的结构设计主要包括:
分型面的选择、模具型腔数目的确定、型腔的排列方式、冷却水道的布局、浇口位置的设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯结构的设计、推出结构的设计等内容。
(1)分型面的选择
模具设计中,分型面的选择很关键,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。
制品在模具中的位置,直接影响到模具结构的复杂程度,模具分型面的确定,浇口的设置,制品尺寸精度和质量等。
因此,开始制定模具方案时,首先必须正确考虑制品在其中的位置;然后再考虑具体的生产条件(包括模具制造的),生产的批量所需的机械化和自动化程度等其他设计问题。
该塑件表面无特殊质量要求,综合考虑分型面选择在下端面较为合理,这样可以降低模具的复杂程度,减少模具加工难度又便于成型后出件。
故选择如下图的分型方式。
图2分型面的选择
(2)确定型腔的排列方式
本塑件在注塑时采用一模一腔,结构比较简单,没有侧向分型与抽芯结构,型腔只要居中既可满足要求。
(3)浇注系统的设计
浇注系统的作用是使塑料熔体平稳且有顺序的填充型腔中,并在填充和凝固过程中,把压力充分传递到各个部位,以获得组织紧密,外形清晰的塑料制件。
浇注系统一般有主流道、分流道、浇口、凝料穴四部分组成。
它的设计主要应遵循以下几条原则:
①排气良好,能顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度。
②流程短,在满足成型和排气良好的前提下,要选取短的流程来填充型腔,以降低压力损失,缩短填充时间。
③防止型芯和嵌件变形。
④整修方便,浇口位置和形式应结合塑件的形状考虑,做到整修方便并无损塑件外观和使用。
⑤防止塑件翘曲变形。
⑥合理设计冷料穴和溢料槽,因为它可能影响塑件质量。
1、主流道设计
根据设计手册查得XS-Z-60型注塑机喷嘴有关尺寸:
喷嘴前端孔径:
d0=Φ4mm
喷嘴前端球面半径:
R0=12mm
根据模具主流道和喷嘴的关系:
R=R0+(1-2)mmd=d0+(0.5-1)mm
取主流道球面半径:
R=13mm取主流道小端直径:
d=4.5mm
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20-40,,主流道大端直径D=Φ8.5mm。
为了使熔料顺利进入分流道,可在主流道出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。
2、分流道设计
单腔注塑模通常不用设计分流道,所以此模具不采用分流道。
3、浇口设计
它是流道与型腔之间的狭窄部分,也是最短小的部分,它的作用有:
使送来的熔融塑料在进入型腔时产生加速度,从而迅速充满型腔,浇口处塑料首先冷凝,防止塑料倒流,成型后便于浇注系统凝料与塑件分离。
设计时考虑选择从凸台的中点处进料由中间向两侧流动,而且在模具结构上采用整体式型腔,组合式型芯有利于加工。
4排气结构的设计
在注塑模具的设计过程中必须考虑排气结构的设计,否则,熔融的塑料流体进入模具型腔内,气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡,甚至会产生很高的温度使塑料烧焦,从而出现废品。
排气方式有两种:
开排气槽排气和利用合模间隙排气。
由于端盖注塑模是小型镶拼式模具,可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气,而不需在模具上开设排气槽。
(ABS塑料的最小不溢料间隙为0.03mm,间隙较小,再加上ABS的流动性较好,也不宜开排气槽.
(4)脱模顶出机构的设计
1、顶出机构的设计原则
在塑料成型的每一个循环中,塑件必须由模具型腔中取出,完成取出塑件这个动作的机构就是顶出机构,也成为脱模机构。
对于顶出机构的设计主要应遵循以下几点原则:
(1)顶出机构的运动要准确、可靠、灵活,无卡死现象,机构本身要有足够的刚度和强度,足以克服脱模阻力。
(2)保证在顶出过程中塑件不变形,这是对顶出机构的最基本要求。
在设计时要正确估计塑件对模具粘附力的大小和所在位置,合理地设置顶出部位,使顶出力能均匀合理地分布,要让塑件能平稳地从模具中脱出而不会产生变形。
顶出力中大部分是用来克服因塑料收缩而产生的包紧力,这个力的大小与塑料品种、性能,以及塑件的几何形状复杂程度,型腔深度、壁厚还有模具温度、顶出时间、脱模斜度、模具成型零件的表面粗糙度等因素有关。
(3)顶出力的分布应尽量靠近型芯(因型芯处包紧力最大),且顶出面积应尽可能大,以防塑件被顶坏。
(4)顶出力应作用在不易使塑件产生变形的部位,如加强筋、凸缘、厚壁处等。
应尽量避免使顶出力作用在塑件平面位置上。
(5)若顶出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时,为不影响塑件尺寸和使用,一般使顶杆与塑件接触部位处凹进塑件0.1毫M左右,而顶出杆端面则应高基准面否则塑件表面会出现凸起影响基准面的平整和外观。
根据塑件的形状及质量外观要求,这里采用顶杆顶出脱模机构比较合适,顶杆脱模机构是由顶杆、顶杆固定板、顶杆垫板、拉料杆、支承钉和复位杆等组成。
2、顶杆的选择与设计
①顶杆的形式:
顶杆的材料多用45钢、T8A或T10A,头部要淬火,硬度到达40HRC以,表面粗糙度Ra0.63~1.25μm(指滑动配合部分)。
对与顶杆的形式主要有一下几种:
A型(等圆截面顶杆)、B型(阶梯型顶杆)、C型(阶梯插入式结构顶杆)、D型、E型(特殊断面形状)。
针对该零件的形状选用A型顶杆较为合适,其基本结如下图所示:
②顶杆的固定方法:
顶杆的固定方式主要有6种,在此,选择最常用的固定方式轴肩垫
板连接。
顶杆与固定孔间应留一定的间隙,装配时顶杆轴线可作少许移动,以保证顶
杆与型芯固定板上的顶杆孔之间的同心度,并建议钻孔时采用配加工的方法。
③顶杆与顶杆孔的配合:
顶杆与顶杆孔间为滑动配合,一船选H8/f8,其配合间隙兼
有排气作用,但不应大于所用塑料的排气间隙(视所用塑料的熔融粘度而定),以防漏
料。
配合长度一般为顶杆直径的2~3倍。
顶杆端面应精细抛光,因其已构成型腔的
一部分。
为了不影响塑件的装配和使用,顶杆端面应高出型腔表面0.1毫M。
3、拉料杆的选择与设计
模具打开时,为了将主流道凝料能够拉向动模一侧,并在顶出行程中将它脱出模外,动模一侧应设有拉料杆。
对于拉料杆的选择应根据脱模机构的不同,正确选取冷料井与拉料杆的匹配方式。
由于该模具采用的是顶杆脱模机构,因此,选择冷料井与Z型拉料杆相匹配的方式。
冷料井底部装一个头部为Z形的圆杆,动、定模打开时,借助头部的Z形钩将主流道凝料拉向动模一侧,顶出行程中又可将凝料顶出模外。
其具体结构见下图:
4、复位机构设计
因本模具使用的是推杆推出机构。
推杆将塑件顶出后,模具开始闭合,在注塑模闭合时,推杆与定模模面接触,注塑机继续闭合时,由复位杆同顶出机构一同返回原始位置。
对大型模具设置的顶杆数量较多或由于塑件顶出部位面积的限制,顶杆必须作成细长形时以及顶出机构受力不均衡时(脱模力的总重心与机床顶杆不重合),顶出后,顶出板可能发生偏斜,造成顶杆弯曲或折断,此时应考虑设置导向装置,以保证顶出板移动时不发生偏斜。
一般采用导柱,也可加上导套来实现导向。
导柱与导向孔或导套的配合长度不应小于10毫M。
当动模垫板支撑跨度大时,导柱还可兼起辅助支撑作用。
(5)成型零部件的结构设计
1、凹模的结构设计
凹模是成型塑件外表面的成型零件。
凹模的基本结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。
由于所设计的模具采用一模一件的结构形式,且为大批量生产,考虑加工的方便程度和利用价值等因素凹模采用整体式结构,在凹模的结构设计中,采用整体式结构有较高的强度和刚度,用电火花或立式铣床加工。
2、凸模的结构设计
凸模是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。
凸模的基本结构可分为组合式凸模、圆柱型芯结构、异型型芯结构、镶拼型芯结构等四种。
在该模具结构中应选择组合式凸模,该结构节省了优质模具钢,便于机加工和热处理,也便于动模与定模对准。
其结构形式如下图所示:
五、模具设计的有关计算
1、型腔、型芯工作尺寸计算
这里成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸,平均收缩率,平均制造公差,平均磨损量来进行计算。
查表得ABS收缩率纵向为0.4%~0.7%,故平均收缩率为δcp=(0.4%+0.7%)=0.55%模具制造公差取δZ=Δ/3。
型腔和型心工作尺寸计算如下表:
类别
塑件尺寸
计算公式
工作尺寸
型
腔
300-0.52
DM=Dmax+DmaxxSmax%-TZ
29.690+0.052
600-0.74
59.680+0.074
50-0.30
4.880+0.048
30-0.25
HM=Hmax+HmaxxSmid%-
0.5(TZ+TM)
2.890+0.025
50-0.30
4.880+0.048
型心
50+0.30
dM=dmin+dminxSmin%+TZ
5.320-0.030
30+0.025
hM=hmix+hmixxSmid%+
0.5(TZ+TM)
3.140-0.030
注:
Dmax、Hmax——塑料制件的最大极限尺寸(mm)
dminhmix——塑料制品的最小极限尺寸(mm)
SmaxSminSmid——塑料相应最大、最小、平均收缩率(%)
TZ——塑料制品的公差
TM——成型零件工作尺寸公差(塑料模课本表4-6)
2、型腔侧壁厚度和底版厚度计算
1)上凹模型腔侧壁厚度的计算
上凹模镶块为组合式矩形型腔,根据组合式矩形型腔侧壁计算公式进行计算。
h=
式中p=40Mpa
a=5mm
l=60mm
E=
Mpa
A=40mm(初选值)
[
]=0.025~0.04mm取[
]=0.035mm
代入公式计算得
h=
=6.5mm
取下凹模镶块的外形尺寸为100X80
(2)下凹模镶块底版厚度计算。
根据组合式型腔底版厚度计算公式进行计算
H=
式中p=40Mpa
b=30mm
L=90mm
B=190mm(根据模具初选外形尺寸确定)
[
]=160Mpa(底版材料选定为45钢)
H=
=15.4mm
考虑模具的整体结构协调H=25mm
六、模具的加热与冷却系统的计算
本塑件在注射成型时不要求有太高的模温,因而在模具上可不设加热系统。
是否需要冷却系统可作如下设计计算:
设模具平均工作温度为40℃,用20℃的常温水作为模具冷却介质,其出口温度为30℃,产量为(初算每2分钟1套)0.225kg/h.
(1)求塑件在硬化时每小时释放的热量
,ABS的单位热量
J/kg
(2)求冷却水的体积流量V
由体积流量V查表可知所需的冷却水管直径非常小。
由上述计算可知,因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很小,故可不设冷却系统,依靠空冷的方式冷却即可。
七、模具闭合高度的确定
在支承板和固定零件的设计中,根据经验确定:
定模座板:
H1=25mm;定模板:
H2=25mm。
动模板:
H3=20mm。
支承板:
h4=30mm;垫块H5=50mm动模座板:
H6=30mm;
因而模具的闭合高度:
H=
=25+25+20+30+50+25
=175mm
模具结构示意图:
图5垫板注塑模
八、注塑机有关参数的校核
本模具的外形尺寸为
.XS-Z-60注塑机模板最大安装尺寸为
故可以满足模具的安装要求。
由上述计算模具的闭合高度H=175mm,XS-Z-60注塑机所允许模具的最小厚度:
:
最大厚度
;即模具满足安装的条件。
经查资料XS-Z-60型注塑机的最大开模行程S=180mm,满足顶出塑件的要求。
S≥25+25+10=60mm
经验证SZ-YH80型注塑机满足使用要求,可以使用
九、注塑模主要零件加工工艺规程的编制
1、凹模镶块的加工工艺过程卡:
序号
工序名称
工序内容
1
下料
Φ100x35mm
2
锻料
锻至105x85x30(mm)
3
热处理
退火至180—200HBS
4
刨
刨六面至尺寸101x83x26.5(mm)
5
平磨
磨六面至尺寸100.4mmx82mmx26mm,并保证B、C面及上下平面四面垂直度0.02/100mm。
6
数控铣
(1)以B、C面为基准铣型腔长度达到要求
(2)深度到1.5mm,铣流道及浇口,除其涤度按图纸要求相应加深0.26mm外,其余达到要求。
7
钳
研光型腔及浇口流道Ra(0.2-0.4)um
8
热处理
淬火至要求
9
平磨
磨型腔面并达到要求,注意保证各面垂直,垂直度为0.02mm/100mm
10
铅
将本件压入上固定板
11
平磨
与上固定板配磨,使本件与上固定板上下平齐,且使型腔深度达到要求。
12
钳
研磨型腔到Ra0.1um,研磨浇口到Ra0.8um
2、凸模的加工工艺过程卡:
序号
工序名称
工序内容
1
下料
2
车
车轴为阶梯
和
3
热处理
退火至180-200HBS
4
磨
磨轴至尺寸
5
热处理
淬火至要求
6
钳
十、装配调式的工艺要求及注意问题
注塑模装配成以后,也要按正常的生产条件试模,以了解模具的实际使用性能是否满足生产需要,有无不完善的地方进行改进或者作调整。
通过试模塑件上常会出现各种问题,为此必须进行问题分析,排除故障。
造成次废品的原因很多,有时是单一的,但是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比较找出其中主要矛盾,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。
常因塑件被粘附在模腔内或者型心上,甚至因为流道粘着制品被破坏。
这是试模首先要解决的问题。
在试模过程中,应做详细记录,并将记录记入试模记录卡,注明模具是否合格,如果需要返修,提出返修意见。
在记录卡中应摘录成型工艺条件及操作注意要点,最好能附加上加工出的制件,以供参考。
试模后,将模具清理干净,涂上防锈漆,然后分别入库和返修。
十一、参考文献
(1)杨占尧塑料注射模结构与设计北京:
清华大学出版社,2004
(2)王孝培实用冲压技术手册北京:
机械工业出版社,2001
(3):
陈锡栋周小玉实用模具技术手册北京:
机械工业出版社,1998
(4):
李绍林张福实用模具技术手册上海:
上海科学技术文献出版社,1998
(5):
冯炳尧模具设计与制造手册上海:
上海科学技术出版社,1985
(6):
中国模具设计大典.
(7):
模具制造手册.模具制造手册编写组.机械工业出版社.
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