电风扇上盖注塑成型模具设计.docx
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电风扇上盖注塑成型模具设计
本科毕业设计
(2009届)
题目:
电风扇上盖注塑成型模具设计
学院:
机电工程学院
专 业:
机械工程及自动化
班 级:
姓名:
学号:
指导老师:
完成日期:
2009年5月
电风扇上盖注塑成型模具设计
摘要:
塑料注塑成型可以制作大量具有高精度和复杂型腔形状的制件。
通过用注塑模CAE软件MOLDFLOW对塑件进行模流分析,选择聚丙烯的成型工艺参数,设计了一模一腔的注射模具。
按聚丙烯的平均收缩率设计计算模具成型尺寸。
分析了电风扇上盖的结构工艺特点,介绍了电风扇上盖注射模结构及模具的工作过程,介绍了模具设计方案、工作原理,阐述了成型部件、浇注系统凝料双层结构、顶出机构的设计特点。
同时介绍了成型零件的加工制造的过程。
关键字:
注塑模;MOLDFLOW分析;制造
DesignOfInjectionMouldForCoverOfFan
Abstract:
Theplasticinjectionmoldingisknowntobethemosteffectiveprocessforproducingdiscreteplasticpartsofplexshapetothehighestprecisionatalowcost.AninjectiondiewithamoldcavitywasdesignedthoughusingtheinjectionmoldCAEsoftwareMOLDFLOWtosimulateplasticflowandchoosingthemoldingparametersofpolypropylene.Themoldingsizewasdesignedaccordingtotheaverageshrinkageratioofpolypropylene.Analyzingonthestructuralcharacterofcoveroffan,thestructureofinjectionmoldandthemoldworkingprocessareintroduced.Thedesignspecialitiesofmoldingparts,thedoubledeckstructureofconcretionaryplasticforthegatingsystemandtheejectionmechanismwerepresentedaswell.Meanwhile,manufacturingofthemoldingsizewereintroduced.
Keyword:
Injectionmould;AnalyzingofMOLDFLOW;Manufacturing
中文摘要
英文摘要
1塑料的工艺性分析………………………………………………………4
1.1塑件的原材料分析………………………………………………4
1.2塑件的尺寸精度分析……………………………………………4
1.3塑件的表面质量分析……………………………………………4
1.4塑件结构的工艺性分析…………………………………………4
2注塑过程的分析及确定成型设备选择…………………………………5
2.1注塑过程的分析…………………………………………………5
2.2选用注塑机………………………………………………………7
3注射模的结构设计……………………………………………………8
3.1分型面的选择……………………………………………………8
3.2浇注系统的设计…………………………………………………9
3.2.1主流道设计………………………………………………10
3.2.2分流道的设计……………………………………………11
3.2.3浇口设计…………………………………………………11
3.3成型零件的设计………………………………………………11
3.3.1凹模、凸模和型芯的基本尺寸的确定…………………12
3.3.2凹模壁厚确定……………………………………………13
3.3.3底板厚度确定……………………………………………14
3.3.4成型零件的位置布置及其三维造型……………………15
3.4导向机构的设计…………………………………………………18
3.5推出部分的设计…………………………………………………18
3.5.1脱模力的计算……………………………………………18
3.5.2推件板的厚度计算………………………………………19
3.6侧向分型与抽芯机构的设计…………………………………19
3.7冷却部分的设计…………………………………………………21
3.8标准模架的选用…………………………………………………22
3.9注塑机的校核……………………………………………………22
4标准零件的加工图和非标准零件的加工工艺规划……………………22
5小结………………………………………………………………………26
参考文献……………………………………………………………………26
1塑料的工艺性分析
1.1塑件的原材料分析
塑料的品种:
PP(聚丙烯)。
结晶材料,吸湿性小,流动性极好,溢边值为0.03mm左右;成形收缩率大,易产生缩孔、凹痕及变形;热容量大,成形模具必须设置能充分进行冷却的调温系统;它成形的适宜模具温度为80℃左右,不可低于50℃。
否则,会造成塑料件表面光泽度差或者产生熔接痕等缺陷。
温度过高会产生翘曲变形。
主要用于汽车工业(主要使用含金属添加剂的PP:
挡泥板、通风管、风扇等),器械(洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等),日用消费品(草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等)。
1.2塑件的尺寸精度分析
影响塑料制品的尺寸精度的主要因素是材料的收缩和模具的制造误差。
查得PP的收缩率为1.0%~2.5%,分析时都采用S=1.75%。
由于对于制品的精度无特殊要求,根据GB/T14486-1993规定,参照下表的收缩特性和选用的公差等级表,可得到制件的公差等级为MT6。
表1-1收缩特性和选用的公差等级
收缩率特性值S(%)
公差等级
标准公差尺寸
未标准公差尺寸
高精度
一般精度
>0~1
MT2
MT3
MT5
>1~2
MT3
MT4
MT6
>2~3
MT4
MT5
MT7
>3
MT5
MT6
MT7
1.3塑件的表面质量分析
塑件外表面要求粗糙度较低,表面光滑,内表面要求低点。
而PP在不同加工方法所能达到的表面的粗糙读值为0.1~1.6μm。
因为对表明粗糙度无特殊要求,为了方便实际的加工,制造加工过程中可选择Ra=0.8μm。
1.4塑件结构的工艺性分析
设计的塑件如下图1-1和图1-2:
电风扇上盖的三维造型可看到:
该制件主要是以圆柱形为主,在上部的位置处还有四处加强筋,在设计模具是要特别注意该处,甚至要将结构做进一步的改进;还有就是为了注出上部的沉孔,就要采用侧向抽芯机构,设计时侧向抽芯也是重点考虑的部分;虽然该制件的要求并不是很高,但在设计模具时候要考虑一些即经济,又实用的方法改进模具的结构,以期达到最佳的设计效果,有助于实际的生产。
2注塑过程的分析及确定成型设备选择
2.1注塑过程的分析
在注塑过程中,还要对注塑阶段进行必要的分析,主要是填充和保压两个阶段的分析与确定,通过Moldflow分析结果如下:
从上述的Moldflow的分析过程中可知,其1.51秒时速度压力开始切换,而在1.53秒时填充完成,而压力最大值出现在1.508秒处,锁模力大致在3.69秒处出现峰值。
在生产过程中注塑机的注塑过程的速度与压力切换参数设置可根据上述分析结果得出。
2.2此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字
需要整套设计请联系q:
99872184。
凸模组合件02图3-8
凸模组合件03图3-9
装配后凸模图3-10
凹模图3-11
凹模图3-12
3.4导向机构的设计
导向机构主要功能是保证其动模部分和定模部分在模具工作时,能够进行正确的导向与定位。
有时在顶出机构中设置导向机构,为了使模具的顶出机构平稳的工作。
在该模具的设计时主要采用导柱和导套的结构,导柱布置在模具的四周,并且采用对称不等径布置;导柱和导套采用T8碳素工具钢,淬火处理,配合面的Ra值要求为0.4μm,而固定部分的Ra值要求为0.8μm;导柱滑动部分的配合精度按H7/g6(间隙配合);导柱固定部分的配合精度按H7/k6(过渡配合);导套外径的配合精度按H7/k6(过渡配合),并用一个Ф6mm紧定螺钉固定其位置,这样主要是为了增加导套嵌入的牢固性,防止开模时背拉出,因此将导套的侧面极加工出缺口,从模板的侧面用紧定螺钉固定导套。
表3-5导柱和导套的推荐值
导柱直径/mm
导套直径/mm
d
d1
d2
d3
D
D1
8
14
20
8
14
20
12
18
24
12
18
24
15
21
27
15
21
27
20
28
36
20
28
36
25
34
43
25
34
43
30
39
47
30
39
47
35
45
55
35
45
55
45
57
67
45
57
67
设计时选择的两组导柱与导套的尺寸为表中字体加粗的两组。
3.5推出部分的设计
3.5.1脱模力的计算
由于推出部分的设计计算在很大程度上与塑件的脱模力有关,因此在设计计算之前就必选先计算塑件在脱模过程中的脱模力,塑件的属于薄壁件(
/d≤0.05,其中
为塑件壁厚,d为塑件的直径)。
脱模力的计算公式为:
式3-5
其中K2--------无量纲系数
--------圆环形塑料件的壁厚(mm)
Scp--------塑件平均成型收缩率
E-----------塑料的弹性模量(MPa)
L-----------塑料件对型芯的包容长度(mm)
f-----------塑料件与型芯之间的摩擦因数
φ---------模具型芯的拔模斜度
μ---------塑料的泊松比
A----------不通孔塑料件型芯在垂直于脱模方向上的投影面积(mm^2),通孔为0
经查得:
K2=1.07;δ1=2mm;Scp=1.75%;E=1340MPa;L=3.14*121=380mm;f=0.392;φ=10°;μ=0.25;A=0mm^2。
计算可得脱模力F=15040N
3.5.2推件板的厚度计算
为了使制件在推迟时不发生表形,可采用推件板推出的结构形式,推板推出机构是由一块与凸模按一定配合精度相配合的模板,在塑料件的整个周边端面上进行推出,作用面积大,推出力大而且均匀,动作平稳顺畅,在塑料件上无推出痕迹。
推件板的厚度计算:
通过刚度要求计算推件板的厚度公式为:
式3-6
通过强度要求计算推件板的厚度公式为:
式3-7
式中C3------------系数,随R/r而异,按表格选取
R-------------推杆作用在推板上所形成的几何半径(mm)
r--------------推件板环形内孔(或型腔)的半径(mm)
[δ]-----------推件板板中心所允许的最大变动量,一般可取塑料件在被推出方向上的尺寸公差的1/5~1/10(mm)
F-------------脱模力(N)
K3-----------系数,随R/r而异,按表格选取
[σ]-----------推件板材料的许用应力
经查得:
K3=13.5;[σ]=160MPa。
而脱模力由前计算可得F=15040N。
采用强度计算可得:
t≥11mm。
设计过程中取推件板的厚度t=16mm
3.6侧向分型与抽芯机构的设计
由于在注塑件上部有一个沉孔,因此在模具上成型该沉孔的零件就必须制作成可以侧向移动的,为了使模具在脱模具过程中能够顺利的脱模,因此必须采用侧向分型与抽芯机构。
结构采用斜销机动分型与抽芯,该种结构简单,加工方便,动作可靠,劳动强度小,生产效率高,借助机床开模行程来完成抽芯动作,广泛用于延时抽芯或接近分型面抽芯力不大的型芯。
斜导柱的使用材料为T8A。
由于导柱经常和滑块摩擦,所以,其热处理硬度要求为55~58HRC,表面粗糙度值低于Ra0.4μm。
斜导柱与其固定板之间采用过渡配合形式H7/k6。
a、抽芯行程的计算:
侧抽芯的倾斜角α=20°(一般α的选取X围为15°≤α≤22°,以20或22选用最多。
),抽芯距s=13.5mm。
工作长度L=s/sinα=39.5mm,取40mm
开模距H=s/tanα=37.1mm,取38mm
实际的模具中工作长度L取48mm
b、抽芯力的计算:
式3-8
式中c----------侧抽芯成型部分的截面平均周长(m)
h-----------侧抽芯成型部分的高度(m)
p----------塑料件对侧抽芯的收缩应力(包紧力),一般模内冷却的塑件,p=(0.8~1.2)×10^7Pa,模外为(2.4~3.9)×10^7Pa
μ---------塑料在热状态对钢的摩擦因数,一般0.15~0.2
α---------斜导柱的斜度(°)
经查及计算可得:
c=0.022m,h=0.0135m,p=3×10^7Pa,μ=0.18,α=20°
计算得抽芯力Fc=1541N
而弯曲力Fw=Fc/cosα=1640N,由Fw和Hw(Hw为脱模力的作用线到斜导柱中心线交点到斜导柱固定板之间的距离,为6.5mm)及导柱斜角α确定斜导柱的直径,查得直径可取Ф14mm。
图3-7斜导柱的工作结构
3.7冷却部分的设计
对该塑件注塑的冷却性能进行Moldflow的分析,其结果如图3-8:
图3-8
显然,通过分析可知在沉孔的厚实部分易使模具在冷却过程中温度高于其他的部位,因此在设置冷却管道时应特别注意该处冷却的效果,在设置管道时,可将该处的冷却管道更靠近制件,并且尽量设置进水口靠近这个位置。
由于并不需要考虑管道内部的质量要求,则加工这些冷却管道主要采用的是在成型零件加工完毕后,在需要设置冷却管道的部位进行加工,先直接加工处通孔,在用一些堵头堵住那些不需要通的位置。
当然这样会一定程度上影响制件内表面的加工精度,但对制件本身的内表面无特殊的要求,而采用此种方式可大大降低加工的难度,并且在设置冷却管道时更加灵活。
3.8标准模架的选用
根据塑件结构和尺寸的要求,而且在模具设计中是采用推件板推出,查塑料注塑模具的标准模架手册,可选择A4型标准模架,315×315。
模板厚度A=25mm,B=40mm,以及垫板厚度C=80mm,因此得到模架的整体高度H=115+A+B+C=115+25+40+80=260mm。
而模架的具体的结构见装配图。
3.9注塑机的校核
整个注塑过程及模具结构尺寸都确定,注塑机需要校核的主要内容为注射量的校核,注塑压力的校核,锁模力的校核,模具在注塑机上安装部位的相关尺寸的校核,开模行程的校核。
a、注射量的校核:
所选注塑机的138mmcm^3,而塑件与浇注系统的整个体积为110cm^3,而根据实际经验m1+m2≤0.8m(m1+m2为塑件与浇注系统的整个体积,m为注塑机公称注射量),因此该注塑机的注射量符合要求。
b、注塑压力的校核:
由前面的分析可知,实际的注塑压力为20.93MPa,而所选注塑机注塑压力为140MPa,完全符合使用需要。
c、锁模力的校核:
注塑机锁模力为800KN=80T,而在整个注塑过程中,最大的锁模力小于15T,完全符合要求。
d、模具在注塑机上安装部位的相关尺寸的校核:
模具的高度在装配图中可知为364mm,低于注塑机的最大安装尺寸。
e、开模行程的校核:
由于是二次分型,开模行程为斜导柱的开模距(38mm)和推件板的行程(120mm)之和,而注塑机的最大开模行程为570mm。
综合上述校核结果可知该注塑机完全符合该模具的注塑要求。
4标准零件的加工图和非标准零件的加工工艺规划
a、非标准零件的加工工艺规划
在非标准件的加工主要是四个成型零件,具体加工工艺规划在表4-1到表4-4
型芯件组合件01的加工工艺卡表4-1
机电工程学院
产品型号
机械加工工艺过程
型芯
材料
名称
型号及规格
毛坯种类
毛坯尺寸
毛重/kg
40Cr
圆钢
φ132×168
净重/kg
序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备名称与编号
夹具
量具
刃具
辅具
1
粗车
粗车外腔和内部的φ70×125,留1mm的加工余量
cjk6132
三抓卡盘
游标卡尺
车刀
2
半精车
半精车外腔和内部的φ70×125,留0.3mm的加工余量
cjk6132
专用夹具
游标卡尺
车刀
3
钻
钻侧边的φ8孔
钻头
4
铣
铣出上部25×19的槽
铣刀
5
热处理
表面渗碳淬火
6
磨削
磨削外腔
专用夹具
游标卡尺
7
精车
精车内部的φ70×125
cjk6132
游标卡尺
车刀
8
钳
去毛刺
型芯件组合件02的加工工艺卡表4-2
机电工程学院
产品型号
机械加工工艺过程
型芯
材料
名称
型号及规格
毛坯种类
毛坯尺寸
毛重/kg
45
圆钢
φ72×126
净重/kg
序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备名称与编号
夹具
量具
刃具
辅具
1
粗车
粗车外径至φ71
cjk6132
三抓卡盘
游标卡尺
外圆车刀
2
半精车
半精车外径至φ70.3
cjk6132
三抓卡盘
游标卡尺
外圆车刀
3
精车
精车外径至φ70
cjk6132
三抓卡盘
外径千分尺
外圆车刀
4
车
车环形槽φ54
cjk6132
三抓卡盘
游标卡尺
切槽刀
5
铣
铣出沿轴向的8×8的两个槽
专用铣夹具
游标卡尺
Ф8立铣刀
6
钻
钻各个φ8孔
专用夹具
7
钳
去毛刺
型芯件组合件03的加工工艺卡表4-3
机电工程学院
产品型号
机械加工工艺过程
型芯
材料
名称
型号及规格
毛坯种类
毛坯尺寸
毛重/kg
45
圆钢
φ32×47
净重/kg
序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备名称与编号
夹具
量具
刃具
辅具
1
粗车
粗车外径一端至φ24.35×40,另一端端为φ29.5×5
Cjk6132
三抓卡盘
游标卡尺
外圆车刀
2
半精车
半精车一端外径至φ23.35×40,另一端为φ28.5×5
cjk6132
三抓卡盘
游标卡尺
外圆车刀
3
精车
精车一端外径至φ23.35×40,另一端为φ28.5×5
cjk6132
三抓卡盘
外径千分尺
外圆车刀
4
铣
铣侧边至尺寸25
千分尺
5
钳
去毛刺
凹模的尺寸315×315×114.98,并且侧边的两个槽都已经加工完成,现在主要加工型腔以及孔系,采用加工中心。
凹模的加工工艺卡表4-4
机电工程学院
产品型号
机械加工工艺过程
型芯
材料
名称
型号及规格
毛坯种类
毛坯尺寸
毛重/kg
40Cr
半成品
315×315×114.98
净重/kg
序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备名称与编号
夹具
量具
刃具
辅具
1
粗铣
粗铣型腔,留0.5mm的加工余量
加工中心
平口钳
铣刀
2
精铣
精铣型腔,留0.1mm的加工余量
加工中心
平口钳
铣刀
3
热处理
型腔渗碳淬火
4
精加工
型腔的电火花成型加工
3
钻孔
孔系的加工,注意其位置精度要求
加工中心
平口钳
钻头和铰刀
4
钳
去毛刺
b、标准零件的加工图
主要是定模固定板的加工,定模固定板的的三维造型如图4-1
图4-1
而定模固定板的加工主要是涉及到上部的孔系的加工,因此可采用在加工中心上加工,而加工工艺过程为,先钻中心孔,在钻底孔,最后根据孔的精度与位置度的要求加工出最终的孔,钻中心孔的走刀路线图如下:
图4-2
图4-3
5小结:
本次的毕业设计让我又重新温习了书本上的内容,我明白了不论什么时候不管干什么事总是离不开书本,不管什么时候从书上我们总可以找得到我们想要的东西。
书上的东西永远是基础的,而基础正是向更深的领域迈进,没有这个基础我们永远都不会享受到成功的喜悦。
这次的设计我基本上是满意的,因为这是我完成的这次设计。
在此之前我总是莫名其妙感到茫然,不知道从何下手。
但是我们的计划安排的很紧凑,都有具体的进度安排。
通过这次的课程设计使我明白了一个良好的设计思路往往可以省掉一大半的时间,所以我感觉今后不论设计什么,一定要在设计思路上下工夫,哪怕前期很慢很慢,但是一旦有了思路那么后期的制作就会势如破竹,会节省很大一部分的时间的。
还有在绘制各种零件图和装配图的时候,一定要细心不能马虎一点,因为这些图都比较烦琐,所以必须一步一步来,不可贪图方便。
当然在这次毕业设计中还是暴露处许多的问题,比如自己的小细节的处理上还是比较大意的,有些基本的内容也不是理解的非常清晰,有些时候处理问题也比较单一,粗糙,没有综合考虑,特别在设计冷却系统时就是如此,开始的方案定下后,在设计过程中并没有考虑到干涉和加工难度的问题,导致在后来的三维造型中发现问题,及时做了修改,但浪费了大量的时间和精力。
通过本次的毕业设计,我会在以后的工作中将理论与实际的内容相结合,在工作中不断完善自己,使自己在各个方面都有所提高。
当然也非常感谢指导老师的悉心指导,在完成毕业设计过程中,遇到问题他都能认真帮我解答,为我提供了很多有用的资料,使我能较顺利的完成该毕业设计。
参考文献:
[1]沈言锦.林章辉.塑料模课程设计与毕业设计指导[M].XX:
XX大学,2008.3.9-173
[2]申开智.塑料成型模具(第二版)[M]中国轻工业,2
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