模具设计说明书一模多腔奶粉勺的塑料模具设计.docx
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模具设计说明书一模多腔奶粉勺的塑料模具设计
奶粉勺注塑模具设计
摘要:
注射成形是成形热塑件的主要方法,因此应用范围很广。
注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化,使之成为高黏度的流体,用柱塞或螺杆作为加压工具,使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中,经过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品。
本文以塑料奶粉勺为对象,详细介绍其注射模设计过程。
设计中主要运
用AUTOCAD软件,根据制件的零件图进行零件的三维造型,并在对该模型进
行成型性分析的基础上,进行了必要的计算和结构设计。
采用注塑模具向导,
提高了设计效率。
最后通过CAD完成工程图的制作,并结合其计算过程和设计方案整理出模具设计说明书。
关键词:
奶粉勺;注射模;CAD;
Designofinjectionmoldforbutton
Abstract:
Injectionmoldingisthemainmethodofforming
thermoplasticparts,soawiderangeofapplications.Theplasticinjectionmoldingistherawmaterialintothebarrelthroproehtheheatingandmelting,makingthehighviscosityofthefluid,theplungerorscrewaspressuretool,cavitymeltthroproehthenozzleintothehigherpressureinthemold,aftercooling,thesolidificationstage,andthenejectedfromthemould,aplasticproducts.
Inthispaper,plasticbuttonsastheobject,theinjectionmold
designprocessisintroducedindetail.ThemainuseofAUTOCADinthesoftwaredesign,three-dimensionalmodelingofpartsaccordingtothepartsofthepartsdiagram,andbasedonFormabilityAnalysisforthemodel,thecalculationandstructuredesignofthenecessary.The
injectionmoldwizard,improvetheefficiencyofdesign.FinallycompletesthecreationofengineeringdrawingbyAutocad,andcombiningwiththecalculationprocessandthedesignofsortingoutthemolddesignspecification.
Keywords:
Vwlogo;injectionmould;CAD
1.绪论1
2.塑件分析4
2.1塑件工艺性分析4
2.2塑件材料分析5
3.塑件的成型过程7
4.注射机的选择8
4.1注塑机概况8
4.2注塑机的分类8
4.3注塑机的选择8
5.模具结构设计11
5.1分型面的确定11
5.2成型零件的尺寸计算12
5.3浇注系统的设计16
5.4导向机构的设计19
5.5排气系统的设计21
5.6冷却系统的设计21
6.校核注射机有关工艺参数23
6.1、注射量的校核23
6.2、锁模力与注射压力23
6.3、模具厚度H24
7.模具总体结构25
7.模具的试模安装27
结束语29
致谢30
参考文献31
1.绪论
80年代以来,在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下,我国模具工业发展迅速,年均增速均为13%,1999年我国模具工业产
值为245亿,至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元,其中塑料模约占30%左右。
在未来的模具市场中,塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。
我国塑料模工业从起步到现在,历经半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、
6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具;精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔
VCD和DVD齿轮模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要
求都达到了国外同类产品的水平,而且还采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型收缩造成的齿形误差,达到了标准渐开线齿形要求。
还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。
注塑模型
腔制造精度可达0.02〜0.05mm,表面粗糙度Ra0.2pm,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达10〜30万次,淬火钢模达50〜1000万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距.成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29〜34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件,取得较好的效果。
如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。
热流道模具开始推广,有的厂采用率达20%以上,一般采用内热式或外热式热流道装臵,少数单位
采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装臵,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的50〜80%相比,差距较大。
在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的proeU、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公
司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。
这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
近年来,我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展,主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等,这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点,为进一步普及模具CAD/CAM
技术创造了良好条件。
近年来,国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢,如:
P20、3Cr2Mo、PMS、SMI、SMU等,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响,但总体使用量仍较少。
塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。
但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下,和国外先进工业国家已达到
70%-80%相比,仍有很大差距,据有关方面预测,模具市场的总体趋热是平稳向上的,在未来的模具市场中,塑料模具的发展速度将高于其它模具,在模具行业中的比例将逐步提高。
随着塑料工业的不断发展,对塑料模具提出越来越高的要求是正常的,因此,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。
同时,由于近年来进口模具中,精密、大型、复杂、长寿命模具占多数,所以,从减少进口、提高国产化率角度出发,这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。
建筑业的快速发展,使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材管接头模
具成为模具市场新的经济增长点,高速公路的迅速发展,对汽车轮胎也提出了更高要求,因此子午线橡胶轮胎模具,特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平;以塑代木,以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大;家用电器行业在“十五”期间将有较大发展,特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大;而电子及通讯产品方面,除了彩电等音像产品外,笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展,这些都是塑料模具市场的增长点。
【1】
整体来看,中国塑料模具无论是在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步,但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比,差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时,一些低档塑料模具却供过于求,市场竞争激烈,还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
【2】
2.1塑件工艺性分析
2.塑件分析
制品的表面光洁度,除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外,主
要由模具光洁度决定。
一般模具表面光洁度要比塑料制品高一级。
因此制件外表
面取Ra6.3阿。
2.2塑件材料分析
该塑件采用ABS树脂,起成型特点流动性中等,吸湿性打算,必须充分干
燥,表面要求光泽的塑件必须经过长时间的预热干燥,溢边值0.04毫米,适合
取高料温,高模温,但是料温过高容易分解,对精度的要求较高的塑件,模温适合取50-60摄氏度,对光泽,耐热塑件,模温取60-80摄氏度。
注射压力高于聚苯乙烯。
用螺杆式注射机成型时,料温为180-230摄氏度,注射压力也比较大。
而且有很好的抗冲击强度和良好的机械强度以及一定的耐磨性。
收缩率为
0.4%--0.7%。
质量密度为1.09克每立方厘米
塑件的原材料工艺性分析
结晶料,湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔凹痕变形。
冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度,料温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易产生翘曲变形。
塑料壁厚均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。
注塑模工艺条件
注塑机选用,对注塑机的选用没有特殊要求。
由于ABS具有高结晶性,需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。
锁模力一般按3800t/m2来确
定,注射量20%-85%即可。
干燥处理:
如果储存适当则不需要干燥处理。
熔化温度:
ABS的熔点为160-175C,分解温度为350C,但在注射加工时温度设定不能超过275C,熔融段温度最好在240C。
模具温度:
模具温度50-90C。
对于尺寸要求较高的用高模温。
型芯温度比型腔温度低5C以上。
注射压力:
采用较高注射压力(1500-1800bar)和保压压力(约为注射压
力的80%)。
大概在全行程的95%时转压,用较长的保压时间。
注射速度:
为减少内应力及变形,应选择高速注射,但有些等级的ABS和模具部不适用(出现气泡、气纹)。
如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹,则要用低速注射和较高模温。
流道和浇口:
流道直径4.7mm,针形浇口长度1-1.5mm,直径可小至
0.7mm,深度为壁厚的一半,宽度为壁厚的两倍,并随笔并随模腔内的熔流长度逐步增加。
模具必须有良好的排气性。
排气孔深0.0225mm-0.038mm,厚
1.5mm,要避免收缩痕,就要用大而圆的注口及圆形流道,加强筋的厚度要小(例如是壁厚的50-60%)
3.塑件的成型过程
注塑成型是把塑料原料(一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒)放入料间当中,经过加热溶化使之成为高粘度的流体-----熔体用柱塞或螺杆作为加压工具,使得熔体通过喷嘴以较高的压力(约20~85mpa),溶入模具的型
腔中经过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品。
1.塑化过程
现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备,塑料原粒(称为物料)自从送料斗以定容方式送入料筒,通过料筒外的点加热装臵和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热,使物理熔化达到一定的温度后即可注射,注射动作是由螺杆的推进来完成的。
2.充模过程
熔体自注射机的喷嘴喷出来后,进入模具的型腔内,将型腔内的空气排出,并充满型腔,然后升到一定压力,使溶体的密度增加,充实型腔的每一个角落。
充模过程是注射成型的最主要的过程,由于塑料溶体的流动是非牛顿流动,而且粘度很大,所以在压力损耗,粘度变化,多般汇流等现象左右塑件的质量,因此充模过程的关键问题------浇注系统的设计就成为注射模具设计过程的重点,现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。
3.冷却凝固过程
热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程,即:
塑化一一注射充模一一固化成型
加热——理论上绝热——散热
热交换效果的好坏决定了塑件的质量,模具设计时,散热交换也要充分考虑,在现代设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。
4.脱模过程
塑件在型腔内固化后,必须采取机械的方式把它从型腔内取出,这个动作由脱模机构来完成。
不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大,但塑件的几何形状是千变万化的,必须采用最有效和最好的脱模方式。
因此,脱模机构的设计也是注射模具设计的一个主要环节,由于标准化的推广,许多标准化的脱模机构零部
件也有商品供应。
由1至4形成了一个循环,就完成了一次成型乃至很多塑件
4.注射机的选择
4.1注塑机概况
注射成型机(简称注射机或注塑机)是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。
合模裝愷(肘松方式)模具注射装骨
止反流阀
图4-1注塑机注射成型是通过注塑机和模具来实现的。
4.2注塑机的分类
注塑机的类型有:
立式、卧式、全电式,但是无论那种注塑机,其基本功能有两个:
(1)加热塑料,使其达到熔化状态;
(2)对熔融塑料施加高压,使其射出而充满模具型腔。
4.3注塑机的选择
1)注射量的计算
图4-1体积测量
塑件的体积V=6019mm3
注射机的类型和规格很多,分类方法各异,按结构型式可分为立式、卧式直角式三类,国产卧式注射机已经标准化和系列化。
这三类不同结构形式的注射
成型机各特点如下:
立式注射机的注射柱塞(或螺杆)垂直装设,锁模装臵推动模板也沿垂直方向移动,这种注射成型机主要优点是占地面积小,安装或拆卸小型模具很方便,容易在动模上(下模)
安放嵌件,嵌件不易倾斜或坠落。
其缺点是制品自模具中顶出以后不能靠重力下落。
需人工取出,有碍于全自动操作,但附加机械手取产品后,也可以实现全自动操作,此类注射机注射量一般均在60克以下。
卧式注射机是目前使用最广、产量最大的注射成型机,其注射柱塞或螺杆与合模运动均沿水平方向装设,并且多数在一条直线上(或相互平行)。
优点是机体较低,容易操纵和加料,制件顶出模具后可自动坠落,故能实现全自动操作,机床重心较低安装稳妥,一般大中型注射机均采用这种形式。
缺点是模具安装比较麻烦嵌件放入模具有倾斜或落下的可能,机床占地面积较大。
直角式注射机的柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直,主要优点是结构简
单,便于自制适于单件生产者,中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件,同时常利用开模时丝杠的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转,以便脱下塑件。
缺点是机械传动无准确可靠的注射和保压压力及锁模力,模具受冲击振动较大。
根据塑件的计算重量或体积,选择设备型号规格,确定型腔数当未限定设备
时,须考虑以下因素:
由于浇注系统的凝料在设计之前不能去定准确的数值,但是可根据经验按照塑件体积的0.2倍到1倍来估算。
由于本次设计采用的流道简单并且较短,因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算,故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积(即浇注系统的凝料和8个塑件体积之和)为:
V总=1.3nV塑=1.3X8X6.02cm3〜62.6cm3
根据以上的计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为
62.6cm3,由参考文献V公=V总/0.8=62.6cm3/0.8=78.26cm3。
一般而言,从事注塑行业多年的客户多半有能力自行判断并选择合适的注塑机来生产。
但是在某些状况下,客户可能需要厂商的协助才能决定采用哪一个规格的注塑机,甚至客户可能只有产品的样品或构想,然后询问厂商的机器是否能生产,或是哪一种机型比较适合。
此外,某些特殊产品可能需要搭配特殊装臵如蓄压器、闭回路、射出压缩等,才能更有效率地生产。
由此可见,如何决定合适的注塑机来生产,是一个极为重要的问题。
通常影响射出机选择的重要因素包括模具、产品、塑料、成型要求等,通过以上各种因素和考虑到经济效益的问题我选取了XS-ZY-500型注射机。
XS-ZY-500型注射机,主要参数如下表:
表3-1XS-ZY-500型注射机参数
项目
XS-ZY-500
结构形式
\立
理论注射容量/cm3
500
螺杆(柱塞)直径/mm
65
注射压力/Mpa
104
锁模力/KN
3500
拉杆内间距/mm
440X340
移模行程/mm
500
|最大模具厚度/mm
450
最小模具厚度/mm
300
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴口孔径/mm
①4
5.模具结构设计
5.1分型面的确定
5.1.1分型面的形式
分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件等有关,常见的形式有:
水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面和平面、曲面分型面。
5.1.2分型面的选择原则
1、复合塑件脱模的基本要求,就是能使塑件从模具中取出,分型面应设在脱模方向最大的投影边缘部位;
2、分型线不影响塑件外观,即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面;
3、确保塑件留在动模一侧,利于推出且推杆痕迹不显露于外观面;
4、确保塑件质量;
5、要你管尽量避免成型孔、侧凹,若需要滑块成型,力求滑块结构简单,尽量避免定模滑块;
6、满足模具的锁紧要求,将塑件投影面积大的方向放在定动模的合模方向上,而将投影面积小的方向作为侧向分型面;另外,分型面是曲面的,应加斜面锁紧;
7、合理安排浇注系统特别是浇口位臵,有利于开模;
5.1.3本设计分型面的选择
通过对塑件结构形式的分析,同时根据以上分型面的选择原则综合考虑,决
定将分型面选在塑件截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上,其位臵如图所
示
图5-1分型面
5.2成型零件的尺寸计算
该塑件的材料ABS是一种收缩范围较大的塑料,因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。
查手册得的收缩率为0.4%~0.6%,故平均收缩率为0.5%。
表5-1公差数值表[5.9-11]
基本尺寸
(mm)
精度等级
1
2
3
4
5
6
7
8
公差数值(mm)
〜3
0.04
0.06
0.08
0.12
0.16
0.24
0.32
0.42
3~6
0.05
0.07
0.08
0.14
0.18
0.28
0.36
0.46
6~10
0.06
0.08
0.10
0.16
0.20
0.32
0.40
0.52
10~14
0.07
0.09
0.12
0.18
0.32
0.36
0.44
0.60
14~18
0.08
0.10
0.12
0.20
0.24
0.40
0.48
0.68
18~24
0.09
0.11
0.14
0.20
0.28
0.44
0.56
0.82
24~30
0.10
0.12
0.12
0.24
0.32
0.48
0.64
0.94
30~40
0.11
0.13
0.18
0.26
0.36
0.52
0.72
1.04
40~50
0.12
0.14
0.20
0.28
0.40
0.56
0.80
1.20
50~65
0.13
0.16
0.18
0.32
0.46
0.64
0.92
1.40
65~80
0.14
0.19
0.26
0.38
0.52
0.76
1.04
1.60
80~100
0.16
0.26
0.30
0.44
0.60
0.88
1.20
1.80
100~120
0.18
0.25
0.34
0.50
0.68
1.00
1.36
2.00
120~140
-
0.28
0.38
0.56
0.76
1.12
1.52
2.20
140~160
-
0.31
0.42
0.62
0.84
1.24
1.68
2.40
160~180
-
0.34
0.46
0.68
0.92
1.36
1.84
2.70
180~200
-
0.37
0.50
0.74
1.00
1.50
2.00
3.00
200~225
-
0.41
0.56
0.82
1.10
1.64
2.20
3.30
精度等级表,
表5-2精度尺寸的选用[2-3'5]
类别
塑件种类
建议采用的精度等级
高精度
一般精度
低精度
1
ABS
3
4
5
根椐塑件的要求,由以上两表可查得:
该塑件可按精度等级为4级精度选取。
此产品采用4级精度,属于一般精度制品。
因此,凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围之间,凸凹模各处工作尺寸的制造公差,因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT
7〜IT8级,综合参考,相关计算具体如下:
型腔凹模径向尺寸计算:
(相关公式参见《塑料制品成型及模具设计》第79-80页)
(一)、型腔径向尺寸的计算:
LM+Sz=[(1+Scp)Ls-3/4川&
Lm凹模径向尺寸(mm)
Ls塑件径向公称尺寸(mm)
Scp塑料的平均收缩率(%)
A塑件公差值(mm)
Sz凹模制造公差(mm)
由:
LS1=6mm
又查表知5级精度时塑件公差值
A=0.16mm
实践证明:
成型零件的制造公差约占塑件总公差的1/3〜1/4,因此在确定成型零件工作尺寸公差值时可取塑件公差的1/3〜1/4。
为了
保持较高精度选1/4。
由于:
8z=1/4A
得:
8z1=1/4x0.16=0.04m
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