盒盖注塑模具设计盒盖塑料模设计及模具零件工艺.docx
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盒盖注塑模具设计盒盖塑料模设计及模具零件工艺
摘要
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一,而注塑模具是其中发展较快的种类。
因此研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本设计介绍了注射成型的基本原理,特别是侧向分型与抽芯机构的结构与工作原理,并对注塑产品提出了基本的设计原则。
详细介绍了注射模具的材料及工艺分析,浇注系统、主要零部件、侧向分型与抽芯机构、推出机构、温度调节系统和排气系统的设计过程,并对模具各参数选取和校核做相应说明。
本设计利用UG、AutoCAD对导柱、导套及各标准件和标准模架进行了参数化设计。
关键词:
塑料模具;参数化;镶件;分型面;成型
Abstract
Plasticindustryisintheworldgrowsnowoneofquickestindustryclasses,butcaststhemoldisdevelopmentquicktype,therefore,theresearchcaststhemoldtounderstandtheplasticproducttheproductionprocessandimprovestheproductqualitytohavetheverybigsignificance.
Thisdesignintroducedtheinjectiontakesshapethebasicprinciple,speciallysingleisdividedtheprofiletoinjectthemoldthestructureandtheprincipleofwork,tocasttheproducttoproposethebasicprincipleofdesign;Introducedindetailthecoldflowchannelinjectionevilspiritmoldpoursthesystem,thetemperaturecontrolsystemandgoesagainstthesystemthedesignprocess,andhasgiventheexplanationtothemoldintensityrequest;FinallyintroducedUGAutoCAD,andledthewraptotheguidepillartocarryontheparametrizationdesign.
KeyWords:
Theplasticmold;theparametrization;;inlays;dividestheprofile;Model
第1章绪论
在工业产品中,一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件,加上利用工程塑料特有的性质,可以一次成型非常复杂的形状,并且还能设计成卡装结构,所带来的效果是明显的,因此,近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。
注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法,其中最主要之一的注塑模具已经很广泛的采用。
它在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低,直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代,同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。
注塑模具与其它机械行业想比,有以下三个特点:
第一,模具不能像其它机械那样可作为基本定型的商品随时都可以在机电市场上买到。
模具制造不可能形成批量生产,即模具是单件生产的,其寿命越长,重复加工的可能性越小。
因此,模具的制造成本较高。
第二,因为注塑模具是为产品中的塑料制品而订制的,作为产品,除质量、价格等因素之外,很重要的一点就是需要尽快地投放市场,所以对于为塑料制品而特殊定订制的模具来说,其制造周期一定要短。
第三,模具制造是一项技术性很强的工作,其加工过程集中了机械制造中先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧,因此要求模具工人具有较高的文化技术水平,特别是对企业来说要求培养“全能工人”,使其适应多工种的要求,这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。
综上所述,模具制造存在成本高,要求制造周期短,技术性强等特点,目前,随着科学技术的不断发展和计算机的应用,这些问题得到了很大的改善。
注塑模具的特点:
a)塑料的加热、塑化是在高温料筒内进行,而不是在模具内进行,因而模具不设加料腔,而设浇注系统,熔体通过浇注系统充满型腔。
浇注系统对注塑模来说至关重要。
b)塑料熔体进入型腔之前,模具已经闭合。
在注塑过程中需根据塑料特性,在模具中设加热或冷却系统。
c)注塑模生产适应性强,既可注塑小型制品,也可注塑大型制品;既可注塑简单制品,也可注塑复杂制品,生产率高,容易实现自动化。
d)注塑模一般是机动的,结构一般较复杂,因而制造周期较长,成本较高。
注塑模具的应用在当今的时代会越来越广的,它的特点使得它的用处越来越宽,涉及的范围也大了。
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,我国目前仍以手工研磨抛光为主(约占整个模具周期的l/3),不仅效率低,且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。
因此,研究抛光自动化、智能化是重要的发展趋势。
日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。
国外在模具生产中,计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)技术已得到十分成功的应用。
三维造型和型腔的数控加工都是由计算机辅助软件完成的,它大幅度的缩短了模具的生产周期,提高工作效率。
德、美、日、法、意等工业发达国家在模具设计制造领域仍处于国际领先水平,他们的一些先进的模具方面的技术被许多发展中国家,甚至是其它发达国家学习采用。
亚洲以日本和韩国模具技术水平最高,其它国家与之还有较大的差距,不过他们也正在以惊人的速度发展着,国家之间的交流会使之发展更快。
本课题是关于盒盖的注塑模具设计。
要求运用所学知识,能很好的对注塑模具进行设计.达到熟练的掌握注塑模具的设计知识,并能对注塑模具设计有更高层次的认识的目的。
该课题的设计要求通过基于现代CAD技术的注塑模设计,在设计过程中掌握模具设计的一般规律,对于运用现代CAD技术进行模具设计进行研究和应用,完成塑料齿轮注塑模具设计.所设计塑料齿轮模具要能满足模具工作状态的质量要求,使用时安全可靠,便于维修,在注塑成型时要有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性.选择注塑模型腔进行加工分析,用数控加工进行编程加工。
本课题要解决的主要问题是盒盖注塑模具工艺方案的拟定和设计。
注塑模具设计总体思路如图1-1所示
本课题要达到的预期效果:
a.外观及尺寸均符合要求,未出现溢边、缩坑等缺陷;
b.结构合理;
c.结构简单,加工简便;
d.顶出动作平稳、可靠。
第2章塑件材料与工艺分析
本章着重介绍塑料成型的工艺特点以及塑件的工艺要求,塑件结构设计方面的知识。
为后面几章的模具设计奠定了基础。
对零件的分析得塑件材料取PE。
2.1塑件材料的特性
化学名称:
聚乙烯简称PE,比重:
0.94-0.96克/立方厘米,成型收缩率:
1.5-3.6%,成型温度:
140-220℃。
聚乙烯无臭,无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70~-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂,且不发生溶胀,电绝缘性能优良;但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的,耐热老化性差。
聚乙烯的性质因品种而异,主要取决于分子结构和密度。
特点:
耐腐蚀性,电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,可以氯化,化学交联、辐照交联改性,可用玻璃纤维增强。
压聚乙烯的熔点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有良好的电性能和耐辐射性;聚乙烯的柔软性,伸长率,冲击强度和渗透性较好;高分子量聚乙烯冲击强度高,耐疲劳,耐磨.低压聚乙烯适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件;高压聚乙烯适于制作薄膜等;高分子量聚乙烯适于制作减震,耐磨及传动零件。
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。
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。
2.3工艺参数
模具设计方面
浇口开设位置应该避开塑件的重要表面,以不影响塑件的使用、外观及后加工工作量。
注塑工艺条件
注射机类型:
柱塞式。
料筒温度:
170~200℃(前期)140~160℃(后期)
模具温度:
30~45℃
注射压力:
60~100Mpa
注射时间:
0~5s
保压时间:
15~60s
冷却时间:
15~60s
成型周期:
40~140s
2.4塑料制件的结构工艺性
该制件为盒盖如图2-1所示,制件要求有良好的尺寸精度和机械性能,对表面的质量要求较高,无熔接痕,表面平整光滑,尽可能避免冷疤、云纹、缩孔、凹痕等缺陷。
图2-1产品图正面
图2-1产品图背面
2.4.1尺寸及精度
影响塑件尺寸精度的因素:
A、模具制造的精度,约为1/3。
B、成型时工艺条件的变化,约为1/3。
C、模具磨损及收缩率的波动。
具体来说,对于小尺寸制品,模具制造误差对尺寸精度影响最大;而大尺寸制品则收缩波动为主要。
该塑件尺寸不大,一般精度等级。
塑件尺寸的精度取决于塑料的流动性。
在注射成型华中,薄壁塑件的尺寸不能设计的过大。
塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度,及所获得塑件尺寸的准确度。
2.4.2表面粗糙度
塑件的外观要求越高,表面粗糙度应越低。
一般模具表面粗糙度,要比塑件的要求低1~2级。
一般,型腔表面粗糙度要求达Ra0.4~0.2μm;透明制品型腔和型芯粗糙度一致;非透明制品的隐蔽面可取较大粗糙度,即型芯表面相对型腔表面略为粗糙。
塑件的表面粗糙度一般为Ra0.8~0.2μm。
2.4.3形状
塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。
2.4.4斜度
当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯,若塑件外形较复杂时,塑件的多个面与型芯紧贴,从而脱模阻力较大。
为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形,需设脱模斜度。
脱模斜度的选择原则:
⑴热塑性塑料件脱模斜度取0.5°~3.0°。
热固性酚醛压塑件取0.5°~1.0°。
⑵塑件内孔的脱模斜度以小端为准,符合图样要求,斜度由扩大方向得到;外形以大端为准,符合图样要求,斜度由缩小方向得到。
⑶塑料收缩率大,塑件壁厚大则脱模斜度取大些。
⑷对塑件高度或深度较大的尺寸,应取较小的脱模斜度。
2.4.5壁厚
就设计原则来说要求同一塑件各处的壁厚均匀一致,否则制品成型收缩不均,易产生内应力,导致制品开裂、变形。
塑件的壁厚对塑件的质量有很大的影响,塑件壁厚尽可能均匀。
塑件的最小壁厚应满足的条件:
(1)保证塑件的使用时的强度和刚度。
(2)使塑料熔体充满整个型腔。
塑件壁厚过小,则塑料充模流动的阻力很大,对于形状复杂或大型塑件成型较困难。
塑件壁厚过大,则不但浪费塑料原料,而且还给成型带来困难,尤其降低了塑件的生产率,还给塑件带来内部气孔、外部凹陷等缺陷。
所以正确设计塑件的壁厚非常重要。
壁厚取值应当合理。
本次设计的壁厚比较均匀。
平均壁厚为0.92mm,最大壁厚为1.29mm。
塑件尽量保证两侧均匀,且满足塑件的最小壁厚。
2.4.6圆角
塑件除了必须要保留的尖角外,凡转角处应采用圆弧过渡。
一般即使取0.5也可以增加塑件的强度。
塑件设计成圆角的作用:
⑴避免产生应力集中。
⑵提高了塑件强度。
⑶利于塑料的充模流动。
⑷塑件对应模具型腔部位设计成圆角,可以使模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂,提高模具的坚固性。
第3章拟定成型工艺
3.1制件成型方法
热塑性塑料指定采用注射成型,本设计选用热塑性塑料PE,可用注射成型。
3.2制件的成型参数
根据制品结构特点及选定的原料PE,可拟定如下工艺参数
塑料名称:
PE密度(g/cm³):
0.94~0.96
计算收缩率(%):
1.02
模具温度(℃):
50~60
注射压力(MPa):
60~100
适应注射机类型:
柱塞式
表3.1PE主要技术指标和工艺参数
料筒温度
喷嘴温度
/℃
模具温度
/℃
注射压力
/MPa
注射机类型
后/℃
中/℃
前/℃
180~190
50~70
70~90
螺杆式
150~170
180~190
200~210
成型时间
螺杆转数(r/min)
注射时间/s
保压时间/s
冷却时间/s
成型周期/s
3~5
5~15
5~15
15~40
30~60
后处理
备注
方法
温度/℃
时间/h
红外线烤箱
70
0.3~1
原材料应干燥0.5h以上
3.3确定型腔数目
3.3.1计算制品的体积和重量
通过三维制图UG软件测量得:
单件塑件投影面积S=3285㎜2;
单件塑件体积V=4886㎜3;
查有关资料可知PE的密度为0.94~0.96g/cm3则单件塑件重量m=8.62g
3.3.2确定型腔数
型腔数目的确定主要参考以下几点来确定
1)根据经济性确定型腔数目和总成型加工费用最小的原则,并略准备时间试生产原材料费用,仅考虑模具加工费和塑件成型加工费
2)根据注射机的额定锁模力确定型腔数目,当成型大型平板制件时常用这种方法
3)根据注射机的最大注射量确定型腔数目,根据经验,每加一个型腔制品尺寸精度要降低4%,对于高精度制品,由于多型腔模具难以保证各型腔的成型条件一致,故推荐型腔数目不超过4个。
根据本产品的生产批量及产品复杂程度等综合可虑采用一模两腔
由于一模两腔模具具有塑料制件的形状和尺寸一致性比较好,成型工艺条件容易控制,模具结构简单紧凑、模具制造成本低、制造周期短等特点,并结盒盖的产量要求,所以采用一模两腔模具。
3.4塑件在模具中的位置
3.4.1型腔的布置
由于型腔的布置与浇注系统布置密切相关,因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。
型腔的排布应使每个型腔浇口处有足够压力,以保证塑料熔体同时均匀地充满型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定,这就要求型腔与主浇道之间的距离尽可能最短,同时采用平衡的浇道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。
合理的排布可以避免塑件尺寸的差异、应力形成和脱模困难等问题。
主要考虑制件在分型后能保留在动模上以便脱模,并结合制件的结构特征应将型腔设置在定模侧,型芯设置在动模侧。
本设计是一模两腔,为合理的设计浇注系统和容易脱模,型腔的布局如图3-1所示:
图3-1
3.42分型面的选择
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析,应遵循以下几项的设计原则:
1)分型面应选择在塑件外形最大轮廓处
2)分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模
3)分型面的选择应保证塑件的精度要求
4)分型面的选择应满足塑件的外观质量要求
5)分型面的选择要便于模具的加工制造
6)分型面的选择应有利于排气
除了以上这些基本原则以外,分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。
为了保证侧向型芯的位置的放置及抽芯机构的动作顺利,应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向,而将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向。
综合考虑以上的设计原则并结合该塑件的结构特点和质量要求,应采用塑件外形最大轮廓处作为分形面。
如图3-2红实线所示。
图3-2分型线
第4章浇注系统的设计
浇注系统的作用就是将熔融状态的塑料均匀、迅速地输入型腔,使型腔内体及时排出;并且将注射压力传递到型腔的各个部位,从而得到组织紧密的制品。
浇注系统通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。
4.1确定浇口形式及位置
浇口是浇道与型腔之间最短的一段距离,能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。
浇口位置的选择对制品的质量显得尤为重要,浇口选择的遵循原则是:
a.塑件能量的损失最小;
b.浇口的位置应使进入行腔的塑料能顺利的排出模腔内的空气,进入型腔的塑料不要立即封闭排气系;
c.浇口的位置要避免造成收缩变形和塑件的熔接痕;;
d.拼镶结构的模具,浇口的位置不能使流动的塑料冲击镶件,但也不能离浇口太远,否则塑料流到镶件附近时变冷熔接不好;
e.浇口的位置及大小要考虑对型芯的影响。
避免塑料直接正面冲击型芯;
f.外观要求高的塑件则浇口不允许设置在分型面上,同时要考虑清理简便,不损坏塑件。
根据本设计的具体情况,采用侧浇口浇注系统。
侧浇口设计参数如图4-1所示。
本模具流道布置采用平衡式分流道,即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等形状及截面尺寸都相同。
采用这种形式,是为了减小进料口附近的收缩对齿轮精度的影响。
进料口均匀在塑件端面,不会影响外观。
图4-1
4.2流道、浇口套、定位圈的设计
主流道是注射机喷嘴与主流道的一段通道,通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,带有一定的锥度。
A.d=注射机喷嘴孔直径+(0.5~1)取d=3.5mm
B.主流道斜度α=2°~4°取α=2°
C.分流道直径D取D=4mm
D.浇口套弧面R=注射机喷嘴球面半径+(1~2)mm取R=11mm
E.分流道应尽量缩短,L值按具体情况确定,不宜过长或过短,要>8mm。
本设计L长初定24mm。
浇口套材料常用T10A制造,热处理后硬度为50~55HRC。
浇口套与定模板采用H7/m6的过渡配合,浇口套与定位圈采用的H9/f9间隙配合。
由于受型腔或分流道的反压力作用,浇口套会产生轴向移动,所以浇口套的轴向定位要可靠。
采用两颗M5×20㎜螺钉固定于定模板。
根据上述经验和计算本设计的浇口套及定位圈形式如图4-2、图4-3所示:
图4-2浇口套图4-3定位圈
4.3冷料穴设计
喷嘴与低温的模具相接触,使喷嘴前端有一小段冷料;当分流道较长时,前锋塑料长时间的在低温的模具中流动,温度较低。
这些冷料如果进入型腔,在制作上形成冷接缝(熔接痕),严重的造成充填困难。
也可能在进入浇口时就将浇口堵塞。
所以必须设置冷料穴。
冷料穴的作用是储存冷料;保证开模后主流道和分流道能留在动模板上,以便从模具中推出。
冷料穴位于主流道正对面的动模板上,或处于分流道末端。
其作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋的“冷料”,以避免这些冷料注入型腔而影响塑件质量;还有便于在流道处设置主流道拉料杆的功能。
开模时又可以将主流道的冷凝料拉出,冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径,长度约为主流道大端直径。
分流道冷料穴当分流道较长时,可将分流道的尽头沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴,以贮存前锋冷料,其长度为分流道直径的1.5~2倍。
本模具采用Z形拉料杆,具体设计的图4-4所示。
图4-4
本模具浇注系统如图4-5所示:
图4-5浇注系统
第5章成型零部件的设计
构成塑料模具模腔的零件统称成型零部件。
成型零件工作时,直接与塑料熔体接触,承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等,因此,成型零件不仅要求有正确的几何形状,较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度,而且还要求有合理的结构,较高强度、刚度及较好的耐磨性。
设计塑模的成型零件时,应根据塑件的塑料性能、使用要求、几何结构,并结合分型面和浇口位置的选择、脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体结构。
也就是说,根据塑件的尺寸,汁算成型零件型腔的尺寸,确定型腔的组合方式,确定成型零件的机加工、热处理、装配等要求,还要对关键的部位进行强度和刚度校核。
5.1成型零部件的结构设计
所谓成型零件是模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件,它包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。
按结构不同可分为整体式和组合式两种结构形式。
整体式凹模结构它是在整块金属模板上加工而成的,其特点是牢固、不易变形,不会使塑件产生拼接线痕迹。
但是由于整体式型腔加工困难,热处理不方便,所以其常用于形状简单的中、小型模具上。
组合式凹模结构是指型腔是由两个以上的零部件组合而成的。
按组合方式不同,组合式凹模结模可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式。
整体嵌入式凹模最常用的形式。
小型塑件在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。
这种结构加工效率高,装拆方便,可以保证各个型腔的形状尺寸—致。
5.1.1型腔结构设计
型腔是成型塑件外表面的成型零件。
分析产品,其外部结构简单,考虑各方面因素,采用整体嵌入式型腔,它能节约优质模具钢,嵌入模板后有足够的强度与刚度,使用可靠且置换方便。
型腔采用4个M8螺钉固定于定模板,如图5-1所示:
图5-1型腔
5.1.2型芯结构设计
型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。
对于塑料壳体来说,它们的结构有所不同,因此其型芯结构也不同。
型芯用4个M8螺钉固定于动模板,如图5-2所示:
图5-2型芯
5.2成型零部件工作尺寸计算
5.2.1成型零部件性能
成型由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触,它必须有以一些性能:
1)必须具有足够的强度、刚度,以承受塑料熔体的高压;
2)有足够的硬度和耐磨性,以承受料流的摩擦和磨损;
3)通常进行热处理,使其硬度达到HRC45以上;
4)对于成型会产生腐浊性气体的塑料还应选择耐腐浊的合金钢理;
5)材料的抛光性能好,表面应该光滑美观。
表面粗造度应在Ra0.4以下;
6)切削加工性能好,热处理变形小,可淬性良好;
7)熔焊性能要好,以便修理;
8)成型部位应须有足够的尺寸精度。
孔类零件为H8~H10,轴类零件为h7~h10。
5.2.2型腔、型芯工作部位尺寸计算
经查有关资料可知PE塑料的收缩率是1.2~4.0%
本设计取收缩率为:
S=1.2%
型腔工作部位的尺寸:
型腔径向尺寸
型腔深度尺寸
型芯径向尺寸
型芯高度尺寸
中心距尺寸
式中L—塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸(mm)
l—塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸(mm)
H—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸(mm)
h—塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸(mm)
C—塑件中心距基本尺寸的平均尺寸(mm)
x—修正系数,取0.5~0.75
△—塑件公差(mm)
—模具制造公差,取(1/3~1/4)△。
各工作部位尺寸计算结果详见相应零件图纸所标明
通常,制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并带有大于0.1mm公差的部位不需要进行收缩率计算。
5.3成型零部件的强度与刚度计算
为了方便加工和热处理,其型芯整体镶嵌式,型腔为整体镶嵌式。
因此,型腔
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