收音机前盖注射模具设计.docx
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收音机前盖注射模具设计
学号:
0121118380616
课程设计
题目
收音机前盖注射模具设计
学院
物流工程学院
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机设1106
姓名
李文海
指导教师
陈云
2015
年
1
月
23
日
本科生课程设计成绩评定表
姓名
李文海
性别
男
专业
机械设计制造及其自动化、
班级
机设1106
课程设计题目:
收音机前盖注射模具设计
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
课程设计任务书
学生姓名:
李文海专业班级:
机设1106班
指导教师:
陈云工作单位:
武汉理工大学
题目:
初始条件:
1.实物零件一个;2.材料:
ABS
要求完成的主要任务:
(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
1.完成该零件的注射模具设计,提供1#总装配图纸一张;模具部件图一张
2.设计说明书一份
(1)工艺方案的选择;
(2)浇注系统设计;
(3)设备的选择;(4)成形尺寸的计算;
(5)模具结构设计;
(6)模具动画仿真;
时间安排:
共两周时间(19-20周)
指导教师签名:
陈云2015年1月12日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
目录
1.塑件工艺分析1
1.1.塑件结构分析1
1.2.材料成型工艺分析1
1.3.脱模斜度的确定2
1.4.拟定模具的结构型式2
2.初选注射成型机的型号和规格2
2.1.注射量的计算3
2.2.注塑机初选3
3.分型面的设计与选择3
4.浇注系统的设计4
4.1.主流道设计4
4.2.浇口设计6
5.成型零部件的设计和计算7
5.1.凸模的结构设计7
5.2.成型零件工作尺寸的计算7
6.标准模架的选用9
7.导向和定位机构设计10
7.1.导柱的选用10
7.2.导套的选用10
8.脱模机构的设计和计算10
8.1.推杆数量及结构型式11
8.2.复位装置设计11
8.3.顶出机构的导向11
8.4.拉料杆11
9.侧向分型与抽芯机构的设计12
9.1.抽芯距的计算12
9.2.斜导柱倾斜角12
9.3.斜导柱直径12
9.4.最小开模行程和斜导柱工作部分长度12
9.5.滑块的设计12
10.温度调节系统的设计和计算13
10.1.冷却水管直径13
10.2.回路型式13
10.3.回路布置13
11.校核计算14
11.1注塑机相关校核14
11.2.斜导柱的强度校核15
11.3.推杆的强度、刚度校核16
12.模具的装配和动画17
13.设计小结17
参考文献17
1.塑件工艺分析
1.1.塑件结构分析
图1-1是收音机前盖,材料ABS,精度等级为一般等级(4级精度),侧面有一个侧抽芯,壁厚基本均匀。
制品要求外观表面光泽,无杂色,无收缩痕迹,无明显浇口痕迹,其他要求见下:
色调:
不透明,灰色;
厚度:
约1.5mm;
生产纲领:
中等批量;
图1-1收音机前盖零件图
1.2.材料成型工艺分析
1.2.1.材料性能
ABS为热塑性材料,密度1.03~1.07g/cm3,抗拉强度30~50MPa,抗弯强度41~76MPa,拉伸弹性模量1587~2277MPa,弯曲弹性模量1380~2690MPa,收缩率0.3~0.8%,常取0.5%,本设计取0.5%。
该材料综合性能好,即冲击强度高,尺寸稳定,易于成型,耐热和耐腐蚀性能也较好,并有良好的耐寒性。
1.2.2.成型特性及条件
1)其吸湿性强,塑料在成型前必须充分预热干燥,其含湿量小于0.3%,对于要求表面光泽的零件,塑料在成型前更应进行长时间预热干燥。
2)流动性中等,溢边值0.04mm。
3)塑料的加热温度对塑件的质量影响较大,温度过高易于分解(分解温度为250℃)。
成型时宜采用较高的加热温度(模温50~80℃)和较高的注射压力(柱塞式注射机:
料温180~230℃,注射压力100~140MPa;螺杆式注射机:
温度160~220℃,注射压力70~100MPa。
)
1.3.脱模斜度的确定
由于制品冷却后产生收缩,会紧紧地抱紧住模具型芯或型腔中凸起的部分。
为了使制品易于从模具内脱出,设计时必须保证制品内外壁具有足够的斜度。
脱模斜度还没有比较精确的计算公式,仍依靠经验数据(见表1-1),本设计取脱模斜度0.5°。
表1-1塑件脱模斜度
塑料名称
脱模斜度
型腔
型芯
聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、软聚氯乙烯(LPVC)、聚酰胺(PA)、氯化聚醚(CPT)
25'~45'
20'~45'
硬聚氯乙烯(HPVC)、聚碳酸酯(PC)
35'~40'
30'~50'
聚苯乙烯(PS)、有机玻璃(PMMA)、ABS、聚甲醛(PIM)
35'~1°30'
30'~40'
热固性塑料
25'~40'
20'~50'
1.4.拟定模具的结构型式
1.4.1.型腔数量的确定
确定模具型腔数量的方法有:
根据锁模力确定;根据最大注射量确定;根据塑件精度确定和经济性确定等。
本零件主要根据经济性确定。
试制小批量时,宜取单型腔或少型腔,大批量时采用多型腔。
而该零件中等产量,因此采用一模两腔,即一次注射成型两个塑料制件。
1.4.2.模腔排列型式
为了保证熔体能通过分流道同时到达浇口进入型腔,故采用I型排列的平衡式布置。
如图1-2。
图1-2型腔I型排列
2.初选注射成型机的型号和规格
2.1.注射量的计算
由CREO软件分析功能有:
单个塑件V=16.366cm3,密度ρ=1.05g/cm3。
流道凝料的质量未知,按2个模型总质量的0.6倍计算,则总的注射量
V总=2V+2Vx0.6=52.3712cm3
2.2.注塑机初选
从实际注射量应在额定注射量的20%~80%之间考虑。
初选上海第一塑料机械厂的SZ160/1000卧式注塑机,主要技术参数如下。
表2-1SZ160/1000注射机的技术参数
注射装置
结构型式
卧式
理论注射容量/cm3
179
螺杆直径/mm
44
注射压力/MPa
132
注射速率/(g/s)
110
塑化能力(g/s)
10.5
螺杆转速(r/min)
10~150
喷嘴球半径/mm
SR10
合模装置
锁模力/kN
1000
拉杆内间距/mm
360x260
移模行程/mm
280
最大模具厚度/mm
360
最小模具厚度/mm
170
锁模型式
液压
其他
模具定位孔直径/mm
Φ120
3.分型面的设计与选择
如何确定分型面,需要考虑的因素比较发杂。
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置、形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响。
选择分型面是应遵循以下原则:
1)分型面的选择应便于塑件脱模并简化模具结构。
2)分型面的选择应考虑塑件的技术要求。
3)分型面应尽量选择在不影响外观的位置。
4)分型面的选择应有利于排气。
5)分型面的选择应便于模具零件加工。
6)分型面的选择应考虑注射机的技术参数。
综上,如图(图3-1),选择A-A为分型面。
图3-1分型面的选择
4.浇注系统的设计
浇注系统是指模具中塑料熔体有注射机喷嘴至型腔之间的进料通道,其作用是将塑料熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位,以获得组织致密、轮廓清晰、表面光洁、尺寸精确的塑件。
一般由主流道,分流道,浇口和冷料穴等四部分组成。
4.1.主流道设计
4.1.1.主流道的设计
主流道指连接注射机喷追与分流道或型腔的进料通道。
其作用是将塑料熔体引入模具,其形状、大小会直接影响塑料熔体的流速和填充时间。
主要设计参数如下:
1)圆锥形,锥角3°,内壁表面粗糙度Ra0.63µm。
2)球面凹坑半径R2=R1+(1~2)=11mm,R2为喷嘴球半径,小端直径d1=d2+(0.5~1)=4.5mm,d2为喷嘴孔径,一般为3~4mm,取d2=4mm,凹坑深度h=3~5mm,这里取h=4mm。
3)主流道大端圆角r约为d1/8,取r=1mm。
4)主流道长度L=63mm。
其结构见图4-1。
图4-1浇口套
4.1.2.主流道型式
由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触和碰撞,故将主流道设计成可拆卸的主流道衬套,并用螺钉将定位环与定模板相连。
如图4-2。
图4-2浇口套型式
1—定模板;2—浇口套;3—定位环
4.1.3.分流道设计
分流道是指连接主流道和浇口的进料通道,再设计分流道时主要考虑的是尽量减少熔体流动时的压力损失和温度降低,同时尽量减少分流道的容积。
A.分流道的截面形状
常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U型、半圆形和矩形。
在这里选择圆形截面,其加工较方便且热量损失和流动阻力不大。
B.分流道截面尺寸
对于多数塑料,直径一般取5~6mm,本次设计取6mm。
C.分流道的长度
分流道的长度一般取主流道大端直径的1~2.5倍,这里取20mm。
D.分流道表面粗糙度
塑料熔体在流道中流动时,会在流道壁形成凝固层,凝固层起着绝热作用,使熔体能在流道中心部畅通,为使塑料熔体能在流道壁形成凝固层,常将分流道加工的比较粗糙,一般取Ra1.25~Ra2.5μm,这里取Ra2.5μm,以加大流动阻力,使外层塑料凝固固定。
4.1.4.冷料穴的设计
冷料穴位于主流道正对面的动模板上,或者在分流道的末端。
冷料穴分两种:
一种是专门用于收集储存冷料的;另一种既有储存冷料又兼有拉出主流道冷凝料功能的。
A.主流道冷料穴
主流道冷料穴选用带构形头拉料杆的型式。
如图4-3。
图4-3带拉料杆的冷料穴
1—定模;2—冷料穴;3—动模;4—拉料杆
B.分流道冷料穴
结构型式见图4-4。
图4-4冷料穴的位置和尺寸
4.2.浇口设计
浇口是连接分流道和型腔的一段短的通道,它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、尺寸和进料位置对塑件质量影响很大。
正确设计浇口是保证塑件质量的重要环节。
本次设计中,塑件外表面要求平整、光洁,无明显浇口痕迹。
结合塑件为薄壁结构,故采用潜伏式点浇口,结构如图4-5。
图4-5潜伏浇口
1—型芯;2—推杆
5.成型零部件的设计和计算
注射模的成型零部件是指构成模具型腔的零件,通常包括凹模、型芯以及各种成型杆和成型镶件。
进行成型零部件设计就是要根据被成型塑件的要求,结合模具制造的生产条件,合理确定成型零部件的结构型式,准确计算成型零部件尺寸,并保证它们有足够的强度和刚度。
5.1.凸模的结构设计
凸模是成型塑件内表面的成型零件,通常可分为整体式凸模,整体嵌入式凸模和镶拼组合式凸模等。
本次设计采用整体嵌入式凸模,不仅便于装配、加工,而且节约贵重模具材料。
其结构型式如图5-1。
图5-1凸模结构型式
1—动模板;2—型芯
5.2.成型零件工作尺寸的计算
5.2.1.成型零件工作尺寸分类
成型零部件中与塑件接触并决定塑件几何形状的各处尺寸,称为工作尺寸,一般分为孔类尺寸(A类)、轴类尺寸(B类)和中心距类尺寸(C类)。
1)A类尺寸
径向:
深度:
2)B类尺寸
径向:
深度:
3)C类尺寸
上式中Δ—塑件公差;
S—塑件的平均收缩率,S=0.5%;
x—修正系数,塑件为一般精度,取x=0.5;
δZ—模具制造公差,
。
5.2.2.成型零件工作尺寸计算
制品尺寸如图5-2。
图5-2制品的尺寸
成型零件相应尺寸如下表。
表5-1成型零件尺寸
尺寸名称
A1
A2
A3
A4
A5
A6
D1
D2
制品尺寸
模具工作部分尺寸
6.标准模架的选用
选用标准注射模是应遵循最小原则,其选用步骤是:
1)首先应根据模具型腔的配置设计来确定模板的宽和长(BxL)。
2)根据型腔、型芯的结构设计确定A、B板的厚度;根据顶出行程的要求确定垫块厚度C,即可确定模架的编号。
3)根据对型芯的保护要求、脱模方便与否等情况,确定导柱、的安装方式(正装或反装)。
4)验算选定的模架闭合厚度是否小于所选注射机的最大装模厚度。
本次设计选用A2-355400
(1)-26-Z1GB/T2556.1-1990的模架。
其结构如图6-1。
图6-1注射模架结构型式
7.导向和定位机构设计
注射模导向与定位机构,主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确配合与可靠分开,以避免模内各零件发生干涉和碰撞。
7.1.导柱的选用
根据选定的模架,选用公称直径为Φ32的带头导柱,标记Φ32x63x25GB/T4169.4-1984。
其结构如图7-1。
图7-1带头导柱的结构型式
7.2.导套的选用
这里选用公称直径为Φ32的带头导套,标记为Φ32x50(I)GB/T4169.3-1984。
结构见图7-2。
图7-2带头导套的结构型式
8.脱模机构的设计和计算
脱模机构的机构类型虽然是多样化,但其设计原则还是一样的:
1)脱模机构运动的动力一般来自于注射机的退出机构,故脱模机构一般设置在注射模的动模内。
2)脱模机构应使塑件在顶出过程中不会变形损坏。
3)脱模机构应能保证塑件在开模过程中留在设置有顶出机构的动模内。
4)脱模机构应尽量简单可靠,有合适的推出距离(过大会加剧模具的磨损、过小则制品不能脱模)。
5)若塑件需留在定模内,脱模机构应设置在定模内。
由于推杆推出机构推出位置所受限制最少,而且结构简单,本次设计采用这种顶出机构。
8.1.推杆数量及结构型式
根据推杆布置许可空间,每个制品设8根推杆,共16根,结构型式为圆推杆,直径Φ7mm。
8.2.复位装置设计
顶出机构在完成塑件的顶出动作后,为了进行下一步循环必须回到其初始位置。
本次设计采用复位杆复位。
8.3.顶出机构的导向
推杆一般装配在顶出板和顶出固定板之间。
顶出板顶出过程中的导向十分重要,否则,推杆会变形或折断。
顶出机构的导向装置可选用顶板导柱和导套导向(两套,对称布置)。
导柱、导套公称直径为Φ20mm。
其结构如图7-3。
图7-3推板导柱和导套结构型式
8.4.拉料杆
采用Z型拉料杆,公称直径Φ11mm。
9.侧向分型与抽芯机构的设计
在成型有侧孔、侧凹或侧凸台的塑件时,通常采用侧向分型方法将成型侧孔、侧凹或侧凸台的部位做成侧型芯或侧型腔,在塑件脱模前先将侧型芯或侧型腔抽出,然后在从模具中顶出塑件。
本次设计,采用斜导柱抽芯机构。
9.1.抽芯距的计算
将活动型芯从成型位置抽到不妨碍塑件脱模位置所移动的距离叫抽芯距。
抽芯距通常比侧孔或侧凹大2~3mm,这里抽芯距S=4+2~3=6.5mm。
9.2.斜导柱倾斜角
斜导柱的倾斜角通常取15~20°,一般不大于25°,这里取α=20°。
9.3.斜导柱直径
根据斜导柱的安装空间,初选直径d=Φ15mm。
9.4.最小开模行程和斜导柱工作部分长度
最小开模行程:
。
斜导柱工作部分长度:
。
9.5.滑块的设计
9.5.1.滑块与侧向型芯的连接型式
斜导柱抽芯机构的滑块分为整体式和组合式,这里选用组合式。
9.5.2.滑块的导滑型式
采用整体导滑槽型式,导滑槽为“T形”,开设在动模固定板上,滑块与导滑槽之间的导滑部位采用H7/f7间隙配合。
9.5.3.滑块定位装置设计
为保证再次合模时斜导柱能准确地插入斜滑块中,抽芯动作完成后斜滑块必须有准确的位置,本次设计采用挡块定位型式。
9.5.4.整体结构型式图
图9-1侧抽芯机构结构型式
1—定模座板;2—压紧块;3—挡块;4—斜导柱;5—定模板;6-销钉;7—侧向型芯
10.温度调节系统的设计和计算
因塑料的加热温度对塑件的质量影响较大,温度过高易于分解(分解温度250℃),成型时要控制模温在50~80℃,具体措施是布置冷却水道。
再设计中,冷却系统的设计应遵循如下原则:
1)冷却系统的布置应先于脱模机构。
2)合理的确定冷却管道的直径中心距以及与型腔壁的距离。
3)降低进出水的温度差。
4)浇口处加强冷却。
5)应避免冷却水道开设在塑件熔接痕处,并注意干涉及密封等问题。
6)冷却水道应便于加工和清理。
10.1.冷却水管直径
这里初选Φ10mm。
10.2.回路型式
由于型芯较浅,为了布置简单,故采用型腔冷却回路型式。
10.3.回路布置
如图10-1。
图10-1冷却回路
11.校核计算
11.1注塑机相关校核
11.1.1最大注塑量的校核
为了保证注射成型的正常进行,塑料制品连同浇道凝料及飞边在内的体积一般不应超过注射机最大注射量的80%。
式中V—制品和浇注系统的总体积,V=53.4cm3;
Vmax—注塑机最大注射量,Vmax=179cm3。
满足要求。
11.1.2.锁模力的校核
根据Creo软件分析功能,塑件在分型面投影面积A1=7561.21mm2,浇注系统在分型面上投影面积A2=972.723mm2,则总的投影面积
式中F—注塑机额定锁模力,F=1000x103N;
P—型腔内熔体的压力,对于中小型塑件P常取20~40MPa,这里取P=35MPa。
满足要求。
11.1.3.开模行程和顶出行程的校核
当注射机采用液压—机械联合作用的锁模机构时,最大开模行程有连杆的最大行程决定,而不受模具厚度影响。
对于单分型面注射模可按下式校核:
式中H1—制品脱模距离(mm),H1=14.5mm;
H2—包括流道凝料在内的制品高度(mm),H2=66mm;
S—注塑机的最大开模行程(mm),S=280mm。
对于带侧向分型和抽芯机构的注射模,还须根据抽芯距来决定开模行程,由于:
式中HC—抽芯距(mm),HC=17.86mm。
故只需按式(11-3)校核即可。
综上,满足要求。
11.1.4.安装尺寸的校核
模架闭合厚度应该小于所选注射机的最大装模厚度。
式中Hmax—最大装模厚度(mm),Hmax=360mm;
HL—模架厚度(mm),HL=296mm;
Hmin—最小装模厚度(mm),Hmin=170mm。
满足要求。
11.2.斜导柱的强度校核
11.2.1.抽拔力的计算
将侧向活动型芯从塑件中抽出所需的力叫抽拔力,其计算可按如下简要公式计算:
式中Q—抽拔力(N);
l—活动型芯被塑件包紧的断面形状周长(mm),l=176.7mm;
h—成型部分的深度(mm),h=0.5mm;
p2—塑件对型芯单位面积的挤压力,一般取8~12Mpa,这里取p2=10MPa;
f2—塑料与钢的摩擦系数,一般取0.1~0.2,这里取f2=0.15。
11.2.2.斜导柱所受弯曲力的计算
斜导柱所受的弯曲力P主要取决于抽拔力Q和倾斜角α,其简化计算公式为:
11.2.3.斜导柱弯曲强度校核
式中d—所选斜导柱直径(mm),d=15mm;
dmin—按弯曲强度计算所允许的斜导柱最小直径(mm);
H—斜导柱下端部与抽芯孔中心的垂直距离(mm);
[σ]—斜导柱材料的许用弯曲应力(MPa),可取[σ]=300MPa。
满足要求。
11.3.推杆的强度、刚度校核
11.3.1.脱模力计算
脱模力主要包括有塑件的收缩引起的塑件与型芯的摩擦力和大气压力。
脱模力的大小与塑件的厚薄及其形状有关。
这里按薄壁矩形塑件计算。
式中δ1—矩环形塑件的平均壁厚(mm),δ1=1.5mm;
E—塑料的弹性模量(MPa),E=(1.91~1.98)x103MPa,这里取E=1.95x103MPa。
S—塑件的平均收缩率(%),S=0.5%;
l—塑件对型芯的包容长度(mm),l=14.5mm;
f—塑件与型芯之间的静摩擦系数,常取0.1~0.2,这里取f=0.15;
φ—模具型芯的脱模斜度(°),φ=0.5°;
μ—塑料的泊松比,μ=0;
A—盲孔塑件型芯在脱模方向上的投影面积,通孔塑件A=0。
11.3.2.推杆稳定性校核
式中d—所选推杆直径(mm),d=7mm;
dmin—按压杆稳定性计算所要求的最小推杆直径(mm);
Ψ—安全系数,取Ψ=1.5;
L—推杆长度(mm),L=167.5mm;
n—推杆数目,n=8;
E—推杆材料的弹性模量(MPa),E=210x103Mpa。
满足要求。
11.3.3.推杆强度校核
式中σc—推杆所受的应力(MPa);
[σ]—推杆材料的许用应力(MPa)。
满足要求。
12.模具的装配和动画
见附件2。
13.设计小结
塑料工业是当今世界上最快的工业门类之一,对于我国而言,它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。
我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的,但是通过这次塑料模具课程设计,让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识,更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法,对塑料模有了一个更高的认识。
这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助,
也间接性的为今后的工作经验有了一定的积累。
塑料制品成型及模具的设计还是个很专业性、实践性很强的技术,而它的主要内容都是在今后的生产实践中逐步积累和丰富起来的。
因此,我们要学好这项技术光靠书本上的点点知识还是不够的,我们更多的还应该将理论与实际结合起来,这还需要我们到工厂里去实践。
我相信在未来的我一定能走到最前头。
参考文献
[1]李德群,唐志玉主编.中国模具设计大典:
第2卷轻工模具设计.南昌:
江西科学技术出版社,2003
[2]齐晓杰主编.塑料成型工业与模具设计.北京:
机械工业出版社,2005
[3]屈华昌主编.塑料成型工艺与模具设计.北京:
高等教育出版社,2009
[4]塑料模具设计手册编委.塑料模具设计手。
北京:
机械工业出版社,2004
[5]叶久新、王群主编,塑料制品成型及模具设计.湖南:
湖南科学技术出版社,2003
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