板式塑件浇注系统的优化及模具设计论文.docx
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板式塑件浇注系统的优化及模具设计论文
HefeiUniversity
毕业设计(论文)
BACHELORDISSERTATION
论文题目:
板式塑件的浇注系统优化及模具设计
学位类别:
学士学位
学科专业:
材料成型及控制工程
作者姓名:
导师姓名:
完成时间:
板式塑件浇注系统的优化及模具设计
中文摘要
本文章说明了板式塑件的模具设计的详细设计过程。
基于PRO/E建模,在完成塑件结构分析后,确定采用一模两腔,侧浇口进料的模具。
根据基本尺寸,模架从标准模架库中调用。
针对塑件的有孔,合理的设计型芯,按照特定的情况优化设计,并对该机构的加工工艺,使用效果进行阐述。
同时本文对浇注系统,成型零件,脱模机构,合模导向机构,排气系统和部分零件的加工工艺进行了完整的计算。
通过这次毕业设计,可以对注塑模具有了一个深刻的认识,注意到设计中的很多细节问题,了解模具结构及工作原理;通过对AutoCAD的学习,可以建立较简单的零件的零件库,从而可以快速的提高工作效率。
关键词:
CAD;塑件;注塑;
Optimizationofplasticpartsandmoldplategatingsystemdesign
ABSTRACT
Thisarticledescribesthedetaileddesignprocessplateplasticmolddesign.BasedPRO/Emodelinganalysisaftercompletionofthestructureoftheplasticmember,identifiedusingatwo-cavitymold,amoldgatefeedside.Accordingtothebasicsize,moldcalledfromthestandardmoldbaselibrary.Thereareholesfortheplasticparts,reasonabledesigncore,optimizeddesigninaparticularsituationandtheprocessingtechnology,theeffectofinstitutionsusingelaborate.Meanwhilethispaper,thegatingsystem,moldedparts,strippingmechanism,clampingtheknifetoprocessingagencies,somepartsoftheexhaustsystemandconductedacompletecalculation.
Throughthisgraduationdesign,injectionmoldcanhaveaprofoundunderstanding,notingthatmanyofthedesigndetails,understandthemoldstructureandworkingprinciple;throughlearningAutoCAD,youcancreateasimplerlibrarypart,therebycanquicklyimproveefficiency.
Keywords:
CAD;plasticparts;injection;
第一章绪论
模具是工业生产技术和设备的基础,与中国模具产业振兴发展,越来越多的被关注。
模具的发展对于中国来说是非常有前景的,在中国的额机械和电子灯行业中,模具的设计占有很大的市场,而且模具的发展对于其行业也是具有很大的促进。
在现今,塑料工业迅猛的发展也需要注塑模,所以相关的研究也逐渐深入和实施。
注射模具的良好发展前景与良好的发展趋势,对塑件的材质和制造精度都有很高的注塑模具的效益,塑件的材料性能等因素对于注射模具的发展的都有很大发展前景。
中国的快速发展得到世界的认可,一些工业发达国家逐渐将其展业转向中国的市场,这是中国国内的模具技术的进步得到世界的认可,越来越多的国家愿意将他们的产业和资金注入中国的市场,并将更好的模具技术带入中国,在中外技术的交融下,中国的模具技术会的得到更快速更高层次的发展,与世界模具技术的交融有助于国内模具产业的快速发展。
根据相关的人士研究表明,在中国的未来的一段时间里面,国内的模具发展前景非常好,模具具有良好的发展方向,大致的发展趋势如下面所述:
(1)增加模具结构越来越大、复杂,精度、寿命增加
现如今的模具塑件的大小逐渐增大,为了提高生产效率,通常采用一模多腔的生产方式,这样会使产品的生产效率得到提高,从而也降低了生产所造成的生产资料的浪费。
国内的模具发展到了如今的这个时段,模具的精度越来越高,生产所能达到的精度也在提升着,模具的精度得到提高。
生产的塑件精度也可以德高提高,这样有助于发展高精度的生产成品。
(2)适当合理运用软件和实际结合的技术在现今的模具产业中占有非常重要的地位
这些技术的合理开发和创新,对于国内的模具生产和电子行业等高精度产业具有非常良好的促进作用。
对于不同模具及不同形状的塑件,CAE技术室可以对塑件进行仿真的,这样的技术对于生产过程原材料的浪费有良好的针对作用。
实现进行仿真模拟可以知道哪些方面做得不好从而进行改正,这样的方式可以节省原材料,节省资源。
(3)新型技术的开发与发展在现今的社会占有越来越重要的位置
塑料模具设计和制造的热流道技术的使用是中国最近几年的一种突破和创新,由于这项技术的开发和使用时中国制造业上升了不止一个台阶,产品的质量和精度够可以得到很好的保证,对于技术相对薄弱的中国来说无疑是一种非常巨大的进步,技术的提高降低了原材料的消耗,对于中国的原材料来说是个好消息,还可以材料的利用得到最大的效用。
国外的用机械生产企业在模具上的花费在技术开发商的资金非常多,可见国外对于这一技术的要求,结合中外模具技术的优点,对于中的模具产业是一种促进。
(4)提高模具及模具标准件使用标准化水平
随着技术的越来越完善,标准化的模具和模具标准件的应用市中国国内的模具产业得到前所未有的发展,同时这项技术的完善也影响着模具的制造的时间,并且技术的提高也使制件的表面精度提高和减少模具制造所需要的花费。
模具技术的还需要进一步完善,应使其模具产业的一系列的附属产业也得到更好地发展,提高模具产业的规模,增加模具的制品种类,确保模具技术的安全性及保险性。
(5)表面处理技术的未来发展前景,发展趋势及技术的创新
模具材料是模具行业的基础,已成为当前模具材料系列,成熟和完善的一系列的程度越来越高。
中国是第一个钢铁生产在世界各国,优质工具钢品种达到国内领先水平的发展,尽管许多已纳入国家标准,如:
6cr4w3mo2vnb(65Nb),7cr7mo2v2si(LD),7crsimnmov(CH1),但应用700000吨的短缺,需要年,但也有相当一部分的进口模具钢。
为了改变这种现状,其性能应该按照模具的使用方法采用了新的要求,经过调整产品的材质,在科学水平和先进技术的帮助下,新的不断发展的特殊性能的模具材料。
第二章模具设计流程
这次毕业设计的课题及设计要求是来自于学生的指导老师谷曼老师,按照谷曼老师的设计要求所进行的设计,这一次的设计课题的程序是按照一般注塑模具的设计程序进行设计的,结合其制件的整体性能及制件的工艺性能及其工艺分析,按照一般的模具设计的要求进行的,结合所查询的数据及工艺参数对模具的所有构件进行设计,并完成模具的设计。
在设计的过程中我们能把自己所学的知识很好运用在实际的时间操作中,达到的自己操作实践的机会。
在本次设计的过程中运用到以往的国标数据参数及公式,按照一般设计程序的步骤对制件进行设计模具的大小及精度。
所谓学以致用。
在这次毕业设计的操作实践中合理的运用书本上的设计方法之外,还运用到CAD、CAE,Pro/E等技术,并使用到传统的Officeword软件,争取使用最少的时间及最小的花费,获取最大的利润,提高其设计生产的效率。
图2-1模具设计流程图
第三章成型工艺分析
图3-1板式塑件零件图
3.1塑件的工艺性分析
塑料部件的功能设计应该满足预定的使用功能的要求,达到一定的技术规格,塑料件商品,承受一定的压力,使塑件有一定的要求。
如屈服强度、摩擦因素等。
(1)塑件材料:
ABS;
(2)生产批量:
大批量;
(3)精度等级:
5级。
3.2塑料材料的基本特性
塑件是采用ABS(聚丙烯)注塑成的。
查相关手册可知:
ABS树脂的主要成分是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯,ABS保持了原有苯乙烯的好的性能和良好的加工参数,又保持了丁二烯的本身性能,还保持了丙烯腈的本身性能,并且ABS的表面硬度高,同时如果改变三种单体的成分比例可以改变ABS的性能。
所以相对于ABS材料的诸多高性能的特点,这种材料的应用范围很广,几乎涵盖大部分的生产。
3.2.1ABS的性能指标
(1)具有良好的抗热性能,综合性能非常好,并且有很好的绝缘功能,具有良好的化学稳定性,抗拉强度高。
(2)还具有透明的性质,燃烧性能差,耐热性好,抗冲压能力强。
(3)流动性较好,有很好的韧度[3]。
3.2.2塑件材料成型性能
表3-2ABS注射成形的工艺参数
注射机类型
螺杆转速/(r/min)
喷嘴
料筒温度℃
模具温度
注射压力/Mpa
保压压力/Mpa
注射时间/s
保压时间/s
冷却时间/s
成形周期/s
形式
温度℃
前段
中段
后段
螺杆式
30~60
直通式
170~190
180~200
200~220
160~170
40~80
70~120
50~60
0~5
20~60
15~50
40~120
柱塞式
-
直通式
170~190
180~200
190~220
150~170
50~70
70~100
40~50
0~5
15~60
15~50
40~120
3.2.3尺寸精度分析
从零件图上分析,这个塑件的结构比较简单,只有单纯的几个圆孔,塑件的下部是空心的,所以选择该塑件的尺寸精度为IT4级。
3.2.4表面粗糙度要求
根据要求这一次的毕业设计所取的塑件要求的表面粗糙度取值为Ra1.6um,因为结构比较简单,所以设表面没有毛刺,并且不要求其他的表面条件,所以这种要求的设计方式可以很容的达到我们所需要的要求。
3.3模塑设备的选择
通常情况下注射机可以分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两类,其本质是按照塑化用的零部件及原理来区分的。
螺杆式注射机。
首先是动态部分和模具夹紧固定部分,然后注射缸的活塞驱动螺杆将塑料通过浇注系统进入型腔模具的喷嘴,根据所需的注射压力和注射速度,当塑料成分布满型腔后,螺杆持续一定量的塑料产品,塑料通过冷却补充材料的塑性收缩率,另外为了防止塑料回缩,保压一定的时间以后,注射缸压力消失,同时通过螺杆的旋转。
在这个时候,落料斗,在塑料材料简塑料。
当模具型腔的塑料冷却,淡淡的开放,在模具的推出机构,塑料从模具型芯中脱出。
柱塞式注射机。
注塑机锁模结构带动型腔部分和夹紧机构,然后注塑机柱塞塑料进料管,熔体粘度。
熔融态材料会在压力的作用下透过喷嘴进入浇注系统。
在熔体充满模腔压力的冷却腔。
然后,活塞复位,在塑料、成筒漏斗。
夹紧机构驱动模具的动模部分由推板打开,从核心推动塑料零件。
我们需要知道塑件的体积才可以进行下一步的计算和选择,根据相关的软件,得知该塑件的体积V=175.2
,在根据塑件的体积去进行查表得到相应的数据。
查阅设计手册可查得产品材料ABS的密度为1.05g/
,所以该产品的质量为W=175.2
1.05=183.96g。
图3-3体积的测量
基于上面的原理和计算结果,并结合该产品的尺寸、压力以及现有的设备通常需要注射等情况,确定该模具选用一模二腔的分布结构,注射机选用螺杆式注射机,型号为额定注射量最小的型号XS-ZY-500。
3.4塑件注射工艺参数的确定
下面的参数是根据模具设计大全的书本里面的参数进行选取的,有关于ABS材料的成型工艺参数选择的数据如下:
(1)预热温度:
80~85
时间2~3h;
(2)料筒温度:
后段150~170
中段165~180
前段180~200
;
(3)喷嘴温度:
170~180
;
(4)模具温度:
50~80
;
(5)注射压力:
60~100Mpa;
(6)成型时间:
注射时间20~90s高压时间0~5s冷却时间20~120s总周期50~220s;
(7)螺杆转速:
30r/min;
3.5注射模的结构设计
3.5.1分型面的选择
选择离别一般应遵循以下原则:
(1)分型面一般选择在横截面积最大的一侧。
(2)为了顺利的去处制件,一般保持在可懂模具一侧。
(3)分型面的选择一定要保证塑料制件有较高的表面精度。
(4)制件的外形及表面粗糙度要符合制件的要求精度。
(5)便于模具制造。
(6)有助于防止溢出。
(7)的排出气体的有益效果。
制件的分型面选择,如图3-4所示。
图3-4分型面
3.5.2确定型腔的排列方式
这次毕业设计的成品制件的设计在制造过程中选用一模两腔的设计方式,一般制件在模具中的排放方式要考虑到很多因素,制件的排列方式下,如图3-5所示。
图3-5型腔的排样
3.5.3浇注系统的设计
模具的主流道流入的熔料进入通道输送到喷嘴在进入模具的型腔内。
它的作用是通过推出熔体进入型腔内部,通过充气压力到达每个部分的腔,以便增加尺寸稳定性,外观美观,塑料表面光滑致密。
所以塑件的表面质量直接关系到浇注系统的浇注效率和成型精度。
浇注系统可分为热流道浇注系统与一般浇注系统的两种类型。
一般浇注系统组件包含穴四个部分。
(1)主流道
测量浇口分流河道的喷嘴和模具注塑机接触开始之前的时期。
对熔体从喷嘴向模具浇口尺寸的影响,直接影响到熔体流动速率,填充时间和大小的。
主流道的一侧和注射机的喷嘴连接在一起,而另一侧则与分流道连接在一起。
流动通道一般都是含有锥度的。
通过查询设计手册得知注射机喷嘴的有关尺寸。
根据上述选择的注射机,在模具设计手册上查寻注射机喷嘴孔径的大小,初步选为d=3mm,注射机的喷嘴前端球面半径根据相关的资料,初步选取R=12mm。
根据模具主流道与喷嘴SR=SR1+(1~2)mm和d=d1+(0.5~1)mm,取主流道球面半径SR=11mm;小端直径d=3.0mm。
通过相关计算得知大端直径为5.5mm。
我们将主流道的形状设计成锥形,这样的设计有助于可以方便的从主流道中拉出废弃的材料,与节距1º~3º,由转换浇道。
图3-6主流道
(2)浇口
浇口是材料流入模腔之前,最窄的那部分,和最短的浇注系统,它的大小是小的和短暂的,目的是使前,材料流入模腔加速,易于填充型腔,因为他们帮助密封腔,以防止熔体流动。
此外,为了塑料易于成型,冷物质的分离。
结合相应的专业知识对产品塑件的性能进行分析,针对ABS材料的工艺性能进行全面的分析。
设计时还要要求有良好的外观,根据磨具的参数及塑件的相关的工艺参数,我们选择的模具为一模两腔的方式进行模具设计。
对于塑件的形状,我们选择的浇口形式为侧浇口,浇口的位置在塑件的侧面。
其示意图如图3-7所示。
图3-7分流道及浇口分布
3.5.4浇注系统的平衡
一般的情况下,相对于形状较小的塑件我们通常会选择一模多腔的方式进行模具设计,提高生产效率,降低成本。
通过调节浇口尺寸需要使流条件和栅极形成过程的同意这是浇注系统的平衡。
该模具的浇注系统是平衡的,即从浇口到每个腔分流术的长度均衡,截面形状和尺寸相同。
3.5.5推出机构的设计
推出机构是指使产品从浇注系统和型芯中脱模出来的机构。
这次的设计的制件的形状及难易程度较小且本身制件的特点较为明显,所以这次的设计我们采用简单的脱模结构。
之后确定在制品的型芯选择是什么形状的推杆。
所以选择的推出机构为机动推出,形式比较简单,方便。
图3-8推杆
3.6冷却装置的设计
3.6.1冷却时间的计算
本次塑件的设计的温度不需要过高,所以在注射材料不需要太高的温度,在所设计的模具可以不加上加热一类的装置,不添加加热系统。
冷却系统的计算数据如下设计计算。
由于制件是盖状制件,所以视为空心,按平板类的制件的公式及工艺参数计算其冷却时间:
θ—冷却所需的时间s
t—塑件厚度mm
Tm—塑料熔体注塑温度℃查表取170-180
Tw—模具温度℃查表取50-80
Ts—塑料热变形温度℃查表取83-103
α—塑料的热扩散率mm2/s9.6×10-4m2/h→0.267mm2/s
3.6.2冷却水管直径的确定
在结合实际情况的条件下,选择冷却水管的直径时,会设想水流处于湍流状态,结合上述情况查寻设计手册选取直径D=8mm
结合该模具的结构特点,选取2条冷却水路会造成模具温度会分布不均,所以这里选用4条,上下模板分别用两条水管。
3.6.3冷却水道的结构设计
结合实际的情况且在合理的选择范围内,选择水道的直径取为8mm,其冷却水管的分布如图3-9所示。
图3-9冷却水道的结构
第四章模具的有关计算
该产品中成型零件的工作尺寸均选用平均法进行计算。
根据相关的资料查询ABS塑料的收缩率为
,我们取其平均收缩率
,由于制造的时候,由于加工条件的制约存在误差,所以选择模具的制造公差为
。
4.1型腔工作尺寸计算
图4-1定模型腔
根据型腔径向尺寸计算公式:
(3.1)
现对有关尺寸进行计算
mm
mm
根据型腔深度尺寸计算公式:
(3.2)
可得
mm
4.2型芯工作尺寸计算
图4-2动模型芯
根据型芯径向尺寸计算公式:
(3.3)
对有关尺寸进行计算.
mm
mm
根据型芯深度尺寸计算公式:
(3.4)
可得
mm
4.3模架的选择
根据相应的参数及塑件本身的工艺性能及参数,注射模具模架我们选择《塑料模具设计指导》P4型标准模架,模架相应的工艺参数及各板的尺寸大小,图示如下[2]如图4-1所示:
4-3标准模架
大多数的情况选择按照的模具的方式为螺钉固定和压板固定两种方式。
在选用螺钉直接固定时(一般的大型模具都会采用这种固定方式);选用采用压板固定时,仅仅只需要在模具的固定板附近有螺孔就可以对模具进行固定,这种固定方式具有非常好的灵活度,由于这次的模具比较简单,且符合后者的固定方式,我们选择压板固定方式。
第五章注射机的校核
5.1最大注射量的校核
当选择注塑机,塑料部件必须保证随着凝固材料,包括质量或体积的酒吧大于最大注射量注射机。
否则,它将使它完整或模制松散的组织内的塑料零件,降低塑件的强度。
校核公式
(5.1)
,
所以满足
的注射条件
5.2注射压力的校核
为了保证注射机的最大注射压力可以满足塑件的压力需要,所以对注射压力要进行校核。
注塑机的最大压力应大于或等于成型注塑压力所需的时间,即
(5.2)
有上述所得注射机的
〉上述计算的塑件成型时所需要的压力
,所以选择的注射机满足塑件制造时所需要的压力。
5.3锁模力的校核
根据有关资料说明,注入熔体进入模腔,以至于塑件成型,在注射的过程中,熔体会在模腔中产生电力,这种现象会使分型面扩展分开,根据有关资料的证明,锁模力的大小为相关参数的积。
塑件在分型面上的投影面积加上浇注系统在分型面投影面积再乘以注塑模具型腔内熔体压力的大小,数值相等。
力的大小应该小于注射机的额定锁模力
,坐在这样的情况下,是避免发生溢料现象,节省不必要的材料消耗。
把相应的数值用字母表示,即
(5.3)
我们选择的模具是一模两腔的,所以模具的型腔内的塑件的个数
,根据软件的显示单个塑料制件在分型面上的投影面积为
,从而整个浇注系统在分型投影面积为
,得型腔内的熔体压力
,把上述数据代入所查得的公式得
,查阅注射模具设计手册注射机的公称锁模力
,计算所获得的
﹤公称锁模力
,所以选择的注射机可以满足塑件的压力要求。
图5-1塑件的投影面积
5.4模具外形尺寸校核
为了保证模具的正确安装,我们要求在不影响生产效率的情况下所以模具的最大外形尺寸要小于我们所选择的注射机的拉杆的最小距离。
此外,该模具的底板尺寸不能超出注射机的模板尺寸。
根据以上的数据显示,再通过相关的资料和模具设计手册查寻得知XS-ZY-500的拉杆空间在
,动模和定模固定板尺寸为
,所选用的注塑模具的外观尺寸为350mm×400mm,动、定模座板的尺寸是400mm×400mm,进行比较可知满足注射要求。
5.5模具厚度校核
根据相应的资料表明,模具所有部件的总厚度要大于最小厚度而且还要小于最大厚度的时候,才可以正确合理地安装注塑机。
根据上述的数据显示和计算所得到的结果,选择注塑机型号为XS-ZY-500,这个型号的注射机满足塑件计算的到的结果所要求的条件,上述的数据都符合注射机的条件,所以不需要进行校核了。
5.6开模行程的校核
为了可以使模具可以正常的开模进行取出塑件,所以注射机的开模行程应该大于开模时所需要的开模距离。
注射模具的分型面开模行程,其效率按照以下公式计算校核:
S≥H1+H2+(5~10)(mm)(5.4)
式中:
S为注塑机的最大行程(此模具中为300)mm;
H1为塑件的脱模距离(此模具中为13),mm;
H2为包括流道在内的塑件高度(此模具中为50),mm;
由上式得到的结果63mm﹤300mm,所以上式成立,根据结果显示注射机的开模行程大于其总的高度,所以符合要求。
初步选择型号为XS-ZY-500,结合相关的资料查寻该注射机的相关的参数,盖住设计的一系列参数符合我们所要求的条件。
所以选择注射机的型号为XS-ZY-500。
第六章模具的加工
6.1常见的模具加工方法
根据不同的模具材料的作用模式,我国现代模具的去除方法的制造方法,成型方法和积累的方法,如下:
一般的情况下我们选择的获得模具的方法是通过去除处理之后,获得较高的精度的模具的本身,这个方法是最为广泛的获取模具的方式,也是最常见的模具制造方法,最常见的加工方法为电火花加工(电解,线切割,电火花等),还有对材料的进行特殊处理。
大多数的情况下,一般运用磨削,车削,铣削等加工方式进行加工。
这次的模具需要以下几种工序操作:
高速加工和铣削技术,多轴坐标磨床和磨削,研磨和抛光。
电火花加工技术是一项非常有用的操作技术,在模具的生产过程中有着不可或缺的作用,提高模具的精度。
其中电火花线切割和电火花腔。
电火花线切割加工的本质是运用电火花产的高温熔化金属及汽化金属,从而达到改变金属的形状及对金属的切割。
一般情况下的火花放电腔是采用成型的成型工艺的空白副本在型腔形状工具电极的形状的方法,通常情况下的电极是通过车削,磨削,刨削等一系列的方法得到的。
ECM是是运用阳电极的溶解,及阴电极的保护的这种成型工艺在模具中来复制的。
基于化学蚀刻工艺的原
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