横排地漏封水筒注塑模设计.docx
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横排地漏封水筒注塑模设计
湖南工学院
机械工程系模具专业2006届
毕
业
设
计
说
明
书
设计课题横排地漏封水筒注塑模
模具专业03级01班
姓名刘少武
指导老师张蓉职称副教授
2006年02月20日
湖南工学院(筹)毕业设计
计算内容
说明
目录
引言……………………………………………………………………1
设计指导书……………………………………………………………2
设计说明书……………………………………………………………4
一、塑件的分析…………………………………………………4
二、分型面的设计………………………………………………8
三、型腔数目确定………………………………………………9
四、注射机的初步选定…………………………………………11
五、浇注系统设计………………………………………………12
六、成型零件设计………………………………………………17
七、导向机构设计………………………………………………21
八、脱模机构设计………………………………………………23
九、模温调节与冷却系统的设计设计………………………………26
十、模体的设计…………………………………………………31
十一、注射模与注射机的关系…………………………………32
十二、参考资料…………………………………………………36
设计小结………………………………………………………………37
引言
本说明书为我机械系2006届模具专业毕业生毕业设计说明书,意在对我专业的学生在大学期间所学专业知识的综合考察、评估。
要在有限的时间内单独完成设计。
也是在走上工作岗位前的一次考察。
本设计说明书是本人完全根据《塑料模具技术手册》的要求形式及相关的工艺编写的。
说明书的内容包括:
毕业设计要求,设计课题,设计过程,设计体会及参考文献等。
编写说明书时,力求符合设计步骤,详细说明了塑料注射模具设计的方法,以及各种参数的具体计算方法,如塑件的成型工艺,型腔及型芯的计算,塑料脱模机构的设计,调温系统的设计等。
在编写设计说明书前,得到张蓉老师的悉心指导;在编写过程中,又得到同学的热情帮助和指点,在此谨以致意。
由于本人水平实在有限,编写过程中错误难免会有的,且漏洞百出,敬请老师批评指正,以免在以后的工作中减少类似的错误,在此先谢谢了!
设计者:
刘少武
2006年2月20日
设计指导书
1.设计前应明确的事项
(1)明确制品的几何形状及使用要求。
对于形状复杂的制品,有时除看懂其图样外,还需参考产品模型或样品,考虑塑料的种类及制品的成型收缩率、透明度、尺寸公差、表面粗糙度、允许变形范围等范围,即充分了解制品的使用要求,因为这不仅是模具设计的主要依据,而且还是减少模具设计者与产品设计者已意见分歧的手段。
(2)估算制品的体积和重量及确定成型总体方案。
计算制品重量的目的在于选择设备和确定成型总体方案。
成型总体方案包括确定模具的机构形式,型腔数目,制品成型的自动化程度,采用流道的形式(冷流道或热流道),制品的侧向型孔是同时成型还是后序加工,侧凹的脱模方式等。
(3)明确注射成型机的型号和规则。
只有确定采用什么型号和规则的注射成型机,在模具设计时才能对模具上与注射机有关的结构和尺寸的数据进行校核。
(4)检查制品的工艺性。
对制品进行成型前的工艺性检查,以确认制品的各个细小部分是否均符合注射成型的工艺性条件。
2.基本程序
模具及其操作必须满足各种要求,其模具设计的最佳方法是综合考虑,系统制定设计方案,模具设计流程图表示了各条件间的相互关系,以及必须满足主功能的边界条件和附加条件的关系。
3.注射模设计审核要点
(1)基本结构审核
1)模具的结构和基本参数是否与注射机规格匹配。
2)模具是否具有合模道向机构,机构设计是否合理。
3)分型面选择是否合理,有无产生飞边的可能,制品能否滞留在设有推出脱模机构的动模(或定模)一侧。
4)模腔的布置与浇注系统设计是否合理。
浇口是否与塑料原料相适应,浇口位置是否恰当,浇口与流道的几何形状及尺寸是否合适,流动比数值是否合理。
5)成型零部件结构设计是否合理。
6)推出脱模机构与侧向分型或抽芯机构是否合理、安全和可靠。
它们之间或它们与其它模具零部件之间有无干涉或碰撞的可能,脱模板(推板)是否会与凸模咬合。
7)是否需要排气结构,如果需要,其设置情况是否合理。
8)是否需要温度调节系统,如果需要,其热源和冷却方式是否合理。
温控元件随是否足够,精度等级如何,寿命长短如何,加热和冷却介质的循环回路是否合理。
9)支承零部件结构设计是否合理。
10)外形尺寸能否保证安装,紧固方式选择是否合理可靠,安装用的螺栓孔是否与注射动、定模固定板上的螺孔位置一致,压板槽附近的固定板上是否有紧固用的螺孔。
(2)设计图样审核要点
1)装配图。
零部件的装配关系是否明确,配合代号标注得是否恰当合理,零件标注是否齐全,与明细表中的序号是否对应,有关的必要说明是否具有明确的标记,整个模具的标准化程度如何。
2)零件图。
零件号、名称、加工数量是否有确切的标注,尺寸公差和形位公差标注是否合理齐合。
成型零件容易磨损是部位是否预留了修磨量。
哪些零件具有超高精度要求,这种要求是否合理。
各个零件的材料选择是否恰当,热处理要求和表面粗糙度要求是否合理。
3)制图方法。
制图方法是否正确,是否合乎有关规范标准(包括工厂企业的规范标准)。
图面表达的几何图形与技术内容是否容易理解。
(3)模具设计质量审核要点
1)设计模具时,是否正确地考虑了塑料原材料的工艺特性、成型性能,以及注射机类型可对成型质量产生的影响。
对成型过程中可能产生的缺陷是否在模具设计时采取了相应的预防措施。
2)是否考虑了制品对模具导向精度的要求,导向结果设计得是否合理。
3)成型零部件的工作尺寸计算是否合理,能否保证制品的精度,其本身是否具有足够的强度和刚度。
4)支撑部件能否保证模具具有足够的整体强度和刚度。
5)设计模具时是否考虑了试模和修模要求。
(4)装拆及搬运条件审核要点有无便于装拆时用的橇槽、装拆孔和牵引螺钉,对其是否作出了标记。
有无供搬运用的吊环或起重螺栓孔,对其是否也作出了标记。
设计说明书
一.塑件分析
横排地漏封水筒的塑件图
塑件的材料为聚乙烯(英文为polyethykene,编写代号为PE),为热塑性材料分子式为(CH2-CH2)n,采用注射成型。
1.1聚乙烯的使用性能和用途
耐腐蚀性、电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,可以氧化、辐照改性,可用玻璃增强。
高密度聚乙烯熔点、刚性、硬度、和强度较高,吸水性小,有突出的电气性能和良好的耐辐射性。
低密度聚乙烯柔软性、伸长率、冲击强度和透明性好。
超高分子量聚乙烯冲击强度高,耐疲劳,耐磨,用冷压烧结而成型。
HDPE适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件;
LDPE适于制作薄膜等;
超高分子量聚乙烯适于制作减摩、耐摩及传动零件。
1.2聚乙烯的加工特性
1.结晶料吸湿性小。
2.流动性极好,溢边值0.02mm左右,流动性对压力变化敏感。
3.可能发生熔融破裂,与有机溶剂接触发生开裂。
4.加热时间过长则发生分解、烧焦。
5.冷却速度满,因此必须充分冷却,宜设冷料穴,模具应有冷却系统。
6.收缩率范围大,收缩值大,取向明显,易变形、翘曲,结晶度及模具冷
却条件对收缩影响大,应控制模温,保持冷却均匀、稳定。
7.宜高压低温注射,料温均匀,填充速度应快,保压充分。
8.不宜用直接进料口,易增大内应力,或产生收缩不匀,取向不明显,变
形增大,应注意选择进料口位置与数量,防止产生缩孔,翘曲变形。
9.质软易脱模,塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模。
表1聚乙烯的物理、热性能
塑料性能
单位
聚乙烯
高密度
底密度
1
2
3
4
5
6
物
理
性
能
1
密度
g/cm
0.941~0.965
0.091~0.0925
2
比体积
cm
/g
1.03~1.06
1.08~7.10
3
吸水率24h
长时期
%
〈0.01
〈0.01
4
折射率
%(或nD)
1.54
1.51
5
透光率或透明度
%
不透明
半透明
6
摩擦系数
0.023
7
玻璃化温度
℃
-120至-125
-120至-125
8
熔点
℃
105~137
105~125
9
熔融指数
(MFI)
g/10min
100℃负荷
21N
喷嘴φ2.09
0.37
0.3~17.6
10
维卡针入度
℃
121~127
11
马丁耐热
℃
—
—
12
热变形温度
℃(45N/cm
)
(18045N/cm
)
60~82
48
38~49
13
线膨胀系数
10
/℃
11~13
16~18
14
计算收缩率
%
1.5~3.0
1.5~5.0
15
比热容
J/(kg.k)
2310
2310
16
热导率
W/(m.k)
0.490
0.335
17
燃烧性
cm/min
很慢
很慢
表2聚乙烯的化学性能
塑料性能
聚乙烯
高密度
低密度
1
2
3
5
6
化
学
性能
1
日光及气候影响
在大气中会紫外线破坏,若加入2.0%~2.5%碳黑,及稳定剂,能改善抗大气、老化性能
2
耐酸性及对盐溶液的稳定性
不耐酸性能
3
耐碱性
耐碱类化合物
4
耐油性
对动植物油、矿物油溶胀,随温度提高
5
耐有机溶剂性
脂肪烃、芳香烃、酮类、醇类、酯类增塑剂等有机溶剂会加速聚乙烯应力肝裂
表3聚乙烯的成形条件
塑料名称
缩写
注射成型机
类型
密度(g/cm
)
计算收
缩率
喷嘴温度(℃)
聚乙烯
(低压)
PE
柱射式
0.94~0.96
1.5-3.6
—
成形注射时间
时间高压时间
(s)冷却时间
总周期
料筒后段
温度中段
(℃前段
后方法
处温度(℃)
理时间(s)
预温度
热(℃)
时间
(s)
模具
温度
(℃)
注射
压力
(MPa)
螺杆
转速
(r/
min)
15~60
0~3
15~60
40~130
140~160
—
170~200
—
70~80
1-2
60~70
60-700
—
适用注射机类型螺杆、注射均可
说明高压聚乙烯成形条件除模温35~55℃外,其它均与低压聚乙烯相似。
根据零件图可计算出塑件的体积、质量、及制品的正面投影面积:
解:
塑件的体积:
V1=26
πx15-24
πx15
=4710
V2=π/3x18(26
+26x44+44
)
-π/3x18(24
+24x42+42
)
=7686.72
V3=51
xπx2-42
xπx2
=5256.36
V4=51
xπx2-49
xπx2
=1256
V总=v1+v2+v3+v4
≈19(cm
)
3.双脱模机构动模、定模两边都设置有简单脱模机构的装置。
4.顺序脱模机构对于成形形状复杂塑件的模具。
一般要有多个分型面,须按顺序分型才能使塑件顺利脱出的机构。
5.螺纹塑件脱模装置系指模内自动旋转卸模螺纹型芯或型环脱离塑件的机构。
从塑件形状,对以上脱模机构的形式逐一考虑,因而此设计当中选用的脱模机构为简单脱模机构中的推板脱模机构脱模。
8.3脱模力的计算
壳体形塑件脱模力通常按薄壁与厚壁两种类型考虑。
薄壁壳体形塑件系指塑件壁厚与其内孔直径之比小于1/20,即t/D≤1/20的塑件。
材料(PE)的壁厚t为2mm,最小内孔直径为48mm,2/48=1/24<1/20。
即塑件的脱模力可按公式Q=[2πEεtLcosφ(f-tgφ)/(1–u)k1]+10B(N)计算。
式中:
Q——脱模力(N);
E——塑料的拉伸模量(Mpa);
ε——塑料成形的平均收缩率(%);
t——塑件的壁厚(mm),t=2mm;
L——被包型芯的长度(mm),L=37mm;
U——塑料的泊松比;
φ——脱模斜度(º),φ=0;
f——塑料与钢材之间的摩擦系数;
B——塑件在与开模方向垂直的平面上投影面积(cm
),当塑件底部上有通孔时,10B项视为零;
k1——有f和φ决定的无因次数,可由下式计算,k1=1+fsinφcosφ
查表3-29常用塑料的某些性能,取得E为0.89x10
Mpa,ε为2.0%,
u为0.47,f为0.23。
计算k1为1,因塑件为圆环形,底部为通孔,所以10B项可视为零。
即Q=2πx0.89x10
x0.02x2x37x1x(0.23-0)/(1-0.47)x1
=3590N
8.4推板脱模机构
推出板又称顶出板,对于薄壁壳体系的塑件以及不允许在塑件表面留有顶出痕迹的塑件很适用。
推板脱模的特点是顶出力大并且均匀,运动平稳,塑件不宜变形,表面无顶出痕迹,结构简单那,勿需设置复位装置。
8.4.1推板脱模机构设计注意事项
1.为减少推出时的运动摩擦力,防止推板偏心而溢料,推板应该与型芯是锥面配合或间隙配合(H7/H6)。
推板内孔应比型芯成形部分要大0.2~0.25mm。
2.推板与型芯的配合间隙以塑料不溢料为准。
当推板脱出无通孔的大型深腔壳体类塑件时,要求型芯有一合理的脱模斜度。
比如型芯脱模斜度过小应在型芯上增设一个进气装置。
防止型芯与塑件之间产生真空。
3.在动模座板与顶出板之间应该加设顶出限位钉,使推杆复位后,顶出板与动模座板之间有2-5mm空隙,以保护模具的推板及型腔、型芯。
4.当型芯细长,塑件可为通孔时,则型芯前端应有定模板支承,以防止偏心和位移
九.模温调节与冷却系统的设计
塑料注射模温度调节能力的好坏,直接影响到塑件的质量,而且也决定着生产效率的高低,塑件在型腔内的冷却力求做到均匀、快速,以减少塑件的内应力,使塑件的生产做到优质高效率。
9.1温度调节系统的作用
温度调节系统在模具中的作用是至关重要的,尤其对厚壁塑件和平整度有要求的大型薄壁塑件来讲更为重要。
1.温度调节系统的要求质量优良的塑件应满足以下六方面的要求,即收缩率小,变形小,尺寸稳定,冲击强度高,耐应力开裂性好和表面粗糙度低。
模温对以上各点的影响分述如下:
1)低的模温可以减少塑料制件的成型收缩率。
模温均匀,冷却时间短,
注射速度快一,可以减少塑件的变形。
其中均匀一致的模温尤为重要,但是由于塑件形状复杂,壁厚不一样,充满顺序先后不同,常出现冷却不均匀的情况。
为了改善这一情况,可将冷却水先通入模温最高的地方,在冷得快的地方通温水,慢是地方通冷水,使模温均匀,塑件各部位能同时凝固,这不仅提高了制品质量,也缩短了成型周期,但由于模具结构复杂,要先达到理想的调温往往是困难的。
2)对于结晶型塑料,为了使塑件尺寸稳定,应该提高模温,使结晶在模具内
尽可能的达到平衡,否则塑件在存放和使用过程中由于后结晶会早晨尺寸和力学性能的变化(特别是玻璃化温度低于室温的聚烯烃类塑件),但模温过高对制品性能也会产生不好的影响.
3)结晶型塑料的结晶度还影响塑件在溶剂中的耐应力开裂能力,结晶度
越高,该能力越低,故降低模温是有利的.但是对于聚碳酸酯一类的高粘度非结晶型塑料,耐应力开裂能力和塑件的内应力关系很大,堵提高冲模速度,减少补料时间并采用高模温是有利的.
9.2模温对塑件质量的影响:
热塑性塑料熔体注入型腔后,释放大量
热量而凝固.不同的塑料品种,需要模腔维持在某一适当温度.模温对塑件质量的影响主要表现在如下六个方面.
1、改善成形性每一种塑料都有其湿度的成形模温,在生产过程中若能
始终维持相适应的模温则其成形性可得到改善,若模温过低,会降低塑件熔体流动性,使塑件轮廓不清,甚至充模不满;模温过高,会使塑件脱模时和脱模后发生变形,使其形状和尺寸精度降低。
2.成形收缩率利用模温调节系统保持模温恒定,能有效减少塑料成型收缩的波动,提高塑件的合格率。
采用允许的的模温,有利于减少塑料的成形收缩率,从而提高塑件的尺寸精度。
并可缩短成形周期,提高生产率。
3.塑件变形模具型芯与型腔温差过大,会使塑件收缩不均匀,导致塑件翘曲变形。
尤以壁厚不均和形状复杂的塑件为甚。
需采用合适的冷却回路,确保模温均匀,消除塑件翘曲变形。
4.尺寸稳定性对于结晶性塑料,使用高模温有利于结晶过程的进行,避免在存放和使用过程中,尺寸发生变形;对于柔性塑料(如聚烯烃等)采用低模温有利用塑件尺寸稳定。
5.力学性能适当的模温,可使塑件力学性能大为改善。
例如,过低模温,会使塑件内应力增大,或产生明显的熔接痕。
对于粘性大的刚性塑料,使用高模温,可使其应力开裂大大的降低。
6.外观质量适当提高模具温度能有效地改善塑件的外观质量。
过低模温会使塑件轮廓不清,产生明显的银丝、云纹等缺陷,表面无光泽或粗糙度增加等。
9.3冷却系统的设计
9.3.1冷却时间的确定
注射模实质是一种热交换器.确定恰当是热交换(冷却)时间,是模具设计者的重要任务.为此,首先分析影响冷却时间的因素.
影响冷却时间的因素:
1.模具材料从机械强度出发,通常选钢材为模具材料。
如果考虑材料的冷却效果时,则热导率愈高,从熔融塑料吸收热量愈迅速,冷却得愈快。
2.冷却介质温度及流动状态一般采用常温水进行冷却。
以冷却水出、入口温差小为好,一般控制在5℃以内。
冷却水在通道中的流速,以尽老能高为好,其流动状态湍流为佳,即雷诺准数为Re>10
为宜。
因为湍流的热传递效率为层流的10~20倍。
3.模塑材料塑料的热性能,对冷却时间具有重大影响。
4.塑件厚度塑件壁厚越厚,传热阻力越大,所需冷却时间越长。
通常冷却时间与塑件的厚度平方成正比。
5.冷却回路的布置成型腔周围冷却回路的分布状态,即冷却回路距型腔的距离和通道之间的间隔,对冷却时间也有影响。
6.模具温度系指与塑料接触的模腔表面温度。
它直接影响到塑料熔体在模腔中的冷却速度。
选择合适的模温会缩短成形周期,提高塑件质量,减少废品率。
为了满足塑料对模温的要求,现代化生产技术多采用模具恒温器,以闭路循环冷却介质对模温进行控制。
在注射过程中,塑件的冷却时间,通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间.这一时间标准常以制品已充分固化定型热切具有一定强度和刚度为准,这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的80%.其确定方法有计算法和经验查表法.
为了节省设计过程的时间,故采用经验查表法来确定冷却时间。
查表4-24常用塑料制品壁厚与冷却时间的关系,可得此塑件(PE)的冷却时间为12.5。
冷却系统的设计原则:
1.尽量保证塑件收缩均匀,维持模具的热平衡。
2.冷却水孔的数量约多,孔径约大,则对塑件的冷却效果约均匀。
根据经验,一般冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水孔直径的1~2倍(常位12~15mm),冷却水孔中心距约为水孔直径的3~5倍,水孔直径约为8~12mm。
3.尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等,当塑件壁厚均匀时,冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。
当塑件壁厚不均匀时,壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小,但也不应小于10mm。
4.浇口处加强冷却。
一般在注射成型时,浇口附近温度最高,距浇口越远温度越低,因此要加强浇口处的冷却。
即冷却水从浇口附近流入。
5.因降低进水与出水的温差。
如果进水与出水温差过大,将使模具的温度分布不均匀,尤其对流程很长的大型塑件,料温越流越低,对于矩形模具,通常沿模具宽度方向开设水孔,使进水与出水温差不大于5℃。
6.合理选择冷却水道的形式。
对于收缩大的塑件(入聚乙烯)应沿收缩方向开设冷却水孔。
对于不同形状的塑件,冷却水管的排列形式也有所不同,根据不同的形式合理选择。
7.合理确定冷却水管的接头的位置。
为不影响操作,进出口水管接头通常设在注射机背面的模具的同一侧。
8.冷却系统的水道应尽量避免与模具上其它机构(如推杆孔、小型芯孔等)发生干涉现象,设计时要通盘考虑。
9.冷却水管进出接头应埋入模板内,以免模具在搬运过程中造成损坏。
最好在进口和出口处分别打出标志,如“IN”(进口)和“OUT”(出口)等。
9.3.2冷却系统的结构形式
根据塑料制品形状及其所需的冷却效果,冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等多种样式,同时还可以互相配合,构成各种冷却回路。
其基本形式介绍如下。
(1)简单流道式:
即通过在模具上直接打孔,并通以冷却水而进行冷却,是生产中最常用的一种形式。
(2)螺旋式:
其特点是使冷却水在模具中产生螺旋状回路,冷却效果较好,但制造比较麻烦。
(3)隔片导流式:
多型芯的隔片导流式是隔片导流式冷却系统形式中的比较常见的一种.
(4)冷却系统的零件:
冷却系统对应不同的冷却装置有不同的零件,主要有以下几种。
①水管接头:
一般由黄铜制成,对要求不高的模具也可用一般结构钢制成。
②螺塞;主要用来构造水路,起截流作用,要求到的模具用黄铜制作。
③胶带:
主要用来使螺塞或水管接头与冷却通道连接处不泄露。
④密封圈:
主要用来使冷却回路不泄露。
⑤软管:
主要作用是连接并构造模外冷却回路。
⑥喷嘴管件:
主要用在喷流式冷却系统上,最好用铜管。
⑦隔片:
用在隔片导流式冷却系统上,最好用黄铜片。
⑧导热赶;用在导热失冷却系统上,主要由铍铜制成。
为了加工方便,还根据经验及上述冷却系统的形式特点,设计中选用的冷却系统为简单流道式冷却系统,对模具进行冷却。
冷却回路的布置采用型腔冷却回路
9.4冷却系统的计算
简单计算步骤如下:
(1)算单位时间内从型腔中散发出的总热量(Q总=Q1)
①计算每次需要的注射量(kg或cm
):
V=nV件+V浇
=2x19+4
=42cm
②确定生产周期(s):
t=t注+t冷+t脱
式中,t为生产总周期(s),t注为注射周期(s),t冷为冷却周期(s),t脱为脱模周期(s)。
查附录D常用热塑性塑料注射成型的工艺参数,的t=90s。
③求使用的塑料单位热流量Qs(kJ/kg):
查表4-25常用塑料熔体的单位热流量Q,
得Qs=750KJ/kg
④求每小时的需要注射的次数:
N=3600/t
=3600/90
=40
⑤求每小时的注射量(kg/h):
W=N•G
=40x0.042
=1.68kg/h
⑥求从型腔内发出的总热量(kJ/h)
Q总=Q1=N•G•Qs
=1.68x750
=1260kJ/h
⑵以凹模冷却系统为例求凹9冷却水的体积流量(m
/min):
qv=Q凹/[60p•C1(T出-T进)]
式中,p为水的密度10
kg/m
C1为水的比热容C1=(4.187J/(kg•℃),T出为水管设定温度,T进为水管进口设定温度,Q凹为有凹模带走的热量(kJ/h).
q
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