八角灯头盒注射模具设计说明书.docx
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八角灯头盒注射模具设计说明书
扬州市职业大学
毕业设计论文
题目:
八角灯头盒注射模具设计
完成时间:
2020年05月
摘要
本毕业设计主要阐述了八角灯头盒注射模具的设计。
首先使用UG设计该灯头盒的产品三维;接着分析产品结构的工艺性,对浇注系统、模具成型部分零件、抽芯机构、脱模推出机构、冷却系统、注塑机等有关参数都进行详细的计算和选择;在设计中使用UG10.0和AutoCAD2012软件,完成该模具及主要成形零件的二维和三维图纸。
最终设计出一套可以实现自动化生产,提高生产效率的八角灯头盒注射模具。
关键词:
八角灯头盒;注射模具;一模两腔;侧浇口。
Abstract
Thisgraduationthesismainlydescribesthedesignoftheinjectionmoldfortheoctagonallampholder.First,useUGtodesignthethree-dimensionalviewoftheoctagonallightbox.Basedonthemanufacturabilityoftheproductstructureandthespecificstructureofthemold,therelevantparametersofthecastingsystem,moldformingparts,corepullingmechanism,ejectionmechanism,coolingsystem,injectionmoldingmachineandotherrelatedparametersarecalculatedandselectedindetailtodesignProduceasetofmoldsthatcanrealizeautomatedproductionandincreaseoutput.Intheprocess,UG10.0andAutoCAD2012willbeusedtomodifyandimproveallaspectsofthemolddata,sothatallindicatorscanmeetthetechnicalrequirementsanduserequirements.
Keywords:
Octagonallampholder;Injectionmold;Two-cavitymold;Edgegate;
前言
现代社会正在光速发展中,一座座摩天大楼拔地而起。
在这些大楼中处处可见各种各样样式繁华的灯,而安装这么多灯会使得墙内经常会有很多散乱的电线,如果不加以保护,电线的破损和老化就会比较快,维修起来也会有麻烦。
这时候八角灯头盒就可以对这些电线起到很好的收纳以及保护作用,因此灯头盒是目前家居装修中比较重要的材料之一。
本次课题就对八角灯头盒的注塑模具进行设计。
其材料采用PC,是常见的塑料材料之一,可大批量生产投入日常生活的使用中。
一.产品分析
1.1产品简介
八角灯头盒外形如图所示:
图1-1八角灯头盒三维图
本次设计的八角灯头盒,该产品为非透明件,且要求材料具有一定的强度、阻燃性和抗氧化性,所以选择聚碳酸酯,英文简称为PC。
PC的收缩大约在0.5%~0.8%之间,本次采用0.7%。
八角灯头盒的功能是整理收纳家居装修中各种冗杂的电线,以及防止其他因素影响电线的使用寿命。
1.2塑件结构分析
在拟定模具设计方案之前,需要先对塑件进行简单的分析,这样才能选择出合适的方案。
经过一番设想和研究后,先用UG绘制出该塑件的三维立体图,如图1-1所示。
对产品进行分析后可知,该塑件是近似六边形的壳类零件,壁厚均匀,塑件的内部结构也比较简单,无凸台无凹坑。
但因为侧边有个圆孔,无法顺利脱模,所以需要借助侧抽芯机构脱模。
图1-2八角灯头盒二维图
表1-1制品信息
长度
83mm
宽度
72mm
高度
35mm
壁厚
2mm
塑件表面积
26882mm2
塑件体积
29094mm3
1.3材料性能分析
PC强度高,绝缘性能优良,可使用的温度范围广,成形收缩率低,尺寸安定性良好,且相比于ABS耐磨性能更佳,其他性能见表1-2。
表1-2材料性能表
塑件材料
聚碳酸酯(PC)
英文全称
Polycarbonate
密度
1200kg/m3
收缩率
0.5~0.8%
成型温度
230~320℃
应用场合
玻璃,灯罩,录像带,水杯,眼镜片,医用血液分离器,电动工具外壳等
二.模具总体方案设计
2.1分型面位置的确定
在不影响塑件外观质量、精度要求,并且有利于模具加工,浇注系统、排气系统、冷却系统等设置的前提下,再结合对塑件的结构特征分析,选择该塑件的最大截面处为分型面。
如图2-1所示。
图2-1分型面的位置
2.2型腔排布
该塑件的尺寸精度为MT5级,表面质量要求较高,有一个侧通孔,并且需要大批量生产,因此选择一模两腔,如果2-2所示。
这样模具结构简单,不仅方便设置工艺参数,还降低了制造维修的成本和难度。
图2-2型腔排布
一.选择注射机
3.1塑件的体积和质量
图3-1塑件体积
通过UG中测量体可知该塑件的体积V≈29cm3,如图3-1所示。
PC的密度已知为1200kg/m3,即
=1.2g/cm3,可算得单个塑件的质量m:
m=
V=29×1.2=34.8g
由于该塑件采用一模两腔的形式,得出总体积V塑和总质量m塑:
V塑=2V=29×2=58cm3
m塑=2m=34.8×2=69.6g
浇注系统中的凝料V浇=30%×V塑=30%×58=17.4cm3,因此注射成型时实际所需要的注射量V总为:
V总=V塑+V浇=58+17.4=75.4cm3
公称注射量应等于实际注射量的80%,所以公称注射量V公为:
V公=V总/80%=75.4/80%=94.25cm3
3.2注射机的选用
根据计算出来的公称注射量V公=94.25cm3,初选HTF120卧式注射机,其具体参数见表3-1。
表3-1HTF120卧式注射机具体参数
注射量
173cm3
螺杆直径
32cm
注射压力
157Mpa
锁模力
1200KN
模板最大行程
360mm
模具最大厚度
450mm
模具最小厚度
150mm
定位孔直径
100mm
喷嘴球头半径
14mm
注射方式
螺杆式
拉杆内间距
410×410mm
3.3成型工艺参数
表3-2中的成型工艺参数都根据产品塑件的外观形状、尺寸厚薄而定,再结合注射机的数据进行适当调整可以更有利于脱模和提高产品的质量。
表3-2PC注射成型工艺参数
注射机类型
螺杆
螺杆转速
20~40r/min
模具温度
90~110℃
喷嘴温度
230~250℃
注射压力
80~130Mpa
保压压力
40~50Mpa
料筒温度
后段
240~270℃
中段
260~290℃
前段
240~280℃
成形时间
注射时间
0~5s
保压时间
20~80s
冷却时间
20~50s
四.浇注系统的设计
为了可以获得外形轮廓更加清晰、质量更加优良的产品,需要通过浇注系统将塑料熔体传送至型腔各处。
并且要保证充模速度要快而有序,压力损失少,排气条件好,这样方便浇注系统凝料与产品分离或切除,从而不会在产品上留下较大的浇口痕迹。
4.1主流道的设计
上文选择了HTF120卧式注射机,可知喷嘴孔的直径为4mm,喷嘴球头半径为14mm。
根据公式可算出主流道的各部分尺寸,如表4-1所示。
表4-1主流道信息表
小端直径
大端直径
球面半径
主流道设计如图4-1所示。
图4-1主流道的设计
4.2分流道的设计
因为该塑件是一模两腔的设计,所以需要用到分流道。
为了减小流动阻力,使各型腔能够均衡进料,这里选择圆形截面的分流道。
塑件的壁厚为2mm,将分流道直径设置为6mm,长度设置为30mm,如图4-2所示。
图4-2分流道的设计
4.3浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔的通道。
为了保证产品完好且高质量地注射成型,使用一模两腔最常用的侧浇口作为本次设计的进浇方式。
查阅相关资料得PC塑料成型系数为n=0.7,对应塑件厚度t=2.0mm,通过公式计算得侧浇口各项尺寸如表4-2所示。
表4-2侧浇口的设计
深度尺寸
宽度
长度
为了方便去除浇口,取2.0mm
图4-3浇口的设计
4.4浇口套与定位环的设计
浇口套一般都用定位环固定,为了便于拆卸更换,这里采取浇口套与定位环分开的设计,两边用螺钉把定位圈固定在定模座板上。
图4-4浇注系统
五.成型零件的设计
构成模具型腔的零件,比如凹模、型芯、成型杆等就称为成型零件。
成型零件的内部尺寸、强度、材料的热处理和加工性能都是会影响到一副模具的质量以及寿命的重要因素。
成型零件的形状和尺寸精度也直接决定了生产出来的塑件的质量。
5.1动模板和定模板的设计
动模板和定模板的具体机构设计如图5-1,5-2所示。
图5-1动模板
图5-2定模板
5.2型芯和型腔的设计
根据该塑件的形状和一模两腔的设计,且为了不留下痕迹影响塑件的美观,本次设计采用整体式型腔。
利用UG制作出型芯(如图5-1所示)和型腔(如图5-2所示)。
型芯主要用于做成型产品的内表面,型腔则用于做产品的外表面。
图5-1型芯
图5-2型腔
六.侧抽芯机构的设计
该塑件在垂直于脱模的方向上存在一个侧孔,所以需要设计侧抽芯机构进行辅助脱模。
6.1侧抽芯机构
6.1.1侧抽芯距S
侧抽芯距一般比塑件上侧孔的深度大2~3mm,带入公式得:
S=S1+2=6+2=8mm
6.1.2斜导柱倾斜角α的确定
这个α的值不宜过大或者过小,一般取10~20°,最大也不能超过25°。
经过对该塑件的结构分析,所需拔模力不大,这里选择斜导柱的倾斜角取α=18°。
6.1.3斜导柱直径的确定
侧抽芯力的公式为:
F=Ahq(μcosα-sinα)
F:
最大脱模力(N);
A:
活动型芯被塑件包紧断面形状周长(mm);
h:
成形部分深度(mm);
q:
单位面积挤压力一般取8~12M;
μ:
摩擦系数0.1~0.2;
α:
脱模斜度(°)。
所以F=1125N
斜导柱的有效工作长度L
L4=S/sinα=8/sin18°≈26.6mm
查表可知最大弯曲力Fw=2KN,再根据最大弯曲力Fw和高度Hw与斜导柱直径的关系查手册得知斜导柱直径为d=10mm。
6.1.4斜导柱长度的计算
Lz=L1+L2+L3+L4
=h/cosα+(d/2)tanα+S/sinα+(5~10)≈93mm
Lz:
斜导柱总长;
L1:
斜导柱大端斜面中心至滑块端面点长度;
L2:
滑块孔半径在斜导柱上投影长度;
L3:
斜导柱工作长度;
L4:
斜导柱锥度长度,一般取5~10mm。
6.2滑块的设计
滑块是斜导柱机构中的可动零件,滑块与侧型芯既可做成整体式的,也可做成组合式的,针对该塑件的侧孔,这里选择滑块与侧型芯做成组合式的。
其结构如图6-1所示。
由于模具在开模后,滑块必须要停留在方才脱离斜导柱的位置上,不可任意移动,否则合模时斜导柱就不可以准确地进入滑块的斜孔中,从而导致模具被损坏。
而定位装置可以保证滑块离开斜导柱后,能地停留在正确的位置上。
这里采用定位螺钉的形式进行定位。
图6-1滑块的设计
6.3导滑槽的设计
斜导柱驱动滑块是沿着导滑槽移动的,因为该塑件尺寸不是很大所需开模行程也不大,故导滑槽采用组合式,其结构及与滑块的配合如图6-2所示。
图6-2导滑槽的设计
七.脱模机构的设计
在注塑成型的过程中,有一个环节要使塑件产品从模具型腔中脱出,这种脱出产品的机构就叫做脱模机构。
7.1脱模机构的选择
首先脱模机构尽量要设置在动模同侧,保证塑件不会因为推出而损坏变形,并且合模时要可以正确回到原来位置。
其次推出的位置应尽量设在看不见的产品内部或非装饰面上。
根据本次设计的塑件结构特征来看,其内部有足够的空间可以布置推杆。
7.2推杆的布置
虽然推杆数目越多,推出的塑件就会越平整、效果越好,但如果采用过多的推杆也会徒增不必要的制造成本,另外还会影响到型芯和冷却管道的布置。
因此,在首先保证推出稳定、可靠的情况下,应该尽可能的减少推杆数目。
该塑件使用圆形推杆,这些推杆都设置在塑件脱模阻力较大的地方,其分布情况如图7-1所示。
图7-1推杆的布置
7.3脱模力的计算
对于一般产品和通孔壳形产品,按下式计算,并确定其脱模力(Q):
=284.5×20×7.8(0.1×cos1-sin1)
=2013N
:
型芯或凸模被包紧部分的断面周长(cm);
:
被包紧部分的深度(cm);
:
由产品收缩率产生的单位面积上的正压力,一般取7.8~11.8Mpa;
:
磨擦系数,一般取0.1~0.2;
:
脱模斜度(°)。
7.4推杆的直径
因为选择了圆形推杆,其计算公式为:
d:
推杆直径(mm);
L:
推杆长度(mm);
F:
脱塑件的脱模力(N);
E:
推杆材料的弹性模量(Mpa);
n:
推杆数目;
K:
取安全系数1.5。
,取d=6mm。
八.排气系统设计和温度调节系统设计
8.1排气系统设计
塑料注塑模具的型腔,在熔融塑料填充过程中,除了模具型腔内本身就有的空气外,还有一些因塑料受热产生的气体,因此需要排气系统对产品的成型质量起保护作用。
排气的方式可以利用排气槽;利用型芯、镶件、推杆等零件间的配合间隙;利用分型面上的间隙;而对于大中型、深型腔的产品,为了防止其产品在被顶出时造成真空而变形,需要设置进气装置。
本次设计的模具非大型模具,并且分型面位于熔体流动末端,可直接利用分型面间隙排气,不必设置专门的排气槽和进气槽。
8.2温度调节系统设计
模具成型过程中,模具温度会直接影响到塑料熔体的充模、定型、成型周期和产品质量。
模具温度过高,成型收缩大,脱模后产品变形大,并且还容易造成溢料和粘膜;模具温度过低,则熔体流动性差,塑料轮廓不清晰,表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷;当模具温度不均匀时,型芯和型腔温差过大,塑料收缩不均匀,导致塑料翘曲变形,会影响产品的形状和尺寸精度。
综上所述,模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求。
PC推荐的成型温度为160-220℃,模具温度为40~80℃。
8.3冷却系统设计
8.3.1冷却时间的确定
其中冷却时间依塑料种类、产品壁厚而异,一般用下式计算:
t
=
[
·
]
S:
产品平均壁厚,取2mm;
α:
塑料热扩散系数(mm
/s),取0.07;
Ts:
成型温度160-220℃,取200℃;
TE:
平均脱模温度,取80℃;
TM:
模具温度40~80℃,取50℃。
根据计算和经验,冷却时间取30s即可。
PC塑料的模具平均工作温度为60℃,用常温20℃的水作为模具冷却介质,若出口温度25℃,每次注射质量为0.0323kg,注射周期为90s。
PC注射成型固化时单位质量放出热量取∆h=3.5×105J/kg。
8.3.2冷却管道直径的确定
根据冷却水体积流量V查表可初步确定设计冷却水道直径为6mm符合,冷却水速度v=1.76m/s。
8.3.3冷却回路所需的总表面积
与冷却水温度有关的物理系数Φ=7.5,冷却水的表面传热系数为:
成型PC塑料时模具温度应在40℃~80℃,因此模具成型表面的平均温度按40℃计算。
则冷却回路所需总表面积:
8.3.4冷却水道的结构
水道采用直水道直径为6mm,冷却水道其分布如图8-1所示。
图8-1冷却水道的分布
九.导向零件的设计
导向零件主要是用来确保动定模,上下模合模时能够正确定位的。
其主要零件包括导柱和导套。
导向机构一般有导柱导向和锥面定为两种形式,。
导向装置有导向作用、定位作用和承受一定的侧向压力。
9.1导柱
(1)总长度:
导柱定位部分的长度得要比凸模端面的高度要高出8-12mm,防止出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。
(2)形状:
为了能够使导柱便于进入导向孔,我们在导柱的前段都会做成球形或者带一点锥度。
如图所示
(3)材料:
导柱因为在安装的时候会有很大的摩擦和碰撞,因为它的硬度必须的很高,所以我们会选择经过淬火处理过的Y8,T10,这些钢有着比较令人满意的硬度,硬度查表后可知在HRC50~55范围内。
导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8μm,导向部分表面粗糙度Ra为0.8~0.4μm。
(4)配合精度:
导柱固定部分与模板之间一般配合形式按照H7/k6;导柱导向部分采用的H7/F7,H8/f7的配合,是间隙配合。
9.2导套
(1)形状:
跟导柱一样为了能够使导柱快速进入导套,都会在导套的前端部倒一个圆角,一般来说导柱孔需做成通孔,这样不管是排气还是排渣和惨料都比较方便。
(2)材料:
导套和导柱因为一直是配合状态所以有很大的摩擦会磨损,所以推荐导套导柱材料最好是用相同的,避免材料不同硬度不同导致的拉毛损伤。
因为导柱是导向作用的主要零件,所以只能把导套的硬度做得比导柱低,导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8μm。
(3)固定形式及配合精度:
导套用环形槽代替缺口,固定在定模板上。
用H7/f7或H7/k6配合镶入模板。
图9-1导柱和导套
9.3导柱导套的布置
设计导向机构的时候,在要注意其分布,尺寸,数量的前提下,还需要考虑到模具的强度和工艺性。
这里选择在模具四角设置四个导柱配合导套作为导向系统,如图9-2所示。
图9-2导柱导套的布置
十.注塑机的校核
10.1最大注塑量的校核
为确保产品质量,注塑模一次成型的产品质量(包括流道凝料质量)应在公称注塑量的35%~75%范围内,最大可达80%,最小不小于20%。
V
=75.92cm
;所选注射机额定注射量为173cm
,所以满足要求。
10.2锁模力的校核
在确定了型腔压力和分型面面积之后,可以按下式校核注塑机的额定锁模力:
F>KA
·P
模具所需锁模力为:
p腔:
模具型腔内塑料熔体的平均计算压力,常取35Mpa;
A分:
塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和(mm²);
F:
注塑机额定锁模力:
1200KN;
K:
安全系数,取K=1.2;
因此锁模力满足要求。
10.3模具厚度校核
模具厚度必须满足下式:
Hmin
Hm
Hmax
150mm
311mm
450mm
Hm:
所设计的模具厚度311mm;
Hmin:
注塑机所允许的最小模具厚度150mm;
Hmax:
注塑机所允许的最大模具厚度450mm。
模具厚度满足要求。
10.4开模行程的校核
注射机开模行程是有限的,开模行程应该满足分开模具取出产品的需要。
因此,塑料注射成型机的最大开模距离必须大于取出产品所需的开模距离。
为了保证开模后能取出产品又能取出流道内的凝料,需要满足下式:
S:
模具开模行程;
H1:
脱模距离;
H2:
包括浇注系统凝料在内的塑件高度;
则
=50+150+5~10=255mm<360mm满足要求。
综合以上校核分析,最终确定选用型号为HTF120型号注射机进行本次毕业设计。
十一.模具总体结构
11.1模具装配图
图11-1模具装配图
11.2模具三维总装图
图11-2模具三维总装图
十二.总结
时间匆匆而过,毕业设计是大学三年来最后的一个必修环节,同时也是我交给学校的一份满意答卷。
这份答卷展示了我对在学校的所学知识的掌握程度以及在实践中的应用。
虽然毕业设计的过程是比较艰难的,但是其中给我的受益却是匪浅的。
通过这些天自己一步一步地拟定方案、计算校核、确定最终数据,再到三维建模、画图、撰写设计说明书,都让我更深刻地巩固了书本知识,也加强了我操作各种软件的熟练度。
这些都为我以后走上工作岗位打下了坚定而扎实的基础。
参考文献
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机械工业出版社,2001.
[12]陆劲昆等.高级教程.北京:
北京大学出版社,2002.
致谢
由于疫情的原因,不能到校上课,在家态度也比较懒散,再加上对一些软件的陌生和对模具设计步骤的不熟练,导致刚开始的进展十分不顺利。
首先要感谢张翔老师,不厌其烦地在网络另一端指导我们完成了课题申报表、开题报告、任务书、论文等一项又一项任务。
帮我们一遍遍的改正文档格式,不方便直接修改的地方就写批注明确地告诉我们该往什么方向整改。
其次感谢孙庆东老师和池寅生老师,不仅课上时间直播教授Moldflow、Dynaform和UG的使用方法;课后生怕有的同学看不明白,还录操作视频。
通过观看这些教学视频,对我学习软件和进行毕业设计也产生了非常大的帮助。
当然还有尹晨老师,教会了我们如何估算模具价格以及模具的制造工艺。
最后也不能忘了感谢我的同学们,在我好多次写课后作业和做毕业设计不知所措的时候,都是他们帮我答疑解惑。
感恩身边有你们,才成就了现在的我。
我会永远怀念这如诗如歌的三年大学时光。
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