烤架手柄塑件注射模设计.docx
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烤架手柄塑件注射模设计.docx
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烤架手柄塑件注射模设计
南京工程学院
毕业设计说明书(论文)
作者:
王长江学号:
205040827
学院(系、部):
材料工程学院
专业:
材料成型及控制工程(模具设计)
题目:
手柄塑料件注射模设计
指导者:
评阅者:
2008年6月南京
毕业设计说明书(论文)中文摘要
本文主要介绍了烤架手柄塑料件的注射模设计,其材料为PP。
根据PP塑料的工艺特性和产品的使用要求,分析了烤架手柄的结构特点和成型工艺。
通过应用MoldFlow软件对塑件进行流动模拟分析,确定了塑件的注射模结构以及工作过程。
采用PRO/E软件进行3D分模,对模具进行了成型零部件、浇注系统、侧向抽芯机构、推出脱模机构及冷却系统的设计分析。
最后,完成模具总装图设计及主要零件图的绘制,从而确保模具结构的可靠性、合理性和实用性。
关键词烤架手柄注射模设计Pro/E
TitleTheinjectionmolddesignofthewarmerhandle
Abstract
Thispaperdescribestheinjectionmolddesignofthewarmerhandle.ThematerialofwarmerhandleisPP.AccordingtotheprocessingpropertyofPPandtheproduct’soperatingrequirement.Thestructureandmanufacturabilityofwarmerhandlewasanalyzed.ThroughmakinguseofMoldFlowsoftwaretoflowsimulateanalysesaninjectionmouldstructureanditsoperatingprocesswasdetermined.MakinguseofPro/Esystemtosetup3Dmoldopening,designingthemoldingpart,runnersystemcrossrangeejectingmechanism,resetmechanismandthecoolingsystem.Intheend,drawnthemoldgeneralassemblydrawingandmajorpartsdrawing,accordingly,ensuremouldstructure’ssecurity,rationalityandpracticability.
KeywordswarmerhandledesignofinjectionmouldPro/E
毕业设计说明书(论文)英文摘要
前言
塑料制品的使用越来越泛,在很多方面,它己成为金属制品的替代物。
塑料模具作为成型方式中的一种,是家用电器、汽车和航空航天等领域中塑料制品的重要生产工具。
并且随着塑料工业的迅猛发展,人们对塑料制品的质量要求越来越高,外形在满足性能要求的同时也变得越来越复杂,而且产品品种多、更新快、价格低,市场竞争剧烈。
据统计,日本一万多家模具企业中,生产塑料模具的就占40%;韩国模具专业厂中生产塑料模的占43%。
塑料模具是塑料产品开发中至关重要的一个环节,也是批量产品得以投放市场的先决条件。
在塑料模具中,由于注塑模具能够一次成型形状复杂、尺寸精确的制品,适用于高效率、大批量的自动化生产方式,使其在塑料模中的占用量超过了50%以上,是塑料制品成型的主要方法。
因此,为了适应市场竞争对塑料模具的交货期短、质量好、价格低的要求,模具制造行业就必须以最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出塑料模具来。
在今天这样激烈竞争的环境中,客户对缩短注塑模具设计和制造周期的要求日益迫切。
缩短模具设计和制造周期,成了模具企业间竞争取胜的重要因素之一。
与模具成型零件变化多样相比,模具基本结构和常用零部件的变化要少得多。
设计中相当一部分时间花在结构类似的零部件设计和绘图上。
可见,缩短这些常用零部件的设计时间,能极大地提高模具设计的效率和缩短模具的交货期。
因此,对引进CAD/CAE/CAM系统,进行本地化、用户化的二次开发具有重要的实际意义。
通过建立必要的标准模架库,充分地发挥计算机和CAD软件的功能,才能达到缩短模具设计周期,提高模具设计水平的目的,使科学技术转化为实实在在的生产力。
模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程。
塑料模CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量,塑料模CAD/CAE/CAM技术的重要性正逐渐被模具界所认识,其中注塑模具应用软件的发展引人注目。
据统计,在国外,注射模采用CAD技术的比例约占所有不同模具CAD技术的75%,在我国,注射模CAD技术也在不断地应用和推广中。
本文结合烤架手柄注射模具的设计实例,理论联系实际,通过查阅大量资料采用图例和文字相结合的方法介绍了模具设计基本过程和技巧。
在本次设计中,采用了PRO/E、AUTOCAD软件做了3D造型和2D绘图。
最后还运用MOLDFLOW软件对零件的成型过程做了模拟分析,使模具结构得到了优化。
当然由于能力有限,难免有不足之处,望阅者多多指教。
第一章塑料模具设计简介
1.1塑料模具技术的发展现状和趋势
模具生产技术是衡量一个国家制造工艺水平的重要标志之一。
而塑料模具在模具占有非常重要的地位。
从总体上看,塑料注射模具的基本发展趋势是朝高效率、高精度、高寿命方向发展。
为了提高塑料制品生产效率,在模具结构上将向多型腔、自动装卸料、节能省料方向发展。
为了充分发挥注塑机的潜力,发展了多层多腔模具,多工位多腔模具。
热流道模具应用范围正在逐渐扩大。
已发展应用于微型注射件,热敏性材料的注射成型等等,以及多层多腔注射模,热流道装置已成为专门的商业产品。
测温控制系统的发展改善了注射件的尺寸精度和成型效率。
冷却系统不单对型腔进行冷却,对滑块、型芯都进行冷却,从而构成空间的立体冷却系统。
这些技术的应用,解决了注射成型中模温、模压、溢料等问题,使产品的内应力分布趋于合理,减少了废品率。
在设计方法上,用计算机模拟塑料成型时的料流速度,温度控制,流动方式以及应力场的分布等,使模具达到最优的参数和结构选择,得到最佳的浇注系统和冷却系统,减少反复试模的工作量。
在加工技术上,机械与电子技术日益密切结合,更多地采用数控、数显、计算机控制,如采用数控铣床、光学曲线磨床、高精度电火花加工机床和紧密镗床、数控雕刻机等高精度、高效率的加工设备。
这使模具精度越来越多地由设备来保证,减少了对人工技巧的依赖性。
新型电加工工艺已发展成为一种与其他工艺相结合的复合加工工艺。
实现高层次的自动化是目前电火花加工的一个发展方向。
喷雾电火花加工也是新近发展起来的电火花加工技术。
这种新加工方法,对改变电火花加工后材料表面的金相属性有重要意义,在实际应用中有较大的价值。
我国模具材料及应用技术较落后。
塑料模具的设计、制造水平仅相当于先进工业国家70年代中期的水平;热处理工艺还停留在采用普通热处理方式,真空热处理工艺尚不完善。
为使我国模具工业有较大发展,除加强加工与检测设备的研究外,对材料及其处理工艺的研究也应得到足够的重视。
1.2塑料制件的设计原则
塑料制件主要是根据使用要求进行设计。
要想获得优质的塑件,塑件本身必须有良好的结构工艺性,这样不仅可使成型工艺得以顺利进行,而且能得到最佳的经济效益。
塑件的设计视塑料成型方法和塑料品种性能不同而有所差异。
塑件的设计原则是在保证使用性能、物理性能、力学性能、电气性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能等前提下,尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料。
同时还应力求结构简单、壁厚均匀、成型方便。
在设计塑件时,还应考虑其模具的总体结构,使模具型腔易于制造,模具抽芯和推出机构简单。
塑件形状有利于模具分型、排气、补缩和冷却。
此外,在塑件成型后尽量不再进行机械加工。
在塑料制件时,应考虑以下几点:
(1)为了便于塑件从成型零件上顺利脱出,必须在塑件外表面沿脱模方向设计足够的斜度。
一般斜度取30′~1°30′。
(2)在满足制件结构各使用要求的条件下,尽可能用较小的壁厚。
并且同一塑件的壁厚应尽可能均匀一致,否则会因冷却和固化速度不均产生附加应力。
(3)加强肋的布置应考虑到其方向尽量与熔体充模流动方向一致,以避免熔体流动干扰、影响成型质量。
(4)制件的两相交平面之间尽可能以圆角过渡,避免因锐角而造成应力集中,同时采用圆角过渡可增加塑件的美观程度和增加塑件的强度。
(5)孔与孔的中心距应大于孔径(两者中的小孔)的2倍,孔中心至边缘的距离为孔径的3倍。
孔周边的壁厚要加大,其值比与之相装配件的外径大20%~40%,以避免收缩应力所造成的不良影响。
(6)为增加塑件螺纹的强度,防止最外圈螺纹可能产生的崩裂或变形,应使其始末端留出一定距离。
当考虑螺纹螺距收缩率时,塑件与金属螺纹的配合长度不能太长,一般不大于螺纹直径的1.5倍(或7~8牙)。
(7)塑件上标记的凸出高度不小于0.2mm,线条宽度一般不小于0.3mm,通常以0.8mm为宜。
两条线的间距不小于0.4mm,边框可比字高出0.3mm以上。
(8)铰链部分厚度应减薄一般为0.2~0.4mm,且其厚度必须均匀一致,壁厚的减薄处应以圆弧过渡。
1.3注射模设计要点
(1)模具的结构和基本参数是否与注射机规格相匹配。
(2)模具是否具有合模导向机构,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)是否会与型芯咬合。
(7)是否需要排气结构,如果需要,其设置情况是合理。
(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)支承零部件装配关系是否合理。
(10)外形尺寸能否保证安装,紧固方式选择得是否合理可靠,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钉。
第二章烤架手柄塑件成型工艺性分析
2.1塑件结构分析
烤架手柄属于小型塑件,如图2.1所示,其壁厚为1.5mm,其外形尺寸为46.42mm×24.14mm×22.09mm。
烤架手柄外形结构具有复杂的曲面,四周都有圆角过渡。
要求塑件表面美观、光洁、无明显熔接痕、银丝和流痕,同时不产生明显的翘曲变形。
塑件一侧带有侧孔,下部由一个深为23mm的方形孔。
塑件侧孔需采用侧抽芯机构;可设置一侧型芯,利用侧滑块和斜导柱驱
图2.1烤架手柄
动,这样便于分型。
烤架手柄下部由一个不规则方形孔,为了便于模具制造,利于脱模、简化模具结构,以及便于修模、节约成本,本人采用小型芯镶件成型。
否则,型芯部分加工困难,且成型小孔部分易弯曲,磨损,损坏之后将导致整个型芯报废,难以修复。
无形中增加了模具的制造成本。
2.2PP塑料注射成型特性
2.2.1PP塑料特性
(1)物理性能:
聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物,密度只有0.90~0.91g/cm3,是目前所有塑料中最轻的品种之一。
它对水特别稳定,在水中24小时吸水率仅为0.01%。
成型性好,但因收缩率大,厚壁制品易凹陷。
制品表面光泽好,易于着色。
(2)力学性能:
聚丙烯的结晶度高,结构规整,因而具有优良的力学性能,其强度和硬度、弹性都比HDPE高,但在室温和低温下,由于本身的分子结构规整度高,所以冲击强度较差,分子量增加的时候,冲击强度也增大,但成型加工性能变差。
PP最突出的性能就是抗弯曲疲劳性。
(3)热性能:
PP具有良好的耐热性,熔点在164~170℃,制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌,在不受外力的,150℃也不变形。
脆化温度为-35℃,在低于-35℃会发生脆化,耐寒性不如聚乙烯。
(4)化学稳定性:
聚丙烯的化学稳定性很好,除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外,对其它各种化学试剂都比较稳定,但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使PP软化和溶胀,同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高,所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件,防腐蚀效果良好。
(5)电性能:
聚丙烯的高频绝缘性能优良,由于它几乎不吸水,故绝缘性能不受湿度的影响。
它有较高的介电系数,且随温度的上升,可以用来制作受热的电气绝缘制品,它的击穿电压也很高,适合用作电气配件等。
抗电压、耐电弧性好,但静电度高,与铜接触易老化。
(6)耐候性:
聚丙烯对紫外线很敏感,加入氧化锌、碳黑或类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。
2.2.2PP塑料成型性能
(1)结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。
(2)流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔、凹痕、变形。
(3)冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度,模具温度低于50℃时,塑件不光滑,易产生熔接不良,90℃以上易发生翘曲变形。
(4)塑料壁厚须均匀,避免缺胶、尖角,以防应力集中。
(5)PP料从280℃附近开始劣化,所以加热温度宜在270℃以下操作,其分子配向性很强,在低温成型时,易因分子配向而翘曲及扭曲,应注意。
2.3PP塑料注射成型工艺参数
PP塑料注射成型工艺参数如表2.1所示。
表2.1PP塑料注射成型工艺参数
工艺参数
塑料名称
PP
注射机
螺杆式
温度
料筒温度/℃
185-200
喷嘴温度/℃
200-220
模具温度/℃
20-70
压力
注射压力/Mpa
70-90
时间
注射时间/S
3-5
保压时间/S
15-30
冷却时间/S
15-30
总周期/S
40-70
螺杆转速(R/min)
30
收缩率(%)
0.3-0.4
后处理
方法
红外线灯,鼓风烘干
温度/℃
60-90
时间/h
1
备注
—
通用级
第三章成型设备与模架的选用
3.1注射机的选择
对于模具设计,必须首先选则合适的注塑机型号,以确定额定注射量、最大注射压力、最大锁模力、模具的安装尺寸及开模行程等技术规范后,才能进行下面真正的模具设计。
根据塑件的形状及尺寸,计算其在分型面上的投影面积和塑件以及浇注系统的质量,计算所需锁模力、总注射物料量,然后初选设备。
由于制品的由许多曲面构成,形状复杂,首先利用Pro/E软件的分析工具中的投影面积功能对制品在分型面上的投影面积进行计算与测量。
在Pro/E软件里打开三维模型,利用分析测量功能对制品的表面积、体积、质量进行分析与计算。
根据软件计算得出结果如下:
塑件在分型面上的投影面积A=34070.5mm2
塑件体积V=2836mm3
塑件密度0.90~0.91g/cm3
所以塑件的质量
M=2.836×0.905=2.567g
从生产批量上考虑,年产量为30万件,以一周六个工作日来计算,一年的工作日约为365×6/7=312.9天。
假设采用一模两件生产方式,则每天需要完成的产量为:
300000/312=961.5≈962件
若每天的生产时间为10小时,则产品所需要的成型周期为
60×60/(962/10)≈37.42秒/件。
所以本设计采用一模四腔的模具族,并考虑塑件的收缩率为1.6%,实际所需PP材料体积为
V=2.836×4×0.905×(0.016+1)≈10.632g
加上浇注系统及冷凝料材料体积约为15g
所以初选设备为XS-ZY-125其主要技术规格如下表3.1所示。
表3.1设备主要技术规格
额定注射量/cm
125
模具最大厚度/mm
300
螺杆直径/mm
42
模具最小厚度/mm
200
注射压力/Mpa
120
动定模固定板尺寸/mm
428×458
注射行程/mm
115
拉杆空间/mm
260×290
注射时间/s
3.0
合模方式
液压—机械
螺杆转数/r/min
21、27、40、50
液压泵流量L/min
100、12
注射方式
螺杆式
液压泵压力/Mpa
6、5
锁模力/KN
900
电动机功率/Kw
40、5.5
最大成型面积/mm
320
加热功率/Kw
11
最大开合模行程mm
300
螺杆驱动功率/Kw
4
喷嘴圆弧半径/㎜
12
喷嘴孔直径/㎜
4
推出形式
两侧推出,中心距为230mm
3.2模架的选择
根据型腔的布局可看出,型腔嵌件分布尺寸为160×120,又根据型腔侧壁最小厚度,再考虑到导柱、导套及连接螺钉布置应占的位置和采用推杆推出等各方面问题,确定选用模架为龙记模胚序号为2525,模架结构为A2的形式,如图3.1所示。
3.1模架
各模板尺寸的确定:
此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字
需要整套设计请联系q:
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4.1烤架手柄分型面
4.2确定型腔数量及排列方式
为了提高生产率和经济性,平衡浇注系统并保证塑件的精度,设计时要合理确定型腔数目和排列方式。
分析塑件的结构特点并考虑所选注射机的型号,将模具设计为一模四腔。
侧孔向外排列以实现侧抽芯顺利进行,其型腔排列方式如图4.2所示。
4.3浇注系统的设计
浇注系统的作用是,将来自注塑机喷嘴的熔融塑料输送到各型腔中。
浇注系统的形状和尺寸将对熔融塑料的充填产生很大的影响。
浇注系统设计得好,熔融塑料就能顺利地充满型腔;浇注系统设计不合理,则会出现型腔充填不满
或塑件外观质量差、尺寸精度低等缺陷。
浇注系统一般都由四部分组成:
主流道、分流道、浇口、冷料穴。
对浇注系统设计的具体要求是:
(1)对模腔的填充迅速有序,可同时充满各个型腔;
图4.2型腔排列方式
(2)对热量和压力损失较小,尽可能消耗较少的塑料;
(3)能够使型腔顺利排气:
(4)浇注系统凝料容易与塑料分离或切除
(5)不会使冷料进入型腔,浇口痕迹对塑件外观影响很小;
4.3.1主流道设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道,是熔体最先流进模具的部分,它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响,因此,必须使熔体的温度降和压力损失最小。
(1)主流道被套形式
本设计虽然是小型模具,为了损坏时方便更换和维修,主流道通常单独开设在主流道衬套上,PP的成型压力比较大,为了防止熔体反压力对衬套的反作用力并使其退出,故选用A型结构如图4.3所示。
(2)主流道尺寸
根据所选注射机,则主流道小端尺寸为
d=注射机喷嘴尺寸+(0.5~1)=4+1=5mm
主流道球面半径为
SR=喷嘴球面半径+(0.5~2)=12+0.5=12.5mm
图4.3主流道衬套
(3)主流道配合形式
主流道衬套与定模板采用过渡配合H7/m6,所以其尺寸为直径
mm,定模板上对应的孔直径为:
mm,配合长度为
mm与定模座板用间隙配合H9/f9,故尺寸为
mm,定模座板上对应的孔
mm。
4.3.2分流道设计
在多型腔或单型腔多浇口(塑件尺寸大)时应设置分流道,分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。
它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前,通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。
因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态,并在流动过程中压力损失尽可能小,能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
(1)分流道布置形式
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态,使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔,因此,采用平衡式分流道,如图4.4所示。
(2)分流道长度
第一级分流道L1=32.5mm
第二级分流道L2=10.33mm
(3)分流道形状、截面尺寸及凝料体积
1)形状及截面尺寸为了便于机械加工及凝料脱模,本设计的分流道
图4.4分流道布置
设置在型面上动模一侧,截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。
梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大,一般采用下面的经验公式来确定截面尺寸,
即
(4.1)
式中
B——梯形大底边宽度(mm);
m——塑件质量(g);
L——分流道的长度(mm);
B=0.2654
×
=1.015mm
根据参考文献[1]取B=4mm。
mm,取H=3mm
分流道L1截面形状如图4.5所示。
从理论上L2分流道可比L1截面小10%,但为了刀具的统一和加工方便,在分型面上的分流道采用一样的截面。
2)凝料体积
分流道长度
mm
图4.5分流道截面形状
分流道截面积
mm2
凝料体积
mm3=1.116mm3
(4)分流道的表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有内部塑料熔体的流动状态较为理想,因面分流道的内表面粗糙度Ra不宜太小,以防将冷料带入型腔,一般取1.6μm左右即可,这样表面稍不光滑,可增大外层塑料熔体的流动阻力,有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定,减小流速,从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差,以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
此外,为了有利于塑料的流动和填充,防止产生反压力,消耗动能,分流道与浇口的连接处既在浇口进料口端导圆过渡。
4.3.3浇口设计
浇口是模具浇注流道的最后一部分,它一端与浇注流道中的其他流道相连接,熔融材料就是从这端流入浇口的;它的另外一端直接与模具型腔相连接,这一端非常重要,如果与模具的型腔接触面积过大,将直接导致生成的零件与设计的零件条件不相符;但是如果与模具型腔接触太小,可能导致熔融材料无法及时补充进入模具型腔,前面的已经冷却凝固,而后面的熔融材料还没有补充进来,造成产品充填不足,导致零件产品出现缺陷。
(1)选择浇口类型
浇口的形式有很多种,直浇口、侧浇口、扇形浇口、点浇口等,每种浇口都有其自己实用的情况。
综合分析,本设计采用侧浇口,与其它浇口相比,它有许多优点,如浇口的截面形状简单,加工方便;浇口截面小,去除浇口较容易,且不留明显痕迹。
对浇口能进行精密加工;修正浇口尺寸方便,迅速,即使注塑模已经安装在注塑机上,也能进行修正;常用的成型材料均可选用这种浇口。
(2)浇口的位置
浇口的位置选择是非常重要的,最好能够保证材料能够同时均匀的填满整个模具型腔,浇口与模具型腔的接触位置也需要注意,最好是平面接触。
初步试模后还需进一步修改浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大,因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节,同时浇口位置的不同还影响模具结构。
总之要使塑件具有良好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选择,通常要
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