塑料模具工艺性分析.docx
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塑料模具工艺性分析
一、塑件工艺性分析
1.塑件原材料的成型特性分析
ABS是聚苯乙烯的改性产品,是目前产量最大、应用最广的工程塑料。
ABS是不透明非结晶型聚合物,无毒、无味,密度为1.02~1.05g/cm3
ABS具有突出的力学性能,坚固,坚韧,坚硬;具有一定的化学性能和良好的介电性能;具有较好的尺寸稳定性,易于成型和机械加工,成型塑件表面有较好的光泽,经过调色可配成任何颜色,表面可镀铬。
其缺点是耐热性差,连续工作温度为70℃左右,热变形温度为93℃左右,但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高;耐候性差,在紫外线作用下易变硬发脆。
ABS成型性能如下:
(1)易吸水,成型加工前应干燥处理,表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥。
(2)流动性中等,溢边值为0.04mm左右
(3)壁厚和熔料温度对收缩率影响极小,塑件尺寸精度高
(4)比热容低,塑化效率高,凝固也快,故成型周期短。
(5)表观粘度对剪切速率的依赖性很强,因此模具设计中大都采用点浇口形式。
(6)易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。
(7)宜采用高料温、高模温、高注射压力成型。
在要求塑件精度高时,模具温度可控制在50~60℃;而在强调塑件光泽和耐热时,模具温度应控制60~80℃。
(8)顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹,脱模斜度易取2°以上。
2.塑件的尺寸精度和表面质量的分析
该塑件的尺寸精度无特殊要求,所有尺寸均为自由尺寸,未注公差按MT5级查取公差,塑件上的主要尺寸的公差要求如下:
外形尺寸21.50-0.445.80-0.24120-0.32170-0.385.80-0.24内形尺寸3.30+0.24R490+0.6410+0.2060+0。
246.90+0.28
塑件的表面质量无特殊要求。
3.塑件的结构工艺性分析
①从图纸上看,,该塑件左下部有两个均布的加强肋,可增强塑件的强度,减小塑件的变形。
②壁厚相对均匀,且符合最小壁厚的要求,无圆角。
③为使塑件顺利脱模,可在塑件内部及加强肋处增设1°~2°的拔模斜度。
综合来看,该塑件无特殊的结构要求和精度要求,在注射成型生产时,只要工艺参数控制得当,该塑件是比较容易成型的。
4.塑件的生产批量
该塑件的生产类型是大批量生产,因此在模具设计中要提高塑件的生产率,倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模模具,以便降低生产成本。
二、工艺方案的确定
1.塑件的体积和质量
(1)塑件的体积:
V=2*5.8*2.5+(7.5*1.5*2.4-1/2*1.5)*4+2*7.5*1.4*6.9+1/3*14(3*17+2*16.5+√3*17*2*16.5)≈853.33mm³
(2)塑件的质量:
查有关手册,ABS的密度为m=ρv=1.03*853.33*10-3≈0.88g
2.分型面的选择
不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法,都必须先确定分型面,因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。
在选择分型面时,根据分型面的选择原则,考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素,分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处,如下图所示
3.确定型腔数量
由于该单个塑件,体积较小,约为0.85cm³,且此塑件的生产批量为大批量生产,为尽量提高生产率,决定采用一模4件的模具结构,型腔环形分布在型腔板上,这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。
4.初选注塑机
(1)根据该塑件的体积、结构特点和ABS的成型性能,查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数,见下表
塑件的注射成型工艺参数
工艺参数
内容
工艺参数
内容
预热与干燥
温度80~90℃
成型时间/s
注射时间
3~5
时间2h
保压时间
15~30
料筒温度/℃
后段
180~200
冷却时间
15~30
中段
210~230
总周期
40~70
前段
200~210
螺杆转速/(r▪min﹣¹)
30~60
喷嘴温度/℃
180~190
后处理
方法
红外线灯烘箱
模具温度/℃
60~80
温度/℃
70
注射压力/Mpa
70~90
时间/h
2~4
(2)确定模具温度及冷却方式
ABS为非结晶型塑料,流动性中等,壁厚一般,因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温,以缩短冷却时间,从而提高生产率。
所以模具应考虑采用适当的循环水冷却,成型模具温度控制在50~70℃。
(3)确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工,使用一模四腔分布,因此可计算出一次成型过程所用塑料量为:
W=4m+m废=4*0.88+0.88*20%=3.696g
根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件的结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素,参考资料可得,初选SZY-300型螺杆式注射机,螺杆式注射机的主要参数如下:
序号
主要技术参数项目
参数值
1
最大注射量/cm
320
2
注射压力/MPa
125
3
锁模力/KN
1400
4
动、定模模板最大安装尺寸/(㎜*㎜)
520*620
5
最大模具厚度/㎜
355
6
最小模具厚度/㎜
130
7
最大开模行程/㎜
340
8
喷嘴前端球面半径/㎜
12
9
喷嘴孔直径/㎜
φ4
10
定位圈直径/㎜
φ125
三.模具结构的设计
1.浇注系统的设计
浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。
考虑到塑件是采用一模四腔的布置,属于大批量生产等情况,浇口采用对各种塑料的成型适应性均较强,加工和维修方便的侧浇口。
浇注系统的设计如下图所示:
(1)主流道和定位圈的设计
主流道采用可拆卸更换的浇口套,浇口套和定位圈属于注射模具的通用件,设计者尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。
查资料得到SYZ-300型注射机喷嘴有关尺寸:
喷嘴前端球面半径SR0=12㎜;喷嘴孔直径d0=φ4.
根据模具主流道和喷嘴的关系:
SR=SR0+(1~2)㎜,
d=d0+0.5㎜,取:
主流道球面半径SR=14㎜(取标准值);主流道的小端直径d=φ4.5㎜.
为了便于将凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为2°~4°。
计算其大端直径约为φ4㎜,同时为了使熔料顺利进入分流道,在主流道出料端设计R=1~5㎜的圆弧过渡。
该模具的浇口套和定位圈设计如图1、图2.图1
图2
(2)分流道的设计
分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。
该塑件的体积不大,形状也不算太复杂,且壁厚均匀,采用一处进料方式,缩短分流道长度,有利于塑件的成型和外观质量的保证。
本任务从便于加工的方面考虑,采用截面形状为半圆形的分流道如下图,查有关资料取R=5mm
(3)浇口的设计
根据塑件的型腔分布情况,选用如下图所示的侧浇口,浇口的位置选择在塑件最右端处,不影响塑件的外观。
(4)冷料穴的设计
冷料穴用于储存流动熔体前端的冷料头,避免这些冷料进入型腔影响塑件质量或堵塞浇口。
冷料穴设置在主流道的末端和分流道的转向位置处,其长度通常为浇道直径d的1.5~2倍。
2.型腔布置
对于一模多件的模具型腔布置,在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下,尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。
本模具采用一模四腔,型腔中心对称分布,如下图所示:
3.成型零件的结构设计
(1)型腔设计
考虑到该塑件的型腔不算复杂,塑件的尺寸较小,以及冷却水道的布置方便等,决定采用结构简单紧凑的整体式型腔。
(2)型芯设计
组合式型芯可节省贵重模具钢,便于机械加工和热处理,修理及更换方便,同时也有利于型芯冷却和排气。
由于该塑件有加强肋,考虑到型芯加工制造方便和降低模具成本,故采用组合式型芯。
4.推出结构设计
根据该塑件的形状特点,其推出机构可采用推杆和推件板推出,其中,推件板推出机构可靠,顶出力均匀,不影响塑件的外观,但制造困难,成本高;推杆推出机构简单,推出平稳,虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹,但不影响塑件外观,所以还是选择推杆推出。
5.冷却系统的设计
该塑件采用大批量生产,应尽量缩短成型周期,提高生产效率;ABS为非结晶型塑料,流动性中等,因此,采用冷却水冷却,冷却水道开在定模板。
四.主要零部件计算
1.型零件的成型尺寸
该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算,查有关手册得ABS的收缩率为0.4%~0.7%,故平均收缩率SCP=(0.4%+0.7%)/2=0.55%=0.0055,根据塑件尺寸公差要求,模具制造公差取δZ=△/4,成型零件尺寸计算如下:
型腔的计算:
径向尺寸公式为:
(Lm)0+δZ=[(1+SCP)LS-0.75△]0+δZ
170-0.38=[(1+0.0055)*17-0.75*0.38]0+0.095=16.800+0.095
16.50-0.38=[(1+0.0055)*16.5-0.75*0.38]0+0.095=16.310+0.095
20-0.2=[(1+0.0055)*2-0.75*0.2]0+0.05=1.860+0.05
30-0.2=[(1+0.0055)*3-0.75*0.2]0+0.05=2.870+0.05
5.80-0.24=[(1+0.0055)*5.8-0.75*0.24]0+0.06=5.650+0.06
60-0.24=[(1+0.0055)*6-0.75*0.24]0+0.06=5.850+0.06
6.90-0.28=[(1+0.0055)*6.9-0.75*0.28]0+0.07=6.730+0.07
型腔深度公式为:
(Hm)0+δZ=[(1+SCP)HS-2/3△]0+δZ
120-0.32=[(1+0.0055)*12-2/3*0.32]0+0.08=11.850+0.08
20-0.2=[(1+0.0055)*2-2/3*0.2]0+0.05=1.880+0.05
21.50-0.44=[(1+0.0055)*21.5-2/3*0.44]0+0.11=21.320+0.11
490-0.64=[(1+0.0055)*49-2/3*0.64]0+0.16
型芯的计算:
径向尺寸公式为:
(lm)0-δz=[(1+SCP)ls+0.75△]0-δz
3.30+0.24=[(1+0.0055)*3.3+0.75*0.24]0-0.06=3.500-0.06
10+0.2=[(1+0.0055)*1+0.75*0.2]0-0.05
型芯高度公式为:
(hm)0-δz=[(1+SCP)hs+2/3△]0-δz
8.50+0.28=[(1+0.0055)*8.5+2/3*0.28]0-0.07=8.730-0.07
50+0.24=[(1+0.0055)*5+2/3*0.24]0-0.06=5.190-0.06
2.模具型腔壁厚的确定
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用,应有足够的刚度和强度,本模具的型腔采用的是整体式,因此可用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚度S和型腔底板厚度T.
(1)型腔侧壁厚度S的计算
1按刚度条件计算
S钢≥{cph4/E[δ]}⅓=(0.031*30*19.54/2.2*105*21.35)⅓≈0.3㎜
式中c-由h/l决定的系数,查表得c=0.031:
;
p-型腔内最大熔体压力,可取注射成型压力的25%~50%,p取30Mpa;
h-型腔深度,h=19.5mm;
E-模具钢的弹性模量,一般中碳钢E=2.1*105Mpa,预硬化塑料模具钢E=2.2*105Mpa;
[δ]-模具刚度计算许用变形量,查表得[δ]=25i2=25*(0.45*W1/5+0.001*W)=25*(0.45*21.51/5+0.001*21.5)=21.35㎜
②按强度条件计算
S强≥{3ph2(1+Wα)/[σ]}½={3*30*19.52*(1+0.108*0.27)/30½
≈10.84mm
式中p-型腔内最大熔体压力,取30Mpa;
h-型腔深度,h=19.5mm;
W-抗弯截面系数,由h/l决定,查表得W=0.108;
α-型腔的边长比,α=b/l=5.8/21.5=0.27;
[σ]-模具强度计算许用应力,一般中碳钢[σ]=160Mpa,预硬化塑料模具钢[σ]=300Mpa。
(2)型腔底板厚度T的计算
①按刚度条件计算
T钢≥{c′pb4/E[δ]}1/2=(0.0226*30*124/2.2*105*21.35)1/2≈0.142mm
式中c′-由型腔边长比l/b决定的系数,查表得c′=0.0226;
p-型腔内最大熔体压力,可取注射成型压力的25%~50%,p取30Mpa
b-型腔宽度,b=12mm;
E-模具钢的弹性模量,一般中碳钢E=2.1*105Mpa,预硬化塑料模具钢E=2.2*105Mpa;
[δ]-模具刚度计算许用变形量,查表得[δ]=25i2=25*(0.45*W1/5+0.001*W)=25*(0.45*21.51/5+0.001*21.5)=21.35㎜
②按强度条件计算
T强≥{α′pb2/[σ]}1/2=(0.4*30*122/300)1/2=2.4mm.
式中α′-由型腔长度与型腔宽度之比决定的系数,查表得
α′=0.4;
p-型腔内最大熔体压力,可取注射成型压力的25%~50%,p取30Mpa
b-型腔宽度,b=12mm;
[σ]-模具强度计算许用应力,一般中碳钢[σ]=160Mpa,预硬化塑料模具钢[σ]=300Mpa。
根据以上刚度、强度的计算,得出型腔的壁厚要求为:
型腔侧壁厚度S≥10.84mm;型腔底板厚度T≥2.4mm.
3.推出机构的设计
采用推杆推出机构,由于该塑件的脱模力不太大推杆的布置空间足够,所以无须用繁琐的计算方法确定推杆的尺寸大小,可以根据经验选取d=φ8㎜的国家标注推杆,注意保证推出距离大于型芯的凸出长度2~3㎜,即推出距离大于8.5㎜。
4.标准模架的确定
综合考虑本塑件采用一模四腔中心对称分布、浇口、型腔的壁厚要求、塑件的尺寸大小,冷却水道的布置等多项因素,估算型腔模板的概略尺寸,查表选取标准模架的尺寸为250mm*230mm*30mm,选用A2型标准模架,标记为A2-250230-30-Z1GB/T12555-2006。
五.注射机有关参数的校核
1.注射量的校核
在一个注射成型周期内,注射模具内所需的塑料熔体总量(mi)与模具浇注系统的容积和型腔容积有关,即
mi=Nms+mj
式中N-型腔数量;
Ms-单个制品的质量或体积,g或cm3;
Mj-浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积,g或cm3。
已知N=4、ms=0.88g、经估算mj≈0.47g,则mi≈3.99cm3.
SZY-300型螺杆式注射机的最大注射量为mI320cm3﹥3.99cm3.
2.模具闭合高度的确定
组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有:
定模座板为H1=30mm
型腔板为H2=35mm
型芯固定板为H3=35mm
支承板为H4=35mm
垫铁为H5=70mm
动模座板为H6=25mm
则该模具闭合高度为H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=230mm
3.模具安装尺寸的校核
该模具的外形最大部分尺寸为280mm*250mm,SZY-300型螺杆式注射机的动、定模模板最大安装尺寸为520mm*620mm,允许的最小模具厚度Hmin=130mm,最大模具厚度Hmax=355mm,即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模板最大安装尺寸,模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件,故该模具满足SZY-300型螺杆式注射机的安装要求。
4.模具开模行程的校核
注射机的开模行程是有限的,取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模行程,开模行程的校核关系式为
S﹥h1+h2+a+(5~10)
式中S-注射机的最大开模行程,查相关资料得SZY-300型螺杆式注射机的最大开模行程S=340mm;
h1-塑件脱模所需的推出距离,该塑件的脱模推出距离为9.5mm
h2-塑件的高度(不包括浇注系统高度),该塑件的高度为8.5mm
a-取出浇注系统凝料所需的分模距离,取出该塑件的分模距离为21.5mm.
计算得h1+h2+a+10=9.5+8.5+21.5+10=49.5mm﹤S=340mm
以上分析证明,SZY-300型螺杆式注射机能满足要求,故可以采用。
根据校核结论,将SZY-300型螺杆式注射机填入塑件的成型工艺卡中。
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