线圈骨架注塑模设计含CAD图纸.docx
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线圈骨架注塑模设计含CAD图纸
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内容摘要:
本课题主要是针对线圈骨架的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。
该课题从产品结构工艺性,具体从模具结构出发。
对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、推出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都进行详细的设计说明,同时并要求简单的编制模具的加工工艺,通过整个设计过程说明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。
设计的主要任务是线圈骨架注塑模具的设计,以实现自动化提高产量。
针对线圈骨架的具体结构,该模具是侧浇口的单分型面注射模具。
由于塑件有侧凹,固采用斜导柱的侧抽芯结构形式。
通过模具设计表明该模具能达到线圈骨架的质量和加工工艺要求。
关键词:
塑料模具、线圈骨架、斜导柱、侧滑块、侧抽芯
Abstract:
Thistopicmainlyaimedatthemolddesignofcoilform.Throughtheanalysisandcomparisonoftheplasticproduct,theplasticmoldwasdesigned.Thistopiccamefromthetechnologycapabilityofproduct,thepourssystem,theinjectionmoldingsystemandtherelatedparameterexamination,themoldtookshapethepartialstructures,theagainstsystem,thecoolingsystemallhadthedetaileddesign,atthesametime,theprocessingcraftofthemoldweresimplyestablished.Throughtheentireprocessofthedesignindicatedthismoldcanachievetheprocessingcraftwhichthecoilformrequested.
Keyword:
PlasticMold,Thecoilform,AnglePin,SliderSide,SideAction
前言
随着中国当前的经济形势的日趋好转,在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下,中国的制造业也日趋蓬勃发展;而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一,模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高,并能获得极大的经济效益,因而引起了各国的高度重视和赞赏。
在日本,模具被誉为“进入富裕的原动力”,德国则冠之为“金属加工业的帝王”,在罗马尼亚则更为直接:
“模具就是黄金”。
可见模具工业在国民经济中重要地位。
我国对模具工业的发展也十分重视,早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中,就把模具的发展作为机械行业的首要任务。
近年来,塑料模具的产量和水平发展十分迅速,高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。
注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内,塑料受热熔化后,在注塑机的螺杆或活塞的推动下,经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内,塑料在其中固化成型。
本次毕业设计的主要任务是线圈骨架注塑模具的设计。
也就是设计一副注塑模具来生产线圈骨架塑件产品,以实现自动化生产,提高产量。
通过此次设计,使我加深对注塑模具设计的理解和认识。
同时,通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等,结合教材上的知识对注塑模具的组成结构(成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、模温调节系统等)进一步理解认识,拓宽视野,丰富知识,建立模具设计的基本框架和思路,为将来独立完成模具设计积累经验。
图1-1线圈骨架
名称:
线圈骨架
材料:
ABS
数量:
30万件
精度等级:
5级
丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)
基本特性:
ABS是由丙烯晴,丁二烯,苯乙烯共聚而成的非结晶型的高聚物。
这三种组分各自的特性,使ABS具有良好的综合力学性能。
ABS呈浅象牙色或白色,不透明,无嗅,无毒,能缓慢燃烧。
其密度为3——7g/cm³。
它既具有聚苯乙烯的光泽和成型加工性能,又有聚丙烯晴的刚性、耐曲性和优良的机械强度,同时还发挥了橡胶组分所具有的优良的抗冲击强度,:
ABS有坚韧、硬质、刚性的特征,电性能良好,耐药品、耐磨,尺寸稳定,易着色。
ABS可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型等方法成型。
主要用途:
ABS是一种综合性能优良、在工程中广泛应用的新型材料。
ABS树脂的最大应用领域是汽车、电子电器和建材。
汽车领域的使用包括汽车仪表板、车身外板、内装饰板、方向盘、隔音板、门锁、保险杠、通风管等很多部件。
在电器方面则广泛应用于电冰箱、电视机、洗衣机、空调器、计算机、复印机等电子电器中。
建材方面,ABS管材、ABS卫生洁具、ABS装饰板广泛应用于建材工业。
此外ABS还广泛的应用于包装、家具、体育和娱乐用品、机械和仪表工业中。
成型特点:
ABS的热稳定性好,不易出现降解现象。
ABS的吸水率较高,加工前应进行干燥处理。
一般制品的干燥条件为温度80—85℃,时间2—4h;材料湿度应保证小于0.1%。
ABS在升温时粘度增高,成型压力较高,故塑件上的脱模斜度亦稍大。
ABS容易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力,ABS在正常的成型条件下,壁厚,熔体温度对收缩率的影响极小。
ABS塑料的加工特性
1)无定形料,其品种号牌多,各品种的机电性能及成型特性各有差异,应按品种确定成型方法及成型条件。
2)吸湿性强,必须充分干燥,要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
3)流动性中等,溢边料左右。
(流动性比聚苯乙烯差,但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好)
4)比聚苯乙烯加工困难,宜取高料温、模温,料温对物性影响较大、料温过高易分解
5)模具设计时要注意浇注系统选择进料口位置、形式、顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹,脱模斜度应取2度以上。
1.2塑件成型工艺参数的确定
塑料特性:
密度:
3——7g/cm³
计算收缩率:
0.3%-0.8%
成型条件:
注射成型机类型:
螺杆式或注塞式均可
预热温度:
80—85℃预热时间:
2—3h
料筒前段温度:
180-200℃中段:
165—180℃后段:
150-170℃
喷嘴温度:
170—180℃
模具温度60-80℃
注射压力:
100-140MPa
注射时间:
20—90s高压时间:
0—5s冷却时间:
20—120s
总周期:
50—220s
螺杆转速(r/min):
30
后处理:
红外线灯、烤箱
温度:
70℃时间:
2—4h
2.1模具的基本结构
塑件采用注射成型生产。
因为塑件有侧凹,所以模具应用侧抽芯的注射模具结构。
并采用侧浇口浇注系统形式。
由于塑件外形呈圆筒形没有特别要求,宜采用推杆推出;塑件的形状也比较大,型芯的尺寸也比较大,型芯的结构形式宜采用组合式型芯结构;对于一边的侧凹可用斜导柱带动侧向分型机构采用侧向抽芯。
2.2确定型腔数目及布置
塑件形状较简单、质量较小、生产批量大,所以应使用多型腔注射模具。
考虑到塑件有内凹,需侧向抽芯,所以模具采用一模二腔,平衡式型腔布置,这样模具结构尺寸较小,制造加工方便,生产效率高塑件成本低。
型腔布置如图2-1所示。
图2-1型腔布置
分型面是决定模具结构形式的一个重要因素,他与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺有关,因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键步骤。
分型面的设计原则是:
1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处;2)分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模;3)分型面的选择应保证塑件的精度要求;4)分型面的选择应满足塑件的外观质量要求;5)分型面的选择要便于模具的加工制造;6)分型面的选择应有利于排气。
根据分型面的设计原则,由于制品的形状较规则,将模具的分型面设在最底端。
2.4浇注系统的确定
浇注系统是指在模具中由注射机喷嘴到模具型腔之间的进料通道。
主流道为圆锥形,主流道的锥角取4°μm小端直径d取5mm,长度L通常由模板的长度决定,一般不超过60mm,为了防止主流道与注射机的喷嘴处产生溢料,而造成流道凝料脱出困难,主流道与注射机喷嘴处应紧密对接,为此主流道对接处应制成半球型凹坑,凹坑的深度h为3—5mm,凹坑半径SR应比喷嘴头半径大1—2mm—1mm。
主流道的基本尺寸确定:
锥角α为
-1mm,d=5。
主流道球面半径应比注射机喷嘴球面半径大1-2mm所以R=20mm。
主流道浇口套的结构所示:
图2-2主流道浇口套
在一模两腔式的模具结构中,常采用的的浇口形式是侧浇口。
分流道的截面采用梯形结构,根据型腔的布置可知,分流道的长度为50mm,制件的质量为15g,因此可知,分流道的尺寸为:
因此在这里取梯形大底边的宽度为3mm,梯形的高度取
,梯形的侧面斜角应在
-
之间。
侧浇口的厚度a=2mm,宽度
=2mm,长度L=2mm。
侧浇口的尺寸如图2-3所示。
图2-3侧浇口
图2-4浇注系统
2.5确定推出方式
注射成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为推出机构。
推出机构的基本设计要求是:
1)设计推出机构时应尽量使塑件留在动模一侧;2)塑件在推出过程中不发生变形和损坏;3)不损坏塑件的外观质量;4)合模时应使推出机构正确复位;5)推出机构应动作可靠。
根据塑件的质量要求和外观特征,由于塑件外形比较简单,呈圆筒形,所以可以使用推杆一次推出机构完成塑件的推出,这种方法结构简单、由于设置推杆的自由度较大,而且推杆截面大部分为圆形,制造、修配方便,容易达到推杆和模板或型芯上推杆孔的配合精度,推杆推出时运动阻力小,推出动作灵活可靠,推杆损坏后也更易更换,因此,推杆推出机构是推出机构中最简单最常见的形式。
2.6确定侧向抽芯方式
由塑件的外形可知,塑件的侧面有圆形的侧凹,因此模具应设置侧向抽芯机构。
斜导柱侧向分型与抽芯机构是在开模力或推出力的作用下,斜导柱驱动侧型芯完成侧向抽芯或侧向分型的动作。
由于斜导柱侧向分型与抽芯机构结构紧凑、动作可靠、制造方便,因此在本模具中采用该侧抽芯机构。
该机构一般用于抽拔力不大且抽芯距小于60-80mm的场合。
由于抽芯距离较短,抽芯力较小,所以选用滑块抽芯机构。
侧抽芯拔模力F=AP(μcos30′-sin30′)
塑件包络型芯面积:
A=π(R2–r2×10-3m2
塑件对型芯的收缩应力p与塑件的几何形状、塑料品种、成型工艺有关,取p=1ⅹ107Pa;取塑料在热状态下对钢的摩擦系数μ=0.2;侧型芯的脱模斜度。
。
则
×10-3×1×107××cos0.5-sin0.5)
×103
=2.8kN(2-1)
2.7确定模温调节系统
模具温度是指模具型腔和型芯的表面温度。
模具温度是否合适、均一与稳定,对塑料熔体的冲模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状、外观和尺寸精度都有重要的影响。
模具中设置温度调节系统的目的就是要通过控制模具的温度,使注射成型塑件有良好的产品质量和较高的生产效率。
由于该制件的材料为ABS,成型温度较高,要求模具的温度应为60-70℃,因此应在模具中设置温度调节系统。
2.8确定排气方式
当塑料熔体充填模具型腔时,必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模外。
如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净,塑件上就会形成气泡、产生焊接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷,另外气体的存在还会产生反压力而降低冲模速度,因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。
常用的排气方法有三种:
1)利用配合间隙排气;2)在分型面上开设排气槽;3)利用排气塞排气。
对于简单的小型模具,可以利用推杆,活动型芯、活动镶块以及型芯与模板的配合间隙进行排气。
由于两个制品的尺寸比较小,利用分型面、推板、型芯的配合间隙排气即可。
2.9模具结构方案
根据塑件的要求、塑料的成型特点和型腔的布局,选用的模架为A2架,模具结构为单分型面侧向抽芯模具,模具打开的距离应大于塑件的高度和侧抽芯的要求,以便能够顺利取出制品。
3.1粗略计算制品的体积和质量
这部分的计算主要用于粗略估计和注射机的选用,因此不需要精密计算。
制品的体积和质量的计算,在这里采用各个部分相加的方式算出。
由pro/e分析可得:
mm3
=
×ρ=(3-1)
ρ—ABS塑料的密度,通常取/
3.2粗略计算浇注系统的体积和质量
浇注系统的体积和质量在这里也制作粗略计算。
分流道的长度取30mm,主流道的长度也取50mm。
=3×3×π×30+(8+6)×5/2×50
=2597
×/
=(3-2)
3.3总体积和总质量的计算
总体积和总质量,由以上粗略计算的塑料制件和浇注系统的体积和质量的和得出。
由于采用双型腔,因此制件的质量和体积均要加倍。
=
×2+
=(式3-3)
=
×2+
(3-4)
=
ABS的密度为/
满足注射量
≥
式中
—额定注射量(
)
—塑件与浇注系统凝料体积和(
)
≥
(3-5)
注射压力
查表可得ABS塑料成型是的注射压力:
≥
查表可以得到ABS塑料成型时的注射压力
=100-140MPa
锁模力:
≥pF
式中p—塑料成型时型腔压力,ABS塑料的型腔压力p=60-80MPa;
F—浇注系统和塑件在分型面上的投影面积(
)
各型腔及浇注系统及在分型面上的投影面积(
)
F=(25×25××10×3.14)×2+3×3×3.14+8×50
pF=45×
4.1注塑机的选用
根据以上分析、计算,查表(塑料成型工艺与模具设计)可以得到初选注射机的型号为G54-S200/400。
表4—1注射机G54-S200/400的有关技术参数
额定注射量:
200-400cm3
拉杆空间:
290×368
注塑压力:
109MPa
最大开模行程:
260mm
注射行程:
160mm
最大成型面积:
645cm3
喷嘴圆弧半径:
18
锁模力:
2540KN
模具最小厚度:
165mm
动定模固定板尺寸:
532×634mm
模具最大厚度:
406mm
注射方式:
螺杆式
合模方式:
液压-机械
喷嘴孔直径:
4mm
4.2标准模架的选用
在模具设计时,应根据塑件图样及技术要求,分析、计算、确定塑件形状类型、尺寸范围、壁厚、孔形及孔位以及材料性能等,选用合适的标准模架。
选用标准模架的要点如下:
模具厚度H和注射机的闭合距离L,应满足
。
开模行程与动、定模分开的间距与推出塑件所需行程之间的尺寸关系,应满足在取出塑件时的注射机开模行程应大于取出塑件所需的动、定模分开的间距,而模具推出塑件距离须小于液压缸的额定顶出行程。
选用的模架在注射机上安装时,模架外形尺寸不应受注射机拉杆间距的影响;定位孔径与定位环尺寸需配合良好;注射机推出杆孔的位置和顶出行程是否合适;喷嘴孔径和球面半径是否与模具的浇口套孔径和凹球面尺寸配合;模架安装孔的位置和孔径与注射机的移动模板及固定板上的相应螺孔相配。
选用模架应符合塑件及其成型工艺的技术要求。
综合考虑本塑件采用一模两腔平衡布置、型腔壁厚的要求、塑件尺寸大小、冷却水道的布置等多项因素,估算型腔模板的概略尺寸,查相关表选取A2型标准模架。
完全满足工艺性和注射机的要求。
5.1凹模的结构设计
凹模按结构的不同可以分文为整体式和组合式两种结构形式,主要根据塑件的外形而定。
整体式凹模结构是在整块金属板上加工而成。
其特点是牢固,不易变形,不会使塑件产生拼接线痕迹。
但其加工困难,热处理不方便。
组合式凹模结构是指型腔是由两个以上的零部件组合而成,按组合方式不同,组合式凹模结构可分为整体嵌入式、局部嵌入式、底部嵌入式、侧壁嵌入式和四壁拼合式等形式。
该模具塑件的外形较简单,因此可以用整体式机构。
5.2型芯的结构设计
成型塑件内表面的零件称为凸模或型芯。
按结构型芯可分为整体式和组合式两种。
整体式结构牢固,但不便加工,消耗的模具钢多。
组合式主要用于形状复杂的型芯结构中。
这种结构将型芯单独加工后再镶入模板中,设计这种型芯时要特别注意结构的合理性,应保证各部分的强度,防止热处理时变形且应避免尖角与壁厚突变。
根据该模具的塑件结构可知,如果该模具的型芯采用整体式结构,则会较难加工,特别是工件中部的拐角很难实现其精度要求,若将其设计为组合式结构,可将凹槽里的便面转化为外圆表面,这就容易加工的多了。
因此在这套模具中,型芯的结构采用组合式结构。
5.3成型零件工作尺寸的计算
成型零部件工作尺寸是指直接用来构成塑件型面得尺寸。
计算成型零部件工作尺寸要考虑的因素很多,在模具设计中应根据塑件的材料、几何形状、尺寸精度等级及影响因素等进行设计计算。
主要考虑的因素有:
1)塑件的收缩波动率;2)模具成型零件的制造误差;3)模具成型零件的磨损;4)模具安装配合误差。
一般根据成型零件工作尺寸计算的经验公式进行计算,其主要参数有:
塑件的基本尺寸Ls
塑件公差Δ
制造公差δz=1/3Δ
平均收缩率S=0.5%
型腔最小尺寸Lm
型芯最小尺寸lm
中心距平均尺寸Cm
具体数据计算如下表:
表5—1成型零件尺寸
类别
零件名称
塑件尺寸
计算公式
工作尺寸
凹模
径向
尺寸
型芯
径向
尺寸
高度
尺寸
0
中心距
定位尺寸
0
合模导向机构是保证动、定模在合模时,正确地定位和导向的零件。
合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式,通常采用导柱导向。
在这里我们选用导柱导向。
导向机构的作用主要有以下三点:
(1)定位作用。
模具闭合后,保证动、定模位置正确,保证型腔的形状和尺寸精度。
(2)导向作用。
合模时,首先是导向零件接触,引导动、定模准确闭合,避免型芯先进入型腔造成成型零件的损坏。
(3)承受一定的侧向压力。
μμm。
导柱固定端与模板之间采用H7/m6的过渡配合,导柱的导向部分通常采用H7/f7的间隙配合。
μμm。
7.1推出力的计算
塑件注射成型后,塑件在模内冷却定形,由于体积收缩,对型芯产生包紧力,当其从模具中推出时,就必须先克服因包紧力而产生的摩擦力。
塑件刚开始脱模时,所需的摩擦力最大,其后,推出力的作用仅仅是为了克服推出机构移动的摩擦力。
推出力的基本计算方式为:
(7-1)
×107—3.9×107Pa;模内冷却的塑件,p取0.8×107—1.2×107Pa。
μ为塑料和金属型芯的摩擦系数。
α为拔模斜度。
计算的推出力的大小为0.46Pa。
7.2推出机构的动作
由于选择的推出机构为推杆推出,推杆推出机构设置的推杆的自由度较大,而且推杆截面大部分为圆形,制造修配方便,容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度,推杆推出时运动阻力小,推出动作灵活可靠,推杆损坏后便于更换,因此,推杆推出机构是推出机构中最简单,最常见的形式。
是由一块与凸模按一定的配合精度相配合的模板和推杆所组成,随着推出机构开始工作,推杆将制品从型芯上推出。
合模时,设置有专门的复位杆复位。
由于塑件有侧凹,则选择用斜导柱侧向分型与抽芯机构进行侧向分型,从而达到成型的要求。
8.1斜导柱的设计
斜导柱的工作端可以是半球形也可以是锥台形,由于车削半球形较困难,所以绝大部分斜导柱设计成锥台形。
设计成锥台形时,其斜角应大于斜导柱的倾斜角2o-3o的大间隙配合。
斜导柱固定端的挂台应在装入模板后铣平。
根据侧型芯的长度为22mm,设计侧抽芯的距离应为侧型芯的长度加2-3mm,因此确定侧抽芯距离为S=25mm。
斜导柱的倾斜角应在12-22度之间,在此我们选择α=20度。
斜导柱的工作部分尺寸L=S/sinα=74mm。
斜导柱的总长度可根据模板厚度和斜角得出。
其形状如图8-1所示:
图8-1斜导柱长度
8.2侧滑块的设计
侧滑块是斜导柱侧向分型与抽芯机构中的一个重要零件,一般情况下,他与侧向型芯组合成侧滑块型芯,称为组合式侧滑块。
在侧滑块简单且容易加工的情况下,也可以将侧滑块和侧型芯制成一体的形式,称为整体式侧滑块。
由于侧型芯的结构简单,在这里我选用整体式侧滑块。
斜导柱的侧抽芯机构工作时,侧滑块是在有一定精度要求的导滑槽内沿一定的方向做往复移动的。
这就要求设计合理的导滑槽,最常用的是T形槽和燕尾槽,在这套模具中,我选用T形槽形式的导滑槽。
如图8-2所示。
图8-2侧型芯滑块
侧滑块侧抽芯机构中,还必须设置楔紧块楔紧,如果没有楔紧块,侧向力就会通过侧滑块传给斜导柱,使斜导柱发生变形,甚至降低塑件侧向凹凸处的尺寸精度。
这套模具设计中,单独设计了楔紧块。
楔紧块常采用螺钉固定的形式,其结构简单,加工方便,应用较为广泛。
在这里由于楔紧块的宽度较大,可以采用螺钉固定,这样可以便于加工,和拆卸方便。
其外形如图8-3所示。
图8-3楔紧块
注射入模具中的热塑性熔融树脂,必须在模具内冷却固化才能称为塑件,所以模具温度必须低于注射入模具型腔内的熔融树脂温度,即达到玻璃化温度以下的某一温度范围。
为了提高成型效率,一般通过缩短冷却时间的方法来缩短成型周期。
对于本模具来说,由于ABS要求的成型温度为160-240℃,要求模具的温度应为60-80℃,因此要设置冷却回路来达到降温成型,提高成型速率的目的。
9.1冷却回路的尺寸确定
冷却回路所需的总表面积可按下式计算:
(9-1)
其中:
A为冷却回路总表面积,
;
M为单位时间内注入模具中树脂的质量,kg/h;
·kg;
a为冷却水的表面传热系数,W/(m2·K);
为模具成型表面的温度,℃;
为冷却水的平均温度,℃
冷却水的表面传热系数a可用如下公式计算:
(9-2)
其中:
ρ为冷却水的密度,kg/m3;
v为冷却水的流速,m/s;
d为冷却水孔直径,m;
Φ为与冷却水温度有关的物理系数,在平均水温20℃时,取7.5。
冷却回路总长度L可用下式计算:
(9-3)
L为冷却回路总长度,m;
A为冷却回路总表面积,m2;
d为冷却水孔直径,mm。
一般水孔的直径可根据塑件的平均壁厚来确定。
平均壁厚为2mm时,水孔直径可取8—10mm;平均壁厚为2-4mm时,水孔直径可取10-12mm;平均壁厚为4-6mm时,水孔直径可取10-14mm。
在这里由于塑件平均厚度为2mm,水孔直径取8mm。
9.2冷却水路的布置
设置冷却效果良好的冷却水回路的模具是缩短成型周期、提高生产效率最有效的方法。
冷却水路设置的基本原则有:
(1)冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大;
(2)冷却水道离模具型腔表面的距离为10-15mm;(3)水道出入口的布置应注意,在浇口处加强冷却和冷却水道的出入口温差应尽量小;(4)冷却水道应尽量沿着塑料收缩方向设置;(5)冷却水道的布置应尽量避开塑件易产生熔接痕的部位。
在本模具中,由于侧面有侧抽芯,不能在左右的侧面设置,而前
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