机器人腰部零件注塑模具设计.docx
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机器人腰部零件注塑模具设计
摘要
本次设计就是将机器人腰部零件作为设计模型,将注塑模具的相关知识作为依据,阐述塑料注塑模具的整体设计过程。
该毕业设计的内容是机器人腰部零件的注塑模具,材料为ABS,根据其结构形状特点以及通过对机器人腰部零件成型工艺的正确分析,确定型腔的总体布局,选择分型面,确定脱模方式,设计浇注系统等;同时本文对注塑模具进行简要介绍,对注塑模具中的主要零件进行设计计算,在设计过程中着重考虑其生产实际中的经济性和合理性。
关键词:
塑料模具;参数化;镶件;分型面;成型
Abstract
Theprocessingofproducts.Referredtoastheplasticparts.plasticmoldingproductsarewidelyused.Especiallyintheelectronicinstrumentelectricalequipment,communicationtools,etctoobtainalargenumberofapplications.
Thisdesignintroducedtheinjectiontakesshapethebasicprinciple,speciallysingleisABSdividedtheprofiletoinjectthemoldthestructureandtheprincipleofwork,tocasttheproducttoproposethebasicprincipleofdesign;Introducedindetailthecoldflowchannelinjectionevilspiritmoldpoursthesystem,thetemperaturecontrolsystemandgoesagainstthesystemthedesignprocess,andhasgiventheexplanationtothemoldintensityrequest;Finallyintroducedproductdesign,andledthewraptotheguidepillartocarryontheparametrizationdesign.
Keyword:
Theplasticmold;theparametrization;;inlays;dividestheprofile;Model.
目录
诚信申明I
摘要II
AbstractIII
第一章前言1
1.1模具介绍1
1.2模具在加工工业中的地位1
1.3模具的发展趋势1
第二章该塑件材料分析和工艺性分析2
2.1材料分析5
2.2工艺分析7
2.2.1尺寸及精度8
2.2.2表面粗糙度10
2.2.3形状12
2.2.4斜度13
第三章拟定成型工艺14
3.1制件成型方法14
3.2制件的成型参数15
3.3确定型腔数目16
3.3.1计算制品的体积和重量17
3.3.2型腔数目的确定主要参考以下几点来确定18
3.3.3模具型腔数目的确定18
第四章浇注系统的设计19
4.1制件在模具中的位置19
4.1.1型腔的布置20
4.1.2分型面的选择21
4.2确定浇口形式及位置21
4.3主流道的设计22
4.4流道的设计22
4.5冷料穴的设计22
第五章成型零部件的设计23
5.1成型零部件的结构设计23
5.2成型零部件工作尺寸计算24
5.3成型零部件的强度与刚度计算24
第六章结构零部件的设计24
6.1选用标准注射模架25
6.2定模板与动模板的设计25
第七章推出机构的设计26
第八章抽芯机构设计26
第九章注塑机参数校核26
9.1最大注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核27
9.2开模行程的校核27
9.3模具与注射机安装相关部分尺寸校核27
结论28
参考文献29
致谢30
第一章前言
1.1模具介绍
模具的作用是控制和限制材料(固态或液态)的流动,使之形成所需要的形体。
用模具制造零件以其效率高,产品质量好,材料消耗低,生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具主要类型有:
冲模、锻摸、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模等。
除部分冲模以外的上述各种模具都属于腔型模,因为它们一般都是依靠三维的模具型腔是材料成型。
其中塑料模约占模具总数的35%,分额最大而且有继续上升的趋势。
塑料模主要包括压塑模,挤塑模,注射模,此外还有挤出成型模,泡沫塑料的发泡成型模,低发泡注射成型模,吹塑模等。
1.2模具在加工工业中的地位
模具是工业生产中的重要工艺装备,模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一,是国际上公认的关键工业。
模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
它在很大程度上决定着产品的质量,效益和新产品的开发能力。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分,又是高新技术产业化的重要领域。
模具在机械,电子,轻工,汽车,纺织,航空,航天等工业领域里,日益成为使用最广泛的主要工艺装备,它承担了这些工业领域中60%~90%的产品的零件,组件和部件的生产加工。
振兴和发展我国的模具工业,正日益受到人们的关注。
1.3模具的发展趋势
20世纪80年代开始,发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来,并发展成为独立的工业部门,其产值已超过机床工业的产值。
改革开放以来,我国的模具工业发展也十分迅速。
近年来,每年都以15%的增长速度快速发展。
许多模具企业十分重视技术发展。
加大了用于技术进步的投入力度,将技术进步作为企业发展的重要动力。
此外,许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。
模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。
今后,我国要发展成为世界制造强国,仍将依赖于模具工业的快速发展,成为模具制造强国。
尽管我国模具工业有了长足的进步,部分模具已达到国际先进水平,但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要,每年仍需进口10多亿美元的各类大型,精密,复杂模具。
与发达国家的模具工业相比,在模具技术上仍有不小的差距。
今后,我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新,以缩小与国际先进水平的距离。
(1)注重开发大型,精密,复杂模具;随着我国轿车,家电等工业的快速发展,成型零件的大型化和精密化要求越来越高,模具也将日趋大型化和精密化。
(2)加强模具标准件的应用;使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。
因此,模具标准件的应用必将日渐广泛。
(3)推广CAD/CAM/CAE技术;模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向,可显著地提高模具设计制造水平。
(4)重视快速模具制造技术,缩短模具制造周期;随着先进制造技术的不断出现,模具的制造水平也在不断地提高,基于快速成形的快速制模技术,高速铣削加工技术,以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
1.4模具设计流程
通过对模具专业的学习,掌握了常用材料在成型过程中对模具的工艺要求,掌握模具的结构特点及设计计算的方法,以达到能够独立设计一般模具的要求。
在模具制造方面,掌握一般机械加工的知识,金属材料的选择和热处理,结合模具结构的特点,根据不同情况选用模具加工新工艺。
毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用,综合检验大学期间所学的知识。
本模具设计流程:
课题调研,查阅有关资料
塑件的工艺分析及工艺方案的确定
模具结构的总体方案设计
模具的结构参数及工艺性能参数的设计计算
模具的装配图、零件工作图的设计
编写设计说明书和技术文件
第二章该塑件材料分析和工艺性分析
2.1材料分析
机器人腰部零件的零件图如下图所示,该塑件的材料为ABS,我们知道,ABS材料的表面光泽度较好,且没有毒,颜色呈淡黄色,没有气味,非常适合成为人们日常需要经常接触到的产品的材料。
从相关资料可知,ABS材料轻盈,密度小,所以操作起来很方便,不费力,随着模具工业的发展,ABS材料在模具产品的制造中占有不可替代的地位。
相信不久的将来,塑料工业的发展也会带来ABS材料的进一步发展,包括它的力学性能,表面光泽度等等各个方面。
图2-1产品图
2.2工艺分析
本次设计的工件是机器人腰部零件,根据图2-1,我们可以知道,该塑件比较复杂,所以我们要尽可能保证设计出的模具能够注塑出无裂痕,划伤,缺陷等等因素的合适的产品出来。
2.2.1尺寸及精度
从零件图可知,机器人腰部零件不大,材料为ABS,密度较小,所以采用一般精度等级来制造该产品,具体的技术指标和工艺参数件一下表格:
表2.1ABS主要技术指标和工艺参数
密度g/㎝3
1.02~1.16
注射机类型
螺杆式
比容㎝3/g
0.86~0.98
预热
干燥
度℃
80~95
吸水率%
0.2~0.4
时间h
4~5
纠缩率%
0.4~0.7
料简
温度
℃
后段
150~170
熔点℃
130~160
中段
165~180
热变形
温度℃
0.45MPa
90~108
前段
180~200
1.8MPa
83~103
喷嘴温度℃
170~180
抗拉屈服强度MPa
50
模具温度℃
50~80
拉伸弹性模量MPa
1.8×103
注射压力MPa
60~100
弯曲强度MPa
80
成
型
时
间S
高压时间
0~5
硬度HB
9.7
保压时间
15~30
后
处
理
方法
红外线灯、烘箱
冷却时间
15~30
温度℃
70
成型周期
40~70
时间h
2~4
螺杆转速r/min
0.4~0.7
2.2.2表面粗糙度
塑件的外观要求越高,表面粗糙度应越低。
一般模具表面粗糙度,要比塑件的要求低1~2级。
塑件的表面粗糙度一般为Ra0.8~0.2μm。
2.2.3形状
产品外形尺寸为116㎜×65.1㎜×27.15㎜。
塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。
2.2.4斜度
为了便于从塑件中抽出型心或从型腔中脱出塑件,防止脱模时拉伤塑件,在设计时必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度。
ABS在升温时粘度增高,所以成型压力较高,故塑件上的脱模斜度宜稍大,要有足够的脱模斜度
防止顶角。
第三章拟定成型工艺
3.1制件成型方法
根据工件的特征以及所使用的材料,我们选择注射成型来加工这个产品。
3.2制件的成型参数
根据制品结构特点及选定的原料ABS,可拟定如下工艺参数
塑料名称:
ABS密度(g/cm³):
1.02~1.05
计算收缩率(%):
0.5
模具温度(℃):
50~60
注射压力(MPa):
60~100
适应注射机类型:
柱塞式
料筒温度
喷嘴温度
/℃
模具温度
/℃
注射压力
/MPa
注射机类型
后/℃
中/℃
前/℃
180~190
50~70
70~90
螺杆式
150~170
180~190
200~210
成型时间
螺杆转数(r/min)
注射时间
/s
保压时间
/s
冷却时间
/s
成型周期
/s
3~5
5~15
5~15
15~40
30~60
后处理
备注
方法
温度/℃
时间/h
红外线烤箱
70
0.3~1
原材料应干燥0.5h以
3.3确定型腔数目
3.3.1计算制品的体积和重量
通过三维制图UG软件测量得:
单件塑件投影面积S=5541.26㎜2;单件塑件体V=19381.67㎜3
查有关资料可知ABS的密度为1.02~1.05g/cm3则单件塑件重量m=20.06g
3.3.2模具型腔数目的确定
1)由于该工件较小,然后考虑到注射机的成型锁模力,我们采用一模两腔的设计思路来设计该模具。
2)同时考虑到注射机的额定注射量以及产品的制作精度,模具的型腔数不能太多,所以在这里综合以上因素,决定采用一模两腔来制作该产品,故模具的型腔数目为两个。
3.3.3模具型腔数目的确定
一模两腔的模具所需要的锁模力和注射量都在注射机额定的范围内,且制作出来的产品精度比较容易控制,外形不易变形,所以采用一模两腔来制作加工机器人腰部零件这个产品。
第四章浇注系统的设计
4.1制件在模具中的位置
4.4.1型腔的布置
主要考虑制件在分型后能保留在动模上以便脱模,并结合制件的结构特征应将型腔设置在定模侧,型芯设置在动模侧。
4.4.2分型面的选择
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析,应遵循以下几项的设计原则:
1)分型面应选择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
从以上几条分型原则可知,我们应该选择最大的投影面积来作为分型面,同时还要考虑到模具所制造出来产品的加工精度以及外形尺寸,本次设计的是机器人腰部零件,通过该工件的零件图可知,我们选择机器人腰部零件最大的投影面作为分型面,其中分型线如下图绿色线所示:
4.2确定浇口形式及位置
对浇注系统进行设计时,一般应遵循如下基本原则:
(1)了解塑料的成型性能
(2)尽量避免或减少熔接痕
(3)有利于型腔中气体排出
(4)防止型芯的变形和嵌件的位移
(5)尽量采用较短的流程充满型腔
(6)流动距离比和流动面积比的校核
为了提高成型效率和综合考虑以上的基本设计原则并结合制件质量要求,本模具应采用潜伏浇口,由产品底部进料。
浇口位置如图4—2所示
浇口直径可以根据经验公式计算
d=(0.14~0.20)
式中d—浇口直径(mm)
—塑件在浇口处的壁厚(mm)
A—型腔的表面积㎜2
d=(0.14~0.20)
×20303.8≈1.0mm
(浇口直径也可根据经验值取d=1.0mm)
浇口锥角取
浇口倾斜角取
4.3主流道的设计
主流道是连接注射机喷嘴与流道的一段通道,通常和注射机喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,带有一定锥度
1)主流道设计成圆锥型,其锥角为1°~6°,内壁粗糙度Ra取0.4um
2)主流道大端成圆角,半径r=1~3mm,以减小料转向过度时的阻力
3)在模具结构允许的情况下,主流道尽可能短,一般小于100mm,过长则会影响流体的顺利充型
4)对于小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式,但在大多数情况下将主流道衬套与定位圈设计成两个零件,主流道衬套与定模板采用H7/m6过度配合与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合
根据系统工况,我们决定使模具与浇口套的配合公差为H9/f9的配合。
定位圈在模具安装调试时应插入注射机定模板的定位孔内,用于模具与注射机的安装定位。
定位圈外径比注射机定模板上的定位孔径小0.2mm以下。
浇口套与模板的配合为H7/m6
4.4流道设计
流道设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。
4.4.1流道的形状与尺寸
该注塑模的流道的形状与尺寸和所需要注塑产品的大小有直接关系,如果需要加工出来的产品很大的话,流道的截面就要大,相反地,如果需要注塑出来的产品很小的话,流道的截面就要窄,可以说,流道的大小与产品的大小,以及注射机的注射量,锁模力等等各个方面都有着密切的关系。
这需要根据产品的具体形状尺寸来确定。
4.4.2流道的长度
具体尺寸根据型腔的太小而定
4.4.3流道的表面粗糙度
流道是注塑模具中影响到产品外观以及结构的重要因素,可以说流道系统的设计的好与坏直接关系到该模具加工出来的产品的好与坏,所以设计出合理的流道是一个优秀模具必须具备的。
设计流道的过程中,需要考虑到流道的散热性能,以及塑料的流动性能等等多方面的因素。
4.4.4流道在分型面的布置形式
流道在分型面的布置形式如上图4-2
根据以上设计参数校核流动比
式中
—流动比距离
Li—模具中各段料流通道及各段型腔的长度(mm)
ti—模具中各段料流通道及各段型腔的截面厚度(mm)
=60/3.5+37/5+4.5/5+2
/2+140/2=98mm
因为影响流动比的因素主要是塑料的流动性,ABS塑料的流动性为中等,经查有关资料可知ABS允许的流动比[
]=210~110,所以
〈[
]
4.5冷料穴设计
通常情况下,冷料穴位于该注塑模的动模板上面,这样更近地接近工件,当塑料被注射进型腔后,冷料穴就开始发挥作用了,可以使注塑出的塑件很快冷却,从而起到了冷却塑件,保证其力学性能的作用。
流道冷料穴当流道较长时,可将流道的尽头沿料流前进方向延长作为流道冷料穴,以贮存前锋冷料,其长度为流道直径的1.5~2倍。
本模具采用Z形拉料杆,具体设计的图4-3所示。
图4-3拉料杆
第五章成型零部件的设计
5.1成型零部件的结构设计
成型零部件是注塑模具设计中起到决定因素的一部分,产品的外观,综合力学性能,精度,表面光洁度等等方面都是依靠成型零部件的精度来控制的,例如型腔、型芯、凹模板,垫板等等都属于成型零部件,在注塑模的设计中,成型零部件的作用非常重要,把握好成型零部件之间的配合,精度等等因素是决定一副模具好与坏的根本所在,其中,成型零部件的设计主要包括以下几个方面:
5.1.1型腔结构设计
根据课题我们知道,型腔的结构形式就决定了机器人腰部零件外部的结构形式,通过分析机器人腰部零件这个产品,我们可以选择整体镶入式型腔,因为整体镶入式型腔可以有效地节约成型零部件的制作成本,并且其力学性能满足工况要求,更换方便快捷。
5.1.2型芯及镶件结构设计
我们知道,型芯和镶件主要是用来成型机器人腰部零件内部结构的成型零部件,通过分析机器人腰部零件这个产品,我们知道,其内部凸台较多,所以我们可以选择把凸台做成较大的镶件来减少模具钢的使用率,从而进一步来节省原材料,降低成本。
5.2成型零部件工作尺寸计算
5.2.1成型零部件性能
成型由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触,它必须有以一些性能:
1、必须具有足够的强度、刚度,以承受塑料熔体的高压;
2、有足够的硬度和耐磨性,以承受料流的摩擦和磨损;
3、通常进行热处理,使其硬度达到HRC45。
以上;
4、切削加工性能好,热处理变形小,可淬性良好;
5、熔焊性能要好,以便修理;
5.2.2型腔、型芯工作部位尺寸计算
经查有关资料可知ABS塑料的收缩率是0.3%~0.8%
平均收缩率为:
S=(0.3%+0.8%)/2=0.55%
型腔工作部位的尺寸:
型腔径向尺寸
型腔深度尺寸
型芯径向尺寸
型芯高度尺寸
中心距尺寸
式中L—塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸(mm)
l—塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸(mm)
H—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸(mm)
h—塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸(mm)
C—塑件中心距基本尺寸的平均尺寸(mm)
x—修正系数,取0.5~0.75
△—塑件公差(mm)
—模具制造公差,取(1/3~1/4)△。
各工作部位尺寸计算结果详见相应零件图纸所标明
5.3成型零部件的强度与刚度计算
为了方便加工和热处理,其型芯整体镶嵌式,型腔为整体镶嵌式。
因此,型腔的强度和刚度按型腔整体式计算。
由于型腔壁厚计算比较麻烦,也可参考经验推荐数据。
5.3.1强度、刚度计算
设计好一套模具,必须考虑到它的强度和刚度方面,因为模具是在高温下面作业的,并且高压,所以校核各个结构零部件的强度和刚度是必须的。
只有这样,才能更好地使模具应用的时间长,使用方便,维修少。
(1)塑件成型过程中不产生溢料
粘度特性
塑料品种
允许变形值[δ]
中粘度塑料
ABS
≤0.05
(2)保证塑件的尺寸精度
塑件尺寸
经验公式[δ]
<10
Δi/3
>10~50
Δi/[3(1+Δi)]
>50~200
Δi/[5(1+Δi)]
(3)保证塑件顺利脱模
[δ]〈tS=1.4×0.8%=0.0112
式中[δ]—保证塑件顺利脱模的型腔允许弹性变形量;
t—塑件壁厚,mm;
S—塑件的收缩率。
5.3.2型腔的侧壁和底板厚度的计算
(1)组合式矩形型腔侧壁厚度的计算
对于小尺寸的模具型腔,在发生大的弹性变形前,其内应力往往超过了模具材料的许多应力,因此,强度不够是主要矛盾,设计型腔侧壁厚应以强度为准。
δmax=pHl4/32Ehs3
s=12.7mm
设允许最大变形量为δmax≤[δ],其壁厚按刚度条件的计算式为:
s=
s=25mm
(2)组合式矩形型腔底板厚度的计算
按强度条件,型腔底板厚度计算式为:
h=
式中:
h————矩形底板的厚度(mm)
B————底板总宽度(mm)
L————双支脚间距(mm)
P————型腔内塑料熔体压力(MPa)
[σ]————模具材料的许用应力(MPa)
h≥25mm
第六章结构零部件的设计
6.1选用标准注射模架
6.1.1初选注射机
1)注射量:
该塑料制件单件重量m=20.06g
浇注系统重量的计算可以根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积
V=1.888
粗略计算浇注系统重量为
1.888×1.035
1.95g
总体积V塑件=(19.38+1.95)=21.33
总重量M=21.33×1.035≈22.08g
聚苯乙烯的密度为1.054g/cm3,ABS的密度为1.02~1.05g/
满足注射量V机≥V塑件/0.80
式中V机—额定注射量(
)
V塑件—塑件与浇注系统凝料体积和(
)
≈26.66
或满足注射量M机≥M塑件
式中M机—额定注射量(g)
M塑件—塑件与浇注系统凝料的重量和(g)
—聚苯乙烯的密度(g/cm3)
—塑件采用塑料的密度(g/cm3)
g
2)注射压力:
P注≥P成型
经查有关资料可知ABS塑料成型时的注射压力P成型=70~90MPa
3)锁模力:
P锁模力≥1.3pF
式中p—塑料成型时型腔的压力,ABS塑料的型腔压力p=30MPa
F—浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和(
)
各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积
F=5541.26
PF=
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