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设计说明书
河南工业大学
塑压工艺与模具设计课程设计任务书
机电工程学院
姓名
班级
学号
题目
饭盒注塑模具设计
来源
设计任务及要求
确定塑件1件/人(A4图纸);按中批量生产设计;绘制模具装配图,零件图,编写设计说明书。
工作量以相当于2张A0图纸量为准,具体如下:
1、模具总装图(A1)绘图1份/人;
2、模具零件图(A4)绘图3~4张/人;
3、设计说明书1份/人(15~20页)。
进度要求
借绘图教室,准备绘图工具,确定题目,收集资料等。
工艺分析、计算,设备选择、方案论证和确定。
设计模具结构,绘制工程图,撰写说明书。
指导教师答辩,并上交工程图和说明书。
发放日期:
指导老师:
签字日期:
完成日期:
注:
此表填写后附在设计说明书封面后。
饭盒注塑模具设计
一、目录
二、模塑工艺规程的编制
1、塑件的工艺性分析
2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
3、塑件注塑工艺参数的确定
4、零件的结构分析
三、注塑模的结构设计
1、确定型腔数目
2、确定型腔的排列方式
3、主流道设计
4、分型面的设计
5、浇口的设计
四、确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计
1、模架的选择
2、成型零件结构设计
五、导向机构与推出机构的设计
1、导柱的设计
2、导套的结构设计
3、推出机构的设计
4、推件力的计算
5、推杆的设计
六、校核
1、注射机有关工艺参数的校核
2、模具厚度H与注射机闭和高度
七、结束语
八、参考文献
一、模塑工艺规程的编制
该塑件为壳体类零件,采用聚丙烯(PP)尺寸精度为4级,生产批量为中批量生产。
技术要求:
零件表面不的有毛刺,内部不的有杂质。
为标注圆角为R1,为标注倒角为45°*1.材料PP.
1、塑件的工艺分析
1.PP料流动性好,成型性能好,是通用塑料中耐热性最好的,其中热变形温度为80~100℃,能在沸水中煮
2.PP料是无毒、无味和无臭,耐化学试剂性良好,除强氧化剂、浓硫酸、浓硝酸等对它有侵蚀作用外,其他试剂对PP无作用
3.吸湿性小,仅0.01%~0.03%,成型前可不用干燥。
在70~120℃条件下预热
4.熔化温度:
因PP高洁晶,所以加工温度需要较高。
前料筒200~240℃,中料筒170~220℃,光泽;模温太高(>90℃),则易发生翘曲变形、收缩凹陷等。
5.注射压力:
注射压力一般为:
50~80MPA,保压压力取注射压力的80%左右,宜取较长的保压时间补缩及较长的冷却时间保证塑件尺寸,变形程度.
综上所述,PP符合本产品的生产要求和使用要求
特点:
聚丙烯力学性能由于低压聚乙烯,刚性好。
耐热性和化学稳定性较好,电性能也较好,高频绝缘性能好,密度0.9g/cm3,吸水性0.02%,线胀系数为金属的5倍-10倍,因而成型收缩较大,导热系数低。
易燃后熔化滴落并发出石油气味。
热变形温度较低,不透明,可燃,耐侯性较差,其成型性能较好,流动性好,成形收缩率较小,比热容较低,在料筒中塑化效率高,在模具中凝固较快,成型周期短,但吸水性较大,成形前必须充分干燥,可在柱塞式或螺杆式卧式注射机上成形
2、.塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
A、结构分析
从零件图上分析,该零件总体形状为圆柱形,高度为60mm,底圆直径为140,顶部直径为160㎜的烟灰缸.圆形饭盒壁厚为1.5㎜.由于侧突的存在,模具采用推板式推出制件.此机构既方便脱模又动作连贯,效率高.
B、尺寸精度分析
制件尺寸精度为4级(GB/T14486—1993),零件的尺寸精度中等,对应的模具相关零件的尺寸加工可以得到保证。
从塑件的壁厚来看,壁厚较均匀,有利于制件的成型。
C、表面质量分析
该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺,内部不得有杂质外,没有特别的表面质量要求,故比较容易实现。
综上分析可以看出,注塑时在工艺参数控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。
3、塑件注塑工艺参数的确定
查找附录H和参考工厂实际应用的情况,增强PP的成型工艺参数可作如下选择。
试模时,可根据实际情况作适当调整。
注塑温度:
包括料筒温度和喷嘴温度。
料筒温度:
后段温度
选用160℃
中段温度t
选用170℃
前段温度
选用190℃;
注塑压力:
选用100MPa(相当于注塑机表压35kgf);
注塑时间:
选用30s;
保压:
选用72MPa(相当于注塑机表压25kgf);
保压时间:
选用5s;
冷却时间:
选用30s。
4、零件的结构分析
4-1开模方向
由零件的三维图分析,内、外表面的表面质量不是很重要,再根据模具的结构分析得到,产品的型腔应该在定模上,在产品的上表面设置顶出机构,所以开模方向应沿零件的Z轴。
4-2收缩率
PP的收缩率为0.9%~2.5%,在设计本产品时,结合产品的结构工艺特点和材料的特性,在本设计中,零件的收缩率为0.9%。
4-3分型面
结合塑件的使用要求,应保证其上表面的注塑质量,零件的上表面应留在动模侧,开模的时候,零件的外表面应与定模分离,所以零件的分型面应设置在沿零件的外表面上,并根据流道等条件进行设置。
三、注塑模的结构设计
1、确定型腔数目
根据经验,模具每增加一个型腔,塑件的尺寸精度要降低4%,故有
N3=〔﹙M-d%LZ〕/(d%LZ4%)〕+1
将上式简化得
N3=(2500M/dLZ)-24
式中N3----由塑件决定的型腔数
LZ----塑件上决定制品精度的一个典型的公称尺寸(㎜)
M-----该LZ尺寸的公差值的1/2
d-----采用单型腔模具时,该种注塑件能达到的公差系数PSPPPC可取d=(0.05-0.07)
若N3为负值,则不能达到精度要求.
N3=(2500M/dLZ)-24=(2500×0.2/0.05×108)-24=53>0
制件尺寸精度满足要求,塑件注塑时采用一模一件.
2、确定型腔的排列方式
本塑件在注塑时采用一模一件,即模具需要两个型腔。
综合考虑浇注系统,模具结构的复杂程度等因素拟采取侧浇口两侧各一个的型腔列方式。
主流道衬套时应注意以下事项:
对于小型注塑模,可将主流道衬套与定位环设计成一个整体,但在多数情况下均分开设计;主流道衬套应选用优质钢材(如T8A等),热处理后硬度为53~57HRC;衬套的长度应与定模配合部分的厚度一致,主流道出口处的端面不得突出在分型面上,否则不仅会造成溢料,而且还会压坏模具;衬套与定模之间的配合采用H7/m6。
4、分型面的设计原则
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、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则:
分型面应选在塑件外形最大轮廓处
确定有利的留模方式,便于塑件顺利脱模
保证塑件的精度
满足塑件的外观质量要求
便于模具制造加工
注意对在型面积的影响
对排气效果
对侧抽芯的影响
在实际设计中,不可能全部满足上述原则,一般应抓住主要制件的外形特征,在此前提下就很好确定分型面。
这个塑件的外形就是一大特点,从外形看烟灰缸的顶部最大有一个凸台最适合分形,所以将分型面选在烟灰缸的口处最好。
4、浇口的设计
根据浇口的位置选择要求,尽量缩短流动距离,避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷,浇口应开设在塑件壁厚处等要求。
采用扇形浇口可以保持产品外观精度。
本设计采用边缘浇口,边缘浇口(又名为标准浇口、侧浇口)该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小,属于小浇口的一种。
边缘浇口一般开在分型面上,具有矩形或近矩形的断面形状,其优点是浇口便于机械加工,易保证加工精度,而且试模时浇口的尺寸容易修整,适用于各种塑料品种,其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。
该模具采用侧浇口,其有以下特性:
形状简单,去除浇口方便,便于加工,而且尺寸精度容易保证;
试模时如发现不当,容易及时修改;
能相对独立地控制填充速度及封闭时间;
对于壳体形塑件,流动充填效果较佳
四、确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计
1、模架的选择
根据塑件打外形尺寸以及塑件模具型腔的排列,结合课本上的模具型架,综合考虑,将尺寸基本定位270*270选用A3型。
2、成型零件结构设计
构成模具型腔的零件统称为成型零件,在本注塑模中主要包括凹模、凸模、侧型芯。
由于型腔直接与高温高压的塑料相接触,它的质量直接关系到制件质量,因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性,以及承受塑料的挤压力和料流的摩擦力,又足够的精度和表面粗糙度(一般在Ra0.4μm以下),以保证塑料制品的表面光亮美观、容易脱模。
一般来说,成型零件都应该进行热处理,或预硬化处理,使其具有HRC30以上的硬度。
该模具型腔属于中小型型腔。
为了便于加工,保证型腔沿主分型面分开的两半在合模时的对中性,将凸凹模分别做成整体嵌入式,两嵌块的外轮廓断面尺寸相同,分别嵌入相互对中的动定模模板的通孔内为保证两通孔的对中性良好,可以将动定莫配合后一道加工,或在高精度机床上分别加工。
凸凹模镶块的外形采用带轴肩台阶的圆柱形,然后分别从上下嵌入凸凹模的固定板中,用垫板和螺钉将其固定。
下面对型腔进行力学设计:
在塑料注塑成型过程中,注塑模的型腔内熔体压力很高,其工作状态可视为型腔压力高达100Mpa的耐高压容器。
在成型零件中,凹模和动模垫板是构成型腔的主要受力构件,经常需要对它们进行设计计算。
由理论分析和生产实际证实,在塑料熔体的高压作用下,小尺寸模具主要是强度问题,首先要防止模具的塑性变形和断裂破坏。
因此,用强度条件计算公式进行凹模壁厚和垫板厚度的设计计算。
注塑模具型腔为整体式矩形凹模,依据强度条件进行凹模侧壁和底板厚度的计算[11]。
1)凹模的侧壁厚度计算:
由于
,
(3-5)
h——型腔深度(mm);
——矩形凹模型腔长边长度(mm);
S——凹模侧壁厚度(mm);
P——模具型腔内最大的熔体压力,根据经验值为30~50Mpa,此处取最大值50Mpa;
——模具强度计算的许用应力(Mpa),本模具中型腔材料选用具有优良性能的P20预硬钢,其
=300Mpa。
2)凹模底板厚度
(3-6)
T——凹模底板厚度(mm);
B——凹模的短边长度(mm)。
根据标准模板,为了使型腔选料、加工方便,降低制造难度,凹模侧壁厚度取为约25mm,凹模底板厚度取为40mm。
型腔:
钢材选用40CrMoT8,使用数控精雕及电火花加工成型
型芯:
钢材选用45钢,使用数控精雕及电火花加工成型
五、导向机构与推出机构的设计
1、导柱的设计
导向机构的作用:
1)定位作用;2)导向作用;3)承受一定的侧向压力
长度导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8—12cm,以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。
形状导柱前端应做成锥台形,以使导柱能顺利地进入导向孔。
材料导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯,因此多采用20钢(经表面渗碳淬火处理),硬度为50—55HRC。
2、导套的结构设计
材料用与导柱相同的材料制造导套,其硬度应略低与导柱硬度,这样可以减轻磨损,一防止导柱或导套拉毛。
形状为使导柱顺利进入导套,导套的前端应倒圆角。
导向孔作成通孔,以利于排出孔内的空气。
3、推出机构的设计
注塑模中的脱模机构可以在注塑的每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动的脱出模外。
推杆脱模机构在生产实际中应用广泛,是脱模机构的典型型式,它一般包括推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板等组成,当开模到一定距离时,注塑机推出装置推动推板并带动所有推杆、拉料杆和复位杆一道前进,将塑件和浇注系统一起推出模外。
合模时复位杆首先与定模边的分型面相接触,而将推板和所有的复位杆一道推回原位。
根据塑件的形状特点,模具型腔在定模部分,型心在动模部分。
其推出机构可采用推杆推出机构、推件板推出机构。
由于分型面有台阶,为了便于加工,降低模具成本,我们采用推杆推出机构,推杆推出机构结构简单,推出平稳可靠,虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹,但塑件底部装配后使用时不影响外观,设立五个推杆平衡布置,既达到了推出塑件的目的,又降低了加工成本。
注:
推杆推出塑件,推杆的前端应比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm
采用推杆推出,推杆截面为圆形,推杆推出动作灵活可靠,推杆损坏后也便于更换。
结合制品的结构特点,模具型腔的结构采用了整体式型腔板,这种结构工作过程中精度高,并且在此模具中容易加工得到,在推出机构中采用厂组合式推杆,如图中,这种结构主要是防止推杆在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断,因为产品较小,另外折断后也易于更换。
这里采用设计推杆,全部固定在顶杆固定板。
推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方,塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置,以保证塑件推出时受力均匀,塑件推出平稳和不变形。
根据推杆本身的刚度和强度要求,推杆装入模具后,起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.05—0.1cm.
4、推件力的计算
对于一般塑件和通孔壳形塑件,按下式计算,并确定其脱模力(Q):
(8-1)
式中
--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);
--由塑件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0.1~1.2;
--脱模斜度
;
L=323.08MM
H=9.04MM
Q=323.08MM*9.04MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5)
=292.06(N)
5、推杆的设计
①推杆的强度计算查《塑料模设计手册之二》由式5-97得
d=(
)
(8-2)
d——圆形推杆直径cm
——推杆长度系数≈0.7
l——推杆长度cm
n——推杆数量
E——推杆材料的弹性模量N/
(钢的弹性模量E=2.1
107N/
)
Q——总脱模力
取D=5MM。
②推杆压力校核查《塑料模设计手册》式5-98
=
(8-3)
取320N/mm²
<
推杆应力合格,硬度HRC50~65
六、校核
1、注射机有关工艺参数的校核
锁模力与注射压力的校核
(10-4)
--注射时型腔压力查参考文献得113MPa
--塑件在分型面上的投影面积(
)
--浇注系统在分型面上的投影面积(
)
--注射机额定锁模力,按注射机额定锁模力为1000
2、模具厚度H与注射机闭和高度
注射机开模行程应大于模具开模时,取出塑件(包括浇注系统)所需的开模距离即满足下式
(10-5)
式中
--注射机最大开模行程,mm;
--推出距离(脱模聚居),mm;
--包括浇注系统在内的塑件高度,mm;
Sk=30mm+73.24mm=103.24mm
Sk≤S=250mm条件成立
故取适当高度。
七、结束语
近两周的课程设计即将结束,敬请诸位老师对我的设计过程作最后检查。
在此次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料,特别是模具在实际生产中可能遇到的具体问题,使我在这短暂的时间里,模具设计的水平有了很大地提高。
使我对塑料模具设计的各种成型方法,成型零件的设计,成型零件的加工工艺,主要工艺参数的计算,产品缺陷及其解决办法,模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。
模具在当今社会生活中运用得越来越广泛,掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。
从陌生到开始接触,从了解到熟悉,这是每个人学习事物所必经的一般过程,我对模具的认识过程亦是如此,同时也让我深深体会到自身存在的许多不足之处,这也是今后在社会上学习的一种动力,我将会不断地学习,不断的充实自己。
至此,感谢学校,感谢老师们在这里对我的谆谆教导,让我充实的度过了大学生活,你们的教诲将是我最宝贵的财富。
最后,感谢我的指导老师对我的毕业设计的悉心指导和耐心帮教。
八、参考文献
《塑料成型工艺与模具设计》主编:
杨予永
《简明塑料模具设计手册》主编:
齐卫东
《现代机械制图》主编:
何文平吕素霞
《实用注塑模具设计手册》主编:
贾润礼程志远
模具实用技术丛书编委会.塑料模具设计制造与应用实例[M].机械工业出版社,2002.
翟秀云.塑料自动成型用模具问题的探讨[J].攀枝花学院学报,2002.
陈万林.实用注塑模具手册[M].机械工业出版社,2000-10.
付丽.螺纹自动脱模的注塑模设计[M].轻工机械,2000.第1期.
申开智,叶淑静.塑料成型模具[M].轻工业出版社,1982.
H.加瑞斯.模具工程[M].化学工业出版社,2004-10.
屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].高等教育出版社,2001.
张索铖.一种自动剪切并分离浇道废料的侧浇口模具结构[J].机电元件,2002-03.
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