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卷连门配件注塑模设计论文
前言
塑料是工业产品生产用的重要工艺装备,它是以其自身的特殊形状通过一定的方式使其原材料成型。
现代产品生产中,模具由于其加工效率高、互换性好、节省原材料,所以得到广泛的应用。
按成型的对象和方式来分,模具大致可以分为三类:
金属板料成型模具,如冷冲压模;金属体积成型模具,如锻造模、粉末冶金模、压铸模;非金属材料成型模具,如塑料模、玻璃模、陶瓷模等。
其中使用量最大的是冲压模和塑料模,约占模具总量的80%左右。
模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。
模具技术能促进工业产品的发展和质量的提高,并能获得极大的经济效益,模具是“效率放大器”,用模具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。
美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”,日本把模具誉为“进入富裕社会的原动力”。
模具工业在我国已经成为国民经济发展的重要基础工业之一。
国民经济的支柱产业如机械、电子、汽车、石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应,都需要大量模具,特别是汽车、电机、电器、家电和通信等产品中60%-80%的零部件都要依靠模具成型。
我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯、和其他合成树脂,很大一部分需要塑料模具成形,做成制品,用于生产和生活的消费。
生产建筑业用的地砖墙砖和卫生洁具,需要大量的陶瓷模具,生产塑料管件和塑钢门窗,也需要大量的塑料的模具成形。
正因为此,我国非常重视模具工业的发展,重视模具技术的提高。
早在1984年就成立了全国模具工业协会。
1989年在国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中,模具就被列为机械工业技术改造序列的首位。
1997年以来,又相继把模具及其加工技术和设备列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。
所有这些政策的制定和贯彻,都极大地推动了我国模具工业的发展。
经过多年的建设与努力,我国的模具工业已初具规模,取得了相当的成就。
到目前为止,我国已制定了模具技术的研究和开发,目前从事模具技术研究的机构和院校已达30余家,从事模具技术教育和培训的院校已超过50多项、为我国的经济建设输送了大批人才,并同时取得了一大批成果。
其中获得国家重点资助建设的有华中科技大学模具技术国家工程研究中心和郑州大学橡塑模具国家工程研究中心等,在模具CAD/CAMCAE技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成形与快速模技术、新型模具材料等反方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具技术制造周期等方面做出了贡献。
目前,国内已可制造具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具,生成的电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2
,寿命达到1亿次;电视机、空调、洗衣机等家用电器所需的塑料模具基本上可立足于国内生产。
在精度方面,塑料的尺寸精度可达IT6、IT7级,型面的表面粗糙度达到
0.05-0.025
。
模具使用寿命达100万次以上。
我国现已拥有模具企业1.8万家,仅浙江宁波和黄岩地区,从事模具制造的集体企业和私营企业就达数千家,成为国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。
2001年我国模具工业产值约为300多亿元人民币,折合30多亿美元,并出口1.88亿美元。
可以预言,随着工业生产的不断发展,模具工业在国民经济中的地位将日益提高,并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的成就,但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAM/CAE技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
我国未来模具技术发展趋势可以归纳为以下几点:
(1)全面推广应用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。
由于产品的更新换代日趋频繁,产品精度要求越来越高,形状越来越复杂,对模具的要求也越来越高。
实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
随着计算机技术的发展和进步,已基本具备了普及CAD/CAM/CAE技术的条件.
(2)不断提高模具标准化程度为了适应模具生产的需要,缩短模具制造周期,降低制造成本,模具标准化工作十分重要。
经过一段时期的建设,我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。
国外发达国家一般为80%左右。
为了适应模具工业发展,模具标准化工作必将加强,模具标准化程度将进一步提高,模具标准件生产也必将得到发展。
(3)优质材料及先进表面处理技术的应用为了提高模具的使用寿命,提高产品的制造质量,优质材料及先进表面处理技术将进一步受到重视,国内外模具材料的研究工作者对模具的工作条件、失效形式和提高模具使用寿命的途径进行了大量的研究,并开发出了许多使用性能好、加工性好、热处理变形小的模具材料,如预硬钢、耐腐蚀钢等。
模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
模具热处理的发展方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善普及常用表面处理方法如:
渗碳、渗氮、渗硼、渗鉻,渗钒外,应发展设备昂贵、工艺先进的气象沉积、等离子喷涂等技术。
(4)模具制造技术的高效、快速、精密化随着模具制造技术的发展,许多新的加工技术、加工设备不断出现,模具制造手段越来越丰富,越来越先进。
快速原形制造(RPM)技术是美国首先推出的,被公认为是继NC技术之后的一次技术革命。
它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的,是一种全新的制造技术,根据零件的CAD模型,快速自动完成复杂的三维实体(模型)制造。
采用这种方法制造技术模具,从模具的概念设计到制造完成,仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。
国外近年来发展的高速铣削加工,其主轴转速可达40000~100000r/min,快速进给速度可达到30~40m/min,加速度可达1g,换刀时间可提高到
,加工模具的硬度可达60HRC,表面粗糙度可达
。
高速切削加工与传统切削加工相比具有加工效率高、温升低(加工工件只升高3
)、热变形小等优点。
目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。
高速铣削加工促进了模具加工技术的发展,特别是对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。
电火花铣削加工技术使用高速旋转的简单的管状电机作三维霍尔维轮廓加(像数控铣一样),因此不再需要制造复杂的成形电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
国外已有使用这种技术的机床进行模具加工。
(5)逆向工程技术采用逆向工程技术,可以快速、正确地把复杂的实物复制出来,同时也可通过实物制造模具进行复制。
目前我国已有许多模具厂家拥有高速扫描机和模具扫描系统,该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的研制制造周期。
逆向工程将在今后的模具生产中发挥越来越重要的作用。
(6)模具研磨抛光的自动、智能化模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,目前我国仍以手工研磨抛光为主,不仅效率低(约占整个模具周期的1/3),且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。
因此,研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。
日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。
注射成型是热塑性塑料成型的一种主要方法。
它能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑件。
注射成型的成型周期短、生产率高、易实现自动化生产。
到目前为止,除氟塑料外,几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型,一些流动性好的热固性塑料也可用注射方法成型。
注射成型的特点是所用的注射设备价格较高,注射模具的结构复杂,生产成本高,不适合于单件小批量塑件的生产。
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第七章侧向分型与抽芯机构设计
7.1侧向分型和抽芯机构的类型
由于本塑件凸台上有两个圆柱通孔,它们均垂直于脱模方向,阻碍了成型后塑件从模具中脱出。
因此,成型凸台的孔必须做成活动的型芯,即必须设置侧向抽芯机构。
分型和抽芯机构按动力来源可以分为手动、机动、气动或液压三大类。
本套模具采用机动抽机构中的斜销分型抽芯机构。
机动侧向分型抽芯机构的方法是开模时依靠注塑机的开模力,通过传动零件将侧型芯抽出。
机动抽芯机构具有较大的抽芯力、抽芯距大、生产率高、操作简单等优点。
7.2抽拔距的确定
抽拔距是指侧型芯或侧滑块从成型位置抽拔或分开至不防碍制品脱模的距离。
一般抽拔距应大于制品的侧孔深度或凸台高度的2~3
。
抽拔距的计算公式为:
2~3
式中
分开拼合凹模所需的抽拔距(
);
侧凹分开至不影响制品脱模的距离(
)。
本塑件上二处通孔位于塑件的同一侧,所以将十个小芯子置于同一滑块上,其中通孔深为5
,则根据公式(9.7-1)可得
2~3
=5+2~3
=7~8
取
=8
。
7.3抽拔力的计算
塑料制品在冷凝时收缩会对型芯产生包紧力。
抽芯机构所需要的抽拔力,必须克服因包紧力所引起的抽拔阻力及机械滑动的摩擦力,才能把活动型芯抽拔出来。
在抽拔过程中,开始抽拔的瞬时,使制品与侧型芯脱离所需的抽拔力称为起始抽拔力,以后为了使侧型芯抽到不妨碍制品推出的位置时,所需的抽拔力称为相继抽拔力,前者比后者大。
因此,计算抽拔力以计算起始抽拔力为准。
7.3.1影响抽拔力的因素
1)侧型芯成型部分的表面积及几何形状。
型芯成型表面积越大,越复杂,其包紧力也越大,所需的抽拔力也越大。
2)塑料的收缩率。
塑件的收缩率越大,对型芯的包紧力也越大,所需的抽拔力也越大。
3)制件的壁厚。
包容面积相同,形状相似的制品,薄壁制品收缩小,抽拔力也小,相反,厚壁制品抽芯力大。
4)塑料对型芯的摩擦系数。
塑料对型芯的摩擦系数与塑料特性、型芯的脱模斜度、型芯表面的粗糙度、润滑条件及型芯表面加工的纹向有关,摩擦系数越大,抽拔力越大。
5)在制品同一侧面同时抽芯的数量。
在制品同一侧面有两个以上型芯,采用抽芯机构同时抽芯时,由于制品孔间距的收缩较大,所以抽拔力也大。
6)成型工艺参数。
注射压力、保压时间、冷却时间对抽拔力影响较大。
当注塑压力小,保压时间短,抽拔力较小;冷却时间长、制品收缩基本完成,则包紧力大。
所以抽芯拔也大。
7.3.2抽拔力的计算
抽拔力的计算与脱模力的计算相同,于是有:
(式9.6-13)
则
7.4斜导柱的设计
斜导柱侧抽芯机构结构紧凑、制造方便、动作可靠,适用于这种抽拔力与抽芯距不大的分型机构。
7.4.1斜导柱的受力分析和强度的计算:
(中国模具设计大典P442)
1)受力分析
斜导柱有一定的安装斜角
,随着安装斜角
的增大,所需要的开模力P和斜导柱受到的法向分力随之增大。
但如果
角过小,会使机构处于自锁状态,也不能开模。
本套模具中的斜导柱的安装斜度为22°。
取钢材零件之间摩擦系数
=0.1,由于斜导柱采用的是T10A制造,需用弯曲应力
,弯曲作用力由(中国模具设计大典)式(9.7-20)得
2)斜导柱的强度计算
当斜导柱从制品中抽拔时,法向力N使斜导柱受到力臂Lc的弯曲力矩。
固定端的最大弯矩
,在危险截面上的最大弯曲应力
,式中
为斜导柱的抗弯截面模量,由于斜导柱采用的是圆形截面所以,
。
斜导柱的直径计算:
(中国模具设计大典公式9.7-18)
式中,
为斜销的有效长度,
,取
。
在这里取斜导柱的直径为10
.
斜导柱的强度条件式为:
式中
危险截面上的最大弯曲应力;
最大弯矩;
斜导柱的抗弯截面模量;
许用弯曲应力。
7.4.2斜销长度和最小开模行程计算
斜销的长度应根据抽拔距、斜销直径及其斜角的大小确定,其计算公式为:
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第十一章模具装配与试模
11.1模具的装配
模具装配时要求相邻装配单元之间的配合与联接均需要安装配工艺确定的装配基准进行定位与固定,以保证其间的配合精度和位置精度,从而保证型芯与型腔间能精密均匀的配合和定位,开合运动及侧向抽芯机构与推出脱模机构都能够实现运动的精确性。
具体的工艺要求:
(1)通过装配与调整,使装配尺寸链的精度能够完全满足密封性的要求;
(2)装配完成的模具其塑料注射完全满足规定的要求;
(3)寿命期限可以达到预先规定的数值和水平等。
模具的装配方法
1.配作法在零件加工时需对配作及装配有关的必要部位进行高精度加工而孔位精度需由钳工配作来保证:
在装配时,由配作使各零件装配后的相对位置保持正确关系,如在导套与导柱的装配及圆柱销的装配等;
2.直接装配法零件的型孔、型面及安装孔。
单件按图样要求加工装配时,按图样要求把各零件连接在一起,如在定位环、动模板、定模板、垫块、动模垫板之间的装配均采用直接装配法。
塑料注射模结构与装配单元
塑料注塑模结构主要取决于塑件的形状与结构要素。
在本套模具设计中采用的是斜导柱侧向分型抽芯注射模结构,当开模时,由四个斜导柱将两个整体滑块侧向分型。
然后,再由注射机推动推板,使推杆顶出塑件与流道凝料,合模时再由定模推动复位杆,由复位杆带动顶杆固定板和顶杆实现顶杆的复位,为下一个注塑循环作准备。
塑料注塑装配单元
塑料注射模具使用过程:
精确合模
塑料注射
塑件冷却成形
侧向分型抽芯
开模主分型
塑件与流道凝料脱模。
同时为适应塑件注射成型条件,还必须设置有合理的塑料注射流道和冷却系统元器件,诸如:
(1)定位、导向元件与配合副。
包括:
圆柱销、导柱与导套副、定位环等;
(2)旁侧向分型抽芯与配合副。
(3)塑件脱模、复位元件和结构。
包括:
推杆、复位杆、推板等;
(4)定模板、动模板还分别装有冷却、注射系统中的节流水管接头;
(5)浇口套、隔板、O形圈等;
(6)塑料注射模装配,一般分为组装定模组合和组装动模组合单元。
其中,定模装配单元又主要由动模板配完之后再与动模垫板一起装配构成动模装配单元。
11.2模具的安装
(1)清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。
(2)因本模具外形尺寸不大,故采用整体安装法。
先在机器下面两根导轨上垫好木板,模具从侧面进入机架间,定模如定位孔。
并放正,慢速闭合模板,压紧模具,然后用压板或螺钉压紧定模,并初步固定动模,然后慢速开闭模具,找正动模,应保证开闭模具时平衡、灵活、无卡住现象,然后固定动模。
(3)调节锁模机构,保证有足够开模距及锁模力,使模具闭合适当。
(4)慢速开启模板直至模板停止后退为止,调节顶出装置,保证顶出距离。
开闭模具观察顶出机构运动情况,动作是否平衡、灵活、协调。
(5)模具装好后,等料筒及喷嘴温度上升到距预定温度20~30℃,即可校正喷嘴与浇口套的相对位置及弧面接触情况,可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间,观察两者接触印痕,检查吻合情况,须使松紧合适,校正后拧紧注射座定位螺钉,紧固定位。
(6)开空车运转,观察模具各部分运行是否正常,然后才可注射试模。
11.3试模
一副模具从设计开始到组装完毕,只不过完成其全部制造过程的70%-80%,对于预定收缩与实际收缩不一致所产生的误差,脱模的顺利与否,冷却效果如何,尤其是浇口尺寸、位置、型腔对制件精度及外观的影响等问题必须通过试模来检验。
因此,试模是检验模具是否合格及选择最佳成型工艺的一个不可缺少的步骤。
众所周知,合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具是现代塑料制品生产必不可少的三大支柱。
对于采用注塑成型加工方法生产塑料制品来说,合理的成型即是三大支柱中的合理加工工艺。
所谓成型工艺,简单说来就是将压力、温度、时间(速度)三大要素组成最合理的搭配。
在成型过程中,尤其是精密制品的成型,要想确立一组最佳的成型条件决非易事,因为影响成型条件的因素很多,除制品的形状、模具结构、注塑设备、原材料等之外,电压的波动、环境温度的变化对成型都有一定的影响。
到目前为止,建立最佳的成型工艺尚无简便可靠的标准,大多需要操作者具有很丰富的实践经验与耐心,根据塑料制品在成型过程出现的具体问题认真调整,才能确定一个理想的成型工艺,高效率、高质量地生产出合格的塑料制品。
毕业设计总结
时间过得飞快,毕业设计已经接近尾声了。
这次的毕业设计很好地锻炼了我独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。
毕业设计不但使我巩固和重温了大学四年来所学的专业理论知识,而且让我从中汲取了很多新的知识,尤其是增进了我对模具这一领域的了解。
毕业设计是将所学专业理论知识有机融合的一个学习过程,是对我们专业综合素质的一个考核。
我的设计题目是卷连门配件的注塑模具,在整个设计过程中,我不断遇到各种各样的问题和困难,通过老师的悉心指导、同组人的帮助以及查阅大量的相关资料,都一一迎刃而解。
由于模具的加工精度相对较高,且设计又比较灵活加上我国模具行业起步比较晚,还没有制定出完善的模具国家标准,所以我在本次毕业设计过程中不仅对大量书籍和参考文献进行综合比较论证,并多次到徐州利维模具厂现场实践,采集相应的模具设计经验公式及数据和模具设计要点等。
在袁老师的细心指导下,他教我进行模具设计的步骤以及设计过程中如何解决碰到的难题。
在设计过程中经常会碰到书本上推荐的理论数据与工厂里实际应用不符合,这时候就必须理论联系实际综合考虑实际的应用性进行合理的选择,在设计过程中忽略了任何一个因素都可能对整个设计带来很大影响甚至导致失败。
本次设计为以后走上工作岗位成为一名优秀的工程技术人员奠定了坚实的基础。
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