塑料模具课程设计说明书.docx
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塑料模具课程设计说明书
塑料模具课程设计说明书
姓名:
刘元
学号:
070609115
专业:
材料成型及控制工程
指导老师:
程俊伟
时间:
2010-12-18
前言
模具课程设计是在完成冷冲模具设计、塑料模具设计和CAD软件等相关专业课程学习之后,一个重要的综合性环节。
在设计之前,要具备机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺、塑料成型工艺及模具设计等方面的基础知识和专业知识,同时要了解塑件的成型工艺和生产过程,熟悉各种塑料模具的典型结构。
课程设计的主要目的是:
(1)综合运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量等方面的知识,分析和解决塑料模具设计过程中遇到的问题,进一步加深对所学知识的理解;
(2)通过设计实践,逐步树立正确的设计思想,增强创新意识,基本掌握塑料模具设计的一般规律,培养分析问题和解决问题的能力。
(3)通过计算绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料,进行模具设计技能训练,为此后的模具设计及其机械设计打下良好的基础。
设计要求:
1、绘制该塑件的模具总装图;
2、绘制该模具的型腔板;
3、绘制产品图;
4、编写设计说明书;
一、设计任务书
1.塑料制品的名称:
圆形塑料瓶盖
2.塑料原料:
PP
3.收缩率:
1.0-3.0%
4.成型方法:
注射成型
5.塑件图:
2、塑料的工艺分析
1.塑件的使用性能
该塑件为圆形瓶盖,制品表面并不复杂,其外表面要求光洁,不能留有浇点痕,另外要求材料有较好的力学性能,如抗拉强度、抗应力开裂性、弹性模量等都要求较高。
根据产品要求,该塑件为大批量生产。
2.塑件的尺寸精度
该塑件的尺寸都无特殊要求,可按照自由尺寸或MT6级的精度查取公差等级。
3.塑件的表面质量
该塑件要求表面光泽,无飞边、毛刺、缩孔、流痕等工艺缺陷,另外制品外表面不能有浇点痕。
4.塑料成型特性
英文名称:
Polypropylene
比重:
0.9-0.91克/立方厘米成型收缩率:
1.0-3.0%成型温度:
160-220℃
聚丙烯是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种,它是一种高密度、无侧链、高结晶比的线性聚合物,具有优良的综合性能。
未着色时呈白色半透明,蜡状;比聚乙烯轻。
透明度也较聚乙烯好,比聚乙烯刚硬。
物料性能密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐模易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件
成型性能1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解.
2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形.
3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形
4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中.
特定条件下容易分解
常见制品:
盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。
聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。
PP粒料为本色、圆柱状颗粒,颗粒光洁,粒子的尺寸在任意方向上为2mm~5mm,无臭无毒,无机械杂质。
本品以高纯度丙烯为主要原料,乙烯为共聚单体,采用高活性催化剂在62℃~80℃及低于4.0MPa的压力下经气相反应生产聚丙烯粉料,再经干燥、混炼、挤压、造粒、筛分、均化成聚丙烯颗粒。
密度为0.90g/cm3~0.91g/cm3,是通用塑料中最轻的一种。
聚丙烯树脂具有优良的机械性能和耐热性能,使用温度范围-30℃~140℃。
同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性,几乎不吸水,与绝大多数化学品接触不发生作用。
本品耐腐蚀,抗张强度30MPa,强度、刚性和透明性都比聚乙烯好;缺点是耐低温冲击性差,较易老化,但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。
与发烟硫酸、发烟硝酸、铬酸溶液、卤素、苯、四氯化碳、氯仿等接触有腐蚀作用。
可用作工程塑料,适用于制电视机、收音机外壳、电器绝缘材料、防腐管道、板材、贮槽等,也用于生产扁丝、纤维、包装薄膜等。
5.塑件的结构工艺性
(1)由制品图可知,该塑件结构为圆形盖,内壁带台阶,侧壁厚度为2mm,塑件尺寸属于小尺寸塑件,PP材料能够满足冲模流动性能。
(2)由于塑件壁较薄,且长度较大,普通的顶杆易使制品表面造成表面白斑缺陷甚至顶破,所以模具结构中直接采用拉料杆来进行脱模。
6.原材料的工艺性
(1)使用温度:
可以在100度温度下长期使用。
(2)性能特点:
抗拉强度、抗压强度、表面硬度和弹性模量均优异。
(3)成型特点:
PP是一种半结晶性材料。
它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。
由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆,因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。
共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性,但是有有更强的抗冲击强度。
PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的维卡软化温度为150℃。
由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
三、成型设备的选择及校核
(1)注塑机的初选
1.计算塑件的体积
估计塑件的三维模型,可求得塑件的体积为V1=7697mm3;其中浇注系统凝料的体积为V2=843mm3;因其为一模两腔,故以此注射所需要的塑料的总体积为V=16777mm3。
2.计算塑件的质量
查相关手册的PP的密度为0.91g/cm3,则塑件的质量为:
M1=7697*0.91/1000=7.00g;
浇注系统凝料的质量为:
M2=843*0.91/1000=0.77g;
塑料和浇注系统凝料的总重量为
M=2M1+M2=14.77g
3.选用注塑机
根据总体积V=16777mm3,初步选取SZ-30/250型螺杆式注塑机
理论注射量:
35cm3
注射压力:
185MPa
锁模力:
250kN
拉杆内间距:
235mm
最大模具厚度:
180mm
最小模具厚度:
120mm
定位孔直径:
63.5mm
喷嘴球半径:
SR10
移模行程:
160mm
(2)注塑机的终选
1.注塑量的校核
注塑量的校核公式为(0.8—0.85)W1>W2
式中,W1:
注塑机的公称注射量,cm3。
W2:
每模的塑料体积,是所有型腔的塑料加上浇注系统的总和,cm3。
如前所述,塑件及浇注系统的总体积为16.777cm3,小于注射机的理论注射量,故满足要求。
2.模具闭合高度的校核
模具闭合高度的校核公式为Hmin H=180mm,而注射成型机的最大模具厚度为180mm,最小模具厚度为120mm,满足上面公式的安装要求。 3.模具安装部分的校核 模具的外形尺寸为180mm×180mm,而注射成型机的拉杆内间距为235mm,故能满足安装要求。 浇口套的球面半径为SR1=SR+2mm=12mm.满足要求。 浇口套小端直径R1=R+2mm=4mm.满足要求。 4.模具开模行程的校核 模具开模行程的公式为H3=H1+H2+a 式中,H3——模具的开模行程,mm H4——注射成型机移模行程,mm H1——塑件的推出距离,mm H2——包括流道凝料在内的制品的高度,mm a——侧抽芯在开模方向的距离,mm 代入数据得: H3=30mm+40mm+0mm=70mm<160mm.满足要求。 5.锁模力的校核 锁模力的校核公式为F>KAPm 式中,F——注塑机的额定锁模力,kN A——制件和流道在分型面上的投影面积之和,cm3 Pm——型腔的平均压力,MPa K——安全系数,通常取K=1.1~1.2 将数据代入公式得: KAPm=1.1×28×25.6kN=788.5kN F=250kN 6.注射压力的校核 注射压力的校核公式为: Pmax>K'p0 式中,Pmax——注射机的额定注射压力,MPa P0——注射成型时所需的注射压力,MPa K'——安全系数 将数据代入公式得: K'p0=1.3×80MPa=104MPa<185MPa. 结论,选取SZ-30/250型螺杆式注射成型机安全符合本模具的使用要求。 7.成型工艺参数 查阅相关资料知: 预热 温度 时间 80-85℃ 2-3h 料筒温度 后段 中段 前段 150-170℃ 165-180℃ 180-220℃ 模具温度 50-60℃ 注射压力 70-80MPa 成型时间 注射 保压 冷却 开模 总周期 3s 10s 15s 3s 31s 螺杆转速 170-180r/min 压缩比 1.8-2.0 4、设计计算 1.成型零件的尺寸计算 加工成型的塑料制件为一圆形瓶盖,有配合精度,故需要根据公差计算凸凹模尺寸。 (1)型腔尺寸 Dm1=(1+ )×Ds1-X·Δ=[(1+0.015)×42-3/4×0.94]=41.93 Dm2=(1+ )×Ds2-X·Δ=[(1+0.015)×32-3/4×0.8]=31.88 Hm1=(1+ )×Hs-X·Δ=[(1+0.015)×14-2/3×0.54]=13.85 Hm2=(1+ )×Hs-X·Δ=[(1+0.015)×4-2/3×0.32]=3.84 (2)型芯尺寸 Dm1'=(1+ )×Ds1'+X·Δ=[(1+0.015)×28+3/4×0.70]=28.95 Dm2'=(1+ )×Ds2'+X·Δ=[(1+0.015)×18+3/4×0.54]=18.67 Hm1'=(1+ )×Hs'+X·Δ=[(1+0.015)×16+2/3×0.54]=16.60 Hm2'=(1+ )×Hs'+X·Δ=[(1+0.015)×55+2/3×1.10]=56.56 2.冷却系统水管孔径的计算 根据热平衡计算,在单位时间内熔体凝固时放出的热量等于冷却水所带走的热量,故有公式: qv=WQ1/pc1(t1-t2) 式中,qv——冷却水的体积流量,m3/min W——单位时间内注入模具中的塑料质量,kg/min Q1——单位质量的塑料制品在凝固时所放出的热量,kJ/kg P——冷却水的密度; C1——冷却水的比热容; T1——冷却水的出口温度; T2——冷却水的入口温度。 (1)求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q 设注射时间为3s,冷却时间为15s,保压时间为10s,开模时间为3s,注射成型周期为31s。 设用20度的水作为冷却介质,出口温度为30度,水呈湍流状态,1h成型次数n=3600/31=116次。 则,W=M×n=18.43×116/1000=2.138kg/h 查相关手册得ABS单位质量放出的热量Q1=350kJ/kg.故 Q=W×Q1=2.138×350=748.3kJ/h. (2)水的体积流量 由上述公式得,qv=WQ1/Pc1(t1-t2)=3.0×10-4m3/min. (3)冷却水道直径d 根据水的体积流量查相关手册得: d= 3.浇注系统的设计计算 (1)主流道的设计 为了使凝料顺利拔出,主流道的小端直径D应稍大于注塑机喷嘴直径d, 即: D=d+(0.5~1.0)mm=3mm 主流道入口的凹坑球面半径R2也应大于注塑机的喷嘴球头半径R1,即 R2=R1+(1~2)mm=12mm. 为了避免在注塑过程中产生湍流和涡流,主流道锥角取1.5°。 (2)点浇口的设计 浇口采用阻力较小的直锥孔,有点浇口的经验公式可得点浇口的圆柱孔长L=1mm,直径d=1mm,上锥度为2度,下锥度为100度。 (3)分流道截面尺寸的计算 分流道的截面尺寸要视其塑件的大小、壁厚、塑料品种、注射速度、熔体流量、材料特性、粘度以及分流道的长度等因素而定。 原材料为PP,考虑到其流动性和加工,采用半圆形断面分流道,这种流道比表面积最小,故热量散失小,阻力亦小,延长了浇口冻结的时间。 推荐的直径范围为4.7~9.5mm,为了设计和加工方便,采用直径为6mm。 5、模具结构分析与设计 1.型腔数目的确定 根据制件的特点和生产实际,采用一模两腔的结构,其分布如下图: 采用一模两腔的优点: A.型腔分布平衡,结构紧凑,节省模具成本; B.从经济上考虑,可以节省单个制件的成本; C.冷却系统便于设置,冷却效果好。 2.分型面的确定 该产品为塑料瓶盖,外形表面质量要求较高,选择分型面时,根据分型面选择原则,要求尽量不影响塑件外观质量,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侧,便于取出塑件等因素,分型面应选择在塑件外形轮廓最大处。 3.型腔和型芯的结构和固定方式 模具型腔采用整体式型腔,因为制件结构相对简单,型腔的加工并不复杂,采用整体式可以减少制品表面缺陷,且安装方便。 因为产品内部有螺纹,采用模外手动取件,型芯设计成活动连接,分型后产品包覆在型芯上被推杆顶出,再取出制品。 4.浇注系统的确定 该制品成型时一模两腔,浇注系统较易设置,具体布置方式参照手工装配图。 5.脱模方式的确定 根据分型面的选择及制品外形尺寸的特点,确定模具型腔在动模部分,模具型芯是移动的,取制品时要把型芯顶出,综合考虑,采用推板推出制件。 其优点主要是加工简单、安装方便、维修容易、使用寿命长。 6.合模导向机构的设计 该塑件精度要求不高,塑件形状简单,型腔对称分布,但在制品成型时,会产生较大的侧向力,为保证模具开合模顺利,因而设置多组导柱导套,由于导柱导套接触部分较长应注意润滑。 7.冷却系统的结构设计 PP的熔点和热焓量相对较高,在冷却过程中会放出大量的热量,故应在模具中设置冷却系统。 冷却水道的分布见装配图,这样可使模具具有恒定的模温,能有效地减少塑件成型时收缩的波动,保证塑件的尺寸精度,防止制件翘曲变形。 8.排气方式的确定 主要通过分型面的间隙进行排气。 个人总结: 两周的课程设计结束了,通过两周的设计,我了解了模具设计的思想,并在设计过程中逐渐树立了正确的设计思想,并且最终完成了一整套塑料件的模具设计。 通过对模具结构的认真分析与设计,对塑件模具的结构有了进一步的了解,而模具的结构计算和校核有又让我在模具设计方面有了很大的提高。 在模具设计平面布局、功能分区等方面进行深入细致的分析与理性的构思,从而初步学会模具设计的基本过程、方法和思路,为以后的设计工作积累经验。 总之,这次模具设计使我对所学的知识进行了一次梳理,感觉受益匪浅吧! 参考文献 【1】王树勋: 模具实用技术设计综合手册【M】华南理工大学出版社,2003. 【2】李德群: 模具设计大典2【M】江西科学技术出版社,2002. 【3】申开智: 塑料成型模具第二版【M】中国轻工业出版社,2002.
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