拌料盒注塑模具设计.docx
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拌料盒注塑模具设计
摘要…………………………………………………………………^………………………1
关键词………………………………………………………………………………………1
1前言………………………………………………………………………………………1
2塑件材料性能……………………………………………………………………………2
2.1ABS材料分析………………………………………………………………………2
2.2塑料成型工艺性能分析…………………………………………………………23塑料件的结构工艺………………………………………………………………………4
3.1塑料件的尺寸精度分析…………………………………………………………4
3.2塑料件的使用性能分析…………………………………………………………4
3.3塑料件的表面质量分析…………………………………………………………4
3.4塑料件的结构分析………………………………………………………………4
4成型设备的选择和成型工艺的制定……………………………………………………5
4.1成型参数的确定…………………………………………………………………5
4.2塑件的体积和重量的计算………………………………………………………6
4.3模具所需塑料熔体注射量………………………………………………………6
4.4锁模力的计算……………………………………………………………………6
4.5设备选择…………………………………………………………………………7
4.6塑料成型工艺卡…………………………………………………………………8
5注射模设计……………………………………………………………………………8
5.1可行性分析………………………………………………………………………8
5.2确定模具的类型…………………………………………………………………10
5.3确定模具的主要结构……………………………………………………………10
6安装与试模……………………………………………………………………………30
6.1模具的安装结构图………………………………………………………………30
6.2模具工作过程……………………………………………………………………31
6.3模具的安装试模…………………………………………………………………32
结论…………………………………………………………………………………………33
参考文献…………………………………………………………………………………33
致谢…………………………………………………………………………………………34
附录1………………………………………………………………………………………35
化妆盒注塑模具设计
摘要:
本模具设计的课题是化妆盒,针对化妆盒进行了相关的工艺设计和模具设计。
设计中利用CAD与PROE等软件对模具进行计算分析,提高了模具设计合理性。
本模具在节约模具成本、缩短生产周期、提高模具寿命取得了较大的成就。
关键词:
注塑模;化妆盒;合理性
DesignofFourGroupofSeasoningBoxInjectionMold
Abstract:
Thismolddesign'stopicisfourgroupofseasoningboxes,accordingtotherelatedseasoningbox,Ididtheassociatedprocessdesignanddiedesign.Inthisdesign,IusedCADsoftwareandthePROEtodocalculationandanalysisformold,toimprovethemolddesign'srationality.Themoldhavemadegreatachievementsinsavingmouldcost,shortentheproductioncycleandimprovedie’slife.
Keywords:
injectionmold;seasoningbox;rationality
1前言
化妆盒是用于美容化妆的工具,其需求量巨大,外形美观,具有重量轻、易清洁、耐磨、耐腐蚀老化、强度高、使用寿命长、制作方便、价格低廉等特点。
该产品外形复杂、选用材料为热塑性塑料ABS,采用注射成型。
注射成型是将塑料经过料筒加热之后,通过注射机将熔融的塑料注射到具有一定形状的型腔之内,而达到成型目的。
它具有成型周期短,能一次成型形状复杂、尺寸精度的塑料制品。
其生产率高,易实现自动化生产。
在设计过程中,我先对塑件的原材料进行分析,了解它的成型工艺性能、主要用途等,然后根据塑件的形状结构,结合ABS的性能,初步选取注射机。
本模具利用CAD与PROE等软件对模具进行计算分析,参考模具设计有关资料,最后选出了顶杆等装置,让模具在精度、可行性以及脱模等方面有了较为突出的优势。
设计当中,利用PROE软件进行辅助,不仅加快了模具设计的速度,更是让模具设计更为合理,并预先知道其可行性。
在多种模具结构中选取最优的一种。
最后利用CAD绘图软件对模具的图纸进行清晰的表达,使模具结构让人一目了然。
通过计算与对模具结构的分析,分别设计出模具的成型零部件、浇注系统、推出机构、侧向分型机构、冷却系统等,并选用基本模架。
本模具通过计算与综合考虑,在节约模具成本、缩短生产周期、提高模具寿命、实现中批量生产等方面取得了较大的成就。
由于本人水平有限,模具设计与制造知识不够完善,所以设计中难免出现或多或少错误,在此希望读者在阅读时加以批评指正。
2塑件材料选择性能
2.1零件
图1零件图
2.2ABS材料分析
ABS材料是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。
这三种组分各自的特性,使ABS具有良好综合力学性能。
丙烯晴使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度,丁二烯使ABS坚韧,苯乙烯使它有良好的加工性和染色性。
ABS属于热塑性塑料,外观为粒状或粉状,呈微黄色,不透明但成型的塑件具有较好的光泽。
ABS无毒,无味。
密度1.02~1.05g/cm3成型温度范围(180℃--240℃),成型时有较好的流动性。
ABS材料具有较高的抗冲击强度,且在低温下也不迅速下降(抗寒性);有良好的的机械强度和一定的耐磨性,耐油性,化学稳定性和电气性能。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易于成型加工。
2.3塑料成型工艺性能分析
塑料成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质,下面,对注塑材料ABS工艺特性进行分析:
(1)收缩性塑料从温度较高的模具中取出冷却到室温后,其尺寸或体积会发生收缩变化,这种性质称为收缩性。
收缩性的的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示,称为收缩率。
一般对于大型模具的收缩率计算,我们采用实际收缩率进行计算:
SS=a-b/b×100%(SS:
实际收缩率;a:
模具或塑件在成型温度时的尺寸;b:
塑件在室温时的尺寸;c:
模具在室温时的尺寸)对我所设计的零件属于小型的模具,所以采用SJ=c-b/b×%(Sj:
为计算收缩率)由于本次毕业设条件的原因,没有办法自己去测量出:
cb值。
于是我们通过查找资料《塑料成型工艺与模具设计》附录B常用塑料的收缩率,可得:
ABS塑料成型收缩率为:
0.003-0.008,由于塑件的结构,模具的结构,成型工艺条件等都会影响塑料的收缩率变化。
我们取一个相对平均值:
0.005。
(2)流动性塑料在一定的温度、压力作用充填模具开腔的能力,称为塑料的流动性。
塑料的流动性差,就不容易充满开腔,易产生缺料或熔接痕等缺陷。
但流动性太好,又会在成型时主生严重的飞边。
ABS材料属于热塑性塑料,分子成线型,具有良好的流动性。
其次:
料温,压力,模具结构都会影响塑料的流动及充模能力。
(3)吸湿性吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。
按吸湿或粘附水分能力的大小分类,ABS塑料属于吸湿性塑料,吸水率为:
0.05%-0.5%。
在注塑成型过程中比较容易发生水降解,成型后塑件上出现气泡,银丝与斑纹等缺陷。
因此,在成型前必须进行干燥处理。
一般干燥温度取80-90℃,干燥时间为两小时。
(4)热敏感性塑料的化学性质对热量的敏感程度称为热敏性。
热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解,从而影响到塑件的性能,色泽和表面质量等,另处,塑料熔体发生热分解或热降解时,会释放出一些挥发性气体,这些气体一般具有腐蚀性,或有毒,不管是对人,还是模具都会造成一定的影响。
ABS塑料成型温度为210℃-250℃,经查中国人力资源专家网提供的材料编经验值得,到达260℃变色,于料温达到280℃时,塑料出现分解。
于是注塑成型是,一般取210℃-250℃。
综上所述:
ABS收缩比较大,成型收缩后,对型芯具有比较大的包裹力,为方便塑件顺利脱模,应将脱模斜度设计为较大值:
型腔40′~1°40′型芯30′~1°。
ABS溶融时具有良好的流动性;较低的热敏性;属于吸湿性塑料。
于是在成型是需要控制好,成型温度,压力,注射前的干燥处理等。
3塑料件的结构工艺
3.1塑料件的尺寸精度分析
按塑件的尺寸MT精度要求,未标注公差为自由,按ABS材料模塑件公差等级(GB/T14486-1993)选取一般精度要求MT3。
其主要尺寸公差如下(单位均为mm)
成型零件的外形尺寸:
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、95°、15°
成型零件的外形尺寸:
、
、
、
、
、
、
、
成型零件的卡位孔尺寸:
3.2塑料件的使用性能分析
塑件外表面光亮耐磨,平整,卡位孔处需要有良好的力学性能。
卡位孔配合精度不高,需要适当的强度和弹性,不容易产生的变形,整体无变形即可。
3.3塑料件的表面质量分析
该塑件要求外形美观,内、外表面表面光滑,没有斑点及熔接痕现象,内、外表面粗糙度均可取Ra0.4μm。
塑件制品内、外表面成型后方不可见边缘有缺陷,边缘面要求平整。
3.4塑料件的结构分析
(1)塑件形状比较复杂,前、后面都用圆弧过度,后面有两个卡位孔,两侧均有加强筋。
内部有三块隔板。
(2)塑件整体结构较大,平均壁厚为1.5mm,壁厚检测分析如图2所示,超过ABS塑料的最小成型壁厚。
可注塑成型。
图2厚度检查分析
综上所述,从精度上看,ABS注塑成型可满足尺寸要求,表面粗糙度要求(ABSRa可达到0.025~1.6/μm)。
从结构上看,可考虑整体边缘为最大分型面,两侧卡位孔结构考虑侧向分型。
从塑件的表面质量要求看,浇口选择在塑件的底部,提高它们的力学性能。
由于塑件整体结构较大,但生产批量大等。
我们可以考虑使用一模多腔的注塑成型,提高生产效率。
4成型设备的选择和成型工艺的制定
4.1成型参数的确定
查《中国模具设计大典》、《塑料成型工艺与模具设计》得ABS塑料的有关注塑成型参数:
密度:
1.01~1.05g/mm³
收缩率:
0.005~0.008
预热温度:
80℃~90℃,预热时间2~3h
料筒温度:
前段200℃~210℃,中段210℃~230℃,后段200℃~220℃
喷嘴温度:
180℃~190℃
模具温度:
50℃~70℃
注射压力:
60~100MPa
注射时间:
注射时间3~5s,保压时间10~30s,冷却时间15~30s.
成型周期:
40~70S
4.2塑件的体积和重量的计算
4.2.1利用PRO/E进行体积的计算
根据产品图纸,将四组调料盒按1:
1的尺寸比例在PROE里完成三维构图。
利用PROE分析指令对四组调料盒进行体积的计算
体积=4.7173376e+10000mm3
其中e=1
四组调料盒体积V=10004.72mm3
4.2.2四组调料盒重量的计算
根据分析ABS材料ρ=1.05g/cm3
W=ρV
=1.05×10004.72×10-3
=10.5496g
4.3模具所需塑料熔体注射量
根据生产批量为大批量生产,由于注塑件的尺寸比较大,初步选择采用一模二腔,按《塑料模具设计指导》2.1.2.4有如下模具所需塑料熔休注射量的计算公式:
M=NM1+M2
式中,M——副模具所需塑料的质量或体积(g或cm3)
N——初步选定的型腔数量
M1——单个塑件的质量或体积(g或cm3)
M2——浇注系统的质量或体积(g或cm3)
M2:
注系统的质量或体积,它与注塑件的质量和塑料的流动性能有一定的关系,是一个不定值,但据注塑厂的统计资料,M2取15%-20%。
在这里我们选用M2=0.6NM1则有:
M=1.6NM1
=1.6×2×10.5496
=33.75872cm3
4.4锁模力的计算
FM=(NA1+A2)P型
式中,FM——模具所需要的锁模力(N)
N——初步选定的型腔数量
A1——单个塑件在分型面上的投影面积(mm2)
A2——流道凝料在分型面上的投影面积(mm2)
P型——塑料熔体对型腔的平均压力(MPa)
其中,A2按分型面上投影面积A1的0.2~0.5倍。
取中间值0.3,利用Pro/E进行注塑件投影面积分析(一模两腔一起分析),A1 投影面积为:
40951.0mm2如图3所示。
图3投影面积分析
根据资料《塑料模具设计指导》P7常用塑料注射成型时型腔平均压力表2-2中,ABS属于中等黏度塑件及有精度要求的塑件,P型取35
FM=(NA1+A2)P型
=(2×20475.5+0.3×2×20475.5)×35
=(40951+12285.3)×35
=1863270.5Mpa
4.5设备选择
根据塑化塑化温度,额定注射量,注射压力,锁模力要求,参考《塑料成型工艺设计与模具设计》P105表4.2常用国产注塑机的规格和性能。
初步选择采用注射机型号:
G54-S200/400
G54-S200/400其有关的参数为:
额定注射量200~400cm³
注射压力109MPa
锁模力2540KN
最大注射面积645cm2
最大开合模行程260mm
最大模具厚度406mm
最小模具厚度165mm
喷嘴圆弧半径18mm
喷嘴孔直径4mm
动定模板尺寸532×634mm
拉杆间距290mm×368mm
4.6塑料成型工艺卡
根据ABS材料的注射成型工艺分析、四组调料盒的结构分析及相关资料《塑料注塑模结构与设计》编写如下表成型工艺卡片。
见附录1.
5注射模设计
5.1可行性分析
5.1.1可注塑性分析
(1)最小壁厚要求
根据图纸,四组调料盒壁厚为1.5mm。
《塑料模具设计与制造实训教程》P18(表1-3)常用塑料壁厚选用范围中,ABS材料壁厚范围为1.25-1.6mm。
四组调料盒的壁厚中型塑件,需进行最小壁厚校核。
《塑料模具设计参考资料汇编》P160壁厚(S)与流程(L)关系式:
ABS流动性为中等。
S=(L÷100+0.8)×0.7
=(150÷100+0.8)×0.7
=1.61mm>1.5mm
四组调料盒平均尺寸大于ABS材料的实际最小注塑尺寸,可注塑成型。
(2)表面质量要求
由于塑件表面质量要求较高,表面不允许出现明显的接痕,和气泡伤疤。
为避免此类缺陷的出现,在结构设计,分型面设计,浇注系统设计,排气系统设计前进行使用PLASTTCADVISER7.0进行注塑件可能产生的接痕和气泡分析如图4所示。
图4接痕和气泡
图中,红色为缩痕区,蓝绿色小点为气泡。
由图可知,缩痕多出现在相交结构上,一般由塑件的结构确定接痕的分析为红色,说明接痕缺陷不明显,塑件的结构达到表面表质量的要求。
蓝绿色点不多,多集中在边缘上,可考虑将分型面设计在此处,合理利用合模间隙,可达到良好的排气效果,可避免气泡引起的缺陷。
5.1.2可制造性分析
(1)、模具精度校核
根据塑件精度要求塑件外表面Ra=0.8μm按经验公式可得型腔的表面要求Ra=0.27μm由精铣——研磨达到精度要求。
(2)、结构分析
塑件整体结构均匀,卡位孔结构小,内有R3倒角,型芯机构设计成整体式,如图5(a)所示,需要用到线切割和数控铣加工,是模具加工费较贵,且小的角槽容易磨损,一但磨损过量,则整个型腔需要更换,浪费大量的费用,从模具的加工性、经济角度出发考虑,所以型芯机构设计成拼块组合式,如图5(b)所示,有利于加工,便于更换,即可节省模具的成本费。
型芯设计成组合镶嵌式可以用铣工单独加工完成。
(a)整体式(b)拼块组合式
图5型芯的形式
塑件在两侧分别有一个卡位孔,卡位孔的直径:
4.2mm、长:
8mm,卡位孔结构不利于与主分型面一起分型,所以必须运用侧向抽芯分型才可以分型。
综上所述:
四组调料盒塑件,满足最小注射壁厚,注射没有明显的缩痕现象,注射型成气泡少,且可利用合理的合模间隙排气。
模具可加工简单,结构合理。
5.1.3型腔数目的确定
根据模具的生产批量为大批量生产,一模多腔能提高生产效率,降低每一件产品的模具费用。
根据一模两腔塑件的体积V=40951.0mm2,塑件体积比较大,按初步选择的注射机G54-S200/400额定的注射量为200~400mm3,可成型一模具多腔。
但随着模具型腔数目的增加,塑件的精度降低,模具结构复杂,制造成本提高,注塑质量差。
综合考虑,四组调料盒的模具设计采用一模二腔结构。
5.2确定模具的类型
(1)塑料采用注射成形法生产。
为保证塑料表面质量,使用点浇口成形,由于塑件较大,所以一个塑件采用四个点浇口,因此模具应为双分型面注射模(三板式注射模)。
(2)模具采用一模二腔,模具规模较大,为了降低加工难度,模具采用组合镶嵌式。
(3)从塑件卡位孔结构的角度考虑,制件卡位孔结构较小,所需的抽芯力不大,所以可以利用斜滑块侧向分型。
5.3确定模具的主要结构
5.3.1模具型腔布局、浇口的选择
(1)模具型腔布局的选择
合理的型腔布局有,能简化模具结构,提高生质量。
下图6中a、b、c为四组调料盒模具设计中的四种模具型腔的布置方式。
(a)矩形横向对排
(b)矩形纵向对排卡位孔在外侧(c)矩形纵向对排卡位孔在内侧
图6模具开腔布局
(一)图a为矩形横向对排,卡位孔外侧两个反向,内侧两个相对。
此排列方式结构简单,压力中心为矩形排列的中心,利于压紧。
浇口选择底部,但由于内侧两个卡位孔相对结构,不便于安装,不便于抽芯机构设计及抽芯。
(二)图b为矩形纵向对排卡位孔在外侧。
此排列方式结构简单,压力中心为矩形排列的中心,利于压紧。
浇口选择底部,卡位孔的侧抽芯分别在外侧两边,不能提高侧抽芯的力学性能且结构紧凑。
在设计侧抽芯机构时需要设计四个,不便于安装,模具成本费较高。
(三)图c矩形纵向对排卡位孔在内侧。
此排列方式结构简单,压力中心为矩形排列的中心,利于压紧。
浇口选择底部,卡位孔的侧抽芯分别在内侧两边,能提高侧抽芯的力学性能且结构紧凑。
在设计侧抽芯机构时只需要设计二个即可,便于安装,模具成本费比上种方法低。
根据经验,型腔的排列尺寸,即要保证成型时的压边值,又要考虑侧抽芯是否产生干涉,如有干涉则无法合模具。
经综合考虑,型腔的横间矩最小处取20mm。
综合分析考虑使用图c矩形纵向对排卡位孔在内侧,卡位孔纵向对排内侧结构。
(2)模具点浇口的选择
模具型腔体积较大,塑件壁厚均匀,经塑料专家分析,注塑件浇口最佳位置主要为两塑件相对的一小部分,如图7所示。
图7浇口选择的分析
图中,蓝色表示浇口最佳选择区域,红色表示最不好的选择区域。
根据分析报告,为达到好的浇口位置的选择效果,浇口选在绿色区域并在塑件的底部。
5.3.2分型面的设计
分型面的选择原则:
应选在外形最大轮廓处、有利于塑件的顺利脱模、模具结构简单既便于加工制造、应有利于排气、确保塑件的外观质量要求、保证塑件的精度要求,还应考虑到型腔在分型面上投影面积的大小,以避免接近或超过所选用注塑机的最大注塑面积而可能产生溢流现象。
根据塑件结构分析,结合缩痕和气泡分析。
分型面取塑件底面为主分型面,结构简单,利于气体的排出,外侧抽芯结构由侧抽芯侧向分型。
下图8A、B两种方式。
图A图B
图8分型面的设计
图A整体式:
结构复杂不利于加工且不可完成侧向分型。
只能使模具复杂。
图B组合拼块式:
结构简单利于加工及顺利完成侧向分型,从塑件的整个外表有较高的光洁度要求,浇口不能设计边沿或上表面上,于是此分型面的方式必需采用点浇口,设计在塑件的底部。
卡位孔通过斜滑块侧向抽芯完成,侧抽芯具有较好的力学性能,在合模时,可将模具锁紧。
综合分析,采用图B分型设计。
5.3.3浇注系统的设计
(1)主流道设计
主流道是注射机喷嘴与分流道的塑料熔体的流动通道,其形状尺寸对熔体的流动和充模时间有较大的影响。
主流道一般设计在浇口套中,为更容易的拔出,主流道的锥角为20~40结构如右图9所示图9主流道
(2)分流道的设计
分流道的作用是改变熔体流向,使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。
其主要形式有:
圆形、梯形、U形、半圆形、矩形、六角形10所示。
图10分流道
其中,梯形和半圆形加工较为容易,且热量损失与压力损失均不大,所以在此设计中,选用半圆形流道。
根据经验,梯形的主流道热量损失与压力损失,所以分流道设置为梯形。
(3)分流道的布局
模具结构为一模二腔,型腔排列采用矩形纵向对排卡位孔在内侧的方式,各型腔压力平均同时充满,分流道的排列方式如下图11所示,
图11分流道布局
图11中,L由型腔的布局确定,L1=50、L2=15图中的二次分流比一次分流要小15%~20%。
(4)浇口的设计
考虑浇口的灵活性,加工方便,及零件的表面质量要求,所以选用点浇口进料,减少了浇注系统塑料的损耗量,同时去除浇口容易,且不留明显痕迹。
如下图12所示
图12点浇口
浇口尺寸:
d=1、L=1、a=8°
其中,主流道衬套和定位环由主流道尺寸,衬套尺寸选择标准件。
如下图13
A主流道衬套B定位环
5.3.4排气系统
模具型腔体积较大,塑件壁厚均匀,经塑料专家分析,注塑件主要在下表面相交处,及卡位孔部位产生少量气泡,如图4-11所示。
在分型面的设计中,已经将主分型面设计于易产生气泡的位置,其主要将合模具间隙控制在0.03mm,则能将气体通畅排出。
卡位孔结构部位的气体排出,主要设计侧型芯的配合间隔为0.03mm。
图14排气系统分析
5.3.5导向机构的设计
(1)导向机构的功用
任何一副模具在定动模之间都设置有导向机构。
其作用有如下:
①定位作用:
合模时维持动定模之间的一定方位,合模后保持模腔的正确形状。
②导向作用合模时引导动默按序闭合,防止损坏型芯,并承受一定的侧向力。
③承载作用采用推件板脱模或三板式模具结构,导柱有承受推件板和定模型腔板的重载荷作用。
④保持运动平稳作用,对于大中型模具的脱模结构,有保持机构运动灵活平稳的作用。
(2)导向机构的设计
①导柱国家标准规定了两种结构形式,带头导柱和有肩导柱。
有的导柱开设油槽,内存润滑剂,以减小导柱导向的摩檫
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