電話機外殼下蓋注塑模設計-電話機底座模具設計【17張CAD圖紙+PDF圖】
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中北大學分校畢業(yè)設計(論文)目錄前言2第一章 塑件分析設計3第1.1節(jié) 塑料材料的選擇31.1.1選材依據31.1.2 選材方法41.1.3 材料選擇5第1.2節(jié) 塑料制品的結構設計51.2.1 塑件的尺寸精度與精度51.2.2 表面質量61.2.3 結構設計及工藝性6第二章 方案的選擇7第三章 注射機的選擇9第四章 注塑模設計10第4.1節(jié) 塑料制件在模具中的位置114.1.1 型腔數的確定114.1.2 分型面的選擇11第4.2節(jié) 澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設計124.2.1 主流道及主流道襯套124.2.2 冷料井的設計134.2.3 分流道設計144.2.4 澆口的設計154.2.5 排氣系統(tǒng)的設計16第4.3節(jié) 成型零件的設計174.3.1成型零件的結構設計174.3.2 成型零件工作尺寸計算184.3.3 型腔壁厚和底板厚度計算21第4.4節(jié) 側向抽芯機構設計224.4.1 抽芯距確定和抽拔力計算322442斜推桿導滑的斜滑塊分型抽芯機構設計23第4.5節(jié) 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計244.5.1 模溫對塑件的影響244.5.2、制品所需的成型周期的計算244.5.3 冷卻參數的計算254.5.3 冷卻回路設計26第4.6節(jié) 合模導向機構設計264.6.1概述264.6.2 導柱導向機構設計274.6.3導套的設計要點27第4.7節(jié) 塑件脫模機構284.7.1 脫模機構設計一般應遵循下述原則:284.7.2 脫模力的計算294.7.3推桿的設計29第4.8節(jié) 工藝參數的校核304.8.1 最大注射量的校核314.8.2 注射壓力的校核314.8.3 鎖模力的校核314.8.4 開模行程的校核314.8.5 安裝尺寸的校核32第五章 結 論33參考文獻33致謝:35外文翻譯36前言 塑料材料只有通過成型才能成為具有使用價值的各種制品,而塑料的成型一般通過模具來成型,因此在塑料生產過程中模具是必不可少的。塑料模具對實現成型工藝要求和塑件使用要求起著十分重要的作用。任何塑件的生產和更新換代都是以模具的制造和更新為前提的,由于目前工業(yè)和民用塑件的產量猛增,質量要求越來越高,因而導致了塑料模具研究、設計和制造技術的迅猛發(fā)展。我國具工業(yè)從起步到飛躍發(fā)展,歷經了半個多世紀,近幾年來,我國模具技術有了很大發(fā)展,模具水平有了較大提高。大型、精密、復雜、高效和長壽命模具又上了新臺階。大型復雜沖模以汽車覆蓋件具為代表,我國主要汽車模具企業(yè),已能生產部分轎車覆蓋件模具。體現高水平制造技術的多工位級進模、覆蓋面大增,已從電機、電鐵芯片模具,擴大到接插件、電子零件、汽車零件、空調器散熱片等家電零件模具上。塑料模已能生產34、48大展幕彩電塑殼模具,大容量洗衣機全套塑料模具及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。近幾年來塑料成型模具的產量和水平發(fā)展十分迅速,高效率、自動化、大型、精密、長壽命模具在模具總產量中所占比例越來越大,塑料模熱流道技術更臻成熟,氣體鋪助注射技術已開始采用。壓鑄模方面已能生產自動扶梯整體梯級壓鑄 模及汽車后轎齒輪箱壓鑄模等模具質量、模具壽命明顯提高;模具交貨期較前縮短。CAD/CAM/CAE技術相當廣泛地得到應用,并開發(fā)出了自主版權的模具CAD/CAE軟件。電加工、數控加工在模具制造技術發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。模具加工機床品種增多,水平明顯提高??焖俳洕颇<夹g得到了進一步發(fā)展,尤其這一領域的高新技術快速原型制造技術(RPM)進展很快,國內有多家已自行開發(fā)出達到國際水平的相關設備。模具標準件應用更加廣泛,品種有所擴展。模具材料方面,由于對模具壽命的重視,優(yōu)質模具鋼的應用有較大進展。正由于模具行業(yè)的技術進步,模具水平得以提高 ,模具國產化取得了可喜的成就。歷年來進口模具不斷增長的勢頭有所控制,模具出口穩(wěn)步增長。在新世紀來到之際,我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn)?;仡櫼酝?,展望未來,我們滿懷信心期待模具技術在“十五”期間有更快的發(fā)展。實施標準化、專業(yè)化推動了我國塑料模具加工工業(yè)的發(fā)展,并將繼續(xù)為我國塑料模具生產企業(yè)提高技術水平、增強競爭實力、加快融入國際大市場的步伐提供必要的技術保障。做為新世紀的大學生,我一定要學好模具的專業(yè)知識,用心做好每一個模具設計,努力為國家的模具設計事業(yè)作出我一點貢獻。設計者:邱海軍2005年6月13日第一章 塑件分析設計一個完美的塑料制件,要根據制品的使用要求和外觀要求從力學性能、美術造型和成型工藝、塑料模具設計和制造等多方面進行考慮。塑件的物理力學性能,如剛度、強度、韌性、彈性、吸水性、以及對應力的敏感性。設計塑件時盡量發(fā)揮其優(yōu)點,避免和補償其缺點。塑料的成型工藝,如流動性、成型收縮率及收縮率的各項差異等。塑件的形狀應有益于脫模、排氣、補縮,同時能使熱塑性塑料制品達到高效、均勻冷卻。塑件結構應是模具結構盡可能簡單,特別是避免側向分型抽芯機構和簡化脫模機構。使模具機構符合制造工藝要求。第1.1節(jié) 塑料材料的選擇注射塑料制品的選材要求主要取決于使用要求,為達到均衡選材還需考慮材料的注射工藝性和模具的結構工藝性。1.1.1選材依據(1)塑料件所需性能(使用要求)。使用要求是一個綜合性的問題。這里我們設計的塑料制件是電話機外殼下蓋注射模的設計,屬一般的室內用塑料件,對耐候性要求不高。需要有一定的剛度,并對制品表面的粗糙度也有一定要求。已確定采用注射模塑成型,對原材料性能的最低要求如表11:表11 原材料性能項目的最低數值清單:抗壓強度50 MPa彎曲模量900 MPa熱變形溫度80 帶缺口懸臂沖擊強度2 kJ/m2斷裂伸長率5 %(2)幾種塑料性能比較,見表12。(3)塑料材料性能排序,見表13。表12 幾種塑料的性能比較材料名稱密度(g/cm3)強度極限b(kg/mm2)比強度b/彈性模量E(kg/mm2)比剛度(E/)價格元/噸PE0.9639.541.21078.71123.76600PP0.9032.335.91274.81416.47450PS1.0648.645.93137.92905.87850ABS1.0548.045.12059.31961.210100POM1.4160.442.82745.71947.315000PA-61.1381.071.72745.72418.3116900PA-661.1478.368.61274.81118.218900PC1.2061.851.52353.41961.120100表13 幾種常用塑料的使用性能排序序號性能說 明塑料代號排序1強度剛度高 低PA POM PSU PET EP ABS PS PVC PMMA PP PE2耐磨減磨好 差PA PAR PP PBT PC FEP POM ABSPVC PS PMMA PSU3耐化學性好 可PCTFEF3 PEEK PPS PENTON PTFE PPSU PPO ABS HDPE PB PA PC PMMA 4耐熱性高 低PTFE EP PSU PC PP PE POM PMMA ABS PS PVC5尺寸穩(wěn)定性精 粗PENTON PVC PSF PS PMMA ABS PC PA PSU PPO PP PE6抗老化性強 弱FEP F46 PTFE UEMWPE PEEK PMMA PAR PBT PC POM7阻燃性好 差PTFE PVC PI PPO PC PVF PEC EP PMMA PE PP8電性能低 高PTFE PE PVC PET PMMA PI PBT PPS PA TTE PPP 9透明性好 劣PMMA PS PC PCTFEF3 PA PA-10101.1.2 選材方法經驗法。按選材經驗和推薦使用情況綜合考慮使用要求,選取合適的材料,其中還須考慮經濟成本和材料來源。1.1.3 材料選擇根據經驗和推薦電話機外殼采用材料ABS。ABS的特性、注射工藝及模具條件介紹:特性:(1) (丙烯腈)ABS有高的良好的耐熱和耐腐蝕性。 B(丁二烯)很高的韌性和低溫條件S(苯乙烯)使ABS具有良好的成型工藝性,剛性和著色性(2) ABS五毒、 無味,密度為1.021.08g/cm,吸水性很小1%。(3) 使用溫度范圍為-40110,力學性能優(yōu)良,耐疲勞、沖擊硬度好(4) 化學性能穩(wěn)定性好,耐酸、耐堿、耐鹽的化學腐蝕(5) 著色性良好,電緣性也很好(6) 表面可以電鍍、噴漆、印刷、繪畫注塑工藝及模具條件:干燥處理:ABS材料具有吸濕性,在注射成型前進行干燥處理。建議干燥條件:8090下最小干燥2h,且材料溫度波動應保證小于0.1。熔化溫度:210280建議溫度:245模具溫度:2570 注射壓力:50100MP注射速度:中高速度第1.2節(jié) 塑料制品的結構設計1.2.1 塑件的尺寸精度與精度 塑料制品的尺寸精度與塑料制品品種有關,根據各種塑料收縮率不同,可將各種塑料的公差等級分為高精度、一般精度和低精度。對于塑料制品技術要求和尺寸精度盡量降低,采用一般精度。電話機外殼選用的尺寸精度等級一般為4級,根據GB/T14486-1993標準;公差為0.74mm 。1.2.2 表面質量塑件表面質量包括表面粗糙度和表觀缺陷狀況(缺料、溢料、凹陷、熔接痕、銀紋、澆口處發(fā)渾、翹曲、粘膜和粘流道等)。如果不考慮表觀缺陷狀況,則制品的表面質量主要取決于表面粗糙度。一般而言,原材料的質量、工人操作水平及模具型腔的表面粗糙度等因素均對制品的表面粗糙度有影響,其中模腔的表面粗糙度影響最大。制品要求的表面粗糙度數值越小,模腔表面越光滑,加工模具時的研磨拋光要求也越高,模具制造的難度也越大。因此,制品表面的粗糙度應視情況而定,除了考慮使用要求外,還須考慮美觀。模塑制品的表面粗糙度通常為Ra0.80.2之間,此電話機外殼取Ra0.5um。模腔表面粗糙度數值為制品的1/2,即Ra0.40.1,這里取Ra0.25。1.2.3 結構設計及工藝性如圖11 塑件圖。圖11 塑件圖(1) 塑件的壁厚電話機外殼底座塑件如圖1.1所示,其壁厚是最重要的結構要素。塑件的壁厚對熔體充滿模具型腔的流程影響很大,壁太厚就很難達到完全均勻的硬度,且易產生氣泡、縮孔等缺陷;太薄則剛度差,在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形,影響塑件的使用和裝配的正確性。塑件不均勻,將導致塑件各個部件固化收縮不均勻,易在塑件上產生氣孔、裂紋,引起內應力及變形等缺陷。塑件壁厚一般在13mm范圍內,最常用的是23mm,大型塑件也有更厚的。根據所設計的電話機外殼的材料、結構、強度等要求,取塑件壁厚為2mm。(2) 塑件的圓角為防止塑件轉角處的應力集中,改善其成型加工過程中的充模特性,增強相應位置模具和塑件的力學性能,需在塑件的轉角出和內部聯結處,采用圓角過度。實驗證明,當圓弧半徑大于塑件壁厚1/4時,其應力集中系數小于2,當此比值增大到1/2,應力集中系數可減至1.5。塑件內外表面轉角處,采用圓弧過渡,可以有效減少內應力。當塑件結構不允許有圓角時,圓角半徑視具體情況可取0.20.5mm.(3)的脫模斜度 塑件冷卻時的收縮率會使它緊包住模具型芯或型腔中的凸起部分。因此,為了便于從塑料中抽出型芯或從型腔中脫出塑件,防止脫模時拉傷塑件;在設計時,必須使塑件內外表面沿著脫模方向留有足夠的斜度,從表查得ABS塑件脫模斜度,型腔為30130,型芯為351。脫模斜度取決于塑件的形狀、壁厚、及塑料的收縮率。成型型芯越長或型腔越深,則斜度應取偏小值;反之可選用偏大值。因此,此次設計的電話機外殼的脫模斜度型腔取1型芯取40。(4) 塑件的孔塑件上常用的孔有通孔、盲孔、自攻螺釘和形狀復雜的孔等。這些孔不宜設在可能削弱塑件的強度的部位,孔之間及邊壁之間,應均勻留有足夠的距離。第二章 方案的選擇由于塑件內部存在很多孔和側向有矩形孔,針對這種情況本設計模具的凸模和凹模都采用整體結構,比較緊湊。針對側孔本設計采用抽芯,具體采用何種經過以下的分析和比較,我采用了二次分型斜桿導滑的斜滑塊內側抽芯的結構。側向分型或側向抽芯機構是塑料注塑模的一個重要組成部分,在塑件上凡是脫出方向和開模方向不同的側孔或側凹除少數淺側凹外,都需要進行側向抽芯或側向分型方能將塑件順利脫出。手動側向分型抽芯機構是利用人力將模具側向分型或把側向型芯從成型塑件中抽出。,這類機構操作不方便,工人勞動強度大,生產效率較低,抽拔力有限,但模具的結構比較簡單,加工制造成本低,因此常用于產品的試制、小批量生產或無法采用其他側向分型與抽芯機構的場合。這里不適合。液壓(氣壓)側向分型抽芯機構系指以壓力油(或壓縮空氣)作為動力來源,驅動模具進行側向分型、抽芯及其復位的機構。這類機構的主要特點是抽拔距離長,抽拔力大,動作靈活,不受開模過程限制,常在大型注射模具中使用。如注射機本身帶有備用的液壓缸,尤為適用。但缺點是液壓或氣動裝置成本較高。在這里抽拔距離短,故不適合采用。機動側抽芯一般系指借助注射機的開模力或頂出力與合模力進行模具側向分型、抽芯及其復位動作的機構。這類機構雖然結構比較復雜,但分型與抽芯無需手工操作,生產效率高,經濟性好,動作可靠,實用性強,其主要形式有:彈簧分型抽芯、斜銷分型抽芯、彎銷分型抽芯、斜滑塊分型抽芯、齒輪齒條抽芯等。為了提高經濟性,我們采用機動側向抽芯。彈簧分型抽芯采用彈簧(或硬橡皮)實現抽芯動作,結構簡單。但它只適合抽拔距小、抽拔力不大的場合。斜導柱分型抽芯機構是利用斜導柱等零件把開模力傳遞給側型芯或側向成型塊,使之產生側向運動完成抽芯與分型動作。這類機構結構緊湊、加工制造方便、動作安全可靠。它的拔力和抽芯距受到模具結構的限制,一般使用于抽芯力不大且抽拔距小于6080mm的場合。所以這里不適合采用此方法。 斜推桿導滑的斜滑塊分型抽芯機構是在成型滑塊的底部連接一根斜桿(矩形或圓形均可),推出時斜桿在斜孔內運動,使斜滑塊一面上升一面完成分型動作。由于斜桿剛度較差,多用于抽拔力不大的場合,優(yōu)點是它占位小,既可用于外側抽芯,也可用于內側抽芯。由于電話機的矩形孔抽拔距離短,抽拔力小,故本設計采用斜推桿導滑的斜滑塊內側抽芯。第三章 注射機的選擇注塑成型機類型和規(guī)格很多,臥式注塑機是目前使用最廣泛的注塑成型機,其注塑柱塞或螺桿與模板的合模運動均沿水平方向裝設,并且多數在一條直線上,其優(yōu)點是機體較低,容易操縱和加料,制件推出模具后可自動墜落,故意實現全自動化操作,機床重心較低安裝穩(wěn)定,一般大中型注塑機均采用這種形式。此處就采用臥式螺桿式注塑機。模具設計時需要考慮注射機技術的規(guī)范有:最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、模具安裝尺寸和開模行程等。由于同一規(guī)格的注射機,生產廠家不同,技術規(guī)格也有所不同,所以設計時最好查閱注射機生產廠家提供的注射機使用說明書上標明的技術規(guī)格。根據ABS的注射容量,m=148g/cm或注射容積V=140.95cm3,初選如下: 浙江塑料機械廠生產SZ-1000/ZT,SZ-1000/ZC注射機的主要參數名稱單位螺桿直徑Mm45理論注射量Cm3259注射壓力Mp200鎖模力Kn1600模具厚度MmMax480min175模板行程mm385模板最大開距Mm865頂出力Kn45頂出行程mm125 中國海太機械廠生產的HDL1380注塑機的主要參數項目項目名稱單位HD1380B注射裝置螺桿直徑mm45理論注射容量cm3238注射重量g222注射速率g/s130塑化能力g/s19注射壓力MPa155螺桿轉速rpm190合模裝置合模力kN1380移模行程mm380拉桿間距mm450*450最大模厚mm460最小模厚mm170頂出行程mm115頂出力kN33其它最大油泵壓力MPa14油泵馬達功率kW13電熱功率kW7.2外形尺寸(長*寬*高)m4.6*1.5*1.8機器重量t3.8根據塑件要求本設計選擇第二種注射機方案圖31 注塑機的安裝尺寸第四章 注塑模設計第4.1節(jié) 塑料制件在模具中的位置4.1.1 型腔數的確定經天平測量,測的塑件的質量m=148g,根據手冊知ABS的密度為1.021.08g/cm3所以平均密度為,所以可計算的注射容積為V=140.95cm3初選一模一腔(1)型腔數確定這里根據所選注塑機的技術規(guī)范及塑件的技術經濟要求,計算可以選擇的型腔數。注塑機的最大的注塑量按國際慣例是指注塑在常溫下密度為的普通聚苯乙烯的對空注射量,實際的注射量取機器的最大注塑量的85%實際注射量:,為理論的最大的注射量對于其它的非聚苯乙烯的塑料,其最大的注塑量為: , (4-1) 1個 所以,注射機的最大注射量是合格,型腔數的選擇也是可行的。4.1.2 分型面的選擇模具上用以取出制品及澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸面稱分型面分型面是決定模具結構形式的重要因素,它與模具的整體結構和模具的制造工藝有密切關系,并且直接影響著塑料熔體的流動充模特性及塑件的脫模,因此,分型面的選擇是注塑模具設計的一個重要問題。常見的取出塑件的主分行面,與開模方向垂直。分型面的選擇不僅關系到塑件的正常成型和脫模,而且涉及模具的結構與制造成本。在選擇分型面時,應遵守以下規(guī)則: (1):分型面應該選擇在塑件的最大的截面處; (2):盡可能地將塑件留在動模一側。因為在動模一側設置和制造脫模機構簡便易行; (3):有利于保證塑件的尺寸精度; (4):有利于保證塑件的外觀的質量; (5):考慮滿足塑件的使用要求。注塑件在模塑過程中,有一些很難避免的工藝缺陷,如拔模斜度、分型面上飛邊及頂桿與澆口的痕跡等。在設計分型面時,應從使用角度避免這些工藝缺陷影響塑件的功能; (6):盡量減少塑件在合模平面上的投影面積,以減少所需的鎖模力; (7):長芯應置于開模方向; (8):有利于排氣,應有利于簡化模具??紤]以上幾方面,因側向合模鎖緊力較小,故對于投影面積較大的大型制品,應將投影面積大的分型面放在動,定模的合模主平面上,而將投影面積較小的分型面作側向分型面。本模具的分型面選擇在塑件的大平面出。大致結構如簡圖:圖41 分型面第4.2節(jié) 澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設計4.2.1 主流道及主流道襯套為了有效地傳遞壓力,澆注系統(tǒng)主流道及其附近的塑料熔體應該最后固化,主流道與分型面垂直,為便于流道凝料拔出,設計成2(24)錐角的圓錐形。內壁粗糙度,內壁研磨拋光時不形成與開模方向垂直的劃痕,以免造成脫模困難。主流道與噴嘴接觸處作半球形凹坑,二者配合嚴密,避免高壓塑料熔體溢出,凹坑球半徑R2比噴嘴球頭半徑R1大0.51.5mm,R2=R1+(0.51.5)=16mm,主流道小端直徑比注塑機噴嘴孔徑大0.51mm,取5mm。大端直徑比分流道深度大1.5mm以上。臺階轉角半徑R宜大一些,以免淬火開裂或應力集中,取R=3mm。由于主流道與注塑機的高溫噴嘴反復接觸和碰撞,所以設計成獨立的主流道襯套。選用優(yōu)質鋼材T8A制作,并經熱處理淬火+低溫回火提高硬度至5055HRC。單位:mmDdD1LL1385183010流道錐角 =2噴嘴球半徑SR15噴嘴口孔徑4 圖42主流道襯套4.2.2 冷料井的設計當注射機未注射塑料之前,噴嘴最前端的熔融塑料的溫度較低,形成冷料渣,為了集存這部分料渣,在進料口的末端的動模板上開設一洞穴或者在流道的末端開設洞穴,這個洞穴就叫冷料穴。在注射時必須防止冷料渣進入流道或者模具型腔內,否則將會堵塞流道和減緩料流速度,進入模具型腔就會造成塑料制品上的冷把或冷斑。因此在模具設計時設計一個冷料穴。4.2.3 分流道設計影響分流道設計的因素很多,制品的幾何形狀、壁厚、尺寸大小及尺寸的穩(wěn)定性,內在質量和外在質量要求,塑料的種類,注射機的壓力,加熱溫度,注射速度,主流道及分流道的拉料及脫落方式,型腔布置及澆口形式的選擇都能影響分流道的設計。在設計分流道時考慮以下幾點:1. 塑料流經分流道時的壓力損失及溫度損失要小。2. 分流道的固化時間應稍后于制品的固化時間,以利于壓力的傳遞及保壓。3. 保證塑料迅速而均勻的進入各個型腔。4. 分流道的長度應盡可能短,其容積要小。5. 要便于加工及刀具的選擇。(1)分流道截面分析圓形截面分流道 其優(yōu)點是表面積與體積之比值為最小,在容積相同的分流道中圓形截面分流道的塑料與模具接觸的面積最小,因此其壓力損失及溫度損失小,有利于塑料的流動及壓力傳遞,其缺點是圓形截面分流道必須在動、定模上分別設計兩個半圓形,因此給模具加工帶來一定難度。拋物面截面(U形截面) 其截面的形狀接近于圓形截面,同時此種截面的分流道只在模具一面加工。但缺點是與圓形截面相比,熱損失較大,流道廢料較多。梯形截面 此種截面是拋物線形截面的變形,與以上兩種截面相比,其熱損失較大,但便于分流道的加工及刀具的選擇。因而,這里選擇圓形截面分流道。查表得到ABS的圓形截面分流道直徑為 D=4.79.5mm,這里取D=4.8mm。a. 圓形截面 b. U形截面 c.梯形截面圖43 分流道截面4.2.4 澆口的設計澆口是連接流道與型腔之間的一段細短的通道。它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的設計或選擇恰當與否,直接關系制品能否被完好的注射成型。澆口種類有直澆口,側澆口,扇形澆口,環(huán)行澆口及點澆口。根據制品的結構要求,本設計采用點澆口形式。點澆口是一種尺寸很小的澆口。物料通過時有很高的剪切速率,這對于降低假塑性流體的表觀黏度是有益的,熔體粘度在高速剪切力場中減小后,將在一段時間內繼續(xù)保持該粘度進入型腔,盡管這時型腔中的剪切速率已經降低。同時熔融物料通過小澆口時還有摩擦生熱提高料溫的作用,使粘度進一步降低。點澆口的主要尺寸及澆口圖: l=0.752,此處選l=1 c=0.3x45,=2D1D=4.8直徑按經驗公式計算:d= (46)式中 凹模邊型腔表面積,即塑件外表面積mm。 n-塑料類常數 K-系數 =211118=24898mmd=2.56mm 4.2.5 排氣系統(tǒng)的設計 開設排氣系統(tǒng)的目的 塑料注射模具的型腔,在熔融塑料的填充的過程中,除了模具型腔內有空氣外,還有因塑料受熱而產生的氣體,尤其在高速注射成型時產生的氣體更多,因此在模具設計時必須設置排氣槽。 排氣系統(tǒng)的作用排氣系統(tǒng)對確保塑件成型質量起著至關重要的作用。塑料制品在注射成型過程中,除了型腔原有的空氣之外,還有塑料受熱后揮發(fā)出來的氣體。這些氣體必須隨著塑料的進入而排出模外,否則會引起縮孔,出現熔接線和沖料不足,燒灼等缺陷,對于流動性好的塑料,更應考慮排氣效果。此塑件選用分型面進行排氣,排氣效果比較好。在注射模試模生產中常會出現填充不足。壓縮空氣灼傷、制品內部很高的內應力、表面流線和熔合線等現象。對于這些現象除了應首先調整注塑工藝外,還要考慮模具澆口是否合理。當注塑工藝和澆口這兩個問題都排除以后;那么模具的排氣就是主要的問題了,解決這一問題的主要手段是開設排氣槽。排氣槽的作用排氣槽的作用主要有兩點。一是在注射熔融物料時,排除模腔內的空氣;二是排除物料在加熱過程中產生的各種氣體。越是薄壁制品,越是遠離澆口的部位,排氣槽的開設就顯得尤為重要。另外對于小型件或精密零件也要重視排氣槽的開設,因為它除了能避免制品表面灼傷和注射量不足外,還可以消除制品的各種缺陷,減少模具污染等。那么,模腔的排氣怎樣才算充分呢?一般來說,若以最高的注射速率注射熔料,在制品上卻未留下焦斑,就可以認為模腔內的排氣是充分的。本模具為中小型的簡單型腔,且設有推桿定出機構和側向抽芯機構,可以利用推桿、活動型芯與模板的配合間隙進行排氣,其間隙可取在0.030.05mm之間,這里取0.04mm。排氣槽如圖所示:第4.3節(jié) 成型零件的設計4.3.1成型零件的結構設計(1)凹模的結構設計整體式凹模有一整塊金屬切削而成,結構牢固、不易變形。這里模具型腔結構并不復雜,可以采用整體式凹模。模板一般采用45#鋼制作,但是45#鋼在局部淬火時容易變形,所以定模板加工時,留修模余量,對型腔部分作局部淬火,后再次對模板進行修模。模板材料45#鋼正火,硬度170210HBS,表面粗糙度:。型腔表面淬火,硬度4348HBS,表面粗糙度:圖.凹模結構圖(2)型芯的結構設計由于模具的凸模部分存在很多孔和槽,故凸模也才用整體試結構,比較緊湊。型芯的材料是35SiMn合金結構鋼,調質220260HBS。表面的粗糙度:。圖4.7凸模結構圖4.3.2 成型零件工作尺寸計算按平均收縮率計算成型尺寸比較簡便易行,是最常用的計算方法,這里采用此方法。ABS平均收縮率,塑件制造公差,對應模具制造公差。(1)型腔徑向尺寸計算 (47) (48)式中 型腔(孔)的最小尺寸型腔使用過程中允許的最大磨損量(取塑件總誤差的1/6,一般在0.020.05mm之間)成型零件制造誤差(正值)塑件(軸)的最大尺寸 塑件公差(負值)出于修模考慮,對型腔徑向尺寸來說易修大,預留一負修模余量,標上制造公差得型腔徑向名義尺寸: =+ 對于注塑模,型腔磨損量很小時,可用下式計算:= + (49)塑件徑向尺寸=213mm, =212.59mm;213.86mm模具型腔按級精度制造,其制造偏差=0.185mm,=(213.86-0.185)+0.185=213.67+0.185mm(2)型芯徑向尺寸計算=標上制造公差得型芯徑向名義尺寸:=-對于注塑模,型腔磨損量很小時修模余量也很小時可用下式計算:=- (410)塑件尺寸=195mm,=195+=195.41mm;=196.59mm模具制造偏差=0.185mm,(196.59+0.185)-0.185=196.78-0.185 mm塑件尺寸=220mm,=220+=220.41mm;221.74mm模具制造偏差=0.185mm,(221.74+0.185)-0.185=221.92-0.185 mm (3)型腔深度尺寸計算+若取修模余量為,則型腔容易修淺 + (411)塑件大端尺寸=36mm,36=35.87mm;=36.09mm模具制造偏差=0.100mm,型腔易修淺,36.09+0.100mm。塑件小端尺寸=26mm,26=25.88mm;=26.04mm模具制造偏差=0.084mm,型腔易修淺,26.04+0.084mm。(4)型芯高度尺寸的計算 -型芯容易修長- (412)塑件大端高度尺寸=34mm,34=34.13mm;=34.34mm模具制造偏差=0.100mm,型腔易修長,34.34+0.100mm。塑件大端高度尺寸=24mm,24=24.11mm;=24.25mm模具制造偏差=0.084mm,型腔易修長,24.25+0.084mm。4.3.3 型腔壁厚和底板厚度計算(1)型腔側壁厚度計算 型腔為不規(guī)則形狀,近似于矩形,按整體式矩形型腔進行計算。但塑料熔體注入時,其最大變形發(fā)生在自由邊的中點。變形量為 (413)式中 由而定的常數,;側壁內側邊長211mm;側壁內側邊高(型腔深度)36mm。模腔壓力=50100 Pa,為注塑壓力。 (414) 1.438 26.3 mm 故側壁厚選26.3 mm。(2)底板厚度計算 允許變形量已知,按剛度條件計算 (415)型腔內壁短邊長常數,由 而定。 =1.8,查表得c,= p=80MP =0.05=34.4mm按許用應力計算最大應力集中在底板中心和長邊中點處,而以長邊中點處的應力最大,應力為 按許用應力計算底板最小厚度(mm)為 (417)式中 由決定的常數,查表取=0.487。 61.9 mm 故底板厚度選61.9 mm。第4.4節(jié) 側向抽芯機構設計4.4.1 抽芯距確定和抽拔力計算 側向分型與抽芯機構簡稱側抽芯機構,用來成型具有外側凸起,凹槽和孔的塑料件,成型殼體制品的內側的局部凸起,凹槽和盲孔。側抽機構必須在開模方向塑料件脫模之間完成抽拔動作。斜導柱的側向抽芯距:mm h-活動型芯安全脫出成型部位的距離mm k-抽芯安全系數 查得k=2 s=2+2=4mm 注塑成型后,塑件在模具內冷卻定型,由于體積的收縮,對型芯產生包緊力,塑件要從模腔中脫出,就必須克服因包緊產生的摩擦力。對于不帶通孔的殼類塑件,脫模時還要克服大氣壓力。一般而論,塑件剛開始脫模時,所需克服的阻力最大,即所需的脫模力最大。圖46為不帶通孔的殼類塑件脫模時型芯的受力分析。脫模力可以按圖46來估算。根據力平衡原理,列出平衡方程式:=0則: Ft + Fb sin = Fcos式中 Fb塑件對型芯的包緊力; F脫模時型芯所受的摩擦阻力; Ft脫模力; 型芯的脫模斜度。又 F = Fb于是 Ft = Fb(cos- sin)而包緊力為包容型芯的面積與單位面積上包緊圖48力之積,即:Fb =A p由此可得: Ft =A p(cos- sin) (418)式中 塑料對鋼的摩擦系數,約為0.10.3; A塑件包容型芯的面積; P塑件對型芯單位面積上的包緊力,一般情況下,模外冷卻的塑件p約取2.43.9107Pa;模內冷卻的塑件p約取0.81.2107Pa。 抽拔力的計算也一樣,假設制件為不帶通孔的殼體類塑件,應用此公式計算得到Ft =(121210-6)1.2107(0.2cos 1-sin1) =316.24 N考慮塑件得形狀是由式(418) 可以看出:脫模力的大小隨塑件包容型芯的面積增大而增大,隨脫模斜度的增大而減小。由于影響脫模力大小的因素很多,如推出機構(抽芯機構)本身運動時的摩擦阻力,塑料與鋼材間的粘附力、大氣壓力及成型工藝條件的波動等等,因此要考慮到所有因素的影響較困難,而且也只能是個近似值,所以式(418)只能做粗略的估計。442斜推桿導滑的斜滑塊分型抽芯機構設計 在成型滑塊的底部連接著一根斜桿(矩形或圓形),推出時斜桿在斜孔內運動,使斜滑塊一面上升一面完成抽芯分型動作。斜桿的頭部成型制品的矩形孔,其下端裝有滑輪,在推板上滑動,脫模時制件一面離開主型芯,同時完成抽芯動作。采用鉸鏈連接的辦法也可以避免斜桿下端與推板之間的摩擦。本設計斜推桿采用矩形而不是圓形,因為圓形感推出時容易發(fā)生轉動,同時為了避免復位時發(fā)生困難。第4.5節(jié) 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計4.5.1 模溫對塑件的影響熱塑性塑料熔體注入型腔后,釋放大量熱量而凝固。不同的塑料品種,需要模腔維持在某一適當溫度。模溫對塑件質量的影響主要表現在如下六個方面。(1)改善成型性 每一種塑料都有其適宜的成型模溫,在生產過程中若能始終維持相適宜的模溫,則其成型性可得到改善。若模溫過低,會降低塑料熔體流動性,使塑件輪廓不清,甚至充模不滿;模溫過高,會使塑件脫模時和脫模后發(fā)生變形,使其形狀和尺寸精度降低。(2) 成型收縮率 利用模溫調節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定,能有效減少塑料成型收縮的波動,提高塑件的合格率。采用允許的低模溫,有利于減小塑件的成型收縮率,從而提高塑件的尺寸精度。并可縮短成型周期,提高生產率。(3) 塑件變形 模具型芯與型腔溫差過大,會使塑件收縮不均勻,導致塑件翹曲變形。尤以壁厚不均和形狀復雜的塑件為甚。需采用合適的冷卻回路,確保模溫均勻,消除塑件翹曲變形。(4) 尺寸穩(wěn)定性 對于結晶性塑料,使用高模溫有利于結晶過程的進行,避免在存放和使用過程中尺寸發(fā)生變化;對于柔性塑料采用低模溫有利于塑件尺寸穩(wěn)定。(5) 力學性能 適當的模溫,可使塑件力學性能大為改善。例如,過低模溫會使塑件內應力增大,或產生明顯的熔接痕。對于粘性大的剛性塑料,使用高模溫,可使其應力開裂大大降低。(6) 外觀質量 適當提高模具溫度能有效地改善塑件外觀質量。過低的模溫會使塑件輪廓不清,產生明顯的銀絲,云紋等缺陷,表面無光澤或粗糙度增加等。4.5.2、制品所需的成型周期的計算注入模具內的塑料熔體所帶入的熱量通過模具模板進入冷卻介質,少量散發(fā)到大氣中,它們之間的熱交換速度是決定制品冷卻時間的決定因素。由公式(3-9-3)可得: 式中 S制品的壁厚(mm) ,這里取S=2.0mm 塑料注塑溫度() ,這里取=260 塑料注塑溫度() ,這里取=60 塑料的熱擴散系數(),查表可得 =所以制品的注塑時間為: 由產品得知,厚度為2mm,故制品的在模內冷卻時間應以制品厚度為計算依據。查表得,得到制品在模內冷卻時間為9s。所以塑件成型周期為:T=9+2.18=11.18s 所以每小時注射的次數 (次)塑件的質量為148g,所以每小時注射總量:4.5.3 冷卻參數的計算(1)求塑件每小時在模內釋放的熱量Q查表(3-41)得:ABS成型時放出的熱量所以 (2)求冷卻水的體積流量V,由式(3-8)得設水進出口溫度,其中 水出模具時的溫度,水進模具時的溫度 (9.5)(3)求冷卻水孔的直徑根據體積流量V,由表(3-44)查找,取冷卻水孔的直徑d=8mm(4)求水在水孔內的流速 (9.6)(5)求冷卻水孔壁與冷卻水間的傳熱系數由表(3-38)查得25時水的=7.95,所以由式(3-79)得 (6)冷卻水流動狀態(tài)校核當平均水溫為22.5時,由圖(3-319)查得水的運動粘度,所以由式(3-91)得 (9.10)所以冷卻處于湍流,冷卻效果好。 4.5.3 冷卻回路設計由前面計算得到冷卻孔數5,孔徑8mm。取冷卻水孔中心線與型腔壁距離15mm,冷卻通道之間中心距35mm。型腔較淺,可以采用最簡單的直通式冷卻水路,動、定模冷卻水路布置相同。圖49冷卻水到分布簡圖第4.6節(jié) 合模導向機構設計4.6.1概述 導向機構是保證塑料注射模具的動模和定模的正確定位和導向的重要零件。它可以保證塑料模閉合時型腔形狀和尺寸的精確性,使之按一定的方向和位置合模。最常見的導向定位機構是在模具型腔四周設2-4對相互配合的導向和導向孔, 導向機構主要有導向,定位和承受注塑時產生側壓力三個作用。4.6.2 導柱導向機構設計導柱的直徑任何一副模具在定、動模之間都設有導向機構,起著定位、導向、承載和保持運動平穩(wěn)的作用。按經驗,導柱直徑和模板寬度之比=0.060.1,圓整后其標準值,模具選尺寸=450450。選擇導柱直徑。導柱的形狀 導柱的端部做成了錐形,錐形頭高度取與其相鄰圓柱直徑的,前端倒了角,使起能順利進入導向孔。導柱的配合公差 安裝段與模板間采用過渡配合H7/K6,導向段和導向孔間采用動配合H7/f7。粗糙度 固定段表面用Ra0.8m,導向段表面用Ra0.4m。導柱的材料 導柱應具有硬而耐磨的表面,堅韌而不易折斷的芯部,因此在本設計中所選導柱的材料為20#鋼,滲碳0.50.8,淬硬5660HRC。導柱的示意圖:4.6.3導套的設計要點形狀 為了方便導套壓入模板的同時便于導柱進入導套,在導套端面內外倒圓角,模具上的導向孔做成了通孔,這樣合模時孔中的空氣易排出,這樣就避免形成附加阻力,同時也便于排除意外落入的塑料廢屑。公差配合與表面粗糙度 導套內孔與導柱之間為動配合H7/f7,外表面與模板孔為較緊的過渡配合H8/k7(帶軸肩導套),其前端設計為一長3mm的引導部分,按松動配合H8/e8制造,其粗糙度內外表面可用Ra0.8m。導套的材料 導套的材料可用耐磨材料,在本設計中采用的是20#鋼,:熱處理5055HRC,滲碳0.50.8,淬硬5660HRC。導套的示意圖:第4.7節(jié) 塑件脫模機構4.7.1 脫模機構設計一般應遵循下述原則:(1)塑件滯留于動模邊,以便借助于開模力驅動脫模裝置,完成脫模動作,致使模具結構簡單。 (2)防止塑件變形或損壞,正確分析塑件對模腔的粘附力的大小及其所在的部位,有針對性地選擇合適的脫模裝置,使推出重心與脫模阻力中心相重合。由于塑料收縮時包緊型芯,因此推出力作用點應盡量靠近型芯,同時推出力應施于塑件剛性和強度最大的部位,作用面積也應盡可能大一些,以防塑件變形或損壞。(3)力求良好的塑件外觀,在選擇頂出位置時,應盡量設在塑件內部或對塑件外觀影響不大的部位。在采用推桿脫模時,尤其要注意這個問題。(4)結構合理可靠,脫模機構應工作可靠,運動靈活,制造方便,更換容易,且具有足夠的強度和剛度。4.7.2 脫模力的計算脫模力由以下公式計算: 其中: E 塑料的拉伸模量(MPa),查得為0.2110 MPa; 塑料成型平均收縮率(%),查得為0.5%;t 塑件的平均壁厚(mm);t=2mmL 塑件包容型芯的長度(mm);L=36mm 塑料的泊松比,查得為0.42; 脫模斜度(塑件側面與脫模方向之夾角);=1f 塑料與鋼材之間摩擦系數,查得為0.2B 塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積(cm2)B=211118100=248.98K1 由f和決定的無因次數,由下式計算: 計算得 Q=15004N注射模必須有準確可靠的脫模機構,以便在每一個循環(huán)中將塑件從型腔內或型芯上自動的脫出模外,實現生產的自動化、半自動化。 推桿是推出機構中最簡單最常見的一種形式。它加工簡單、安裝方便、維修容易、使用壽命長、脫模效果好,因此在生產中廣泛應用。這里才用這種形式,但考慮到它與推桿的接觸面積較小,為了避免應力集中或塑件變形,采用直桿式圓柱形推桿。4.7.3推桿的設計穩(wěn)定裕度:試中對鋼推桿,n=2 試中 E-彈性模量2.1 J-取推桿截面中心慣矩中的最小值, L-推桿全長127mm -穩(wěn)定系數,取20.19常見: 本設計d取16mm推桿如圖所示:圖4.9推桿示意圖裝配時,推桿端面應和型腔在同一平面或比型腔平面高出0.050.1mm,以免影響塑件外形。推桿孔的配合段用H7/h7,推桿與固定板采用軸肩連接,兩者的配合間隙0.8mm。安裝時推桿軸線可做少許位移,確保與型腔上配合孔的同心度。材料采用T8A,頭部局部淬火,推桿上段表面硬度HRC6065,配合段表面粗糙度Ra0.8,其余Ra1.6。第4.8節(jié) 工藝參數的校核4.8.1 最大注射量的校核注射模一次成型的塑料重量(塑件和流道凝料重量之和)應在公稱注射量的35%75%范圍內,最大達80%,最低不小于10%。既保證塑件質量,有充分發(fā)揮設備的能力。選在50%80%范圍內為好。實際一次成型的塑料重量為182+14=50g ,是公稱注射量的100%=73.7% ,在最佳范圍內,合適。4.8.2 注射壓力的校核所選注射機的注射壓力必須大于成型塑件所需的注射壓力。成型所需的壓力與塑料品種、塑件形狀尺寸、注射機類型、噴嘴及模具流道的阻力等因素有關。根據經驗,這里成型的塑件形狀一般,精度要求一般,塑料熔體流動性較好,所需注射壓力一般在50100MPa,小于注射機的注射壓力155MPa,符合要求。4.8.3 鎖模力的校核 選用注塑機的鎖模力必須大于型腔壓力產生的開模力,否則模具分型面會在注射壓力下分開而產生溢料。對于螺桿式注射機壓力損失較小,所以型腔壓力較大。鎖模力和成型面積的關系由下式確定: (3.2)式中 -鎖模力(N); -型腔壓力,一般為40-50MP ,這里取=50MP; S-澆道、進料口和塑件的投影面積();經過計算:S=32214mm 所以,理論的需要的壓力:而實際注塑機的鎖模力為=550KN 因為,F ,所以注塑機的鎖模力是合格的。4.8.4 開模行程的校核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注射機的最大開模行程。肘桿式鎖模機構,其最大行程不受模板厚度影響,對于單分型面注塑模具,開模行程可按下式校核: (437)式中 塑件脫模(推出距離)距離,mm塑件高度,包括澆注系統(tǒng)在內,mm=270mm31+52+10=93mm合適。綜合分析考慮抽芯機構、制件高度、脫模距離、模厚等因素,開模行程合適。4.8.5 安裝尺寸的校核(1)噴嘴尺寸 注射模主流道襯套在設計時就根據注射機噴嘴尺寸得到的,所以這里不再校核。(2)定位圈尺寸 選用的注射機定模板臺面上的定位孔孔徑120mm,注射模端面凸臺徑向尺寸120mm,與定位孔呈間隙配合,便模具安裝并使主流道噴嘴同心,模具端面凸臺高度5mm小于定位孔深度。合適。(3)模具外形注射機拉桿內間距450450,模具寬450mm,可以移去四根中的一根拉桿間的空間裝固在注射機工作臺面上。 (4)模具厚度(閉合高度) 模具厚度必須滿足以下關系:
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