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河南機(jī)電高等專科學(xué)校材料工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
擋條套塑料模具設(shè)計(jì)
緒 論
1.本課題的意義、目的及應(yīng)達(dá)到的要求
本設(shè)計(jì)主要意義是在我們學(xué)習(xí)完模具設(shè)計(jì)與制造的所有專業(yè)課之后,總結(jié)條理以前我們所學(xué)的知識(shí),使之成為一個(gè)系統(tǒng)的理論體系,以便于我們?cè)谝院蟮墓ぷ髦惺褂谩M瑫r(shí)也讓我們對(duì)模具的設(shè)計(jì)與制造有了初步的了解,掌握了查閱資料和使用工具書(shū)以及手冊(cè)的能力。
本設(shè)計(jì)的目的是在學(xué)生畢業(yè)前夕,將通過(guò)畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐性環(huán)節(jié),對(duì)醫(yī)學(xué)知識(shí)進(jìn)行全面的總結(jié)和應(yīng)用,提高綜合能力的培訓(xùn)以及擴(kuò)大模具領(lǐng)域的新知識(shí)。具體的要求是:
1. 系統(tǒng)總結(jié),鞏固過(guò)去所學(xué)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課知識(shí)。
2. 運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決模具技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際工程問(wèn)題,以此進(jìn)行綜合知識(shí)的訓(xùn)練。
3. 通過(guò)某項(xiàng)具體工程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究,達(dá)到多種綜合能力的培養(yǎng),掌握設(shè)計(jì)和科研的基本過(guò)程和基本方法。
4. 提高和運(yùn)用與工程技術(shù)有關(guān)的人文科學(xué),價(jià)值工程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合知識(shí)。
2. 本課題的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
2.1我國(guó)塑料模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在,歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì),有了很大發(fā)展,模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具,精密塑料模具方面,已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可達(dá)0.02mm~0.05mm,表面粗糙度Ra0.2μm,模具質(zhì)量、壽命明顯提高了,非淬火鋼模壽命可達(dá)10~30萬(wàn)次,淬火鋼模達(dá)50~1000萬(wàn)次,交貨期較以前縮短,但和國(guó)外相比仍有較大差距,
(1)成型工藝方面:多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新方面也取得較大進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟,電視機(jī)外殼以及一些厚壁零件的模具上運(yùn)用氣輔技術(shù),一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件,取得較好的效果。但總體上熱流道的采用率達(dá)不 到10%,與國(guó)外的50%~80%相比,差距較大。
(2)在制造技術(shù)方面:CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺(tái)階,以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表,陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng),美國(guó)EDS的UGⅡ、美國(guó)Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國(guó)CV公司的CADS5、以及一些塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn),雖花費(fèi)了大量資金,但在我國(guó)模具行業(yè)中,實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技術(shù)對(duì)成型過(guò)程,如對(duì)充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬,取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,促進(jìn)和推動(dòng)了我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái),我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展,主要有北航華正軟件工程研究所開(kāi)發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等,這些軟件具有適應(yīng)國(guó)內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價(jià)格低等特點(diǎn),為進(jìn)一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。
(3)模具材料方面:近年來(lái),國(guó)內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼,如:P20,3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等,對(duì)模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重 大影響,但總體使用量仍較少。塑料模具標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來(lái)越廣泛得到應(yīng)用,并且出現(xiàn)了一些國(guó)產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度的商品化程度一般在30%以下,和國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家已達(dá)到70%~80%相比,仍有差距。
2.2我國(guó)塑料模具工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
2.2.1我國(guó)塑料模具工業(yè)今后的趨勢(shì)
據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè),模具市場(chǎng)的總體趨勢(shì)是平穩(wěn)向上的,在未來(lái)的模具市場(chǎng)中,塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具,在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)塑料模具提出越來(lái)越高的要求是正常的,因此,精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí),由于近年來(lái)進(jìn)口模具中,精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù),所以,從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā),這類高檔模具在市場(chǎng)上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展,使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材接頭模具成為模具市場(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),高速公路的迅速發(fā)展,對(duì)汽車輪胎也提出了更高要求,因此子午線橡膠輪胎模具,特別是活絡(luò)模的發(fā)展也將高于總平均水平;以塑代木,以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大;家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展,特別是電冰箱、空調(diào)器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大;而電子及通訊產(chǎn)品方面,除了彩電等音像產(chǎn)品外,筆記本電腦和網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒將有較大發(fā)展,這些都是塑料模具市場(chǎng)的增長(zhǎng)點(diǎn)。
2.2.2我國(guó)塑料模具工業(yè)今后的發(fā)展方向
(1).提高大型、精密、復(fù)發(fā)展方向雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。
(2).在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù),近年來(lái)模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度,為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造良好的條件;基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪,其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工協(xié)作要求的問(wèn)題;CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高;塑料制件及模具的3D設(shè)計(jì)與成型過(guò)程的3D分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
(3).推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量,并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件,是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制,而且常用于較復(fù)雜的大型制品,模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大,因此,開(kāi)發(fā)氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件,顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度,繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。
(4).開(kāi)發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
(5).提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低,與國(guó)外差距甚大,在一定程度上制約著我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展,為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本,模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。為此,首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn);其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn),提高商品化程度、提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本;再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格品種。
(6).應(yīng)用優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對(duì)于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
(7).研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或三坐標(biāo)掃描儀實(shí)現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測(cè)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。
3.國(guó)外塑料模具的發(fā)展現(xiàn)狀
(1)模具生產(chǎn)效率高,工期短,人均產(chǎn)值高。各企業(yè)共同之處是廠房設(shè)備密集,顯得十分擁擠,即使在這樣的條件下,車間管理還是有條不紊,生產(chǎn)效率高。一般模具企業(yè),人均年產(chǎn)值為5~14萬(wàn)美元。
?。?)專業(yè)分工細(xì),技術(shù)精益求精,客戶相對(duì)穩(wěn)定。模具企業(yè)專業(yè)分工較細(xì),生產(chǎn)協(xié)作緊密。每家企業(yè)只生產(chǎn)某一類模具,各家都有自己的拳頭產(chǎn)品,這利于在技術(shù)上精益求精,以利在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中生存發(fā)展。模具廠所需的模具標(biāo)準(zhǔn)件都是外購(gòu)的,有些零件加工業(yè)是由其他廠協(xié)作。
?。?)模具企業(yè)帶件生產(chǎn)比較普遍,有利于企業(yè)發(fā)展。模具作為單件或極小批量產(chǎn)品,技術(shù)密集和精密加工設(shè)備密集,與模具成型制品的大批量生產(chǎn)相比,投入大,產(chǎn)出低,因而制約了模具企業(yè)大發(fā)展。他們注重模具與制品一體化,模具與制品相輔相成,互相促進(jìn),有利于模具企業(yè)的發(fā)展?! ?
(4)緊跟主產(chǎn)品需求開(kāi)發(fā)模具,重視開(kāi)拓海外市場(chǎng)。模具工業(yè)發(fā)展較快,緊跟主產(chǎn)品需求開(kāi)發(fā)制造模具是一個(gè)重要因素。近幾年3C電子產(chǎn)品和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,帶動(dòng)了模具工業(yè)的發(fā)展。目前模具產(chǎn)值的76%源自3C產(chǎn)品和汽車、摩托車提供的產(chǎn)品。模具行業(yè)以很強(qiáng)的市場(chǎng)敏感性,以最短的生產(chǎn)周期滿足了這些行業(yè)的需求。大陸的許多3C產(chǎn)品和汽車模具就來(lái)自美國(guó),日本和西歐,以及臺(tái)灣?! ?
(5)CAD/CAE/CAM和高速切削加工技術(shù)應(yīng)用廣泛。他們的模具生產(chǎn)效率較高,市場(chǎng)快速反應(yīng)能力強(qiáng),CAD/CAE/CAM技術(shù)和高速切削技術(shù)的普及應(yīng)用,無(wú)疑是一個(gè)重要因素。
4.本設(shè)計(jì)所要解決的問(wèn)題
在擋條套塑料模具的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中, 根據(jù)所學(xué)的知識(shí)和我們?cè)诋厴I(yè)實(shí)習(xí)中所積累的經(jīng)驗(yàn),所采用方案如下:該塑件是擋條套,中等批量生產(chǎn),塑件的材料采用常用的原料ABS,屬于常用的工程材料。擋條套的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但四周有四個(gè)凸臺(tái),需要考慮側(cè)向分型,增加了模具設(shè)計(jì)的難度,制件的尺寸較小 ,特別是需要側(cè)向分型的地方尺寸更小,制造側(cè)向型芯有點(diǎn)困難,強(qiáng)度不容易保證,需要考慮使用成型頂桿的方式完成側(cè)向分型。
第一章 塑件的工藝性分析
1.1 對(duì)塑料制件圖的分析
1.1.1 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度等級(jí)及表面質(zhì)量分析
從該制品的零件圖可知;形狀,結(jié)構(gòu)對(duì)制件脫模要求較高,但對(duì)尺寸大小,產(chǎn)品精度和表面質(zhì)量要求都不高。
(1)成型制件的尺寸大小主要取決于塑料原料的流動(dòng)性和注射時(shí)的壓力在一定的設(shè)備和工藝條件下,流動(dòng)性較好的塑料品種可以成型較大的制件,塑料ABS的流動(dòng)性能較好,適于成型較大的制件。在這里排水管頭注塑模具的尺寸較小,注塑時(shí)的壓力要求不太大,一般的注塑壓力就能滿足。
(2)制品的精度等級(jí);塑料制件的尺寸精度主要取決于塑料收縮率的波動(dòng)和模具制造誤差,此處塑料件未注公差,由于該制件的原材料為ABS,而ABS的制件公差等級(jí)較低為MT5級(jí),該塑件的精度等級(jí)較低。
(3)制品的表面質(zhì)量;塑料制件的精度等級(jí)較低,我們所要獲得的制件對(duì)制品的表面質(zhì)量除要求無(wú)缺陷,毛刺,無(wú)特殊要求,一般的模具制造工藝和注塑工藝就能滿足要求。
(4)制品的形狀結(jié)構(gòu);制品的壁厚均勻?yàn)?mm。符合ABS的最小壁厚原則,制件的四周有四個(gè)小凸臺(tái),需要考慮側(cè)向分型,增加了模具設(shè)計(jì)的難度,需由于制件的尺寸較小,ABS的強(qiáng)度較大不需增設(shè)加強(qiáng)筋。
1.1.2 制件所用塑料的性能分析
本制件所用的材料是ABS,ABS的性能如下:
(1)吸濕性強(qiáng)。成型前須充分干燥要求其含水量小于1%,對(duì)于表面光澤要求較高的制品,需長(zhǎng)時(shí)間干燥。
(2)流動(dòng)性較好(溢邊值為0.04mm左右)易于充模,粘度對(duì)剪切速率較敏感,同時(shí)還與注射溫度和注射壓力有關(guān),其中注射壓力影響較為顯著,因此提高流動(dòng)性要從提高注射壓力入手。
(3)成型難度大,須采用較高的料溫和模溫。對(duì)于耐熱抗沖擊性和中抗沖擊性制件,應(yīng)在允許的范圍內(nèi)料溫取較大值。
(4)精度對(duì)之制件影響較大,有破壞ABS橡膠相的傾向,通常ABS在250℃左右變色,270℃開(kāi)始分解。
(5)若制件精度要求較高模溫宜采取50~60℃,若制件表面要求具有光澤模 溫宜取60~80℃。
(6)注射壓力應(yīng)比聚苯乙烯較大,采用螺桿式注塑機(jī)料溫可取160~220℃,注射壓力可取70~90MPa。
(7)模具設(shè)計(jì)過(guò)程中注意事項(xiàng),澆注系統(tǒng)流動(dòng)阻力應(yīng)盡可能小,澆口位置及形式應(yīng)合理并能防止熔接痕的產(chǎn)生,同時(shí)要考慮模具制造的經(jīng)濟(jì)性和加工的合理性。
1.2 計(jì)算塑料制件的體積和質(zhì)量
計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量是為了選用注塑機(jī)及確定模具型腔數(shù)量。
計(jì)算塑料制件的體積:V=2041㎜3
塑件質(zhì)量計(jì)算:
W=V×ρ
=2041××1.1
=2.25g
(在這里為大致計(jì)算,其中圓角和凸臺(tái)的尺寸可不預(yù)考慮,在選取注塑機(jī)時(shí)適當(dāng)放縮。)
查《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》知ABS塑料密度為ρ=1.02~1.16g/ ㎜3
1.3 ABS塑料注射成型的工藝參數(shù)。(注塑工藝卡)
(試模時(shí),可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整)
注射溫度包括料筒溫度和噴嘴溫度
料筒溫度:后段溫度t1選用150~170℃
中段溫度t2選用165~180℃
前段溫度t3選用180~200℃
注塑壓力:選用55~65Mpa
注塑時(shí)間:選用0~5s
保壓壓力:選用 65Mpa
保壓時(shí)間:選用10s
冷卻時(shí)間 選用15s
噴嘴溫度: 180~190℃
1.4 塑料成型設(shè)備的選取
根據(jù)計(jì)算及原材料的注射成型參數(shù),考慮塑件的外形尺寸,注塑時(shí)所需壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況,初選注塑機(jī)為xs-zy-125.查文獻(xiàn)[7]可知xs-zy-125型的主要參數(shù):
理論注射量(最大): 125㎝3
螺桿直徑: 42㎜
注射壓力: 119KN
注射行程: 115㎜
注射時(shí)間: 1.6s
注射方式: 螺桿式
鎖模力: 900KN
最大成型面積: 320㎝2
模板行程: 300㎜
模具最大高度: 300㎜
模具最小高度: 200㎜
1.5 注射成型工藝條件
注射成型過(guò)程中需要控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度等。塑化物料的溫度(塑化溫度)和從噴嘴注射出來(lái)的熔體溫度(注射溫度)主要取決于料筒和噴嘴兩部分的溫度,熱塑性塑料在受熱時(shí)的變化曲線如下圖所示:
圖中,A、B、C、D四區(qū)分別對(duì)應(yīng)塑料的玻璃態(tài)、高彈性態(tài)、可塑態(tài)和分解態(tài),料筒溫度應(yīng)參照C區(qū)的流動(dòng)溫度和分解溫度來(lái)確定。噴嘴溫度通常略低于料筒的溫度,以防止在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現(xiàn)象”。
第二章 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 分型面的確定
制品在模具中的位置,直接影響到模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。選擇分型面的原則是:塑件脫出方便、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、型腔排氣順利、確保塑件質(zhì)量、無(wú)損塑件外觀、設(shè)備利用合理。本制件為擋條套,內(nèi)表面的粗糙度要求高,再加上對(duì)脫模機(jī)構(gòu)的考慮,選擇A —A分型面比較合理。如下圖所示:
以A —A為分型面,即可降低模具的復(fù)雜程度,減少模具加工難度,也有利于脫模,塑件成型后,由于四個(gè)小凸臺(tái)的作用,塑件沒(méi)有包緊型芯,而是留在型腔中,型腔設(shè)置在動(dòng)模部分,較易推出。
2.2 型腔數(shù)量的確定
根據(jù)注射機(jī)的注射能力,以每次注射量不超過(guò)注射機(jī)最大注射量的80%來(lái)求型腔數(shù)量N.
N=(0.8G-w)W
=(0.8×0.1375-0.05)÷0.00225
= 26
其中: G—— 注射機(jī)的公稱注塑量(㎏)
W—— 成型件的重量 (㎏)
w—— 流道和澆口的總質(zhì)量(㎏)
實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)工廠的情況和生產(chǎn)批量的要求,本設(shè)計(jì)中選用一模四腔的設(shè)計(jì)方法。
2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.3.1 主流道設(shè)計(jì)
主流道截面積的大小最先影響塑料熔體的流速和充模時(shí)間。如果截面直徑過(guò)小,熔體在流動(dòng)過(guò)程中的冷卻面積相對(duì)增大,熱量損失大,導(dǎo)致粘度升高,壓力損失增大,流動(dòng)性降低,因此成型困難。如果截面直徑過(guò)大,則流道容積增大,塑料消耗增加,導(dǎo)致冷卻固化時(shí)間延長(zhǎng),生產(chǎn)率下降。另外如果主流道截面過(guò)大,還容易使塑料熔體的流動(dòng)產(chǎn)生絮流和渦流,導(dǎo)致制品內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。因此,必須恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)主流道截面直徑。通常,主流道進(jìn)口端的截面直徑約取為4~8㎜,若熔體流動(dòng)性好且制品較小時(shí),直徑可設(shè)計(jì)得小一些;反之則要設(shè)計(jì)得大一些。設(shè)計(jì)主流道直徑時(shí),應(yīng)當(dāng)注意噴嘴和主流道的對(duì)中問(wèn)題,因?qū)χ胁涣籍a(chǎn)生的誤差容易在噴嘴和主流道進(jìn)口處造成漏料或積存冷料,并因此妨礙主流道凝料脫模。為了補(bǔ)償對(duì)中誤差并解決凝料脫模問(wèn)題,主流道進(jìn)口端直徑一般都要比噴嘴出口直徑大0.5~1㎜。
本設(shè)計(jì)采用一模四件,由文獻(xiàn)[1]表7-30查得:d=3㎜ D=7㎜ 主流道的形狀如下圖所示:
2.3.2 主流道襯套設(shè)計(jì)
主流道是澆注系統(tǒng)的第一個(gè)組成部分,這部分的具體設(shè)計(jì)都集中在澆口套上,模具工作時(shí),澆口套直接與注射機(jī)噴嘴接觸,澆口套本身的工作條件比較苛刻,所以應(yīng)選用較好的鋼材來(lái)制造,并應(yīng)有50~55HRC的硬度。
澆口套與注射機(jī)噴嘴的接觸部分有兩種形式,一種為平面接觸,另一種為球面接觸。平面接觸的優(yōu)點(diǎn)是:接觸面積較大,密封較好,塑料不易外溢。其缺點(diǎn)是:若注射機(jī)的精度不高,容易造成塑料外溢,但由于它能自動(dòng)調(diào)整注射機(jī)的偏差,所以在注射機(jī)精度不高的情況下,亦能正常使用。通過(guò)綜合考慮,本設(shè)計(jì)采用球面接觸的澆口套,在正常情況下,澆口套端部的球面半徑應(yīng)大于注射機(jī)噴嘴的球面半徑,澆口套錐孔的小端直徑應(yīng)大于注射機(jī)噴嘴孔徑。
為了提高模具的壽命在模具與注塑機(jī)頻繁接觸的地方設(shè)計(jì)為可更換的主流道襯套形式,在這里我們?cè)O(shè)計(jì)的模具較小,可以將主流道襯套與定位環(huán)設(shè)計(jì)為一個(gè)整體。選取材料為T(mén)10A,熱處理以后的硬度為53~57HRC,主流道襯套和定模的配合形式為H7/m6的過(guò)渡配合。襯套的長(zhǎng)度應(yīng)與定模配合部分厚度一致主流到出口處的端面部的突出在分型面上,否則不僅會(huì)造成溢料還會(huì)壓壞模具。
2.3.3 分流道的設(shè)計(jì)
分流道是指連接主流道與澆口的塑料通道。單腔注塑模通常不用分流道,但多腔注塑模必須開(kāi)設(shè)分流道。本設(shè)計(jì)是一模四件,需要開(kāi)設(shè)分流道。本設(shè)計(jì)中采用梯形截面的分流道,梯形截面分流道容易加工,且熔體的熱量散發(fā)和流動(dòng)阻力都不大,截面尺寸由文獻(xiàn)[2]表6-2查得:h=5㎜ b=7㎜
2.3.4 澆口的設(shè)計(jì)
根據(jù)本制件的形狀、大小、壁厚、尺寸精度、外觀質(zhì)量及力學(xué)性能等方面考慮,本設(shè)計(jì)選用側(cè)澆口,側(cè)澆口又叫邊緣澆口,開(kāi)設(shè)在塑件的邊緣或邊緣頂面。這種澆口不影響塑件外觀,有時(shí)可避免旋流紋。在側(cè)澆口進(jìn)入或連接型腔的部位,應(yīng)成圓角以防劈裂。在側(cè)澆口的三個(gè)尺寸中,以澆口深度最為重要。由文獻(xiàn)[1]表7-33查得側(cè)澆口的厚度為1㎜,寬度為2㎜,長(zhǎng)度為1㎜。
無(wú)論采用什么形式的澆口,其開(kāi)設(shè)的位置,對(duì)塑件的成型性能及成型質(zhì)量影響均很大,因此合理選擇澆口的開(kāi)設(shè)位置是提高塑件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),同時(shí)澆口位置的不同還會(huì)影響模具結(jié)構(gòu)??傊?,如果要使塑件具有良好的性能和外表,要是塑件的成型在技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上合理,一定要認(rèn)真考慮澆口位置的選擇。一般選擇澆口位置時(shí),需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝及特征成型質(zhì)量和技術(shù)要求,并綜合考慮塑料熔體在模內(nèi)的流動(dòng)特性,成型條件等因素,綜合考慮,該塑件的澆口位置選在塑件的邊緣。
第三章 成型零部件的設(shè)計(jì)
3.1 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其計(jì)算
本制件采用一模四件的結(jié)構(gòu)形式,考慮加工的難易程度和材料的價(jià)值利用等因素。型芯擬采用整體式結(jié)構(gòu),整體式型芯形狀比較簡(jiǎn)單,便于機(jī)械切削加工。ABS的收縮率為0.4%~0.9%.
由文獻(xiàn)[4],按平均收縮率計(jì)算模具成型零件工作尺寸的公式表查得:
型芯的徑向尺寸: d1 =[(1+S)D-CD]-DM0
=[(1+0.6%)25.5-0.6′0.5]-0.280
= 25.35-0.280 ㎜
d2 =[(1+S)D-CD]-DM0
=[(1+0.6%)9.5-0.70′0.28]-0.160
= 8.55-0.160 ㎜
型芯的高度尺寸: h =[(1+S)H+CD]-DM0
=[(1+0.6%)7+0.60′0.28]-0.160
= 7.21-0.160 ㎜
式中: S----平均收縮率
D----塑件尺寸公差
Dm----模具尺寸公差
h------塑件的內(nèi)形高度
H------塑件的外形高
X-------按平均收縮率計(jì)算查得的系數(shù)
3.2 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其計(jì)算
本例中模具采用一模四件的結(jié)構(gòu)形式,形狀有凸臺(tái)結(jié)構(gòu),考慮加工的難易程度和材料的價(jià)值利用等因素,凹模擬采用鑲嵌式結(jié)構(gòu),斜頂桿組成型腔的一部分。ABS的收縮率為0.4%~0.9%。
由文獻(xiàn)[4].按平均收縮率計(jì)算模具成型零件工作尺寸的公式查得:
型腔的徑向尺寸: D1 =[(1+S)d-CD]0+DM
=[(1+0.6%)31.5-0.58′0.56] 0+0.32
=31.360+0.32 ㎜
D2 =[(1+S)d-CD]0+DM
=[(1+0.6%)15.5-0.65′0.38] 0+0.20
=15.350+0.20 ㎜
D3 =[(1+S)d-CD]0+DM
=[(1+0.6%)10.5-0.65′0.32] 0+0.18
=10.360+0.18 ㎜
D4 =[(1+S)d-CD]0+DM
=[(1+0.6%)26.5-0.60′0.50] 0+0.28
=26.360+0.28 ㎜
型腔深度尺寸: H =[(1+S)h-CD]0+DM
=[(1+0.6%)6-0.60′0.24] 0+0.14
=5.900+0.14 ㎜
式中: S----平均收縮率
D----塑件尺寸公差
Dm----模具尺寸公差
h------塑件的內(nèi)形高度
H------塑件的外形高
X-------按平均收縮率計(jì)算查得的系數(shù)
型腔的壁厚選擇:
由文獻(xiàn)[5]表5-4-35矩形型腔壁厚參考尺寸查得S=20mm.如下圖所示:
第四章 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1 抽芯距的確定
抽芯距是指將側(cè)型芯從成型位置推至不防礙塑件推出時(shí)的位置所需的距離,一般抽芯距等于塑件側(cè)孔深度或凸臺(tái)高度另加2~3㎜的安全距離。
S=h+(2~3)㎜
=0.5+2.5
=3㎜
S----抽芯距(㎜)
h----塑件側(cè)孔深度或凸臺(tái)高度(㎜)
4.2 抽芯機(jī)構(gòu)的確定
本制件中凸臺(tái)較小,選用頂出抽芯機(jī)構(gòu)比較合理。頂出抽芯是利用頂出元件直接頂推塑件同時(shí)進(jìn)行抽芯。本設(shè)計(jì)利用成型頂桿頂出抽芯,成型頂桿見(jiàn)下圖:
第五章 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注射成型過(guò)程中,模具的溫度對(duì)塑件熔體的充模流動(dòng)、固化成型、生產(chǎn)率、制件的形狀和尺寸精度、應(yīng)力開(kāi)裂和表面質(zhì)量等均有影響。為保證制件質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率,模具溫度必須適當(dāng)、穩(wěn)定、均勻。
塑料模是塑料模塑成型必不可少的工藝裝備,同時(shí)又是一個(gè)熱交換器。輸入熱量的方式是加熱裝置的加熱和塑料熔體帶進(jìn)的熱量,輸出熱量的方式是自然散熱和向外熱傳導(dǎo),其中95%的熱量是靠熱介質(zhì)帶走。為此,必須設(shè)置模具的熱交換系統(tǒng),對(duì)模具進(jìn)行加熱和冷卻,以控制模具溫度。
注射模的交換系統(tǒng)必須具有冷卻和加熱的功能,必要是還二者兼有。究竟在何種情況下需要對(duì)模具進(jìn)行冷卻或加熱,這與不同特性的塑料品種,制品結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、及成型工藝對(duì)模具溫度的要求有關(guān)。
由文獻(xiàn)[4]查得,ABS的模具溫度為50~80℃,由文獻(xiàn)[2]可知,當(dāng)模溫要求在80℃以下時(shí),模具上無(wú)需設(shè)置加熱裝置,可利用熔融塑料的余熱使模具升溫,從而達(dá)到所要求的工藝溫度,因而在模具上可不設(shè)加熱系統(tǒng)。
5.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
設(shè)該模具平均工作溫度為60℃,用20°的常溫水作為模具的冷卻介質(zhì),其出口溫度為30℃,產(chǎn)量為(1分鐘3模)236g/h。
5.1.1 求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量為Q2
查有關(guān)文獻(xiàn)得ABS的單位熱流量為Q1 =314.3~398.1J/g ,取Q1 =350J/g:
Q2 =W Q1
=236g/h×350J/h
=82600J
5.1.2 求冷卻水的體積流量V
V=W Q1/Pc1(T1-T2)
=82600/60×1/1000×4.2×(30-20)
=58㎝3
由上述計(jì)算可知,因?yàn)槟>呙糠昼娝璧睦鋮s水量很小,故在這里我們可以初選水管直徑為Ф8mm的孔,水冷即可。經(jīng)試模以后根據(jù)塑料制件的質(zhì)量問(wèn)題然后修正冷卻系統(tǒng)的水管直徑,小的話可以通過(guò)機(jī)械加工增加孔的直徑。
第六章 結(jié)構(gòu)與輔助零部件設(shè)計(jì)
6.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功能是保證動(dòng)、定模部分能夠準(zhǔn)確對(duì)合。使分別加工在動(dòng)模和定模上的成型表面在模具閉合后形成形狀和尺寸準(zhǔn)確的腔體,從而保證塑件形狀、壁厚和尺寸的準(zhǔn)確。
導(dǎo)柱對(duì)合導(dǎo)向在注塑模中應(yīng)用最普遍,本設(shè)計(jì)中也選擇導(dǎo)柱對(duì)合導(dǎo)向,導(dǎo)柱可以安裝在動(dòng)模一側(cè),也可以安裝在定模一側(cè),本設(shè)計(jì)中導(dǎo)柱安裝在動(dòng)模一側(cè)。因?yàn)樽鳛槌尚土慵男托景惭b在定模一側(cè),導(dǎo)套和型芯安裝在同一側(cè),在合模時(shí)可起保護(hù)作用。設(shè)計(jì)中選用的是直形導(dǎo)柱,直形導(dǎo)柱是一種除安裝部分的凸肩外,長(zhǎng)度的其余部分直徑相同的導(dǎo)柱,這種導(dǎo)柱便于加工,導(dǎo)柱的前端設(shè)計(jì)成錐形,便于導(dǎo)向,導(dǎo)柱可以在工作部分帶有儲(chǔ)油槽。帶儲(chǔ)油槽的導(dǎo)柱可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑油,延長(zhǎng)潤(rùn)滑時(shí)間。導(dǎo)套采用帶肩導(dǎo)套。導(dǎo)柱安裝時(shí)模板上與之配合的孔徑公差按H7確定,安裝沉孔直徑視導(dǎo)柱直徑可取D+(1~2)㎜,導(dǎo)柱長(zhǎng)度尺寸應(yīng)能保證位于動(dòng)、定模兩側(cè)的型腔和型芯開(kāi)始閉合前導(dǎo)柱已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)孔的長(zhǎng)度不小于導(dǎo)柱直徑。導(dǎo)柱和導(dǎo)套材料選用T10A鋼,形狀如下圖:
6.2 復(fù)位桿的設(shè)計(jì)
復(fù)位桿的形狀和尺寸如下圖所示:
6.3 支承塊的設(shè)計(jì)
支承塊又稱支架,可以和動(dòng)模固定底板設(shè)計(jì)為一體,這時(shí)又將支承塊稱為模腳,也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)零件。單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)零件時(shí)又稱為墊塊。對(duì)于外形為圓形的模具,單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)零件比較經(jīng)濟(jì)。對(duì)于方形模具,與動(dòng)模固定底板設(shè)計(jì)為一體的結(jié)構(gòu)更常采用。本設(shè)計(jì)采用單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)零件.
第七章 注射機(jī)的校核
本設(shè)計(jì)選用的是具有液壓-機(jī)械式合模機(jī)構(gòu)XS-ZY-125型注射機(jī),其最大開(kāi)模行程是由肘桿機(jī)構(gòu)的最大行程所決定的,而不受模具厚度的影響,當(dāng)模具厚度變化時(shí)可由其調(diào)模裝置調(diào)整。故校核時(shí)只需使注射機(jī)最大開(kāi)模行程大于模具所需的開(kāi)模距離。
即 S max ≥ S
300 ≥ 83
式中 S max ------------------------------注射機(jī)最大開(kāi)模行程.㎜
S -------------------模具所需開(kāi)模距離.㎜
第八章 模具閉合高度的確定
由標(biāo)準(zhǔn)模架可知:
定模座板選用25mm
定模板選用16 mm
定模墊板選用9㎜
動(dòng)模板選用30mm
動(dòng)模墊板選用10 mm
動(dòng)模座板選用25mm
根據(jù)推出行程和推出結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸確定墊塊的高度為:63 mm
因而模具的閉合高度:
H=25+16+9+30+10+25+63
=178mm
第九章 模具總裝圖及其工作原理
工作過(guò)程:
模具打開(kāi),由于凸臺(tái)的作用塑件留在型腔中。動(dòng)模后退,當(dāng)后退到一定的程度,頂桿墊板21碰到注射機(jī)頂桿,在注射機(jī)頂桿的作用下,帶動(dòng)頂桿固定板4把塑件和成型頂桿一起頂出。繼續(xù)頂出,成型頂桿和塑件分離,取出塑件,頂桿由復(fù)位桿復(fù)位,模具閉合,進(jìn)行下一次注射。
第十章 模具的安裝和調(diào)試
10.1 模具的安裝
(1)清理模板平面定位孔及模具安裝面上的污物、毛刺。
(2)因本模具外形尺寸不大,故采用整體法安裝法。先在機(jī)器下面兩根導(dǎo)軌上墊好木板,模具從側(cè)面進(jìn)入機(jī)架間,定模入定位孔,并放正,慢速閉合模板,壓緊模具,然后用壓板或螺釘壓緊定模,并初步固定動(dòng)模,然后慢速開(kāi)閉模具,找正動(dòng)模。應(yīng)保證開(kāi)閉模具時(shí)平衡、靈活、無(wú)卡住現(xiàn)象,然后固定動(dòng)模。
(3)調(diào)節(jié)鎖模機(jī)構(gòu),保證有足夠開(kāi)模距及鎖模力,使模具閉合適當(dāng)。
(4)慢速開(kāi)啟模板直至模板停止后退為止,調(diào)節(jié)頂出裝置,保證頂出距離。開(kāi)閉模具觀察頂出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況,動(dòng)作是否平衡、靈活、協(xié)調(diào)。
(5)模具裝好后,等料筒及噴嘴溫度上升到距預(yù)定溫度20~30℃,即可校正噴嘴與澆口套的相對(duì)位置及弧面接觸情況,可用一紙片放在噴嘴與澆口套之間,觀察兩者接觸印痕,檢查吻合情況,須使松緊合適,校正后擰緊注射座定位螺釘,緊固定位。
(6)開(kāi)空車運(yùn)轉(zhuǎn),觀察模具各部分運(yùn)行是否正常,然后才可注射試模。
10.2 模具的調(diào)試
通過(guò)試模塑件上常會(huì)出現(xiàn)各種弊病,為此必須進(jìn)行原因分析,排除故障。造成次廢品的原因很多。有時(shí)是單一的,但經(jīng)常是多方面綜合的原因。需按成形條件、成形設(shè)備、模具結(jié)構(gòu)及制造精度、塑件結(jié)構(gòu)及形狀等因素逐個(gè)分析找出其中主要矛盾,然后再采取調(diào)節(jié)成形調(diào)節(jié)、修整模具等方法加以解決。
試模中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法
缺陷名稱
注塑機(jī)或成型條件問(wèn)題
模具或材料(塑料原料)問(wèn)題
解決辦法
填充不滿
1.注塑機(jī)的注塑力不夠
2.加料量不夠
3.注塑壓力太低
4.注塑速度太慢
1.澆口平衡不好
2.模具溫度太低
3.排氣不良
4.塑料原料的流動(dòng)性不好
提高注射壓力和速度;增加澆口尺寸和加料量提高模具和料筒溫度
溢邊
1.注塑壓力太大
2.鎖模壓力不夠
3.加料量太大
4.料溫過(guò)高
1.模具配合面不嚴(yán)
2.成型期間塑料原料粘性太低
降低模具溫度和料筒溫度;減少保壓時(shí)間和澆口尺寸;增大鎖模力
熔接線
1.料溫太低
2.注射壓力過(guò)低
3.注塑速度過(guò)慢
4.注塑機(jī)噴嘴溫度低
1.模具溫度較低
2.澆口的數(shù)目與位置不對(duì)
3.塑料原料干燥不夠
4.塑料原料流動(dòng)性差
提高注射速度;增加模具溫度和料筒溫度
龜裂
1.注射壓力過(guò)高
2.料溫太低導(dǎo)致流動(dòng)不好
3.保壓壓力過(guò)高
1.模具溫度過(guò)低
2.型腔設(shè)計(jì)不良
3.塑料原料粘性不良
4.塑料原料退火不良
降低注射壓力和保壓壓力;提高模具溫度;改良型強(qiáng)設(shè)計(jì)
總 結(jié)
經(jīng)過(guò)近段的努力,在老師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助下,我順利地完成了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。經(jīng)過(guò)這次的設(shè)計(jì)任務(wù),使我對(duì)模具設(shè)計(jì),特別是模具的設(shè)計(jì)過(guò)程有了進(jìn)一步地了解;對(duì)模具的基本結(jié)構(gòu)、組裝、調(diào)試、加工制造等方面有了深刻理解。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,通過(guò)對(duì)制件的分析和對(duì)模具的設(shè)計(jì)的研究時(shí),能夠較好地將課本上的理論知識(shí)應(yīng)用與設(shè)計(jì)當(dāng)中,并且能夠從整體,宏觀上去研究、分析、考慮設(shè)計(jì)問(wèn)題。同時(shí),在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中,還很大地程度上鍛煉了自己的動(dòng)手能力,如:親自去收集和查找有關(guān)資料,并從中又學(xué)會(huì)了一門(mén)新的課程《如何查找資料和文獻(xiàn)》;其次,通過(guò)搜尋大量的資料,還大大地鍛煉了自己的畫(huà)圖、看圖、排版等方面的能力。最重要的是,經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我真正地感受到了集體的力量和學(xué)習(xí)方法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,難免會(huì)遇到技術(shù)或其他方面的難題,但是通過(guò)老師的指導(dǎo)和與同學(xué)們的交流和虛心地請(qǐng)教都得到了解決,使我最終順利地完成設(shè)計(jì)。
由于本人的水平有限,經(jīng)驗(yàn)不足,在設(shè)計(jì)當(dāng)中如有不妥之處,還懇請(qǐng)各位老師指導(dǎo)更正。
致 謝
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的緊張工作,今日終于順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這里,我要衷心地感謝一些在我的設(shè)計(jì)工作中給予我很大幫助的老師和同學(xué)。
首先:我最要感謝的是我的指導(dǎo)老師--楊安民老師,感謝楊老師在設(shè)計(jì)期間多次對(duì)我的指導(dǎo)和有關(guān)設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤的更正。還要感謝丁老師和尚老師,他們雖然不是我的指導(dǎo)老師,但在設(shè)計(jì)過(guò)程中同樣給了我耐心的指導(dǎo)和熱心的幫助。在這里一并感謝。
其次:我要深深感謝的是我的專業(yè)課老師們,沒(méi)有您們耐心的教誨和專業(yè)課知識(shí)的傳授,我不會(huì)完成今天的設(shè)計(jì),在這里我同樣說(shuō)聲謝謝!
最后:我還要感謝我的同學(xué)們,在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到技術(shù)問(wèn)題,通過(guò)與他們的商討和幫助,查閱資料,一一攻破難關(guān),助我順利地完成設(shè)計(jì)。
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