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淮安市廣播電視大學(xué)04級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 27 頁(yè) 共 27 頁(yè)
1 引言
模具行業(yè)是一個(gè)高新技術(shù)密集型,而且又重視經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)業(yè)。特別是隨著近代工業(yè)的飛速發(fā)展,塑料制品用途日益廣泛,注塑模具工藝空前發(fā)展,依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)模具已經(jīng)不能滿(mǎn)足需要,企業(yè)越來(lái)越多地利用注塑模流分析技術(shù)來(lái)輔助塑料模具的設(shè)計(jì)。利用此類(lèi)CAE軟件,設(shè)計(jì)人員可以仿真出塑料成型過(guò)程中的充填、保壓、冷卻及脫模后的翹曲變形等過(guò)程,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)塑料熔膠在模腔內(nèi)的流動(dòng)狀況,溫度、壓力、剪切應(yīng)力、體積收縮等變量在整個(gè)充填工程中某瞬間的分布情況。利用注塑模流分析技術(shù),能預(yù)先分析模具設(shè)計(jì)的合理性,減少試模次數(shù),加快產(chǎn)品研發(fā),提高企業(yè)效率。
近幾年來(lái),我國(guó)模具技術(shù)有了很大發(fā)展,模具水平有了較大提高。塑料模熱流道技術(shù)更成熟,氣體輔助注射技術(shù)已開(kāi)始采用。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)相當(dāng)廣泛地得到應(yīng)用,并開(kāi)發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAE軟件。電加工、數(shù)控加工在模具制造技術(shù)發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng) 用更加廣泛,品種有所擴(kuò)展。模具材料方面,由于對(duì)模具壽命的重視,優(yōu)質(zhì)模具鋼的應(yīng)用有較大進(jìn)展。衡量模具產(chǎn)品水平,主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度,加工模具的復(fù)雜程度、 模具的使用壽命和制造周期等。國(guó)內(nèi)外模具產(chǎn)品水平仍有很大差距。
目前CAD/CAM系統(tǒng)及數(shù)控技術(shù)在模具加工領(lǐng)域起著不可缺少的重要作用。當(dāng)今流行的三維造型軟件有Pro/ENGINEER、UG和Solidworks等,其中Pro/ENGINEER的功能強(qiáng)大應(yīng)用范圍廣泛。原因是,該工具建立在相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上,從而可以近似獲得實(shí)際指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的效果,此外,計(jì)算的快捷性使得在實(shí)際試模前,可以對(duì)于多個(gè)澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估直至優(yōu)化,從而達(dá)到縮短設(shè)計(jì)和制造周期,提高質(zhì)量的目的。本課題模具所用軟件是Pro/E,該模具的設(shè)計(jì)過(guò)程大致如下:首先用Pro/E進(jìn)行零件的實(shí)體特征造型,特征是Pro/E軟件的基本設(shè)計(jì)單元,用戶(hù)可以每次創(chuàng)建一個(gè)特征的方式進(jìn)行三維造型,并且零件的數(shù)據(jù)是關(guān)聯(lián)的,其基礎(chǔ)是Pro/E軟件采用了——單一數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。用Pro/E軟件在對(duì)零件進(jìn)行受力分析,以及運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查。然后用Pro/E的Manufacture\Mold模塊進(jìn)行模具設(shè)計(jì),包括流道及冷卻水道設(shè)計(jì),然后各部分電極可以在裝配塊里設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上可以很好地控制電極對(duì)應(yīng)零件的位置關(guān)系,并利用軟件的功能進(jìn)行干涉檢查,極大地減少了設(shè)計(jì)上的失誤。
說(shuō)明書(shū)詳細(xì)介紹了基于CAD技術(shù)的塑料拉手注塑模設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及相關(guān)工藝。重點(diǎn)介紹了CAD技術(shù)和三維立體設(shè)計(jì)技術(shù)Pro/ENGINEER技術(shù)在該產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。在該注塑模設(shè)計(jì)中,對(duì)成型零件的設(shè)計(jì)、合模導(dǎo)向機(jī)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容均作了比較詳細(xì)的介紹。
2 產(chǎn)品工藝性
拉手塑件的材料是聚氯乙烯,聚氯乙烯具有較高的機(jī)械強(qiáng)度,流動(dòng)性好,易于成型,成型收縮率小,理論計(jì)算收縮率為0.5%,溢料值為0.04mm,比熱容較低,在模具中凝固較快模塑周期短,制作尺寸穩(wěn)定,表面光澤。產(chǎn)品形狀如圖一所示,光滑沒(méi)有棱角,塑件的兩側(cè)孔有一定的尺寸要求。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,塑件的制作擬采用注塑成型。
塑料的成型工藝主要有注射﹑擠出﹑壓縮等。根據(jù)產(chǎn)品的材料﹑精度要求和生產(chǎn)效率擬采用注射成型。注射成型是熱塑性塑料成型的一種方法,幾乎所有熱塑性塑料都可以用這種方法成型,某些熱固性塑料也可以用注射模成型此法的特點(diǎn)。注射成型能夠一次成型十分復(fù)雜的形狀,滿(mǎn)足尺寸精度的要求,能適應(yīng)品種繁多的塑料材料,成型周期短,生產(chǎn)效率高,易實(shí)現(xiàn)全過(guò)程電腦控制。
塑模注射過(guò)程有加料、塑化、充模、保壓、冷卻和脫模等幾個(gè)步驟,但從塑料在注射過(guò)程中的狀態(tài)變化來(lái)看,只有塑化和熔體模塑兩個(gè)過(guò)程,下面就從這兩個(gè)方面對(duì)注塑工藝過(guò)程作一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹:
(1)塑化是熔料注入模腔前的準(zhǔn)備工作。這一過(guò)程是指塑料粒加入注射機(jī)料斗,經(jīng)已加熱達(dá)到預(yù)定溫度的料筒,在一定的預(yù)塑背壓下,螺桿輸送,融熔塑化定量的溶化均一的稱(chēng)料,其塑化質(zhì)量和預(yù)塑化量由注射工藝參數(shù)所決定。
(2)熔體模塑過(guò)程是:充模,聚合物在模內(nèi)壓實(shí)聚合物從模內(nèi)倒流,澆口處物料凝固,聚合物在模內(nèi)冷卻,制品脫模。
為保證產(chǎn)品質(zhì)量,塑件的制作擬采用注塑成型。
3 工藝方案及設(shè)計(jì)方法
3.1 模具工藝方案
根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮如下:
(1)模腔數(shù)目的確定,從生產(chǎn)率上考慮,模腔數(shù)應(yīng)盡可能地多,在理論上對(duì)于相同的制品,模腔數(shù)多的模具能和模腔數(shù)少的模具動(dòng)作的一樣快。但事情并不總是如此的,模具周期往往會(huì)由于模腔數(shù)地增加而增加??紤]拉手塑件地結(jié)構(gòu)形狀,擬采用一模一腔。
(2)分型面的選擇,塑件外形較為復(fù)雜,且有孔、筋,塑件成型收縮后必然留在型芯上,模具分型面設(shè)在塑件截面輪廓最大部位,與開(kāi)模方向垂直,開(kāi)模后塑件留于動(dòng)模一側(cè)有利于脫模機(jī)構(gòu)頂出塑件。此分型面不影響塑件外觀以及配合面的質(zhì)量,且分型面處產(chǎn)生的飛邊易于修整加工。
(3)澆注系統(tǒng),針對(duì)該塑件的框結(jié)構(gòu)特點(diǎn),模具設(shè)計(jì)采用在框內(nèi)側(cè)的側(cè)澆口。這種澆注系統(tǒng)塑料流程短、流動(dòng)阻力小、流道存料少、進(jìn)料快、動(dòng)能損失小、傳遞壓力好、保壓補(bǔ)塑作用強(qiáng),有利于排氣及消除熔接痕,且模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便。塑件成型后澆口痕跡留在再塑件的內(nèi)側(cè),不影響制品的外觀質(zhì)量,在流道的末端開(kāi)有冷料井,用來(lái)儲(chǔ)藏注射間隔期間由于噴嘴端溫度降低造成的冷料
(4)型腔結(jié)構(gòu),對(duì)于拉手塑件模具的型腔結(jié)構(gòu)有兩種選擇:整體式和瓣合式。整體式型腔是由整塊鋼材直接加工而成的,這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,牢固可靠,不易變形,成型的塑件質(zhì)量好。瓣合式型腔是由兩個(gè)以上零件組合而成的。這種結(jié)構(gòu)改善了加工性,減少了熱處理變形,節(jié)約了模具貴重鋼材,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝配調(diào)整比較麻煩,塑件表面可能留有鑲拼痕跡,組合后的型腔牢固性差。對(duì)于拉手塑件模具整體考慮,型腔結(jié)構(gòu)擬采用整體式
(5)模具的結(jié)構(gòu)為采用三個(gè)方向的滑快抽芯結(jié)構(gòu)。
(6)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì),注射模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)常被認(rèn)為是次要的問(wèn)題,對(duì)于冷卻系統(tǒng)的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都不予重視,冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理,對(duì)于小型的塑件會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,對(duì)于壁較薄的大型塑件會(huì)產(chǎn)生變形,甚至應(yīng)力開(kāi)裂。而且冷卻不充分,會(huì)導(dǎo)致延長(zhǎng)成型周期, 從而降低生產(chǎn)效率。拉手塑件是小制品,型芯的冷卻系統(tǒng)使用噴流系統(tǒng)是有利的,在型芯中央開(kāi)孔(盲孔),并插入一根外徑比孔徑小的管子,溫度控制介質(zhì)(水或油)通過(guò)管子通道型芯的頂部,在液體回流過(guò)程中控制型芯的溫度。
(7)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),模具設(shè)計(jì)一般不具有唯一性。對(duì)于同一產(chǎn)品零件,不同的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的模具不盡相同,為了便于實(shí)現(xiàn)模具的CAD,減少數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量,在建立模具CAD系統(tǒng)時(shí)首先應(yīng)該解決的問(wèn)題便是標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題,其中包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)化,模具零件和模具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。有了標(biāo)準(zhǔn)化的模具結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)模具時(shí)可以選用典型的模具組合,調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模具零件,需要設(shè)計(jì)的只是極少數(shù)的工作零件。
3.2 設(shè)計(jì)方法
塑料制品的開(kāi)發(fā)不僅需要對(duì)每個(gè)塑料制品進(jìn)行設(shè)計(jì),而且必須設(shè)計(jì)這些制品的模具產(chǎn)品,而模具制造一般價(jià)格高并且費(fèi)時(shí),一旦在加工完成后再進(jìn)行修改,其代價(jià)是很大的。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷提高,在制品的設(shè)計(jì)分析﹑模具的設(shè)計(jì)制造方面,應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)﹑分析﹑加工(即模具CAD/CAE/CAM)已成為可能。模具CAD/CAE/CAM要達(dá)到的目的是從項(xiàng)目的初始方案到零件設(shè)計(jì),直至最后投產(chǎn),都使用同一數(shù)據(jù)庫(kù)和一個(gè)不中斷的數(shù)據(jù)流。這一過(guò)程從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)體幾何模型開(kāi)始,對(duì)制品進(jìn)行結(jié)構(gòu)和美學(xué)設(shè)計(jì)并給予評(píng)價(jià),再對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分,根據(jù)流變學(xué)原理,分析注射工藝中的充填﹑冷卻﹑收縮變形過(guò)程。同時(shí),根據(jù)制品的實(shí)體造型,設(shè)計(jì)型腔﹑型芯及電極,需要時(shí)也可繪制出二維圖樣,再利用模架數(shù)據(jù)庫(kù),選配模架模板。最后由圖形數(shù)控軟件得到刀位文件,經(jīng)后置處理后輸出數(shù)控代碼,就可以由數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工了。Pro/ENGINEER功能非常強(qiáng)大,包含了零件造型﹑產(chǎn)品裝配﹑NC加工﹑模具開(kāi)發(fā)﹑鈑金件設(shè)計(jì)﹑外型設(shè)計(jì)﹑逆向工程﹑機(jī)構(gòu)模擬﹑應(yīng)力分析等功能模塊,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械﹑汽車(chē)﹑模具﹑工業(yè)設(shè)計(jì)﹑航天﹑家電﹑玩具等各行業(yè),在國(guó)外尤其是制造業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)有著龐大的用戶(hù)群。因此在這次設(shè)計(jì)中我準(zhǔn)備采用Pro/ENGINEER來(lái)做模具造型。
4 模具設(shè)計(jì)草案
4.1 型腔布局以及分型面選擇
本模具生產(chǎn)的拉手屬于小批量生產(chǎn),且產(chǎn)品精度不是太高,所以采用一模一腔模具結(jié)構(gòu)形式。型腔模具設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題之一就是澆注系統(tǒng)的布置方式,型腔的的布置應(yīng)使型腔通過(guò)澆注系統(tǒng)從總壓力中得所需的足夠壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿(mǎn)型腔,使型腔的塑件在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短,同時(shí)采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。由于受到塑件結(jié)構(gòu)的限制,所以模具采用一模一腔分布。
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素,它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝有密切關(guān)系,并且直接影響著塑料熔體的流動(dòng)充填特性及塑件的脫模,因此,分型面的選擇是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。如何確定分型面,需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置、形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響,因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較,從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面是一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)基本原則:
1、 分型面應(yīng)選在塑件外形截面輪廓最大部位。
2、 確定有利的留模方式,便于塑件順利脫模。
3、 保證塑件的精度要求。
4、 滿(mǎn)足塑件的外觀質(zhì)量要求。
5、 便于模具的加工制造。
6、 對(duì)成型面積的影響。
7、 對(duì)排氣效果。
8、 對(duì)側(cè)向抽芯的影響。
綜合考慮以上的幾項(xiàng)基本原則,本模具分型面設(shè)在塑件截面輪廓最大部位,與開(kāi)模方向垂直。
4.2 排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
當(dāng)塑料熔體填充型腔時(shí),必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排干凈,一方面將會(huì)在塑件上產(chǎn)生氣泡,接縫表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷,另一方面氣體受壓,體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦,同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度,因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須考慮排氣問(wèn)題。由于本模具型腔較小且很簡(jiǎn)單,所以可以利用推板、活動(dòng)型芯等活動(dòng)配合間隙排氣,排氣間隙應(yīng)小于聚氯乙烯的溢料間隙(0.04mm)。
4.3 成型零件的設(shè)計(jì)
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱(chēng)為成型零件,包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時(shí),直接與塑料接觸,承受塑料熔體的高壓、料流的沖刷,脫模時(shí)與塑件間還發(fā)生磨擦。因此,成型零件要求有正確的幾何形狀,較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度,此外,成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理,有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。設(shè)計(jì)成型零件應(yīng)根據(jù)塑料的特性、塑件的結(jié)構(gòu)和使用要求,確定型腔的總體結(jié)構(gòu),選擇分型面和澆口位置,確定脫模方式、排氣部位等,然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),計(jì)算成型零件的尺寸,對(duì)關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
4.3.1 凹模的設(shè)計(jì)
因?yàn)樗芗^小,而且采用一模一腔,使用凹模形式,采用整體嵌入式,因?yàn)椴捎眠@種形式各個(gè)凹模采用機(jī)械加工、冷擠壓和電加工等方式加工制成,然后壓入模板中,這種結(jié)構(gòu)加工效率高,維護(hù)方便,可以保證型腔形狀尺寸。它的特點(diǎn)是牢固,使用中不易變形,不會(huì)使塑件產(chǎn)生拼接線(xiàn)痕跡。它的缺點(diǎn)是加工困難,熱處理不方便。
4.3.2 型芯的設(shè)計(jì)
本模具設(shè)計(jì)的難度在于側(cè)型芯的設(shè)計(jì),由于小型芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜,如果用手工去設(shè)計(jì),那難度是很大的,利用CAD三維軟件Pro/ENGINEER去設(shè)計(jì),用軟件中的型腔設(shè)計(jì)可以很方便的抽取出小型芯。本方案中直徑較小的型芯采用階梯軸結(jié)構(gòu),單獨(dú)制造,在嵌入模板中,用壓板固定。型芯采用P20鋼,熱處理要求硬度HRC50。
4.3.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算
成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來(lái)構(gòu)成塑件的尺寸,主要有型腔和型芯的徑向尺寸,型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸。任何塑件制作都有一定的幾何形狀和尺寸的要求,在使用中有配合要求的尺寸,則精度要求較高。因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸精度等級(jí)來(lái)確定模具成型零件的工作尺寸及精度等級(jí)。影響塑件尺寸精度的因數(shù)很多。主要有:
1.塑件收縮率的影響
拉手塑件的材料是聚氯乙烯,聚氯乙烯具有較高的機(jī)械強(qiáng)度,流動(dòng)性好,易于成型,成型收縮率小,理論計(jì)算收縮率為0.5%。
2.模具成件型零件的制造誤差
3.模具成型零件的磨損
4.模具的安裝配合的誤差
4.3.4 模具型腔側(cè)璧和底板厚度計(jì)算
塑料模具型腔在成型過(guò)程中受到熔體的高壓作用,應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度,如果型腔側(cè)壁和底板厚度過(guò)小,可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞;也可能因剛度不足而產(chǎn)生繞曲變形,導(dǎo)致溢料或出現(xiàn)飛邊,降低塑件尺寸精度,并影響到脫模的順利進(jìn)行.因此,應(yīng)通過(guò)強(qiáng)度和剛度計(jì)算來(lái)確定型腔壁厚,尤其對(duì)于重要的精度要求高的或大型模具的型腔,更不能單純憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定型腔側(cè)壁和底板厚度.
模具型腔壁厚的計(jì)算,應(yīng)以最大壓力為準(zhǔn).而最大壓力是在注射時(shí),熔體充滿(mǎn)型腔的瞬間產(chǎn)生的,隨著塑料的冷卻和澆口的凍結(jié),型腔內(nèi)的壓力逐漸降低,在開(kāi)模時(shí)接近常壓.理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐表明,大尺寸的模具型腔,剛度不足是主要矛盾,型腔壁厚應(yīng)以滿(mǎn)足剛度條件為準(zhǔn);而對(duì)于小尺寸的模具型腔,在發(fā)生大的彈性變形前,其內(nèi)應(yīng)力往往超過(guò)了模具材料的許用應(yīng)力,因此強(qiáng)度不夠是主要矛盾,設(shè)計(jì)型腔壁厚應(yīng)以強(qiáng)度條件為準(zhǔn).
型腔壁厚的強(qiáng)度計(jì)算條件是型腔在各種應(yīng)力形式下的應(yīng)力值不得超過(guò)模具材料的許用應(yīng)力;而剛度計(jì)算條件由于模具的特殊性,應(yīng)從以下三方面來(lái)考慮:
(1)模具成型過(guò)程中不發(fā)生溢料;
(2)保證塑件尺寸精度;
(3)保證塑件順利脫模;
型腔結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算
(1)型腔側(cè)壁厚度計(jì)算
在熔體壓力作用下,側(cè)壁向外膨脹產(chǎn)生彎曲變形,使側(cè)壁與底板間出現(xiàn)間隙,間隙過(guò)大將發(fā)生溢料或影響塑件尺寸精度.將側(cè)壁每一邊都看成是受均勻載荷的端部固定梁,設(shè)允許最大變形量為[б], 其壁厚按剛度條件計(jì)算式為:
s=
式中 s----型腔側(cè)壁厚度(mm);
p-----型腔內(nèi)熔體的壓力(Mpa);
----承受熔體壓力的側(cè)壁高度(mm);
l-----型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊長(zhǎng)(mm);
E-----鋼的彈性模量;
H-----型腔側(cè)壁總高度(mm);
[]--- 允許變形量(mm);
型腔側(cè)壁厚度計(jì)算?。?0mm
(2)底板厚度計(jì)算
組合式型腔底板厚度實(shí)際上是支承板厚度.底板厚度的計(jì)算因其支撐形式不同有很大差異,對(duì)于常見(jiàn)的動(dòng)模邊為雙支腳的底板,為簡(jiǎn)化計(jì)算,假定型腔長(zhǎng)邊l和支腳間距L相等,底板可作為受均勻載荷的簡(jiǎn)支梁,其最大變形出現(xiàn)在板的中間,按剛度條件計(jì)算底板的厚度為:
h=
式中 c-----由型腔邊長(zhǎng)比l/b決定的系數(shù)
經(jīng)計(jì)算取50mm。
(3)動(dòng)模支撐板厚度
動(dòng)模支撐板又稱(chēng)作型芯支撐板,一般都是兩端用墊塊支撐的。其厚度的選用按照經(jīng)驗(yàn)來(lái)選用,根據(jù)表5-18(動(dòng)模墊板厚度)取30mm。
4.3.5 塑件的結(jié)構(gòu)和斜度
設(shè)計(jì)塑件結(jié)構(gòu)時(shí),首先要考慮塑件壁厚均勻,以產(chǎn)生縮孔,氣孔,變形,開(kāi)裂等缺陷,塑件強(qiáng)度較低處可設(shè)置加強(qiáng)筋等.塑件兩壁相交處必須用圓弧過(guò)渡,為了便于塑件從模具中脫出,防止脫模時(shí)拉傷塑件,設(shè)計(jì)時(shí),塑件內(nèi)外表面沿脫模方向應(yīng)留有足夠的斜度,即脫模斜度,脫模斜度的取向應(yīng)根據(jù)塑件的內(nèi),外尺寸而定.在塑件圖上標(biāo)注時(shí),內(nèi)孔以小端尺寸為準(zhǔn),塑件外形以大端尺寸為準(zhǔn),尺寸符合圖樣要求,且由于斜度而導(dǎo)致的尺寸變化應(yīng)滿(mǎn)足塑件的公差要求。
4.3.6 成型零件的強(qiáng)度計(jì)算
塑料塑件在模腔中成形以后,便可以從模具中取下,但塑件從模具中取下之前,制件在成形過(guò)程中,模具型腔受到熔體高溫高壓的作用,所以模具型腔側(cè)壁和底板必須有足夠的厚度,以滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度的要求.剛度不足,模具會(huì)產(chǎn)生彈性形變,強(qiáng)度不夠,模具會(huì)產(chǎn)生塑性變形或破裂。
1.滿(mǎn)足強(qiáng)度要求
各種情況下所受的應(yīng)力必須小于材料的許用應(yīng)力.如拉伸時(shí):拉伸應(yīng)力<拉伸許用應(yīng)力.型芯受彎時(shí):彎曲應(yīng)力<彎曲許用應(yīng)力.理論分析和大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明,對(duì)于小尺寸的型腔,強(qiáng)度不足是主要矛盾.
2.滿(mǎn)足剛度要求
需要型腔不產(chǎn)生溢料,保證塑件尺寸精度并能順利脫模.
(1)模具型腔不產(chǎn)生溢料 型腔在高壓作用下會(huì)產(chǎn)生彈性形變,使一些配合面形成間隙,間隙超過(guò)一定值,將出現(xiàn)溢料.不同塑料其最大的不溢料間隙也不同.設(shè)計(jì)時(shí)需使模具型腔在高壓作用下產(chǎn)生的彈性形變的變形量小于所允許的最大變形量.
(2)保證塑件尺寸精度 如果型腔變形量較大,還會(huì)影響塑件的尺寸精度,所以通常使型腔變形量為塑件公差的1/5.
(3)保證塑件順利脫模 若塑料熔體的壓力產(chǎn)生過(guò)大的彈性形變,其型腔變形量大于塑件收縮量時(shí),塑件的周邊被型腔包住,這樣塑件脫模時(shí)必須強(qiáng)制脫模,從而使塑件劃傷,劃裂,因此型腔變形量應(yīng)小于塑件收縮量.
4.3.7 定模的設(shè)計(jì)
因?yàn)樗芗叽绮皇呛艽?,而且采用一模一腔,使用定模形式,采用整體嵌入式,因?yàn)椴捎眠@種形式各個(gè)定模采用機(jī)械加工、冷擠壓和電加工等方式加工制成,然后壓入模板中,這種結(jié)構(gòu)加工效率高,維護(hù)方便,可以保證各個(gè)型腔形狀尺寸一致。
4.3.8 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算
1. 型腔和型芯的徑向尺寸
(1)型腔徑向尺寸 如前所述,塑件的基本尺寸Ls是最大尺寸,其公差為負(fù)偏差,如果塑件上原有的公差標(biāo)注與此不符,應(yīng)按此規(guī)定轉(zhuǎn)換為單向負(fù)偏差。因此塑件的平均徑向尺寸為L(zhǎng)s-/2。模具型腔的基本尺寸Lm是最小 尺寸,其公差為正偏差,型腔的平均尺寸為L(zhǎng)s+/2。型腔的平均磨損量為/2,考慮平均收縮率后,則可列出下列等式:
略去比其它各項(xiàng)小得多的/2*S后則型腔徑向尺寸為
與是和有關(guān)的量,因此公式后半部分可用x表示。標(biāo)注上制造公差后得:
由于 ,與的關(guān)系隨塑件的精度等級(jí)和尺寸的不同而變化,因此式中前的系數(shù)x在塑件的尺寸較大,精度較低時(shí),和可以忽略,則x=0.5;塑件的尺寸較小,精度較高時(shí),可取/3,可取/6,此時(shí)X=0.75,則:
經(jīng)計(jì)算得型腔徑向尺寸為:
(2)型芯的徑向尺寸 塑件孔的徑向尺寸ls是最大尺寸,其公差為正偏差,模具型芯的基本尺寸lm是最大 尺寸,其公差為負(fù)偏差,經(jīng)過(guò)與上面類(lèi)似的推導(dǎo),可得:
經(jīng)計(jì)算得型腔芯向尺寸為:
帶有嵌件的塑件,收縮率較實(shí)體收縮率小,在計(jì)算收縮值時(shí),應(yīng)將上式中含有收縮值的這一項(xiàng)的塑件尺寸改為塑件外形尺寸減去嵌件部分尺寸。
為了塑件脫模的方便,型腔和型芯的側(cè)壁都應(yīng)設(shè)計(jì)有脫模斜度,當(dāng)脫模斜度值不包括在塑件 公差范圍內(nèi)時(shí),塑件的外形的尺寸只保證大端塑件內(nèi)腔的尺寸只保證小端。這時(shí)計(jì)算型腔尺寸以大端尺寸為基準(zhǔn),另一端按脫模斜度相應(yīng)減小;計(jì)算型芯尺寸以小端尺寸為基準(zhǔn),另一端按脫模斜度相應(yīng)增大,以便于修模時(shí)有余量。如果塑件 的使用要求正好相反,則應(yīng)在圖紙上注明。
2.型腔深度尺寸和型芯高度尺寸
在型腔深度尺寸和型芯高度尺寸計(jì)算中,由于型腔的底面或型芯的端面磨損很小,所以可以不考慮磨損量,由此可以推出:
經(jīng)計(jì)算得型腔深度尺寸和型芯高度尺寸分別為:
上兩式中修正系數(shù)x=1/2~2/3,當(dāng)塑件尺寸大精度要求低是取小值,反之取大值。
3.中心距尺寸
塑件上凸臺(tái)之間,凹槽之間或凸臺(tái)到凹槽的中心線(xiàn)之間的距離稱(chēng)為中心距,這類(lèi)尺寸屬于定位尺寸。由于模具上中心距尺寸和塑件中心距公差都是雙向等值公差,同時(shí)磨損結(jié)果不會(huì)使中心距尺寸發(fā)生變化,在計(jì)算中心距尺寸時(shí)不必考慮磨損量。因此,塑件中心距基本尺寸C和模具上成型零件中心距的基本尺寸Cm均為平均尺寸,于是:
標(biāo)注上制造公差后得:
模具中心距是由成型孔的中心距決定的。用坐標(biāo)樘床加工孔時(shí),孔軸線(xiàn)位置尺寸偏差取決于機(jī)床的精度,一般不會(huì)超過(guò)0.015-0.02mm;用普通方法加工孔時(shí),孔間距大,則加工誤差大。如果活動(dòng)型芯與模版孔為間隙配合,配合間隙會(huì)使型芯中心距尺寸產(chǎn)生波動(dòng)而影響塑件的中心距尺寸,塑件中心距的誤差最大值為,對(duì)于一個(gè)型芯,中心距的偏差最大值為0.5。這時(shí)應(yīng)使和的累積誤差小于塑件中心距所要求的公差范圍。
按平均收縮率,平均制造公差和平均磨損量計(jì)算型腔型芯的尺寸有一定的誤差,這是因?yàn)樵谏鲜龉街校?,和前的系?shù)的取值憑經(jīng)驗(yàn)決定,為保證塑件的實(shí)際尺寸在規(guī)定的公差范圍內(nèi),尤其對(duì)于尺寸較大和收縮率波動(dòng)范圍較大的塑件,需要對(duì)成型尺寸進(jìn)行校核,校核的條件是,塑件的成型公差應(yīng)小于塑件的尺寸公差。
型腔或型芯的徑向尺寸:
型腔深度或型芯高度尺寸:
塑件的中心距尺寸:
式中的符號(hào)意義同前。
校核后左邊的值與右邊的值相比較小,所設(shè)計(jì)的成型零件尺寸越可靠。否則應(yīng)提高模具制造精度,降低許用磨損量,特別是選用收縮率波動(dòng)較小的塑料來(lái)滿(mǎn)足塑件尺寸精度要求。
4.4 澆注系統(tǒng)
4.4.1 注射機(jī)的選擇
從模具設(shè)計(jì)的角度出發(fā),應(yīng)了解的注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范有:注射機(jī)的類(lèi)型、最大注射量、最大注射壓力、鎖模力、最大注射面積、模具的最大和最小閉合厚度、最大開(kāi)模行程以及模具在注射機(jī)上安裝時(shí)所需的定位孔的大小、螺釘孔的位置等等。
(1)注射量
注射量是注射機(jī)每次注射塑料的最大體積或質(zhì)量,一般,注射機(jī)注射量的利用率為80%-85%。所以,選擇的注射機(jī),其注射量應(yīng)滿(mǎn)足下式要求,即
≥/0.8=(n+)/0.8
==s
=
式中 ——注射機(jī)注射塑料的最大質(zhì)量,單位為 g;
——塑件質(zhì)量(包括澆注系統(tǒng)),單位為 g;
n——型腔數(shù)(每模塑件數(shù));
——每個(gè)塑件體積,單位為;
——澆注系統(tǒng)體積,單位為
——注射機(jī)公稱(chēng)容量,單位為 ;
——標(biāo)定注射機(jī)塑料的密度,單位為 g/;
——塑件所成型塑料的密度,單位為 g/;
D——螺桿式注射機(jī)的螺桿或柱塞式注射機(jī)柱塞的直徑,單位為 cm;
S——螺桿或柱塞的注射行程,單位為 cm;
——注射機(jī)實(shí)際注射塑件時(shí)所需的質(zhì)量,單位為 g;
( 2 )注射壓力與所模力
當(dāng)高壓的熔料進(jìn)入并充滿(mǎn)型腔時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)很大的力,迫使模具分開(kāi),所以必須在模具上加一個(gè)鎖模力。
1)型腔內(nèi)熔料的壓力
p=80%
式中 -----可從表中查得。(查得數(shù)值為80~130Mpa,取120MPa)
2)型腔內(nèi)的作用力
F=pA
式中 F-------作用力;
A------塑件、澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積。
所以 F=pA=80%A
F=0.8A
3)鎖模力
≥F
≥0.8A
所以 A≤
工件有關(guān)尺寸如下
質(zhì)量 m=18.2 g
密度 ρ=1.4g/c
體積 13
聚氯乙烯收縮率為0.3%~0.8%取0.5%,最大不溢料間隙0.04 mm
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得
注射機(jī)的最大注射量必須大于m/0.8既22.75g
型腔內(nèi)熔料的壓力p=64 Mpa
型腔內(nèi)的作用力F=80.352 KN
所以注射機(jī)型號(hào)選擇為: 臥式XS-ZY-125
( 3 ) 注射機(jī)與模具有關(guān)尺寸的關(guān)系
1 )噴嘴尺寸 注射機(jī)的噴嘴頭部一般為球面。模具主流道端部的凹球面半徑應(yīng)大于注射機(jī)頭部的球面半徑,主流道口徑應(yīng)大于噴嘴口徑。
2 )定位圈尺寸 為了保證模具主流道與噴嘴對(duì)準(zhǔn),注射機(jī)定模板上設(shè)有一個(gè)定位孔,模具上定位圈的外徑D與注射機(jī)定模板上定位孔內(nèi)徑D1相配合,D=D1,常采用間隙配合。
3 )模具厚度 模具厚度又稱(chēng)模具閉合高度,為了使模具能夠安裝在注射機(jī),并順利的使用,必須使注射機(jī)允許的模具最小厚度 < 模具閉合高度 < 注射機(jī)允許的模具最大厚度,并且模具的外行應(yīng)能夠順利地從注射機(jī)拉桿之間通過(guò)。
4 )安裝螺孔尺寸 動(dòng)、定模在注射機(jī)上的安裝方法有以下兩種:
(1)直接用螺釘固定 模腳上的鉆孔位置尺寸與注射機(jī)模板上螺孔位置尺寸一致。
(2)用壓板固定 只要模腳周?chē)新菘准纯桑`活性大。
5 )推出裝置 設(shè)計(jì)模具的推出機(jī)構(gòu)時(shí)必須根據(jù)注射機(jī)頂出裝置的形式、頂桿直徑、頂桿間距及頂出距離等來(lái)設(shè)計(jì)。
6 )國(guó)產(chǎn)注射機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格見(jiàn)書(shū)上表3-75。
4.4.2 流道的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴射出后到達(dá)型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道,澆注系統(tǒng)分為普通流道的澆注系統(tǒng)和熱流道澆系統(tǒng)兩大類(lèi),澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注射模具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),它對(duì)獲得優(yōu)良性能及理想外觀的塑料制件,以及獲得最佳成型效果有著直接影響。普通流道澆注系統(tǒng)一般由主流道,分流道,澆口和冷料井等四部分組成,普通澆注系統(tǒng)主要是將來(lái)自注射機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)輸送到型腔,同時(shí)使型腔內(nèi)的氣體能及時(shí)順利排出。在塑料熔體填充及凝固的過(guò)程中,將注射壓力有效地傳遞到型腔的各個(gè)部位,以獲得形狀完整、內(nèi)外在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制件。同時(shí)應(yīng)把澆注系統(tǒng)和型腔布局結(jié)合起來(lái)考慮。
澆注系統(tǒng)的分布形式與型腔的排布密切相關(guān),應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能保證在同一時(shí)間內(nèi)塑料熔體充滿(mǎn)各型腔,并且使型腔及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積總重心與注射機(jī)鎖模機(jī)構(gòu)的鎖模力作用中心相重合,這對(duì)于鎖模的可靠及鎖模機(jī)構(gòu)受力的均勻性都是有利的。
主流道是澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具相接觸的部分開(kāi)始,到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。屬于從熱的塑料熔體到相對(duì)較冷的模具的一段過(guò)渡的流動(dòng)長(zhǎng)度,因此它的進(jìn)口形狀和尺寸最先影響著塑料熔體的流動(dòng)速度及填充時(shí)間,必須使熔體的溫度降和壓力降最小,且不損害其把塑料熔體輸送到最遠(yuǎn)位置的能力。
在臥式或立式注射機(jī)上使用的模具中,主流道垂直于分型面,為使凝料能從其中順利拔出,需設(shè)計(jì)成圓錐形,錐角為2°~6°,表面粗糙度Ra<0.8μm;在直角式注射機(jī)上使用的模具中,主流道開(kāi)設(shè)在分型面上,因其不需沿軸線(xiàn)上拔出凝料,設(shè)計(jì)成圓柱形,其中心軸線(xiàn)就在動(dòng)定模的合模面上。綜合考慮這些因素,注流道開(kāi)在型腔板中,直接與澆口襯套相連接。由于本模具為一模一腔,所認(rèn)還需開(kāi)設(shè)分流道。
4.4.3 澆口的設(shè)計(jì)
本模具采用點(diǎn)澆口設(shè)計(jì),點(diǎn)澆口又稱(chēng)針點(diǎn)式澆口、橄欖形澆口或菱形澆口,其尺寸很小。這類(lèi)澆口由于前后兩端存在較大的壓力差,截面形狀小如針點(diǎn)的澆口,塑件澆口痕跡小,能有效地增大塑料熔體的剪切速率并產(chǎn)生較大的剪切熱,從而導(dǎo)致熔體的表觀粘度下降,流動(dòng)性增加,利于填充,因而對(duì)于薄壁塑件以及諸如聚乙烯、聚甲醛、聚苯乙烯等表觀粘度隨剪切速率變化而敏感改變的塑料成型有利,但不利于成型流動(dòng)性差及熱敏性塑料,也不利于成型平薄易變形及形狀復(fù)雜的塑件。用于粘度對(duì)剪切速率和溫度敏感及粘度低的塑料,但不利于成形流動(dòng)性差(如PC,PVC,PSF)的及熱敏性塑料.適用材料:PP,PE,PS,POM,PA,ABS.根據(jù)塑件尺寸,取半徑為1mm的圓形澆口.
(1)澆口套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
澆口套結(jié)構(gòu)形式上如圖所示,根據(jù)注射機(jī)結(jié)構(gòu)形式確定其尺寸為:
公稱(chēng)尺寸為Φ20,其長(zhǎng)度L=50mm;
4.5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用主要有:
(1)定位作用 模具閉合后,保證動(dòng)定模位置正確,保證型腔的形狀和尺寸精確;導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在模具裝配過(guò)程中起了定位作用,便于裝配和調(diào)整。
(2)導(dǎo)向作用 合模時(shí),首先是導(dǎo)向零件接觸,引導(dǎo)動(dòng)定模準(zhǔn)確閉合,避免型芯先進(jìn)入型腔造成成型零件損壞。
(3)承受一定的側(cè)向壓力 塑料熔體在充型過(guò)程中可能產(chǎn)生單向側(cè)壓力,或者由于成型設(shè)備精度低的影響,使導(dǎo)柱承受了一定的側(cè)壓力,以保證模具的正常工作。若側(cè)壓力很大時(shí),不能單靠導(dǎo)柱來(lái)承擔(dān),需增設(shè)錐面定位機(jī)構(gòu)。
4.5.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)擬采用如圖所式結(jié)構(gòu):
為帶頭導(dǎo)柱,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工方便,用于簡(jiǎn)單模具。模板中設(shè)置導(dǎo)套,導(dǎo)向孔磨損后,只要更換導(dǎo)套即可。根據(jù)所選模具板厚度及其重量,采用導(dǎo)柱直徑為Φ25,其總長(zhǎng)為124mm,其材料為T(mén)8A,T10鋼經(jīng)淬火處理,硬度為HRC52~56。導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm,導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0.8~0.4μm。
4.5.2 導(dǎo)套選擇為與之相配的即可,長(zhǎng)度為60mm.
4.6 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)注射成型側(cè)壁帶有孔、凹穴、凸臺(tái)等的塑料制件時(shí),模具上成型該處的零件就必須制成可移動(dòng)的零件,以便在脫模之前先抽出側(cè)向成型零件,否則就無(wú)法脫模。帶動(dòng)側(cè)向成型零件作移動(dòng)的整個(gè)機(jī)構(gòu)稱(chēng)為側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。根據(jù)動(dòng)力來(lái)源的不同,側(cè)向分型與抽型機(jī)構(gòu)一般可分為機(jī)動(dòng)、液壓或氣動(dòng)以及手動(dòng)等三大類(lèi)型。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及生產(chǎn)要求采用機(jī)動(dòng)側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。
4.6.1 抽芯距確定與抽芯力計(jì)算
注射成型后,塑件在模具內(nèi)冷卻定型,由于體積的收縮,對(duì)型芯產(chǎn)生包緊力,塑件要從模腔中脫出,就必須克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦阻力。對(duì)于帶通孔的殼體類(lèi)塑件,脫模時(shí)還要克服大氣壓力,一般塑料制件剛開(kāi)始脫模時(shí)所需確阻力最大即所需的脫模力最大,如圖為塑模時(shí)型芯的受力分析。
側(cè)向型芯或側(cè)向成型模腔從成型位置到不妨礙塑件的脫模推出位置所移動(dòng)的距離稱(chēng)為抽芯距,用S表示。根據(jù)制件要求取43mm.
抽芯力的計(jì)算同脫模力計(jì)算相同。可以使用以下公式進(jìn)行計(jì)算:
Fc=chp(μcosα-sinα)
式中 Fc——抽芯力(N);
c——側(cè)型芯成型部分的截面平均周長(zhǎng)(m)
h——側(cè)型芯成型部分的高度(m)
p——塑件對(duì)側(cè)型芯的收縮應(yīng)力(包緊力),其值與塑件的幾何形狀及塑料的品種、成型工藝有關(guān)(Pa)
μ——塑件在熱狀態(tài)時(shí)對(duì)鋼的摩檫系數(shù),一般μ=0.15~0.20;
ɑ——側(cè)型芯的脫模斜度或傾斜角;
4.6.2 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
斜導(dǎo)柱傾角確定
斜導(dǎo)柱軸向與開(kāi)模方向的夾角稱(chēng)為斜導(dǎo)柱的傾斜角,它是決定斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)工作效果的重要參數(shù),的大小對(duì)斜導(dǎo)柱的有效工作長(zhǎng)度,抽芯距和各受力狀況等起著決定性的影響。增大, L和H減小,有利于減小模具尺寸,但Fw和Fk增大,影響導(dǎo)柱和模具的強(qiáng)度和剛度。反之減小,斜導(dǎo)柱和模具受力減小,但要獲得相同的抽芯距,斜導(dǎo)柱的長(zhǎng)度就要增長(zhǎng),開(kāi)模距就要變大,因此模具尺寸會(huì)增大,綜合兩方面,取分別取20°、15°比較理想。
斜導(dǎo)柱的材料多為T(mén)8、T10等碳素鋼,也可以用20鋼滲碳處理。由于斜導(dǎo)柱與滑塊摩檫,熱處理要求硬度HRC≥55,表面粗糙度Ra≤0.8μm.
1)斜導(dǎo)柱的長(zhǎng)度計(jì)算
斜導(dǎo)柱的長(zhǎng)度計(jì)算公式如下:
=++++=tag++tag++(5~10)
式中 ——斜導(dǎo)柱總長(zhǎng)度;
——斜導(dǎo)柱固定部分大端直徑;
h——斜導(dǎo)柱固定板厚度;
d——斜導(dǎo)柱工作部分直徑;
s——抽芯距;
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算: 斜導(dǎo)柱1長(zhǎng)度取117.75mm;
斜導(dǎo)柱2長(zhǎng)度取100mm;
2)斜導(dǎo)柱的直徑計(jì)算
斜導(dǎo)柱的直徑主要受彎曲應(yīng)力的影響,斜導(dǎo)柱所受的彎矩為:
=
式中 ——斜導(dǎo)柱所受彎矩;
——斜導(dǎo)柱彎曲力臂;
由材料力學(xué)可知:
=[]W
式中 []——斜導(dǎo)柱所用材料的許用彎曲應(yīng)力;
W——抗彎截面系數(shù)。
斜導(dǎo)柱的截面一般為圓形,其抗彎截面系數(shù)為:
W===0.1
所以斜導(dǎo)柱的直徑為:
式中 ——側(cè)型芯滑塊 受的脫模力作用線(xiàn)與斜導(dǎo)柱中心線(xiàn)的交點(diǎn)到斜導(dǎo)柱固定板的距離,它并不等于滑塊高的一半。
經(jīng)計(jì)算查表?。?斜導(dǎo)柱1直徑為φ15mm;
斜導(dǎo)柱2直徑為φ15mm;
4.6.3 斜導(dǎo)柱受力分析與強(qiáng)度計(jì)算
斜導(dǎo)柱受力析:斜導(dǎo)柱在抽芯過(guò)程中受到彎曲力Fw的作用。
Fw= Fk=
式中 Fw——側(cè)抽芯時(shí)斜導(dǎo)柱所多彎曲力
Ft——側(cè)抽芯時(shí)的脫模力,其大小等于抽芯力Fc
Fk——側(cè)抽芯時(shí)所受開(kāi)模力
4.6.4 滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
分析滑塊受力情況
圖中 Ft是抽芯力壓的反作用力,大小與Fc相等,方向相反
Fk是開(kāi)模力,它通過(guò)導(dǎo)滑模施加于滑動(dòng)
F是斜導(dǎo)柱通過(guò)斜導(dǎo)孔施加于滑塊的正壓力,其大小與斜導(dǎo)柱所受的彎曲力Fw相等
F1是斜導(dǎo)柱與滑塊間的磨擦力
F2是滑塊與滑模間的磨擦力
則 (1)
則 (2)
式中 (3)
由(1)(2)(3)得
由于磨擦力和其它力相比較一般很小,可以忽略,(即μ=0)
上式F=
即Fw=
4.6.5 導(dǎo)滑槽設(shè)計(jì)
成型滑塊在側(cè)向分型抽芯和復(fù)位過(guò)程中,要求其必須沿一定的方向平穩(wěn)地往復(fù)移動(dòng),這一過(guò)程是在滑塊和導(dǎo)滑槽的配合形式也不同,一般采用T形槽或燕尾槽導(dǎo)滑。T形槽導(dǎo)滑結(jié)構(gòu)緊湊,多用于小型模具的抽芯機(jī)構(gòu),由于塑件尺寸較小,抽芯距不大所以本模具采用組合式T形槽導(dǎo)滑,材料45鋼。為了便于加工和防止熱處理變形,常常調(diào)質(zhì)銑銷(xiāo)成形。蓋板材料用45鋼,要求硬度42HRC. 導(dǎo)滑槽與滑塊導(dǎo)滑部分采用間隙配合,一般采用H8/F8在配合面上成型時(shí)與熔融塑料接觸,為防止配合部分漏料,應(yīng)適當(dāng)提高精度,采用H8/f7或H8/g7,其它各處留有0.5mm左右間隙,配合部分表面要求較高表面粗糙度Ra0.8wm。
4.6.6 楔緊塊設(shè)計(jì)
在注射成型過(guò)程中,側(cè)向成型零件受到熔融塑料很大的推力作用,這個(gè)力通過(guò)滑塊傳給斜導(dǎo)柱,而一般的斜導(dǎo)柱為一細(xì)長(zhǎng)桿件,受力后容易變形,導(dǎo)致滑塊后移,因此必須設(shè)置楔緊塊,以便在合模后鎖住滑塊,承受熔融塑料給予側(cè)向成型零件的推力
楔緊塊的工作部分是斜面,為了保證斜面能在合模時(shí)壓緊滑塊,而在開(kāi)模時(shí)又能迅速脫離滑塊,以避免楔緊塊影響斜導(dǎo)柱對(duì)滑塊的驅(qū)動(dòng),鎖緊角ˊ一般都應(yīng)比斜導(dǎo)柱傾斜解大一些ˊ= +(2°~3°)。
楔緊塊是防止注射時(shí)熔體壓力使測(cè)型芯滑塊產(chǎn)生位移而設(shè)置的,為了有效工作,其上面的斜面應(yīng)與側(cè)型芯滑塊上的斜度一致,設(shè)計(jì)時(shí)斜面應(yīng)留有一定的修正余時(shí)量,以便裝配時(shí)修正。
4.6.7 滑塊定位裝置設(shè)計(jì)
依靠壓縮彈簧的彈力使滑塊停留在限位擋塊處,即:彈簧拉桿擋塊式,適用于任何方向的抽芯動(dòng)作]壓縮彈簧的彈力是滑塊重量的2倍左右,其壓縮長(zhǎng)度須大于抽芯距S,一般取1.3S拉桿5是支持彈簧的,當(dāng)抽芯距,彈簧的直徑和長(zhǎng)度已確定,則拉桿的直徑和長(zhǎng)度就能確定,拉桿長(zhǎng)度計(jì)算如下:
Ll=2d+s+t60.8Ld+4d
其中 L1——拉桿長(zhǎng)度
d ——拉桿直徑
S——抽芯距
T—— 擋塊厚度
Ld——彈簧自由長(zhǎng)度
2d——拉桿旋入滑塊中的長(zhǎng)度
4d——拉桿端部擰入墊圈及六角螺母的長(zhǎng)度
經(jīng)計(jì)算可取:L1=85mm L2=85mm
4.7 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
塑件在從模具上取下之前,還有一個(gè)從模具的成型零件上脫出的過(guò)程,使塑件從成型零件上脫出的機(jī)構(gòu)為推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是通過(guò)裝在注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂板來(lái)完成的。由于推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是通過(guò)裝在注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂板來(lái)驅(qū)動(dòng)的,所以一般情況下,推出機(jī)構(gòu)設(shè)在動(dòng)模一側(cè)。正因如此,在分型面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量注意,開(kāi)模后使塑件能留在動(dòng)模一側(cè)。為了保證塑件在推出過(guò)程中不變形、不損壞,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)分析塑件對(duì)模具的包緊力和粘附力的大小,合理的選擇推出方式及推出位置,從而使塑件受力均勻、不變形、不損壞。推出機(jī)構(gòu)應(yīng)使推出動(dòng)作可靠、靈活,制造方便,機(jī)構(gòu)本身要有足夠的強(qiáng)度、剛度和硬度,以承受推出過(guò)程中的各種力的作用,確保塑件順利地脫模。推出塑件的位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件上不影響使用的部位,以免推出
痕跡影響塑件的外觀質(zhì)量和使用。設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)時(shí),還必須考慮合模時(shí)機(jī)構(gòu)的正確復(fù)位,并保證不與其他模具零件相干涉。綜合考慮這些因素,本模具采用推板推出塑件,所要求的是推板具有一定的強(qiáng)度和剛度,所以采用如圖所示的階梯軸結(jié)構(gòu)形式,這樣既保證其起到順利推出制件的作用,又能保證推板的強(qiáng)度和剛度要求。推板孔與推板間隙應(yīng)小于聚氯乙烯的溢料間隙(0.04mm),設(shè)計(jì)四根彈簧用以推板機(jī)構(gòu)的復(fù)位。
4.7.1 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
塑件在模腔中成形以后,便可以從模具中取下,但塑件從模具中取下之前,模具還必須完成一個(gè)將塑件從模腔中推出的動(dòng)作,模具上完成這一動(dòng)作的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為脫模推出機(jī)構(gòu).
一般情況下,推出塑件的動(dòng)作在動(dòng)模上完成。在特殊情況下,也可以在定模上設(shè)脫模機(jī)構(gòu).但因注射機(jī)的定模板一側(cè)沒(méi)有推出機(jī)構(gòu),故此時(shí)須采取特殊結(jié)構(gòu).
推出機(jī)構(gòu)通常是有三大部分組成,第一部分是直接作用在塑件上將塑件推出的零件稱(chēng)推出零件;第二部分是用來(lái)固定推出零件的零件,有推板固定板,推板等;第三部分是作用推出零件推出動(dòng)作的導(dǎo)向及合模時(shí)推出零件復(fù)位的零件.
推出機(jī)構(gòu)的原則是: 應(yīng)使塑件脫模時(shí)不發(fā)生變形或損傷塑件的外觀;推力的分布依脫模阻力的大小要合理安排;推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單,動(dòng)作可靠,不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作,合模時(shí)能正確復(fù)位.
4.8 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
無(wú)論何種塑料進(jìn)行注射成型,均有一個(gè)比較適宜的模具溫度范圍,在此溫度范圍內(nèi),塑料熔體的流動(dòng)性好,容易充滿(mǎn)型腔,塑件脫模后收縮和翹曲變形小,形狀與尺寸穩(wěn)定,力學(xué)性能以及表面質(zhì)量也比較高。為了使模溫能控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi),必須設(shè)計(jì)模具溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
模具溫度的調(diào)節(jié)是指對(duì)模具進(jìn)行冷卻或加熱,必要時(shí)兩者兼有,從而達(dá)到控制模溫的目的。對(duì)模具進(jìn)行冷卻還是加熱,與塑料品種、塑件的形狀與尺寸、生產(chǎn)效率及成型工藝對(duì)模溫的要求有關(guān)。
對(duì)于粘度低、流動(dòng)性好的塑料,因?yàn)槌尚凸に囈竽囟疾惶?,所以常用常溫水?duì)模具進(jìn)行冷卻,有時(shí)為了進(jìn)一步縮短在模內(nèi)的冷卻時(shí)間,亦可用冷水控制模溫。對(duì)于粘度高、流動(dòng)性差的塑料,為了提高充型性能,成型工藝要求有較高的模溫,因此經(jīng)常需要對(duì)模具加熱。對(duì)于粘流溫度或熔點(diǎn)較低的塑料,一般需用常溫或冷水對(duì)模具冷卻;而對(duì)于高粘流溫度或高熔點(diǎn)的塑料,可用溫水控制模溫。流程長(zhǎng)、壁厚較大的塑件,或者粘流溫度或熔點(diǎn)雖不高,但成型面積很大時(shí),為了保證塑料熔體在充模過(guò)程中不至溫降太大而影響充型,可對(duì)模具采取適當(dāng)?shù)募訜岽胧?duì)于大型模具,為保證生產(chǎn)之前用較短時(shí)間達(dá)到工藝所要求的模溫,可設(shè)置加熱裝置對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱。對(duì)于小型薄壁塑件,且成型工藝要求模溫不太高時(shí),可以不設(shè)置冷卻裝置而依靠自然冷卻。由于本模具型腔較小,工藝要求也不高,所以可以采用自然冷切,但是為了適應(yīng)不同地區(qū)的不同氣候環(huán)境,及節(jié)省冷卻時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,模板上應(yīng)開(kāi)設(shè)一定的冷切水道以便于冷切。
4.9 彈簧的選定
由斜滑塊體積得到它的質(zhì)量,然后根據(jù)10%預(yù)壓縮量和其他零件的相關(guān)尺寸選定彈簧。
斜滑塊1質(zhì)量1.273599Kg
中徑必須大于10mm又屬于輕負(fù)載
所以選TL22X75
同理彈簧2選TL22X75
頂桿復(fù)位彈簧選 TF30X100
結(jié) 論
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)月,所設(shè)計(jì)的是基于CAD技術(shù)的注塑模生產(chǎn)技術(shù)及其工藝裝備的研制。本課題是一個(gè)實(shí)踐性課題,它有很高的技術(shù)開(kāi)發(fā)性,其設(shè)計(jì)技術(shù)是采用目前業(yè)內(nèi)比較先進(jìn)的CAD技術(shù)和三維立體設(shè)計(jì)技術(shù)Pro/ENGINEER的有效結(jié)合,它和我的專(zhuān)業(yè)——機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)還是比較接近的。通過(guò)對(duì)本課題的研究,結(jié)合大學(xué)四年所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí),更重要的是在老師的悉心指導(dǎo)下,使我少走了許多彎路,也讓我在最短的時(shí)間內(nèi),學(xué)到更多原本上學(xué)不到的知識(shí)。使我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)再上一個(gè)臺(tái)階,理論和實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)一步提高了我的綜合能力。
致 謝
在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中,從選題、調(diào)研、實(shí)踐到論文撰寫(xiě),我得到了多方面的指導(dǎo)和幫助。
本課題是在淮陰工學(xué)院的模具工程師康志軍老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和為人師表的作風(fēng)、平易近人的品格給我留下了深刻的印象,在此論文即將結(jié)束之際,謹(jǐn)向我的老師致以最崇高的敬意!
最后,在本文即將完成之際,對(duì)所有關(guān)心、愛(ài)護(hù)以及幫助我的老師、同學(xué)和朋友表示最衷心的感謝!
參 考 文 獻(xiàn)
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