汽车后视镜罩注塑模设计-塑料注射模具含7张CAD图
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设计(论文)进度表 学院 (系) 专业 班月日周次任务阶段名称及详细项目检查日期检 查 结 果315258查阅、检索国内外与课题相关文献资料15篇以上,如:中文期刊、外文期刊、学位论文等,撰写30005000字的文献综述及填写毕业设计开题报告。20/325309查阅与本设计题目相关的外文资料,并书面翻译20003000汉字(附外文原文及出处)的外文资料;准备并查阅与本设计所用的参考资料及工具书。30/341301012根据零件的用途、产能等要求,初步确定零件用材及设计方案。包括型腔的布置、模具结构的确定、主要设计参数的选择及计算、注塑机的选择、设计参数的核算等。15/4512013根据参考模型,用Pro/E等软件进行绘制零件、分模、模具总装配图,用AUTOCAD绘制模具总装配图、凸模、凹模等零件图。15/5203114编写设计(论文)说明书25/561515修改与完善、打印、装订、装袋5/651016答辩前准备,答辩9/6指导教师(签名) 学生(签名) 年 月 18 日 年 月 日 译文: 赫希约翰传统塑料的新用途塑料工业转载自IAPD杂志8月/ 2001年9月在历史上制造商依赖于丙烯酸是标志,冲击改性丙烯酸酯和聚碳酸酯形状时,热成型的面孔是设计标志的一部分。在过去的几年中,几个技术的融合,增强了国际上最通用的热塑性塑料高的影响,一效益易于制造ABS装置(丙烯腈丁二烯苯乙烯)。 这就是你说“等一等! ABS的耐候性非常差,并已被涂用于室外。”虽然主表面画一直是最常见的方法来保护ABS防抱死刹车,更先进的共挤功能,新的树脂发展的到来,并改善热成型技术已导致在一个突破。通过结合一顶面层包含更多Uvstable塑料ABS板材,往往是一丙烯酸或ASA(丙烯腈,苯乙烯,丙烯酸酯)共聚物,耐候性,才能实现。独特的平衡性能当正确指定和建造,这些材料可以提供一个独特的平衡性能的成形性,韧性和制作简单的ABS以及固有的高光泽,易于着色和装饰,和伟大的抗紫外线的丙烯酸树脂。这是非常重要的,但是,讨论您的工作表与所有供应商的最终使用参数。许多变数,包括最后一部分的厚度(最薄的部分后形成),厚度和顶面层(透明压克力不透明,而他们可以进行修改,以尽量减少紫外线穿透,将允许一些波长光线穿过的ABS的层,这可能导致褪色和脆化),易燃性,耐热性和时效要求等,可以影响的标志或符号组成的最终表现。 根据工作表的建设,各种各样的装饰效果可以达到。最常见的方法是共挤,利用不同的材料不同的挤出机,并结合在表中的层死亡。当保护层顶丙烯酸,非常明亮,深颜色可以生产,以及金属,花岗岩和珠光亮相。 丙烯酸的相对较薄的薄膜,它可以在几乎无休止的设计印刷,层压也很普遍。请记住,虽然,这层不透明的顶部是一个重要因素影响的抗紫外线能力。没有那么普遍,但在不断增加,是一个较厚的压克力贴合在ABS,提供大理石,花岗岩和金属的影响。应用但是,一如既往,没有完美的塑料。这些复合材料的性质要求他们在两个完全不透明的顶层和底层,所以使用仅限于非背光需求。为单位和热板的典型应用包括筋膜,为建筑标志,冠装饰及配件,装饰端盖条带化,热成型不透明的信件,信外壳(建制为背渠道字母或小如菜单板的迹象。但是,如果内表面暴露在有害的光线,它的当务之急,这表面是紫外线保护),以及其他应用。 ABS的随时借给自己相当复杂的真空成型形状,所以组织结构的要求和你的想象力是限制的因素。 相对较新的户外标识行业,丙烯酸和ASA - ABS的上限已使用多年的其他行业,特别是卫生洁具(浴缸,水槽,墙壁和周围),娱乐(池步骤,野营车的顶部和行李),以及运输(多用途车零部件,房车零部件等)。我们都在寻找办法来消除重涂漆的金属零件,玻璃钢,玻璃,木材和其他原料不够灵活。板材挤出机提供几个自定义的耐候ABS的变化为你考虑,虽然许多标志制造商不执行室内热成型,ABS是很熟悉的性能和零部件,可以很容易地转包。结论令人兴奋的设计,你的成功关键是将任何材料融入到你的设计,因为它总是应该是在最后的应用产品严格的测试。原料的选择,最终使用要求的定义,并与您的板材供应商充分协商是必要的。一旦在执行某些有没有缺陷,这些新一代复合材料可以是非常灵活,原文:John HirschNew uses fortraditional plastics PLASTICS IN THE SIGN INDUSTRY REPRINTED FROM THE IAPD MAGAZINE august/september 2001Sign manufacturers have historically relied on acrylic, impact-modified acrylic and outdoor grade polycarbonate when thermoformed faces or shapes are part of sign design. Over the past few years, the convergence of several technologies has enhanced the effectiveness of one of the most versatile thermoplastics high impact, easy-to-fabricate ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene).This is where you say “Wait! ABS has very poor weatherability, and has to be painted to be used outdoors.” Although primary surface painting has long been the most common way to protect ABS, the advent of more sophisticated coextrusion capabilities, new resin developments, and improved thermoforming techniques has resulted in a breakthrough.By combining ABS sheet with a top surface layer containing more Uvstable plastics, most often an acrylic or ASA (acrylonitrile-styrene-acrylate) terpolymer, weatherability can be achieved.Unique balance of propertiesWhen properly specified and constructed, these composites can offer a unique balance of properties the formability, toughness and simplicity of fabrication of ABS and the inherent high gloss, ease of pigmentation and decoration, and great UV resistance of acrylics. It is vitally important, however, to discuss all end use parameters with your sheet suppliers. Many variables, including final part thickness (the thinnest section after forming), thickness and opacity of the top surface layer (clear acrylics, while they can be modified to minimize UV light penetration, will allow some light wavelengths to pass through to the ABS layer, which could result in fading and embrittlement), flammability, heat resistance and aging requirements, etc., can affect the final performance of the sign or sign component.Depending on the sheet construction, a wide variety of decorative effects can be achieved. The most common method is coextrusion, utilizing different extruders for the different materials, and combining the layers in the sheet die. When the protective top layer is acrylic, very bright, deep colors can be produced, as well as metallic, granite and pearlescent appearances.The lamination of relatively thin acrylic films, which can be printed in almost endless designs, is also widespread. Remember, though, that opacity of the top layer is a major factor influencing UV resistance. Less prevalent, but growing, is the lamination of a thicker acrylic to ABS, offering marble, granite and metallic effects as well.ApplicationsHowever, as always, there is no perfect plastic. The nature of these composites requires them to be completely opaque, on both the top and bottom layers, so use is limited to non-backlit requirements. Typical applications for both flat and thermoformed sheet include fascia, end caps for architectural signage, canopy decoration and components, decorativestriping, thermoformed opaque letters, letter housings (formed backs forchannel letters or small signs such as menu boards. But, if the inner surface is exposed to harmful light rays, its imperative that this surface be UV-protected also), and other nonlit applications. ABS readily lends itself to fairly complex vacuum-formed shapes, so structural requirements and your imagination are the limiting factors.Relatively new to the outdoor sign industry, acrylic- and ASA-capped ABS have been used in other industries for years, specifically sanitary ware (bathtubs, sinks, and wall surrounds), recreational (pool steps, truck camper tops and luggage), and transportation (utility vehicle parts, RV components, etc.). We are all searching for ways to eliminate heavy painted metal parts, FRP, glass, wood and other less flexible raw materials. Several custom sheet extruders offer variations of weather-resistant ABS for your consideration, and though many sign manufacturers do not perform inhouse thermoforming, ABS is very familiar to custom thermoformers, and partscan be easily sub-contracted.ConclusionThe key to successfully incorporating any material into your sign design is, as it always should be, stringent testing of the product in the final application. Raw material selection, definition of end use requirements, and thorough consultation with your sheet supplier are imperative. Once it is certain there are no flaws in implementation, these new generation composites can be very flexible andexciting in design. 学号: 设计说明书汽车后视镜罩注塑模设计Auto rearview mirror covers injection mold design 学院 专业 班级 学生 指导教师(职称) 完成时间 20xx 年 3 月 12 日至 20xx 年 6 月 15 日 文献综述学院(系) 专 业 班 级 姓 名 学 号 第一章 文献综述1.1 塑料模现状及发展趋势1.1.1 我国塑料模的现状模具工业是国民经济的基础工业,受到政府和企业界的高度重视。发达国家有“模具工业是进入富裕社会的原动力”之说,可见其重视的程度,当今,“模具就是产品质量”,“模具就是经济效益”的观念,已被越来越多的人接受。我国塑料模的发展极其迅速,30年已走过国外90年的历程,现已具相当规模。塑料模的设计技术、制造技术、CAD技术、CAPP(Computer Aided Programed Procedure/Process Planning)技术已有相应的涉猎和开发应用,我国在塑料模设计技术和塑料模制造技术上与发达国家的地区的差距参见表1-1和表1-2。专用模具钢品种少、规格不全,质量不稳定,且供应渠道不畅。塑料模以45钢为主要材料的状况,短时间内难以改变。国外塑料模行业特点参见表3。表1-1 塑料模设计技术和制造技术(1995年)技术名称发达国家中国美国日本德国香港台湾大陆CAD应用75%75%70%50%40%5%10%CAE应用50%50%50%40%30%1%5%FLOW软件普及普及普及70%50%开始起步COOL软件普及普及普及70%50%开始起步RHD方法已编入CAD/CAE分析软件已有或开始应用LMD方法已进入商品化已有理论著作发表SPD方法已进入商品化在电子和精密机械有应用表1-2 塑料模加工技术(1995年)加工技术发达国家中国大陆CAD及NCP加工周期缩短60%已在部分工厂开始研究4轴及5轴模具成本降低30%已列入“八五”技改项目NCP软件生产效率提高60%模具标准零件及标准模架已普及并以实现了商品化有国家标准,系列化,商品化不够热流道及热管技术大量使用,已形成了系列和标准70年代开始研究,迄今尚无标准专用模具钢材(H13/P20)根据塑料模的不同类型,专用钢已系列化已列入“八五”国家研制计划1.1.2 塑料模的制造特点(1) 型腔及型芯呈立体型面塑料的外形和内部形状直接由型腔和型芯直接成型。型腔、型芯的形状是塑料件的复映。这些复杂的立体表面加工难度大,特别是型腔的盲孔型内成型表面加工,采用通用机床加工时,不仅要求工人技术等级高,辅助夹具、刀具多,而且加工周期长。(2) 精度要求高型腔、型芯尺寸精度一般为IT89,精密塑料模具的型芯型腔尺寸精度为IT67级,另外机构的尺寸也要求非常准确,以使运动可靠。所以要求模具制造,尽量采用高精度的制造手段和测量手段。(3)表面质量要求高型腔、型芯的表面粗糙度一般为Ra0.20.1,有镜面要求的表面粗糙度为Ra0.05一下,为达到粗糙度要求,型腔、型芯表面经精加工后必须经过严格的研磨、抛光。目前多数采用手工研磨和抛光,其手工加工的比例约占整副模具加工量的40%左右,精密型模具,由于多为镶拼式结构,手工加工量约占10%左右。为了提高模具的使用寿命,成型零件还需进行淬火。因此成型研磨、电加工等精密加工占的比例比较大。(4) 对刀具的性能要求越来越高由于模具的性能材料不断提高,模具加工刀具也相应提高,常用一些优越性能的刀具材料和改进的刀具设计,另外为了提高加工效率,也对刀具进行重新改进,以适应模具加工快节奏的要求。(5)工艺流程长、制造时间紧注射模的成型部分是由定模、动模、滑块等部件组成,而定模、动模又是若干零件的组合。为了保证相互间的形状和位置精度,需要采取配制的方法进行加工。工种多、工序多、工艺流程长。由于注射模关系到产品的更新换代以及推向市场的速度,一般给予模具的制造时间比较短,所以,模具制造时间紧,所以,要求模具制造尽量减少手工操作,并采用自动化技术,发展快速制模技术。(6) 模具制造一般属于但减少批生产方式。表1-3 塑料模行业特点(1995年)发达国家及地区中国大陆1 向小而专的方向发展(1) 日本11656家工厂(30人者占95.6%)(2) 韩国1570家工厂(50人者占91%)(3) 新加坡460家工厂(50人者占97%)(4) 香港650家工厂(50人者占99.5%)独立的模具工厂难以生存2 向技术密集方向发展多属于劳动密集型企业3 高技术和高技艺相结合有忽视高技艺倾向4 生产规模以专、小见长大而全居多5 专业化与柔性化相结合尚无此规划1.1.3 塑料模发展趋势1注塑模CAD的实用化随着人类社会的进步和高技术不断发展,世界各国对塑料模设计技术给予了高度重视和关注,不惜投入重金进行研究和开发,塑料模Mold-Flow或C-Flow软件和塑料模Mold-Cool或C-Cool软件等已经商品化,注射模CAD正向实用化阶段迈进。我国政府对注射模CAD实用化进程亦十分重视。“八五”期间投巨资进行研究和开发,除建立“大型薄壁深腔注射模具制造技术”(广州塑料模具厂)、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”(青岛北极星集团)和“实用CAD/CAM技术在精密注射模具中的应用”3项国家重点企业开发项目外,还专门组织了“八五”国家重点技术攻关项目“注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”,该项目含八个子课题复杂曲面几何造型图像软件研制;多轴数控加工变成软件研制;注射用塑料性能数据库研制;流动仿真模拟分析软件研制;模温分析模拟软件研制;模具应力应变计算分析软件研制;CAD/CAM/CAE集成系统研制;注射模具设计实用专家系统软件研制。目前,美国PSP公司的IMES专家系统,能帮助模具设计人员用专家的知识解决注射模的质量问题。德国IKV研究所的CADMOULD系统,可用于注射模的流动、冷却分析、力学性能校核。澳大利亚MOLDFLOW公司的注射模CAE软件MF,具有流动模拟、冷却分析、翘曲变形和应力分析功能。2挤塑模CAD的开发挤塑模设计与制造,发达国家已广泛地应用了CAD/CAM技术,尤其是CAE的应用,极大地提高了挤塑模设计水平和可靠性。我国向此发展,势在必行。根据国家“八五”重点科技攻关项目“注射模CAD/CAM/CAE集成系统”开发中的成功经验及技术实力,国家“九五”重点科技攻关项目“挤塑模CAD/CAM/CAE集成系统”课题,正在拟议与讨论之中。预计该课题将面临一下难题:(1)挤塑模中倒流锥截面变化不规则问题。为此,必须强化CAD部分的三维曲面造型功能。(2)CAE分析的结果显示问题。要求它是一个实用、开放的数据库系统,但由于塑料熔体的弹性行为,迄今尚无行之有效的三维形变理论能予以准确描述。为此,该部分必然是大量的经验公式和数据的收集、归纳及整理工作,是一项艰巨、复杂、系统性很强的庞大工程。(3)须建立3轴至5轴数控铣和2轴至4轴的线切割模块,为此,在CAM部分需开发适用于挤塑模制造工艺规程的计算机辅助变成软件。(4)在统计分析的基础上,确定注射模加工系统与挤塑模加工系统在CAD/CAM方面的共同点与不同点,从而确定应去除注射模加工系统中哪些功能,增加哪些适用于挤塑模加工的功能。3压缩模CAD探索压缩模及传递模是历史悠久、正在工业上发挥了重要作用的一类塑料模具,一些发达国家,如加拿大、美国等已在在这方面作了大量研究和探索工作,预计不久将会有压缩模CAD实用软件问世,我国已在这方面做研究和探索工作。4塑料模专用材料研究和开发在“八五”期间,国家已经组织了抚钢、太钢、齐钢、舞阳、长城和本溪钢铁厂等单位,研究和开发塑料模专用系列钢。无疑,这一开发与研究工作,必将继续扩大和完善。大致可分为以下五类:(1)基本型。如55钢,使用硬度小于20HRC,切削加工性能好,但模具表面粗糙度差,使用寿命短,但已被预硬钢所代替(2)预硬化型。这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素的低合金钢,淬透性高,加工性能好,调质后的使用硬度为2535HRC,属最大的通用型塑料模具钢,如美国的P20钢(3)时效硬化型这类钢是在中、低碳钢中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素,耐磨性和腐蚀性优于预硬钢,经过时效处理后,硬度可高达4050HRC这类钢的典型牌号,如美国的P21、日本的NAK55等,多用于复杂、精密塑料模具,或大批量生产的长寿命模具。(4)热处理硬化型。这类塑料模具钢如美国的D2、日本的PD613、PD555等,模具表面能达很高的镜面,并可进行表面强化处理。这类钢制造的模具,精加工后进行淬火、回火处理,使用硬度可达HRC。(5)马氏体时效钢和粉末冶金模具钢。对于要求更高耐磨性、耐腐蚀性、高韧性、超镜面的高级塑料模,可采用马氏体时效钢或粉末冶金模具钢。这类钢如美国的PS、日本的HAP和ASP钢,均是采用粉末冶金法制造的模具钢。5工程控化 机械技术与电子技术的密切结合,日益更多地采用了数控数显、计算机程序控制的加工方法,实现高层次、多工位加工,使塑料模在质量上、效率上产生一个新的飞跃激光成形技术在塑料模型腔加工中已获得巨大的成功。汕头大学模具中心的抄数系统,属当今国内最先进的塑料模具加工设备。塑件功能设计不同塑件其使用功能不同。塑件可单独使用,也可与其它零件组合起来使用,不论是何种情况,塑件在形状、尺寸、表面质量、物力机械性能等方面,均有一定的指标要求,因此,塑件设计者必须根据塑件的使用功能、使用环境、受力状况、使用特点等,正确选择塑料材料,设计其几何结构,确定其几何尺寸与精度及各种性能指标要求,力求设计出价廉物美、坚固耐用、令人喜爱的塑件来。塑件的基本结构有工艺结构、功能结构及造型结构三部分组成。其中功能机构设计是核心,工艺结构和造型结构设计是在满足功能结构设计基础上进行的设计。在设计塑件时应当把这三种结构的设计有机地结合起来,已达到较好的设计效果。1.2 塑件的结构设计1.2.1 功能结构设计塑件设计的核心问题,是要保证其使用功能要求。在充分分析塑件使用功能的基础上确定塑件的整体结构、各组成部分几何形状、尺寸、材质和外观要求及强度等。塑件的结构,应在满足其功能要求的前提下,力求简单、明快、可靠。因为简单的塑件结构容易满足其功能要求,达到经济、适用、安全的目的。在设计塑件时,应当了解它是单独使用,还是与其它零件组合起来使用,在使用过程中它的主要功能和辅助功能是什么。如果它是与其它零件组合起来使用,那么它的哪些部分、结构形状、尺寸受其它零件制约、不可变动,哪些部分可通过直观判断、试验后加以修正。塑件各部分的强度可以通过选材、合理地分配材料、必要的强度和刚度计算、模拟或实用实验等方法予以确认。根据使用要求不同,在设计某些塑件时还要计算容积、重量、伸长,决定某些几何参数,有的塑件要采用金属嵌件,如齿轮、轴承一类塑件。为了提高刚度,例如对于玻璃纤维增强的塑件,应尽量不设计成平面而设计成曲面,恰当地利用筋、皱折、凸起部、夹层结构和有方向性的玻璃纤维基材。为了保证更好地发挥塑件的功能作用,例如在设计仪表壳体、仪表板件等时,要考虑到在其上要安装与运转操作、 情报传达、安全警报、娱乐快适应等有关的各种零件,因此在设计板面零件布局时要考虑操作者的视认性、操作性和安全性等。1.2.2 工艺结构设计再塑件功能结构设计的基础上,为实现加工制造的可能性和简捷性,必须进行工艺结构设计。因此,在设计塑件时,要选择合适的材料,以保证在使用过程中的可靠性及加工过程中的可行性,用以确定成型方法及成型工艺对塑件提出的工艺结构要求。塑件工艺结构设计的主要内容如下:塑件内外侧壁应有恰当的脱模斜度,内外表面结合处,即角隅处,加强筋端部和根部等以及所有能允许设计圆角的地方均应设计成圆角。塑件壁厚要均匀,加强筋、凸台、支撑面、边缘、底部形状的设计要保证其强度,利于其成型和脱模。金属嵌件要满足塑件使用功能要求,与塑件连接牢固性要求,成型时便与在模具中装固,成型后容易从模具中脱出。塑件表面的花纹、图案、文字、符号等的设计要考虑成型与脱模、使用中的损伤、模具加工等问题。此外处于塑件外形轮廓最大部分得分型线痕迹,不影响其工作特性及表观质量。因此在塑件工艺结构设计时,要充分了解其在使用中的机能,又要熟悉材料的性能特点,成型工艺过程及特点。只有正确的工艺结构设计,才能保证塑件顺利成型、脱模,确保塑件质量,避免塑件在成型中出现裂纹、凹陷、气孔、银纹、疏松、污斑等一系列成型缺陷,增强塑件的使用中的可靠性及持久性。除以上所述外,还应对塑件的焊接、铆接、电镀、涂装、印刷、压花、机械加工等后续工序加以考虑,并在塑件结构设计上采取相应的措施,借以保证这些加工的顺利进行,并确保加工质量。1.2.3 造型结构设计工业制品的结构设计,是一门技术与艺术相结合的多元交叉科学。塑件制品种类繁多,有像光盘、磁带、薄膜、人造革、电影胶片、编织带、地毯、地板等一类平面状制品;有像餐具、玩具、家用电器、仪表等立体状制品,还有塑料花、仿大理石、仿玉石制品,仿生制品等艺术品。对于这些制品,都要通过外部造型设计加以装饰美化。因为人们通常都是在满足功能要求下,总是喜欢购置外形美观的制品。塑件造型设计系指按照美的法则,如对比与调合、概括与简单、对称与平衡,安定与轻巧、尺寸与比例、主从、比拟、联想等对塑件外观形状、图案、色彩及其相互的结合进行设计,通过视觉给人以美的感觉。对于单独使用的塑件或壳体制品,一定要认真的进行造型设计,以满足其使用机能要求,是现代制品设计的根本目的,满足人的心理需要是制品使用功能设计的根本依据。“实用、经济、美观”是制品造型设计的基本原则。在造型设计中还要体现环境、时代的要求,正确地使用水平线、垂直线、弧线等所形成的几何构型、比例尺度、起伏、棱角、机理、色彩等,使人们在使用塑件时有一种美的享受,同时又能保证使用者在使用它时感到方便、安全、可靠、舒适。1.3 Pro/Engineer2001软件概述Pro/ENGINEER 是一套可以灵活配置的软件包,可供从关键的超大型部件设计人员等临时桌面用户到制造工程师使用。这样,用户就可以轻松地把单一的生产效率解决方案升级为一套能够满足整个开发过程需求的集成系统-无论何时何地,只要用户希望在生产效率上投资并希望加快公司的投资回报即可。2001年3月6日,在美国NDES国家设计工程展览以及法国MiCAD举行的工程设计和制造工业的重要发布会上,PTC发布了Pro/ENGINEER 2001。 Pro/ENGINEER 2001为用户带来一种简化的新体验,其中包括直接建模技术、以及额外提供的一体化曲面造型功能、专门设计的新模块和大量增强功能,使得产品开发过程更简单、快捷。Pro/ENGINEER 2001基于PTC Granite One,Granite One包括一系列新技术,这些技术用来建立和表示基于特征的模型,在不同CAD工具之间相关联地转换原始文件、提供方便的存取数据方式。Granite One 取代了第一代简单的几何核心组件,为互操作能力定义了一个新内核。Pro/ENGINEER 2001具有突破性的创新技术,包括直接建模、处理几何体、交互地在屏幕上直观创建和修改特征。直接建模概念简单易学,并且进一步加快了产品的开发过程。利用直接建模,Pro/ENGINEER用户只需用点击鼠标、在屏幕上拖拽产品特征、即刻改变或编辑模型,就可以建立特征。这一直观的工作流,把鼠标移动和菜单导航一般操作减少了40%之多。 Pro/ENGINEER 2001另一个重要特色是交互式曲面设计。以Pro/ENGINEER著名的相关性为支撑的参数化实体建模与自由形式美学设计的这种无缝结合,为用户提供了一个高性能设计环境,这是靠松散地集成各种应用程序所无法比拟的。Pro/ENGINEER新的曲面造型能力,实现了工程和设计的最终集成。随著产品设计中高度程式化的、有机模型变得日益重要,CAD系统必须将设计和工程结合,以便产品设计人员能够在当今市场上进行有效地竞争。Pro/ENGINEER 2001同时提供了重要的快速创新能力,诸如根据表现 用户需求的特征,牢牢锁定设计目标的能力。此外,在生产应用方面,这一版本也非常先进,包括对工具和模具加工的高速铣削支持,以及在特殊铣削过程中生产力的提高。能给产品改进过程带来好处的Pro/ENGINEER 2001的其它增强功能包括:继承特征技术,使用户能够简单快捷地创建并根据需要相关联地更新其产品的过程和设计变型;零件比较技术,根据PTC获得专利的形状索引功能构建,对两个相似零件之间的几何差异,提供即时图形反馈;草绘2D实体技术,能够在图形视图中与模型的几何体相关联;随著设计图中的修改而相应改变;把相关联能力扩大到图形的2D草图绘制中;规格驱动式管道系统布置技术,在布线过程中,始终符合预先定义的标准,并且具有自动附件选择和管线变化延伸的能力。 摘要 模具工业是国民经济的基础工业,受到政府和企业界的高度重视。发达国家有 “模具工业是进入富裕社会的原动力”之说,可见其重视的程度。当今, “模具就是产 品质量” , “模具就是经济效益”的观念,已被越来越多的人接受。 正是基于对中国模具发展趋势的认识和对中国模具业发展的信心,我选择了学习 模具,选择了汽车后视镜罩注射模具设计做为我的毕业设计。 本设计首先根据给定的实物分析其结构合理性,然后进行测绘,完成实体图和二 维图。 其次,根据完成的实体图进行模具设计,在进行模具设计时,根据塑件的形状并结合手 册循序渐进的进行模具设计。这次模具设计是对以前所学知识的一次实践。由于我没 有实践经验所以很多东西都要依靠手册。包括数据的选取和工艺性的确定。模具设计 包括浇注系统、冷却系统及动、定个部分的结构的设计。在设计时要使用到 AUTOCAD2004 和 Pro/ENGINEER,这些计算机辅助设计软件对于提高设计的速度和质量 很有帮助,这也是当今模具行业发展的选择。 在近三个月的设计中,为了更好地完成任务,期间还到工厂进行了实习,参观了 塑料模具的生产加工过程,这加强了我们的感性认识,更有利于我们完成模具设计。 关键词:注塑模;模具设计;结构设计;Pro/E。 ABSTRACT The mold industry is the foundation industry of the national economy, receives highly takes from the government and the enterprise. The developed country has the saying that the mold industry is enters the affluent society the driving force, obviously it takes the degree. Now, the idea of the mold is the quality of product , the mold is the economic efficiency, has been accepted by more and more many people. Precisely based on the understanding of Chinese mold development tendency and the confidence of Chinese mold industry development confidence, I have chosen studying the mold design, and chose the mold design of shampoo spray nozzle to cast as my graduation project. First analyze its structure rationality acts according to the material object which assigns to in this design, then carries on the mapping, completes the entity chart and the two dimensional plot. Next, carries on the mold design, according to the entity chart which was completed. When carries on the mold designs, according to models the shape parallel connection to gather the handbook to proceed in an orderly way carries on the mold design. This mold design was a practice for the knowledge I mastered before. Very many things all must depend upon the handbook because I do not have the experience, including the data selection and technological determination. The mold design including pours the system, the cooling system and moves, decides a partial structure the design. Using PRO/ENGINEER2001 and AutoCAD2000 can improve the quantity and efficiency of mold design. This software also is the mold profession development choice now. In order to complete the task well, we have arrived the factory and carried on the practice during the three months design, visited the plastic mold production processing process. These strengthened our perceptual knowledge, were more advantageous to us to complete the mold design. KEYWORDS: mold design; injection mold; configuration design; Pro/E. 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 塑料模现状及发展趋势 .1 1.1.1 我国塑料模的现状 .1 1.1.2 塑料模的制造特点 .2 1.1.3 塑料模发展趋势 .2 第 2 章 汽车后视镜罩的结构设计 .5 2.1 塑件分析 .5 2.2 塑件材料的选择 .5 2.2.1ABS 的性能和成型特点 .5 2.3 塑料制件的结构工艺性 .7 2.3.1 脱模斜度 .7 2.3.2 尺寸公差和精度 .7 2.3.3 表面粗糙度 .7 2.3.4 壁厚 .7 2.3.5 圆角 .7 2.4 结构设计方案 .8 第 3 章 汽车后视镜罩模具设计 .9 3.1 模具方案的论证和选择 .9 3.2 注射机的选择及型腔数目的确定 .9 3.2.1 塑件的质量体积分析及 ABS 的注射工艺性 .9 3.2.2 型腔数目的确定 .10 3.2.3 注塑机的选择 .10 3.3 分型面的选择 .12 3.4 排气系统的设计 .12 3.5 浇注系统设计 .12 3.5.1 主流道部分设计 .12 3.5.2 冷料穴的设计 .13 3.5.3 分流道设计 .13 3.5.4 浇口设计 .14 3.5.5 定位圈和浇口套的选择 .14 3.6 凹模型腔侧壁厚度与底板厚度的计算 .15 3.6.1 凹模侧壁厚度的计算 .15 3.6.2 底板厚度的计算 .16 3.7 模架的选取 .16 3.8 脱模机构的设计 .17 3.81 脱模方案的选择 .17 3.8.2 脱模力的计算 .17 3.8.3 导柱的选择 .18 3.9 温度调节系统的设计 .19 3.9.1 温度调节系统分析 .19 3.9.2 热平衡计算 .19 3.9.3 湍流计算与冷却面积计算 .20 总结. .23 致 谢 .24 参考文献 .25 附件 1 外文翻译 .26 1 第 1 章 绪论 1.1塑料模现状及发展趋势 1.1.1我国塑料模的现状 模具工业是国民经济的基础工业,受到政府和企业界的高度重视。发达国家有 “模具工业是进入富裕社会的原动力”之说,可见其重视的程度,当今, “模具就是产 品质量” , “模具就是经济效益”的观念,已被越来越多的人接受。 我国塑料模的发展极其迅速,30 年已走过国外 90 年的历程,现已具相当规模。塑 料模的设计技术、制造技术、CAD 技术、CAPP(Computer Aided Programed Procedure/Process Planning)技术已有相应的涉猎和开发应用,我国在塑料模设计技术 和塑料模制造技术上与发达国家的地区的差距参见表 1-1 和表 1-2。专用模具钢品种少、 规格不全,质量不稳定,且供应渠道不畅。塑料模以 45 钢为主要材料的状况,短时间 内难以改变。 表 1-1 塑料模设计技术和制造技术(1995 年) 发达国家 中国 技术名称 美国 日本 德国 香港 台湾 大陆 CAD 应用 75% 75% 70% 50% 40% 5%10% CAE 应用 50% 50% 50% 40% 30% 1%5% FLOW 软件 普及 普及 普及 70% 50% 开始起步 COOL 软件 普及 普及 普及 70% 50% 开始起步 RHD 方法 已编入 CAD/CAE 分析软件 已有或开始应用 LMD 方法 已进入商品化 已有理论著作发表 SPD 方法 已进入商品化 在电子和精密机械有应用 表 1-2 塑料模加工技术(1995 年) 加工技术 发达国家 中国大陆 CAD 及 NCP 加工周期缩短 60% 已在部分工厂开始研究 4 轴及 5 轴 模具成本降低 30% 已列入“八五”技改项目 NCP 软件 生产效率提高 60% 模具标准零件及标准模 架 已普及并以实现了商品化 有国家标准,系列化,商品化 不够 热流道及热管技术 大量使用已形成了系列和标 准 70 年代开始研究迄今尚无标准 专用模具钢材 根据塑料模的不同类型,专 已列入“八五”国家研制计划 (H13/P20) 用钢已系列化 1.1.2 塑料模的制造特点 (1) 型腔及型芯呈立体型面 塑料的外形和内部形状直接由型腔和型芯直接成型。型腔、型芯的形状是塑料件 的复映。这些复杂的立体表面加工难度大,特别是型腔的盲孔型内成型表面加工,采 用通用机床加工时,不仅要求工人技术等级高,辅助夹具、刀具多,而且加工周期长。 (2) 精度要求高 型腔、型芯尺寸精度一般为 IT89,精密塑料模具的型芯型腔尺寸精度为 IT67 级,另外机构的尺寸也要求非常准确,以使运动可靠。所以要求模具制造,尽量采用 高精度的制造手段和测量手段。 (3)表面质量要求高 型腔、型芯的表面粗糙度一般为 Ra0.20.1,有镜面要求的表面粗糙度为 Ra0.05 一下,为达到粗糙度要求,型腔、型芯表面经精加工后必须经过严格的研磨、抛光。 目前多数采用手工研磨和抛光,其手工加工的比例约占整副模具加工量的 40%左右,精 密型模具,由于多为镶拼式结构,手工加工量约占 10%左右。 为了提高模具的使用寿命,成型零件还需进行淬火。因此成型研磨、电加工等精 密加工占的比例比较大。 (4) 对刀具的性能要求越来越高 由于模具的性能材料不断提高,模具加工刀具也相应提高,常用一些优越性能的 刀具材料和改进的刀具设计,另外为了提高加工效率,也对刀具进行重新改进,以适 应模具加工快节奏的要求。 (5)工艺流程长、制造时间紧 注射模的成型部分是由定模、动模、滑块等部件组成,而定模、动模又是若干零 件的组合。为了保证相互间的形状和位置精度,需要采取配制的方法进行加工。工种 多、工序多、工艺流程长。 由于注射模关系到产品的更新换代以及推向市场的速度,一般给予模具的制造时 间比较短,所以,模具制造时间紧,所以,要求模具制造尽量减少手工操作,并采用 自动化技术,发展快速制模技术。 (6) 模具制造一般属于但减少批生产方式 1.1.3塑料模发展趋势 1注塑模 CAD 的实用化 随着人类社会的进步和高技术不断发展,世界各国对塑料模设计技术给予了高度 重视和关注,不惜投入重金进行研究和开发,塑料模 Mold-Flow 或 C-Flow 软件和塑料 3 模 Mold-Cool 或 C-Cool 软件等已经商品化,注射模 CAD 正向实用化阶段迈进。 目前,美国 PSP 公司的 IMES 专家系统,能帮助模具设计人员用专家的知识解决 注射模的质量问题。德国 IKV 研究所的 CADMOULD 系统,可用于注射模的流动、冷却分 析、力学性能校核。澳大利亚 MOLDFLOW 公司的注射模 CAE 软件 MF,具有流动模拟、冷 却分析、翘曲变形和应力分析功能。 2挤塑模 CAD 的开发 挤塑模设计与制造,发达国家已广泛地应用了 CAD/CAM 技术,尤其是 CAE 的应用, 极大地提高了挤塑模设计水平和可靠性。我国向此发展,势在必行。根据国家“八五” 重点科技攻关项目“注射模 CAD/CAM/CAE 集成系统”开发中的成功经验及技术实力, 国家“九五”重点科技攻关项目“挤塑模 CAD/CAM/CAE 集成系统”课题,正在拟议与 讨论之中。预计该课题将面临一下难题: (1)挤塑模中倒流锥截面变化不规则问题。为此,必须强化 CAD 部分的三维曲面 造型功能。 (2)CAE 分析的结果显示问题。要求它是一个实用、开放的数据库系统,但由于 塑料熔体的弹性行为,迄今尚无行之有效的三维形变理论能予以准确描述。为此,该 部分必然是大量的经验公式和数据的收集、归纳及整理工作,是一项艰巨、复杂、系 统性很强的庞大工程。 (3)须建立 3 轴至 5 轴数控铣和 2 轴至 4 轴的线切割模块,为此,在 CAM 部分需 开发适用于挤塑模制造工艺规程的计算机辅助变成软件。 (4)在统计分析的基础上,确定注射模加工系统与挤塑模加工系统在 CAD/CAM 方 面的共同点与不同点,从而确定应去除注射模加工系统中哪些功能,增加哪些适用于 挤塑模加工的功能。 3. 塑料模专用材料研究和开发 在“八五”期间,国家已经组织了抚钢、太钢、齐钢、舞阳、长城和本溪钢铁厂 等单位,研究和开发塑料模专用系列钢。无疑,这一开发与研究工作,必将继续扩大 和完善。大致可分为以下五类: (1)基本型。如 55 钢,使用硬度小于 20HRC,切削加工性能好,但模具表面粗糙 度差,使用寿命短,但已被预硬钢所代替 (2)预硬化型。这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素的低合金钢,淬透性 高,加工性能好,调质后的使用硬度为 2535HRC,属最大的通用型塑料模具钢,如美 国的 P20 钢 (3)时效硬化型这类钢是在中、低碳钢中加入 Ni、Cr、Al、Cu、Ti 等合金元 素,耐磨性和腐蚀性优于预硬钢,经过时效处理后,硬度可高达 4050HRC这类钢的 典型牌号,如美国的 P21、日本的 NAK55 等,多用于复杂、精密塑料模具,或大批量生 产的长寿命模具。 4 (4)热处理硬化型。这类塑料模具钢如美国的 D2、日本的 PD613、PD555 等,模 具表面能达很高的镜面,并可进行表面强化处理。这类钢制造的模具,精加工后进行 淬火、回火处理,使用硬度可达HRC。 (5)马氏体时效钢和粉末冶金模具钢。对于要求更高耐磨性、耐腐蚀性、高韧性、 超镜面的高级塑料模,可采用马氏体时效钢或粉末冶金模具钢。这类钢如美国的 PS、 日本的 HAP 和 ASP 钢,均是采用粉末冶金法制造的模具钢。 5 第 2 章 汽车后视镜罩的结构设计 2.1塑件分析 香波喷嘴作为一种生活用品,广泛的应用于各种沐浴露和洗发水,其通用性好, 使用方便。由于其使用的次数较多,要求其具有一定的强度和韧度。同时作为一种产 品,对美观性一定的要求,其外部形状要求美观,线条流畅美观,看起来比较舒适。 2.2塑件材料的选择 塑料的选择主要考虑材料成型后的强度以及注塑过程中塑料的流动性。ABS 在工 业上应用很广泛,工业上很多塑料结构件都使用 ABS,如鼠标、显示器、仪表盘等外 壳都使用 ABS,ABS 能满足强度要求,并且注塑性能也相当好。所以该香波喷嘴可以 选用 ABS。 2.2.1ABS的性能和成型特点 ABS 是由丙烯晴、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特征,使 ABS 具有良好的综合力学性能。丙烯晴使 ABS 有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度,丁二烯 使 ABS 坚韧。苯乙烯使它具有良好的加工性和染色性能。 ABS 无毒、无味,成微黄色,成型的塑料件有较好的光泽,密度为 1.021.05 g/cm3,熔融温度为 217237,热分解温度为 250 以上,无毒、无味、不透明。 ABS 具有极好的抗冲击强度,且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐 磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电器性能。水、无机盐、酸、碱类对 ABS 几乎无影响,在酮、醛、脂、氯代烃中会溶解或形成乳浊液,不溶于大部分醇类及 烃类溶剂,但与烃长期接触会软化熔胀。ABS 塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的 侵蚀会引起应力开裂。ABS 有一定的尺寸稳定性,易于成型加工。经过调色可配成任何 颜色。其缺点是耐热性不高,连续工作温度为 70左右,热变形温度为 93 左右。 耐气候性差,在紫外线作用下易变硬发脆。 根据 ABS 中三种组分之间的比例不同,其性能也略有差异,从而适应各种不同的 应用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。 主要用途:ABS 在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外 壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏柜和冰箱衬里等。汽车工业上用 ABS 制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等,还有用 ABS 夹层板制小轿车车 身。ABS 还可以用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴 6 及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。 表 2-1 ABS 质量指标参数 性能指标 超高冲击型 高强度冲击型 低冲击型 耐热型 密度(g/cm 3) 1.05 1.07 1.02 1.061.08 吸水率(%) 0.3 0.3 0.2 0.2 热变形温度(度) (0.46Mpa 压力下) (1.86Mpa 压力下) 96 87 98 89 98 7885 104116 96110 线膨胀(x10 -5/oC) 10.0 7.0 8.69.9 6.88.2 燃烧性(12.7, /s) - - 0.55 0.55 拉伸强度(MPa) 35 63 2128 5356 拉伸弹性模量(GPa) 1.8 2.9 0.71.8 2.5 弯曲强度(MPa) 62 97 2546 84 弯曲弹性模量(GPa) 1.8 3.0 1.22.0 2.52.6 压缩强度(MPa) - - 1839 70 硬度(洛氏 R) 100 121 6286 108116 冲击强度(KJ/m 2) (带缺口,23 oC) (带缺口,0 oC) (带缺口,-40 oC) 53 - - 6.0 - - 2749 2132 8.118.9 1632 1113 1.65.4 介电强度(KV/) - - 15.115.7 14.215.7 体积电阻率(m) 1014 1014 1011 1011 介电常数(60Hz) 2.45.0 2.45.0 3.7 2.73.5 介电损耗角正切 (60Hz) 0.0030.008 0.0030.008 0.0110.073 0.034 性能指标 超高冲击型 高强度冲击型 低冲击型 耐热型 耐电弧性(S) 5085 5085 7080 7080 成型特点:ABS 在升温时粘度增高,所以成型压力较高,塑料上的脱模斜度宜稍大,应 取 2 oC 以上; ABS 宜吸水,含水量小于 0.3%,成型加工前应进行干燥处理,要求表面 光泽的塑料应要求长时间预热干燥,需在 7080 oC 预热 4 小时以上;流动性中等,溢 边料 0.04左右,模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小,浇口处外观不良,已发 生熔接痕,应注意选择浇口位置、形式,顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白 色”痕迹(但在热水中加热可消失) ;在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度及收缩率 影响极小。宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗击型树脂,料温更易取高) , 7 料温对物性影响极大,料温过高宜分解(分解温度为 250 oC 左右)要求塑件精度高时, 模具温度可控制在 5060 oC,要求塑件光泽和耐热时应控制在 6080 oC。注射压力 比聚苯乙烯高。一般用柱塞式注射机时料温为 180230 oC 左右,注射压力为 100140Mpa,螺式注射机则取 160220 oC,70100 MPa。 2.3塑料制件的结构工艺性 2.3.1脱模斜度 为了便于塑料件从模腔中脱出,防止在脱模过程中出现由于脱模阻力过大,塑件 被顶裂、变形和擦伤,塑件废品率增加、质量下降的现象。在平行于脱模方向的塑件 表面上,必须设有一定的斜度,此斜度称为脱模斜度。 斜度与塑料的种类和塑件的高度有关,并且为了使塑件留在凸模或凹模上,塑件 内表面和外表面的的斜度值也有差异,塑件高度不大时,通常小于 3可以不设脱模斜 度,对于高度小于 3的结构都不设脱模斜度。ABS 塑件内表面的脱模斜度一般为 401o 20,外表面为 351o。所以,取内外表面的脱模斜度为 1o。 2.3.2尺寸公差和精度 塑件的尺寸精度是指所获得的塑件与产品图纸中尺寸的符合程度。即所获得塑件 尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素很多,首先是模具的制造精度和模具的磨损 程度,其次是模具的收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变 化和模具结构形状等。因此,塑件的尺寸精度往往不高,应在保证使用要求的前提下 尽可能选用低精度等级。 由塑料模设计手册可查得,ABS 建议采用的精度为高精度 3 级,一般精度 4 级, 低精度 5 级。考虑到香波喷嘴的使用对精度的要求不太高,所以各个地方均选择 5 级 精度。 2.3.3表面粗糙度 塑件间的表面粗糙度一般取 Ra0.80.2um 之间,在设计时应考虑到镜罩的美观性, 同时兼顾经济性要求。为满足美观性要求,塑件的外表面要求比较光滑,取 Ra0.4um; 为了降低成本,内表面可以取稍大的表面粗糙值,取 Ra0.6um。 2.3.4壁厚 塑件的壁厚是重要的结构要素,是设计时必须考虑的问题之一。 塑件壁太薄,刚度差,在脱模、使用、装配中会发生变形,影响塑件的使用和装 配的准确性,塑件壁太薄,还会造成模腔通道狭窄、流动阻力大。 2.3.5圆角 在塑件的角隅处,即内外表面的交接转接处,加强筋的顶端及根部等处都应设计 成圆角。而且圆角的半径不应小于 0.5。凡能设计成圆角的地方均设计成圆角。有一 8 系列好处,在塑件成型时溶料流动阻力小,有利于改善流动充模特性。其结果可以防 止因塑料收缩而导致的塑料变形,或者因钝角而引起的应力集中,使塑件的强度增大。 模具使用寿命延长,塑件外形也因圆弧过渡而显得更为美观。同时,与塑料相对应的 模具成型零件在热处理是不易裂口,强度大为增加。 所以,汽车后视镜罩的顶面和内侧面相交处取圆角半径为 4mm,顶面与外侧面相交 处的圆角半径取 12。 。 2.4结构设计方案 图 1 汽车后视镜罩 3D 模型 9 第 3 章 汽车后视镜罩模具设计 3.1模具方案的论证和选择 模具方案的不同主要在选择浇口方式的区分上。 方案一:采用直浇口式 直接浇口又称中心浇口、主流道型浇口或非限制性浇口,塑料熔体直接由主流道 进入型腔,因而具有流动阻力小、流料速度快及补缩时间长的特点,但注射压力直接 作用在塑件上容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形,浇口痕迹和较 明显,并且较难清除,这类浇口大多数用于注射成型大型厚壁长流程深型腔的塑件以 及一些高粘度塑料。而本设计采用 ABS 塑料,流动性较好,并且塑料型腔不深,壁厚 较薄,所以不宜采用直浇口。 方案二:采用侧浇口式 侧浇口又称边缘浇口。侧浇口一般开设在分型面上,塑料熔体于型腔的侧面充 模,其截面形状多位矩形狭缝,调截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率 及浇口封闭时间。这类浇口加工容易,休整方便,并且可以根据塑件的形状特征灵活 的选择进料位置。因此它是广泛使用的一种形式。但有浇口痕迹存在,会形成熔接痕、 缩孔、气孔等塑件缺陷,且注射压力损失大。 方案三:点浇口 点浇口又称针点式浇口、橄榄型浇口或菱形浇口,其尺寸很小。采用点浇口成型 塑件,去除浇口后残留很极小。易取得浇注系统的平衡。也利于自动化操作。 方案四:潜伏浇口 潜伏浇口又称隧道浇口,它是由点浇口演变而来,除具有点浇口的特点外,还有 如下独道之处:浇口位置选在制品侧面较隐蔽的地方,不影响其外形美观;分流道设 置在分型面上,而浇口沿斜向潜伏在分型面下的模板中;开模后自动被切断。 综合考虑到塑件的形状、外观和结构上的要求,采用潜伏浇口比较合适,所以选 择方案四。 3.2注射机的选择及型腔数目的确定 3.2.1塑件的质量体积分析及 ABS的注射工艺性 塑件的体积大小:通过 Pro/E 分析,可知体积约为 29.753,ABS 的密度为 1.05g/3,所以质量为 31.24g。 料桶温度的正确选择关系到塑料的塑化质量,其原则是能保证顺利的注射成型而 10 又不引起塑料的局部降解。塑料的加工温度有注射机料筒来控制的。料筒的末端最高 温度应高于塑料的流动温度(或熔融温度) ,但低于塑料的分解温度。 ABS 流动性好,易于成型。熔融温度为 217237oC,热分解温度为 250oC 以上。 熔融温度与分解温度比较接近,选择料筒温度为 200230oC,为了防止流涎现象,喷 嘴温度稍低于料筒温度取 180190oC。 注射时,需在 7080oC 预干燥 4 小时以上,注射温度为 170200 oC,注射成型 过程中,冷却介质用水,模温越低,冷却速度太快,熔体温度降低越迅速,造成熔体 粘度增大,注射压力损失,引起充模不足,反之,则有利于提高制品表面质量,但制 品生产率大大降低,综合以上两点,取模具温度为 6070oC。 表 3-1 ABS 注射工艺参数 注射机类型 螺杆式 模具温度( oC) 6070 螺杆转速(r/min) 3060 注射压力(MPa) 7090 喷嘴形式 直通式 保压力(MPa) 5070 喷嘴温度( oC) 180190 注射时间(s) 35 料桶前段温度 ( oC) 200210 保压时间(s) 1530 料桶中段温度 ( oC) 210230 冷却时间(s) 1530 料桶后段温度 ( oC) 180200 成型周期(s) 4070 3.2.2型腔数目的确定 在设计实践中,有先确定注射机的型号,再根据所选用的注射机的技术规范及塑 件的技术经济要求,计算能够选取的型腔数目,也有根据经验先确定型腔数目的,然 后根据生产条件,如注射机的有关技术规范等进行校核计算,看所选得型腔数目是否 满足要求。 由于塑件尺寸不大,单个塑件体积为 29.75 ,市场需求量大,所以设计时,3cm 可以首先确定腔数为多型腔,在本设计中取一模二腔,提高生产效率。 3.2.3注塑机的选择 根据塑件体积为 29.75 ,模具为一模二腔,根据所需要的注塑量,选择注射机3cm 为 XS-ZY-125,为螺杆式。 表 3-2 XS-ZY-500的技术规范 额定注射量(cm 3) 125 最大成型面积(cm 2) 320 螺杆直径() 42 最大开(合)模行程 () 300 11 注射压力(MPa) 119 模具最大厚度() 300 注射行程() 300 模具最小厚度() 200 螺杆转数(r/min) 20、25、32、38、42、50、63、8 0 动定模固定板尺寸() 420450 合模力(kN) 900 拉杆空间() 260290 (1)锁模力的校核 锁模力是指注射机合模机构在工作过程中对模具所能施加的最大夹紧力。在选用 注射机时,要对其合模机构进行校核。通常可用下列公式进行: (3-1)FpAn)(21 式中 P , 1 单个塑件在模具分型面上的投影面积; A 2 浇注系统在模具分型面上的投影面积; N 型腔数量; p 塑料熔体对型腔的成型压力; F 锁模力。 根据经验取模腔平均压力为 P 为 40 Mpa,通过 Pro/E 分析,可知塑件在分型面上 的投影面积为 A=9634.5 5=9.63 。粗略计算锁模力为3m3cKNAn 904.7106.9402)( 41 所以满足锁模力的要求。 (2)注射容量校核 模具型腔能否充满与注射机允许的最大注射量密切相关,设计模具时,应保证注 射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量的范围内,根据生产经验,注射机的 最大注射量是其允许最大注射量(额定注射量)的 80,由此有: (32)mv%8021 塑件的体积为 29.75cm3,浇注系统凝料的体积大约为塑件体积的 0.2 倍即 5.95 cm3,一模二腔,则 3321 125.89%0/)( cmvm 所以满足注射容量需求。 (3) 最大注射压力的校核 注射压力是指在螺杆头部产生的熔体压强,注射压力过低会导致型腔压力不足, 熔体不能顺利充满型腔;反之,注射压力过大,不仅会造成制品溢料,甚至系统过载。 螺式注射机 ABS 注射压力一般是 70100MPa,取 80Mpa。注射机注射压力为 145 MPa, 满足要求。 (4) 模具厚度的校核 12 本注射机所允许的最小厚度和最大厚度分别为 200 和 300,所选模架的闭合高 度为 270,满足要求。 (5) 开模行程校核 所选注射机的最大开模行程为 300,模具结构为斜直导柱双单分型面注射模,其 开模距为: (33))10521max(aHs 式中 H 1 脱模距离() ,为 110; H 2 包括浇注系统在内的塑件高度() ,为 50; A 取出浇注系统凝料所必需的长度() ,为 80; 所以,开模行程大概为 240300,满足要求。 3.3分型面的选择 将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分,这些可以分离部分的接触表 面分开时能取出塑件及浇注系统凝料,当成型时又必须接触封闭,这样的接触表面成 为模具的分型面,本例为潜伏浇口,应该以下图型所示的分型面。 图 2 分型面的结构 3.4排气系统的设计 本设计中塑件分型面与塑件结合的地方较多,因此,可以利用分型面的间隙配合 进行排气,所以可以不必要单独设计排气槽。 3.5浇注系统设计 3.5.1主流道部分设计 主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始,到分流道为止的塑 料熔体的流动通道。属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具的一段过渡的流动长度, 13 因此它的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间,必须使塑料熔体的 温度降和压力降最小,且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。主流道垂 直于分型面。 主流道长度一般按模板厚度确定,但为减小充模时的压力降和减小物料损耗,以 短为好,中小模具控制在 50以内,在出现过长主流道时,可将主流道衬套挖出深凹 坑,让喷嘴深入模具。本题取 L 为 50。 由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,所以在注射模中主流道部 分常设成可拆卸更换的主流道衬套。为了拆卸更换方便,模具的定位圈常与主流道衬 套分开设计,主流道衬套如图 3-2 所示: 图 3 主流道结构 各部分尺寸如下: XS-ZY-500 注射机喷嘴孔直径为 7.5,喷嘴圆弧半径为 18。 d 主流道小端直径 d=7.5+1=8.5 R 主流道球面半径S R =18+2=20 R a表面粗糙度 R a0.8um a 主流道锥角 a=4o L 主流道长度 L=36 r 主流道出口端圆角 mDx3.18 h 球面配合高度 h5 主流道大端直径 D =d+2Ltg(a/2)=10.6 3.5.2冷料穴的设计 冷料穴是用一个井穴将主流道延长以接收冷料,防止冷料进入浇注系统的流道和 型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。 14 冷料穴一般开设在主流到对面的动模板上(亦即塑料流动的转向处) ,其标称直径 与主流道大端直径相同或略大一些,深度约为直径的 11.5 倍,最终要保证冷料的体 积小于冷料穴的体积。 本设计中,冷料穴和分流道均开设在中间板上,主流道的大端直径 D 为 10.6, 所以冷料穴的直径可以取 11,深度可以取 12。 3.5.3分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道。分流道是指主流道末端与浇口之间这 一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料有主流道流入型腔前,通 过截面积的变化及流向变换一伙的平稳流态的过渡段。因此要求所设计的分流道能满 足良好的压力传递和保持理想的填充状态,使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔, 并且流动过程中压力损失和热量损失尽可能小,能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。 因此采用平衡式分流道。根据两个型腔的结构设计,分流道较短,故设计时可适当选 小一些。单边分流道取 35mm。 因为塑件的质量为 31.24g,小于 200g,所以分流道的当量直径为 (34)m5.42654.0L分塑分D 设梯形下底宽为 x,底面圆角半径 R=1mm,梯形高度为 h=3.5mm,根据面积相等有 (35)4)8tan.3( 2分 所以 ,梯形上底约为 5mm。如图 3-5mx4 图 4 3.5.4浇口设计 浇口又称进料口,是连接分流道与型腔的通道,除直接浇口外,它是浇注系统中 介面积最小的部分,但却是浇注系统的关键部分,浇口的位置、形状及尺寸对塑件的 性能和质量的影响很大。 通常浇口可分为大浇口和小浇口两类,前者也称非限制性浇口,系指直接浇口; 15 后者也称限制性浇口和内浇,常用的有侧浇口,点浇口等。 小浇口最适合于填充薄壁和壁厚均匀的型腔,它能有效的防止制品发生变形、翘 曲和裂纹等弊病,而大浇口对补缩有利,它能提高制品的尺寸精度,因此当制品的壁 厚不均匀时,应适当增大浇口的尺寸。 本设计浇口采取侧浇口。 3.5.5定位圈和浇口套的选择 浇口套与定位圈配合使用,其中浇口套是树脂注入模具的入口,尺寸与注塑机的 尺寸有关。标准浇口套分为 A 型和 B 型,B 型是为了防止注射时在浇口后退而由定位圈 压住的类型,本设计选用 B 型。其尺寸规格如图示: 图 5 浇口套结构 定位圈的作用是使注塑机的喷嘴与模具浇口的浇口套定位,定位圈分为标准型及 特殊型两种,根据要求分别选用。根据 JIS 标准中规定的特殊型定位圈。尺寸规格如 下: 16 图 6 定位圈结构 3.6.成型零件的结构设计 3.6.1结构设计 (1)凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可 将其分为整体式、整体嵌入式、组合式、镶拼式四种。根据塑件和模具的结构分析, 并考虑加工工艺及经济效益等,本次设计采用整体式凹模。 (2)型芯的结构设计 凸模是成型塑件内表面的成型零件,通常可分为整体式和组 合式两种类型。根据塑件和模具的结构分析,并考虑加工工艺及经济效益等,本次设 计采用整体式凸模。 3.6.2成型零件钢材的选用 根据对成型塑件的综合分析,该塑件的成型零件要由足够的刚度、强度、耐磨性 及良好的抗疲劳性能,同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。所以,型腔、型芯选 用高合金工具钢 Cr MoV。12 3.6.3成型零件的工作尺寸 (1)凹模的径向尺寸 塑件外部径向尺寸的转换: , ;mls06.1324mls06.2879 相应塑件制造公差: , ;.1.2 所以: 10.0111 675.092. zxlSLscpM ( 4-1)m0.39 07.0222 .41.zlscp 17 m047.92 式中, 是塑件的平均收缩率,根据表 1-1 可得 PP 的收缩率为 13 , 其平均收缩cpS % 率为 0.02; 、 是系数, 一般在 0.50.8 之间,制造公差越大,取值越小,反1x2x 之越大。此处取 , ; 、 是相应的尺寸制造公差,对于中小型75.0.21z2z 塑件取 。6z (2)凹模的深度尺寸 塑件高度方向尺寸的转换: ;mHs02.8 相应塑件制造公差: ;. 所以: 03.0 275.0682.11 zxSscpM ( 4-2)m03.62.8 式中, 是系数, 一般在 0.50.7 之间,此处取 。x .x (3)型芯的径向尺寸 塑件内部径向尺寸的转换: ;Ls60.28 相应塑件制造公差: ;m. 所以: 01.0 675.0280.11 zxLSlscpM ( 4-3)01.248 式中, 是系数, 一般在 0.50.8 之间,此处取 。x .x (4)型芯的高度尺寸 塑件内腔高度尺寸的转换: ;mhs20.85 相应塑件制造公差: ;. 所以: 03.0 26.8502.11 zxhShscpM ( 4-4)m03.6. 式中, 是系数, 一般在 0.50.7 之间,此处取 。x .x 18 3.7凹模型腔侧壁厚度与底板厚度的计算 3.7.1凹模侧壁厚度的计算 本设计选用的为整体式矩形型腔,根据塑料模具设计师指南其侧壁的厚度按刚度 条件为: (36)3131 4ECPhhs 式中 ,为 1.493, 1为 0.6;96)/(234hlc P 凹模型腔内塑料熔体的最大压力(MPa) ,为 40 Mpa; L 矩形型腔的长边长度() ,为 147; h 塑件的高度() ,为 50; 凹模的允许变形量() , 为 0.042; E 钢的弹性模量,取 2.10105 N/mm2。 所以经计算 s 为 48。 3.7.2底板厚度的计算 按刚度条件计算底板厚度为 (37) 3/14,EpbcT 式中 ,为 0.0248;1/324, blc b 为矩形型腔短边长度。 经计算 T 为 30。 由于我们采用的是镶块的形式,所以可以在满足刚度和强度的条件下,根据设计 需要适当的改变形腔的侧壁厚度和底板厚度。 3.8模架的选取 由于所设计的模具零件较多,分型面复杂,其中涉及到旋转抽芯和侧抽芯,需要 利用零部件的结构来决定模架的大小,最终根据模具要紧凑,轻巧的原则选用了以 下型号模架: 表 3-3 模架尺寸 定模板 动模板 支撑板 动模底板 导柱 复位杆 19 31540053 31540020 31540020 31540030 32;2403 95 20;1403 75 3.8脱模机构的设计 3.81 脱模方案的选择 脱模机构一般设置在动模的一侧,有的使用液压推动,也有的用机械推动,总之, 在塑件成型后,动模后退到一定的距离,就开始由注射机的脱模机构推动推板和推杆 固定板,使塑件从动模上拔出。 一般情况下,推出塑件的动作在动模上完成,但在特殊情况下,也可以在定模上 设脱模机构,由于注射机的定模板一侧没有推出机构,在这种情况下必须采用特殊机 构。简单脱模机构有推杆机构、推管机构和推件板脱模,本设计考虑到塑件分型面型 芯是由多块型芯拼块组成,利用其结构我们可以采用推件板脱模。 推板脱模机构具有以下特点:顶出力均匀平稳,且大;制品不易变形,表面不留 顶出痕迹;结构简单,不要设置复位装置,依靠合模时定模型面的推力实现复位。 为防止推板离开型芯后自动脱落,要用限位钉限制推板移动的距离。 3.8.2脱模力的计算 脱模阻力的计算: (38)bceQ 式中 Q c 克服塑件对型芯包紧的脱模阻力(N) ; Q b一端封闭壳体需克服的真空吸力(N) 。 (39)bbbAMPaar.10. 式中 A b 型芯横阶段面面积。 经计算 Q b为 328N (310)uEshKQfc18 式中 h 型芯脱模方向高度() ; s 塑料的平均成型收缩率,为 0.55%; u 泊松比,为 0.32; f 塑件与钢之间的摩擦系数,为 0.4; 脱模斜度,为 1o; E 塑料材料的拉伸弹性模量,为 2.2103N/ 2。 ,为 0.383 cosin1fKf 20 (3-11) 经计算 Q c=155N+155N+78N=388N 所以脱模力为=388+328N=716N 因为使用推板脱模,所以脱模力绝对能够满足条件。 3.8.3导柱的选择 导向机构是保证动定模或上下模合模时,正确定位和导向的零件,合模导向机构 主要有导柱导向和锥面定位两种形式,通常采用导柱导向定位,本设计采用导柱导向, 共需 4 根导柱。 中 心 孔 BG145-90.83.2其 余 图 7 动模部分带头导柱的形状及尺寸 动模部分导柱选用最常用的带头导柱,在标准 GB4169.4-84 中选取,其尺寸规格 如下: 表 3-4 动模部分带头导柱的尺寸规格 d d 1 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 D0- 0.2 S0-0.1 L0-1.5 L1-1.0-2.0 25 -0.020 -0.041 25 +0.015 +0.002 32 6 112 32 所以选用导柱为 2511232, GB4169.4-84 ,材料为 20 钢(GB699-65) 。 定模部分也选用最常用的带头导柱,其尺寸规格如下: 表 3-5 定模部分导柱的尺寸规格 d d1 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 D0-0.2 S0-0.1 L0-1.5 L1-1.0- 2.0 20 -0.020 -0.041 20 +0.015 +0.002 25 6 140 32 技术条件为(1)热处理 HRC5055,20 钢渗碳 0.50.8 淬硬 HRC5660 (2)图中标注的形位公差值按 GB1184-80,t 为 6 级 (3)d 的尺寸公差根据使用要求克在相同公差等级内变动 21 (4)其他按 GB4170-84 3.9温度调节系统的设计 3.9.1温度调节系统分析 模具温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状和尺寸精度 都有重要的影响。注射模中这支温度调节系统的目的,就是要通过控制模具温度,是 注射成型具有良好的产品质量和较高的生产效率。 无论何种塑料进行注射成型,均有一个比较适宜的模具温度范围,在此温度范围 内,塑
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