端盖1注塑模具设计
端盖1注塑模具设计,注塑,模具设计
绪论1 .1 前言随着中国当前的经济形势的日趋好转,在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下,中国的制造业也日趋蓬勃发展,而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一,模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高,并能获得极大的经济效益,因而引起了各国的高度重视和赞赏1。在日本,模具被誉为“进入富裕的原动力”,德国则冠之为“金属加工业的帝王”,在罗马尼亚则更为直接“模具就是黄金”,可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视,早在1989年3月颁布的关于当前国家产业政策要点的决定中,就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。1.2课程设计的意义本次课程设计的主要任务是端盖1的注塑模具设计,也就是设计一副注塑模具来生产端盖1的塑件产品,以实现自动化提高产量。针对端盖1的具体结构,通过此次设计,使我对模具设计有了较深的认识。同时,在设计过程中,通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等,结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构(浇注系统、成型零部件、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统)有了一定的认识,拓宽了视野,丰富了知识,为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。1.3主要内容翻阅指导老师所发放的任务书中详细的任务量,现总结本次设计主要容如下:(1) 完成端盖1二维图绘制(2) 完成端盖1模具装配图(3) 根据绘制的模具型芯型腔零件图(4) 编写规定字数说明书2端盖1零件的工艺性分析2.1零件结构分析本次课程设计的课题是端盖1零件注塑模具设计,首先了解到端盖1零件尺寸大小和结构。方案的确定是建立在塑件结构和体积大小的基础上的,首先对端盖1产品进行结构分析塑件如下图2.1所示,外形尺寸为:直径为60mm,高度为30mm的产品,外形结构较为简单。图2.1端盖1零件塑件图2.3 塑件材料的确定2.3.1 塑件材料的选择在选取原材料之前,首先应该分析塑料产品的用途及工作环境,本次设计的端盖1零件为外壳类塑料产品,考虑其实际工作环境,所以本次设计材质选为ABS。ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性,使ABS具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性及表面硬度,丁二烯使ABS坚韧,苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 a. 材料名称:塑件的材料为ABS,化学名称:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料,英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic。 b. ABS使用性能:综合性能好,冲击强度和力学性能强度较高,尺寸稳定,耐化学性,电气性良好,易于成型和机械加工,其表面可镀铬,是合适制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构件。 c. 成型性能:(1)无定型塑料,其品种较多,各品种的机电性能及成型特性各有差异,应该品种来确定成型方法和成型条件。 (2) 吸湿性强,含水量应小于0.3%,必须充分干燥,要求表面光泽的塑应长时间干燥。 (3) 流动性中等,溢边值为0.03%左右。 (4) 模具设计要注意浇注系统,选择好进料口的位置和形式。 d. 主要用途:ABS树脂的最大应用领域是汽车、电子电器和建材。汽车领域的使用包括汽车仪表板、车身外板、内装饰板、方向盘、隔音板、门锁、保险杠、通风管等很多部件。在电器方面则广泛应用于电冰箱、电视机、洗衣机、空调器、计算机、复印机等电子电器中。建材方面,ABS管材、ABS卫生洁具、ABS装饰板广泛应用于建材工业。此外ABS还广泛的应用于包装、家具、体育和娱乐用品、机械和仪表工业中。 e. 材料收缩率:ABS成型收缩率为0.3%0.8%,在设计过程中取0.5%。2.3ABS塑料性能指标要求密度(Kg.dm-3):要求1.021.16收缩率要求:0.40.7%熔点要求: 130160热变形温度在:6598弯曲强度要求: Mpa 80拉伸强度要求: MPa 50拉伸弹性模量: GPa 1.810弯曲弹性模量: Gpa 1.4压缩强度: Mpa 1839缺口冲击强度: kJ/1120硬度: HR R6286体积电阻系数: cm 1013击穿电压: Kv.mm-115介电常数: 60Hz3.72.4 注塑成型的工艺参数注塑机类型要求:螺杆式喷嘴的形式:是通用式料筒一区在:150170料筒二区在:180190料筒三区在:200210喷嘴温度要求:180190模具温度要求:5070注塑压要求:60100保压要求:4060注塑时间要求:25保压时间要求:510冷却时间要求:515周期要求:1530后处理要求是红外线烘箱温度在:(70)时间为:(0.31)282.5 塑件质量使用三维软件计算功能算出。密度 2.6型腔的布局再考虑型腔数目的时候,一般要了解下面的因素:(1)端盖1的零件尺寸精度;(2)模具生产时的成本; (3)注塑成形中生产的效益如何;(4)制造时的问题。在确认型腔的数目时,既要分析端盖1车零件的结构,又要考虑到它的精度即体积大小,端盖1的零件精度的需求不高,以及体积不是很大,为了提高生产效率,所以准备把型腔的数目设为一模2腔,由于是一模2腔机构,采用一字型排列型腔布局,综合之后考虑型腔的布局如图所示:s图2-3 型腔布局2.7 选择注射机塑件的体积为:由于流道的塑件是未知数,得以塑件的0.2倍来预算,所以塑料的熔体总体积是:每个塑件分型面上的投影面积是:;流道凝于分型面上的投影面积为塑件在分型面上的投影面积的0.2-0.5倍,所以取0.35倍进行预算:模具所需锁模力为:其中参考文献5,取35MP。以塑件质量与体积, 查看注射机资料表,可先选使用型号为XS-ZY-125的卧式型注塑机。具体参数如下:注塑机的最大注塑量为:注塑的压力为:120MPa螺杆的直径为:42mm锁模力为:900KN注塑机的拉杆间距为:400mmx300mm顶出行程为:100mm最小模厚为:200mm最大模厚为:300mm模板行程为:300mm注塑机定位孔直径为:100mm喷嘴直径为:4mm喷嘴球半径为:SR122.8注塑机参数校核2.8.1注射压力注射机可以注射压力最大值需要满足不小于制品成型所需要的压力值这个条件,ABS所需压力为左右,我们选用的压力机额定的最大注射压力为,符合条件。 2.8.2注射机工艺校核(1) 注射量的校核:极限注射容积是:从而注射的实际注射量是49.7cm3,处于之间,符合要求。(2) 锁模力校核综上得出小于注射机极限锁模力,所以满足需求。(3) 最大注射压力的校核:。 所以满足要求。2.8.3模具厚度与注射机闭合高度模具厚度也称模具闭合高度,必须满足注射机符合最小的模厚,动定模之间最小开距;注射机允许的最大模厚。所以是满足需求。2.8.4 模架各尺寸的校核模架尺寸与注射机拉杆内间距校核模具的平面尺寸为280mm*350mm360mm*360mm(拉杆间距),检测合格。模具开模的行程校核在单分型面,其开模行程S=H1+H2+(510)mm=30+107+(510)=(142147)mm小于300mm,检测合格。在实际中,可在安装之前将螺钉和弹簧卸下,安装后再装模具。2.9 模架的选择根据上述条件以及自身设计经验,根据模仁大小,长宽为110*150mm,根据最后确定GB/T12556.1-12556.2-1990,型号是龙记的大水口模架,具体的结构如图2.4所示:根据已确定下来的模具周边尺寸,配合模板所需要厚度查GB/T 125552006标准模板规格:定模板、动模板、垫块长度分别取75mm、60mm、80mm,所以所选保证模架规格为:模架CI2335A75B60C80 GB/T12555-2006(龙记大水口标准模架)模架具体尺寸如图8-1所示,模具外形尺寸为长L=350mm、宽B=230mm、高H=266mm。图2.4 模架结构3端盖1零件分型面的设计3.1 分型面各项参数的确定了保证塑件在冷却完成后能够顺利脱模,需要根据塑件结构适当的将型腔分为几个部分,这些型腔型芯开合的表面叫做分型面。选择分型面时候要遵循几项原则,归纳为以下几点:1)分型面要在最大轮廓上;2)开模后留在动模上;3)不能对外观造成损坏及影响;4)浇注系统特别是浇口能合理安排;5)使推杆的痕迹不能在外观表面上;6)使端盖1易于脱模。7)侧抽芯机构尽量布置在动模上在综合以上分型面选取原则,结合端盖1零件的结构特点类型,很容易将分型面位置选在端盖1零件的底部最大轮廓位置,所以分型面选在下表面,分型面如图3.1所示:图3.1 分型面位置4端盖1零件浇注系统浇注系统是塑料熔融体由注射机传入到型腔的管道,合理的布置浇注系统能够减少原材料的浪费。一模两腔普通浇注系统示意图如图所示。1主浇道 2分浇道 3制品 4.1主流道设计4.1.1浇口套主流道以整个浇注系统中是一个类似于先锋兵的角色,它的职责决定了设计制造方面的困难性,因为要考虑的因素有很多,一方面是流体带来的高压与高温,一方面也要兼顾后续的分流道与其他系统的设计分布情况,通常来说,整个塑料模中最容易损耗的地方就是主流道。所以主流道的锥度角常在2度4度这个范围中取值,若取值过小会使浇道凝料脱模时候难易取出,本此护壳注射模主流道设计中取2度,主流道内壁粗糙度取在Ra0.8以下。主流道的小端直径d为:注射机喷嘴直径+(0.51)mm=5mm;主流道的大端直径为:D=d+=7mm;主流道的球半径 SR为: 注射机喷嘴球头半径+(12)mm=14mm;球面的配合高度h为3mm;主流道的锥度。浇口套的尺寸如图所示图4.1 浇口套具体尺寸4.2分流道设计分流道作用是分流,即将流经此地的流体全部分流至模具内部,除了作为载具这一作用外,分流道的存在还为主流道分担了很多压力,这种高压情况下的工作环境使得分流道设计变得尤为谨慎,本次端盖1零件注射模设计分流道截面采用圆形,圆形分流道的效率高,但是方便加工,节约在加工中成本。分流道的半径要照经验的公式来计算。塑件质量:采用经验公式已知ABS塑料常用分流道尺寸推荐范围为:3.8-9.5mm分流道直径D=6mm,长度为L=32mm,截面是圆形截面。4.3浇口设计 浇口是浇注系统的最后一端,是与型腔相连的部分,它需要将运输至此的流体完整无缺地送入塑料模内部,让这些流体进行凝固成型,变成我们想要的成品,它的设置地方一般来说会选择利于流体平缓进入型腔的位置。对比各种浇口特点与适用场合后结合端盖1零件采用侧浇口,侧浇口是最常用的浇口形式。为了方便型腔排布,决定将浇口位置放在产品最下面位置处。如图所示侧浇口4.4 冷料穴在模具的实际设计中,通常选用Z字形的拉料杆,这样的形式在工作时就可以体现出其稳定性,它可以把浇注时产生的多余材料勾住,固定于杆上。在模具开模的时候,它就能够将前面产生的废料拉出去,以便下一次成型工作,还可以保证制品的完整性。如下图所示为其结构图。 冷料穴5 模具成型零部件设计在塑料熔融体通过射速机注塑到型腔内时,对型腔产生巨大的压力和冲击,21所以成型零部件不但要具有一定的结构、尺寸、精度,还应当具有较大的强度、刚度,以减少成型零部件的损坏甚至报废,延长模具寿命。尾灯罩注塑成型零件必须要有较大的刚度、硬度和材料的耐磨性能,而且在进行加工时也要考虑此种材料的机械加工性能。此次尾灯罩注塑模具设计中的尾灯罩塑件生产方式为大批量的生产方式,对于尾灯罩塑件的型芯来说,为了防止在尾灯罩注塑模具工作过程中脱模时摩擦力过大,所以此次注塑模具设计的成型零件材质选用P20的高合金工具钢。5.1型腔的设计凹模是模具中型腔,用于成型端盖1的表面结构。分为组合式以及整体式,在本次端盖1车零件注射模具设计中,由于组合式型腔会在生产塑料制品的时候留下缝痕迹,影响塑料制品的外观质量,所以不常采用,除非极少数特殊结构,端盖1零件外表面结构简单,所以放弃组合式结构而采用整体式型腔是较为合理的选择.可以提高牢固性。不会使端盖1零件产生痕迹。具体设计细节由下图5.1看出:图5.1 型腔5.2型芯的设计模具中型芯又为凸模,型芯使用的组合式结构,型芯结构如图所示:图5.2 型芯5.3尺寸的计算由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差(因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定),这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。通过以下计算公式,我们分别求得各个尺寸。目前,模具工作部分尺寸主要使用两种方法来计算,一个被称为平均法,另一种方法称为公差带。平均收缩更小的部分一般使用平均法。ABS材料收缩率从0.3%提高到0.7%,其平均收缩率= 0.5%,考虑到工厂的现有条件模具加工制造,模具制造公差选择z =/ 5。端盖1零件是一个普通类塑料制品MT5。腔体类尺寸磨损后增大,芯体类磨损后减小。若磨损后尺寸增大,则公式为 若磨损后尺寸变小,则公式为 5.3.1型腔尺寸计算表5.1 型腔尺寸计算表类型产品尺寸/mm公式型腔尺寸/mm径向尺寸6045高度尺寸305.3.2型芯尺寸计算表5.2 型芯尺寸计算类型产品尺寸/mm公式型芯尺寸/mm径向尺寸3525高度尺寸10 6 脱模机构设计在端盖1零件冷却成型后要被取出才能算是一个流程的结束,而取出这个动作自然不可能交由人工来完成,这个任务是脱模机构也就是推出系统负责的,6.1脱模结构的选择理论设计用到的推出机构内含推杆和推管以及推板和推块,各个推出机构都有自己适合推出的产品结构。比如大型深腔薄壁类的产品适合推板推出,细长螺柱孔、圆筒形和环形制品适合推管推出,所以在选择推出结构的时候,首先要分析端盖1零件的结构,端盖1零件是圆柱类产品,结构不复杂,底部有足够的空间布置顶杆。所以本次设计的推出机构是采用推杆顶出端盖1零件。6.2顶杆的设计推杆一般顶杆分为多种,有圆推杆,扁推杆等,本次设计采用圆推杆,这种推杆最常用,在市场中就能外购得到。材料为T8A,头部要淬火,硬度应达到40HRC以上,滑动配合部分表面粗糙度达到Ra0.631.25,顶杆的位置高在阻力大的地方。推杆结构如图所示 推杆6.3 脱模力计算推出力计算公式为: (6.1)式里:A是塑件包络型芯面积,经计算设计塑件包络型芯面积是3061.5mm。 P为塑件对型芯单位面积上的包紧力。p取本设计中。代表塑件对钢的摩擦系数,本设计中取0.2。 表示脱模斜度。所以推出力通过上述公式计算约为。6.4确定推杆的数量和尺寸在首先保证推出稳定、可靠的情况下,应该尽可能的减少推杆数目。圆形推杆的直径计算公式: 式中:d为推杆直径(mm);L为推杆长度(mm);F为脱塑件的脱模力(N);E为推杆材料的弹性模量(MPa);n为推杆数目;k为安全系数,取1.5。,取d=5mm。6.5 顶杆的布置合理的布置推杆,才能完美的推出端盖1零件。推杆的布局原则是:(1)含深槽的深孔部位近处;(3)加强筋的部位;(4)局部壁厚的部位;(5)金属嵌件的部位附近;(6)结构复杂部位。经过以上原则考虑,准备设置4根4mm等直径顶杆分布,顶杆布局位置如图6.1所示。图6.1 顶杆分布6.6推杆复位装置设计推出机构用可用多种方式复位,如弹簧复位,强制回位和回针复位,一般模具设计追求安全可靠,同时采用这三种方法。复位杆应对称布置,长取24根,长度与推杆相同。弹簧复位是一种简单复位方法,它具有先行复位功能,数跟弹簧装在动模板与推板之间,推出塑件时弹簧被压缩,当注射机的顶杆后退,弹簧即将推板推回。强制回位是有一根强制回位杆分别连接顶针固定板和注塑机的液压系统上,和模前由液压系统强制回位,回针是在分模面上有四根回位针,其固定在顶针固定板上,和模时先是回针和模面接触把顶针强制带回,避免顶针碰花模仁。其结构如下图所示复位装置7 冷却系统设计7.1冷却系统冷却系统不参与直接成型工作,它的作用仅仅是降温,但降温在塑料模中是一个很重要的工作,因为在流体进入容器之后的自然降温过程很缓慢,冷却系统能够加速这个过程,在快速制冷的情况下成品能够更加完美地成型,这也是顺利生产的必要措施,除此之外,除了塑料模内部容器,外部的辅助系统几乎都不是耐高温的,如果长时间处于一种高温工作环境,那么这些系统的使用寿命就会变得很短,为了防止这种情况出现,冷却系统的合理化设置是必须的。7.2 冷却系统的设计原则(1)为了保持冷却时的平衡,我们需要将定模和动模在冷却时分开进行。(2)确定的孔径大小以及位置的确定,普通的灌流器外座壁如果越厚,所形成的水流管道的孔径就要越大。(3)如果冷却水孔的数量增多,就会使得模具内部的温度的梯度减小,目的是为了让灌流器外座的冷却均匀。(4)模板和镶件之间形成的交界面是可以让冷却通道通过的,但是镶件与镶件之间形成的交界面是不可以通过的,这样做是为了不漏水。(5)浇注口的位置应该使得冷却的力度加强。(6)应降低进水与出水的温差。7.3冷却时间公式为:t=式中:S壁厚; 散热系数;T成型温度;T脱模温度;T模具温度。根据情况确认参数,最终得出的冷却时间是30秒。 7.4冷却所需表面积 传热系数为:将各参数带入,最终得:计算冷却水通道导热的总面积计算模具的冷却水管的总长度设冷却水路数量是根,设全部水路的长度是=1000mm从水道排列满足冷却系统设计原则,水管中心距在孔径35倍,距离型腔的表面为孔径12倍,并且考虑到管子的壁厚和各个零件是否干涉的情况,最终水道分上下模仁,排列形式布置如图7.1所示。S图7.1 冷却水管8 模具装配图8.1 模具总装图 8.2 模具动作过程模具安装在所选型号型注射机上,定模座板固定在注射机的动模板部分,定模座板固定在注射机的定模板上。注射机合模后,注射机喷嘴伸入到模具中与浇口套的入料口处实现对接。对接后,熔融的ABS经主流道、分流道和浇口进入型腔内;经保压,冷却后塑件成型。开模时,定模板与动模板从分型面处分开,动模向后运动,Z型拉料杆带动浇注系统的冷凝料及塑料制品一起向后运动,当主流道中的凝料完全拉出一段距离后,注射机的顶棍作用在推板上,使得浇注系统中的冷凝料和塑料制件在Z型拉料杆和推杆的作用下一起推出,完成脱模过程。合模时,注射机锁模机构工作,推板在复位杆的作用下,回到初始状态,动、定模完全闭合,回到成型位置,进入下一个工作循环 结论本次的课程设计是对我先前学习的一种测验,我希望能以本文展示自己所学到的关于塑料模的内容,在长达半年的时间里,我对塑料模的理解超越了课堂上所学的理论,它逐渐变为了我的一种技能,这可能就是所谓的学以致用吧。本文的主题是设计能够制作出手机外壳的塑料模,所谓的塑料模就是利用现代机械制成塑料物品,只要进行投入,完全可以实现脱离人工的生产线,而本文按照课本中所记录的设计原则一步一步地对所需要设计的塑料模进行设计,在这个进程中,我会利用到一些不同于传统设计的软件工具,比如PRO/E,CAD,诸如此类的辅助性软件,它们能够使我的设计更加高效而且容错率高,因为一旦设计上出现了某些明显的偏差,可视化页面就会迅速地让我察觉到,这也是工业相关行业进步而反辐射到工业领域的一种典型。参考文献1李建军,李德群主编 塑料注射模具设计基础及塑料注射模具CAD M机械工业出版社,2005 2邓明等编著现代塑料注射模具制造技术M化学工业出版社,20053二代龙震工作室编著 塑料注射模具设计M电子工业出版社,20054中国塑料机械信息网 , 行业咨询 , 2006-4-195叶久新,王群主编塑料双晶外壳成型及塑料注射模具设计M湖南科学技术出版社,20056孙玉芹等主编机械精度设计基础M科学出版社,20047陈再枝,蓝德年编著塑料注射模具钢手册M冶金工业出版社,20028(美国)TA奥斯瓦德,L特恩格 PJ格尔曼编著,吴其晔译注射成型手册M化学工业出版社,20059洪慎章编著实用注塑成型及塑料注射模具设计M机械工业出版社,200610中国塑料注射模具工业协会标准件委员会编中国塑料注射模具标准件手册M上海科学普及出版社,198911(加拿大)H瑞斯著,朱元吉译塑料注射模具工程第二版M化学工业出版社,200512王文广,田雁主编塑料配方设计第二版M化学工业出版社,200413陆玉.机械设计手册.机械工业出版社,1992.14陆祥生 杨秀莲. 机械手理论及应用.中国铁道出版社,1983.15王承义. 机械手及其应用. 机械工业出版社,1981.16(旧)高井宏幸等.工业机器人的结构与应用.北京:机械工业出版社,1977.17G.Prischow、C.Danirl、G.Jngghans、W.sABSling OABSn System Controllers-Challenge for the Future of the Machine Tool Industry Annals of the CIRP,1993,vol.42.No.1.18Yongguo Mei, Yung-Hsiang Lu, Y. Charlie Hu, and C.S. George Lee Energy-Efficient Motion Planning for Mobile Robots.致 谢课程设计能够顺利完成我最先要感谢就是我的老师,不管我遇到多大的困难老师都不厌其烦地帮助我,为我点亮了指路灯,这样的老师成为了我课程设计道路上最厚实的后盾,其次我的同学们也一直给我提供无私的帮助,特别是在一些设计难点上,我们的彻夜探讨使我获益匪浅,最终能够完成论文终究不能算我一个人在战斗,最后要感谢我的父母,在我毕业在即之际扔给予我最无私的帮助。然后我要感谢的是我的祖国,它的富强为我的学习与生活带来了坚实的基础,国家对于工业领域,乃至细致到模具领域的重视也使得我的前途看似十分光明,在学习过程中,我觉得自己的知识如果能转变为生产力,能够为祖国做出哪怕一点点贡献,我就会无比开心,如今世界是一超多强的局面,我希望我能够为祖国在这个舞台上的完美演出增添一丝光彩。
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