扩音器后盖注塑模具设计【三维UG】【含CAD图纸】
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*大学毕业设计(论文)开 题 报 告学生姓名 学 号 专 业 班 级 指导教师 20 年 月 日一、 研究的基本内容与拟解决的主要问题(或研究的主要内容及预期目标):扩音器在人们平时的生活中经常用到。所以对扩音器盒的批量生产,要求其成本低生产周期短,并且达到一定的保护强度。即采用注塑工艺制造成为一种途径。扩音器盒的注塑模设计为空调的生产提供了一个简介、高效、低成本的途径。意义:在注塑产品的开发过程中,模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成本。对扩音器盒的工艺特点进行分析,设计其模具。在设计中引入三维软件为基础实现了注射模的快速设计,免去了一些模具通用件(如导向件、复位支承件、浇口套、定位圈等)繁锁的重复绘图工作,同时三维软件提供的参数化设计具有3D实体造型、单一资料库以及以特征为设计单位等特点,因此通过使用它设计者可以随时计算出产品的体积、面积、质心、重量和惯性矩等数据,并且不论在3D或2D图形上作尺寸修改,其相关的2D或3D实体模型及装配、制造等也自动修改。设计中导入了制造的概念,设计人员可随时对特征作合理、不违反几何的顺序调整、插入、删除和重新定义等修正操作使得模具开发周期大大缩短。传统的异型产品设计、模具设计及其加工都是根据二维工程图来完成的,加工出来的产品数据精度低,往往需不断地修改产品设计和修改模具,因此,它研发周期长、成本高。针对上述问题,采用最新三维软件软件来实现三维设计,大大地缩短了产品的研发周期、模具设计周期和加工周期,提高了产品设计的准确性,大大降低产品开发、模具设计的成本。二、 研究的方法与技术路线(或研究步骤、方法和研究措施):1. 前期工作:明确设计要求并对产品进行分析,与指导老师沟通,通过身边同学对产品的造型与其他问题进行调查,通过网络、书籍收集该产品设计的有关资料,综合产品的实用经济性确定设计思路。2. 过程步骤:根据设定的思路对产品进行三维造型,要求产品贴近大众消费要求,模 具能最大限度节约生产成本,并易于加工;通过三维实体对模具各部分结构进行受力分析,选择合适的材料并初步, 确定模具设计方案;对模具设计方案进行最终确定,其中包括模架的选用、型腔的数量及排布、分型面的确定、流道的设计、冷却系统的设计、推出系统的设计还有注塑机的选用等;根据模具设计方案用AutoCAD绘制2D模具装配图,用UG对产品进行3D造型,绘制产品的相关零件图;撰写设计说明书并阐述设计思路与流程。3.后期工作:检查绘制的图纸及设计说明书,通过老师指导进行修改,从而完成本次模具设计三、 研究的总体安排与进度:第1-3周: 前期准备,查阅资料,了解课题,准备开题答辩;第4-6周: 确定设计方案,进行结构设计计算;第7-11周: 完成结构设计和装配图的绘制;第12-13周:完成三维建模,并进行模型装配;第13-15周:完善装配模型,撰写毕业论文;第16周: 毕业答辩。 四、 论文提纲:第1章 绪论第2章 塑料材料分析第3章 塑件的工艺分析第4章 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定第5章 注射模具结构设计第6章 模具材料的选用总结致谢五、主要参考文献:参考文献1 赵华. 模具设计与制作M. 北京: 清华大学出版社, 2009-042 黄平、朱文坚. 机械设计教程-理论、方法与标准M. 北京: 清华大学出版社, 2010-123 郭铁良. 模具制造工艺学M. 北京:高等教育出版社, 2008-114 赵昌盛. 实用模具材料应用手册M. 北京:机械工业出版社, 2005-065 王焕庭、李茂华、徐善国. 机械工程材料M. 大连,大连理工大学出版社, 2000-056 屈华昌. 塑料成型工艺及模具设计M. 北京,高度教育出版社,2007-087 吴兆祥、高枫. 模具材料及表面处理M.北京,机械工业出版社, 2002-048 黄毅宏、李明辉. 模具制造工艺M. 北京: 机械工业出版社, 2003-079 张克惠.塑料材料学M.西安:西北工业大学出版社,2000-0510 宋涛、顾军等.热处理技术M.北京:化学工业出版社,2003-0111刘靖岩.模具设计与制造.北京:中国轻工业12 王树勋.注塑模具设计与制造实用技术M.广州:华南理工大学出版社,1996-0613 高为国.模具材料M.机械工业出版社,2005-0114 蒋继宏、王效岳 注塑模具典型结构100例M.北京:中国轻工业出版社,2000-0615 王鹏驹、张杰 塑料模具设计师手册 北京:机械工业出版社,2008-1016 ABCUG论坛 www.abcug.com17 燕秀模具论坛 www.yxcax.com18免费CAD教程网 www.mfcad.com指导教师审核意见: 指导教师签字 年 月 日教研室审核意见:教研室主任签字 年 月 日南京科技职业学院 毕业设计(论文) 题目 扩音器后盖塑料模设计 姓 名 XXX 所在系部 机械技术系 专业班级 模具设计与制造XX 指导教师 童晨 20XX 年 X 月*毕业论文Abstract南京科技职业学院毕业设计(论文)诚信承诺书1、本人郑重承诺所呈交的毕业设计(论文),是在指导教师的指导下严格按照学校有关规定完成的。2、本人在毕业设计(论文)中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。3、本人承诺在毕业设计(论文)选题和研究内容方面没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。4、在毕业设计(论文)中对任何侵犯知识产权方面的行为,由本人承担相应的法律责任。学生签名: 日期:扩音器后盖设计【摘要】 通过扩音器后盖设计,了解注塑模具架构的过程和原理,根据扩音器后盖的结构对制件进行了工艺分析,提出合理的注射成型条件和成型工艺;对塑件的表面精度和表面质量进行了讨论;通过对扩音器后盖的设计,对模架进行了确定,并设计了导向和定位机构;阐述模具浇注系统和脱模机构的设计方法;详细介绍了凹、凸模,型腔、型芯的结构设计;同时也对排气设计进行了讨论,并且对温度调节系统进行了检验和计算,还介绍了模具的功能结构等等;所设计的模具结构使制件可以可靠稳定的顶出,降低模具的复杂程度和制造成本。【关键词】 注塑模,顶出机构,结构设计,温度调节,脱模机构Injection Mould Design for LamABShade【Abstract】 Through the design of chimney injection mold,Understanding processing and principle of injection mould. According to the the parts of The chimney for Process analysis, Proposed the reasonable of injection molding conditions and forming process, The surface of plastic parts the precision and surface quality were discussed ,Through the design of injection mould for chimney, make the determination of formwork, And the orientation and locating mechanism design,This mould casting system and demoulding mechanism design method, Detailed introduces the concave and convex mold cavity, cores, the structure design,Also on the exhaust design was discussed, And the working process of the die. Design of the mould structure parts make out reliable and stable. Reduce the complexity of the mould and the manufacturing cost【Key Words】 Injection mold, The agency, Structure design, Temperature adjustment,Demoulding mechanism*学院毕业论文目录目录第1章 绪论61.1 模具工业在国民经济中的地位61.1.1 我国模具工业的现状61.1.2 我国模具技术的现状及发展趋势71.2 世界五大塑料生产国的产能状况7第2章 注塑件的设计72.1 功能设计72.2 材料选择82.3 结构设计92.3.1 对塑件的修改说明92.3.2 壁厚102.3.3 脱模斜度102.3.4 加强肋112.3.5 圆角112.4 塑件的尺寸精度及表面质量112.4.1 尺寸精度112.4.2 塑件的表面质量12第3章 注塑成型的准备123.1 注塑成型工艺简介123.2 注塑成型工艺条件13第4章 模具设计144.1 塑料配方说明144.2 分型面的确定154.3 型腔数目的确定154.4 浇口确定164.5 模具材料的选择164.5.1 成型零件材料选用164.5.2 注射模用钢种164.6 浇注系统设计174.6.1 主流道174.6.2 分流道174.6.3 冷料穴174.6.4 浇口184.6.5 剪切速率的校核184.7 模架的确定194.7.1 型腔壁厚和底版厚度计算194.7.2 模架的选用214.8 导向与定位机构224.9 顶出系统设计234.9.1 推杆脱模机构234.9.2 推板厚度的计算244.10 成型零件工作尺寸的计算254.10.1 凹、凸模工作尺寸的计算25a凹模宽度尺寸的计算26b 凹模长度尺寸的计算26c 凹模高度尺寸的计算26d 凸模宽度尺寸的计算26e 凸模长度的计算27f凸模高度尺寸的计算274.11 排气设计274.11.1 排气设计原则274.12 温度调节系统设计284.12.1 对温度调节系统的要求284.12.2 冷却系统设计:28结论36参考文献37附录39致谢40*学院毕业论文致谢第1章 绪论1.1 模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备,它的作用是控制和限制材料的流动,使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高,产品质量好,材料消耗低,生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业,是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,它在很大程度上决定着产品的质量,效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业,正日益受到人们的关注。目前世界模具市场供不应求,模具的主要出口国是美国,日本,法国,瑞士等国家。中国模具出口数量极少,但中国模具钳工技术水平高,劳动成本低,只要配备一些先进的数控制模设备,提高模具加工质量,缩短生产周期,沟通外贸渠道,模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术,提高模具技术水平,对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。1.1.1 我国模具工业的现状自20世纪80年代以来,我国的经济逐渐起飞,也为模具产业的发展提供了巨大的动力。目前,我国17000多个模具生产厂点,从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外,其他所有制形式的模具厂家,包括集体企业,合资企业,独资企业和私营企业等,都得到了快速发展。其中,集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区,现已有几千家。在模具工业的总产值中,企业自产自用的约占三分之二,作为商品销售的约占三分之一。其中,冲压模具约占50(中国台湾:40),塑料模具约占33(中国台湾:48),压铸模具约占6(中国台湾:5),其他各类模具约占11(中国台湾:7)。1.1.2 我国模具技术的现状及发展趋势20世纪80年代开始,发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来,并发展成为独立的工业部门,其产值已超过机床工业的产值。近年来,每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度,将技术进步作为企业发展的重要动力。此外,许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。今后,我国要发展成为世界制造强国,仍将依赖于模具工业的快速发展,成为模具制造强国。但是与发达国家的模具工业相比,在模具技术上仍有不小的差距。今后,我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新,以缩小与国际先进水平的距离。(1)注重开发大型,精密,复杂模具,提高对成型零件的大型化和精密化要求,使模具日趋大型化和精密化。(2)加强模具标准件的应用。(3)推广CAD/CAM/CAE技术,实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向,可显著地提高模具设计制造水平。(4)重视快速模具制造技术,缩短模具制造周期。1.2 世界五大塑料生产国的产能状况美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一,中国塑料工业多年持续高速增长,日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第2大塑料生产国。韩国塑料产量增长十分迅速。塑料产量位居世界前10名的国家和地区还有法国660万吨、比利时600万吨、中国台湾598万吨、加拿大432万吨和意大利385万吨(均为2001年产量)。第2章 注塑件的设计2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标。该塑件承受外力的几率不大;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;塑件是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命;此外,塑料都会老化,还要考虑到材料的光氧化等问题。2.2 材料选择通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据。对于本设计结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种透光性能较好材料的性能对比,如表2.1所示:表2.1 材料的特性塑料名称聚苯乙烯聚碳酸酯 有机玻璃拉伸强度/MPa51.9 6672弯曲强度/MPa11095113断裂伸长率/%280100落球冲击强度J/m16422洛氏硬度(M)11582101氧指数(OI)18.124.917.3热变形温度/ 85134100维卡软化点/105153120马丁耐热温度/112体积电阻率/cm10102.1101010吸水率% 0.050.131.19透光度/%88929393雾度% 30.90.9折射率 1.5921.5861.492价格(元/吨)1150123033000410001950020700模具成型也要考虑到材料的注塑特性,在各特点都相差无几的情况下,好的成型特性是选择材料的主要标准,以下是三种材料的特性比较,如表2.2所示。表2.2 材料的性能和成型特性比较塑料品种性 能 特 点成 型 特 点模具设计注意事项使用温度主要用途聚苯乙烯透明性好,电性能好,抗拉强度高,耐磨性好,质脆,抗冲击强度差,化学稳定性教好 成型性能好,成型前可不干燥,但注射时应防止溢料,制品易产生内应力,易开裂 因流动性好,适宜用点浇口,但因热膨胀大,塑件中 不宜有嵌件3080 装饰制品,容器,泡沫塑料,日用品等有机玻璃透光率最好,质轻坚韧,电气绝缘性好/但表面硬度不高,质脆易开裂,化学稳定性较好,但不耐无机酸,易溶于有机溶剂流动性差,易产生流痕,缩孔,易分解,透明性好,成型前要干燥,注射时速度不能太高合理设计浇注系统,便于充型,脱模斜度尽可能大,严格控制料温与模温,以防分解收缩率取0.3580透明制品,如窗玻璃,光学镜片,扩音器后盖等聚碳酸酯透光率较高,介电性能好,吸水性小,力学性能好,抗冲击,抗蠕变性能突出,但耐磨性差,不耐碱,酮,酯耐寒性好,熔融温度高,黏性大,成型前需干燥,易产生残余应力,甚至裂纹,质硬,易损模具,使用性能好尽可能使用直接浇口,减小流动阻力,塑料要干燥,不宜采用金属嵌件,脱模斜度2130脆化温度为100在机械上做齿轮,凸轮,蜗轮,滑轮等,电机电子产品零件,光学零件等通过以上的对比,再考虑到经济型,最终选定聚苯乙烯为塑件材料. 2.3 结构设计塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据.2.3.1 对塑件的修改说明在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析,只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。线圈骨架如图所示,具体结构和尺寸详见图纸,该塑件结构中等复杂程度,生产量大,要求较低的模具成本,成型容易,精度要求不高。图(1)3D视图2.3.2 壁厚各种塑件,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度。在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节约原材料,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率;其次可避免因过厚产生的质量上的缺陷.以下是ABS的壁厚推荐值:表2.3 ABS的壁厚推荐值最小壁厚mm小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm0.751.251.63.25.4该塑件属于中小型件,从图上看,塑件边缘的壁很厚,壳体取中型件壁厚1.5,这样使得整个塑件的壁厚是均匀的,但若减小边缘壁厚,则对塑件的推出不利,而且有可能使电池不能安装。边缘壁厚可用来放置推杆或推板。2.3.3 脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度.以下是ABS的脱模斜度推荐值:表2.4 ABS的脱模斜度推荐值制件外表面制件内表面351.35301塑件内表面在造型时就有弧度,如果要有脱模斜度就是在凹槽和锁位处,这不仅对脱模有好处,而且可以更好的锁紧。2.3.4 加强肋塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形;沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力,提高融体流动性。在该塑件中的加强肋起到引导物料流动的作用同时又对电池进行定位,高度比分型面低1mm,脱模斜度取2度,顶部倒圆角,低部倒角R,宽度取0.5T。通常加强肋的设计原则为高度低,宽度小,而数量多为好。2.3.5 圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处,一般采用圆角连接,有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中,在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模,同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系,当R/T=0.6以后应力集中变的缓和,该塑件大部分的圆角取R1,较大值取到R3。加强肋的圆角半径值关系如表2.5所示。表2.5 肋的圆角半径值关系表肋的高度/mm6.56.513131919圆角半径 /mm0.81.51.53.02.55.036.5塑件上其它的特征还有如孔,螺纹,嵌件,铰链,文字和花纹等,各个特征都有其设计原则和特殊功能,因为该塑件没有涉及,所以就不一一介绍。2.4 塑件的尺寸精度及表面质量2.4.1 尺寸精度(1)尺寸精度的选择;塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准,然而,在满足塑件使用要求的前提下,设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些,以便降低模具的加工难度和制造成本。该塑件是一般民用品,所以精度要求为一般精度即可,但是由于要保证两半壳体的闭合,所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些,对其要有公差配合要求,应选择高精度。根据精度等级选用表,ABS的高精度为2级,一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表,在公称尺寸在100120范围内,取MT2B级的公差数值为0.52 mm,MT3B级的公差数值为0.78 mm。2.4.2 塑件的表面质量塑件的表观缺陷是其特有的质量指标。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素,通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光,所以对粗糙度的要求比较高,查表得ABS抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02m,垂直纹路方向的表面粗糙度为0.26m。第3章 注塑成型的准备3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性,首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化,使之成为粘流状态熔体,然后在柱塞或螺杆的高压推动下,以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中,经过一段时间的保压冷却以后,开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。物料准备、注塑过程、制件后处理3.2 注塑成型工艺条件(1)温度;注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度,喷嘴温度和模具温度等。模具温度一般通过冷却系统来控制;为了保证制件有较高的形状和尺寸精度,应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形,模具温度必须低于塑料的热变形温度。ABS料与温度的经验数据如表3.1所示。表3.1 温度的经验数据料筒温度 /喷嘴温度/模具温/热变形温度 /后段中段前段1.82MPA0.45MPA1502101702301902502402505756596(2)压力;注射成型过程中的压力包括注射压力,保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力,提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力,与制件的形状,壁厚及材料有关。对于像ABS流动性好的料,保压力应该小些,以避免产生飞边,保压力可取略低于注射压力。根据生产经验,背压的使用范围约为3.427.5MPa。(3)时间;完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间,保压时间,冷却时间,其他时间(开模,脱模,涂脱磨剂,安放嵌件和闭模等),在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间,以提高生产率,确定成型周期的经验数值如表3-2所示。表3.2 成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 经过上面的经验数据和推荐值,可以初步确定成型工艺参数,因为各个推荐值有差别,而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致,结合两者的合理因素,初定制品成型工艺参数如表3.3所示。表3.3 制品成型工艺参数初步确定 特性内容特性内容注塑机类型螺杆式螺杆转速(r/min)48喷嘴形式直通式模具温度50喷嘴温度()230后段温度()150210中段温度()170230前段温度()190250注射压力MPa90 保压力MPa80注射时间s1.5保压时间 s5冷却时间s20其他时间s3成型周期s30成型收缩(%)0.6 干燥温度()6080干燥时间()13最后,确定的后处理温度为70,保温时间2小时。 第4章 模具设计4.1 塑料配方说明塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行的重要环节,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣, 根据ABS的特性及使用性能要求,配方中应含有以下添加剂。填充剂、增韧剂、润滑剂、光稳定剂、着色剂、抗菌剂。4.2 分型面的确定根据分型面的选择原则:(1)便于塑件脱模;(2)在开模时尽量使塑件留在动模;(3)外观不遭到损坏;(4)有利于排气和模具的加工方便。结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上.如图4.1所示。图4.1分型面的位置4.3 型腔数目的确定注塑模的型腔数目,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素:(1)塑件的尺寸精度;(2)模具制造成本;(3)注塑成型的生产效益;(4)模具制造难度。考虑到该塑件是一般日用品,查手册得塑件的经济精度推荐4级,这个产品是两个壳件的组合,所以初定为一模四腔最合理.排列形式如图4.2所示。图4.2 型腔的排布形式4.4 浇口确定ABS料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,简化模局结构,确定使用侧浇口。4.5 模具材料的选择正确选用模具各部分零件的材料,是注射模具设计过程中的一项重要工作,它直接影响模具的使用寿命,加工成本以及制品的成型质量。选择模具材料时,需要根据模具工作条件,从使用性能和加工性能两方面对材料提高要求。4.5.1 成型零件材料选用成型零件材料选用的要求如下:(1)、机械加工性能良好(2)、抛光性能良好 注射成型零件工作表面,多需抛光达到镜面,要求钢材硬度3540HRC为宜,过硬表面会使抛光困难。(3)、耐磨性和抗疲劳性能好(4)、具有耐腐蚀性能4.5.2 注射模用钢种热塑性注射模成型零件的毛坯,凹模和主型芯以板材和模具供应,本设计中,采用718H的预硬模具钢,这个不做钢材的分析与选择,只对718H钢材进行分析。型芯和型腔由于采用了该预硬型塑料模具钢,且线圈骨架为廉价大量产品,表面有一定光洁度要求,所以模仁料无需淬火,需要长寿命,选择718H,预硬型抛光塑料模具钢,预硬硬度达到48-52HRC4.6 浇注系统设计4.6.1 主流道主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道,通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,有一定的锥度,目的是便于冷料的脱模,同时也改善料流的速度,因为要和注塑机相配,所以其尺寸与注塑机有关: 主要参数: 锥角=2;内表面粗糙度Ra=0.63m;小端直径D=d+(0.51)mm;半径R2=R1+(12)mm;材料T8A;由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞,所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套,以便选用优质的钢材单独加工和热处理。4.6.2 分流道分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开设在分型面上,起分流和转向作用,分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置,分流道的设计应尽可能短,以减少压力损失,热量损失和流道凝料。在该模具上取圆形断面形状,直径为5mm。4.6.3 冷料穴冷料穴一般位于主流道对面的动模板上,或处于分流道末端,其作用是存放料流前端的冷料,防止冷料进入型腔而形成冷接缝,冷料穴的尺寸宜稍大于或等于主流道大端的直径,长度约为主流道大端直径,这里取5MM冷料穴的尺寸如图4.3所示:图4.3 冷料穴的尺寸4.6.4 浇口浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道,它是浇注系统的关键部分,浇口的形状,数量,尺寸和位置对塑件的质量影响很大。本模采用侧浇口,并且应该形状简单,便于加工,而且尺寸精度容易保证;试模时如发现不当,容易及时修改;能相对独立地控制填充速度及封闭时间;对于壳体形塑件,流动充填效果较佳。(1) 侧浇口深度尺寸H的确定H=nt =0.61.5=0.9mm n塑料系数ABS料取0.6;t塑件在浇口位置处的壁厚t=1.5 mm。(2) 侧浇口宽度尺寸W的确定 W= (4-1)A型腔一侧的表面积: A=V/t ;V浇注体积 :V=53.910mm; t取平均壁厚=3.3mm 取2mm。 浇口尺寸如图4-3所示。宽为2,深为0.5。4.6.5 剪切速率的校核生产实践表明,当注射模主流道和分流道的剪切速率R=510510S、浇口的剪切速率R=1010S时,所成型的塑件质量最好。对一般热塑性塑料,将以上推荐的剪切速率值作为计算依据,可用以下经验公式表示: R= (4-2)式中:q体积流量(CM/S);R浇注系统断面当量半径(CM)。(1)主流道剪切速率校核:R主=2.6310 S(2)分流道剪切速率的校核R分1=1.0510 S因为当量半径和第一级,相同所以,R= R/2 510 S(3)浇口剪切速率的校核R浇=1.4210 S从以上的计算结果看,流道与浇口剪切速率的值都落在合理的范围内,证明流道与浇口的尺寸取值是合理的。4.7 模架的确定4.7.1 型腔壁厚和底版厚度计算根据大型模具按刚度条件设计,按强度校核;小型模具按强度条件设计,按刚度校核原则:模具结构形式如图4.4所示:图4.4 模具结构形式侧壁厚度计算公式: S() (4-3) =65 mm式中:C与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L有关的系数,查表C=1;型腔压力,取30MP;型腔深度,=40;E模具材料的弹性模量(MP),E取2.110;刚度条件,即允许变形量(mm),取=0.04。底板厚度计算公式: hs() (4-4) =25 mm式中:由底板短边与长边边长之比L1/L2决定的系数,查表=0.026;型腔压力,取30MP;底版短边长度(mm),=300;E模具材料的弹性模量(MP),E取2.110;刚度条件,即允许变形量(mm),取=0.04。4.7.2 模架的选用该设计采用龙记标准模架。(1)模仁尺寸的确定考虑冷却因素,因为经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高,所以为了给冷却系统留有足够的空间,该设计取模仁的大小为170x190mm。(2)凸、凹模尺寸的确定考虑到导柱和导套、螺钉、冷却水孔等对模架强度、刚度的削弱作用,在本设计中,在长度方向,取模仁到模具边的单边宽度为55 mm,在宽度方向,取模仁到模具边的单边宽度为65 mm,所以凸、凹模尺寸为300X300 mm。(3)模具高度尺寸的确定各块板的厚度已经标准化,所需要的只是选择,厚度的选择需要满足关系:Hh1h2h3h0式中:HC板高度;h1挡销高度;h2推板厚度;h3推杆固定板厚度;h推出距离;如图4.5所示:图4.5 模架图最终,确定模具尺寸为300X300 mm,A板厚度70 mm,B板厚度80 mm,C板厚度100.4.8 导向与定位机构设计导柱和导套需要注意的事项有:(1)合理布置导柱的位置,导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度;导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置,或不等直径对称布置。(2)导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm,以确保其导向与引导作用。(3)导柱工作部分的配合精度采用H7/f7,导柱固定部分配合精度采用H7/k6;导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍,其余部分可以扩孔,以减小摩擦,降低加工难度。(4)导柱可以设置在动模或定模,设在动模一边可以保护型芯不受损坏,设在定模一边有利于塑件脱模。4.9 顶出系统设计4.9.1 推杆脱模机构(1)推杆尺寸计算:本设计采用的是推管和推杆推出,在求出脱模力的前提下可以对推杆或推管做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆,圆形推杆的直径由欧拉公式简化为:d=k() = 4.91 mm (4-7)式中:d推杆直径;n推杆的数量,n取20;L推杆长度(参考模架尺寸,估取L=150);E推杆材料的弹性模量,取E=2.110MP;k安全系数,取k=1.5;F总的脱模力,F=33324(N);实际推杆尺寸直径为5 mm,(2)推杆的固定形式:推杆的固定形式有多种,但最常用的是推杆在固定板中的形式,此外还有螺钉紧固等形式。(3)推出机构的导向:当推杆较细或推杆数量较多时,为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象,需要在推出机构中设置导向零件,一般称为推板导柱。(4)推出机构的复位:本设计采用弹簧复位机构,弹簧复位机构是一种最简单的复位方式。推出时弹簧被压缩,而合模时弹簧的回力就将推出机构复位。(5)推杆与模体的配合:推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7,配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的1.52倍,至少大于15mm,推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙,推杆相对于固定板是浮动的,如图4.8所示:图4.8 推杆的安装图4.9.2 推板厚度的计算H0.54L() (4-9) 10.71 mm式中:L推杆对推板的作用间距,参考模架取L取300mm ;B推板宽度,B=180 mm;模板中心允许的最大变形量,=0.065 mm,取1/8塑件推出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差;=0.52 mm。模具推板的厚度为20mm,从计算结果看,满足强度要求。4.10 成型零件工作尺寸的计算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地方,所以对尺寸的要求比较高,但由于该塑件不是规则的圆柱形,如图4.10所示:图4.10 塑件基本尺寸本设计采用平均值法对成型零件工作尺寸进行计算4.10.1 凹、凸模工作尺寸的计算成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸,主要有型腔和型芯的径向尺寸,型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸,型芯和型芯之间的位置尺寸,以及中心距尺寸等。在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率,模具成型零部件的制造误差,模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。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。塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后,因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小,收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一,选定ABS材料的平均收缩率为0.5%,刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为: A=B+0.005B式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸 B 塑件在常温下实际尺寸 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/31/4,或取IT78级作为模具制造公差。在此取IT8级,型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸,偏差为正值;模具型芯的最大尺寸为基本尺寸,偏差为负值,中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。此塑件未注上下偏差,所以以下公差都是查表所得。 a凹模宽度尺寸的计算塑件尺寸的转换:相应的塑件制造公差,LM1=(1SCP)+LS1+X1P100.22=(1+0.005)X35+0.60.700.22=35.180.22mm式中,是塑件的平均收缩率,高密度聚乙烯的收缩率为0.004%0.026%,所以平均收缩率0.005;、是系数, 一般在0.50.8之间,此处取;分别是塑件上相应尺寸的公差(下同);是塑件上相应尺寸制造公差对于中小型零件取(下同)。b 凹模长度尺寸的计算塑件尺寸的转换:LS1=630.6=63.6-1.20MM,相应的塑件制造公差3=1.2MMLM1=(1+SCP)+LS1+X3P100.2=(1+0.005)X63+0.51.200.2=63.3100.2MM式中,是系数,一般在0.50.8之间,此处取。c 凹模高度尺寸的计算塑件尺寸的转换:HS1=120.2=12.2-0.40MM,相应的塑件制造公差0.4mmHM1=(1+SCP)+HS1+X1P1=(1+0.005)X12+0.70.400.067=12.0600.067MM式中,是系数,一般在0.50.7之间,此处取。d 凸模宽度尺寸的计算塑件尺寸的转换:LS=350.35=34.6500.7MM,相应的塑件制造公差0.7mmLM=(1+SCP)+LS+XP= (1+0.005)X35+0.60.70.1170 =35.180.1170 MM式中,是系数,一般在0.50.7之间,此处取。e 凸模长度的计算塑件尺寸的转换LS=630.51=62.4901.02MM:,相应的塑件制造公差1.02mmLM=(1+SCP)+LS+XP= (1+0.005)X63+0.651.02-0.170 =63.310.170 MM式中,是系数,知一般在0.50.7之间,此处取。f凸模高度尺寸的计算塑件尺寸的转换HS=120.2=11.80O.4MM,相应的塑件制造公差0.4mmHM=(1+SCP)+H S+XP= (1+0.005)X12+0.60.4-0.170 =12.060.0670 MM式中,是系数,可知一般在0.50.7之间,此处取。4.11 排气设计在塑料熔体填充注射模腔过程中,模腔内除了原有的空气外,还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽,塑料局部分解产生的低分子挥发气体,塑料助剂挥发(或化学反应)所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等;这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔,将在制件上形成气孔,接缝,表面轮廓不清,不能完全充满型腔,同时,还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件,使之产生焦痕,色泽不佳等缺陷。模具的排气可以利用排气槽排气,分型面排气,利用型芯,推杆,镶件等的间隙排气。ABS料推荐的排气槽深度为0.02。4.11.1 排气设计原则通常,选择排气槽的开设位置时,应遵循以下原则:(1)排气口不能正对操作者,以防熔料喷出而发生工伤事故;(2)最好开设在分型面上,如果产生飞边易随塑件脱出;(3)最好设在凹模上,以便于模具加工和清模方便;(4)开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位,如流道或冷料穴的终端;(5)开设在靠近嵌件和制件壁最薄处,因为这样的部位最容易形成熔接痕;(6)若型腔最后充满部位不在分型面上,其附近又无可供排气的推杆或活动的型心时,可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块,以供排气;(7)高速注射薄壁型制件时,排气槽设在浇口附近,可使气体连续排出; 4.12 温度调节系统设计在注塑成型过程中,模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同,模具的温度要求也不同。普通的模具通入常温的水进行冷却,通过调节水的流量就可以调节模具的温度,缩短成型周期,可以提高成型效率。ABS推荐的成型温度为170280,模具温度为2070 。4.12.1 对温度调节系统的要求(1)根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式。(2)希望模温均一,塑件各部同时冷却,以提高生产率和提高塑件质量。(3)采用低的模温,快速,大流量通水冷却效果一般比较好。(4)温度调节系统应尽可能做到结构简单,加工容易,成本低廉。从成型温度和使用要求看,需要对该模具进行冷却,以提高生产率。4.12.2 冷却系统设计:(1)冷却时间的确定在对冷却系统做计算之前,需要对某些数据取值,以便对以后的计算作出估算;根据前面的资料,取闭模时间3S,开模时间3S,顶出时间2S,冷却时间20.5S,保压时间10S,总周期为40S。其中,保压时间的确定有经验公式可遵循: T保=0.3(S+2S) S塑件平均壁厚,S取3mm =6.3(S)若根据前面的资料,ABS的保压时间在1540S之间,计算的结果显然是不符合的,但根据实际生产资料表明,以经验公式的计算值为依据会更好,这是取保压时间为10S的原因。 冷却时间,依塑料种类,塑件壁厚而异,参照经验推荐值,制件平均壁厚取3mm,对应经验冷却时间t=20.5 S,取t=20.5 S。(2)塑料熔体释放的热量 Q1=nG C(tt) (4-18) =1337.76 KJ/h式中:n每小时注射次:n=90 (次);G每次的注射量(KG)G=73.9510;Cs塑料的比热容(KJ/KG),Cs=1.34;t熔融塑料进入型腔的温度,t=210;t塑件脱模温度,t=60。(3)高温喷嘴向模具的接触传热 Q2=3.6A(tt) (4-19) =101.28 KJ/h式中:Az注塑机的喷嘴头与模具的接触面积(m),Az=125610m;金属传热系数=140(W/ m);t2模具平均温度t2=50 ;t1熔融塑料进入型腔的温度t1=210。 Az=4R =125610 m R注塑机喷嘴球半径,R=10 mm (4)注射模通过自然冷却传导走的热量对流传热: Q对=hA( tt) (4-20) =160KJ/h 式中:h1传热系数(KJ/ m h),h1=5.35;Am两个分型面和四个侧面的面积,Am =0.321;t2模具平均温度,t2=50;t3室温,t3=20。 h=4.187(0.25+)= 5.35 Am=(Am1)+ (Am2) n= 0.29 Am1=2BL=0.22 m Am2=4BH =0.16m;B模具宽度B=270mm; L模具长度L=400mm 开模率n=0.45 辐射散发的热量 Q辐=20.8 A()() (4-21) =105.3 KJ/h 式中:辐射率,一般表面=0.80.9;A m2=0.16; 工作台散发的热量Q台=hA接( tt)h (4-22) =1927.68 KJ/h式中:传热系数;h2=502KJ/(mh);A接模具与工作台的接触面积m,A接=0.12;A接=bl =0.128模具与工作台接触宽度b=320mm;模具与工作台接触长度l=400mm。从计算的结果看,工作台散发的热量比塑料熔体释放的热量还多,也就是模具不需要冷却系统就能很好的达到冷却效果,这显然不符合实际,说明了Q的计算结果错误,或者是前面的某些地方取值不合理。从Q对和Q辐的计算来看,三者的值应该相差不大,但有关Q台的计算参考资料很少,因为简单的计算是以塑料熔体释放出的热量Q1为总热量,全部由冷却介质带走,根据实际情况,这些热量应分别由凹模和型芯的冷却系统带走,实验表明,约1/3的热量被凹模带走,其余由型芯带走。模具应由冷却系统带走的热量:Q冷=(Q1+ Q2)(Q对+ Q辐+ Q台) (4-23)因为现在无法得到Q的正确值,所以计算以简单计算原则,取Q= Q。(5)冷却系统的计算每次需要的注射量G=84.7510(KG)确定生产周期t=40(S)塑料单位热流量Q=280350;取Q=300(KJ/h)每小时的注射次数n=90 每小时的注射量90 84.7510 = 7.63 (KG) 型腔内发出的总热量Q凹= n G Qs=2289(KJ/h) 从计算结果看,Q凹 Q1,因为Q1涉及的因素较多,所以应该要取Q凹来计算,那么,(tt)的值就要重新确定,约为224,根据T成型温度 200250 ;TE脱模温度 60100;T模具温度 4060;要达到(tt)=224是达不到的,根据Q凹= n G Q,n G确定后不变,Qs为常量,所以我们要提高成型温度T才可能达到Q凹的热量。 Ts=224+60=284这显然超出了表所给的取值范围,但如果不这样取值则显得自相矛盾。(6)凹模冷却系统的计算体积流量的计算Q凹=40% Q总=915.6 (KJ/h) q= (4-24) = 0.7310 (m/min)式中:水的密度10KG/m;C水的比热容4.18710 J/KG;T出水管出口温度,T出取25;T进水管入口温度,T进取20。冷却水管的平均流速: V平均= (4-25) =0.24 (m/s)式中:q凹模的冷却水体积流量,q= 0.7310m/min;D冷却水管直径,取d=8 mm。从表查得的资料表明,管径为8的冷却水管所对应的最低流速为1.66 m/s时才能达到湍流状态,但是由于体积流量q没有在表的取值范围内,所以造成了V偏小,如果要达到湍流状态,可以增大体积流量和减小冷却水管直径,但是,冷却的目的就是为了让制品快速冷却,提高生产率,同时改变制品的力学性能,为了达到湍流而增大体积流量是没有意义的,因为在V较小,既层流时就可以达到冷却效果。冷却水管壁与水交界面的传热膜系数= (4-26) =1601 (w/mk)式中:与冷却介质温度有关的物理系数,取7.6。凹模冷却管的传热面积 A= (4-27) =5.810 (m) 式中:T模具与冷却介质平均温度,T=27.5。T= TM(T出+T进)/2 =22.5 冷却水孔总长L L= (4-28) =0.23 m模具上应开设的冷却水孔数 n=L/B=0.77 (根)取1根式中:B模具宽度,B=0.3m。冷却水流动状态校核R= (4-29) =1920 10式中: R雷诺数;水的运动粘度,=110(m/s);进出口温差校核TT= (4-30) =5.04 校核的结果与预期的一样,说明实际应用正确。到此,整个研究得到验证,设计任务完成。模具总装图结论本设计首先说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状,随着经济的发展,塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势。其次介绍了注塑件的一般设计原则,对塑件的特征如倒圆角、加强筋等做了说明,从实际来看,几乎所有的注塑件都遵循这些原则。在做好注塑成型的准备工作之后,接着介绍了模具设计的内容,冷流道注塑模具无外乎包括四大系统:浇注系统、温度调节系统、顶出系统和机构系统。在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面形状,确定浇口尺寸,对流道剪切速率进行校核;温度调节系统说明了设计的一般步骤,确定冷却时间,计算体积流量等;顶出系统
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