圆形电器外壳的注塑模具设计-注射模含NX三维及8张CAD图
圆形电器外壳的注塑模具设计-注射模含NX三维及8张CAD图,圆形,电器,外壳,注塑,模具设计,注射,nx,三维,cad
电器外壳设计注塑模具设计 摘 要 根据塑料制品的要求,了解塑件的用途,分析塑件的工艺性、尺寸精度等 技术要求,选择塑件制件尺寸。本模具采用一模二件,侧浇口进料,注射机采 用海天 80XA 型号,设置冷却系统,CAD 和 UG 绘制二维总装图和零件图,选择 模具合理的加工方法。附上说明书,系统地运用简要的文字,简明的示意图和 和计算等分析塑件,从而作出合理的模具设计。 按国家职业定义,模具设计是:从事企业模具的数字化设计,包括型腔模 与冷冲模,在传统模具设计的基础上,充分应用数字化设计工具,提高模具设 计质量,缩短模具设计周期的人员。 模具,是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品,同 时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工 具。大到飞机、汽车,小到茶杯、钉子,几乎所有的工业产品都必须依靠模具 成型。用模具生产制件所具备的高精度、高一致性、高生产率是任何其它加工 方法所不能比拟的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发 能力。所以模具又有“工业之母”的荣誉称号。 模具设计与制造专业的培养目标是:培养德、智、体、美等方面全面发 展,具有良好的职业素质,面向制造行业,从事模具设计、模具加工工艺编制、 冲压和塑料成型加工、数控机床的操作以及生产管理等工作的高等技术应用性 专门人才。体现为制造方面达到模具制造的补师水平,设计方面达到助理设计 师的水平 关键词:机械设计;模具设计;CAD 绘制二维图;推出机构,注射机 ABStract According to the requirements of the plastic products, understand the use of plastic parts, this paper analyzes the technology of plastic parts, such as size precision technical requirements, choose plastics product size. This mould adopts the exactly d, point gate feeding, injection machine adopts the Haitian 80 XB model, setting, cooling system, CAD and UG draw 2 d assembly figure and parts graph, selecting mould reasonable processing method. Attach instruction, to use the words of the system briefly, concise schematic diagram and the calculation and analysis of plastic parts, thus making reasonable mold design. According to the national professional definition, mould design is: engaged in the enterprise mould digital design, including type cold die cavity and, in the traditional mold design, and on the basis of making full use of digital design tools, improve the die design quality, shorten the die design cycle of personnel. Mold, a special type of structure through certain way makes material molding of a kind of industrial product, but also can have certain bulk production out of shape and size of the requirements of industrial products parts a production tools. Big to airplanes, cars, small to teacup, nail, almost all of the industrial products must rely on molds. With mold production parts have high precision, high consistency and high productivity is any other processing method can match. Mould to a great extent determine the quality of products and the efficiency and the ability of new product development. So die and the mother of industrial honorary title. Die design and manufacture of professional training target is: to cultivate virtue, wisdom, body, beauty comprehensive development, has a good professional quality, facing the manufacturing industry, in the mold design, mould processing technology preparation, stamping and plastic forming, nc machine tools operation and production management of the higher technology aPPElied talents. Embodied in the manufacture to mould manufacturing fill division level, and achieve the assistant designers design level Keywords: mechanical design; Mould design; CAD drawing 2 d figure; UG, mold flow analysis, injection machine of choice 目 录 摘 要 .1 ABSTRACT.2 第 1 章 绪论 .4 1.1 塑料简介 .4 1.2 注塑成型及注塑模 .4 第 2 章 塑料材料分析 .6 21 塑料材料的基本特性 .6 2.2 成型特点 .6 2.3 塑料的物性数据 .7 2.4 塑料的典型应用 .7 第 3 章 塑件的工艺分析 .1 31 塑件的结构设计 .1 32 塑件尺寸及精度 .2 33 塑件表面粗糙度 .3 34 塑件的体积和质量 .3 第 4 章 注射成型工艺方案及结构的分析和确定 .4 41、注射成型工艺过程分析 5 .4 42 浇口种类的确定 .4 43 型腔数目的确定 .5 44 注射机的选择和校核 .5 4.4.1 注射量的校核 .6 4.4.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 .6 443、模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 .6 第 5 章 注射模具结构设计 .8 51 分型面的设计 .8 52 型腔的布局 .8 53 浇注系统的设计 .9 531 浇注系统组成 .9 532 确定浇注系统的原则 .9 533 主流道的设计 .10 534 分流道的设计 .11 535 浇口的设计 .12 536 冷料穴的设计 .12 54 注射模成型零部件的设计 7 .13 541 成型零部件结构设计 .13 542 成型零部件工作尺寸的计算 .14 55 排气结构设计 .15 56 脱模机构的设计 .15 561 脱模机构的选用原则 .15 562 脱模机构类型的选择 .15 563 后模推杆机构具体设计 .15 57 注射模温度调节系统 .16 571 温度调节对塑件质量的影响 .16 59 模架及标准件的选用 .17 591 模架的选用 .17 第 6 章 模具材料的选用 .19 61 成型零件材料选用 .19 62 注射模用钢种 .19 总结 .20 致谢 .22 参考文献 .23 34 第 1 章 绪论 模具制造是国家经济建设中的一项重要产业,振兴和发展我国的模具工业,日益 受到人们的重视和关注。 “模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士 的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中,60%80% 的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致 性、高生产率和低消耗,是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器” , 用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工业是 制造业中的一项基础产业,是技术成果转化的基础,同时本身又是高新技术产业的重 要领域。 1.1 塑料简介 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料,它在一定的温度和压力下具有流动性。 可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸,并在成型固化后保持其既得形状而不发生 变化。塑料有很多优异性能,广泛应用于现代工业和日常生活,它具有密度小,质量 轻,比强度高,绝缘性能好,介电损耗低,化学稳定性高,减摩耐磨性能好,减振隔 音性能好等诸多优点。另外,许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时 烧蚀等特殊性能 1。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部 门不可缺少的一种化学材料,在国民经济中,塑料制作已成为各行各业不可缺少的重 要材料之一。 1.2 注塑成型及注塑模 将塑料成型为制品的生产方法很多,最常用的有注射,挤出,压缩,压注,压延 和吹塑等。其中,注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外,几乎 的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短,能一次成型外形复杂、 尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产 中,其产口占目前塑料制件生产的 30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较 高,不适合单件及批量较小的塑料件的生产。 要了解注射成型和注射模,首先得了解注射机的一些基本知识,注射机是注射成 型的主要设备,依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 注射机为热塑 性或热固性塑料注射成型所用的主要设备,按其外形可分为立式、卧式、直角式三种, 由注射装置、锁模装置、脱模装置,模板机架系统等组成。 注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的,其基本原理是利用塑料的可挤压 性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内 加热熔融塑化,使之成为粘流态熔体,然后在柱塞或螺杆的高压推动下,以很大的流 速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中,经过一段保压冷却定型时间 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品。 35 注射成型生产中使用的模具叫注射模,它是实现注射成型生产的工艺装备。 注射模的种类很多,其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多 因素有关,其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的 固定板上,动模部分安装在注射机的移动模板上,在注射成型过程中它随注射机上的 合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成 型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却 系统、排气系统及支承零部件组成 2 。 注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核 心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体,并把它注射到型腔中去,在控 制条件下冷却定型,使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后,注射成 型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。 注射成型有三大工艺条件,即:温度、压力、时间。在成型过程中,尤其是精密 制品的成型,要确立一组最佳的成型条件决非易事,因为影响成型条件的因素太多, 有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。 塑料模具的设计不但要采用 CAD 技术,而且还要采用计算机辅助工程(CAE)技 术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段,即开发/设计阶段(包括产品设计、 模具设计和模具制造)和生产阶段(包括购买材料、试模和成型) 。 传统的注塑方法是在正式生产前,由于设计人员凭经验与直觉设计模具,模具装 配完毕后,通常需要几次试模,发现问题后,不仅需要重新设置工艺参数,甚至还需 要修改塑料制品和模具设计,这势必增加生产成本,延长产品开发周期。 目前国际市场上主要流行的,运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利 亚的 MOLDFLOW、美国的 CFLOW、华中科技大学的 H-FLOW 等。其中 MOLDFLOW 软件包括 三个部分:MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS (产品优化顾问,简称 MPA) ,MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT (注射成型模拟分析,简称 MPI) ,MOLDFLOW PLASTICS XPERT (注 射成型过程控制专家,简称 MPX) 。 采用 CAE 技术,可以完全代替试模,CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决 方案,在模具制造加工之前,在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析,准确预 测熔体的填充、保压、冷却情况,以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制 品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题,及时修改制件和模具设计, 而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破,而且对 减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等,都有着重大的技术经济意 义 3。 36 第 2 章 塑料材料分析 21 塑料材料的基本特性 聚丙乙烯(Polypropylene ,简称 PPE)是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的 耐冲击性,机械性质强韧,抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。在工业界有广泛的应用,是 平常常见的高分子材料之一。澳大利亚的钱币也使用聚丙乙烯制作 CAS 号:9003-07-0 分子式:(C3H6)n 分子量:42.0804 PPE 塑胶材料具有优良的综合性能,有极好的冲击强度、尺寸稳定性耐磨性好、 抗化学药品性、染色性,成型加工和机械加工较好。 常用于机械工业上的点击外壳、 水表壳、加热器、电器零部件及家具制造等,因此也适用于电热水壶底座的制造。 2.2 成型特点 非结晶性塑料,吸湿性大,要充分干燥; 流动性中等,溢边值约为 0.04mm 左右; 宜用高料温,高模温,模具温度一般控制在 5070 度,高注射压力; 模具浇注系统对料流阻力要小,应注意选择浇口的位置和形式,脱模斜度取 1或 者以上 PPE 的主要性能指标 具体见如下表(表 2-1) 表 2-1 PPE 主要性能指标 密度/g.cm-3 0.95 屈服强度/Mpa 50 比体积/cm3.g-1 0.860.98 拉伸强度/Mpa 38 吸水性(% ) 0.20.4 拉伸弹性模/Mpa 1400 熔点/ 130160 抗弯强度/Mpa 80 计算收缩率(%) 0.50.7 抗压强度/Mpa 53 比热容 /J.(Kg.)-1 1470 弯曲弹性模/Mpa 1400 PPE 的注塑工艺参数 表 2-2 PPE 的注塑工艺参数 37 1、注塑机类型: 螺杆式 7、保压压力/ MP a5070 2、喷嘴温度/ C180190 8、注射时间/s 35 3、螺杆转速 (r/min) 3060 9、保压时间/s 1530 4、模具温度 5070 10、密度(g/cm3) 1.05 5、注射压力/ MP a7090 12、成型周期/s 4070 2.3 塑料的物性数据 1. 性状:透明粉末 2. 密度(g/mLat 25C):0.9 3. 相对蒸汽密度(g/mL,空气=1): 4. 熔点(C):189 5. 蒸气压(mmHg,37C): 12. 饱和蒸气压(kPa,114.4 C):未确定 6. 溶解性:溶于二甲基甲酰胺或硫氰酸盐等溶剂 k-720 适用于聚丙乙烯 PPE 塑料粘接,适合大面积板材贴合,高透明,适用于 PPE 粘 PPE,PPE 粘 PC,PPE 粘 PPE,PPE 粘 PVC,PPE 粘亚克力,PPE 粘金属,PPE 粘木 板。 k-7007 粘接性能与 k-720 大体一致,淡黄色,更加经济实惠。 k-620 是粘接小面积聚丙乙烯 PPE 胶水,须配合 k-650 处理剂使用,瞬间定位,强 度高。 折叠编辑本段存储方法 密闭,阴凉干燥处保存,确保有良好的通风 2.4 塑料的典型应用 主要用于各种长、短丙纶纤维的生产,用于生产聚丙乙烯编织袋、打包袋、注塑 制品等用于生产电器、电讯、灯饰、照明设备及电视机的阻燃零部件等。 1 第 3 章 塑件的工艺分析 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。 电器外壳零件如图所示,具体结构和尺寸详见图纸,该塑件结构中等一般 复杂程度,生产量大,在前模外观面有个圆孔需要做前模镶针,要求较低的模 具成本,成型容易,精度中等。 图(1)3D 视图 31 塑件的结构设计 (1) 、脱模斜度 由于注射制品在冷却过程中产生收缩,因此它在脱模前会紧紧的包 住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模,防止因脱模力过大拉伤制品 表面,与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大 小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小,不仅会使制品尺寸困难,而且 易使制品表面损伤或破裂,斜度过大时,虽然脱模方便,但会影响制品尺寸精 度,并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取 0.51.5 ,根据文献1,塑件 材料 PPE 的型腔脱模斜度为 0.35 1 30/ ,型芯脱模斜度为 30/1/ 2 (2) 、塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的结构要素,是设计塑件时必须考虑的问题之 一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响,它与注射充模时的熔 体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及 生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下,塑件的壁厚应 尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大,生产成本提高,更重要的是 会延缓塑件在模内的冷却速度,使成型周期延长,另外还容易产生气泡、缩孔、 凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差,在脱模、装配、使用中会发生变形, 影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀, 以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在 23.5 ,最常用m 的数值为 23 。该管连接件壁厚均匀,周边和底部壁厚均为 4 左右。m (3) 、塑件的圆角 为防止塑件转角处的应力集中,改善其成型加工过程中的充模特性,增加 相应位置模具和塑件的力学角度,需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角 过度。在无特殊要求时,塑件的各连接角处均有半径不小于 0.51 的圆角。m 一般外圆弧半径大于壁厚的 0.5 倍,内圆角半径应是壁厚的 0.5 倍。 该塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角为 1.5 。 (4) 、孔 塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔,原则上讲,这些孔均能用一定的 型芯成型。但当孔太复杂时,会使熔体流动困难,模具加工难度增大,生产成 本提高,困此在塑件上设计孔时,应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分 流作用,所以在孔成型时周围易产生熔接痕,导致孔的强度降低,故设计孔时 孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径,孔的周边应增加壁厚, 以保证塑件的强度和刚度。 32 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格,在 一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品,反正成型 出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发,只要能满足制品的使 用要求,一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑,以便使制品的外形尺寸玲珑 小巧些。该塑件的材料为 PPE,流动性较好,适用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具 的加工难度和模具的制造成本,在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精 度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大,所以不能按照金属零件的公关 3 等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平,塑件尺寸公差可以参照文献2表 3-2 塑件的尺寸与公关(SJ1372-1978)的塑料制件公差数值标准来确定。根据 任务书和图纸要求,本次产品尺寸均采用 MT3 级精度,未注采用 MT5 级精度。 33 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高,表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能 避免冷疤、云纹等疵点来保证外,主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制 品的表面粗糙度一般为 Ra 0.021.25 之间,模腔表壁的表面粗糙度应为塑m 件的 1/2,即 Ra 0.010.63 。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗 糙度不断增加,所以应随时给以抛光复原。 该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高许多,为 Ra0.2 ,内部为 0.4m 。m 34 塑件的体积和质量 本次设计中,塑件的质量和体积采用 3D 测量,在 UG 软件中,使用塑模部 件验证功能,可以测得塑件的质量(PPE 的密度为 0.95 ) ,即可以得出3/cmg 该塑件制品的体积为质量为 14.5 克。 4 第 4 章 注射成型工艺方案及结构的分析和确定 41、注射成型工艺过程分析 5 根据塑件的结构、材料及质量,确定其成型工艺过程为: 第一步:为使注射过程顺利和保证产品质量,应对所用的设备和塑料作好 以下准备工作。 (1) 、成型前对原材料的预处理 根据注射成型对物料的要求,检验物料的含水量,外观色泽,颗粒情况 并测试其热稳定性,流动性和收缩率等指标,对原材料进行适当的预热干燥, PPE 材料吸水率极低,成型前一般不必进行干燥处理。如有需要,可在 70 80 下干燥 24 h。 (2) 、料筒的清洗 在初用某种塑料或某一注射机之前,或者在生产中需要改变产品、更换 原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时,都需要对注射机(主要是料筒) 进行清洗或拆换。 柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难,因为柱塞式料筒内的 存料量较大而不易对其转动,清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆 式通常是直接换料清洗,也可采用对空注射法清洗。 (3) 、脱模剂的选用 脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助 剂。一般注射制件的脱模,主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。在 和产上为了顺利脱模,常用的脱模剂有:硬脂酸锌,液体石蜡(白油) ,硅油, 对 PPE 材料,可选用硬脂酸锌,因为此脱模剂除聚酰胺塑料外,一般塑料都可 使用。 第二步: 注射成型过程 完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱 模几个步骤,但实际上是塑化成型与冷却两个过程。 第三步:制件的后处理 注射制件经脱模或机械加工后,常需要进行适当的后处理,目的是为了消 除存在的内应力,以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。制件的后处理主要 有退火和调湿处理。该塑料制件材料为 PPE,就采用退火处理 13 小时。 42 浇口种类的确定 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通 道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设 计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、 浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好 的成型。 由于本设计中电器外壳零件塑件外表面质量要求较高,而且是透明件.外 表面不可以有浇口.所以选用侧浇口。侧浇口直接在中间的分型端面处进,电 5 器外壳零件组装后,浇口被遮挡起来。 侧浇口主流道需要设置钩针,分流道与产品相连,顶出产品包含流道连接 在一起。 43 型腔数目的确定 因为本设计中采用侧浇口,且塑件的尺寸不大,为提高塑件成功概率, 并从经济型的角度出发,节省生产成本和提高生产效率,采用一模二腔,进行 加工生产。 44 注射机的选择和校核 由于采用一模二腔,需要至少注射量为 14.5g,流道水口废料 4.24g,总注塑量达到 33.24g,再根据工艺参数(主要是注射压力) ,综合考虑 各种因素,选定注射机为海天 80XB。注射方式为螺杆式,其有关性能参数为: 型号 参数 单位 80XB 螺杆直径 mm 36 理论注射容量 cm3 320 注射重量 PPE g 310 注射压力 Mpa 183 注射行程 mm 122 螺杆转速 r/mi n 0220 料筒加热功率 KW 5.7 锁模力 KN 800 拉杆内间距(水平垂直) mm 320430 允许最大模具厚度 mm 460 允许最小模具厚度 mm 150 移模行程 mm 360 移模开距(最大) mm 670 液压顶出行程 mm 100 液压顶出力 KN 33 6 液压顶出杆数量 PC 5 油泵电动机功率 KW 11 油箱容积 l 200 机器尺寸(长宽高) m 4.31.251.8 机器重量 t 3.22 最小模具尺寸(长宽) mm 160200 4.4.1 注射量的校核 模具设计时,必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机 额定注射量的 80%以内。校核公式为: mn%8021 式中 -型腔数量 -单个塑件的体积( )3c -浇注系统所需塑料的体积( )2 3m 本设计中:n=2 15.265 =4.19 132 M=2x(9.8814+4.19)X0.95=33.24g 注塑机额定注塑量为 310g 注射量符合要求 4.4.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。如 果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积,则成型过程中会出现涨模溢 料现象,必须满足以下关系。 An21 式中 n -型腔数目 -单个塑件在模具分型面上的投影面积 -浇注系统在模具分型面上的投影面积2 n=2 =1714 =519 1Am2 =2x1714+519=39472n 注射成型时为了可靠的锁模,应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇 注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。即: ( )P F21n 式中: P塑料熔体对型腔的成型压力(MPa ) F注射机额定锁模力(N) 其它意义同上 根据教科书表 5-1,型腔内通常为 20-40MPa,一般制品为 24-34MPa,精 密制品为 39-44MP ( )P=3947X30 x1.1X0.001=130.25KN800KNX0.821An 7 注塑机额定锁模力为 800KN 锁模力符合要求 443、模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 (1) 、模具厚度(闭合高度) 模具闭合高度必须满足以下公式 maxminH 式中 -注射机允许的最大模厚 -注射机允许的最小模厚ax 本设计中模具厚度为 330mm 150H360, 符合要求 (2) 、开模行程(S)的校核 模具开模后为了便于取出制件,要求有足够的开模距离,所谓开模行程是 指模具开合过程中动模固定板的移动距离。 注塑机的开模行程是有限的,设计模具必须校核所选注射机的开模行程, 以便与模具的开模距离相适应。对于卧式注射机,其开模行程与模具厚度有关, 对于多分型面注射模应有: mHS10521max 式中 -推出距离1 -包括浇注系统凝料在内的塑件高度2 =(水口料的长度+2030) 本设计中 =360 =40 mm =90+30=120 mmmaxS12H 总的开模距离需要 H=160mm 以上 经计算,符合要要求。 (3) 、顶出装置的校核 在设计模具推出机构时,需校核注射机顶出的顶出形式,要注意在 两侧顶出时模具推板的面积应能覆盖注射机的双顶杆,注射机的最大顶出距离 要保证能将塑件从模具中脱出。 海天 80XB 型注射机为两侧推出机构。经检查能满足将模具脱出的要求。 8 第 5 章 注射模具结构设计 51 分型面的设计 将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分,它们的接触表面分开 时能够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 称为分型面,它是决定模具结构的重要因素,每个塑件的分型面可能只有一种 选择,也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条 件。 选择分型面时,应从以下几个方面考虑: 1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处; 2)使塑件在开模后留在动模上; 3)分型面的痕迹不影响塑件的外观; 4)浇注系统,特别是浇口能合理的安排; 5)使推杆痕迹不露在塑件外观表面上; 6)使塑件易于脱模。 综合考虑各种因素,并根据本模具制件的外观特点,受用平面分型面, 并选择在塑件的最大平面处,开模后塑件留在动模一侧, 分型面的选择 52 型腔的布局 型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过 浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个 型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离 尽可能短,同时采用平衡流道。型腔布局由图所示。由于本设计中塑件是上下 两部分配合装配使用,需要相同的注射工艺参数,以达到高的成功率,模具采 用侧浇口,并采用中心对称式布局,以求达到良好的浇注质量。 9 图(4)型腔中心布局方式 53 浇注系统的设计 浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道,浇 注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类,本设计中采用普 通点浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。 531 浇注系统组成 普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。 1主浇道 2第一分浇道 3第二分浇道 4第三分浇道 5浇口 6型腔 7冷料穴 532 确定浇注系统的原则 在设计浇注系统时应考虑下列有关因素: a)、塑料成型特性:设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求,以 保证塑件质量。 b)、模具成型塑件的型腔数:设置浇注系统还应考虑到模具是一模二腔或 一模多腔,浇注系统需按型腔布局设计。 c)、塑件大小及形状:根据塑件大小,形状壁厚,技术要求等因素,结合 选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置,保证正常成型, 还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生 的质量弊病和部位等问题,从而采取相应的措施或留有修整的余地。 d)、塑件外观:设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便,同时不 10 影响塑件的外表美观。 e)、冷料:在注射间隔时间,喷嘴端部的冷料必须去除,防止注入型腔影 响塑件质量,故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施 6。 533 主流道的设计 流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始,到分流道为止 的塑料熔体的流动通道。本设计中主流道为 5mm. (1) 、主流道的尺寸 设计中选用的注射机为海天 160XA,其喷嘴直径为 3.5 ,喷嘴球面半径m 为 16 ,根据图(6) ,主流道各具体尺寸如下:m 2R1826 H5.3Lm752tanLdD8 浇注系统与定位环、浇口套 (2) 、主流道衬套的形式 选用如图所示类型的衬套,这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出 定模。将主流道衬套和定位 re 球设计成两个零件,然后配合固定在模板上, 衬套与定模板的配合采用 。67/mH 11 图(7)主流道衬套及其固定形式 (3) 、主流道衬套的固定 主流道衬套的固定,采用 2 个 M5X20 的螺丝直接锁附固定。 534 分流道的设计 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,分流道应 能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计中由于塑件排布比较紧 凑,且采用侧浇口。如图所示。 主流道和侧浇口的位置 12 分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及长度确定。对于重量在 200g 以下, 壁厚在 3mm 以下的塑件可用下面经验公式计算分流道的直径,如下式 D=0.2654W1/2 L1/4 式中:D-分流道的直径,mm; W-塑件的质量,g; L-分流道的长度,mm. 此式计算的分流道直径限于 3.2mm9.5mm.对于 PPE 材料应将计算结 果增加 25。对于梯形分流道,H=2D/3;对于 U 形分流道, H=1.25R,R=0.5D。D 算出后一般取整数;对于半圆形 H=0.45R 对于流动性极好的塑料(如 PE,PA 流动性较好),当分流道很短时,其直 径可小到 2mm 左右;对于流动性差的塑料(如 PC,HPVC 及 PPE 等),分流道 直径可以大到 13mm;大多数塑料所用分流道的直径为 6mm10mm。 本次设计选用的是 PPE 流动性一般,塑件尺寸比较大,经计算得分 流道的直径为 6mm。 535 浇口的设计 浇口又叫进料口,是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能:一是对塑 料熔体流入型腔起着控制作用;另一个是当注射压力撤销后封锁型腔,使型腔 中尚未固化的塑料不会倒流。常向的浇口形式有直接浇口,点浇口,点式浇口, 扇形浇口,圆盘式浇口,环形浇口等。 浇口的位置选择原则: 浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时,应考虑以 下几点: 1. 熔体在型腔内流动时,其动能损失最小。要做到这一点必须使 1)流程(包括分支流程)为最短; 2)每一股分流都能大致同时到达其最远端; 3)应先从壁厚较厚的部位进料; 4)考虑各股分流的转向越小越好。 2. 有效地排出型腔内的气体。 根据浇口选用原则和为保证塑件表面质量及美观效果,采用点浇口。 浇口一般尺寸如 CAD 图所示,根据此图结合实际选用适当值。侧浇口进胶 点宽 1mm 536 冷料穴的设计 主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流 入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降,如果让这部分温度下降的塑料流 13 入型腔会影响制品的质量,为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末 端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上,其标称直径与主流道直径相同 或略大一些,这里取为 ,最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的m6 z 形式有多种,这里采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配 用,开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模,最后在 推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。如上图所示。 54 注射模成型零部件的设计 7 模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部 件称成型零部件。一般包括凹模、凸模、型环和镶块等。成型零部件直接与塑 料接触,成型塑件的某些部分,承受着塑料熔体压力,决定着塑件形状与精度, 因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的 冲击和摩擦作用,长期工作后晚发生磨损、变形和破裂,因此必须合理设计其 结构形式,准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的 表面质量。 541 成型零部件结构设计 成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下,从便于加工、 装配、使用、维修等角度加以考虑。 1) 、凹模的设计 凹模也称为型腔,是用来成型制品外形轮廓的模具零件,其结构与制 品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关,常用的结构 形式有整体式、嵌入式、 镶拼组合式和瓣合式四种类型。 本设计中采用整体式凹模,其特点是结构简单,牢固可靠,不容易变形, 成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹,还有助于减少注射模中成型 零部件的数量,并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难, 要用到数控加工或电火花加工。 型腔 3D 图 14 2) 、凸模的设计 本设计中零件结构较为简单,深度不大,但经过对塑件实体的仔细观察研 究发现,塑件采用的是整体式型芯。这样的型芯加工方便,便于模具的维护, 型芯与动模板的配合可采用 。6/7PH 型芯 3D 图 542 成型零部件工作尺寸的计算 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 PPE 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: BA05. 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 15 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。 55 排气结构设计 排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中,若模具排气不 良,型腔内的气体受压缩将产生很大的背压,阻止塑料熔体正常快速充模,同 时气体压缩所产生的热使塑料烧焦,在充模速度大、温度高、物料黏度低、注 射压力大和塑件过厚的情况下,气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部, 造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展,对注射模的排 气系统要求就更为严格。 在塑料熔体充模过程中,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成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体, 塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合 间隙排气,在分型面上开设排气槽排气,利用推杆运动间隙排气等。 由于本次设计中模具尺寸不大,本设计中采用间隙排气的方式,而不另设 排气槽,利用间隙排气,以不产生溢料为宜,其值与塑料熔体的粘度有关。 56 脱模机构的设计 塑件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程,使塑 件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件,推出零件固定 板和推板,推出机构的导向和复位部件等组成。 561 脱模机构的选用原则 (1) 使塑件脱模时不发生变形(略有弹性变形在一般情况 下是允许的,但不能形成永久变形) ; (2) 推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排; (3) 推杆的受力不可太大,以免造成塑件的被推局部产生 隙裂; (4) 推杆的强度及刚性应足够,在推出动作时不产生弹性 变形; (5) 推杆位置痕迹须不影响塑件外观; 562 脱模机构类型的选择 推出机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构,机动推出机构,液 压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、连接件推出 机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和多元件综合推出 机构等。 563 后模推杆机构具体设计 (1) 、推杆布置 该塑件采用了推杆顶出,另增加一个直推杆用作顶出流道,其分布情况如 图(10)所示,这些推杆与斜顶均匀的分布在产品顶面处. 制品所受的推出力 均衡。 16 图(10)模具顶出系统 (2) 、推杆的设计 7 本设计中采用台肩形式的圆形截面大管推杆,设计时推杆的直径根据不同 的设置部位选用不同的直径, 。见图(0) 。推杆端平面不应有轴向窜动。推 杆与推杆孔配合一般为 ,其配合间隙不大于所用溢料间隙,9/8/fHf或 以免产生飞边,PPE 塑料的溢料间隙为 。 m06.4. 57 注射模温度调节系统 在注射模中,模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑 料的性能和成型工艺要求不同,对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具 内的塑料粉体的温度为 左右,熔体固化成为塑件后,从 左右的模具C20 C60 中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水,将热量带走。对于要求较低 模温(一般小于 )的塑料,如本设计中的聚苯乙烯 PPE,仅需要设置冷系8 统即可,因为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。 模具的冷却主要采用循环水冷却方式,模具的加热有通入热水、蒸汽,热 油和电阻丝加热等。 571 温度调节对塑件质量的影响 注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的 形状和尺寸精度都有影响,对于任一个塑料制品,模具温度波动过大都是不利 的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形,若延长冷却时间又会使生产率下 降。过低的模温会降低塑料的流动性,使其难于充模,增加制品的内应力和明 显的熔接痕等缺陷。 17 模具冷却水路图 582 冷却系统之设计规则 设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。冷却孔道应使用 标准尺寸,以方便加工与组装。设计冷却系统时,模具设计者必须根据塑件的 壁厚与体积决定下列设计参数: 冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道 的种类、孔道的配置与连接、以及冷却剂的流动速率与热传性质。 (1) 冷却管路的位置与尺寸 塑件壁厚应该尽可能维持均匀。冷却孔道最好设置是在凸模块与凹模 块内,设在模块以外的冷却孔道比较不易精确地冷却模具。 通常,钢模的冷却孔道与模具表面、模穴或模心的距离应维持为冷却 孔道直径的 12 倍,冷却孔道之间的间距应维持 35 倍直径。冷却孔道直径通 常为 612 mm(7/169/16 英吋) ,在此取 8m。 59 模架及标准件的选用 591 模架的选用 1、确定模具的基本类型 注射模具的分类方式很多,此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分 的典型结构如下: 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的 模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、 热流道注射模。 2、模架的选择 根据对塑件的综合分析,确定该模具是单分型面的模具,由GB/T12556.1- 12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择CI型的模架,其基本结构如下: 18 CI型模具定模采用两块模板,动模采用一块模板,又叫两板模,大水口模 架,适合点浇口,潜伏式浇口,采用斜导柱侧抽芯的注射成形模具。 由分型面分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式,经过考虑分析, 导柱导套选择选正装。 根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓 尺寸, 经过计算可以知道该模具是一模二腔的模具,而型腔之间的距离在20- 30mm之间 把型腔排列成一模二腔可侧得长为250mm,宽为160mm, 模架的长L=250+复位杆的直径+螺钉的直径+型腔壁厚 400mm 模架的宽W=160+复位杆的直径+型腔壁厚 300mm 根据内模仁的尺寸,在计算完模架的长宽以后,还需要考虑其他螺丝导柱 等零件对模架尺寸的影响,在设计中避免干涉。 在此设计中,由于有斜销侧抽芯机构,还需要考虑斜抽芯对模具设计中模 架外形尺寸的影响。 所以就取B L=300X400的模架,塑件的厚度为 24mm,塑件的大部份胶位都 留在定模部分,该模具型腔结构复杂,型芯、型腔的固定是固定总高度的加 30-50mm,B板的厚度取60mm,满足强度要求,A板80mm(本设计为双向顶出, 所以要加高定模板尺寸) ,C板为90mm(C的选择应考虑推出机构的推出距离是 否满足推出的高度) 在本设计中,因为采用龙记的CI300X400标准模架,其标准模脚的高度为 90mm,满足顶出要求.综上所述所选择的模架的型号为:LKM CI-3040-A80- B90-C90 19 第 6 章 模具材料的选用 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。 61 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mRa05. 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 因此本设计选用 3Cr2NiMo 模具钢材。 62 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 3Cr2NiMo 的预硬模具钢,这个不做钢材的分析与选择,只对 3Cr2NiMo 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,且电器外壳零件为廉价大量 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 3Cr2NiMo,预硬型抛光塑料模具钢,预硬硬度达到 48-52HRC 20 总结 本次塑料模具设计,全面考虑了塑料成型性能,模具结构特点,注射工艺 参数,塑件表面粗糙度以及制造精度等,在理论分析和数据计算生产操作上论 证该设计是合理可行的。并且,通过这次设计,我了解了注射模设计概况,熟 悉了注射设备,基本掌握了注射成型的一般原理。 在设计和三维建模过程中也遇到了一些问题,通过对问题的探索与分析, 最后得到圆满解决,更另深刻的知道了模具设计各个阶段的重要性和严谨性, 达到了毕业设计的目的。 伴随经济建设,特别是汽车、机械、电子、日用制造等行业的飞速发展, 对模具设计与制造的人才的需求与日俱增,模具设计制造,特别是注射模具的 设计与制造将更为受到重视,并将会广泛应用到各个领域中,飞速发展。 相信这次设计中获得的经验及处理问题的能力将会对今后的学习和工作有 所启示和帮助。 21 模具总装图 22 致谢 在本次毕业设计中,特别感谢我的指导老师的指导和帮助,给予了我 充分的信心和把握,让我按时完成了本次设计。由于经验不足和对专业知识的 了解不够透彻,在设计时常常遇到一些问题无法理解,老师则耐心而认真的加 以指导帮助,让我学到了书本上学不到的知识,既增长了见识也充实了自己。 23 参考文献 1曹宏深 赵仲治主编 塑料成型工艺及模具设计 北京机械工业出版社 1993 2黄虹主编 塑料成型加工与模具 化学工业出版社 2003 年 3 月第一版 3黄锐主编 塑料工程手册 下册 第四章节 机械工业出版社 4宋卓颐 史勤芳 房双宽 赵永仙编着 塑料原料与助剂 科学技术文献出版社 2003 年 9 月第 1 版 5黄锐主编 塑料成型工艺学 第二版 中国轻工业出版社 1997 年 5 月 第 2 版 6塑料模设计手册(软件版) 机械工业出版社 7王文广 田宝善 田雁晨 主编 塑料注射模具设计技巧与实例 化学工业出版社 2004 年 1 月第 1 版 8田春年主编 塑料注射成型模具结构设计图册 北京 轻工业出版社 1998 8. Donggang Yao, Scaling Issues in Miniaturizaton of Injection Molded Parts Journal of Manufacturing SDCIe
收藏