旋钮注塑成型工艺及模具设计
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中期检查表学生姓名学 号 指导教师选题情况课题名称旋钮注塑成型工艺及模具设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定:所在专业意见: 负责人: 年 月 日设计任务书系 部: 专 业: 学生姓名: 学 号: 设计题目 : 旋钮注塑成型工艺及模具设计 起 迄 日 期: 指 导 教 师: 2013 年11月 3日毕 业 设 计(论 文)任 务 书1本毕业设计(论文)课题来源及应达到的目的:本毕业设计课题来源于生产实际,直接由指导老师下发,通过该课题设计,应达到掌握ABS的成型性能、会编制塑料成型工艺和掌握塑料成型工艺及模具设计流程的目的,同时应对塑料模具的安装与调试有进一步的了解,能够编制一些典型零件的机械加工工艺规程,并且,在设计注塑模具时能够应用到现代模具设计理念,即模具的CAD/CAM/CAE等。2本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等):工作要求: 1.书写设计说明书一份,不少于25页。 2.绘制模具装配图,及主要零件图。 3.时间:10周材料:ABS所在专业审查意见:负责人: 年 月 日系部意见:系领导: 年 月 日机 械 加 工 工 序 卡 工序名称粗铣工序号02零件名称侧滑块零件号00-06零件重量同时加工零件数1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量Cr12设 备夹 具名 称辅 助工 具名 称型 号安 装工 步安装及工步说明刀 具量 具走 刀长 度走 刀次 数切 削 深 度进给量主 轴转 速切 削速 度基 本工 时一次1铣上平面35面铣刀游标卡尺0.520.5200/ min800r/min一次1铣下平面35面铣刀游标卡尺0.520.5200/ min800r/min设 计 者指 导 教 师丁海共 1 页第 1 页 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 零件号零 件 名 称00-06侧滑板工序号工 序 名 称设 备夹 具刀 具量 具工 时名 称型 号名 称规 格名 称规 格名 称规 格01下料(130mm80mm25mm)锯床直尺02铣铣床三爪卡盘标准铣刀游标卡尺 03钳工 虎钳 划针游标卡尺04铣铣床三爪卡盘刚尺、游标卡尺05线切割线切割机床复式支撑夹具铜丝06钳工钻床三爪卡盘钻头游标卡尺07热处理(淬火、回火)电热炉火钳游标卡尺08钳工研磨工具游标卡尺 编制 校对 审核 批准 设计说明书毕业设计题目:旋钮的注塑加工工艺及模具设计系 部 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2014 年 4 月 25日摘 要塑料注射模具主要用来成型热塑性塑料制品,但近年来越来越广泛地用于成型热固性塑料制品。设计注射模具时,既要考虑塑料熔体流动行为等塑料加工工艺要求方面的问题,又要考虑模具制造装配等模具结构方面的问题,归纳起来大致有以下几个方面:(1) 了解塑料熔体的流动行为,考虑塑料在流道和型腔各处流动的阻力,流动速度,校验最大流动长度。根据塑料在模具内流动方向(即充模顺序),考虑塑料在模具内重新熔合和模腔内原有空气导出的问题。(2) 考虑冷却过程中塑料收缩及补缩问题。(3) 通过模具设计来控制塑料在模具内结晶、取向和改善制品的内应力。(4) 进浇点和分型面的选择问题。(5) 制件的横向分型抽芯及顶出的问题。(6) 模具的冷却或加热问题。(7) 模具有关尺寸与所有注射机的关系,包括与注射机的最大注射量、锁模力、装模部分的尺寸等的关系。(8) 模具总体结构和零件形状要简单合理,模具应具有适当的精度、光洁度、强度和刚度,易于制造和装配。以上这些问题,并非孤立存在,而是相互影响的,应综合加以考虑。关键词:型芯、型腔、浇口、浇注系统、脱模机构ABSTRACTPlastic injection mold is mainly used to molding thermoplastic plastics, but in recent years, more and more widely used for thermosetting plastic molding products.Design of injection mould, should not only consider the plastic melt flow behavior and other plastic processing technical requirements problems, such as manufacturing and assembly of the die is to consider the mould structure, roughly classified into the following several aspects:(1) to understand the plastic melt flow behavior, considering plastic throughout the runner and cavity flow resistance, flow velocity, flow check maximum length. According to the plastic flow in mould (that is, the molding order), considering the plastic in the mold to the fusion and cavity within the original air export problem.(2) considering the cooling process of plastic shrinkage and feeding problems.(3) through the mould design to control the plastic in the mold of crystallization, orientation and internal stress of improved products.(4) into the pour point and parting surface selection problem.(5) parts of horizontal parting core-pulling and ejection.(6) the mould cooling or heating problem.(7) all mold size and the relationship between the injection machine, including the maximum number of injection and injection machine, clamping force, the size of the mould parts, etc.(8) mould overall structure and the shape of parts is simple and reasonable, the mould should have appropriate precision, smoothness, strength and stiffness, easy to manufacture and assembly.Above these problems, does not exist in isolation, but influence each other, should be integrated into consideration.Keywords: core, cavity, gate, gating system and demoulding mechanismII1绪 论11.1模具工业发展概况11.2我国塑料模具工业技术现状及地区分布21.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向41.4注塑模具CAD发展概况及趋势42塑料制品的工艺性分析62.1 塑件的分析:62.2塑件尺寸精度分析72.3塑件表面质量分析72.4塑件结构工艺性分析73成型设备选择与模塑工艺规程的编制83.1计算塑件体积、重量83.2注射机XS-ZY-60的主要技术参数:84 注射模结构设计94.1分型面的选择94.2浇注系统104.2.1分流道:114.2.3浇口:124.2.4冷料穴与拉料杆:134.3型腔设计:134.4侧向分型:134.5推件方式:144.6冷却与加热系统144.7标准模架的选用145成型零件尺寸计算15型芯、型腔计算:156注射机有关参数的校核:166.1注射量的校核:166.2锁模力与注射压力的校核:176.2.1注射压力校核:176.2.2锁模力的校核:176.3模具厚度的校核:186.4注射机喷嘴与模具主流道衬套关系:186.5开模行程的校核:186.6流程比的校核:196.7型腔侧壁和底板厚度的校核:197模具装配图:20设计总结22致 谢23参考文献24II设计评语学生姓名: 班级: 学号: 题 目:旋钮注塑成型工艺及模具设计 综合成绩: 指导者评语: 指导者(签字): 年 月 日毕业设计评语评阅者评语: 1.该生毕业设计说明书格式规范,内容完整,。2.该生模具设计图纸结构较合理,绘图规范。3.该生典型零件加工工艺路线比较合理,零件加工工艺卡填写较规范。4.建议该生毕业成绩为良。 评阅者(签字): 年 月 日答辩委员会(小组)评语:毕业设计说明书格式比较规范,内容完整。模具设计图纸结构较合理,绘图比较规范。绘图表达有少许错误。评定该生毕业成绩为良。 答辩委员会(小组)负责人(签字): 年 月 日旋钮注塑成型工艺及模具设计1绪 论1.1模具工业发展概况在讨论注塑模设计之前,先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解,这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础,模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用,在国际上被称为“工业之母”,对国民经济发展起着不容质疑的作用。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,在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ;美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业” ;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ,同时也是“整个工业发展的秘密”,是“进入富裕社会的原动力” 。在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其它各类模具约占11%。 塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来,由于其原料丰富、制作方便和成本低廉,塑料工业发展很快,它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等,成为各个工业部门不可缺少的材料。目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件,都已经向塑料化方向发展。目前,世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致,特别是对大批量生产的机电产品,更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展,塑料模具工业也随之迅速发展。1.2我国塑料模具工业技术现状及地区分布在中国,人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。我国塑料模工业从起步到现在,历经半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。还能生产厚度仅为0. 08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。注塑模型腔制造精度可达0.02-0.05mm,表面粗糙度Ra0. 2 u m,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达1030万次,淬火钢模达50 100万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距。我国模具工业起步晚,底子薄,与工业发达国家相比有很大的差距,但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下,我国模具工业发展迅速。据统计,我国现有模具生产厂近2万家,从业人员约50万人,“九五”期间的年增长率为13%. 2000年总产值为270亿元,占世界总量的5%。2008年总产值为450亿元,近十年来增长率为15%以上。但从总体上看,自产自用占主导地位,商品化模具仅为1/3左右,国内模具生产仍供不应求,特别是精密、大型、复杂、长寿命模具,仍主要依赖进口。目前,就整个模具市场来看,进口模具约占市场总量的20%左右,其中,中高档模具进口比例达40%以上。因此,近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上,并取得了可喜的成绩,模具进口逐渐下降,模具技术和水平也有长足的进步。近年来,模具行业结构调整和体制改革步伐加快,主要表现为:大型精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品;塑料模和压铸模比例增大;专业模具厂数量增加较快,其能力提高显著;股份制改造步伐加快,等等。从地区分布来说,以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江,这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。我国模具年生产总量虽然已位居世界第三,但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多,其差距主要表现在下列六方面:(1)国内自配率不足80,中低档模具供过于求,中高档模具自配率不足60。(2)企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。(3)模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低很多,而模具生产周期却要比国际先进水平长很多。(4)开发能力弱,经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低,水平也较低,不重视产品开发,在市场中常处于被动地位。(5)模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。(6)与国际先进水平相比,模具企业的管理落后更甚于技术落后。纵观发达国家对模具工业的认识与重视,我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低,决定着产品的质量、效益和新产品开发能力,它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此,模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品,现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分,是国民经济的装备产业,其技术、资金与劳动相对密集。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础,其大量应用可缩短模具设计制造周期,同时也显著提高模具的制造精度和使用性能,大大地提高模具质量。在科技发展中,人是第一因素,因此我们要特别注重对知识的更新与学习,实现产、学、研相结合,培养更多的模具人才,搞好技术创新,提高模具设计制造水平。在教学中积极采用多媒体与虚拟现实技术,逐步走向网络化、智能化环境,实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业是一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向在信息社会和经济全球化不断发展的进程中,模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展,技术含量不断提高,模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展;模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。模具技术的发展趋势主要是: CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CADCAMCAE技术的进一步集成化、一体化、智能化; PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用; 高速、高精加工技术的发展与应用; 超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用; 快速成型与快速制模(RPRT)技术的发展与应用; 热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用; 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用; 优质模具材料的研制及正确选用; 模具自动加工系统的研制与应用; 虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。1.4注塑模具CAD发展概况及趋势计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高,CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面,塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造,即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。三十多年来,国外注射模CAD技术发展相当迅速。70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初,人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程,使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验,在模具制造前对设计方案进行评价和修改,以减少试模时间,提高模具质量。近十年来,注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时,十分注意向实用化阶段发展,一些高水平的商品软件逐步推出,并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。2塑料制品的工艺性分析2.1 塑件的分析: 、ABS是丙烯、丁二烯和苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型的高聚物,属于热塑性工程塑料。、ABS塑料在一定温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度及耐磨性;其热变形温度为100左右;具有一丁的化学稳定性和良好的介电性能;还能与其他塑料和橡胶混溶等特性;其制品尺寸稳定性好,表面光泽,可以抛光和电镀;ABS塑料耐热性并不高,耐低温性和耐紫外线性能也不好。、ABS塑料成型性较好。其流动性也较好,成型收缩性小;ABS塑料比热容较低,在料筒中塑化效率高,在模具中凝固也较快,模塑周期短。ABS塑料可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型等方法制造塑料制品。2.2塑件尺寸精度分析 此塑件上均未标注公差精度要求,所以所有尺寸均为自由尺寸,查塑料模塑成型技术表3-9 “常用材料分类和公差等级选用”,未注公差等级选MT5级精度,属于中等精度等级然后按表3-10“国家标准模塑件尺寸公差数值表”,查得未注尺寸公差的公差,标注如下单位: 、塑件外形尺寸: 、 、 、 、 、;、塑件内形尺寸: 、 、; 2.3塑件表面质量分析 该塑件是设备开关旋钮表面要求光亮无划伤痕迹。2.4塑件结构工艺性分析、此塑件为圆柱回转体类零件,高度为31 ,各段厚度不一,总体尺寸为20,尺寸较小; 、塑件有一长度为12mm的杆状部分,成型此杆状部分采用镶件结构,塑件有圆周内凹槽,且要求成型后表面光滑;所以必须使用两侧的侧滑块分型机构,使用斜导板起开合模的导向作用。 塑件表面有一个的圆形凹槽,成型此部分采用成型推杆成型。 3成型设备选择与模塑工艺规程的编制3.1计算塑件体积、重量1. 计算体积:通过使用ug软件绘制旋纽零件图,查得塑件体积:V =5.332. 估算质量: 查表5-1“某些热塑性塑料的密度及压缩比”,知ABS的密度=1.01.1g/,取=1.05 g/ 塑件质量m=v=5.331.05=5.59g估算浇注系统塑料质量: 查中国模具工程大典知,浇注系统的质量取塑件质量的20%100%,所以总质量 M =4.35*m =24.32g 3初选注射机:XS-ZY-60; 4初定型腔数:一模四腔;3.2注射机XS-ZY-60的主要技术参数:螺杆直径38mm额定注射量60注射压力122Mpa锁模力500KN最大注射面积130最大开合模行程180mm拉杆空间280mm250mm最大模具厚度200mm最小模具厚度70mm喷嘴球头半径喷嘴孔直径12 结论: 可用注射成型 4 注射模结构设计4.1分型面的选择分型面的选择应遵循以下原则: 分型面应便于塑件的脱模; 分型面选择应有利于侧面分型和抽芯; 分型面选择应保证塑件的外观质量; 分型面选择应有利于防止溢料; 分型面选择应有利于排气; 分型面选择应尽量使成型零件便于加工; 分型面选择必须考虑注射机的技术参数; “一般,分型面选在塑件的最大截面处” 综上所述,该塑件的分型面取在塑件的最大截面AA 。 4.2浇注系统 对浇注系统的要求是:将熔体平稳的引入型腔,使之按要求填充型腔;使型腔内的气体顺利排出;在熔体填充型腔和凝固过程中,能充分地把压力传到型腔各部位,以获得组织致密、外形清晰、尺寸稳定的塑料制品。4.2.1主流道: 主流道横截面形状通常采用圆形。为了便于流道凝料的脱出,主流道设计成圆锥形,其锥度26,内壁粗糙度小于0.4,小端直径D一般取3-6,且大于注射机喷嘴直径d约0.5-1;主流道的长度由定模座板和定模板厚度确定,一般L不超过60,主流道大端与分流道相接处应有过渡圆角通常取1-3以减小料流转向时的阻力。 由于主流道需要与高温塑件和喷嘴频繁接触,所以要设置浇口套。查模具设计与制造简明手册,选浇口套型,小端直径,长度L为30。浇口套直接装配到定模座板上,方便且安装简单。如图所示: 4.2.1分流道: 分流道是介于主流道和浇口之间的一段流道。它是熔体由主流道流入型腔的过渡段通道,也是使浇注系统的截面变化和熔体流动转向的过渡通道。 分流道截面形状和尺寸:、分流道截面为梯形截面,其加工容易,且热量散失和流动阻力也不大; 所以,选梯形截面。查塑料模塑成型技术表5-5“常用分流道横截面及其尺寸”,如图: 圆角半径R=1.5 分流道长度L=50 高度h=3.5 梯长边长度X=5 4.2.3浇口:浇口的基本作用:使从分流道来的熔体产生加速,以快速充满型腔 ;防止熔料倒流;便于浇口凝料与制品分离。浇口选用:点浇口:其优点是去除浇口后 ,制品上留下的 痕迹不明显,但压力损失较大,制品收缩大,而且模具应设计成双分型面模具,以便脱出流道凝料,造成模具结构复杂。图为点浇口:该制品选用点浇口。塑件表面质量有较高要求,去除浇口后 ,制品上留下的 痕迹不明显。但是,模具应设计成双分型面模具,以便脱出流道凝料,造成模具结构较复杂。图为点浇口尺寸: 4.2.4冷料穴与拉料杆: 梯形拉料杆为标准件,易于选取,且使用效果较好。其头部有一定空间。能贮存凝料,充当冷料穴。如图: 4.3型腔设计:型腔是成型塑料制品外形的主要零件。可分为整体式和组合式两类。组合式凹模改善了加工性,减少了热处理变形,有利于排气,便于模具的维修,节约了模具钢,但装配调整较麻烦,主要用于形状复杂的塑料制品的成型。该制品外型有圆周内凹槽,且要求成型后表面光滑;所以必须使用两侧的侧滑块分型机构,型腔需要做成两侧滑块,采用组合式。4.4侧向分型: 因为塑件有圆周内凹槽,所以必须使用两侧的侧滑块分型机构,且塑件倒装需要使用延时侧抽。使用斜导板起开合模的导向作用。使用楔紧块,在合模时对模具起锁紧的作用。4.5推件方式: 推出机构的设计要求:、尽量使塑料制品留在动模上 、保证制品不变形不损坏、保证制品外观良好、结构可靠 该塑件要求“表面光亮且无划伤痕迹”,且该零件底面上有一个的圆形浅凹槽,可以直接使用推杆成型。综合以上结论,选推杆推出。复位零件:采用复位杆复位,使已完成推出制品任务的推杆回到注射成型状态的位置。 4.6冷却与加热系统由于ABS塑料成型时要求模温在50-80,生产批量为100万件,但体积很小,故模具可不考虑设置加热冷却系统。 4.7标准模架的选用该塑件最大尺寸为20,采用点浇口,其生产批量为100万件,采用一模四腔,则其模具对称,便于布置,型采腔用镶拼式,尺寸不大,但为满足模板的强度、刚度以及型腔布局的需要,选150200的标准模架,其闭合厚度为195,该模具的最大尺寸为200200;注射机XS-ZY-60的拉杆空间为280250,最大模具厚度200mm,所选模架能放进去。所以可使用初选的注射机XS-ZY-60,其能满足生产要求。5成型零件尺寸计算型芯、型腔计算: 该塑件材料为ABS,查的该塑料的收缩率为0.40.7,取0.55。模具制造公差取、型腔径向尺寸:由前面可知塑件尺寸及公差。按下式计算: =(+%-) = 、 、 ;则=6+60.55%-0.24=5.85=4.34 =14.79 =16.65 =19.68、型腔深度尺寸:=+%-=、则 =12+120.55%-0.34=11.83=1.87 =10.83 、型芯径向尺寸:按下式计算: =+%+ = 、 则 =8+80.55%+0.24=8.22=2.5+2.50.55%+0.2=2.67 6注射机有关参数的校核:6.1注射量的校核:由前面知,塑件和浇注系统质量都为35g,则每次注射所需注射量为:45.59g=25g。 注射机的最大注射量以最大注射容积标定时,按下式校核: V= (5-1)式中-注射机最大注射容积 -一个制品的体积V-制品总体积(包括制品、流道凝料在内) n-型腔数-流道凝料体积 K-注射机最大注射量的利用系数,取K=0.8由前面计算知,塑件与浇注系统凝料的体积相等,则每次注射所需塑料体积为: V= V +V=4*5.33 cm+2050mm=23.37 注射机最大注射量600.8=4823.37 故能满足要求。6.2锁模力与注射压力的校核:6.2.1注射压力校核:即P (5-6)式中 -注射机的最大注射压力(MPa) P-塑料制品成型所需的注射压力(MPa)由于所选注射机为XS-ZY-60,其注射压力为122 MPa,即为122MPa。查塑料模塑成型技术附表4“常用热塑性塑料注射成型的工艺参数”,P为60100 MPa,满足上式要求。6.2.2锁模力的校核:需满足 F= (5-7) 式中-注射机的最大锁模力 -模内平均压力,见表5-2 -制品、流道、浇口在分型面上的投影面积之和 由前可知,注射机XS-ZY-60的最大锁模力为500KN,为34.4 MPa,经计算得为865.4 =+=+1005 +=865.4 =34.3865.4=30KN50KN 满足上式要求。6.3模具厚度的校核: H (5-11)式中H-模具闭合厚度(=193) -注射机允许模具最小厚度(=70) -注射机允许模具最大厚度(=200) 满足上式要求。6.4注射机喷嘴与模具主流道衬套关系: R=r+(12) D=d+(0.51)式中d-注射机喷嘴前端孔径(=4) D-模具主流道衬套的小端直径(=5) r-注射机喷嘴球面半径(=12)R-模具主流道衬套的球面半径(=13)满足上式要求。6.5开模行程的校核:由于注射机XS-ZY-1000最大开模行程与模具厚度无关,所以按下式校核:S+510 5-12式中S-注射机最大开模行程(移动模板行程)(=180) -制品的推出距离(=15) -制品的总高度(=31)满足上式要求。6.6流程比的校核:熔体流程长度与厚度之比即为流程比。可按下式计算: 流程比= (5-18) 所以=(+)2=70,而ABS的流程比介于聚乙烯和聚丙烯之间,取210235。所求值小于ABS的流程比,满足要求。6.7型腔侧壁和底板厚度的校核:6.7.1型腔侧壁计算:由于其型腔为组合式型腔,型腔侧壁厚度为;t=r(-1) (4-27)式中 -型腔长边长度(=200MPa) P-型腔内熔体压力(=34.3MPa) 代入上式得t=3.5:故该模具型腔壁厚可取3.5。 6.7.2底板厚度计算:该模具采用两垫块支撑,按刚度计算的底板厚度如下: h= 4-46L-支架间距=94 -底板总长=200-底板上承受成型压力部分的长度=115E-型腔材料弹性模量(=2.1 MPa)-型腔弹性变形增长值,见表4-6=0.05P-型腔内熔体压力(=34.3MPa) 代入上式得h=28.5. L计算出的底板厚度h为 28.5mm,在结构许可情况下,为使底板强度满足可以增加一点底板厚度。所以,将底板厚度h定为32mm。7模具装配图:该模具结构较复杂,且采用一模四腔,属于多分型面模具。其主要地方在于侧滑块和型腔的加工,须严格保证其加工,以满足生产需要。模具整体尺寸较小,但局部采用镶拼式结构,装配时需保证其安装精度,以保证制品质量。其各个零件图详见塑模装配图。 模具开模动作说明: 开模时,由于拉钩27拉着滑块30,以至使模具首先由定模座板3和镶块固定板4分开,使浇口凝料能取出。然后,当动模开行到压块29将滑块30打入使拉钩与滑块脱离,且压板29又将滑板30拉住,使镶块固定板4固定在那不再向下运动;然后模具继续分型,由侧导板2导向(延时侧抽),先是将塑件从上型腔中抽出,再进行侧向分型;侧向分型完成以后,最后由成型推杆将塑件推出。设计总结这次毕业设计通过解决问题的过程中,温故了以前的知识,更深刻的理解了更多的概念,这是与没有搞过独立设计不能比拟的,其中我也明白了知识的价值,当知识被用时,知识就是力量。通过一副模具的设计,才懂得了知识是建立实践中的,它需要一丝不苟的精神。而不能不运用知识,就在于我们是否真正的学好了知识的检验。通过这次设计,它使我懂得了设计是需要严谨的工作态度的。同时也加强了我查阅资料的能力,此次设计由于自已的水平有限,设计中存在漏洞和错误之处,望各位老师批评和指导致 谢毕业设计是每位大学生毕业之前必经之路, 经过了此次毕业设计,我初步了解了设计模具的各道工序,清楚了模具的各个结构,了解了各个设计过程中的重要环节,具备了一定的设计能力,学到了真正的实践知识,但这还不够,在以后的工作中,还要继续努力的为中国的模具设计与制造水平上升而努力。这次毕业设计可以说是大学三年所学之结晶,在此,我真诚的感谢老师们三年来对我的教诲。参考文献1 陆宁编著. 实用注塑模设计.北京: 中国轻工业出版社,1997,52 塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册 机械工业出版社 1982,123 张克惠.注塑模设计.西北工业大学出版社,1995,14 王树勋.模具实用技术综合手册.广州:华南进工大学出版社,1995,65 宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册.北京:航空工业出版社,1994,86 陈秀宁.机械设计基础.浙江大学出版社,1993,77 虞传宝.冷冲压及塑料成型工艺与模具设计资料. 机械工业出版社,1992,108 工程画教研室.机械制图.大连理工大学.北京:高等教育出版社,1993,59 成都科技大学,北京化工学院,天津轻工业学院.塑料成型模具.轻工业出版社。1990,810 王伯平.互换性与测量技术基础.机械工业出版社,2001.111 申树义、高济编.塑料模具设计.机械工业出版社,1993.912 冯炳尧等主编.模具设计与制造简明手册.上海科技出版社,1987.8 13 叶屋臣一.注塑模设计和应用.轻工业出版社,1989.114 许鹤峰.注塑模具设计要点与图例,化学工业出版社,1999.115 马金骏.塑料模具设计.中国科学计算出版社,1994.616 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.机械工业出版社,1994.629附录外文资料TEMPERATURE CONTROL P. H. J. Ingham Marketing Manager ,Eurotherm Ltd,Worthing,Sussex,UK SUMMARYCommercial plastic materials are organically based and are therefore heatsensitive .Accurate temperature control of melt processes such as injection moulding is therefore necessary if problems caused by thermal degradation are to be avoided.The injection moulding process is considered form a temperature controlriewpoint and some of the control methods or techniques are described.since it should not be forgotten that good temperature control can lend to materials and energy savings. 1 INTRODUTIONThe injection moulding process is concerned with the efficient conversion of plastics raw material into moulded product of acceptable standards.Some of ths parameters which determine acceptability are weight,dimensions,colour and stenght,all of which can be affected by the conditions under which the material is processed.Having established by the conditions for thwese parameters so as to deermine acceptability,limits can be set for the conditions under which the material is processed.One of the most important parameters contributing to the correct operation of an injection moulding machine is temperature.All plastics materials can be correctly processed only within a certain range of temperatures which varies from materialFor some mateials and mould types the band isvery small and for others it can be quite wide.Any attempt to define the limits within which the product is acceptable determines the need for some form of control.There are a number of types of control which,if applied correctly,can lead to adequate performance.Significant material and energy savings can be achieved by correctly pplying the right type of control equipment.The reliability of the system and the degree of operator supervision required also depend very largely on the balance struck between initial cost and performance.It is the purpose of this chapter to examine the injection moulding machine from a temperature control viewpoint and to outline some of the control methods can be used ,together with advantages and disadvantages. 2 THE PROCESS2.1 Machine ZoningFrom a control viewpoint,an injection moulding machine consists of a number of zones (each equipped with a means of measauring the temperature) and a controller,which compares the measured value of the set-point and controls the heat input to the zone in such a way as to remove any different between the heat input to the zone in such a way as to remove any difference between the tow. Yu dividing the machine into a number of zones the different temperature requirements of different zones and their different heat input needs can most easily be met (Fig.1).For this purpose a typical small machine may have three or four barrel zones and a nozzle one. The zones nearest to the material feed hopper are where the plastic is melted and thus require fairly large heat inputs. However, in the zones hearest to the nozzle, the heat produced, by the rise in pressure needed to force the plastic into the mould, means that relatively little additional heat input is requied when the machine is running. Indeed, if the machine cycle very short, with some materials it may be that more heat is generated than required to maintain the temperature, which will then rise uncontrollably mless some form of additional cooling is applied.2.2 Thermocpuple LocationConsidering again the barrel zones:these consist of a metal arrel with wall thickness sufficient to withstand the high pressures produced during the mjection cycle. The most common form of heating is electrical and is ipplied using band heaters strapped around the barrel (Fig.2). A controller of any kind can only control the temperature at the point of measurement. Ideally this will be as deep into the barrel wall as possible, since it is the temperature of the plastic which is required and not that of the barrel. Plastic is a poor thermal conductor and depending on whether the net heat dow is into or out of the plastic, a thermocouple deep into the barrel wall will register a temperature above or below the actual temperature. If the measuring element is shallow or on the barrel surface, the difference between the measured and actual melt temperatures can be very large. For any given conditions of operation there will be a more or less fixed difference between the melt and measured temperatures and acceptable produce may be produced. If ,however, the conditions, e.g. machine speed or ambient temperature, change, this may give rise to a melt temperature which does not result in the production of acceptable product. It is therefore important to place the thermocouple as close to the melt as possible , i.e. deep the barrel.2.3 Temperature OvershootThe resultant system of an electrical band heater strapped around a thick walled barrel with a deep thermocouple is typical of most plastics processing machinery and present a number of control problems. Not only must stable control be achieved during normal running of the machine but acceptable start-up performance must also be achieved. The machine must be brought to its normal operating temperature as quickly as possible and preferably with no overshoot. (Overshoot is said to occur if the temperature is rising or falling at such a rate as it reaches set-point that it does not stop there but continues past by some amount before returning towards set-point again; see Fig.4.) The basic cause of temperature overshoot in the system is multiple heattransfer lags, i.e. where the heat generated electrically first raises the temperature of the heater thermal mass and is then conducted from the second thermal mass to a third and so on, until the heat reaches the point of measurement which, as stated already, is as near as possible to the point in the process to be controlled. In the simplest cast of multiple heat transfer only two thermal masses would be significantly involved, namely those of the heater and the load. If the thermal mass of each is about the same, this tends to represent about the worst case for overshoots (and hence controllability). Poor heat transfer from heater to load worsens the situation, since the heater temperature (during start-up, for example)can then become very much higher than the load temperature; when the power to the heater is cut off the final temperature reached (ignoring heat losses and assuming equal thermal masses for heater and load) will be the mean of their respective temperatures at the instant when the power is cut off. Thus ,the overshoot in load temperature increases as the heat transfer becomes worse.A particularly bad case of overshoot (and controllability) occurs where heat is transferred through a considerable thickness of heat-conducting material. This is exactly the situation which is presented by an injection machine barrel with deep set thermocouple. This sort of heat transfer represents in effect an infinite order multiple heat transfer: several minutes can elapse between switch-on of power and a significant change in thermocouple temperature. In fact the response has almost the appearance of a delay (i.e. transport lag ) although there is really a considerable difference between this heart-transfer lag and a true delay. During the time of the heart-transfer lag, heat is being fed into the barrel, so that even if the source of heat were switched off at the instant the deep thermocouple began to respond, the thermocouple temperature would continue to rise as the heat energy already fed in distributed itself evenly throughout the thickness of the barrel wall.A large part of the total lag can in practice be caused by the heart-transfer lag which occurs with a resistance heater. From the heater element thermal mass, via electrical insulation, to the outer surface of the barrel. For the lag through the barrel wall(or for any similar from the heat transfer) doubling the heart-transfer distance results in four times the lag. Iron, from which most injection machines are made, is a rather poor material for heat transfer: for example similar lag are obtained in aluminium and iron when the distance in aluminium is five times greater. 3. METHODS OF CONTROLLING TEMPERATURE 3.1 Measuring the TemperatureThe first item in the control system to consider is the measuring element, of which there are tow basic electrical types: active and passive.The active type are thermocouples. There are formed by the junction of tow dissimilar metals and give an output voltage proportional to the difference in temperature between the thermocouple and the point of measurement (Fig.3). The fact that the millivolt output of the thermocouple in relation to temperatures is non-linear and that it depends on a stable reference temperature for comparison purposes are factors , Which must be taken into account in the controller. Thermocouples are very robust mechanically. (This is an obvious advantage in the environment of the moulding shop.) They also exhibit good repeatability from example to example of the same type. The two most common types used in plastic processing are both base metal thermocouples and these are nickel chrome/nickel aluminium (Type K) and iron/jconstantan (Type J). The passive types rely on having a resistance which varies with temperature in a known manner and thus, when fed from a constant current upon temperature. Such elements do not require a reference temperature to be generated by the controller. The commonest are the platinum resistance thermometer (which occupies a larer volume than a thermocouple and is more fragile)and the thermistor(which operates on the same principle and has the same disadvantages). The thermocouple is by far the most common measuring elcment used in practice. The siting of the thermocouple will depend upon the degree of control required, as will the choice of controller.3.2 ON/OFF ControlThe simplest form of controller provides ON/OFF control of load power. The measured temperature is compared with the set-point and if it is too low, power is applied to the load; if it is too high the power is switched off. In practice there will be a small amount of hysteresis in the controller (mainly so that spurious noise signals on the thermocouple and effects due to mains regulation should not result in rapid ON/OFF chattering of the load power control relay). If the thermocouple and heater are in very close proximity, i.e. there is no appreciable lag, the temperature will cycle with an amplitude somewhat in excess of the controller hysteresis and with the natural period of the system. There will inevitably be some overshoot on start-up because full power will be applied to the load until the set and actual temperatures become equal and any stored energy in the heater will continue to be transferred to the load even after switch-off. It can be seen that if the thermocouple is deep in the barrel (thus measuring the melt temperature more closely) the system lags will be considerably increased and the temperature cycling will be of a longer period and will become much larger. Similar comments apply to the start-up overshoot. Thus ,in the least demanding circumstances, an ON/OFF controller with a shallow thermocouple may give acceptable results. However, with the large heaters required to give short start-up overshoot will probably be unacceptable for all but the least demanding situations and will be worse if account is taken of correct siting of the thermocouple. The natural period of the system results from a combination of heater power and location, sensor location, and the thermal mass of the system.3.3 Proportional Control (P only)If we take an ON/OFF controller and force the switching of the output within the controller itself (with variable mark: space ratio)at a rate which is higher than the natural period, then we have proportional control. As the measured temperature approaches the set temperature, the relay will switch off(for a short time) the power supplied to the load. This point, at which just less than full power is applied to the load, is the lower edge of the proportional band. As the actual temperature approaches the set temperature more closely, less and les power is applied to the load until, when the two become equal, the power input is zero. It is general for the proportional band to be downscale of the set-point, i.e. at set-point the power fed to the load is zer. The proportional band is usually defined as a percentage of the controller set-point scale span. Since the power applied to the load is proportional to the error or difference between actual and measured temperature (a so-called error-actuated system),it follows that if any power is required to maintain the temperature there must be some error in the system. This error is known as offset or droop (Fig.5). Since, on start-up, the load power will first be switched off at a temperature below the set-point, the resultant overshoot will be reduced. With a sufficiently large proportional band and sufficiently rapid cycling of the output power (compared to the systems natural frequency) the oscillations in temperature will cease eventually. However, this does not necessarily mean that there will be no sart-up overshoot in temperature, but only that the subsequent oscillation will decay to zero amplitude. 英文翻译 注塑模的温度调节系统 商用塑料是最常用的,但它是热敏感性材料。如果说因热引起的问题是可以避免的,那么象注塑模中熔化过程中精确的温度控制就是有必要的。 从温度控制的观点和一些控制方法和技术的角度来考虑(这些方法和技术因不应忘记而被叙述),好的温度控制能节约和热能。 一、介绍 注射模过程曾引起一次会议的讨论,这次会议为模制产品的塑料原材料制定了可行性标准。一些可行性参数是重量,尺寸,颜色和强度。所有这些参数都受材料制造环境的影响。为了决定其可行性,为这些参数已经建立了相应的公差。对注射机的正确操作起作用的众多参数中,最重要的一个参数是温度,所有的塑料产品的制造都只有在特定的温度范围内。这个特定的温度范围因材料而异。一些材料的这个温度范围相当宽,而另一些材料的这个范围却相当窄。 为使产品在允许温度限制范围内,需要某些形式的温度控制。如果应用正确,这里有大量的类型能导致正确控制形式的操作。通过正确的应用控制设备。能节省贵重的塑料和能量。系统的现实性和操作者监管要求的程度,也很大程度上依赖于最新消耗,运输消耗,工作费用三者之间的平衡。 这章的目的是从温度控制的角度来检查注射模具和列举一些常用的温控方法以及其优点。 二、 过程21 模具的分类 从控制的角度来说,一个注射模具由许多分区和一个控制部分组成(每一个分区有一种测量温度的方法),控制器比较两者之间的不同测量价值和控制两者之间的不同,而用某种方法输入到这个分区的热移走。通过划分模具的分区,能使这些分区更容易认识,不同的分区,要求有不同的温度和不同的热输入(如图1)为了达到这个目的,一个典型的小模具就可以有34个桶型区和喷管区。这些离主流道衬套最近的区域是塑料要求熔化的地方。因此要求有相当大的热量进给。然而,在离主流道衬套最远的浇口处,通过增加注射压力,使塑料和浇口之间产生摩擦热。这意味着,当模具在工作时只需要相当小的热量输入。如果机器的循环周期非常短。某些材料在制造过程中比被要求的热量产生更多的热量,为了保持温度,就需要采用某些形式的冷却方式应用。22 热电偶的安装 再考虑这些桶型区:一个型腔应具有足够的壁厚。用以承受足够的压力。最平常的加工方法是电加热和使用一个带状的加热片贴在型腔周围(如图2),在任何类型的一个控制器都只能控制一个点的测量温度的测试,而且尽可能贴近型腔。因为我们需要的是塑料的温度,而不是型腔的温度,塑料是热的不良导体。依靠纯热进去塑料,如果热电偶安放在型腔的表面或非常浅,那么测量值和实际值之间将会有非常大的差异。 任何给出的操作环境都或多或少的存在实际值和测量值之间的差异。然而如果环境变化,如模具的运动速度和周围的环境温度变化,这都可以影响到工件的熔化温度。因此,热电偶的安装位置要尽可能的靠近型腔的内壁。23温度过调量 一个具有一个热电偶的加热片贴在一个深孔型腔的壁上。它的合模系统是最典型的塑料加工机械,而且存在着大量的控制问题,不仅在正常的模具工作期间必须完成稳定的控制,而且可行的合理的初始操作也必须完成机械可以在不用调节时尽可能完美而迅速地使它达到正常的操作温度(如果温度上升或下降,以某一频率。就是说它经过那点,但不停留在那点,而是在它返回那点时继续通过一定数量的点。在这种情况下,过量调节就出现了。如图4) 在系统中引起过量调节的基本原因是,多个热传导滞后等产生的残余热量。首先,引起受热物体的温度上升,然后,传递给第二个受热物体,同时使第二个物体温度上升,然后从第二个受热物体传递给第三个受热物体。以次类推直到热在传递过程中达到控制温度的点附近。 举一个最简单的多个热传递的例子,如果两个受热体,如果每个受热体都是一样的,那将是过调量中最糟的。一种情况,冲加热到装入的差的热传递使环境变糟,因为加热温度(如在开始时的温度)。将使最终装入温度远高于其本身。当加热电源切断时,最终温度就达到了。(忽略温度损失和假设加热热量和吸收热量相等)。这将意味着最终电源切断时,最终各方面的温度。因此,过调量作为过调量作为热传递在装入温度上升时变地更糟。 在特别糟的过调量(可控制)的情况出现在热传递通过热导体材料的深处,这是实际的环境。这个环境是一个具有深的安装电热偶的注射模具环境。这套热传递系统抽绘一个无限次续的多热传递系统的影响。在打开电源和在热电偶中的一次重要转变之间需要几分钟的时间。实际上,这反映的是一种延时的表现(如传导滞后),虽然热传导滞后和真正的延时之间存在着差异,在热传导滞后和真正的延时之间存在着差异,在热传导滞后的时间中,热进给到型腔,以至于热源被切断的瞬时深的热电偶开始反应,当热能已经进给通过整个型腔壁后来完全地分配本身。 总的滞后的大部分,可以是由于发生在热阻传导体的热传导滞后引起,热阻传导体从热的基本发热体,经过电隔离在型腔外表,因为滞后通过型腔壁(或任何一个类似的热传导)两倍的热传导距离而产生了四倍的滞后。大多数注射模具制造用的钢材对热传导是相当差的材料。举一个简单的例子:当在铝中的距离比在铁中大五倍时。在铁和铝中能得到相同的热滞后。 三、 温度控制的方法31温度的测量 在控制系统中,首先要考虑的一条是测量的元素,它有两种基本的电子测量类型:主动的和被动的类型。 主动类的是热电偶,它由两种不同金属片和一个外部电压组成。这个外部电压与热电偶和测量点之间的不同温度相称(如图3);热电偶的毫伏输出电压与温度不成线性关系,它依赖一个作为比较目的的稳定的参考温度,这一事实都是在控制器里必须考虑的因素,热电偶具有相当强的机动性(这在模具工厂的环境中是相当有利的)。这些因素也表现好的重复性。从例子到相同的类型的例子,两个最常用在塑料加工过程的例子都是金属热电偶的基本组合材料,它们是镍铬/镍铝合金(类型K)和钢/铜合金(类型J)。 无源类热电偶,存在一种阻力,这种阻力使温度不同于众所周知的那种方式。因此,当在恒流电源的作用下,这种阻力将产生电压,这个电压依赖于所通过的材料的温度。最常用的是铂阻热电偶(这种热电偶比以前讲的普通热电偶具有更大的容量,并且更容易碎。)和热敏电阻(它是用同样的原理进行工作具有同样多的不利条件)。热电偶是在实践中被大量使用的最常用的测量工具。热电偶的定线将依赖于要求控制的度数和所选的温度控制器。32控制器的开关 控制器的最简单的形式提供负载电源开关的控制,测得的温度与安装点比较,假如温度太低,负载电源将参与工作,假如温度太高,负载电源见被切断,在实际中,在控制器中有一些磁滞现象。如果热电偶和加热器非常接近,那么这就不存在滞后,温度将以某种振动进行循环。这个振幅是由控制起的滞后和系统的自然周期引起,因为全功率的电源在要求的温度和实际温度相等之前一直提供负载,所以在开始时有一定的过调量是不可避免的。很明显,如果热电偶在型腔壁的深层(因此测量的熔化温度更接近)。系统的滞后增大,温度的循环周期将变长,振幅将变大,也同样在开始时有一个过调量。 因此,一个具有线的热电偶开/关控制器可以得出所接受到的结果,这是起码的要求。然而具有大的热电偶的开/关控制器要求有一个更短的启动时间。如果计算考虑了这个热电偶的正确安放位置,那么这个启动时间过短将可能是对于所有控制器来说是不接受和更糟的。除这起码的要求。 这套系统的自然时期来源于一个热电偶能量与位置的联合作用,传感器的位置和系统的热量集中区域三个因素。33比例的控制(仅仅是P的控制) 如果我们使用一个开/关控制器,并且迫使输出量转换。在控制器内部本身有一个频率,这个频率高于自然时期的,然后我们将要进行一个比例的控制问题。当测量的温度接近安放点的温度时,继电器将在短时间内切断提供负载电源,在比最大电源电压少一些的这个点是比例带的最低边缘,当实际温度接近安放点的温度时,越来越少的电源电压进给量,直到两者完全相同时,电源输入量将变成零。总的一句话来说,对于比例带到安放点呈降低的比例趋势。例如在安放点的电量进给为零。 比例带的定义就是一个控制器安放点的范围段的一个百分率。因为电源负载的误差是成比例的,或是实际温度与测量温度之间存在着差异(一个所谓的误差一个实际系统),这产生的后果将是假如任何电源要求保持温度,这将使在系统中产生某些错误,这个误差就是众所周知的偏差和下降(如图5)。然而在开始上升阶段,在温度还低于安放点时,负载电源将被关掉,短期内的结果将降低,用一个足够大的比例带和足够快的外部输出电压的循环(与系统本身的自然频率相比)温度的波动将最终停止。然而,这并不意味着这里没有上升的过调量,而仅仅只是意味着在此以后的波动将减小到振幅为零。
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