直筒方塑料注塑模具设计
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模具课程设计题目:直筒方注塑模具设计目录1 绪论31.1概述31.2 我国模具行业发展概41.2.1 有利因素41.2.2 不利因素51.3 21世纪模具发展趋势61.4 小结82 注塑工艺分析及成型方法简介92.1 塑件分析92.1.1 塑件92.1.2 塑料名称102.2注塑工艺特性和工艺参数的设定112.2.1影响制件特性的因素112.2.2 PVC的工艺特性113 模注塑模具结构设计133.1 分型面的确定133.2型腔数目的确定及型腔排布134 注射机型号的初选和校核154.1所需注射量的计算154.2注射机的选择和校核164.2.1注射量的校核174.2.2塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核174.2.3模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核185 浇注系统设计205.1主流道的设计205.2分流道设计205.3浇口的设计216 成型零部件设计226.1型腔和型芯工作尺寸计算226.1型腔和型芯工作尺寸计算236.2.1型腔工作尺寸的计算236.2.2 型芯工作尺寸的计算247 温度调节系统设计257.1冷却系统257.2设计原则258 导向机构的设计278.1导向机构功能278.2导向机构的设计278.2.1导柱的设计278.2.2导套的设计279 模具材料的选用289.1成型零件材料选用289.2注射模用钢种28总结29参考文献30致谢311 绪论1.1概述作为工业生产基础工艺装备的模具,在国民经济中占有重要的地位,模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。在第十一五规划中指出,模具是工业生产的基础工艺装备,国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑都要求模具工业发展与之相适应。 模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用,与其他加工制造业所无法比拟的。我国模具工业在政府十分重视及关怀下,并提出相应的优惠政策进行模具技术开发,在模具工业中大量采用先进技术和设备,努力提高模具设计和制造水平,取得显著的经济效益1。另外,从资料获悉,目前,美国、日本、德国等发达国家的模具总产值都已超过机床总产值。模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展,模具是“效益放大器”,用模具生产最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至百倍及上千倍。据各国报导,模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成金”的“磁力工业”。如今世界模具工业的发展速度超过了新兴的电子工业,已实现了模具专业化、标准化和商业化,因而深受赞誉2。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”,日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”,在德国,被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号,而欧盟一些国家称“模具就是黄金”,新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业”,中国模具权威经理称为“模具是印钞机”。可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的显著地位。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一3。1.2 我国模具行业发展概近年来,我国模具行业一直保持着良好的发展势头,这种势头是否还会延续下去,这是业内人士十分关注的问题。笔者认为,我国模具行业尽管面临着在中低端产品领域国内企业竞争日趋剧烈以及在中高端产品领域国外或外资企业压力日益增大的局面,但经过近年来的持续发展,实力已大大增强,完全有能力变压力为动力,继续保持平稳发展。1.2.1 有利因素优惠政策为模具行业提供了良好的发展环境。在国家产业政策和有关配套3政策导向之下,近年来已有不少地方相继出台了一些支持当地模具工业发展的优惠政策,有的见诸于文件,有的见诸于行动,都已收到很好的效果。同时,模具工业的快速发展也促进了当地经济的繁荣。随着各地之间交流活动的日益频繁,相信对模具工业发展有利的政策,及因此而带来的良好的发展环境将有进一步发展。 模具行业内部体制改革和机制转换加速,产业结构渐趋合理,并且加强了管理,提高了水平4。为了适应形势,我国模具行业近几年来加快了体制改革和机制转换步伐,“三资”和民营企业已占行业主导地位,装备水平和产品水平有了较大的提升,管理有了很大进步。规模经济产生效益,模具集群生产发展迅速。在“小而精专”的专业化不断发展的同时,近年来,规模效应已被愈加重视5。除了把企业做强做大,使规模经济产生效益之外,模具集群生产也不断显示其优越性,因而“模具城”、“模具园区”、“模具生产基地”等各种集群生产形式在全国迅速发展。据不少企业反映,集群生产与分散生产相比,至少有下列好处:市场更广阔了,协作更方便了,生产成本降低了,相互交流多了,优惠政策享受到了。目前全国年产1亿元以上模具的企业已有40多个,超过3000万元以上的企业已有200多个,具有一定规模的“模具城”已有近十个,正在建设或正在筹建的还有十多个。这些模具集聚生产基地的建设,对我国模具工业的发展起到了积极的促进作用。许多企业开始认识到了“品牌”和“专利”的重要性,自主创新的资金投入力度和能力不断提高。长期以来模具一直处于“后方”和“被动”的地位,因此也很少有 “品牌”和“专利”。随着市场经济的发展,近年来企业越来越重视“品牌”和“专利”。有些企业已认识到了创新研发的重要性,投入力度提高很快。据中国模具工业协会了解到的情况,近年不少企业在创新研发方面的投入与销售收入的比例达到5%左右,个别企业甚至达到8%至10%。 国际模具资本向我国转移的趋势十分明显,模具出口前景很好。由于我国模具特别是中、低档模具在国际市场上存在着较大的价格优势,有的模具价格甚至只有国际市场的几分之一,再加上我国有较低廉的优质劳动力资源及较好的技术基础和基础配套设施,因此近年来外商在我国模具行业的投资额一年比一年大,到我国采购模具的跨国公司也越来越多。1.2.2 不利因素虽然我国模具行业已经驶入发展快车道,但由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面,与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距,所以还不能满足我国制造业发展的需求。特别是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面,仍旧供不应求。因此,每年尚需大量进口。27现阶段模具原材料价格和人员工资不断上涨,但模具价格却不涨反落,致使模具企业利润不断下降,部分企业出现亏损,亏损额增大。据中国模具工业协会对全国 270个主要模具生产企业调查,2005年产值利润率比上年下降了2.1个百分点,销售收入利润率比上年下降了3.1个百分点。全国规模以上企业全年亏损额2005年达2.6亿元,大幅增加6。这一趋势,还在延续。 对外资的依存逐年增大。我国加入世贸组织已过6年,外贸高速发展,我国经济对外贸的依存度从30%上升到70%。同时,近年来,正是外资大量进入我国的时期,随着对外开放政策的不断扩大和深化,外资在我国模具行业的投资也越来越多,致使对外资的依存度也逐年增大。例如广东省是我国模具第一大省,其产能约占全国的40%左右。该省的模具产能中,外资企业已占60%左右,合资企业约占10%左右。该省模具出口约占全国的50%左右,其中由外资、合资企业出口的也占其出口量的多数7。对外资和外贸依存度大,会对行业安全,乃至整个国家的经济安全产生重大影响。 人才紧缺日益突出。虽然近年来我国模具行业职工队伍发展迅速,估计目前已达近百万人,但仍然跟不上行业发展需求。一是总量不足,二是素质不够,适应不了行业发展的需求。根据有关资料,全国模具行业从业人员约缺口30万50万人,其中工程技术人员约占20%。目前尤其紧缺的是高素质和高水平的模具企业管理人员和中高层技术人员及高级技术工人。 市场竞争加剧。我国模具市场竞争在不断加剧,其表现是模具产品价格连年走低。中高档模具市场上主要是我国重点骨干企业与境外企业及境内“三资”企业的竞争,中低档模具市场上主要是民营企业之间的竞争。有的已经是进入无序状态,到了扰乱正常市场秩序的地步。虽然近几年模具出口增幅每年大于进口增幅,但所增加的绝对量仍是进口大于出口,致使模具外贸逆差一年比一年大。1.3 21世纪模具发展趋势加入WTO后的中国,全球制造业正以垂直整合的模式向亚太地区转移,我国正成为世界制造业的重要基地,据权威报告,中国已成为世界第一制造大国。目前,在参与世界产品市场的激烈竞争下,各行业产品的品种和数量不断增加,换型加快,对产品质量、样式和外观也不断提出新要求,使模具需求量增加,对模具质量要求也越来越高,模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代和产品竞争能力8。因此,迅速提高模具技术水平已成为当务之急。例如:日本汽车、计算机、电视机、手机等产品的品种,数量,质量在国际市场占有优势地位,其重要原因之一就是日本模具技术居于世界领先水平。为了解决高精度、长寿命、高效的复杂型腔结构的现代模具,其发展趋势主要有如下三方面: a. 模具材料及表面处理技术 模具工业要上水平,材料应用是关键。因选材和用材不当,致使模具过早失效,大约占失效模具的45%以上。 在模具材料方面,常用冷作模具钢有CrwMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5 Cr4V2,新型冷作模具钢有65N6、012A1、CG-2、LD、GD、GM等。同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外,目前对激光强化、辉光离子氮化技术也日益受到普遍重视。 b. 模具设计与制造技术 当代模具的设计与制造技术广泛采用计算机辅助设计与制造(CAD/CAM),设计过程程序化和自动化,使用程序、模拟成形过程、采用交互式设计方法,发挥人和计算机的各自特长。数据库和计算机网络技术使设计人员拥有大量资料和信息。设计与制造之间的直接传输便于设计中的反复修正改变。 先进设计和加工方法的日益普及,为高质量、短周期地开发模具并且保证模具有足够长的使用寿命,提供了技术保证,为模具工业发展奠定了坚实基础。模具设计与加工方法的发展主要有以下三方面: (1) 模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全,同时各功能模块采用同一数据模型,以实现信息的综合管理与共享,从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程,达到实现最佳效益的目的。如英国Delcem公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统等。集成化软件较高的软件还包括:UG、CATIA和PRO/E等。 (2) 快速原型法和快速制模技术(RPM/RMT) 该技术被称为自数控技术以来的又一次革命,尤其对模具工业的发展起到了极大的推动作用。它是一项集激光、材料、信息及控制等技术于一体的先进制造技术,其突出特点就是能直接根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品,而不需要任何工装夹具,面迭加形成三维实体。 (3) 高速铣削技术 高速铣削是目前切削技术中应用最多的一种工艺技术,是一种以高主轴转速、快速进给 、较小的切削深度和间距为加工特征的高效、高精度数控加工方式。高速铣削具有工件温度低、切削力小、加工平稳、质量好、效率高(为普遍铣削加工的510倍)及可加工硬质材料(60HRC)等诸多优点,因而在模具加工中日益受到重视。高速铣削机床(HSM)一般主要用于大、中型模具加工,如汽车覆盖件模具、变速箱体压铸模、大型注塑模等曲面加工,其曲面加工精度可达0.01mm。国外高速加工机床主轴最高转速已超过100000R/min,快速进给速度可达120m/min,加速度可达12g,换刀时间可提高到12s9。 c. 专业化生产及标准化 专业化生产是现代化工业生产的重要特征之一,国外工业先进的国家模具专业化生产已达75%以上。美、日两国的模具厂,80%是10人以下的小工厂,90%是20人以下小而专的企业。一般一个模具专业厂只生产12种模具。这种专业化小模具厂易于管理,反应灵活,易于提高产品质量和经济效率,有较强的竞争力。 目前MOLDFLOW已经发展得比较技术的研制和开发工作。华中理工大学国家重点实验室叶显高、李德群、肖景容等研制成功了“实用化注塑模CAD/CAE/CAM微机系统HSC1. 1”;北京化工学院进行了注塑充模过程计算机仿真;其他部分企业科研单位也做了一些探讨工作,并且收到了一定的经济效益10。总的来讲我国塑料模具CAD仅仅处于开发使用初期。在模具设计中,模架及某些零件,如导柱、导套、推杆、支撑块、浇口套、定位圈等分别已形成厂标、行标或国标。对于这些标准的或本单位采用的模架及零件可在通用的二维工程图CAD系统中建立模架、零件库,以被设计时调用。对于浇注系统、温控系统、模架结构强度计算等内容,已有一些较成熟的计算方法或经验计算方法,可设置这些计算公式的模块,以便设计人员进行快速计算。另外对于一些设计中常用的数据库资料也可以设置在CAD系统中以便设计人员快速查询,根据各个工厂的不同要求和情况,还可以在系统中设置本单位所特有的内容。这样建立的CAD系统可大幅度减轻设计人员的工作强度、提高设计速度并可实现模具设计的规范化及标准化。对于某些在原成型制品的基础上作局部修改而需重新设计的模具来说,其效果就更加明显。1.4 小结塑料模具CAD技术是一种全新的设计技术,有助于提高产品及模具设计的质量和实现产品的最佳性能。塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑过程模拟的分析结果,判读数据并做出合适的变更设计抉择,熟悉CAD技术并有效地应用于模具设计也有赖于设计人员的素质和经验。塑料模具CAD的难点在于建立丰富的材料性能数据库,以及模具零件的标准化。 2 注塑工艺分析及成型方法简介2.1 塑件分析2.1.1 塑件直筒方塑件结构如图2.1所示。图2.1注塑塑件3D图图2.2塑件零件图该零件尺寸中等大小,长为28mm,宽为28mm,高为12mm,倒角为1mm。厚度2mm。2.1.2 塑料名称根据老师给所的任务书,塑件材料为PVC,PVC是使用最广泛的塑料之一,PVC材料是一种非结晶性材,树脂分子链中大多数是头-尾结构,只有少数的头-头结构和尾-尾结构。工业生产的PVC的聚合度在500-2000之间。PVC是无毒无臭的白色粉末。PVC塑料的密度为1.40g/cm3,加入增塑剂和填料的PVC塑料的密度通常为1.15-2.00g/cm3,玻璃化温度87,熔点160-212。 PVC塑料的力学性能取决于聚合物的相对分子质量、增塑剂及填料的含量。一般情况下,填料含量增加,其拉伸强度降低。未加增塑剂的PVC是硬质塑料,填加增塑剂后,柔软性、伸长率、耐寒性增加,玻璃化温度、脆性、硬度、拉伸强度等均降低。 PVC在65-85开始软化,170以上成黏流状态,140即开始少量分解,随温度升高分解速度增加,190以上大量放出HCL气体。PVC的含氯量高达56%,因而具有阻燃性和自熄性;而且具有良好的介电性能,是优良的电绝缘材料。此外,PVC是一种热稳定性较差的聚合物,在光和热的作用下能逐渐分解放出HCl,同时在力、氧、臭氧、氯化氰以及某些活性金属(如铜、锌等)离子存在下,使降解速度大大加快。PVC脱除HCl后在主链上形成共轭双键,树脂的颜色发生变化。由于PVC热分解时放出HCl,而放出的HCl又对PVC的降解起催化作用,进一步加快其降解速度,因此,往往要加入某些碱性物质作为稳定剂,以防止PVC热降解。尽管如此,RPVC的熔体流动性仍然较差,需要较大的注射压力,同时为避免出现熔体破裂现象,在成型中宜选用低速注射。PVC吸水性较小,通常在0.1%以下,对要求不高的制品,成型前可不干燥。为减少PVC加工过程中分解出的HCl气体对设备和模具的腐蚀,设备和模具必须选择防腐的金属材料,并做好相应的防腐工作。2.2注塑工艺特性和工艺参数的设定2.2.1影响制件特性的因素(1)成型料温。 (2)流道的大小而产生磨察热的大小。(3)浇口的位置及大小。(4)添加剂的选择及添加量。(5)冷料穴的位置及大小。(6)排气槽的位置及大小。(7)产品的壁厚。2.2.2 PVC的工艺特性(1)没有明显的熔点,60以上会变软,100-150呈黏弹态,150以上呈黏流态,PVC-U混合料的分解温度很少超过200。(2)热稳定性差,无论是时间还是温度,都能导致PVC-U的分解,所以要严格控制成型温度和物料在料筒中的停留时间。(3)在PVC-U中,尽管加入了添加剂,但其流动性仍然较差,因此,在极短的时间内要使熔料充满模腔是困难的,因此,要用较高的注射压力和较低的注射速率。(4)由于加工过程中不可避免地要产生分解,放出HCl气体,因此,做好设备的防腐工作。(5)制品的脆性大。(6)PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数,如果此参数不当将导致材料分解的问题。(7)PVC的流动特性相当差,其工艺范围很窄,特别是大分子量的PVC材料更难以加工(这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性),因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。(8)PVC的收缩率相当低,一般在0.6-1.0% 。(9)在成型时温度过高易分解出氯气,氯气与空气中的水蒸气结合形成盐酸,易腐蚀模具型腔表面。 3 模注塑模具结构设计3.1 分型面的确定 分型面是决定模具结构形式的一个重要因素,它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺的有关,因此,分型面的选择是注射模设计中的一个关键。根据分型面的选择原则:a. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处; b. 在开模时尽量使塑件留在动模;c. 分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量;d. 有利于排气和模具的加工方便;e. 有助于避免侧抽芯或便于在动模上设置侧抽芯。结合塑件结构特点,由以上原则可得出分型面位置即塑件下表面,如图所示。 分型面位置3.2型腔数目的确定及型腔排布注射模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素:a. 塑件的尺寸精度;b. 模具制造成本;c. 注射成型的生产效益;d. 模具制造难度。考虑到该塑件结构很简单,塑件也比较小,考虑其经济性能,提高塑件的生产效率,本次设计采用一模四腔结构比较合适,装配也方便。多腔模具的排列应力求平衡性,尽量采用平衡布置,使型腔在同温度下同时进行充模。本次设计采用“H”型型腔排列,型腔排列如图所示型腔排列4 注射机型号的初选和校核注射模是安装在注射机上使用的工艺装备,因此设计注射模应该详细了解注射机的技术规范,才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式,在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下,设计人员应该对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数,选择一台和模具匹配的注射机,倘若用户已经提供了注射机的型号和规格,设计人员必须对其进行校核,若不能满足要求,则必须自己调整或于用户取得商量调整。4.1所需注射量的计算对于该设计,建立塑件模型,并用软件对此模型分析得:塑料制件体积V3.6 ;PVC密度为135塑料制件质量M4.86g。流道凝料V=0.2V(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.2V来估算,塑件越大则比例可以取的越小);实际注射量为:V实=3.64.8=17.3cm;实际注射质量为M实=4.8M=4.864.8=23.3g;根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即: 0.8V公 V (3.1) V= V/0.8 =17.30.8 =21.6cm;4.2注射机的选择和校核 根据以上计算,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: 海天HTF80XB注射机参数参数单位801A801B801C螺杆直径mm343640理论注射容量cm395110130注射重量PSg119134165注射压力Mpa206183149注射行程mm144螺杆转速r/min0215料筒加热功率KW5.7锁模力KN800拉杆内间距(水平垂直)mm400400允许最大模具厚度mm460允许最小模具厚度mm160移模行程mm340移模开距(最大)mm750液压顶出行程mm100液压顶出力KN33液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW13油箱容积l210机器尺寸(长宽高)m4.71.31.85机器重量t3.4最小模具尺寸(长宽)mm150x1504.2.1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: (4.1)式中 -型腔数量 -单个塑件的体积() -浇注系统所需塑料的体积() M=23.3g(约等于)110gx80%注塑机额定注塑量为110g,注射量符合要求.。4.2.2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。 (4.2)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 n=4 =784 =60 =784x4+60=3196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 F (4.3)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=3196x30x1.1x0.001=49.3KN800KN锁模力符合要求。4.2.3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 (4.4)式中 -注射机允许的最大模厚 -注射机允许的最小模厚本设计中模具厚度为250mm 160H460, 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: (4.5)式中 -推出距离 -包括浇注系统凝料在内的塑件高度 本设计中=340 =10 mm =95 mm总的开模距离需要H=115mm以上经计算,符合要要求。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。5 浇注系统设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道,具有传质、传压和传热的功能,对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统,包括主流到,分流到、冷料穴,浇口。5.1主流道的设计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=0.63;浇口套进料口直径D=d+(0.51)mm;浇口套与喷嘴接触的球半径R=R+(12)mm;材料T8A;主流道衬套要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,所以只有在小批量的注射生产中,注塑模的主流道在注塑模的定板上加工,大部分注射模中主流道部分长设计成可拆卸、可更换的主流道衬套。 5.2分流道设计 分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道,其作用通过流道截面及方向变化,使熔体平衡的转换流向,进入模具型腔。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。常用分流道断面尺寸推荐如表4.1所示:表4.1流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS,AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513分流道的断面形状有圆形,矩形,梯形,U形和六角形。要减少流道内的压力损失,希望流道的截面积大,表面积小,以减小传热损失,因此,可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率,其中圆形和正方形的效率最高,但正方形的流道凝料脱模困难,在该模具上取圆形断面形状,根据以上表格经验证一级分流道直径为6mm,二级分流道为4mm。5.3浇口的设计 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,浇口的主要作用有两个,一是塑料熔体流经的通道,二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多,有点浇口,侧浇口,直接浇口,潜伏式浇口等,各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定,根据老师所给实物留下的浇口痕迹断定为侧浇口,所以该模具也沿用成熟的方案采用侧浇口,其有以下特性:(1) 浇口截面小,去除浇口容易,且不留明显痕迹;(2) 试模时如发现不当,容易及时修改;(3) 能相对独立地控制填充速度及封闭时间;(4) 对于壳体形塑件,流动充填效果较佳;(5) 普遍用于中小型塑件的多型腔模具,且对各种塑料的成型适应性均较强;(6) 形状简单,去除浇口方便,便于加工,而且尺寸精度容易保证;a. 侧浇口深度尺寸H的确定H=nt =0.64 = 2.4mm式中 n塑料系数PVC取0.6; T塑件在浇口位置处的壁厚,该设计取壁厚t=2 mm。b. 侧浇口宽度尺寸W的确定 W= (4.1)式中 A型腔一侧的表面积: A=V/t ; V浇注体积 :V=108.310mm; t取壁厚2。已代入数据得W=2.29 取整得W=3mm。6 成型零部件设计6.1型腔和型芯工作尺寸计算型芯在模用于成型塑件的内表面,又称凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类。由于凸模的加工相对凹模容易,所以大多数的凸模是整体式的,尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体,大、中型模具采用镶拼组合式。型腔是成型塑件外形的模具零件,其工作尺寸属包容尺寸,在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此,为了使得模具的磨损留有修模的余地,以及装配的需要,在设计模具时,包容尺寸尽量取下限尺寸,尺寸公差取上偏差。本成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查表得ABS收缩率为Q=2%,故平均收缩率为Qcp=2%,考虑到工厂模具制造的现有条件,模具制造公差取z=/3。6.1型腔和型芯工作尺寸计算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PVC材料的平均收缩率为2%,刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为: A=B+0.005B (6.1) 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。6.2.1型腔工作尺寸的计算1)型腔径向尺寸的计算 L=(1+S)L =(1+0.005)280.21 =27.67 mm式中L塑件的径向尺寸; L加工时型腔的径向尺寸;塑件的公差值;塑件尺寸公差根据GB/T144861993模塑件尺寸公差表取MT2B级,由尺寸段决定值的大小; 制造公差,=; 2)型腔深度尺寸的计算: H=(1+ S)H =(1+0.005)120.12 =11.74 mm 式中 H塑件的高度尺寸,6.2.2 型芯工作尺寸的计算型芯是成型塑件外形的,其工作尺寸属被包容尺寸,在使用过程中型芯的磨损会使被包容尺寸变小。因此,为了使得模具的磨损留有修模的余地,以及装配的需要,在设计模具时,被包容尺寸尽量取上限尺寸,尺寸公差取下偏差。(1)型芯径向尺寸的计算: L=(1+ S) L+ (4.13) =(1+0.005)24+0.21 =24.48 mm 式中 L型芯的径向尺寸; 2)型芯高度尺寸的计算: H=(1+ S) H+ (4.15) =(1+0.005)10+0.12 =10.34 mm 式中 H型芯深度减去塑件壁厚型芯的理论高度。 7 温度调节系统设计7.1冷却系统一般注射到模具内的塑料温度为200左右,而塑件固化后从模具性强中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后,必须对模具进行有效的冷却,使熔融塑料的热量尽量快的传给模具,一是塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。7.2设计原则冷却水孔数量尽可能的多,孔径尽可能大;冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等;浇口处要加强冷却;冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位,以防漏水;冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处;进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧,通常应设在注塑机的背面。(2) 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=0.3(S+2S) =6.3 (S)式中 S塑件平均壁厚,S取1.8mm 冷却时间,依塑料种类,塑件壁厚而异,一般用下式计算:t= = = 29.25(S) 式中 S塑件平均壁厚,S取1.8mm; 塑料热扩散系数(mm/s) =0.08; T成型温度 200250 T取210; T脱模温度 60100 T取60; T模具温度 4060 T取50。 由计算结果得冷却时间需要29.25 S,但计算并不能精确的确定实际冷却时间的多少,参照经验推荐值,制件平均壁厚取1.8mm,对应经验冷却时间t=20.5 S,取t=20.5 S。为什么最终的成型周期取20.5而不是29.25,那是因为在实际注塑过程中,T,T,T等因素不可能像我们所设计的那么理想,所以,从实际出发,取经验值会更好些。(3) 塑料熔体释放的热量 Q=nG C(tt) =9073.95101.34(21060) =1337.76 KJ/h式中 n每小时注射次数, n=90 (次); G每次的注射量(KG)G=73.9510; C塑料的比热容(KJ/KG),C=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;(4)高温喷嘴向模具的接触传热 Q=3.6A(tt) =3.6125610140(21050) =101.28 KJ/h式中 A注塑机的喷嘴头与模具的接触面积(m),A=125610 m; 金属传热系数 =140(W/ m); t模具平均温度 t=50 ; t熔融塑料进入型腔的温度 t=210; R注塑机喷嘴球半径,R=10 m m; A=4R =43.1410 =125610 m;8 导向机构的设计8.1导向机构功能1、定位作用 导向装置直接保证动模、定模位置的正确性,保证模具型腔的形状和尺寸的精确性,从而保证塑料制品的精度。同时,在模具装配的过程中便于装配和调整。2、导向作用 合模时引导动模按序正确闭合,防止损坏型芯,并承受一定的侧压力。3、承载作用 塑料熔体在充模过程中,或由于成型设备精度低的影响,可能产生单向的侧压力,故需导向装置能产生一定的单向侧压力,以保证模具的正常工作。8.2导向机构的设计8.2.1导柱的设计(3) 安装导杆是用尾巴在模板,固定部分采用H7 / m6过渡配合(4) 与支撑板底部的压力,以防止柱从模板了(5) 滑动部分H8 / f8间隙配合(6) 表面粗糙度的工作部分的导料销(包括0.4米)8.2.2导套的设计(1) 排导套,维护和更换方便可以保证制导精度(2) 前端导套孔与角,以确保顺利列进导套孔(3) 滑动部分的导套孔与H7g6间隙配合(4) 粗糙表面 9 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。9.1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9.2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,且端子座为廉价大量产品,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48-52HR。总结模具课程设计是一种综合性较强的专业实践环节,它具知识面宽、学科广、综合性强,通过这次毕业设计,我巩固了以前学过的知识,提高了查阅资料的能力,使我更加认识到毕业设计的重要性,从而提高了我理论联系实际的设计能力和动手能力。为我今后走向工作岗位打下了一定的基础。在本次设计中,我设计了直筒方注射模具设计,通过这次设计,我学到了许多的东西。首先,先对零件进行工艺分析与计算,其中包含工艺分析与设计方案的确定,确定分型面,计算锁模力与选择注塑设备。其次,对塑件进行模具设计,其中主要是模具主要零部件的设计与计算与模具的装配进行模具设计,因此这不但使我对于AUTOCAD,和Pro/E软件的应用更加熟练;也使我更加熟悉了模具设计流程。这次设计是对以前所学的专业知识的一次综合性的实践,涉及到机械制图、机械设计、模具设计、互换性等各个方面的内容。设计过程中按照任务书的要求和目的,循序渐进,结构合理。参考了许多文献资料。由于经验不足,还有许多地方没有考虑全面,有待于完善。总之,学海无涯,在以后的时间里,我会更加努力学习!II参考文献1 杨化林,童水光,吴荣仁. 基于范例推理的注塑模具设计自动化技术J. 机械工程学 报,2008,10:288-292 刘岩. 面向制造的注塑模具结构设计J. 高技术通讯,2002,10:58-61.3 韩雅娟. 基于知识的注塑模具浇注系统智能化设计技术研究D.大连理工大学,2008.4 涂小文,娄臻亮,李明辉. 注塑模具分型面的自动生成技术J. 上海交通大学学 报,2003,05:750-753.5 梅启武. 注塑模热流道辅助设计技术与应用研究D.浙江大学,2004.6 余德启,刘恰,王希诚. 一种注塑模具的系统优化设计方法及其应用A. 中国力学学会、 郑州大学.中国力学学会学术大会2009论文摘要集C.中国力学学会、郑州大学:,2009:1.7 余蔚荔. 光盘注塑模具气动辅助脱模机构的设计与应用J. 液压与气动,2007,08:11-12.8 蔡毅,娄臻亮,张永清. 基于模型推理的智能注塑模设计系统J. 上海交通大学学 报,2002,04:474-477.9 孙忠良,荆无名,洪军,霍敏. 基于层次分析法的模具网络化制造企业匹配技术J. 西安交 通大学学报,2008,03:291-294.10 徐建中. 基于Pro/E留置针导管座注塑模设计J. 机械设计与制造,2010,04:248-249.11 林峰,高建军,车丛国. 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Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science,2005,02:86-89.30致谢为期一学期的毕业设计即将结束,在过这次毕业设计的学习中我收获了很多。在这几个月的时间里,我巩固了大学所学的知识,同时也学到了许多新知识,锻炼了自己的学习能力和解决问题能力。在xx老师的精心指导下,我的毕业设计得以顺利完成。另外,张老师也给了我很大的帮助,解答了我的很多疑问并帮我解决了不少难题。在此谨向各位老师和同学致以我最衷心的感谢和深深的敬意!同时,同组同学之间的讨论也使我学到了很多知识,感谢与我共同完成毕业设计的同组同学们。时间仓促,经验尚浅,难免有些不足,敬请谅解。大学生活至此划上了圆满的句号,在大学这块土地上有众多莘莘学子辛勤的耕耘,在这块土地上我健康快乐的成长,我永远不会忘记可敬的老师和可亲的同学,我永远记得这片土地。
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