0191-塑料线卡注射模具设计【全套12张CAD图】
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外文翻译原文:Injection Molding Many different processes are used to transform plastic granules, powders, and liquids into product. The plastic material is in moldable form, and is adaptable to various forming methods. In most cases thermosetting materials require other methods of forming. This is recognized by the fact that thermoplastics are usually heated to a soft state and then reshaped before cooling. Theromosets, on the other hand have not yet been polymerized before processing, and the chemical reaction takes place during the process, usually through heat, a catalyst, or pressure. It is important to remember this concept while studying the plastics manufacturing processes and polymers used. Injection molding is by far the most widely used process of forming thermoplastic materials. It is also one of the oldest. Currently injection molding accounts for 30% of all plastics resin consumption. Since raw material can be converted by a single procedure, injection molding is suitable for mass production of plastics articles and automated one-step production of complex geometries. In most cases, finishing is not necessary. Typical products include toys, automotive parts, household articles, and consumer electronics goods.Since injection molding has a number of interdependent variables, it is a process of considerable complexity. The success of the injection molding operation is dependent not only in the proper setup of the machine hydraulics, barrel temperature variations, and changes in material viscosity. Increasing shot-to-shot repeatability of machine variables helps produce parts with tighter tolerance, lowers the level of rejects, and increases product quality (i.e., appearance and serviceability).The principal objective of any molding operation is the manufacture of products: to a specific quality level, in the shortest time, and using repeatable and fully automatic cycle. Molders strive to reduce or eliminate rejected parts in molding production. For injection molding of high precision optical parts, or parts with a high added value such as appliance cases, the payoff of reduced rejects is high.A typical injection molding cycle or sequence consists of five phases;1. Injection or mold filling2. Packing or compression3. Holding 4. Cooling5. Part ejectionPlastic granules are fed into the hopper and through an in the injection cylinder where they are carried forward by the rotating screw. The rotation of the screw forces the granules under high pressure against the heated walls of the cylinder causing them to melt. As the pressure building up, the rotating screw is forced backward until enough plastic has accumulated to make the shot. The injection ram (or screw) forces molten plastic from the barrel, through the nozzle, sprue and runner system, and finally into the mold cavities. During injection, the mold cavity is filled volumetrically. When the plastic contacts the cold mold surfaces, it solidifies (freezes) rapidly to produce the skin layer. Since the core remains in the molten state, plastic follows through the core to complete mold filling. Typically, the cavity is filled to 95%98% during injection. Then the molding process is switched over to the packing phase.Even as the cavity is filled, the molten plastic begins to cool. Since the cooling plastic contracts or shrinks, it gives rise to defects such as sink marks, voids, and dimensional instabilities. To compensate for shrinkage, addition plastic is forced into the cavity. Once the cavity is packed, pressure applied to the melt prevents molten plastic inside the cavity from back flowing out through the gate. The pressure must be applied until the gate solidifies. The process can be divided into two steps (packing and holding) or may be encompassed in one step(holding or second stage). During packing, melt forced into the cavity by the packing pressure compensates for shrinkage. With holding, the pressure merely prevents back flow of the polymer malt.After the holding stage is completed, the cooling phase starts. During, the part is held in the mold for specified period. The duration of the cooling phase depends primarily on the material properties and the part thickness. Typically, the part temperature must cool below the materials ejection temperature. While cooling the part, the machine plasticates melt for the next cycle.The polymer is subjected to shearing action as well as the condition of the energy from the heater bands. Once the short is made, plastication ceases. This should occur immediately before the end of the cooling phase. Then the mold opens and the part is ejected. When polymers are fabricated into useful articles they are referred to as plastics, rubbers, and fibers. Some polymers, for example, cotton and wool, occur naturally, but the great majority of commercial products are synthetic in origin. A list of the names of the better known materials would include Bakelite, Dacron, Nylon, Celanese, Orlon, and Styron.Previous to 1930 the use of synthetic polymers was not widespread. However, they should not be classified as new materials for many of them were known in the latter half of the nineteenth century. The failure to develop them during this period was due, in part, to a lack of understanding of their properties, in particular, the problem of the structure of polymers was the subject of much fruitless controversy.Two events of the twentieth century catapulted polymers into a position of worldwide importance. The first of these was the successful commercial production of the plastic now known as Bakelite. Its industrial usefulness was demonstrated in1912 and in the next succeeding years. Today Bakelite is high on the list of important synthetic products. Before 1912 materials made from cellulose were available, but their manufacture never provided the incentive for new work in the polymer field such as occurred after the advent of Bakelite. The second event was concerned with fundamental studies of the nature polymers by Staudinger in Europe and by Carohers, who worked with the Du Pont company in Delaware. A greater part of the studies were made during the 1920s. Staudingers work was primarily fundamental. Carothers achievements led to the development of our present huge plastics industry by causing an awakening of interest in polymer chemistry, an interest which is still strongly apparent today. The Nature of ThermodynamicsThermodynamics is one of the most important areas of engineering science used to explain how most things work, why some things do not the way that they were intended, and why others things just cannot possibly work at all. It is a key part of the science engineers use to design automotive engines, heat pumps, rocket motors, power stations, gas turbines, air conditioners, super-conducting transmission lines, solar heating systems, etc. Thermodynamics centers about the notions of energy, the idea that energy is conserved is the first low of thermodynamics. It is starting point for the science of thermodynamics is entropy; entropy provides a means for determining if a process is possible.This idea is the basis for the second low of thermodynamics. It also provides the basis for an engineering analysis in which one calculates the maximum amount of useful that can be obtained from a given energy source, or the minimum amount of power input required to do a certain task.A clear understanding of the ideas of entropy is essential for one who needs to use thermodynamics in engineering analysis. Scientists are interested in using thermodynamics to predict and relate the properties of matter; engineers are interested in using this data, together with the basic ideas of energy conservation and entropy production, to analyze the behavior of complex technological systems.There is an example of the sort of system of interest to engineers, a large central power stations. In this particular plant the energy source is petroleum in one of several forms, or sometimes natural gas, and the plant is to convert as much of this energy as possible to electric energy and to send this energy down the transmission line.Simply expressed, the plant does this by boiling water and using the steam to turn a turbine which turns an electric generator.The simplest such power plants are able to convert only about 25 percent of the fuel energy to electric energy. But this particular plant converts approximately 40 percent; it has been ingeniously designed through careful application of the basic principles of thermodynamics to the hundreds of components in the system.The design engineers who made these calculations used data on the properties of steam developed by physical chemists who in turn used experimental measurements in concert with thermodynamics theory to develop the property data.Plants presently being studied could convert as much as 55 percent of the fuel energy to electric energy, if they indeed perform as predicted by thermodynamics analysis. The rule that the spontaneous flow of heat is always from hotter to cooler objects is a new physical idea. There is noting in the energy conservation principle or in any other law of nature that specifies for us the direction of heat flow. If energy were to flow spontaneously from a block of ice to a surrounding volume of water, this could occur in complete accord with energy conservation. But such a process never happens. This idea is the substance of the second law of thermodynamics.Clear, a refrigerator, which is a physical system used in kitchen refrigerators, freezers, and air-conditioning units must obey not only the first law (energy conservation) but the second law as well.To see why the second law is not violated by a refrigerator, we must be careful in our statement of law. The second law of thermodynamics says, in effect, that heat never flows spontaneously from a cooler to a hotter object.Or, alternatively, heat can flow from a cooler to a hotter object only as a result of work done by an external agency. We now see the distinction between an everyday spontaneous process, such as the flow of heat from the inside to the outside of a refrigerator.In the water-ice system, the exchange of energy takes place spontaneously and the flow of heat always proceeds from the water to the ice. The water gives up energy and becomes cooler while the ice receives energy and melts.In a refrigerator, on the other hand, the exchange of energy is not spontaneous. Work provided by an external agency is necessary to reverse the natural flow of heat and cool the interior at the expense of further heating the warmer surroundings. 译文:塑料注射成型许多不同的加工过程习惯于把塑料颗粒、粉末和液体转化成最终产品。塑料材料用模具成型,并且适合用多种方式成型。在大多数情况下,热塑性材料可以用许多方法成型,但热固性塑料需要用其他方法成型。对于热塑性材料有这种事实的认识,它常常被加热成为另一种柔软状态,然后在冷却以前成型。对于热固性塑料,换句话说,在它加工以前还没有形成聚合物,在化学反应加工过程中发生变化,如通过加热、催化剂或压力处理。记住这个概念在学习塑料加工过程和聚合物的形成是很重要的。塑料注射成型越来越广泛地运用于热塑性材料的成型工艺。它也是最古老的一种方式。突然间,塑料注射成型材料占所有成型材料消费的30%。塑料注射成型适合于大批量生产,当原材料被成单一的步骤转换成为塑料物品和单步自动化的复杂几何形状制品。在大多数情况下,对于这样的制品,精加工是不需要的。所生产的各种各样的产品包括:玩具、汽车配件、家用物品和电子消费物品。因为塑料注射模具有很多易变的相互影响,那是一种复杂的虚慎重考虑的加工过程。塑料注射模具设备的成功是不依赖于机器变化到恰当的步骤,只有淘汰了需要注射变化的机器,才会导致适应液压变化、料筒温度变化和材料黏度变化的机器的产生。增加机器重复注射的能力的变化可以帮助减少公差,降低次品等级和增加产品质量。对于任何模具注射设备的操作人员目的是制造产品,成为特等品、用最短的时间、用重复精度和全自动化生产作为周期。模塑人员在生产过程中总是想尽办法降低或消除不合格产品。对于塑料注射模具有高要求的光学制品,或者有高附加值的制品如:家用电器制品,它的利润大大降低。一种塑料注射模具的生产周期或顺序由五个阶段组成:注射或填充模具补料或压缩保压冷却局部注射塑料颗粒被投入料斗并且打开塑料注射料筒,在那里颗粒被旋转螺杆带动进入料筒。螺杆的旋转强迫塑料颗粒在高压下挤压料筒筒壁导致它变成熔体。随着压力的增加,旋转螺杆被迫后退直到有足够的塑料被注射成为储料。塑料螺杆强迫熔融的塑料从料筒流到喷嘴、主流道经浇注系统,最终进入模具型腔。当注射模具型腔容积被充满。当塑料接触冷的模具表面,它被固化以减少表层。当模具保持熔融状态,塑料沿着模芯充满整个模具。,利用率特别高,在注射时型腔被充满95%98%。接着成型过程进入补料阶段。当型腔被充满,熔融塑料便开始冷却。冷却塑料的收缩,就增加了诸如凹痕、孔洞和尺寸不稳定等制品缺陷的发生。为了补偿收缩,增加塑料压入型腔。当型腔被封裹,为防止的熔融状态塑料从型腔内流向出口,把压力应用于熔体。这种压力必须应用直到出口为固态。这种加工可分为两步(补料和保压)或可能包含成为一步(保压或第二阶段)。在补料时,熔体被补料压力收缩补偿压入型腔。在保压时,压力仅仅防止聚合物回流。在保压阶段完成以后,冷却阶段开始。在冷却时,是制品在型腔内保持需具体说明的一个阶段。在冷却持久的阶段主要依靠材料的特性和制品的收缩率。典型的,制品温度必须冷却到材料的注射温度。在冷却制品时,这种机器塑料熔体被冷却到下一个周期。聚合物是以剪切作用为主题的,如同加热圈获得能量一样。当注射开始,到塑料注射终止。聚合物会立刻出现在冷却阶段以前,直到模具打开和制品被注射。当聚合物被编制成有用的文章,它们被称为:塑料、橡胶和纤维。许多聚合物,例如棉花和羊毛来自自然,但是绝大多数商业的产品都是人造的,都来源于此。一系列众所周知的材料包括酚醛塑料,涤纶,尼龙,聚硅氧烷,有机玻璃,纤维素,聚丙乙烯和特氟隆。在1930年以前,商业用的聚合物没有广泛应用。然而它们本应该作为新材料在19世纪下半叶出名,却没有成功。在该期间,它们所以未能发展,部分原因是不了解它们的性质,特别是,聚合物结构曾是许多无结果争论的主题。二十世纪的两次事件使聚合物声名雀起,并且在世界范围内占据了很重要的地位。第一次是成功的商业塑料产品叫做酚醛塑料。它有用的工业价值在1912年表现得近乎疯狂,并且在以后许多年发挥着巨大的价值。今天,酚醛塑料仍然在一系列的人造的产品中占有一席之地。在1912年以前,由塑料制造的材料是有用的,但是那种材料的制造从未提供像发明了酚醛塑料以后,形成新聚合物的动力那样有价值。第二次事件与基础学科的自然聚合物有关,被欧洲的史涛丁格和美国的卡罗瑟夫发现,他们在特达华州的杜邦公司工作。一些重要的研究在20世纪20年代被开展,史涛丁格主要从事基础工作。卡罗瑟夫的成功导致了我们目前巨大塑料工业的发展,引起了对化学聚合物的关注,并且在今天仍然引起了强烈而明显的关注。热力学的性质热力学是工程科学最重要的领域之一。这门科学是用来解释大多数东西是如何做功的,有些东西为什么不按所预期的那样做功,另外一些东西又为什么根本不做功。热力学是工程师在设计汽车发动机、热泵、火箭发动机、发电站燃汽轮机、空气调节器、超导电输电线,太阳能加热系统等所用的科学知识的关键部分。热力学以能的各种概念为中心,能量守恒这一概念是热力学的第一定律。这是热力学以及工程分析的起点,热力学的第二个要领是熵;熵提供一种用以确定某一过程是否可行的手段。产生熵的过程是可行的,消灭熵的过程是不可行的,这个要领是热力学第二定律的基础。他还为一种工程分析奠定了基础,在这种工程分析中,人们可以算出从给定的能源中所能获得的有用功率的最大值,或算出做某种工作所能获得的有用功率的最小值。若要在工程分析中应用热力学,就必须对能和熵这些概念有一个清楚的了解。科学家关心的是利用这些数据,结合能量守恒及熵的产生这些基本概念来分析复杂系统性能。举一个工程师感兴趣的例子一个大型中心发电站。在该发电站,能源是某种形式的石油,有时是天然气;该发电站的作用是把燃料能尽可能地转化成电能,并把电能沿输电线输送出去。简单的说,该发电站的发电方式是:使水沸腾,利用蒸汽转动汽轮机,汽轮机再转动发电机。这类发电站中最简单的只能把大约25%的燃料转化成电能。但该发电站却能把大约40%的燃料转化成电能,这是因为该发电站是经过精心设计的结果,把热力学的基本原理仔细的用于该系统内的数百个零部件。进行这些计算的设计工程师,利用了由物理学家研究出来的有关蒸汽特性的数据;而物理学家则是利用实验测得的数据,结合热力学理论,研究出这种特性的数据的。目前在研究中的一些发电站,如果说的确按热力学分析所预测的那样工作,可以将多达55%的燃料能转化成电能。热始终是自发的从较热的物体流向较冷的物体,这一规律是一种新的物理概念。在能量守恒原理中或其他任何一种自然规律中,没有给我们规定热的方向。如果能量能自发的从冰块流向周围的水中,这可能和能量的守恒完全一致,但这一过程决不发生。这一概念是热力学第二定律的实质。很明显,冷冻机是一种物理系统,用于厨房的电冰箱、冷场库和空调装置,它不仅必须遵从第一定律(能量守恒)也必须遵从第二定律。为了弄清冷冻机为什么没有违背第二定律,必须对这一定律加以说明,热力学第二定律实质上是说:热不会自发地从较冷的物体流向较热的物体。换句话说,热之所以能从较冷的物体流向较热的物体,是外界力量做功的结果,现在我们弄清了某一日常的自然过程。如水和冰之间的热流动和冷冻机热从里面向外面流动之间的区别。在水、冰系统中,能量的交换是自发产生的,因而热的流动是水流向冰。水放出了能量从而变冷,而冰吸收热量从而融化。另一方面,在冷冻机中,能量交换不是自发产生的,而需要改变热的流动方向,并通过进一步加热较暖的周围环境而使冷冻机内部变冷,就必须依靠外力做功。I 塑料线卡模具设计 II 摘 要 从塑料材料的性能分析,根据塑件的基本形状和尺寸入手,合理选择注射 的成型方法。通过对塑件工艺性的分析和对模具生产条件及制造水平的掌握, 制定出成形工艺卡。在制定出成形工艺卡以后,开始进行模具的结构设计。其 中模具的结构设计过程包括:型腔的数目和位置的确定,模具的总体结构形式 设计,动模及定模成形零件尺寸的确定,浇注系统形式及尺寸的确定,脱模方 式的确定,调温及排气系统的确定,模架的选择待以上各步凑完成以后,便开 始绘制模具的结构草图,根据具体尺寸校核注射模具及注射机的有关尺寸,并 对工艺参数进行核定和计算。之后进行初步的审查对所存在的问题进行确定和 修正,然后绘制模具总装配图,按装配图绘制成型零件及所有需要加工的零件 工作图,同时考虑零件的加工工艺。 关键字:成型工艺,结构设计,试模。 II Abstract From the plastic material performance analysis, according to models a basic shape and the size obtain, reasonably selects the injection to take shape the method. Though to models a technological analysis and to the mold working condition and manufacture level grasping, formulates the formed craft card. In formulates after the formed craft card, starts to carry on the mold the structural design. Mold structural design process includes. The cavity number and the position determination, the mold overall structural style design, moves the mold and decides the mold forming components size the determination ,pours the system and the size determination, the drawing of patterns mode determination after, adjusts warm and the exchaust gas completes, then starts to draw up the mold the structure schematic diagram, according to the specific size examination injection mold and the injection computer related size, and carries on the checking and the computation to the craft parameter. Carries on the determination and the revision afterward, then the plan mold assembly drawing, takes shape the components and all needs to process, simultaneously considers the components the processing craft. Key word: takes shape the craft, the structural design. 目 录 摘 要 I 1 绪 论 1 1 课题背景发展。 1 2 成型工艺编制 .2 2.1 塑件的工艺性分析 2 2.1.1 塑件原材料分析 2 2.1.2 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析 2 2.1.3 计算塑件的体积和质量 3 2.1.4 型腔数目的确定 3 2.1.5 塑件注射工艺参数的确定 5 2.2 分型面的选择 6 2.3 确定型腔的排列方式 7 2.4 普通浇注系统的设计 7 2.4.1 主流道的设计 8 2.4.3 冷料穴的设计 .11 2.5 抽芯机构设计 11 2.5.1 抽芯距的确定 .12 2.5.2 抽芯力的确定 12 2.6 成型零件的结构设计 16 2.6.1 型腔的结构设计 .16 2.6.2 型芯和凸模的结构设计 .16 3.模具的设计计算 .17 3.1 型芯和型腔工作尺寸的计算 17 3.1.1 成形零件的工作尺寸 17 3.1.2 型腔侧壁的厚度和底版厚度的计算 19 3.2 脱模机构设计 21 3.2.1 推出机构的选择 .21 3.2.2 脱模力的计算 .21 3.2.2 推杆稳定性计算 .23 3.2.3 斜楔块的设计 .25 3.3 复位机构设计 25 3.4 模具加热和冷却系统的计算 26 3.4.1 模具温度对塑料制品的影响 26 3.4.2 模具温度对成型周期的影响 .26 3.5 模架设计 28 3.5.1 组成模架的主要零件 .29 3.5.2 注射模标准模架的选用 .30 3.6 注射机有关参数的校核 33 3.7 试模 37 3.7.1 装模 .37 3.7.2 试模 .38 参考文献: 41 致 谢 42 外文翻译 43 原文: 43 Injection Molding43 The Nature of Thermodynamics .46 译文: 48 塑料注射成型 .48 热力学的性质 .50 1 绪 论 模具是现代工业的重要工业装备。随着工业生产的飞速发展,新产品的不 断涌现,对模具的设计与制造速度、加工质量,提出了更高的要求。及要求以 最短的周期、最低的成本完成这一工装准备工作,以加速新产品投产及产品质 量的更新换代,提高经济效率及竞争力。 随着改革开发的不断深入,中国模具工业发展十分迅速,中国模具工业的 技术水平取得了长足的进步。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越多 的要求,巨大的市场需求推动这中国模具工业的更快 1 课题的发展背景 随着塑料制品在日用产品,工业产品等各个领域的广泛应用。80 年代以来, 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,年均增速均为 13%至 2002 年我国模具总产值约为 360 亿元,其 中塑料模约 30%左右。在未来的模具市场中,塑料模在模具总量中的比例还将 逐步提高。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。成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、 镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。 在制造技术方面, CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家用电器的企业为代表, 陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统。这些系统和软件的引进,虽花费了大量 资金,但在我国模具行业中,实现了 CAD/CAM 的集成,并能支持 CAE 技术对成 型过程,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具 CAD/CAM 技术的 发展。近年来,我国自主开发的塑料模 CAD/CAM 系统有了很大发展,开发了具 有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等的应用软件,为进一 步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件。 据有关方面预测,模具市场的总 体趋势是平稳向上的,在未来的模具市场中,塑料模具发展速度将高于其它模 具,在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展,对塑料模具 提出越来越高的要求是正常的,因此,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的 发展将高于总量发展速度。同时,由于近年来进口模具中,精密、大型、复杂、 长寿命模具占多数,所以,从减少进口、提高国产化率角度出发,这类高档模 具在市场上的份额也 2 逐步增大。建筑业的快速发展,使各种异型材挤出模具、PVC 塑料管材接头模 具成为模具市场新的经济增长点。 2 成型工艺编制 2.1 塑件的工艺性分析 2.1.1 塑件原材料分析 塑料的材料采用苯乙烯丁二烯丙烯腈(ABS) ,属通用性热塑性材料。 其基本成形特性: (1)非结晶型塑料,吸湿性强,要充分干燥。 (2)流动性中等。 (3)宜采用高料温、高模温、较高压力注射。 (4)模具浇注系统对料的流阻力小,应注意选择浇口的位置和形式。脱模 斜度取 2以上。 从使用性能看,该塑料具有刚度好,成形收缩率小(通常 0.3-0.8)比 热容低,在料筒中塑化效率高,在模具中凝固较快,成形周期短;但吸水性较 大,成形前必须充分干燥,可在柱塞式或螺杆式卧式注射机上成形。ABS 的容 重为 。3/07.13cmg 2.1.2 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析 1结构分析 从零件图分析,该零件总体结构为环形,在宽度方向的一侧 有两个高度为 24mm,宽为 5.2mm,并且中间有小孔的凸台,另一侧有一个半径 为 19mm,厚度为 9mm,中间有小孔的圆形凸台与环形主体结构相接。因此, 模 具设计时必须设置侧向抽芯机构,该零件属中等复杂程度。 2尺寸精度分析 查表得 ABS 塑料的一般精度为 4 级,对于塑件的外部 形状尺寸按一般精度分析,对于小孔(按高精度 3 级分析:该零,100 件的重 要尺寸为 16mm, 次要尺寸: 3 09.235 ,100 04. ,155 062. ,77.5 38.0 ,1040.50,1100.50。 有由以上分析可见,该零件的尺寸精度中等偏上,对应的模具相关零件的尺 寸加工可以保证。 从塑件厚来看,最大处为 0.25mm,最小处为 5.2mm,最大处壁厚呈均匀现状, 经过突出部分后过渡到最小壁厚 5.2mm,总的来讲塑件较均匀,有利于零件成型。 3表面质量分析 对于 ABS 塑料,流动性中等采用高温高压注射,浇注系 统对于料流阻力小,能够达到中等以上表面粗糙度要求,而该零件没有特别的 表面质量要求,故比较容易成型。 2.1.3 计算塑件的体积和质量 设其塑件通孔直径为 5mm,则: 9)5.29()6.102()5.24(1)5.710(22 V 即 3307.94.9cm 塑件质量 : gv80.14.1 计算塑件质量是为了选用注射机及型腔数。 2.1.4 型腔数目的确定 影响型腔数目的重要因素有如下四个:(由资料 3,P362 得) 1注射机的锁模力 设注射机的锁模力 F(N)为 1000N;型腔内熔体的平均压力 Pc(Mpa),一般 为 2540M pa,低黏度取低值,高黏度取大值,对于 ABS 塑料取 30Mpa;又因 为每个塑料制品在分型面上的投影面积 Amm2为 4935mm2(A=21x235=4935mm 2) 流道和浇口在分型面上的投影面 Bmm ,通过多型腔统计分析 B 为(0.2-0.5) , 通常取 B=0.35A,则最大型腔的数目为:ABPFnC)(1 4 (注:实际的锁模力应小于名义锁模力为保险起见取 0.8F) 故 AP Fnc35.1)80(4935.0120. 2注射机的注射量 设注射机的公称注射量为 G(cm 3),单个制品的体积 V(cm3),流道口的体 积为 C(cm3),则最大的型腔数目为:VCGn2 生产过程中每次实际注射量为公称注射量的(0.450.75)倍,现取 0.6G 进行计算。同样流道口和浇道口的总体积是未知量,取 C=0.6V,故 取70.2.1397506.2 Gn 2n 3制品精度 根据经验,在模具中每增加一个型腔,制品的尺寸精度要降低 4%。该制品 中能决定制品精度的一个典型尺寸 Lz(mm),该尺寸公差为 x,采用单型腔时, 该制品能达到的尺寸公差为 %,对无定型材料 ABS 取 =(0.050.07) ,则 最大型腔数目为: 1)02.1(3 ZzLxn)( 2465zLX 由于该制品有两个通孔具有精度要求,对于高精度制品,通常取 n3=4 4经济性考虑 设计划生产的制品总量为 N,模具的型腔数目为 n4,则模具的费用为 ,C1为制造每一个模具所需的费用,C 0为模具费用中与型腔数目无)(40n 关的部分,注射机每小时的生产费用为 Y 元,注射周期为 t(s),若忽略准备时 间和试模时原料费用,则总的成型加工费用(元)为: 5 1404)26(CntYNX 若使用的成形加工费用 X 最小,即令 ,则解上式有:04nd3604tYNn 从以上讨论可以看到,模具的型腔数目必须取 n1,n2,n3的最小值,其中 n4 仅供参考。但综合考虑注射机的成本较高和塑件的经济性,取 n=2 从计算结果,并根据塑料注射机的技术规格选用,采用 XS-ZY-1000 注射 机,一模两腔生产塑件 2.1.5 塑件注射工艺参数的确定 参考工厂实际情况,增强 ABS 成型的工艺参数可做如下选择:成型温度 150- -200;注射压力 60-100Mpa。 2 注射模的结构设计 注射原理;将塑料粉粒,通过注射机螺杆旋转漏入一定温度的料筒内,在 90100C,的温度下变成粘稠状态。开动注射活塞,则熔融状态的塑料即以高 压、高速通过喷嘴注入,充满模具型腔,待保压固化后,形成和型腔相仿的制 品零件。 注射模的组成:一般由成型零件、浇注系统、分型和抽芯机构、导向零件、 推出机构、加热和冷却装置、排气系统及支承与紧固零件组成,因此它的结构 比较复杂。 2.2 分型面的选择 模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触表面成为分型面。分型面的选 择在注射模设计中有相当重要的地位。分型面的选择合理与否直接影响到模具 的结构复杂程度及塑件的质量。分型面选用的原则; 应有利于塑件的脱模与取出; 6 应有利于嵌件的安装; 应有利于模具零件的加工; 应有利于模具结构的简单及便于操作; 应有利于塑件的质量及精度要求; 应有利于保证塑件的表面质量; 应有利于预防飞边及溢料的产生; 应有利于排气以确保质量及成型; 应有利于制品的成型及模具的制造。 由于塑件质量比较大主体结构都位于一个分型面上,故采用单分型面;但 塑件多出了一个凸台部分以及一个环形部分,都有精度要求用单分型面难以保 证,综合考虑采用双分型面设计。 2.3 确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模两件,即模具具有两个型腔.综合考虑浇注系统模 具的结构形式采用对称设计,这样设计料流长度较短,可以保证孔的尺寸精度,但 是侧向分型抽芯机构较困难,增大了模具的结构复杂程度。 注射模的浇注系统是指熔体从注射机的喷嘴开始到型腔为止流动的通道。 其作用是:将熔体平稳的引入型腔,使之按要求填充型腔的每一个角落;使型 腔内的气体顺利的排除;在熔体填充型腔和凝固的过程中,能充分把压力传到 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。 可见,浇注系统十分重要。浇注系统的设计正确与否是注射成型能否顺利 进行,能否得到高质量制品的关键。 浇注系统分为普通浇注系统和热流道浇注系统两类。 对于线卡制品,只需采用普通浇注系统就能达到精度要求。 7 2.4 普通浇注系统的设计 普通浇注系统设计应遵循的原则: 深入了解塑件的工艺特性,分析浇注系统对塑料熔体流动的影响,以及 在填充、保压、补缩和倒流各阶段中型腔内塑料的温度、压力变化情况,以便 设计出适合塑料工艺特性的理想的浇注系统,保证塑料制品的质量。 应根据塑料制品的结构形状、尺寸、壁厚和技术要求,确定浇注系统的 结构形式、浇口的数量和位置。对此,必须注意如下问题: 熔体流动方向应避免冲击细小型芯和嵌件变形和位移。 当大型塑料制品需要采用多浇口进料时,应考虑由于浇口收缩等原因引起 制品变形问题,采取必要措施以防止或消除。 当对塑料制品外表面有美观要求时,浇口不应开设在对外观有严重影响的 表面上,而应开设在次要隐蔽处,并做到浇口的去除和休整方便。 浇注系统应能引导熔体顺利而平稳地充满型腔的各个角落,使型腔内的气 体顺利排除。 在保证型腔良好排气制品质量的前提下,尽量减少熔体流程和拐弯,以减 少熔体压力和热量损失,保证必要的充填型腔的压力和速度,缩短充填型腔时 间。 另外,浇注系统的位置应尽量与模具的轴线对称,对于浇注系统中可能产 生的质量问题的部位,应备有修正的余地。 浇注系统在分型面的投影面积尽量小。浇注系统与型腔的布置应尽量减少模具尺寸, 以节约模具材料 2.4.1 主流道的设计 8 图 1 主流道是从注射机喷嘴与模具接触的部位开始到分流道为止的一段通道。 主流道的形状和尺寸(见图 1) 名 称 符号 尺寸计算方法 主流道小端直 径 d md85.07)5.0(1 式中 注射机喷嘴直径 主流道锥角 ,取为 32 球面配合高度 H 按具体情况选择,一般为 ,取为83m5 主流道球面半径 R m201)3(1 式中 注射机喷嘴球面半径R 9 主流道长度 L 应尽量缩短,一般不超过 60mm,取为 40 主流道与分流道通 过的圆角 r 按具体情况选择,一般为 ,去mr31 为 2mm 主流道大端直径 D tgtgLd9.240282 取 D=12mm 式中 d主流道小端直径(mm) L主流道的长度(mm) 主流道锥角(C) 此外,还必须设置主流道衬套,否则在模班接触面可能溢料,致使主流道 凝料难以取出。 2.4.2 分流道的设计 分流道是指主流道与浇口(进料口)之间的一段通道。 分流道一般采用圆形或梯形截面,其作用是通过流道截面及方向的变化, 使熔料能平稳地转换流向注入型腔。 在设计时,分流道应平衡布置,特别是对于多型腔模具,应尽量使其布置 均衡,使熔料几乎能同时到达每个型腔进料口, 。并且,其分流道的截面积应为 各进料口截面积之和,各分流道的截面积和长度应与塑件相适应,即大塑件取 大截面短流道,小塑件取小截面长流道。以保证成形不同形状和质量的塑件诸 型腔同时充满。 由于制品尺寸较大且采用双型腔模,故需采用分流道设计。 1. 分流道的截面形状和尺寸 热塑性塑料宜采用圆形塑料分流,查表得塑料 ABS 分流道的推荐尺寸为直 径 ,根据分流道常用系列尺寸选取 d=8mm。m5.984 2. 分流道的布置 10 在多型腔注射摸中,要求各型腔成型的制品表面和内部性能差异不大,这 就必须保证各型腔在成型制品时工艺条件相同。为此,分流道的布置形式应能 达到如下要求: 从主流道来的熔体能均衡到达各浇口并同时充满各个型腔,分流道的布置 取决于型腔的布局。型腔和分流道的排列有平衡式和非平衡式为佳。这种布局 能做到各分流道的长度、截面形状和尺寸都相同,各个型腔同时均衡的进料, 同时充满型腔。 分流道尺寸确定(见图 2) 图 2 名称 符号 尺寸计算方法 分流道长度 L按具体尺寸确定,不宜过长或过短,一 般为: DL)5.21(取m80 式中 D主流道大端直径 )(,但 L 应大于 分流道锥角 1一般取 11 32,对于大型塑件 h可取大一点,1 可取小一点以利于增大分流道截面, 使料问下降缓慢,减少注射压力损失 故取 21 分流道与浇口过 渡圆角 1r,取为 1.5mr 分流道大端宽度 bDb)12( 126)( 取 0 D主流道大端直径(mm) , 分流道小端宽度 1b按塑件形状选择, 取 mb62 2.4.3 冷料穴的设计 冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷头及熔体流动的前锋冷料, 以防止冷料进入型腔而影响塑件质量。 冷料穴设计在主流道的末端,即主流道正对面的动模上,直径梢大于主流 道的直径,以利于冷料的流入。 2.5 抽芯机构设计 当塑件侧面有凸、凹及侧孔时,为一次成型,则模具一般应设计有侧型抽 芯机构。抽芯机构的动力来源可分为手动、机动、气动或液压三大类。这里拟 采用机动侧向分型抽芯机构。 机动侧向分型抽芯的方法是开模时依靠注射机的开模力,通过传动零件, 将侧型芯抽出。机动抽芯具有较大的抽芯力,抽芯距大、生产率高、操作简便 等优点,生产中广泛采用。机动抽芯机构传动方式分为下列几种: (1) 斜导柱分型与抽芯 12 (2) 斜滑块分型与抽芯机构 (3) 齿轮齿条机构 (4) 其他形式抽芯机构 2.5.1 抽芯距的确定 抽芯距是指侧型芯从成型位置抽到不妨碍制品取出的位置时,侧型芯在拔 模力方向所移动的距离。抽芯距一般应大于制品的侧孔深度或凸台高度的 23cm,制品上带有侧孔,其深度为 h ,由资料 1,表 540 中式子计算得,此 时抽芯距为 mhS)32(抽 按上式计算还会妨碍制品的脱模时,需要根据制品的结构尺寸来定。对于 滑块合模,滑块的抽芯距为 mrRS 5.13)2(41)32(22 抽 式中 R制品最大外形半径,单位 ;m r阻碍制品推出外形最小半径,单位 ;)( 抽芯距,单位 ;抽S)( 2.5.2 抽芯力的确定 1. 抽芯力的概念 塑料制品在冷凝时收缩对型芯产生包紧力,抽芯机构所需的抽模力,必须 克服包紧力所引起的抽模阻力及机械滑动的摩擦力,才能把活动型芯抽拔出来。 对于不带通孔的壳体制品,抽拔时还需克服表面大气压造成的阻力。在抽拔过 程中,开始抽拔的瞬时使制品与侧型芯脱离所需的抽拔力称为起始抽芯力,以 后为了使侧型芯不妨碍制品推出时的位置,所需拔模力成为相继抽芯力,前者 比后者大。因此,计算抽芯力时,应以起始抽芯力为准。 2. 影响抽芯力的因素 13 影响抽芯力的因素很多,其中主要有以下几个方面: (1)侧型芯成形部分的表面积及其几何形状。型芯成形表面越大,越复杂, 其包紧力也越大,所需抽芯力也越大,矩形截面的型芯比圆形截面的包紧力大, 所需抽芯力也越大;由曲线或折线所形成的表面,则包紧力越大,抽芯力也越 大, 塑料的收缩率。 (2) 塑料的收缩率越大,对型芯的包紧力也越大,所需抽芯力也越大, 同样收缩率的情况下,硬质塑料比软质塑料所需的抽芯力大。 (3)制品的厚度。包容面积相同,形状相似的制品,薄壁制品的收缩率小, 抽芯力也小,反之,厚薄壁制品抽芯力大。 (4)塑料对型芯的摩擦系数。塑料对型芯的摩擦系数与塑料特性、型芯的脱 模斜度、型芯表面的粗糙度、润 滑条件及型芯表面加工纹向有关, 摩擦系数越大,抽芯力也越大。 (5)在制品同一侧面同时抽 芯的数量。在制品同一侧面有两 个以上型芯,采用抽芯机构同时 抽芯时,由于制品孔、间距间的 收缩率越大,所以抽芯力也越大。 (6)成型工艺主要参数。注 射压力、保压时间、冷却时间对 抽芯力影响较大。当注射压力小, 保压时间短时,抽芯力较小;冷 却时间长、制品收缩率基本完成,包紧力也越大。 图 3 所以抽芯力也越大。 3. 抽芯力的计算 由于成型小,端直径为 20 mm,孔深为 21mm,锥度为 2,孔壁厚为 3.5mm, 斜销的安装锥度为 =20,由由图 3 和资料 3,P403 公式计算得 导 柱斜 模 抽 芯 滑 块 14 (1)成型通孔型芯所需抽拔力 mtgtghr36.121212 rcp 8.).(5.0)(5.022246183Acpb mtrcp0.5.12 属于厚壁制品 厚壁制品的计算系数 37.01sinco4.01sinco1 fkf 4.cs8.32cs2cs k NkhEblQfc 3721cos)04.1( .02.5.4.cos)1( 3 真空吸力 NAbb 5.32.0. 抽拔力 bc .4.7 式中 E塑料的拉伸弹性模量(Mpa) 塑料的平均成形收缩率 塑料的泊松比 型芯的脱模斜度 E塑料的拉伸弹性模量(Mpa) h型芯的脱模方向高度(mm) 15 l,b矩形型芯断面两端的长度(mm) 脱模斜度的修正系数,其计算公式为fk sinco1fkf f制品与钢表面的静摩擦因素 厚壁制品的计算系数,其计算式为k cs2sk 比例系数, = t r cp 型芯的平均高度(mm),cpr t制品的壁厚 (3)最小开模行程 H mS231 H=Sctg=23 ctg20=63mm (4) 斜销的直径 取钢零件之间的摩擦系数 f=0.1,斜导柱采用 T8A 制 造, pb=140Mpa,弯曲作用力由下式得 NtgftgfQN 39502cos)1.02.1(345cos)21(2 斜导柱有效长度为 mSinil .6704 取 Nldpb .2)1.67395()10( 3134 查表取斜销直径为 md0 (5) 斜销的长度计算 mStgDllL 135)05(sinco24321 抽 16 2.6 成型零件的结构设计 2.6.1 型腔的结构设计 型腔又叫凹模,它是成型塑料制品外表面的凹状零件(包括零件的内腔和 实体两部分组成) 。它的结构决定于塑料制品的成型需要和加工与装配的工艺要 求,通常可分为整体式和组合式两大类。 由于塑件凸出一块,属于不规则的塑件,宜采用组合式型腔。将塑件分为 两部分加工,这样型腔该善了加工性,减少了热处理变形,节约了模具贵重钢 材。但结构复杂装配调整较困难,塑料制品表面可能留有镶拼式痕迹,组合后 型腔牢固性较差。 由于凸起部分尺寸较小,只需采用局部镶嵌式组合 型腔即可,将多余部位镶件单独制成,然后嵌入模体, 镶块拟采用焊接方式连接。 2.6.2 型芯和凸模的结构设计 一 凸模或型芯 采用整体式型芯,由于该塑件主体结构成环形,可 采用自动型芯,只需将型芯局部嵌入固定,然后用足够 强度的螺钉进行固定,其牢固性较好。 二 小型芯 图 4 小型芯又称成型杆,它是指成型塑料制品上较小孔或槽的零件。 对于塑件中的通孔,拟采用如图 4 的成型方法。把它的一端固定,另一端 导向支撑的型芯来成型,这样型芯的强度及刚度较好,从而保证孔的质量;如 在 A 处产生圆形飞边,也较易去处。 17 3.模具的设计计算 3.1 型芯和型腔工作尺寸的计算 查资料 4,表 644 得 ABS 塑料的一般精度为 4 级,按精度等级再查表得 各主要尺寸公差为 09.235 , 100 04. ,155 0. ,77.5 8 ,1040.50,1100.50。查查资料 4,表 645 得 ABS 塑料的收缩率为 Smax=0.8%,Smin=0.3%,故平均收缩率为 ,考虑到工厂模具的制造条件及现有的模具制造水平,%5.2minaxcpS 制造模具公差取为 。4z 3.1.1 成形零件的工作尺寸 (根据资料 4,P309 的公式) (1)凹模径向尺 zcpsmSL043 =245 09. mm,S 故 =245+24510 5105 - 4 39. 0.41mL =245.62 25.0 mm (2)凹模的深度 对塑件尺寸 =100 04. mm,SH0zXspsm =100+1001 5. - 4.3 2 4.031 18 =100.26 26.0 mm (3)凸模(型芯)的径向尺寸 对塑件尺寸 =155mm,sl 043zcpsmSll =155+1551 5. + 62 0.41 =156.32 06. mm (4)凸模(型芯)高度 对塑件尺寸 hs=77.5 38.0 mm, 02zcpsmSh =77.5+77.51 5. + 38. 0.1 =78.18 013. (5)型芯中心距 对塑件尺寸 =1040.50mm, 1100.50mm,1SC2sC 1=0.50 mm , 2=0.50mm, 又 z=4=0.125mm, 2)(zcpsSmC 19 =(104+104 10 5. ) 2 .1mC =104.57 0.063mm =(110+110 10 5. ) 2 .2m =110.61 0.063mm 3.1.2 型腔侧壁的厚度和底版厚度的计算 1下凹模镶块型腔侧壁的厚度和底版厚度的计算 根据图 5 和资料 1,P579 所选择的公式 (1)下凹模镶块型腔侧壁的厚度计算 下凹模镶块型腔为组合式圆形凹模 根据组合式圆形凹模侧壁的计算公式 t=r( P2-1) 根据组合式圆形凹模底版的计算公式 t= 2.1pr 20 图 5 t型腔侧壁的厚度(mm); t型腔底版厚度(mm); r型腔内半径(mm); P型腔内熔融塑料压力(Mpa),对于 ABS 塑料为 34.3 Mpa; 许用应力(Mpa),45 钢 =160 Mpa,一般模具钢 =200Mpa; 带入数据得 mt 03.25.41605.7 t= .732.2 =39.46mm 故下凹模镶块型腔侧壁的厚度 t=25mm 故下凹模镶块型腔底版的厚度 t=40mm 21 3.2 脱模机构设计 推出机构的作用是排出留在型腔内或型芯上的制品。推出机构又称脱模机 构。对于推出机构应尽量使塑料制品留在动模上;保证塑料制品不变形不损坏; 保证制品外观良好;结构可靠。 3.2.1 推出机构的选择 考虑到线卡的整体结构和实际生产效率,故设计采用推杆推出机构。由于 线卡没有特殊精度要求,这样只需进行一次动作就能推出塑件,生产效率较高 适宜大批量生产。 一 推杆的形状和尺寸 因制品的几何形状及型腔、型芯结构不同,所以设置在型腔、型芯上的推 杆截面形状也不禁相同。在整体式型腔或有镶 件设置推杆时采用圆形最方便,且截面为圆 形截面最小,应力集中较小,适宜一次脱模。 二 推杆的固定形式 拟采用如图 6 所示的螺钉紧固推杆。通 过螺钉连接模板,在通过螺钉固定支承板。 3.2.2 脱模力的计算 图 6 脱模力是从动模一侧主型芯上脱出制 品所需施加的外力,它包括型芯包紧力、 真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。包紧力是指制品在冷却过程中, 因体积收缩而产生的对型芯的包紧力。真空 吸力是指封闭的壳类制品在脱 模时与型芯之间形成真空,与大气压压差产生的阻力。粘附力是指脱模时,制 品表面与模具钢材表面之间所产生的吸附力。 脱模力是注射模脱模机构设计的重要依据。但脱模力的计算与测量十分复 22 杂,对于任意形状的壳类制品只能将其简化为圆筒形或矩形进行近似计算。 脱模力 eQ由两部分组成,即 be 式中 c制品对型芯包紧的脱模阻力(N) ; bQ使封闭壳体脱模需克服的真空吸力(N) , bbAQ1.0,这 里 0.1 的单位为 Mpa, bA 为型芯的横截面积 )(2m 。 由资料 3,P403 的具体参数和公式进行计算 由于 mtrcp1035.27 为厚壁制品 对于厚壁圆筒制品 取型芯脱模斜度为 ,1 塑料的平均成形收缩率 , %7.0 塑料的拉伸弹性模量(Mpa) , MpaE3198.sinco1fkf 1si45.02. cos2cosk 23 1cos.321cos57. cos)1(KhErQfcpc 1cos)57.2301(425.0986.4 N43 又 真空吸力 NAb5.4931.0. 抽拔力 QbC2743 3.2.3 推杆稳定性计算 注射模细长推杆破损是常见的事故,除了工作端面的破损直接影响到制品 的质量外,推杆柱体的变形甚至弯折的断裂还会损伤模具。 一 保持推杆稳定性临界计算 成形过程中推杆柱体的变形甚至断裂现象,属于细长杆稳定性计算。割据 资料 3,P414 得到,保持稳定性临界计算式为 2)(l EJPj)160(5.3.4.32N185 其中 64 J4.3m 式中 jP保持压杆稳定的推杆顶端处临界压力(N) ; E压杆钢材的弹性模量, Mpa 510.2 ; l压杆的长度 )(m; J压杆截面的轴惯性矩 )(4; 24 压杆的长度系数,取决于压杆的约束条件; 二 推出零件尺寸的确定 推出零件在推出制品时,要承受脱模阻力,因此对其尺寸应校核。 推杆直径的选择和校核 推杆推出制品时应有足够的稳定性,根据压杆稳定公式推导,推杆的直径 计算公式为 412)(nEQlkde4152)0.3976(m9.5 查资料 2,表 2.6 选择 md6 推杆直径确定后,还应进行强度校核 seednQ24 带入数据 2614.3 97e Mpa0. 故强度足够,满足要求。 推件板的厚度 查表根据模架确定的尺寸 mB148, L0,按 19847.46/TGB,选取 推板的厚度为 H25。 推件板固定板的选择 根据 mB148, L0,选取 H25 25 3.2.4 斜楔块的设计 一 斜楔块的形式 在制品注射成型模具过程中,侧型芯的抽芯方向受到塑料较大的推力作用, 这个力通过滑块传给斜导柱,而一般斜导柱为细长杆件,受力后容易变形。因 此必须设置斜楔块,以压紧滑块,以滑块不致产生位移,从而保护斜导柱和保 证制品精度。 根据实际情况选用如图的固定形式,这样制造和调整都较方便,容易装配。 3.3 复位机构设计 复位机构的作用是使推出机构回到它的非工作位置。这里选择复位杆作为 此 图 7 模具的复位机构,它结构简单,推出制品可靠,使用方便效率高。要保证复位 杆件有足够的强度,需要选择较大直径和较短的长度。因此,选择 md12作 为直径,选择从支承板到分型面作为其长度。它的固定方式如图 7 所示。 26 3.4 模具加热和冷却系统的计算 对于热塑性塑料的成型,模具温度对塑料制品的质量和生产效率影响很大。 3.4.1 模具温度对塑料制品的影响 模具温度及其波动对制品的收缩率、变形、尺寸稳定性、机械强度、应力 开裂和表面质量等均有影响。模具温度过低,熔体流动性差,制品轮廓不清晰, 甚至充不满型腔或成型熔接痕,制品表面不光泽,缺陷多,机械强度低。对于 热塑性塑料注射成型时,在模温过低,充模速度又不高的情况下,制品内应力 增大,易引起翘曲变形和应力开裂,尤其是黏度大的工程塑料。模温过高,成 型收缩率大,脱模和脱模后制品变形大,并且易造成溢料和黏模。对于温差过 大,制品收缩不均匀,导致制品的形状及尺寸精度。因此,为保证制品质量, 模具温度必须适当、稳定、均匀。 3.4.2 模具温度对成型周期的影响 缩短成型周期就是提高成型效率。对于注射成型,注射时间约占成型周期 的 5%,冷却时间约占 80%,推出(脱模)时间约占 15%。可见,缩短成型周期 关键在于缩短冷却硬化时间,而缩短冷却时间,可通过调节塑料和模具温差。 因而在保证制品的质量和成型工艺顺利的前提下,减低模具温度有利于缩短冷 却时间,提高生产率。 综上所述,模具温度对塑料成型和制品的质量及生产率是致关重要的。塑 料模是塑料成型必不可少的工艺装备,又是热交换器。在成型过程中,就应保 持输入热和输出热平衡。为此,必须设置模具温度调节系统,对模具进行加热 和冷却,以调节模具温度。 1加热装置设计 对于常用热塑性塑料注射成型模温,查表得 ABS 塑料为 5080,故对模具 不需进行加热。 2. 冷却装置设计 为防止塑料脱模变形,缩短成型周期,一般注射模都应设计冷却系统装置, 27 以控制模温。其方法是在型腔及型芯等部位,合理地设置冷却管水路,通过调 节冷水流量及流速控制温度。 冷却介质质量发的计算 塑料注射模冷却时所需要的冷却水质量(体积)可按 )(6021tChmnVp 式中 V所需冷却水的体积,m 3/min; m=包括浇注系统在内的每次注入模具的塑料质量; n每小时注射的次数; 冷却水在使用状态下的密度,kg/m 3 ; c p冷却水的比热容,J/kg C; t1冷却水出口的温度,C; t2冷却水入口的温度,C; h从熔融状态的塑料进入型腔时的温度到塑料冷却脱模温度为止,塑料所发 出的热焓量,J/kg; 查资料 3,表 9.81 得 ABS 在凝固时所放出的热焓量为 326.76396.48h/(kJ kg 1) ; 查资料 3,表 9.83 得 ABS 热比容 1047 J/kgC; 查资料 3,表 9.84 得 ABS 塑料的初始温度为 190240C,取为 200C; 又因为模具均匀冷却的温差较小,一般制品温差应控制在 5C 以下,精密成型 模具应控制在 2C 左右。故取 ;Ct521 把相关数据带入上式得 51047.6hmnV 28 51047.6382min .3 ; 查表得冷却流道的稳定湍流速度为 ,流量为 ,流道sm1. min104.73 直径为 。 12 3.5 模架设计 塑料注射模模架已经标准和系列化了,因此设计时只需根据塑件的结构和尺寸 标 图 8 准直接选用即可。其设计如图 8 所示。 塑料模的模架包括动模(或下模)坐板、定模(或上模)坐板、动模(或下模) 板、定模(或上模)板、支承板、垫板等。 注 射 模 支 承 零 件 的 典 型1-定 模 座 板 ; 2-定 模 板 ; 3-动 模 板 ;4支 承 板 , 5垫 块 ; 6动 模 座 板 ;7推 板 ; 推 板 固 定 板 29 3.5.1 组成模架的主要零件 一 动模座板和定模座板 它是动模和定模的基座,也是固定式塑料模或成型设备连接的模板。应具有 足够的强度和刚度。 二 动模板和定模板 它的作用是固定凸模或型芯、型腔、导柱、导套等零件,所示又称为固定板。 对于移动式压缩模,开模力作用在固定板上,因而固定板应有足够的强度和刚 度。为了保证型腔、型芯等零件固定稳固,固定板应有足够的厚度。 三 支承板 支承板是垫在固定板背面的模板。它的作用是防止型芯或凸模、型腔、导柱、 导套等零件的脱出,增强这些零件的稳固性并承受型芯和型腔等传递而来的成 型压力。 四 垫块 垫块的作用是使动模支承板与动模座板之间形成用于推出机构运动的空间, 或调节模具高度以适应成型设备上模具安装空间对模具高度的要求。 3.5.2 注射模标准模架的选用 一 应选择的关键参数 选择模架的关键是确定型腔模板的周界尺寸 )(宽长 和厚度,要确定周界尺 寸就要确定型腔到模板边缘之间的壁厚。 1 型腔壁厚 S 的确定 根据经验数据,当型腔压力 (注射) ,型腔侧壁厚度Mpa49 ,)(1720.mLS 30 注:型腔为整体式, ml10,表中值需乘以 9.085. 故 )(720.LS)(17245.m6 取 2. 支承模厚度 h 的确定 根据经验数据,当 mB102时, Lb,则 bh)13.02.( 注:当压力 时,取表中数值乘以 。MpaP2935.12 型腔中 ABS 塑料的平均压力为 Mpa93.4 故 5.13.025.1.0LhL m.76 取 h 二 模架的选择步骤 1.确定模架的组合形式 模架的组合形式如图 9 所示, 2. 确定型腔壁厚 取 mS70 3. 计算型腔模板的周界尺寸 31 图 9 型腔模板的长度 SAL 型腔模板的宽度 BtN 式中 L型腔模板的长度; N型腔模板的宽度; S壁厚; A型腔长度; B型腔宽度; t=型腔间壁厚,一般壁厚 S 尺寸的 3 1 或 4 故 ASL70245m8BtN201 4.模板周界尺寸 由以上步骤计算出大致尺寸,再查表选取标准尺寸, ,mB250 。一般像较大的尺寸休整以便安装其他零部件。mL40 5. 确定模架尺寸 32 型腔深度根据,查资料 1,表 5-48 选取: 定模板选择 ,250mBL4, mH32; 动模板选择 ,, 40; 动模支承板选择 ,250, ; 活动板选择 ,mBL4, mH130; 查资料 1,表 5-50 选取 推板选择 ,480, 25; 查资料 1,表 5-51 选取 垫块选择 ,50mBL35, mH80; 3.6 注射机有关参数的校核 一 最大注射量的校核 为了保证正常的注射成型,注射机的最大注射量应稍大于制品的体积(包 括流道及浇口凝料和飞边) 。通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大注射 量的 80%以内。当注射机最大注射量以最大注射容积标定时,为保证正常的注 射成型,注射机的最大注射容积应等于或大于所需塑料容积,即 、| 式中 1K注射机最大注射量的利用系数,一般取 ;8.01K ZV注射机最大注射量(公称容积) , 3cm; 1所需塑料的容积(包括流道及浇口凝料和飞边) , 3c。 故 380.0cmKZ 因塑料的体积与压缩率有关,所以所需塑料体积为 33 MSVK1 式中 S塑料的压缩率,查表取 0.2SK M塑料制品的体积(包括流道及浇口凝料和飞边) , 3cm。 由于塑件的体积为 139.07 3cm,根据经验数据,浇注系统体积约为307.196.c ,故 )07.196.07.192(. V36.7c 满足要求 二 质量校核 当注射机的最大注射量以最大质量标定时,则应将最大注射容积换算为最大 注射质量,其值为 ZsZVpW 式中 注射机的最大注射质量(公称质量) , g; sp在料筒温度和压力下熔融塑料的密度, 3cm; ZV注射机的最大注射容积, 3c; 而 sscp 式中 s塑料制品在常温下的密度, 3cm g ;c 在料筒温度下塑料体积膨胀的校正系数(未考虑压力的影响) ,对非结晶塑 料 ABS , 93.0。 因此,当注射机的最大注射量以最大注射质量标定时,按下式校核 MZWK1 34 式中 MW制品的总质量 , (包括流道及浇口凝料和飞边) , g。 而 smVpw 故 gKZ 08.79610.938.1 M.6.720.mV1 满足要求 三 注射压力校核 注射压力校核的目的是校验注射机的最大注射压力能否满足塑料成型制品 成型的需要,为此,注射机的最大注射压力应稍大于塑料制品成型所需的注射 压力。 zjp 式中 j注射机的最大注射压力, Mpa; zp塑料制品成型所需的注射压力, ,它由注射机类型、喷嘴形式、 塑料流动性、浇注系统及型腔的流动阻力等因素确定,一般 Mpapz106。 由于 Mpaj12 故 zj 满足要求 四 锁模力的校核 当熔体充满型腔时,注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿 分型面胀开,为此,注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑料制品及浇 注系统在分型面上的投影面积之和的乘积。而型腔内塑料经过注射机的喷嘴和 模具的浇注系统后,其压力损失较大。故 35 fqSApF 式中 型腔内熔体压力, Mpa; S注射机的公称锁模力, N;fA 塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积之和, 2m。 型腔内熔体平均压力,对于中等粘度和有精度要求的 ABS 制品,取Mpaq3.4 KNAf 1692035.491. 46 KNFS450 故 fqp 满足要求 五 模具高度与注射机闭合高度关系校核 模具的闭合高度应在注射机的最大闭合高度和最小闭合高度之间,即 maxminHinH 最小闭合高度, ;max 最大闭合高度, ; 模具的闭合高度, m; mHm 362102840320 查表得 7ax, Hmin 故 axmin 满足要求 六 开模行程校核 36 注射机的开模行程应大于脱模取出塑件所需的开模距离,对于双分型面 )105(21maxaHS a 注射机的最大开模行程(移动模板行程) , m;1H 塑料制品推出距离, m; 2 制品高度(包括浇注系统高度) , ;a 取出浇注系统凝料所需的定模座板与中间分离的距离, m; 查表得 mS70ax, 经验根据 H251, 0, ma1623 , mS295)10(05max 满足要求 3.7 试模 模具装配完成以后交付生产以前,应进行试模,试模的目的有二;其一是 检查模具在制造上存在的缺陷,并查明原因加以解除,另外还可以对模具设计 的合理性评定并对成形工艺条件进行探索,这将有益于模具水平和成形工艺水 平的提高,对热塑性注射模具的试模,一般按下列顺序: 3.7.1 装模 一 装模前的检查 塑料注射模具在安装到塑料注射机以前,应按设计图纸对模具进行检查, 发现问题即排除,减少安装过程的反复。对模具的固定和活动部分进行分析检 查时,应注意模具上的方向记号,以免合拢时混淆。 37 二 模具的安装 固定塑料模具应尽量采用整体安装,吊装时要注意安全。当模具的定位台 肩装入注射机的定位孔以后,以极慢的合模速度,用动模板的定位孔后,以极 慢的合模速度,用动模板将模具压紧。再撤去吊模具用的螺钉,并把模具固定 在注射机的启动模板上。如果用压板固定时,上压板后通过螺钉的调整,使压 板与模具的安装面平行,并拧紧固定,压摸板的数量一般为 48 块,视模具的 大小来选择, 三模具的调整 (1)主要指模具的开模距离,顶出距离和锁磨力等的调整。开模距离与制品 的高度有关,一般开模距离大于制品高度 5mm10 mm,使制品能自由脱落。顶出 距离的调整主要是对注射机的顶出杆长度的调整。调节时,启动设备开启模具, 使动模板达到停止位置后,调节注射机的顶出杆长度,使模具上的顶板和顶出 杆之间的距离不小于 5mm,以免顶坏模具。 (2)锁模力的调整 锁模力的大小对防止制品溢边和保证型腔适当的排气 非常重要。对有锁模力显示的设备,可根据制品的物料性质、形状和复杂程度、 流长比的大小等选择合适的锁模力进行试模;但对无锁模力显示的设备,主要 以目测和经验调整。如对液压柱塞肘节式锁模机构,在合模时肘节先快后慢, 对需要加热的模具,应在模具加热到所须温度后,在校正合模的松紧程度。 (3)其他当以上工作结束后,要对模具的冷却系统、加热系统及其他液压或 电机分型模具接通电源。 3.7.2 试模 一 物料塑化程度的判断 在正式开机试模前,要根据制品所选用的原料和推荐的工艺温度对注射机 料筒、喷嘴进行加热。由于它们大小、形状、壁厚不同;设备上热电偶极检测 精度和温度仪表的精度不同。因此,温度控制的误差也不一样。一般是先选择 制品的物料常规工艺温度进行加热,再根据设备的具体条件进行调试。常用的 判断物料的温度是否合适的办法是将料筒、喷嘴和浇口主流道脱开;用低压、 低速注射,使料流从喷嘴慢慢流出。观察料流情况,如果没有气泡、银丝、变 色,且料流光滑、明亮即认为料筒和喷嘴的温度合适,便可开机试模。 38 二 试模注射压力、注射时间、注射温度的调整 开始注射时,对注射压力、注射时间、注射温度的调整顺序为:先选择较 低的注射压力、较低温度和较长的时间进行注射成型。如果制品充不满,要提 高注射压力。当提高注射压力较大,仍然效果不好时,才考虑变动注射时间和 温度。注射时间增加后,等于使塑料在料筒内时间延长,提高塑化程度。这样 再注射几次,如果仍然无法充满型腔,再考虑提高料筒的温度。对料筒温度的 提高要逐渐提高,不要一次提高太多,以免使物料过热。同时,料筒温度提高 需经过一段时间才能达到料筒内外温度一致。根据设备的大小和热装置的不同, 所须加热时间也不同。一般中小设备需 15min 左右,最好达
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