755 底座注射模设计【全套13张CAD图+文献翻译+说明书】
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课题任务书指导教师学生姓名课题名称 底座注塑模设计内容及任务设计内容:根据所给的题目及原始数据,设计出一套注塑模。内容包括:该塑料零件注射成型方案设计;模具结构设计;非标模具零件设计;成型零件制造工艺编制。设计原始数据如下:1、Pro/E零件图,AUTOCAD图,实物2、塑件尺寸公差按SJ1372-78,4级(参见塑料模设计资料一,表6-6),孔类尺寸为正公差,轴类尺寸为负公差3、角度公差0.54、塑胶件表面光亮无划伤痕迹5、生产批量为大批大量。6、底座三维实物图 设计任务:学生在指导教师指导下独立完成给定的注塑模设计任务,进行调查研究,选定合理的设计方案,进行必要的试验、测试和研究工作,正确绘制工程设计图纸,编写符合要求的设计说明书,翻译与题目有关的外文资料。学生在设计工作中,应综合运用多学科的理论、知识与技能,分析与解决给定的工程设计问题。要力争做到设计内容的科学性、设计思想的新颖性、设计表述的规范性和设计过程的综合性。拟达到的要求或技术指标1设计总要求:(1)、尽量选用标准模架。(2)、保证规定的生产率和高质量的塑胶制品的同时,力求模具成本低、寿命长。(3)、设计的塑料模必须保证操作维护安全、方便,与注射机能够匹配。(4)、在能够生产出性能、特性、质量符合要求的前提下,尽量降低制品后加工成本。(5)、便于搬运、安装、紧固到注射机上,并且方便、可靠。(6)、保证模具强度前提下,注意外形美观,各部分比例协调。2、设计图纸模具总装图一张、动、定模板、凸模、凹模、定位圈、浇口套、型芯等所有非标准零件图及电子文件(即*.doc/*.dwg/*.prt/*.asm文件,其中至少要有一张1号以上计算机绘图);至少有折合1号图幅以上的图纸用手工绘制。图幅总量不少于3张零号图纸。3、设计说明书(要求不少于1.2万字,35页以上)(1)、资料数据充分,并标明数据出处。(2)、计算过程详细、完全。(3)、公式的字母含义应标明,有时还应标注公式的出处。(4)、内容条理清楚,按步骤书写。(5)、说明书要求用计算机打印出来。(6)其他要求:写出不少于400字的中文摘要;至少翻译一篇本专业外文文献(10000个以上印刷符号),并附译文;查阅到10篇以上与题目相关的文献。4、整个设计资料包括:全套图纸、设计计算说明书、设计任务书、设计笔记、毕业实习及毕业设计体会。5、自选两个重要模具成型零件,编制加工工艺过程卡。6、编制模塑成型工艺卡。进度安排起止日期工作内容备注第1-4周第5周第6周第7周第8-11周第12周第13-14周第15-16周第17-18周1、毕业设计调研;2、熟悉设计任务书的具体内容,准备相关的参考资料; 3、完成塑料件的设计及绘图工作;4、确定模具的设计方案;5、绘制模具装配图及零件图6、编制模具的装配工艺及主要零件的加工工艺7、编制模具成型零件加工工艺过程卡;编制型腔的数控加工程序;编制模塑成型工艺卡8、写设计说明书,翻译英文资料,做好毕业答辩的准备工作。9、毕业答辩主要参考资料1、国家标准总局编。塑料模国家标准 中国标准出版社,19992、陈万林编著塑料模具设计与制作教程北京希望电子出版社,20003、黄健求编模具制造 机械工业出版社,20014、黄毅宏编模具制造工艺学机械工业出版社,19965、王孝培编塑料成型工艺及模具简明手册机械工业出版社,20006、陈晓华、王秀英编典型零件模具图册机械工业出版社,20017、翁其金编 塑料模塑工艺与塑料模设计机械工业出版社,19998、塑料模具技术手册编委会 塑料模具技术手册机械工业出版社,19979、孙凤勤编 冲压与塑压设备机械工业出版社,199710、黄锐编 塑料工程手册机械工业出版社,200011、屈华昌编 塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社,199512、甄瑞麟编模具制造工艺学清华大学出版社,2005教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日开题报告 题目学生姓名班级学号专业一、研究现状: 注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法 ,世界上注塑模的产量约占塑料成型模具总产量的 50 %以上。塑料制品之所以能够在各行各业得到大规模的应用,是由于他们本身具有一系列特点。塑料相对于金属,密度小,但是比强度高,绝缘性能优良,具有非常优良的抗化学腐蚀性。在机械、化工汽车、航空航天等领域,塑料已经大规模的取代来了金属。目前塑料制件几乎在工业、日常生活的各个领域里无处不在。塑料作为一种新的工程材料,发展势头极其迅猛,跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大材料之列。它仍在不断的开发与应用,并随着成型工艺的不断成熟与发展,大大促进了塑料成型模具的开发与制造。我国塑料模具的发展随着塑料工业的发展而发展,在我国,起步较晚,但发展很快,特别是近几年,无论在质量、技术和制造能力上都有很大的发展,取得了很大成绩,但与国民经济发展需求和世界先进水平相比,差距仍很大,一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口,目前,我国模具工业的当务之急是加快技术进步,调整产品结构,增加高档模具的比重,质中求效益,提高模具的国产化程度,减少对进口模具的依赖。本课题为底座注塑模具设计,模具作为一种高附加值和技术密集型产品,其技术水平的高低已经是衡量一个国家制作业水平高低的重要标志之一,而本题的研究将涉及一些二维及三维软件软件的应用,如运用AutoCad、Pro/E等相关软件进行模具设计,为 了节省模具材料及加工的方便性,该底座设计一个大型芯及四个小型芯。通过EMX4.1加载标准模架,让自己对标准模架有了初步的了解,为以后工作打下良好的基础。同时本次毕业设计还有工艺方案分析、成型零部件的设计,因此通过本次设计将对我所学的知识(如模具制造工艺学、塑料成型工艺与模具制造学等)巩固及灵活运用所学知识来解决解决实际问题有着深远的意义。二、要研究或解决的问题、拟采用的方法或技术路线这次设计的任务是设计制造底座的一副模具,并绘出模具装配图、模具零件图以及编写设计说明书。首先我们需要知道模具在加工中的作用和设计的基本要求。模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。在生产实际中,模具的作用在于保证塑件的质量、提高生产率和降低成本等。为此除了采用行之有效的工艺手段、进行正确的模具设计及选择合理的模具结构之外,还必须满足以下几个要求:制造精度高 操作性能良好 使用寿命长 制造周期短 模具成本低。对于本次设计的底座,它的材料是pc,属于热塑性塑料制件,根据塑件的生产数量和质量要求,确定采用注射成型,因为pc材料的流动性不好,及塑料质量属性分析超过200g,所以采用螺杆式注射机,这也是本设计中需要重点分析的地方。再有对模具结构和注射机的选择也是重点。在模具零件的结构设计上,也需要注意很多细小而不可忽视的问题。具体的设计思路及工作方法:1. 接受任务书及收集资料和阅读文献;2. 书写开题报告;3. 工艺方案设计分析:塑料成型工艺分析、拟定模具结构形式(因塑件体积较大,塑料流动性不好所以采用一模一腔)4. 成型设备的选用及参数校核:采用螺杆式注射机5. 浇注系统设计:制件中间带有比主流道直径大的孔,所以采用轮辐式浇口,既能保证在圆周上进料的流速相对均匀,又易于消除浇口凝料。6. 成型零件系统设计:凸凹模的设计,型芯的设计7. 脱模机构设计:采用推杆推出8. 模温调节与冷却系统设计;9. 总体结构设计及总装图绘制10. 重要零部件图纸设计;11、编写毕业设计说明书。三、设计 (论文研究) 任务完成的阶段内容及时间安排。第一阶段 3月 5 日至3月15日,资料收集,阅读文献,完成开题报告 第二阶段 3月16日至4月20日,工艺方案确定、注塑工艺CAE分析、模具结构设计和计算第三阶段 4月21日至5月15日,完成所有图纸的绘制第四阶段 5月16日至5月25日,完成设计说明书的撰写第五阶段 5月26 日至6月5日,完成图纸和说明书的修改,答辩的准备和毕业答辩四、课题的参考文献资料:1、国家标准总局编。塑料模国家标准 中国标准出版社,19992、陈万林编著塑料模具设计与制作教程北京希望电子出版社,20003、黄健求编模具制造 机械工业出版社,20014、黄毅宏、李明辉编模具制造工艺学机械工业出版社,19965、王孝培编塑料成型工艺及模具简明手册机械工业出版社,20006、陈晓华、王秀英编典型零件模具图册机械工业出版社,20017、叶久群、王群编 塑料塑工艺与塑料模设计机械工业出版社,19998、塑料模具技术手册编委会 塑料模具技术手册机械工业出版社,19979、孙凤勤编 冲压与塑压设备机械工业出版社,199710、黄锐编 塑料工程手册机械工业出版社,200011、屈华昌编 塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社,199512、伍先明 张蓉塑料模具设计指导第二版 国防工业出版社,2010 指导教师(签名): 年 月 日 底座注射模设计 摘 要对塑料底座注射模结构采用中心浇口进料,采用一模一腔的模具结构, 材料采用流动性能差的PC塑料,通过对塑件的分析,注射机的选定,浇注系统的设计,成型零件的设计计算,脱模推出机构的设计,以及冷却系统的设计和导向地位机构的设计,给出了生产底座的一个实际参考设计生产流程。通过本设计,可以对注塑模具有一个初步的认识,注意到设计中的某些细节问题,了解模具结构及其工作原理;为以后从事本行业打下了良好的理论基础。此次设计的过程中查阅了大量的模具设计资料,通过模具的设计与应用,同原有的设计方法相比,模具的应用提升了产品的质量,模具整体设计的思路和要求符合现代设计潮流和未来的发展方向。关键词: PC;一模一腔;中心浇口;模具设计ABSTRACTTo plastics base injection mould structure adopts center gate; Selected a mould for four cavity die structure, and selected the medium flow not well PC plastic for filling mold, improve the design compact and practical efficiency; PC Based on the analysis of the plastic parts, injection machine selection of the design of the shunt way, Lord, molding parts design calculation of mechanism design, stripping out, and the cooling system design and guide mechanism design, status are given a production of plastics base actual reference design of the production process.The mould cognition having a first step by the fact that design, can produce plastic articles by injection moulding face to face , pay attention to knowing mould structure and their operating principle to some detail problem in designing that,; Be to be engaged in our industry hereafter having laid down fine rationale. I have consulted massive materials of the plastic mold design and manufacture in this design process .Through the design and application of the mold ,the processing technology ,compared with previous technology ,which increase the quality of the product. The overall design mentality and request conform to the modern design tidal and development direction of the future.Keywords: pc; plastics base; center gate; mold design.目 录1 塑件成型工艺性分析11.1 塑件的分析11.2 PC工程塑料的性能分析11.2.1基本性能11.2.2 PC的主要性能指标21.3 PC的注射成型过程及其工艺参数21.3.1注射成型过程21.3.2 注射工艺参数32 拟定模具的结构形式和初选注射机42.1 分型面位置的确定42.2 型腔数量和排列方式的确定42.3 注射机型号的确定42.3.1 注射量的计算42.3.2 浇注系统凝料提及的初步估算52.3.3 选择注射机52.3.4 注射机的相关参数的校核63 浇注系统的设计73.1浇注系统的设计原则73.2主流道的设计83.2.1主流道设计要点83.2.2 主流道尺寸的确定93.2.3 主流道的凝料体积93.2.4 主流道当量半径93.2.5 主流道浇口套的形式93.3 分流道的设计103.3.1 分流道的布置形式103.3.2 分流道的长度103.3.3 分流道的当量直径103.3.4 分流道的截面形状103.3.5 分流道界面尺寸103.3.6 凝料体积113.3.7 校核剪切速率113.3.8 分流道的表面粗糙度和脱模斜度123.4. 浇口的设计123.4.1轮辐式浇口尺寸的确定123.4.2 轮辐式浇口剪切速率的校核133.5 校核主流道的剪切速率133.6 冷料穴的设计134.成型零件的结构设计及计算144.1.成型零件的结构设计144.2.成型零件钢材的选用154.3 成型零件工作尺寸的计算154.3.1 凹模径向尺寸的计算164.3.2凹模深度尺寸的计算164.3.3动模凸凹模尺寸的计算174.3.4大型芯尺寸的计算194.3.5 小型芯尺寸的计算204.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算214.1.1凹模侧壁厚度的计算215.脱模推出机构的设计225.1 脱模力的计算225.2. 推出方式的确定235.2.1 推杆材料235.2.2 推杆的安装245.2.3 校核推出应力246.模架的确定256.1 各模板厚度尺寸的确定256.2 计算并选择模架型号256.3 模架尺寸的校核267.排气槽的设计278.冷却系统的设计288.1 冷却介质288.2 冷却系统的计算288.2.1 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W288.2.2 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量288.2.3 计算冷却水的体积流量288.2.4 确定冷却水路的直径298.2.5 冷却水在管内的流速298.2.6 求冷却管壁与水交界的膜转热系数298.2.7 计算冷却水道的导热总面积A298.2.8 模具上应开设的冷却水道的孔数n298.2.9 冷却水道的布置309.导向与定位机构的设计319.1 导柱导向机构3110.模具零件的选材3210.1.1 模具材料选用原则3210.1.2 模具材料选用要求3210.2 注塑模具常用材料3210.2.1 塑料模具成型零件的选材3210.2.3 推出机构零件的选材3310.2.4浇注系统零件3310.2.5 其它零件的选材3411零件的加工工艺过程3511.1小型芯制造工艺过程:3511.2型腔制造工艺过程3511.设计小结38参考文献391 塑件成型工艺性分析1.1 塑件的分析(1)外形尺寸 该塑件壁厚较厚,平均壁厚约为30mm,结构较简单,对称度好,只需做几个型芯即可,塑件为热塑性塑料,流动性差,适于螺杆式注射机注射成型。 (2) 精度等级 该塑件重要尺寸和次重要尺寸精度等级均为MT4,由以上分析可见该零件的尺寸精度中等,对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。 (3) 脱模斜度 pc的成型性能良好,成型收缩率较小,其脱模斜度根据参考文献1中表2-19可知型腔的脱模斜度在,型芯的在,pc的流动性差,为使注射充型流畅,选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为。 1.2 PC工程塑料的性能分析 1.2.1基本性能PC聚碳酸酯无色透明,耐热,抗冲击阻燃,在普通使用温度内都有良好的机械性能。冲击强度高,尺寸稳定性好,着色性好,电绝缘蚀性、耐腐性、耐磨性好,但自润滑性差,有应力开裂倾向,高温易水解,与其它树脂相溶性差。适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件,阻燃,在普通使用温度内都有良好的机械性能。成形特性: 无定形料,热稳定性好,成型温度范围宽,流动性差。吸湿小,但对水敏感,须经干燥处理,成型收缩率小,易发生熔融开裂和应力集中,故应严格控制成形条件,塑件须经退火处理。 1熔融温度高,粘度高,大于200g的塑件宜采用螺杆式注射机。2流动性差,溢边料0.06m左右。3冷却速度快,模具浇注系统以短、粗为原则,宜设冷料穴,浇口宜取大。4料湿过低会造成缺料,塑件无光泽,料温过高易溢边,塑件起泡。模温低时收缩率、抗冲击强度高,抗弯、抗压强度低,模温超过时塑件冷却慢,易变形粘模。 图1 塑件图 1.2.2 PC的主要性能指标表1 PC的主要技术指标技术指标PC技术指标PC密度比体积吸水率熔点硬度冲击韧度1.20g/cm30.83 cm3/g 0.090.15% (24h)22025011.4HB无缺口 不断有缺口 55.890 k / Jm2热变形温度抗拉屈服强度拉伸强度模量弯曲强度击穿电压体积电阻率132141(0.45MPa)132138(1.82MPa)72MPa1440MPa113MPa1722KV/mm3.06 1.3 PC的注射成型过程及其工艺参数 1.3.1注射成型过程 (1)成型前准备。对PC的色泽、粒度和均匀度等进行检验,成型前必须预干燥,水分含量应低于0.02%,微量水份在高温下加工会使制品产生白浊色泽,银丝和气泡。常用方法是循环鼓风干燥,温度控制是120,时间812h以上。 (2)注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后,由模具的浇注系统进入模具的型腔成型,其过程分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 (3)塑件的后处理(退火)。退火处理的方法为红外线灯、烘箱,处理温度为100130,处理时间为2h8h。1.3.2 注射工艺参数(1)注射机:螺杆式,螺杆转速为30r/min.。(2)料筒温度t/:前段210240;中段230280;后段240285。(3)模具温度t/:90110;(4)注射压力(p/Mpa):80130;(5)成型时间(s):高压时间 05S注射时间 2090 S 冷却时间 2090 S 总周期 40190 S2 拟定模具的结构形式和初选注射机2.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析,分型面应选在塑件截面积最大,且有利于开模,其位置如图2所示。图2 分型面的选择2.2 型腔数量和排列方式的确定 (1)型腔数量的确定 由于该塑件精度要求中等,塑件尺寸较大,塑料流动性差,结构高度对称,为了便于顺利充型,初步选用一模一腔。 (2)模具结构形式的初步确定 由以上分析可知,本模具设计是一模一腔,根据塑件结构形状,推出机构初选推件板推出或是推出杆推出方式。浇注系统设计时,因为塑件中间带有比主流道直径大的孔,所以为了进料均匀,采用平衡式流道和轮辐式浇口。因此,定模部分不需要单独开设分型面取出凝料,动模部分需要添加型芯固定板、支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用大水口(或带推件板)的单分型面注射模。2.3 注射机型号的确定 2.3.1 注射量的计算 通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图4所示。图3 塑件质量属性 塑件体积: 塑件质量:=1.21745.4=2094.4g (1)式中,可根据参考文献3表9-6取为1.20。 2.3.2 浇注系统凝料提及的初步估算由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值,但是可以根据经验按照塑件提及的0.2倍1倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短,因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算。故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积(即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和)为: =1.311745.4=2269 (2) 2.3.3 选择注射机根据以上计算得出在一次注射过程中,注入模具型腔的塑料的总体积为=57.6,由参考文献2式4-18,=/0.8=2269/0.8=2836。根据以上的计算,查参考文献3中表13-1,初步选定公称注射量为3000,注射机型号为XZY-3000的螺杆式注射机,其主要技术参数见表2。表2注射机主要技术参数技术指标参数技术指标参数理论注射量螺杆柱塞直径/mm注射压力注射时间s塑化能力锁模力/KN喷嘴口直径/mm3000g/cm31201153.8806308拉杆内向距/mm 移模行程/mm最大模具厚度/mm最小模具厚度/mm锁模形式模具定位孔直径/mm喷嘴球半径/mm9008001120680400充压式25025 2.3.4 注射机的相关参数的校核(1) 注射压力校核 查参考文献4可知,PC所需注射压力为80MPa130MPa,这里取=90MPa,该注射机的公称注射压力P公=130 MPa,注射压力安全系数k1=1.251.4,这里取k1=1.3,则:k1 P0=1.390=117 MPaP公 注射机注射压力符合要求。(2) 锁模力校核。 塑件在分型面上的投影面积= (3) 浇注系统在分型面上的投影面积,即浇道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积的数值,可以按照多型腔模具的统计分心来确定。是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2倍0.5倍。由于本设计的流道较简单,分流道相对较短,因此流道凝料投影面积可以相应取小一些,这里取=0.2。 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积,则有 =n(+)=n(+0.2)=11.2=268.5 (4) 模具型腔内的胀型力,则 =268.540=1074.1kN (5)式中,是型腔的平均计算压力值。是模具型腔内的压力,通常取注射压力的20%50%,大致范围在25MPa40MPa。对于黏度较大的精度较高的塑件制品应取较大值。ABS属于中等黏度塑料切精度要求不高,故将取为40MPa。由表1 可知注射机的公称锁模力是=630kN,锁模力安全系数=1.11.2这里取=1.2,则取=1.2=1.21074.1=1289kN所以注射机锁模力满足要求。对于其它安装尺寸的校核要等到模架选定,结构尺寸确定后方可进行。3 浇注系统的设计3.1浇注系统的设计原则所谓注射模的浇注系统,是塑料熔体从注射机喷嘴射出后达到型腔之前在模具内流经的通道。其主要作用是使塑料熔体平稳而有序地充填到型腔中,以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。浇注系统设计原则为:(1)重点考虑型腔布局。(2)热量及压力损失要小,为此浇注系统流程应尽可能短,截面尺寸应尽可能弯折尽量少,表面粗糙度要低。(3)均衡进料,即分流道尽可能采用平衡式布置。(4)塑料耗量要少,满足各型腔充满的前提下,浇注系统容积尽量小,以减少塑料耗量。(5)消除冷料,浇注系统应能收集温度较低的“冷料”。(6)排气良好。(7)防止塑件出现缺陷,避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力。(8)保证塑件外观质量。(9)较高的生产效率。该底座的注塑模具采用普通流道浇注系统,它包括:主流道、分流道、冷料井、浇口。为了满足塑件外观质量要求, 进料浇口开设在塑件的中间孔的圆环里。为了降低塑料熔体的压力和减少热量损失,流道应尽量短,同时为方便塑件的脱模, 应使开模时塑件滞留于动模一侧, 然后借助开模力驱动顶出装置将塑件推出。因为塑件的体积较大,对称度高,且中间带有比主流道直径大的孔,故该模具可以采用轮辐式浇口。 图4.浇注系统示意图3.2主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形,以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和冲模时间。另外,由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。 3.2.1主流道设计要点(1)为了防止浇口套与注射机喷嘴对接处溢料,主流道与喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑,其球面半径应比注射机喷嘴头球面半径大12mm,主流道小端直径应比注射机喷嘴直径大0.51mm,以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。(2)为了减小对塑料熔体的阻力及顺利脱出主流道凝料,浇口套内壁表面粗糙度应加工到Ra0.8m。(3)主流道的圆锥角大小应适当,通常取=24,对流动性差的塑料可取3-6 (4)在模具结构允许的情况下,主流道应尽可能短,一般小于60mm,过长则会影响容体的顺利充型。 3.2.2 主流道尺寸的确定 (1) 主流道的长度 一般由模具结构确定,结合所选模架本次设计中初取55mm进行计算。 (2) 主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+(0.51)mm= 9mm (3) 主流道大端直径 D=d+2= 13.2mm式中 3取D=13mm (4) 主流道球面直径 SR=注射机喷嘴球半径+(12)mm=25+1=26mm (5) 球面的配合高度 h=5mm 3.2.3 主流道的凝料体积 (6)=80(+6.54.5)3.14/3=7222=7.2 3.2.4 主流道当量半径mm (7) 3.2.5 主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小断入口与注射机喷嘴反复接触,易磨损。对材料的要求较严格,因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体,但是考虑到上述因素通常依然将其分开来设计,以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。本设计浇口套采用碳素工具钢T10A,热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。如图5所示。定位圈的结构由总装图来确定。 图5 主流道交口套的结构设计 3.3 分流道的设计 3.3.1 分流道的布置形式为尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低,同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡,因此采用平衡式分流道,如图6所示。图6 分流道布置形式 3.3.2 分流道的长度根据四个型腔的结构设计,分流道长度适中,如图6所示。 3.3.3 分流道的当量直径 流过分流道塑料的质量: (8) 3.3.4 分流道的截面形状 本流道采用梯形截面,其加工工艺好,切塑料熔体的热量散失、流动阻力不大。 3.3.5 分流道界面尺寸设梯形的上底宽度为B=11mm(为了便于选择刀具),底面圆角的半径R=1mm,梯形的高度取H=2B/3=7mm,设下底宽度为b,梯形面积应满足 (9)代入数值b=7.17,考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素,取b=9mm,通过计算梯形斜度,脱模斜度足够。 图7 分流道截面形状与尺寸 3.3.6 凝料体积 (1) 分流道的长度为(96-1.5)2=186mm. (10) (2) 分流道截面积 (11) (3) 凝料体积 18670=13020=13.02 (12) 考虑到圆弧的影响取12 3.3.7 校核剪切速率(1)确定注射时间:由参考文献3表13-1,可取t=3.8s。(2)计算单边分流道体积流量: 231 (13)(3)由参考文献3(式2-22)可得剪切速率 (14)该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道德最佳剪切速率在 之间,所以,分流道内熔体的剪切速率合格。 3.3.8 分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低,一般取其粗糙度为Ra 1.25m2.5m即可,此处取Ra 1.6m。另外其脱模斜度一般在5 10之间,通过上述计算脱模斜度为8.12,脱模斜度足够。 3.4. 浇口的设计浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短通道,它是浇注系统最关键的部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的主要作用:(1)型腔充满后,熔体在浇口处首先凝结,防止其倒流;(2)易于切除浇口尾料;(3)对于多型腔模具,用以控制熔接痕的位置。浇口截面积通常为分流道截面积的0.070.09倍,浇口截面积形状多为矩形和圆形两种,浇口长度约为0.52mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定,取其下限值,然后在试模时逐步修正。注射模的浇口结构形式较多,不同类型的浇口其尺寸、特点及应用情况各不相同。按浇口的特征可分为限制浇口和非限制浇口,按浇口的形状可分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口及薄片式浇口;按浇口的特性可分为点浇式浇口、护耳浇口;按浇口所在的位置可分为中心浇口和侧浇口等。同时,浇口开设的位置对制品的质量影响也很大,在确定浇口位置时,应注意以下几点:(1)浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。(2)浇口应设在制品壁厚较厚的部位,以利于补缩。(3)浇口位置选择有利于型腔中气体的排除。(4)浇口位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。对于圆筒类制品,采用中心浇口比侧浇口好。(5)对于带细长型芯的模具,宜采用中心顶部进料方式,以避免型芯受冲击变形。(6)浇口应设在不影响制品外观的部位。(7)不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口。为了让塑件进料均匀,易去除浇口凝料,且该塑件中间有一个比主流道直径大很多的孔,所以可以采用轮辐式浇口。3.4.1轮辐式浇口尺寸的确定浇口的横截面积一般取分流道横截面积的3%9%,因为塑料流动性差、塑件壁厚和尺寸较大,所以浇口尺寸取大值。根据文献3表2-6的经验数据,L=0.72.5,b=1.55,h=0.52取L=1.5mm,b=2.5,h=1.5mm (15)3.4.2 轮辐式浇口剪切速率的校核 (1)确定注射时间:查参考文献3表13-1,可取t=3.8s; (2)计算浇口的体积流量: (16) (3)计算浇口的剪切速率: S-1 (17)该矩形轮辐式浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率S-1之间,所以,浇口的剪切速率校核合格。式中3.5 校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积(浇口体积的大小可以忽略不计)以及主流道的当量半径,这样就可以校核主流到熔体的剪切速率。 1) 计算主流道的体积流量 cm3/s。 (18) 2) 计算主流道的剪切速率 (19)主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率之间,所以,主流道的剪切速率合格。3.6 冷料穴的设计 冷料穴位于主流道正对面的大型芯上,其主要作用是收集熔体前锋的冷料,防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计主流道冷料穴,冷料穴的直径宜稍大于主流道大端直径,深度约为直径的11.5倍。4.成型零件的结构设计及计算4.1.成型零件的结构设计 (1)凹模的结构设计: 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式、和镶拼式四种。根据塑件的结构,选用的是整体式凹模,它是由一整块金属材料(也称定模板或凹模板)直接加工而成。其特点是为非穿通式模体,强度好,不易变形。但由于加工困难,故只适用于小型且形状简单的塑件成型。此时可省去定模座板根据岁塑件的结构分析,本设计采用整体嵌入式凹模,如图8所示。图8 整体嵌入式凹模(2)动模凸凹模的结构设计: 凸凹模通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知,该塑件的型芯有多个:一个是成型塑件的内表面的大型芯,因包紧力大所以设在动模部分,另外四个小型芯设计时也将其放在动模部分,如图9所示;所以总体来说,该动模凸凹模的结构应属于组合式。图9 动模凸凹模 4.2.成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析,该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能,同时考虑它的机械加工性能和抛旋旋旋光性能。又因为该塑件为大批量生产,所以构成型腔的凹模钢材选用45钢。对于成型塑件内表面的大、小型芯来说,由于脱模时与塑件的磨损严重,因此钢材选用40Cr。 4.3 成型零件工作尺寸的计算 采用参考文献2中式(2-26)(2-30)相应公式中的平均尺寸法计算成型零件尺寸,塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。一般情况影响零件及塑件公差的主要因素是模具的制造公差,塑件的收缩率S和模具磨损量这三项。塑件的尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。没给定公差的按MT4计算,则:模具制造公差=;塑料pc的计算收缩率S=0.5%0.7%。 4.3.1 凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换:= mm,相应的塑件制造公差mm,mm, mm, (20) mmmmmm mm式中,是塑件的平均收缩率,查表参考文献5中表1-4可知PC的收缩率为0.5% 0.7%,所以取其平均收缩率=; (21)是系数,查文献3表2-10可知;是塑件上相应尺寸的公差(下同);是塑件上相应尺寸制造公差,取(下同) 4.3.2凹模深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的转换:型腔的最大深度mm,相应的制作公差mm,磨损后塑件尺寸变大的尺寸计算 (22) mm 4.3.3动模凸凹模尺寸的计算 图10 动模凸凹模(1)凸凹模型腔径向尺寸的计算。塑件内部径向尺寸的转换: mm 相应制造公差mm, mm mm, mm mm, mm mm, mm mm, mm mm, mm mm, mm mm,磨损后塑件尺寸变大的尺寸计算 (23) mmmm 同理,根据上述两公式代入数据计算可得,mm mm mm 磨损后塑件尺寸变小的尺寸计算 (24) mm同理,根据上述两公式代入数据计算可得, mm mm mm(2)动模凸凹模型芯高度尺寸的计算 mm mm, mm mm 根据公式有 mmmm mm(3)动模凸凹模型腔深度尺寸的计算 mm mmmm mmmm mm 根据上面的计算公式 mm 同理,代入相应数据计算可得, mm mm(4)中心距尺寸的计算四个沉孔的中心距离: 4.3.4大型芯尺寸的计算 图11 大型芯(1)大型芯径向尺寸的计算塑件的尺寸的转换 mm 相应制造公差mm mm 相应制造公差mm mm 相应制造公差mm磨损后塑件尺寸变小的尺寸计算 (25) mm mm磨损后塑件尺寸变大的尺寸计算 (26) mmmm(2)大型芯高度尺寸的计算 mm mm (27)mm 4.3.5 小型芯尺寸的计算 图12 小型芯(1)小型芯径向尺寸的计算 mm 相应制造公差mm mm 相应制造公差mmmm mm(2)小型芯的高度尺寸的计算 相应的制造公差 mm 4.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 4.1.1凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关,其厚度根据参考文献2表4-19中的刚度公式计算。 mm (28)式中 计算时:W=, 时=0.6p型腔压力(MPa);E是模具材料弹性模量(MPa);=W;W是影响变形的最大尺寸,而h=30mm;是模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品种可查参考文献2表4-20得 =151.786m=26.8mm=0.0268mm (29)式中:=1.786m。 (30)凹模嵌件初定单边厚度选35,由于壁厚不能满足69mm要求,所以凹模嵌件采用预应力的形式压入模板中,有模板和型腔共同来承受型腔压力。根据型腔的布置,初步选定模板平面尺寸为450mm450mm,它比型腔布置的尺寸要大得多,所以完全满足强度和刚度的要求。5.脱模推出机构的设计在注射成型的每一循环中,都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出,模具中的这种脱出塑件的机构称为脱模机构。模具脱模方式按推出零件分:推杆脱模、推管脱模、推件板脱模、推块脱模、成型零件脱模和多元联合式脱模六种。本塑件结构简单,根据塑件的结构工艺性可采用推件板推出、推杆推出、或推件板加推杆推出的综合推出方式,根据脱模力计算来确定。 5.1 脱模力的计算(1)16小型芯脱模力 因为=r/t=8/24=0.3310,所以此处视为厚壁圆筒塑件,查文献2式4-26脱模力计算公式为: (33)式中:抽芯力(N);E塑料的弹性模量(MPa),查文献3表2-12;S塑料成型的平均收缩率(%); t塑件的壁厚(mm); L被包型芯长度(mm); 塑料的泊松比(查参考文献3表2-12); 脱模斜度(); 塑料与钢材之间的摩擦系数;A型芯的平均直径(mm); 由和决定的无因次数由和决定的无因次数; 根据pc塑料的性能查文献1表4-24查得,相应的数据:E=2200MPa, S=0.5-0.7(%), t=24mm, L=28mm, =0.31, =, =0.38, 塑件底部有通孔,所以A=0将以上数据代入公式进行计算=3208.6N (32)因为有四个小型芯所以脱模力为3208.6 4=12834.4N(2)32小型芯脱模力因为=r/t=16/16=110,所以此处视为厚壁圆筒塑件, (33)=1877.1N 式中=0.667 因为有四个小型芯,所以脱模力为1877.14=7508.4 N(3)96大型芯脱模力因为=r/t=48/24=210,所以此处视为厚壁圆筒塑件,有:=4458.3N 式中:=1.6 (4) 总脱模力的大小 F=12834.4+7508.4+4458.3=24801N.另外考虑肋板收缩等因数的影响,可以按计算脱模力乘以一个不太大的系数,此处考虑为1.2 , 所以推出应力:=1.2F=29761N 5.2. 推出方式的确定 5.2.1 推杆材料推杆的常用材料有钢、或碳素工具钢,推杆头部需淬火处理,硬度在50HRC以上,表面粗糙度在Ra1.6m。 5.2.2 推杆的安装推杆在固定板上的固定方法有很多,本设计采用的是最常采用的形式,即将推杆凸肩压在固定板的沉孔和推板之间,用螺钉紧固,凸肩高度与对应沉孔的深度留有余量,在装配后将它们与固定板一起磨去余量,来保证高度一致,避免在高度方向来回窜动。推杆接触塑料件的顶推段,与模板上相应孔的配合间隙,应以不超过塑料溢料间隙为限,一般情况下H8/f7或H7/f7就可以满足这要求 5.2.3 校核推出应力1)推出面积 设14mm的圆推杆设置8根,那么推出面积为 =1230.9mm2 ; (34) 2) 推出应力 MPa (35) 所以推杆能够安全推出,不会出现顶白顶破的可能。上式查文献3表2-12得=26MPa 为推杆作用在塑件表面上的接触许用应力,大致是该种塑料常温下拉伸屈服应力的1/2。 图13 推杆6.模架的确定6.1 各模板厚度尺寸的确定 (1) A板尺寸 A板是定模固定板,塑件高度为20mm,考虑到模板上还要开设冷却水道,必须留出足够的距离,故A板厚度取50mm。 (2) B板尺寸 B板是型芯固定板,按照标准模架标准板厚度取为60mm。 (3) C板(垫块)尺寸 垫块=推出行程+推杆固定板厚度+(510))mm (36)=(25+25+20+510)mm=75mm85mm此处初步选定C板厚度为80mm。 6.2 计算并选择模架型号模具的大小主要取决于塑件的大小和结构,对于模具而言,在保证足够的强度和刚度的条件下,模具结构以紧凑实用为好。现根据一种标准模架选型的经验方法进行模架的选择,即是根据塑件在分型面上投影的面积或者模仁周边尺寸,以塑件布置在推杆推出范围之内及复位杆与型腔或是模仁边缘保持一定距离为原则来确定模架的大小。其具体计算经验公式如下:塑件投影宽度:-10塑件投影长度:-(复位杆直径) -30式中: 常数10推杆边缘与垫块之间的双边距离,见参考文献3表7-4; 常数30复位杆与型腔或者模仁边缘之间的双边距离,参见表7-4。本设计中,根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸,可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为220mm160mm,型腔所占的平面尺寸为190mm130mm,利用上述经验公式计算可得: +10 =270+10=280mm (37) +30=270+30+30=330mm (38) 查参考文献3表7-4,可取=290mm,=384mm,根据以上计算可得W=450mm,因此考虑采用450mm450mm的模架经上述计算,模架尺寸已经确定,根据注射模中小型模架及技术条件(GB/T125562006)标准,将模架标记为AI4545-130130120GB/T12555-2006。6.3 模架尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。 (1)模具平面尺寸450mm450mm 900mm800mm (拉杆内间距),校核合格。 (2)模具高度尺寸510mm,400mm510680mm(模具的最大厚度和最小厚度,与注射机相配合的最大模具厚度是400最小模具厚度是680,校核合格。 (3)模具的开模行程S=H1+H2+(510)mm=40+160+10=2101.32m/s (44)大于最低流速1.32m/s,达到湍流状态,满足冷却要求。8.2.6 求冷却管壁与水交界的膜转热系数 因为平均水温为23.5,查参考文献2表4-31可得,则有:h=3.6f kJ/(m2h) (45) 8.2.7 计算冷却水道的导热总面积Am2 (46)为模具温度与冷却管道之间的平均温度,模具温度为100。 8.2.8 模具上应开设的冷却水道的孔数nn= (47)式中:B模仁长度,为270mm,但冷却水孔的长度达不到270mm,实际只有240mm8.2.9 冷却水道的布置 图14动模仁冷却水路示意图 图15定模仁冷却水路示意图9.导向与定位机构的设计注射模的导向机构用于动模、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈与注射机相配合,是模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位;而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单,模具定位精度要求不是很高,因此可采用木架本身所自带的定位机构。 9.1 导柱导向机构模具导柱导向的导柱、导套结构,适用于精度要求高、生产批量大的模具。同时在设计导柱和导套时还应注意以下几点: (1) 导柱应合理的均布在模具分型面的四周,导柱中心至模具外缘应有足够的距离,以保证模具的强度。 (2) 导柱的长度应比型芯端面高出68mm,以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。 (3) 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度,导柱常采用20#低碳钢经渗碳0.50.8 mm,淬火4855HRC,也可用T8A、T10A碳素工具钢,经淬火处理,硬度达到5055HRC。导套一般采用T10A或者经过渗碳处理20钢,热处理5055HRC,公差采用6级。 (4) 为了使导柱能顺利地入导套、导柱端部应做成锥形或半球形,导套的前端也应倒角。 (5) 导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤,而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件,因此可根据需要而决定装配方式。 (6) 导柱配合部分采用H7/f7,固定配合部分采用H7/k6;导套固定配合采用H7/k6,配合长度为配合直径的1.5-2倍。其余部分可扩孔,减小摩擦或降低加工难度。 (7) 除了动模、定模之间设导柱、导套外,一般还在动模座板与推反之间设置导柱和导套,以保证推出机构的下常运动。 (8) 导柱的直径应根据模具大小而决定,可参考标准模架数据选取。10.模具零件的选材10.1.1 模具材料选用原则用于注塑模具的钢材,大致应满足如下要求:(1)机械加工性能优良:易切削,适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工;(2)抛旋旋旋光性能优良:没有气孔等内部缺陷,显微组织均匀,具有一定的使用硬度(40HRC以上);(3)良好的表面腐蚀加工性:要求钢材质地细而均匀,适于花纹腐蚀加工;(4)耐磨损,有韧性:可以在热交变负荷的作用下长期工作,耐摩擦;(5)热处理性能好:具有良好的淬透性和很小的变形,易于渗氮等表面处理;(6)焊接性好:具有焊接性,焊后硬度不发生变化,且不开裂、变形等;(7)热膨胀系数小,热传导效率高:防止变形,提高冷却效果;(8)性能价格比合理,市场上容易买到,供货期短。10.1.2 模具材料选用要求在选择注射模具钢材时,要综合考虑塑件的生产批量、尺寸精度、复杂程度、体积大小和外观要求等因素。对于塑件生产批量大、尺寸精度要求高的场合,应选用优质模具钢。对于结构复杂或体积比较大的塑件应选用易切削钢。外观要求高的塑件可以选用镜面钢材。10.2 注塑模具常用材料10.2.1 塑料模具成型零件的选材1)定模:定模成型的是塑件外表面,因而应根据塑件外表面的质量要求,来选择不同抛旋旋旋光性能的模具材料,选用45钢,它具有高的淬透性、耐磨性,热处理变形小,强度和韧性都比较好,适合于制造形状复杂的各种模具型腔。2) 动模凸凹模:型芯在成型过程中容易磨损,同时,该动模凸凹模形状比较复杂,故要求所选材料的加工性能要好。所
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