电容器外套塑料注塑模具设计【说明书+CAD】
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关于注塑模有效冷却系统设计的方法摘要:在热塑性注塑模设计中,配件的质量和生产周期很大程度上取决于冷却阶段。已经进行了大量的研究,目的是确定能减少像翘曲变形和不均匀性收缩等的不必要影响的冷却条件。在本文中,我们提出了一种能优化设计冷却系统的方法。基于几何分析,使用形冷却概念来定义冷却管路。它定义了冷却管路的位置。我们只是沿着已经确定好了的冷却水路来分析强度的分布特征和流体的温度。我们制定了温度分布作为最小化的目标函数,该函数由两部分组成。它表明了两个对抗性的因素是如何调解以达到最佳的状态。预期的效果是改善零件质量方面的收缩和翘曲变形。关键词:逆问题 热传递 注射模 冷却设计1 简介在塑料工业领域,热塑性注射模应用非常广泛。这个过程包括四项基本阶段:加料、塑化、冷却和脱模。大约整个过程的70%的时间都在进行产品的冷却。此外,这一阶段直接影响产品的质量。因此,产品必须尽可能统一冷却达到最小化凹痕、翘曲变形、收缩和热残余应力等不必要影响的目的。为了达到这个目标需要的最有影响力的参数有冷却时间、冷却管路的数量、位置和大小、冷却液的温度以及流体和管道内表面的热传递系数。冷却系统的设计主要基于设计师的经验,但是新的快速成型工艺的发展使非常复杂的管路形状制造成为可能,这是先前的经验理论达不到的。所以冷却系统的设计必须制定为一个优化问题。1.1 热传递分析由于参数随温度的变化,在注射工具方面热传递的研究是一个非线性问题。然而,像热导率和热容量这些模具的热物理参数在温度变化范围内都恒为定值。除了聚合物结晶的影响被忽视外,模具及产品之间的热接触阻力也常常被认为是常数。温度场的分布是在周期边值条件下求解傅里叶方程得到的。这个演化过程可以分成两个部分:一个循环部分和一个平均瞬时的部分。循环部分常常被忽略,因为热渗透的深度对温度场的影响不显著。许多做着所使用的平均循环分析简化了微积分学,但平均波动范围在15%到40%之间。越接近水路的部分,平均波动范围越高。因此,即使在静止状态,模拟瞬态热传递也变的非常重要。在这项研究中,温度的周期瞬态分析优于平均周期时间的分析。应该注意的是,在实际操作中,冷却系统的设计应作为工具设计的最后一步。不过冷却影响零件质量的最重要的因素,热设计应该是工具设计的第一阶段之一。1.2 成型技术的优化在文献中,各种优化程序被使用,但都关注于相同的目标。唐孙俐使用了一种优化程序,获取了零件的均匀温度分布,得到了最小坡度和最少冷却时间。黄试着获得均匀的温度分布于零件和高生产效率下的最小的冷却时间。林总结了模具设计在3个事实方面的目标。零件的冷却均匀,就能达到预期的模具温度,所以,接下来就可注射和减小周期时间。冷却系统的最优配置是均匀时间和周期时间的折衷。实际上,模具型腔表面和冷却通道之间的距离越远,则温度分布的均匀性越高。相反,距离越短,聚合物的散热速度越快。然而模具表面不均匀的温度会导致零件的缺陷。达到这些目标的控制参数有管路的位置和大小,冷却液流量和流体的温度。可以采用两种方法。第一个是寻找管路的最优位置以此尽量减小目标函数。这第二种方法是建立在一种形冷却管路。林在冷却通道的位置设计了一个冷却管路。最佳冷却条件(冷却位置和管路大小)都是对冷却线路的研究得到的。徐孙俐进行了更深一步的研究,把冷却水路分成一个个单元并对每个冷却单元进行优化。1.3 计算法则 方案的计算,数值方法是非常必要的。进行传热分析,可以通过边界元素法或有限元素法。第一种方法的好处就是未知数量的计算要低于有限元素法。边界元素法的唯一问题是网格划分所花费的计算解决方案的时间短于有限元素法。然而这种方法只提供边界问题的结果。在本研究中有限元法是首选,原因是零件的内部温度需要制定为优化问题。为了计算能最小化目标函数的最优参数,Tang et al.使用鲍威尔共轭方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次规划算法,它是一基于梯度的方法。它不仅可以找到传统的确定方法也可以找到进化方法。Huang et al用遗传算法实现解决方案。这最后一种算法是非常耗时的因为它的计算范围很广。在实际操作中,模具设计的时间必须最小化,于是一个可以更快达到预期解决方案的确定性方法(共轭梯度)应优先选择。 2 方法论2.1 目标本文所描述的方法应用于一个T形零件的冷却系统的优化设计 (图1)。这种形状在很多论文中都出现过,因此能比较容易做到。 Part: 零件 Mould: 模具图 1基于零件的形态分析, 1和3两个表面分别介绍了零件的侵蚀和扩张(冷却线) (图1)。沿着冷却水路3边界条件的导热问题是第三类在无限的温度条件下流体温度的影响。优化就是寻找这些流体的温度。在优化前使用冷却线路阻止冷却管路的数量和大小的选择。这对于那些冷却管路不直观的复杂零件很有效。零件侵蚀线的位置对应于凝固聚合物的最小厚度,以便冷却结束阶段可以消除部分汽压铸模的损害。2.2 目标函数在冷却系统优化时,产品的质量应该是最重要的。因为最低冷却时间被零件的厚度和材料性能所影响,因此在特定的时间达到最优的质量是很重要的。流体温度直接影响模具及配件的温度,且对湍流流体流量唯一的控制参数是冷却液温度。接下来, 优化的参数就是流体温度,且零件最优分布的制定是在冷却时期的最后阶段由最小化的目标函数S确定的(方程(1)。S1时期的目标是要达到零件侵蚀部分的温度水平。S2时期运用于许多工作中,旨在均匀零件表面的温度分布,从而减少沿2表面和零件厚度方向的热梯度。这两个步骤都是为了引入变量Tfref。必须指出的是当Tfref时参考标准会减少到第一时期。相反, 当Tfref0第二个时期的比重会增加。3 数值计算结果数值计算结果是与Tang et al的理论结果比较而来的,他们认为T形零件的最佳冷却是通过7个冷却管道和冷却剂的最佳流体流量的最佳位置的确定得到的。第一步是复制他们的结果(图2的左部,)获得下列条件(W= 0.75):T = 303K、流体流动速率Q= 364cm3 / s每个冷却通道,t= 23.5 s。图 2例1:冷却管路与有限数目的渠道使流体温度恒定。冷却系统中的7条管道和模具表面的平均距离(d = 1.5cm)是为了确定冷却线3 的位置。此外,Tang所提出的流体温度传热系数是加给3的扩张部分。在插图3中沿零件表面2的温度曲线是与脱模时间比较得来的。所有表面的温度曲线都是沿逆时针方向绘制的,只是从A到B的部分。我们观察到采用冷却线的温度值比采用7条管路更不均匀。因此用有限数目的通道计算出来的最佳冷却配置计比冷却线更好,这将作为一种参考。 图3 例2: 在变流体温度下的冷却管路和Tfref下的比重因子。流体温度T在方程1的最小目标函数下计算得到的,这里忽略了第二时期。结果如图4和5所示。图 4图 5在图4中,侵蚀部分的温度曲线很不均匀,比较接近我们脱模温度。 然而在这两种情况下最高值都保持在0.12m和0.14m之间,对应于的筋的顶部位置(图1中的B1)。这些热点是由于零件的几何形状产生的,很难冷却。然而在图5中,我们注意到零件表面的温度曲线比第一种情况更不均匀。总之,第一部分对于零件表面的均与性还不够完善,但达到预期的温度水平是足够的。例3:图 6图 7 S2阶段的影响如图6所示。这个阶段使得零件的表面温度均匀。实际上,在T = 10 K的情况下,整个2表面上的温度都类似恒定的,除了之前解释的热点之外。然而对于T的值,侵蚀时的温度是不被接受的,因为平均气温过高(340K相对于理想水平 336 K)。接着第二阶段提高分界面的均匀性,但对解决方案不利。使分界面的温度均匀化,同时提取需要的所有热通量,来获得零件的理想温度,如果这水平太低,将会成为对抗性的问题。最好的解决方案是质量和效率的统一。例如T = 100K时零件的温度比T = 10 K时更不均匀。然而这种方案还是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流体温度曲线如图8所示。图 8 4 结论本文提出了一种确定冷却线温度分布优化方法来获得零件的均匀温度场,从而得到最小的梯度和最短的冷却时间。与参考文献相比,显示出了它的效率和效益。特别是它不需要指定冷却通道的数量。对于确定管路的最少数量需要进一步比较已提出的最佳流体温度曲线的解决方案。参考文献1 Pichon J. F. Injection des matires plastiques.Dunod, 2001.2 Plastic Business Group Bayer. Optimised mould temperature control. ATI 1104, 1997.3 S. Y. Hu, N. T. Cheng, S. C. Chen. Effect of cooling system design and process parameters on cyclic variation of mold temperatures simulation by DRBEM, Plastics, rubber and composites proc. And appl., 23:221-232, 19954 L. Q Tang, K. Pochiraju, C. Chassapis, S. Manoochehri. A computer-aided optimization approach fort he design of injection mold cooling systems. J. of Mech. Design, 120:165-174, 1998.5 J. Huang, G. M. Fadel. Bi-objective optimization design of heterogeneous injection mold cooling systems. ASME, 123:226-239, 2001.6 J. C. Lin. Optimum cooling system design of a freeform injection mold using an abductive network. J. of Mat. Proc. Tech., 120:226-236, 2002.7 E. Mathey, L. Penazzi, F.M. Schmidt, F. Rond- Oustau. Automatic optimization of the cooling of injection mold base don the boundary element method. Materials Proc. and Design, NUMIFORM, pages 222-227, 2004.8 X. Xu, E. Sachs, S. Allen. The design of conformal cooling channels in injection molding tooling. Polymer engineering and science, 41:1265-1279, 2001. 毕业设计(论文)开题报告题目名称: 电容器外套 学生姓名: 学 号: 系/专业: 机械工程系 / 精密模具设计与制造 班 级: 指导教师: 2006年 3 月 5 日毕 业 设 计(论文)开 题 报 告1本课题的背景及意义本课题是为电容器外套塑料模设计。利用CAD软件进行冲压模具设计,设计全部模具零件,完成装配;并利用冲压CAE软件(dynaform/uniform/autoform)对整个冲压过程进行模拟分析,从而优化与确定最佳工艺参数。材料:HPVC,料厚:t=5。1 本课题及相关领域的国内外现状及发展模具工业是国民经济的基础工业,是国际上公认的关键工业,工业发达国家称之为“工业之母”。模具成型具有效率高,质量好,节省原材料,降低产品成本等优点。采用模具制造产品零件已成为当今工业的重要工艺手段。模具在机械,电子,轻工,纺织,航空,航天等工业领域里,已成为使用最广泛的工业化生产的主要工艺装备,它承担了这些工业领域中60%-80%产品零件,组件和部件的加工生产。“模具就是产品质量”,“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受。在中国,人们已经认识到模具在制造业中的重要基础地位,认识更新换代的速度,新产品的开发能力,进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。目前,模具设计与制造水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。2 模具技术的发展现状随着科学技术的不断进步和工业生产的迅猛发展,冷冲技术及模具不断革新和发展.“模具就是产品质量”,“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受。在中国,人们已经认识到模具在制造业中的重要基础地位,认识更新换代的速度,新产品的开发能力,进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。3 模具的计算机辅助设计和辅助制造技术(模具CAD/CAM)为了加快产品的更新换代,必须缩短工装的设计和制造周期,从而开展了模具的计算机辅助设计和辅助制造的研究,采用该技术,模具设计和制造效率一般可提高23倍,模具生产周期可缩短1/22/3.目前,已达到CAD/CAM一体化,模具图纸只是作为检验模具之用.4模具工业发展的几个阶段模具工业是随着改革开放,在快速发展的经济浪潮推动下得以发展壮大的20世纪80年代初至今,模具工业整整走过20个年头。在这期间模具工业的发展大体可以分为三个阶段:1、从20世纪的年代初期到中期,北京模具工业处于封闭或半封闭状态模具生产力比较低,技术水平也比较落后。2、丛2世纪80年代中期到90年代中期,模具工业处于改革开发机制转变的大好时期,随着改革开放不断深入,模具工业也发生了巨大变化。3、从20世纪90年代中期到2003年,企业进入调整、重组、改制阶段。模具是工业生产中的重要工艺装备,模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。塑料模具是指用于成型塑料制作的模具,它是型腔模的一种类型。随着机械工业、电子工业、航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的发展,塑料成型制件的需求量越来越多,质量要求也越来越高,这就要求成型塑件的模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。因此,模具设计水平的高低、模具制造能力的强弱以及模具质量的优劣,都直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代,影响着各种产品的质量、经济效益的增长以及整体工业水平的提高。注射成型是热塑性塑料成型的一种重要方法,它具有成型周期短、能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。注射成型的生产率高,易实现自动化生产。到目前为止,几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型,因此,注射成型广泛应用于各种塑料制件的生产。注射成型的缺点是所用的注射设备价格较高,注射模具的结构复杂,生产成本高,生产周期长,不适合于单件小批量的塑件生产。一些流动性好的热固性塑料也可用注射方法成型,其原因是这种方法生产效率高,产品质量稳定。2本课题的基本内容及关键问题冲模设计的基本内容主要包括:1、塑件的工艺分析2、确定型腔数目3、型芯,型腔工作部分尺寸的计算4、浇口系统的设计5、选用模架6、注射机校核7、推出结构的设计8、冷却系统的设计9、排气系统的设计毕 业 设 计(论文)开 题 报 告3本课题调研情况综述1 参考文献1塑料模设计手册编写组. 塑料模设计手册 第三版. 北京:机械工业出版社, 2002.82 朱光力等编著. 塑料模具设计. 北京:清华大学出版社, 20023 屈华昌主编. 塑料成型工艺与模具设计. 北京:高等教育出版社, 2001.84 陈志刚主编. 塑料模具设计. 北京:机械工业出版社, 2002.15 杨占尧主编. 塑料注塑模结构与设计. 北京:清华大学出版社, 2004.96 李秦蕊主编. 塑料模设计. 西安:西北工业大学出版社, 19887 手册编写组. 塑料模设计手册. 北京:机械工业出版社, 19828 王树勋 苏树珊主编. 模具实用技术设计综合手册. 广州:华南理工大学出版社, 2003.69 李德群主编. 塑料成型工艺及模具设计. 北京:机械工业出版社, 199310 史铁梁主编. 模具设计指导. 北京:机械工业出版社, 2003.82 由于实习工厂的加工设备有限,考虑该厂的经济成本,以及工厂的一贯性,故对于复合模设计较困难,在保证产品尺寸公差等级的前提下,应尽量简化模具结构复杂程度,降低模具制造费用,这是设计模具的原则4本课题的方案论证本课题采用的方案为:模具结构采用一般的二板结构,中心直浇口成型。型芯以螺旋冷却芯冷却,定模板采取框形水道冷却。采用这种模的优点是:具有成型周期短、能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。注射成型的生产率高,易实现自动化生产。缺点:是所用的注射设备价格较高,注射模具的结构复杂,生产成本高,生产周期长,不适合于单件小批量的塑件生产。由于零件精度要求不高,又为大批量生产,故设计的模具要有较高的注射效率,浇注系统要能自动脱模。 毕 业 设 计(论文)开 题 报 告指导教师意见:(对本课题的深度、广度及工作量的意见) 指导教师:年 月 日装订线摘要模具是工业生产中的重要工艺装备,模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。随着机械工业、电子工业、航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的发展,塑料成型制件的需求量越来越多,质量要求也越来越高,这就要求成型塑料件的模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。注射成型是热塑性塑料成型的一种重要方法,它具有成型周期短、能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。注射成型的生产率高,易实现自动化生产。定模安装在注射机的固定模板上,动模安装在注射机的移动模板上,并可随移动模板的移动实现模具的启闭。模具闭合后,动模和定模一起构成模具型腔和浇注系统,注塑机即可向模具凹模注入熔融塑料,经冷却待凹模内塑件定型后动模和定模分离,由推出机构将塑件推出,即完成一个生产周期。一般塑料模组成的组成部分:成型零部件、浇注系统、导向机构、脱模机构、侧向分型与抽芯机构、加热和冷却系统、排气系统、其他零部件。SummaryMolding tool is the industry produce medium of the important craft material, the molding tool industry is one of the important foundations of each section of national economy development.Along with the machine industry, electronics industry, aviation industry, the instrument appearance industry and usually the development of the thing industry, the plastics models the demand of make the piece more and more, the quantity request is also more and more high, this development, design of the molding tool and the level of the manufacturings that will beg to model the plastics piece also must be more and more high.It is a kind of important method that the hot sex plastics model to inject to model, it has the period of model short, can model the shape complications, the size precision and take the plastics system piece of have the metals or nonmetal piece once.The rate of production that inject to model is high, easy realization the automation produce.Settle the mold gearing in injecting the fixed template of the machine, move the mold gearing in injecting the ambulation template of the machine, and can with move the ambulation of the template to carry out the molding tool to open and close.The molding tool moves the mold and settles the mold after shut match to constitute the cave mold of molding tool and sprinkle to note the system together, injecting the machine then to the molding tool cave mold infusion meltdown plastics, move the mold and settle the mold separation after need an already set of plastics inside the cave mold through the cooling, from release the organization to release the plastics piece, then complete a production period.The general plastics module become of constitute the part:Model zero partses and sprinkle to note the system, lead to the organization, take off the mold organization, side toward an organization of the cent, heat and cooling system, line up to annoy the system, other zero partses.关键词:型芯,型腔,装配图,电容器Keyword:Convex mold, cave mold, the assemble diagram, capacitor共 页 第 1 页装订线目录绪论21. 零件的工艺分析41.1 塑件的原材料分析41.2 塑件结构,尺寸精度,壁厚,表面质量分析42确定型腔数52.1 确定塑件质量52.2 选择设备型号、规格、确定型腔数52.3 计算型腔数53型腔,型芯工作部分尺寸的确定63.1 收缩率的计算63.2 型腔内径计算63.3 型芯计算64浇注系统的设计74.1 注射模分型面的选择74.2 主流道的设计74.3 分流道的设计84.4 浇口设计84.5 型腔位置的排布95选用模架105.1型腔强度和刚度的计算105.2 初选注射机105.3 选标准模架106校核注射机116.1 注射量,锁模力,注射压力,模架厚度的校核116.2 开模行程的校核116.3 模具在注射机上的安装117推出结构的设计127.1 推件力的计算127.2 确定顶出方式及顶件位置128冷却系统的设计139排气系统的设计13总结13参考文献14绪论本课题及相关领域的国内外现状及发展:模具工业是国民经济的基础工业,是国际上公认的关键工业,工业发达国家称之为“工业之母”。模具成型具有效率高,质量好,节省原材料,降低产品成本等优点。采用模具制造产品零件已成为当今工业的重要工艺手段。模具在机械,电子,轻工,纺织,航空,航天等工业领域里,已成为使用最广泛的工业化生产的主要工艺装备,它承担了这些工业领域中60%-80%产品零件,组件和部件的加工生产。“模具就是产品质量”,“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受。在中国,人们已经认识到模具在制造业中的重要基础地位,认识更新换代的速度,新产品的开发能力,进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。目前,模具设计与制造水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。为了加快产品的更新换代,必须缩短工装的设计和制造周期,从而开展了模具的计算机辅助设计和辅助制造的研究,采用该技术,模具设计和制造效率一般可提高23倍,模具生产周期可缩短1/22/3.目前,已达到CAD/CAM一体化,模具图纸只是作为检验模具之用。模具是工业生产中的重要工艺装备,模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。塑料模具是指用于成型塑料制作的模具,它是型腔模的一种类型。随着机械工业、电子工业、航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的发展,塑料成型制件的需求量越来越多,质量要求也越来越高,这就要求成型塑件的模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。因此,模具设计水平的高低、模具制造能力的强弱以及模具质量的优劣,都直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代,影响着各种产品的质量、经济效益的增长以及整体工业水平的提高。事实上,在仪器仪表、家用电器、交通、通讯等各行各业中,有70%以上的产品是用模具来加工成型的。工业发达的国家,其模具工业年产值早已超过机床行业的年产值。在塑料制件的生产中,高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。塑料制件应用的日益广泛和大型塑件及复杂曲面塑件的不断开发,对塑料成型模具的设计与制造提出的要求愈来愈高,传统的模具设计与制造方法已不能适应这样的要求。CAD/CAE/CAM技术给模具工业带来了巨大的变革,成为模具技术最重要的发展发向。注射模又称为注塑模。塑料注射成型是在金属压铸成型原理的基础上发展起来的。首先将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中,经过加热熔融成粘流态,然后在螺杆或拄塞的推动下,熔融塑料以一定的流速通过料筒前端的喷嘴射入闭合的模具型腔中,经过一定的保压,塑料在模内冷却、硬化定形,接着打开模具,从模内脱出成型的塑件。注射模主要用于热塑性塑料的成型。近年来,热固性塑料的注射成型也在逐渐增加。注射成型能成型形状复杂的制件及具有生产效率等特点,在塑料制件的生产中占有很大的比重。据统计,注射模的产量占世界塑料成型模具产量的一半以上。 注射成型是热塑性塑料成型的一种重要方法,它具有成型周期短、能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。注射成型的生产率高,易实现自动化生产。到目前为止,几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型,因此,注射成型广泛应用于各种塑料制件的生产。注射成型的缺点是所用的注射设备价格较高,注射模具的结构复杂,生产成本高,生产周期长,不适合于单件小批量的塑件生产。一些流动性好的热固性塑料也可用注射方法成型,其原因是这种方法生产效率高,产品质量稳定。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越到高的要求,促使模具技术迅速发展,作为生产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备,模具已发展成为一门产业。20世纪80年代以来,中国模具工业的发展十分迅速。近20年来,产值以每年15%左右的迅速增长。2000年我国模具工业总产值已达280亿元人民币。在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,铸模具约占6%,其他各类模具约占11%。注塑成型生产中使用的模具叫注射成型模具,简称注射模,它是热塑性塑料成型加工中常用的一种模具。注塑模包括定模和动模两部分。定模安装在注射机的固定模板上,动模安装在注射机的移动模板上,并可随移动模板的移动实现模具的启闭。模具闭合后,动模和定模一起构成模具型腔和浇注系统,注塑机即可向模具型腔注入熔融塑料,经冷却待型腔内塑件定型后动模和定模分离,由推出机构将塑件推出,即完成一个生产周期。一般注塑模可由以下几个部分组成:成型零部件、浇注系统、导向机构、脱模机构、侧向分型与抽芯机构、加热和冷却系统、排气系统、其他零部件。该塑件为电容器外套,其零件图如图一所示。本塑件的材料采用硬聚氯乙稀(HPVC)。生产类型为大批量生产。 1. 零件的工艺分析1.1 塑件的原材料分析塑件的材料采用硬的聚氯乙烯。属热塑性塑料。从使用性能上看,该塑料有较好的的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能,可单独用作结构材料,有较好的电气绝缘性能,可以用低频绝缘材料,从成型性能上看,耐热性和导热性不好,而用柱塞式注射机需将料筒内的料温度加热至166,会引起其分解,所以应采用带预塑化装置的螺杆式注射机注射成型。模具浇注系统也应粗短,进料口截面宜大,模具应有冷却装置。 1.2 塑件结构,尺寸精度,壁厚,表面质量分析1.2.1 塑件的结构分析从零件图上分析,该零件总体形状为圆壁筒。模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构。1.2.2 尺寸精度分析从零件图上分析,该零件高度方向尺寸为50mm、45mm及最大的直径为75均为6级公差(M6),内孔直径为。可见,该零件的尺寸精度要求不高,对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。1.2.3 塑件的壁厚分析从塑件的壁厚上看,壁厚为5mm,有利于零件的成型。1.2.4 塑件的表面质量分析该零件的表面光滑,没有特别的表面质量要求,故比较容易实现,综上可以看出,注射时,在工艺参数控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。2确定型腔数2.1 确定塑件质量根据塑件的形状估计其体积和质量,塑件体积可用形状分割法,规范法估计:V1= 式2-1 V2=X 0.5=22.O8 式2-2 V总=V1+V2=71.5 式2-3 塑件质量:Gs=mg= V总=1.4 X 71.5=100.1g 式2-4 2.2 选择设备型号、规格、确定型腔数 注射机额定注射量GB,每次注射量不超过最大注射量80%。即 n= 式2-5 n型腔数 Gi浇注系统质量 Gs塑件质量 GB注射机额定注射量估算浇注系统体积 Vi=30则浇注系统塑料质量 Gi=V总=1.4 X 30=42g 式2-6设n=2 则 GB=302,75g 式2-7从计算结果来看,选用XS-ZY-500根据塑件精度,由于该塑件精度一般,故采用 n=22.3 计算型腔数N=2.78 式2-8则 取一模二腔3型腔,型芯工作部分尺寸的确定3.1 收缩率的计算查参考文献3表得HPVC的收缩率为Smin=0.6 Smax=1.5 故. 收缩率为: Scp=(0.6+1.5)2=1.05. 考虑到工厂模具制造的现有条件。模具制造公差取 2=3型腔与型芯工作尺寸计算:3.2 型腔内径计算 Lm=(Ls+lsScp-x ) 式3-1 Ls 塑件外形基本尺寸 ls=75mm Scp 塑件平均收缩率 =1.05 x 修正系数 一般为12-34 对于小型零件取34 Lm=(75+75 X 1.05-34 X 0.76) =75.22 Hm=(Hs+Scp*Hs-x*)0+0.25 式3-2 Hm=(Hs+Scp*Hs-x*)0+0.25=49.9550+0.253.3 型芯计算 lm=(ls+ls Scp+3/4 x 0.3) 式3-3 =(65+65*1.05%+3/4*0.3)-1/3*0.30=65.9-0.10mm hm=(hs+hs Scp-x )-0.250 式3-4 =(45+45 X 1.05+3/4 * 0.76)-0.250 =45.980-0.25mm 4浇注系统的设计4.1 注射模分型面的选择塑料模设计中,其分型面的选择很关键,它决定于模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件为护套,表面质量无特殊要求,所以采用图示的方法,即可以降低模具的复杂程度,减小模具加工难度,又便于成型后的脱模,故比较合理。4.2 主流道的设计 主流道设计成圆锥形,其锥度为2o6o,内壁粗糙度Ra为0.4um根据设计手册查参考文献3得XS-ZY-500型注射机有关尺寸:喷嘴孔直径=5mm喷嘴圆弧半径=18mm根据模具主流道与喷嘴的关系:R=+(1-2)mm 喷嘴圆弧半径:R=20mm 主流道喷嘴孔直径d=+(0.5-1)mm取d=5.5mm 浇注系统形式: (图四)r=1-3mm r取3mmH=(1/3-2/5)R=6.3-7.6mm H取7mm L取115mmD=2tg3112+5.518mm4.3 分流道的设计分流道截面设计成圆形截面加工较容易,且热量损失与压力损失均不大,为常用形式。圆形截面分流道的直径可根据塑件的流动性等因素确定,该塑料件采用HPVC塑料,流动性中等,所以选圆型截面,查表HPVC材料的分流道直径推荐值为9.5-10.7mm,则D取10mm。 R=2-5mm R取3mm r=1-3mm r取2mm L3=16-37.5mm L3取20mm H=2/3D=7mm4.4 浇口设计 根据塑件成型的要求及型腔的排列方式,选为侧浇口较为理想。 设计时考虑从零件底部进料,在模具结构上采取整体式型腔、镶拼式型芯,有利于填充、排气,故采用截面为矩形的侧浇口。浇口尺寸如下: l1=0.7-2mm l1取2mm t=(1/3-2/5)5=1.7-2.3mm t取2.5mmB=(3-10)t=7.525mm B取10mm 4.5 型腔位置的排布该件采用一模两腔的结构形式,那么浇注系统的设计应尽量采用从主流道到各个型腔分流道的形状及尺寸相同的设计,即型腔平衡式分布的形式,如图所示: 5选用模架 5.1型腔强度和刚度的计算 由于型腔壁厚计算较麻烦,也可参考经验推荐数据,有参考文献10查表的型腔侧壁厚s=40mm5.2 初选注射机 注射机XS-ZY-500的有关参数: 最大开模行程为500mm 模具最大厚度为450mm 模具最小厚度为300mm 喷嘴圆弧半径18mm 喷嘴孔直径3,5,6,8mm 动定模固定板尺寸 700mm*850mm 拉杆空间 540*440mm 5.3 选标准模架 根据以上分析,计算以及型腔尺寸及位置可确定模架的结构形式和规格,查参考文10选用 GB/T12556.1-1990。5.3.1模具闭合高度的确定:5.3.2定模座板厚度取的确定:取40mm 5.3.3 定模板厚度的确定:取100mm 5.3.4动模板厚度的确定:取40mm5.3.5支承板厚度的确定:取63mm 5.3.6垫块厚度的确定:取100mm 5.3.7动模座板厚度的确定:取40mm所以模具的闭合高度H=40+100+40+63+100+40=393mm 6校核注射机 6.1 注射量,锁模力,注射压力,模架厚度的校核本模具的外形尺寸为560mm500mm393mm(参考文献10采用450*L的模架) XS-ZY-500注射机模板最大安装尺寸为700mm850mm故能满足模具的安装要求。由上述计算模具的闭合高度H=393mm XS-ZY-500注射机所允许模具的最小厚度=300mm 厚度为=450mm即模具满足: 的安装条件。 由表得=100MPa =737.27KN 由表可知 XS-ZY-500的锁模力为3500KN , HPVC所需的注射力为100MPa,XS-ZY-500注射机的注射压力为145MPa,所以,完全满足。经检验,XS-ZY-500注射机满足使用要求,故可采用。6.2 开模行程的校核经查参考文献XS-ZY-500型注射机的最大开模行程S=500mm S2h件+h浇+(5-10) 式中h件塑件制品高度 h浇浇注系统高度2h件+h浇+(5-10)=112+245+(5-10)=207-212 故满足要求6.3 模具在注射机上的安装 从标准模架外型尺寸看小于注射机拉杆空间,并采用压板固定模具,所以所选注射机规格满足要求。7推出结构的设计7.1 推件力的计算 推件力 Ft=Ap(ucos1.5o-sin 1.5o)+qA1 式中A塑件包络型芯的面积 p塑件对型芯单位面积上的包紧力,一般取0.8*107-1.2*107Pa 1.5o脱模斜度 q大气压力0.09 MPa u0.1-0.3 A1制件垂直于脱模方向的投影面积 A=50*3.14*75+3.14*(75/2)2=16190.625mm2 Ft=16190.625*107*(0.3*cos1.5o-sin 1.5o)+90*3.14*(75/2)2=1.7*10177.2 确定顶出方式及顶件位置 根据制品结构特点,确定在制品的大约1/4直径处设置一个普通的圆顶杆,并在制品图中的12的圆柱处采用顶管顶出的方法。对于流道的固化塑料也设置拉料杆和顶出杆8冷却系统的设计由于制品平均壁厚为5mm,制品尺寸小,确定水孔直径为12。由于冷却水道的位置,结构形式,孔径,表面状态,水的流速,模具材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递,精确计算比较困难,实际生产中,通常都是根据模具的结构确定冷却水路,通过调节水温,水速来满足要求。9排气系统的设计由于制件尺寸小,利用分型面间隙以及推杆与推管的配合间隙排气即可。 总结通过这次的毕业设计,让我再次了解到冷冲模是一门复杂而具有挑战性的技术,填补了许多以前学习中的不足。“模具就是产品质量”,“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受,国民经济的高速发展促使模具技术的发展,在以后的生活中我们将对模具业更专注,更深一步的去了解他。最后,衷心的感谢老师在整个设计过程中给予热心的辅导。参考文献1塑料模设计手册编写组. 塑料模设计手册 第三版. 北京:机械工业出版社, 2002.82 朱光力等编著. 塑料模具设计. 北京:清华大学出版社, 20023 屈华昌主编. 塑料成型工艺与模具设计. 北京:高等教育出版社, 2001.84 陈志刚主编. 塑料模具设计. 北京:机械工业出版社, 2002.15 杨占尧主编. 塑料注塑模结构与设计. 北京:清华大学出版社, 2004.96 李秦蕊主编. 塑料模设计. 西安:西北工业大学出版社, 19887 手册编写组. 塑料模设计手册. 北京:机械工业出版社, 19828 王树勋 苏树珊主编. 模具实用技术设计综合手册. 广州:华南理工大学出版社, 2003.69 李德群主编. 塑料成型工艺及模具设计. 北京:机械工业出版社, 199310 史铁梁主编. 模具设计指导. 北京:机械工业出版社, 2003.8 第 14 页
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