照相机前盖的注塑模具设计及工艺-抽芯塑料注射模含11张CAD图
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注塑模具之电力驱动温度调节系统-材料加工技术杂志187188 (2007) 6906931、 文章的定义和介绍通过热电(TEM)手段冷却模具技术的发展,派生出的工业实践和问题,即在设计,制作工具和开发工具之中形成。当前的冷却技术有技术上的限制,通过有限元分析模拟包的提前预测可以发现这些局限,但是不能够完全避免。各种不同的分析结果显示,现在所有的冷却系统不能够提供可控制的传热能力,而足以适应目前聚合物加工工艺要求的技术窗口。当前聚合物的加工是在热容量处理能力上被限制的(从生产周期和降低成本上看)。其他生产优化功能几经突破了机械和聚合物加工的限制。1.1.注射成型塑料加工中的热处理工艺塑料加工是以塑件材料和模具型腔之间的热量转移为基础的,在热传递的计算中应该考虑两个主要事实:第一是所有使用的能源应该遵循能量守恒的热力学第一定律,第二个是传热速度。热传递分析的基本任务是随着时间的推移和在被研究系统内部的温度分布计算。最后取决于系统和环境之间、系统内部之间的热量传递速率。塑料加工产生的热量可以通过热传导、对流和辐射进行传递。1.2.冷却时间完整的注塑成型工艺周期包括合模阶段,熔体注入型腔阶段,保持压力补偿收缩效果阶段,冷却阶段,开模阶段和部分弹射阶段。在大多数情况下,以上所描述的所有阶段中,所需时间最长的是冷却阶段。在注塑过程中,冷却时间定义为塑料部件的温度降到可以被弹射出时而所需要的时间。冷却过程的主要目的是为了降低额外的冷却时间,但这在理论上是没有必要的,在实际生产中,冷却时间会在整个生产周期中由45%增加到67%。从大量的文献和实验中可知,模具自身的温度对于模具的排出时间,尤其是冷却时间有巨大的影响。模具注塑成型过程是一个循环的过程中,模具温度变化如图1所示,由图可看出模具温度的变化跨过整个生产周期的平均值。二、注塑模具的冷却技术由于作了一些说明,现在已经有几个不同的冷却技术,这样可以帮助厂家冷却模具。最常用的冷却方法就是钻孔技术,即在模具上钻出一些空。通过这些小孔(冷线),流动的冷却介质可以从模具中带走注塑时产生和积累的热量。这些小孔同样可以很方便的钻在不同的材料上,为了增强对模具温度的控制,应使用不同于模具材料热传导率的冷却介质。因此这种调控温度的方法对于模具的温度控制来说是被动的。做出一个主动调节温度的系统,即可以改变热量状况,从而得到期望的方面,例如产品质量或周期时间,而这是一个具有挑战性的任务。这种做法之一就是整合热电气模块(TEM),他可以改变模具热量条件,从而得到理想的模具特性。用这种方法,可以在时间变量和空间变量下控制热量传递,这就意味着,模具温度可以通过注塑周期来被调节,而不受模具自身各部位的影响。热量控制可以通过控制单元完成,控制单元中的输入变量可由人工输入或注塑模拟输入而被接收。在有输出值的情况下,控制单元可以监视TEM模块的运行状况。2.1.热电模块(TEM) 因为热量控制的需要,热电模块被集成到模具之中。热变量和电气变量之间的相互作用来改变热量是基于珀耳帖效应,珀耳帖效应的现象众周所知的,但它到现在为止从未在注塑应用中使用过。TEM模块是一种位于两个陶瓷板之间的合理布置的几套P型和N型半导体构成的装置,从而形成冷的和热的电势点。热量传递的功率易于被提供电流的大小和极性来控制。2.2.模具冷却的应用 该应用的主要目的是将TEM模块插入模具型腔的内壁中来作为一个主要的热量传递装置。由图3可以看出热电模块的基本装配,通过常规的液体冷却系统,使热流量通过模腔热力系统以实现二次换热。在图3中,该装置由热电模块(A)组成,它可以将大部分热量传递到温度可以被控制的模具型腔的表面上(B)。经过冷却通道(C)以实现二次传热,这样可以使模具内部温度保持不变。热电模块(A)作为热力泵来运转,这样可以通过流体冷却系统(C)来控制热量在模具内导入或导出。整个系统是在冷却通道下进行二次热量控制的热转换工作。为了减少热容量可控区域,绝缘体(D)被安装在模腔(F)和模具结构板(E)之间。整个应用包括温度模块,温度传感器和一个控制整个系统的电子装置。这个系统描述如图4所示,其中包括输入单元(输入接口)和应用单元(电子单元和电力电子供应,即H桥单元)。温度传感器的循环信息的输入和供应单元都连接到一个控制单元 ,其作为一种执行元件试图加强预先确定的温度/时间/位置关系。应用珀尔帖效应 ,这个执行元件可以用于加热或冷却。通过流体冷却介质,二次热量的消除可以实现,由图4的热量转换可以看出。该执行单元是基于目前的冷却技术,并作为一个散热器或热源来使用。这使得在温度,时间和位置方面的整个循环过程中实现完全控制成为可能。此外,它允许在循环过程中不同温度/时间/位置结构可以开始和停止进程。以上所叙述的工艺可以用于那些要求精确控制温度/时间/位置的不同产业和科研之中。图3和图4所展现的系统是从理论和实际的关点来分析的。理论方面是通过有限元模拟分析的,而实践方面是将元件通过真实环境应用程序测试来实现并发展起来的。三、模具冷却的有限元分析目前注塑模具设计的发展,包括几个阶段。其中也包括冷却系统的设计和优化阶段。这是目前通过模拟来执行并使用定制的有限元建模包,它可以预测冷却系统的功能,尤其是它对塑料制品的影响力。依据这种模拟,模具设计人员可以收集到产品流变、产品收缩变形和产品生产周期的综合信息。这种热量信息通常是准确的,但是由于材料流变信息的不足,它仍然是不可信的。为了对热电模块调节系统有高质量的输入,在整个注塑循环周期中,需要一个温度分布图,并贯穿模具表面和模具厚度层。因此需要不同工艺模拟。3.1.物理模型,有限元分析 由于工作人员大量经验而积累如此多的数据和在虚拟环境中成功完成不同实验可能性上,而使有限元分析法能在已发展项目上成功实施。整个冷却系统原型是在有限元环境中设计的,且贯穿冷却系统原型的每一部分温度分布,同时对这些联系进行了探讨。为了模拟已开发原型的内在物理特性,可以使用COMSOL Multiphysics软件构建一个仿真模型。结果有限元模型和实际模型是一样的,并且通过它有了比较和评估的可能性。从热量转换的物理现象观点探讨有限元模型时,应该考虑两个热源:一个是水变换和流体物理,一个是热电模块与热物理转换(仅仅分析了传导和对流,由于相对温度低,辐射影响被忽视了,所以对温度影响也低)。在实际试验中,有限元分析的边界条件被设定为获得同样工作条件的这样一个目标。周围的空气转换器和水转换器设定为20C稳定的温度。 Fig. 6. Temperature distribution according to FEM analysis. Fig. 7. Prototype in real environment. 在图6中可以观察到有限元分析的结果,图5显示了模拟区域的温度分布情况,图6描述了在稳定状态下的分析情况,和样机试验相比,这是非常准确的。为了模拟响应时间,同时也进行了瞬时模拟,这对于以后的工作显示出了非常积极的效果。这在很短的时间内可能会达到200 C,以至于热电模块结构会产生一些难题。这些问题已经被几个解决方案解决了,比如适当的安装,选择合适的TEM材料和智能电子调节的应用。3.2.实验室测试 因为已近描述过,这样的型号也已经制作出来并作了测试(如图7所示)。由显示的结果可知,先前设定的假设也被证实了。在注塑周期的时间内,TEM模块控制模具不同部位的温度分布是可能的。由实验室的测试证明,TEM模块确实可以控制热处理的问题。在有注塑机Krauss Maffei KM 60 C,温度传感器,红外线照相机和原型TEM模块的情况下,这个实验,即模拟真实工业环境,在实验室中完成了。实验的温度在1.8秒内由5摄氏度到80摄氏度变化着,这代表了在注塑周期内有一个大的温度控制区域。四、结论 在输入和输出的关系中,使用热电模块有着直接的联系,这在冷却技术的应用中是有里程碑的意义。注塑模具时,把热电模块引入不稳定的冷却结构中,不准确的工艺精度中和高质量的塑料结构中这一技术显示出了很高的期望。作者假设在注塑模具时运用珀尔帖效应可以实现温度控制。随着模拟工作的开始和实验室设备的实际生产,这些假设被证实了。模拟的结果表明在注塑过程中TEM模块可能会有很大的应用空间。随着在周期时间里温度曲线功能的提及,注塑过程可以被完全控制。现在可以解决的工业问题,例如均匀冷却的有问题的一类表面和塑料部分外观的形状等。在注塑时间里提高一些表面的温度,这样可以解决注塑薄壁塑件的难题。此外,利用这些技术,控制塑性材料的流变特性就可以实现了。在填充模腔阶段,合理调节热电模块的热量,它就可能甚至可以调控模腔里的熔融液体,这样做是运用了模具中合适的问题分布(产品中的薄壁部分应有更高的温度)。在注塑过程中,应用TEM模块技术减少周期时间的可能性是非常明显的,可能减少周期时间的限制在于会有1025%的额外冷却时间,这在1.2节中描述过。随着TEM模块技术的应用,它可以很好地控制产品的扭曲和产品扭曲的数量,以这种方法就可以获得要求的产品尺寸。因为TECOS拥有TEM模块冷却的技术,所以在注塑工艺时应优先考虑这种技术的专利问题。5照相机前盖的注塑模具设计及工艺摘要本次的毕业设计是照相机前盖的注塑模的设计,依据产品的数量和塑料的工艺性能确定为单分型面侧浇口。根据注塑的额定注塑量我们可以确定模具的型腔为一模2腔,排列方式为直线对称排列,制件有侧孔,无法直接脱模,所以我们需要设计侧抽芯机构,利用斜导柱带动滑块来完成侧孔的横向抽芯,最后当主流道余料全部被拉出后,再利用推杆推出机构完成塑件的推出。由于塑件比较大,所以需要设计冷却系统对制件进行局部冷却,防止制件发生翘曲变形。关键词:注塑模;单分型面;一模2腔。IIIAbstractThis graduation design is the design of the camera front cover injection mold, based on process performance and to determine the number of plastic products for single parting surface side gate. According to the rated the injection quantity and injection we can determine the mold cavity as a mold 2 cavity, the arrangement of linear symmetrical arrangement, parts with side holes, can not be directly release, so we need to design of side core pulling mechanism, lateral core pulling the slanted guide pillar drives the sliding block to complete the side hole, when more than the mainstream the material is pulled out, the rod with the agency to complete the introduction of plastic parts. Because the plastic is relatively large, so it is necessary to design the cooling system to prevent the local cooling parts, parts warpage.Keywords: single parting surface injection mold; a mold with 2 cavities.目 录摘要IAbstractI绪论1第一章 塑料制件的分析31.1 成型塑料件的工艺性分析31.2 成型塑件的材料分析41.2.1 ABS塑料主要的性能指标:41.2.2 ABS的注射成型工艺参数:5第二章 塑件成型的基本过程6第三章 注塑设备的选择73.1估算塑件体积质量73.2 注塑机的选择8第四章 成型零件有关尺寸的计算9第五章 浇注系统的设计155.1浇口套的选用155.2冷料井的设计155.3分流道的设计165.4分流道的布置165.5浇口设计18第六章 合模导向机构的设计206.1导柱的设计206.2 导套的设计21第七章 脱模结构的设计23第八章 侧抽芯机构的设计248.1抽拔距的计算248.2斜导柱的尺寸与安装形式248.3 锁紧楔形式268.4 斜导柱的受力分析及强度计算26第九章 排气系统和温度调节系统的设计279.1排气系统279.2温度调节系统的设计27第十章 绘制装配图29第十一章 注射机的校核3111.1 注射量的校核3111.2 锁模力的校核3111.3注射机安装模具部分的尺寸校核31结束语33致谢34参考文献35附录371产品网格划分382 型腔的布置和设计383 浇注系统的设计394 注塑工艺参数的设定405 模拟结果分析41绪论模具是工业生产的重要装备,是国民经济的基础设备,是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志。模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用,是工业发展的基石,被人称为“工业之母”和“磁力工业”。模具是制造业的重要基础装备,是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不及的。换句话说,没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品。模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。 塑料制品和注射成形在模具业的重要地位塑料制品具有原料来源丰富,价格低廉,性能优良等特点。它在电脑、手机、汽车、电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用,应用极其广泛。注射成形是成形热塑件的主要方法,因此应用范围很广。注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化,使之成为高黏度的流体,用柱塞或螺杆作为加压工具,使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中,经过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品。塑料注射成形工艺的最大特点是复制,能够复制出所需任意数量的可直接使用或稍作处理即可使用的制品,是一种适宜大批量生产的工艺。虽然在设备上投入较大,但是可以生产制品的数量非常大,实属一种经济快捷的生产方式,因此得到广泛的应用和快速的发展。 模具在我国的发展历程过去在我国工业中,模具长期未受到重视。改革开放以来,塑料成形、家用电器、仪表、汽车等行业进入大批量生产,模具工业有了一定的发展。随着现代工业发展的需要,塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛,质量要求也越来越高。当今社会的进步和发展,使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求,然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来,因此,模具的发展与人们的生活关系越来越紧密,如我们使用的电脑、手机、汽车等产品都要依靠模具。在塑料制品的生产中,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形设备等都是成形优质塑件的重要条件。我国模具工业虽然有了长足的发展,取得了巨大进步,但是我们也要清醒地看到,我国模具工业总体水平比工业发达国家要落后很多,这与我国制造业发展的要求相比差距还很大;我们的企业技术装备还比较落后,劳动生产率也较低;模具生产专业化、商品化、标准化程度也不够高;模具产品主要还是以中低档为主,技术含量较低,高中档模具多数要依靠进口,产品结构调整的任务很重;人才紧缺,管理滞后的状况依然突出,等等。可见,我国模具工业的发展任重而道远。 前景展望我国进入实施国民经济和社会发展的第十一个五年规划期,模具工业的发展也将进入一个关键时期。在这一时期,模具行业的主要任务是,在党中央关于把我国建设成为创新型国家的战略思想指引下,进一步推进改革,调整结构,开拓市场,苦练内功,提升水平,使我国模具工业在整体上再上一个新台阶。不断提升模具制造水平,振兴我国装备制造业,为实现把我国建设成为制造业强国的宏伟目标而奋斗。41第一章 塑料制件的分析1.1 成型塑料件的工艺性分析工件的尺寸和形状如下图: 图1.11.2 成型塑件的材料分析丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明,是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油,耐热,耐化学腐蚀,丁二烯使聚合物具有优越的柔性,韧性;苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强,但原料要干燥,它的塑件尺寸稳定性好,塑件尽可能偏大的脱模斜度。ABS无毒、无味、呈微黄色,成型的塑件有较好的光泽。密度为1.021.05g/cm。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂,但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易与成型加工,经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高,连续工作温度为70C左右,热变形温度为93C左右,且耐气候性差,在紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高,所以成型压力高,故塑件上的脱模斜度宜稍大;ABS易吸水,成型加工前应进行干燥处理;ABS易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力;在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。1.2.1 ABS塑料主要的性能指标:使用注射成形塑料制品时,由于其熔体黏度较高,所需的注射成形压力较高,因此塑件对型芯的包紧力较大,故塑件应采用较大的脱模斜度。另外熔体黏度较高,使制品易产生熔接痕,所以模具设计时应注意尽量减少系统对料流的阻力。易吸水,成形加工前应进行干燥处理。在正常的成形条件下,制品的尺寸稳定性较好。密度(Kg.dm-3) 1.131.14收缩率 % 0.30.8熔 点 130160热变形温度 45N/cm 6598弯曲强度 Mpa 80拉伸强度 MPa 3549拉伸弹性模量 GPa 1.8弯弹性模量 Gpa 1.4压缩强度 Mpa 1839缺口冲击强度 kJ/ 1120硬 度 HR R6286体积电阻系数 cm 1013击穿电压 Kv.mm-1 15介电常数 60Hz3.71.2.2 ABS的注射成型工艺参数:注塑机类型:螺杆式喷嘴形式: 通用式料筒一区 150170料筒二区 180190料筒三区 200210喷嘴温度 180190模具温度 5070注塑压 60100保压 4060注塑时间 25保压时间 510冷却时间 515周期 1530后处理 红外线烘箱温度(70)时间(0.31)第二章 塑件成型的基本过程注塑成型是把塑料原料(一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒)放入料间当中,经过加热溶化使之成为高粘度的流体-熔体用柱塞或螺杆作为加压工具,使得熔体通过喷嘴以较高的压力(约2085mpa)溶入模具的型腔中经过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品。a 塑化过程现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备,塑料原粒(称为物料)自从送料斗以定容方式送入料筒,通过料筒外的点加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热,使物理熔化达到一定的温度后即可注射,注射动作是由螺杆的推进来完成的。b 充模过程熔体自注射机的喷嘴喷出来后,进入模具的型腔内,将型腔内的空气排出,并充满型腔,然后升到一定压力,使溶体的密度增加,充实型腔的每一个角落。充模过程是注射成型的最主要的过程,由于塑料溶体的流动是非牛顿流动,而且粘度很大,所以在压力损耗,粘度变化,多般汇流等现象左右塑件的质量,因此充模过程的关键问题-浇注系统的设计就成为注射模具设计过程的重点,现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。c 冷却凝固过程热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程,即: 塑化注射充模固化成型 加热理论上绝热散热热交换效果的好坏决定了塑件的质量,模具设计时,散热交换也要充分考虑,在现代设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。d 脱模过程塑件在型腔内固化后,必须采取机械的方式把它从型腔内取出,这个动作由脱模机构来完成。不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大,但塑件的几何形状是千变万化的,必须采用最有效和最好的脱模方式。因此,脱模机构的设计也是注射模具设计的一个主要环节,由于标准化的推广,许多标准化的脱模机构零部件也有商品供应。由a至d形成了一个循环,就完成了一次成型乃至很多塑件第三章 注塑设备的选择3.1估算塑件体积质量建模,三维零件设计利用UG软件。进行三维实体建模,并可直接通过软件进行测量图3.1 体积说明V=20.5cm 3.2 注塑机的选择根据实际情况,注塑机的实际注塑量是理论注塑量的80左右。即有V s a V1式中:V1理论注塑容量,cm3 ; VS实际注塑容量,g ;a注塑系数,一般取值为0.8。经计算可得 实际注塑量V=220.5mm41cm根据以上计算模具设计与制造简明手册表2-40选择注射机XS-ZY-125螺杆式注射机,其参数如下:额定注射量:125螺杆直径:42mm注射压力:150Mpa锁模力:900KN模板行程:300mm模具最大厚度:300mm 模具最小厚度:200mm模板尺寸:450420mm拉杆空间:260290mm定位孔直径:100mm合模方式:液压机械 第四章 成型零件有关尺寸的计算该塑件的材料ABS是一种收缩范围较大的塑料,因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。查手册得的收缩率为0.3%0.8 %,故平均收缩率为 0.5%。公差数值表5.9-11基本尺寸精 度 等 级 公 差 数 值1-精度等级表,精度尺寸的选用2-3、5类别塑件种类建议采用的精度等级高精度一般精度低精度根椐塑件的要求,由以上两表可查得:该塑件可按精度等级为级精度选取。此产品采用4级精度,属于一般精度制品。因此,凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.50.75的范围之间,凸凹模各处工作尺寸的制造公差,因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到ITIT级,综合参考,相关计算具体如下:型腔凹模尺寸计算:(相关公式参见塑料制品成型及模具设计第79-80页)图4.1 型腔(一)型腔径向尺寸的计算:L+z =(1+Scp)LS-3/4+z 式(4.1) L凹模径向尺寸(mm)LS塑件径向公称尺寸(mm)Scp塑料的平均收缩率()塑件公差值(mm)z 凹模制造公差(mm)由:LS1=70 mm Ls2=100 mm 又查表知4级精度时塑件公差值 1= 0.38mm 2= 0.44 mm实践证明:成型零件的制造公差约占塑件总公差的1/31/4,因此在确定成型零件工作尺寸公差值时可取塑件公差的1/31/4。为了保持较高精度选1/4。由于: z= 1/4 得: z1=1/40.22=0.095 mm z2=1/40.30=0.11 mm则: L1+z=(1+Scp)LS-3/4+z =(1+0.5%)70-3/40.38+0.095 =70.065+0.095 mm L2+z=(1+Scp)LS-3/4+z =(1+0.5%)100-3/40.44+0.11=100.17+0.11 mm(二)型腔深度尺寸的计算:凹模深度尺寸同样运用平均收缩率法: H+z =(1+Scp)LS-2/3+ z 式(4.2)H凹模深度尺寸(mm)z凹模深度制造公差(mm)其余符号同上由:HS1=20 mm HS1=25 mm 取4级精度时1=0.20 mm 1=0.24 mm 由z=1/4得: z1=0.05 mm z1=0.06 mm 则:H1+z =(1+Scp)LS-2/3+z =(1+0.5%)20-2/30.2+0.05 =19.994+0.05 mmH1+z =(1+Scp)LS-2/3+z =(1+0.5%)25-2/30.24+0.06 =24.965+0.06 mm型芯凸模尺寸计算:(相关公式参见塑料制品成型及模具设计第79-80页)图4.2 型芯1) 型芯径向尺寸的计算运用平均收缩率法:Lz =(1+Scp)LS+3/4 z 式(4.3)L 型芯径向尺寸(mm)z 型芯径向制造公差(mm)其余符号同上由:LS1=67mm LS2=97 mm 取4级精度时1=0.38 mm 2=0.44 mm由z=1/4得:z1=0.095 mm z2= 0.11 mm 则:L1z =(1+Scp)LS+3/4z =(1+0.5%)67+3/40.380.095 =67.620.095 mmL2z =(1+Scp)LS+3/4z =(1+0.5%)97+3/40.440.11 =97.8150.11 mm2) 型芯高度尺寸的计算运用平均收缩率法: Hz =(1+Scp)LS+2/3z 式(4.4)H型芯高度尺寸(mm)z型芯高度制造公差(mm)其余符号同上由:H1=18.5 mm H=23.5 mm 取4级精度时 1=0.2 mm 1=0.2 mm 由z=1/4得:z1=0.05 mm z1=0.05 mm 则:H1z =(1+Scp)LS+2/3z =(1+0.5%)18.5+2/30.20.05 =18.6980.05 mmH1z =(1+Scp)LS+2/3z =(1+0.5%)23.5+2/30.20.05 =23.7230.05 mm第五章 浇注系统的设计5.1浇口套的选用主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,易磨损,对材料要求较严格,因而尽管小型注射模可以将主流道浇口与定位圈设计成一个整体,但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计,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。设计中常采用碳素工具钢(T8A或T10A),热处理淬火表面硬度为5055HRC,浇口套属于标准件,在选够浇口套时应注意:浇口套进料口直径和球面坑半径。因此,所选浇口套如图所示: 图5.1 浇口套5.2冷料井的设计 根据实际,采用底部带有拉料杆的冷料井,装于推杆固定板上,具体结构如图。图 5.2 冷料井5.3分流道的设计分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等,圆形和正方形截面流道的比表面积最小(流道表面积与体积之比称为比表面积),塑料熔体的温度下降少,阻力亦小,流道的效率最高。但加工较困难,而且正方形截面不易脱模,所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。本次设计采取圆形截面。截面直径d=6mm 5.4分流道的布置1)在保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下,分流道截面面积与长度尽量取小值,分流道转折处应圆弧过度。2)分流道较常时,在分流道的末端应开设冷料井。3)分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上,也可以同时开设在动、定模板上,合模后形成分流道截面形状。4)分流道与浇口连接处应加工成斜面,并用圆弧过度。在单腔模中,常不设分流道,而在多腔模中,一般都设置有分流道,塑料沿分流道流动时,要求通过它尽快地充满型腔,流动中温度降低尽可能小,阻力尽可能低。同时,应能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。从前两点出发,分流道应短而粗。但为了减少浇注系统的加回料量,分流道亦不能过粗。过粗的分流道冷却缓慢,还倒增长模塑的周期。而该设计中使用了圆形断面形状的分流道。图 5.3 分流道5.5浇口设计浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的通道。它是整个浇注系统的关键的部位,也是最薄点。其形状、大小及位置应根据塑件大小、形状、壁厚、成型材料及塑件技术要求等进行而确定。浇口分限制性浇口和非限制性浇口,该塑件采用的是限制性浇口,它一方面通过截面积的突然变化,使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度,提高剪切速率,有利于塑料进入,使其充满型腔。另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性,调节浇口尺寸,可使多型腔同时充满,可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量,同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流,并便于浇口凝料与塑件分开的作用。浇口的形状和尺寸对制品质量影响很大,浇口在多情况下,系整个流道断面尺寸最小的部分(除主流道型的浇口外)一般汇报口的断面积与分流道的断面积之比约为0.030.09。浇口台阶长11.5左右虽然浇口长度比分流道的长度短的多,但因为其断面积甚小,浇口处的阻力与分流道相比,浇口的阻力仍然是主要的,故在加工浇口时,更应注意其尺寸的准确性。然而,根据塑件的样品图、生产的批量等,采用一模2腔结构。浇口采用侧浇口 具体尺寸见总装图。图 5.4 浇口第六章 合模导向机构的设计导向机构主要包括导柱、导套,主要作用是在动模与定模合模时保证型芯和型腔的精确定位。导向零件应合理地均匀分别在模具的周围或靠近边缘的部位,其中心至模具边缘应有足够的距离,以保证模具的强度,防止压入导柱和导套后发生变形。根据模具的形状和大小,一副模具一般采用2到4根导柱。在此设计中采用了4根导柱。6.1导柱的设计在对导柱结构设计时,必须考虑以下要求:1)长度 导柱的长度必须比凸模端面要高出一些。以免导柱未导正方向而凸模先进入型腔与其相碰而损坏。在这里我设计的是把导柱装在定模那边。2)形状 导柱的端部做成锥形或球形的先导部分,使导柱能顺利进入导柱孔。3)材料 导柱应具有硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯,因此,多采用低碳钢经渗碳淬火处理。或碳素工具钢(T8、T10)经淬火处理硬度HRC50-55。 4)配合精度 导柱装入模板多用七级精度过渡配合。5)光洁度 配合部分光洁度要求7级,此外,导柱的选择还应跟椐模架来确定。加工个导柱、导套孔时,应将定模板、推件板、动模板合在一起,一次性加工出来,以保证孔的同心度,然后再在定模板、动模板上加工沉头孔。导柱导套的具体结构见图。图6.1 导柱6.2 导套的设计1)分类导套有直导套和带头导套,直导套结构简单,加工方便,用于简单模具或导套后面没有垫板的场合;带头导套结构较复杂,用于精度较高的场合,导套的固定孔便于与导柱的固定孔同时加工。也可以直接在模板上开设导向孔,而不用独立的导套,这种形式的孔加工简单,适用于生产批量小,精度要求不高的模具。在设计中两种导套都有用到。2)形状为了使导柱进入导套比较顺利,在导套的前端倒圆角,导柱孔最好打通,否则导柱进入未打通的导柱孔时,孔内空气无法逸出而产生压力,给导柱的进入造成阻力。3)长度导套的长度应根据模板的厚度确定,其长度一般比板厚少2-3mm4)材料可用淬火铜或铜等耐磨材料制造,但其硬度应低于导柱硬度,这样可以改善磨擦,以防止导柱或导套拉毛。导套的选择应根据模板的厚度来确定,材料为T8A, 硬到HRC5055,或采用20 钢渗碳0.50.8厚,淬硬到HRC5660。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8m。5)导套的选择导套的选择应根据模板的厚度和以上各个因素来确定,本设计在脱浇道板、定模板和动模板以及顶针板上各设置一套导套,典型的导套可分为直导套合带头导套,直导套结构简单,加工方便,用于简单模具或导套后面没有垫板的场合,带头导套结构较复杂,用于精度较高的场合,由于导套配合导柱使用其具体结构与布局如图所示:图6.2导套第七章 脱模结构的设计在注塑成型的每一个循环中,塑件必须由模具型腔中脱出,在该设计中,为了使符合脱模机构的要求:使塑件留于动模塑件不变形损坏这是脱模机构应当达到的基本要求。要做到这一点首先必须分析塑件对模腔的附着力的大小和所在部位,以便选择合适的脱模方式和脱模位置,使脱模力得以均匀合理的分布。良好的塑件外观顶出塑件的位置应尽量设在塑件内部,以免损坏塑件的外观。结构可靠因此,根据装配图,其模具结构的脱模机构主要推杆和推管将产品推出模外,还有在设计主型芯时也会有一定的拨模作斜度12。推杆和推管的设计如图所示: 图7.1 推杆第八章 侧抽芯机构的设计当塑件上具有与开模方向不同的内外侧孔时,塑件不能直接脱模,必须将成型侧孔的零件做成可动的,在塑件脱模前先将活动型芯抽出,然后再自模中通过顶杆顶出塑件。而此次的设计完全符合以上要求,因此,也采用了侧向分型抽芯机构。又,该塑制品是大批量的生产,故也使用了机动侧向分型抽芯。8.1抽拔距的计算因为抽拔距等于侧孔深加23mm的安全系数,而当结构比较特殊时,如成型圆形制件的设计时 抽拔距不能等于制件凹模深度S2,因为滑块抽至S2时塑件的外径仍不能脱出滑块的内径,必须抽出S的距离再加上(23)mm,塑件才能脱出。故抽拔距为:S= S1+(23)=1.5+(23)mm5mm式中S抽拔距;S抽拔的极根尺寸(此为塑件最大的外形尺寸);8.2斜导柱的尺寸与安装形式斜导柱的形状与基本尺寸;斜导柱的基本尺寸主要以长度尺寸为主,斜导柱的长度计算为如下式:L =1/2Dtan+h1/cos+1/2dtan+S/sin+(1015)mm 式(8.1) 82mm式中L斜导柱的长度;D斜导柱固定部分大端直径;h斜导柱固定板厚度;斜导柱的安装固定形式:如图所示,斜导柱的倾斜角a为15,而一般来说锁紧块的角度a=a+(23)mm,斜导柱与固定板之间用三级精度第三种过渡配合。由于斜导柱只起驱动滑块的作用,滑块运动的平稳性由导滑槽与滑块间的配合精度保证,滑块的最终位置由锁紧块保证,因此为了运动灵活,斜导柱和滑块间采用比较松的配合,斜导柱的尺寸为12,头部做成球形。那么固定形式如图所示:图8.1 斜导柱固定8.3 锁紧楔形式塑料的注塑过程中,型芯受到塑料很大的推力作用,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,因此必须设置锁紧楔,以便在模具闭模后锁住滑块,承受塑料给予型芯的推力,锁紧楔与模件的边连接可以根据推力的大小,选取不同的方式,而该设计所选取的是整体式结构,牢固可靠,侧向力较大。它直接与定模固定,可见装配图可知。而锁紧楔的角度在斜导柱的固定形式已讲述了,这里不再重复。具体形状如8-1图所示。8.4 斜导柱的受力分析及强度计算斜导柱的受力分析;根据斜导柱的形式,可以按公式:Fw = Ft/cos 式(8.1) Fk = Fttan 式(8.2) 式中 Fw 侧抽芯时斜导柱所受的弯曲力;Ft 侧抽芯的脱模力,其大小等于抽芯力;Fk 侧抽芯时所需要的开模力;综合以上分析可知,从斜导柱的结构考虑,希望斜角值大一些好;而从斜导柱受力情况考虑,希望斜角值小一些好。因此,该斜导柱的斜角取了15,经过用上述公式的核算,满足了模具结构要求。第九章 排气系统和温度调节系统的设计9.1排气系统塑料在熔化时,会产生气体,所以当塑料在充满型腔时及浇注系统内的空气,如果在型腔中不及时排除干净,可以会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等缺陷。另一方面气体的受压产生反向压力而降低充模速度,还可能造成塑件碳化或烧焦。注射成型时的排气可采用如下四种方式排气:利用配合间隙排气;在分型面上开设排气槽排气;利用排气守排气;强制性排气;该模具是采用利用配合间隙排气。其间隙值约为0.030.05mm.它常用于中小型的简单模具。 9.2温度调节系统的设计 冷却装置的目的,主要是防止塑件在脱模时发生变形,缩短成型周期及提高塑件质量。一般在型腔,型芯等部位设置合理的冷却水路,通过调节冷却水流量和流速来控制模温。冷却水孔开孔的原则:1)冷却水孔的数量应尽可能的多,直径应尽量大;2)每个冷却水孔至型腔表面的距离应相等,一般保持在015mm范围内,距离太近则冷却不易均匀,太远则效率低。水孔直径一般保持在812mm。3)水孔通过镶块时,防止镶套管等漏水。4)冷却管路一般不宜设在型腔内塑料熔接的地方,以免影响塑件的强度。5)水管接头应设在不影响操作的一侧该注塑模的冷却系统设计为直流式运水,具体分布方式如下图所示。图9.1 运水系统第十章 绘制装配图总装图如图所示:图10.1 总装图塑件冷却后由于有少量的收缩,塑件会紧抱在型芯上,所以在脱出产品时不像冲压件那么可以自动脱落。这样,我们必须设计推出机构将塑件顶出,推出机构设计时我们考虑的是要使塑件各部分受力均匀,在此设计中,我们采用一模2腔的结构,由于产品本身有侧孔 所以需要侧抽芯 整个产品利用型芯 型腔 以及侧型芯 拼合就可以成型 。开模时,由于注塑机拉力的作用 模具从定模板与动模板之间进行分型,2个塑件由于包紧在型芯上会跟随型芯向开模方向运动,同时进行的有:1.拉料杆带动分流道余料以及主流道凝料向开模方向运动;2. 斜导柱固定在定模扳上不会运动,滑块与动模板属于配合关系,即滑块配合在动模板的导滑槽上,所以滑块会随着动模板向开模方向运动,同时滑块也会横向移动,带动侧型芯完成,模具的横向抽芯运动。 运动到一定位置(主流道里面的凝料全部被拉出,横向抽芯完成,不存在阻挡塑件脱模的因素) 然后再有注塑机的脱模机构(如图)作用模具的推杆座板,推杆座板和推杆固定板相连,所以推杆在推杆座板和推杆固定板的作用下推动塑件,进而将产品顶出模外。合模过程:注塑机的合力作用下动模部分和定模部分开始向中间合拢,滑块在斜导柱的作用下 向中间移动, 定模板与复位杆接触,所以定模板作用复位杆,推杆座板和推杆固定板以及推杆在复位杆的作用下进行复位。第十一章 注射机的校核11.1 注射量的校核根据模具设计与制造简明手册可知:塑件的体积应小于注射机的注射容量,其公式按下式校核:0.8=0.8125=100 式中:塑件与浇注系统的体积总和注射机的注射量()0.8最大注射量的利用系数经估计算得:V=41000mm所以41cm pF=840KN 故合格11.3注射机安装模具部分的尺寸校核喷嘴尺寸:喷嘴尺寸与浇口套相适应,浇口套是根据喷嘴尺寸来设计的; 定位环尺寸:定位环高度10mm,直径100mm(与定位孔相配合)模具厚度:Hmin=200mmHm=280Hmax=300 故注塑机拉杆空间尺寸合格 结束语为期一个学期的毕业设计即将结束,也就意味着我的大学生活即将结束,但在这一个学期的时间里我学到了很多知识和技能。 通过近一学期毕业设计的学习,给我最深的感受就是我的设计思维得到了很大的锻炼与提高。作为一名设计人员要设计出有创意而功能齐全的产品,就必须做一个生活的有心人。多留心观察思考我们身边的每一个机械产品,只有这样感性认识丰富了,才能使我们的设计思路具有创造性。我选择了照相机前盖这一课题来作为我的毕业设计这是对我的三年知识能力考查,也是对我应用这些知识能力的考查,我尽力使自己的设计减少错误,但我知道由于许多知识和能力的欠缺,肯定有一定的错误。通过本次设计我学到的不仅仅是对盖板的设计这单一方面的了解,让我熟悉了设计的各个方面的流程,学会了把自己大学四年所学的知识运用到实际工作中的方法。从以前感觉学的许多科目没有实际意义,到现在觉得以前的专业知识不够扎实,给自己的设计过程带来了很大的麻烦。特别感谢我的导师给我的悉心指导,还有其他老师给我在设计方面给予的帮助。我觉得通过这次设计,让我了解了设计的整个流程,在设计过程中发现了自己的不足和不少的漏洞让我自己能够在以后加以改正在今后的工作中能够更好的发挥在大学三年中的知识,在我能够在以后的分工作中做的更好。致谢在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导,感谢老师给我的帮助。在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富参考文献1 郑生荣.嵌件注塑成型工艺的特点J.模具工业,2008(11):38-41.2 艾方.精密注塑模具J.模具技术,1993(5):67-71.3 李建国.注射模成型零件工作尺寸计算方法分析J.模具工业,2003(11):38-41.4 骆志文.注射模冷却时间计算分析J.模具工业,1994(3):29-34.5 王建华,徐佩弦. 注射模的热流道技术M. 北京:机械工业出版社,2006.6 袁中双,李德群.注塑成形的流动平衡分析J.模具技术,94(1):12-16.7 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Spain.200619 Integrated microfluidic systems for automatic glucose sensing and insulin injection附录Moldflow公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司,自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来,一直主导塑料成型CAE软件市场。近几年在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。Moldflow拥有大量专业的模拟分析工具,能够对绝大多数热塑性塑料和热固性塑料的注塑成型过程进行模拟,不仅可以模拟塑料制品成型过程中的充填、保压及冷却阶段,还能预测出制品成型后的缺陷,甚至能够分析纤维增强材料的流动过程,预测纤维的流动取向,对改善成型工艺,提高制品质量提供了科学的依据。Moldflow中的模拟分析工具主要有MPI/Flow模块、MPI/Cool模块、MPI/Warp模块、MPI/Stress模块、MPI/Shrink模块、MPI/Optim模块、MPI/Gas模块、MPI/Fiber模块和MPI/Reactive Molding模块。本文中使用Moldflow软件对设计的产品进行模具相关方面的设计和成型工艺方面的优化分析。随着科技的进步和客户需求的变化,如今的电子产品逐渐变的更小,更强大,更美观,这种进步在日常生活使用的手机上便能体现出来。如今的手机变的越来越小,外观越来越美观。除此之外,使用者一般还注重手机的耐久性能。用户一般不希望看到手机掉在地上就摔坏了。随着零部件变的越来越小,它的厚度也变的越来越薄。聚合物熔体在注塑过程中很难充满薄壁塑件模具的型腔中,所以塑件薄的部分在注塑中很难成型,由此而导致的问题就是在塑件薄壁部分会产生翘曲。由于翘曲问题的存在,通过注塑这种方法形成的该塑件是没有预想中的形状和尺寸的。最好的解决这种问题的方法就是选择合适的塑料材料和正确的注塑参数。部件厚度减少的同时,该部分的强度也降低了,这个问题可通过选择适当的耐久材料得到解决,但是选择的这种材料可能适合强度的需要,但是不符合部件外观的需要。综合考虑,本例使用牌号为Lustrn ABS 材料作为注塑材料。1产品网格划分对塑件的划分采用表面网格,表面网模型是由三角形单元组成的,与中面不同,中面网格创建在模型壁厚的中间处,而表面网格创建在模型的上下表面,对于一般的薄壁塑件,都采用表面网格进行划分。而该制件采用表面网格进行划分。附图1.1 网格划分2 型腔的布置和设计Moldflow软件提供了型腔复制向导来进行型腔的布置设计,我们也可以利用移动镜像功能来设计型腔布置:附图2.1 型腔分布3 浇注系统的设计Moldflow软件提供了流道设计向导,可以根据模型自动设计流道,但是在本例中,我们使用手工方式设计流道,手工设计的优点就是可以根据自己的需求设计主流道和分流道的长度、直径、角度等。流道设计见下图附图3.1 流道创建4 注塑工艺参数的设定1,模具温度。模具表面温度为802,熔体温度。熔料温度,选择温度为260。3,本例模拟采用“自动控制方式”进行。4,速度/压力切换。速度和压力控制转换点的设置,在充填阶段,首先对注塑机的螺杆进行速度控制,等充填到某个状态时,将速度控制方式转变为压力控制。本例采用“充填体积%”来设置速度/压力切换点,当充填体积达到99%的时候进行速度与压力的切换。5,保压控制。保压及冷却过程中的压力控制。包括保压压力与充填时间。液压压力与时间、最大机器压力百分比、充填压力百分比与时间。本例采用充填压力百分比与时间的关系进行控制,保压压力为充填压力的80%,保压时间选择10s。6,开模时间。是指顶出产品时模具打开的时间。本文设置开模时间为5s。5 模拟结果分析对于塑料注射成型来说,最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。制品的许多缺陷,如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、冷却时间等,都与树脂在模具中的流动方式有关。MPI/Flow通过对熔体在模具中的流动行为进行模拟,可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等,帮助工艺人员找出缺陷产生的原因并加以改进工艺参数。充填时间模具总体温度气穴位置熔接痕所有因素引发的变形
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