2329 插座注射模设计
2329 插座注射模设计,插座,注射,设计
本 科 毕 业 论 文 第 1 页 共 30 页1 引言模具是工业生产的基础工艺装备,在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中,绝大多数的零部件都依靠模具成形,模具质量的高低决定着产品质量的高低。模具实现工业化和商品化生产,是制造业生产技术进步和水平的标志,是制造业现代化的工业基础。模具产品的品种很多,主要以冲压模具、塑料模具和压铸模具为主。塑料注射模具是现在所有塑料模具中使用最广的模具,能够成型复杂的高精度的塑料制品。设计塑料注射模具首先要对塑料有一定的了解,塑料的主要成分是聚合物。如我们常说的 ABS 塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体采用乳液、本体或悬浮聚合法生产,使其具有三种单体的优越性能和可模塑性,在一定的温度和压力下注射到模具型腔,产生流动变形,获得型腔形状,保压冷却后顶出成塑料产品 1。现代模具设计与制造技术,涉及机械工程、信息与电子工程、冶金与材料工程、工程管理等学科专业范围。优化模具系统结构设计和型件的 CAD/CAE/CAM,并使之趋于智能化,提高了塑件成形加工工艺和模具标准化水平,提高模具制造精度与质量,降低工件表面研磨、抛光作业量和制造周期;研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料,以提高模具使用性能;为适应市场多样化和新产品试制,应用快速原型制造技术和快速制模技术,以快速制造成型冲模、塑料注射模或压铸模等,应当是未来模具生产技术的发展趋势。1.1 我国模具制造现状及发展趋势1.1.1 我国模具技术现状这些年来,中国模具发展十分迅速,模具工业一直以 15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。 “模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前,中国有 17000 多个模具生产厂点,从业人数约 50 多万。在模具工业的总产值中,冲压模具约占 50%,塑料模具约占 33%,压铸模具约占 6%,其他各类模具约占 11%。近年来,中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外,还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业,他们都得到了迅速的发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度,将技术进步作为企业发展的重要动力。此外,许多研究机构 本 科 毕 业 论 文 第 2 页 共 30 页和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。中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。在大型模具方面已能生产 48in(约 122cm)大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具,精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力,在模具 CAD/CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步,在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。进入 21 世纪,在经济全球化的新形势下,随着资本、技术和劳动力市场的重新整合,中国装备制造业在加入 WTO 以后,将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中,无论哪一行业的工程装备,都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求,模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步,这是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求 2。1.1.2 我国模具技术发展趋势(1)CAD/CAM/CAE 应用在模具设计制造中将全面推广 CAD/CAM/CAE 技术模具 CAD/CAM/CAE 技术,是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明,模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。现在,全面普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟。随着微机软件的发展和进步,技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具 CAD/CAM 技术的过程中,应抓住机遇,重点扶持国产模具软件的开发和应用;加大技术培训和技术服务的力度;进一步扩大 CAE 技术的应用范围 3,4。从 CAD/CAE/CAM 一体化的角度来说,其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化,其中心思想是让用户在统一的环境中实现 CAD/CAE/CAM 协同作业,以便充分发挥各单元的优势和功效。(2) 现场化的模具检测技术精密模具的发展,对测量的要求越来越高。精密的三坐标测量机,长期以来受环境的限制,很少在生产现场使用。新一代三坐标测量机基本上都具有温度补偿及采用抗振材料,改善防尘措施,提高环境适应性和使用可靠性,使其能方便地安装在车间使用,以实现测量现场化的特点 5。 本 科 毕 业 论 文 第 3 页 共 30 页(3) 先进制造技术的应用随着模具向精密化和大型化方向发展,加工精度超过1m的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。兼备两种以上工艺特点的复合加工技术在今后的模具制造中将有广阔的前景。基于 RPM 快速经济制模技术快速原型零件制造技术就是 20 世纪后期起源于美国,并很快发展起来的一种先进制造技术,RPM 技术就是近 20 年来制造技术领域的一次重大突破、它是综合利用 CAD 技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术 6,7。RPM 技术发展至今天,其发展重心已从快速原型制造(RPM)向快速模具(RT)制造及金属零件快速制造方向转移,各种各样的后续制造材料及工艺不断出现。目前 RPM 的快速制模主要是注射模、冲压模、压铸模等。快速经济模具制造技术乏二袤趸在快速原型(RP)与快速模具制造(RT)上。近年来,RP+ RT 的研究成为国内外 RPM 界十分关注并大力开发的领域之一。(4) 模具材料的发展近些年来,除了传统的表面淬火技术、热扩散技术、堆焊技术和电镀硬铬技术,还包括激光表面强化技术、物理气相沉淀技术、化学气相沉淀技术、离子注入技术、热喷涂技术、符合电镀技术、符合电刷镀技术和化学镀技术等 8。稀土表面工程技术和纳米表面工程技术的进展进一步推动模具制造的表面工程技术的发展。在具体处理方而,其主要趋势是:由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如 TD 法)发展;由一般扩散向 CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展;可采用的镀膜有:TiC、TiN、TiCN、TiAIN、CrN、Cr7C3、W2C 等,由大气热处理向真空热处理发展。另外,目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀(刷镀)防腐强化等技术也日益受到重视。(5) 其逆向工程技术逆向工程也称反向工程或反求工程,是相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。其基本思想是:通过对实物或零件进行扫描测量以及各种先进的数据处理手段获得产品的几何信息,然后充分利用 CAD/CAM 技术快速、准确地建立产品的数学几何模型,进行数据重构设计,最后经过适当的工程分析、结构设计和CAM 编程,就可以加工出产品模具。逆向工程是以设计方法学为指导,以现代化设计 本 科 毕 业 论 文 第 4 页 共 30 页理论、方法、技术为基础,运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维,对已有产品进行解剖、深化和再创造 9。1.2 计划任务要求本设计要求根据所给插座实物,测绘零件图纸,设计成型注射模具,并学习Pro/E、solidworks 或 solid edge 等大型 CAD 软件在模具设计中的运用。以及要求完成塑件注射模具方案设计和相关设计计算,对模具零件 CAD 三维造型设计,完成该注射模具装配图设计和全部零件图纸设计,最后完成该注射模具的制造工艺设计。1.3 模具设计步骤该设计分为两部分,一部分是对塑料插座测绘零件图纸,用 PRO/E 软件进行三维造型,完成塑件注射模具方案设计和相关设计计算;另一部分是完成该注射模具装配图设计和全部零件图纸设计。第一阶段相关计算和方案确定大概要一个月的时间;第二阶段模具设计大概要两个月的时间。首先,根据给定的塑料插座进行测绘,我用 AUTOCAD 软件绘制了经过测量后的图纸,并学习了 PRO/E 软件,在基本掌握该软件的运用后,对插座做了三维造型,然后按照要求进行了计算。其次,开始对塑料插座进行模具设计,在进行模具设计时,根据插座的形状并结合手册循序渐进的进行模具设计。这次模具设计是对以前所学知识的一次实践。由于我没有实践经验所以很多东西都要依靠手册。包括数据的选取和工艺性的确定。模具设计包括浇注系统和动、定模个部分的结构以及脱模结构的设计。在设计时要使用到 AUTOCAD 和 PRO/E。 本 科 毕 业 论 文 第 5 页 共 30 页2 塑件分析与模具方案设计2.1 塑料插座结构分析电路插座作为电路组成原件的一部分,结构上要求有一定的强度,方便插头的多次拔插。同时因为是在电路中工作,并且与使用者接触机会更多,要求对使用者提供足够的保护,要求能够很好的隔绝电流。插座结构如图 2.1 和图 2.2 所示。图 2.1 插座三维视图一 本 科 毕 业 论 文 第 6 页 共 30 页图 2.2 插座三维视图二在这个插座的表面有三组双孔,侧面有一直径为 2mm 的通孔,在插座背面是两条加强筋。三组双孔直接与其他工件接触的工作界面,因此对这里的精度和结构合理性要求更高,同时对侧面孔的制造要求使用侧抽心机构,是整个模具设计的难点之一。因为侧面开口形状规则,位置不复杂,因此直接使用一个整体型芯。在插座背面是中空结构,在中心线两侧对称分布有两个加强筋。加强筋结构典型,是规整的长方形,对表面粗糙度和位置精度没有过高要求,不需要附加额外的技术要求。2.2 成型制品的选材根据插座的工作要求和材料成型后的强度以及注塑过程中塑料的流动性,选用ABS 作为其原料。ABS 是丙烯晴、丁二烯、苯乙烯三种单体的共聚物,原料易得,价格便宜,是目前产量最大、应用最广的工程材料之一,可作为机电外壳,仪表壳,电器元件等零件的材料。ABS 是由三种成分组成的,故它有三种成分的综合性能,而每一组成分又在其中起着固有的作用。丙烯晴使 ABS 有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度,丁二烯使 ABS坚韧。苯乙烯使它具有良好的加工性和染色性能。ABS 无毒、无味,成微黄色,成型的塑料件有较好的光泽,熔融温度为217237,热分解温度为 250以上,无毒、无味、不透明。ABS 具有极好的抗冲击强度,且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、 本 科 毕 业 论 文 第 7 页 共 30 页耐油性、耐水性和化学稳定性。水、无机盐、酸、碱类对 ABS 几乎无影响,在酮、醛、脂、氯代烃中会溶解或形成乳浊液,不溶于大部分醇类及烃类溶剂,但与烃长期接触会软化熔胀。ABS 塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS 有一定的尺寸稳定性,易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高,连续工作温度为 70左右,热变形温度为 93左右。耐气候性差,在紫外线作用下易变硬发脆。根据 ABS 中三种组分之间的比例不同,其性能也略有差异,从而适应各种不同的应用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等 10,11。ABS 在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏柜和冰箱衬里等。汽车工业上用 ABS 制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等,还有用 ABS 夹层板制小轿车车身。ABS 还可以用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。ABS 易吸水,使成型塑件表面出现斑痕,云纹等缺陷。为此,成型加工前应进行干燥处理;在正常的成型条件下,壁厚、融料温度对收缩率影响极小;要求塑件精度高时,模具温度可控制在 5060之间,要求塑件光泽和耐热时,控制在6080;ABS 比比热容低,俗话效率高,凝固也快,故成型周期短;ABS 的表观粘度对剪切速率的依赖性很强,因此在模具设计中大都采用点交口。2.3 塑件精度及表面粗糙度分析塑件的尺寸精度是指所获得的塑件与产品图纸中尺寸的符合程度。即所获得塑件尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素很多,首先是模具的制造精度和模具的磨损程度,其次是模具的收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具结构形状等。因此,塑件的尺寸精度往往不高,应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。由塑料模设计手册可查得,ABS 建议采用的精度为高精度 8 级,较高精度为6 级。考虑到插座的使用对精度的要求不太高,所以各个地方均选择 8 级精度。公差值的选择见模具设计部分。塑件间的表面粗糙度一般取 0.8m0.2m 之间,在设计时应考虑到插座的适用性,同时兼顾经济性要求。塑件的表面要求不高,取 Ra0.8m 12。2.4 模具方案 本 科 毕 业 论 文 第 8 页 共 30 页2.4.1 模具方案及选择注射模的分类方式很多。例如,可按照注射模在注射剂上的安装方式、模具型腔数目和结构特征进行分类;但是从模具设计角度上看,按注射模的总体机构特征分类最为方便。按注射模的总体机构特征分类一般可将注射模分为以下几类。(1) 二板式注射模二板式注射模又称单分型面注射模,结构上具有典型的两块模具,即动模具板和定模具板。开模时动模具部分和定模具部分沿一个分型面分型,塑件和浇注系统凝料从同一分型面脱出。二板模是注射模具中最常用的一类,其结构简单,操作方便,但是除采用直接浇口之外,型腔的浇口位置只能选择在塑件的侧面。(2) 三板式注射模三板式注射模又称双分型面注射模,与二板式注射模相比,三板式注射模在结构上增加了一块可移动的中间板,即具有动模板、中间板和定模板三块模板。开模时模具需沿着不同的分型面二次或者三次分型,塑件和浇注系统凝料分别从不同的分型面脱离。三板模能在塑件中心设置点浇口,但必须设计定居顺序分型机构以保证模具的分模顺序,其结构复杂,制造成本高。(3) 二板半式注射模二板半式注射模是指在结构上仍具有典型的动模板和定模板两块模板,但开模时模具必须沿不同的分型面两次分型的一类模具。二板半式注射模也需设计定居顺序分型机构,结构较复杂,当塑件上具有侧向孔或侧凸槽,并且成型这些部位的侧型芯设置在定模部分时,一般就必须采用这种模具结构。(4) 活动镶块注射模由于某些塑件的特殊结构,无法通过简单的分型从模具中取出塑件,这时就要在模具中设置活动镶块或活动侧向型芯以方便的取出塑件。开模时这些活动镶块不能简单的沿着开模方向与塑件分离,而是在脱模时必须将它们连同塑件一起移出模外,然后用手工或者借助简单的工具将它们与塑件分离。合模时这些活动镶块嵌入模具必须可靠的位置,因此这类模具的成产效率不高,适用于小批量或者试制件生产。 本 科 毕 业 论 文 第 9 页 共 30 页(5) 定模设推出机构注射模为了简化模具结构,便于塑件脱模,一般模具开模后应尽可能使塑件能滞留在动模一侧,但有时由于某些塑件的特殊要求或者形状限制,塑件必须留在定模一侧,这些在定模塑件的特殊形状,开模后塑件会包裹在定模一侧的型芯上,为了使塑件脱模,特意从型芯上模设置推件板,开模时由设在动模侧的拉板带动推板运动,将塑件从型芯上脱离。(6)无流道凝料注射模无流道凝料注射模也称无流道注射模具,是指采用对流道加热或者绝热的办法使从注射剂喷口到浇口处之间的塑料保持熔融状态,开模后只修取出塑件的这类模具。无流道凝料注射模能保证注射压力在流道中的有效传递,有利于改善塑件的质量,而且节约了塑料,生产效率高,易实现全自动操作;但模具成本高,浇注系统和温控系统要求高,对塑件形状和塑性有一定的限制,一般适用于大批量生产。此次设计的塑料插座模具结构较简单,综合考虑其结构对模具的要求和成本,我选用二板半式注射模。2.4.2 脱模方式制定从模具中退出塑件及浇注系统凝料的机构称为推出机构。推出机构动作是通过注射机上的顶杆或液压缸来完成的。此次设计的塑料插座没有特殊的结构,因此我选用常见的推杆来进行脱模。通过分析零件的外形特点,我制订了两个推出方案,主要是顶杆的位置不同,图中十字星位置是顶杆顶出位置。图 2.3 所示为方案一示意图。图 2.3 顶出杆方案一在这个方案中我从分型面处选择零件内部的三个点作为顶杆的顶出位置,避开 本 科 毕 业 论 文 第 10 页 共 30 页了周围四个角,避免将四个角顶坏,同时避开了孔,减少了加工难度。图 2.4 所示为方案二示意图。图 2.4 顶出杆方案二在这个方案中我选择将顶杆的顶出位置放在零件内部,采用五个顶出点,一是将顶点的位置放在了加强筋的旁边和凸台处,二是保证工件在推出过程中受力均匀,防止工件受力变形。经过对比我认为在方案一中存在几点不足,一是顶点位置不完全对称,二是受力不均匀,综合分析我选择了第二个方案。 本 科 毕 业 论 文 第 11 页 共 30 页3 插座模具设计3.1 模具成型尺寸计算模具的成型尺寸是指型腔上直接用来成型塑件部位的尺寸,主要有型腔和型芯的径向尺寸,型腔和型芯的深度和高度尺寸,中心距尺寸等。在设计模具时必须根据制品的尺寸和精度要求来确定成型零件的相应的尺寸和精度等级,给出正确的公差值。模具尺寸偏差标注为对包容面尺寸采用单向正偏差标注,基本尺寸为最小。对被包容面尺寸采用单向夫偏差标注,基本尺寸为最大 13。3.1.1 凹模型腔尺寸的计算(1)凹模径向尺寸计算公式:(3.1)ZSLM043其中:塑件的平均收缩率,S=0.006;S塑件的公差,取 8 级精度;模具制造公差,按 /3 选取。z下标: 、 分别代表塑件和模具,单位 mm。sM 本 科 毕 业 论 文 第 12 页 共 30 页经计算得: mm01.236ML(2)凹模深度尺寸计算公式:(3.2)ZSHM032其中:塑件的平均收缩率,S=0.006;S塑件的公差,取 8 级精度;模具制造公差,按 /3 选取。z下标: 、 分别代表塑件和模具,单位 mm。sM经计算得: mm05.273H3.1.2 型芯尺寸的计算(1)型芯径向尺寸计算公式:(3.3)043zsMll其中:塑件的平均收缩率,S=0.006;S塑件的公差,取 8 级精度;模具制造公差,按 /3 选取。z下标: 、 分别代表塑件和模具,单位 mm。sM经计算得: mm09.831Ml(2)型芯高度尺寸计算公式:(3.4)032ZShs其中:塑件的平均收缩率,S=0.006;S 本 科 毕 业 论 文 第 13 页 共 30 页塑件的公差,取 8 级精度;模具制造公差,按 /3 选取。z下标: 、 分别代表塑件和模具,单位 mm。sM经计算得: mm013.6Mh3.1.3 中心距尺寸的计算中心距尺寸计算公式:(3.5)ZSMC21其中:塑件的平均收缩率,S=0.006;S塑件的公差,取 8 级精度;模具制造公差,按 /3 选取。z下标: 、 分别代表塑件和模具,单位 mm。sM经计算得: mm03.5C3.2 注射机的选择及型腔数目的确定3.2.1 塑件的质量体积分析及 ABS 的注射工艺性塑件的体积大小,通过分析,可知体积约为 4cm ,ABS 的密度为 1.02g/cm ,3 3所以质量为 4.08 g。ABS 流动性好,易于成型。熔融温度为 217237,热分解温度为 250以上。熔融温度与分解温度比较接近,选择料筒温度为 200230,为了防止流涎现象,喷嘴温度稍低于料筒温度取 180190。ABS 具体注射工艺参数参见表 3.1。表 3.1 ABS 注射工艺参数注射机类型 螺杆式模具温度()6070螺杆转速(r/min)3060注射压力(MPa)7090喷嘴形式 直通式 保压力(MPa) 5070 本 科 毕 业 论 文 第 14 页 共 30 页喷嘴温度()180190 注射时间(s) 35料桶前段温度()200210 保压时间(s) 1530料桶中段温度()210230 冷却时间(s) 1530料桶后段温度()180200 成型周期(s) 4070注射时,需在 7080预干燥 4 小时以上,注射温度为 170200,注射成型过程中,模温越低,冷却速度太快,熔体温度降低越迅速,造成熔体粘度增大,注射压力损失,引起充模不足,反之,则有利于提高制品表面质量,但制品生产率大大降低,综合以上两点,取模具温度为 6070 14。3.2.2 型腔数目的确定在设计实践中,有确定注射机的型号,再根据所选用的注射机的技术规范及塑件的技术经济要求,计算能够选取的型腔数目,也有根据经验先确定型腔数目的,然后根据生产条件,如注射机的有关技术规范等进行校核计算,看所选的型腔数目是否满足要求,由于塑件尺寸较小,可确定腔数为双型腔。3.2.3 注射机的选择根据塑件体积为 4 cm ,选择注射机为 XS-ZS-22,其具体技术规范参见表 3.2。3(1)锁模力的校核锁模力是指注射机合模机构在工作过程中对模具所能施加的最大夹紧力。在选用注射机时,要对其合模机构进行校核。通常可用下列公式进行: (3.6)FpAn21式中: 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;2型腔数量;n塑料熔体对型腔的成型压力;p 本 科 毕 业 论 文 第 15 页 共 30 页锁模力。F根据经验取模腔平均压力为 p 为 40 Mpa,通过分析,塑件在分型面上的投影面积为 A=13cm 。粗略计算锁模力为 F =pA=401061310-7=51.84KN250 KN,所3以满足锁模力的要求 15。表 3.2 XS-ZY-500 的技术规范公称注射量(cm )330最大成型面积(cm)290螺杆直径(mm) 28 最大开(合)模行程(mm) 160注射压力(MPa) 115 模具最大厚度(mm) 180注射行程(mm) 130 模具最小厚度(mm) 60螺杆转数(r/min) 40动定模固定板尺寸(mm)25280DFDSAF 25 拉杆空间(mm) 235喷嘴孔直径(mm),2 喷嘴圆弧半径(mm) R12(2)注射容量校核模具型腔能否充满与注射机允许的最大注射量密切相关,设计模具时,应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量的范围内,根据生产经验,注射机的最大注射量是其允许最大注射量(额定注射量)的 80。塑件的体积为 4cm ,3加上浇注系统凝料的体积大约为 4 cm ,小于注射机的额定注射量为 30cm ,满足需3求。(3) 最大注射压力的校核注射压力是指在螺杆头部产生的熔体压强,注射压力过低会导致型腔压力不足,熔体不能顺利充满型腔;反之,注射压力过大,不仅会造成溢料,甚至系统过载。螺式注射机 ABS 注射压力一般是 70 MPa100MPa,取 80Mpa。注射机注射压力为 145 MPa,满足要求 16,17。(4) 模具厚度的校核 本 科 毕 业 论 文 第 16 页 共 30 页本注射机所允许的最小厚度和最大厚度分别为 60mm 和 180mm,所选模架的闭合高度为 160mm,满足要求。(5)开模行程校核所选注射机的最大开模行程为 160mm,模具结构为双分型面注射模,其开模距为:(3.7)105max21aHS式中: 脱模距离(mm) ,为 14mm;1H塑件高度(mm) ,为 19mm;2取出浇注系统凝料所需的距离(mm) ,为 40mm;a所以, mm,60mm83mm160mm,满足要求。83mxS3.3 分型面的选择3.3.1 分型面的基本形式分型面的形式由塑料的具体情况而定,但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面。3.3.2 分型面选择的基本原则选择分型面的基本原则:(1)尽量使塑件开模时留在动模一侧;(2)分型面应有利于排气;(3)保证塑件外观质量要求;(4)有利于塑件分型和抽芯动作;(5)有利于塑件脱模;3.3.3 分型面的选择按塑件结构,有两种分型面方案,参见图 3.1: 本 科 毕 业 论 文 第 17 页 共 30 页方案 1 方案 2图 3.1 分型面示意图方案 1 与方案 2 相比,方案 1 型芯设在动模,开模后塑件包在型芯上留在动模,符合分型面设计原则,简化了模具结构,且缩短了流道,节约材料,提高经济效益,因此选用第一方案。同时选用双分型面分型,详见图 3.2,I-I 分型面的分型距离是11mm。II-II 分型面分型距离是 83mm。图 3.2 模具装配图3.4 浇注系统设计3.4.1 主流道衬套部分设计主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始,到分流道为止的塑料熔体的流动通道。属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具的一段过渡的流动长度,因此它的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间,必须使塑料熔体的温度降和压力降最小,且不损害其把塑料熔体输送到最远位置的能力。主流道垂直于分型面。主流道长度一般按模板厚度确定,但为减小充模时的压力降和减小物料损耗,以短为好,中小模具控制在 50mm 以内,在出现过长主流道时,可将主流道衬套挖出深凹坑,让喷嘴深入模具。本题取 L 为 34mm。主流道衬套如图 3.3 所示: 本 科 毕 业 论 文 第 18 页 共 30 页图 3.3 主流道衬套结构各部分尺寸如下:XS-Z-30 注射机喷嘴口孔径为 2mm,喷嘴球径为 13mm。d 主流道小短直径 d=3mm;R 主流道球面半径 R a =12/2+2=8mm;R a表面粗糙度 R a0.8um;a 主流道锥角 a=5o ;L 主流道长度 L=34mm;h 球面配合高度 h=2mm; 主流道大端直径 D=d+2Ltg(a/2)=5mm 。3.4.2 冷料穴设计冷料穴是用一个井穴将主流道延长以接收冷料,防止冷料进入浇注系统的流道和型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上(亦即塑料流动的转向处) ,其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些,深度约为直径的 1.5 倍,最终要保证冷料的 本 科 毕 业 论 文 第 19 页 共 30 页体积小于冷料穴的体积。本设计中,冷料穴和分流道均开设在中间板上,主流道的大端直径 D 为 5mm,所以冷料穴的直径可以取 6mm,深度可以取 7mm。如图 3.4 所示。图 3.4 冷料穴示意图3.4.3 分流道设计在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道。分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料有主流道流入型腔前,通过截面积的变化及流向变换一伙的平稳流态的过渡段。因此要求所设计的分流道能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态,使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔,并且流动过程中压力损失和热量损失尽可能小,能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。通常分流道直径为主流道的 80%左右,我选用半径为 2mm 的圆形流道。3.4.4 浇口设计浇口又称进料口,是连接分流道与型腔的通道,除直接浇口外,它是浇注系统中介面积最小的部分,但却是浇注系统的关键部分,浇口的位置、形状及尺寸对塑 本 科 毕 业 论 文 第 20 页 共 30 页件的性能和质量的影响很大。通常浇口可分为大浇口和小浇口两类,前者也称非限制性浇口,系指直接浇口,后者也称限制性浇口和内浇,常用的有侧浇口,点浇口等。小浇口最适合于填充薄壁和壁厚均匀的型腔,它能有效的防止制品发生变形、翘曲和裂纹等弊病,而大浇口对补缩有利,它能提高制品的尺寸精度,因此当制品的壁厚不均匀时,应适当增大浇口的尺寸。本设计浇口采取侧浇口,模具结构采用双分型面,如图 3.5 所示。侧浇口截面形状简单,加工简单,主要用于中小型塑件的多型腔模具,对多种塑料的成型适应性较强;缺点是塑件外表面上有浇口痕迹,注射压力损失大,对深型腔塑件排气不便。图 3.5 侧浇口简图3.5 凹模型腔侧壁厚度与底板厚度的计算3.5.1 凹模侧壁厚度的计算塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用,应具有足够的强度和刚度,如果型腔侧壁和底板厚度过小,可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏;还可能因刚度不足而产生变形,导致溢料形成飞边,降低塑件的尺寸精度并影响顺利脱模。因此,应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚。理论分析和生产实践表明,大尺寸的模具型腔,刚度不足是主要矛盾,型腔壁厚应以满足刚度条件为准;而对于小尺寸的模具型腔,在发生弹性变形前,其内应力往往已经超过了模具材料的许用应力,因此强度不足是主要矛盾,设计型腔壁厚应以强度条件为准。此次使用是中小模具, 本 科 毕 业 论 文 第 21 页 共 30 页因此主要校核强度条件。形型腔侧壁厚度可表示为:(3.8) SHlp21式中 :腔侧壁厚度,mm;型腔有效高度,为 17;1型腔内压,为 45Mpa;H型腔侧壁长边尺寸,36mm;l模具材料的许用应力 156.8MP。 经计算 为 12mm。设计中壁厚为 13.5mm,满足使用要求。S3.5.2 底板厚度的计算按刚度条件计算底板厚度为(3.9) Bpblh43式中:底板厚度,mm;型腔有效高度,为 17;b型腔内压,为 45Mpa;p型腔侧壁长边尺寸,36mm;l底板总宽度,200mm;B模具材料的许用应力 156.8MP。 经计算 h 为 23mm。设计中底板厚度为 25mm,能够满足使用要求。 3.5.3 必须设置必要的脱模斜度为确保制件成型时能顺利脱模,设计时必须在脱模方向设置脱模斜度,对于工程塑料的结构件来说,一般应在保证顺利脱模的前提下,尽量减小脱模斜度 18。 本 科 毕 业 论 文 第 22 页 共 30 页(1)对于收缩率大的塑料制件应选用较大的脱模斜度;(2)对于大尺寸制件或尺寸精度要求高的制件应采用较小的脱模斜度;(3)制件壁厚较厚时,成型收缩增大,因此脱模斜度应取大;(4)一般情况下脱模斜度不包括在制件公差范围内。根据以上各点,本设计取脱模斜度为 1。 3.6 脱模机构的设计本次设计的插座零件,结构简单,根据其结构特点,选用常规的顶杆顶出机构来完成脱模。3.7 导向机构的设计导向机构是保证动定模或上下模合模时,正确定位和导向的零件本设计采用导柱导向。设计结构如图 3.6 所示:图 3.6 导向机构简图一般导柱、导套与模板之间的固定部位采用 H7/m6 或 H7/k6 的过渡配合,导柱与导套间滑动部分采用 H7/f7 或 H8/f8 的间隙配合。在此次设计中根据实际出发,分别选用了 H7/m6 和 H7/f7 配合。采用了带肩导柱与带头导套的配合方案 19。导柱的长度应比型芯端面高出 8mm12mm,以避免导柱未进入导套而型芯先进入凹模与凹模发生相碰而损坏。导套根据实际设计出发采用了两段式,以满足分模要求。3.8 斜导柱抽芯机构设计 本 科 毕 业 论 文 第 23 页 共 30 页斜导柱抽芯机构是利用斜导柱等零件把开模力传递给侧型芯或侧向成型块,使之产生侧向运动完成侧抽心动作。该机构主要由斜导柱、滑块、导滑槽、锁紧块和定距装置等组成。3.8.1 斜导柱的设计斜导柱与固定模板之间采用的配合一般为 H7/m6。由于斜导柱在工作过程中主要来驱动滑块做往复运动,滑块运动的平稳性由导滑槽之间的配合精度保证,而合模时滑块的最终精确位置由锁紧块确定。为了运动灵活,滑块上斜导孔和斜导柱之间可以采用较宽松的间隙配合或取 0.5mm1mm 间隙。通常斜导柱的角度采用1520,一般不大于 2520。 (1)斜导柱倾斜角度和直径的确定斜导柱轴向与开模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角 。确定 时要综合考虑抽芯距以及斜导柱所受的弯曲力。斜导柱的直径取决于它所所承受的最大弯曲应力,按斜导柱所受的最大弯曲应力应小于其许用应力的原则,可以通过计算获得,但是由于计算比较复杂,有时为了方便,也可用查表方法确定斜导柱的直径。通过对工件的和相关材料的参考,综合分析后,选定斜导柱倾斜角度 为 20,直径为 10mm。(2)抽芯距 的确定s抽芯距一般被要求倍塑件的厚度大 3mm 即可,插座的壁厚为 1mm,因此其抽芯距为 4mm。(3)斜导柱长度的计算斜导柱的长度根据活动型芯的抽芯距 、斜导柱的大端直径 、倾斜角 以及定sD模板厚度 来确定。h如图 3.7 所示,设计中根据实际要求将斜导柱进行加长处理,以满足要求。其公式为:(3.10)5421llL)105(sincotanhD式中:、 斜导柱固定部分的长度,mm;1l2 本 科 毕 业 论 文 第 24 页 共 30 页斜导柱工作不分的长度,mm;4l斜导柱引导部分的长度,一般取(510)mm;斜导柱总长度,mm;L斜导柱固定部分大端直径,mm;D斜导柱固定板厚度,mm;h抽芯距,mm。s经计算得 =50mm。L图 3.7 斜导柱抽芯机构3.8.2 滑块的设计滑块分为整体式和组合式两种。实际中广泛采用组合是结构,这种结构的特点是滑块和侧型芯分开制造,然后安装在一起,这样既可以节省材料,方便加工,而且容易更换。在设计中采用的就是组合式滑块,其结构可参看图 3.7。成型滑块在侧向分型抽芯和复位过程中,要求其必须沿一定的方向平稳的往复移动,不应发生上下窜动和卡死现象。 本 科 毕 业 论 文 第 25 页 共 30 页在设计滑块与导滑槽时,要注意选用正确的配合精度。导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合,一般采用 H7/i7 配合,其余各面均留有 0.5mm 左右的间隙。间隙部分的表面要求较高,表面粗糙度值均为 。设计中滑块与导槽的配合形式mRa8.0如图 3.8 所示。图 3.8 滑块与导槽配合形式3.8.3 锁紧块设计在注射成型过程中,侧向型芯会受到塑件熔体很大的推力作用,该推力通过滑块传给斜导柱,而一般的斜导柱为细长杆件,受力后容易变形导致滑块后移,因此在抽芯机构中必须设置锁紧块,以便在合模后锁住滑块,承受来自侧向型芯的推力。锁紧块与模具的连接方式可根据推力的大小来确定。在设计中采用了较为常见的锁紧块,如图 3.7 所示。3.8.4 定位装置的设计滑块的定位装置用于保证滑块在开模后停留在刚刚脱出斜导柱的位置,不再发生任何移动,以避免合模时斜导柱不能准确的进入滑块的斜导孔,造成模具损坏。在设计滑块的定位装置时,应根据模具的结构和滑块所在的不同位置选用不同形式。通过对设计中各种情况的分析,在设计中发现不方便使用定位装置,因此将斜导柱加长,使其在分模后仍有一大部分留在斜导孔中,通过斜导柱来定位滑块。3.9 顺序开模机构的设计在设计中模具需要沿不同的分型面两次分型,以便取出塑件和浇注系统凝料。 本 科 毕 业 论 文 第 26 页 共 30 页为此,要控制模具分型面的打开顺序和打开距离,本设计采用了弹簧式定距顺序分型机构。其结构如图 3.9 所示。图 3.9 弹簧顺序分型机构示意图已知型芯的抽芯距 为 4mm,倾斜角 为 20。完成抽芯距所需要的开模距离s可以通过计算获得。H其公式为:(3.11)cotsH式中:型芯抽芯距,mm;s斜导柱倾斜角度。经计算得: =11mm。H4 模具的制造4.1 制定模具的加工工艺规程 本 科 毕 业 论 文 第 27 页 共 30 页工艺规程是按照模具设计图样,由工艺人员指定出整个模具或各个零件部件制造的工艺过程,模具加工工艺规程通常采用卡片的形式从到生产部门。一般模具的生产以单位加工为主,工艺规程卡片是以加工工序为单位,简要说明模具或零部件的加工工序名称、加工内容、加工设备以及必要的说明,它是组织生产的依据。4.2 型腔零件的数控编程在模具三维设计中形成的型腔零件的三维实体模型,可作为数控编程几何模型,这样使得模具的设计与制造都是建立在一个统一的几何模型上,保证了模型数据的统一性和正确性。4.3 组织模具零件的生产按照零件的加工工艺卡片组成的零部件的生产,一般可采用常规的机械加工、数控加工、电加工、铸造、挤压等方法完成零部件的加工过程,制造出符合设计要求的零部件。4.4 塑料模具的装配和调试按规定的技术要求,将加工合格的零部件进行装配和连接,装配成符合装配图要求的模具,塑料模具的装配,按照作业的顺序通常可分为:模具装配关系的研究、待装零件的清理与准备、总装配等几个阶段。将装配好的模具固定在规定的塑料成型设备上(也可以再专用的试模机上)进行试模,在试模过程中,不断调整、校正,直到生产出合格的塑件为止。 本 科 毕 业 论 文 第 28 页 共 30 页结束语这次设计的完成是基于 AUTOCAD2007 和 PRO/E 软件,模具设计部分先用AUTOCAD2007 进行了详细的绘制,在此基础上制作了三维造型,三维造型全是用PRO/E 完成。文献综述介绍了塑料模在我国的发展现状和制造特点及塑料模 CAD/CAM 技术的发展,并且介绍了模具设计的方法以及 PRO/E 的特点以及应用。模具设计部分,选择注射模,一模两腔,结构为侧浇口。并对模具每个部分的设计进行了详细的计算。模具调试部分,由于生产条件限制,文中只简要介绍了一些注意事项。 本 科 毕 业 论 文 第 29 页 共 30 页致 谢经过了三个多月的努力,我终于完成了塑料插座的模具设计。这首先得益于我的指导老师丁武学和张跃老师对我的帮助和指导。正是由于他们的精心指导,我才能顺利地完成这次设计。由于以前没有接触过模具,开始对此上手比较难,但在两位老师的耐心指导下,很快就能够借助参考书开始模具设计,这是个边学边做的过程。两位老师的模具知识让我们钦佩,三个多月的时间真的很短,我们该学习的东西还很多。同时还要感谢同组的同学对我的帮助和支持,在与他们的交流中,学到了很多东西。 本 科 毕 业 论 文 第 30 页 共 30 页参 考 文 献1 高佩服等. 使用模具制造技术M. 北京:中国轻工业出版社,2001.2 李大鑫,张秀棉.模具技术现状与发展趋势综述M.机床与模具,2005.3 何涛主. CAD/CAMM. 北京:北京大学出版社,2006.4 肖祥芷,王义林等. 模具 CAD/CAM/CAEM. 北京:电子工业出版社,2004.5 张发启等. 现代测试技术及应用M. 西安:西安电子科技大学,2008.6 王学让. 快速成型与快速模具制造技术M. 北京:清华大学出版社,2007.7 王广春. 快速成型与快速模具制造技术. 北京:机械工业出版社,2003.8 王模. 模具材料M. 北京:机械工业出版社,2007.9 黄毅宏. 模具制造工艺M. 机械工业出版社,1999. 10 欧阳国编. 实用塑料材料学M. 国防科技大学出版社,199111 王文.塑料材料的选用M.北京:化工工业出版社,2001.12 黄毅宏. 模具制造工艺M. 机械工业出版社,1999. 13 李义等编. 塑料注射模具设计技巧与实例M. 化工工业出版社,2003.14 魏万壁.塑料模具制造工艺M.广州:广东科技出版社,1998.15 唐志玉.注塑模设计基础M.成都:成都科技大学出版社,1987.16 赵仲冶.塑料成型工艺与模具设计M.北京:机械工业出版社,1993.17 马金俊.塑料模具设计M.北京:中国科学科技出版社,1994.18 高佩福.模具制造技术M.北京:中国轻工业出版社,2001,4.19 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.北京:机械工业出版社,1998.20 王明.塑料成型工艺M.北京:中国轻工业出版社,1993.
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