3758 仪表盘中央焊板注塑模具设计
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1由电火花加工引起的塑料模具钢表面完整性的一项对比研究BULENT EKMEKCI, OKTAY ELKOCA, 和 ABDULKADIR ERDEN极端的电火花加工(EDM)过程导致了加工表面上一种独特结构的变化。在研究的过程中,我们对电极材料和液体介质类型对塑料模具钢样品表面完整性的影响均进行了实验研究。结果表明,无论工具电极和绝缘液体如何变化,白层上总可以形成机加工表面。这一层是由分布在保留的渗碳体和马氏体基体层上形成的树突结构奥氏体,由于熔融金属的快速凝固,在碳介质液体中使用。高强度裂纹的长度增加引起低脉冲的电流脉冲。此时已发现电火花加工表面产生裂纹,闭合环路凹陷与径向裂纹交叉直立仍然继续,另一个放电反应在附近发生。白层样品中加工去离子水混合溶液液体介质,保留的残余奥氏体相的数量有所减少,裂纹强度有所变化。小球体附属物的数量在增加,表面碳工具电极材料或介电质液体被用于加工中。1 引言电火花加工(EDM)提供一个有效地制造工艺,使生产的硬质材料构件具有复杂的几何形态,它很难用于常规加工航空航天、汽车、工具、模具等行业。电火花加工可以描述为利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用,蚀除导电材料的特种加工方法。因此,电能的形式以持续时间短脉冲指向电极。进行电火花加工时,工具电极和工件分别接脉冲电源的两极,并浸入工作液中,或将工作液充入放电间隙。当两极间的间隙达到一定距离时,两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿,产生火花放电。众所周知,在电极表面的腐蚀主要是由热效应的放电引起的,通过火花电极感应,发电机制造出强烈的电场。在这一领域,最强的电极发挥作用。在这两个电极之间,液体介质中的分子和离子极化。当介电强度液的差距超过自然条件限制,则是一种低阻放电通道形成由于电子放射引起的阴极阳极的变化。这种碰撞过程以热的形式转化动能。热产生的放电通道预计高达 1017w/平方米左右。因此,甚至可以提高局部电极温度到 20000k。因此,被电离的电极材料发生溶解、汽化。不被人了解的是在相似的高温下可以得到如此小的尺寸。等离子体放电通道扩张导致压力增加,边界电流密度差距降低。大多情况下,压力2升高可以防止两电极表面过热。当脉冲电压消失时,急剧下降的压力会引发剧烈侵蚀过程。过热的电解质液体会使熔岩洞剧烈爆炸。最后,在表面冷却的瞬间,在液体介质中,形状不规则的熔融材料或中空球形颗粒汽化。其最终结果就是在正负电极上都形成小坑,那里其余部分的熔融材料飞溅。应用连续高频率驱动一个电极,逐渐侵蚀形成互补的工具电极形成电火花放电。明确表征电火花加工表面形貌和质量的功能是必不可少的。图(2) (3)试图定义一个单一的放电陨石坑的形状和放点条件之间的关系。它发现,间隙距离引起放电陨石坑大小的多样性。劳埃德和沃伦表明,阳极陨石坑晶体取向是一个独立的圆形凹陷的形式和凸起的环状在液体分散时间金属动荡造成的。此外,他们还发现,这个陨石坑的直径在一定的条件下是一个常数。另一方面,在阴极的陨石坑上并没有发现真正的循环,但可以发现它们晶面的对称性。格林和阿尔瓦雷斯在不同的电极材料作用下、采用了轮廓成像技术准确的测量了陨石坑电极的体积。他们的发现说明了径向流线附近的边缘上的陨石坑受高压的影响。拉达克里西南发现,利用定位技术,不同的材料形成的陨石坑,除了其规模和深度的不同,外观则几乎相同。他们报告说,这是由于陨石坑口熔融材料的沉积。Wong 等人用微细电火花加工,其中有一个单一的火花发生器工作,发现在较低的能量下,陨石坑的形状更均匀。更好的界定以较低的能量(50 PJ)与不规则的直径的统一使其达到更高的水平。由于连续放电现象,陨石坑随机叠加。在各种不同的操作类型和实验条件下,各种不同的实验结果和经验模型的表面光洁度均被发表。 (7-25)中已观察到许多过程变量表面光洁度的影响,如峰值电流、电流脉冲的持续时间、电压间隙、电极极性、杂物浓度、工具电极、工件、介质液体的热性能。一般来说,电源功能趋势曲线表明了脉冲能量的增加引起表面粗糙度的增加。大的粗糙度值可以说明大陨石坑具有高能量。经过较大的努力,我们使用了超精密加工,已经改善了电火花加工的精度和表面粗糙度。材料的去除是在静电作用力作用下发生在发生在金属表面,短脉冲持续时间较短。在这种情况下,可能得到小于 0.2 的表面粗糙度值(RA) ,还可以得到 1 镜面表面。(26、27、28)3在电镜下,对各种加工面(2、5、10、11、14、22、23、29、30)的研究表明,表面观察到的可溶性物质是滞留气体逃逸后形成的残骸。很明显,流量停止的瞬间表面是冷冻的。然而,根据凹痕一周的形状,告诉了我们其突然破裂的同时,压力也大幅度降低。另一个特点是电火花加工表面上出现大量的裂纹。工件开裂的出现和热能的大小决定了加工表面。由于热应力导致电火花加工的表面形成裂纹。他们通常是先在材料的表面形成闭合回路,在冷却的过程中,受应力的影响,残余内应力导致融化的材料比未受母材影响的材料更容易产生裂缝。(22、29、32)早期的对纯铁和铁合金在放电加工表面的研究表明,对白层的影响远比对基材的影响大。在合金电极材料白层的表面上发现了无规律的飞溅物。(2、4、33、35) ,从这些可以观察电极材料如何影响工件表现的质量。因此,研究表明,该合金应减少一个合适的合金元素来降低残余应力,从而提高表面质量。 (2、4、35)经过淬火可以获得更高的硬度值。这一层是在机加工的条件下,以水为介质观察的。 (2、4、33、34)劳埃德和沃伦发现,当在石蜡介质条件下用石墨电极加工时得到一种枝晶奥氏体和渗碳奥氏体共融的表面结构;当在正常条件下用铜电极加工时得到一种渗碳奥氏体表面结构。 欧普 33报道在共晶再铸层上加工热锻造钢。马斯瑞林和马尔基奥尼36报道了在碳化物基体上的奥氏体的结构相似,但其指出,不同的电极下白层形态有所改变;并且碳化物和奥氏体相的比例各不相同。然而,思茅等24曾报道在电火花加工时,当采用粉末冶金(PM)的生坯和烧结的碳化钛 、碳化钨、钴时,白层的硬度增加。他们用辉光放电发射光谱对改性火花纹辊面的变化进行分析,并观察发现,当钛和钨一起包含在电极电介质中时,观察到粉末冶金电极中含有的钛和钨和电火花液分解出的碳一起转移到其表面。同样,蔡等人37报道了加工表面上以复合电极为基础的铜和铬的迁移。 雷贝洛等14报道了其表面的碳强度增加了 9 倍,大于探针分析的散装物料的强度。加内姆等23也发现碳和氢富集在外层。一些研究人员把表层和亚表层含碳量的增加归因为电解质的热解,而另一些研究人员认为是由于快速从石墨电极吸收了碳而非电解质热解出的碳.汤姆森总结4出,碳是从介质中吸收的,而不是从电极中吸收的29。近表面硬化现象在奥氏体结构中比在铁素体结构中更为严重,由于在此结构中碳溶解度更低23。雷贝洛众议长等人14表明,Fe3C 在渗碳马氏体钢的表面上形成,而Cabanillas 等已发现形成碳化物的两种不同的方式:第一种是 E-碳化物,由奥氏体,马氏体低于 0.5 焦耳的能量电火花加工形成39;第二种是渗碳体,由奥氏体,Fe7C3,或 Fe5C2 纯铁中的烃类介质的更高的电火花加工形成。利姆等人可视化的管理是通过使用非传统的金相试剂使铸层显示各种微观结构。因此,他们根据各种意见,根据重镀层厚度可分为三类。第一类被认为是 20 微米至 50 微米左右,有结构类似的微观层次重叠;第二类被发现介于 10 微米和 20 微米之间,主要是柱状性质的树突结构。最后一类被发现其厚度小于 10 微米,是最耐腐蚀的。因此,它不能被准确的描述是毋庸置疑的。在大多数情况下,在铸层可以发现受碳限定的热影响层。(2、4、33、36、41、42)这层通常是钢化的微观结构。可以发现这一层的硬度值小于潜在的硬化材料。在大量的研究中可以观察到一个中间隔层重铸的钢化层。 (2、4、33、36)通过工具电极发现这层是存在碳梯度的材料。在严峻的加工条件下,这层包括部分熔融层和另外一个区域,且发生了固态扩散。厚度的增加导致热影响层电荷能量的增加。这层包含了一个高密度二相粒子,比其母材具有更大的尺寸和更全面的碳化物粒子。 (11)这层的硬度也略高于铸层。 (40)已经报道过塑料变形区的材料由于是单相材料,且其在电火花加工时不发生复杂阶段的变化,因此这层会引起潜在的金属变厚几十到几百微米,发生塑性变形。在机加工条件严峻时,脆性材料会出现裂缝,大部分超出此地带的材料将不会被加工。 (4、11、33)科技进步已经促进高强度、高硬度的材料在制造业中的逐步使用。由于电火花加工有处理复杂的机械加工硬质材料的能力,因此,本工艺加工方法逐步被使用。研究断裂、疲劳失效、快速加热和冷却、表面缺陷对材料强度的影响。这些特性最终决定了机加工件的操作特性。在这项研究中,我们对电极材料和介质液体类型对塑料模具钢表面完整性的影响进行了实验研究。2 实验过程5塑料模具钢材(DIN1.2738)样品在电火花加工时应去除应力,确保良好的条件。先将其加热到 600C 缓慢冷却一小时。其中一个表面用 FURKAN*电火花加工。 (FURKAN 是土耳其的技术公司,伊斯坦布尔) 。工作面积是 1050毫米。发电机产生的平均电流在其脉冲为 1、2、4、8、16 和长度为6、12、25、50、100、200、400、800、1600 等。以商业煤油和去离子水作为电介质液体。钢和石墨被选为工具电极。材料的化学成分如样品材料表中所示。表 1,组成塑料模具钢材(质量百分数)JEOL*进行了地形考试。JEOL*日本电子光学有限公司、东京。JSM-5600 扫描电子显微镜(SEM) 。样品用传统金相技术提取,可以观察到热影响层通常在一个奥林匹斯金相微观的范围。此部分加入一种试剂,以便于观察热影响区。显微硬度测量深度文件由 FUTURE-TECH*FM-700 公司制作。奥林匹斯是一个商标*日本奥林匹斯有限公司、东京。FUTURE-TECH 是一个商标*日本 FUTURE-TECH 有限公司、东京。用维氏硬度 indenter 10,或负载的时间缩进 15 秒。通过帕特x 射线衍射,利用岛津万能试验机* XRD 6000,得出以下数据。*岛津万能试验机是一个商标,日本岛津万能试验机有限公司京都议定书3 结果A、表面形貌众所周知,通过控制电源的设置功能,使释放出的能量导致表面粗糙度的变化。峰值电流越高,脉冲持续时间越长,则表面的粗糙度越大。相反,峰值电流越低,脉冲持续时间越短,则表面粗糙度越小。因为电极材料的能量和脉冲能量成正比。扫描电子显微照片(图 1 和 2)表明,观察电火花加工表6面,重叠陨石坑,碎片球体,由逃逸的再沉积材料的烟囱状滞留气体形成可溶性物质。介质液体和工具电极表面形貌的影响在文献中没有明确规定。已报道过他只引起表面粗糙度产生微小的变化。类似的操作条件下产生的表面,通过使用不同的液体介质和电极材料的组合(图 1 和 2) ,显示了图形各种不同的特点。改变球状或不规则形状的附属物的表面特征,被纳入陨石坑外缘。铜作为工具电极,去离子水作为液体介质(图 1(a) )使用时,没有或很少有附属物可被观察到。因此可以改变工具电极材料,或增加石墨等附属物的数量(图 1(b) ) 。已发现表面密集时,使用煤油作为电介质液体。然而,在图2(a) (b)的情况下,在表面地形不断变化时,工具电极材料的变化并非必不可少。这些结果准确表明碳来自电介质液体或工具电极。脉冲持续时间增长,可以极大地提高表面损伤的数量。尤其是在高脉冲宽度和低电流设置且使用煤油作为电介质液体时,最有可能产生裂纹。在这种情况下,一个明确的裂纹网络在 800 ps 和平均电流为 8 A 增加两倍的脉冲电流可以清晰显示(图 3(a) ) 。这样一个网络里,脉冲持续的时间变短(图3(b) ) 。用水做电解液时,高脉冲宽度时加工状态不稳定,当采用正常脉冲电流16A,脉冲宽度低于 400ps 时,加工稳定,当采用 8A 脉冲电流时,脉冲宽度要低于 200ps,加工状态才稳定。在不稳定的加工条件下,可视化的深腔(图4(a)项)以煤油作为液体介质(图 3(a) ) ,此时在加工过程中产生电弧。在相似加工条件下换做铜电极加工时,会出现一个从稳定到不稳定加工的过渡型面,在此区域由不稳定放电而产生的深坑会被稳定加工时产生的熔融材料部分填平(图 4(b) ) 。7(左)图 1。1-SEM 电火花加工塑料模具钢材表面。Iav = 16、tp = 25 p;介质液体:去离子水;电极(a)和(b):铜、石墨。(右)图 2。2-SEM 电火花加工塑料模具钢材表面。Iav = 16、tp = 25 ps;介质液体:煤油;、电极(a)和(b):铜、石墨。8(左)图 3。3-SEM 电火花加工塑料模具钢材表面。电极:石墨; 800 ps;介质液体:煤油;1,Iav = 8 ,;2,Iav = 16。(右)图 4。4-SEM 电火花加工塑料模具钢材。Iav = 8 时,电极:(a)石墨、(b)铜;tp = 800 ps;液体介质:水。(左)图 5。5-Cross 电火花加工部分塑料模具钢样品。介质液体:煤油;tp = 400、Iav = 16; 电极(a)和(b):石墨、铜。电极:铜;当 Iav = 8 时,电极:石墨;当Iav = 8 a,电极:铜。(右)图 6。6-Cross 电火花加工部分塑料模具钢样品。介质液体:去离子水;tp = 400 ps、 (a)Iav = 16 ;电极:石墨。(b)Iav = 16,电极:铜。(c)Iav = 8 ,电极:石墨。9(d)Iav = 8 a,电极:铜。B、热影响层 在电火花加工的表面产生热影响层。在所有情况下,研究发现脉冲持续时间最长,白层厚度最高。重叠的陨石坑基地和轮辋在轮辋层较厚的地方形成白色层(图 5) 。分析加工过程中的介质液体和工具电极,从中发现,白层堆积在陨石坑外缘。当使用石墨作为工具电极和煤油作为电介质液体时,形成白色层是显而易见的。铜作为工具电极使用时,推断出在此形成的白层数量略有下降。当水被用来作为电介质液体时,白色层的减少是显而易见的(图6) 。尤其是当使用铜作为工具电极时,白层的数量最少。但由于高的热度梯度对热影响区有所影响,在大多数情况下,一个黑暗的热影响中间层是可见的。我们发现这层比白层薄得多。C、硬度深度百分比我们至少 10 次测量各个热影响层。阅读资料 10-G,塑料模具钢样品的压痕时间 15 秒,在一定的负载下,观察显微硬度读数的变化(见表二) 。在白色层的硬度值比其母材的硬度值更高。位于白层下的热影响区域硬度急剧降低(由外至里)直至降低到未受影响的材料硬度值。我们发现一个有趣的结果:工具电极和电介质液体,会略微受到影响层内的硬度变化的影响。D. x 射线衍射模式塑料模具钢样品的 X 射线衍射图样显示基本上是两个不同的趋势(图 7) 。当样品以煤油为介质加工时,无论工具电极材料有什么变化,均会形成Fe3C。 Fe3C 不能在加工表面用去离子水检测。因此,可以得出结论,在表面层中的含碳量的增加可以归因于液体介质的裂解产物,而不是工具电极。以去离子水作为液体介质时,残余奥氏体也对所有样品的检测量有一定的影响。10图 7。在衍射模式下电火花加工塑胶模钢样品。 (a)Iav = 16、tp = 800 。(b)以铜为电极,以煤油为液体介质。(c)以石墨为电极,以煤油为液体介质。(d)以铜为电极,以去离子水为液体介质。 (e)以石墨为电极,以去离子水为液体介质。附表二 显微镜下测量硬度的结果4 讨论结果在机加工条件下,我们发现,最外层就是我们熟知的白层。白层表面的厚度是不均匀的。这是由于连续重叠层电火花作用的结果。因此,预计类似的微结构组成的多层结构应在白层上出现。 利姆等人40在可视化的粗加工条件下,通过有效地试剂,发现了层状结构。白层厚度从几微米开始变化。由于熔化的金属被驱逐到现有的白层,随后凝固,因此白层就在这部分形成。减小脉冲宽度和电流也可以减少白层的厚度,但在较厚的部分可以看见多层结构。对较薄的单层结构进行观察,该部分主要是柱状或树突状组织。这可能是单层类型,保留了熔融金属的凝固组织(图 8(a) ) 。熔融金属颗粒形成球形附属物,被驱逐在电火花加工的工件的表面固化。这种附属物一般可分为两组。第一组的球形物只会粘结在白层上。他们呈小球形,与基体在一个或两个接触点结合。化学蚀刻可以轻松的去除这组球形物。仔细观查发现,在有些情况下,没有明确的证据可以检测这些小球准确的脱落位置40。第二组的球形物牢牢地融合再铸层,并且具有较大的接触面积图 8(b) 。在多层基板加工过程中,工具电极材料和绝缘液体周围,可以看到一个个球形附属物。虽然没有确凿的证据表明石墨电极的白色层和热影响层中有大量德尔碳11富集,但球形附属物数量的增加是显而易见的(图 1(b) ) 。显微图像表明与电解质和电极都有反应,如果没有电解质或者电极生成碳,工件表面的气化过程会得到抑制。这表明碳在工具电极、电介质液体沸腾的过程中被同化。塑料模具钢样品的 X 射线衍射图样显示,在使用煤油作为电介质液体时在加工表面上形成 Fe3C。因此,白层由渗碳体和马氏体组成,分布在保留的奥氏体基体中。使用去离子水为液体介质时,保留的残余奥氏体相的数量减少、强度降低。改变电极材料结果仍然不会改变。据推测,仅相的数量可能会有所不同。在放电过程中破获的烃类介质的裂解产物形成渗碳体。显微硬度测试表明,白层硬度在不同情况下是不同的,因为它由不同的微型元件组成。在所有情况下,电火花加工塑料模具钢,热影响层产生导致白层的变化。我们发现,在最外层区域白层硬度值较高,然后逐步减少在内部部分母材硬度。大多数研究人员报道说,在较高的脉冲宽度下,裂缝逐渐增多,能量逐渐增加 11,32。根据他们的说法,在机加工时应按比例增加脉冲能量,则更容易裂纹。然而,李和泰22声明,在最小电流脉冲下,这个裂缝密度最大,持续时间最长。这些结果证实这一结论。在同一脉冲下,裂缝在高能级密度下持续时间最长。如果降低脉冲能量,在闭合环路裂缝处出现凹陷(图 3(a)。裂缝形成的陨石坑继续蔓延时,在附近继续产生电火花放电。可以指出,在垂直角度的交点处,常常形成裂纹(图 9)。通过区分附属物和球状体也可以区分样品。有时在加工表面发现的小陨石坑大概是由于泡沫崩溃形成的。在这种情况下,可以清晰地看见马氏体的痕迹(如图 9(b)。在相同的能量下,当脉冲持续时间减少时,裂缝的数量也相应减少。尤其是在陨石坑外缘,产生一个更高的热径向应力,径向裂缝产生(如图 10)。改变工具电极不能改变表面裂纹的结构。已经发现当金属材料达到热影响层时,裂缝穿透白层继续蔓延。当石墨被用作工具电极和去离子水被用作电介质液体时,在高脉冲条件下,一场激烈的、非同寻常的的开裂在热影响层产生(图 11)。这种不稳定的运行情况常见于工业应用中。在这种情况下,与其他情况相比,其陨石坑更深,且其形状更不规则(图 4(a)。裂缝是随机分布的,通常是在陨石坑口基体上,并扩展到其母材上。当用去离子水做电火花液时产生的这些缺陷与电解液被12石墨电极加工时产生的废物污染有关,污染的增加降低了电火花液的性能并导致加工过程中产生电弧。(左)图 9-剧烈电火花加工塑料模具钢材。 (a)放大 200 倍,(b)放大 550 倍。介质:煤油,tp = 1600 ps;Iav = 8。(右)图 10-剧烈电火花加工塑料模具钢材。(a)放大 200 倍,(b)放大 550 倍。工具电极:铜;介电材料:煤油,tp = 400 ps;Iav = 8。图 11-边界裂解塑料模具钢材。工具电极:石墨;介电材料:去离子水;tp = 1600 ps;Iav = 8。5 结论通过以上实验可以得出以下结论。1、电火花加工时,无论选用任何一种电介质液体和工具电极材料,在加工表面上均可形成白层。132、在烃类电火花液中加工的样品白层中含有比母材多的碳,是由于放电过程中电火花液热解的产物所致.因此白层含有渗碳体和马氏体分布在残留奥氏体中,由于熔融金属的快速固化而形成枝晶状结构.3、加工样品的白层若以去离子水为液体介质时,残余奥氏体相的数量会更少,裂纹强度会更低。在这种情况下,白层硬度与母材硬度的增加是马氏体作用的结果。4。虽然目前还没有确凿的证据证明白层的碳富集,从石墨电极的研究来看,在机加工表面球形附属物的数量增加了。这表明,不仅是工具电极的碳同化,而且电介质液体沸腾的过程也导致碳同化。5。当另一个放电反应发生在附近时,电火花加工表面上的裂缝按照闭环方式穿越径向裂纹继续传播。在高脉冲宽度和低脉冲电流时,开裂强度增加。呜谢这项研究受中东技术大学研究基金的支持。作者对材料研究实验室、埃雷利钢铁厂有限公司的设备支持表示感谢。作者同时感谢来自科尼亚,塞尔库克大学(肯尼亚,土耳其)机电工程系的 Halkaci 先生在样品制备过程中的帮助。参考文献1. 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Wallbank: Metallurgia, 1980, vol. 47, pp. 356-62.附件:(外文资料原文)16河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)中期检查表指导教师: 杨志波 职称: 副教授 所在院(系): 机械与动力工程学院 教研室(研究室): 机制 题 目 仪表盘中央焊板注塑模具的设计学生姓名 曲真鹏 专业班级 机制 10 升(-)班 学号 0816101009选题质量:1.本选题符合机械设计与制造及其自动化专业培养目标,能充分体现专业综合合训练要求。2.本选题有一定程度的难度,需要查阅较多的文献资料,并有一定的数据计算工作。3.本题目对生产,科研,经济,文化密切相关,与实际结合程度很高。二、开题报告完成情况:目前已基本完成开题报告中的任务,还有部分工作尚未完成,模架还有待进一步设计。三、阶段性成果:1方案论证分析已完成。2.注塑模具基本结构设计机构已完成。3.部分机构的图纸已基本确定。四、存在主要问题:模架的组成与设计工作还没完成,模具的动作还尚未确认。五、指导教师对学生在毕业实习中, 劳动、学习纪律及 毕业设计(论文)进展等方面的评语指导教师: (签名)年 月 日河南理工大学万方科技学院本科毕业设计I摘要模具是工业生产的基础工艺装备。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中,6080%的零部件,都要依靠模具成形,模具设计日益受到人们的重视和关注。本毕业设计是关于仪表板中央焊板注塑模具的设计,在正确分析塑件的结构、工艺特点和 PP 材料的性能后,选用侧浇口进行浇注的方法。运用了 CAD、UG 等不同的软件分别对塑件的三维结构、注射模成型部分零件、浇注系统、脱模机构等等进行了仿真设计和分析。最后进行了注射机型号的选择及校核、分型面的确定、型腔的设计、抽芯机构的设计、成型部分零件的设计、浇注系统、冷却系统、排溢引气系统、脱模机构的设计,复位系统的设计及其它零部件的设计。关键词:注塑模;侧浇口;分型面;设计河南理工大学万方科技学院本科毕业设计IIAbstractMold is the basis of Industrial production. 6080% of parts will rely on molding in electronic,car ,motor,eletrical,instrumentation, Household appliances, Communication .This design introduces the designing process of the male die,female die,running system,ejection mechanism,cooling system and the choice of parting surface.It use different softwares such as CAD,UG to analyze and design the three dimensional structure of the injection mold,some parts of the moldling,running system and ejection mechanism. This design includes that:the design of the plastic,the type selection and check of the injection molding machine,the definition of the parting surface,the design of the die cavity,the design of the core-pulling mechanism,the design of some parts of the molding,the runner system,the cooling system,displacement and bleed system and the design of the ejection mechanism and reset system and simple designs of other parts.The end of this design expounds the gains to the design and the conclusion to the whole designing process. Key words:Injection mold;Edge gate;Parting surface;Design河南理工大学万方科技学院本科毕业设计III目录摘要 .IABSTRACT .II目录 .III1 绪论 .11.1 模具工业在国民经济中的地位 .11.2 模具的分类和占有量 .31.3 塑料模具产品的基本知识及技术应用 .41.4 塑料模具国内外发展状况 .51.5 塑料模具未来的发展趋势 .62 设计方案论证与分析 .82.1 产品名称及图样 .82.2 产品的功能分析 .82.3 产品的工艺分析 .92.4 产品的材料选择及性能 .102.4.1 材料的选择 .102.4.2 PP 塑料简介 .102.4.3 改性 PP 塑料的市场前景 .102.4.4 PP 塑料的成型性能 .112.4.5 PP 塑料的主要技术指标 .113 注射成型的选择 .133.1 注塑成型工艺简介 .133.2 注射机的选择 .153.2.1 注塑机基本参数 .153.2.2 注塑机类型的选择 .163.2.3 注射机型号的选择 .173.2.4 注射机的校核 .20第 4 注塑模具总体结构设计 .244.1 成型部分及其部件的设计 .244.1.1 塑料注射成型模具的选择 .244.1.2 分型面的选择 .25河南理工大学万方科技学院本科毕业设计IV4.1.3 型腔数目的确定 .254.1.4 凹模的结构设计 .254.1.5 凸模的结构设计 .264.1.6 型腔壁厚的计算 .264.1.7 凹模成型工作尺寸的计算 .304.1.8 凹模、凸模材料的选择及粗糙度要求 .334.2 浇注系统的设计 .334.2.1 主流道的设计 .344.2.2 分流道的设计 .384.2.3 浇口的设计 .394.2.4 冷料穴的设计 .434.3 排溢、引气系统的设计 .444.3.1 排溢系统的设计 .444.3.2 引气系统的设计 .454.4 脱模机构的设计 .464.4.1 顶杆脱模机构的设计 .474.4.2 拉料杆的设计 .504.4.3 复位系统的设计 .514.5 冷却系统的设计 .524.5.1 冷却装置的理论计算 .534.5.2 冷却回路的布置 .564.5.3 冷却系统的其它零部件 .565 模体(模架)设计 .585.1 模架概述 .585.2 模架结构设计 .585.2.1 定模板 .605.2.2 动模板 .605.2.3 定模座板 .605.2.4 动模座板 .615.2.5 动模垫板 .625.2.6 垫块 .635.2.7 顶杆固定板 .635.3 导向零件 .655.3.1 导向结构的总体设计 .655.4 吊装设计 .686 模具动作过程 .69河南理工大学万方科技学院本科毕业设计V6.1 充填、保压、冷却 .696.2 开模 .706.3 顶出产品 .716.4 产品与模具分离 .726.5 合模(下一循环) .736.6 准备注射 .74结论 .75参考文献 .76致谢 .77河南理工大学万方科技学院本科毕业设计11 绪论 1.1 模具工业在国民经济中的地位模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中,6080%的零部件,都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器” ,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。鉴于振兴我国模具工业的重要性,在 1989 年 3 月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中,把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上,仅以汽车,摩托车行业的模具市场为例。汽车,摩托车行业是模具最大的市场,在工业发达的国家,这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一,汽车工业重点是发展零部件,经济型轿车和重型汽车,汽车模具作为发展重点,已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加,2005 年将达到 170 种。一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元。为了适应市场的需求,汽车将不断换型,汽车换型时约有 80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一,据统河南理工大学万方科技学院本科毕业设计2计,中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型,1000 多个型号。单辆摩托车约有零件 2000 种,共计 5000 多个,其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需 1000 副模具,总价值为 1000 多万元。其他行业,如电子及通讯,家电,建筑等,也存在巨大的模具市场 2。从以下四个方面,可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。第一,模具工业是高新技术产业的一个组成部分。例如:属于高新技术领域的集成电路的设计与制造,不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模;计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造,也必须有精密塑料模具和精密冲压模具;数字化电子产品(包括通讯产品)的发展,没有精密模具也不行。不仅电子产品如此,在航天航空领域也离不开精密模具。例如:形状误差小于 0.10.3 的空空导弹红外线接收器的非球面反射镜,就必须用高精度的塑料模具成形。因此可以说,许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。有些生产高精度模具的企业,已经被命名为“高新技术企业”。第二,模具工业又是高新技术产业化的重要领域。用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平,是推动模具工业技术进步的关键环节。CADCAECAM 技术在模具工业中的应用,快速原型制造技术的应用,使模具的设计制造技术发生了重大变革。模具的开发和制造水平的提高,还有赖于采用数控精密高效加工设备。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用,也要与电子信息等高新技术嫁接,实现高新技术产业化。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计3第三,模具工业是装备工业的一个组成部分。在 1998 年以前,许多人把机械工业当作一般的加工工业。1998 年 11 月召开的中央经济工作会议,首次明确提出了加大装备工业的开发力度,推进关键设备的国产化。将机械工业作为装备工业,把它同一般的加工工业区别开来,是对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。模具作为基础工艺装备,在装备工业中自然有其重要地位。因为国民经济各产业部门需要的装备,其零部件有很大一部分是用模具做出来的。第四,模具工业地位之重要,还在于国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑,都要求模具工业的发展与之相适应。机械、电子、汽车工业需要大量的模具,特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具,目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。这几年,我国每年要进口近 10 亿美元的模具。我国石化工业一年生产 500 多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂,很大一部分需要塑料模具成形,做成制品,才能用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具,需要大量的陶瓷模具;生产塑料管件和塑钢门窗,也需要大量的塑料模具成形。从五大支柱产业对模具的需求当中,也可以看到模具工业地位之重要。 1.2 模具的分类和占有量模具主要类型有:冲模,锻摸,塑料模,压铸模,粉末冶金模,玻璃模,橡胶模,陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模,因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。1.冲模:冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的 50以上。按工艺性质的不同,冲模可分为落料模,冲孔河南理工大学万方科技学院本科毕业设计4模,切口模,切边模,弯曲模,卷边模,拉深模,校平模,翻孔模,翻边模,缩口模,压印模,胀形模。按组合工序不同,冲模分为单工序模,复合模,连续模。2.锻模:锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同,锻模分为锤用锻模,螺旋压力机锻模,热模锻压力锻模,平锻机用锻模,水压机用锻模,高速锤用锻模,摆动碾压机用锻模,辊锻机用锻模,楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同,锻模可分为预锻模具,挤压模具,精锻模具,等温模具,超塑性模具等。3.塑料模:塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35,而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模,挤塑模,注射模,此外还有挤出成型模,泡沫塑料的发泡成型模,低发泡注射成型模,吹塑模等。4.压铸模:压铸模是压力铸造工艺装备,压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型,在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的 6。5.粉末冶金模:粉末冶金模用于粉末成型,按成型工艺分类粉末冶金模有:压模,精整模,复压模,热压模,粉浆浇注模,松装烧结模等。模具所涉及的工艺繁多,包括机械设计制造,塑料,橡胶加工,金属材料,铸造(凝固理论) ,塑性加工,玻璃等诸多学科和行业,是一个多学科的综合,其复杂程度显而易见。1.3 塑料模具产品的基本知识及技术应用一种用于压塑、挤塑、注射、吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具,河南理工大学万方科技学院本科毕业设计5它主要包括由凹模组合基板、凹模组件和凹模组合卡板组成的具有可变型腔的凹模,由凸模组合基板、凸模组件、凸模组合卡板、型腔截断组件和侧截组合板组成的具有可变型芯的凸模。模具凸、凹模及辅助成型系统的协调变化。可加工不同形状、不同尺寸的系列塑件。 我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品,大到机床的底座、机身外壳,小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳,无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形,模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同,模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具,以及塑胶模具。1.4 塑料模具国内外发展状况中国塑料模工业从起步到现在,历经了半个多世纪,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 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具,10 公斤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,精密塑料模方面等等 1。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。我国塑料膜行业还存诸多问题,如发展不平衡,产品总体水平较低。工艺装备落后,组织协调能力差。大多数企业开发能力差,创新能力明显不足。供需矛盾暂时难以解决。体制和人才问题解决尚需时日 3。在国外,注塑模 CAD 技术发展相当迅速,很早就应用计算机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析,成功采用有限河南理工大学万方科技学院本科毕业设计6元法分析三维型腔的流动过程,可依据理论分析并结合自身的经验,在模具制造前对设计方案进行评价和修改,提高生产效率。近些年来,注塑模 CAD 技术在不断进行理论和试验研究的同时,十分注意向实用化阶段发展,一些商品软件逐步推出,并在推广和实际应用中不断改进、提高和改善。在国外,特别是发达国家,其塑料模的设计与制造起步较早,技术方面比较成熟。特别是计算机的运用和发展,使一些发达国家成功地使用了 CAD/CAM 技术来进行塑料模的设计和制造,尤其是 CAE 的运用,使得塑料模具的设计水平及可靠性都有了很大的提高 3。例如美国 ACT 公司推出 1998 最新版本 C-Mold 系统软件注射模 CAD 实用化进入了新的里程。美国 PSP 公司的 IMES 专家系统,能帮助设计人员用专家知识解决注射模具的设计质量问题。德国 IKV 研究所的 CADMOULD系统,可用于注射模具的流动、冷却分析和力学性能校核。澳大利亚MOLDFLOW 公司的注射模具 CAE 软件 MF,具有流动模拟、冷却分析、翘曲分析和应力分析等能力 4。1.5 塑料模具未来的发展趋势随着人类社会的进步和高新技术的不断发展,世界各国均不断的投入重金研究和开发新的模具设计与制造。这些新技术包括设计技术、材料选择和加工技术、管理与维修技术等领域,属于系统工程技术。总得来说必须提高大型、精密、复杂、长寿命、模具的设计水平与比例。注射模具 CAD 的实用化与集成化,其注射模 CAD 的实用化是在塑料模具设计制造中全面推广应用 CAD/CAE/CAM 技术 3。目前 CAD/CAE 是比较成熟的共性技术。CAE 技术塑胶模具设计发展必然趋势。电脑辅助工程(CAE)技术已成为塑胶产品开发、模具设计河南理工大学万方科技学院本科毕业设计7及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比,CAE 技术无论在提高生产率、保证产品质量,还是在降低成本、减轻劳动强度等方面,都具有很大优越性。注塑成型分两个阶段。即开发、设计阶段(包括产品设计、模具设计和模具制造)和生产阶段(包括购买材料、试模和成型)。传统的注塑方法是在正式生产前,由于设计人员凭经验与直觉设计模具,模具装配完毕後,通常需要几次试模,发现问题後,不仅需要重新设置工艺参数,甚至还需要修改塑胶制品和模具设计,这势必增加生产成本,延长产品开发周期 2。采用 CAE 技术。可以完全代替试模,CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案 5。基于网络的 CAD/CAE/CAM 一体化系统结构初见端倪,将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题 3。CAD/CAM 软件智能化程度在不断提高。塑料 CAD/CAE/CAM 的集成化是机械技术和电子技术的密切结合,以更多地采用图形输出,数控数显,计算机程序控制的设计与加工一体化方法,实现高层次、多工位加工,使塑料模具在质量、效率上产生一个新的飞跃。塑料模具专用钢材系列化,有基本型(55 刚) 、预硬型、时效硬化型、热处理硬化性、马氏体实效钢和粉末冶金模具刚。塑料膜标准化,提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率 3。推广采用热流道技术、气(水) 、体辅助注射成型技术和高压注射成型技术,可以提高制件的生产率和质量节省原材料和能源。塑料模具标准化程度及其标准零件的制造规模与范围,常可标志一个国家的工业化程度 6。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计82 设计方案论证与分析2.1 产品名称及图样产品名称:仪表板中央焊板。其结构图如下:图 2-1 塑件三维图2.2 产品的功能分析功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标。该塑件为汽车仪表板中央焊板,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少。作为一种汽车上模具用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素。此外,塑料都会老化,作为一种光学用品,还河南理工大学万方科技学院本科毕业设计9要考虑到材料的光氧化等问题 7。2.3 产品的工艺分析分析塑胶件的工艺性包括技术和经济两方面,在技术方面,根据产品图纸,只要分析塑胶件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性能等因素,是否符合模塑工艺要求;在经济方面,主要根据塑胶件的生产批量分析产品成本,阐明采用注射生产可取得的经济效益。1、塑胶件的形状和尺寸:塑胶件的形状和尺寸不同,对模塑工艺要求也不同。2、塑胶件的尺寸精度和外观要求:塑胶件的尺寸精度和外观要求与模塑工艺方法、模具结构型式及制造精度等有关。3、生产批量生产批量的大小,直接影响模具的结构型式,一般大批量生产时,可选用一模多腔来提高生产率;小批量生产时,可采用单型腔模具等进行生产来降低模具的制造费用。4、其它方面在对塑胶件进行工艺分析时,除了考虑上述因素外,还应分析塑胶件的厚度、塑料成型性能及模塑生产常见的制品缺陷问题对模塑工艺的影响。确定成型方案及模具型式:根据对塑胶零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果,确定所需的,模塑成型方案,制品的后加工、分型面的选择、型腔的数河南理工大学万方科技学院本科毕业设计10目和排列、成型零件的结构、浇注系统等。2.4 产品的材料选择及性能2.4.1 材料的选择根据汽车仪表板使用性能的要求,综合考虑塑胶件的形状和尺寸、塑胶件的尺寸精度和外观要求、生产批量以及生产成本等要求选用改性PP 塑料。2.4.2 PP 塑料简介聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。PP 粒料为本色、圆柱状颗粒,颗粒光洁,粒子的尺寸在任意方向上为 2mm5mm,无臭无毒,无机械杂质。本品以高纯度丙烯为主要原料,乙烯为共聚单体,采用高活性催化剂在 6280及低于 4.0MPa 的压力下经气相反应生产聚丙烯粉料,再经干燥、混炼、挤压、造粒、筛分、均化成聚丙烯颗粒。密度为 0.90 g/cm30.91g/cm3,是通用塑料中最轻的一种。聚丙烯树脂具有优良的机械性能和耐热性能,使用温度范围-30140。同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性,几乎不吸水,与绝大多数化学品接触不发生作用。本品耐腐蚀,抗张强度 30MPa,强度、刚性和透明性都比聚乙烯好;缺点是耐低温冲击性差,较易老化,但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。与发烟硫酸、发烟硝酸、铬酸溶液、卤素、苯、四氯化碳、氯仿等接触有腐蚀作用。可用作工程塑料,适用于制电视机、收音机外壳、电器绝缘材料、防腐管道、板材、贮槽等,也用于生产扁丝、纤维、包装薄膜等。2.4.3 改性 PP 塑料的市场前景河南理工大学万方科技学院本科毕业设计11以汽车行业的应用为例:汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程,目前我国工程塑料的自给率不足 16%。 据中国工程塑料协会预测,2012 年约为 10%,需求量将从 2000 年的 44 万 t 增长到 2012 年的 140 万 t。我国汽车制造业对工程塑料需求量增长迅速,到 2012 年总用量将达到 94 万 t(以塑料用量占汽车重量的5%10%计)。PP 用于汽车工业具有较强的竞争力,但因其模量和耐热性较低,冲击强度较差,因此不能直接用作汽车配件,轿车中使用的均为改性 PP 产品,其耐热性可由 80提高到 145 150,并能承受高温7501000h 后不老化,不龟裂。据报道,日本丰田公司推出的新一代具有高取向结晶性的聚丙烯 HEHCPP 产品,可以作为汽车仪表板、保险杠,比以 TPO 为原料生产的同类产品成本降低 30%,改性 PP 用作汽车配件具有十分广阔的开发前景。2.4.4 PP 塑料的成型性能1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔、凹痕、变形。3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显。低温高压时尤其明显,模具温度低于 50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90 度以上易发生翘曲变形。4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶、尖角,以防应力集中。2.4.5 PP 塑料的主要技术指标表 2-1 PP 塑料的主要技术指标注射机类型 螺杆式密度 0.9-0.91河南理工大学万方科技学院本科毕业设计12计算收缩率 1.0-2.5预热温度/ 80-100成型温度/ 160-220料筒温度(前段、中段、后段) 160-180、180-200、200-220模具温度/ 80-90注射压力/MPa 70-100注射时间 20-60高压时间 0-3冷却时间 20-90成型时间/s总周期 50-160螺杆转速 r/min 48通用注射机类型 螺杆、柱塞均可河南理工大学万方科技学院本科毕业设计133 注射成型的选择3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性,首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化,使之成为粘流状态熔体,然后在柱塞或螺杆的高压推动下,以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中,经过一段时间的保压冷却以后,开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件 9。一般分为三个阶段的工作。图3-1 注塑成型压力时间曲线1. 物料准备 9:成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况,有无杂质等进行检验,并测试其热稳定性,流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料,应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥,若有嵌件,还要知道嵌件的热膨胀系数,对模具进行适当的预热,以避免收缩应力和裂纹,有的塑料制品还需要选用脱模剂,以利于脱模。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计142. 注塑过程 9:塑料在料筒内经过加热达到流动状态后,进入模腔内的流动可分为注射,保压,倒流和冷却四个阶段,注塑过程可以用如图3-1所示。图中T0 代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻;当模腔充满熔体(T= T1)时,熔体压力迅速上升,达到最大值P 0。从时间T 1到T 2,塑料仍处于螺杆(或柱塞)的压力下,熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动,而温度又在不断下降,定向分子(分子链的一端在模腔壁固化,另一端沿流动方向排列)容易被凝结,所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长,分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束(时间从T 2到T 3) ,由于模腔内的压力比流道内高,会发生熔体倒流,从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中,塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。3. 制件后处理 9:由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂,再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同,制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩,导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力,脱模后除引起时效变形外,还会使制件的力学性能,光学性能及表观质量变坏,严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理,常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力,此外,退火还可以对制件进行解除取向,并降低制件硬度和提高韧性,温度一般在塑件使用温度以上的1020 度至热变形温度以下1020 度之间;调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序,主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液(沸点为121,加热温度为100121,保温时间与制件厚度有关,通常取29小时 9 ) 。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计153.2 注射机的选择3.2.1 注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据:1. 公称注塑量 6:指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。2. 注射压力 6:为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆( 或柱塞 )对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。3. 注射速率 6:为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。4. 塑化能力 6:单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期。5. 锁模力 6:注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。6. 合模装置的基本尺寸 6:包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。7. 开合模速度 6:为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不河南理工大学万方科技学院本科毕业设计16使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.8. 空循环时间 6:在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间。3.2.2 注塑机类型的选择塑料注射成型机的类型可分为:卧式塑料注射机、立式塑料注射机和角式塑料注射机 6。1. 卧式塑料注射机的特点 6注射螺杆的轴线和合模机构的模板远动轴线呈一线的水平排列。制品定出后塑件按自重落下,便于实现模具制造的自动化。螺杆和塑化装置的塑化能力强,且均匀,压力损失小,塑件内应力及定向性小,可减少变形和开裂倾向。螺杆式注射机可采用不同的螺杆,使用调节螺杆转数及背压等适应能力,可加工各种塑料及不同要求的塑件,加工低粘度塑料,薄壁及形状复杂塑件时,易发生副料回流,螺杆不易清洗,贮料清洗不净,易发生分解。应用广泛,对大、中、小刑机都适用。装模麻烦,安放嵌件及活动型芯不便,易倾斜落下。2. 立式注射机的特点 6注射螺杆的轴线和合模机构的模板远动轴线呈一线的垂直排列,由于制品顶出后不易自动落下,必须人工或机械手将制品取出,不易实现全自动化操作。由于机身较高,机器的稳定性差,加料较困难,维修不便。只适用于小型机而大、中型机不易采用此结构形式。3. 角式注射机的特点 6注射螺杆的轴线和合模机构模板远动的轴线相互成垂直排列。特别适用于开设侧交口非对称几何形状的模具或成型中心不允许留有浇口痕河南理工大学万方科技学院本科毕业设计17迹的制品。综上所述,根据立式和角式注射机的特点,不适用于本产品的注塑模具设计。由于卧式塑料注射机主要以螺杆式为主,且卧式螺杆式注射机满足汽车仪表板中央焊板的工艺成型要求,因此,可采用该类型的注射机。3.2.3 注射机型号的选择3.2.3.1 注射机的初选1塑件的体积计算利用 UG 软件进行三维实体建模,并可直接通过软件进行分析,查询到塑件的体积为:V 件 = 62.868 cm3 (3-1)如图 3-2 所示。图 3-2 塑件的体积2计算塑件的质量河南理工大学万方科技学院本科毕业设计18根据“中国模具设计大典” 3查得:=0.90.91g/cm 3,根据塑件形状及尺寸,采用一模二腔的模具结构。V 浇 如图 3-3 所示。塑件和浇注系统的质量:W 总 =(2V 件 +V 浇 ) (3-2)=0.9(262.868+18.774)=0.9144.51=130.059g3.注塑机的初选择查手册 1,PP 的注射压力 7001000(10 5)帕,塑件较简单,取P=90Mpa。结合 UG 软件对塑件的分析得 S 投=150.14cm 2 (3-3)(1)计算 A=2150.14=300.28cm2(2)型腔压力计算 P 腔 =2/3P=60Mpa (3-4)河南理工大学万方科技学院本科毕业设计19图 3-3 浇注系统的体积图 3-3 塑件在分型面上的投影面积(3)锁模力计算 F=AP 腔 (3-5)河南理工大学万方科技学院本科毕业设计20=300.2860102=1801680N1800KN根据计算,查表 1初选螺杆式注射机:SZ-630/2400。如下图所示。图 3-4 SZ630/2400 注射机4.注射机有关参数表 3-1 SZ-630/2400 型注射机的主要参数标称注射量 610cm3 定位孔直径 160mm最大开模行程 S 550mm 喷嘴球头直径 70mm最大装模高度 Hmax 610mm 喷嘴孔直径 4mm最小装模高度 Hmin 310mm 中心顶杆直径 50模板最大安装尺寸 550550mm 移模行程 0-550mm3.2.4 注射机的校核河南理工大学万方科技学院本科毕业设计211.最大注射量的校核计算公式:(0.8-0.85)W 公 W 注 (3-6)W 公 注塑机的公称注塑量(cm 3);W 注 塑料体积量,是所有型腔的塑料加上浇注系统塑料的总和(cm 3);如前所述,塑件及浇注系统的总体积为 144.51cm3远小于注塑机的理论注射量 610cm3,将数据代入公式得:180.625cm 3 610cm 3 , 故满足要求。2.注射机压力的校核PKP (3-7)K 安全系数。 一般取 1.3 P 机注射机的最大注射压力。(Mpa 或 N/ cm3)P 塑成型塑件所需的注射压力。(Mpa 或 N/ cm3)一般 PP 塑料的注塑压力为 70100Mpa,取 90 Mpa 。SZ-630/2400 注射机的最大注射压力 P =151Mpa,所以 P =151Mpa KP 塑机 机=1.390=117 Mpa。可见 SZ-630/2400 注射机满足 PP 塑料注射压力的要求。3.锁模力的校核分注损锁 APKF(3-8)式中 注射机的额定锁模力(N)锁注射压力到达型腔的压力损失系数,一般取损0.340.67,取 0
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