汽车车灯接线盒注塑模具的设计-塑料注射模1模4腔含NX三维及9张CAD图.zip
汽车车灯接线盒注塑模具的设计-塑料注射模1模4腔含NX三维及9张CAD图.zip,汽车,车灯,接线,注塑,模具,设计,塑料,注射,NX,三维,CAD
摘要当前汽车车灯接线盒注塑成型工艺方法很多,为了进一步提高生产效率,节约生产成本,本文在现有的注塑成型工艺冷却方面做了进一步改进,选择在型芯上开设冷却水道,希望缩短冷却过程,从而提高生产效率。本文主要介绍了经过优化型芯冷却系统后的汽车车灯接线盒注塑模设计、塑料成形工艺以及注塑的过程,也对注塑机也进行了一些简单的介绍。主要设计过程有:塑料制品的工艺分析,型腔数目的确定,型芯冷却系统的设计,注塑机的选择以及模具的结构设计。本文设计的是一模四腔两板式模具,由于汽车车灯接线盒的特殊形状,可以直接脱模,本文对模具的各部分零件进行了设计与计算。在完成了一系列计算和构想之后,利用三维软件画出注件的三维图,并设计好浇注系统、开模方向,然后进行开模仿真,在确定无误之后,利用EMX7.0设计模架,在完成模架设计之后,利用装配方法把整套模具完成整体设计并导出总装配图。通过采用组合式型芯,并在型芯块上设计螺旋状冷却水道的冷却系统措施后,注塑过程中注件得到了良好的散热,提高了注件生产效率。在现有的工艺上做了改善之后,汽车车灯接线盒的注塑过程大大缩短,既提高了生产效率,同时也节约了生产成本。关键词:汽车车灯接线盒;冷却系统;注塑机;注塑模;一模四腔 AbstractIn order to improve the production efficiency and save the production cost, the current injection molding process of automobile lamp junction box is improved. The cooling water channel is set up on the core, so the cooling process can be shortened so as to improve the production efficiency.This paper mainly introduces the injection mold design, plastic forming process and injection molding process of automobile lamp junction box after the optimized core cooling system, and also introduces some simple introduction to the injection molding machine. The main design processes are: the process analysis of plastic products, the determination of the number of the cavity, the design of the core cooling system, the selection of the injection molding machine and the structure design of the mould. This design is the first mock exam four cavity two plate mold, due to the special shape of automobile lamp wiring box, can directly release, the mold parts of the design and calculation. After a series of calculations and ideas have been completed, three-dimensional software is used to draw the 3D drawings of the injection parts, and the casting system and the direction of the die are designed, then the model simulation is carried out. After the error is determined, EMX7.0 is used to design the mold frame. After the design of the mold is completed, the whole set of moulds is designed and guided to complete the whole design and guide. A general assembly drawing.After the combined core is adopted and the cooling system of the spiral cooling water channel is designed on the core block, good heat dissipation is obtained in the injection process, and the production efficiency of the injection parts is improved. After improving the existing technology, the injection process of the car lamp junction box is greatly shortened, which not only improves the production efficiency, but also saves the production cost.Keywords: automobile lamp junction box; cooling system; injection molding machine; injection mould; the first mock exam four cavityV目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 模具行业的发展11.2 注塑工艺概述21.2.1 注塑工艺发展的现状21.2.2 注塑工艺发展趋势31.3 CAD/CAM/CAE及Pro/E的发展趋势31.4 注塑模具概述51.5 课题研究的目的和意义5第2章 模具设计方案62.1 汽车车灯接线盒二维图62.2 塑件材料72.2.1 塑料材料的基本特性72.2.2 塑件材料成型性能92.2.3 塑件材料主要用途102.3 塑料制品的工艺分析102.3.1 脱模斜度112.3.2 塑件的壁厚112.3.3 支承面122.3.4 材料的成型收缩率122.3.5 尺寸精度和表面粗糙度132.4 注塑过程的特点132.5 型腔数目的确定142.6 注塑机的选择15第3章 浇注系统的设计203.1 设计浇注系统基本要点203.2 主流道设计213.2.1 主流道的作用213.2.2 主流道(浇口套)设计基本要点213.3 分流道设计223.3.1 分流道的作用223.3.2 分流道的类型233.4 浇口设计233.4.1 浇口的作用233.4.2 浇口的类型233.5 冷料穴设计253.6 排气槽设计25第4章 成型零件的结构设计264.1 成型零件结构设计264.2 型芯冷却系统的设计294.3 模架的选用314.4 导向机构的设计344.5 脱模机构的设计344.5.1 顶杆的设计354.5.2 顶料板的设计364.6 顶杆的复位36装配图38总结39致谢40参考文献41第1章 绪论1.1 模具行业的发展模具行业是制造业中的一项基础产业,是技术成果转化的基础,同时本身义是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低,决定着产品的质量、效益和新产品开发能力,它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。日前,塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。二十一世纪世界制造加工业的竞争更加激烈,对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战,产品需求的多样性要求塑件多品种、复杂化,市场的快速变化要求发展产品及模具的快速设计制造技术,全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品质量,创新、精密、复杂、高附加值已成为注塑产品的发展方向,必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。当前,国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大,其中发展重点为工程塑料模具。有关数据表明,目前仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨:电冰箱、洗农机和空调的年产量均超过1000万台;彩电的年产量已超过3000万台;到2010年,在建材行业,塑料门窗的普及率为30%,塑料管的普及率将达到50%。这些都会导致对模具的需求量人幅度增长。近来我国模具工业发展迅速,日前已呈现出市场广阔、产销两旺的局面。深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达、科技含量最高的区域,预计有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。其次,浙江东部的余姚、宁海、黄岩温州等地的塑料模具工业发展也非常快。相当多的发达国家塑料模具企业移师中国,是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势,这些是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在,所以中国塑模市场的前景一片辉煌。1.2 注塑工艺概述随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高,塑料制品的应用范围不断地扩大。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法,该方法全部热塑料和部分热固性塑料,制得的塑料制品数量之大是其他成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加工不仅产量多,而且运用于多种原料,能够成批,连续的生产,并且具有固定的尺寸,可以实现生产自动化,高速化,因此,具有得极高的经济效益。作为注塑成型的加工的主要工具之一的注塑模具,在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面的水平的高低,直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代,同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。与其他行业相比模具制造业存在成本高,要求制造周期短、技术性强的特点,目前,随着科学技术的不断发展和计算机的应用,这些问题得到很大的改善。由于有了计算机辅助设计和计算机辅助加工,从根本上改变了模具生产的面貌,可靠地保证了模具所生产的精度与质量。预硬、易切削以及高光亮等,新型模具材料的应用,大大地方便了加工几热处理。另外,模具标准件和标准件为基础的特殊定制零件的普及,明显地缩短了模具制造周期。1.2.1 注塑工艺发展的现状模具行业是制造业中的一项基础产业,是技术成果转化的基础,同时本身义是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低,决定着产品的质量、效益和新产品开发能力,它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。日前,塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品质量,创新、精密、复杂、高附加值已成为注塑产品的发展方向,必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。目前在国内外市场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的CAD/CAE/CAM系统。而且通过推广使用模具标准件,实现了部分资源共享,这样就大大减少模具设计的工作量和工作时间,对于发展CAD/AM技术、提高模具的精密度有重要意义。因此,模具成为国家重点鼓励与支持发展的技术和产品。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分,是国民经济的装备产业,其技术、资金与劳动相对密集。1.2.2 注塑工艺发展趋势近年来,塑料成型加工机械和成型模具增长十分迅速,高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。我国在注射模CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从80年代中期开始,国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。同时,某些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。1.3 CAD/CAM/CAE及Pro/E的发展趋势模具技术的发展,主要依赖于模具标准化程度、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备及生产管理等。CAD/CAE/CAM技术在模具生产中的应用占有极其重要的地位,是模具产品生产立足市场竞争,满足时间、质量、成本、服务、环境的要求,最大限度地提高生产效率,满足用户需求的重要保障。随着创新技术能力的提高和网络计算环境的普及,模具CAD/CAE/CAM技术的发展总体上朝着以下7个方面发展:1.集成化;2.网络化;3.标准化;4.开放性;5.虚拟化;6.专业化;7.智能化。近年来,我国引进了不少很强图形功能的CAD/CAE/CAM系统软件,但在曲面造型和数控加工等方面依然存在一定的局限性。目前,国内一些大型企业或CAD/CAE/CAM技术较成熟的企业通常引进成套软件,而大多数模具工厂和中小型企业的CAD/CAE/CAM技术的应用处于初级阶段,通常以自我开发为主,选定适合实际情况的软、硬件开发平台进行二次开发,提高了设计效率和质量的同时,也使软件更加符合工厂生产实际和便于技术人员的使用。由模具CADCAM的发展可以看出,一个好的模具CADCAM系统应当具有以下的特点:1. 模具CADCAM系统必须具备描述物体几何形状的能力。有些设计过程最初提出的要求是一些参数或性能指标。2. 标准化是实现模具CAD的必要条件。模具设计一般不具有唯一性。对于同一产品零件,不同设计人员设计的模具不尽相同。3. 设计准则的处理是模具CAD中的一个重要问题。人工设计模具所依据的设计准则大部分是以数表和线图形式给出的。4. 模具CADCAM系统应具有充分的柔性模具的结构随产品的不同而变化,模具型面的几何形状复杂,现阶段,模具的设计方式基本上属于经验设计,设计质量在很大程度上取决于设计者的技巧。Pro/E软件自1988年问世以来,十余年间迅速成为全世界最普及的 3D CAD/CAM 软件,现今 Pro/E 几乎成为 3D CAD/CAM 系统的标准软件。Pro/ E软件在机械、模具、电子、通讯、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等各行业都得到广泛的应用。它整合零件设计、零件装配、模具开发、钣金设计、机械设计、动态仿真、应力分析等功能于一体,为专业人员提供了一个强大的学习、工作平台。1.4 注塑模具概述 本课题主要的方向在于借助计算机的辅助设计软件三维软件和EMX7.0来实现注塑件与注塑模的设计。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础,模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用,在国际上被称为“工业之母”,对国民经济发展起着不容质疑的作用。塑料模具一种用于压塑、挤塑、注射、吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具,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。1.5 课题研究的目的和意义本课题要求跟据图纸以及任务书设计出结构优化的模具。当前汽车车灯接线盒注塑成型工艺方法很多,为了进一步提高生产效率,节约生产成本,本文在现有的注塑成型工艺冷却方面做了进一步改进,选择在型芯上开设冷却水道,希望缩短冷却过程,从而提高生产效率。本设计是希望经过优化设计后,使得在用该模具在生产过程中,注件的生产质量得到改善,提高生产效率,为该行业的企业节约生产成本,提高企业的经济效率。第2章 模具设计方案2.1 汽车车灯接线盒二维图本课题要求跟据图纸以及任务书设计出结构优化的模具。塑件的形状和尺寸要求如图2-1所示。图2-1 汽车车灯接线盒示意图图2-2 茶杯的二维示意图2.2 塑件材料2.2.1 塑料材料的基本特性PA66(聚酰胺66或尼龙66),同PA6相比,PA66更广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品。广泛用于制造机械、汽车、化学与电气装置的零件,如齿轮、滚子、滑轮、辊轴、泵体中叶轮、风扇叶片、高压密封围、阀座、垫片、衬套、各种把手、支撑架、电线包内层等。PA66塑料在聚酰胺材料中有较高的熔点。PA66塑料在成型后仍然具有吸湿性,PA66塑料的粘性较低, PA66塑料热性质熔点即结晶熔解时的温度,对结晶性高分子PA66塑料,显示清晰的熔点,根据采用的测试方法,熔点在259267的范围内波动。通常采用差热分析法测出的PA66塑料的熔点为264。如果将体积膨胀系数显示极大值的温度当作熔点,则尼龙-66的熔点温度范围为246263。接近理论熔解温度259。 PA66塑料的注塑特性干燥处理:如果加工前材料是密封的,那么就没有必要干燥。然而,如果储存容器被打开,那么建议在85C的热空气中干燥处理。如果湿度大于0.2%,还需要进行105C,12小时的真空干燥。熔化温度:260290C。对玻璃添加剂的产品为275280C。熔化温度应避免高于300C。模具温度:建议80C。模具温度将影响结晶度,而结晶度将影响产品的物理特性。对于薄壁塑件,如果使用低于40C的模具温度,则塑件的结晶度将随着时间而变化,为了保持塑件的几何稳定性,需要进行退火处理。注射压力:通常在7501250bar,取决于材料和产品设计。注射速度:高速(对于增强型材料应稍低一些)。流道和浇口:由于PA66的凝固时间很短,因此浇口的位置非常重要。浇口孔径不要小于0.5*t(这里t为塑件厚度)。如果使用热流道,浇口尺寸应比使用常规流道小一些,因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。如果用潜入式浇口,浇口的最小直径应当是0.75mm。 PA66塑料应用PA66是PA系列中机械强度最高、应用最广的品种,因其结晶度高,故其刚性、耐热性都较高。包括脂肪族聚酰胺、脂肪-芳香族聚酰胺及芳香族聚酰胺。脂肪族聚酰胺品种多、产量大、应用广泛,既可作纤维,也可作塑料。聚酰胺纤维也称耐纶,它与聚酰胺塑料的产量比为91。脂肪-芳香族聚酰胺品种少,产量也小。芳香族聚酰胺常简称为聚芳酰胺,主要用作纤维,后者称芳香族聚酰胺纤维,俗称芳纶。聚酰胺品种的名称,工业上习惯用单元链节所含碳原子数来表征,可以大体上按聚合物单体分为p型和mp型两种。p型聚酰胺是由氨基酸H2N(CH2)p-1COOH(或内酰胺)制成的。单元链节结构为 :HN(CH2)p-1CO,如聚酰胺6HN(CH2)5COn ;聚酰胺11HN(CH2)10COn等。它们的名称中6和11分别表示单元链节中的碳原子数。mp型聚酰胺是由二元酸HOOC(C-H2)m-2COOH与二元胺H2N(CH2)pNH2制成的,单元链节结构为:OC(CH2)m-2CONH(CH2)pNH,如聚酰胺66OC(C-H2)4CONH(CH2)6NHn,聚酰胺1010OC(CH2)8CONH(C-H2)10NHn等。它们的名称中66和1010分别表示单元链节中酸和胺的碳原子数。工业生产的聚酰胺塑料主要品种有聚酰胺66、聚酰胺6、聚酰胺610、聚酰胺1010、聚酰胺11、聚酰胺12和共聚酰胺等。按聚酰胺中加入的添加剂不同,聚酰胺又有增强、耐磨、微晶、防老化等不同的改性品种;按加工成型的方法,可分为注塑、挤出、模压、浇铸、烧结等品种;按其形态还可分为粒料、薄膜、粉末和坯料等 。2.2.2 塑件材料成型性能PA66塑胶原料为半透明或不透明乳白色结晶形聚合物,具有可塑性。密度115g/cm3。熔点252。脆化温度-30。热分解温度大于350。 连续耐热80-120,平衡吸水率25%。能耐酸、碱、大多数无机盐水溶液、卤代烷、烃类、酯类、酮类等腐蚀,但易容于苯酚、甲酸等极性溶剂。具有优良的耐磨性、自润滑性,机械强度较高。但吸水性较大,因而尺寸稳定性较差PA66是PA系列中机械强度最高、应用最广的品种,因其结晶度高,故其刚性、耐热性都较高。PA66在聚酰胺材料中有较高的熔点。它是一种半晶体-晶体材料。PA66在较高温度也能保持较强的强度和刚度。PA66在成型后仍然具有吸湿性,其程度主要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。在产品设计时,一定要考虑吸湿性对几何稳定性的影响。为了提高PA66的机械特性,经常加入各种各样的改性剂。玻璃就是最常见的添加剂,有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶,如EPDM和SBR等。PA66塑胶图片PA66的粘性较低,因此流动性很好(但不如PA6)。这个性质可以用来加工很薄的元件。它的粘度对温度变化很敏感。PA66的收缩率在1%2%之间,加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到0.2%1% 。收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相异是较大的。2.2.3 塑件材料主要用途高温电气插座零件、电气零件、齿轮、轴承、滚子、弹簧支架、滑轮、螺栓、叶轮、风扇叶片、螺旋桨、高压封口垫片、阀座、输油管、储油容器、绳索、扎带、传动皮带、砂轮粘合剂、电池箱、绝缘电气零件、线芯、抽丝等2.3 塑料制品的工艺分析塑件的几何形状与成型的方法,模具分型面的选择,塑件是否能顺利成型和出模有直接的关系。因此在设计塑件时应认真考虑,使塑件的几何形状能满足其成型工艺性要求,在不影响使用要求的情况下,都应力求简单,避免侧表面凹凸不平和带有侧孔,这样容易从模腔中直接顶出,避免了模具结构的复杂性。2.3.1 脱模斜度 为了易于使塑件从模具取出或从塑件中抽出型芯,在设计时必须考虑塑件内外壁具有足够的脱模斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率的大小,塑件的几何形状有关。但在具体选择脱模斜度时还应注意以下几点:1凡塑件要求高的,采用较小的脱模斜度。2凡较高的,较大的尺寸,应选用较小的脱模斜度。3塑件形状复杂的,不易脱模的应选用较大的脱模斜度。4塑件的收缩率大的应选用较大的斜度值。5塑件壁厚较厚时,会使成形收缩增大,脱模斜度应采用较大的数值。6如果要求脱模后塑件保持在型芯的一边,塑件的内表面的脱模斜度可选的比外表面小;反之,要求脱模塑件留在型腔内,则塑件外表面脱模斜度应小于内表面,但是,当内外表面脱模斜度不一致时,往往不能保证壁厚的均匀。7增强塑料宜取大,含自润滑剂等易脱模塑料可取小。8斜度取留方向,对于塑料内表面是以小端为基准,斜度向扩大方向取,塑件外表面则应以大端为基准,斜度向缩小方向取。综合考虑以上几点,选取本制品的脱模斜度为15。2.3.2 塑件的壁厚塑件壁厚设计的基本依据是塑件的使用要求,例如强度、刚度、绝缘性、重量,尺寸稳定性和与其他零件的装配关系。壁厚设计也要考虑到塑件成形时的工艺性要求,如对熔体的流动性阻力,顶出时的强度和刚度等。在满足工作要求和工艺要求的前提下,塑件壁厚设计时还应遵循下面两项基本原则:1.尽量减小壁厚减小壁厚不仅可以节约材料,节约能源,也可以缩短成型周期,因为塑料是导热系数很小的材料,壁厚的少量增加,会使塑件在模腔内冷却时间明显增长。塑件的壁厚减小也有利于获得质量较优的塑件,因为厚壁塑件容易产生表面凹陷和内部缩孔。2.尽可能保持壁厚均匀塑件壁厚不均匀时成型过程中所需的冷却时间不同,收缩率也不同,容易造成塑件的内应力和翘曲变形。因此设计塑件时应尽量减小各部分的壁厚差别。一般情况下应使壁厚差别保持在30%以内。对于由于塑件结构所造成的壁厚差别过大情况,可采用以下两种方法减小壁厚差:(1) 可将塑件过厚部分挖空。(2) 可将塑件分解,即将一个塑件设计为两个塑件。综合考虑,本制品壁厚选取为2mm,且尽量保持壁厚均匀。2.3.3 支承面当塑件需由一个面作为支承面时,如果整个面来作为支承面,在制造过程中是易满足要求的。在这样的情况下,应在设计塑件时采用凸边或几个凸起的支脚作为支承面。环行周边支承面或支承底脚高度不应小于0.5mm,否则底面变形也会使塑件不能平稳地放置。本制品环行支承面的高度取1mm。2.3.4 材料的成型收缩率塑件从模具中取出到冷却至室温会发生尺寸收缩,这种性能称收缩性。查参考文献2中的表1-2得该塑料的成型收缩率(%):0.50.8;由于收缩不仅与熟知的热胀冷缩有关,还和各成型因素有关,所以将成型后塑件的收缩称成型收缩。影响收缩的因素主要有:1.塑料品种2.塑料特性 3.模具结构 4.成型工艺这里取计算成型收缩率为0.5%。2.3.5 尺寸精度和表面粗糙度根据推荐,本制品选取 SJ-1372-78 5级精度。2.4 注塑过程的特点注塑过程具有以下几个特点。对这些特点的认识和正确运用对合理设计塑件和取的良好的塑件质量有直接的关系。1. 注塑是在封闭的模腔中进行的塑件是在封闭的模腔中成型的,成型时是将一受热熔化的塑料的熔体在压力作用下,通过细小的浇道注入已经闭合的模具腔体。在封闭模腔中成型塑件。为减小从模腔中脱出时的阻力,要求塑件带有适当的脱模斜度,也要求模具两部分的接触面(即分型面)应相对与所成型的塑件,安排在适当的位置。在封闭的型腔中成型塑件,要求在模具总体结构中带有合理的,可保证塑件顺利脱出的脱模机构或抽芯机构等,也要求设计出可以充分排除型腔内原有的空气和塑件中低分子挥发物的排气系统。2. 注塑过程受多种工艺参数的影响从注塑机方面看,有对料桶温度、注射压力、注射时间和保压时间等参数的控制。螺杆式注塑机又有对螺杆转速和塑化压力的控制,螺杆结构形式的选用等。无论螺杆式注塑机或柱塞式注塑机都有对注塑量的控制,注塑机合模机构一端又有对锁模力的控制等。从模具方面看,有模具温度及其分布,浇注系统的参数,如:浇口的类型,浇口的位置,浇口面积的大小,分流道断面形状和大小,排气槽的开设情况等,对塑件质量都有重大的影响。脱模机构和抽芯机构的合理性和可靠性也与塑件质量密切相关。另外,塑件本身的机构也对塑件质量有影响。3. 成型过程有热交换作用并伴随着相变和聚集态变化塑料注塑过程中,塑料在注入模腔前,先由颗粒状或粉末状的固体态加热到熔融的粘流态,而注入模具后,则是从粘流态冷却凝固为具有能保持住模腔形状的固体态,因此在进入模腔前后都存在着热交换作用。熔体冷却凝固变为固体状态过程中,聚合物从粘流态变为高弹态再变为玻璃态,结晶型塑件从熔融态结晶为晶态。熔体高速进入型腔时受到剪切作用,分子链沿流动方向取向。剪切作用停止后,未冷却凝固的取向分子链亦可由于热运动解取向。因此,熔体与模具的热交换情况,即熔体的冷却速率,冷却速率的分布情况对上述聚集态变化具有决定性影响。冷却速率缓慢可造成结晶型塑料充分结晶,可获得结晶速度高、晶粒粗大的塑件或取向度低的塑件。冷却速率增快则可获得结晶度低、晶粒细小的塑件或保留较高取向度的塑件。两种情况下所得到的塑件力学性能、光学性能、收缩率大小等都会有明显差别。塑件各不同部位冷却速率的分布情况对于收缩率的均匀性内应力的形成和大小,塑件的尺寸和形状稳定性等则有重要的影响。2.5 型腔数目的确定模具中的型腔数目的确定是一项终合项目。首先应考虑注塑机的各项规格和工作性能,以及考虑制品的精度要求,模具制造的费用。以机床的注塑能力为基础,每次注射量不超过注塑机注塑量的80。按公式 (2-1)式中 N型腔数 S注塑机的注塑量(g) W浇注系统的重量(g) W塑件重量(g)代入数据得, 从塑件精度考虑,通常认为,模具中每增加一个型腔,所成型的制品精度将下降40,多型腔模具的制造精度低,塑件的精度也低。从塑件产量考虑,对试制或小批量塑件宜取单型腔或少型腔,大批量时宜取多型腔。由于本制品精度要求不高,且属于大批量生产,综合考虑初步确定型腔数目42。2.6 注塑机的选择为了保证正常生产和获得良好的塑件。在模具设计时应选择合适的注塑机。一般应考虑下列几个问题:1额定注塑量 国产标准的注塑机均用塑料的容量(cm)表示一次注射量。因PA66塑料比重是1.15近似与1.因此以PA66为基准来确定注塑机的额定注射量。由于习惯对注塑机的注射量也可采用克量来表示。(1) 以容量计算: (2-2) 式中 V 注射机的最大注射容量(cm) V成型塑件及浇注系统所需塑料的容量(cm) 0.8为系数,一般要求成型塑件的容量不超过注射机容量的80(2) 以克量计算: (2-3)式中 C注塑机最大注塑克量(g) G成形塑件及浇注系统所需塑料的容量(g) 0.8为系数,一般要求成型塑件的容量不超过注射机容量的80 选用公式(2-2)计算 (cm3)2.额定锁模力选用注塑机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力,不然模具的分型面要分开而产生溢料。注射时产生的型腔压力,对柱塞式注塑机因注射压力损失较大,所以型腔压力约为注射压力的4070;而有预塑装置的注塑机及螺杆式注塑机压力损失较小,所以型腔压力较大。另外对不同流动性的塑料、喷嘴和模具的结构形式,其压力损失也不一样。一般熔料经喷嘴时其注射压力达6080 MP,经浇注系统入型腔时型腔压力一般为2550 MP。锁模力和成形面积的关系由下式确定: (2-4)式中 锁模力(T) 型腔压力,一般为4050 MP A浇道、进料口和塑件的投影面积 代入数据得 / 即33.8(T)3.额定注塑压力只考虑注塑机的最大注射量,最大成型面积和锁模力来确定注塑机还不够的,有些塑件由于形状及塑料品种因素,需要很高的注射压力才能顺利成型,为此选用注塑机注塑压力必须大于成型所需注射压力。即: (2-5)式中 选用的注射机的最大注射压力(MP) 成型时需要的注射压力(MP)成型需要的注射压力一般很难确定,因它与塑料品种、塑件形状尺寸、注射成型条件、注塑机的种类、喷嘴及模具浇注系统都有关。一般注塑压力常在70150MPa范围内选取。4注塑机的形式和模具的关系(1)、模具长宽尺寸模具长宽尺度必须小于注塑机拉杆间距,本设计选用机台拉杆间距为455x455模具长宽为270x350,经核算机台选用合适。(2)、模具厚度(闭合高度) 模具闭合高度必须满足以下公式式中 -注射机允许的最大模厚 -注射机允许的最小模厚本设计中模具厚度为371mm 180H500 符合要求5.开模行程校核模具开模后为了便于取出制件,要求有足够的开模距离,所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注塑机的开模行程是有限的,设计模具必须校核所选注射机的开模行程,以便与模具的开模距离相适应。对于单分型面注射模应有:SmaxS= H1 + H2 + H3 + C式中 H1-模具厚度 H2-顶出行程H3 -包括浇注系统凝料在内的塑件高度C - 安全距离本设计中=920 = 371 mm =30mm H3 =90mm C取30mm总的开模距离需要S=501mm以上. 经计算,符合要求。综合注射量、锁模力、注射压力、注塑机的闭合高度和开模行程,选用HT160X2B型注射机,模具采用螺钉直接固定。表2-1 HT160X2B注射机技术参数型号单位1602A1602B1602C 参数螺杆直径mm404548理论注射容量cm3253320364注射重量PSg230291331注射压力Mpa202159140注射行程mm201螺杆转速r/min0230料筒加热功率KW9.3锁模力KN1600拉杆内间距(水平垂直)mm455455允许最大模具厚度mm500允许最小模具厚度mm180移模行程mm420移模开距(最大)mm920液压顶出行程mm140液压顶出力KN33液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW18.5油箱容积l240机器尺寸(长宽高)m5.41.452.05机器重量t5最小模具尺寸(长宽)mm320320第3章 浇注系统的设计浇注系统的选择是注塑模具设计中的一个重要环节。设计前首先要对塑料制品所采用的塑料品种,制品的几何形状、尺寸使用的机床设备、注射时可能产生的缺陷及填充条件作全面的分析。同时模具的分型面选择与浇注系统也密切相关。3.1 设计浇注系统基本要点1设计浇注系统时,流道应尽量减少弯折,表面粗糙度为。2设计浇注系统时,应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔,浇注系统应按型布局设计,尽量与模具中心线对称。3塑料制品投影面积较大时,在设计浇注系统时,应避免在模具的单面开设浇口,否则会造成注射时压力不均匀。 4设计浇注系统时,应考虑去除浇口方便,修正浇口时在塑料在制品上不留痕迹,以保证塑料制品外观。 5一模多件时,应防止将大小相差悬殊的塑料制品放在同一付模具内。6在设计主流道时,避免熔融的塑料直接冲击小直径型芯及嵌件,以免产生弯曲或折断。7在满足塑料成型和排气良好的前提下,要选取最短的流程,这样可缩短填充时间。8能顺利地引导熔融的塑料填充各个部位,并在填充过程中不致产生塑料涡流、紊乱现象,使型腔内的气体顺利排除模外。9在成批塑料制品生产时,在保证产品质量的前提下,要缩短冷却时间及成型周期。10因主浇道处有收缩现象,若塑料制品在这个部位要求精度较高时,主流道应留有加工余量或修正余量。3.2 主流道设计3.2.1 主流道的作用 主流道是连接注塑机料筒喷嘴和注塑模具的桥梁,也是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切的关系。若主浇道太大,其主流道塑料体积增大,回收冷料多,冷却时间增长,使包藏的空气增多,如果排气不良,易在塑料制品内造成汽泡或组织松散等缺陷,影响塑料制品质量,同时也造成进料时形成旋涡及冷却不足,主流道外脱模困难;若主流道太小,则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加,热量损失增大,粘度提高,流动性降低,注射压力增大,易造成塑料制品成型困难。3.2.2 主流道(浇口套)设计基本要点1.浇口套的内孔呈圆锥形,锥度为26。若锥度过大会造成压力减弱,流速减慢,塑料形成涡流,熔体前进时易混进空气,产生气孔;锥度过小,会使阻力增大,热量损耗大,表面粘度上升,造成注射困难。2.浇口套进口的直径应比注塑机喷嘴直径大12mm。若 等于或小于注塑机喷嘴直径,在注射成型时会造成死角,并积存塑料,注塑压力下降,塑料冷凝后脱模困难。3.浇口套内孔出料口处(大端)应设计成圆角,一般为0.53mm。4.浇口套与注塑机喷嘴接触处球面的圆弧度必须吻合。其关系如下: (3-1)式中 R浇口套球面半径 r注塑机球面半径5.浇口套长度应尽量短,可以减少冷料回收量,减少压力损失和热量损失。6.浇口套锥度内壁表面粗糙度为 mm,保证料流顺利,易脱模。7.浇口套不能制成拼块结构,以免塑料进入接缝处,造成冷料脱模困难。8.浇口套的长度应与定模板厚度一致,它的端部不应凸出在分型面上,否则会造成合模困难,不严密,产生溢料,甚至压坏模具。3.3 分流道设计3.3.1 分流道的作用 分流道是主流道的连接部分,其基本作用是在压力损失最小的条件下,将来自主流道的熔融塑料,以较快的速度送到浇口处充模。同时,在保证充满型腔的前提下,要求分流道中残留的熔融塑料最少,以减少冷料的回收。因此分流道的面积不能太大也不能太小。分流道截面太小弊病较多,会降低单位时间可输送的熔融塑料量,使充模时间增长,塑料制品出现缺料、烧焦、产生波纹及凹陷等;分流道截面过大,易在模具型腔内积存气体,造成塑料制品上的缺陷,增强冷料回收量,延长了塑料制品的冷却时间,因而延长了成型周期,降低了生产效率。对于粘度大和透明度要求高的塑料应采用较大的分流道。在设计分流道时,为减少分流道中的压力损失,必须保证分流道的表面积与体积之比应最小,也就是说在分流道长度一定的情况下,要求分流道的表面积或侧面积与其截面积的比值为最小。3.3.2 分流道的类型在本设计中采用的是圆形分流道,这种类型的浇道热量损失较小,流动阻力小,且易于加工。 3.4 浇口设计3.4.1 浇口的作用 浇口是分流道和型腔之间的连接部分,也是注塑模具浇注系统的最后部分,通过浇口直接使熔融的塑料进入型腔内。浇口的作用是使从流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔,型腔充满塑料后,浇口能迅速冷却封闭,防止型腔内还未冷却的热料回流。浇口设计与塑料制品形状、塑料制品断面尺寸、模具结构、注射工艺参数及塑料性能等因素有关。浇口的截面要小,长度要短,这样才能增大料流速度,快速冷却封闭,便于使塑料制品分离,塑料制品浇口痕迹亦不明显。塑料制品质量的缺陷,如缺料、缩孔、拼缝线、质脆、分解、白斑、翘曲等,往往都是由于浇口设计不合理而造成的。3.4.2 浇口的类型 根据模具浇注系统在塑料制品上开设的位置、形状不同,选择不同形式的浇口,结合本质品的特征,选择侧浇口。(1)浇口应开设在塑件制品断面较厚的部位,能使熔融的塑料从塑料制品厚断面流向薄断面,保证塑料充模完全。(2)浇口位置的选择,应使塑料充模时间最短,减少压力损失,有利于排除模具型腔中的气体。(3)浇口不能使熔融塑料直接进入型腔,否则会产生漩流,在塑料制品上留下螺旋形痕迹,特别是侧浇口、侧浇口等,更容易出现这种现象。(4)浇口位置的选择,应防止在塑料制品表面上产生拼缝线,特别是圆环或筒形塑料制品,应在浇口对面的熔料结合处加开冷料穴。 (5)装有细长型芯的注塑模具所开设的浇口位置,应当离型芯较远,以防止熔融的料流的冲击而使型芯变形,错位和折短。(6)大型和扁平塑料制品成型时为了防止塑料制品翘曲、变形和缺料,可采用多点形浇口。(7)浇口位置应尽量开设在不影响塑料制品外观的部位,如开设在塑料制品边缘和底部等。(8)浇口尺寸的大小,应取决于塑料制品的尺寸、几何形状、结构和塑料的性能。(9)设计多型腔注射模具时,结合流道平衡并考虑浇口的平衡,应做到熔融塑料同时均匀充满型腔。对于同一种塑料制品的多型腔注射模具来说,可按浇口与主流道的距离,逐渐加大浇口的截面,减少较远浇口的阻力。采取保持各浇口大小相等、改变其长度或保持浇口宽度和长度一定、改变其深度两种方法,来使浇口平衡。对于不同塑料制品的多型腔注射模具来说,常把最大塑料制品的型腔布置在最靠近主流道的部位。(10)为了在开模时从浇口套内拉出主流道凝料使与注塑机喷嘴分离,一般在冷料穴的尽端设置拉料杆。对于薄壁制件,由于侧浇口附近的剪切速率过高,会造成分子的高度定向,增加局部应力甚至开列。为改善这一情况,在不影响使用的情况下,可以将浇口对面壁厚增加并曾圆弧过度,同时圆弧还有储存冷料的作用。 图3-1 模具浇口3.5 冷料穴设计当注塑机未注射之前,喷嘴最前端的熔融塑料的温度较低,形成冷料渣,为了集存冷料渣,在进料的末端的动模板上开设一洞穴或在流道的末端开设洞穴,这个洞穴就是冷料穴。3.6 排气槽设计塑料注射模具的型腔,在熔融塑料填充过程中,除了模具型腔内有空气外,还有因塑料受热而产生的气体,因此在模具设计时必须设置排气槽。排气槽应开设在型腔最后充满的地方,尽量把它开设在模具的分型面上,排气槽不要开设在工人操作的一方,以防塑料在注射时溢出模外,发生烧伤事故。第4章 成型零件的结构设计4.1 成型零件结构设计凹模是成型塑件外表面的零部件,其结构类型有整体式和组合式。本塑料若采用整体式虽然结构简单、牢固、不容易变形,塑件无拼缝痕迹,但将造成加工困难,浪费材料,更换不便,增加成本等一系列问题。所以采用组合式。这样可以改善加工工艺性,减少热变形,节省优质钢材。将四壁加工,热处理、研磨抛光后压入模套。为使内壁接缝紧密,其连接处外侧留有0.4mm的间隙。配合H7/f7,具体见总装配图。凹模按其结构可分为六种,1整体式凹模; 2整体嵌入式凹模;3局部镶嵌式凹模;4大面积镶嵌式凹模;5四壁拼合式凹模;6拼块式凹模。所以本设计采用组合式凹模。型腔结构如图4-1所示。图4-1 型腔结构图A、型腔径向尺寸计算在给定条件下制品平均收缩率,制件的名义尺寸及其允许公差,则塑件平均径向尺寸为: 型腔名义尺寸为,公差值为,则型腔的平均尺寸为。考虑到收缩率和磨损量值,以型腔磨损量到最大磨损量的一半计,则有: 对于中小型塑件,令,并将比其他各项小得多的略去,则有: (4-1) 标注上制造偏差后,得 代入数据得 = B、型腔深度尺寸计算 令并略去得 (4-2) 标注上制造偏差后,得 代入数据得 =型芯结构设计与尺寸计算如下:型芯是成型塑件内表面的成型零件,通常分为整体式和组合式两种类型。整体式凸模将成型的凸模与动模板做成一体,不仅结构牢固,还可以省去动模垫板。但由于不便于加工,故适用于形状简单且凸模高度较小的单型腔模具。组合式凸模是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成。本设计采用组合式凹模。结构如图4-6所示。图4-2 型芯结构图A、型芯径向尺寸计算经过和上面型腔径向尺寸计算的推导,可得: (4-3) 标注上制造偏差后,得 代入数据得 =B、型芯高度尺寸计算经过和上面型腔高度尺寸计算类似的推导,可得 (4-4) 标注上制造偏差后,得 代入数据后得 = 4.2 型芯冷却系统的设计模具设置冷却装置的目的:一是防止塑件脱模变形;二是缩短成形周期;三是使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度,以得到柔软性、挠曲性、伸长率较好的塑件。冷却形式一般在型腔、型芯等部位合理设置通水冷却水道,并通过调节冷却水流量及流速来控制模温。冷却水一般为室温冷水,必要时也有采用强迫通水或低温水来加强冷却效率。冷却系统的设计对塑料件质量及成形效率直接有关,尤其在高速、自动化成形时,更应研究,必须重视。设置冷却管道考虑因素:(1)模具结构形式,如普通模具、细长型芯的模具、复杂型芯的模具及脱模机构障碍多的或镶块的模具,对冷却系统设计直接有关;(2)模具的大小和冷却面积;(3)塑件熔接痕位置;冷却水孔的开设原则:(1)水孔边离型腔的距离,一般保持在1525mm左右。距离太近则冷却不易均匀,太远则效率低。水孔直径一般在mm以上,由模具大小(塑件重量)决定; (2)水孔通过镶块时,应考虑镶套管等密封问题; (3)水孔管路应畅通无阻; (4)水管接头(冷却水嘴)的位置尽可能放置在不影响操作的一侧;(5)冷却水孔管路一般不开设在型腔塑料熔接的地方,以免影响塑料强度;型芯冷却水道的设置:深腔制品。凸凹模均采用组合式,车螺旋槽冷却,从中心进水,在端面(浇口处)冷却后沿环绕成型零件的螺旋形水道顺序流出模具。对与一模多腔的模具,型芯的冷却方式可分为串联冷却和并联冷却,但这两种冷却方式最好建立两个上的独立回路。型芯尺寸满足力学强度要求,可加入循环式水道镶件。这种冷却水道对型腔和型芯的冷却效果较好。由于在型芯的中部有顶杆和镶件,其配合处不应漏水,防止对塑件成形和塑件的质量产生影响,所以要考虑使用密封圈。图4-3 组合型芯冷却水道4.3 模架的选用根据对塑件的综合分析,确定该模具是单分型面的模具,由GB/T12556.1-12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择CI型的模架,其基本结构如下:CI型模架图CI型模具定模采用一块模板,动模采用动模板、垫板,又叫两板模,大水口模架,适合侧浇口,侧入式浇口,采用斜导柱侧抽芯的注射成形模具。由分型面分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式,经过考虑分析,导柱导套选择选正装。根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸。把型腔排列成一模二腔可得长为310mm,宽为260mm,模架的长L=310+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚450mm模架的宽W=260+复位杆的直径+型腔壁厚400mm根据制
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