侧抽芯计算器外壳注塑模具设计【打包资料含CAD图纸和说明书】
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毕业设计(论文)中期检查表(指导教师)指导教师姓名:填表日期: 年 4 月 20 日学生学号学生姓名题目名称侧抽芯计算器外壳注塑模具设计已完成内容参观调研,查阅资料;到生产、制造企业调研,了解生产、制造、加工情况。结合本设计课题,查阅相关资料;完成侧抽芯计算器外壳外形尺寸设计;完成模具整体结构及零部件尺寸设计;绘制模具装配图及零件图;完成相关计算;完成英文翻译;撰写论文;完成毕业设计。 检查日期:2014-4-20完成情况全部完成按进度完成滞后进度安排存在困难模具零部件尺寸校核比较复杂。解决办法查阅相关资料,并且与指导老师和同学们一起讨论解决方案。预期成绩优 秀良 好中 等及 格不及格建议 教师签名: 教务处实践教学科制表说明:1、本表由检查毕业设计的指导教师如实填写;2、此表要放入毕业设计(论文)档案袋中;3、各院(系)分类汇总后报教务处实践教学科备案毕业设计(论文)任务书题 目: 侧抽芯计算器外壳 注塑模具设计 学院:专 业:学生姓名:学 号: 指导教师单位: 姓 名:职 称:题目类型:理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 年12月9日一、毕业设计(论文)的内容毕业设计内容1、查找相关的资料并阅读消化,明确侧抽芯计算器外壳注塑模设计要求,分析该塑料制品成型工艺及其可能性和经济性等因素,对零件图纸进行结构和工艺分析,设计成型工艺;2、掌握成型设备的技术规范,进行模具结构设计及模具设计的有关计算;3、模具总体尺寸的设计与结构草图的绘制,模具结构总装图和零件工作图的设计绘制;4、编制主要零件的制造工艺。二、毕业设计(论文)的要求与数据1、计算器上外壳形状特点确定其注塑模的方案设计;2、该塑料制品的设计难点是抽芯机构的设计;3、确定其使用的材料为ABS;4、制品的具体尺寸请测绘出图;5、塑件成型时无变形,注出的制件表面光滑,无气泡和其它缺陷,无飞边或少飞边。三、毕业设计(论文)应完成的工作1、完成注塑模的总体方案设计,完成开题报告。2、进行模具结构设计并选用标准件,完成零件间的配给选用及相关的设计计算。3、用A0图纸绘制装配图,采用CAD软件绘制零件图,绘图工作量折合A0图纸3张以上,其中必须包含两张A3以上的计算机绘图图纸,用PRO/E 软件对塑件和模具进行实体造型。4、完成二万字左右的毕业设计说明书(论文);在毕业设计说明书(论文)中必须包括300-500个单词详细的英文摘要;5、独立完成与课题相关,不少于四万字符的指定英文资料翻译(附英文原文);6、完成导师所指定的其它工作。四、应收集的资料及主要参考文献1 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.北京:机械工业出版社,2002.2 模具实用技术丛书编委会模具实用技术注塑模具设计制造与应用实例M北京:机械工业出版社,2002. 3 颜智伟.塑料模具设计与机构设计M.北京:国防工业出版社,2006.4 姜明艳.薄壁外壳注塑模设计J.模具技术. 北京:机械工业出版社.2002.5 王文广等.塑料注射模具设计技巧与实例M.北京:化学工业出版社.2004.6 模具实用技术丛书编委会编.塑料模具设计制造与应用实例M.北京:机械工业出版社.2002.7 李学锋.塑料模设计及制造M.北京:机械工业出版社 2002.8德G.曼格斯,李玉泉译.塑料注射成型模具的设计和制造J.北京轻工出版社,2005.9谭雪松, 林晓新, 温丽编. 新编塑料模具设计手册M.北京:人民邮电出版社,2007. 10 Childs Peter R.NMechanical DesignOxford :Butterworth-HeinemannJ,2003.五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件计算机一台CAD设计软件任务下达时间:2013年12月9日毕业设计开始与完成时间:2013年12月17日至 2014年05 月4日组织实施单位:教研室主任意见:签字: 2013年12月14日院领导小组意见:签字: 2013 年12月16日毕业设计说明书题 目: 侧抽芯计算器外壳 注塑模具设计 学院:专 业:学生姓名:学 号: 指导教师单位: 姓 名:职 称:题目类型:理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 年5月3日摘 要现代工业生产中,模具已经成为国民经济的重要组成部分,模具生产已经触及电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域,是一项高效率、高质量、低成本、低能耗、低污染的高新技术产业,也是目前国家相当重视一门技术。本设计选择目前了比较热门畅销的电子产品计算器,设计的模具将塑件确定为计算器外壳。本论文对侧抽芯计算器外壳注塑模具设计进行了详细的介绍和说明,通过对计算器外壳进行工艺分析,最终将完整的模具设计完成。模具采用一模一腔,浇口采用点浇口形式,并设置有冷却系统,最大化提高生产效率和塑件质量;说明书对注塑机的选择、模具成型结构、分型面选择等各项参数、数据进行详细的计算和校核,说明书中还详细介绍了模具的具体工作过程。本次侧抽芯计算机外壳注塑模具设计中,大多数零件使用标准件,成型零件使用了镶嵌块,降低了模具制造成本和生产周期,提高了市场竞争力;设计过程中参考各类资料,使用CAXAcad进行绘图,设计合理可靠。关键词:计算器外壳;模具设计;成本;效率Abstract Modern industrial production, mold has become an important part of the national economy , mold production has touched many areas of electrical, instrumentation , construction equipment , automotive, hardware , etc., is a high- efficiency, high-quality, low-cost, low-energy consumption, low pollution and high-tech industry , is currently the country attaches great importance to a technology. This design choice is currently the more popular selling electronic products - calculators, designed to mold plastic parts for the calculator to determine the shell .This paper is about the pulling side of the calculator shell injection mold design for a detailed description and explanation, through the calculator shell process analysis will eventually complete mold design is completed. A mold using a mold cavity, gate using point gate form, and provided with a cooling system, maximize productivity and improve the quality of plastic parts; paper also choose the injection molding machine, molding structure, the parting line selection parameters, data for detailed calculation and verification. The Pulling side of the computer case injection mold design, most parts using standard parts, molded parts using mosaic blocks, reducing mold manufacturing costs and production cycle, improve the market competitiveness; reference design process all kinds of data, use CAXAcad for drawing, reasonable and reliable design.Keywords: calculator shell; mold design; costs; efficiency目 录引言11 绪论21.1 注塑模具设计发展的概况21.2塑料模具的特点31.3 注塑模具设计的要求及程序42 计算器外壳的设计及工艺分析52.1 计算器外壳的设计52.2 材料的选择62.3 计算器外壳的工艺性分析62.3.1 结构工艺性62.3.2 塑件的批量生产63 注塑机的选择及校核73.1 初选注塑机73.1.1 确定最大注塑量73.1.2 确定模具温度及冷却方式73.1.3 确定注塑成型的工艺参数73.2 注射机的选择及校核83.2.1型腔数校核83.2.2 注塑压力校核84 模具结构分析及设计104.1 结构分析104.1.1型腔数目及排列104.1.2分型面的选择104.1.3 排气系统设计104.2浇注系统的设计114.2.1 主流道的设计114.2.2 分流道的设计114.2.3浇口的选择和设计124.2.4 分流道的截面尺寸124.3 成型零件的设计134.3.1 凹模、凸模形式的确定134.3.2成型零件的工作尺寸计算134.4冷却系统的设计154.4.1冷却通道的位置及数量154.4.2冷却系统冷却通道孔径的计算164.5 脱模方式的设计164.5.1脱模机构的设计164.5.2脱模力的计算及推杆的设计174.5.3 复位机构的设计174.6 合模导向机构设计184.6.1 合模导向机构的选择184.6.2 导柱的设计194.6.3 导套的设计194.7成型设备的校核194.7.1锁模力的校核194.7.2安装尺寸的校核204.7.3开模行程的校核205 模具零部件的设计尺寸校核215.1 型腔侧壁厚度强度校核215.2 型腔底部厚度强度校核215.3 导柱尺寸的强度校核215.4推杆尺寸校核226 侧抽芯机构的设计236.1抽芯距的计算236.2斜导柱尺寸计算236.3 滑块与导滑槽的设计247 侧抽芯计算器外壳注塑模工作过程简介258 模具的修模288.1凝料粘着主流道288.2塑件粘着型腔288.3 塑件粘着型芯299 结论30谢 辞31参考文献:32第 33 页 共 32 页桂林电子科技大学毕业设计(论文)说明书用纸 引言模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备,模具工业是国民经济的基础工业,国民生活水平要想得到提高,国家就必须要有优秀的模具工艺水平,没有优秀的模具,就没有高质量的产品。使用注塑模具加工的塑料产品,具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等等特点,已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。因此,模具技术,特别是制造精密、复杂、大型模具的技术,已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。近年来,塑料模具越来越趋于高效率、自动化、大型、长寿命、高精密性的发展,其产量和设计水平也发展的十分迅速。本设计是侧抽芯计算器外壳注塑成型模具设计,注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内,塑料受热熔化后,在注塑机的螺杆或活塞的推动下,经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内,塑料在其中固化成型。因为塑料与现代人的生活息息相关,我们的衣食住行都离不开塑料,而注塑成型模具是一种非常高效而成本低廉生产塑料制品的方式,具有工作连续性强,制成产品质量好,模具使用寿命长,工艺效益好等等优点。在注塑产品当中,电子产品外壳塑件在其中占到很大比例,电子产品外壳要求外观精美,尺寸精度要求极高,且电子产品更新换代时间很短,根据市场上电子产品半年一变的更新速度,对模具设计者提出了更高的要求,模具的设计要成本低、制造方便、设计周期短等等。本设计的塑件制品是计算器外壳,注塑塑料选择了ABS塑料,ABS塑料具有良好的配混性、成型加工性、涂装性、染色性、易加工性及尺寸稳定性等等优点,可以根据市场需要制成各种颜色、喷绘各种图案的产品。本设计中计算器外形创新,轻便简约,尺寸设计精美,功能完整,整体厚度仅为12mm,符合现在人们喜欢的“超薄”电子产品,同时在计算器屏幕处设计了10的倾斜度,外表面棱角处都设制有圆角,使用手感良好。以时尚潮流、使用方便、人性化以富有创新的思路进行设计。同时在计算器侧壁设置了一个侧孔,用于安装计算器开关,因此需要在模具中加入侧抽芯机构,增加了设计难度,设计工作量。本设计通过定距螺钉、弹簧、限位杆等开模限制机构,实现了流道、浇口凝料的自动脱落,并使用脱模机构实现塑件的自动脱模。因此本设计实现了自动化生产,提高产品质量以及生产效率,操作简单。在设计过程中,使用了CAXAcad制图软件以及proe三维软件,实现了无纸化设计,大大提高制图标准和制图水平。说明书在编写过程中,查阅大量资料、手册、标准、期刊等,对模具中重要零部件都进行了设计尺寸的校核,提升了设计的质量及合理性,对塑料的选择、注塑机的选择、成型零部件尺寸计算及强度校核、浇注系统、合模导向部分、推出机构的设计计算校核、模具冷却系统、侧抽芯机构设计计算、模具工作过程、修模分析等进行了详细的叙述。通过本次毕业设计,强化巩固了所学的知识,提高了应用所学知识和技能解决实际问题的能力,提高了动手设计、理论结合实际的能,为独立完成模具设计积累了一定的经验。1 绪论1.1 注塑模具设计发展的概况世贸组织(WTO)于2001年批准了我国加入,距今已经有13年的时间,这10多年来,我过获得了一个更加稳定的国际经贸环境,对我国与各国、各地区的经济贸易合作起到了积极作用,世界经济的稳定发展,我国的利用外资领域将进一步扩大,国内和国外模具企业都可以从中得到更多的机会和收益。我国注射模成型工艺发展了近50年,但是由于塑料制品的多样性、复杂性,模具制造精度要求极高,改革开放以前,模具方向科技得不到国家重视,国内科技人才不足,资金困难,加上人员工程技术经验有限,长期以来,工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数,设计制造模具时举步维艰,制造效率低、塑件质量差。时至今日,国内在模具的制造水平依然还在中低档次,无论是模具质量还是模具的设计周期、制造成本、塑件产品的质量效率都与国外工业发达国家有着也能打差距。这对我国模具产业将产生一定的冲击,但同时必须认识到竞争才会带来更快的发展。在国外,塑料模的生产制造比例占模具行业的50%以上,而我国仅有30%左右,且起步难、起步慢、起步晚,研究经费不足,缺乏研究经验,但也因此获得了很大的发展空间。目前我国相关部门已经意识到发展模具行业的重要性,出台了相关政策,解决了经费方面的一些问题,同时优化资源配置、调整经济结构、提高社会劳动效率,促使企业转型发展,提高管理水平,高效利用资源,聘请国外高新技术人才学习指导等。我国的模具要想在国际上占有一席地位,必需先逐步占领国内市场,才能走向世界。多年以来,我国制造业一直是经济发展的主要原动力,近年来产业结构变革加快,使得我国已经成为全球制造业的中心,根据国家发展战略要求,我国现在的制造业正在实现“以信息化带动工业化”,使用高新信息技术队传统制造产业进行改造,而模具技术将成为践行这样发展战略要求的领头羊,提高模具工业的技术水平,就是提高工业产品的质量水平。模具生产的低耗能、低污染、低成本,高效率、高质量也应和了国家提出的可持续发展战略,进而将一些老旧的生产方式淘汰,实现产能优化,实现绿色发展经济的目标。由此可见,模具在国家战略发展和国民经济中扮演的重要角色。长久以来,我国就早已十分重视对模具的发展,于1989年3月颁布的关于当前国家产业政策要点的决定,就已经把机械行业的首要任务确定为模具工业的发展。随着塑料工业的飞速发展,塑料制品所占的比例正迅猛增加,塑料制品的应用范围也在不断地扩大,如:家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域。由于在工业产品中,一个设计合理的塑件往往能代替多个传统金属结构件,加上利用工程塑料特有的性质,可以一次成型非常复杂的形状,并且还能设计成卡装结构,成倍地减少整个产品中的各种紧固件,大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配工时,因此,近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。多年以前,我国的模具行业已经开始应用CAD/CAM ,但就整个行业而言,至今具有较完备集成环境的企业较少。目前在该行业具有代表性的是在设计、制造及管理等部门部分或单独采用了CAD、CAM 等技术。虽然这些技术在应用初期对提高产品设计水平、增加企业活力起到了积极的促进作用,但随着产品更新换代速度不断加快、同行业竞争加剧及市场不断扩大,客户对产品质量、成本、制造周期要求不断提高,原来分散独立使用已不适应发展需要。这些年,CAD/CAE/CAM技术也越来越成熟,并且随着软件市场的迅速发展,全球科技通过网络技术集合达到了同步进步发展,部分资源已经实现共享,但一些高新科技仍然需要花费大量资金引进。近年来我国不断从国外引进CAD/CAM系统,其中比较著名的如美国EDS公司的UG II、paramet-ric technology 公司的Pro/Emgineer、CV公司的CADS5;英国Deltacam公司的DOCT5等等软件,为国内模具设计者广为所知、应用广泛,同时,国内的软件制作公司也不断提升自己的能力,自主研发这方面的技术,自主开发符合国人习惯的先进制图软件,目前我国的一些软件已经打入国际市场,获得国内外使用者的一致好评。这些年来,我国模具行业已经逐渐将CAD/CAM实现集成,大大提高了模具制造水平,获得极高的技术和经济效益,大力的推动了我国模具发展,为中国的产业效益做出了极大的贡献。现今市场中,产品更新换代时间更短,市场波动更大,模具的设计生产和制造周期都需要不断缩短,以便适应变化莫测的市场风向标。缩短设计生产和制造的周期其中一个重要环节就是更多的采用标准件,实现模具零部件的标准化。但是我跟模具的标准化还相当低,相比其他工业先进国家78%80%的模具标准化程度,我国模具的标准化程度仅有25%左右,在与其他国家的商业竞争中没有优势,差距很大。目前我过的生产能力仅仅占世界生产总量的10%,而发的国家日本、美国的生产总量占到了世界的80%左右,同时产品质量、工艺水平水平还相对很低,模具设计生产周期比他国要长很多,因此,发展模具技术水平迫在眉睫,我国要想在模具市场中能占有一席地位,还需我们努力学习科技技术,向国外先进水平看齐。虽然我国劳动力多、劳动力相对廉价,但高科技人才相对较少,特别是模具方向,我国当前的模具发展是重点是向高科技、高标准、高精密性发展,研究方向主要有开发热流道标准元件和模具温控标准装置;精密标准模架,精密导向件系列、标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块等。1.2塑料模具的特点塑料模具注射模的特点主要由塑料特点及塑件制品的特点决定,注塑机现将熔融预塑,在打到注塑条件后,通过注射机对熔融塑料施加压力,将熔融塑料充入模具型腔内。其工艺特点主要由选择塑料的特性决定,根据塑料品种,每种塑料都具有不同的收缩率,经过不同的注塑压力、保压压力、保压时间后,型腔塑料凝固制成塑件。同时注塑时还必须根据塑件的特征进行选择注射击的工艺参数,还需考虑塑件的样式,型腔表面粗糙度,流道截面形式、塑件形状、排气系统等等因素。基于上述特点,设计注塑模首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性,使设计的模具合理适用,高效的效利用塑料特性,如点浇口模具适用于塑料的流动性要较、好塑件表面精度要求很高的塑件。注塑模具在生产中应用广泛,制出制品工艺性良好,质地均匀,尺寸精度高,生产效率高,在国家工业发展中得到了高度重视。1.3 注塑模具设计的要求及程序 经过模具设计的多年发展及设计经验,模具的设计制造已经有了完善的系统思路,模具的基本要求主要有:(1)合理地选择模具结构;(2)正确地确定模具成型零件的尺寸,尽量减少后加工;(3)模具机构的设计应当合理简约,加工方便,零部件尽量采用标准件;(4)模具应当生产效率高、塑件尺寸及各项要求符合设计标准、模具工作安全可靠;(5)模具零件经过准确校核,确保其可以正常,具有合格的使用寿命;(6)模具设计的结构要符合塑料的成型特性;模具设计的基本程序为:(1)查阅相关学习资料、期刊等读物进行巩固学习;(2)选择塑件材料、注塑机型号;(3)拟订模具结构方案;(4)方案的合理性分析与尺寸的设计计算并校核;(5)绘制模具装配草图;(6)根据草图及经过校核的设计尺寸绘制模具的装配图、零件图;(7)编写设计说明书;本文的主要研究工作根据毕业设计任务书的要求,及模具设计中的一些经验、资料的研究,依照模具设计的基本要求和基本成型,此次毕业设计论文主要内容包括设计说明书一份,塑料计算器外壳注塑模具设计2D图纸一套。说明书内容具体可分为:(1)计算器外壳尺寸设计;(2)塑料及注塑机的选择;(3)分型面的选择;(4)模具成型零件的工作尺寸计算;(5)型腔的数目排列方式;(6)冷却系统的设计与计算;(7)脱模机构的设计,推杆形式及尺寸的计算校核;(8)侧抽芯机构的设计计算;(9)模具的工作过程分析;(10)模具的修模。2 计算器外壳的设计及工艺分析2.1 计算器外壳的设计计算器外壳的外形图如图2.1、图2.2所示,外观要求表面光滑美观,壁厚为2mm,尺寸精度要求高,由于制作计算器时内表面包裹在内安装零件,所以只做一般要求。图 2.1 计算器外壳CAD图图2.2 计算器3D图2.2 材料的选择由于计算器在使用时,强度、抗冲击要求不高,但要求外观精美,表面光滑,趋于市场变化需要、消费者要求,计算器外壳应当能有各种颜色,甚至是透明的外壳,因此制作计算器外壳的塑料应当要便于染色,流动性良好。通过查阅相关资料,本设计应当采用ABS塑料。ABS塑料是由丙烯腈(arcylentrile)、丁二烯(butadience)和苯乙烯(styrene)三种化学单体合成,其代号为ABS。ABS可以改变其三种单体成分的比例来改变其性能特性,且ABS具有良好的配混性、成型加工性,ABS与MMA混合可制成透明ABS,透光性达80%,也可以电镀各种颜色,因此也满足了制作计算器外壳应当具有的涂装性、染色性。ABS还具有很高的易加工性及尺寸稳定性,因此,选用ABS塑料是最好的注塑塑料。ABS塑料颗粒及可以制作出的产品如图2.3、图2.4所示。图2.3 ABS塑料颗粒 图2.4 ABS塑料产品2.3 计算器外壳的工艺性分析2.3.1 结构工艺性制造计算器外壳的材料为ABS塑料,尺寸精度要求高,按MT5级精度查取公差值。计算器外壳的尺寸为160mmx135mm,显示屏部分有10的倾斜度,表面无凹痕、光滑平整,整体厚度为2mm,边缘部分倒为半径为1mm的圆角。要求表面精度高,平整光滑无凹痕,可以采用点浇口来保证其表面精度要求。为便于塑件脱模,计算器外壳内表面可以设351、外表面40120的倾斜度,又由于ABS塑料流动性良好,尺寸稳定性高,圆角部分可以保持良好弧度,可顺势脱模,符合生产及技术要求。2.3.2 塑件的批量生产由于现今市场上电子产品的更新换代时间更短,市场对电子产品的要求越来越高,创新产品层出不穷,因此计算器外壳的模具生产要求成本低,设计周期短,成本低,效率高。计算器外壳要求大量生产,模具要求自动化程度高,结构精简,寿命高,快速冷却,快速脱模。型芯型腔采用镶嵌块,易于维修替换。3 注塑机的选择及校核3.1 初选注塑机注塑机的选择对注塑成型模具相当重要,注塑机的选择要符合塑料的特点、塑件的外形结构、塑件的注射重量、浇口的选择形式等等,因此本设计从注塑机的各项工艺参数入手,根据塑件计算器外壳的外形特点及成型方式,成型零件结构,进行校核并选择注塑机。3.1.1 确定最大注塑量由于计算器外壳的尺寸要求较高,型腔数目不应太多,因此采用一模一腔的形式,型腔应平衡布置,方便排列浇口。计算器外壳质量计算:m=28.54g,根据上述一摸一腔,按照塑件质量的160%来计算,所以注塑量为m=1.6x28.54=45.66g3.1.2 确定模具温度及冷却方式由于ABS为非结晶型塑料,流动性良好,计算器外壳壁厚为2mm,因此在保证顺利脱模的前提下,应尽可能降低模具温度。所以模具应考虑采用适当的循环水冷却,并将成型模具温度控制在60-80C。3.1.3 确定注塑成型的工艺参数根据计算器外壳的结构特点和ABS塑料的成型性能,通过查阅资料初步确定计算器外壳的注塑成型工艺参数,详见表3.1。表3.1 注塑成型工艺参数表工艺参数内 容工艺参数内 容预热和干燥温度8090成型时间/s注射时间2090时间 2 h保压时间05料筒温度/后段150170冷却时间20120中段165180总周期50220前段180200螺杆转速/(r/min)30 r/min喷嘴温度/170180后处理方法红外线灯烘箱模具温度/6080温度/70注射压力/MPa6001000时间/h24根据以上分析,结合ABS塑料特性、计算器外壳结构特点、生产批量及注塑成型工艺参数等等因素,参考塑料模具设计与制造P69表2.8,初选型柱塞式注射机。XS-ZY-125注射机主要参数详见表3.2。表3.2 XS-ZY-125注射机主要参数序号主要技术参数项目参数数值1额定注射量/cm1252注射压力/MPa1203锁模力/KN9004动、定模模板最大安装尺寸/mm24284585最大模具厚度/mm3006最小模具厚度/mm2007最大开合模行程/mm3008喷嘴前端球面半径/mm129喷嘴孔直径/mm410定位圈直径/mm1003.2 注射机的选择及校核根据2.1初选的注射机,本节对XS-ZY-125注射机的选择进行校核。校核方向主要为型腔数目校核和注塑压力校核。3.2.1型腔数校核 型腔数目的校核可由公式3-1确定: N(kMt/3600-m)/m=51 (3-1)式中:K注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8;M注射机的额定塑化量(11.4g/s);T单个计算器外壳生产成型周期,本设计取30(s);本设计中,选择型腔数目为1,由(3-2-1)计算可知型腔数目校核合格。3.2.2 注塑压力校核注塑压力的校核可以参考教科书塑料成型工艺与模具设计中公式3-2: nF-PA1/PA2 (3-2)式中:F注塑机的额定锁模力(N); A1单个塑件在模具分型面上的投影面积(mm2); A2浇注系统在模具分型面上的投影面积(mm2);P塑料容体对型腔的成型压力(MPa)为了模具能制造出合格的塑件,需要对注塑机的锁模力及塑件的脱模进行校核,算上安全系数,可推出校核公式:FKFt总式中:F注射机额定锁模力;Ft总脱模力;K安全系数,本设计取K=1.2;脱模力Ft=AP(cos-sin),经计算后脱模力很小,FKFt总。注塑压力校核合格。 综上,完成了本设计中对注射机的选择以及相关校核,校核表明,选择的XS-ZY-125注射机符合设计要求,可以使用该型注射机进行注塑。4 模具结构分析及设计4.1 结构分析4.1.1型腔数目及排列本设计中,计算器表面精度尺寸精度要求高,所以型腔数目不应太多,因此采用一模一腔的形式,型腔应平衡布置,方便排列浇口。型腔的排列方式主要有圆形排列、n行排列、直线排列等形式,基于计算器外壳注塑模具一模一腔的形式,同时满足浇口开设尽量对称的原则,本模具采用1行排列。这种形式可防止模具承受偏载进而发生溢料的现象,同时也减轻了模具的总体重量。4.1.2分型面的选择分型面的定义为:模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触面称为分型面。分型面的选择影响着模具的整体结构、浇注系统、塑件的脱模等,由于计算器外壳的尺寸要求较高,外观要求平整光滑精致,因此分型面的选择至关重要。分型面的选择应当考虑到塑件在模具中的成型位置、塑件的结构特点、塑件的推出方法等,同时,在保证塑件能够正常脱模、保持计算器外壳外观符合产品要求的前提下,分型面的选择应使塑件留在动模部分,塑件冷却收缩后应抱紧型芯留在动模上,方便推出机构推出塑件;分型面的选择应利于抽芯,因为本设计的计算器外壳模具中含有侧抽芯机构,分型面的选择应当使侧向抽芯尽量短;同时还应考虑利于排气、利于塑件取出等等因素综上所述,结合计算器外壳的外形特点,最终选择的分型面如图4.1所示。图4.1 计算器外壳分型面选择示意图4.1.3 排气系统设计由于模具在注塑过程中,ABS塑料熔体注入型腔时,型腔内的空气以及塑料熔体的挥发其他需要排出,否则将导致塑件不完全、塑件内产生气泡等导致塑件不符合生产标准的缺陷,因此必须为模具设置排气系统。由于本设计中,计算器外壳体积较大,壁厚仅2mm,型腔深度不超过12mm,且分型面长度累计长约600mm,退出部分设置有9根顶杆,及2个侧抽芯,在没有额外设置排气系统的情况下,利用各个零部件之间的配合间隙即可进行良好的排气,因此不必额外开设排气槽。若试模后排气发生问题,再额外开设排气槽。4.2浇注系统的设计在模具中,塑料熔体从注射机喷嘴开始到型腔为止,这部分流动通道成为浇注系统。主要可分为两大类:普通浇注系统,无流道凝料浇注系统。因为无流道系统结构复杂,造价昂贵,不适应更新换代迅速,生产批量不大的计算器外壳注塑,因此本设计采用普通浇注系统,该系统适应广泛,配合模具结构中的拉料机构,可以有较好的生产效率。4.2.1 主流道的设计根据XS-ZY-125注射机的主要参数,查阅相关资料可知:喷嘴前端球面半径SR0=12mm,喷嘴孔直径d0=4mm,定位圈直径为100mm,为提高模具寿命,在定模垫板上设置可拆卸替换的浇口套,在本次设计中,浇口套直接压入流道推板,与流道推板成H7/m6配合。为了主流道中的凝料能顺利脱出,将浇口套内部设计成圆锥形,=24,表面粗糙度0.4m,小端直径较喷嘴孔径大1mm,即5mm。安装定位圈时,在定位圈上安装4个螺钉紧固在定模垫板上,并高出定模垫板表面10mm。材料选择T10A,热处理5055HRC。4.2.2 分流道的设计由于本次设计的计算器外壳表面积较大,为135mmx160mm,因此需要在介于主流道与浇口之间开设分流道,将ABS塑料熔体分流至3个位置的浇口,一边计算器外壳能得到更好的注塑,保证塑件质量。分流道尺寸的设计应当尽量短一些,从而减小压力损失和热量损失,减少冷却时间。分流道的截面形状选择也影响着注塑质量和生产效率,分流道的截面形状一般分为圆形、U行、梯形、半圆形等等,如图4.2所示,综合考虑加工难易程度、加工成本、压力损失和热量损失,本次设计采用分流道截面形状为梯形。图4.2 分流道截面形状由于ABS塑料的流动性良好,流道表面粗糙度设置为Ra1.6m即可,梯形截面的分流道加工简便,压力损失小,适合本设计。为了方便取出分流道中的凝料,分流道应开设在分型面上,与浇口的连接处设置圆弧过渡,减少熔体流动的阻力,同时,在分流道的末端开设冷料穴,防止冷却后的熔体堵塞了浇口,避免影响了塑件的质量。4.2.3浇口的选择和设计由于本设计是制造计算器外壳,外形要求高,表面光滑平整,因此浇口类型的选择尤为重要,浇口的设计应当避免熔体破裂,产生熔接痕、波纹痕等,同时浇口的位置选择应当与分型面有适当的距离,防止注塑时过早的封闭排气系统,出现排气问题,造成塑件有气泡、充模不充分等缺陷。综合上述考虑因素,并综合计算器外壳外观要求、产品生产效率高质量好、根据熔体的流动情况、填充顺序及冷却条件等等,本设计采用点浇口进胶。点浇口设置在型腔底部,在计算器外壳上分别设置3个,为了提高生产效率,本模具设计了自动切断脱落浇注系统机构,实现了自动化生产,浇口痕迹很小,保证了计算器外壳的外观要求美观,同时距离分型面有一定的距离,确保了塑件不产生气泡,避免了充模不完整的问题。浇注系统的整体设计如图4.3所示。图4.3 浇注系统及分流道4.2.4 分流道的截面尺寸分流道的尺寸可由公式4-1计算: (4-1)式中:D分流道直径; m1塑件质量; L1分流道长度; 经计算,分流道直径D=5.68,取D=6mm,由于圆形分流道加工成本高,故采用分流道截面形状为梯形的结构,取上底a=7,下底b=5。4.3 成型零件的设计 为了提高生产产品的质量,在设计模具时应当尽可能的减小误差。由于塑件尺寸误差为累积误差,要从多方面入手降低误差,因此型腔内表面的设计制造要尤为精致,在设计时零件应当具有良好的抛光性能和耐腐蚀性能。在成型零件的材料选择上,要注意材料的加工性能要好,易于加工细小的凹槽,并且材料应当具有足够的刚度强度,确保在多次使用后能保持符合要求的尺寸精度,进行热处理时变形小,寿命长。4.3.1 凹模、凸模形式的确定凹模和凸模在和模时,分别形成型腔及型芯,凹模和凸模都采用整体式结构,分别通过4个螺钉将它们固定在定模和动模上,整体式结构的凹模和凸模设计制造简单,易于装配和拆卸,便于维修替换,同时,在设计其他同类产品时,只许更换凹模和凸模,无需重新设计整个模具即可生产出其他类似的产品,大大缩短生产设计周期,方便产品更新换代,符合市场需要,前景良好。凹模的设计图如图4.4所示。图4.4 凹模4.3.2成型零件的工作尺寸计算由于成型零件直接接触注塑塑件,因此成型零件的工作尺寸要精准到位,精度要求很高。影响塑件尺寸的因素主要有行收缩率以及模具成型零件的制造误差。为保证计算器外壳的尺寸精度符合设计要求,模具成型零件的制造误差应当在IT7-IT8之间,在进行长时间多次使用后,零件会发生磨损,但其因磨损产生的误差应当保持在塑件公差值的1/6以下。因此在材料的选择上应当使用质量较好的T10A进行制造。查表可知ABS塑料的收缩率为0.3%0.8%,在计算时可以按平均值法进行计算。平均收缩率:Scp=(0.3+0.8)%/2=0.0055计算器外壳成形后的实际尺寸与名义尺寸之间的误差称为制品的尺寸偏差。造成这种误差的原因有很多,在这里就不一一列举出来了,综合模具设计经验,参考各类资料教材,制品的尺寸偏差主要是由以下五方面因素综合作用的结果,如公式(4-2): (4-2)式中:塑件的成型误差;模具成型零件制造误差; 模具成型零件在多次注塑后产生的磨损引起的误差; ABS塑料收缩率引起的误差; 当模具成型零件配合时产生的间隙变化造成的误差; 注塑模具在装配时产生的误差;由上式我们可以发现,塑件尺寸误差为累积误差,由于影响因素很多,如果在设计时计算精度不够,将会导致塑件的尺寸精度严重偏低。因此设计计算器外壳时,其尺寸精度的选择不仅要考虑塑件的使用和装配要求,同时还要考虑塑件在成型过程中可能产生的误差,使塑件规定的公差值大于或等于上述因素引起的累积误差。(1)型腔的尺寸通过教材上的内容可知,塑件的基本尺寸Lm是最大尺寸,其公差为负偏差,如果塑件上原有的公差的标准与此不符,应该按此规定转换为单向负偏差,计算时塑件尺寸公差按GB-T14486-1993标准中的MT5级精度选取,型腔尺寸的计算公式为式4-3: Lm (4-3)式中:s塑件的平均收缩率,查表可知ABS塑料平均收缩率为0.55%; 塑件径向尺寸;x修正系数,本设计中取0.58;塑件公差值,取0.64;制造公差,取/3;将计算器外壳的相关数据带入式(4-3)中,计算出:型腔宽度L1=134.98型腔长度L2=159.96(2)型芯高度尺型芯高度尺寸可由公式(4-4)确定: (4-4)式中:型芯高度尺寸; 塑件高度公差值,取0.5; 将计算器外壳的设计尺寸带入式中,得出计算器按键部分型芯高度h1=10.08。4.4冷却系统的设计4.4.1冷却通道的位置及数量由于计算器外壳表面要求、生产效率、产品质量都要求较高,所以在本次设计中需加入冷却系统。冷却通道的开设应当避开定模、动模、凹模、凸模及侧抽芯机构上的各类螺纹孔,以及脱模机构中推杆、复位机构中的导柱以及各类开设的凹槽等等,同时,距离塑件表面应尽量等距,冷却通道应尽量多,尽量大,冷却通道连接处应当加入密封圈,防止漏水,交界处应通畅、便于加工和清理;冷却水应从温度较高的浇口附近流入,冷却通道的布置应当避开可能产生熔接痕的部分。由于计算器外壳设计为表面积大,纵向深度较浅,壁厚均匀,厚度为2mm,在定模、动模、凹模、凸模共计开设8条冷却通道,定模及凹模4条,动模及凹模4条,冷却通道在模具侧面应加工小孔用于安装水嘴及橡胶密封圈符合对称的要求,力求塑件冲分、均匀的冷却,提高生产效率,提高塑件质量。冷却通道在动模及凸模的开设如图4.5所示。图4.5 冷却通道布局1 水嘴 2冷却水道4.4.2冷却系统冷却通道孔径的计算模具在使用水进行冷却的过程中,实际上是熔融塑料与金属与水的热交换过程,通过冷水吸收热量达到塑件的降温效果,因此可以使用热平衡公式4-5计算:qvWQ1/rc(q1-q2) (4-5)式中:qv冷却水的体积流量(m/Min);W单位时间内注入模具中的塑料重量(Kg/Min);Q1单位的重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(KJ/kg);r水的密度(Kg/m3);c水的比热容;q1水的出口温度(C);q2水的入口温度(C); 计算时,先求出注塑的计算器外壳在固化时每小时放出的热量Q。设注射时间为5s,保压时间15s,冷却时间15s,开模取件时间5s,得出注塑成型单个计算器外壳所需时间为40s。设用20的水作为冷却介质,其出口温度为28,水呈湍流状态,一个小时成型次数n3600/4090。WMxn45.66904109.4g/h=4.2kg/h查手册可知,ABS塑料单位重量释放的热量Q1=3.5102kj/h,故Q总=WQ1=4.23.5102kj/h=1.47103kj/h将计算出的总热量Q总带入式qvWQ1/rc(q1-q2),可以计算出水的体积流量:qvWQ1/rc(q1-q2)=2.110-4m3/min最后,根据水的体积流量查表,得出冷却系统冷却通道直径d=6mm。4.5 脱模方式的设计4.5.1脱模机构的设计为了使注塑的计算器外壳从型腔中推出,必须设置脱模机构,脱模机构应当保证塑件不会因此损坏变形、外观符合设计要求、结构灵活可靠、加工更换维修方便快捷。由于本设计中,计算器外壳的内表面包裹在型芯上,脱模机构中的推杆将计算器外壳顶出,只影响计算器外壳的内表面,因此不影响计算器外壳的外观。根据计算器外壳的结构特点,在型芯上开设9个通孔安装推杆,同时避开了冷却水通道,脱模机构如图4.6所示。由于推杆直接接触到塑件表面,并且在模具制作过程中不断往复运动,在材料选择上应当使用质量良好的钢材,并进行热处理。在本设计中推杆采用T10A钢,工作段进行热处理5458HRC,固定段4045HRC。图4.6 1 推杆 2冷却水道4.5.2脱模力的计算及推杆的设计在模具注塑完成后,冷却系统将塑件冷却,塑件产生力的作用包紧型芯,同时在推杆推出塑件时,塑件与型芯间将产生真空吸附力以及ABS塑料对金属的粘着力,推杆与模具配合产生的摩擦力等等组成了脱模力,但因素众多,计算复杂,可以使用经验公式(4-6)计算 Ft=AP(cos-sin) (4-6)由于本设计塑件为计算器外壳,型腔深度较浅,且大部分为平面结构、斜面结构,塑件本身纵向面有倾斜度,因此脱模力较小,其计算将在下文中进行。因为脱模力较小,对推杆的选择也相对宽裕,在不影响推杆寿命及使用过程应力强度的条件下,推杆半径应当相对小一些,避免推杆与塑件接触面产生不平整的缺陷,影响塑件质量,因此,查表后选择推杆为圆柱形推杆,取直径6mm。4.5.3 复位机构的设计为了防止开模塑件取出后,再合模推杆复位不到位,发生干涉现象,应当在模具中加入先复位机构,在动模垫板、推板固定板、推板上开设通孔,在动模板上开设半径为30mm的沉孔,通过一根复位杆连接,复位杆固定在动模垫板上,在开模时,推板上移压缩弹簧,开模时又通过弹簧力的作用将推板及推板固定板复位,打到先复位的效果,复位机构由图4.7所示。图4.7 模具复位机构4.6 合模导向机构设计4.6.1 合模导向机构的选择导向机构是模具中重要组成部分,模具能否持续稳定的工作,与导向机构息息相关,导向机构一般使用导柱与导套的配合组成,在开模和合模过程中起到精确的导向作用,合理的导向机构能避免型芯与其他机构发生碰撞损坏,导向侧抽芯滑块与斜导柱正确配合,防止导致模具损坏,提高塑件质量,延长模具寿命。导柱与导套配合间隙采用H 7/h6级配合,如图4.8所示。 图4.8 导柱与导套的配合4.6.2 导柱的设计导柱的形式采用带头直通式导柱,根据模具整体装配大小,选择导柱长度为280mm,在导柱侧壁加工距离为3mm,半径为2mm的油槽,加入润滑剂,以便使导柱进入导套时排气顺利,减小移动阻力,导柱的制作材料选择为T10A,热处理4045HRC。导柱的样式如图4.9所示。图4.9 导柱4.6.3 导套的设计导套用于与导柱配合,共同组合成为模具的导向机构,导套安装在动模板和定模板上,导套的配合精度采用H7/h6级配合,为了能使导柱以较小的阻力进入导套,可以再导套上开设通气孔,也可不另开设通气孔,仅通过配合间隙进行排气。导套的材料选择可以选用T12A或铜等材料,材料硬度较导柱的低,可以防止导向系统在大量工作后产生拉毛,影响模具使用级导向系统的寿命。导套的样式及设计尺寸如图4.10所示图4.10 导套4.7成型设备的校核4.7.1锁模力的校核为了防止模具在注塑时发生溢料,提高计算器外壳的尺寸精度,注塑机的合模机构要对模具施加夹紧力,夹紧力的最大值就是模具的锁模力。注射机锁模力的校核关系式为式(4-7): FkpA总 (4-7)式中 F注射机锁模力; k压力损耗系数; p型腔内熔体的压力; A总塑件及浇注系统在分型面上总投影面积;查塑料模设计手册附录表可知,XS-ZY-125型螺杆式注射机的锁模力为900KN;k值根据设计经验一般取1.11.2,本塑件中型腔内熔体压力p=30MPa,塑件及浇注系统在分型面上的投影总面积A总=0.3210-2m2将以上数值代入公式得:F0=kpA总=1.230x1060.3210-2=115.2KNH总+(510) (4-8)式中:S注射机的最大开模行程; H总模具开模总共行程; 查塑件模设计手册附录得XS-ZY-125型螺杆式注射机的最大开模行程S=300;H总为3次分型的总行程,其中流道推板将浇口凝料推出需要行程10mm,塑件脱模推出距离40mm,塑件高度24mm,流道及浇口凝料拉出行程需约100mm。因此H总约为174mm计算得:H总+(510)180mmS=300 根据计算可知校核合格。以上分析证明,XS-ZY-125型螺杆注塑机符合锁模力要求、安装尺寸要求、开模行程要求,校核合格,可以采用。5 模具零部件的设计尺寸校核在模具设计中,为了确保产品的质量以及模具的使用寿命,各零部件必须经过校核,零件的选择应当尽量采用标准件,这样可以降低生产制造成本,减少设计及制造周期。这一章主要对模具中型腔强度的计算进行校核,对推杆的设计尺寸进行校核,以及对导柱设计尺寸的校核。5.1 型腔侧壁厚度强度校核本设计中,计算器外壳注塑模型腔采用整体嵌入式组合型腔结构,样式为矩形整体式凹模由于型腔壁厚的计算比较繁琐复杂,计算时采用经验公式,相关数据系数可由查表获得。型腔壁厚计算为公式(5-1)为: S= (5-1)式中:S型腔壁厚; p型腔压力; h型腔深度;E凹模采用材料的弹性模量;根据设计图中可知,型腔深度为h=12mm,侧壁厚度为t=12.5mm,型腔压力p取30MPa,弹性模量E根据材料查表取2.1x105MPa,系数c根据h/t=0.96,查表取c=1,取0.6。将数据带入公式(5-1)得S=5.5mm,设计尺寸S0=12.5S=5.5,满足强度要求,校核合格。5.2 型腔底部厚度强度校核 由型腔底部计算公式(5-2): T= (5-2)式中:T型腔底部厚度; b型腔短边长度; p许用变形量; 根据设计图中,型腔底部设计尺寸最短处T0=5mm,型腔短边长度b=160mm,许用变形量p=25i10.17mm,带入公式(5-2),计算得T=3.8mm,设计尺寸设计尺寸最短处T0=5mm,T0T,满足强度要求,校核合格。5.3 导柱尺寸的强度校核导柱在模具的合模导向机构中起到重要作用,导柱能否在多次工作后依然能保持合格的工作能力,关乎塑件质量及模具的寿命,因此必须对导柱的设计尺寸进行校核。导柱的直径可用公式(5-3)计算: (5-3)式中:w一单根导柱承受模板重力;E材料弹性摸量;由设计图中可知,导柱长度l=280,根据导柱材料取E=2.1x105,单根导柱城市模板重力w约为200N。带入公式中d19.5mm,而设计中导柱直径d0=30mm,d0d,满足强度要求,校核合格。5.4推杆尺寸校核推杆是脱模机构中重要的组成部分,必须对推杆尺寸进行校核,以保证脱模机构能够正常工作,保证塑件质量及模具使用寿命。本设计中,采用断面形状为圆形的推杆结构,推杆后补加粗成台阶形,共设计9根推杆,其中3根推杆根据计算器外壳形状特点将顶部加工出斜面。首先计算塑件计算器外壳的脱模所需力,推出力可由公式(5-4)计算: Ft=Aph(cos-sin)
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