K13-旋钮注塑模具设计
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毕业设计(论文)外文资料翻译系 别: 机电信息系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 外文出处:材料加工技术杂志187-188(2007)附 件: 1. 原文; 2. 译文 2013年03月自适应系统温度调节的电动注塑模具摘要在开发和生产过程中对注塑模具的控制是否在模具温度条件的控制是一个基本问题。精确的研究在模具热力学过程中表明,换热可以操纵热电。这样的系统升级传统冷却系统在模具或可以是一个独立应用热操纵。论文中,作者将目前的研究项目的结果进行了三个阶段,其结果是在A686专利、2006专利。测试阶段,原型阶段和工业化阶段将提出。项目的主要成果是总体加快在线温度调节的模具的周期时间和总体影响强调变形控制的塑料产品的质量。应用程序的提出是模具温度和产品质量控制在注射成型过程的一个里程碑。关键词:注塑模具冷却;热电模块;有限元模拟1.引言开发技术的冷却模具通过热电气(TEM)意味着推动工业实践和发展,即在设计、工具制造和开发工具。目前的冷却技术有技术的局限性。其局限性的位置及与事先预测有限元分析(FEA)仿真包,但不是完全可以避免的。不同状态的结果的艺术分析显示所有现有的冷却系统不提供可控的传热能力足以符合当前聚合物加工要求的工艺窗口。只有热容操作功能的聚合物加工是当今有限的(在任期短传感器的生产周期时间内,降低成本)。其他方产品优化功能已经驱动机械和聚合物加工的局限性3。1.1.热过程在注模塑料的处理塑料的处理是基于热传导塑料材料和模腔之间的。在计算传热时,应该考虑两个主要事实:首先是所有使用能源,这是基于第一定律热力学定律的能量保护1;第二是速度的传热。在传热分析的基本任务是随时间和温度计算其分布在研究系统。最后取决于速度之间的热传导的系统与环境和速度的传热系统内部。基于传热可以作为热传导、对流和辐射1。1.2.冷却时间完成注射模塑过程周期包括模具闭合阶段,注入融化成腔、包装测定不同条件下动物血压相补偿收缩效应、冷却阶段,开模阶段和部分排出期。在大多数情况下,最长时间的上述所有阶段是冷却时间。冷却时间在注射模塑过程被定义为时间需要冷却塑料零件到弹射温度1。降低冷却过程的主要目的是减少附加冷却时间,但理论上是不必要的。在实践中,它扩展了从45% 到67%的整个周期时间1,4。从文学与实验1,4,它可以看到,模具温度对脱模时间影响极大,因此冷却时间(成本)。注射成型过程是一个循环过程,模具温度变化见图1,温度也有所不同,从平均价值通过整体周期时间。 图1 模具在一个周期内的温度变化2.塑料注射模具冷却技术因为它已经描述,已经有几种不同的技术,让用户来冷却模具5。最传统的方法是用钻井技术,即生产模具的洞。通过这些孔(冷却线),冷却介质流动,消除生成和积累的热量从模具1,2。它也是非常方便的在不同的材料建造,不同的热导率,目的是提高控制模具温度条件。这样的方法是所谓的被动方法对模具温度控制。这个具有挑战性的任务是使系统活跃,它可以改变热条件,对于所需的方面,比如产品质量或周期时间。对于模具,一个这样的方法是集成热电气模块(TEM),它可以改变热条件期望的性质。用这样的方法,一个可以控制传热与时间和空间变量,那意味着什么,昼夜可以调节整个注塑周期,独立于位置的模具。热控制是通过控制单元,输入变量是收到的人工输入或从注塑仿真输入。对于输出值,控制单元模块行为监控TEM。2.1.热电模块(TEM)为需要的热操作,TEM模块集成到模具。热量与电之间的交互变量对于换热是基于珀尔帖效应。珀尔帖效应的现象是众所周知的,但直到现在从未用于注塑应用程序。TEM模块(见图2)是一个对P和N型半导体妥善安排的设备由,在两个陶瓷板之间的位置形成的热与冷温差冷却器的网站。传热的力度可以容易控制通过的大小和极性的提供的电力电流。 图2 TEM框图2.2模具冷却的应用应用程序的主要想法是插入到墙壁的TEM模块模腔作为主要传热单元。这些基本的装配中见图3。二次传热是通过常规流体冷却系统实现,允许从模腔热力学系统热流入与流出。设备呈现在图3,包括热电模块(A),使主要的传热来自可控表面模具腔(B)的温度。二次传热是通过冷却通道(C)启用,在模具中提供恒温条件。热电模块(A)作为热泵运行,像这样的操纵与热派生通过流体冷却系统(C)到模具。系统二次加热与冷却通道操作作为热交换器。减少热容的可控区域保温(D)安装在模腔(F)和模具结构板(E)之间。整个应用程序包括TEM模块,一个温度传感器和电子装置,来控制系统的完整。该系统的描述见图4,包括一个输入单元(输入界面)和一个供应单元(电子单元和电力电子供应H桥单元)。输入和供应单元与温度传感器回路信息附在一个控制单元,作为执行单元试图强加预定义的温带/时间/位置关系。使用珀尔帖效应,单元可以用于加热或冷却的目的。二级除热是通过流体冷却媒体实现视为换热器,如图4。根据目前的冷却技术和作为一个水槽或源的热量第一单位。这允许完全控制过程从温度、时间和位置通过整个周期。此外,它允许不同的温度/时间/位置循环,也为起点和终点的过程。技术的描述可用于各种工业和研究目的,精确的温度/时间/位置控制是必需的。本文系统分析了从理论以及实践的观点见图3和4。通过有限元模拟分析了理论方面,而实用的开发和实现的原型应用到实际测试。 图3 TEM冷却装配的结构 图4温度检测和监管结构3.有限元分析模具冷却当前的发展对注塑模具设计包括几个阶段3。其中还设计和优化一个冷却系统。这是通过使用定制的有限元法进行模拟软件包(模塑仿真分析4),可以预测冷却系统功能,特别是其影响塑料。与这种模拟相似,模具设计师收集了关于在产品流变学和变形的信息,由于收缩作为生产时间周期信息。这个热信息通常是准确的,但仍然存在不可靠的情况下的流变材料信息不足。高质量的输入为热调节TEM,需要得到一个关于温度分布在周期时间和整个模具表面和整个模具厚度的图片。因此,不同的过程模拟是必要的。3.1物理模型,有限元分析有限元分析为开发项目的实现是由于作者长期经历这样的包装4和在虚拟环境中执行不同测试的可能性。整个冷却系统设计了原型在有限元环境(见图5)通过温度分布在每个部分的原型和联系人之间的冷却系统进行了探讨。为在一个样机上模拟物理特性机,仿真模型构建了利用COMSOL软件多重物理量。结果是一个有限元模型与真实的原型(见图7),通过它可以比较和评估结果。就有限元模型在术语的传热物理的探讨考虑两个热源:一个水换热器与流体物理和热电模块与传热物理(只有传导和对流辐射进行分析,忽略了由于低相对温度,因此低影响温度)。在实际测试中,有限元分析的边界条件设定目标达到相同的工作条件。周围的空气和水换热器被设定在稳定温度20 。有限元分析的结果中可以看到,如图6,即昼夜分布通过模拟区域显示在图5。图6表示稳态分析,非常准确的原型测试相比。为了模拟时域响应进行了瞬态仿真,对于未来的工作也显示非常积极的结果。在很短的时间(5s)能够实现一个温差200,可能会在TEM结构导致一些问题。这些问题通过几个方案就都解决了,如充足的安装,选择合适的材料和应用TEM智能电子监管。图5 一个原型在有限元环境的横截面 图6 有限元分析的温度分布 3.2.实验室测试因为它已经描述,原型制作和测试(见图7)。结果显示,设置的假设被证实。用TEM模块,可以在整个周期的时间控制温度分布的不同部分的模具。与实验室测试,这是证明了的,可以是实际的热操纵监管与TEM模块。测试是在实验室,模拟真实的工业环境,注塑成型机克劳斯马斐公里60 、温度传感器、红外摄像机和原型TEM模块。反应温度在1.8 s反应温度从5到80,这代表了一个在注射成型周期广阔的区域内的热量控制。 图7 现实环境中的原型4.结论利用热电模块与它直接连接输入和输出之间的关系是冷却应用程序一个里程碑。对注塑模具的引入与冷却结构精密问题的处理,部分高质量的塑料代表了很高的期望。作者是假设使用珀尔帖效应可用于温度控制在模具注塑。基于仿真工作的方法和真正的生产实验室设备证明,假设被证实。仿真结果显示,在注塑过程中一个广泛的领域可能应用TEM模块。提到的温度曲线跨周期时间的功能,注射模塑过程可以完全控制。工业的问题,如均匀冷却问题类表面及其后果的塑料零件的外表可以解决。在注射时间过热的一些表面可以解决薄长填充墙的问题。此外,这样的应用程序控制流变特性的塑料材料可以获得。在充填阶段的模腔,用适当的热调节TEM是可能甚至控制熔体流动的模具。这是做了适当的温度分布的模具(更高的温度对薄壁零件的产品)。应用TEM模块,可以显著减少周期时间在注塑过程。时间的限制可能减少在于框架的额外的冷却时间10% 25%,在1.2节描述。应用TEM模块可以积极控制产品的翘曲和产品翘曲调节量的方式来达到所需的产品公差。本文提出了TEM模块冷却应用注射模塑过程,这是是一个优先的选择专利,属于TECOS举行。塑料注射成型工艺卡片资料编号0002 车间共 1 页第 1 页零件名称 XX 材料牌号 ABS设备型号SZ-63400装配图号 材料定额每模件数 1件零件图号 单件质量 19g工装号 材料干燥 设备干燥机 温度/70-80 时间/h1-2料筒温度/ 后段 190200 中段 200220 前段 170190 喷嘴温度/ 180190 模具温度/ 5070成型时间 /s注射时间 3070保压时间 1530冷却时间 1030 压力 /MPa注射压力80Mpa 背压力60Mpa 后处理温度/烘箱 70时间定额 /min 辅助1min时间10min 单件3 min 检验 编制 校对 组长车间主任检验组长主管工程师塑料注射成型工艺卡片模具设计与制造技能训练设计说明书设 计 题 目 :设 计 者:班 级:指 导 教 师:哈尔滨理工大学2013年 12 月 26 日摘 要塑料制品已在工业,农业,国防和日常生活中的方面得到广泛应用。特别是在电子业中则为突出。电子产品的外客大部分是塑料制品,产品性能的提高要求高素质的塑料模具和塑料性能。成型工艺和制品的设计。 塑料制品的成型方法很多。其主要用于是注射,挤出,压制,压铸和气压成型等和气压成型等。而注射模,挤出约占成型总数的60%以上。注射成型分为加料,熔融塑料,注射制件冷却和制件脱模等五个步骤。当然如利用电气控制。可实现半自动化或自动化作业。 塑料注射模主要用于热塑料制品的成型,已成功的用于成型热固塑性塑料制品,它是塑料制品生产中十分重要的工艺装置。注射模的基本组成是:定模机构,动模机构,浇注系统,导向装置,顶出机构,芯机构,冷却和加热装置,排气系统。 因注射模成型的广泛适用,正是我这个设计的根本出发点。关键字:注射模具,浇注系统,脱模机构,冷却系统目 录摘 要II目 录III第1章 前言1第2章 塑件的工艺分析22.1塑件的工艺性分析22.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析32.2.1结构分析32.2.2尺寸精度分析32.2.3表面质量分析42.3 计算塑件的体积和质量42.4 注射机的初选4第3章 分型面选择和浇注系统设计53.1 注射模具分型面的选择53.1.1 分型面的基本形式53.1.2 分型面选择的基本原则53.1.3 分型面的选择53.2 浇注系统的设计63.2.1 浇注系统的组成63.2.2 注射模具主流道的设计63.2.3 分流道的设计9第4章 成型零件的设计114.1 模具型腔的结构设计114.2 型芯的结构设计134.3 成型零件的尺寸确定13第5章 顶出机构的设计20第6章 冷却系统的设计22第7章 排气系统23第8章 成型设备有关参数校核23第9章 模具特点和工作原理26总 结27参考文献28第1章 前言光阴似梭,大学三年的学习一晃而过,为具体的检验这三年来的学习效果,综合检测理论在实际应用中的能力,除了平时的考试、实验测试外,更重要的是理论联系实际,即此次设计的课题为闹钟后盖的注塑模具。本次毕业设计课题来源于生活,应用广泛,但成型难度大,模具结构较为复杂,对模具工作人员是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解,同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。本次设计以注射闹钟后盖模具为主线,综合了成型工艺分析,模具结构设计,最后到模具零件的加工方法,模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。能很好的学习致用的效果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤,模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来,所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外,同时引用了CAD、Pro/E等技术,使用Office软件,力求达到减小劳动强度,提高工作效率的目的。本次设计中得到了戴老师的指点。同时也非常感谢邵阳学院各位老师的精心教诲。由于实际经验和理论技术有限,设计的错误和不足之处在所难免,希望各位老师批评指正。25第2章 塑件的工艺分析第2章 塑件的工艺分析该塑件是XX产品,其零件图如图所示。本塑件的材料采用改性聚苯乙烯,生产类型为大批量生产。图2.1 XX图2.1塑件的工艺性分析该材料为ABS,ABS树脂是目前产量最大,应用最广泛的聚合物,它将PS,SAN,BS的各种性能有机地统一起来,兼具韧,硬,刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物,A代表丙烯腈,B代表丁二烯,S代表苯乙烯。ABS塑料-名称化学名称 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料 英文名称 Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic一般性能ABS外观为不透明呈象牙色粒料,其制品可着成五颜六色,并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右,吸水率低。ABS同其他材料的结合性好,易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为1820,属易燃聚合物,火焰呈黄色,有黑烟,并发出特殊的臭味。力学性能ABS有优良的力学性能,其冲击强度极好,可以在极低的温度下使用;ABS的耐磨性优良,尺寸稳定性好,又具有耐油性,可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大,但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。热学性能ABS的热变形温度为93118,制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性,可在-40100的温度范围内使用。电学性能ABS的电绝缘性较好,并且几乎不受温度、湿度和频率的影响,可在大多数环境下使用。分析塑件的结构工艺性塑件尺寸较小,内部结构简单,对塑件的测量和计算没较大影响,符合塑件的设计要求。塑件精度要求,塑件工作要求不高,故选普通精度:级2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析2.2.1结构分析从零件图上分析,该零件总体形状为圆形。因此,模具设计,该零件属于中等复杂程度.2.2.2尺寸精度分析从塑件的壁厚上来看,壁厚最大处为3.5mm,壁厚均匀,,在制件的转角处设计圆角,防止在此处出现缺陷,由于制件的尺尺寸中等。2.2.3表面质量分析该零件的表面除要求没有缺陷毛刺,内部不得有杂质外,没有什么特别的表面质量要求,故比较容易实现。综上分析可以看出,注塑时在工艺控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证.2.3 计算塑件的体积和质量计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。计算塑件的体积:V=17.78cm(单个)计算塑件的质量:根据设计手册可查得ABS的密度为=1.06kg/dm塑件质量:M=V19g(通过3D软件测量得到)2.4 注射机的初选根据塑件的计算重量或体积,选择设备型号规格,确定型腔数当未限定设备时,须考虑以下因素:采用一模四腔的模具结构,考虑其外形尺寸,注塑时所需压力和工厂现有设备等情况,初步选用注塑机SZ-63400型。第3章 分型面选择和浇注系统设计3.1 注射模具分型面的选择3.1.1 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、综合式分型面。3.1.2 分型面选择的基本原则选择分型面的基本原则:(1)保持塑料外观整洁;(2)分型面应有利于排气;(3)应考虑开模是塑料留在动模一侧;(4)应容易保证塑件的精度要求;(5)分型面应力求简单适用并易于加工;(6)考虑侧向分型面与主分型面的协调;(7)分型面应与成型设备的参数相适应;(8)考虑脱模斜度的影响11。3.1.3 分型面的选择1、确定成型位置由于塑件结构简单,所以不用设计小型心,型腔直接开设在定模板和中间板上.采用两排各8个型腔分布.2、确定分型面采用单分型面注射模,从AA分型面一次分型,如下图所示:图3.1 分型面3.2 浇注系统的设计3.2.1 浇注系统的组成浇注系统是将熔融的塑料从成型设备喷嘴进入模具型腔所经的通道,它包括主流道、分流道、浇口及冷料。在设计注射模具的浇注系统应注意以下几项原则12。(1)根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。(2)根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸多因素,并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置。(3)应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把,以节省原料,提升注射效率。(4)应根据所选用塑件的成型性能,特别是它的流动性能,选择浇注系统的截面积和长度,并使其圆滑过渡以利于物流的流动。3.2.2 注射模具主流道的设计主流道是熔融塑料由成型设备喷嘴先经过的部位,它与成型设备喷嘴在同一轴心线上。由于主流道与熔融成型设备喷嘴反复接触、碰撞,一般浇口不直接开设在定模上,为了制造方便,都制成可拆卸的浇口套,用螺钉或迫合形式在定模板上13。(1)主流道的设计主流道是指浇注系统中从成型设备喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道。主流道的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响,因此,必须使熔体的温度降和压力损失最小。(2)主流道尺寸在卧式或立式成型设备上使用的模具中,主流道垂直于分型面。为了让主流道凝料能从浇口套中顺利拔出,主流道设计成圆锥形,其锥角 为26。小端直径d比成型设备喷嘴直径大0.5mm1 mm。由于小端的前面是球面,其深度为3mm5 mm,成型设备喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合,因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大1mm2mm。流道的表面粗糙度值Ra为0.08 。(3)主流道浇口套主流道浇口套一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等材料制造,热处理淬火硬度53HRC57HRC。浇口套的材料应选用优质钢T8A,并应进行淬火处理,为了防止成型设备喷嘴不被碰撞而损坏,浇口套的硬度应低于成型设备喷嘴的硬度。为了便于浇注凝料从主流道中取出,主流道采用为36左右的圆锥孔。浇口套于成型设备的喷嘴头的接触球面必须吻合,由于成型设备喷嘴是球面,半径是固定的,所以为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出,应使浇口套端面的凹球面与成型设备喷嘴端的凸面接触良好,圆锥孔的小端直径则大于喷嘴的内孔直径,球面与主流道孔应以清角连接,不应有倒拔痕迹。为了便于浇注凝料从主流道中取出,主流道采用为36度左右的圆锥孔,对流动性较差的塑料也可取得稍大一些,但过于大则容易引起注射速度缓慢,并容易形成涡流。浇口套与塑料注射区直接接触时,其出料端端面直径应尽量选得小些。浇口套于成型设备的喷嘴头的接触球面必须吻合,由于成型设备喷嘴是球面,所以为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出,应使浇口套端面的凹球面与成型设备喷嘴端的凸面接触良好,圆锥孔的小端直径则大于喷嘴的内孔直径,球面与主流道孔应以清角连接,不应有倒拔痕迹,以保证主流道凝料顺利脱模14。定位环是模体与成型设备的定位装置,它保证浇口套与成型设备的喷嘴对中定位,定位环的外径应与成型设备的定位孔间隙配合。浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。成型设备SZ-63400的喷嘴球半径为18 mm,喷嘴孔径为2 mm。所以要使浇口套端面的凹球面与成型设备喷嘴的端凸球面接触良好,凹球面半径取19 mm,圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴口内径,取3 .2mm,如图3.2。图3.2 浇口套主流道垂直于分型面。为了让主流道凝料能顺利从浇口中拔出,主流道设计成圆锥形,其锥角为 3。小端直径d比成型设备喷嘴直径大0.51mm。由于小端的前面是球面,其深度为35mm,取值为5mm,成型设备喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合,因此要求主流道球面半径比喷嘴球面大12mm。3.2.3 分流道的设计分流道是将熔融塑料从主流道截面及其方向的变化,平稳进入单腔中的进料浇口或主流道进入多腔的浇口的通道,它是主流道与浇口的中间连接部分,起分流和转换方向的作用,通常分流道设置在分型面的成型区域内。在注射过程中,熔融的塑料在流经分流道时,应是它的压力损失以及热量损失最小,而以分流道中产生的凝料最少为原则,分流道的设计要点总体归纳如下:分流道的形状要考虑分流道的截面积与其周边长度的比最大为好,这样可以减少熔料的散热面积和摩擦阻力,减少压力损失。 在可能情况下,分流道的长度应尽量的短,以减少压力损失,避免模体过大影响成本,在多型腔模具中和型腔的分流道长度尽量相等,以达到注射大时压力传递的平衡,保证塑料尽可能同时均匀的充满各个型腔。在有些情况下分流道长度不能相等时,则应在浇口处作必要的补救措施,如果分流道较长时,应在其末端设置冷料穴,放置冷料和空气进入模腔15。在满足注射成型工艺的前提下,分流道的截面积应尽量的小,但分流道的截面积过小会降低注射速度,使填充时间延长,同时可能出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷,而分流道过大则增大冷却时间应比型腔中塑件的冷却时间要短,才不影响注射时的效率。因此在设计时应采用较小的截面积,以便于在试模是为不要的修正留有余地。分流道和型腔的分布是排列紧凑,距离合理,应采用轴对称或中心对称,使其平衡,尽量缩小成型区域的总面积。最好使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心和锁紧力的中心相重合。在分流道上的转向次数尽量少,在转向处应圆滑过渡,不能有尖角,这些都是为了减小压力损失,有利于物料的流动。当分流道设在定模一侧或分流道延伸较长时,应在浇口附近或分流道的交叉处设置钩料杆,以便于在开模时在钩料杆的作用下首先从定模中拉出分流道的凝料,并与塑料一起顶出。分流道的内表面不必要求很光,一般表面粗糙度取1.6m即可,这样可以在分流道的摩擦阻力下使料流外层的流动小些,使其分流道的冷却皮层固定,有利于熔融塑料的保温。在总体分布中,应综合考虑冷却系统的方式和布局,并留出冷却水路的空间。a分流道的形状和尺寸分流道开设在定模板上,其截面形状为半圆形,底部以圆角相连。分流道为二次分流道,具体形状如图三。b、分流道的表面粗糙度由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有内部的熔体流动状态比较理想,因此分流道表面粗糙度要求不太低,一般Ra取1.6m左右,这可增加对外层塑料熔体的阻力,使外层塑料冷却皮层固定,形成绝热层。c、分流道在分型面上的布置形式分流道在分型面上的布置形式与行腔在分型面上的布置形式密切相关。由于行腔呈矩形形状分布,则分流道一般采用“非”字状分布。4.4.3、浇口的设计此套模具采用的是点浇口的形式,点浇口是一种截面尺寸很小的浇口。这种浇口由于前后两端存在较大的压力差,可较大程度地增加塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热,从而导致容体的表现粘度下降,流动性增加,有利于型腔的充填。第4章 成型零件的设计4.1 模具型腔的结构设计型腔大体有以下几种结构形式:整体式、整体组合式、局部组合式和完全组合式。型腔由整块材料制成,用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工,特别是在多型腔模具中,型腔单个加工后,在分别装入模板,这样容易保证各型腔的同心度以及尺寸精度要求,并且便于部分成型件进行处理等。型腔由整块材料制成,但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多于型腔较深或形状较为复杂,整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是,便于机加工,便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上。这里选择整体式型腔。在塑料注射模具的注射过程中,型腔从合模到注射保证过程中受到高压的冲击力,因此模具型腔应该有足够的硬度和刚度,总的来说,型腔所承受的力大体有合模时的压应力、注射过程中塑料流动的注射压力、浇口封闭前一瞬间的压力保证和开模时的压应力,但型腔所承受的力主要是注射压力和保证压力,并在注射过程中总是在变化。在这些压力作用下,当型腔的刚度不足时,往往会产生弹性变形,导致型腔向外膨胀,它将直接影响塑件的质量和尺寸精度。所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度,以保证型腔在注射过程中产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板的计算和选择是十分重要的。(1)型腔侧壁厚度的计算按强度计算其壁厚S按下列公式计算 式中 型腔材料的许用应力,=156.8MPa p型腔内单位平均压力,P=38.4MPar型腔内半径,r=10mm代入公式得:S=4mm(2)底板厚度的计算按强度计算其壁厚H按下面公式计算 式中 型腔材料的许用应力,=156.8MPa p型腔内单位平均压力,P=38.4MPar型腔内半径,r=10mm代入公式得:H=5.5mm4.2 型芯的结构设计型芯的结构形式大体有:整体式、整体复合式、局部组合式、完全组合式。4.3 成型零件的尺寸确定(1)型腔尺寸计算型腔的各部分尺寸一般都是趋于增大尺寸,因此应选择塑件公差的1/2,取负偏差,再加上-1/4的磨损量,而型芯深度则再加上-1/6的磨损量,这样的型芯的计算尺寸的表述如下。(a)型腔的径向尺寸的计算式: 式中 D0型芯的最小基本尺寸; 塑件的最大基本尺寸;S塑件的平均收缩率,S=0.02;塑件的公差,取八级精度;模具制造公差,按1/4选取;(b)型腔的深度根据尺寸的计算公式 式中 型腔深度的最小尺寸; 塑件的最大基本小尺寸;S塑件的平均收缩率;塑件的公差,取八级精度;模具制造公差,按1/4选取;(2)型芯尺寸的计算型芯的各部尺寸除特殊情况外都是趋于缩小尺寸,因此应选择塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨损量,而型芯高度则加上+1/6的磨损量.型芯的计算尺寸表达如下。(a)型芯的径向尺寸的计算式: 式中 型芯的最大基本尺寸; 塑件的最小基本尺寸;S塑件的平均收缩率;塑件的公差,取八级精度;模具制造公差,按1/4选取;根据公式计算得型芯的径向尺寸: (b)型芯的高度尺寸的计算: 式中 型芯高度的最大尺寸; 塑件内形深度的最小尺寸;S塑件的平均收缩率;塑件的公差,取八级精度;模具制造公差,按1/4选取;根据公式计算得型芯的高度尺寸:4.6确定主要零件结构及尺寸经过初步设计,预选中小型315400194标准A1模架,各板厚数值皆已有国际规定,其强度足够。定模座板外形尺寸:40031525mm;材料:Q235A;调质HB216-260;浇口套与板之间采用20H7/k6过渡配合,四个孔距为260160mm,四个小孔为160100的销钉孔。如图5所示。图5 定模座板4.6.3、型腔外形尺寸:31531532mm;材料:45钢;调质HB230-270;板上开16腔孔;采用四个30,孔距为230*6mm的导套孔采用过渡配合(H7/k6)。 4.6.3、型芯外形尺寸:31531532mm;材料:45钢;调质HB230-270;板上开24腔孔;采用四个20mm、孔距为258260mm的导柱与孔采用过渡配合(H7/k6);260160mm。 4.6.7、推杆固定板外形尺寸:19931520mm;材料:Q235A;四个与2.6推杆过渡配合、孔距为150240mm的孔;四个用于连接推板的M12螺钉孔,孔距为285160mm,如图8所示。4.6.8、推板外形尺寸:31519920mm;材料:45钢;淬火HRC43-48;四个用于连接推杆固定板的12孔,孔距为285160mm。如图9所示。图94.6.9、动模座板外形尺寸:40031525mm;材料:Q235A;调质HB216-260;四个孔距为260160mm的M16螺钉孔。如图10所示。图10 动模座板第5章 顶出机构的设计顶出机构的分类:按驱动方式分类可分为:手动顶出、机动顶出、启动顶出。按模具结构分类可分为:一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。(1)推出机构的结构组成 在注射成形的每个周期中,将塑料制品及浇注系统凝料从模具巾脱出的机构称为推出机构,也叫顶出机构或脱模机构。推出机构的动作通常是由安装在成型设备上的机械顶杆或液压缸的活塞杆来完成的。结构组成:由推出、复位和导向零件组成。(2)结构分类手动推出、机动推出、液压或气动推出。(3)结构设计要求塑件留在动模,塑件在推出过程中不变形、不损坏,不损坏塑件的外观质量,合模时应使推出机构正确复位,动作可靠。(4)结构设计(a)推杆推出机构推杆推出机构是整个推出机构中最简单、最常见的一种形式。由于设置推杆的自由度较大,而且推杆截面大部分为圆形,容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度推杆推出时运动阻力小,推出动作灵活可靠,因此在生产中广泛应用。 但是因为推杆的推出面积一般比较小,易引起较大局部应力而顶穿塑件或使塑件变形,所以很少用于脱模斜度小和脱模阻力大的管类或箱类塑件。(b)推管推出机构推管推出机构是用来推出圆筒形、环形塑件或带有孔的塑件的一种特殊结构形式,其脱模运动方式和推杆相同。由于推管是一种空心推杆,故整个周边接触塑件,推出塑件的力量均匀,塑件不易变形,也不会留下明显的推出痕迹。(c)推件板的推出机构凡是薄壁容器、壳形塑件以及表面不允许有推出痕迹的塑料制品,可采用推件板推出推件板推出机构义称顶板顶出机构,它由一块与型芯按一定配合精度相配合的模板和推杆组成。 特点:推件板推出的特点是顶出力均匀,运动平稳,且推出力大。但是对于截面为非圆形的塑件,其配合部分加工比较困难。 (d)活动嵌件及凹模推出机构有一些塑件由于结构形状和所用材料的关系,不能采用推杆、推管、推件板等简单推出机构脱模时,可用成形嵌件或型腔带出塑件。(5)顶出机构的设计原则: 塑件在成型顶出后,一般都留有顶出痕迹,但应尽量使顶出的残留痕迹不影响塑件的外观,这是在选择顶出形式和顶出位置时必须考虑到的问题。一般顶出机构应设在塑件的内表面以及不显眼的位置。注射设备的顶出装置都设计在动模一侧,因此,在一般情况下开模时,尽量设计使塑件留在动模一侧,以便于顶出塑件。这在分型面的选择时就应充分考虑。在实践中如果出现塑件并没有留在动模侧的情况时,可设法增加动默一侧的阻力,一是将型芯的脱模斜度变小,或增加型芯的表面粗糙度,或者在不影响塑件使用的前提下,在型芯侧面人为的开设横凹槽、凹窝等脱模障碍,以增大动模的阻力。在特殊情况下必须使塑件留在定模时可采用定模顶出机构。 塑件在成型顶出后,一般都留有顶出痕迹,但应尽量使顶出的残留痕迹不影响塑件的外观,这是在选择顶出形式和顶出位置时必须考虑到的问题。一般顶出机构应设在塑件的内表面以及不显眼的位置。顶出零件应有足够的机械强度和耐磨性能,使其在相当长的运作周期内平稳顺畅,无卡滞现象,并力求制造方便,容易维修。 顶出装置力求均匀分布,顶出力作用点应在塑件承受顶出力最大的部件,尽量避免顶出力作用于最薄的部位,防止塑件在顶出过程中的变形和损伤。顶出零件应有足够的机械强度和耐磨性能,使其在相当长的运作周期内平稳顺畅,无卡滞现象,并力求制造方便,容易维修。第6章 冷却系统的设计塑料注射成型是将熔融状态的塑料向模腔高压注射,其后这些熔料在摸腔中冷却到塑料变形温度以下固化成型。在塑料固化成型过程中,由熔融状态冷却到固化状态是由熔料温度和模具的温差来实现的,而且一般说来,模具温度应在塑料热变形温度以下才能达到迅速固化成型的目的。但是模具的温度既不能过高也不能过低。模具温度过高会造成溢料,脱模困难,并使塑件固化时间延长,延长注射成型周期,降低生产效率;模温过低则会影响注射熔料的流动性,使塑料应力增大,并可能出现熔接痕及缺料等制品缺陷,影响塑件质量。模具温度不均匀会使塑件变形,以及收缩率偏差等诸多问题影响塑件的质量。为此,控制模具温度是塑件注射成型中的重要环节。第7章 排气系统在注塑模具的设计过程中,必须考虑排气结构的设计,否则,熔融的塑料流体进入模具型腔内,在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气,气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡, 除此以外,塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则,被压缩的空气产生高温,会引起塑件局部碳化烧焦,或塑件产生气泡,或使塑件熔接不良引起强度下降,甚至充模不满甚至会产生很高的温度使塑料烧焦,从而出现废品。排气方式有两种:开排气槽排气和利用合模间隙排气。由于XX注塑模是小型镶拼式模具,可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气,而不需在模具上开设排气槽。第8章 成型设备有关参数校核1、模具闭合高度的确定根据支承与固定零件中提供的数据测量确定: H=285mm2、 注射机有关参数的校核本模具的外形尺寸为128170,SZ-63400型注射机模板最大安装尺寸为265265;故能满足模具的安装要求。经验证,SZ-63400型注射机能够满足使用要求,故可以采用SZ-63400型注射机SZ-63400型注射机技术参数表第9章 模具特点和工作原理1、模具的特点:该模具是两板模,设计了1 个水平分型面。设计了定距拉杆, A 分型面是为了取出制件。该模具一模8件,节省了成本,降低了制造周期,提高了生产效率。2、模具的工作过程模具装配试模完毕后,模具进入正式工作状态,其基本工作过程如下。(1)对塑料进行烘干,并装入料斗。(2)清理模具型芯、型腔,并喷上脱模剂,进行适当的预热。(3)合模、锁紧模具。(4)对塑料进行预塑化,注射装置准备注射。(5)注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。(6)脱模过程。制件的推出同一般注塑模具推出方式相同,即由注塑机推杆推动模具推板,从而推动推件杆将之间顶出。总结总 结这次课程设计针对设计内容进行了大量的工作,顺利完成了课程设计中所提出的各项任务,达到了课程设计的目的。通过此课程设计,掌握了模具设计的方法和步骤,并结合具体的零件进行了具体的设计工作,包括确定型腔的数目、选择分型面、确定浇注系统、脱模方式、温度调节系统的设计、注射模成型零件尺寸的计算等。课程设计进行三维造型绘制;完成塑件注射模具方案设计和相关设计计算;最后完成模具加工,掌握了完整的工程设计过程,工程设计应用能力得到了锻炼和提高。参考文献1. 屈华昌主编.塑料成型工艺与模具设计.北京:高等教育出版社,20012. 李澄,吴天生,闻百桥主编.机械制图.北京:高等教育出版社,19973.许发樾主编.实用模具设计与制造手册.北京:机械工业出版社,20024. 李军主编 , 精通PRO/E中文野火版模具设计.北京:中国青年出版社,20045塑料模设计及制造李学锋主编北京:机械工业出版社,2001年
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