多孔塑料罩注塑模具设计(含全套CAD图纸)
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附件1:外文资料翻译译文微型模具成型的热量和挤压控制 在这篇文章中,我们为了有效地复制出该微型模具产品的微小结构,将一个挤压机器和一个小核心传感器组合起来,构建一个注射模具的挤压系统。在一些重要的部位,由一个压力装置,它作为原动力,驱动中心模具工作。举例说吧,在注射以后,模腔中的压力会从二十兆帕上升到三十四兆帕。那些小小的感应器形成感受到压力,那些周围的装置和热敏传感器,排列在洞腔的同围。我们可以根据这些信号推测里面状况朝着有利的方向发展。为了评估该注射系统,我们做了一个厚度为1lm角度为140 三角凹朝槽 来进行工作。说明大部分的医疗信息设备都有一个基础工作部分,另外还有一些辅助部件来完成某种特定的功能。模具成型技术 在现实中广泛应用,而且在大批量生产中多有应用,这篇文章即是研究成型过程在传统的成型压力系统中,其为系统提供很大的压力差,这种特点为模具成型过程提供了很好的动力源.然而,传统的成型过程在注射成型的过程中,特别是在微型模具的成型过程中,有两个很明显的问题.首先,在用单模腔成型微小结构的模具时,不同的温度和硬度会引起不一致的成型压力.一般来说,模腔中心的温度越高,中心周围的温度也会越高.其次,即使通过冷却和控制压力的方法来展平那些不平的区域,但是通过检测发现,热流量和压力仍是高于成型微型模具工作时所规定的压力,而且腔内的这种情况很不好控制,这样以来就只好通来侦测热流面不是温度来控制型腔中各种成型条件.这篇文章的作者,也就是该机器的设计者,他通过在模具重要部位安放一个叫做模具核心挤压机的部件来及时了解并控制模腔内成型的具体情况。这个部件配备有特殊装置来控制模腔内的压力、温度,并反馈回到显示装置上。这篇文章就向我们详细地阐述了这种机器的模型。模具成型的压力系统设计如图1所示,该结构为我们常用的模具结构图。首先,我们描述一下装备有piezo设备的模具成型压力机。我们用的pie20设备有一个最大厚度为13LM的装置,而且可以产生一个最大值为6KN的压力。因此,该注射压力系统所能产生的压力在06KN之间,注射机的压力系统有一个压力设备,该装置有一个特置的中心轴,并与一个传感反馈装置连在一块。这个压力装置是圆柱形的,直径为25mm,高度为54mm,它的温度约在20和120之间。压力传动装置的设计是对称的,它把动力和运动从压力装置上以一定的规律和方式传出去,这个圆柱体的传动装置向一个方向上不停地进行着传递工作,并由一个平面的辅助装置保证其只能在平面内作旋转运动。为了研究之便,我们特地用一个很小的传感器,使位移,压力、传感器、热量传感器很好地相互协调起来协同工作,当注射机的注射孔开始有位移并要接触到模腔时,位移传感器装置就会测出其位移,并作出下一步的控制动作。该位移传感器是非接触式传感器,其最大是量程为500lm ,误差可以控制在0.2lm以下。我们把一个核心模型放在模腔的中央,其结构是一个三角形的凹槽,以深度1lm顺次排列。核心表面有32768个三角形的凹槽组成,凹槽相邻的角度为140o ,距离为1m完成加工的产品组成一个直径为12mm厚度为1mm的盘状物。由是由在钢里面加入镍和磷元素制成的合金做的。有很好的硬度和耐磨性。三角槽的切制是由精度非常高的NC机切制而成的,有着异常高的精确度。有二组深度为12lm的废气排放口,依次排列在圆洞的周围。用一个真空泵抽出由于树脂的分解而产生的废气物。为保证精细模具的硬度,统一冷却那些盘状产品。我对使冷却水做曲线的循环运动。注射机依靠一个伺服马达系统,使其可以具备最高达150KN的夹紧力。评估微型注射系统以下是成型时的条件:材料:聚苯乙烯;注射温度:190;成型设备温度:80;注射速度:10mm/s;注射压力:34mpa;夹紧力:150KN。在这些条件下,我们分别对如下情景作了比较分析。第一种情况是在约1000Vr 电压下推动注射压力机工作,第二种是没有电压作用。图表3和4显示的是模具里边传感器的测量结果。注射压力的测量由位于注射压力机后面的压力计来测量,并以数字表格形式在输出装置上显示。第三组表格显示了成型一个周期的数据。首先,在第5.16秒,注射动作开始注射,注射压力也随之上升,从第5.6s开始注射压力在2秒之内迅速升至34MPA,模腔内的应力实行如图所标的传感器检测表明,也随着增加,只不过有大约0.35秒的延迟,最终可达到20MPA,约是注射压力的59%。在注射压力保持不变的那一阶段,模腔内的应力迅速下降到零。这充分证明,尽管存在着由注射机提供注射压力,但其中一部分由于模腔内的摩擦力的存在而被抵消,熔料在模腔内凝固的过程中,熔料因渐成为固体而其余部分也随之降低为零。在此过程中,中心位移也经历了与模腔内压力变化规律相似的变化。这说明注射中心也受到了反作用力,在经历大约14S的冷却过程后模具被打开了。比较低的表格表明了表面温度和热量扩散的过程。其中比较平直的那一段曲线显示的是保压阶段或者说是压力持续过程。图表显示的是表面温度连续上升的过程,此时,熔料经浇口源源不断地流经流道,最终达到成型模腔。在注射完成后,温度迅速上升,而后随即下降(在冷却作用下)特别是浇口附近的热量散的比较快,温度下降也比较明显。在图表4中,在第5.6s的时候,压力装置得到约1000V的电压,由于电压作用,模腔内的压力升至34MPA,中心的温度和压力也随之上升。切断电压后,中心也恢复到原始状态,但我们无法看到这一过程。下面,我们对是否微型注射压力机时产品的表面特征作一比较。图表5、6显示的是SEM照片而AFM的测量结果。从图片来看,三角形凹槽的表面粗糙度和均匀程度在这两种情况下并无明显区别。原因就是因与注射时的速度与模具微小结构的质量有关,另外三角形凹槽的深度和排列密度也是其原因之一。 附件2:外文原文Injection molding for microstructures controlling mold-core extrusion and cavity heat-fluxAbstract In this work we constructed an injection press molding system with a mold-core extrusion mechanism and a small sensor assembly for effectively duplicating microstructures to the mold products. The mold-core extrusion mechanism is driven by a piezo element to apply force on important area with microstructures. For example, after injection it increases the cavity pressure from 20 to 34 MPa. Small sensors consist of the pressure, displacement, and heat flux sensor assemblies,arranged around the small cavity. The signals showed us the physical phenomena inside the mold and may be further used as control signal. In order to evaluate this injection press molding system, we formed micro triangular grooves of pitch 1 lm and angle 140o. The mold-core extrusion gave better diffraction intensity by several percents. 1 IntroductionMany information and medical equipment contain functional parts with microstructures in the order of 1 lm and overall size of several millimeters. Molding is a mass production method widely used in duplicating three dimensional forms of these parts 14. This paper reports our study on one of the molding processes, namely, the injection press molding process.In contrast to regular injection molding process that injects molten resin at high pressure into the cavity for simultaneous filling and forming, injection press molding process separates the time of the two processes. Injection press molding process injects molten resin into a mold cavity at low pressure to keep the flow resistance small,and once the cavity is filled, applies large clamping force on molds to form microstructures. Injection press molding has superb transforming capability used for example, in forming optical disks and LCD light guiding plates.Conventional injection press molding applies large clamping force on molds for forming after the filling process. However, conventional injection press molding process has two problems for forming micro parts described above. First, in forming multiple micro parts with a single set of molds, the temperature and rigidity distributions are not uniform causing difference in forming pressure 5, 6. Generally, the temperature is higher around the mold center and the pressing force is higher around the perimeter. Secondly, even if one tries to flatten the uneven distribution with cooling or pressure control, sensors to monitor the heat flux or pressure are larger than the micro parts and cannot find these conditions within the cavity.Note that measuring heat flux instead of temperature allows monitoring resin solidification in the cavity.The authors of this paper devised mechanisms to (1) individually press each important micro structure area (we call this area the core) with a mold-core extrusion mechanism equipped with a small piezo element and (2) control pressure temperature, and especially the cavity heat flux for each core by arranging a set of sensors around each core and feeding back the sensor signals to the above piezo element. This paper reports our prototype of these mechanisms.2 Designing the injection press molding systemFigure 1 shows the mold we used. First we describe the mold-core extrusion mechanism design equipped with a piezo element. The piezo element used (KISTLER,Z17294X2) has a maximum free displacement of 13 lm and produces a maximum force of 6 kN with no displacement,thus the pressing force varies between 0 and 6 kN depending on the piezo element extension. The piezo element has a single axis force sensor (KISTLER, 9134A) integrated in it for pressing force feedback control. The piezo element unit size is 25 mm in diameter, 54 mm long and its temperature Fig. 1. Test mold range is )20 to 120oC. The symmetric design of the force transferring structure uniformly transfers the pressing force from the piezo element. This cylindrical force transfer mechanism moves in one direction and a planar surface keeps the shaft from rotating.A small sensor assembly was developed for our study in this paper. Displacement, pressure, and heat flux sensors compose the assembly. The displacement sensor measures the displacement at the mold-core extrusion mechanism where it presses the mold-core, and the displacement in the parting direction at the parting line.The displacement sensor is an eddy-current type noncontact displacement sensor (SINKAWA Electric, VC-202N) with range of 500 lm and resolution of 0.2 lm. The above 1 axis force sensor served as the pressure sensor to measure the cavity internal pressure.The heat flux sensor measured the cavity surface temperature and the heat flux. A pair of thermocouples embedded at depths 0.3 and 0.6 mm enabled these measurements with the principle of inverse heat conduction.We mounted the diameter 3.5 mm heat flux sensors on the gate, cavity and sprue lock pin (Fig. 2).We placed one mold-core at the mold center. The microstructure was triangular grooves arranged with pitch 1 lm. The core surface had 32,768 triangular grooves with 140_ angle that are 0.2 mm long on the perimeter of a 10.5 mm circle.Fig. 2. Cavity details and mold-core The finished product formed intoa 1 mm thick disk with diameter 12 mm. The core was made of steel (UDDEHOLM, STAVAX, 52 Rockwell hardness), with Ni-P plating. We cut the triangular grooves with an ultra precision NC machine (FANUC ROBOnano Ui).Two 12 lm deep air vent grooves were placed on the perimeter of the cavities. A vacuum pump pumped out residual air and gas from molten resin. To provide rigidity similar to a regular mold, we kept the entire 80 kgf mold size the same. For uniformly cooling the disk shaped product, we ran cooling water in a circular path. The injection molding machine (FANUC, ROBOSHOT a-15) has a servo motor type drive with maximum clamping force of 150 kN.3 Evaluating the injection press molding systemHere are the molding conditions: Resin: Polystyrene, Resin temperature at injection: 190 oC, Mold set temperature:80 oC, Injection speed: 10 mm/s, Holding pressure:34 MPa, and Clamping force: 150 kN. Under these conditions,we compared the case with a constant voltage of 1000 V applied to push the mold-core extrusion mechanism,and the case without pushing. Figures 3 and 4 show the measurements from the sensors inside the mold. The injection force measured with a load cell placed behind the injection molding machine screw derived the injection pressure in the figure. Fig. 3. Measurements Fig. 4. Measurementsof sensors (without) of sensors (with)Upper figures of Fig. 3 show the molding cycle. First at 5.15 s, the injection starts and the injection pressure suddenly rises. At 5.6 s, the injection pressure is held at 34 MPa for 2 s. The cavity pressure, measured by the 1 axis force sensor, increase with a 0.35 s delay, to reach only 20 MPa, which is 59% of the injection pressure. The cavity pressure quickly went down to about zero during the injection pressure holding period. This shows that despite the pushing force at the source of the injection molding machine, friction reduces pressure which is dropped at cavity. Also, when the resin solidified in the cavity, it parted from the mold to drop the pressure to zero. The core displacement shows a transition similar to the cavity pressure indicating that it was pressed back by the resin. After further cooling to 14 s, the mold was opened.Lower figures of Fig. 3 show the surface temperature and heat flux transitions. The horizontal axes are magni-fied in the lower figures around the pressure holding period.The figure shows the sequential surface temperature rise at the lock pin, gate, and cavity as resin passed over them. The heat flux maximized immediately after injection and gradually decreased. Especially at the gate, the heat flux went down to about zero during pressure holding.In Fig. 4, a voltage of 1000 V was applied to the piezo element for 2 s starting at 5.6 s. The voltage raised the cavity pressure to 34 MPa. The core gradually advanced with drop in cavity pressure from the position pressed in by the resin to eventually reach 9 lm ahead of its original position. Cutting the voltage retracted the core to its original position. But, we were not able to observe change in surface temperature and heat flux due to change in heat transfer from applying voltage.Next we compare form features on the product with and without the mold-core extrusion. Figures 5 and 6 show the SEM photographs and the AFM measurement results. The photographs reveal that the triangular grooves had a uniform pitch with smooth surface regardless of mold-core extrusion, and good form transfer to the products. The reasons are smooth flow of polystyrene and the small aspect ratio of the groove depth and pitch.南京农业大学工学院课程设计说明书题目:x x x冲压工艺及模具设计 姓 名:学 号:年 级: 四年级专 业:机制学生类别: 四年本科指导教师: 教学单位:南京农业大学工学院2012 年 10月10 日课程设计诚信声明书 本人郑重声明:本人所提交的课程设计,包括设计说明书、图纸、冲压工艺卡、塑件模塑工艺规程卡等内容,均是本人在指导教师指导下独立完成的,与其他同学不雷同,凡引用他人完成的部分在文中以明确方式已标出。本人完全意识到本声明的重要性,所引起的后果由本人承担。 设 计 者: 时间: 2012年 10 月 日 指导教师已阅: 时间: 2012 年 月 日注塑模具设计【内容摘要】注射成型是塑料成型的一种重要方法,它主要适用于热塑性塑料的成型,可以一次成型形状复杂的精密塑件。本课题就是将塑料件作为设计模型,将注射模具的相关知识作为依据,阐述塑料注射模具的设计过程。通过对塑料制品成型工艺的正确分析,设计了一副塑料模具。模具中决定塑件几何形状和尺寸的零部件称为成型零件,包括前模板、前模仁、后模板、后模仁、后模镶件等的设计与加工工艺过程。成型零部件在工作时直接与塑料接触,在一定的温度下承受熔体的高温和高压,因此必须要有合理的结构、较高的强度和刚度、较好的耐磨性、正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。重要零件的工艺参数的选择与计算,推出机构与浇注系统以及其它结构的设计过程。设计成型零部件时,应根据塑料的特性、塑件的结构和使用要求,确定型腔的总体布局,选择分型面,确定脱模方式,设计浇注系统、排溢系统等,然后根据加工工艺和装配工艺的要求进行成型零部件的结构设计,计算成型零部件的工作尺寸,对关键的成型零部件进行强度和刚度校核。【关键词】塑料模具,注射成型,模具设计目录目录4第1章 绪论71.1 模具的作用与地位71.2 本次毕业设计研究目的及意义7第2章CAD技术在注塑模具行业中的应用82.1CAD发展概况82.2注塑模CAD内容9第3章塑件分析103.1 塑件的二维图(图3-1)103.2 塑料名称103.3 生产纲领103.4 塑件分析10第4章塑件结构及工艺性分析114.1 开模方向114.2 脱模斜度114.3 分型面114.4 收缩率114.5 零件壁厚114.6 圆角12第5章PP的材料成型特征与工艺参数135.1 PP性能13第6章注射机的选择及校核156.1注射机的选择156.2型腔数目的确定及校核176.3锁模力的校核176.4开模行程的校核18第7章浇注系统的设计197.1分型面的选择197.2主流道的设计207.3浇口设计207.3.1 剪切速率的校核217.3.2 主流道剪切速率校核227.3.3 浇口剪切速率的校核22第8章成型零部件设计238.1型腔和型芯工作尺寸计算238.2 型腔侧壁厚度计算23第9章 合模导向机构设计25第10章 温度调节系统设计2710.1对温度调节系统的要求2710.2冷却系统设计:2710.2.1 设计原则2710.2.2 冷却时间的确定2810.2.3 塑料熔体释放的热量2810.2.4 高温喷嘴向模具的接触传热2910.2.5 注射模通过自然冷却传导走的热量2910.2.6 冷却系统的计算3110.2.7 凹模冷却系统的计算31第11章 模具工作原理说明34结论与展望35致谢36参考文献37第1章 绪论1.1 模具的作用与地位模具是指工业生产上通过注塑、压铸或锻压等方式生产产品所用的各种模型和工具,是工业生产中极其重要而又不可或缺的特殊基础工艺装备,被称为“工业之母”。其生产过程集精密制造、计算机技术和智能控制为一体,既是高新技术载体,又是高新技术产品。由于使用模具批量生产制件具有的高生产效率、高一致性、低耗能耗材,以及有较高的精度和复杂程度,因此已越来越被国民经济各工业生产部门所重视,被广泛应用于机械、电子、汽车、信息、航空、航天、轻工、军工、交通、建材、医疗器械、五金工具、生物、能源、日用品等制造领域,据资料统计,利用模具制造的零件数量,在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80%以上;在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机、传真机、电话及手机等电子产品中占85%以上;在电冰箱、空调、洗衣机、微波炉、吸尘器、电风扇、自行车等轻工业产品中占90%以上;在枪支等兵器军工产品中占95%以上。为我国经济发展、国防现代化和高端技术服务做了重要贡献。模具工业是重要的基础工业。工业要发展,模具须先行。没有高水平的模具就没有高水平的工业产品。现在,模具工业水平已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,在国民经济中占有重要的地位,模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。1.2 本次毕业设计研究目的及意义(1).调查研究中外文献检索和阅读能力;(2).综合运用专业理论和知识分析、解决实际问题的能力;(3).设计、计算与绘图的能力,包括使用计算机的能力;(4).掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程;(5).逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达能力;(6).撰写设计说明书(论文)的能力;(7).养成严肃、认真、细致地从事技术工作的优良作风。第2章CAD技术在注塑模具行业中的应用2.1CAD发展概况计算机辅助设计(CAD-ComputerAidedDesign)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。CAD的应用,使得设计人员在设计过程中,能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力,完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务,并通过设计人员进行创造性的设计以实现最优方案。CAD(ComputerAidedDesign)诞生于20世纪60年代,是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划,由于当时硬件设施的昂贵,只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。70年代,小型计算机费用下降,美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。80年代,由于PP机的应用,CAD得以迅速发展,出现了专门从事CAD系统开发的公司。CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜,应用范围也逐渐变广。通用的CAD件是AutoCAD,但AutoCAD是一种通用的绘图软件,对机械行业针对性差,不过幸运的是,AutoCAD是个开放性软件,可以对它进行二次开发,如采用ADS,ARX语言等。由于二次开发的深入,加强了参数化设计、智能化设计等,这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能。CAD技术的发展与应用对于彻底改变塑料模具设计与制造的传统方法与落后面貌,提高模具的设计质量与设计效率,缩短模具的设计制造周期,具有重要作用。世界上第一套塑料模具CAD软件是澳大利亚MOLDFLOW公司于1976年推出并以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已经发展得比较完善,能够为设计人员、模具制作人员、工程师提供指导,通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。实现了对注塑过程的模拟、设计原理的应用和精确计算,并逐步优化模拟过程,使设计工程师在产品设计阶段可以在计算机上“制造”塑料产品。据美国Protetype&PlasticMold公司统计,该公司使用CAD系统后一年内生产效率提高了一倍,节省了35%的准备时间,制造周期平均缩短了30%,材料节省了10%,模具成本降低了10%30%。模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步,普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟,各企业将加大CAD/CAM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。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能,实现技术资源的重新整合,使虚拟制造成为可能。塑料模具CAD的应用带来了巨大的社会效益和经济效益。2.2注塑模CAD内容在模具设计中,模架及某些零件,如导柱、导套、推杆、支撑块、浇口套、定位圈等分别已形成厂标、行标或国标。对于这些标准的或本单位采用的模架及零件可在通用的二维工程图CAD系统中建立模架、零件库,以被设计时调用。对于浇注系统、温控系统、模架结构强度计算等内容,已有一些较成熟的计算方法或经验计算方法,可设置这些计算公式的模块,以便设计人员进行快速计算。注塑模CAD的内容有以下几点:1.注塑制品的几何造型2.模腔面形状的生成3.模具结构方面的设计4.标准模架选择5.部装图及总装图的生成6.模具零件图的生成7.常规计算和校核。第3章塑件分析3.1 塑件的二维图(图3-1)图3-1(塑件的二维图建模)3.2 塑料名称根据各材料的注塑性能及加工使用性能,综合市场价格,选择材料为PP。3.3 生产纲领因市场需求量大,大批量自动化生产。3.4 塑件分析多孔塑料罩是人们用手接触相当频繁的部件,对其有着较高的外观要求,要求表面色泽均匀,成型收缩率小,制件成型后不能有明显色差、缩痕、熔接痕、污点、银丝等缺陷,还需要有一定的手感。综合考虑选择PP。第4章塑件结构及工艺性分析该塑件是多孔塑料罩,对表面美观有一定要求,设计时要注意对外边面的处理。塑件基本尺寸,多孔塑料罩表面圆角5度,壁厚约1mm。4.1 开模方向由零件的三维图分析,作为外壳类产品,外表面的表面质量是比较重要的,再根据模具的结构分析得到,产品的外表面应该在定模上,在产品的内表面设置顶出机构,所以开模方向应沿零件的Z轴。4.2 脱模斜度根据产品的外型,结合产品的工作条件、工艺特点,为提高产品的生产效率和表面质量,因此根据模具设计与制造简明手册查得:所以脱模斜度设置为1。4.3 分型面结合零件的使用要求,应保证其外表面的注塑质量,零件的内表面应留在动模侧,开模的时候,零件的外表面应与定模分离,所以零件的分型面应设置在沿零件的外表面上,并根据流道等条件进行设置,具体设定在后文中表述。4.4 收缩率PP的收缩率一般为0.60.8%,在设计本产品时,结合产品的结构工艺特点和材料的特性,在本设计中,零件的收缩率为0.7%。4.5 零件壁厚本产品的壁厚设置为2mm,是根据产品的工作要求和PP的化学和流动特性确定的。4.6 圆角塑件底面与面之间一般应采用圆弧过渡,这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中提高塑件强度,而且可以改善物料的流动状态,降低充模阻力,便于充模。另外,塑件转角处的圆角对应于模具上的圆角,有时可便于模具的加工制造及模具强度的提高,避免模具在淬火或使用时应力裂开。塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.5到1mm,在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些,综合考虑以上的各种因素后,确定塑件的圆角半径为2mm。第5章PP的材料成型特征与工艺参数5.1 PP性能该塑件所采用材料为:聚丙烯(PP)。它来源广泛,合成工艺较简单、密度小、价格低、加工成型容易。拉伸强度、压缩强度等都比低压聚乙烯高,还有很突出的刚性和耐折叠性,以及优良的耐腐蚀性和电绝缘性。但冲击性能不足,低温条件下易脆裂,且成型收缩率较大,热变形温度不高,但可以通过改性改善。它主要的成形特性如下:1.结晶性料,吸湿性小,可能发生熔融破裂,长期与热金属长期接触易发生分解。2.流动性极好,溢边值0.003mm左右。3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应散热缓慢。4.成形收缩范围大,收缩率大,易发生缩孔、凹痕、变形、方向性强。5.注意控制成形温度,料温低方向性明显,尤其低温高压时更明显,模具温度低于50以下塑件不光泽,易产生熔接不良,流痕;90以上易发生翘曲、变形。6.塑件应壁厚均匀,避免缺口、尖角,以避免应力集中。表1-1聚丙烯成型条塑料名称聚丙烯料筒温度()后段160170中段200220前段180200缩写PP注射压力(MPa)70120注射成形机类型螺杆式注射时间(s)05密度(g/cm3)0.900.91保压时间(s)20 60比容(ml/g )1.92冷却时间(s)1550收缩率(% )1.02.5总周期(s)40120喷嘴温度()170190螺杆转速(r/min)48干燥温度()7085适用注射机类型螺杆式柱塞式均可时间(h)2模具温度()4080后处理无 第6章注射机的选择及校核6.1注射机的选择设计模具时,应详细地了解注射机的技术规范,才能设计出合乎要求的模具,应了解的技术规范有:注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。公称注塑量;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,注塑成型过程所需要的时间称为装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。注射压力;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。注射速率;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。常用的注射速率如表所示。表1注射速率注射量/CM125250500100020004000600010000注射速率/CM/S125200333570890133016002000注射时间/S11.251.51.752.2533.755塑化能力;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.锁模力;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.合模装置的基本尺寸;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.开合模速度;为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,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.空循环时间;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.选择螺杆式注塑机的型号为:XS-ZY-500,其主要技术参数如下:表2注射机参数注塑机型号XS-ZY-额定注射量500cm3螺杆(柱塞)直径85mm注射压力121Mpa注射行程260mm注射方式螺杆式锁模力4500KN最大成型面积1800cm2最大开合模行程700mm模具最大厚度700mm模具最小厚度300mm喷嘴圆弧半径R18mm喷嘴孔直径7.5mm顶出形式两侧设有顶杆,机械顶出动、定模固定板尺寸900X1000mm拉杆空间650X550mm合模方式中心液压、两侧机械顶杆液压泵流量200、18L/min压力614Mpa电动机功率40KW加热功率14KW机器外形尺寸7670X1740X2380mm6.2型腔数目的确定及校核根据市场经济及生产效率的要求,本模具采用一模1腔型腔结构,即型腔数目。因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模量等参数有关,因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。一般根据注射机料筒塑化速率确定型腔数量;式中注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8;注射机最大注塑量,g;浇注系统所需塑料质量,;单个塑件的质量,。式中、也可以为注射机最在注射体积(cm3)、浇注系统凝料体积(cm3)、单个塑件的体积(cm3)。故取满足我们设计要求。6.3锁模力的校核注射成型时,塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素,其数值越大,需要的锁模力也就越大。注射成型时,模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关,为了可靠地锁模,不使成型过程中出现溢料现象,应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模离,即:(式中符号同前)式中为单个塑件在分型面上的投影面积,mm2;为浇注系统在分型面上的投影与型腔不重叠部分的面积,mm2;P为塑料熔体在型腔中的成型压力,Mpa;为注塑机的额定销模力,N。6.4开模行程的校核注射机开模行程是有限的,开模行程应该满足分开模具取出塑件的需要。因此,塑料注射成型机的最大开模距离必须大于取出塑件所需的开幕距离。为了保证开模后既能取出塑件又能取出流道内的凝料,对于双分型面注射模具,需要满足下式:(4-3)式中模具开模行程;推出距离(脱模距离)塑件高度;(H2)定模板与中间板之间的分开距离。则=371mm500mm小于注射机最大开合模行程,故满足要求。第7章浇注系统的设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道,具有传质、传压和传热的功能,它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统,包括主流到,分流道、冷料穴,浇口。浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节,它对注塑成型周期和塑件质量(如外观、物理性能、尺寸精度等)都有直接影响,故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称,防止模具承受偏载而产生溢料现象,而浇口的位置也要适当,尽量避免冲击嵌件和细小的型芯,防止型芯变形,浇口的残痕不影响塑件的外观。概括说来,需要注意以下问题:1.适应塑料的工艺性;2.流程要短;3.排气良好;4.避免料流直冲型芯或嵌件;5.浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小;6.浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称;7.修整方便,保证制品外观质量;8.防止塑件变形。7.1分型面的选择分型面是模具结构中的基准面,选择模具分型面时通常考虑如下有关问题:1根据塑件的某些技术要求,确定成型零件在动模和定模上的配置;2塑件的生产批量;3结合塑件的流动性确定浇注系统的形式和位置;4型腔的溢流和排气条件;5模具加工的工艺性。7.2主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机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,是熔体最先流经模具的部分。在卧式注射机上主流道垂直于分型面,为使凝料能顺利拔出,设计成圆锥形,主流道通常设计在主流道衬套(浇口套)中,为了方便注射,主流道始端的球面必须比注射机的喷嘴圆弧半径大12mm,防止主流道口部积存凝料而影响脱模,通常将主流道小端直径设计的比喷嘴孔直径大0.51mm。其中,浇口套主流道大端直径D应尽量选得小些。如果D过大模腔内部压力对浇口套的反作用也将按比例增大,到达一定程度浇口套容易从模体中弹出。如下图18所示为主流道各部尺寸:按照前面所选取的注射机的参数和设计要求主流道各部分尺寸计算如下:主流道小端直径主流道球面半径;主流道锥角26,为了方便拉出主流道,这里取2;主流道长度L主流道大端直径7.3浇口设计浇口又称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短流道,浇口是连接分流道与型腔的通道,它是浇注系统最关键的部分,它的形状、尺寸、位置对塑件的质量有着很大的影响。它的作用主要有以下两个:一是作为塑料熔体的通道,二是浇口的适时凝固可控制保压时间。常用的浇口形式有直接浇口、点浇口、点浇口、轮辐浇口、潜伏浇口等。由于不同的浇口形式对塑料熔体的充型特性、成型质量及塑件的性能会产生不同的影响。而各种塑料因其性能的差异对于不同的浇口形式也会有不同的适应性。在模具设计时,浇口位置及尺寸要求比较严格,它一般根据下述几项原则来参考:尽量缩短流动距离;浇口应开设在塑件壁最厚处;必须尽量减少或避免熔接痕;应有利于型腔中气体的排除;考虑分子定向的影响;避免产生喷射和蠕动;不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口;浇口位置的选择应注意塑件外观质量。 7.3.1 剪切速率的校核生产实践表明,当注射模主流道和分流道的剪切速率R=5.810510S、浇口的剪切速率R=1010S时,所成型的塑件质量最好。对一般热塑性塑料,将以上推荐的剪切速率值作为计算依据,可用以下经验公式表示:R= 式中 q体积流量(CM/S);R浇注系统断面当量半径(CM)。7.3.2 主流道剪切速率校核Q=0.8Q/T =338.21.5=225.5 (CM/S) T注射时间:T=2.5(S); R主流道的平均当量截面半径:R=0.538(CM) d 主流道小端直径 , d=0.63 (CM); d主流道大端直径,d=1.2(CM)R= 3.1158.9/(3.140.2783)=1.4710 S5101.4710510 (满足条件)7.3.3 浇口剪切速率的校核R= =3.67152/(3.140.423)=1.45103 S其中:浇口面积S=/4(D22-D12),当量面积S=R 所以R=7mm。 单从计算上看,交口剪切速率偏小。但由于模具比较特殊,为一模1腔,无分流道,压力损失少,进料速度快,成型比较容易,传递压力好,所以浇口的剪切速率是合适的。从以上的计算结果看,流道与浇口剪切速率的值都落在合理的范围内,证明流道与浇口的尺寸取值是合理的。第8章成型零部件设计本成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查表得PP收缩率为Q=0.30.8%,故平均收缩率为Qcp=(0.3+0.8)%/2=0.55%,考虑到工厂模具制造的现有条件,模具制造公差取z=/3。8.1型腔和型芯工作尺寸计算型腔径向尺寸 已知在规定条件下的平均收缩率S,塑件的基本尺寸 Ls是最大的尺寸,其公差为负偏差,因此塑件平均尺寸为Ls-,模具型腔的基本尺寸Lm是最小尺寸,公差为正偏差,型腔的平均尺寸为Lm+z/2。型腔的平均磨损量为c/2,如以Lm +Z表示型腔尺寸, PP平均收缩率S=0.55%.Lm +z/2+c/2=(Ls-/2)+(Ls-/2)S8.2 型腔侧壁厚度计算 (1)凹模型腔侧壁厚度计算凹模型腔为组合式型腔,按强度条件计算公式SR-r=r(/-2p)1/2-1进行计算。式中各参数分别为:p=50Mpa(选定值);=0.05mm;=160MPar=28mmSR-r=r(/-2p)1/2-1=28(160/160-250)1/2-116.8mm一般在加工时为了加工方便,我们通常会取整数,所以凹模型腔侧壁厚度为17。(2)凹模底板厚度计算按强度条件计算,型腔地板厚为:p=50 Mpar=28mm=160MPah1.22pr2/1/21.2250282/1601/217.3mm一般在加工时为了加工方便,我们通常会取整数,所以凹模型腔侧壁厚度为18mm。第9章 合模导向机构设计导向机构是保证动模和定模上下模合模时,正确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位,本设计采用导柱导向定位。导向机构除了有定位和导向作用外,还要承受一定的侧向压力。塑料熔体在充型过程中可能产生单面侧压力,或者由于成型设备精度低的影响,使导柱承受了一定的侧向压力,从保证模具的正常工作。导柱的结构形式可采用带头导柱和有肩导柱,导柱导面部分长度比凸模端面高出812,以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。导柱材料采用T10,HRC5055,导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8m,导向部分Ra为0.80.4m,本设计采用?根导柱,固定端与模板间采用H7/m6 导套常采用T10A,型导套,采用H7/m6配合镶入模板。具体结构如下图所示:导柱:国家标准规定了两种结构形式,分为带头导柱和有肩导柱,大型而长的导柱应开设油槽,内存润滑剂,以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量,特别对于大型、精密的模具,导柱的直径需要进行强度校核。导套:导套分为直导套和带头导套,直导套装入模板后,应有防止被拔出的结构,带头导柱轴向固定容易。 设计导柱和导套需要注意的事项有:(1)合理布置导柱的位置,导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度;导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置,或不等直径对称布置。(2)导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm,以确保其导向与引导作用。(3)导柱工作部分的配合精度采用H7/f7,低精度时可采取更低的配合要求;导柱固定部分配合精度采用H7/k6;导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍,其余部分可以扩孔,以减小摩擦,降低加工难度。(4)导柱可以设置在动模或定模,设在动模一边可以保护型芯不受损坏,设在定模一边有利于塑件脱模。本书模具设置四个标准带头导柱配合标准直导套作为导向系统,导柱设置在动模上,以保护型芯不受损坏。导套和导柱结构如下:导柱:国家标准规定了两种结构形式,分为带头导柱和有肩导柱,大型而长的导柱应开设油槽,内存润滑剂,以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量,特别对于大型、精密的模具,导柱的直径需要进行强度校核。导套:导套分为直导套和带头导套,直导套装入模板后,应有防止被拔出的结构,带头导柱轴向固定容易。第10章 温度调节系统设计模具成型过程中,模具温度会直接影响到塑料熔体的充模、定型、成型周期和塑件质量。模具温度过高,成型收缩大,脱模后塑件变形大,并且还容易造成溢料和粘膜;模具温度过低,则熔体流动性差,塑料轮廓不清晰,表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷;当模具温度不均匀时,型芯和型腔温差过大,塑料收缩不均匀,导致塑料翘曲变形,会影响塑件的形状和尺寸精度。综上所述,模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求。PP推荐的成型温度为160-220,模具温度为4080 。10.1对温度调节系统的要求(1) 根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式;(2)希望模温均一,塑件各部同时冷却,以提高生产率和提高塑件质量;(3)采用低的模温,快速,大流量通水冷却效果一般比较好;(4)温度调节系统应尽可能做到结构简单,加工容易,成本低廉;(5)从成型温度和使用要求看,需要对该模具进行冷却,以提高生产率。10.2冷却系统设计:10.2.1 设计原则(1)尽量保证塑件收缩均匀,维持模具的热平衡;(2)冷却水孔的数量越多,孔径越大,则对塑件的冷却效果越好;(3)尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等,与制件的壁厚距离相等,经验表明,冷却水管中心距B大约为2.53.5D,冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0.81.5B。最小不要小于10。(4)浇口处加强冷却,冷却水从浇口处进入最佳;(5)应降低进水和出水的温差,进出水温差一般不超过5(6)冷却水的开设方向以不影响操作为好,对于矩形模具,通常沿宽度方向开设水孔。(7)合理确定冷却水道的形式,确定冷却水管接头位置,避免与模具的其他机构发生干涉。10.2.2 冷却时间的确定在对冷却系统做计算之前,需要对某些数据取值,以便对以后的计算作出估算;取闭模时间3S,开模时间3S,顶出时间2S,冷却时间30S,保压时间20S,总周期为60S。其中冷却时间依塑料种类、塑件壁厚而异,一般用下式计算:t=62/(3.1420.07)8/3.142(200-50)/(80-50)= 73(S)式中:S塑件平均壁厚,S取6mm; 塑料热扩散系数(mm/s),=0.07;T成型温度160-220,T取200;T平均脱模温度,T取80;T模具温度4080,T取50。 由计算结果得冷却时间需要73 S,这么长的冷却时间显然是不现实的。本模具型芯中的冷却管道扩大为腔体(如下图),使冷却水在型芯的中空腔中流动,冷却效果大为增强。参照经验推荐值,冷却时间取30S即可。10.2.3 塑料熔体释放的热量Q =nG C(tt)=60217.6101.9(22060)=3969.02KJ/h式中:n每小时注射次数, n=60 (次);G每次的注射量(KG),G=217.610; C塑料的比热容(KJ/KG),C=1.9;t熔融塑料进入型腔的温度,t=220;t塑件脱模温度,t=60。10.2.4 高温喷嘴向模具的接触传热Q=3.6A(tt)=3.6406910140(22050)=348.63 KJ/h式中:A注塑机的喷嘴头与模具的接触面积(m),A=406910m(A=4R =43.1418=406910m,R=18mm注塑机喷嘴球半径,);金属传热系数 =140(W/ m); t模具平均温度 t=50 ;t熔融塑料进入型腔的温度 t=220。10.2.5 注射模通过自然冷却传导走的热量(1)对流传热Q=hA( tt)=5.350.203(5020)=112KJ/h 式中:h传热系数(KJ/ m h ),h=5.35(h=4.187(0.25+)= 4.187(0.25+)= 5.35); A两个分型面和四个侧面的面积m2,A=0.203【A=(A)+ (A)n = 0.097+0.220.48=0.203,A=2BL=222022010=0.097 m; A=4BH =422025010=0.22m);B模具宽度m m,B=220; L模具长度m m,L=220,开模率n= =(60-31.5)/60=0.48】; t模具平均温度,t=50;t室温,t=20。 (2)辐射散发的热量Q=20.8 A()()=20.80.220.8()()=128.7 KJ/h式中: 辐射率,一般表面=0.80.9;A=0.22; (3)工作台散发的热量Q=hA( tt)h= 5020.0484(5030)=485.94 KJ/h式中:传热系数h=502KJ/(mh); A 模具与工作台的接触面积m,A=0.0484;A=bl= 22022010=0.0484;b模具与工作台接触宽度m m,b=220;模具与工作台接触长度m m,l=220。从计算的结果看,工作台散发的热量比塑料熔体释放的热量还多,这显然是不正确的,说明了Q的计算结果错误。这是因为有关Q的计算参考资料很少,计算中有很多地方不规范。简单的计算以塑料熔体释放出的热量Q为总热量,这些热量全部由冷却介质带走,这些热量应分别由凹模和型芯的冷却系统带走,实验表明,约1/3的热量被凹模带走,其余由型芯带走。模具应由冷却系统带走的热量:Q=(Q+ Q)(Q+ Q+ Q)由于现在无法得到Q的正确值,所以计算以简单计算原则,取Q= Q。10.2.6 冷却系统的计算型腔内发出的总热量(KJ/h):Q= n G Q=60 217.610300=3916.8(1)每次需要的注射量(KG)G=217.610(2)确定生产周期(S)t=60(3)塑料单位热流量(KJ/h)Q=280350;取Q=300(4)每小时的注射次数n=60从计算结果看,Q与Q相差不多但不相等,这是因为Q涉及的因素较多,所以应该应该取Q来计算。 10.2.7 凹模冷却系统的计算(1)凹模的冷却水体积流量q= 763103/1034.187103(25-20)60= 0.6110 m/min式中: Q=1/3 Q=1/32289=763 KJ/h 水的密度10KG/m;C水的比热容4.18710 J/KG;T水管出口温度,T取25;T水管入口温度,T取20。(2)冷却水管的平均流速:V=40.6110/(3.140.0082)=12.14 m/min =0.202 m/s式中:d冷却水管直径,取d=8 mm 查冷却水的稳定湍流速度与流量得,管径为8mm的冷却水管所对应的最低流速为1.66 m/s时才能达到湍流状态,故冷却水在凹模冷却管道中的流动未达到湍流。(3)冷却水管壁与水交界面的传热膜系数=7.6(10000.202)0.8/0.0080.2=1395 (w/mk)式中:是与冷却介质温度有关的物理系数,取7.6。(4)凹模冷却管的传热面积A=763103/36001395(50-22.5)=5.5210 m式中:T模具与冷却介质平均温度, T=27.5(T= T(T+T)/2 =50(20+25)/2 =22.5 )。(5)冷却水孔总长LL=763103/36003.147.6(10000.2020.008)0.8(50-22.5)=0.22m(6)模具上应开设的冷却水孔圈数 n=L/B=0.22(40.076) =0.72,所以冷却水孔数位1根(如下图)。式中:B为开一圈冷却水道时冷却水道长度。(7)冷却水流动状态校核R=0.2020.008/(110)=161610式中:R雷诺数;水的运动粘度,=110(m/s)。(8)进出口温差校核TT=763103/(9003.140.008210341870.202)=4.99预期温差为5,校核的结果与预期的非常吻合,说明实际应用正确。第11章 模具工作原理说明模具安装在注射机上,定模部分固定在注射机的定模板上,动模部分固定在注射机的动模板上。合模后,注射机通过喷嘴将熔料经流通注入型腔,经保压,冷却后塑件成型。开模时动模部分随动板一起运动渐渐将分型面打开,当分型面打开完毕后,凝料从上模中脱出,在注塑机顶杆的作用下,顶杆通过推杆将塑件和凝料系统顶出,与此同时由于采用的是点浇口,在开模的瞬间,塑件和凝料分开。此时塑件自动脱落,实现全自动脱模。合模时,随着分型面的闭合复位杆将顶杆复位,模具闭合,等待下一次的动作。38结论与展望经过本次毕业设计,学到了很多,更加系统地运用了大学四年所学的知识。在对多孔塑料罩的设计过程中,本人查阅了很多资料,学习了之前未曾了解的一些知识,开阔了视野,对模具行业也有了新的认识。在技能方面,通过对此塑件模具的设计,本人更加熟练了对三维软件和AutoCAD的运用,期间,我遇到了不少困难,如由于对软件不熟悉,设计初期没有设置绘图尺寸,直到导入模架才发现问题;设计初期经验不足,考虑不全面,没有对工作资料进行备份,由于失误丢失前期工作等等。这些困难有专业性的也有非专业性的,解决专业性难题,让本人更加深刻的掌握了模具设计的基础知识,而解决那些非专业性的难题,让本人学会了做事缜密,锻炼了自己的耐心和毅力。设计过程中查阅了大量的相关资料,我了解了模具行业当前的现状及发展形势,更是巩固了以往所学的机械制图、公差与配合、塑料成型工艺及其模具设计、模具制造工艺等相关知识,把所有知识都结合到一起理解和运用,让我们对大学所学的全部知识进行一次全面的整理、学会理论联系实践,为我们以后在社会中工作奠定了一个基础。致谢在此感谢指导老师,以及身边的同学悉心的教导和帮助。感谢老师给我方向性的建议,在设计过程中给予的帮助和支持!感谢谢几位同学在模具设计上给予的建议和细节上的帮助,使我加深了对模具方面的认识,培养了我独立思考题、解决问题的能力。参考文献1.塑料成型工艺与模具设计(第二版)屈华昌高等教育出版社,2006.72.注塑模具典型结构100例将继宏王效岳中国轻工业出版社,2000.63.我国塑料模具现状与发展趋势周永泰(中国模具工业协会,北京100037)4.材料成型设备王卫卫机械工业出版社,2004.85.模具CAD/CAM(第二版)伊启中机械工业出版社6.塑料模具技术手册编写组塑料模具设计手册M机械工业出版社,20057.注塑CAE及Moldflow软件应用张金标机械工业出版社,2011.58.王华山:塑料注塑技术与实例,化学工业出版社,2005.109.朱光力、万金保等:塑料模具设计,清华大学出版社,200310.刘昌祺:塑料模具设计,机械工业出版社,1998.10
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