塑料模具设计 毕业论文设计.doc
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1、第 1 页 一一. 拟定模具结构形式拟定模具结构形式 A. 确定型腔数量及排列方式确定型腔数量及排列方式 型腔的数量是由厂方给定,为“一出四”即一模四腔,他们已考虑 了本产品的生产批量(大批量生产)和自己的注射机型号。因此我们设 计的模具为多型腔的模具。 考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计,模具的型腔 排列方式如下图所示: 图 (1) B. 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 由于塑件外观质量要求高,尺寸精度要求一般,且装配精度要求高, 因此我们设计的模具采用多型腔多分型面。根据本塑件电动机绝缘胶架 的结构,模具将会采用三个分模面,三个分型面。 第 2 页 二二. 注射机型号的确
2、定注射机型号的确定 一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的 占大部分,小型和大型的只占一小部分。所以我们不必过多的考虑注射 机型号。具体到这套模具,厂方提供的注射机型号和规格以及各参数如 下: 注射量:95g 锁模力:120T 模板大小:400550 开模距离: 推出形式:推出位置:推出行程: 三三. 分型面位置的确定分型面位置的确定 如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件 在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件 位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影 响,因此在选择分型面时应综合分析比较,从几种方案中优选
3、出较为合 理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则: 1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2) 便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。 7) 对排气效果的影响。 8) 对侧向抽芯的影响。 其中最重要的是第 5)和第 2) 、第 8)点。为了便于模具加工制造, 应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。如下图所示,采用 AA 这样一个平直的分型面,前模(即定模)做成平的就行了,胶位全部做 在后模(即动模) ,大简化了前模的加工。AA 分型面也是整个模具的 主分模面。下图
4、中虚线所示的 BB 和 CC 分型面是行位(即滑块) 的分型面。这样选择行位分型面,有利于线切割行位以及后模仁和后模 镶件这些成型零件。分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在后模一 边,这样有助于后模设置的推出机构动作,在下图中,从 AA 分型, 了 BB 处的行位向左移开,CC 处的行位向右移开后,由于塑件收缩 第 3 页 会包在后模仁和后模镶件上,依靠注射机的顶出装置和模具的推出机构 推出塑件。 AA BC B C 图 (2) 四四. 浇注系统形式和浇口的设计浇注系统形式和浇口的设计 A. 主流道设计主流道设计 1. 主流道尺寸主流道尺寸 主流道是一端与注射机喷嘴相接触,另一端与分流道相连
5、的一 段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸为 3.54mm。 第 4 页 2. 主流道衬套的形式主流道衬套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,属易损件,对材料 要求较严,因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形 式(俗称浇口套,这边称唧咀) ,以便有效的选用优质钢材单独进行 加工和热处理。唧咀都是标准件,只需去买就行了。常用唧咀分为有 托唧咀和无托唧咀两种下图为前者,有托唧咀用于配装定位圈。唧咀 的规格有 12,16,20 等几种。由于注射机的喷嘴半径为 20, 所以唧咀的为 R21。 图 (3) 第 5 页 3. 主流道衬套的固定主流道衬套的固定 因为采用的有托唧咀,所以
6、用定位圈配合固定在模具的面板上。 定位圈也是标准件,外径为 120mm,内径 35mm。具体固定形式 如下图所示: 图 (4) B. 分流道设计分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口(塑件尺寸大)时应设置分流道,分流道 是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统 中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前,通过截面积的变化及流向变换 以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保 持理想的充填状态,并在流动过程中压力损失尽可能小,能将塑料熔体 均衡地分配到各个型腔。 1. 主分流道的形状及尺寸主分流道的形状及尺寸 主分流道是图(6)中水口板下水平的流道。 为了便于加工及
7、凝料脱模,分流道大多设置在分型面上,分流 道截面形状一般为圆形梯形 U 形半圆形及矩形等,工程设计中常采 用梯形截面加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大, 一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸: (式 1) 4 2654 . 0 LmB 第 6 页 (式 2)BH 3 2 式中B梯形大底边的宽度(mm) m塑件的重量(g) L分流道的长度(mm) H梯形的高度(mm) 梯形的侧面斜角 a 常取 50150,在应用式(式 1)时应注意它 的适用范围,即塑件厚度在 3.2mm 以下,重量小于 200g,且计算结 果在 3.29.5mm 范围内才合理。 本电动机绝缘胶架的体积为 322
8、1.7324mm3,质量大约 4g,分流 道的长度预计设计成 140mm 长,且有 4 个型腔,所以: 取 B 为 8mm3 . 714042654 . 0 4 4 B 取 H 为 5mm58 3 2 H 梯形小底边宽度取 6mm,其侧边与垂直于分型面的方向约成 100。另外由于使用了水口板(即我们所说的定模板和中间板之间再 加的一块板) ,分流道必须做成梯形截面,便于分流道和主流道凝料 脱模。 实际加工时实,常用两种截面尺寸的梯形流道,一种大型号, 一各小型号。如下图所示: 图 (5) 第 7 页 2. 主分流道长度主分流道长度 分流道要尽可能短,且少弯折,便于注射成型过程中最经济地 使用原
9、料和注射机的能耗,减少压力损失和热量损失。将分流道设计 成直的,总长 140mm。 3. 副分流道的设计副分流道的设计 副分流道即图(6)中的主分流道以下的两个土字形的流道 副分流道中竖直方向上有锥度的流道的锥度为单边 20,其最底 部直径为 6mm,水平方向上下两层流道的直径为 4mm,这些都 是根据经验取值,其总长度为 38.15mm。 4. 分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位 的塑料熔体的流动状态较为理想,因面分流道的内表面粗糙度 Ra 并 不要求很低,一般取 1.6m 左右既可,这样表面稍不光滑,有助于 塑料熔体的外层冷却皮层固
10、定,从而与中心部位的熔体之间产生一定 的速度差,以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。 实际加工时,用铣床铣出流道后,少为省一下模,省掉加工纹 理就行了。 (省模:制造模具的一道很重要的工序,一般配备了专业 的省模女工,即用打磨机,沙纸,油石等打磨工具将模具型腔表面磨 光,磨亮,降低型腔表面粗糙度。 ) 5. 分流道的布置形式分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关,有多 种不同的布置形式,但应遵循两方面原则:即一方面排列紧凑、缩小 模具板面尺寸;另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。 本模具的流道布置形式采用平衡式,如下图: 第 8 页 图 (6) C. 浇口的
11、设计浇口的设计 浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的通道,除直接浇口外,它 是浇注系统中截面最小的部分,但却是浇注系统的关键部分,浇口的位 置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。 1. 浇口的选用浇口的选用 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇 口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化,使分流道输送来的塑 料熔体的流速产生加速度,提高剪切速率,使其成为理想的流动状态, 迅速面均衡地充满型腔,另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特 性,调节浇口尺寸,可使多型腔同时充满,可控制填充时间、冷却时 间及塑件表面质量,同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流,并便于 浇口凝料与塑件分离的
12、作用。 从图(6)中可看出,我们采用的是侧浇口。侧浇口又称边缘浇口, 第 9 页 国外称之为标准浇口。侧浇口一般开设在分型面上,塑料熔体于型腔 的侧面充模,其截面形状多为矩形狭缝,调整其截面的厚度和宽度可 以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。这灯浇口加工容易, 修整方便,并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置,因此 它是广泛使用的一种浇口形式,普遍使用于中小型塑件的多型腔模具, 且对各种塑料的成型适应性均较强;但有浇口痕迹存在,会形成熔接 痕、缩孔、气孔等塑件缺陷,且注射压力损失大,对深型腔塑件排气 不便。 具体到这套模具,其浇口形式及尺寸如图(7)所示。浇口各部 分尺寸都是取的经
13、验值。实际加工中,是先用圆形铣刀铣出直径为 4 的分流道,再将材料进行热处理,然后做一个铜公(电极)去放 电,用电火花打出这个浇口来的。 图 (7) 第 10 页 2. 浇口位置的选择浇口位置的选择 模具设计时,浇口的位置及尺寸要求比较严格,初步试模后还 需进一步修改浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型 性能及质量影响很大,因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重 要环节,同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良 好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选择,通常要考虑以下 几项原则: 1) 尽量缩短流动距离。 2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。 3) 必须尽量减少熔接
14、痕。 4) 应有利于型腔中气体排出。 5) 考虑分子定向影响。 6) 避免产生喷射和蠕动。 7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 8) 注意对外观质量的影响。 根据本塑件的特征,综合考虑以上几项原则,每个型腔设计两 个进浇点如图(8)和图(9)所示,进浇点 1 的分流道开在行位上, 进浇点 2 的分流道开在后模模仁上。 第 11 页 图 (8) 图 (9) D. 浇注系统的平衡浇注系统的平衡 对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式,设计应尽 量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具 第 12 页 结构允许的情况下,应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、 形
15、状及截面尺寸相同(型腔布局为平衡式)的形式,否则就需要通过调 节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致,这就是浇注系统 的平衡。显然,我们设计的模具是平衡式的,即从主流道到各个型腔的 分流道的长度相等,形状及截面尺寸都相同。 E. 冷料穴的设计冷料穴的设计 在完成一次注射循环的间隔,考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一 小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度,从喷嘴端部到注 射机料筒以内约 1025mm 的深度有个温度逐渐升高的区域,这时才达 到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能 不佳,如果这里温度相对较低的冷料进入型腔,便会产生次品。为克服 这一现象的影响
16、,用一个井穴将主流道延长以接收冷料,防止冷料进入 浇注系统的流道和型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴 称为冷料穴。 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上(也即塑料流动的转向处) ,其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些,深度约为直径的 11.5 倍,最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积,冷料穴有六种形 式,常用的是端部为 Z 字形和拉料杆的形式,具体要根据塑料性能合理 选用。本模具中的冷料穴的具体位置和形状如图(6)中所示。实际上只 要将分流道顺向延长一段距离就行了。 五五. 成型零件的设计与加工工艺成型零件的设计与加工工艺 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件,包括凹
17、模、 型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时,直接与塑料接触, 塑料熔体的高压、料流的冲刷,脱模时与塑件间还发生摩擦。因此,成 型零件要求有正确的几何形状,较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度, 此外,成型零件还要求结构合理,有较高的强度、刚度及较好的耐磨性 能。 设计成型零件时,应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求,确 定型腔的总体结构,选择分型面和浇口位置,确定脱模方式、排气部位 等,然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构 设计,计算成型零件的工作尺寸,对关键的成型零件进行强度和刚度校 核。 第 13 页 A. 成型零件的结构设计成型零件的结构设计 本套模具的成型零
18、件包括前模仁,后模仁,两个行位,四个镶件。 由前面分析分型面的确定可知,成型零件总体上可分为前模仁平 的,即图(2)中 AA 分型面以上的部分,左边一个行位图(2) 中 BB 分型面以左的部分,右边一个行位图(2)中 CC 分型面 以右的部分,后模仁图(2)中 BB 分型面和 CC 分型面以下的 部分这三大部分,另外在后模仁上必须镶四个镶件上来碰穿前模仁, 以形成电动机绝缘胶架中间部位的长方形的孔。 1. 前模仁的设计前模仁的设计 前模仁总体上就是一长方体,底面是平的,其面积至少要能盖 住四个型腔,由于有四个型腔,模仁受的压力较大,据经验厚度需设 计厚点,另外还要考虑到固定前模仁的螺丝孔的位置
19、、运水(冷却水 道)的布置、两个分流道孔、斜导柱从前模仁穿过的斜孔以及前模仁 固定到前模框中的固定形式等。设计前模仁的宽 160mm,厚 25mm, 长 260mm。 最终设计结构如下图,上面对称有两条运水,因此在前模框上 钻对应两条运水的四个孔,也就是说,长型的水咀穿过这四个孔,再 通过螺纹牙,锁紧到前模仁上的。 第 14 页 图 (10) 2. 行位行位 1 的设计的设计 行位 1,即图(2)中 BB 分型面左边部分的成型零件。 其成型的关键部位的形状如下图虚线路径所示,即为行位成型 部分的总体截面形状。注意其尺寸是已经由产品图放过缩水的,即产 品图放大(1+平均缩水)的倍数。 第 15
20、页 图 (11) 整个行位截面形状设计成下图所示的样子,总长 120mm,总高 39mm,由于我们设计的斜导柱的倾斜角 为 200,所以行位的锁紧 角 +2030200+20220。 图 (12) 下图是上图从左边方向看过去的样子,即表达了行位长度方向 的情况。总长为 260mm,每边还有 5mm 是导向用的。左边是沙轮越 程槽的放大图,宽 2mm,深 1mm,因为与此槽相邻的两个面都是要 磨削加工的。图中两个圆是运水的螺丝孔。 第 16 页 图 (13) 下图是行位中设置的冷却水道,运水孔的直径为 6,距行位的 顶面 17mm,图中 1、2 处地方是要用铜料堵住的,运水的接口处是 的英制内螺
21、纹,用来接水咀(一种标准件,用来与外界冷却 “ 8 1 PT 水相连接的象螺母一样的东西) ,冷却水流的路径如图中的箭头所示。 第 17 页 图 (14) 下面开始设计此行位上成型型腔的形状与工作尺寸。首先设计 绝缘胶架上如下图所示的部分。下图是该部分的尺寸图,产品厚度为 0.6mm,放了 18的缩水后厚度为 0.6(1+0.018) 0.61080.61mm,一般情况下精确到小数点后两位即丝就可以 了。成型型腔的工作尺寸就是产品图的尺寸再乘以(1+平均缩水率) 。 这是对于产品图上未注公差的尺寸而言。 第 18 页 图 (15) 下图是上图放大(1+0.018)倍后的图形,因此型腔上的凹槽的
22、 尺寸也就跟下图是一模一样的。厚度方向也相应的为 0.61mm。 图 (16) 接下来设计下图所示的结构。产品图上这部分结构也没有公差 要求,因此只需考虑放缩水就行了。这部分结构凸中出来的,在行位 上的相应位置就要凹进去。 第 19 页 图 (17) 行位上这部分结构的最终结构如下图: 第 20 页 图 (18) 另外,行位上面定位的孔,由于定位珠是标准件,定位孔是随 着定位珠来的。其截面形状和尺寸如下图所示: 第 21 页 图 (19) 最后,还要设计斜导柱孔,因为斜导柱是选用的标准件,直径 为 20,而斜导柱孔要比斜导柱单边要大 50 丝,所以直径为 21, 斜度为 200。 另外还要开流
23、道,其尺寸前面已经介绍。 最终的形状如下图所示。更详细的情况请参见零件图纸。 第 22 页 图 (20) 3. 行位行位 2 的设计的设计 行位 2,即图(2)中 CC 分型面右边部分的成型零件。 其成型的关键部位的形状如下图粗线路径所示,即为行位成型 部分的总体截面形状。同样其尺寸是已经由产品图(即图中的粗线) 放过缩水的,即产品图放大(1+平均缩水)的倍数。 第 23 页 图 (21) 其整个截面总体尺寸与锁紧角和行位 1 的相同,只有一个地方 不同。 图 (22) 长度方向的情况、运水的位置和行位 1 的完全相同,这里就不 再多说了。请参见图(13)和图(14) 。 行位 2 与行位 1
24、 不同的结构如下图双点画线所示,这部分结构 从产品图上看也没有公差要求,因此也只须放缩水就行了。 第 24 页 图 (23) 下图所示的结构必须注意,由于塑件出模方向是向上,下图中 双点画线框中的一个长方形的孔必须以抽芯的方式形成,因此在行位 2 的相应位置上就要作出一个凹出来的长方体,并且会高出图(21) 中所示的成型部位的截面形状。 第 25 页 图 (24) 下图是此部分结构在行位上的详细放大图。 第 26 页 图 (25) 其它方面如流道、定位孔、斜导柱孔等的形状与位置尺寸和行 位 1 的完全一样。最终设计的行位 2 的形状如下图所示。 图 (26) 第 27 页 4. 后模仁的设计后
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