卷尺盒盖注塑模具设计塑料注射模.doc
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1、34目录一 前言2二 卷尺盒盖设计要求及其成型工艺性分析32.1 产品基本要求32.2 塑件结构和形状的设计42.3 塑件材料选择42.4 成型方法及其工艺的选择4三 选择注塑机及相关参数的校核63.2 型腔数量和排位方式的确定73.3 注射机型号的确定8四 模具设计114.1 分型面位置和形式的确定124.2 浇注系统设计124.3 模具成型零、部件结构设计和计算214.6 脱模推出机构的设计274.7 排气系统的设计304.8 温度调节系统304.9 注射机安装尺寸的校核33五 模具材料的选用34六 模具工作过程35七 参考文献36一 前言 模具是制造业的重要基础装备,它是“无以伦比的效益
2、放大器”。没有高水平的模具,也就没有高水平的工业产品,因此模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一,正因为模具的重要性及其在国民经济中重要地位,因此自1998年3月国务院颁布了当前产业政策要点的决定以来,模具工业一直被提到很高的位置,国家也给予了一些鼓励和扶持政策。在国家支持下,虽然我国模具产值已是世界第三,但总体水平仍要比工业发达国家落后许多,模具工业在我国仍旧还是幼稚工业,模具进出口逆差每年超过10亿美元,随着我国加入WTO,模具出口前景越来越好,我国模具工业还需发展得更快一些,才能适应形势的发展。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具,在质量,精度,制造周期以及注塑成型过程中
3、的生产率等方面水平的高低,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。 虽然我国的注塑模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展,但与国外发达国家相比仍存在较大差距,尚不能完全满足国民经济飞速发展的需求,提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平;在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术;大力发展快速制造成型和快速制造模具技术;在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术;提高模具标准化水平和模具标准件的使用率;发展优质模具材料和先进的表面处理技术;逐步推广高速铣削在模具加工中的应用;研究和应用模具的高速测量技术
4、和逆向工程;开发新的成型工艺和模具。由于塑料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、绝缘性好以及良好的可塑性,并易于成型等许多优良的性能和特点,近年来塑料制具在各领域得到了越来越广泛的应用。作为塑料制造业的支柱产业塑料模具的设计与制造也得到了空前的发展,特别是作为塑料必备成型工具的塑料注射模具,由于它成型效率高,易成型形状复杂的制品,并可实现自动化生产,得到迅速发展,在我国其发展速度之快,需求量之大是前所未有。计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)显著提高了塑料模的制造效率和质量,有效的缩短了模具设计制造周期,CAD、CAM已在我国模具工业企业里普遍采用。二 卷尺盒盖设计要求及其成型工艺性分析
5、2.1 产品基本要求最大几何尺寸:59*55*14mm使用环境:室内,-1550电气性能:电绝缘性好。精度要求:一般(4级)。外观要求:外表蓝色且光泽性好,无成型缺陷。其它要求:具有一定的机械强度。根据上述要求可归纳产品设计要求塑件须具有良好的电绝缘性和一定机械强度,且还应有较好的流动性,以满足成型要求。2.2 塑件结构和形状的设计根据塑件产品图纸,用Pro/E4.0软件进行卷尺盒盖的三维建模。三维实体模型更加直观的产品造型,可以从各个角度对模型进行观察,软件可以测量并且可以根据三维模型数据使用Pro/E的CAE分享模块塑件顾问进行熔体的冲模仿真,可以验证模具结构的正确性,还可以进行拔模检测,
6、塑件如图1所示。2.3 塑件材料选择此塑件用作卷尺盒盖,通过力学性能、热性能、电气性能、成型性能、化学性能和经济性能等多方面比较,选出最适合成型此卷尺盒盖的塑料。材料最终选定为ABS,其综合性能优异,具有较高的力学性能,流动性好,易于成型;成型收缩率小,理论计算收缩率为0.5%;溢料值为0.04mm左右;比热容较低,在模具中凝固较快,模塑周期短。制件尺寸稳定,表面光亮。2.4 成型方法及其工艺的选择根据塑件所选用的材料为ABS,根据塑件的外形特征和使用要求,选择最佳的方法就是注射成型。1) 成型工艺分析(1) 外观要求 此塑件为薄壁塑件,外形为矩形,较规则。要求塑件表面平整光滑,无翘曲、皱折、
7、裂纹等缺陷,防止产生熔接痕。(2) 精度要求 此塑件对精度要求不高,采用一般精度4级。(3) 脱模斜度 该塑件平均壁厚约为1.5mm,七脱模斜度根据参考文献表2-10可知在35 130 .ABS的流动性为中等,为使注射充型流程,取其脱模斜度为1。2) 注射成型工艺过程级工艺参数:混料干燥螺杆塑化充模保压冷却脱模塑件后处理(1)ABS塑料的干燥ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大,在加工前应进行充分的干燥和预热,不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝,而且还有助于塑料的塑化,减少制件表面色斑和云纹。ABS原料需要控制水分在0.3%以下。注射前的干燥条件是:干冬季节在7580以下,干燥2h
8、3h,夏季雨水天在8090下,干燥4h8h,,干燥达8h16h可避免因微量水汽的存在导致制件表面雾斑。在此,由于制件属批量件,要求自动化程度高实现连续化生产选用烘干料斗并装备热风料斗干燥器,以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮。(2)注射成型时各段温度ABS塑料非牛顿性较强,在熔化过程温度升高时,其黏度降低较大,但一旦达到成型温度(适宜加工的温度范围,如200230),如果继续盲目加温,必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反而使熔融黏度增大,注射更困难,塑件的机械性能也下降。ABS温度相关工艺参数如表1所列。表1 ABS工艺参数表工艺参数通用型ABS工艺参数通用型ABS料筒后段温度/160180
9、喷嘴温度/170180料筒中段温度/180200模具温度/5080料筒前段温度/200220(3)注射压力ABS熔融的黏度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高,在注射时要采用较高的注射压力。但并非所有ABS制件都要施用高压,考虑到本塑件不大、结构不复杂、厚度适中,可以用较低的注射压力。注射过程中,浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了塑件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小,塑料收缩大,与行腔表面脱离接触的机会大,制件表面容易雾化。压力过大,塑料与型腔表面摩擦作用强烈,容易造成粘模。对于螺杆式注射机一般取70MPa100Mpa.(4)注射速度ABS塑料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时,塑料易烧焦
10、或分解出气化物,从而在制件上出现熔接痕、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。但浅圆盒为薄壁制件,故又要保证有足够高的注射速度,否则塑料熔体难以充满型腔。(5)模具温度ABS比聚苯乙烯加工困难,宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗型树脂,料温更宜取高),料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为250左右,与在料筒中停留的时间长短有关,比聚苯乙烯易分解),对要求精度较高塑料件模温宜取5060,要求光泽及耐热型材料宜取6080。浅圆盒属小型制件,形状比较规则,故不用考虑专门对模具加热。(6)料量控制注塑机注塑ABS塑料时,其每次注射量金达标准注射量的80%。为了提高塑件质量及尺寸稳定,表面光泽
11、色调的均匀,注射量选为标定注射量的50%为宜。通常要确保注塑机生产条件及参数有一个很宽的范围,使大多数的产品和生产能力要求包含于这范围内,并且在调整确定这范围的过程时尽量按常规的工艺流程,这种生产条件范围愈大,生产过程愈稳定,使注塑产品愈不容易受到生产条件的改变而产生明显的质量降低。三 选择注塑机及相关参数的校核3.1 概述 在对卷尺盒盖进行材料选定、零件工艺分析、成型工艺分析和工艺参数大致选定的基础上,根据塑件批量大小和精度要求就可确定型腔数量和排列方式,根据模具所需注射量就可以确定注射机的型号及安装尺寸的确定。3.2 型腔数量和排位方式的确定(1)型腔数量的确定 由于该塑件尺寸不大,大批
12、量生产,可采用一模多腔的结构形式。同时,考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸关系,以及制造费用和各种成本费用等因素,初步定为一模四腔机构形式。型腔布置如图2所示。 (2)型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模四腔,流道采用H形对称排列,使行腔进料平衡。(3)模具机构形式的初步确定 由以上分析可知,本模具设计为一模四腔,对称H排列,根据塑件结构形状,推出机构初选推件板推出或推杆推出方式。3.3 注射机型号的确定1)注射量的计算图3 塑件质量分析(1)塑件质量、体积计算通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图3所示,塑料体积,塑件质量(取ABS的密度为),流道质量还是个未知数,可按塑件质量的0.5倍来
13、估算。从上分析中确定为一模四腔,所以注射量为:(2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算。 流道凝料在分型面上的投影面积,在模具设计前是个未知值,根据多型腔模的统计分析,是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2倍0.5 倍, 因此可用,来进行估算,所以: 式中 模具所需锁模力式中 型腔压力取35MPa(见参考书2)2)选择注射机根据以上每一生产周期的注射量和锁模力的计算值,初选SZ500/2000卧式注塑机,其主要技术参数如表2表2 注射机主要技术参数理论注射容积/cm3500锁模力/kN2000螺杆直径/mm55注射压力/MPa150注射速率/(g/s)173塑化能力/(kg/
14、h)110螺杆转速/(r/min)0180拉杆内间距/mm570570移模行程/mm500最大模具厚度/mm500最小模具厚度/mm280锁模形式双曲肘模具定位孔直径/mm160喷嘴球半径/mm20喷嘴口直径/mm5注塑机顶出/kN703)型腔数量及注射机的相关参数的校核(1)由注塑机料筒塑化率校核模具的型腔数n 69.814,故型腔数校核合格。式中 K注塑机最大注射模注射量的利用系数,无定形塑料一般取0.8; M注塑机的额定塑化量,该注塑机为110000g/h; t成型周期,取50s(参考书2) 单个塑件的质量或体积;=8.52g; 浇注系统所需塑料质量或体积。=0.5n (2)按注塑机的最
15、大注射量校核型腔数量 44.954,故型腔数校核合格。式中,为注塑机允许最大注射量,其他符号意义同上。(3)按注塑机的额定锁模力校核型腔数量 16.214,故该注塑机符合设计要求。 式中 F注塑机额定锁模力; 一个塑件在模具分型面上的投影面积; 浇注系统在模具分型面上的投影面积; 塑料熔体对型腔的成型压力,该处取35MPa。3) 注塑机工艺参数的校核(1) 注射量校核 注射量以容积表示,最大注射容积为 式中 模具型腔和流道的在注射压力下所能注射的最大容积; V指定型号与规格的注塑机注射量容积; 注射系数,取0.750.85,无定形塑料可取0.85,结晶型塑料可取0.75,该处取0.80. 倘若
16、实际注射量过小,注塑机塑化能力得不到发挥,塑料在料筒中停留时间就会过长。所以最小注射量容积。故每次注射的实际注射了容积V应满足,而,符合要求。(2) 锁模力校核 在前面已进行,符合要求。(3) 最大注射压力校核 注射机的额定注射压力即为注射机最高压力,应该大于注射成型时所需调用的注射压力,即 故符合设计要求。式中 安全系数,常取,该处取1.4; 实际生产中,该塑件成型时所需注射压力为70MPa100MPa。 其它安装尺寸及开模行程的校核待模具设计完成之后进行。四 模具设计通过理论设计、计算机分模和浇口位置计算机模拟相结合的方法,最终确定成型零件工作尺寸和模具的结构形式。4.1 分型面位置和形式
17、的确定(1)在塑件设计阶段,就应考虑成型时分型面的形状和位置,否则无法用模具成型。在模具设计阶段,首先就要确定分型面的位置和浇口的形式,然后才能确定模具的结构。分型面设计是否合理,对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大的影响。因此,分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。分型面的选择原则有以下几点: 分型面应选在塑件的最大截面处。 不影响塑件外观质量,尤其是对外观有明确要求的塑件,更应注意分型面对外观的影响。 有利于保证塑件的精度要求。 有利于模具加工,特别是型腔的加工。 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。 便于塑件的脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边(有的塑件需要定模
18、推出的例外)。 尽量减小塑件在合模平面上的投影面积,以减小所需锁模力。 便于嵌件的安装。 长型芯应置于开模方向。(2)根据上述原则及该塑件的结构形式,有利于冲模时的排气,并可利用该分型面两侧塑件表面粗糙度不同,精度要求较低的内壁面在冷却后产生的收缩对动模型芯有一定的包裹力,开模时有利于塑件保留在动模一侧方便脱出。 4.2 浇注系统设计浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道,它的作用是将塑料熔体顺利的充满型腔的各个部位。具有传质、传压和传热的功能,正确设计浇注系统对获得优质的塑件极为重要。注射成型的基本要求是在合适的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔,影响顺利充模的关键
19、之一就是浇注系统的设计。浇口形式的选择就决定了流道系统,而流道系统又决定了模具的结构形式。本设计若采用侧浇口或潜伏式浇口,就可以采用单分型面模来成型,模具结果比较简单。浇口开在塑件的侧面,对塑件外观有一定影响。若采用点浇口从塑件底部进料,点浇口被拉断之后痕迹很小,流程比较小,熔接痕较短,对塑件的外观和内在质量比较有利。因此本套模具采用一模四腔、点浇口的普通流道浇注系统,包括:主流道、分流道、冷料穴、点浇口。1)主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道和型腔中。主流道的形状为圆锥形,以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。其顶部设计成半球形凹坑
20、以便于喷嘴衔接,为避免高温塑料熔体溢出,凹坑球半径比喷嘴球头半径大1mm2mm,如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料无法一次脱出。由于主流道与注射机的高温喷嘴反复接触和碰撞,所以设计成独立的主流道衬套,材料选用45钢,并经局部热处理球面硬度38HRC45HRC,设计独立的定位环用来安装模具时起定位作用,主流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径0.5mm1mm以避免溢料并且防止衔接不准而发生的堵截现象。(1) 主流道尺寸:主流道的长度 一般由模具结构确定, 应尽量小于60mm,本次设计中初取进行计算。主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+(0.51)mm=6mm。主流道大端直径 D=d+2主tan
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