塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-氣爐開(kāi)關(guān)模具設(shè)計(jì).doc

塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 項(xiàng)目名稱： 氣爐開(kāi)關(guān)模具設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 時(shí) 間： 目 錄1、塑件的工藝性分析11.1塑件材料特性分析11.2塑件材料成形性能分析21.3塑件尺寸精度分析21.4塑件形狀結(jié)構(gòu)分析21.5塑件成形工藝參數(shù)確定22、模具基本結(jié)構(gòu)及模架選擇32.1確定成形方法32.2確定型腔數(shù)量及布局32.3確定分型面32.4選擇澆注系統(tǒng)42.5確定推出方式52.6確定模具的結(jié)構(gòu)形式53、成形設(shè)備的選擇與校核63.1塑件注射量的計(jì)算63.2塑件鎖模力的計(jì)算63.3成形設(shè)備的選擇與校核64、成型零件結(jié)構(gòu)、工作尺寸計(jì)算74.1型腔工作尺寸計(jì)算94.2型芯工作尺寸計(jì)算105、裝配圖零件圖115.1模具裝配圖115.2模具零件圖126、模具的工作過(guò)程說(shuō)明 20一、塑件的工藝分析1、 塑件材料特性分析 通常,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求,以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對(duì)于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō),要考慮的主要是材料的力學(xué)性能,如屈服應(yīng)力,彈性模量,彎曲強(qiáng)度,表面硬度等.該塑件對(duì)材料的要求首先必須是耐磨性好,其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題,以下是對(duì)耐磨性能較好材料的性能對(duì)比，如表2-1所示。表2-1 材料的特性 塑料名稱PP PVC ABS拉伸強(qiáng)度/MPa7890 355038彎曲強(qiáng)度/MPa539080斷裂伸長(zhǎng)率/%200204035計(jì)算收縮率（%）1.03.00.61.00.40.7洛氏硬度（M）11582101彎曲彈性模量/GPa 1.450.050.091.4熱變形溫度/ 120115678283103維卡軟化點(diǎn)丁耐熱溫度/6563體積電阻率/cm10146.7110116.91014吸水率% 0.010.030.070.40.20.4和機(jī)械加工一樣要考慮到加工工藝問(wèn)題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無(wú)幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料的性能和成型特性比較，如表2-2所示。表2-2材料的性能和成型特性比較塑料品種能 特 點(diǎn)成 型 特 點(diǎn)模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)使用溫度主要用途聚丙烯（PP）力學(xué)性能如屈服強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及硬度等，均優(yōu)于低壓聚乙烯，并有很突出的剛性，耐熱性較好缺點(diǎn)是耐磨性不夠高，成形收縮率較大，低溫呈脆性。 成型收縮范圍大,容易發(fā)生縮孔,凹痕及變形.熱容量大,注射成型模具必須設(shè)計(jì)能充分進(jìn)行冷卻的冷卻回路.溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象.120115可做各種機(jī)械零件，接頭、泵葉輪、化工管道及容器設(shè)備。并可用于制造襯里，表面涂層、錄音帶，聚氯乙烯(PVC)力學(xué)強(qiáng)度高，電器性能優(yōu)良，耐酸堿的抵抗力極高，化學(xué)穩(wěn)定性很好聚氯乙烯在成型溫度下容易分解放出氯化氫.在成型時(shí)必須加入穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑.并嚴(yán)格控制溫度及溶料的滯留時(shí)間.應(yīng)采用帶預(yù)塑化裝置的螺桿式注射機(jī)注射成型,模具澆注系統(tǒng)也應(yīng)粗短,進(jìn)口截面宜大,模具應(yīng)有冷卻裝置.6782離心泵、通風(fēng)機(jī)、輪油管、酸堿泵的閥門(mén)及容器等軟聚氯乙烯制品有貯槽、薄板、薄膜、電線絕緣層、密封圈、耐酸堿軟管等丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共物 (ABS)ABS樹(shù)脂具有較高沖擊韌性和力學(xué)強(qiáng)度，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性及電性能良好，易于成形和機(jī)械加工等特點(diǎn).ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力較高，易吸水，成型前應(yīng)進(jìn)行干燥處理。減少澆注系統(tǒng)對(duì)料流的阻力，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，模具溫度應(yīng)控制在6080 83103在機(jī)械工業(yè)系統(tǒng)中用來(lái)制造凸輪，齒輪，泵葉輪，水箱外殼，手柄，冰箱襯里等，還可供電視機(jī)晶體管收音機(jī)制造外殼以上的性能分析對(duì)比中看出,在耐磨性方面三種材料相差不大，成型特性上以ABS為最好，由于是一般性民用品，所以價(jià)格上是需要考慮的，我們主要要求是價(jià)格和耐磨性,以及成型特點(diǎn)。其它如拉伸強(qiáng)度,斷裂伸長(zhǎng)率等則是次要考慮的指標(biāo)(這由塑件的工作環(huán)境決定),最終選定ABS為塑件材料。2、塑件材料成形性能分析 功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能,并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo).該塑件是日用品,要能承受一定的外力,如沖擊載荷,振動(dòng),摩擦等;塑件的工作溫度是室溫,這使得在材料選擇時(shí)對(duì)熱變形溫度,脆化溫度,分解溫度的要求降低;作為一種日用品,生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn),這樣,就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命,在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素;從圖上可以看出該塑件在兩端的薄壁處成型比較困難。3、 塑件尺寸精度分析 4、 塑件形狀結(jié)構(gòu)分析 各種塑件,不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁,根據(jù)使用要求具有一定的厚度,以保證其力學(xué)強(qiáng)度.一般地說(shuō),在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過(guò)厚,不僅可以節(jié)約原材料,降低生產(chǎn)成本,而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短,提高生產(chǎn)率;其次可避免因過(guò)厚產(chǎn)生的凹陷,縮孔,夾心等質(zhì)量上的缺陷.以下是ABS的壁厚推薦值:最小壁厚mm 小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm0.75 1.25 1.6 3.25.4該塑件屬于中小型件,從圖上看,殼體整個(gè)塑件的壁厚是不均勻的,但也不會(huì)受大的影響，塑件可采用推桿推出。5、塑件成形工藝參數(shù)確定 表面質(zhì)量是一個(gè)相當(dāng)大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理-力學(xué)性質(zhì)兩方面技術(shù)指標(biāo)，而不是單純的表面粗糙度問(wèn)題。塑件的表觀缺陷是其特有的質(zhì)量指標(biāo)，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高出一個(gè)等級(jí)。該塑件要求對(duì)型腔拋光，所以對(duì)粗糙度的要求比較高，查表得ABS拋光后順紋路方向的表面粗糙度為0.02m，垂直紋路方向的表面粗糙度為0.26m。二、模具基本結(jié)構(gòu)及模架選擇1、 確定成形方法注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過(guò)機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開(kāi)啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個(gè)階段的工作：物料準(zhǔn)備，注塑過(guò)程，制件后處理。2、 確定型腔數(shù)量及布局 注塑模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數(shù)目的確定時(shí)主要考慮以下幾個(gè)有關(guān)因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生產(chǎn)效益；（4）模具制造難度。 考慮到該塑件是一般日用品,查手冊(cè)得塑件的經(jīng)濟(jì)精度推薦4級(jí),所以初定為一模兩腔最合理.排列形式如圖3、 確定分型面根據(jù)分型面的選擇原則：（1）便于塑件脫模； （2）在開(kāi)模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模； （3）外觀不遭到損壞； （4）有利于排氣和模具的加工方便。結(jié)合該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),分型面確定在塑件的最大投影面積上.如圖4-1所示。4-1分型面（B）4、 選擇澆注系統(tǒng)1）主流道的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得SZ60/40型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸如下：噴嘴前端孔徑：d0=3.5mm 噴嘴前端球面半徑：R015mm為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D應(yīng)稍大于注射噴嘴直徑d。Dd+(0.51)mm=3.5+14.5mm主流道的半錐角通常為12過(guò)大的錐角會(huì)產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣，過(guò)小的錐角使凝料脫模困難，還會(huì)使充模時(shí)熔體的流動(dòng)阻力過(guò)大，此處的錐角選用2.5。經(jīng)換算得主流道大端直徑D8.5mm,為使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑5mm的圓弧過(guò)渡。主流道的長(zhǎng)度L一般控制在60mm之內(nèi)，可取L55mm。2）冷料穴與拉料桿的設(shè)計(jì)冷料井一般位于主流道對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料進(jìn)入型腔而形成冷接縫，此外，開(kāi)模時(shí)又能將主流道凝料從定模板中拉出，冷料井的尺寸如圖澆口位置 充型模擬 充型效果3）分流道的設(shè)計(jì)分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開(kāi)設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向作用，分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U形和六角形。要減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長(zhǎng)的比值來(lái)表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難所以一般是制成梯形流道。在該模具上取圓形斷面形狀，直徑為6mm。4） 澆口的設(shè)計(jì)澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個(gè)，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。澆口的類型有很多，有點(diǎn)澆口，側(cè)澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，因?yàn)榇怂芗庥^要求高所以只能采用側(cè)澆口，其有以下特性: 側(cè)澆口側(cè)澆口又稱邊緣澆口或普通澆口。側(cè)澆口一般開(kāi)設(shè)在分型面上，塑料熔體從內(nèi)側(cè)或外側(cè)填充模具型腔，其截面形狀都為矩形，改變澆口寬度與厚度可以調(diào)節(jié)熔體的剪切速率及澆口的凍結(jié)時(shí)間。由于澆口截面積小，減小了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時(shí)去除澆口容易，且不留痕跡，但是這種澆口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注塑壓力損失大，對(duì)深型腔塑件排氣不利。5、確定推出方式推桿脫模機(jī)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、最常用的一種形式，具有制造簡(jiǎn)單、更換方便、推出效果好等特點(diǎn)。推桿直接與塑件接觸，開(kāi)模后將塑件推出。推桿的截面形狀；可分為圓形，方形或橢圓形等其它形狀，根據(jù)塑件的推出部位而定，最常用的截面形狀為圓形；推桿又分為普通推桿和成型推桿兩種，前者只是起到將塑件推出的作用，后者不僅如此還能參與局部成型，所以，推桿的使用是非常靈活的。1）推桿尺寸計(jì)算：本設(shè)計(jì)采用的是推桿推出，在求出脫模力的前提下可以對(duì)推桿做出初步的直徑預(yù)算并進(jìn)行強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)采用的是圓形推桿，圓形推桿的直徑由歐拉公式簡(jiǎn)化為：d=k() （4-7）=1.5()=1.48 mmd推桿直徑； n推桿的數(shù)量，n取16L推桿長(zhǎng)度（參考模架尺寸，估取L=110）； E推桿材料的彈性模量，取E=2.110MPk安全系數(shù)，取k=1.5； F總的脫模力，F(xiàn)=8924.1 (N)實(shí)際推桿尺寸直徑為1.5 mm，可見(jiàn)是符合要求的。但為了安全起見(jiàn)，再對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，強(qiáng)度校核公式為：d （4-8） 1.28 mm (滿足強(qiáng)度要求) 推桿材料的許用壓應(yīng)力, =150Mpa。2）推桿的固定形式：推桿的固定形式有多種，但最常用的是推桿在固定板中的形式，此外還有螺釘緊固等形式。此設(shè)計(jì)利用固定板固定。3）推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向：當(dāng)推桿較細(xì)或推桿數(shù)量較多時(shí)，為了防止因塑件反阻力不均勻而導(dǎo)致推桿固定板扭曲或傾斜折斷推桿或發(fā)生運(yùn)動(dòng)卡滯現(xiàn)象，需要在推出機(jī)構(gòu)中設(shè)置導(dǎo)向零件，一般稱為推板導(dǎo)柱。4）推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位：脫模機(jī)構(gòu)完成塑件的頂出后，為進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)必須回復(fù)到初始位置，目前常用的復(fù)位形式主要有復(fù)位桿復(fù)位和彈簧復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用復(fù)位桿復(fù)位機(jī)構(gòu)。6、確定模具的結(jié)構(gòu)形式3、 成型設(shè)備的選擇與校核1、 塑件注射量的計(jì)算在注塑成型過(guò)程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)型腔材料本身的許用應(yīng)力時(shí)，型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開(kāi)裂。與此同時(shí)，若剛度不足將導(dǎo)致過(guò)大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對(duì)型腔進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算，尤其對(duì)重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗(yàn)確定。根據(jù)大型模具按剛度條件設(shè)計(jì)，按強(qiáng)度校核；小型模具按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，按剛度校核原則：模具結(jié)構(gòu)形式如圖4-9所示：側(cè)壁厚度計(jì)算公式： S()=()=20.91 mm （4-3） 圖4-9模具結(jié)構(gòu)式式中 C與型腔深度對(duì)型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)之比h/L有關(guān)的系數(shù)；查表C=1； 型腔壓力，取30MP； 型腔深度，=40；E模具材料的彈性模量（MP），E取2.110；剛度條件，即允許變形量(mm)，取=0.04;底板厚度計(jì)算公式： （） （4-4） =（）=22.05 mm由底板短邊與長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)之比決定的系數(shù)；查表=0.022；型腔壓力，取30MP；底版短邊長(zhǎng)度(mm)，=300；E模具材料的彈性模量（MP），E取2.110；剛度條件，即允許變形量(mm)，取=0.04;2、塑件鎖模力的計(jì)算在確定了型腔壓力和分型面面積之后，可以按下式校核注塑機(jī)的額定鎖模力：FK AP （33）1.223.145023010 565.2 KN 滿足要求。 式中 F注塑機(jī)額定鎖模力：1000KN； K安全系數(shù)，通常取1.11.2，取K=1.2； 3.4.3 塑化能力的校核 由3.2.3初定的成型周期為30秒計(jì)算，實(shí)際要求的塑化能力為即：=2.465（g/s），小于注塑機(jī)的塑化能力10.5（g/s），說(shuō)明注射機(jī)能完全滿足塑化要求。3、 成型設(shè)備的選擇與校核在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，模具的主流道襯套始端的球面半徑R2取比注射機(jī)噴嘴球面半徑圖3-2噴嘴與澆口套尺寸關(guān)系R1大12 mm，主流道小端直徑D取比注射機(jī)噴嘴直徑d大0.51 mm，如圖3-2所示，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模，所 以，注射機(jī)噴嘴尺寸是標(biāo)準(zhǔn)，模具的制造以它為準(zhǔn)則。 4、 成型零件結(jié)構(gòu)、工作尺寸計(jì)算型芯是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過(guò)程中型芯的磨損會(huì)使被包容尺寸變小。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。1）型芯徑向尺寸的計(jì)算： L=(1+ S) L+ （4-13） =(1+0.005)25+0.40 =25.12mmL=(1+ S) L+=(1+0.005)18+0.25 =18.06mmL=(1+ S) L+ =(1+0.005)30 +0.12 圖4-14c型芯 =30.08mmL=(1+ S) L+=(1+0.005)6+0.15=6.03mm L=(1+ S) L+=(1+0.005)8+0.15=8.05mm 2）型芯高度尺寸的計(jì)算： H=(1+ S) H+ =(1+0.005)17+0.21 =17.08mm H=(1+ S) H+=(1+0.005)10+0.10 =10.07mm H=(1+ S) H+=(1+0.005)3+0.10=3.02mm 式中 H凹模深度減去塑件壁厚型芯的理論高度。 4.9.3中心距尺寸的計(jì)算模具上中心距尺寸與制品上中心距的公差標(biāo)注均采用雙向等值公差和表示。此外，在中心距尺寸的計(jì)算中不考慮磨損量，如圖4-14 c所示。L=(1+ S) L （4-15）=(1+0.005)55=550.18mm式中 L模具中心距尺寸； L塑件中心距尺寸，L=80mm1、 型芯工作尺寸計(jì)算型腔是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在 圖4-14型腔a使用過(guò)程中型腔的磨損會(huì)使包容尺寸逐漸變大。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸與塑件尺寸的關(guān) 系如圖4-14(a,b,c,)所示：1）型腔徑向尺寸的計(jì)算 L=(1+S)L （4-10） =(1+0.005)500.42 =50.2+0.15 L=(1+S)L =(1+0.005)210.25 圖4-14型腔b=21.2+0.1 mm 型腔尺寸如圖4-14 a，b所示。 式中 塑件的公差值；塑件尺寸公差根據(jù)GB/T1800.31998模塑件尺寸公差表取IT12，由尺寸段決定值的大小；制造公差，=；S塑件的平均收縮率，S=0.005。2）型腔深度尺寸的計(jì)算： H=（+ ）+（） （4-11）=(1+0.005)18.50.21=18.4mm式中 H塑件的高度尺寸，H=18.5 mm 。可以忽略。5、 裝配圖零件圖1、 模具裝配圖 1-動(dòng)模座板、2-動(dòng)模墊板、3-推板、