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文檔簡介
1、 大 專 畢 業(yè) 設 計 (論 文) 把手注塑模三維設計及數(shù)控仿真加工three-dimensional design and nc machining simulation of handle injection mold 學 院: 機械工程學院 專業(yè)班級: 機電一體化 071231班 學生姓名: 顧 美 芳 學 號: 11 指導教師: 蔣克勤 2012年3月畢業(yè)設計(論文)中文摘要把手注塑模三維設計及數(shù)控仿真加工摘 要:本設計是把手注塑模具的設計,在正確分析塑件工藝特點和abs的材料性能后,采用了一模一腔、點澆口的澆注方式。主要對模具型腔數(shù)目、注塑機的選擇、凸模、凹模的澆注系統(tǒng)、脫模機構、
2、合模導向機構、冷卻系統(tǒng)和側向分型抽芯機構進行設計計算,其中重點對模具的冷卻系統(tǒng)、側向分型抽芯機構進行了計算。運用autocad軟件完成模具的裝配圖,并使用pro/e軟件對模具的零件進行三維實體造型和裝配。最后使用mastercam軟件對模具進行數(shù)控仿真加工,目的是生成數(shù)控加工nc代碼,可提高效率和避免人工編程的錯誤,有效控制模具設計的成本。關鍵詞:三維設計;仿真加工;注塑模畢業(yè)設計(論文)外文摘要handle three-dimensional design and nc machining simulation of handle injection moldabstract: the ha
3、ndle design is the design of injection mold, plastic parts in the correct analysis of process characteristics and material properties of abs, the use of a cavity of a mold, the pouring gate way point. mainly on the number of mold cavity, the choice of injection molding machine, punch, die casting sy
4、stem, demoulding agencies die-oriented institutions, the cooling system and the lateral sub-type core-pulling mechanism design, of which focus on the mold cooling system, the lateral sub-type core-pulling mechanism calculated. the use of autocad software to complete the mold assembly and the use of
5、pro / e software for the mold parts and assembly of three-dimensional solid modeling. finally, the use of mastercam software simulation tool for cnc machining, cnc machining objective is to generate nc code, will increase efficiency and avoid errors in manual programming to effectively control the c
6、ost of die design.keywords:three-dimensional design; simulation processing; injection molding目 錄1 緒論11.1注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 注塑模具的主要發(fā)展方向22 塑件工藝性分析及注塑模方案的確定42.1 塑件材料的選擇及其工藝性分析42.2 注塑模方案的確定73 注塑模設計計算83.1 注塑設備的選擇83.2 校核注塑機有關工藝參數(shù)93.3 成型零件的設計104 注塑模結構設計154.1 澆注系統(tǒng)的設計154.2 凹模結構設計154.3 型腔側壁及底板厚度的計算164.4 合模導向機構的設計1
7、74.5 側向分型抽芯機構設計184.6 冷卻系統(tǒng)的設計計算205 注塑模三維實體設計225.1 零件的三維實體設計225.2 三維實體裝配236 凹模的數(shù)控仿真加工256.1 凹模的實體模型256.2 選擇刀具256.3 加工后的實體276.4 生成nc代碼271 緒論1.1注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀整體來看,中國塑料模具無論是在數(shù)量上,還是在質量、技術和能力等方面都有了很大進步,但與國民經濟發(fā)展的需求、世界先進水平相比,差距仍很大。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進口。在總量供不應求的同時,一些低檔塑料模具卻供過于求,市場競爭激烈,還有一些技術含量不太高的中檔塑料模具也有供
8、過于求的趨勢。加入wto,給塑料模具產業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn),同時帶來更多的機會。由于中國塑料模具以中低檔產品為主,產品價格優(yōu)勢明顯,有些甚至只有國外產品價格的1/51/3,加入wto后,國外同類產品對國內沖擊不大,而中國中低檔模具的出口量則加大;在高精模具方面,加入wto前本來就主要依靠進口,加入wto后,不僅為高精尖產品的進口帶來了更多的便利,同時還促使更多外資來中國建廠,帶來國外先進的模具技術和管理經驗,對培養(yǎng)中國的專業(yè)模具人才起到了推動作用。雖然近幾年模具出口增幅大于進口增幅,但所增加的絕對量仍是進口大于出口,致使模具外貿逆差逐年增大。這一狀況在2006年已得到改善,逆差略有減少。模具外貿
9、逆差增大主要有兩方面原因:一是國民經濟持續(xù)高速發(fā)展,特別是汽車產業(yè)的高速發(fā)展帶來了對模具旺盛需求,有些高檔模具國內的確生產不了,只好進口;但也確實有一些模具國內可以生產,也在進口。這與中國現(xiàn)行的關稅政策及項目審批制度有關。二是對模具出口鼓勵不夠?,F(xiàn)在模具與其它機電產品一樣,出口退稅率只有13%,而未達17%。從市場情況來看,塑料模具生產企業(yè)應重點發(fā)展那些技術含量高的大型、精密、復雜、長壽命模具,并大力開發(fā)國際市場,發(fā)展出口模具。隨著中國塑料工業(yè),特別是工程塑料的高速發(fā)展,可以預見,中國塑料模具的發(fā)展速度仍將繼續(xù)高于模具工業(yè)的整體發(fā)展速度,未來幾年年增長率仍將保持20%左右的水平。中國塑料模具制
10、造水平已有較大提高。大型塑料模具已能生產單套重量達到50t以上的注塑模,精密塑料模具的精度已達到2m,制件精度很高的小模數(shù)齒輪模具及達到高光學要求的車燈模具等也已能生產,多腔塑料模具已能生產一模7800腔的塑封模,高速模具方面已能生產擠出速度達6m/min以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在生產手段上,模具企業(yè)設備數(shù)控化率已有較大提高,cad/cae/cam技術的應用面已大為擴展,高速加工及rp/rt等先進技術的采用已越來越多,模具標準件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高,熱流道模具的比例也有較大提高。另外
11、,三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進一步促進了塑料模具設計制造水平及企業(yè)管理水平的提高,有些企業(yè)已實現(xiàn)信息化管理和全數(shù)字化無圖制造。要改善中國塑料模具的進出口狀況,必須加速國產塑料模具的發(fā)展。為此,要盡快突破制約模具產業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸。一是模具標準化率不足,這必然導致交貨期延長,同時造成用戶更換零部件的困難。模具標準化程度低也直接制約著模具的專業(yè)化分工協(xié)作和商品化流通,也限制了模具的出口,2006年中國模具標準化程度和商品化程度在45%左右,與發(fā)達國家商品化程度70%-80%相比,還有較大的差距。制約模具發(fā)展的另一個主要原因是國內制造高精模具的能力較低。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展,精密、大型、復雜、長壽命塑料模
12、具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時,由于近年來進口模具中,精密、大型、復雜、長壽命模具占多數(shù),所以,從減少進口、提高國產化率角度出發(fā),這類國產高檔模具在巿場上的份額也將逐步增大。1.2 注塑模具的主要發(fā)展方向經過近幾年的發(fā)展,塑料模具的開發(fā)和創(chuàng)新等方面已顯示出一些新的發(fā)展方向:(1) 在模具的質量、交貨周期、價格、服務四要素中,已有越來越多的用戶將交貨周期放在首位。要求模具公司盡快交貨,這已成為一種趨勢。企業(yè)千方百計提高自己的適應能力、提高技術水準、提高裝備水平、提高管理水平及提高效率等都是縮短模具生產周期的有效手段。(2)大力提高開發(fā)能力,將開發(fā)工作盡量往前推,直至介入到模具用戶的產品開發(fā)中去
13、,甚至在尚無明確用戶對象之前進行開發(fā),變被動為主動。目前,電視機和顯示器外殼、空調器外殼、摩托車塑件等已采用這種方法,手機和電話機模具開發(fā)也已開始嘗試。這種做法打破了長期以來模具廠只能等有了合同,才能根據(jù)用戶要求進行模具設計的被動局面。(3)隨著模具企業(yè)設計和加工水平的提高,模具的制造正在從過去主要依靠鉗工的技藝轉變?yōu)橹饕揽考夹g。這不僅是生產手段的轉變,也是生產方式的轉變和觀念的上升。這一趨勢使得模具的標準化程度不斷提高,模具精度越來越高,生產周期越來越短,鉗工比例越來越低,最終促進了模具工業(yè)整體水平不斷提高。中國模具行業(yè)目前已有10多個國家級高新技術企業(yè),約200個省市級高新技術企業(yè)。與此
14、趨勢相適應,生產模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸轉變?yōu)榧夹g型人才是必然要求。當然,目前及相當長一段時間內,技藝型人才仍十分重要,因為模具畢竟難以完全擺脫對技藝的依靠。(4)模具企業(yè)及其模具生產正在向信息化迅速發(fā)展。在信息社會中,作為一個高水平的現(xiàn)代模具企業(yè),單單只是cad/cam的應用已遠遠不夠。目前許多企業(yè)已經采用了cae、cat、pdm、capp、kbe、kbs、re、cims、erp等技術及其它先進制造技術和虛擬網(wǎng)絡技術等,這些都是信息化的表現(xiàn)。向信息化方向發(fā)展這一趨向已成為行業(yè)共識。(5)隨著人類社會的不斷進步,模具必然會向更廣泛的領域和更高水平發(fā)展?,F(xiàn)在,能把握機遇、開拓市場,不斷
15、發(fā)現(xiàn)新的增長點的模具企業(yè)和能生產高技術含量模具企業(yè)的業(yè)務很是紅火,利潤水平和職工收入都很好。因此,模具企業(yè)應把握這個趨向,不斷提高綜合素質和國際競爭力。隨著市場的發(fā)展,塑料新材料及多樣化成型方式今后必然會不斷發(fā)展,因此對模具的要求也越來越高。為了滿足市場需要,未來的塑料模具無論是品種、結構、性能還是加工都必將有較快發(fā)展,而且這種發(fā)展必須跟上時代步伐。展望未來,下列幾方面發(fā)展方向會得到較快應用和推廣:(1) 超大型、超精密、長壽命、高效模具將得到發(fā)展。(2)多種材質、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。(3)為各種快速經濟模具,特別是與快速成型技術相結合的rp/rt技術將得到
16、快速發(fā)展。 (4)模具設計、加工及各種管理將向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展等將向智慧化、集成化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。(5)更高速、更高精度、更加智慧化的各種模具加工設備將進一步得到發(fā)展和推廣應用。(6)更高性能及滿足特殊用途的模具新材料將會不斷發(fā)展,隨之將產生一些特殊的和更為先進的加工方法。(7)各種模具型腔表面處理技術,如涂覆、修補、研磨和拋光等新工藝也會不斷得到發(fā)展。(8)逆向工程、并行工程、復合加工乃至虛擬技術將進一步得到發(fā)展。(9)熱流道技術將會迅速發(fā)展,氣輔和其它注射成型工藝及模具也將會有所發(fā)展。(10)模具標準化程度將不斷提高。2 塑件工藝性分析及注塑模方案的確定2.1 塑件材料的選擇及其工
17、藝性分析2.1.1 塑件材料的選擇2.1.1.1 物料性能abs是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元聚物,屬于無定形聚合物,密度為1.05g/cm,具有較好的綜合性能。耐熱性、剛性和耐化學腐蝕性好,沖擊強度、拉伸強度高,耐寒性良好,化學穩(wěn)定性、電性能良好,加工性、染色性好。但耐大氣老化性差。在制造過程中,若改變三種單體的比例以及組合方式,或采用不同的聚合方法,可以得到性能變化大的各種產品,因此abs塑料和品種及規(guī)格繁多,性能與用途不一,成型條件各異。主要有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。2.1.1.2 應用范圍適于制作一般機械零件、減摩耐磨零件、傳動零件和電訊零件。2.1.1.3 成型設備(1
18、) 注塑機 abs加強性能良好,通用的柱塞式和螺桿式注塑機都可用,制品的質量在60g以上時,最好采用螺桿式注塑機,這樣不僅能加工溫度較柱塞式注塑機低10-20度,而且能更好地塑化物料,制得尺寸穩(wěn)定、表面光澤、性能良好的制品。螺桿通常為漸變形螺桿,長徑比為18-20,壓縮比為1.6-2.5。實驗證明,采用長徑比比較大的螺桿能使物料更均勻地混煉和塑化,從而提高生產效率和產品質量。采用螺桿式注塑機成型abs時,每次注塑量通常取注塑機最大注塑量的75%。但為了提高制品質量、尺寸穩(wěn)定性和表面光澤度,消除殘余應力,生產中常把注塑量控制在最大注塑量的50%左右。(2) 噴嘴 abs熔料的黏度中等,建議采用敞
19、開式通用噴嘴或延伸式噴嘴,避免采用自鎖式噴嘴。在噴嘴上還應有加熱控溫裝置,用以調節(jié)噴嘴溫度,防止熔體凝固,造成堵塞。2.1.1.4 成型工藝(1)原料的準備 abs的吸濕性和對水分的敏感性較大,在加工前進行充分的干燥和預熱,不單能消除水氣造成的制品表面煙花狀氣泡帶、銀絲,而且還有助于塑料的塑化,減少制品表面色斑和云紋。abs原料要控制水分在0.3%以下。干冬季節(jié),干燥溫度為75-80度,料層厚度20-30mm,干燥時間2-3h,夏季雨水天要在80-90度下干燥4-8h。表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥,達8-16h。此外還要按照原料產地、貯存運輸狀況對干燥條件做適當調整。abs具有良好的染色
20、性,一般采用浮染法。原料中要加入紫外線吸收劑和抗氧劑,以提高耐老化能力。(2)成型溫度 abs是無定型料,分解溫度為270度,耐熱性不太好,因含有橡膠成分,過高的成型溫度并不會使流動性增加,相反會引起橡膠分解,流動性降低。同時長時間的高溫作用會造成降解、交聯(lián)和碳化。所以成型時應嚴格控制溫度在允許范圍內。對柱塞式料筒溫度控制在180-230度。對螺桿式控制在160-220度。噴嘴溫度在170-180度范圍內。宜取高料溫、高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270度)。對精度較高的塑件,模溫宜取50-60度,對高光澤、耐熱塑件,模溫宜取60-80度。較高的模具溫度,制品外表光澤,可以避免合
21、模線盒陷坑等不良現(xiàn)象,減少制品變形,但收縮率較大。為了縮短成型周期,一般制品的模具溫度應低些,有時甚至可取50度。在注塑大的、結構復雜的、薄壁的制品時,應考慮專門對模具加熱。(3) 注射壓力 注射壓力的大小主要取決于制品的結構和壁厚,一般控制在60-120mpa。壁薄、流道較長,流動阻力大時,注射壓力可高至130-150mpa。壁厚、澆口截面較大,流動阻力小時,注射壓力可略低點。但提高注射壓力可增加abs制品的表面光澤度。注塑過程,保壓壓力大小往往決定了制品的表觀質量及銀絲狀缺陷的程度。壓力過小,塑料收縮大,與型腔表面脫離接觸的機會大,在熱的氣氛下使制品表面霧化。壓力過大,塑料型腔表面摩擦作用
22、強烈,容易造成黏模。所以要調配好保壓壓力和保壓時間。保壓壓力為注射壓力的30%-60%。背壓控制越低越好,背壓最高時可采用1.5mpa,螺桿前進速度采用慢速,一般不超過0.55-0.65m/s。(4) 注射速度 abs采用中等注射速度效果較好。當注射速度過快時,塑料容易分解甚至燒焦,從而在制品上出現(xiàn)熔接縫、光澤差及澆口附近的物料發(fā)紅等缺陷。但在生產薄壁制品或復雜制品時,還是要保證有足夠高的注射速度,否則難以充滿。(5) 模塑周期總模塑周期通常在80s以下,較其它塑料約短10%-20%。(6) 制品的熱處理 abs的成型收縮率較小,一般為0.4%-0.7%,但內應力較高,所以制品應進行熱處理,在
23、70度左右的熱風循環(huán)中處理2-4h,緩慢冷卻到室溫。2.1.2塑件的工藝性2.1.2.1 材料性能abs為熱塑性材料,熔點為170度左右,分解溫度為260度,密度為1.03-1.07g/cm,抗拉強度30-50mpa,抗彎強度為41-76mpa,拉伸彈性模量為1587-2277mpa,彎曲彈性模量為1380-2690mpa,收縮率為0.3%-0.8%,常取0.5%。該材料綜合性能好,即沖擊強度高,尺寸穩(wěn)定,易于成型,耐熱和耐腐蝕性能也較好,并有良好的耐寒性。2.1.2.2 成型特性及條件(1) 其吸濕性強,塑料在成型前必須充分預熱干燥,其含水量應小于0.3%。對于要求表面光澤的零件,塑料在成型
24、前更應該進行長時間預熱干燥。(2) 流動性中等,溢邊值0.04mm。(3) 塑料的加熱溫度對塑件的質量影響較大,溫度過高易于分解(分解溫度為250度)。成型時宜采用較高的加熱溫度(模溫50-80度)和較高的注射壓力。2.1.2.3 結構工藝性 圖 2.2 單分型面注塑模 圖2.1 零件如圖2.1所示,零件壁厚基本均勻,所有壁厚均大于塑件的最小壁厚,因此,在注射成型時不會發(fā)生填充不足現(xiàn)象。改塑料制件在內部有一個近似長方體的凹坑,注射模應具有側抽芯機構。2.1.2.4 零件體積估算單個塑件的體積約為v=65.8mm。2.2 注塑模方案的確定經分析,該零件成型時必須采用側向抽芯機構,可能適合的模具結
25、構有兩種,即單分型面注塑模和雙分型面注塑模。(1) 方案一 單分型面注塑模 如圖2.2所示,型腔(凹模)在動模上;澆口設置在塑件上部的中心處,以使熔體流動均勻,填充迅速,降低塑件變形幾率,脫模時澆口凝料自動拉斷,可提高生產效率??赡艿臐部谛问接校褐苯訚部?、側澆口、扇形澆口、重疊式澆口和潛伏式澆口等。開模時,定模板上的斜導柱帶動滑塊脫開塑件,同時齒條帶動齒輪逆時針旋轉,通過軸及平鍵帶動另一齒輪轉動并與型芯相連接的齒條相嚙合,使齒條及型芯沿抽出方向移動,完成斜孔抽芯。 圖2.3 雙分型面注塑模(2) 方案二 雙分型面注射模 如圖2.3所示,它從不同的分型面分別取出流道內的凝料和塑件,又稱為三板式注
26、射模具。與單分型面相比,三板式注射模具增加了一個可移動的中間板,從而取代了單分型面注射模的滑塊。中間板適用于采用點澆口進料的單型腔和多型腔模具。在開模時要先拉開中間板脫開塑件,然后齒條帶動齒輪逆時針旋轉,通過軸及平鍵帶動另一齒輪轉動并與型芯相連接的齒條想嚙合,使齒條及型芯沿抽出方向移動,完成斜孔抽芯。適合的澆口形式有:點澆口、直接澆口、側澆口、扇形澆口、重疊式澆口等。該零件為洗衣機把手,要求外表面光滑、無痕跡,可選用的澆口形式有點澆口和潛伏式澆口。其中潛伏式澆口取出澆口留下的痕跡可選在制品內側,對制品的外觀無任何影響,但澆口的制造較為復雜;點澆口留在塑件表面的澆口痕跡很小,在模具外可手工去除,
27、確保塑件的表面質量。該零件為中等產量,每一件產品分攤的模具成本也較多,要求模具結構簡單,費用低廉。綜上所述,選擇單分型面注射模,一模一腔,點澆口式進料,采用斜導柱在定模、滑塊在動模的斜導柱抽芯機構,另有齒輪齒條側向抽芯機構對塑件進行抽芯。3 注塑模設計計算3.1 注塑設備的選擇把手件的塑料材料為abs,該材料綜合性能好,適合于注射成型,注射成型模具適用于自動化生產,也可滿足小批量生產制件。通過對制件的分析,可采用一模一腔的注射成型模具,要確定制件成型設備,首先得估算出制件的體積和質量。3.1.1 根據(jù)制件的外型尺寸,估算其體積和質量因為把手的形狀是規(guī)則的,所以使用一般的數(shù)學計算方法便能計算出把
28、手的體積和質量,對此,用數(shù)學的計算方法對制件進行體積和質量的估算。 把手的體積為 把手的總質量為 式中 =1.031.07 估算澆注系統(tǒng)的體積為 則澆注系統(tǒng)的質量為: 3.1.2 初步確定注塑機的型號成型設備的規(guī)格和型號必須根據(jù)制件的體積和質量來確定,而且必須滿足一次注射模塑周期內所需塑料的總量小于所選注塑機的最大注射量。若注塑機的最大注塑量小于制件的質量,就會造成注塑量不足或注塑制件的形狀不完整,導致內部組織疏松和強度下降;如果注塑機的最大注塑量遠遠大于制件的質量時,就會造成材料的浪費。因此,為了合理的使用注塑機,必須使一個成型周期內所需注射的塑料熔體的量(容積或質量)在注射機額定注射量的2
29、0%至80%以內,其關系按照下式進行計算: 或 式中 模具型腔數(shù)目; 單個塑件的容積或質量(或g); 澆注系統(tǒng)和飛邊所需塑料的容積或質量(或g); 注塑機額定注射量(或g)。 把手制件和澆注系統(tǒng)的總質量為: 帶入上式為 得 根據(jù)計算得出的結果,查閱注塑機技術參數(shù)表,可初步確定選用xs-zy-125型注塑機,并從中可查閱出與模具設計相關的技術參數(shù),并可對其進行各參數(shù)的校核。3.2 校核注塑機有關工藝參數(shù)3.2.1 最大注塑量的校核為了保證注塑成型的正常進行,塑料制品連同澆道凝料及飛邊在內的質量一般不應超過注塑機最大注塑量的80%。3.2.2 注射壓力的校核注塑機的壓力校核是校驗注塑機的最大注塑壓
30、力能不能滿足該制件成型時的需要。制品成型所需要的壓力是由注塑機類型、噴嘴形式、塑料流動性、澆注系統(tǒng)和型腔的流動阻力等因素決定的。列如螺桿式注塑機,其注塑壓力傳遞比柱塞式注塑機好的多,因此注塑壓力可取小一些,流動性差的塑料或細薄的長流程塑件壓力應該取大一些??蓞⒖几鞣N塑料的注塑成型工藝來確定塑件的注塑壓力,再與注塑機額定壓力相比較。3.2.3 鎖(合)模力根據(jù)鎖模力的大小可以計算模具的型腔數(shù),反之當型腔數(shù)確定后也可校核鎖模力是否足夠。當高壓的塑料熔體充滿模具型腔時,會在型腔內產生一個很大的力,力圖使模具沿分型面漲開,其值等于塑件和澆道系統(tǒng)在分型面上總投影面積乘以型腔內塑料壓力。對于三板式模具或熱
31、流道模具,由于流道系統(tǒng)與型腔不在一個分型面上,則不應計入流道面積。作用在這個面積上的總力應小于注塑機的額定鎖模力f,否則在注塑時會因鎖模不緊而產生溢邊跑料的現(xiàn)象。型腔內塑料熔體的壓力可按下式進行計算: 式中 型(模)腔壓力(mpa); 注塑壓力(mpa); 壓力損耗系數(shù),隨塑料品種、澆注系統(tǒng)結構、尺寸、塑件形狀、成型工藝條件以及塑件復雜程度不同而異,通常在0.25-0.5范圍內選取。由于影響型腔壓力與壓力損耗系數(shù)k的因素較復雜,因此在采用通用塑料生產中小型制品時,模腔內的塑料壓力常取20-40mpa。在進行較詳細的計算時,應通過充模流動計算機輔助工程來進行分析,得到能充滿該制品型腔的最低壓力,
32、在校核注塑機所需鎖模力。型腔平均壓力決定后,可以按下式校核注塑機的額定鎖模力 式中 注塑機額定鎖(合)模力(kn); 制件和流道系統(tǒng)在分型面上的總投影面積(); 安全系數(shù),通常取1.1-1.2。 3.3 成型零件的設計3.3.1 影響尺寸精度的因素模具的成型尺寸是指型腔上的直接用來成型塑件部位的尺寸,主要有型腔和型芯的徑向尺寸(包括矩形或異形型芯的長和寬)、型腔和型芯的深度或高度尺寸、中心距尺寸等。在設計模具時必須根據(jù)制品的尺寸和精度要求來確定成型零件的相應尺寸和精度等級,給出正確的公差值。任何塑件都有一定的尺寸精度要求,一般來說工業(yè)配件、電子電器產品塑件的尺寸精度要求較高。就同一塑件來說,塑
33、件上各個尺寸的精度要求也有很大的差異,在使用和安裝過程中有配合要求的尺寸,其精度要求較高應作詳細計算。首先成型零件的制造公差,顯然成型零件的精度越低,所生產塑件的尺寸或形狀精度也越低,其次,所估計的塑件收縮率與實際收縮率的差異和生產制品時收縮率的波動都會影響塑件的精度。影響制件公差的三個主要因素為:成型零件制造誤差的影響,成型收縮率波動的影響和型腔成型零件磨損量的影響。3.3.2 凸、凹模的工作尺寸計算對凸凹模的工作尺寸可根據(jù)塑料的收縮率、凸凹模零件的制造公差和磨損量來確定。(1) 凹模的工作尺寸 為了使得模具的磨損留有修模的余地,以及裝配的需要,在設計模具時,包容尺寸盡量取下限尺寸,尺寸公差
34、去上偏差。如圖3.1所示,具體計算公式如下:凹模的徑向尺寸計算公式為: 式中 塑件外形公稱尺寸; 塑料的平均收縮率; 塑件的尺寸公差; 模具制造公差,取塑件相應尺寸公差的1/31/6。尺寸32: 尺寸35: 尺寸38: 尺寸26: 尺寸42: 尺寸30: 尺寸100: 尺寸120: 凹模的深度尺寸計算公式為式中 hs塑件高度方向的公稱尺寸。尺寸15: 尺寸4: 圖 3.1 凹模尺寸圖(2) 凸模的工作尺寸 為了使得模具的磨損留有修模的余地,以及裝配的需要,在設計模具時,被包容尺寸盡量取上限尺寸,尺寸公差去下偏差。如圖3.2所示,具體計算公式如下:凸模的徑向尺寸計算公式為: 式中 塑件內形徑向公
35、稱尺寸。尺寸15: 尺寸88: 凸模的高度尺寸計算公式為: 式中 塑件深度方向的工作尺寸。尺寸34: 圖 3.2 凸模尺寸圖 (3) 模具中的位置尺寸(如孔的中心距尺寸)計算公式為: 式中 塑件位置尺寸。尺寸12: 尺寸16: 尺寸50: 3.3.3 脫模力的計算塑件在模具中冷卻定型時,由于體積收縮,其尺寸逐漸縮小,而將型芯或凸模包緊,在塑件脫模時必須克服這一包緊力。對于不帶通孔的殼體類塑件,脫模時還要克服大氣壓力。此外,尚需克服機構本身運動的摩擦阻力及塑料和剛才制件的粘附力。開始脫模時的瞬間所要克服的阻力最大,稱為初始脫模力,以后脫模所需的力稱為相繼脫模力,后者要比前者小,所以在計算脫模力的
36、時候,總是要計算初始脫模力。所需的脫模力可按下式進行估算,即: 于是 式中 制件對凸模的包緊力(n); 的垂直和水平分量(n); 凸模表面對產生的反作用力(n); 沿凸模表面的脫模力(n); 沿制件出模方向所需的脫模力(n); 脫模斜度或凸模側壁斜角(); 塑料在熱塑狀態(tài)下對鋼的摩擦系數(shù),約取0.2左右。其中 式中 凸模成型部分的截面周長(mm); h凸模被制件包緊部分的高度(mm); 制件對凸模的單位包緊力(mpa)。其數(shù)值與制件的幾何特點及塑料性質有關,一般可取812mpa。 將結果帶入上面公式為: 4 注塑模結構設計4.1 澆注系統(tǒng)的設計(1)主流道設計 圖4.1 噴嘴與主流道接觸面尺寸
37、關系為了有效地傳遞保壓壓力,澆注系統(tǒng)主流道及其附近的塑料熔體應該最后融化。在臥式或立式注塑機用模具中,主流道垂直于分型面。為便于流道凝料的拔出,設計成具有錐角的圓錐形,內壁有以下的粗糙度,在內壁研磨和拋光時應注意拋光方向,不形成垂直于脫模方向的劃痕,否則會發(fā)生脫出困難而造成成型中斷。主流道與噴嘴接觸處多做成半球形的凹坑,二者應嚴密的配合,避免高壓塑料熔體溢出,凹坑球半徑應比噴嘴球半徑大1-2mm,如圖4.1所示。如若相反則主流道凝料將無法脫出;如大得太多則密封作用不好。主流道小端直徑應比注塑機的高溫噴嘴孔直徑大0.5-1mm,常取,視制品大小及補料要求而定。大端直徑應比分流道深度大1.5mm以
38、上,其錐角不宜太大,一般取。由于主流道與注塑機的高溫噴嘴反復接觸和碰撞,所以設計成獨立的主流道,選用優(yōu)質鋼材制作并經熱處理提高硬度。主流道要求承受交變應力,其圓盤直徑不能太大,以避免肩部彎矩過大,配合段的直徑d不宜過大,以免注入模內的塑料產生過大的反壓力,甚至將連接螺釘拉斷。臺階轉角半徑r宜大一些,以免淬火開裂或應力集中。當其不允許轉位時可采用銷、螺釘或鍵定位。(2)澆口設計澆口直接與塑件相連接,把塑料熔體引入型腔。澆口截面形式有圓形、矩形和又寬又薄的狹縫形。澆口尺寸包括澆口截面尺寸和澆口長度尺寸。其截面積約為分流道截面積的3%-9%,澆口長度約為0.5-2.5mm,因此澆口處的流動阻力很大,
39、剪切速率也很高。4.2 凹模結構設計凹模是成型塑件外表面的部件,凹模按其結構不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌組合式幾種。在本設計中采用了局部鑲嵌式凹模。局部鑲嵌式凹模加工簡化,而且成本降低。4.3 型腔側壁及底板厚度的計算在注塑成型過程中,型腔承受塑料熔體的高壓作用。因此,凹模與凹、凸模的底板必須具有足夠的強度和剛度。如果凹模和底板的厚度過小。則剛度、強度會不足。強度不足會導致型腔產生塑性變形,甚至破裂;剛度不足將產生過大的彈性變形,并產生溢料間隙。(1)型腔側壁的厚度計算模具的型腔為矩形,則剛度計算公式為: 強度計算公式為: 式中 s矩形型腔長邊側壁厚度(mm); p型腔
40、所受壓力(mpa); l型腔長邊長度(mm); a型腔側壁受壓高度(mm); 型腔側壁全高度(mm); 允許變形量(mm); e模具材料的彈性模量(mpa); 模具材料的需用應力(mpa)。剛度計算: 強度計算: (2)型腔底板厚度計算模具的型腔為矩形,則剛度計算公式為: 強度計算公式為: 剛度計算: 強度計算: 圖 4.2 斜導柱的安裝固定4.4 合模導向機構的設計導柱導向機構設計包括對導柱和導向孔的尺寸、精度、表面粗糙度等的設計及導向零件的結構設計或正確選用,導柱在模具上的布置和裝固方式的確定等。導柱與導向孔一般為間隙配合,當要求定位精度高時,可選用緊一些的配合,但過緊的配合會引起較快的磨
41、損,拉傷,設計使用壽命較長的模具不宜將導柱孔直接加工在模板上,而應嵌入導向套,導向套表面硬度大、耐磨、易更換。導柱的典型結構如圖所示,導柱沿長度分為固定段和導向段。兩段名義尺寸相同,只是公差不同的導柱叫直導柱,兩段名義和公差都不相同的叫臺階式導柱,其大端用來固定,小端用來導向。直導柱的導柱固定孔和不設導套的導向孔采用相同的尺寸,可配合一道加工。在本設計中采用了直導柱。4.5 側向分型抽芯機構設計(1) 斜導柱分型抽芯機構是應用最廣的分型抽芯機構,它借助機床開模力或推出力完成側向抽芯,結構簡單,制造方便,動作可靠。側型芯或瓣合模滑塊裝在t形導滑槽內,可沿軸拔方向平穩(wěn)滑移,驅動抽拔方向平穩(wěn)滑移,驅
42、動滑塊的斜導柱與開模運動方向成斜角安裝,斜導柱與滑塊上對應的空為間隙配合,開模或推出時斜導柱和滑塊相對運動,斜導柱對滑塊產生一側向分力,迫使滑塊完成抽芯或分型動作。斜導柱 斜導柱的斜角一般為,最大不得超過,其安裝固定形式如圖4.2所示。斜導柱與固定板間用過渡配合,由于斜導柱只起驅動滑塊的作用,滑塊的運動精度由導滑槽與滑塊間配合精度保證,滑塊的最終位置精度由鍥緊塊保證。斜導柱多用45鋼、t8或t10淬火或20剛滲碳淬火,淬火硬度在5055hrc之間?;瑝K 滑塊可做成整體式,也可做成組合式。組合式的滑塊前端成型部分與滑塊主題分別制造,然后在采用不同的連接形式緊固成一體。其成型部分可選用優(yōu)質鋼材單獨
43、制造和熱處理。 圖4.3 斜導柱的幾何尺寸導滑槽 對導滑槽與滑塊的配合要求是運動平穩(wěn),不宜過分松動,更不宜過緊。燕尾槽精度較高,但制造比較困難,一般多采用t形導滑槽。設計時使滑塊與滑槽上、下、左、右各有一個面相配合(間隙配合h8/f7),其余面之間則留出0.51mm的間隙。導滑表面應有足夠的硬度(5256hrc),應稍硬于滑塊,為了使滑塊運動時不偏斜,滑塊的滑動面要有足夠的長度,最好為滑槽寬度的1.5倍。(2)斜導柱幾何尺寸和最小開模行程的計算斜導柱的幾何尺寸計算 如圖4.3所示,已知必需的抽拔距s之后即可計算出斜導柱的幾何尺寸和開模時為了完成抽拔距斜導柱所需的平移距離,即最小開模行程。當滑塊
44、抽出方向與開模方向垂直時(即滑塊不傾斜,如圖所示)。斜導柱的幾何尺寸按以下公式計算。斜導柱的有效長度,即斜導柱驅動邊的長度,設斜導柱和斜孔之間的間隙很小,可忽略不計,其有效長度l為ab長,由三角形abc可知: 斜導柱的伸出長度,從斜導柱伸出截面中心算起,不包括錐形(或半球形)頭的長度,即圖中的至距離。 斜導柱全長,包括頭部和整個尾部,即圖中。 o至的距離取為10-15mm,即 圖4.4 齒輪齒條抽芯 最小開模行程計算 最小開模行程是指抽出側滑塊所必需的開模運動距離h,即圖中bc的長。 (3)齒輪齒條抽芯機構齒輪齒條抽芯機構具有抽拔力大、抽芯距長的特點,為一種較好的抽芯機構。齒輪齒條抽芯機構僅在
45、其它抽芯機構難于實現(xiàn)的抽芯才選用之,該機構主要用于斜孔和弧形抽芯的場合。是利用開模力通過齒輪齒條傳動來完成抽芯動作的,抽芯方向靈活。如圖4.4所示,塑件的斜孔由齒型芯2成型,開模時,固定在定模板上的傳動齒條4通過齒輪3帶動齒條型芯抽出塑件。開模到重點位置時,傳動齒輪4脫離齒輪3,為了保證型芯2準確復位,在齒輪3的軸上裝有定位釘1等定位裝置,使齒輪3保持在與傳動齒條4最后脫離的位置上。齒輪的尺寸計算 初定齒輪的模數(shù)為m=2,齒數(shù)為z=25。則齒輪的分度圓直徑為:齒頂圓直徑為: 齒根圓直徑為: 齒條的尺寸計算 由于齒條是和齒輪進行嚙合傳動,即尺寸和齒輪的尺寸一致,由于齒輪的齒數(shù)z為25,大于根切齒
46、數(shù)17,即不會發(fā)生根切現(xiàn)象。傳動軸的尺寸計算 由于齒條帶動齒輪轉動,相應的軸也跟著齒輪轉動,設定每級的傳動效率,傳動比為,齒條以157mm/s的速度對齒輪進行拉動,則 設定齒條的功率為,則 選取軸的材料為45鋼,調質處理,取,則軸的最小直徑為: 4.6 冷卻系統(tǒng)的設計計算(1)塑料熔體傳給模具的熱量的計算1h中,塑料傳給模具的總熱量為: 式中 g每小時諸如模具的塑料重量(kg); 進入模具的塑料熔體溫度與制件脫模溫度之差(); 塑料的比熱容; 結晶型塑料的融化潛熱(kj/kg),無定型塑料。計算得: 設型芯和型腔個吸收熱量的比列為60%和40&,因此:型芯應排除熱量: ;型腔應排除熱量: 。(2)確定冷卻水道的孔徑d本模具是在200注塑量的注塑機上成型,查表1確定水孔直徑d取12mm,冷卻液采用室溫水,同時查知23水溫下,雷諾準數(shù)=4000時的水流速度為。(3)求解模具冷卻回路數(shù)量n解回路數(shù)量公式為: 式中 d水道孔徑(m); v水道流速(m/s); t每小時水流持續(xù)時間(s/h),若水一直流動,則t=3600s/h。 冷卻液密度()。將已知數(shù)據(jù)帶入公式得: 根據(jù)塑件精度要求一般,取模具每條冷卻回路溫差為0.6,即,可得出模具總的冷卻回路數(shù)量為: 將冷卻回路分為
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