塑料課程設(shè)計(jì)

1、塑料課程設(shè)計(jì)課程名稱班級與班級代碼專業(yè)學(xué)號：姓名：提交日期：年月日青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院ABS直角彎頭設(shè)計(jì)1 .設(shè)計(jì)目的：運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識通過課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，鞏固和掌握專業(yè)知識，并為今后的畢業(yè)論文做必要的準(zhǔn)備。通過塑料工程課程設(shè)計(jì)，掌握塑料工程設(shè)計(jì)中材料的選擇、制品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工設(shè)備的確定、生產(chǎn)工藝的要求，學(xué)習(xí)資料的查找、收集，方案的特點(diǎn)及幾種方案的比較，提高計(jì)算、繪圖能力。建立起一個完善的、符合塑料制品生產(chǎn)要求的整體過程。2 .設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)任務(wù)：輸水直角彎頭設(shè)計(jì)要求：5萬個/月3 .設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的一般程序3.1 制品設(shè)計(jì)3.1.1 材料的選擇原料選擇：注塑級AB

2、S特性備注：低溫沖擊強(qiáng)度好，光澤度硬度較好。價格：9100-9300/噸相關(guān)參數(shù):性能項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)條件測試方法測試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)單位熔融流動速率230C/3.8kgASTM-D12385.6g/10min比重ASTM-D9721.04/一3g/cm模具收縮率ASTM-D9550.5-0.8%拉伸模品ASTM-D6382280MPa拉伸強(qiáng)度ASTM-D63833.8MPa斷裂伸長率ASTM-D63824%彎曲模品ASTM-D7902340MPa彎曲強(qiáng)度ASTM-D79072.4MPa缺口沖擊強(qiáng)度23CASTM-D256320J/M熱變形溫度1.82MPaunannealed33.20mmASTM-D648

3、82.2C維卡軟化點(diǎn)ASTM-D152598.9C阻燃性能1.52mmUL94HB3.1.2 生產(chǎn)配方的設(shè)計(jì)生產(chǎn)配方：ABS1003.1.3 制品形狀方面：圖2-1直角彎頭零件圖從零件壁厚上看，塑件最小壁厚4mm塑件壁厚較為均勻，壁厚大小適中，不會放大充模阻力，不易出現(xiàn)缺料現(xiàn)象，也避免了壁厚太厚所容易出現(xiàn)的氣泡、凹陷等缺陷，有利于零件的成型。塑件冷卻后會包緊在抽芯型芯上，為了使脫模順利，。75.4mm孔處應(yīng)設(shè)置脫模斜度，查取ABS用脫本II斜度35'1。該彎頭屬于輸水管路連接件，彎頭除需具備良較高的沖擊強(qiáng)度、良好的尺寸穩(wěn)定性和耐腐蝕性外，無其他較為特殊的工藝要求。塑件選擇的ABSM料綜

4、合力學(xué)性能好，滿足塑件機(jī)械性能要求。綜合分析，在注射成型工藝參數(shù)控制良好的條件下，零件的成型要求可以得到保證。3.2 模具設(shè)計(jì)3.2.1 確定生產(chǎn)方式采用注射成型3.2.2 注射成型模具注塑模具由動模和定模兩大部分組成，分析直角彎頭成型零件的特點(diǎn)，知道本次設(shè)計(jì)的模具應(yīng)包括成型零件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。(1)分型面分型面對塑件外觀質(zhì)量、尺寸、形位精度、脫模性能、鎖模力、型芯型腔結(jié)構(gòu)、排氣、澆口和模具制造工藝性等都有直接影響。分型面的合理選擇，對提高成型塑件質(zhì)量、簡化模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等均有很大利好。注塑分型面的選擇，要根據(jù)塑件的幾何形狀、塑件質(zhì)量要求，結(jié)合澆注系

5、統(tǒng)，脫模機(jī)構(gòu)選擇等綜合考慮。直角彎頭零件結(jié)構(gòu)具有特殊性，分析比較如下分型面方案:圖3-1分型面選擇比較該零件為直角彎頭，由于有垂直孔的存在，必須有抽芯機(jī)構(gòu)。方案一的分型面選擇，可使抽芯和分型同時進(jìn)行，節(jié)省分型時間,但是型芯型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較大。方案二分型面選擇在塑件最大截面處，加工容易，符合分型面選取一般原則，且型芯型腔加工較為容易綜合分析，選擇方案二的設(shè)計(jì)。(2)確定型腔配置型腔配置應(yīng)有利于提高塑件成型效率，縮短成型周期。綜合考慮流道和分型面性能，確定零件在模具中排列如圖3-2:圖3-2型惜臨圖3-3主流道襯套u(yù)(3)確定澆注系統(tǒng)注塑模具的澆注系統(tǒng)指注射機(jī)噴嘴到成型型腔之間的料流通道，

6、包括主流道、分流道、澆口、冷料穴四大部分。流道表面粗糙度Ra1.60.8pmA、主流道設(shè)計(jì)主流道軸線一般與注射機(jī)的噴嘴軸線重合，并位于模具中心線上，型腔也以軸線為中心對稱布置。為便于凝料從澆道中脫出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐型，因ABS材料流動性中等，取主流道錐角=3°,內(nèi)壁表面粗糙度Ra=0.63pmi噴嘴與主流道對接處需緊密對接，可防止主流道與噴嘴處溢料，因此主流道對接處制成凹坑，凹坑半徑根據(jù)注射機(jī)噴嘴半徑?jīng)Q定，并在其基礎(chǔ)上加12，取19mm<1、端直徑d2=d1+1=8.5mm凹坑?度h=4mm主流道大端呈圓弧過渡，其圓角半徑r=1mm以減小料流從主流道進(jìn)入分流道時的轉(zhuǎn)向過渡阻力

7、。主澆道的長度應(yīng)視模板厚度、水道等具體情況而定?？紤]主流道與塑料熔體噴嘴反復(fù)碰撞，容易損壞，一般不將主澆道直接開設(shè)在模板上，而是將主流道制成可拆卸的主流道襯套，如圖3-3所示。這樣可以使容易損壞的主澆道部分單獨(dú)選用優(yōu)質(zhì)鋼材，便于更換和節(jié)約成本并提高模具壽命。主流道襯套結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。通常，主澆道襯套需淬火處理。B、冷料穴設(shè)計(jì)兩次注射間隔間和塑料熔體注射前沿部分，由于塑料熔體的冷凝，會產(chǎn)生冷料，冷料穴可儲存這部分冷料，避免冷料進(jìn)入模具型腔影響塑件質(zhì)量。冷料穴必不可少，本模具中采用較為常用的帶Z形頭拉料桿的冷料穴。冷料穴長度取10mmC分流道設(shè)計(jì)本模具采用一模四腔結(jié)構(gòu)，需有分流道存在。由于塑料

8、冷卻會在流道管壁形成凝固層，為使熔體能在流道中部暢通，分流道要求塑料熔體能在相同的溫度和壓力條件下，從各個澆口盡可能同時地進(jìn)入并充滿模具型腔。設(shè)計(jì)使分流道中心與澆口中心位于同一直線上，故采用圓形截面，其優(yōu)點(diǎn)有：比表面積最小，料流阻力小，壓力損失小，流道中心冷凝慢，有利于保壓。但是加工難度稍大。其分流道直徑取D=6.5mm分流道布置如圖所示。D澆口設(shè)計(jì)澆口連接分流道和模具型腔，具有兩方面的作用：首先，控制塑料熔體流入型腔；其次，保壓過程結(jié)束后，注射壓力撤銷，澆口首先固化，以封鎖型腔，避免腔中未冷卻的塑料倒流。根據(jù)型腔排布，和塑件成型工藝，采用側(cè)澆口較為合理。開設(shè)澆口在分型面上，選擇矩形側(cè)澆口，使

9、加工容易，且便于試模時再進(jìn)行修正。矩形側(cè)澆口的大小由其厚度、寬度和長度決定。側(cè)澆口厚度：h=nt公式(3-1)h=nt=0.6X4=2.4mm側(cè)澆口寬度：b=n30A公式(3-2),nvA0.6xV7.54>4/20一一小b=3.8mm,取4mm3030'式中：t-塑件壁厚，mmn-系數(shù)，ABSa為0.6A-塑件外表面面積，mm2由于該澆口屬于一般側(cè)澆口，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，澆口長度為2.5mm(4)成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AB漉件的平均U妁&率為：Scp=0.5,采用劈塊，凸模結(jié)構(gòu)如下所圖*5型腔三旌圖根據(jù)塑件尺寸。85查表取塑件尺寸精度等級MT5模具制造公差等級IT11。公式(

10、3-3)A塑件型芯徑向尺寸：lm=ls+IsSCp+X?05zls-塑件內(nèi)形尺寸；?-塑件公差值；1m型芯基本尺寸；-型芯制造公差，取1/4X?x-系數(shù)，中小型塑件取3/4彎頭連接口型芯直徑：塑件內(nèi)形基本尺寸075.4mm公差0.46mmImi=lsi+lsi&p+x?105z1=75.4+75.4X0.005+4X0.46O0.i2=76.12002彎頭內(nèi)徑處型芯直徑：塑件內(nèi)形基本尺寸d64mm公差0.4mmIm2=Is2+Is20p+x?205z2=64+64X0.005+3X0.40。=64.6200.i0Ek塑件型芯高度尺寸：hm=hs+hsSCp+x?"公式(3-4

11、)hs-塑件內(nèi)形尺寸；?-塑件公差值；hm-型芯基本尺寸；57-型芯制造公差，取i/3X?zx-系數(shù)，中小型塑件取2/3彎頭連接口型芯高度：塑件內(nèi)形基本尺寸36mm公差0.32mmhmi=hsi+hs1s8+x?0r=36+36X0.005+-X0.3200iimilsisicp-ozi3-0.ii=36.3900.11彎頭內(nèi)徑處型芯高度：塑件內(nèi)形基本尺寸14mm公差0.22mmhm2=hs2+hs2Scp+x?0k=14+14X0.005+:X0.2200.07=14220IT.乙乙-0.07圖3-6型目洞型部分尺寸圖3.7定模板三維圖一C、塑件型腔徑向尺寸：Lm=Ls+LsSCp-x?+配

12、公式(3-5)Ls-塑件外形尺寸；?-塑件公差值；Lm型腔基本尺寸；£-型腔制造公差，取1/4X?x-系數(shù)，中小型塑件取3/4彎頭連接口型腔直徑：塑件外形基本尺寸©85mm公差1.3mmLm1=Ls1+Ls1Scp-x?+5z1=85+85X0.005-：X1.3+0.3=84.5+0.3彎頭90拐彎處塑件外形基本尺寸©72mm公差1.06mmLm2=Ls2+Ls2Scp-x?,z1=72+72X0.005-|Xl.06+0.3=71.6+0.3D塑件型腔深度尺寸：Hm=Hs+HsSCp-x?；5z公式(3-6)Hs-塑件外形尺寸；?-塑件公差值；Hm-型腔基本尺

13、寸；力-型腔制造公差，取1/3X?x-系數(shù)，中小型塑件取2/3彎頭連接口型腔深度：塑件外形基本尺寸36mm公差0.76mmHm=Hs+HsSCp-x?Uz=36+36x0.005-3X0.76+0.25(5)成型型腔壁厚計(jì)算A、矩形型腔側(cè)壁厚度計(jì)算：該模具采用整體式矩形型腔，其長邊側(cè)壁厚度按下式計(jì)算：S=4公式(3-7)C-常數(shù)，與l/h有關(guān)，l/h=249/42.5=5.86,C=3X5.864M442X5.864+96'h-型腔深度，h=42.5mmp-型腔壓力，根據(jù)p=K)o,取壓力損耗系數(shù)K為0.4,則型腔壓力p=Kp0=0.4Xl21Mpa=48.4MPaE-模具鋼材的彈性模

14、量E=2.lxl05MPa0-塑料制件所用材料的允許變形量，對AB§百=0.04mmc3Cph43兒44X48.4X44.5“c人”S="=2.1X10X0.04.2mm取35mmB、矩形型腔底板厚度計(jì)算：按剛度條件計(jì)算，其公式如下:C-常數(shù)，C=t=E55.864公式(3-8)32X(5.864+1)=0.03;.3月.03X48.4x2449ccEcct=v-=88.4mm取90mm2.1X10X0.04(6)脫模方式和推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為使推出機(jī)構(gòu)簡單，可靠，設(shè)計(jì)使開模時模具留在動模，由于塑件在動模板和定模板上為外圓環(huán)形，不會因塑件的收縮而包緊在模板上。為簡化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，

15、采用常用的推桿脫模機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要由推桿固定板、推板、推桿、復(fù)位桿等組成，其尺寸選擇根據(jù)GB/T4169.1.-2006GB/T4169.18.-2006選取。(7)側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)常采用碳素工具鋼，斜導(dǎo)柱要求耐磨，采用T8鋼制造。A、抽芯距S直角彎頭抽芯采用斜導(dǎo)柱完成側(cè)向分型抽芯，抽芯距等于側(cè)孔深度力口23mn量。S=So+(2-3)公式(3-9)S=So+(2-3)=95+3=98mmSo-側(cè)孔或側(cè)凹深度，mmB、脫本莫力F根據(jù)塑件壁厚4.8mm與平均直徑80mmi勺比值t/d=0,06>0,05,確定該塑件為厚壁制件，且其截面為圓環(huán)型截面，采用如下公式計(jì)算脫模力F=2；

16、fJ+0.1A公式(3-10)(1+K1)K2F-脫模力；Ki無量綱系數(shù)，隨入和d而定，入=r/8,r為型芯平均半徑，5為塑件平均壁厚，K1值可查相關(guān)表；K2無量綱系數(shù)，隨f和d而定，可查表選取；S-塑料平均成型收縮率，取0.005E-塑料的彈性模量；查表得ABS為1800MPaL-塑件對型芯的包容長度，mmf-塑件與型芯之間的摩擦因素，查表得ABSW鋼的摩擦因素為0.21;»-模具型芯脫模余度，查表取1;塑料的泊松比，ABS為0.39;A-盲孔塑件型芯在垂直于脫模方向上的投影面積，mm2本零件的型芯為階梯型芯對拼，每個型芯均有兩部分被塑件包緊,其參數(shù)列于下表：表31型擷理音吩尺&l

17、t;p712型芯印64.62型芯?*3g一06皿113237.43左763VK于，10035L003X36mln/A<4550.Smm2i33279.6mm：p代入數(shù)據(jù)得,Fi=2%X38.06X1800X0.005X36X(0.21-tanl)(1+0.39+7.432)X1.0035+0.1X4550.8=2140.2N2兀x32.31X1800x0.005X14x(0.21-tan1)(1+0.39+7.63)X1.0035+0.1X3279.6=872.1NF=F1+F2=2140.2+872.1=3012.3NC、斜銷傾斜角度0c若斜銷傾角過大，斜銷受力狀況差，傾角過小，又不利

18、于開模,按實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選取斜銷傾角22。，則最小開模行程：公式(3-11)H=Scot%H=Scot%=98xcot22=242.5mm斜銷工作長度L:根據(jù)幾何關(guān)系，斜銷工作長度應(yīng)大于L=公式(3-12)sinaL=-=-98-=262mmsinssin22D斜銷直徑抽芯時，斜銷受有彎矩作用，具最大值為：M=F'L公式(3-13)式中F-斜銷受力L-斜銷有效工作長度。F=2x30123-=6497.7Ncos22由材料力學(xué)可知圓形斜銷彎曲應(yīng)力為所=MW相公式(3-14)式中w-斜銷抗彎截面系數(shù)，對于斜銷，其截面系數(shù)，W=-xf=320.1d3;相-斜銷材料彎曲許用應(yīng)力。對T8鋼，取2

19、00MPa由此，可得斜導(dǎo)柱直徑,3/F'Ld=V-0.i相33248.9X450.1X200V-=24.45mm取d=25mm（8）冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)為控制模具溫度穩(wěn)定，冷卻系統(tǒng)必不可少，通過控制水道出口和入口的溫度，以及水路流速，可以控制單位時間內(nèi)帶走的熱量，以達(dá)到穩(wěn)定模溫的目的。根據(jù)單個塑件的質(zhì)量170.75g,成型周期54s,可以算得，該注射模產(chǎn)量為170.75X4X1.2X360054=55kg/h求塑件固化時每小時釋放的熱量Q查得ABS塑料的單位熱流量Q=3.1x1024.0x102kJ/kg取3.6x102kJ/kg計(jì)算，Q=WQ1=55X3.6X102=1.9X104kJ/h求

20、冷卻水的體積流量忽略空氣對流、熱輻射以及注射機(jī)傳導(dǎo)的熱量，模具冷卻時所需冷卻水體積流量按式（3-15）計(jì)算：公式(3-15)式中qv-冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/min;W-單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量，kg/min;Q1-單位重量的塑件在凝固時所放出的熱量，kJ/kg;L-冷卻介質(zhì)的密度，kg/m3;c1-冷卻介質(zhì)的比熱容，KJ/(kgC)；Si-冷卻介質(zhì)出口溫度，C；&冷卻介質(zhì)入口溫度，C;參考同類模具，選取25c的水作為冷卻介質(zhì)，其出口溫度為28C,水呈湍流狀態(tài)，根據(jù)表2-2,模具平均溫度50C,則，qv1.9X104/600-=2.38X10-2103X4.187X(

21、28-25)m3/min冷卻水管直役d/fuLiii)-最低流速Vdir.(rtL'fip琉量+qx;(m-Tn.iTi)將卻水管直最低流速VnlLtfTlTLwj.漆量+*qv/(m2mm)'1%L665ml收20-10.661a*132a25口05415,*吟,IItk74x14)Q044j查表3-2,為使得冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=10mm表田卜的盤定芾海1度與磁.求冷卻水在管道內(nèi)的流速v其計(jì)算公式如下，4qvTtd2公式(3-16)式中v-冷卻介質(zhì)的流速，m/s;qv-冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/s;d-冷卻管道的直徑，m4X2.38X10-2兀x(10/1000)2X6

22、0=5.05m/s求冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)h冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)h計(jì)算公式如下：h=里公式(3-17)式中f-與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)；T-冷卻介質(zhì)在一定溫度下的密度，kg/m3;v-冷卻介質(zhì)在圓管中的流速，m/s;d-冷卻管道的直徑，m以平均水溫25c選擇f值6.484.187X6.48X(0.996X103X5.05)0.8h=(10/1000)0.2=6.23x104kJ/(m2-h。求冷卻管道總傳熱面積A冷卻管道總傳熱面積可按下式計(jì)算公式(3-18)式中h-冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)，?0-模溫與冷卻介質(zhì)溫度之間的平均溫差，C。a60X

23、1.8X4060八.2A=；=0.02m26.23X10X50-(25+28)/2求模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻管道的孔數(shù)開設(shè)孔數(shù)可按下式計(jì)算公式(3-19)式中L-冷卻管道開設(shè)方向上模具長度或?qū)挾?0.02“Xi10)x516-%X(1000)X10003.3.1工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備根據(jù)UG莫擬制件功能塑件體積：162.62cm3質(zhì)量：170.75g注射成型時，模具定模板與注射機(jī)定模板相連，動模板則對應(yīng)安裝在注射機(jī)動模板上，由鎖模裝置合模鎖緊，注入熔融塑料。為提高直角彎頭加工效率，結(jié)合該零件本身結(jié)構(gòu)特性，采用多型腔模具，定型腔數(shù)為4。根據(jù)制品的體積及質(zhì)量來確定所需注射機(jī)的注射量。塑件總體積坦腔數(shù)X每腔塑件體

24、積Vs=4v公式(2-1)Vs=4-v=4x162.62cm3=650.48cm3以澆注系統(tǒng)凝料為塑件體積的20%古算，V=0.2V公式(2-2)V=0.2X650.48cm3=130cm3V=Vs+V=780.48cm3設(shè)計(jì)模具時，必須控制一個注射成型周期內(nèi)所注射的塑料熔體容量在注射機(jī)額定注射量的80%U內(nèi)，考慮澆注系統(tǒng)中也存在一部分塑料熔體，按其為塑件體積的20%古算，注射機(jī)的注射量>780.48cm3/0.8=975.6cm3為使制件推出后能自動落下，同時便于操作加料，選用臥式注射機(jī)。根據(jù)注射量，初選XS-ZY-1000型注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下表:陋表工-工X3-ZY-1O00

25、注時機(jī)干要技術(shù)輪如蜂桿（柱塞）直彳=嶗5，注射容=1000J注射壓力jICPPm12m缺模力IOUXj450.tJ最大注射面和,cm）18M喻嘴球半徑I皿.模板彳丁程Jetd/700才1q咨rrrma中75a3模具厚度.30a7oatp2kQ定位孑L直徑,mtn7JLS巨nrrni-的(k確定工藝參數(shù)表23AES注射工藝爹數(shù)選擇噴嘴溫度/G21g模具溫度，O580|前段甲215p注射壓力®SOp機(jī)筒溫度/G中段/22皿保壓力R1?朝臥_后禽19注射時間守*保壓時間，3皿冷卻時間八3(k膘桿轉(zhuǎn)速Hr.min”53成型周期,獷54|'+JT13.3.2生產(chǎn)線的配置月產(chǎn)量:5萬個/月根據(jù)成型周期和月產(chǎn)量，需要3臺注射機(jī)生產(chǎn)3.3.3成本分析密度1.04g/cm3,四型腔，4X170.75=683g,凝膠量20%683gx(1+20%=819.6g,總體積V=650.48cm3總量819.6gX(50000件/4