电热水壶底座注塑模设计
毕 业 设 计(论 文)
设计(论文)题目: 电热水壶底座注塑模设计
学 院 名 称: 机械工程学院 专 业: 材料成型和控制工程 班 级:姓 名: 学 号
指 导 教 师: 职 称
定稿日期: 2014年5月4日
摘要
摘 要
塑料工业是当今世界上发展速度最快的工业门类之一,而注塑模具是其中发展
较为快的一个种类,因此,研究注塑模具的生产过程对了解塑料产品的生产过程和提
高塑料产品质量有很大意义。
本次产品设计介绍了注射成型的基本原理,特别是双分型面注射模具的设计结构与
工作原理,对注塑产品提供了基本的设计原则,并详细介绍了冷流道注射模具浇注
系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程,同时对模具强度要求做了说明。设计出
成型零部件以及合理的设计推出机构。对设计进行验证主要目的是对注射机的相关
重要参数进行验证,包括它的模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射
机的锁模力等等。在校验合格后,并完成成型零件加工工艺过程的制定,既要保证塑
件的质量,又要兼顾经济性。
最后就是模具的装配环节,包括给定装配步骤、明确注意事项等
关键词:生产工艺 注射模 成型零件 装配 塑料模具 分型面
Abstract
Abstract
Plastic industry is grows now one of quickest industry classes in the world, but casts the mold is development quick type, therefore, the research casts the mold to understand the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance.
This design introduced the injection takes shape the basic principle, specially single is divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the design process, and has given the explanation to the mold intensity request. Design shaped parts,reasonable drawing mechanism and so on.
The design should be certification .Primarily related to the injection machine of important parameters for the certification including die close thickness sizes ,the name distance ,injection machine of the die draw force and so on.After Qualified in check,the molding parts machining process design must ensure that the quality of Supervision taking into account the economy.
Final assembly is part of the mold,which including the design of assembly steps, clear proceeding required attention.
Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work; Through to the PROGRAM study, may establish the simple components the components storehouse, thus effective enhancement working efficiency.
Key word: Manufacture process Injection mold Shaped parts The plastic mold Divides the profile
目 录
1 引 言 ........................................................ 1
1.1 模具行业和产品发展现状 .............................................. 1
1.2 选题意义图表 1 ...................................................... 1
1.3 设计任务 ............................................................ 2
2 塑件的工艺性分析 . ............................................. 3
2.1 塑件的分析 .......................................................... 3
2.1.1塑件的结构 .............................................................. 3
2.1.2 壁厚分析................................................................ 3
2.1.3 圆角分析................................................................ 4
2.2 塑件的材料分析 ...................................................... 4
2.2.1 ABS工程材料的性能分析 .................................................. 4
2.2.2 ABS的注射成型过程和工艺参数 ............................................ 4
2.3 塑件模流分析 ........................................................ 5
2.3.1 分析的总体结果 . ......................................................... 5
2.3.2 分析结果的图片 . ......................................................... 5
2.3.3 模流分析结论 . ........................................................... 9
3 模具总体结构设计 ............................................ 10
3.1 确定型腔数目和其排列方式 ........................................... 10
3.2 确定分型面 ......................................................... 10
3.3 确定浇注系统结构 ................................................... 11
3.3.1 主流道形式和位置 . ...................................................... 11
3.3.2 分流道的设计 . .......................................................... 12
3.3.3 冷料穴的设计 . .......................................................... 13
3.3.4 确定浇口形式和位置 . .................................................... 13
3.4 确定推出方式 ....................................................... 13
3.5 确定导向机构 ....................................................... 13
3.6 确定温度调节系统 ................................................... 14
3.6.1 注射模冷却系统设计原则 . ................................................ 14
3.6.2 冷却系统的结构设计 . .................................................... 14
3.7 排气系统的设计 ..................................................... 14
3.8 确定模具支撑零件结构 ............................................... 15
4 模具零件结构尺寸设计 ........................................ 17
4.1 初选设备 ........................................................... 17
4.1.1 计算塑件体积和重量 . .................................................... 17
4.1.2 注射机的选择和型号和规格 . .............................................. 17
4.1.3 校核注射机的有关参数 . .................................................. 17
4.2 顶出机构复位方式的确定 ............................................. 19
4.3 动、定模导向机构设计 ............................................... 19
4.4 设计斜导柱侧向抽芯机构 ............................................. 20
4.4.1 设计导滑槽结构 . ........................................................ 20
4.4.2 设计斜导柱结构 . ........................................................ 21
4.4.3 设计侧型芯结构 . ........................................................ 21
4.4.4 设计楔紧块结构 . ........................................................ 22
5 成型零件设计 ................................................ 24
5.1 计算成型零件工作尺寸 ............................................... 24
6 模具2D 装配图 ............................................... 26
6.1 热水壶配件模具2D 图: .............................................. 26
7 总结 ........................................................ 27
8 设计存在的问题与解决设想 .................................... 28
致 谢 ......................................................... 29
参考文献 ...................................................... 30
1 引 言
1.1 模具行业和产品发展现状
随着时代的发展,在家用电器行业中,塑料制件凭借它特有的质轻、耐腐蚀能力强,色泽艳丽,以及生产过程简单、成本低,效力高和加工性能好等优点,已经取代了部分金属制件。其模具设计是保证高质量塑料制件生产的重要前提。比如笔记本电脑、移动电话和个人数字助理等产品更新换代的速度非常快,产品的设计理念正朝着“轻、薄、短、小”方向发展,同时人们对这些产品的需求量也正在快速增长。于是,薄壁注塑成型技术得到迅速发展。薄壁注塑成型技术已引起人们的高度重视,以美、德和日本等国为首的发达国家纷纷投资大力开发研究该技术。它已经成为塑料成型行业中的一个新的研究热点,是一项具有深远意义和重要作用的未来技术。
塑料是20世纪才发展起来的一种新材料,目前世界上塑料的体积产量已经赶上并且
超过了钢材,成为当前人类使用的一大类材料。我国的塑料工业正在飞速发展,塑料产品的应用已深入到了国民经济的各个部门。塑料产品的普和应用推动了塑料模具得到快速发展。我国塑料模具在近期已经得到了快速发展,成果主要有:在大型塑料模具中已能生产单套重量达到50t 以上的注塑模,在精密塑料模具中精度已达到2um ,甚至制件精度很高的小模数齿轮模具和达到高光学要求的车灯模具等也已能生产,其中多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模;而高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具和主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。从生产手段上,企业上模具设备的数控化率已有了较大提高,CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为广泛,高速加工和RP/RT等先进技术的使用也已越来越多,模具标准件的使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高,热流道模具的比例也有较大提高,内热式或外热式热流道装置得以采用,也有少数单位采用了在世界具有先进水平的高难度针阀式热流道模具,它能完全消除制件的浇口痕迹。气体辅助注射技术在生产中已成功得到应用。
虽然塑料模具在我们国内的发展较为迅速,可是由于我国模具行业本身起步较晚,
相比发达国家的模具设计制造水平,我国还存在很大问题,比如说发展不平衡,产品总体水平较低。工艺装备落后,组织协调能力差。大多数企业开发能力弱,创新能力不足。供需矛盾一时还难以解决。体制和人才的问题解决还需要时间。
为此,学习、研究塑料模具具有其意义。通过本次毕业设计对塑料模具相关知识进
一步的巩固和学习。通过分析塑料分型面、进料点位置,拔模斜度和顶出机构等一系列问题,对模具结构进行合理设计。并结合相关软件的应用,实现优化模具设计。
1.2 选题意义图表 1
由于新材料、新工艺、新技术的不断发展,促使模具设计技术不断进步,对模具设
计的要求越来越高,对磨具设计人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。通过各种渠道培养更多的模具人才,搞好技术创新,是不断提高我国磨具师和制造以及维修的一个关键途径。
这次的毕业设计通过对一个热水壶底座的塑料产品和其模具的设计,锻炼对塑料产
品的设计和成型工艺的选择能力;塑料产品成型模具的设计能力、塑料产品的质量分析和工艺改进能力、塑料模具结构改进设计能力,熟悉了模具设计中经常使用的商业软件。
1.3设计任务
1.热水壶底座设计:采用美的事国PTC 公司研发的软件Pro/ENGINEER设计出该产品
的3D 图,在选择该塑件的材料为ABS 的前提下,通过德国西门子公司提供的软件UG 来导出相应的模架图;
2.产品工艺性分析:分析热水壶底座的结构,看塑件是否能顺利完成注射、冷却、脱模过程,成型强度、刚度以和使用寿命是否满足正常使用的要求,找出不足之处,对热水壶底座作出结构上的修正,直到满足这些条件为止;分析产品的最佳浇口位置在哪,流动是否平衡;
3.注塑设备选择:根据现有的设备,通过计算说明从中选择合适的注塑设备;
4.确定分型面:根据塑料件的几何形状,尺寸精度上的要求,加上脱模方式等选择
合适的分型面;
5.选择模架:模架为标准件,根据相应的磨具尺寸选择合适的即可;
6.浇道系统设计:通过分析确定流道系统的设计参数和要求和浇口位置;
7.成型件设计:合理的设计成型零件,确定模腔的数量和其排列方式, 塑件需要用
到外侧抽芯, 所以这里还要设计抽芯件;
8.冷却系统设计与计算:冷却水孔的位置及其数量与冷却效果有着密切的关系,在
确定的同时,应尽可能地靠近型腔但不能发生干涉;
9.抽芯机构设计:热水壶底座采用的是侧滑块侧向抽芯机构;
10.绘制2D 模具图纸,包括模具的装配图纸和成型零件的图纸。
2 塑件的工艺性分析
2.1 塑件的分析
2.1.1塑件的结构
塑件结构如图2-1(2D 图)和2-2(3D 图)所示:
图2- 1 (热水壶配件2D 图)
图2- 2(热水壶配件3D 图)
整个塑件的结构以及其表面形状较为简单,主要的壁厚尺寸是2mm ,中间衔接部分
以小圆弧过渡。塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷,表面挺括清晰,无飞边,无明显收缩痕迹,脱模斜度28°-1°。
2.1.2 壁厚分析
塑件的壁厚对塑件质量的影响非常的大。壁厚太小了,充模困难;壁厚太大了,即浪
费原料,又会增加冷却时间,更重要的是塑件会产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。本材料为ABS, 查相关手册,壁厚在其最小壁厚范围之内,所以非常合理。
2.1.3 圆角分析
为了避免应力集中,提高塑件的局部强度,改善熔体的流动情况且便于脱模,在塑
件各内外表面的连接处,应采用圆弧过渡。塑件的圆角半径一般不小于0.5mm 。其设计原则:一般外圆弧半径应是厚度的1.5倍,内圆弧半径应是厚度的0.5倍。
2.2 塑件的材料分析
关于ABS 材料的介绍: 全名 :丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物
英文名称:Acrylonitrile-butadine-styrene (简称ABS)
2.2.1 ABS工程材料的性能分析
ABS 是一种由丁二烯、苯乙烯和丙烯腈三种化学单体合成的材料。每种单体都具有
不同特性:丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯具有易加工、高光洁度和高强度;丙烯腈有高强度、热稳定性和化学稳定性。从形态上看,ABS 是一种非结晶性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS 的特性主要取决于三种单体的分子比率以和两相中的分子结构。这就在产品设计上具有很大的灵活性,并且因此而产生了市场上百种具有不同品质的ABS 材料。这些不同品质的材料提供了其特有的特性,例如从中等到高等的抗冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS 材料具有超强的易加工性,外观特性,低蠕变性和优异的尺寸稳定性以和很高的抗冲击强度。
ABS 是一种无毒,微黄色综合性能十分良好的树脂,在比较宽广的温度范围内具有较
高的冲击强度,热变形温度比PA 、PVC 高,尺寸稳定性好,收缩率在0.4%-0.8%范围内,若经玻纤增强后可以减少到0.2%-0.4%,而且绝少出现塑后收缩。同时ABS 具有良好的成型加工性,产品表面光洁度很高,且具有良好的可涂装性和染色性,同时可电镀成多种色泽。
2.2.2 ABS的注射成型过程和工艺参数
1) 注射成型过程
(1)成型前的准备。干燥处理:ABS 材料具有吸湿性,要求在生产加工之前对其进行
干燥处理。建议干燥条件为80~90℃下干燥不得少于2小时。材料温度应保证小于0.1%。熔化温度:210~280℃;建议温度:245℃。模具温度:25~70℃。(模具温度会对塑件光
洁度照成影响,温度较低的时候会导致光洁度较低)。注射压力:500~1000bar 。注射速度:中高速度。
表2-1 ABS 的性能参数
(2)注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后,由模具的浇注系统进入模具的型腔成型,其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。
2.3 塑件模流分析
2.3.1 分析的总体结果
表2-2采用Moldflow 软件进行模流分析,分析的结果如下:
表2-1 总体参数 2.3.2 分析结果的图片
分析结果的图片如下所示:
图2- 3 最佳浇口位置 图2- 4 剪切应力
图2- 5 填充结束时的冷冻层因子 图2- 6填充结束时的压力
图2- 7 填充结束时的总体温度 图2- 8填充区域
图2- 9充填时间 图2- 10达到顶出温度的时间
图2- 11顶出时的体积收缩率 图2- 12冷冻层因子
图2- 13 剪切速度,体积 图2- 14料流量
图2- 15流动前沿温度 图2- 16流动速率,柱体
图2- 17 气穴 图2- 18 缩痕,指数
图2- 19 锁模力 图2- 20锁模力质心
图2- 21 体积收缩率 图2- 22推荐的螺杆速度
图2- 23 心部取向 图2- 24压力
图2- 25 注射位置处压力 图2- 26 总体温度
2.3.3 模流分析结论
1. 浇口位置选择:本设计实际的浇口位置不是选在模流分析中最佳浇口的位置处,而是开设在热水壶配件的侧壁上,把进料浇口设计在此处的原因是:虽然经模流分析所得最佳浇口位置应该是塑件的上端圆环柱的中心处,即图2-4中的蓝色显示的那一块。
困气现象:注射过程中会存在一些气体不能够很好的排除而困在模腔里面,使得流体不能够填充满整个模腔,因此需要在某些位置开设排气槽进行排气,图2-17所示即为模流分析中粉色的地方是易出现气穴的地方,显然可以看出气穴大都是集中在了型腔的内部,并未在塑件的表面上,这是由于熔体填充的过程当中,由于熔体的流向和重力作用致使气穴留在下方,其解决方法是在型芯处,在强度满足的前提下,尽量多的布置推杆,利用推杆与模板的配合间隙来排气和分型面上开设排气槽排气;当然,有些气穴分布在塑件的表面,这些地方一定要注意好排气,在分型面上开设足够的排气槽,从而用以完全排气,以免影响其表面质量。
冷却收缩现象:该塑件表面上安放了两根冷却水道,直径为10mm, 动模板上未安装,因考虑到动模板上有许多顶杆需安装,若再安装水道,可能会产生干涉或者空间位置不足的现象,由模流分析结果可知,塑件因冷却不均所产生的翘曲非常小,满足塑件的进度要求。
小结:经模流分析可得,本次的模具设计在很大的程度上都符合要求,具有一定的可行性和实用性。
3 模具总体结构设计
3.1 确定型腔数目和其排列方式
3.1.1 型腔数量的确定
虽然该塑件的精度要求不高,但是尺寸比较大,尽管为大批量生产,同时,考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系,只能采用一模一腔的结构形式。
3.1.2 型腔排列形式的确定
由于该模具选择的是一模一腔,其型腔中心距确定见图和其说明,由于塑件体积大故流道采用对称排列。如图3-1所示。
图3-1型腔的排列形式
3.2 确定分型面
分型面直接决定了模具结构形式的,它与模具的模具的制造和整体结构有着密切的关系,也直接影响着塑料熔体的流动特性和塑料的脱模效果。
由于分型面得选择受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性和精度、形状以和推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等好多因素的影响,因此在选择分型面时应综合考虑。
选择分型面时一般应遵循下面的几项原则:
1、分型面应选在塑件外形轮廓最大处,这样可以保证塑件难呢过从型腔中顺利脱出;
2、确定有利的留模方式,这样可以让塑件顺利脱出;
3、保证塑件的精度要求,通过应尽可能设置在同一半模具型腔内可以实现;
4、满足塑件的外观质量要求,选择分型面时不能对塑件的外观产生不利影响,同时
也不能在分型处所产生飞边,要能轻易修整清除;
5、为了便于模具加工制造应尽量选择易于加工的分型面如平直分型面;
6、对成型面积的影响,选择分型面时应尽量减少塑件(型腔)在合模分型面上投影面积,以保证拥有可靠的锁模力不能超过注塑机规定的最大允许的成型面积与锁模力,避免涨模溢料现象;
7、排气效果,分型面应该尽量选择在型腔进行充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁上;
在实际设计中,不可能一下子满足全部上述原则,我们要抓住主要因素,在此前提下确定更为合理的分型面。
根据以上原则,该磨具的分型面如下图3-2分型面所示
:
图3-2分型面
3.3 确定浇注系统结构
3.3.1 主流道形式和位置
主流道的结构
1. 整体式主流道
这是一种最简单的主流道模式,是在定模板有整体构成中加工而成,其加工最简单,多适用于简单模具。
2. 组合式主流道
如果定模是由两块模板组成,主流道也可在两块模板上分别加工,再组合在一起而成,此形式简单,但要注意保证其同轴度。
3. 衬套式主流道
这是目前最常用的主流道结构之一,是镶于模板中跟浇口套类似,适用于所有注塑模具,这种形式,便于加工、拆卸和热处理
主流道的设计原则:
(1)为了方便于浇注系统的凝料从主流道中拉出,主流道多设计成圆锥形,其锥度角为2~4度,对于流动性差的熔料,锥角可取3~6度。
(2)主流道大端呈圆角,常以1~3㎜作为其半径r ,这样可以减少熔料在转向过度
时的阻力。
(3)主流道的长度应尽可能短,可以减少主流道的凝料,减小压力损失,主流道的 长度一般应小于80㎜。
(4)为了使熔融塑料能从喷嘴处完全进入主流道而不溢出,应使主流道与注塑 机的喷嘴紧密对接,其对接处常设计成半球形凹坑,略大于其喷嘴头半径。
(5)主流道的表面应加工尽量光滑,来避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺。
(6)对于流动性好的塑料,如PE 等,主流道的尺寸可相应小些,而对于流动性差
的塑料,如PC 、PS 等,主流道的尺寸应相应大些。
根据以上原则,可以初步将主流 道设计成圆锥型,其锥角度数为2º~4º。内壁粗糙度Ra 为0.4。分流道截面设计成圆形截面,易于加工,且热量损失与压力损失相对较小,是一般常用形状。
3.3.2 分流道的设计
分流道主要对进入模具的熔料起分流作用,多型腔的模具一定要设置分流道,而且如果是大型塑件单腔成型,若采用多浇口进料,也需要设置分流道。
1). 影响分流道设计的因素:
(1)产品所要求的几何形状、壁厚、尺寸大小和尺寸的稳定性、内在质量和外观质量要求。
(2)塑料的种类、亦即塑料的流动性、熔融温度与熔融温度区间、固化温度以和收缩率。
(3)注射机的给定压力、加热温度和注射速度。
(4)主流道和分流道的拉料方式和脱落方法。
(5)型腔的位置放置、浇口位置和浇口形式的选择 。
2). 分流道的设计原则:
(1)熔体必须要用最短的路径快速射入型腔最大减小热量和压力损失,;
(2)熔料从各个浇口进入型腔的温度和压力保持一致,用以保证各型腔中产品的收缩率相同;
(3)分流道的转折处应以圆弧过渡,与浇口的连接处用斜面过度,以利熔料的流动;
(4)在保证足够的注射压力情况下,分流道的截面和长度应尽量取最小值;
(5)尽量保证各型腔速度一致,同时充满,并均衡的补料,确保同模各塑件的性能、
尺寸尽可能一致;
(6)各型腔之间留有适当的距离,留有足够的空间排布冷却水道、螺钉等,并有足够的截面积承受注射压力;
(7)型腔和浇注系统投影面积的重心应一般在模板的中心上,并且尽量接近注塑机锁模力的中心,。
3). 分流道的截面形状
分流道常用的截面形状有圆形、U 形、梯形、矩形等。在选择截面形状时,要把热量损失、流动阻力、加工难度等几方面的因素综合考虑到。分流道的理想状态是其中心线与浇口中心线位于同一直线上,用以保证熔料在流道中流动时,与模具接触的塑料冷凝固化,起绝热作用,熔料仅在流道中心流动。
在此采用圆形断面分流道, 分流道截面尺寸越小,流动阻力越小,热损也失越少。圆形截面分流道的直径可根据塑件的流动性等因素来确定, 该塑件采用ABS 料,流动性较好, 选用分流道直径为4mm 。
3.3.3 冷料穴的设计
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上,其作用就是存放料流前峰的“冷料”, 防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝;此外,在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。 在熔料流动方向的转折位置设置冷料穴,并迎着上游的熔流,它的长度是浇道直径的
1.5-2倍。
3.3.4 确定浇口形式和位置
浇口也就是进料口,作为浇注系统中截面尺寸最小的它,却是浇注系统的关键部位,是除直接浇口外连接分流道与型腔的通道。对塑件性能和质量影响很大的因素还有浇口的位置、形状和尺寸。浇口作用是以较快速度把来自流道的熔融塑料进入并充满型腔。浇口的设计还与塑件的形状、截面尺寸、模具结构、注射工艺参数和塑料各方面性能等因素有关。如果浇口设计不合理会使塑件出现各种质量缺陷,如憋(困)气、收缩、银丝(夹水纹)、分解、波纹、变形等。
一般而言,浇口截面尺寸宜小些。小浇口可以增加塑料熔体流速,并且料流经过小浇口时产生很大摩擦热而使料温升高,降低表观黏度,有利充填。另外小浇口固化快不会产生过量收缩而降低塑件内应力,同时可缩短注射成型周期,便于浇口去除。
为了提高成型效率,采用侧浇口,并避开产品高光亮区域。
3.4 确定推出方式
按照塑件的推出痕迹采用圆柱型推杆推出。
优点:圆柱形状的推杆和推杆孔容易加工,配合精度也容易控制,易于保证其互换性,并且易于更换,而且它还具有滑动阻力小,不易于卡滞等。
3.5 确定导向机构
塑件为大批量生产,且塑件材料为ABS ,为了让模具在合模的时候能够准确定位,以防型腔和型芯位置偏移,导致型腔或者型芯磕碰而损坏,提高模具的寿命,所以在本次的模具设计中,选用导柱、导套导向的定位导向机构,由于零件有一些小地方不易脱出,为使模具在开模时顶杆能顺利顶出零件,减少顶杆与模板的碰撞与摩擦,提高模具寿命,所以用八根导柱对顶杆进行导向。
3.6 确定温度调节系统
3.6.1 注射模冷却系统设计原则
1). 冷却水道应该多设置点、横截面大一点。
2).冷却水道到型腔表面的距离应尽量保持一致,在塑件壁厚均匀的地方,冷却水道到型腔表面最好距离相等,但是在当塑件不均匀的地方,厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些,间距也可适当小一些。一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm ,常用12-15mm.
3) .浇口处加强冷却,塑料熔体充填型腔过程中,浇口附近温度最高,离得越远温度就越低,因此浇口附近应加强冷却,通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近,使浇口附近的模具在较低温度下冷却,而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温
水作用下冷却。
4) .冷却水道出、入口温差应尽可能的小,如果冷却水道长了,则冷却水出、入口的温差就比较大,容易使模温不均匀,所以在设计时应引起关注。
5) . 冷却水道应沿着塑料收缩的方向来设置
6) .合理确定冷却水管接头位置。为不影响操作,进出口水管接头通常设在远离注射机的模具同一侧。
7) .冷却系统的水道设计时必须避免与模具上其它机构(如推杆孔,小型芯等)发生干涉现象,设计时要通盘考虑。
8) .冷却水道的水管接头要埋入模板内,以免在模具运动的过程中造成损坏。
冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位,以免产生熔接痕,降低塑件强度;冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为10mm 左右,不小于8mm 。根据此套模具结构,采用孔径为10mm 的冷却水道。
3.6.2 冷却系统的结构设计
根据厂家给出的塑料产品的形状和设计过程中所需的冷却效果,冷却回跟可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋式、喷射式、隔板式等多种样式,同时还可以互相配合,构成各种冷却回路。这里选择直通式冷却回路。具体的水路冷却系统详见装配图。
3.7 排气系统的设计
当塑料熔体充填型腔过程中,必须按一定的先后排出型腔和浇注系统内的空气和塑
料因为受热产生的气体。如果气体不能被完全排出,塑料会因为填充不足所以出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷,甚至气体受压而产生高温,使塑料焦化。特别是对大型塑件、容器类和精密塑件,排气槽将对它们的品质带来很大的影响,在高速成行中排气槽的作用更加的重要。
注塑模的排气方式通常有以下的三种方式:
1. 利用间隙配合排气:对于型腔比较简单的小型模具来说,可以从推杆、活动型芯、活动镶件以和双支点固定的型芯端部与模板的配合间隙来排气,这种类型的排气形式,其配合间隙不能超过0.04mm ,一般为0.03-0.04mm ,视成型塑料的流动性好差而定;
2. 在分型面上开设排气槽:分型面上开一个用来排气的槽是注塑模排气的主要形式。但在设置分型面上的排气槽的时候,一定不能将排气槽设置的地方朝向操作人员,以防止熔料在高压作用下而从排气槽中溢出,造成事故;
3. 利用排气塞排气:假如型腔最后填充的部位不在分型面上,在它的周围又没有活动型芯或推杆,可在型腔深处镶入排气塞,排气塞上所开槽的深度为0.03-0.04mm ,根据塑料流动性的不同进行选取。
在本次的模具设计中,选择的主要排气方式是利用配合间隙来排气,主要的地方是推杆与型芯的配合之处,活动型芯与型芯的位置关系等,选择的间隙为0.03mm 。
而在分型面上的排气槽可以在模具加工的时候,模具师傅可以根据型芯的布置情况在分型面上适当的开一些深度为0.02mm 的排气槽。
利用以上几种排气方式,就能使得气体顺利排出了。
3.8 确定模具支撑零件结构
本套模具的支撑零件和其他一般的塑料模具的支撑零件基本相同,查阅《塑料模具设计指导》P107表7-1,模具支撑零件包括:定模板、动模板、支撑柱、动定模座板、顶杆固定板、垫块等,其具体结构、尺寸、表面粗糙度和形位精度要求见模具装配图和各零件图。结构如下图3-3所示:
图3-3 模具结构总装图
4 模具零件结构尺寸设计
4.1 初选设备
4.1.1 计算塑件体积和重量
由Pro/E件可计算得塑件的近似体积得:
体积V = 34992.9694 毫米^3
密度 取 1.05g/cm3
换算一下为体积V=35.0cm3 ,质量M=36.75g
4.1.2 注射机的选择和型号和规格
塑件的体积=35.0cm3加上凝料的体积
选择注射机型号为: XS-ZY-125
XS-ZY-125注射机的技术规格如下:
型号: XS-Z-125
额定注射量(cm3) : 125
螺杆直径(mm): 42
注射压力 (MPa): 120
注射行程(mm ): 115
注射时间(s ): 0.7
锁模力kN ): 900
最大成型面积(cm 2): 320
最大开(合)模行程(mm ): 300
动定模固定板尺寸(mm ): 428x458
模具最大厚度(mm ): 300
模具最小厚度(mm ): 200
喷嘴圆弧R (mm ): 12
喷嘴孔径d (mm ): 4
4.1.3 校核注射机的有关参数
1) 注射机容量校核
塑件成形所需的注射总量不能比所选注射机的注射容量大。注射容量以容积(cm 3)来表示,塑件体积(包括浇注系统)要比注射机的注射容量小,其关系按4-1式校核
V 件≤0.8V 注 (4-1)
式中
V 件 ———塑件和浇注系统的体积(cm 3);
V 注 ———注射机注射容量(cm 3);
0.8 ———最大注射容量利用系数。
在这个设计中,
V 件=35.0 cm3
V 注=125cm3
35.0
所以在注射机注射容量方面完全满足了要求。
2) 注射机锁模力校核
模具所需的最大锁模力不能比注射机的额定锁模力大,其关系按4-2式校核
p 腔F≤p 锁 (4-2)
式中
p 腔 ——— 模具型腔里的压力,一般取40~50Mpa ;
F ——— 塑件与浇注系统在分型面上的投影总面积(mm 2);
p 锁 ——— 注射机额定锁模力(N )。
在这个设计中
p 腔 = 40 Mpa
由proe 软件计算得出
F = 14741mm2
p 锁 = 900 kN
p 腔F = 40 × 106 ×14741×10 9 = 589.64(kN)
所以在注射机的锁模力方面也完全满足要求。
3) 注射机注塑压力校核
塑件所需的注射压力应不能比注射机的额定注射压力大,其关系按4-3式校核
p 成 ≤ p 注 (4-3)
式中
p 成 ——— 塑件成形过程所需的注射压力(Mpa );
p 注———所选注射机的额定注射压力(Mpa)。
在这个设计中
p 成 = 80 Mpa
p 注 = 120Mpa
显然,80
4) 注射机模具厚度校核
模具在闭合的时候的厚度应位于注射机动、定模板的最大闭合高度与最小闭合高度范围之内,其关系按4-4式校核
H 最大 < H 模 < H 最小 (4-4)
式中
H 最大 ——— 注射机要求的最小模具厚度(mm );
; H 模 ——— 模具在闭合时候的厚度(mm )
。 H 最小 ——— 注射机要求的最大模具厚度(mm )
在这个设计中
H 最大 =200 mm
H 模 =261 mm
H 最小 = 300 mm
显然,200
所以在注射机模具厚度要求方面也满足。
5) 注射机最大开模行程校核
塑件所需的开模距应不能比注射机的最大开模行程大。对在液压机械联合锁模的立式、卧式注射机上使用的一般浇口模具,关系按4-5式校核
H 1 + H 2 + 5~10mm ≤ s (4-5)
式中
H 1 ——— 脱模距离(推出距离) (mm );
H 2 ——— 塑件高度(包括浇注系统)(mm );
S — 注射机模板行程(mm )。
在这个设计中
H 1 = 40 mm
H 2 = 88mm
S = 300mm
H 1 + H 2 + 10 = 40 + 88 +10 = 138 mm
138
因此,在注射机模板行程方面也满足要求。
4.2 顶出机构复位方式的确定
模具在合模过程中,为了防止在上下模板已处于合模状态的时候,但是推杆却还没有复位,这样就会导致推杆与型腔相撞,导致型腔和推杆都有不同程度的损坏,所以添加了复位杆复位的装置。同时提高了模具的寿命。
4.3 动、定模导向机构设计
为保证塑料注射模具的动模与定模在正确位置上移动,所以选用普通的导柱、导套导向机构。
导柱:国家标准规定了两种导柱的结构形式,一个是带头导柱另外一个是有肩导柱,大型而长的导柱应开设油槽,内部放置润滑剂,以减小导柱导方向上运动时的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量,特别对于大型、精密的模具,导柱的直径需要进行强度校核。
导套:导套可以分为直导套和带头导套,直导套装入模板后,应设计有防止被拔出的装置,带头导柱轴向固定相对容易。
1)导柱的直径应根据模具具体的尺寸来确定,在保证模具具有足够的抗弯强度的条件下,根据标准模架选用φ25的导柱和φ35的导套。
2)导柱导套的安装形式:导柱滑动部分按H7/h6的间隙配合来安装,导柱的固定部分与
模板孔采用H7/r6的过渡配合来安装,导套与模板孔采用H7/r6配合来安装,另一端采用H7/e7的配合镶入模板来安装。
3)导柱应表面坚硬耐磨、内芯应该坚韧不易断裂。因此导柱多采用低碳钢淬火处理或碳素工具钢T8A 或T10A 经淬火处理,导套采用淬火处理的T8A 。
4.4 设计斜导柱侧向抽芯机构
4.4.1 设计导滑槽结构
侧滑块是斜导柱侧向分型与抽芯过程中的一个至关重要零部件,一般情况下,它与侧向型芯(或侧向成型块)组合成侧滑块型芯,称为组合式。在侧型芯简单且易加工的情况下,也有将侧滑块和侧型芯制成一体的,称为整体式。如果整体式的结构也损坏了,就只能再重新加工,不经济也不实用。
所以在本次的模具设计中,采用的是组合式的侧抽芯机构。其导滑槽的结构采用螺钉固定,也就是单独加工一个导滑槽,再在模板对应位置加工放置导滑槽的孔,装配时将其与模板用螺钉固定即可,其导滑槽的结构形式见下图
4-1.
图4-1 导滑槽结构形式(螺钉未标出)
在整个侧抽芯的机构中用于限制侧滑块的运动路径的结构见图4-2
图4-2 限制侧滑块的运动路径的结构
4.4.2 设计斜导柱结构
在斜导柱的设计时,其直径大小为15mm ,在斜导柱的角度设计时,考虑到其最常用的倾斜角度为15︒≤α≤22︒。斜导柱的倾斜角α取22033' 比较理想,所以这次的斜导柱倾斜角取值为220,而孔径大小为 ,这样的结构形式,可以使得在合模的时候,斜导柱能轻松进入对应的侧滑块的孔内,在合模时斜导柱与侧滑块是不用配合的,只有外侧的
一边接触而已。
4.4.3 设计侧型芯结构
在本次设计中,一共有两处地方需要使用侧滑块的结构,两滑块呈中心对称分布。 两个侧型芯与导滑槽的具体结构三维图如下图4-3所示。
图4-3 侧抽芯机构
4.4.4 设计楔紧块结构
注射成型时,假若没有楔紧块,当型腔内的熔融塑料以很高的成型压力作用在侧型芯和侧滑块上的时候,会使得侧滑块发生侧移产生位移,侧滑块的侧向移动将力作用在斜导柱上,导致斜导柱产生弯曲变形;另一个方面,由于斜导柱与侧滑块的斜导柱孔采用的是较大的间隙配合,即单边留有0.5mm ,侧滑块的后移也会影响到塑件的精度尺寸,所以,合模注射时,必须要设置锁紧装置以锁紧侧滑块,而该装置即为楔紧块。
在本次模具设计中,注意到了楔紧块的斜角(即楔紧角)应大于斜导柱的倾斜角,否则开模的时候,楔紧块会影响到侧抽芯动作的进行。当侧滑块抽芯方向垂直于合模方向时,楔紧角=斜导柱倾斜角+2︒~3︒。
由于先前设计的斜导柱的倾斜角为22o ,所以楔紧块的楔紧角为24o 。
在楔紧块的安装问题上,是将其在A 板对应的位置上挖去一个相应大小的槽,再将楔紧块以H7/f6的间隙配合形式压入到A 板中,再用螺钉和销钉固定,其结构形式如下图4-4所示:
图4-4 契紧块
图4-5楔紧块
5 成型零件设计
5.1 计算成型零件工作尺寸
这次产品采用的是ABS 产品,属于大批量生产的小型塑件,平均收缩率为0.6%。采用高精度,查表选择5级精度。
当塑料制件尺寸较小、精度级别较高时可用以下公式计算:
型腔:(l m ) +δz 0=[(1+S ) l s -0.75Δ]+δz 0
式中 l m ----模具型腔的基本尺寸
δZ ----模具的制造公差
S ----塑料的平均收缩率
l s ----塑件的基本尺寸
Δ ----塑件规定的公差值 0(l m ) 0=[(1+S ) l -0.75∆]-δs -δz ; z 同理型芯:
实际应用中通常不采用以上方法,直接在UG 里分模时设定好收缩率,型芯型腔的内部尺寸就出来了。型芯型腔的外部尺寸参照下图5-1。
图5-1 产品同模仁大小参考图
型腔3D 图见下图5-2。
宁波工程学院毕业设计(论文)
图5-2型腔3D 图
型芯3D 图见下图5-3。
5-3型芯3D 图
第七章 总结
6 模具2D 装配图
6.1 热水壶配件模具2D 图:
6-1
图
7 总结
经过这次对于注射模系统的设计,我更加的了解了注射模的结构和各工作零部件的设计原则和设计关键,达到了能明确和掌握塑料模具设计的整体过程的能力和知识目标。
在进行塑料产品的模具设计过程中首先要对成型产品进行分析,再考虑浇注系统、型腔的分布、导向推出机构等一系列的步骤。通过产品的零件图就可以了解产品的设计要求。对形态复杂和精度要求较高的产品,要先了解产品的使用目的、外观和装配要求,以便从塑料品种的流动性、收缩率,透明性和产品的机械强度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面综合考虑注射成型工艺的可行性和经济性。模具的结构设计要求经济合理,掌握了各种注射模具的设计的普遍的规律,可以缩短模具设计周期,提高模具设计的水平。在设计的过程中,理论与实践相结合,将所学的知识应用到实践中,通过这次注塑模具的设计,熟悉了基本的设计流程,掌握了一些简单的设计技巧。更重要的是进一步锻练和加强统筹协调、全盘周到地考虑问题的能力,为今后的工作学习都打下了坚实的基础。也肯定会对今后的发展产生深远积极的促进。
回想这段设计经历,我从中学到了好多。但是由于毕竟本人还只是一个学生,学历和经验都不够,所设计出来模具可能会存在着一定的问题,还望老师见谅!
同时,本人也坚信通过这样的一次机会一定会为本人以后在模具设计的机械道路上走得更高!更远!
在此,感谢同学和老师们的帮忙,才能让我顺利完成,谢谢!
8 设计存在的问题与解决设想
本次模具设计中,由于时间或者是能力的不足,可能还存在着一定的问题,其中主要的问题体现在如下两个方面:
1. 模流分析结果没有能发挥最大的功能。
问题:理论上,模流分析可以优化模具设计的各个方面,如浇口位置、注塑压力、注塑温度、浇注系统平衡优化、冷却系统优化等等。而在本次设计当中,并没完全使用模流分析软件的各个功能,只是应用了其中的小部分功能,但并未完全发挥其功效。
原因:自己的个人能力有限,并未能将模流分析真正融会贯通,以至于没有完全运用其所有功能;其次是模流分析软件毕竟只是一种模拟分析软件,可能软件本身就存在一些问题,有些参数跟实际的还是有些出入,也就是并不能完全依赖从模流分析中分析出来的结果,需要我们结合自身的工作经验来完善它。
解决设想:一是加深对模流分析软件的认识,使得设计人员能够很好的使用该软件;二是希望能有更加贴切、更加准确可靠的分析软件,或者是在不同的分析软件上进行分析,对比不同的分析结果,这样能够得到更加可靠的数据。
2. 绘图软件之间的转换效果差。
问题:从UG 转换成AutoCAD 的二维平面图时,转化的效果比较差。如应该为圆的地方在AutoCAD 中一开始显示的是八方形,显示效果差,虽然能通过一些设置重新生成质量稍好的,但是仍然不尽人意,致使画图时难以辨别。
原因:软件之间的数据转换问题
解决设想:一是尽量的使用单一软件,这样就不存在转换质量的问题;但是由于软件各有所长,UG 擅长于三维,而AutoCAD 二维功能强大,只是希望相关机械软件升级,或者可以对他们进行二次开发,专门针对这个问题开发出解决此问题的平台。
致 谢
在此,我特别感谢我的指导老师老师,因为我在做设计中遇到很多的问题总是麻烦赵老师,但他总是很耐心的解答我的疑问。另外每周都抽出固定的时间来指导我们,会不定时的关心询问我们毕业设计的进度,同时还会根据我们每个人的不同制件存在的不同问题提出侧重点,让我们能沿着主要的方向设计。
当然也要非常的感谢我的同学,没有他们的帮助,我也不会那么顺利的完成毕业设计,再次向大家致谢了。
在即将离别之际,忠心的祝愿机械学院的所有老师工作顺利!
2014.05.4
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