带密封环卡座注塑模具设计.doc
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1、本科生毕业设计(论文)目 录第一章 绪 论- 1 -第二章塑件成型工艺分析- 2 -2.1 塑件的分析- 2 -2.2 塑件的结构及成型工艺性分析- 2 -2.2.1 结构分析- 2 -2.2.2 成型工艺性分析- 2 -2.3HIPS的性能分析- 3 -2.3.1 什么是HIPS- 3 -2.3.2 HIPS的主要性能特点- 3 -2.3.3 HIPS的成型工艺性能- 4 -第三章选择注射机及相关参数的校核- 5 -3.1概述- 5 -3.2型腔数量及排列方式选择- 5 -3.2.1 分型面位置的确定- 5 -3.2.2 型强数量和排位方式的确定- 5 -3.3注射机选择- 6 -3.3.1
2、注射量计- 6 -3.3.2选择注射机- 7 -3.3.3注射机相关参数的校核- 8 -第四章 浇注系统设计- 9 -4.1浇注系统设计- 9 -4.1.1主流道的设计- 9 -4.1.2分流道的设计- 11 -4.1.3冷料穴的设计- 12 -4.1.4浇口设计- 13 -4.2浇注系统凝料体积计算- 14 -4.3浇注系统各截面流过熔体的体积计算- 15 -4.4剪切速率的校核- 15 -4.4.1确定适当的剪切速率- 15 -4.4.2确定体积流率- 15 -4.4.3注射时间的计算- 16 -4.4.4校核各处剪切速率- 16 -第五章 模具成型零部件设计- 18 -5.1成型零件的工
3、作尺寸计算- 18 -5.2成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算- 20 -5.3 成型零件的创建- 21 -5.4成型零件的结构设计- 24 -第六章 模架的确定和标准件的选用- 25 -第七章 合模导向机构的设计- 27 -第八章 脱模推出机构的设计- 28 -第九章 侧向分型与抽芯机构的设- 31 -9.1侧向分型与抽芯机构类型的确定- 31 -9.2斜导柱抽芯机构的设计- 31 -第十章 排气系统的设计- 35 -第十一章 温度调节系统的设计- 36 -第十二章注射机安装尺寸的校核- 39 -12.1最大与最小模具厚度的校核- 39 -12.2开模行程校核- 39 -12.3模架尺寸与注射
4、机拉杆内间距校核- 39 -第十三章成型零件的制造工艺- 40 -13.1 定模型芯的制造工艺过程- 40 -第十四章 模具工作过程- 42 -第十五章 结 论- 43 -参考文献- 44 -致谢- 45 - 42 -第一章 绪 论由于塑料产品有很多的优越性能,目前世界上塑料的体积产量已经赶上和超过了钢铁,成为当前人类使用的一大类材料。注射成型是塑料制品的主要成型方法之一,全世界约有30%的塑料原材料是用于注射成型的。因此研究注射成型工艺在模具行业中有着相当重要的作用。将塑料成型为制品的工艺有三个要素:原材料、成型设备及工艺条件、成型模具。在现代塑料制品的成型加工中,合理的加工工艺、高效率的设
5、备和先进的模具,被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是塑料模具,其对实现制品加工工艺的要求、制品的使用和外观造型,都起着无可替代的作用。就是高效全自动的设备,也只有与具有自动化生产功能的先进模具相配合,才能发挥其应有的效能。此外,塑料制品的生产与产品更新均以模具设计制造和更新为前提。在现代工业发展的进程中,模具的地位及其重要性日益为人们所认识。据有关专家统计,在全世界所有的制品中约有75%以上是用模具来成型的(包括金属、陶瓷和玻璃等材料的制品)。因此,从这一意义上来说,“模具是产品之母”是不争的事实。也可以说,没有模具就没有产品。模具工业作为进入富裕社会的原动力之一,正推动着整个工业技术
6、地进步。近年来,我国塑料模具在设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术方面都得到相应的开发和推广应用。特别是在大型、精密和多型腔注射模具的设计和制造技术方面已取得了很大的进步,模具的寿命明显提高,交贷期也大大缩短。CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,不少厂商和研究开发单位陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统和塑料模具分析软件等。这些系统和软件的引进,在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。但与国外相比仍有较大差距。本次设计运用了现代模具设计
7、中的一个常用软件Pro/E,通过Pro/E中的制造模块进行分模,得出型芯与型腔,并可自动生成数控加工程序,从而实现型芯与型腔的无图化生产,基本达到了现代模具设计的要求。第二章塑件成型工艺分析2.1 塑件的分析塑件三维模型如图2.1所示 图2.1带密封环卡座(1)塑料名称:HIPS(Acrylonitrile-butadiene-styrene 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)。(2)色调:不透明、乳白色。.(3)生产纲领:大批量。2.2 塑件的结构及成型工艺性分析2.2.1 结构分析该塑件为一带密封环卡座,由于工作条件需要,塑件需有较高的强度和刚度,平均厚度约为1.6mm。为了方便与其它零件相连,塑件
8、一侧设计有一个卡座接头。2.2.2 成型工艺性分析(1)精度等级:采用一般精度3级。(2)脱模斜度:查模具设计手册得PP型芯脱模斜度为351,由于塑件壁厚较薄,成型后塑件对型芯的包紧力不大,此设计中取35。由于塑件外形采用瓣合模成型,不需另设脱模斜度。2.3HIPS的性能分析2.3.1 什么是HIPS 根据塑件的工艺性分析可知,本设计选用HIPS 塑料较为恰当。高冲击强度聚苯乙烯是通过在聚苯乙烯中添加聚丁基橡胶的办法而生产的一种抗冲击的聚苯乙烯产品。这种聚苯乙烯产品通过添加微米级橡胶颗粒连接在一起。当受到冲击时,裂纹扩展的尖端应力会被相对柔软的橡胶颗粒释放掉。因此裂纹的扩展受到阻碍,抗冲击性得
9、到了提高。2.3.2 HIPS的主要性能特点 HIPS为乳白色不透明颗粒。热分解温度300。溶于芳香烃,氯化烃,酮类和酯类。能耐很多矿物油,有机酸,碱,盐,不耐沸水。HIPS是最便宜的工程塑料之一,和ABS等相比,材料光泽性较差一些,综合性能也相对差一些。PS的冲击强度很低,做出的产品很脆,PS经改性后,可使冲击性能提高2到3倍。其性能指标见表21.表21 HIPS的主要性能指标性能单位数值密度1.041.06比体积0.911.02吸水率(24h)1000.10.3收缩率(%)0.30.6熔点131165热变形温度150180抗拉屈服强度1448拉伸弹性模量(1.43.1)103抗弯强度357
10、0硬度M2080体积电阻系数大于10162.3.3 HIPS的成型工艺性能1) 使用前的准备工作 对HIPS的色泽、粒度和均匀度进行检验,HIPS成型前须进行干燥,处理温度为,干燥时间2h。2) 注射压力的确定原则 注射压力的大小主要取决于制品的结构和壁厚,一般控制在60120。壁薄流道较长,流动阻力较大时,注射压力可高至130150。壁厚,浇口截面较大,流动阻力小时,注射压力可略低些。注射过程中,保压压力的大小,对制品的表观质量和银丝状缺陷都有较大的影响。压力过小,塑料收缩大,与型腔表面脱离接触的机会大,在温度较高时,制品表面易雾化。压力过大,塑料型腔表面摩擦作用强烈,容易造成黏模。所以一定
11、要调整配好保压压力和保压时间。保压压力为注射压力的30%60%。背压控制得越低越好,背压最高时可采用1.5。螺杆前进速度采用慢速,一般不超过0.550.65m/s。3)注射过程塑料在注射剂料筒内经过加热、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。4)塑件的后处理 退火处理的方法为红外线灯、烘箱,处理温度为70,处理时间为2h4h。5) 注射成型工艺参数(1)注射机:螺杆式 (2)螺杆转速(r/min):48(3)料筒温度(): 前段 170190 中段 170190 后段 140160(4)模具温度():3265(5)注塑压力()
12、:60110(6)成型时间(s):30(注塑时间 1.6,冷却时间取20.4, 辅助时间去8)第三章选择注射机及相关参数的校核3.1概述在对带密封环卡座进行材料选定、成型工艺过程分析和工艺参数大致选定的基础上,根据塑件批量大小、精度要求和塑件的外形结构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型号及安装尺寸的确定。3.2型腔数量及排列方式选择此带密封环卡座尺寸较小,在一个侧面有抽芯且抽芯距较小,又采用瓣合模,适合采用一模两腔的结构。3.2.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析,分型面应该选在截面积最大且有利于开模取出的底面上,其位置如图3.1所示。图3.1 分型面3.
13、2.2 型强数量和排位方式的确定1)型腔数量的确定 由于该塑件的尺寸较小,且为大批量生产,可采用一模多腔的结构形式。同时,考虑到塑件尺寸的关系,以及制造费用和各种成本费用等的因素,初步定为一模两腔结构形式。2)型腔排列形式的确定 由于该模具是一模两腔,其型腔中心距定位60mm,故流道采用T形对称排列,使型腔进料平衡,如图3.2所示。图3.2 型腔数量的排列布置3.3注射机选择3.3.1注射量计(1)塑件品质、体积计算通过Pro/E建模分析,如图3.3所示。图3.3塑件质量属性塑件体积,塑件品质5.47g(取HIPS的密度为),流道凝料的品质还是个未知数,可按塑件品质的0.3倍来估算。从上述分析
14、中确定为一模两腔,故注射量为: 3.3.2选择注射机根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为,由参考文献1式4-18 。根据以上计算,初选公称注射量为,注射机型号为卧式注射机,其主要技术参数如表3.1所示。表3.1 注射机技术参数名称单位数值理论注射容积104螺杆直径30注射压力MPa150注射速率g/s70合模力kN900移模行程300最大模具厚度300最小模具厚度200定位孔直径100喷嘴球直径12拉杆空间260360喷嘴孔直径43.3.3注射机相关参数的校核1)注射压力校核。查参考文献可知,PP所需注射压力为,这里取=100,该注射机的公称压力=,注射压力安全系数1.
15、25于其它安1.4,这里取1.3,则: ,所以注射机注射压力合适。2)锁模力校核 (1)塑件在分型面上的投影面积 (2)浇筑系统在分型面上的投影面积,是每个塑件在分型面上的投影面积的倍。这里取。 (3)塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积,则 (4)模具型腔内的胀型力则 由表3.1可知该注射机的公称锁模力,锁模力安全系数为,这里,则取,所以注射机锁模力满足要求。对于其它安装尺寸的校核要等到模架选定,结构尺寸确定后方可进行。第四章 浇注系统设计通过理论设计、计算机分模和浇口位置计算机模拟相结合的方法,最终确定成形零件工作尺寸和模具的结构形式。4.1浇注系统设计浇注系统是指注射模中从主流道的始端到
16、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之一是浇注系统的设计。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。本设计中根据塑件的结构特点采用一模一腔、潜伏式浇口的普通流道浇注系统,包括:主流道、分流道、冷料穴、浇口中。4.1.1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的顺利拔出。其顶部
17、设计成半球形凹坑,以便与喷嘴衔接,为避免高温塑料熔体溢出,凹坑球半径比喷嘴球头半径大12mm,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,所以设计独立的主流道衬套,材料为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0.51mm,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:(1)主流道小端直径 注射机喷嘴尺寸+(0.51)=4.5(2)主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+(12)=12+1=13(3)球面的配合高度 ,取(4)主流道长度
18、一般由模具的结构确定,对于小型模具L应尽量小于60。本次设计中初取。(5)主流道大端直径,式中=22)主流道的凝料体积3) 主流道当量半径4)主流道浇口套的形式 主流道浇口套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,容易磨损。对材料的要求较严格,因而尽管小型注射模可以将主流道与定位圈设计成一个整体,但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计,以便于拆卸更换。同时也便于选用优质刚才进行单独加工和热处理。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A,热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC。如图4.1所示。定位圈的结构由总装配图来确定。图4.1主流道浇口套5)定位圈的结构形式 根据所选注射机的型号
19、以及浇口套的形状,定位圈的结构形式如图4.2所示。图4.2 定位圈的结构形式4.1.2分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开设在分型面上,起分流和导向作用,分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置,分流道的设计应尽可能短,以减少压力损失,热量损失和流道凝料。1)分流道的布置形式。分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关,有多种不同的布置形式,但应遵循两方面的原则:一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸;另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。该模具采用一模两腔,结合具体的模具结构,采用平衡式分流道,如图4.3所示。2)分流道的长度。结合模具结构,该模具的分流道开设在动模型芯与定
20、模型芯的分型面上,故分流道的尺寸主要受模具型芯尺寸的限制,分流道的长度如图4.2所示。图4.3分流道布置形式3)分流道的截面形状。本设计采用梯形截面,其加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。4)分流道接口尺寸。根据前面计算出的主流道大端尺寸,梯形分流道可等于或大于主流道大端尺寸,为了便于刀具选择,取6mm。分流道尺寸如图4.4所示。图4.4 分流道接口尺寸5)分流道的表面粗糙度。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想,因此分流道的内表面粗糙度并不要很低,一般,这样表面稍不光滑,有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移,使中心层
21、具有较高的剪切速率。此处取。4.1.3冷料穴的设计为避免前端冷料进入分流道和型腔而造成成型缺陷,主流道的对面设冷料穴对于卧式注塑机冷料穴设在与主流道末端相对的动模上。结合模具结构,冷料穴设在动模型芯上。由于本设计采用潜伏式浇口,需设置专门的推出机构脱掉流道凝料,本设计中设计成带推杆推出的圆锥孔冷料穴。如图4.4所示。图4.5 冷料穴4.1.4浇口设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道。它是浇注系统的关键部位,浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。结合浇口选择原则及塑件结构特点,本设计采用侧浇口。浇口具体尺寸一般根据经验确定,取其下限值,然后在试模时逐步修正。(1)浇口的尺寸确定浇口的
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