外螺紋接頭的注塑模設計【塑料注射模具】
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外螺紋接頭的注塑模具設計摘 要此次的設計任務即外螺紋接頭注塑模具設計。產品的 3D 建模，借助 UG 設計軟件創(chuàng)建型腔、活塊以及其他零件，并自動生成所需要的零件工程圖 ；使用草圖和厚度檢測，評估零件；對于模架的設計,利用 UG 模座專家胡波來完成,從標準模架選擇到產品輸出,全部采用 3D 化設計。我在外螺紋接頭模具設計過程中，從零件建模到型腔、型芯的設計、模架設計，直至最后的模具開模動作模擬都充分發(fā)揮了 UG 設計軟件的各個模塊和插件的優(yōu)勢，基本做到了無圖紙化設計。采用一模四腔的設計。注塑機綜 合 注 塑 容 量 、 鎖 模 力 、 最 大 注 塑 面 積 和 模 內 壓 力 等 技 術 參 數(shù) 確定 注 塑 機 型 號 選用海天 160X2A。模座選用龍記，其他標準件選用 Misumi。使用了模具設計軟件——UG，從最初的零件 3D 建模到最后的模具各部分零件的裝配，模座設計,工程圖文件,依靠 UG 的各個模塊,得到合乎設計規(guī)范的工程圖。模 具 的 特 點 是 ： 產 品 需 要 透 光 性 好 。 此外，還對工作零件和注射機有關參數(shù)進行了必要的校核計算。關鍵詞：外螺紋接頭，注塑模具，一模四腔，注 塑 機IAbstract The design task is the design of injection mold for external thread joint.3D modeling of the product, to create a cavity, movable block and other parts are designed by UG software, and automatically generate the required parts drawings; use sketches and thickness detection, evaluation for parts; mold design, mold base by UG experts to complete the Hu wave, the output from the standard mold, all using 3D technology design. I am in the external thread joint mold design process from parts modeling to cavity core design, mold design, mold opening action until the end of the simulation and give full play to the UG design software modules and plug-in advantage, basically no design drawings. The design of the first mock exam four cavity. The injection molding machine integrated injection capacity, clamping force, the maximum injection area and mold pressure and other technical parameters to determine the injection molding machine selection Haitian 160X2A. Mold base selection 'other standards by Misumi. The use of mold design software -- UG, from the first to the last part 3D modeling of the various parts of the mould assembly design, mold base, engineering drawing, rely on the modules of UG, obtained the reasonable design specification of Engineering drawings.The characteristics of the mold are: the product needs light transmittance. In addition, the necessary parameters of the parts and the injection machine are checked and calculated.Keywords: external thread joint, injection mold, the first mock exam four cavity, injection molding machineII目 錄摘 要 ....................................................................IAbstract ...................................................................II第一章 前言 .................................................................11.1 本課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ..........................................11.2 本課題研究的意義和價值 ..............................................11.3 本課題的基本內容，預計解決的難題 ....................................21.4 課題的研究方法、技術路線 ............................................21.5 研究工作條件和基礎 ..................................................3第二章 塑件的分析 ...........................................................42.1 外形的尺寸 ...........................................................42.2 精度等級[4] ..........................................................42．3 塑件的結構設計 ....................................................52．4 塑件尺寸及精度 ....................................................62．5 塑件表面粗糙度 ....................................................62．6 塑件的體積和質量 ..................................................6第三章 注塑機選擇 ...........................................................83.1 初步選定注射機 .......................................................83.2 注射機的相關參數(shù)選擇校核 .............................................93.3 設備的型號及選擇 .....................................................9第四章 成型零件的設計 ......................................................144.1 成型零件的結構設計 ..................................................144.2 澆注系統(tǒng)的設計 ......................................................164.3 成型零部件的結構設計與計算 ..........................................194.4 模架的確定 ..........................................................224.5 側向抽芯機構類型選擇 ................................................23第五章 結論 ...............................................................26參考文獻 ...................................................................28致 謝 ...................................................................290第一章 前言1.1 本課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢到 2010 年，市場規(guī)模達到 860 億美元，其中塑料模約占 40%左右。即使在 2008 年，世界經濟受到金融海嘯的影響而陷入低谷，當年模具行業(yè)產值仍然增長 3.68%。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。而外螺紋接頭的注塑設計作為其中成熟的一部分，無論從工藝、模具設計、材料等方面都已經成熟，競爭日趨激烈。新結構、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)、發(fā)展迅猛。塑料水杯作為日常生活必須的產品，需求量大。同時隨著社會水平的提高。對質量、外形、安全等要求也日益提升。整體來看，無論是在數(shù)量上，還是在質量、技術和能力等方面我國的塑料注塑模具工業(yè)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。高低端塑料水杯產品的差價在 10 倍以上，對于產品質量的控制也要加強。由此而造成對于一些中高檔塑料模具供不應求。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過于求的趨勢。由于塑料零配件形狀復雜、設計靈活，對模具材料、設計水平及加工設備均有較高要求，并不是人人都可以輕易涉足的。專家認為，目前中國與國外水平相比還存在較大差距，眼前需盡快突破制約塑料模具產業(yè)發(fā)展的三大瓶頸：一是加大塑料材料與注塑工藝的研發(fā)力度；二是塑模企業(yè)應向園區(qū)發(fā)展，加快資源整合；三是模具試模結果檢驗等工裝水平必須盡快跟上，否則塑料模具發(fā)展將受到制約?！ ?1.2 本課題研究的意義和價值外螺紋接頭的注塑模設計作為注塑模設計的一個典型，同時又有很大的實用價值，通過對它的研究對于提高模具設備的整體水平具有重要意義。對模具設備的智能化、自動化、準確度、專業(yè)化都有著很大的意義。而目前我國模具行業(yè)理論和實際應用與先進國家相比還有著一定的差距。通過研究實驗轉臺提高設備水平為理論研究和實際應用提供工具保障。促進和推動了我國模具 cad/cam 技術的發(fā)展。有利于理論與實踐的雙向發(fā)展。同時通過本課題的研究為模具設計的更新?lián)Q代和前進發(fā)展打下一定的基礎。同時在前人研究的基礎上完成分形面、靠破孔、澆注冷卻系統(tǒng)、抽芯機構、推出機構設計，使得本人具有綜合運用多學科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題的能力。使得理論認識深化、知識領域擴展、專業(yè)技能延伸。為以后的工作打下一定的基礎。11.3 本課題的基本內容，預計解決的難題1.3.1 本課題的基本內容:1. 根據(jù)材料的特性及制品的結構對制件進行工藝分析，制定設計方案：塑料蓋直徑較大，在設計中應注意注射機選擇和型腔數(shù)的確定，以免鎖模力不夠。然后確定注射機型號及分型面，型腔排放位置、模具類型等。2.進行模具設計：根據(jù)計算確定模具各部分尺寸，選擇分形面，設計澆注系統(tǒng)，選擇模架和零件。繪制模具裝配圖、零件圖。3.盡量優(yōu)化設計方案，避免出現(xiàn)飛邊、溢料等質量問題。探討一下塑料模 CAD/CAM/CAE，了解計算機軟件在模具設計中的應用。1.3.2 預計解決的難題:注塑成型的工藝參數(shù)的確定以及分型面、主流道、澆口、分流道、推桿、導柱、推板等部分的機械結構設計1.4 課題的研究方法、技術路線1.4.1 研究方法要完成塑料外螺紋接頭模具設計的各個方面，包括外螺紋接頭外形的設計，注塑材料的選用，注塑機的選用，成型部分、澆注系統(tǒng)、結構零件、導向零件、緊固零件的模具設計。避免設計時候的各種禁忌。同時需要充分考慮各個部分間的關系，分配功能時既要充分體現(xiàn)各組成部分的優(yōu)勢，又要考慮到各組成部分工作時序上的協(xié)調。1.4.2 技術路線資料收集→總結整理→計算數(shù)據(jù)→初步設計畫出草圖→修改草圖→計算機繪圖→校核強度→設計必要的輔助機構→編寫說明書→反饋與完成21.5 研究工作條件和基礎1．經過三年半理論學習及實踐，用于進行課題的基本素質。具有一定的機械專業(yè)知識基礎。2．擁有的資料包括部分圖紙、參考資料以及機械、電氣設計手冊等。3．查閱文獻的能力設計能力，包括通過資料的整合進行裝備設計的技能。4．擁有電腦、打印機等基礎設備和開放式實驗室供學生使用進行輔助設計。5．有豐富的工廠認識實習與生產實習的經驗。3第二章 塑件的分析2.1 外形的尺寸在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。外螺紋接頭如圖所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構中等復雜程度，生產量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。圖 2-1、圖 2-2 為我在 UG 中繪制的零件圖 2-1 UG 中繪制的零件正面圖 2-2 UG 中繪制的零件反面2.2 精度等級[4]零件圖中重要的尺寸有 15\12\42 等，其余未標尺寸誤差為輔助尺寸對照附表 C、附表 B（GB/T14486—1993），知道這些尺寸的公差等級在 2 級以上，為高精度等級，其他屬一般精度等級。關于塑件的尺寸精度和公差的國家標準 GB/T14486-1993 中 PP 公差等4級的選用如表 2-1表 2-1 塑件公差等 [8]級公差等級標注公差尺寸材料代號 材料名稱高精度 一般精度未注公差尺寸PA 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料 MT2 MT3 MT5綜合考慮上述因素、塑件基本尺寸以及模具的制造成本和加工，本設計塑件的尺寸精度為一般精度 MT3。2．3 塑件的結構設計（1）、脫模斜度由于注射制品在冷卻過程中產生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5 ，根據(jù)文獻[1]，塑件材料 PA 的型腔脫模斜度為 0.35 ～1 30/ ，型芯脫模斜? /?度為 30/～1（2）、塑件的壁厚塑件的壁厚是最重要的結構要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質量、塑件的原材料以及生產效率和生產成本密切相關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在 1～4 ，最常用m的數(shù)值為 2～3 。該產品壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為 2.0 左右。m（3）、塑件的圓角5為防止塑件轉角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉角處和內部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于 0.5～1 的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的 0.5m倍，內圓角半徑應是壁厚的 0.5 倍。（4）、孔塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產成本提高，困此在塑件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。2．4 塑件尺寸及精度塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為 PA，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻[2]表 3-2 塑件的尺寸與公關（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標準來確定。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產品尺寸均采用MT3 級精度，未注采用 MT5 級精度。 2．5 塑件表面粗糙度塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為 Ra 0.02～1.25 之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的 1/2，即 Ra 0.01～0.63m?。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復m?原。該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高許多，為 Ra0.2 ，內部為 0.4 。m??62．6 塑件的體積和質量本次設計中，塑件的質量和體積采用 3D 測量，在 UG 軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的質量（PA 的密度為 1.05 ），即可以得出該塑件制品的質量為 9.43/cmg克。7第三章 注塑機選擇3.1 初步選定注射機3.1.1 注射量的計算注塑件設計如下通過 UG 計算得塑件體積：VOLUME = 9022.31mm^3本模采用一模四腔結構，如圖 3-1 所示。圖 3-1 澆注件模型83.2 注射機的相關參數(shù)選擇校核每一次注入模具型腔的塑料總體積 VOLUME = VOLUME = 9022.31X4 mm^3,注射機 V 機 =V 總 /0.8=20/0.8=25cm3[11]， 選定注射機型號為海天 160X2A 其主要技術參數(shù)見表 1.1.型號參數(shù) 160×2A 160×2B 160×2C螺桿直徑 40 45 48理論注射容量 253 320 364注射重量 PS 230 291 331注射壓力 202 159 140注射行程 201螺桿轉速 0~230料筒加熱功率 9.3鎖模力 1600拉桿內間距(水平×垂直) 455×455允許最大模具厚度 500允許最小模具厚度 180移模行程 420移模開距(最大) 920液壓頂出行程 140液壓頂出力 33液壓頂出桿數(shù)量 5油泵電動機功率 18.5油箱容積 240機器尺寸(長×寬×高) 5.4×1.45×2.05機器重量 5最小模具尺寸(長×寬) 320×320注射壓力校核一般塑件的成型壓力在 70~150MPa 范圍內，該注射機的公稱注射壓力 P 公=230MPa，所以注射壓力合格。3.3 設備的型號及選擇93.3.1 注射成型工藝 [1]注射成型工藝是塑料成型的一種最常用的方法。它將粒狀或粉狀的塑料原料加入到注射機的料筒中，經過加熱到流動狀態(tài)，在注射機的柱塞或螺桿的推動下，以一定的流速，通過噴嘴和閉合模具的澆注系統(tǒng)而充滿型腔，經過一定的時間的冷卻定型，打開模具，從模內取出成型的塑件。3.3.2 注射機的選用1) 注射機類型的選擇根據(jù)塑料的品種、塑件的結構、成型方法、生產批量，選擇臥式螺桿注射機。2）注射機型號的確定注塑機的型號是根據(jù)塑件的外形尺寸、質量大小及型腔的數(shù)量和排列方式來確定的。在確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，應對模具所需塑料注射量、注射壓力、塑件在分型面上的投影面積、成型時需用的鎖模力、模具厚度、拉桿距離、安裝固定尺寸及開模行程等進行計算，這些參數(shù)都與注塑機的有關性能參數(shù)密切相關，如果兩者不匹配，則模具無法安裝使用。因此，必須對兩者之間有關參數(shù)進行校核，并通過校核來設計模具與選擇注射機型號。3.3.3 按照預選型腔數(shù)來選擇注射機：模具所需塑料熔體注射量21mnm??式中 ------一副模具所需塑料的質量或體積（g/cm 3）;-------初步選定的型腔的數(shù)量；------單個塑件的質量或體積（g/cm 3) ;1------澆注系統(tǒng)的質量或體積（g/cm 3) ;2m首先 是個未知值，但是流動性好的普通精度塑件，澆注系統(tǒng)凝料為塑件質量或體積的 15%～20%。若是流動性不太好或是精密塑件，據(jù)統(tǒng)計每個塑件所需澆注系統(tǒng)的質量或體積是制件的 0.2 倍到 1 倍，當塑料熔體黏度高，塑件越小，壁越薄，型腔越多又作平衡式布置時，澆注系統(tǒng)的質量或體積甚至還要大。設計中按：10用 UG 分析的 =9.4g1mm=9.4*4+5=42.6g鎖模力的計算 / kNF鎖計算鎖模力的公式： cpA
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