盒蓋的注塑成型工藝分析及模具設(shè)計(jì)
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塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目盒蓋的注塑成型工藝分析及模具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者 指導(dǎo)教師陳葉娣 南京工程學(xué)院編2012年1月4日目 錄一、序言3二、工作任務(wù)4三、塑件的工藝性分析5四、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)5五、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5六、注塑機(jī)的選擇6七、成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7八、型芯、型腔的設(shè)計(jì)8九、模架及各種標(biāo)準(zhǔn)件的選用9九、設(shè)計(jì)小結(jié)10九、參考文獻(xiàn)10零件圖裝配圖一、序 言模具是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的重要工藝裝備,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,60%90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具,模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),許多新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產(chǎn),特別是汽車(chē)、摩托車(chē)、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品,其技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要標(biāo)志之一,世界上許多國(guó)家,特別是一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視模具技術(shù)的開(kāi)發(fā),在日本,模具被譽(yù)為“進(jìn)入富路的原動(dòng)力”德國(guó)則冠之為“金屬加工的帝王”??梢?jiàn)模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。而且,不論在經(jīng)濟(jì)繁榮時(shí)期還是在經(jīng)濟(jì)蕭條時(shí)期,模具工業(yè)都不可或缺。經(jīng)濟(jì)發(fā)展快時(shí)產(chǎn)品暢銷,自然要求模具能跟上;而經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯緩時(shí)期,產(chǎn)品不暢銷,企業(yè)必然千方百計(jì)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品,這同樣會(huì)對(duì)模具帶來(lái)強(qiáng)勁需求。因此,模具工業(yè)被稱為不衰的工業(yè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,全球制造業(yè)重心逐步向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移,我國(guó)的汽車(chē)、電子、通信、電器、儀器和家電等相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展,中國(guó)正在將“世界工廠”做大做強(qiáng)。以上海為龍頭、江浙為兩翼的長(zhǎng)江三角洲地區(qū),經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚,區(qū)域條件優(yōu)越,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)勢(shì)頭良好,發(fā)展?jié)摿薮蟆F渲袇R集了6萬(wàn)余家的模具企業(yè),增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛,商業(yè)渠道覆蓋海內(nèi)外的廣闊市場(chǎng)領(lǐng)域,已經(jīng)成為全國(guó)模具產(chǎn)品的主要集散地?!笆濉逼陂g我國(guó)模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)可達(dá)2500億,可以說(shuō)模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁,發(fā)展?jié)摿薮蟆D壳埃芰现萍缀跻呀?jīng)進(jìn)入了一切工業(yè)部門(mén)以及人民日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速,在模具產(chǎn)量中所占的比例越來(lái)越大。塑料作為一種新的工程材料,其不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,加之成型工藝的不斷成熟、完善與發(fā)展,極大地促進(jìn)了塑料成型方法的研究與應(yīng)用和塑料成型模具的開(kāi)發(fā)與制造。隨著工業(yè)塑料制件和日用塑料制件的品種和需求量日益增加,這些產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短,由于對(duì)塑料的品種、產(chǎn)量和質(zhì)量都提出了越來(lái)越高的要求,因此塑料模具的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)與制造水平也必須越來(lái)越高。這就要求我們模具設(shè)計(jì)技術(shù)人員要在不斷地學(xué)習(xí)、實(shí)踐和探索中豐富自己的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),只有這樣才能不斷推進(jìn)模具技術(shù)的進(jìn)步,也只有這樣才能設(shè)計(jì)和制造出高質(zhì)量的模具。二、工作任務(wù)根據(jù)圖1-1所示塑件零件圖,完成以下任務(wù):1、 根據(jù)提供的塑件零件圖完成整套注射模具設(shè)計(jì)2、 繪制模具裝配圖3、 繪制型腔和型芯等主要零件的零件圖圖1-1 塑件零件圖技術(shù)要求:1、未注圓角R0.5,壁厚均為1.5mm。2、塑件材料為POM,未注公差尺寸等級(jí)取MT7級(jí)。3、未注脫模斜度為10。 三、塑件的工藝性分析1、塑件分析該塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,塑件底部開(kāi)有2個(gè)8的通孔,孔位置與開(kāi)模方向一致,故不要側(cè)抽芯機(jī)構(gòu),其外表面要求光滑、無(wú)毛刺。塑件精度按MT3級(jí),尺寸精度一般,未注尺寸精度為MT7級(jí)。塑件壁厚1.5mm,屬薄壁塑件。塑件材料為POM聚甲醛,該材料抗拉及抗壓性能較好,耐疲勞強(qiáng)度突出,吸水率小,尺寸穩(wěn)定,具有優(yōu)良的減摩、耐摩性能,耐扭變,有突出的回彈能力,是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料,可以注射成型,其性能不亞于尼龍,價(jià)格卻比尼龍低廉,具有良好的經(jīng)濟(jì)性。2、分型面的選擇分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處;根據(jù)塑件外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及模具開(kāi)模后制件要留在動(dòng)模一側(cè)的設(shè)計(jì)原則,選擇塑件開(kāi)口處上平面為分型面能保證塑件的外觀質(zhì)量及塑件順利脫模,且毛刺飛邊的清除容易,故分型面為開(kāi)口處上平面。4、 型腔的數(shù)目確定及布局該塑件精度要求一般,尺寸不大,且生產(chǎn)數(shù)量較大,為了提高生產(chǎn)效率且保證塑件的制造精度和外觀質(zhì)量,同時(shí)考慮模具的制造成本,故采用一模兩腔的模具形式。型腔在模具分型面上的排布形式采用型腔平衡式布置:如下圖(1-2)所示: 圖 1-2 型腔排布圖四、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)從上面分析可知,本模具采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)形式,推桿推動(dòng),流道采用平衡式,澆口采用側(cè)澆口,在塑件開(kāi)口處外邊緣中部。模具結(jié)構(gòu)形式為兩板模。為了縮短成型周期,提高生產(chǎn)效率,保證塑件質(zhì)量,動(dòng)、定模均開(kāi)設(shè)冷卻通道。五、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1)主流道設(shè)計(jì)一般主流道小端尺寸比注射機(jī)噴嘴尺寸大0.52mm,即:主流道小端尺寸:d=注射機(jī)噴嘴尺寸+(0.52)mm =2mm + 1.5mm = 3.5mm。主流道球面半徑略大于噴嘴球面半徑,一般主流道半徑SR=注射機(jī)噴嘴球面半徑+(12)mm=12mm+2mm=14mm主流道通常設(shè)計(jì)在模具的澆口套中,為了讓主流道凝料能順利從澆口套中拔出,主流道設(shè)計(jì)成圓錐形,錐角取2,流道的表面粗糙度Ra取0.4um,材料為T(mén)10A碳素工具鋼,熱處理淬火硬度5357HRC。澆口套與模板配合采用H7/m6過(guò)渡配合。澆口套與定位圈采用H9/f9間隙配合,定位圈在模具安裝調(diào)試時(shí)插入注射機(jī)固定模板的定位孔內(nèi),用于模具與注射機(jī)的安裝定位。定位圈外徑比注射機(jī)定模座板上的定位孔小0.2mm以下。(3)分流道設(shè)計(jì)分流道的形狀與尺寸:該塑件材料為POM塑料,成型工藝性好,考慮到加工安裝的方便,分流道采用半圓形截面,分流道開(kāi)設(shè)在定模一側(cè)。分流道直徑一般取210mm,對(duì)于大多數(shù)塑料,分流道截面直徑常去56mm,本模具分流道直徑取5mm。分流道的長(zhǎng)度:為了減小壓力損失和熱量損失,節(jié)約塑料的原材料和降低能耗,分流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能縮短,且彎折少,本模具分流道只有一級(jí),對(duì)稱分布,取總長(zhǎng)為25mm。分流道在分型面上的布置形式:分流道在分型面上的布置形式與型腔在分型面上的排布情況有關(guān),由于本模具采用的是一模兩腔型腔平衡式排布,故分流道選用平衡式布置形式。分流道的表面粗糙度:分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻,只有內(nèi)部的熔體比較理想,為了增加對(duì)外層塑料熔體的流動(dòng)阻力,使外層塑料冷卻皮層固定,形成絕熱層,分流道的表面粗糙度值不要太低,一般取0.81.6um,這里取0.8um。(4)澆口設(shè)計(jì):該塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,表面質(zhì)量無(wú)特殊要求,故選擇采用側(cè)澆口,側(cè)澆口截面小,一般開(kāi)設(shè)在模具的分型面上,從制品側(cè)面邊緣進(jìn)料,去除澆口較容易,且不留明顯痕接,其截面形狀多為矩形,對(duì)于中小型塑件,一般深度t=0.52.0mm,這里取t=1mm,寬度b=1.55.0mm,這里取b=3mm,澆口的長(zhǎng)度l=0.82.5mm,這里取l=2.2mm。(5)冷料穴和拉料桿的設(shè)計(jì)本模具只有一級(jí)分流道,熔料流程較短,前鋒熔料溫度變化很小,對(duì)塑件質(zhì)量影響較小,故只在主流道末端設(shè)置冷料穴。冷料穴設(shè)置在主流道末端的動(dòng)模板(B板)上,直徑略大于主流道的大端直徑,取6mm,長(zhǎng)度取8mm。模具開(kāi)模具時(shí),為了將廢料從主流道中拉出,這里冷料穴處設(shè)置錐度為2度,形成倒扣形狀,以便順利將廢料從主流道中拉出,保證其留在動(dòng)模一側(cè),然后借助位于其下部的頂桿隨塑件一同推出。六、注射機(jī)的選擇(1) 注射量計(jì)算單個(gè)塑件體積:Vs=(3030+3.14152)12-(3027+3.1413.52)10.5-23.14421.5=4613.5mm34.6cm3一模兩腔塑件總體積:Vs總=4.62=9.2cm3查表得:POM密度為1.425g/cm3,故所需塑料質(zhì)量為:1.4259.213.11g(2) 鎖模力計(jì)算單個(gè)塑件在分型面上的投影面積:S單=3030+3.14152=1606.5mm2兩個(gè)塑件在分型面的總投影面積S總=1606.52=3213mm2鎖模力計(jì)算公式為Fp=KAP(K為安全系數(shù),可取1.1;P為成型時(shí)模腔平均壓力,查表得聚甲醛POM的型腔壓力為35MPa),故Fp=1.1321335151.8KN(3)注塑機(jī)的選擇:根據(jù)以上計(jì)算選用XS-Z-30注塑機(jī),其主要參數(shù)見(jiàn)下表:額定注射量/cm330鎖模力/KN250柱塞直徑/mm28拉桿內(nèi)間距/mm235注射壓力/MPa119最大開(kāi)模行程/mm160注射時(shí)間/S0.7模具最大厚度/mm180注射方式柱塞式模具最小厚度/mm60噴嘴球半徑/mm12定位圈尺寸/mm100鎖模方式液壓-機(jī)械噴嘴孔直徑/mm2X-Z-30注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)(4)注射機(jī)參數(shù)校核:最大注射量校核:通常注射機(jī)的實(shí)際注射量選擇在注射機(jī)最大注射量的80%以內(nèi),XS-Z-30注射機(jī)的最大注射量約為30 cm3,0.830=24 cm3 ,塑件總體積:9.2 cm324 cm3,所以最大注射量能夠滿足要求。注射壓力的校核,這里安全系數(shù)取1.3,注射壓力根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取80MPa,1.380MPa=104MPa,104MPa 119MPa,所以注射壓力能夠滿足注射要求。鎖模力校核:安全系數(shù)這里取為1.2,1.2151.8=182.16KN250KN,鎖模力能夠滿足注射要求。七、成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本模具采用一模兩腔,側(cè)澆口,兩板模的成型方案。為了節(jié)省成本,型腔和型芯均采用鑲嵌結(jié)構(gòu)。該塑件標(biāo)準(zhǔn)公差尺寸60,30,12,30,8屬于一般精度要求,其它未注尺寸公差按MT7查取公差。POM塑料的收縮率為1.2%-3.0%,平均收縮率=(1.2%+3%)/2=2.1%,模具成型零件的制造的精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一,一般成型零件工作尺寸制造公差值取塑件公差值的1/3-1/4作為制造公差,這里模具的制造公差取塑件尺寸公差的/3計(jì)算成型零件工作尺寸,如下表所示:尺寸類別塑件尺寸模具尺寸計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果型腔=(1+)-0.75=(1+)-0.75=(1+)-2/3型 芯=(1+)+0.75=(1+)+0.75=(1+)+2/3=(1+)+0.75=(1+)八、型芯、型腔設(shè)計(jì)塑料模具型腔在成型過(guò)程中承受著塑料熔體的高壓,如果側(cè)壁或地板的強(qiáng)度不足,則可能產(chǎn)生開(kāi)裂,如果強(qiáng)度不足,則可能產(chǎn)生過(guò)大的變形,造成溢料,使脫模具困難,型腔側(cè)壁和底板厚度的計(jì)算方法有強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算兩種,一般情況下,大尺寸型腔剛度不足是主要問(wèn)題,應(yīng)按剛度條件計(jì)算,小尺寸型腔強(qiáng)度不足是主要問(wèn)題,應(yīng)按強(qiáng)度條件計(jì)算,根據(jù)制件的尺寸分析,本制件的成型型腔屬于較小尺寸,所以應(yīng)按強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。型腔布局為一模具兩腔,為了節(jié)省模具材料降低模具成本,本模具A板采用組合式型腔(鑲嵌式型腔)結(jié)構(gòu),查表可知型腔的壁厚應(yīng)取9mm,但考慮到模具的使用壽命和封料,要在型腔、型芯上加工出鎖模結(jié)構(gòu),故型腔側(cè)壁厚取20mm,底板厚度取32mm。(1)型腔側(cè)壁厚度計(jì)算:S=12.88 mm,12.8820mm,滿足強(qiáng)度要求。式中:S矩形型腔側(cè)壁厚度,mm;-型腔內(nèi)熔體的壓力,MPa; -承受熔體壓力的側(cè)高度,mm;l型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊長(zhǎng),mm H型腔側(cè)壁總高 模具材料的許用應(yīng)力,這里取160MPa;(2)底板厚度計(jì)算:h=20.5mm,故底板厚度32mm滿足強(qiáng)度要求。式中:h型腔底板厚度,; b底板受壓寬度,mm; L型腔長(zhǎng)度,mm; B底板寬度,mm;九、模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用:(1)模架的選擇:根據(jù)型腔尺寸,導(dǎo)柱、導(dǎo)套及連接螺釘?shù)牟贾眯问胶头胖梦恢茫约巴瞥鰴C(jī)構(gòu)等確定選用CI-1825-A60-B60-C60型龍記標(biāo)準(zhǔn)模架,定模座板和定模座板厚度均為20mm。(2)A板尺寸:A板為定模型腔固定板,型腔嵌件高度為28.5mm,考慮到在A板上要開(kāi)設(shè)冷卻水道,冷卻水道離型腔板應(yīng)有一定的距離,故A板厚度取60mm。(3) B板尺寸:B板為型芯固定板,型芯高度為30mm,考慮到要在B板上開(kāi)設(shè)冷卻水道,B板高度取60mm。(4) 推桿固定板:推桿固定板用于固定推桿,厚度取13mm。(5) 推板尺寸:推板厚度取15mm。(6) C墊塊尺寸:墊塊尺寸高度=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+(1520)mm=60mm,長(zhǎng)寬分別取250mm和33mm。選定模架的外形尺寸為:180*250*221mm。(7) 標(biāo)準(zhǔn)件的選用:分別選用4個(gè)M12的內(nèi)六角圓柱螺釘將定模板與定模座板,動(dòng)模板與動(dòng)模座板連接起來(lái);定位圈通過(guò)2個(gè)M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與定模座板連接。(8) 導(dǎo)柱、導(dǎo)套:本模具采用4導(dǎo)柱導(dǎo)套對(duì)稱布置,導(dǎo)柱和導(dǎo)套的直徑均為20mm,導(dǎo)柱固定部分與模板按H7/f7間隙配合,直接在模板上加工出導(dǎo)柱孔,導(dǎo)柱工作部分的表面粗糙度為0.4mm。設(shè) 計(jì) 小 結(jié)本次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)與制造的理論知識(shí)有了更近一步的理解和認(rèn)識(shí),通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我掌握了塑料模具設(shè)計(jì)的一般步驟和過(guò)程,掌握了塑料模具各零部件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。同時(shí)也有一些新的發(fā)現(xiàn)和見(jiàn)解,平時(shí)在工作中設(shè)計(jì)塑料模具時(shí)我用的是UG中的注塑模向?qū)K和胡波外掛,采用的是半自動(dòng)分模具,通常情況下是在對(duì)塑件產(chǎn)品分析后直接賦予產(chǎn)品收縮率,然后開(kāi)始分模,所以在做本次課程設(shè)計(jì)時(shí)我依然采用了這樣的模具設(shè)計(jì)步驟,但是在設(shè)計(jì)完成后我發(fā)現(xiàn)用UG做的型芯、型腔的尺寸和計(jì)算所得的型芯型腔尺寸存在很大的出入,最后我不得不重新按照課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中按公式計(jì)算的型芯、型腔尺寸重新設(shè)計(jì)模具。現(xiàn)在對(duì)于這個(gè)問(wèn)題我很疑惑,到底應(yīng)該按照計(jì)算所得來(lái)設(shè)計(jì)型芯、型腔,還是按照工作中常用的UG模具設(shè)計(jì)步驟來(lái)設(shè)計(jì)模具。參 考 文 獻(xiàn)1屈華昌主編塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)2馮炳堯韓泰榮蔣文森主編模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)(第三版)上海科學(xué)技術(shù)出版社 3鄧明主編實(shí)用模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社 4閻亞林主編塑料模具圖冊(cè)高等教育出版社 5塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社 6俞芙芳主編新編簡(jiǎn)明塑料模實(shí)用手冊(cè)福建科學(xué)技術(shù)出版社 7章飛主編型腔模具設(shè)計(jì)與制造化學(xué)工業(yè)出版社 10
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