塑料成型工艺与模具设计课程设计-气炉开关模具设计.doc

塑料成型工艺与模具设计 项目名称： 气炉开关模具设计 学生姓名： 指导老师： 班 级： 学 号： 时 间： 目 录1、塑件的工艺性分析11.1塑件材料特性分析11.2塑件材料成形性能分析21.3塑件尺寸精度分析21.4塑件形状结构分析21.5塑件成形工艺参数确定22、模具基本结构及模架选择32.1确定成形方法32.2确定型腔数量及布局32.3确定分型面32.4选择浇注系统42.5确定推出方式52.6确定模具的结构形式53、成形设备的选择与校核63.1塑件注射量的计算63.2塑件锁模力的计算63.3成形设备的选择与校核64、成型零件结构、工作尺寸计算74.1型腔工作尺寸计算94.2型芯工作尺寸计算105、装配图零件图115.1模具装配图115.2模具零件图126、模具的工作过程说明 20一、塑件的工艺分析1、 塑件材料特性分析 通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是耐磨性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对耐磨性能较好材料的性能对比，如表2-1所示。表2-1 材料的特性 塑料名称PP PVC ABS拉伸强度/MPa7890 355038弯曲强度/MPa539080断裂伸长率/%200204035计算收缩率（%）1.03.00.61.00.40.7洛氏硬度（M）11582101弯曲弹性模量/GPa 1.450.050.091.4热变形温度/ 120115678283103维卡软化点丁耐热温度/6563体积电阻率/cm10146.7110116.91014吸水率% 0.010.030.070.40.20.4和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-2所示。表2-2材料的性能和成型特性比较塑料品种能 特 点成 型 特 点模具设计注意事项使用温度主要用途聚丙烯（PP）力学性能如屈服强度、抗张强度、抗压强度及硬度等，均优于低压聚乙烯，并有很突出的刚性，耐热性较好缺点是耐磨性不够高，成形收缩率较大，低温呈脆性。 成型收缩范围大,容易发生缩孔,凹痕及变形.热容量大,注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路.温度过高会产生翘曲现象.120115可做各种机械零件，接头、泵叶轮、化工管道及容器设备。并可用于制造衬里，表面涂层、录音带，聚氯乙烯(PVC)力学强度高，电器性能优良，耐酸碱的抵抗力极高，化学稳定性很好聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢.在成型时必须加入稳定剂和润滑剂.并严格控制温度及溶料的滞留时间.应采用带预塑化装置的螺杆式注射机注射成型,模具浇注系统也应粗短,进口截面宜大,模具应有冷却装置.6782离心泵、通风机、轮油管、酸碱泵的阀门及容器等软聚氯乙烯制品有贮槽、薄板、薄膜、电线绝缘层、密封圈、耐酸碱软管等丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共物 (ABS)ABS树脂具有较高冲击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成形和机械加工等特点.ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，易吸水，成型前应进行干燥处理。减少浇注系统对料流的阻力，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080 83103在机械工业系统中用来制造凸轮，齿轮，泵叶轮，水箱外壳，手柄，冰箱衬里等，还可供电视机晶体管收音机制造外壳以上的性能分析对比中看出,在耐磨性方面三种材料相差不大，成型特性上以ABS为最好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和耐磨性,以及成型特点。其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定),最终选定ABS为塑件材料。2、塑件材料成形性能分析 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,要能承受一定的外力,如冲击载荷,振动,摩擦等;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素;从图上可以看出该塑件在两端的薄壁处成型比较困难。3、 塑件尺寸精度分析 4、 塑件形状结构分析 各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷.以下是ABS的壁厚推荐值:最小壁厚mm 小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm0.75 1.25 1.6 3.25.4该塑件属于中小型件,从图上看,壳体整个塑件的壁厚是不均匀的,但也不会受大的影响，塑件可采用推杆推出。5、塑件成形工艺参数确定 表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得ABS抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02m，垂直纹路方向的表面粗糙度为0.26m。二、模具基本结构及模架选择1、 确定成形方法注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作：物料准备，注塑过程，制件后处理。2、 确定型腔数量及布局 注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。 考虑到该塑件是一般日用品,查手册得塑件的经济精度推荐4级,所以初定为一模两腔最合理.排列形式如图3、 确定分型面根据分型面的选择原则：（1）便于塑件脱模； （2）在开模时尽量使塑件留在动模； （3）外观不遭到损坏； （4）有利于排气和模具的加工方便。结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上.如图4-1所示。4-1分型面（B）4、 选择浇注系统1）主流道的设计根据设计手册查得SZ60/40型注射机喷嘴有关尺寸如下：喷嘴前端孔径：d0=3.5mm 喷嘴前端球面半径：R015mm为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径D应稍大于注射喷嘴直径d。Dd+(0.51)mm=3.5+14.5mm主流道的半锥角通常为12过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用2.5。经换算得主流道大端直径D8.5mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径5mm的圆弧过渡。主流道的长度L一般控制在60mm之内，可取L55mm。2）冷料穴与拉料杆的设计冷料井一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料井的尺寸如图浇口位置 充型模拟 充型效果3）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，起分流和转向作用，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。分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。4） 浇口的设计浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，因为此塑件外观要求高所以只能采用侧浇口，其有以下特性: 侧浇口侧浇口又称边缘浇口或普通浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧填充模具型腔，其截面形状都为矩形，改变浇口宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。由于浇口截面积小，减小了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且不留痕迹，但是这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注塑压力损失大，对深型腔塑件排气不利。5、确定推出方式推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，前者只是起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆的使用是非常灵活的。1）推杆尺寸计算：本设计采用的是推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：d=k() （4-7）=1.5()=1.48 mmd推杆直径； n推杆的数量，n取16L推杆长度（参考模架尺寸，估取L=110）； E推杆材料的弹性模量，取E=2.110MPk安全系数，取k=1.5； F总的脱模力，F=8924.1 (N)实际推杆尺寸直径为1.5 mm，可见是符合要求的。但为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为：d （4-8） 1.28 mm (满足强度要求) 推杆材料的许用压应力, =150Mpa。2）推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。此设计利用固定板固定。3）推出机构的导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，一般称为推板导柱。4）推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用复位杆复位机构。6、确定模具的结构形式3、 成型设备的选择与校核1、 塑件注射量的计算在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底版的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，按刚度校核原则：模具结构形式如图4-9所示：侧壁厚度计算公式： S()=()=20.91 mm （4-3） 图4-9模具结构式式中 C与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L有关的系数；查表C=1； 型腔压力，取30MP； 型腔深度，=40；E模具材料的弹性模量（MP），E取2.110；刚度条件，即允许变形量(mm)，取=0.04;底板厚度计算公式： （） （4-4） =（）=22.05 mm由底板短边与长边边长之比决定的系数；查表=0.022；型腔压力，取30MP；底版短边长度(mm)，=300；E模具材料的弹性模量（MP），E取2.110；刚度条件，即允许变形量(mm)，取=0.04;2、塑件锁模力的计算在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：FK AP （33）1.223.145023010 565.2 KN 满足要求。 式中 F注塑机额定锁模力：1000KN； K安全系数，通常取1.11.2，取K=1.2； 3.4.3 塑化能力的校核 由3.2.3初定的成型周期为30秒计算，实际要求的塑化能力为即：=2.465（g/s），小于注塑机的塑化能力10.5（g/s），说明注射机能完全满足塑化要求。3、 成型设备的选择与校核在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径R2取比注射机喷嘴球面半径图3-2喷嘴与浇口套尺寸关系R1大12 mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.51 mm，如图3-2所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所 以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。 4、 成型零件结构、工作尺寸计算型芯是成型塑件外形的，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中型芯的磨损会使被包容尺寸变小。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。1）型芯径向尺寸的计算： L=(1+ S) L+ （4-13） =(1+0.005)25+0.40 =25.12mmL=(1+ S) L+=(1+0.005)18+0.25 =18.06mmL=(1+ S) L+ =(1+0.005)30 +0.12 图4-14c型芯 =30.08mmL=(1+ S) L+=(1+0.005)6+0.15=6.03mm L=(1+ S) L+=(1+0.005)8+0.15=8.05mm 2）型芯高度尺寸的计算： H=(1+ S) H+ =(1+0.005)17+0.21 =17.08mm H=(1+ S) H+=(1+0.005)10+0.10 =10.07mm H=(1+ S) H+=(1+0.005)3+0.10=3.02mm 式中 H凹模深度减去塑件壁厚型芯的理论高度。 4.9.3中心距尺寸的计算模具上中心距尺寸与制品上中心距的公差标注均采用双向等值公差和表示。此外，在中心距尺寸的计算中不考虑磨损量，如图4-14 c所示。L=(1+ S) L （4-15）=(1+0.005)55=550.18mm式中 L模具中心距尺寸； L塑件中心距尺寸，L=80mm1、 型芯工作尺寸计算型腔是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在 图4-14型腔a使用过程中型腔的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸与塑件尺寸的关 系如图4-14(a,b,c,)所示：1）型腔径向尺寸的计算 L=(1+S)L （4-10） =(1+0.005)500.42 =50.2+0.15 L=(1+S)L =(1+0.005)210.25 图4-14型腔b=21.2+0.1 mm 型腔尺寸如图4-14 a，b所示。 式中 塑件的公差值；塑件尺寸公差根据GB/T1800.31998模塑件尺寸公差表取IT12，由尺寸段决定值的大小；制造公差，=；S塑件的平均收缩率，S=0.005。2）型腔深度尺寸的计算： H=（+ ）+（） （4-11）=(1+0.005)18.50.21=18.4mm式中 H塑件的高度尺寸，H=18.5 mm 。可以忽略。5、 装配图零件图1、 模具装配图 1-动模座板、2-动模垫板、3-推板、