罩盒注塑成型工艺及模具设计.doc

罩盒注塑成型工艺及模具设计绪 论在高分子材料加工领域中用于塑料制品成形的模具称为塑料成形模具简称塑料模。塑料模优化设计是当代高分子材料加工领域中的重大课题。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模设计对制品质量与产量，就具有决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺才、表面租脸皮、分型面、进与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品(或型材)尺寸精度和状精度以及塑件的物理力学性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的彤响，除简易模具外般说来制模费用是十分昂贵的，大型塑料模更是如此。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效率的设备和先进的模具被誉为塑料制品成形技术的“三大支柱”。尤其是塑料模对实现塑件加工工艺要求、塑件使用要求和塑件外观造型要求、起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外塑件生产与产品更新均以模具制造和更新为前提。塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定之后，塑件质量的优劣及生产效率的高低*模具因素约占80。由此可知，推动模具技术的进步应是刻不容缓的策略。尤其大型塑料模的设计技术与制造水平，常可标志一个国家工业化的发展程度。 我国塑料模的发展极其迅速。塑料模的设计技术、制造技术、CAD技术、CAPP技术已有相当规模的开发和应用。我国在塑料模设计技术和制造技术上，与发达国家和地区有相当的差距。在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全，质量尚不稳定。“八五”期间，国家组织了以中国钢铁总院为首的批钢铁企业，研究和开发塑料模专用钢系列。现在塑料模用钢材、已形成了较为完善的体系，大致可分为如下5种类型由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:贰二壹伍八玖壹壹五一： 1)基本型 如55钢，使用硬度小于20HRC，切削加工性能好。但模腔表面积糙度差，使用寿命短。现已被预硬钢所代替。 2)预硬型 这类钢是在中、低碳钢中加入适且合金元素的低合金钢，淬透性高，加工性能好，调质后的使用硬度应为2535HRC，属最大族系通用塑料模具钢。其典型品种，如美国的P20钢。 3)时效硬化型 这类钢是在中、低碳中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素的合金钢、耐磨性和耐腐蚀性忧于预硬钢，经时效处理后，硬度可高达4050HRC。这类钢的典型牌号，如美国的P21、日本的NAK55等，多用于较复杂、精密塑料模，或大批量生产长寿命塑料模。 4)热处理硬化型 这类塑料模具钢如美国的D2、日本的PD6l3及PD555等，模腔能达很高的镜面,并可进行表面强化处理。这类钢制造的模具，经淬火和回火处理后使用硬度可达50一60HRC。 5)马氏体时效钢和粉木冶金模具钢 适用于要求高耐磨性、高耐腐性、高韧性和超镜面的塑料模。这类钢如美国的PS钢、日本的HAP和ASP钢均为采用粉木冶金法制造的模具钢。 机械技术与电子技术的密切结合日益更多地采用图形输出、数控数显、算机程序控制的设计与加工一体化方法，实现高层次、多工位加工，使塑料模在上、效率上产生一个新飞跃。集设计、分析与制造为一体。此外，激光造型与成型技术，将在新产品开发中，显示出越来越重要的作用。模具标准化程度及其标准零件的制造规模与范围常可标志个国家的工业化程度。使用标准架及其标准零件，可节省金属材料30，降低成本25，对于模具工业的发展具有十分重要的战略意义。如工业发达国家日本，塑料模标准件全由专业厂生产，一般模具厂只是它的用户。 我国塑料模的标准化，在国家标准GBT 416914169U一1984，GBT2555.1125551519N和GB12556112556219如等推动下，已取得了长足进步。模具标准化的意义： 模具标准化，是指在模具设计和制造中肺遵循的技术规范、基准和准则。其意义主要体现在如下几个方面： 1)模具标淮化的实施能有助于稳定、提高和保证模具设汁质量和制造户必须达到的质量规范，使工业产品零件的不合格率减少到最低限度。2)模具标准化可以提高专业化协作生产水平、缩短模具生产周期、提高模具制造质量和使用性能。实现模具标准化后，模具标准件和标准棋架可由专业厂大批量生产和供应。 3)模具标准化可使棋具工作者摆脱大量重复的一般性设计，将主要精力用来改进模具设汁、解决模具关键技术问题、进行创造性的劳动。 4)模具标准化，是采用现代化模具生产技术和装备、实现模具加入CAM技术的基础。 5)模具标准化有利于模具技术的国际交流和组织模具出口外销。因此、模具标准化对于提高模具设计和制造水平、提高模具质量、缩短制模周期、降低成本、节约材料和采用高新技术，都具有十分重要的意义。进入新的世纪，中国的模具发展事业正在随着国际潮流迎头赶上，此外，许多研究机构 和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计周期等方面作出了贡献。相信不久，我国的模具水平能达中等发达水平。第一章 任务来源及设计目的意义1.1 设计任务来源 设计题目：罩 盒 材 料：HDPE 生产批量：大批量生产 技术要求：未注圆角R2 所有尺寸公差按SJ1372-78的4级精度图1-1 产品零件图1.2 设计目的及意义 本设计题目为普通零件罩盒，但对做毕业设计的毕业生有一定的设计意义，它概括了盒盖塑料零件的设计要求、内容及方向。通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者注塑模设计的基础，为设计更复杂的注塑模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。1.3 塑料注塑模的特点、要求 热塑性塑料注塑模的特点是由塑料原材料的特性所决定的，最主要的有两点：一是注射时塑料熔体的充模流动特性，二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为，这两点决定了注塑模的特殊性和设计难度。由于塑料熔体属于粘弹体，熔体流动过程黏度随剪切应力，剪切速率而变化，流动过程中大分子沿流动方向产生定向；模腔充满后熔体被部分压缩；冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂，模腔内各部分、各方向塑料收缩率不同，不同种类和型号的塑料收缩率也差别很大，同一塑料注塑同一制件各方案不同其收缩率也不同，基于上述特点，设计注塑模时首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使设计的模具合理使用，并可在设计中有效利用塑料特性。第二章 零件的工艺性分析 塑料的成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质，模具设计者必须对塑料的成型工艺特性有充分的了解。高密度聚乙烯(HDPE)为热塑性塑料，热塑性塑料的工艺特性有收缩性、流动性、相容性、吸湿性、热敏性。影响塑件成型收缩的因素有：塑料品种、塑件结构、模具结构、成型工艺条件。由于影响塑料收缩率变化的因素很多，而且相当复杂，所以收缩率是在一定范围内变化的。在模具设计是应根据以上因素综合考虑选取塑料的收缩率。 2.1 塑件的原材料分析 塑件材料采用高密度聚乙烯(HDPE)，为热塑性塑料。该塑料密度较大，熔体流动速度范围窄，具有较高的刚度与韧性，优良的机械强度和耐热性，还有较好的溶剂性，耐蒸汽渗透性，适用于做中空容器、油罐、瓶壳体、瓶盖、护罩等类型塑件。 从成型性能上看，该塑件吸水性小，流动性较好，易成型，但成型时易产生缩空，变形等缺陷，在成型时，应注意控制成型温度，冷却不宜过快。2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析2.2.1 结构分析 从零件图上可以看出，该零件总体形状为长方形，在盒底底部有两个底10和7的凸台，偏盒体一侧，宽度方向对称分布，此外并无其他特殊尺寸，因此，模具设计时设计型芯成型罩盒内表面，设计型腔成型罩盒外表面，不用设计侧向抽芯机构和其他辅助机构，因此，模具结构比较简单。 2.2.2 尺寸精度分析 按设计要求，所有尺寸公差按SJ1372-78的4级精度，故尺寸为1000.22mm,500.22mm300.12mm,250.12mm,220.11mm,180.1mm, 100.08mm, 70.08mm,R20.06mm由此可见，该零件尺寸精度中等，对模具相关零件的尺寸加工可以保证。 从塑件壁厚上看，所有壁厚尺寸均为3mm，壁厚均匀，有利于塑件成型。2.2.3 表面质量分析 该零件除了表面要求没有缺陷、毛刺外，没有其他特别的表面质量要求，故容易实现。从该零件用途上看，塑件外表面表面精度要求较内表面高，故适当提高凹模的精度就能达到设计要求，两圆台并没有配合尺寸要求，精度亦可以保证。 综上分析可知，注塑时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。在温度和模具尺寸控制较好的情况下能生产出合格的制件，由于制件脱出模具时还处于比较高的温度，为了尽量控制塑件的收缩，可在取出塑件后用橡皮压住内腔至常温，减少其往内的收缩，有效的提高了制件的质量。第三章工艺方案的确定 理想的模具结构应能充分发挥成型设备的能力（如合理的行腔数目和自动化水平等），在绝对可靠的条件下使模具本身的工作最大限度地满足塑件的工艺技术要求（如塑件的几何形状、尺寸要求、表面光洁度等）和生产经济要求（成本低、效率高、使用寿命长、节省劳动力等），由于影响因素较多，下面只对分型面的选择和型腔的排列方案进行讨论。3.1 分型面的选择 在设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，应根据分型面原则和素件的成型要求来选择分型面。 选择分型面，举例以下两个方案进行比较：图3-1 分型面（一）图3-2 分型面（二） 如按分型面（一）所示分型，模具型腔较简单，但由于型腔为拼块式，在分型面地方易出现毛刺，且由于偏移易出现凸台部分壁厚不均的现象。 如按分型面（二）分型，模具行腔为整体式，减少了形位误差，因为素件高度不大，故采用整体式其加工难度也无太大影响。3.2 确定型腔的排列方式 本塑件在注塑时采用一模四腔，即模具需要四个型腔。以下两种型腔排列方式：图3-3 型腔排列方式（一）图3-4 型腔排列方式（二） 比较以上两种型腔排列方式，方式(一)分流道较长，但塑料流经整个塑件型腔行程较短，有利于塑件的成型；方式(二)塑料虽流动较平稳，分流道短，但塑料流经型腔过长，不利塑件的，综合考虑，采用方式(一)的型腔排列方式较好。3.3 浇注系统的设计方案浇注系统设计的基本原则：a.适应塑料的工艺性b.排气良好c.流程要短d.避免料流直冲型芯或嵌件e.修整方便f.防止塑料制品变形g.浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小，容积也尽量少h.浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称，浇注系统与型腔的布置应尽量减小模具的尺寸 本塑件可采用3种浇注系统成型，其方案比较见下分析：方案一：（采用直接浇口）直接浇口特点是：熔体通过主流道直接进入型腔，流程最短，进料快，流体阻力小，传递压力好，成型容易，保压补缩作用强，有利于排气和消除熔接痕，流量大，且浇注系统耗料少，模具结构简单而紧凑，制造方便，适用于成型流动性差的塑件或成型大型、厚壁、长流程以及一些粘度高的制品。其缺点：由于浇口处熔体固化慢，容易造成成型周期长，产生过大的残余应力，在浇口处易产生裂纹，浇口凝料切除后制品上的疤痕较大，且不宜成型平薄塑件及易变形的塑件。方案二（采用侧浇口）测浇口的特点是：其浇口开设在模具的分型面上，从制品恻面边缘进料，其优点是其截面形状为矩形，形状简单，易于加工，且进料口可随意选择，浇口的深度可在试模后加深、加宽，便于修正。其缺点是塑料流程较长，压力损失大，保压补缩作用比直接浇口小，且不易排气，易产生熔接痕|、缩孔及气孔缺陷，则会影响塑件的质量及外观。它适用于一模多件。方案三（采用点浇口）点浇口特点是：其浇口一般设在型腔底部，这样排气顺畅，成型良好。由于进料口小，故去浇口后残留余量小，塑件上不易留有痕迹。它使适用于深腔盒类零件，其缺点是：a.采用点浇口时，为了能取出流道凝料，必须使用双分型面的结构形式或者单分型面热流道结构，模具结构较复杂，费用较高。b.不适合粘度高和对剪切速率不敏感的塑料熔体。c.不适合厚壁或壁厚不均匀的制品成型。d.要求采用较高的注射压力。e.模具采用三板模，模具结构复杂，模具费用较高。 考虑型腔个数和排列及考虑经济效率，采用侧浇口作为本塑件的浇注系统最为有利的塑件成型。该制品的浇口可设置在制品的口部侧边，不会影响制品的外观。第四章 模具结构及成型设备的选择4.1 模具结构 模具模架采用基本型模架结构A4型，采用标准模架400mm450mm，查表得导柱32mm，取模板A=80mm，B=40mm,垫块高度C=100mm,选动定模座均为30mm，凸模固定板厚度为25mm，故模具闭合高度： H =30+80+25+40+40+100+30 =345mm4.2 成型设备的选择 模具只有和合适的注塑机相配，生产才能正常进行。从模具设计的角度考虑，需了解的注塑机技术规范的主要项目有：注塑机的类型、最大注塑量、最大注塑压力、最大锁模力、模具安装尺寸及开模行程等。设计模具时，应根据具体的注塑机生产厂提供的“注塑机使用说明书”标明的技术规范进行，因为同一规格的注塑机，生产厂家不同，其技术指标也略有不同 根据型腔大小及型腔个数，初选XS-ZY-250型注塑机，下面计算对其有关参数进行校核： 本模具外型尺寸450mm400mm345mm,XS-ZY-250型注塑机模板最大安装尺寸为598mm520mm，故能满足安装要求。 XS-ZY-250型注塑机所允许模具最小厚度Him=200mm最大厚度Amax=350mm, HimHHmax ，满足安装要求。经查资料XS-ZY-250型注塑机最大开模行程S=500mm，所以满足顶出塑件要求： S H1+H2+H+(510) = 80+40+(30-3)+10 =157 计算塑件的体积和质量： 塑件的体积：34600 (计算过程略) 塑件质量： 查表得HDPE密度为0.95kg/ w = v =346000.95 =32.87g 故，XS-ZY-250型注塑机能满足使用要求。第四章 工艺计算 查表得HDPE的收缩率S=2%3%，所以平均收缩Scp=(2+3)%/2=2.5%,取模具制造公差Z=/3。5.1 型腔和型芯工作尺寸计算 型腔、型芯工作尺寸计算见表5-1表5-1 型腔、型芯工作尺寸计算类别模具零件名称塑件尺寸计算公式型腔或型芯工作尺寸 型腔的计算 型 腔型芯的计算 型 芯5.2 模具加热与冷却系统的计算 HDPE成型时模温5070，因此，不需要加热系统，通过下列计算可以判断是否需要加冷却系统： 设定模具平均工作温度50，用20的常温水作为模具冷却介质，其出口温度为30，产品为(初算每2分钟一套)2.63kg/h。 一、求塑件在硬化时每小时释放的热量Q3，查有关文献得HDPE单位热流量为64J/kg Q3=WQ2=2.6364.8J/kg=170.4J/kg 二、求冷却水体积 V= = =6.78 /min可见，系统不能靠空冷来进行控制模温，应设冷却系统，冷却水道设在定模一侧。第六章 模具结构设计、校核6.1 浇注系统设计 一、主流道设计 根据型腔排列及模具大概尺寸，查设计手册得XS-ZY-250型注塑机喷 嘴有关尺寸： 喷嘴前端孔径： d0=4mm 喷嘴前端球面半径： R0=18mm 根据模具主流道与喷嘴的关系： R=R0+(12)mm D=d0+(0.51)mm 取主流道球面半径R=20mm 取主流道的小端直径d=4.5mm 为了方便将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度1 度3度，经计算取主流道大端直径D=8.5mm，为了使熔料顺利进入分流 道，可在主流道出料端设计r=5mm的圆弧过渡。 二、浇口设计 根据型腔排列方式及塑料成型要求选用侧浇口较为理想，为防止浇口影 响塑件外观，采用横截面形状为矩形的顶面侧浇口，查表初选尺寸为(bl h)3mm1mm2mm,试模修正。6.2 成型零件结构设计 一、凹模结构设计 模具采用一模四腔的形式，型腔采用整体式，结构如图6-1所示，顶面 侧浇口在推件板一侧。图6-1 凹模型腔 二、凸模结构设计 凸模主要是与凹模结合构成模具型腔，该模具采用整体式型芯，具体结 构见装备图和零件图。第七章 编写主要工作零件加工工艺规程 在此仅对成型零件型芯、型腔的加工工艺进行分析。7.1 型芯的加工工艺 型芯的加工工艺过程见表7-1。表7-1 型芯的加工工艺过程机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号01产品名称罩盒零（部）件名称型芯共（ ）页第（ ）页材料牌号 T10A毛坯种类锻造毛坯毛坯外型尺寸每个毛坯可制件数1每台件数备注工序号工序名称工 序 内 容车间工段设备工 艺 装 备工时准终单件1下料下料:100mm135mm备料车间锯床2锻造锻至尺寸130mm100mm80mmm锻造车间空气锤C41250 加热炉3退火退火锻造车间加热炉4刨刨六面尺寸至121mm101mm71mm模具车间刨床5刨一端尺寸不边，另一端刨成98mm80mm47mm模具车间刨床6磨磨个尺寸至公差要求模具车间磨床M71207研磨磨平面至平面度公差要求模具车间砂轮8钳工钳工精修模具车间平行夹头设计日期审核日期标准化日期会签日期标记记数更改文件号签字日期标记处数更该文件号2006.4.157.2 型腔加工工艺 型腔加工工艺过程见表7-2表7-2 型腔加工工艺过程机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号01产品名称罩盒零（部）件名称型腔共（ ）页第（ ）页材料牌号 T10A毛坯种类锻造毛坯毛坯外型尺寸每个毛坯可制件数1每台件数备注工序号工序名称工 序 内 容车间工段设备工 艺 装 备工时准终单件1下料线切割钢板405mm405mm85mm备料车间线切割机床2刨刨六面至尺寸401mm401mm81mm锻造车间刨床3热处理调质热处理车间加热炉4平磨磨六平面尺寸至400mm400mm80mm模具车间磨床5钳工钳工划线模具车间平行夹头6数控铣铣型腔，各尺寸六余量0.5mm模具车间铣床7磨磨型腔至公差要求模具车间砂轮8成型磨磨两凹坑模具车间成型砂轮设计日期审核日期标准化日期会签日期标记记数更改文件号签字日期标记处数更该文件号2006.4.15设计总结本设计设计内容为罩盒塑料模设计，通过对罩盒的设计，基本掌握了对塑料模