仪表盘中央焊板注塑模具设计毕业设计.doc

河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 I 仪表盘中央焊板注塑模具设计毕业设计仪表盘中央焊板注塑模具设计毕业设计 目录 摘要 I ABSTRACT II 目录 III 1 绪论 1 1 1 模具工业在国民经济中的地位 1 1 2 模具的分类和占有量 3 1 3 塑料模具产品的基本知识及技术应用 4 1 4 塑料模具国内外发展状况 5 1 5 塑料模具未来的发展趋势 6 2 设计方案论证与分析 8 2 1 产品名称及图样 8 2 2 产品的功能分析 8 2 3 产品的工艺分析 9 2 4 产品的材料选择及性能 10 2 4 1 材料的选择 10 2 4 2 PP 塑料简介 10 2 4 3 改性 PP 塑料的市场前景 10 2 4 4 PP 塑料的成型性能 11 2 4 5 PP 塑料的主要技术指标 11 3 注射成型的选择 13 3 1 注塑成型工艺简介 13 3 2 注射机的选择 15 3 2 1 注塑机基本参数 15 3 2 2 注塑机类型的选择 16 3 2 3 注射机型号的选择 17 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 II 3 2 4 注射机的校核 20 第 4 注塑模具总体结构设计 24 4 1 成型部分及其部件的设计 24 4 1 1 塑料注射成型模具的选择 24 4 1 2 分型面的选择 25 4 1 3 型腔数目的确定 25 4 1 4 凹模的结构设计 25 4 1 5 凸模的结构设计 26 4 1 6 型腔壁厚的计算 26 4 1 7 凹模成型工作尺寸的计算 30 4 1 8 凹模 凸模材料的选择及粗糙度要求 33 4 2 浇注系统的设计 33 4 2 1 主流道的设计 34 4 2 2 分流道的设计 38 4 2 3 浇口的设计 39 4 2 4 冷料穴的设计 43 4 3 排溢 引气系统的设计 44 4 3 1 排溢系统的设计 44 4 3 2 引气系统的设计 45 4 4 脱模机构的设计 46 4 4 1 顶杆脱模机构的设计 47 4 4 2 拉料杆的设计 50 4 4 3 复位系统的设计 51 4 5 冷却系统的设计 52 4 5 1 冷却装置的理论计算 53 4 5 2 冷却回路的布置 56 4 5 3 冷却系统的其它零部件 56 5 模体 模架 设计 58 5 1 模架概述 58 5 2 模架结构设计 58 5 2 1 定模板 60 5 2 2 动模板 60 5 2 3 定模座板 60 5 2 4 动模座板 61 5 2 5 动模垫板 62 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 III 5 2 6 垫块 63 5 2 7 顶杆固定板 63 5 3 导向零件 65 5 3 1 导向结构的总体设计 65 5 4 吊装设计 68 6 模具动作过程 69 6 1 充填 保压 冷却 69 6 2 开模 70 6 3 顶出产品 71 6 4 产品与模具分离 72 6 5 合模 下一循环 73 6 6 准备注射 74 结论 75 参考文献 76 致谢 77 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 1 1 绪论绪论 1 1 模具工业在国民经济中的地位模具工业在国民经济中的地位 模具是工业生产的基础工艺装备 振兴和发展我国的模具工业 日 益受到人们的重视和关注 在电子 汽车 电机 电器 仪器 仪表 家电和通讯等产品中 60 80 的零部件 都要依靠模具成形 用模具 生产制件所表现出来的高精度 高复杂程度 高一致性 高生产率和低 消耗 是其他加工制造方法所不能比拟的 模具又是 效益放大器 用 模具生产的最终产品的价值 往往是模具自身价值的几十倍 上百倍 模具生产技术水平的高低 已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重 要标志 在很大程度上决定着产品的质量 效益和新产品的开发能力 鉴于振兴我国模具工业的重要性 在 1989 年 3 月国务院颁布的 关于当 前产业政策要点的决定 中 把模具列为机械工业技术改造序列的第一 位 生产和基本建设序列的第二位 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上 仅以汽车 摩托车行 业的模具市场为例 汽车 摩托车行业是模具最大的市场 在工业发达 的国家 这一市场占整个模具市场一半左右 汽车工业是我国国民经济 五大支柱产业之一 汽车工业重点是发展零部件 经济型轿车和重型汽 车 汽车模具作为发展重点 已在汽车工业产业政策中得到了明确 汽 车基本车型不断增加 2005 年将达到 170 种 一个型号的汽车所需模具 达几千副 价值上亿元 为了适应市场的需求 汽车将不断换型 汽车 换型时约有 80 的模具需要更换 中国摩托车产量位居世界第一 据统 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 2 计 中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型 1000 多个型号 单辆摩托 车约有零件 2000 种 共计 5000 多个 其中一半以上需要模具生产 一 个型号的摩托车生产需 1000 副模具 总价值为 1000 多万元 其他行业 如电子及通讯 家电 建筑等 也存在巨大的模具市场 2 从以下四个方面 可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作 用 第一 模具工业是高新技术产业的一个组成部分 例如 属于高新 技术领域的集成电路的设计与制造 不能没有做引线框架的精密级进冲 模和精密的集成电路塑封模 计算机的机壳 接插件和许多元器件的制 造 也必须有精密塑料模具和精密冲压模具 数字化电子产品 包括通讯 产品 的发展 没有精密模具也不行 不仅电子产品如此 在航天航空领 域也离不开精密模具 例如 形状误差小于 0 1 0 3 的空空导弹红外 线接收器的非球面反射镜 就必须用高精度的塑料模具成形 因此可以 说 许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分 有些生产高精度 模具的企业 已经被命名为 高新技术企业 第二 模具工业又是高新技术产业化的重要领域 用信息技术带动 和提升模具工业的制造技术水平 是推动模具工业技术进步的关键环节 CAD CAE CAM 技术在模具工业中的应用 快速原型制造技术的应用 使模具的设计制造技术发生了重大变革 模具的开发和制造水平的提高 还有赖于采用数控精密高效加工设备 逆向工程 并行工程 敏捷制造 虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用 也要与电子信息等高新 技术嫁接 实现高新技术产业化 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 3 第三 模具工业是装备工业的一个组成部分 在 1998 年以前 许多 人把机械工业当作一般的加工工业 1998 年 11 月召开的中央经济工作 会议 首次明确提出了加大装备工业的开发力度 推进关键设备的国产 化 将机械工业作为装备工业 把它同一般的加工工业区别开来 是对 机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位 模具作为基础工艺装 备 在装备工业中自然有其重要地位 因为国民经济各产业部门需要的 装备 其零部件有很大一部分是用模具做出来的 第四 模具工业地位之重要 还在于国民经济的五大支柱产业 机械 电子 汽车 石化 建筑 都要求模具工业的发展与之相适应 机械 电子 汽车工业需要大量的模具 特别是轿车大型覆盖件模具 电子产品的精密塑料模具和冲压模具 目前在质与量上都远不能满足这 些支柱产业发展的需要 这几年 我国每年要进口近 10 亿美元的模具 我国石化工业一年生产 500 多万吨聚乙烯 聚丙烯和其他合成树脂 很 大一部分需要塑料模具成形 做成制品 才能用于生产和生活的消费 生产建筑业用的地砖 墙砖和卫生洁具 需要大量的陶瓷模具 生产塑料 管件和塑钢门窗 也需要大量的塑料模具成形 从五大支柱产业对模具 的需求当中 也可以看到模具工业地位之重要 1 2 模具的分类和占有量模具的分类和占有量 模具主要类型有 冲模 锻摸 塑料模 压铸模 粉末冶金模 玻 璃模 橡胶模 陶瓷模等 除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔 型模 因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型 1 冲模 冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具 冲模 占模具总数的 50 以上 按工艺性质的不同 冲模可分为落料模 冲孔 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 4 模 切口模 切边模 弯曲模 卷边模 拉深模 校平模 翻孔模 翻 边模 缩口模 压印模 胀形模 按组合工序不同 冲模分为单工序模 复合模 连续模 2 锻模 锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总 称 按锻压设备不同 锻模分为锤用锻模 螺旋压力机锻模 热模锻压 力锻模 平锻机用锻模 水压机用锻模 高速锤用锻模 摆动碾压机用 锻模 辊锻机用锻模 楔横轧机用锻模等 按工艺用途不同 锻模可分 为预锻模具 挤压模具 精锻模具 等温模具 超塑性模具等 3 塑料模 塑料模是塑料成型的工艺装备 塑料模约占模具总数的 35 而且有继续上升的趋势 塑料模主要包括压塑模 挤塑模 注射 模 此外还有挤出成型模 泡沫塑料的发泡成型模 低发泡注射成型模 吹塑模等 4 压铸模 压铸模是压力铸造工艺装备 压力铸造是使液态金属在 高温和高速下充填铸型 在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法 压 铸模约占模具总数的 6 5 粉末冶金模 粉末冶金模用于粉末成型 按成型工艺分类粉末冶 金模有 压模 精整模 复压模 热压模 粉浆浇注模 松装烧结模等 模具所涉及的工艺繁多 包括机械设计制造 塑料 橡胶加工 金 属材料 铸造 凝固理论 塑性加工 玻璃等诸多学科和行业 是一个 多学科的综合 其复杂程度显而易见 1 3 塑料模具产品的基本知识及技术应用塑料模具产品的基本知识及技术应用 一种用于压塑 挤塑 注射 吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 5 它主要包括由凹模组合基板 凹模组件和凹模组合卡板组成的具有可变 型腔的凹模 由凸模组合基板 凸模组件 凸模组合卡板 型腔截断组 件和侧截组合板组成的具有可变型芯的凸模 模具凸 凹模及辅助成型 系统的协调变化 可加工不同形状 不同尺寸的系列塑件 我们日常生产 生活中所使用到的各种工具和产品 大到机床的底 座 机身外壳 小到一个胚头螺丝 纽扣以及各种家用电器的外壳 无 不与模具有着密切的关系 模具的形状决定着这些产品的外形 模具的 加工质量与精度也就决定着这些产品的质量 因为各种产品的材质 外 观 规格及用途的不同 模具分为了铸造模 锻造模 压铸模 冲压模 等非塑胶模具 以及塑胶模具 1 4 塑料模具国内外发展状况塑料模具国内外发展状况 中国塑料模工业从起步到现在 历经了半个多世纪 有了很大发展 模具水平有了较大提高 在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑 壳注射模具 10 公斤大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体 仪表板等塑料模具 精密塑料模方面等等 1 经过多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技术 模具的电加工和数控加工技术 快速成型与快速 制模技术 新型模具材料等方面取得了显著进步 在提高模具质量和缩 短模具设计制造周期等方面作出了贡献 我国塑料膜行业还存诸多问题 如发展不平衡 产品总体水平较低 工艺装备落后 组织协调能力差 大多数企业开发能力差 创新能力明显不足 供需矛盾暂时难以解决 体制和人才问题解决尚需时日 3 在国外 注塑模 CAD 技术发展相当迅速 很早就应用计算机对熔融 塑料在圆形 管形和长方形型腔内的流动情况进行分析 成功采用有限 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 6 元法分析三维型腔的流动过程 可依据理论分析并结合自身的经验 在 模具制造前对设计方案进行评价和修改 提高生产效率 近些年来 注 塑模 CAD 技术在不断进行理论和试验研究的同时 十分注意向实用化阶 段发展 一些商品软件逐步推出 并在推广和实际应用中不断改进 提 高和改善 在国外 特别是发达国家 其塑料模的设计与制造起步较早 技术方面比较成熟 特别是计算机的运用和发展 使一些发达国家成功 地使用了 CAD CAM 技术来进行塑料模的设计和制造 尤其是 CAE 的 运用 使得塑料模具的设计水平及可靠性都有了很大的提高 3 例如美 国 ACT 公司推出 1998 最新版本 C Mold 系统软件注射模 CAD 实用化进 入了新的里程 美国 PSP 公司的 IMES 专家系统 能帮助设计人员用专 家知识解决注射模具的设计质量问题 德国 IKV 研究所的 CADMOULD 系统 可用于注射模具的流动 冷却分析和力学性能校核 澳大利亚 MOLDFLOW 公司的注射模具 CAE 软件 MF 具有流动模拟 冷却分析 翘曲分析和应力分析等能力 4 1 5 塑料模具未来的发展趋势塑料模具未来的发展趋势 随着人类社会的进步和高新技术的不断发展 世界各国均不断的投 入重金研究和开发新的模具设计与制造 这些新技术包括设计技术 材 料选择和加工技术 管理与维修技术等领域 属于系统工程技术 总得 来说必须提高大型 精密 复杂 长寿命 模具的设计水平与比例 注 射模具 CAD 的实用化与集成化 其注射模 CAD 的实用化是在塑料模具 设计制造中全面推广应用 CAD CAE CAM 技术 3 目前 CAD CAE 是比较成熟的共性技术 CAE 技术塑胶模具设计发 展必然趋势 电脑辅助工程 CAE 技术已成为塑胶产品开发 模具设计 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 7 及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经 同传统的模具设计相比 CAE 技术无论在提高生产率 保证产品质量 还是在降低成本 减轻劳 动强度等方面 都具有很大优越性 注塑成型分两个阶段 即开发 设 计阶段 包括产品设计 模具设计和模具制造 和生产阶段 包括购买材料 试模和成型 传统的注塑方法是在正式生产前 由于设计人员凭经验与 直觉设计模具 模具装配完毕後 通常需要几次试模 发现问题後 不 仅需要重新设置工艺参数 甚至还需要修改塑胶制品和模具设计 这势 必增加生产成本 延长产品开发周期 2 采用 CAE 技术 可以完全代替 试模 CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案 5 基于网络的 CAD CAE CAM 一体化系统结构初见端倪 将解决传统 混合型 CAD CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题 3 CAD CAM 软件智能化程度在不断提高 塑料 CAD CAE CAM 的集成化 是机械技术和电子技术的密切结合 以更多地采用图形输出 数控数显 计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 使塑料模具在质量 效率上产生一个新的飞跃 塑料模具专用钢材系列 化 有基本型 55 刚 预硬型 时效硬化型 热处理硬化性 马氏体 实效钢和粉末冶金模具刚 塑料膜标准化 提高塑料模具标准化水平和 标准件的使用率 3 推广采用热流道技术 气 水 体辅助注射成型技 术和高压注射成型技术 可以提高制件的生产率和质量节省原材料和能 源 塑料模具标准化程度及其标准零件的制造规模与范围 常可标志一 个国家的工业化程度 6 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 8 2 设计方案论证与分析设计方案论证与分析 2 1 产品名称及图样产品名称及图样 产品名称 仪表板中央焊板 其结构图如下 图 2 1 塑件三维图 2 2 产品的功能分析产品的功能分析 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 该塑件为汽车仪表板中央焊板 承受外力的几率不大 如冲击载 荷 振动 摩擦等情况比较少 作为一种汽车上模具用品 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 此外 塑料都会老化 作为一种光学用品 还 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 9 要考虑到材料的光氧化等问题 7 2 3 产品的工艺分析产品的工艺分析 分析塑胶件的工艺性包括技术和经济两方面 在技术方面 根据产 品图纸 只要分析塑胶件的形状特点 尺寸大小 尺寸标注方法 精度 要求 表面质量和材料性能等因素 是否符合模塑工艺要求 在经济方 面 主要根据塑胶件的生产批量分析产品成本 阐明采用注射生产可取 得的经济效益 1 塑胶件的形状和尺寸 塑胶件的形状和尺寸不同 对模塑工艺要求也不同 2 塑胶件的尺寸精度和外观要求 塑胶件的尺寸精度和外观要求与模塑工艺方法 模具结构型式及制 造精度等有关 3 生产批量 生产批量的大小 直接影响模具的结构型式 一般大批量生产时 可选用一模多腔来提高生产率 小批量生产时 可采用单型腔模具等进 行生产来降低模具的制造费用 4 其它方面 在对塑胶件进行工艺分析时 除了考虑上述因素外 还应分析塑胶 件的厚度 塑料成型性能及模塑生产常见的制品缺陷问题对模塑工艺的 影响 确定成型方案及模具型式 根据对塑胶零件的形状 尺寸 精度及表面质量要求的分析结果 确定所需的 模塑成型方案 制品的后加工 分型面的选择 型腔的数 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 10 目和排列 成型零件的结构 浇注系统等 2 4 产品的材料选择及性能产品的材料选择及性能 2 4 12 4 1 材料的选择材料的选择 根据汽车仪表板使用性能的要求 综合考虑塑胶件的形状和尺寸 塑胶件的尺寸精度和外观要求 生产批量以及生产成本等要求选用改性 PP 塑料 2 4 22 4 2 PPPP 塑料简介塑料简介 聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内 PP 粒料为本色 圆柱 状颗粒 颗粒光洁 粒子的尺寸在任意方向上为 2mm 5mm 无臭无毒 无机械杂质 本品以高纯度丙烯为主要原料 乙烯为共聚单体 采用高 活性催化剂在 62 80 及低于 4 0MPa 的压力下经气相反应生产聚丙 烯粉料 再经干燥 混炼 挤压 造粒 筛分 均化成聚丙烯颗粒 密 度为 0 90 g cm3 0 91g cm3 是通用塑料中最轻的一种 聚丙烯树脂具 有优良的机械性能和耐热性能 使用温度范围 30 140 同时具有 优良的电绝缘性能和化学稳定性 几乎不吸水 与绝大多数化学品接触 不发生作用 本品耐腐蚀 抗张强度 30MPa 强度 刚性和透明性都比 聚乙烯好 缺点是耐低温冲击性差 较易老化 但可分别通过改性和添 加抗氧剂予以克服 与发烟硫酸 发烟硝酸 铬酸溶液 卤素 苯 四 氯化碳 氯仿等接触有腐蚀作用 可用作工程塑料 适用于制电视机 收音机外壳 电器绝缘材料 防腐管道 板材 贮槽等 也用于生产扁 丝 纤维 包装薄膜等 2 4 32 4 3 改性改性 PPPP 塑料的市场前景塑料的市场前景 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 11 以汽车行业的应用为例 汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程 目前我国工程塑料的自给率不足 16 据中国工程塑料协会预测 2012 年约为 10 需求量将从 2000 年 的 44 万 t 增长到 2012 年的 140 万 t 我国汽车制造业对工程塑料需求量 增长迅速 到 2012 年总用量将达到 94 万 t 以塑料用量占汽车重量的 5 10 计 PP 用于汽车工业具有较强的竞争力 但因其模量和耐热 性较低 冲击强度较差 因此不能直接用作汽车配件 轿车中使用的均 为改性 PP 产品 其耐热性可由 80 提高到 145 150 并能承受高温 750 1000h 后不老化 不龟裂 据报道 日本丰田公司推出的新一代具 有高取向结晶性的聚丙烯 HEHCPP 产品 可以作为汽车仪表板 保险杠 比以 TPO 为原料生产的同类产品成本降低 30 改性 PP 用作汽车配件 具有十分广阔的开发前景 2 4 42 4 4 PPPP 塑料的成型性能塑料的成型性能 1 结晶料 吸湿性小 易发生融体破裂 长期与热金属接触易分解 2 流动性好 但收缩范围及收缩值大 易发生缩孔 凹痕 变形 3 冷却速度快 浇注系统及冷却系统应缓慢散热 并注意控制成型 温度 料温低方向方向性明显 低温高压时尤其明显 模具温度低于 50 度时 塑件不光滑 易产生熔接不良 留痕 90 度以上易发生翘曲变形 4 塑料壁厚须均匀 避免缺胶 尖角 以防应力集中 2 4 52 4 5 PPPP 塑料的主要技术指标塑料的主要技术指标 表 2 1 PP 塑料的主要技术指标 注射机类型螺杆式 密度 0 9 0 91 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 12 计算收缩率 1 0 2 5 预热温度 80 100 成型温度 160 220 料筒温度 前段 中段 后段 160 180 180 200 200 220 模具温度 80 90 注射压力 MPa 70 100 注射时间 20 60 高压时间 0 3 冷却时间 20 90 成型时间 s 总周期 50 160 螺杆转速 r min 48 通用注射机类型螺杆 柱塞均可 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 13 3 注射成型的选择注射成型的选择 3 1 注塑成型工艺简介注塑成型工艺简介 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 9 一般分为三个阶段的工作 图3 1 注塑成型压力 时间曲线 1 物料准备 9 成型前应对物料的外观色泽 颗粒情况 有无杂质 等进行检验 并测试其热稳定性 流动性和收缩率等指标 对于吸湿性 强的塑料 应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥 若 有嵌件 还要知道嵌件的热膨胀系数 对模具进行适当的预热 以避免 收缩应力和裂纹 有的塑料制品还需要选用脱模剂 以利于脱模 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 14 2 注塑过程 9 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后 进入模腔 内的流动可分为注射 保压 倒流和冷却四个阶段 注塑过程可以用如 图3 1所示 图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻 当模腔充满熔 体 T T1 时 熔体压力迅速上升 达到最大值P0 从时间T1到T2 塑 料仍处于螺杆 或柱塞 的压力下 熔体会继续流入模腔内以弥补因冷 却收缩而产生的空隙 由于塑料仍在流动 而温度又在不断下降 定向 分子 分子链的一端在模腔壁固化 另一端沿流动方向排列 容易被凝 结 所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段 这一阶段的时间越长 分子定向的程度越高 从螺杆开始后退到结束 时间从T2到T3 由于模 腔内的压力比流道内高 会发生熔体倒流 从而使模腔内的压力迅速下 降 倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止 其中 塑料凝结时的压力 和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素 3 制件后处理 9 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形 流动非常复杂 再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同 制 件内经常出现不均匀的结晶 取向和收缩 导致制件内产生相应的结晶 取向和收缩应力 脱模后除引起时效变形外 还会使制件的力学性能 光学性能及表观质量变坏 严重时会开裂 故有的塑件需要进行后处理 常用的后处理方法有退火和调湿两种 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力 此外 退火还可以 对制件进行解除取向 并降低制件硬度和提高韧性 温度一般在塑件使 用温度以上的10 20度至热变形温度以下10 20度之间 调湿处理是一种 调整制件含水量的后处理工序 主要用于吸湿性很强 而且又容易氧化 的聚酰胺等塑料制件 调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶 液 沸点为121 加热温度为100 121 保温时间与制件厚度有关 通常取2 9小时 9 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 15 3 2 注射机的选择注射机的选择 3 2 13 2 1 注塑机基本参数注塑机基本参数 注塑机的主要参数有公称注射量 注射压力 注射速度 塑化能力 锁模力 合模装置的基本尺寸 开合模速度 空循环时间等 这些参数是 设计 制造 购买和使用注塑机的主要依据 1 公称注塑量 6 指在对空注射的情况下 注射螺杆或柱塞做一次 最大注射行程时 注射装置所能达到的最大注射量 反映了注塑机的加 工能力 2 注射压力 6 为了克服熔料流经喷嘴 浇道和型腔时的流动阻力 螺杆 或柱塞 对熔料必须施加足够的压力 我们将这种压力称为注射压 力 3 注射速率 6 为了使熔料及时充满型腔 除了必须有足够的注射 压力外 熔料还必须有一定的流动速率 描述这一参数的为注射速率或 注射时间或注射速度 4 塑化能力 6 单位时间内所能塑化的物料量 塑化能力应与注塑机 的整个成型周期配合协调 若塑化能力高而机器的空循环时间长 则不 能发挥塑化装置的能力 反之则会加长成型周期 5 锁模力 6 注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 在 此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开 6 合模装置的基本尺寸 6 包括模板尺寸 拉杆空间 模板间最大 开距 动模板的行程 模具最大厚度与最小厚度等 这些参数规定了机器 加工制件所使用的模具尺寸范围 7 开合模速度 6 为使模具闭合时平稳 以及开模 推出制件时不 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 16 使塑料制件损坏 要求模板在整个行程中的速度要合理 即合模时从快 到慢 开模时由慢到快在到停 8 空循环时间 6 在没有塑化 注射保压 冷却 取出制件等动作 的情况下 完成一次循环所需的时间 3 2 23 2 2 注塑机类型的选择注塑机类型的选择 塑料注射成型机的类型可分为 卧式塑料注射机 立式塑料注射机 和角式塑料注射机 6 1 卧式塑料注射机的特点 6 注射螺杆的轴线和合模机构的模板远动轴线呈一线的水平排列 制 品定出后塑件按自重落下 便于实现模具制造的自动化 螺杆和塑化装 置的塑化能力强 且均匀 压力损失小 塑件内应力及定向性小 可减 少变形和开裂倾向 螺杆式注射机可采用不同的螺杆 使用调节螺杆转 数及背压等适应能力 可加工各种塑料及不同要求的塑件 加工低粘度 塑料 薄壁及形状复杂塑件时 易发生副料回流 螺杆不易清洗 贮料 清洗不净 易发生分解 应用广泛 对大 中 小刑机都适用 装模麻 烦 安放嵌件及活动型芯不便 易倾斜落下 2 立式注射机的特点 6 注射螺杆的轴线和合模机构的模板远动轴线呈一线的垂直排列 由 于制品顶出后不易自动落下 必须人工或机械手将制品取出 不易实现 全自动化操作 由于机身较高 机器的稳定性差 加料较困难 维修不 便 只适用于小型机而大 中型机不易采用此结构形式 3 角式注射机的特点 6 注射螺杆的轴线和合模机构模板远动的轴线相互成垂直排列 特别 适用于开设侧交口非对称几何形状的模具或成型中心不允许留有浇口痕 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 17 迹的制品 综上所述 根据立式和角式注射机的特点 不适用于本产品的注塑 模具设计 由于卧式塑料注射机主要以螺杆式为主 且卧式螺杆式注射 机满足汽车仪表板中央焊板的工艺成型要求 因此 可采用该类型的注 射机 3 2 33 2 3 注射机型号的选择注射机型号的选择 3 2 3 1 注射机的初选 1 塑件的体积计算 利用 UG 软件进行三维实体建模 并可直接通过软件进行分析 查询 到塑件的体积为 V件 62 868 cm3 3 1 如图 3 2 所示 图 3 2 塑件的体积 2 计算塑件的质量 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 18 根据 中国模具设计大典 3 查得 0 9 0 91g cm3 根据塑 件形状及尺寸 采用一模二腔的模具结构 V浇 如图 3 3 所示 塑件和浇注系统的质量 W总 2 V件 V浇 3 2 0 9 2 62 868 18 774 0 9 144 51 130 059g 3 注塑机的初选择 查手册 1 PP 的注射压力 700 1000 105 帕 塑件较简单 取 P 90Mpa 结合 UG 软件对塑件的分析得 S投 150 14cm2 3 3 1 计算 A 2 150 14 300 28cm2 2 型腔压力计算 P腔 2 3 P 60Mpa 3 4 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 19 图 3 3 浇注系统的体积 图 3 3 塑件在分型面上的投影面积 3 锁模力计算 F AP腔 3 5 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 20 300 28 60 102 1801680N 1800KN 根据计算 查表 1 初选螺杆式注射机 SZ 630 2400 如下图所示 图 3 4 SZ630 2400 注射机 4 注射机有关参数 表 3 1 SZ 630 2400 型注射机的主要参数 标称注射量 610cm3 定位孔直径 160mm 最大开模行程 S 550mm 喷嘴球头直径 70mm 最大装模高度 Hmax 610mm 喷嘴孔直径 4mm 最小装模高度 Hmin 310mm 中心顶杆直径 50 模板最大安装尺寸 550 550mm 移模行程 0 550mm 3 2 43 2 4 注射机的校核注射机的校核 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 21 1 最大注射量的校核计算 公式 0 8 0 85 W公 W注 3 6 W公 注塑机的公称注塑量 cm3 W注 塑料体积量 是所有型腔的塑料加上浇注系统塑料的 总和 cm3 如前所述 塑件及浇注系统的总体积为 144 51cm3远小于注塑机的理 论注射量 610cm3 将数据代入公式得 180 625cm3 610cm3 故 满足要求 2 注射机压力的校核 P KP 3 7 K 安全系数 一般取 1 3 P机 注射机的最大注射压力 Mpa 或 N cm3 P塑 成型塑件所需的注射压力 Mpa 或 N cm3 一般 PP 塑料的注塑压力为 70 100Mpa 取 90 Mpa SZ 630 2400 注射机的最大注射压力 P 151Mpa 所以 P 151Mpa KP塑 机机 1 3 90 117 Mpa 可见 SZ 630 2400 注射机满足 PP 塑料注射压力的 要求 3 锁模力的校核 分注损锁 APKF 3 8 式中 注射机的额定锁模力 N 锁 F 注射压力到达型腔的压力损失系数 一般取 损 K 0 34 0 67 取 0 6 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 22 塑件成型所需的实际注射压力 MPa 由参考文献 1 注 P 表 2 2 查得为 90MPa 注 P 塑件及浇注系统在分型面上的投影面积 m2 分 A 所以 2400KN0 6 90 2 15014 35 2158 54 10 锁 F KN 1738 KN 3 由上式可知锁模力满足要求 4 模具闭合高度的校核 公式 Hmin H 闭 Hmax 如装配图可知模具的闭合高度 H 闭 382 mm 如图 3 6 所示 而注塑成型机的最大模具厚度 Hmax 610mm 最小模具厚度 Hmin 310mm 满足 Hmin H 闭 Hmax 安装要求 5 模具安装部分的校核 模具的外形尺寸为 400 mm 500 mm 而注塑成型机拉杆内间距 为 550mm 550mm 故能满足安装要求 6 模具开模行程的校核 公式 H模 H1 H2 a H H注 注 3 9 H模 模具的开模行程 mm H H注 注 注塑成型机移模行程 mm 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 23 图 3 5 流道系统在分型面上的投影面积 图 3 6 模具的闭合高度 H1 塑件的推出距离 mm 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 24 H2 包括流道凝料在内的制品的高度 mm a 侧抽芯在开模方向的距离 mm 代入数据得 H模 115 43 0 323mm H H注 注 550mm 满足要 求 综合验证 选取 SZ 630 2400 螺杆式注塑成型机完全能满足此模具 的注射要求 第第 4 注塑模具总体结构设计注塑模具总体结构设计 4 1 成型部分及其部件的设计成型部分及其部件的设计 模具设计方案的选择与塑件的质量和生产效率有直接的关系 同时 还影响塑件的成型及其整体布局的合理性 所以模具设计方案选择非常 重要 4 1 14 1 1 塑料注射成型模具的选择塑料注射成型模具的选择 根据对各种塑料注射模具的分析 综合仪表板中央焊板的结构形状 特点 最终采用 单分型面塑料注射模具 单分型面注射模的特点是 由定模和动模组成 结构简单 对塑件 成型的适用性强 应用十分广泛 综合考虑 采用单分型面塑料注射模具 其结构简单 易于加工和装配 利于分型和提高工作效率 一般可将单 分型面注塑模具分为以下几个基本组成部分 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 25 1 定位圈 2 主流道衬套 3 定模座板 4 定模板 5 动模板 6 动模垫板 7 动模底座 8 推出固定板 9 推板 10 拉料杆 11 推杆 12 导柱 13 型芯 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 图 4 1 单分型面注塑模具的结构 4 1 24 1 2 分型面的选择分型面的选择 选择分型面时的基本原则 6 1 塑料的形状 尺寸和壁厚 2 考虑注射剂技术规格 3 考虑模具结构 4 塑件性能及填充条件 5 浇注系统的布局 6 成型效率和成型操作 7 排气及脱模 8 模具结构简单 使用方便 制造容易 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 26 9 便于塑件脱模 在开模时尽量使塑件留在动模 结合汽车仪表板中央焊板的结构 根据以上基本原则 选择单分型 面 4 1 34 1 3 型腔数目的确定型腔数目的确定 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塑件的尺寸精度 模具制造成本 注塑成型的生 产效益 模具制造难度等几个因素 根据毕业设计的要求结合上述内容 本次设计采用双型腔 4 1 44 1 4 凹模的结构凹模的结构设计设计 凹模是成型塑件外形的主要部件 其形式有整体式和组合式两种类 型 整体式凹模成型的塑件无拼缝痕迹 模具简单 成型的塑件质量较 好 它是由整块材料加工而成的 非常适用于形状简单的中小型模具 缺点是对于形状复杂的凹模 加工工艺性差 组合式凹模由两个以上零 件组合而成 它改善了加工工艺性 减少了热处理变形 节省了模具材 料 缺点是塑件可能有拼缝痕迹 装配调整困难 由于仪表板中央焊板形状简单 故这里选用完全整体式凹模 4 1 54 1 5 凸模的结构凸模的结构设计设计 根据塑件内型选择整体式凸模 整体式凸模的特点 型芯和模板为一整体 其结构牢固 成型的塑 件质量较好 主要应用于小中型 结构简单的模具 由于仪表板中央焊 板的结构形状简单 所以采用整体式凸模 事实上 参与成型塑件的部分除了凹 凸模外 还有与塑件直接接 触处的脱模零部件 模架等 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 27 成型零部件之间的镶拼有以下的组合原则 1 保证塑件质量和模具的可靠性 减少在塑件上留下拼缝痕迹 使毛刺方向与镶拼方向一致 接合缝严密 强度足够 牢靠 避免尖角 和薄壁 2 方便模具其它部分的布局 考虑其是否干涉浇注系统 温度调 节系统及脱模部件等设计 3 从模具制造和维修上考虑 简化制造工艺 维修 更换方便 尽量减少镶拼数量 缩短配合长度等 4 1 64 1 6 型腔壁厚的计算型腔壁厚的计算 4 1 6 1 型腔的强度及刚度要求 注射模具型腔的侧壁和底壁厚度的计算是注射模设计中的重要问题 在注射成型过程中 型腔所受的力有熔融物料的压力 合模时的压力 开模时的拉力等 在熔融物料压力作用下 型腔将产生内应力及变形 如果型腔侧壁和底壁厚度不够 当型腔中产生的内应力超过型腔材料的 许用应力时 型腔即发生强度破坏 同时 刚度不足时型腔发生过大的 弹性变形 从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度 也可能导致脱模 困难等 强度计算的条件是满足各种受力状态下的许用应力 而刚度计算的 条件可以从以下几个方面加以考虑 1 要防止溢料 注塑模型腔的某些配合面当高压熔融物料注入时 会产生溢料的间隙 为了使型腔不会由于弹性变形而发生溢料 可根据 塑料的最大不溢料间隙来确定其刚度条件 对聚丙烯等低粘度塑料 其 所允许间隙为 0 025 0 04mm 取 0 04mm 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 28 2 应保证塑件精度 塑件均有尺寸要求 尤其是精度要求高的小 型塑件 这就要求注塑模型腔具有很好的刚性 型腔的最大弹性变形值 取塑件允许公差的 1 5 3 要有利于脱模 当变形量大于塑件冷却收缩值时 塑件的周边 将被型腔紧紧包住难以脱模 若强制顶出则易损坏或划伤塑件 这是不 允许发生的情况 因此型腔允许弹性变形量应小于塑件的收缩值 在大 多数情况下 满足了上述前两项要求就能满足本项要求 4 1 6 2 型腔壁厚的计算 侧壁 按强度计算时 4 1 p M c ap ht 式中 h 凹模型腔的深度 这里 h 22mm A 系数 由 l h 295 22 13 4 故查表 5 5 取最大值 a 2 105 模腔压力 MPa 且 25 50 p注 M p M p 22 5 45 取 pm 40MPa 材料许用应力 MPa MPa p 180 p 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 29 图 4 2 矩形凹模侧壁与底壁的计算 则 mm05 15 180 40105 2 22 c t 按刚度计算时 4 2 3 4 p M c E hcp t 式中 c 系数 由 l h 1 5 查表 5 3 得 c 0 930 E 材料的弹性模量 MPa E 2 10 105MPa 成型零部件的许用变形量 mm 且 p s为塑件的公差 查表知 s 1 00 sp 5 1 则 0 2mm 00 1 5 1 p 其它符号意义同上 则 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 30 5 92mm 3 5 4 2 01010 2 2240930 0 c t 两者中取较大者作为侧壁厚度 即凹模型腔侧壁厚度为 tc 15 05mm 底部壁厚 按强度计算时 4 3 p M h pa bt 式中 b 凹模型腔的内孔 矩形 短边尺寸 mm 且 b 98mm 系数且由 l b 295 98 3 01 查表 5 6 得 a5000 0 a 则 mm 7 32 180 405000 0 98 h t 按刚度计算时 4 4 3 4 p m h E hpc t 式中 系数且由 l b 3 01 查表 5 4 得 c0277 0 c 则 3 93mm 3 5 4 2 01010 2 98400277 0 h t 两者中取较大者作为底部厚度 即凹模底部壁厚为 th 33mm 4 1 6 3 两型腔之间壁厚的计算 由经验计算公式得 2 c c t t 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 31 mm 4 5 5 7 2 15 c t 这里取mm 8 c t 4 1 74 1 7 凹模成型工作尺寸的计算凹模成型工作尺寸的计算 成型工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸 主要 有型腔或型芯的深度尺寸 中心距尺寸等 任何塑件都有一定的尺寸要 求 在使用或安装中有配合要求的塑件 其尺寸精度要求更高 在设计 过程中 必须根据塑件的尺寸精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和 精度等级 影响精度的因素主要有以下三个方面 1 与成型零件的制造公差有关 且成型零件的精度愈低 生产的 零件尺寸或形状精度也愈低 2 塑件的计算收缩率和实际收缩率存在的差异 3 型腔在使用过程中不断磨损 使得同一模具生产的新 旧零件 尺寸各不相同 模具可动成型零件配合间隙的变化值及模具固定成型零 件安装尺寸的变化值都影响塑件的公差 它可能出现的最大公差值是这 些误差的总和 1 型腔的内形 内径尺寸 塑件外形 外径 与型腔内形 内径 的对应关系 4 6 m scpss xQddD 0 腔 式中 D腔 型腔内形 内径 尺寸 mm ds 塑件外径基本尺寸 mm s 塑件公差且 s 1 0mm Qcp 塑料平均收缩率 且 Qcp 1 2 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 32 x 综合修正系数且 x 0 5 m 模具成型尺寸设计公差 一般 1 5 1 3 0 20 0 33 取 0 25mm m s m 又长度方向 ds1 294mm ds2 286mm ds3 279mm 则它们对应的型腔内径长度尺寸为 mm 298 04 0 15 0 2 1295295 0 25 0 25 0 01 腔 D mm 93 288 0 15 0 2 1286286 0 25 0 25 0 02 腔 D mm 280 03 5 05 0 55 0 279279 0 25 0 25 0 03 腔 D 宽度方向 mm mm 98 1 s d83 2 s d 则它们对应的型腔内径宽度尺寸为 mm 68 98 0 15 0 2 19898 0 25 0 25 0 01 腔 D mm 83 50 0 15 0 2 18383 0 25 0 25 0 02 腔 D 2 型腔深度尺寸 塑件外形高度与型腔内形深度的对应关系 4 m scpss xQhhH 0 腔 7 式中 H腔 型腔深度尺寸 mm hs 塑件高度基本尺寸 mm 且 hs 22mm 其它符号意义同上 则 mm 76 1 2 0 15 0 2 12222 0 20 0 25 0 0 腔 H 3 凸模 型芯的外形 外径 尺寸 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 33 塑件内形 内径 与凸模 型芯外形 外径 的对应关系 4 0 m scpss xQDDd 凸 8 式中 d凸 凸模 型芯外形 外径 尺寸 mm Ds 塑件内形 内径 基本尺寸 mm 又长度方向 Ds1 286mm Ds2 279mm Ds3 229mm 则对应的凸模外形长度尺寸为 mm 288 93 0 15 0 2 1286286 0 0 25 25 0 01 凸 d mm 281 85 0 15 0 2 1279279 0 0 25 25 0 02 凸 d mm 25 312 0 15 0 2 1229229 0 0 25 25 0 03 凸 d 宽度方向 mm mm mm mm83 1 s D58 2 s D 7 44 3 s D 3 19 3 s D 则对应的凸模外形宽度尺寸为 mm 83 50 0 15 0 2 18383 0 0 25 25 0 01 凸 d mm 20 58 0 15 0 2 15858 0 0 25 25 0 02 凸 d mm 44 74 0 15 0 2 1 7 44 7 44 0 0 25 25 0 03 凸 d mm 19 03 0 15 0 2 1 3 19 3 19 0 0 25 25 0 04 凸 d 4 凸模 型芯的高度尺寸 塑件内形深度与凸模 型芯外形高度的对应关系 4 0 m scpss xQHHh 凸 9 式中 h凸 凸模 型芯高度尺寸 mm Hs 塑件内形深度基本尺寸 mm 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 34 这里 Hs1 22mm Hs2 20mm Hs3 3mm Hs4 2mm 则 mm 76 21 0 15 0 2 12222 0 0 25 25 0 01 凸 h mm 74 19 0 15 0 2 12020 0 0 25 25 0 02 凸 h mm 54 2 0 15 0 2 133 0 0 25 25 0 03 凸 h mm 52 1 0 15 0 2 122 0 0 25 25 0 04 凸 h 4 1 84 1 8 凹模 凸模材料的选择及粗糙度要求凹模 凸模材料的选择及粗糙度要求 成型零件所用材料的性能及粗糙度要求通常有以下几个方面 抛光 性能 强度韧性 一定的硬度和耐磨性 耐热性 耐磨蚀性 使用寿命 加工性能 成本和经济性 从以上几个方面权