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XXX学院毕 业 设 计(论 文)题目(机箱上盖塑件注塑模具设计)系别: XXX学院专业名称:机械设计制造及自动化学生姓名:学号: XXXXXX指导教师姓名、职称:完成日期 年 月 日I 机箱上盖塑件注塑模具设计摘 要本设计详细地阐述了2.1机箱上盖注射模具的参数化设计过程,给出了注射模具设计的一般步骤。在对产品进行结构分析和工艺分析的过程中,使用了MPA来模拟充型过程、分析成型过程中的参数变化、预测充型质量和可能出现的缺陷。列出了注射机选择的主要依据,并对主要参数进行了校核。在模具的结构设计的过程中,举出了各部分设计时应参照的原则,并结合本课题进行了具体的分析。在分型面的选择问题上,本设计列出了三种方案,通过分析比较,选择了一种最佳方案。侧抽芯主要参数的确定,参照了斜导柱的计算方法,指出了侧抽芯机构的设计要点。重点分析设计了调温系统,说明了调温系统对产品成型的重要性,详细计算了进、出模具的热量,最终确定散热面积、冷却水道直径、冷却水道长度等工艺参数。在设计完结构后,对模具的安装进行了大致的说明,对模具的开合动作做了必要的分析,对试模过程中可能出现的问题做了详细的分析,并提出了相应的解决方法。使用Pro/E进行三维造型贯穿整个设计过程,使设计变得很轻松,也可以及时地发现模具中的干涉等问题。 关键词:注射模;POR/E;成型机的选择;机箱上盖 IIAbstractThis paper has elaborated the injection mould parametric design of the Round Box, and mentioned the general steps of injection mould design. During plastic part analysis and structure analysis, MPA is used to simulate the filling process, analysis the parameters change during molding and forecast the filling quality. How to choose machine and check the main parameters is involved in this paper. During the structure design of the mold, the principle of each part is been listed out and analysised combining this title. The issue of designing parting plane, there list three programs and choose the best one at last. The determination of side cores parameters is referenced to the method of oblique guide. The design points of the side core is listed out. The temperature adjusting systems design and analysis is the focus in this paper. Here elaborated the importance of the temperature adjusting system, and detailed calculated the heat that enter and out the mold, then determined the parameters of cooling system. After the design of structure, this paper simply explains the assemble order, analyses the course of mold opening and closing. It analyses the problem that would appear during testing the mold and gives some blue print to solve those problem. Pro/E is being used to built of three-dimensional model. It makes the design a easy work, and some problems like intervene has been found out in time. Keywords: Injection Molding;POR/E; Plastic Molding Analysis;Round BoxIII目 录摘 要IAbstractII1 绪 论1 1.1 注射成型模具的地位及发展趋势11.1.1 注塑成型模具的地位11.1.2 注塑成型模具的发展趋势1 1.2 毕业设计选题的背景、设计方法、目的和意义21.2.1 设计选题的背景和设计方法21.2.2 设计的目的和意义22 塑件工艺性及成型工艺条件32.1 2.1机箱上盖制品图32.2 塑件结构工艺性分析32.3 塑件成型工艺条件分析43.1 成型设备的选择93.2 注射机基本参数的校核93.2.1 注射量的校核93.2.2 锁模力的校核103.2.3 最大注射压力的校核103.2.4 注射机安装模具部分的尺寸校核103.2.5 开模行程的校核114.1 型腔数目的确定和排列方式124.2 分型面的选择124.3 浇注系统的设计144.3.1 主流道的设计144.3.2 浇口的设计154.4 成型零部件的设计164.4.1 成型零部件工作尺寸的计算164.4.2 成型型腔壁厚的计算194.5 脱模机构204.5.1 脱模力的计算204.5.2 推出零件尺寸的确定214.6 侧抽芯机构224.6.1 侧抽芯机构主要参数的确定224.6.2 侧抽芯机构设计要点244.7 调温系统254.7.1 调温系统的重要性254.7.2 调温系统设计254.7.2.2 通过自然冷却所散发的热量254.8 导向机构324.8.1 成型部分的导向334.8.2 推出机构的导向334.9 排气系统345.1 模具的安装355.1.1 模具总装图355.1.2 模具的装配365.2 模具的开合动作分析395.3 试模405.3.1 试模时可能出现的问题和解决办法405.3.1 试模时应注意的事项416 PROE参数化设计过程426.1 绘制塑件三维图426.2 模具体的设计426.3 模具各零件三维图的设计44结 论52致 谢53参考文献54附 录 1 公式出处对照表55 501 绪 论1.1 注射成型模具的地位及发展趋势塑料是当今极具活力的一门产业。塑料是现代主要的工业结构材料之一,广泛应用于汽车、宇航、电子通信、仪器仪表、文体用品、化工、纺织、医药卫生、建筑五金等各个领域。至2004年,我国塑料制件的年产量已突破25001万吨。展望21世纪,高分子合成材料将进入质的飞跃发展时期。1.1.1 注塑成型模具的地位从2003年我国模具进口的海关统计资料可知,塑料模具占了模具进口量的57%,而注射成型模具在整个塑料模具中占据了很大的比例。注射成型模具设计得好坏,决定着注塑成型制件的质量优劣及成品率高低,也就是说,是否能加工出优质价廉的塑料制件,在很大程度上要靠注塑成型模具设计的合理性和先进性来保证。 现代塑料制件的生产中,合理的注塑成型工艺、先进的注塑成型模具及高精度、高效率的注塑设备是当代塑料成型加工中必不可少的三个重要因素。尤其是注塑模具对完成塑料加工工艺要求、塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。高效的、全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其效能,产品的生产和更新都是以模具制造和创新为前提的。我国注塑模具产品水平自2004年以来也取得了长足的进步。在大型注塑模具方面,可以生产1219mm电视机的塑料外壳模具、6.5kg大容量洗衣机洗衣桶的模具以及汽车保险杠、整体仪表板等塑料模具;在精密注塑模具方面,已能生产照相机塑料模具、多型腔中模数齿轮模具等。这也显示了目前我国注塑模技术已达到了较高水平,并在国民经济中将发挥越来越重要的作用。现在考察某个国家的科学与生产技术水平,塑料的生产与应用情况是重要标志之一。塑料的加工与应用和塑料工业发展的快慢,对国家科技与生产,以及国民经济的发展的巨大影响是不言而喻的。随着现代化技术的迅速发展,人们生存在“塑料世界”1 洪慎章实用注塑成型及模具设计北京:机械工业出版社,注塑模在国民经济发展过程中将处于十分重要的地位。 1.1.2 注塑成型模具的发展趋势我国塑料模具工业起步晚,底子薄,与工业发达国家相比存在很大的差距。但在国家产业政策和与之相配套的一系列国家经济政策的支持和改革开放方针引导下,我国注塑模得到迅速发展,高效率、自动化、大型、微型、精密、无流道、气体辅助、高寿命模具在整个模具产量中所占的比例越来越大。总体上来看注塑模具发展趋势,注塑成型模具正加深理论研究,加速推进标准化进程,扩大研究各种特殊结构注塑模具,全面推广CAD/CAE/CAM,进一步加强快速原型制造技术。1.2 毕业设计选题的背景、设计方法、目的和意义 1.2.1 设计选题的背景和设计方法本次设计的2.1机箱上盖是一商品,在日常生活中它有很多的应用。由于它的生产批量大,精度要求高,且材料为塑料PS,适合在塑料模具行业进行生产。本设计中使用注射模具来生产该产品,其原理是将粒状塑料连续输入到成型机的料筒中加热熔融,然后由注射杆推进,由喷嘴和模具的浇注系统导入模具中,然后保压冷却,使之固化成型。为了合理而快速的设计出模具,采用参数化设计,保证模具的各种数据上有紧密的量的联系。整个设计过程包括工艺条件的分析、最佳方案的确定、模具结构设计、模具二维和三维图的绘制。使用MPA分析制件的成型工艺,使用PROE进行三维建模并进行参数化分析,通过CAD绘制各种零件图,最后整理设计说明书,完成整个设计。 1.2.2 设计的目的和意义通过这次毕业设计,预期达到以下目的:1)加深对塑料的组成及性能的了解。2)了解塑料成型的基本原理,学会正确分析成型工艺对模具的要求。3)掌握一类成型模具的结构特点及设计方法。4)具有初步分析、解决模具现场技术问题的能力。注塑成型是一门实践性很强的学问,若想对它融会贯通,还需要长期的生产实践经验。在毕业设计中,需要对大学四年以来学过的知识进行综合应用,即可以加深对已学知识的理解,又可以从中发现不足同时,也可以加强创新以及动手能力的培养,加强独立分析和解决问题的能力,因此,本次2.1机箱上盖的设计有非常重要的现实意义。2 塑件工艺性及成型工艺条件2.1 机箱上盖塑件制品图图2.1.1 2.1机箱上盖制品图2.2 塑件结构工艺性分析了解制件的用途,分析塑料制件的工艺性,包括结构分析、尺寸精度和表面质量等。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么,塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理,熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度,有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析,看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差,能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外,还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。本塑件为圆形桶状薄壁商品,壁厚均匀,有利于各部分同时冷却,减缓内应力。将零件开口朝上放置,其底部有一个圆形凸起,上部有一个凸台,并开有小窗,需要采用侧抽芯结构,桶比较深,要求较大的开模行程,但有足够的斜度,可以顺利脱模,经模流分析,气孔和熔结痕较少,且不在关键部位,充型质量很高,可以保证表面质量,塑件体积为107.95cm3。塑件不允许有裂纹、变形缺陷,精度等级为高精度。综上,可以成型合格的塑料制件来。2.3 塑件成型工艺条件分析成型本零件使用丙烯腈(ABS),该材料为热塑性塑料,比重小,具有高的强度、刚性、硬度,耐腐蚀、性耐热性、电绝缘性优良,可在100左右使用。该塑料为无定形高聚物,注射时一般不需要进行干燥。流动性好,它的流变特性是黏度对剪切速率的依赖性比温度的依赖性大。因此,在注射充模时,通过提高注射压力或注射速度来增大熔体的流动性比通过提高温度有利。其结晶能力较强,提高模具温度将有助于制件结晶度的增加,甚至能提前脱模。同时,聚苯乙烯质软易脱模,塑件有浅的倒凹模时可强行脱模。表2.3.1 PS的基本特性参数项目参数密度(g/cm)1.041.06压缩比1.92.2拉伸弹性模量(KMpa)2.83.5泊松比0.32成型收缩率0.20.8%吸水率0.04%0.06%与钢的磨擦因数0.12 表2.3.2推荐成型工艺塑料项目丙烯腈(AVS)注射机类型螺杆式螺杆转速/r/min3060喷嘴形式直通式温度/C160170料筒温度/C前段170190中段-后段140160模具温度/C2060注射压力/MPa60100保压力/Mpa3040注射时间/s03保压时间/s1540冷却时间/s1530成型周期/s4090(资料来源:王孝培主编.塑料成型工艺及模具简明手册.北京:机械工业出版社,2000.6,第63页)3成型设备3.1 成型设备的选择选注射机考虑注塑容量、最大成型面积、闭合高度、模具体的截面尺寸、模具的顶出、定位环、浇品套以及成型工艺,现初步确定注塑型号为海天1101A,根据型腔尺寸选定模架型号为CI-3335-A45-B70-C70 GB/T12556-1990,但A板改用45mm厚的板。表3.1.1 注射机基本参数 型号 参数单位1101A螺杆直径mm34理论注射容量cm3131注射重量PSg119注射压力Mpa206注射行程mm144螺杆转速r/min0215料筒加热功率KW5.7锁模力KN1100拉杆内间距(水平垂直)mm400400允许最大模具厚度mm410允许最小模具厚度mm160移模行程mm340移模开距(最大)mm750液压顶出行程mm100液压顶出力KN33液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW13油箱容积l210机器尺寸(长宽高)m4.71.31.85机器重量t3.4最小模具尺寸(长宽)mm280280 3.2 注射机基本参数的校核 3.2.1 注射量的校核根据生产经验,注射机的最大注射量是其额定注射量的80%,按体积表示法,必须 (3.1)式中单个塑件容量,用POR/E测得11.63;浇注系统凝料和飞边所需的塑料容量,1.2;型腔数目,在型腔的数目和排列方式中确定为2;注射机额定注射量,131。则,故注射量符合要求。 3.2.2 锁模力的校核为防止模具分型面被胀模力顶开,必须对模具施加足够的锁模力,否则在分型面处将产生溢料现象。本设计中必须 (3.2)式中注射机额定锁模力(N);塑料熔体在型腔内的平均压力,根据文献4第138页表4-1,取25;制品在分型面上的垂直投影面积,经计算得5742.4。则,故锁模力符合要求。 3.2.3 最大注射压力的校核本设计中成型时的注射压力为60100MPa,注射机额定注射压力为208MPa,故注射压力符合成型要求。 3.2.4 注射机安装模具部分的尺寸校核定位环尺寸:定位环必须与定位孔呈间隙配合,便于模具安装并使注流道中心线与注射机喷嘴中心线重合,定位环的高度小型模具取810mm,大型模具取1015mm,定位孔深度应大于定位环的高度。模具厚度:确定型腔尺寸后选定标准模架,查资料6得模架的闭合厚度为220mm,在注射机允许的最大460mm、最小闭合厚度160mm之间。模具的长度与宽度:查资料6得模板长度为350mm,宽度为400mm,故可以安装在注射机上。 3.2.5 开模行程的校核开模行程应小于或等于注射机的模板行程,按下式校核 (3.3)式中注射机最大开模行程,340; 模具所需开模距离,;抽芯距,5; 塑件脱模距离,25; 包括浇注系统凝料在内的塑件高度,85。 可见,开模行程满足设计要求。4模具的结构设计4.1 型腔数目的确定和排列方式确定型腔的数目有四种方法:按注射机的最大注射量、注射机的额定锁模力、制品的精度要求以及加工的经济性。现在根据注射机的最大注射量来确定型腔数目n (4.1)式中 注射机最大注射量,cm浇注系统凝料量,cm单个塑件的体积,cm查表2.1.1,=131cm,设定=1.2cm上面已算出=24.46 cm则:=1.48(个)所以,取n=2,即采用一模二腔形式。若为多型腔模具,则应使各型腔的排列尽量紧凑和对称,且尽量使用平衡进料方式。本模具为一模二腔,布置在上下既可。4.2 分型面的选择模具上用于取出塑件和(或)浇注系统凝料的可分离的接触面通称为分型面。通常按分型面的形状,将分型面分为平面型、曲面型和阶梯形三种。常把动定模分开的面称为主分型面。选择分型面的基本原则:便于脱模和简化模具结构;不影响外观;保证尺寸精度;有利于排气;便于模具零件加工;考虑注射机的技术规格;侧向分型应与主分型面协调。本设计中分型面可以有以下几种方案:方案一:如图4.2.1,分形面选在凸台的下沿。经模流分析,产生的气孔和熔结痕主要集中在图4.2.1所示A-A面上,且该面为料流未端,利于利用分型面排气,且比较容易达到表面质量,但是增加了侧型芯的制造难度。图4.2.1 方案一分型面示意图综上,全面考虑到制品的成型质量和模具的制造工艺性,选择方案一为本设计最终的设计方案。4.3 浇注系统的设计普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成,其作用是使熔体顺利而平衡的充模、压实和保压。 4.3.1 主流道的设计主流道与熔体接触,应选用较好的材料制造,还要进行淬火处理,以提高硬度,常设计成浇口套,便于更换。为保证浇口套不被冲出定模,加定位环固定,同时也能让浇口套与喷嘴对中定位。主流道设计成锥形,PS流动性好,可取较小的锥角,本设计中取=2。内壁表面粗糙度Ra=0.63。主流道半球形=+(12)mm,本设计=18mm,=18+1=19mm。小端直径=+(0.51)mm,=7.5mm, =7.5+0.5=8mm,取0.5是为了获得更小的截面积,从而有更大的充型速度,并且减小温降和压力降。凹坑深度取h=4mm.大端过渡圆角半径取r=2mm主流道长度根据模板厚度确定,暂取L=85mm 衬套和定模采用配合H7/m6,热处理后硬度为5560HRC。定位环与注射机定位孔采用H11/h11配合。图4.3.1 浇口套结构示意图图4.3.2 浇口套安装形式示意图4.3.2 浇口的设计本模具为单腔深腔模具,可以采用直接浇口。该浇口流通途径短,压力、能量损失小,易于加工,补缩作用强,有利于充型。为防止冷料进入型腔,在浇口内侧开0.5倍壁厚的不明显的冷料穴,主流道长度就尽量短,浇口直径应尽量小,一般D2t。4.4 成型零部件的设计4.4.1 成型零部件工作尺寸的计算(1)主型芯参数的确定主型芯径向尺寸主型芯径向尺寸按以下公式计算: (4.2) 式中型芯基本尺寸;塑件内形基本尺寸;塑料平均收缩率,0.6%;修正系数,取;塑件尺寸公差;型芯制造公差,取。 主型芯的轴向尺寸主型芯轴各尺寸按以下公式计算: (4.3)式中型芯基本尺寸;塑件内形基本尺寸;塑料平均收缩率,0.6%;修正系数, ;塑件尺寸公差;型芯制造公差,取。图 4.4.1 型芯主要尺寸计算示意图(1)型腔参数的确定计算尺寸示意如图4.4.2所示:图 4.4.2 型腔主要尺寸计算示意图4.5 脱模机构脱模机构设计原则:保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观;尽量将塑件留在动模;推出机构运动要准确、灵活、可靠,无卡死现象,机构本身应有足够的刚度、强度和耐磨性。因圆盒型较深,PS质软,且一模二腔,为不使塑件变形,可利用成型零件推出。 4.5.1 脱模力的计算本圆盒为薄壁制件(t/d=2/116=0.0170.05),所需脱模力按以下公式计算: (4.8)式中圆环形制品的壁厚,2mm;塑料的弹性模量,3000;塑料平均成型收缩率,0.6%;制件对型芯的包容长度,128;模具型芯的脱模斜度,5;塑料的泊松比,0.32;无量纲系数,随和而异,取1.0084;制件与型芯间的磨擦系数,0.12;盲孔制品型芯在垂直于脱模方向上的投影面积,5742.4。 =2074.48 4.5.2 推出零件尺寸的确定本设计使用成型零部件脱模,只需计算推杆即连接杆的尺寸。根据压杆稳定公式,可得推杆直径()的公式 (4.9)式中推杆的最小直径,;安全系数,可取;推杆的长度,144,脱模力,456312.32;推杆数目,1;钢材的弹性模量,3000;=21.37,取25;推杆直径确定后,按以下公式进行强度校核 (4.10) 式中推杆材料的许用应力,200;推杆所受的应力,; 其它符号同前。=4.23200,符合受力要求。推出机构形式如图4.5.1所示: 图 4.5.1 推出机构示意图4.6 侧抽芯机构圆盒的两侧开有对称小窗,存在与开模方向垂直的分型,深度较大不能强制脱模,故需要侧向抽芯机构。考虑到型腔较深,对型芯的包紧力较大,虽有较大斜度仍不能保证能顺利脱模,故采用弯销滞后侧抽芯机构,开模后有一段空行程,该机构抗弯强度高,可使用较大的倾斜角,在开模行程相同的条件下,可以得开更大的抽芯距。 4.6.1 侧抽芯机构主要参数的确定抽芯距型芯从成型位置到不妨碍塑件脱模的位置所移动的距离叫抽芯距。一般抽芯距为侧孔或侧凹深加23mm的余量。这里=2,则=2+3=5mm弯销的倾角倾角不仅决定开模行程和弯销长度,对弯销的受力状况也会产生重要影响。本设计取倾角。有效工作长度=11.67弯销和滑块孔之间的间隙,取0.5。工作原理见图4.6.1。图 4.6.1 弯销工作原理示意图 弯曲力弯曲力,式中为抽芯阻力,即塑料对侧型芯的包紧力。因式中塑料制品收缩对型芯单位面积的正压力,一般取812,收缩力越大,包紧力越大,的取值越大,本设计取=9。 塑料制品包紧型芯的侧面积,这里为故=1341 =1427弯销的截面尺寸、弯销的截面形状为矩形,宽为,高为。抽芯时,弯销受有弯矩的作用,其最大值为=26.6由材料力学可知弯销的弯曲应力为 (4.11)式中弯销的抗弯截面系数;弯销材料的弯曲许用应力,对碳钢可取13.7(137);弯销的截面为矩形,其截面系数为,本设计中取=, =13.13,规整取14则=8.75,此为不安装螺钉而满足强度要求时需要的最小尺寸,由于还需螺钉固定,螺钉选用M3系列的,故应加上螺钉导致的缺孔的宽度,取12。空行程取5。抽芯行程为=12.37。 4.6.2 侧抽芯机构设计要点弯销常采用45钢、T10A、T8A及20钢渗碳淬火,热处理硬度在55以上,表面粗糙度不大于0.8,弯销与固定板采用。滑块采用组合式,便于加工、维修和更换,并能节省优质钢材,滑块常用45钢或T8、T10制造,淬硬至40以上,而型芯则要求用、T8、T10或45钢制造,硬度在50以上。导滑块槽应使滑块运动平衡可靠,二者之间上下、左右各有一对平面配合,配合取H7/f7,其余各面留有间隙。滑块的导滑部分应有足够的长度,以免运动中发生偏斜,一般导滑部分长度应大于滑块宽度的2/3,否则滑块在开始复位时容易发生倾斜。导滑槽应有足够的耐磨性,由T8、T10或45钢制造,硬度在50以上。滑块应有定位和锁紧装置。锁紧块有于在模具闭合后锁紧滑块,承受成型时塑料熔体对滑块的推力,以免弯销弯曲变形;但开模时,又要求锁紧块迅速让开,以免阻碍弯销驱动滑块抽芯。故销紧块的楔角应大于倾斜角,一般取。设计结果如图4.6.2所示:图 4.6.2 侧抽芯机构示意图1弯销 2.动模垫板 3.滑块 4.定位装置4.7 调温系统 4.7.1 调温系统的重要性模具温度对塑料制件的质量及生产效率有极大的影响:(1) 改善成形性(2) 成型收缩率(3) 塑件变形(4) 尺寸稳定性(5) 力学性能(6) 外观质量 4.7.2 调温系统设计 4.7.2.1 单位时间型腔内的总热量Q(kJ/h) (4.12)式中每小时注射次数;每次塑料的注射量,kg;单位热流量,。本设计中成型周期为20s,=3600/20=180次;每次塑料的注射量包括塑件的质量和浇注系统的质量,本设计中塑件的质量为113.3g,设浇注系统质量为10g,则=123.3g=0.1233kg。查文献1第222页图10-2,取=160.8=3568.7952 4.7.2.2 通过自然冷却所散发的热量 、 由对流所散发的热量Qd(kJ/h) (4.13) 式中模具平均温度,本设计中为30;室温,一般取20;模具表面积,; (4.14) 式中模具的四个侧表面积,即=526820=0.52682;模具的两个分型面表面积,为模板面积与塑件侧面积之和的两倍,即=332050=0.33205;开模率; (4.15) 式中注射成型周期,20s;注射时间,2s;制品冷却时间,9.3s。故 =0.435,=0.671, =81.16 由幅射所散发的热量() (4.16) 式中模具的四个侧表面积,0.52682;辐射率,本设计取0.80;(资料1P223)模具平均温度,本设计中为30;室温,一般取20; =92.82 向注射机工作台所传递的热量() (4.17) 式中模具与工作台接触面积,=284000=0.284;传热系数,普通钢取=502 =1425.68 脱模后塑件带走的热量()式中每小时注射次数,180次;每次塑料的注射量,0.1233;单位热流量,30时取20。=443.88 4.7.2.3 由冷却系统带走的热量 ()= 1525.2552应分别由凹模和型芯的冷却回路带走,采用资料1式(10-41)的分配方案,=610.10=915.18 4.7.2.4 计算冷却回路有关参数 4.7.2.4.1 凹模所需冷却水管参数 (4.18) 式中冷却水入口温度,设定20;冷却水出口温度,本设计要求精度较高,设定出口温度为21(精度为3级时进出口温差应小于2);冷却水平均温度时水的密度,998.2; 冷却水平均温度时水的比热容,4.187;所需冷却水的体积流量,= 2.43则冷却水的平均流速=1.61将冷却管道设计成螺旋形半圆水道,直径设为0.08,则冷却水流速应是计算的一倍,即3.22。凹模冷却水道长度:模具热阻按以下公式计算 (4.19)式中模具的热传导阻力,表现为温差,;进入模具的熔体的总热含量,922.1W;水孔中心至型腔的距离,取12;型腔表面积,122783;模具材料的传热系数,查资料2P215表5-55,一般钢材取;=K可见,冷却水管壁与型腔壁温差几乎为零,即整个型腔温度可视为相等。则型腔散热面积 (4.20)式中型腔的散热面积,;冷却水平均温度,20.5;=0.0037,制件与型腔的接触面积为0.047,与计算的散热面积比较接近。则型芯冷却水管长度=179.96凹模冷却水道参数校核冷却水流动状态的校核校核公式为 (4.21) 式中水的运动黏度,查资料1P229图10-8,取=则故水的流动属于稳定湍流,有良好的冷却效果。冷却回路压降计算 (4.22) 式中水在时的密度,993.2;冷却回路因孔行变化或改变方向引起的局部阻力的当量长度,型腔中有一次90转弯,得=0.24=671.6Pa该压力远小于一般自来水的压力,故该方案可靠。 4.7.3.4.2 型芯所需冷却水管参数式中冷却水入口温度,设定20;冷却水出口温度,本设计要求精度较高,设定出口温度为21;冷却水平均温度时水的密度,998.2; 冷却水平均温度时水的比热容,4.187;所需冷却水的体积流量,= 3.65将冷却管道设计成螺旋形半圆水道,直径设为0.008,则冷却水的平均流速=2.42半圆形水道流速应为4.82。型芯冷却水道长度:与型腔设计时同理,整个型芯温度可视为相等。则型腔散热面积式中型芯的散热面积,;冷却水平均温度,20.5;=0.0055制件与型芯的接触面积为0.048,与计算的散热面积比较接近。则型芯冷却水管长度=267.51型芯冷却水道参数校核冷却水流动状态的校核校核公式为式中水的运动黏度,查资料1P229图10-8,取=则故水的流动属于稳定湍流,有良好的冷却效果。冷却回路压降计算式中水在时的密度,993.2;冷却回路因孔行变化或改变方向引起的局部阻力的当量长度,型腔中有一次90转弯,得=0.24=1220.74Pa该压力远小于一般自来水的压力,故该方案可靠。图 4.7.2 型芯冷却回路三维图4.8 导向机构导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零部件之间的准确对合,起定位和导向作用。主要有导柱导向和锥面导向两种形式,其设计基本要求是导向精确,定位准确,并具有足够的刚度、强度和耐磨性。 4.8.1 成型部分的导向本设计中塑件的尺寸较大,成型压力会使型芯和型腔偏移,且型腔较深,精度要求较高,故采用锥面定位。此种设计还可以提高模具的刚性。具体结构见图4.8.1,其中锥角取22,高度大于15mm,两锥面均进行淬火处理。 4.8.2 推出机构的导向为保证连接杆的准确推出与复位,同时也为了使复位杆的运动不至于偏离预定路径,本设计中采用了四根导柱来保证推出机构的运动精确,其安装形式如图4.8.2所示。图4.8.2 推出机构导向示意图1.动模垫板 2.推杆固定板 3.推板 4.动模座板 5.导柱 6.导套 4.9 排气系统型腔得浇注系统产生的气泡常分布在与浇口对应的位置;熔体中水分蒸发产生的气泡呈不规则分布;熔体分解产生的气泡主要分布在厚壁部分。可据此判断气泡来源。排气方式很多: 利用分型面排气; 利用型芯与模板的配合间隙排气; 利用推杆或侧型芯的间隙排气; 开设排气槽。经模流分析,本塑件中气泡主要产生有分型面上,如图2.3.7,故可利用分型面排气,若还不足,则加大侧型芯运动间隙来排气。5模具的安装及调试5.1 模具的安装5.1.1 模具总装图图5.1.1 模具装配图主视图图5.1.2 模具装配图俯视图1. 定模板2. 定模座板3. 型芯4. 定位环5. 推件型芯6. 主流道衬套7. 圆柱销8. 型腔9. 密封圈10. 圆柱销11. 衬套12. 冷却水套13. 弯销14. 内六角圆柱头螺钉M3x2015. 圆柱销 16. 滑块17. 动模板18. 销形定位装置19. 动模垫板20. 弹簧21. 导套22. 动模座板23. 限位钉24. 推板25. 推杆固定板26. 连接杆钉27. 垫块28. 内六角圆柱头螺29. 复位杆30. 内六角圆柱头螺钉M5x25 31. 水嘴32. 导轨压块33. 导柱34. 内六角圆柱头螺钉M10x30 35.内六角圆柱头螺钉M16x60 5.1.2 模具的装配1)按图纸要求检验各装配零件。2)加工定模板1的外形以定模板1的一大面为基准,用插床精加工四周(四边保持垂直度)。3)镗线切割用穿线孔按精插后的外形,求得型腔的实际中心尺寸L和L1(如图5.1.3),钳工画线,铣制平台尺寸10mm(镗孔用),镗制穿线孔10mm。图5.1.3 镗穿线孔中心示意图4)以穿线孔10mm为基准,线切割型腔安装孔134mm。加工台肩尺寸146mm,深5mm。5)在型腔上装上密封圈9,并将型腔8压入定模板。型腔压入模板一小部分时,用百分表校正其位置,当调整位置正确后,再将型腔全部压入模板。6)在定模板1和型腔8上加工限位钉孔并压入圆柱销10。7)将主流道衬套6压入型腔8。8)在动模座板1上加工出定位环孔以及主流道衬套孔。9)将定位环4与定模座板2用平行夹头夹紧,加工螺钉孔。然后分别在定位环4上加工沉孔、在定模座板2上加工螺纹。10)将定模座板2与定模板1用平行夹头夹紧,加工M16螺纹孔,之后分别在定模板1上加工螺纹、在定模座板2上加工沉孔。11)将定模板1、定模座板2、定位环4用螺钉紧固。12)同步骤2)、3),在动模板1上找出实际中心位置,并线切割出型芯安装孔134mm与台肩146mm。13)在冷却水套上装入密封圈。14)同步骤5),装入型芯3、冷却水套12。15)配钻出型芯3与动模板17、型芯3与冷却水套12的防转销孔并压入防转销。16)将动模板17与4个导轨压块用平行夹头夹紧并在相应位置钻出螺纹孔,之后分别加工出沉孔与螺纹。17)将推杆固定板25、动模垫板19、动模板17,用平行夹头夹紧,并加工出10mm复位杆孔,之后加工11mm深87孔,如图4.1.4所示。图5.1.4 复位杆孔加工示意图1推杆固定板 2.动模垫板 3.动模板18)将动模垫板19、推杆固定板25、推板24、动模座板22用平行夹头压紧,加工出导柱孔20mm。拆下动模垫板,加工导柱孔台肩27mm。19)将动模垫板19与推杆固定板25用平行夹头夹紧后,加工出连接杆孔25mm,拆下推杆固定板并在其上加出连接杆台肩37mm。20)在推板24与推板固定板25上配钻出相应的螺纹孔。21)将动模座板19、垫块27、动模垫板19、动模板17用平行夹头夹紧,加工出螺纹孔16mm,拆下后分别在动模座板上加工螺孔台肩、在动模板上加工螺纹。22)将导柱33压入动模垫板19。23)将复位杆29装入推杆固定板25并套上弹簧20。24)将衬套11压入冷却水套12,然后将连接杆26通过推杆固定板25和动模垫板16插入衬套21,将连接杆26与推件型芯5用圆柱销7连接。25)在动模板17中加入定位装置18并与动模垫板19合拢,调整复位杆的位置。26)在推板中压入导套,并用螺钉将其与推杆固定板紧固,注意调整各零件的位置。27)在动模座板22上装入限位钉23。28)将动模座板22、垫块27、动模垫板19、动模板17用螺钉28固定。29)将滑块16放在动模板17上,用导轨压块32压紧并用螺钉固定,注意滑块的运动灵活。30)将弯销13插入滑块,将动模和定模缓慢靠拢,到动定模完好合拢时,将弯销固定在定模板1上。31)装配完后进行试模,合格后打标记并交验入库。 图5.1.5 2.1机箱上盖注射模三维示意图5.2 模具的开合动作分析1) 拉出凝料。开模时,开始滑块有5mm的空行程,这一过程中滑块与动模板不发生相对运动,塑件依靠小窗这一结构将凝料从流道中拉出。2) 侧抽芯过程。滑块经历5mm的空行程后,开始与弯销的斜面接触,在弯销的作用下,滑块开始向两侧运动,经历17.37mm的开模行程后完成侧抽芯动作。3) 推出塑件。完成侧抽芯后,动模继续运动一段距离,在注射机顶杆的作用下,推板通过连接杆作用到推件型芯,使整个塑件平稳的脱离型芯。至此,可以取下塑件。4) 合模。合模过程是以上开模运动的逆过程,首先是动模向定模侧运动,推出机构复位,之后在弯销的作用下,滑块复位,最后锁紧方可进行下一次注射。5.3 试模试模是模具生产的最后阶段,此时模具要经受正常工作条件的考验。试模时可能发现各种各样的产品缺陷,要经具体的分析改进注塑条件以求获得满意的质量。如果生产由于产品设计或模具设计、制造的问题而产生问题,且不能由注塑条件的调整加以解决就必须修整模具或提交有关人员解决。试模的一般过程是:先将擦干净的模具按常规安装到注射机上,然后调整合模、开模和顶出,在空载情况下合模开模来回活动几下,若没发现模具有异常或不灵活等问题,就开始试打样件。料筒的塑料应符合要求并存放一定的量,由注射机加热塑化,打样件时注射量,注射压力锁模力通过试模确定最佳值,此时塑件应符合外形和表面质量达到产品设计要求。塑件在注射成型过程中模具动作灵活,操作正常,制品合格,试模工作即告结束。 5.3.1 试模时可能出现的问题和解决办法注射填充不足:产生原因:熔体流动阻力过大;型腔排气不良;锁模力不足。改进措失:正确的设计流道或分流道使其合理;合理的安排顶杆、镶块,利用间隙充分排气调大锁模力,保证正常制件料量。制品尺寸超差:产生原因:注射压力过高,保压时间过长;注射压力偏低,保压时间不足。 改进措失:提高模具温度;降低注射压力,缩短保压时间;调整工艺参数。制品产生飞边:产生原因:注射过量;锁模力不足;模具局部配合不佳。 改进措失:调整工艺参数;加大锁模力;省模。翘曲变形: 产生原因:物料带有杂质灰尘,未干燥;排气系统不佳;型腔表面粗糙度不高。改进措失:加大喷嘴、改变冷却水道和推出杆的位置或延长保压时间。表面质量差:产生原因:物料带有杂质灰尘,未干燥;排气系统不佳;型腔表面粗糙度不高等。改进措失:通过对物料的充分清洁干燥;改进排气系统;研磨型腔表面等。制品粘模:产生原因:浇口尺寸太大,且位置不当、型腔的表面粗糙度太高了、脱模斜度太小或推出位置不恰当。改进措失:增加浇口尺寸、改正它的位置;抛光型腔的表面;增加脱模斜度;选择合适的推出位置来达到要求。主流道粘模:产生原因:主流道衬套的表面粗糙度太高、主流道脱模斜度太小、喷嘴的孔径大于主流道的直径、主流道衬套的弧度与喷嘴的弧度不吻合。改进措失:减低主流道粗糙度、增加主流道的斜度、减小喷嘴直径、使喷嘴和主流道的尺寸相同并对准。气泡:产生原因:原料含水分、溶剂或易挥发物、塑料温度太高或受热时间太长,已降解或分解、注射压力太大、注射螺杆退回太早、模具温度太低、注射速度太快、在机筒加料端混入空气等。改进措失:干燥原料、降低成型温度,或拆机换新料、降低注射压力、延长退回时间或增加预塑时间、提高模温、降低注射速度、适当增加背压排气,或对空注射。凹痕:产生原因:流道浇口太小、制品太厚或薄厚悬殊太大、浇口位置不适当、注射及保压时间太短、加料量不够、机筒温度太高、注射压力太小、注射速度太低。改进措失:增加流道浇口尺寸、改进制件工艺设计使制件薄厚相差小、浇口开在制件的厚壁处改进浇口位置、延长注射及保压时间、增加装料量、降低机筒温度、提高注射压力、提高注射温度等。熔接痕:产生原因:塑料温度太低、脱模剂过量、模具温度太低、注射压力太小、模具排气不良等。改进措失:提高机筒喷嘴及模具温度、减少浇口或改变浇口位置、采用雾化脱模剂减少用量、提高注射速度、提高模温、提高注射压力、增加模具排气孔等。5.3.1 试模时应注意的事项试模过程中应做详细的记录并将结果填入试模记录卡,注明模具是否合格。如需返修,则应提出相应的返修意见,在记录卡中应摘录成型工艺条件及操作注意点,著明产品的缺陷,最好能附上加工出来的制品,以供参考。试模后,将模具清理干净,涂上防锈油,然后入库或返修。6 PORE参数化设计过程6.1 绘制塑件三维图图6.1.1 2.1机箱上盖产品三维图6.2 模具体的设计利用上一步做好的三维模型,在Ug“建模”模式下的“型腔”模块下进行模具体的设计。收缩率设置为0.005,利用复制、延伸、填充、合并等多种方法创建分型面,并分割出模具各个体积块。图6.2.1 分离出的型腔体积块三维图图6.2.2 分离出的型芯体积块三维图6.3 模具各零件三维图的设计在POR/E中打开2.1机箱上盖模具体的装配文件,修改模具体各部分至设计形状。图6.3.6 滑块三维图图6.3.7 压紧块三维图图6.3.8 动模座板三维图图6.3.9 主流道衬套三维图图6.3.10 定模板三维图图6.3.11 动模板三维图图6.3.13 推杆固定板三维图图6.3.14 推板三维图图6.3.15 动模座板三维图所有零件三维图完成后,将其装配好,如图6.3.16所示。图6.3.16 装配后闭合时模具三维图结 论通过本次毕业设计,使我对产品分析、模具设计、模具制造工艺、模具装配与调试、模具材料的选用、二维及三维参数化设计等知识有了系统的认识和把握。同
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