原稿!!YA354-粗瞄镜座注射模具设计【含CAD图纸】
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. 毕业设计(论文)系 别:专 业:机械设计制造及其自动化学 生 姓 名:学 号:设计(论文)题目:粗瞄镜座注塑模具设计起 迄 日 期:设计(论文)地点:指 导 教 师: 专业教研室负责人: 31摘 要本设计是粗瞄镜座零件的注塑模具设计,在结合了传统的机械设计后把CAD/CAM技术应用在注塑模具的设计上,在CAD系统实行了模型和注塑模具的设计。本文介绍了我国当前模具技术的发展状况以及CAD/CAM在模具上的应用,其中包括AUTOCAD。主要的机械部分设计,其内容包括塑料注塑模具的工作原理及应用,设计准则。塑料注塑模的设计计算,包括模具结构设计,注塑机的选用,浇注系统的设计,动、定模,浇注系统,脱模机构,顶出机构,冷却系统等设计等方面。如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。关键词:CAD;CAM;注塑模;工艺AbstractThis design is coarse pointing the lens holder parts injection mold design, combined with the traditional mechanical design after the CAD / CAM technology in injection mold design, implementation of the model in the CAD system and injection mold design. This article describes the current state of development of mold technology and CAD / CAM applications in the mold, including AUTOCAD. The main part of mechanical design, which includes plastic injection mold working principle and application of design criteria. Plastic injection mold design calculations, including the design mold design, injection molding machine selection, gating system design, dynamic, fixed mold, pouring system, the release mechanism, the ejection mechanism, cooling system and other aspects. So design a structure to ensure reliable operation die working.Keywords: CAD; CAM; injection molding; Process目 录摘 要IIAbstractIII1 绪 论11.1模具的作用与地位11.2 本次设计研究目的及意义11.3 CAD发展概况21.4 注塑模CAD内容32 塑料注射模具的设计52.1 塑料件的工艺性分析52.2 粗瞄镜座材料的选择62.3.1 丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物(ABS)62.3.2 聚苯乙烯(PS)72.3.3 双酚A型聚碳酸酯(PC)82.4 绘制模具装配草图102.5 对零件进行工程图绘制112.6 课题任务要求123 粗瞄镜座注射模的详细设计133.1 塑料注射成型机的选择133.1.1注射成型机类型与结构133.1.2 注射成型机的选择及计算143.2 注射模具分型面的选择163.2.1 分型面的基本形式163.2.2 分型面选择的基本原则163.2.3 分型面的选择173.3 注射模具浇注系统的设计173.3.1 注射模具浇注系统的组成173.3.2 注射模具主流道的设计183.3.3 注射模具分流道的设计193.3.4 注射模具浇口的设计203.3.5 冷料穴和钩料脱模装置223.4 注射模具成型零件和模体的设计223.4.1 注射模具型腔的结构设计223.4.2 注射模具型芯的结构设计243.4.3 注射模具成型零件的尺寸确定253.5 注射模具的侧抽芯机构273.5.1 注射模具的侧抽芯机构概述273.5.2 注射模具的斜导柱侧抽芯机构设计283.6 注射模具的顶出机构的设计293.6.1 注射模具的顶出机构293.6.2 推板顶出机构303.7 塑料注射模具的温度调节系统设计313.7.1 塑料注射模具的温度调节系统的重要性313.7.2 塑料注射模具的冷却系统的设计313.8 模具结构设计31总 结32参考文献33致 谢341 绪 论1.1模具的作用与地位模具是指工业生产上通过注塑、压铸或锻压等方式生产产品所用的各种模型和工具,是工业生产中极其重要而又不可或缺的特殊基础工艺装备,被称为“工业之母”。其生产过程集精密制造、计算机技术和智能控制为一体,既是高新技术载体,又是高新技术产品。由于使用模具批量生产制件具有的高生产效率、高一致性、低耗能耗材,以及有较高的精度和复杂程度,因此已越来越被国民经济各工业生产部门所重视,被广泛应用于机械、电子、汽车、信息、航空、航天、轻工、军工、交通、建材、医疗器械、五金工具、生物、能源、日用品等制造领域,据资料统计,利用模具制造的零件数量,在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80%以上;在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机、传真机、电话及手机等电子产品中占85%以上;在电冰箱、空调、洗衣机、微波炉、吸尘器、电风扇、自行车等轻工业产品中占90%以上;在枪支等兵器军工产品中占95%以上。为我国经济发展、国防现代化和高端技术服务做了重要贡献。模具工业是重要的基础工业。工业要发展,模具须先行。没有高水平的模具就没有高水平的工业产品。现在,模具工业水平已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,在国民经济中占有重要的地位,模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。1.2 本次设计研究目的及意义(1).调查研究中外文献检索和阅读能力;(2).综合运用专业理论和知识分析、解决实际问题的能力;(3).设计、计算与绘图的能力,包括使用计算机的能力;(4).掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程;(5).逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达能力;(6).撰写设计说明书(论文)的能力;(7).养成严肃、认真、细致地从事技术工作的优良作风。1.3 CAD发展概况计算机辅助设计(CAD-ComputerAidedDesign)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。CAD的应用,使得设计人员在设计过程中,能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力,完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务,并通过设计人员进行创造性的设计以实现最优方案。CAD(ComputerAidedDesign)诞生于20世纪60年代,是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划,由于当时硬件设施的昂贵,只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。70年代,小型计算机费用下降,美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。80年代,由于PP机的应用,CAD得以迅速发展,出现了专门从事CAD系统开发的公司。CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜,应用范围也逐渐变广。通用的CAD件是AutoCAD,但AutoCAD是一种通用的绘图软件,对机械行业针对性差,不过幸运的是,AutoCAD是个开放性软件,可以对它进行二次开发,如采用ADS,ARX语言等。由于二次开发的深入,加强了参数化设计、智能化设计等,这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能。CAD技术的发展与应用对于彻底改变塑料模具设计与制造的传统方法与落后面貌,提高模具的设计质量与设计效率,缩短模具的设计制造周期,具有重要作用。世界上第一套塑料模具CAD软件是澳大利亚MOLDFLOW公司于1976年推出并以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已经发展得比较完善,能够为设计人员、模具制作人员、工程师提供指导,通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。实现了对注塑过程的模拟、设计原理的应用和精确计算,并逐步优化模拟过程,使设计工程师在产品设计阶段可以在计算机上“制造”塑料产品。据美国Protetype&PlasticMold公司统计,该公司使用CAD系统后一年内生产效率提高了一倍,节省了35%的准备时间,制造周期平均缩短了30%,材料节省了10%,模具成本降低了10%30%。模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步,普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟,各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度;进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能,实现技术资源的重新整合,使虚拟制造成为可能。塑料模具CAD的应用带来了巨大的社会效益和经济效益。1.4 注塑模CAD内容在模具设计中,模架及某些零件,如导柱、导套、推杆、支撑块、浇口套、定位圈等分别已形成厂标、行标或国标。对于这些标准的或本单位采用的模架及零件可在通用的二维工程图CAD系统中建立模架、零件库,以被设计时调用。对于浇注系统、温控系统、模架结构强度计算等内容,已有一些较成熟的计算方法或经验计算方法,可设置这些计算公式的模块,以便设计人员进行快速计算。注塑模CAD的内容有以下几点:1.注塑制品的几何造型2.模腔面形状的生成3.模具结构方面的设计4.标准模架选择5.部装图及总装图的生成6.模具零件图的生成7.常规计算和校核。2 塑料注射模具的设计2.1 塑料件的工艺性分析本课题是对粗瞄镜座的注射模设计。首先对粗瞄镜座进行测绘,并对塑件的使用性能和结构要求有一个基本的了解。看塑件的结构是否满足塑件结构的工艺性能。粗瞄镜座是对具有一定直径的线,起导向和自锁的装置。在使用过程中受到一定的力。经分析其工艺性,其厚度足以满足其机械强度,并在适当位置设有加强筋,增加了注射模的刚度和强度,且节省了材料。由于塑件冷却时的收缩,为了便于塑件的脱模,在脱模方向上,具有合理的脱模斜度。塑件上的各种形状的孔,开设在不减弱粗瞄镜座的机械强度的位置,节省了材料。总之,粗瞄镜座具有良好的结构工艺性。2.2 粗瞄镜座材料的选择塑料(Plastics)是以有机高分子化合物为基础,加入若干其他材料(添加剂)制成的固体材料。塑料的优点:塑料的强度较小,有较高的比强度。塑料还具有较高的电绝缘和热绝缘性,良好的耐磨性和耐腐蚀性,以及优异的成型工艺性。塑料的缺点:强度,硬度较底,易老化等。通用塑料如聚丙烯PP,聚乙烯PE,聚氯乙烯PVC具有应用范围广、加工性能良好,价格低廉的优点,但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不选用,以下拿三种常用典型材料比较选取。2.3.1 丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物(ABS)ABS外观上是淡黄色非晶态树脂,不透明,密度与聚苯乙烯基本相同。ABS具有良好的综合物理力学性能,耐热,耐腐,耐油,耐磨、尺寸稳定,加工性能优良,它具有三种单体所赋予的优点。其中丙烯腈赋予材料良好的刚性、硬度、耐油耐腐、良好的着色性和电镀性;丁二烯赋予材料良好的韧性、耐寒性;苯乙烯赋予材料刚性、硬度、光泽性和良好的加工流动性。改变三组分的比例,可以调节材料性能。 ABS为无定形聚合物,无明显熔点,熔融流动温度不太高,随所含三种单体比例不同,在160190范围即具有充分的流动性,且热稳定性较好,在约高于285时才出现分解现象,因此加工温度范围较宽。ABS熔体具有明显的非牛顿性,提高成型压力可以使熔体粘度明显减小,粘度随温度升高也会明显下降。ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯,吸水率约在0.2%0.45%之间,但由于熔体粘度不太高,故对于要求不高的制品,可以不经干燥,但干燥可使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。在8090下干燥23h,可以满足各种成型要求。ABS具有较小的成型收缩率,收缩率变化最大范围约为0.3%0.8%,在多数情况下,其变化小于该范围。注塑是ABS塑料最重要的成型方法,可以采用柱塞式注塑机,但更长采用螺杆式注塑机,后者更适于形状复杂制品、大型制品成型5。2.3.2 聚苯乙烯(PS)聚苯乙烯是无色无臭的透明刚硬固体,制品掷地时有金属般响鸣。聚苯乙烯透光率不低于80%,雾度约为3%,折射率较大,在1.591.60之间,具有特殊光亮性,但储存时易泛黄。泛黄原因之一是单体纯度不够,特别是在含有微量元素时;二是聚合物在空气中缓慢老化引起发黄。聚苯乙烯较轻,密度在1.041.065之间。力学性能 聚苯乙烯在热塑性塑料中属于典型的硬而脆塑料,伸、弯曲等常规力学性能皆高于聚烯烃,伸时无屈服现象。热学性能 聚苯乙烯分子链虽是刚性链,但由于是无定形结构,超过玻璃化温度即开始软化,软化点仅95左右,许多力学性能都受到温度升高的明显影响。最高连续使用温度仅6080。120开始成为熔体,180后开始具有流动性,其热稳定性较好,超过300才开始分解,因此聚苯乙烯具有较高的成型加工区间。电性能 聚苯乙烯是非极性聚合物,具有颇为优异的介电、电绝缘性能,由于吸湿性很小,电性能也不受环境湿度改变的影响。加工工艺性 吸湿性很小,加工前一般不需要专门的干燥工序成型温度范围较宽收缩率及其变化范围都很小,一般在0.2%0.8%有利于成型出尺寸精度较高和尺寸较稳定的制品聚苯乙烯制品容易产生内应力,并且在空气中会缓慢老化引起发黄很显然不适合选用2.3.3 双酚A型聚碳酸酯(PC)双酚A型聚碳酸酯是无色或者微黄色透明的刚硬、坚韧固体。 力学性能双酚A型聚碳酸酯是典型的硬而韧聚合物,具有良好的综合力学性能。伸、压缩、弯曲强度均相当于聚酰胺6、聚酰胺66,冲击强度高于所有脂肪族聚酰胺和大多数工程塑料,抗蠕变性也明显优于聚酰胺、聚甲醛。力学性能方面缺点是耐疲劳性较差,缺口敏感性较明显热性能有良好的耐热性,玻璃化温度较高,高于所有的脂肪族聚酰胺,熔融温度略高于聚酰胺6但低于聚酰胺66,热变形温度和最高连续使用温度均高于绝大多数脂肪族聚酰胺,也高于几乎所有的热塑性通用塑料。在工程塑料中,他的耐热性优于聚甲醛、脂肪族聚酰胺和PBT,与PET相当,但逊于其他工程塑料。聚碳酸酯具有良好的耐热性,脆化温度为-100电性能双酚A型聚碳酸酯是弱极性聚合物,极性的存在对电性能有一定不利影响,在标准条件下电性能虽不如聚烯烃、聚苯乙烯等,但也不失为是电性能较优的绝缘材料,特别是因其耐热性优于聚烯烃,可在较宽温度范围保持良好的电性能。由于吸湿性较小,环境温度对电性能无明显影响。其他性能在干燥的气候条件下物理力学性能基本不变,但在潮湿环境及强烈日照条件下,会产生表面裂纹并发暗,在火焰中可缓慢燃烧,离火源后可自熄5。PC剪切黏度高,充模阻力大,并且由于其在力学性能方面的缺点也不选用。表2.1: 三种材料性能参数表ABSPSPC密 度1.051.041.061.181.20收 缩 率0.30.80.20.80.50.7熔 点130160131165220240热变形温度(45N/cm)65986590132138模具温度6080406085120喷嘴温度180190160170250300中段温度180230170190270320后段温度150170140160250270注射压力601006010050110塑化形式螺杆式柱塞式螺杆式柱塞式螺杆式柱塞式伸强度334935636066伸弹性模量1.82.83.52.3弯曲强度806198105113弯曲弹性模量1.4-1.54压缩强度18398011285缺口冲击强度11200.250.40不断硬 度R6286洛氏M658011.7HB体积电阻率1016101710191015介电常数60Hz2.45.0106 Hz2.760Hz3.0击穿电压-19272030外 观浅象牙色或白色不透明无色透明、摔打音清脆透明微黄特 点耐热、表面硬度高、,尺寸稳定、耐化学及电性能好,易成型加工,可镀铬耐水、耐化学品、绝缘性好、不耐冲击不耐温透明度高、硬而韧、高抗冲、尺寸稳定性优电绝缘性和耐热性好、耐开裂耐药品性差材料最终选定为ABS,其综合性能优异,具有较高的力学性能,流动性好,易于成型;成型收缩率小,理论计算收缩率为05 ;溢料值为004 mm;比热容较低,在模具中凝固较快,模塑周期短。制件尺寸稳定,表面光亮。2.4 绘制模具装配草图模具装配图的设计应先从绘制装配图入手,根据塑件的具体情况,经过认真思考、比较、初步确定出各部分的结构情况,最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理工艺性。(1) 确定分型面和浇口位置及结构形式确定模具的分型面和浇口的位置是模具设计中的重要环节。选择分型面应根据塑料的几何形状,尺寸精度要求,兼顾其浇口形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素,通盘考虑。浇口位置则是在保证塑件表面不受损伤的前提下,确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等,使注射时物料流畅,易于成型,且易于清除浇注塑料。(2) 确定成型零件的结构形式及安装方法成型结构简式注射成型的核心部位,它直接影响塑件质量、加工的难易程度。选择合理的成型位置、结构见状形式,就是能使成型结构简在现有设备状况下,基本满足技术上的需要,易于加工、易于修改维修和更换。(3) 选择成型设备模具与注射机必须配套使用,根据塑件的具体情况,先选择注射机并进行模具设计。成型设备有两个重要参数。一是理论注射容量,另一个是在于注射方向相垂直的最大投影面积。根据这两个参数及可选用合适的成型设备。在选用时,成型设备的两个参数应略大于这个模具所用塑料的体积以及他的投影面积,只有这样才能顺利成型。其次还应注意以下几点:测算核实模板所受注射压力应小于注射机的锁模力;模具的闭合高度应在注射机的最大闭合高度和最小高度之间;模体外形尺寸应能从注射机的杆空间安装;应了解注射机的定位孔直径、喷嘴孔径及喷嘴球半径尺寸,使模具与之配套;模具采用的顶出方式应适应注射机的顶出方式和顶出距离,注射机的模板行程应满足在开模时能去除塑件时所需要的距离;(4) 塑件侧壁凹凸槽结构的处置方法根据塑件侧壁凹凸槽选择合适的侧抽机构。顶出机构的确定定模动模分型后,侧抽芯也完成了抽芯动作。塑件落在动模上,且垂直面上已完全清除了平行方向上的障碍,这时顶出机构在注射机顶杆的驱动下将成型塑件从动模中顶出。 (5) 确定主要结构件的尺寸通过以上问题的初步确定,即可勾画出模体的轮廓,这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安装位置,以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等。(6) 确定温度调节方式为了取得较好的冷却效果,对冷却回路应由良好的布局,如冷却回路的位置、尺寸形状等,并预先考虑流出足够的冷却水路的安装空间。2.5 对零件进行工程图绘制装配草图绘制完成后,就应开始对各零件进行工程图的绘制。工程图尽量按1:1的比例画出,因为这样比较直观,容易发现问题,如果需要放大或缩小,必须严格按比例画出。按制图规划,正确标出尺寸、公差、形位公差其表面粗糙度等。最后,绘制模具装配图,编写设计说明书。主要零件绘制完成,对装配草图的自我检验和审定。即已存在的问题会充分暴露出来,经过改正修订后,描清并正式编号,标出模体的外轮廓尺寸以及模具的定位和安装尺寸。2.6 课题任务要求本课题是粗瞄镜座注射模的设计。要求对粗瞄镜座进行测绘,并完成粗瞄镜座的三维造型绘制。粗瞄镜座注射模要求一模两件,并能自动脱模,实现自动化。完成该注射模具装配图设计,全部零件图纸设计,以及完成该注射模具的制造工艺设计。3 粗瞄镜座注射模的详细设计3.1 塑料注射成型机的选择3.1.1注射成型机类型与结构注射机按其外形可分为系列几种类型:(1)注射机按外形特征可分为立式、卧式、直角式三种8。如图3.1。图3.1 注射机类型(a)立式注射机:它的注射装置与合模机构都在同一竖直线上。优点:占地少,模具拆装方便,易于安放嵌件。缺点:重心高,加料困难、容积较小。(b)卧式注射机:目前使用最广泛的注射成型机械。它的注射装置与合模装置方向在同一水平线上横卧安装。优点:重心低,操作及维修方便,塑件可自行脱落,易实现自动化。缺点:模具安装麻烦,嵌件安放不稳,机器占地较大。(c)角式注射机:它的注射装置与合模装置方向呈垂直排列。优点、缺点介于立式注射机和卧式注射机之间。特别适用于成形中心不允许有浇口痕迹的平面塑件。(2)注射机按塑料在料筒的塑化方式不同可分为柱塞式注射机和螺杆式注射机。(a)柱塞式注射机:注射柱塞直径为20mm100mm的金属圆杆,当其后退时物料自料斗定量地落入料筒内,柱塞前进,原料通过料筒与分流梭的腔内,将塑料分成薄片,均匀加热,并在剪切作用下塑料进一步混合和塑化,并完成注射。多为立式注射机,注射量小于30g60g,不易成形流动性差、热敏性强的塑料。(b)螺杆式注射机:螺杆在料筒内旋转时,将料斗内的塑料卷入,逐渐压实、排气和塑化,将塑料熔体推向料筒的前端,积存在料筒顶部和喷嘴间,螺杆本身受熔体的压力而缓慢后退。当积存的熔体达到预定的注射量时,螺杆停止转动,在液压缸的推动下,将熔体注入模具。卧式注射机多为螺杆式9。塑料注射机不论任何形式,均有以下主要装置组成:(1) 注射装置:它的主要作用是使固态的塑料均匀的塑化成熔融状态,并以足够的压力和速度将融料注入闭合的模腔中。它的主要部件有:料筒、料筒加热器、料斗、计量装置、螺杆、螺杆的驱动装置、喷嘴及其驱动装置。(2) 合模机构:它的主要作用是保证成型模具有可靠的开合动作。因为在注射过程中进入模腔中的融料有较高的压力,这就要求合模装置给予模具以足够的夹紧力、即锁模力,防止模具在融料的高压力下推开。它的主要部件有:机架、定动模板、杆、合模油缸及肘节等。(3) 顶出装置:它的作用在开模到一定距离后,驱动模具的顶出装置,将部件从模具中顶出。(4) 机械和液压传动及电气控制系统:注射成型是塑料塑化、模具闭合、压力、温度调节、注射入模、保压、制品固化定型、开模、顶出塑件等多道工序连续准确的生产过程,这些连续动作都是由机械和液压传动及电气控制的。工作前,模具分别安装于定模及动模板上,由锁模装置合模并缩紧。塑料加入料筒,加热、塑化并将熔融的塑料注入模具中,在模具温度调节系统的冷却作用下塑件成型冷却固化,由锁模机构开锁,由顶出装置顶出塑件。3.1.2 注射成型机的选择及计算(1) 注射容量国产标准注射机的标准规定,以注射机注射聚苯乙烯时在对空注射条件下,注射机螺杆或柱塞做一次最大行程所能达到的最大容量。由于聚乙烯的密度为1.304g/1.06g/,即它的单位容量与单位质量相近,所以在目前实际中为便于计算,有时还沿用过去的习惯,通常也用其质量可作粗略计量。注射容量是选择注射机的重要参数,它在一定程度上反映了注射机的注射能力,标志着注射机能成型最大体积的塑料制品10。确定了单个塑件的体积(质量)和模孔数量就可以大体计算出多模塑件的总体积,再加上浇注系统中主流道、分流道、浇口、冷井的体积,即是一模的塑料的总体积Vm。 Vm0.8Vz (3.1)式中 Vm成型零件与浇注系统体积总和,; Vz注射机最大注射容量,; 估算: Vm=(2) 最大成型面积最大注射面积是指塑料在模具分型面上所允许成型的最大投影面积,也就是说在模具设计时,布局在模具分型面上的塑件及浇注系统的总投影面积S,只能小于这个数据时才能正常可靠的注射。 S=式中 S塑料在模具分型面上许成型的投影面积;(3) 模具的闭合高度注射机动压板的最大的行程和压板间最大和最小间距是一个固定的参数。它决定着所能安装的模具的闭合高度。对于所用的注射机来说,注射模的闭合高度必须符合下列的要求: (3.2) 式中 注射机允许的最小厚度,mm; 注射模的实际闭合高度,mm; 注射机允许的最小厚度,mm; (4) 模体的截面尺寸可安装的注射模外形最大尺寸取决于注射机的压板尺寸和杆的空间距,因为此注射模的最长的边不应超过压板尺寸,而模具的最短边应小于杆空间距,才能将注射模装入注射机,并应留有固定模体的压紧空间。同时,注射模动、定模上的紧固螺栓孔,也应与注射机压板上的标准螺孔一致。(5) 模具的顶出注射机的顶出装置通常有中心顶杆顶出、两侧顶杆顶出以及液压顶出几种形式。应在动模座板与注射机顶出位置相对的位置上,设置稍大于注射机顶杆的通孔,以便于注射机顶杆通过。(6) 定位环和浇口套定位环是将定模部分装入注射机定压板的定位对中装置,应与注射机的定位孔采取动配合的连接形式,以保证模具体对中。综合考虑以上条件,注射机选择G54-S-200/400型号。表3.1 G54-S-200/400型注射机主要技术参数螺杆直径/mm55杆内间距/mm290368理论容量/ 200400最大模具厚度/mm165推动行程/mm430最小模具厚度/mm430注射速度 /(g/s)165顶出杆根数1塑化能力/(g/s)35定位孔直径/mm125额定注射压力/MP126顶出中心孔直径/mm40螺杆转速/(r/min)10390顶出力/KN2000锁模力/KN2540喷嘴球半径SR/mm18开模行程/mm260孔直径/mm3.2 注射模具分型面的选择3.2.1 分型面的基本形式分型面的形式由塑料的具体情况而定,但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面10 11。3.2.2 分型面选择的基本原则选择分型面的基本原则:(1)保持塑料外观整洁;(2) 分型面应有利于排气;(3) 应考虑开模时塑料留在动模一侧;(4) 应容易保证塑件的精度要求;(5) 分型面应力求简单适用并易于加工;(6) 考虑侧向分型面与主分型面的协调;(7) 分型面应与注射机的参数相适应;(8)考虑脱模斜度的影响。3.2.3 分型面的选择由于粗瞄镜座有侧凹,采用斜导柱操作的哈夫式注射模。根据对粗瞄镜座模型的观察和分型面选择的基本原则。现选择A平面为分型面。如图3.2所示。图3.2 分型面3.3 注射模具浇注系统的设计3.3.1 注射模具浇注系统的组成注射模具的浇注系统通常由主流道,分流道,浇口,冷料穴和排气槽或溢流槽等部分组成,在注射模具设计中对浇注系统进行合理布局和形式的选择是一个重要的环节。在设计注射模的浇注系统时应注意以下几项原则。(1)根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸因素,并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置;(2)根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局;(3)应根据所选用塑件的成型性能,特别是它的流动性能,选择浇注系统的截面积和长度,并使其圆滑过渡以利于物流的流动;(4)应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把,以节省原料,提升注射效率;(5)排气良好。3.3.2 注射模具主流道的设计主流道是熔融塑料由注射机喷嘴先经过的部位,它与注射机喷嘴在同一轴心线上。由于主流道与熔融注射机喷嘴反复接触、碰撞,一般浇口不直接开设在定模上,为了制造方便,都制成可拆卸的浇口套,用螺钉或迫合形式固定在定模板上。(1)主流道的设计(a) 为了便于浇注凝料从主流道中取出,主流道采用=3o6o左右的圆锥孔,对流动性较差的塑料也可取得稍大一些,但过于大则容易引起注射速度缓慢,并容易形成涡流;(b) 浇口套与塑料注射区直接接触时,其出料端端面直径应尽量选得小些。如果过大,即浇口套与型腔的接触面积增大,模腔内部压力对浇口套的反坐力也将按此比例增大,到一定程度时浇口套容易从模体中弹出;(c) 浇口套的材料应选用优质钢T8A,并应进行淬硬处理,为了防止注射机喷嘴不被碰撞而损坏,浇口套的硬度应低于注射机喷嘴的硬度,以增加内壁的耐磨性,并减小注射中的阻力,圆锥孔大端处应有的过渡圆角,以减小物流在转向时的流出阻力;(d) 浇口套于注射机的喷嘴头的接触球面必须吻合,由于注射机喷嘴头是球面,半径是固定的,所以为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出,应使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好,圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴的内孔直径,球面与主流道孔应以清角连接,不应有倒拔痕迹,以保证主流道凝料顺利脱模;(e) 定位环是模体与注射机的定位装置,它保证浇口套于注射机的喷嘴对中定位,定位环的外径应与注射机的定位孔间隙配合。定位环厚度,小于注射定位孔的深度;(f) 浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。(2)浇口套的设计注射机G54-S200/400的喷嘴球半径为18mm, 喷嘴孔径为4mm.。所以要使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好,凹球面半径取19mm,圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴口内径,取5mm,如图3.3。图3.3 浇口套3.3.3 注射模具分流道的设计分流道是将熔融塑料从主流道截面及其方向的变化,平稳进入单腔中的进料浇口或从主流道进入多腔模的浇口的通道,它是主流道与浇口的中间连接部分,起分流和转换方向的作用,通常分流道设置在分型面的成型区域内。(1)分流道的设计要点在注射过程中,熔融的塑料在流经分流道时,应是它的压力损失以及热量损失最小,而以分流道中产生的凝料最少为原则,分流道的设计要点总体归纳如下: (a) 在满足注射成型工艺的前提下,分流道的截面积应尽量的小,但分流道的截面积过小会降低注射速度,使填充时间延长,同时可能出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷,而分流道过于大则增大冷凝料的回收量,并延长了物料的冷却时间。一般地说,在注射完成后,分流到的冷却时间应比型腔中塑件的冷却时间要短,才不影响注射时的效率。因此在设计时应采用较小的截面积,以便于在试模时为必要的修正留有余地;(b) 分流道和型腔得分布原则是排列紧凑,间距合理,应采用轴对称或中心对称,使其平衡,尽量缩小成型区域的总面积。最好使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心和锁紧力的中心相重合;(c) 分流道的形状要考虑分流道的截面积与其周边长度的比最大为好,这样可以减少熔料的散热面积和摩擦阻力,减少压力损失。(d) 在可能情况下,分流道的长度应尽量的短,以减少压力损失,避免模体过大影响成本,在多型腔模具中各型腔的分流道长度应尽量相等,以达到注射时压力传递的平衡,保证塑料尽可能同时均衡的充满各个型腔。在有些情况下分流道长度不能相等时,则应在浇口处作必要的补救措施,如果分流道较长时,应在其末端设置冷料穴,放置冷料和空气进入模腔。(e) 在分流道上的转向次数尽量少,在转向处应圆滑过渡,不能有尖角,这些都是为了减小压力损失,有利于物料的流动。(f) 分流道的内表面不必要求很光,一般表面粗糙度取1.6m即可,这样可以在分流道的摩擦阻力下使料流外层的流动小些,使其分流道的冷却皮层固定,有利于熔融塑料的保温。(g) 当分流道设在定模一侧或分流道延伸较长时,应在浇口附近或分流道的交叉处设置钩料杆,以便于在开模时在钩料杆的作用下首先从定模中出分流道的凝料,并与塑料一起顶出。(h) 在总体分布中,应综合考虑冷却系统的方式和布局,并留出冷却水路的空间。(2) 分流道的设计粗瞄镜座注射模要求一模两腔,在布局上选择平衡式分流道。平衡式分流道的特点是:从主流道到各个型腔的分流道,其长度、断面尺寸及其形状都完全相同,以保证各个型腔同时均匀进料,同时注射完毕。分流道的截面形状选择半圆形截面,它的效率比圆形稍差,但加工起来比圆形截面要简单。3.3.4 注射模具浇口的设计浇口是主流道、分流道与型腔的连接部分,即浇注系统的终端。一般这段很短的通道截面积很小,当熔融的塑料流在高压下通过浇口时,因为浇口的截面积很小,使塑料流速加快,而由于摩擦作用,而使塑料流的温度升高,黏度降低,提高了塑料的流动性,有利于充满型腔,因此它是浇注系统的关键部位。(1) 浇口的基本类型(a) 直接浇口直接浇口是熔融塑料从直流道直接注入型腔的最普通的浇口,又称主流道型浇口。(b) 盘形浇口这种浇口结构简单。浇口行程较短,是直接浇口的变通形式,它具有直接浇口、结构简单、流动距离短等特点,特别是它对主流道经过限制后以圆盘状的浇口形式进入模腔,可使进料均匀,在整个圆周上进料的流速大致相同,空气也容易排出,同时避免了熔接痕的产生,同时浇口凝料容易消除,表面上看不出痕迹。(c) 分流式浇口与盘形浇口有些相似,由于动模型芯头部设有一圆锥体,起分流作用,它的特点与盘形浇口相似,由于圆锥的分流作用,使流道的拐角变小,从而料流个更加通畅。(d) 轮辐式浇口它是盘形浇口的变异。它是将盘形浇口的整个圆周进料改为轮辐式几小段圆弧形进料,它除了有盘形浇口的特点外,浇口较小,易于清除浇口凝料,特别是在大型塑件中比盘形浇口减少了塑料用量,同时,它还克服了盘形浇口因形成真空、塑件难以脱模的问题。(e) 爪形浇口它是分流浇口和轮辐式浇口的变异形式。它在型芯头部的圆锥体上或在主流道的内壁上均匀的开设几处浇口。(f) 点浇口点浇口又称针状浇口,它也是比较常用的一种浇口形式。通常用于流动性较好的塑料制品,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙类的塑件。(g) 侧浇口侧浇口一般设在分型面上,从塑件的侧面进料。它广泛用于一模多腔的模具中,适用于成型各种形状的塑件。(h) 环形浇口环形浇口是设置在于圆形塑件同心的外侧,即在塑件的外周边设置的两个浇口同时进料。(i) 潜伏式浇口潜伏式浇口是点浇口的演变形式,其方式与点浇口大致相同。(2) 浇口的选择本模具为一模多腔,选择侧浇口。侧浇口为扁平形状,可以大大的缩短冷却时间,缩短成型周期。易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观。浇口设置在分型面上,浇口截面形状简单,容易加工,且注射效率高。3.3.5 冷料穴和钩料脱模装置冷料穴设置在主流道的末端,即主流道正对面的动模板上。它的作用是用来储存注射间歇期间,喷嘴前端由散热造成温度降低而产生的冷料。在注射时,如果它们进入流道,将堵塞流道并减缓料流速度。进入型腔,将在塑件上出现冷疤或冷斑。推板式钩料装置由冷料穴、钩料杆组成,钩料杆安装在型芯固定板上,不与顶出系统联动。3.4 注射模具成型零件和模体的设计3.4.1 注射模具型腔的结构设计(1)型腔的结构形式型腔大体有以下几种结构形式:(a) 整体式整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是:强度和刚度都相对较高,且不易变形,塑件上不会产生拼模缝痕迹。它的缺点是:切削量大,使模具成本较高,同时给热处理和表面处理带来困难,只适用于形状较为简单的中、小型模具,但随着用业技术的发展,随着电蚀机床、仿型机床、数控机床的广泛应用。有些形状复杂的大型模具也有采用整体式型腔结构的。(b) 整体组合式型腔由整块材料制成,用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工,特别是在多型腔模具中,型腔单个加工后,在分别装入模板,这样容易保证各型腔的同心度要求以及尺寸精度要求,并且便于部分成型件进行热处理等。(c) 局部组合式型腔由整块材料制成,但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多用于型腔较深或形状较为复杂,整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。(d) 完全组合式完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是,便于机加工,便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上12。粗瞄镜座注射模的型腔部分不是很复杂,可利用电火花进行。这里选择整体式型腔。(2) 型腔壁厚和底板厚度的计算在塑料注射模的注射过程中,型腔从合模到注射保证过程中受到高压的冲击力,因此模具型腔应该有足够的硬度和刚度,总的说来,型腔所承受的力大体有如下几种:(a)合模时的压应力;(b) 注射过程中塑料流动的注射压力;(c) 浇口封闭前一瞬间的保证压力;(d) 开模时的应力。但型腔所承受的力主要是注射压力和保证压力,并在注射过程中总在变化。在这些压力作用下,当型腔的刚度不足时,往往会产生弹性变形,导致型腔向外膨胀,它将直接影响塑件的质量和尺寸精度,型腔将会弹性恢复,当型腔的弹性变形恢复量大于塑件壁厚的收缩量时,将压紧塑件,引起塑件顶出困难,甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不够时,会产生塑性变形,即引起型腔的永久变形,特别严重的会使型腔破裂,酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度,以保证型腔在注射过程中产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。此模具是组合式圆形型腔,圆形型腔是指内外壁横断面都是圆形。组合式圆形型腔的侧壁和底部均受到冲击压力。组合式圆形型腔侧壁厚度的计算,下面对刚度和强度分别计算。(1) 型腔侧壁厚度的计算(a)按刚度计算其壁厚S按下面公式计算: S=R-r=r (3.3)式中 S型腔侧壁厚度,mm R型腔外半径,mm r型腔内半径,r=25mm E型腔材料的弹性模量,MPa,E=2.1105MPa 型腔许用变形量,=0.05mm p型腔内单位平均压力,p=30MPa 泊松比,=0.25代入公式中得:S=10mm(b) 按强度计算其壁厚S按下面公式计算 S=r (3.4)式中 型腔材料的许用应力,=156.8MPa其余符号见公式 (3.3)代入公式中得:S=15.5mm(2) 底板厚度的计算(a) 按刚度计算其壁厚H按下面公式计算 H=0.9r (3.5)式中 H底版厚度,mm:其余符号见公式 (3.3) 代入公式中得:H=9.45mm(b) 按强度计算其壁厚H按下面公式计算 H=1.1r (3.6)其余符号见公式 (3.3)和公式(3.4)代入公式中得:H=12mm3.4.2 注射模具型芯的结构设计型芯的结构形式大体有:(1) 整体式;(2) 整体组合式;(3) 局部组合式;(4)完全组合式;本模具选择的是整体组合式。 整体组合式就是将主体型芯镶嵌在模板上固定而成。它加工简单,易修复更换,也有很高的强度和刚度。3.4.3 注射模具成型零件的尺寸确定(1) 型腔尺寸计算型腔的各部分尺寸一般都是趋于增大尺寸,因此应选择塑件公差的1/2,取负偏差,再加上-1/4的磨损量,而型芯深度则再加上-1/6的磨损量,这样的型腔的计算尺寸的表述如下13。(a) 型腔的径向尺寸的计算式: (3.7)式中 型腔的最小基本尺寸; 塑件的最大基本尺寸; S塑件的平均收缩率,S=0.0055; 塑件的公差,取8级精度; 模具制造公差,按1/4选取; 根据(3.4.5)式计算得型腔的各径向尺寸: mm mm mm mm mm mm mm mmmm mmmm mm(b) 型腔的深度尺寸的计算公式 (3.8)式中 型腔深度的最小尺寸; 塑件的最大基本尺寸; 其余符号与(3.7)相同。 根据(3.8)式计算得型腔的各深度尺寸:mm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mm(4) 型芯尺寸的计算型芯的各部尺寸除特殊情况外都是趋于缩小尺寸,因此应选择塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨损量,而型芯高度则加上+1/6的磨损量。型芯的计算尺寸表达如下。(a) 型芯的径向尺寸的计算式: (3.9)式中 型芯的最大基本尺寸; 塑件的最小基本尺寸; 其余符号与(3.7)相同。根据(3.9)式计算得型芯的各径向尺寸: mm mmmm mmmm mmmm mm mm mm(b) 型芯的高度尺寸的计算式: (3.10)式中 型芯高度的最大尺寸; 塑件内形深度的最小尺寸;其余符号与(3.7)相同。根据(3.10)式计算得型芯的各高度尺寸:mm mmmm mmmm mmmm mm(3)中心距尺寸的计算中心距尺寸的计算式: (3.11)式中 模具的中心距基本尺寸; 塑件中心距的基本尺寸;其余符号与(3.7)相同。根据(3.11)式计算得各中心距尺寸:mm mmmm mmmm mmmm mm3.5 注射模具的侧抽芯机构3.5.1 注射模具的侧抽芯机构概述侧抽芯机构的分类,按其抽芯动力来源,注射模侧抽芯机构主要分手动抽芯、机动抽芯和液压抽芯三大类。(1)手动侧抽芯机构;它是在塑件开模前依靠人工将侧型芯抽出或在开模后将塑件和型芯一并从模内顶出,然后在模外用手工工具抽出侧型芯,合模前再将侧型芯装入模体内的抽芯方法。这种侧抽芯机构具有结构比较简单,模具成本低,制模周期短等特点,但注射成型效率低,很难得到较大的抽芯力,只在小批量生产或试制生产时采用。(2)机动侧抽芯机构;它的抽芯方法是在开模是依靠注射机的开模力,通过抽芯机构机械零件的传动使其改变移动方向,将活动的侧型芯抽出。机动侧抽芯机构虽然结构比较复杂,增加了制模难度和模具成本,但由于注射成型效率较高,减轻了工人劳动强度,操作方便,动作可靠,抽芯力大,容易实现注射成型的自动化等优点,目前已成为主要采用的侧抽芯机构。机动侧抽芯机构根据抽芯方式及机械结构的不同,又分为斜导柱式抽芯机构,弯杆式抽芯机构、弯板式抽芯机构、斜滑板式抽芯机构、顶出式抽芯机构及齿轮式抽芯机构等等。(3)液压或气动侧抽芯机构;它是依靠液压系统或气动装置为动力,抽出活动的侧型芯的。液压或气动的侧抽芯机构传动平稳,抽芯距和抽芯力较大,其抽芯动作不受开模时间的限制,尤其当抽芯距很大,用其他方法很难满足抽芯要求时,采用液压抽芯较为理想,如较长的弯头、三通等塑料管件的大型注模具的抽芯。但是这种侧抽芯机构要配合整套的液压气动装置,故经济成本较高,使它的适用范围受到了限制,一般应用较少。本毕业设计模具选择机动侧抽芯中的液压或气动侧抽芯机构和斜导柱侧抽芯机构设计。左边液压或气动侧抽芯机构因为需要抽芯的距离太长,右边斜导柱侧抽芯机构设计。3.5.2 注射模具的斜导柱侧抽芯机构设计斜导柱是斜导柱侧抽芯机构的重要零件。涉及斜导柱主要包括斜导柱的结构形式和安装形式、斜导柱的工作直径、抽拔角的选择、斜导柱的长度的确定以及斜导柱的加工精度、选用材质及其热处理等等。(1)斜导柱倾斜角斜导柱的倾斜角是决定其抽芯工作效果的重要工作。倾斜角的大小关系到斜导柱所承受的弯曲力和实际达到的抽拔力,也关系到斜导柱的有效工作长度、抽芯距和开模行程。计算公式为14: (3.12)式中 斜导柱的抽拔角; S抽芯距,S=25mm; H斜导柱完成抽芯距所需的开模行程,H=95mm;根据(3.12)式计算: =,取=(2)圆柱形斜导柱总长度的计算斜导柱的总长度取决于抽芯距、斜导柱直径和倾斜角。圆柱形斜导柱总长度的计算式13: (3.13) 式中 L斜导柱总长度,mm; D斜导柱台肩直径,mm; 斜导柱抽拔角; h斜导柱固定板厚度,mm; 斜导柱与侧滑块斜孔的配合间隙,mm; d斜导柱工作部分直径,d=20mm; S 抽芯距;根据(3.13)式计算L: L=138.4mm,取L=140mm最终斜导柱结构如图3.4所示。图3.4 斜导柱3.6 注射模具的顶出机构的设计3.6.1 注射模具的顶出机构顶出机构的分类:按驱动方式分类可分为:手动顶出、机动顶出、气动顶出。按模具结构分类可分为:一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。顶出机构的设计原则:(1) 开模时应使塑件留在动模一侧注射设备的顶出装置都设计在动模一侧,因此,在一般情况下开模时,尽量设计使塑件留在动模一侧,以便于顶出塑件。这在分型面的选择时就应充分考虑。在实践中如果出现塑件并没有留在动模侧的情况时,可设法增加动模一侧的阻力,一是将型芯的脱模斜度变小,或增加型芯的表面粗糙度,或者在不影响塑件使用的前提下,在型芯侧面人为的开设横凹槽、凹窝等脱模障碍,以增大动模的阻力。在特殊情况下必须使塑件留在定模时可采用定模顶出机构。(2) 保证塑件外观完美无损塑件在成型顶出后,一般都留有顶出痕迹,但应尽量使顶出的残留痕迹不影响塑件的外观,这是在选择顶出形式和顶出位置时必须要考虑到的问题。一般顶出机构应设置在塑件的内表面以及不显眼的位置。(3) 避免顶出损伤顶出
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