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150-绝缘插座的塑料注射模具设计,150,绝缘,插座,塑料,注射,模具设计
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本科毕业设计(论文)题目:一插座绝缘座的塑料注射模具设计一插座绝缘座的塑料注射模具设计摘要注射成型是塑料成型的一种重要方法,它主要适用于热塑性塑料的成型,可以是一个复杂的精密塑性成形件形状。本文研究的是为插座绝缘座设计一套塑料模具。根据对塑件特征、成型工艺等多方面的考虑,决定采用一模两腔单分型面潜伏式浇口的注塑模具.然后根据单次注射量,塑件成形工艺等参数选择注塑机,并对注塑机的各个参数进行校核。根据塑料件的特性以及精度要求,确定型腔的总体分布,分型面位置,脱模方式,浇注系统,排气系统等从而确定模具的整体结构。最后绘制模具的装配图以及非标准件的零件图。关键词:注塑模具;注射成型;模具设计;潜伏式浇口Plastic Injection Mold Design of Insulated SocketAbstractInjection molding is a kind of important method of plastic molding,it is mainly suitable for thermoplastic plastic molding and it can be a complicated shape of precision plastic forming parts.This study is to design a plastic mold for insulated socket. According to considering many features of plastic molding such as molding process etc.Decided to adopt a injection mold with two-cavity single parting surface and submarine gate.Then based on the parameters such as the amount of a single injection,plastic molding process and so on to choose injection molding machines. And to check various parameters of the injection molding machine.According to the characteristics of plastic parts and precision requirements,determine the overall distribution of the cavity,parting surface location,mold release methods,gating system,exhaust system,etc.to determine the overall structure of the mold.Finally,to draw the mold assembly drawing and non-standard parts diagram.Key Words: Injection mold;Injection molding; Mold design; Submarine gateIII主要符号表n 型腔数量V 塑件体积F 注射机的额定锁模力K 注射机最大注射量的利用系数S1 侧孔深度S 模具开模行程Rn 主流道的平均当量截面半径T 注射时间Lm 模具型腔径向基本尺寸 塑料的平均收缩率cm 模具中心距基本尺寸Cs 塑件中心距基本尺寸hm 模具型芯高度基本尺寸Hs 塑件孔或凹槽深度基本尺寸 修正系数 塑件外表面径向基本尺寸的公差 模具的制造公差T 成型温度T 平均脱模温度T M 模具温度 塑料热扩散系数m 单个塑件的质量目 录1 绪论1 1.1题目背景及研究意义1 1.2注塑模具现状及发展前景1 1.3研究目的22 塑件分析与模具方案确定3 2.1塑件分析3 2.1.1塑件零件图3 2.1.2塑料选择3 2.1.3生产纲领3 2.1.4塑件分析3 2.2塑件结构分析4 2.2.1开模方向4 2.2.2脱模斜度4 2.2.3分型面4 2.2.4收缩率4 2.2.5零件壁厚4 2.3 塑件体积及质量5 2.4材料5 2.4.1 PC成型特点5 2.4.2 PC注射工艺参数5 2.5方案比较与确定6 2.5.1拟定方案6 2.5.2分型面位置确定6 2.5.3型腔数量的确定6 2.5.4浇口的确定7 2.5.5其他结构形式及方案的最终确定73 注射机的选择及校核8 3.1注射机的选择8 3.1.1插座绝缘座塑件的计算8 3.2型腔数目的校核10 3.3锁模力的校核10 3.4开模行程的校核114 浇注系统的设计12 4.1主流道的设计12 4.2浇口设计13 4.2.1剪切速率的校核14 4.2.2主流道剪切速率校核14 4.2.3浇口剪切速率的校核14 4.3 冷料穴和拉杆的设计155 成型零部件设计16 5.1型腔和型芯工作尺寸计算16 5.1.1型腔类磨损后变大尺寸计算17 5.1.2型芯类磨损后变小尺寸计算18 5.1.中心距尺寸计算20 5.2型腔侧壁厚度计算216 抽芯系统设计22 6.1斜导柱设计22 6.2滑槽的设计24 6.3楔紧设计25 6.4滑块限位设计257 合模导向机构设计268 推出机构的设计279 温度调节系统设计29 9.1对温度调节系统的要求29 9.2设计原则29 9.3冷却时间的确定29 9.4塑料熔体释放的热量30 9.5高温喷嘴向模具的接触传热30 9.6注射模通过自然冷却传导走的热量31 9.7冷却系统的计算32 9.8凹模冷却系统的计算32结 论35参考文献36致 谢37毕业设计(论文)知识产权声明38毕业设计(论文)独创性声明39IV1 绪论11.1题目背景及研究意义 塑料模具的设计和制造水平反映了机械设计和加工的水平,模具的设计已应用了当代先进的设计手段。各行各业对模具需求量的增大,增加了大量的模具设计与制造的技术人才。通过本次设计可以使我掌握注射模的模具结构机构的设计,对AutoCAD、Pro/E等一系列软件的应用熟练,让我们能更快适应生产工作。培养自己综合运用自己综合运用所学基础和专业基本理论、基本方法分析和解决相关专业工程实际问题的能力,在独立思考、独立工作能力方面获得培养和提高。随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各个行业广泛应用,对塑料模具的需求日益增加,塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品,其技术水平的高低已经是一个国家制造业水平的重要标志之一。加之通过毕业设计实习调研,完成该课题可对我们大学四年期间所学的知识进行一次较为全面的专业训练,可以培养我们掌握如何运用过去所学的知识去解决生产中实际问题的方法,增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力,为我们以后走上工作岗位打下一个良好的基础。1.2注塑模具现状及发展前景 塑料的种类很多,其成性的方法也有很多,有注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、气动与液压成型、泡沫塑料的成型等,其中前四种方法较为常用。注射成型又称注射模型,是热塑性塑料塑件的一种主要的成型方法。除个别热塑性塑料外,几乎所有的热塑性塑料都可以用此种方法成型。注塑成型产品制件占目前制件生产的30%左右,注射成型有着成型周期短,生产效率高,易于实现自动化等特点,所以广泛用于塑件的生产中,适合插座绝缘座这种生产量大的塑件。注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法,世界上注塑模的产量约占塑料成型模具中产量的50%以上。注塑成型能一次成型形状复杂、尺寸精确的制品,适合高效率、大批量的生产方式,已经发展成为热塑性塑料和部分热固性塑料最主要的成型加工方法,一般需要经过反复调试和修模才能正式投入生产,这种传统的生产方式不仅是产品的生产周期延长,生产成本增加,而且难以保证产品的质量。要解决这些问题,必须以科学分析的方法,研究各个成型过程的关键技术,为实现注塑产品的更新换代,提高企业竞争能力,必须进行注塑模具设计与制造,及成型过程分析的CAD/CAE/CAM集成技术的研究。国外注塑模CAD/CAE/CAM技术研究的成果有关统计数据表明:采用注塑模CAD/CAE/CAM技术能使设计时间缩短50%,制造时间缩短30%,成I本下降10%,塑料节省7%。注塑模计算机模拟技术正朝着与CAD/CAE无缝整体集成化方向发展,注塑CAD所构造的几何模型为实现注塑模CAE技术提供了基本的几何拓扑信息和特征信息,注塑模CAE的目标是通过对塑料材料性能的研究和注射成型工艺过程的模拟和分析,为塑料制品的设计、材料的选择、模具设计、注射成型工艺的制定及注射成型工艺过程的控制提供科学依据。现时国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UG等;结构分析软件有MSC、Analysis等;注射过程数值分析软件有MoldFlow等;数控加工软件有MasterCAM、Cimatr等。总体来说,国内的模具设计与制造技术与发达国家相比有很大差距1。1.3研究目的 通过对插座绝缘座注射模具设计,能够熟悉和掌握塑料零件注射模具的设计全过程。掌握模具结构的设计,并能对模具主要零件的强度计算及每一个零件的尺寸确定,掌握材料的选择,热处理要求及其制造工艺知识。通过该设计,应具有外语翻译及理解能力,能熟练运用计算机进行设计和绘图。能够完全独立完成中等难度以上塑料注射模具设计,并能在选材,结构设计等方面进行环保、经济技术分析。2 塑件分析与模具方案确定2.1塑件分析2.1.1塑件零件图 本次设计的塑件零件图如图2.1所示:图2.1 塑件零件图2.1.2 塑料选择根据各材料的注塑性能及加工使用性能结合塑料模具行业设计经验,综合市场价格,选择材料为PC(聚碳酸酯)。2.1.3生产纲领因市场需求量大,需要大批量自动化生产。2.1.4塑件分析插座绝缘座是人们用手接触相当频繁的部件,对其有着较高的外观要求,要求表面色泽均匀,成型收缩率小,制件成型后不能有明显色差、缩痕、熔接2痕、污点、银丝等缺陷,还需要有一定的手感。PC材料抗冲击且阻燃性好,适合用作电器绝缘材料,综合考虑选择材料为PC。而且侧壁上有孔,需要用侧抽芯结构。2.2塑件结构分析该塑件是对表面美观有一定要求,设计时要注意对外边面的处理。表面圆角半径2mm,壁厚1.5mm左右。2.2.1开模方向由零件的二维图分析,作为外壳类产品,外表面的表面质量是比较重要的。再根据模具的结构分析得到,产品的外表面应该在定模上,在产品的内表面设置顶出机构,所以开模方向应沿零件的Z轴。2.2.2脱模斜度根据产品的外型,结合产品的工作条件、工艺特点,为提高产品的生产效率和表面质量,因此根据模具设计与制造简明手册查得:所以脱模斜度设置为1。2.2.3分型面结合零件的使用要求,应保证其外表面的注塑质量,零件的内表面应留在动模侧,开模的时候,零件的外表面应与定模分离,所以零件的分型面应设置在沿零件的外表面上,并根据流道等条件进行设置,具体设定在后文中表述。2.2.4收缩率在设计本产品时,结合产品的结构工艺特点和材料的特性,在本设计中,PC的收缩率一般为0.5% 0.7%。本次设计计算使用其平均收缩率0.6%。2.2.5零件壁厚本产品的壁厚设置为1.5mm,部分壁厚为2mm,是根据产品的工作要求和PC的化学和流动特性确定的。2.2.6圆角塑件底面与面之间一般应采用圆弧过渡,这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中提高塑件强度,而且可以改善物料的流动状态,降低充模阻力,便于充模。另外,塑件转角处的圆角对应于模具上的圆角,有时可便于模具的加工制造及模具强度的提高,避免模具在淬火或使用时应力裂开。塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.5到1mm,在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些,综合考虑以上的各种因素后,确定塑件的圆角半径为2mm。2.3塑件体积及质量通过使用三维软件实体造型后知体积为17cm3,材料密度取1.2g/cm3,所以塑件质量:20.4g。2.4材料聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程材料,密度为1.2g/cm3。聚碳酸酯本色微黄,如加点淡蓝色可得到无色透明塑料,可见光的透光率接近90%。聚碳酸酯韧而刚,抗冲击性在热塑性材料中名列前茅,用其成型零件可达到很好的尺寸精度并能在很宽的温度范围内保持尺寸的稳定性,即成型收缩率可恒定在0.50.7%。聚碳酸酯抗蠕变、耐磨、耐热和耐寒性很好,其脆化温度在-100度以下,长期工作温度达120度。聚碳酸酯吸水率较低,能在较宽的温度范围内保持较好的电性能。聚碳酸酯可耐室温下的水、稀酸、氧化剂、还原剂、盐、油、脂肪烃,但不耐碱、胺、酮、脂、芳香烃。聚碳酸酯具有良好的耐气候性,但其最大的缺点是塑件易开裂,耐疲劳强度较差。用玻璃纤维增强聚碳酸酯,则可克服上述缺点,使聚碳酸酯具有更好的力学性能、更好的尺寸稳定性、更小的成型收缩率,并可提高耐热性和耐药性,降低成本。主要技术指标:密度(g/cm3):1.181.20比容(cm3/g):0.690.74吸水率(24h)%:0.090.15收缩率(%):0.50.7熔点(0C):235245抗拉屈服强度(Mpa):842.4.1 PC成型特点聚碳酸酯虽然吸水性小,但高温时对水分比较敏感,所以加工前必须干燥处理,否则会出现银丝、气泡及强度下降现象;聚碳酸酯熔融温度高,熔融粘度大,流动性差,所以成型时要求较高的温度和压力;由于聚碳酸酯熔融粘度对温度比较敏感,所以一般用提高温度的办法来增加熔融塑料的流动性。2.4.2 PC注射工艺参数注射类型:螺杆式螺杆转速:2040r/min喷嘴类型:直通式;温度:230250C料筒温度:前段240280C;中段260290C;后段240270C模具温度:90110C注射压力:80130MPa保压力:4050MPa注射时间:05S保压时间:2080S冷却时间:2050S成型时间:50130S2.5方案比较与确定2.5.1拟定方案 根据塑件的工艺参数及查阅模具相关资料,初步拟定以下两种模具方案:方案一:多分型面、一模一腔、点浇口、斜导柱抽芯、顶杆推出。方案二:单分型面、一模两腔、潜伏式浇口、斜导柱抽芯、顶杆推出。具体方案通过以下比较进行确定。2.5.2分型面位置确定 分型面是模具结构中的基准面,选择模具分型面时通常考虑如下有关问题:(1) 根据塑件的某些技术要求,确定成型零件在动模和定模上的配置;(2) 塑件的生产批量;(3) 结合塑件的流动性确定浇注系统的形式和位置;(4) 型腔的溢流和排气条件;(5) 模具加工的工艺性。分析零件特点后,发现零件的外表面有比较高的精度要求,通过对分型面选择原则分析决定分型面沿零件的外表面。分型面如图2.2所示:5 图2.2 分型面2.5.3型腔数量的确定与多型腔模相比,单型腔具有很多优点如模具结构简单、紧凑、工艺参数易于控制、塑件的形状和尺寸精度始终一致等,但生产批量为10万件,采用单型腔模具效率低,不满足设计要求,随着模具制造设备的数字化控制和电加工设备的逐渐普及,模具型腔的制造精度越来越高,故本产品也可以采用一模多腔注射成型,根据生产批量要求和型芯以及型腔加工的难易程度最终确定为一模两腔。2.5.4浇口的确定由于塑件外表面精度较高,经过分析,可以选择点浇口和潜伏式浇口,经过比较最终选用用潜伏浇口,因为潜伏式浇口继承了点浇口的优点并且避除了点浇口带来的模具复杂性。2.5.5其他结构形式及方案的最终确定侧孔选用斜导柱侧抽芯机构、选用顶杆推出机构。具体设计将在后文中给出。故模具结构可以基本确定。通过比较发现方案二更加具有可行性,故选用方案二,装配草图如图2.3所示。图2.3 方案草图63 注射机的选择及校核3.1注射机的选择设计模具时,应详细地了解注射机的技术规范,才能设计出合乎要求的模具,应了解的技术规范有:注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。公称注塑量是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,注塑成型过程所需要的时间称为装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。注射压力是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。注射速率是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。常用的注射速率如表3.1所示:表3.1 常用注射速率注射量/cm125250500100020004000600010000注射速率/cm/s125200333570890133016002000注射时间/s11.251.51.752.25 3 3.75 5锁模力是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。合模装置的基本尺寸包括模板尺寸,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。空循环时间是在没有塑化,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。3.1.1插座绝缘座塑件的计算 由于塑件的外观由许多孔和凸台组成,形状复杂,首先利用Pro-E5.0软件的分析功能对制品的体积和在分型面上的投影面积进行计算与测量。在Pro-E软件里打开三维模型,测出其体积。根据软件计算得出结果如下:塑件体积V=17cm3 (由Pro/E测得)塑件密度为1.2g/cm3(PC材料密度)所以塑件的质量m = 171.2g=20.4g根据产品的特点和设计要求,该塑件采用潜伏式浇口形式,并且采用一模两腔的形式,浇注系统及冷凝料材料体积约为0.6v。总体积为44.2cm3,总质量约为53g。根据塑料、塑件、注射模及注射工艺等所要求的注射机的规格参数选择螺杆式注塑机的型号为:XS-ZY-500,所选注射机的规格参数所调的范围内其主要技术参数如表3.2所示:表3.2 注射机参数注塑机型号XS-ZY-500额定注射量500cm3螺杆(柱塞)直径85mm注射压力121Mpa注射行程260mm注射方式螺杆式锁模力4500KN最大成型面积1800cm2最大开合模行程700mm模具最大厚度700mm模具最小厚度300mm喷嘴圆弧半径R18mm喷嘴孔直径7.5mm顶出形式两侧设有顶杆,机械顶出动、定模固定板尺寸900X1000mm拉杆空间650X550mm合模方式中心液压、两侧机械顶杆液压泵流量200、18L/min压力614Mpa电动机功率40KW加热功率14KW机器外形尺寸7670X1740X2380mm调整注射机的技术参数至所需要的参数。3.2型腔数目的校核根据市场经济及生产效率的要求,本模具采用一模2腔型腔结构,即型腔数目n=2。因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模量等参数有关,因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。一般根据注射机料筒塑化速率确定型腔数量n7; (3.1)式中:K注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8;mp注射机最大注塑量,g;m1浇注系统所需塑料质量,;m单个塑件的质量,。式中、也可以为注射机最在注射体积(cm3)、浇注系统凝料体积(cm3)、单个塑件的体积(cm3)。估算浇注系统的体积:V=0.6V=10.2cm3 带入数据计算得n22.93故取n=2满足我们设计要求。3.3锁模力的校核注射成型时,塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素,其数值越大,需要的锁模力也就越大。注射成型时,模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关,为了可靠地锁模,不使成型过程中出现溢料现象,应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力7。 (3.2) 式中:F-注射机的额定锁模力(N),该注射机为4.5x106N;A1单个塑件在模具分型面上的投影面积(mm2),A1=11571mm2; A2浇注系统在模具分型面上的投影面积(mm2) A2=0.35A1=4049.85mm2;P型塑料熔体对型腔的成型压力(MPa),该处取35MPa。故经过计算n10.35n为2故该注射机符合设计要求。3.4开模行程的校核注射机开模行程是有限的,开模行程应该满足分开模具取出塑件的需要。因此,塑料注射成型机的最大开模距离必须大于取出塑件所需的开幕距离。为了保证开模后既能取出塑件又能取出流道内的凝料,对于双分型面注射模具,需要满足下式7: (3.3)式中:模具开模行程;推出距离(脱模距离,H1=60mm);塑件高度;(H2=27mm);则=60+27+510=97mm500mm故满足要求。其余6个参数如注射量,最大注射压力等都符合要求,本文不再做具体计算。104 浇注系统的设计 浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道,具有传质、传压和传热的功能,它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统,包括主流到,分流道、冷料穴,浇口。浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节,它对注塑成型周期和塑件质量(如外观、物理性能、尺寸精度等)都有直接影响,故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称,防止模具承受偏载而产生溢料现象,而浇口的位置也要适当,尽量避免冲击嵌件和细小的型芯,防止型芯变形,浇口的残痕不影响塑件的外观。概括说来,需要注意以下问题: (1) 适应塑料的工艺性; (2) 流程要短; (3) 排气良好; (4) 避免料流直冲型芯或嵌件; (5) 浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小; (6) 浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称; (7) 修整方便,保证制品外观质量; (8) 防止塑件变形。4.1主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道,是熔体最先流经模具的部分。在卧式注射机上主流道垂直于分型面,为使凝料能顺利拔出,设计成圆锥形,主流道通常设计在主流道衬套(浇口套)中,为了方便注射,主流道始端的球面必须比注射机的喷嘴圆弧半径大12mm,防止主流道口部积存凝料而影响脱模,通常将主流道小端直径设计的比喷嘴孔直径大0.51mm。其中,浇口套主流道大端直径D应尽量选得小些。如果D过大模腔内部压力对浇口套的反作用也将按比例增大,到达一定程度浇口套容易从模体中弹出。所示主流道各部尺寸如图4.1所示:图4.1 主流道尺寸124.2浇口设计浇口又称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短流道,浇口是连接分流道与型腔的通道,它是浇注系统最关键的部分,它的形状、尺寸、位置对塑件的质量有着很大的影响。它的作用主要有以下两个:一是作为塑料熔体的14通道,二是浇口的适时凝固可控制保压时间。常用的浇口形式有直接浇口、潜伏浇口、潜伏浇口、轮辐浇口、潜伏浇口等。由于不同的浇口形式对塑料熔体的充型特性、成型质量及塑件的性能会产生不同的影响。而各种塑料因其性能的差异对于不同的浇口形式也会有不同的适应性。在模具设计时,浇口位置及尺寸要求比较严格,它一般根据下述几项原则来参考:(1) 尽量缩短流动距离;(2) 浇口应开设在塑件壁最厚处;(3) 必须尽量减少或避免熔接痕;(4) 应有利于型腔中气体的排除;(5) 考虑分子定向的影响;(6) 避免产生喷射和蠕动;(7) 不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口;(8) 浇口位置的选择应注意塑件外观质量。故本次设计根据零件精度选用潜伏式浇口位置如图4.3所示:图4.2 潜伏式浇口位置4.2.1剪切速率的校核生产实践表明,当注射模主流道和分流道的剪切速率R=5.81025103s-1、浇口的剪切速率R=104105s-1时,所成型的塑件质量最好。对一般热塑性塑料,将以上推荐的剪切速率值作为计算依据,可用以下经验公式表示: (4.1) 式中: q体积流量(cm3/s); R浇注系统断面当量半径(cm)。4.2.2主流道剪切速率校核Q=0.8Q/T =338.21.5=225.5 (cm3/s) (4.2)T注射时间,T=2.5(s); Rn主流道的平均当量截面半径,Rn=0.538(cm) ;d1 主流道小端直径,d1=0.63 (cm);d2 主流道大端直径,d2=1.2(cm)。R= = 3.1158.9/(3.140.2783)=1.4710 s5101.4710510 (满足条件)4.2.3浇口剪切速率的校核R= =3.67152/(3.140.423)=1.45103 s其中:浇口面积S=/4(D22-D12),当量面积S=R 所以R=7mm。 从计算上看,交口剪切速率偏小。但由于模具比较特殊,为一模2腔,无分流道,压力损失少,进料速度快,成型比较容易,传递压力好,所以浇口的剪切速率是合适的。从以上的计算结果看,流道与浇口剪切速率的值都落在合理的范围内,证明流道与浇口的尺寸取值是合理的。4.3冷料穴和拉杆的设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上,或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料”,防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量,开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料穴的直径宜大于主流道大端直径,长度约为主流道大端直径。冷料穴如图4.3所示: 图4.3 冷料穴205 成型零部件设计本成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查表得PC收缩率为0.5%0.7%故平均收缩率为Qcp=0.6%,考虑到工厂模具制造的现有条件,模具制造公差取/4。5.1型腔和型芯工作尺寸计算在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率,模具成型零部件的制造误差,模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差(因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定),这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后,因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小,收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一,选定PC材料的平均收缩率为0.6%,计算模具成型零部件工作尺寸的公式为: (5.1)式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸B 塑件在常温下实际尺寸成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/31/4,或取IT78级作为模具制造公差。在此取IT8级,型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸,偏差为正值;模具型芯的最大尺寸为基本尺寸,偏差为负值,中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。型腔径向尺寸 已知在规定条件下的平均收缩率S,塑件的基本尺寸 Ls是最大的尺寸,其公差为负偏差,因此塑件平均尺寸为Ls-,模具型腔的基本尺寸Lm是最小尺寸,公差为正偏差,型腔的平均尺寸为Lm+z/2。型腔的平均磨损量为c/2,如以Lm +Z表示型腔尺寸,PC平均收缩率S=0.6%。塑模型芯及型腔的成型尺寸是根据塑件形状及其尺寸来确定的。因此,塑模型芯及型腔的成型尺寸主要与塑件形状、尺寸公差,塑料的收缩率及收缩误差、塑模磨损量及模具制造公差等因素有关。PC材料的平均收缩率计算:根据磨损后变大,变小,不变 三类尺寸进行判定,结合公式和常用工程塑料件公差等级表根据塑件的精度要求对应PC材料的精度选择公差等级为MT3进行如下计算:5.1.1型腔类磨损后变大尺寸计算 (1) 径向尺寸计算 (5.2) -模具型腔径向基本尺寸;-塑料的平均收缩率;-塑件外表面径向基本尺寸;-修正系数,塑件尺寸较大、精度级别较低时,取小值;当尺寸较小、精度级别较高,取大值,这里取0.75。-塑件外表面径向基本尺寸的公差;-模具的制造公差,取塑件公差的1/4。 在型腔零件图中,按照以下公式进行计算。 在型芯零件图中,按照以下公式进行计算。 (2) 高度尺寸计算 (5.3) -模具型腔深度基本尺寸; -塑料的平均收缩率;-塑件凸起部分高度基本尺寸;-修正系数,,塑件尺寸较大、精度级别较低时,取小值;当尺寸较小、精度级别较高,取大值,这里取2/3。-塑件凸起部分高度基本尺寸的公差;-模具的制造公差,取塑件公差的1/4。 在型腔零件图中,按照以下公式进行计算。 在型芯零件图中,按照以下公式进行计算。5.1.2型芯类磨损后变小尺寸计算 (1) 径向尺寸计算 (5.4) -模具型芯径向基本尺寸;-塑料的平均收缩率;-塑件内表面径向基本尺寸;-修正系数,塑件尺寸较大、精度级别较低时,取小值;当尺寸较小、精度级别较高,取大值,这里取0.75。-塑件内表面径向基本尺寸的公差;-模具的制造公差,取塑件公差的1/4。 在型芯零件图中,按照以下公式进行计算。 在型腔零件图中,按照以下公式进行计算。 (2) 高度尺寸计算 (5.5) -模具型芯高度基本尺寸;-塑料的平均收缩率;-塑件孔或凹槽深度基本尺寸;-修正系数,塑件尺寸较大、精度级别较低时,取小值;当尺寸较小、精度级别较高,取大值,这里取2/3。-塑件凸起部分高度基本尺寸的公差;-模具的制造公差,取塑件公差的1/4。 在型芯零件图中,按照以下公式进行计算。 在型腔零件图中,按照以下公式进行计算。5.1.3中心距尺寸计算 (5.6) -模具中心距基本尺寸; -塑件中心距基本尺寸; -模具的制造公差,取塑件公差的1/4。 在型芯零件图中,按照以下公式进行计算。 在型腔零件图中,按照以下公式进行计算。 5.2型腔侧壁厚度计算 (1) 凹模型腔侧壁厚度计算凹模型腔为组合式型腔,按强度条件计算公式进行计算SR-r=r(/-2p)1/2-1 (5.7)式中各参数分别为:p=50Mpa(选定值);=0.05mm;=160MPar=28mmSR-r=r(/-2p)1/2-1=28(160/160-250)1/2-116.8mm一般在加工时为了加工方便,我们通常会取整数,所以凹模型腔侧壁厚度为17mm。 (2) 凹模底板厚度计算按强度条件计算,型腔底板厚为:p=50 Mpar=28mm=160MPah1.22pr2/1/21.2250282/1601/217.3mm一般在加工时为了加工方便,我们通常会取整数,所以凹模型腔底板厚度为18mm。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)I6 抽芯系统设计 抽芯距S=S1+K (6.1) S1为侧孔深度在这里空深度为2mm;K为安全距离23mm此处取2mm所以 S=5mm抽芯力的计算:Fc=ChP(cos(a)-sin(a) (6.2)=37.6820.9107(0.15cos(180)-sin(180)=3.93108NFc-抽芯力C-侧型芯成行部分的截面的平均周长(m)=15.7 mmh-侧型芯成行部分的高=2 mmp-塑件对侧型芯的收缩应力(包紧力)一般p=(0.8-1.2)x107pa 模外冷塑件p=(2.4-3.9)107pa,u=0.15,a为侧型芯的脱模斜度或倾斜角=180。6.1斜导柱设计6.1.1设计要点斜滑块的导向斜角一般取18 o。斜滑块的推出高度必须小于导滑槽总长的2/3,斜滑块在导滑槽内的活动必须顺利。内抽芯斜滑块的端面不应高于型芯端面,而应在零件允许的情况下低于型芯端面0.050.10。6.1.2斜导柱尺寸的确定斜导柱的形状如图6.1所示:其工作端的端部设计成半球形。图6.1 斜导柱 材料选用45碳素工具钢,热处理要求硬度HRC55,表面粗糙度Ra0.8nm,斜导柱与固定板之间采用过渡配合H7/k6,滑块上斜导柱之间采用间隙配合,在21两者之间保留0.5mm间隙。6.1.3斜导柱倾斜角度的确定a为倾斜角L=s/sin(a)经查资料得 a取18o比较理想。6.1.4斜导柱的长度计算其工作长度Lz=scos()/sin(a) (6.3)为滑动定向模一侧的倾角因=0o所以L=s/sin(a)=6.5/sin(18 o)=21mmLz 斜导柱的总长度(mm);d1 斜导柱固定部分大端直径(12mm);h 斜导柱固定板厚度(20mm);d 斜导柱工作部分直径(16mm);S 抽芯距(5mm)。=30/2tan(18o)+20/cos(0o)+30/sin(18o) 80mm 斜导柱安装固定部分长度斜导柱固定部分的直径斜导柱固定部板的厚度(20mm)a 斜导柱的倾角6.1.5斜导柱受力分析与强度计算受力分析如图6.2所示:图6.2 斜导柱的受力分析在图中Ft是抽芯力FC的反作用力.其大小与FC相等,方向相反,方向相反,Fk是开模力,它通过导滑槽施加于滑块F是斜导柱通过斜导柱孔施加于滑块正压力,其大小与斜导柱受的弯曲力Fw相等,F1是斜导柱与滑块间的摩擦力,F2是滑块与导滑槽间的摩擦力。另外斜导柱与滑块,滑块与导滑模之间的摩擦系数为0.5。则则式中F1=,F2=由式解得: (6.4)因摩擦力太小所以可以省略即()所以F=Ft/cos(a)=31.7105/cos(18.)=33.43105NFw=Fc/tan(a)=31.7105/tan(18)=9105N由Fc斜导柱的倾斜角在有关资料中可查到最大弯曲力Fw=1000kN 然后根据Fw和Hw=20mm以及可以查出斜导柱直径d=12mm。滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一重要零部件,它上面安装有侧向型芯式侧向型芯块,注射成形时塑件尺寸的准确和移动的可靠性都需要靠它的运动精度保证,滑块的结构形状应根据具体塑件和模具结构进行设计可分为整体式和组合式在这里采用整体式6.2滑槽的设计滑块在侧向分型抽芯和复位过程中,必须沿一定的方向平稳的往复移动这一过程是在导滑槽内完成的。滑块与压块的配合形式采用T形槽导滑其配合采用H8/f7间隙配合材料选用T12硬度HRC52。其结构形式如图6.3所示,其配合长度L=1.5B(塑件宽度)这里导槽可在动模上直接加工出来12。图6.3 滑块与导滑槽的配合形式6.3楔紧设计 (1) 楔紧块的形式在注射过程中侧向成形零件,受到熔融塑料斜导柱为一组长杆件受力后容易变形导致滑块后移因此必须设计楔紧块,以便在合模后锁住滑块,承受熔融塑料给予侧向成形零件的推力。楔紧块与模具的连接形式如图6.4所示12。图6.4 楔紧块与滑块的连接形式 (2) 楔紧角的选择楔紧块的工作部分是斜面,一般比大一些,当滑块向动模侧倾斜b角度时,在这里6.4滑块限位设计滑块限位装置在开模过程中来保证滑块停留在刚刚脱离斜导柱的位置在发生移动以避免合模时斜导柱不能准确的插入滑块的斜导孔内造成模具的损快。此设计采用弹簧+挡块定位。滑块限位机构如图6.5所示12。 图6.5 滑块限位机构7 合模导向机构设计25导向机构是保证动模和定模上下模合模时,正确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位,本设计采用导柱导向定位。导向机构除了有定位和导向作用外,还要承受一定的侧向压力。塑料熔体在充型过程中可能产生单面侧压力,或者由于成型设备精度低的影响,使导柱承受了一定的侧向压力,从保证模具的正常工作。导柱的结构形式可采用带头导柱和有肩导柱,导柱导面部分长度比凸模端面高出812mm,以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。导柱材料采用T10,HRC5055,导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8m,导向部分Ra为0.80.4m,本设计采用4根导柱,固定端与模板间采用H7/k6 导套常采用T10A,型导套,采用H7/k6配合镶入模板。具体结构如下图所示:导柱:国家标准规定了两种结构形式,分为带头导柱和有肩导柱,大型而长的导柱应开设油槽,内存润滑剂,以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量,特别对于大型、精密的模具,导柱的直径需要进行强度校核。导套:导套分为直导套和带头导套,直导套装入模板后,应有防止被拔出的结构,带头导柱轴向固定容易。设计导柱和导套需要注意的事项有: (1) 合理布置导柱的位置,导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度;导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置,或不等直径对称布置。 (2) 导柱工作部分的配合精度采用H7/f7,低精度时可采取更低的配合要求;导柱固定部分配合精度采用H7/k6;导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍,其余部分可以扩孔,以减小摩擦,降低加工难度。对于导柱国家标准规定了两种结构形式,分为带头导柱和有肩导柱,大型而长的导柱应开设油槽,内存润滑剂,以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量,特别对于大型、精密的模具,导柱的直径需要进行强度校核。导套分为直导套和带头导套,直导套装入模板后,应有防止被拔出的结构,带头导柱轴向固定容易。8 推出机构的设计28 推出结构由推出、复位、导向三大部分组成。本设计塑件脱模依靠注射机的开模动作驱动模具上的推出机构,实现塑件自动脱模。8.1推出机构设计原则 对于推出机构我们应该遵循以下原则进行设计:(1) 设计的推出机构应尽量使塑件留于动模一侧;(2) 塑件在推出时不发生变形和损坏;(3) 不损坏塑件的外观质量;(4) 合模时推出机构正确复位;(5) 在推出和复位的过程中,结构应尽量简单,动作可靠,制造容易;(6) 推件力是将制品因收缩对型芯的摩擦力和大气压力。FtAp(cos-sin)+qA1 (8.1)式中A塑件包络型芯的面积;p塑件对型芯单位面积上的包紧力,p取0.81071.2107 帕;脱模斜度;PC5;q大气压力0.09兆帕;塑件对钢的摩擦系数,约为0.10.3;A1制件垂直于脱模方向的投影面积(mm2)。则,A298cm2 A160.76cm2带入数据得Ft814.34N8.2顶杆直径根据压杆稳定公式计算出顶杆直径。 d=L2F/nE1/4 m (8.2)式中:安全系数,常取=1.5;L顶杆的长度m;n顶杆数目。代入数据得:d=7mm。顶杆直径的强度校核公式=4F/nd2 (8.3)式中:顶杆材料的许用应力Mpa;顶杆反受的应力Mpa。代入数据得: =814.34/(83.1442)=8.10Mpa所以,顶杆强度符合要求。推杆顶出机构如图8.1所示,圆柱形状的推杆和推杆孔最容易加工,而且很容易保证其配合精度,容易保证其互换性,并且容易更换,而且它还具有滑动阻力小,不容易卡滞等优点。 图8.1 推杆顶出机构7 合模导向机构设计I9 温度调节系统设计9.1对温度调节系统的要求模具成型过程中,模具温度会直接影响到塑料熔体的充模、定型、成型周期和塑件质量。模具温度过高,成型收缩大,脱模后塑件变形大,并且还容易造成溢料和粘膜;模具温度过低,则熔体流动性差,塑料轮廓不清晰,表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷;当模具温度不均匀时,型芯和型腔温差过大,塑料收缩不均匀,导致塑料翘曲变形,会影响塑件的形状和尺寸精度。综上所述,模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求。故对温度调节系统有以下要求:(1) 根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式;(2) 希望模温均一,塑件各部同时冷却,以提高生产率和提高塑件质量;(3) 采用低的模温,快速,大流量通水冷却效果一般比较好;(4) 温度调节系统应尽可能做到结构简单,加工容易,成本低廉;(5) 从成型温度和使用要求看,需要对该模具进行冷却,以提高生产率。9.2设计原则按照对温度调节系统的要求其设计往往要遵循以下原则:(1) 尽量保证塑件收缩均匀,维持模具的热平衡;(2) 冷却水孔的数量越多,孔径越大,则对塑件的冷却效果越好;(3) 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等,与制件的壁厚距离相等,经验表明,冷却水管中心距B大约为2.53.5D,冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0.81.5B。最小不要小于10。(4) 浇口处加强冷却,冷却水从浇口处进入最佳;(5) 应降低进水和出水的温差,进出水温差一般不超过5(6) 冷却水道开设方向以不影响操作为好,对于矩形模具,通常沿宽度方向开设水孔。(7) 合理确定冷却水道的形式,确定冷却水管接头位置,避免与模具的其他机构发生干涉。本设计采用采用环绕式冷却水分布。339.3冷却时间的确定在对冷却系统做计算之前,需要对某些数据取值,以便对以后的计算作出估算;取闭模时间3s,开模时间3s,顶出时间2s,冷却时间30s,保压时间20s,总周期为60s。其中冷却时间依塑料种类、塑件壁厚而异,一般用下式计算: (9.1) =22/(3.1420.07)8/3.142(300-90)/(100-90)= 8(s)式中S塑件平均壁厚,S取2mm; 塑料热扩散系数(mm/s),=0.07;T成型温度280-310,T取300;T平均脱模温度,T取100;T模具温度90110,T取90。 由计算结果得冷却时间需要8s,这么长的冷却时间不太理想。本模具型芯中的冷却管道扩大为腔体,使冷却水在型芯的中空腔中流动,冷却效果大为增强。参照经验推荐值,冷却时间取5s即可。9.4塑料熔体释放的热量Q1 =nG Cs(t1t0) (9.2)=60217.6101.9(280100)=1089kJ/h式中:n每小时注射次数,n=60 (次);G每次的注射量(kG),G=5310;C塑料的比热容(kJ/kG),Cs=1.9;t1熔融塑料进入型腔的温度,t1=280;t0塑件脱模温度,t0=100。9.5高温喷嘴向模具的接触传热Q2=3.6A(t1t2) (9.3)=3.6406910140(280100)=383.44 kJ/h式中:A注塑机的喷嘴头与模具的接触面积(m),A=406910m(A=4R =43.1418=406910m,R=18mm注塑机喷嘴球半径,);金属传热系数,=140(W/ m);t模具平均温度 ,t=100 ;t1熔融塑料进入型腔的温度,t1=280。9.6注射模通过自然冷却传导走的热量 (1) 对流传热Q=hAm( t2t3) (9.4)=5.350.203(5020)4/3=112KJ/h 式中:h传热系数(KJ/ m h ),h=5.35(h=4.187(0.25+)= 4.187(0.25+)= 5.35); Am两个分型面和四个侧面的面积; t2模具平均温度,t2=100; t3室温,t3=20。 (2) 辐射散发的热量 Q=20.8 A()() (9.5) =20.80.220.8()() =128.7 kJ/h式中:辐射率,一般表面=0.81.2;Am2=0.22; (3) 工作台散发的热量Q=hA( t2t3) (8.6)= 5020.0484(5030)=485.94 kJ/h式中:h传热系数,h=502KJ/(mh0c); A模具与工作台的接触面积m,A=0.0484;A=bl= 22022010=0.0484;b为模具与工作台接触宽度b=220mm;模具与工作台接触长度l=220mm。从计算的结果看,工作台散发的热量比塑料熔体释放的热量还多,这显然是不正确的,说明了Q台的计算结果错误。这是因为有关Q台的计算参考资料很少,计算中有很多地方不规范。简单的计算以塑料熔体释放出的热量Q1为总热量,这些热量全部由冷却介质带走,这些热量应分别由凹模和型芯的冷却系统带走,实验表明,约1/3的热量被凹模带走,其余由型芯带走。模具应由冷却系统带走的热量:Q冷=(Q+ Q)(Q对+ Q+ Q)由于现在无法得到Q的正确值,所以计算以简单计算原则,取Q= Q。9.7冷却系统的计算型腔内发出的总热量(kJ/h):Q总= n G Qs (9.7)=60 5310300=955kJG每次需要的注射量(kG),G=5310;t确定生产周期(s),t=60;Q塑料单位热流量(KJ/h),Q=280350,取Q=300;n每小时的注射次数,n=60。从计算结果看,Q总与Q1相差不多但不相等,这是因为Q1涉及的因素较多,所以应该应该取Q总来计算。 9.8 凹模冷却系统的计算 (1) 凹模的冷却水体积流量qv= (9.8) =763103/1034.187103(25-20)60 = 0.6110m/min式中: Q=1/3,Q=1/32289=763 kJ/h水的密度10kG/m;C1水的比热容4.18710J/kG;T出水管出口温度,T出取25;T进水管入口温度,T进取20。 (2) 冷却水管的平均流速 (9.9) =40.6110/(3.140.0082) =12.14 m/min =0.202 m/s式中:d冷却水管直径,取d=8 mm查冷却水的稳定湍流速度与流量得,管径为8mm的冷却水管所对应的最低流速为1.66 m/s时才能达到湍流状态,故冷却水在凹模冷却管道中的流动未达到湍流。 (3) 冷却水管壁与水交界面的传热膜系数 (9.10) =7.6(10000.202)0.8/0.0080.2 =1395 (w/mk)式中:是与冷却介质温度有关的物理系数,取7.6。 (4) 凹模冷却管的传热面积 (9.11) =763103/36001395(50-22.5) =5.5210m式中:T模具与冷却介质平均温度, T=27.5(T= T(T出+T进)/2 =50(20+25)/
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