吸氧气外壳模具的设计与制造,机械工程论文

吸氧气外壳模具的设计与制造,机械工程论文内容摘要:本文介绍了采用ABS塑料进行吸氧气外壳模具设计和加工经过，并提出一系列设计和加工的要求。本文关键词语:吸氧气;设计;制造1制品介绍塑料制品的原料:ABS批量:中用推杆顶出用复位杆复位分开方式:一次分析注射机最大注射量:125g2工艺分析工艺经过确实定是注射模工艺规程制定的重要环节，它包括成型，前的准备、注射经过、制品的后处理。为了使注射成型顺利进行，保证塑料制品质量，在成型前应进行准备工作。在成型前我们应对原料进行外观和工艺性能检验，其内容包括色泽、粒度及流动性、收缩性、热稳定性、水分含量等。有的制品要求不同颜色或透明度，在成型前应先在原料中添加着色剂，假如在原料中参加颜色母料则效果更好。对于吸收性强的塑料(如聚碳酸酯、聚酰胺、聚砜等)在成型前必须进行枯燥处理，否则塑料制品将会出现斑纹、银丝和气泡等缺陷,甚至导致高分子在成型时产生降解，严重影响制品质量。而对不易吸水的塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等塑料)只要包装、运输、储存良好，一般不必进行枯燥处理。塑料是ABS，吸水性比拟强，所以往往要进行枯燥处理。枯燥处理的方式方法应根据塑料的性能和生产批量等条件进行选择。小批量生产用塑料，大多用热风循环枯燥烘箱和红外线加热烘箱进行枯燥;大批量生产用塑料，宜采用负压沸腾枯燥或真空枯燥，其效果好、时间短。由于是中小批量生产，所以用热风循环枯燥烘箱和红外线加热烘箱进行枯燥。枯燥的效果与温度和时间关系很大。一般来讲，温度高、时间长，枯燥效果好。但温度不宜过高，时间不宜过长，假如温度超过玻璃化温度或熔点，会使塑料结块,造成成型时加料困难。对于热稳定性差的塑料，还会导致变色、降解。枯燥后的塑料应马上使用，否则要加以妥善储存，以防止再受潮。2.1嵌件预热为了知足装配，使用强度的要求，塑料制品内常要嵌入金属嵌件。由于金属和塑料收缩率差异不同较大，因此在制品冷却时，嵌件周围产生较大的内应力，导致嵌件周围强度下降和出现裂纹。因而，除了在设计塑料制品时加大嵌件周围的壁厚外，成型前应对金属嵌件进行预热。嵌件预热应根据塑料的性能和嵌件大小而定，对于成型时容易产生应力开裂的塑料(如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等)，其制品的金属嵌件，尤其较大的嵌件一般都要预热。对于成形时不易产生应力开裂的塑料，且嵌件较小时，则能够不必预热。预热的温度以不损坏金属嵌件外表所镀的锌层或铬层为限，一般为110C~130C。对于外表无镀层的铝合金或铜嵌件预热温度可达150C。在成型前，应对注射机料筒中原来残存的塑料和要使用的塑料不同或颜色不一致的都要进行清洗。对于螺杆式注射机通常采用直接换料清洗。换料清洗时，必须把握料筒中的塑料和欲换的新塑料的特性，然后采用正确的清洗步骤。假如新塑料的成型温度比料筒内残存塑料的成型温度低，应将料筒温度升高到残存塑料的最好流动温度后切断电源，用新料在降温下进行清洗。假如新料成型温度高，而料筒中残存塑料又是热敏性塑料，则应选热稳定性好的塑料作为过渡换料，先换出热敏性塑料，再用新塑料换出热稳定性好的过渡料。当前已研制出一种新的料筒清洗剂，适用于成型温度范围在180C~280C的各种热塑性塑料的注射机机筒清洗。中小型注射机，清洗剂用量在50~200g。柱塞式注射机的料筒清洗比螺杆式注射机困难，需要拆卸清洗。2.2脱模的选用注射成型时，塑料制品的脱模主要是依靠于合理的工艺条件和正确的模具设计，但由于制品本身的复杂性或工艺条件控制不稳定，可能造成脱模困难，所以在实际生产中通常使用脱模剂。常用脱模剂有硬脂酸锌，除聚酰胺外，一般塑料均可用;液体石蜡(白油)，用于聚酰胺塑料件的脱模，效果较好;硅油，润滑效果良好，但价格较贵，使用较费事，需配置成甲苯溶液，涂抹在模腔外表，还要加热枯燥。使用脱模剂时，喷涂应均匀、适量，以免影响塑料制品的外观及性能，尤其注射成至透明塑料时更应注意。2.3注射模塑工艺条件的选择和控制中选择了适当的塑料品种、成型方式方法及成型设备，设计了合理的成型工艺经过和塑料模构造之后，在生产中，工艺条件的选择和控制是保证成型顺利和制品质量的关键。注射模塑最主要的工艺条件是温度、压力和时间。在注射成型中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和塑料充满型腔;后一种温度主要影响充满型腔和冷却固化。2.3.1料筒温度(1)塑料的粘流温度及熔点:不同塑料，它的粘流温度或熔点不同。不管非结晶型或结晶型塑料，料筒温度均不能超过塑料本身的分解温度。也就是讲，料筒温度应控制在粘流温度与分解温度之间。对于粘流温度与分解温度之间范围较窄的塑料，为防止塑料分解，料筒温度应取偏低一些，即取稍高于粘流温度。但温度低，流动性差，成型加工困难。塑料在高温下，会产生氧化降解。一般来讲，温度愈高，时间愈长，降解量愈大，尤其是热敏性塑料，因而对于热敏性塑料必须十分注意控制料筒的最高温度和在料筒中停留的时间。(2)注射机的类型:在柱塞式注射机中，塑料的加热仅靠料筒壁和分流梭外表传热，而且料层较厚，升温较慢，因而，料筒的温度要高些;在螺杆式注射机中，塑料遭到螺杆的搅和，获得较多的剪切摩擦热，料层较薄，升温较快，因而料筒温度可低于柱塞式的10C~20C。(3)塑料制品及模具构造特点:对于薄壁制品，其相应的型腔狭窄，熔体充模的阻力大，冷却快，为了提高熔体流动性，便于充满型腔，料筒温度应选择高些。相反，对于厚壁制品，料筒温度可取低一些。对于形状复杂或带有嵌件的制品，或熔体充模流程较长，弯曲复杂较多的，料筒温度也应取高一些。料筒的温度分布，一般从料斗一侧起至喷嘴止，是逐步升高的。湿度较高的塑料可适当提高料筒后段温度。螺杆式注射机料筒中的塑料，由于受螺杆剪切摩擦作用有助于塑化，故料筒前段的温度能够略低于中段，以防止塑料的过热分解。2.3.2喷嘴温度喷嘴温度通常比料筒的温度低，以防熔体在直通式喷嘴上可能发生的流涎现象。固然喷嘴温度低，但当塑料熔体由狭小喷嘴经过时，会产生摩擦热，使进入模具的熔体温度升高，在快速注射时，尤其是这样。喷嘴温度也不能太低，否则，喷嘴处的塑料可能产生凝固而将喷嘴堵死，影响制品质量。选择料筒和喷嘴温度需要考虑的因素很多。在生产中可根据经历体验数据，结合实际条件，初步确定适当的温度，然后通过对制品的直观分析和熔体的对空注射进行检查，进而对料筒和喷嘴温度进行调整。2.3.3模具温度模具温度对塑料熔体流动和制品的内在性能及外表质量影响很大。模具必须保持一定的温度，这个温度应低于塑料的玻璃化温度或热变形温度，以保证塑料熔体凝固定型和脱模。模具温度的选定主要决定于塑料的特性、制品的构造与尺寸、制品的性能要求以及成型工艺条件。一般来讲，模具温度高，冷却速率慢，为结晶充分进行创造了条件。因此得到的制品结晶度较高，制品的硬度高、刚度大、耐磨性较好，但成型周期长，收缩率较大，制品较脆。对结晶型塑料，模具的温度取中等为宜。模具温度还要根据制品的壁厚选择。壁厚大的，模具温度一般应较高，以减小内应力和防止制品出现凹陷等。2.4压力注射模塑经过需要控制的压力有塑化压力和注射压力。2.4.1塑化压力塑化压力是指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时所遭到的压力。又称背压。它的大小能够通过液压系统中的溢流阀来调整。塑化压力一般应在保证塑料制品质量的前提下，以低些为好，通常很少超过2MPa。2.4.2注射压力它的大小取决于塑料品种、注射机类型、模具构造、塑料制品的壁厚和流程及其他工艺条件，尤其是浇注系统的构造和尺寸。为了保证塑料制品的质量，对注射速率有一定要求，而注射速率与注射压力有直接关系。在同样条件下，高压注射时注射速率高，相反，低压注射则注射速率低。模具型腔充满之后，需要一定的保压时间。保压的作用是，对型腔腔内的熔体进行压实，使塑料紧贴于模壁以获得精到准确的形状，使不同时间和不同方向进入型腔同一部位的塑料熔合成-个整体;补充冷却收缩。在生产中，压实时的压力有等于注射压力的，也有适当降低的。压力高，可得到密度较高、尺寸收缩小、力学性能较好的制品，但压力高脱模后的制品内残存余留应力较大，压缩强烈的制品在压力解除后还会产生较大的回弹，可能卡在型腔内，造成脱模困难。因而压力应适当。另外，要到达压实的效果，除了注意适当降低流道的冷却速度和增加保压时间外，还要注意加料量。加料量应保证每次注射成型时，当熔体充满型腔后，料筒前段还剩有一定的熔体作为传压介质和知足压实和补缩的需要。时间(成型周期):成型周期直接影响到生产率和设备利用率，应在保证产品质量的前提下，尽量缩短成型周期中各阶段的时间。在整个成型周期中，冷却时间和注射时间最重要。注射时间中的充模时间与充模速率成反比，而充模速率决定于注射速率。为保证制品质量，应正确控制充模速率。在生产中充模时间不长，一般不超过10s。注射时间中的保压时间，在整个注射时间内所占的比例较大，一般约为20~120s，壁厚十分大的可达5~10min。冷却时间的长短应以保证制品脱模时不弓|起变形为原则，一般约为30~120s。冷却时间过长，不仅增长了成型周期，有时还会造成制品脱模困难，强行脱模会导致制品用力过大而破裂。成型周期中的其他时间与生产自动化程度和生产组织管理有关。应尽量减少这些时间，以缩短成型周期，提高劳动生产率。3塑料制品分析此塑料是ABS塑料，属热塑性塑料，全称是丙烯腈一丁二烯苯乙烯共聚物。由于ABS塑料是三种单体聚合而成，是一种综合性能优良的新型塑料，它已经代替了耐冲击性能较差、耐热性不高的聚苯乙烯。它具有较高的冲击强度和外表硬度及耐磨性;热变形温度为100C左右，比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺都要高;还具有一定的化学稳定性和良好的介电性能;其尺寸稳定性好，外表光泽，能够抛光和电镀。但它也有缺点，耐热性不高，耐低温性和耐紫外线性能也不好。它成型性能较好，流动性好，成型收缩率小;比热容较低，在料筒中塑化效率高。在模具中凝固快，但它的吸水性强，外表要求光泽的制品应进行较长时间的枯燥。综上所述，由于ABS塑料具有诸多的优良性能，所以在工程技术中能得到广泛应用。4浇注系统的设计4.1主流道的设计按主流道的轴线与分型面的关系，浇注系统有直浇注系统和横浇注系统。在卧式和立式注射机中，主流道轴线垂直于分型面，属于直浇注系统;在直角式注射机中，主流道轴线平行于分型面，属于横浇注系统。我们采用的属于直浇注系统。主流道一般位于模具中心线上，它与注射机喷嘴的轴线重合，以利于浇注系统的对称布置。主流道一般设计得比拟粗大，以利于熔体顺利地向分流道流动，但也不能太大，否则会造成塑料消耗增加。反之，主流道也不宜过小，否则熔体流动阻力增大，压力损失大，对充模不利。因而，主流道尺寸必须恰当。通常对于黏度大的塑料或尺寸较大的制品，主流道截面尺寸应设计得大一些;对于黏度小的塑料或尺寸较小的制品，主流道截面尺寸设计得小一些。浇注系统主流道横截面形状通常采用图形。为了便于流道凝料的脱出，主流道设计成圆锥形，其锥度为2~6，内壁粗糙度小于0.4um，小端直径D取45mm(根据注射机、塑料取)且大于注射机喷嘴直径约0.5~1mm，主流道的长度由定模座板和定模板厚度确定，一般不超过60mm。由于主流道需要与高温塑料和喷嘴频繁接触，设置主流道衬套是很有必要的。尤其当主流道需要穿过八块横板时更应设置主流道衬套，否则在横板接触面可能溢料，致使主流道凝料难以取出。定位圈高度H=5~10mm，大型模具取H=15mm。4.2浇口的设计浇口的基本作用是使从分流道受热的熔体产生加速，以快速充满型腔。由于一般浇口尺寸比型腔部分小得多，所以总是先凝固，只要保压时间足够，凝固封闭后的浇口就能防止熔料倒流，而且也便于浇口凝料与制品的分离。浇口类型很多，我们属于直接浇口，又称主流道型浇口。它的特点是，熔体通过主流道直接进入型腔，流程短，进料快，流动阻力小，传递阻力小，传递压力好，保压补缩作用强，有利于排气和消除熔接痕。同时浇注系统耗料少，模具构造简单而紧凑，制造方便，因而应用广泛。但有浇口不便，制品上有明显的浇口痕迹，浇口部位热量集中，型腔封口迟，内应力大，易产生气孔和缩孔等缺陷。采用直接浇口的模具为单型腔模具，适用于成型深腔的壳体构成箱形制品，不宜用于成形平薄或容易变形的制品;合适于各种塑料的注射成型，尤其对热敏性塑料及流动性差的塑料成型有利，但对结晶型塑料或容易产生内应力和变形的塑料成型不利。成型薄壁制品时，根部直径不超过制品壁厚的两倍。5注射机的选择注射模必须安装在与其相适应的注射机上才能进行生产，因此在设计模具时，必须熟悉所选用注射机的技术参数。注射机最大注射量和制品的质量或体积有直接关系，两者必须相适应，不然会影响制品的产量和质量。假如最大注射量小于制品的质量,就会造成制品的形状不完好或内部组织疏松，制品强度下降等缺陷;而注射量过大，注射机利用率降低，浪费电能，而且可能导致塑料分解。因而，为了保证正常的注射成型，注射机的最大注射量应稍大于制品的质量或体积。通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大注射量的80%以内。根据锁模力公式F=PA算出注射机的最大锁模力，进而再根据锁模力来确定注射机。综上所述，我们选注射机的型号为XS-ZY-125。6推出机构设计在注射成型的每一循环中，都必须使制品从模具型腔和型芯上脱出，这种脱出制品的机构称为推出机构或脱模机构。6.1设计要求设计要求包括:①尽量使塑料制品留在动模上;②保证制品不变形、不损坏;③保证制品外观良好;④构造可靠。6.2简单推出机构简单推出机构可分为:推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构等，常用的是推杆推出机构。用推杆推出制品，常用的是四推杆推出制品。它制造简单，更换方便，滑动阻力小，脱模效果好，设置的位置自由度大，且容易实现标准化，在生产中广泛应用。因制品的几何形状及型腔、型芯构造不同，所以推杆截面形状也不尽一样。在设计模具时，为了便于推杆的加工，应尽可能采用圆形截面的推杆;在某些不宜采用圆形推杆或推杆起成型制品某一形状时，能够用成型推杆。标准推杆是等截面的。推杆的截面尺寸不应过细或过薄，以免影响强度和刚度。细长形推杆可将后部加粗或成台阶形，一般使d1=2d。除此之外根据构造需要、节约材料和制造方便的原则，还有组合构造的推杆。6.3注意事项注意事项包括:①推杆应尽量短，在推出时，必须将制品推出型芯，并高于型芯顶面5~10mm。注射成型时，推杆端面应高出型芯、型腔外表0.05~0.1mm，否则会影响制品的使用。②推杆与其配合孔一般采用H9/f9的配合并保证一定的同轴度，使其在推出经过中不卡滞，配合长度取推杆直径的1.5~2倍，通常不小于12mm。③推杆通过模具成型零件的位置，应避开冷却通道。④在确保制品质量与顺利脱模的情况下，推杆数量不宜太多，以简化模具和减少对制品外表质量的影响。6.4复位零件在推出机构完成制品脱模后，为了继续注射成型，推出机构必须回到原来位置。为此，除推件板脱模外，其他脱模形式一般均需要设置复位零件。选择复位杆来复位，它的作用是使已完成推出制品任务的推杆回到注射成型状态的位置。复位杆在构造上与推杆类似，所不同的是它与模板的配合间隙较大，同时复位杆顶面不应高出分型面。7排气系统的设计排气系统的作用是将型腔和浇注系统中原有的空气和成型经过中固化反响产生的气体顺利地排出模具之外，以保证注射经过的顺利进行。尤其是高速注射和热固性塑料注射成型，排气是很有必要的，否则被压缩的气体所产生的高温将弓|起制品局部烧焦炭化或产生气泡，还可能产生熔接痕等。排气方式有开设排气槽和利用模具零件的配合间隙自然排气。排气槽通常设在充型料流末端处，而熔体在型腔内充填情况与浇口的开设有关，因而，确定浇口位置时，同时要考虑排气槽的开设位置能否方便。排气槽:最好开设在分型面上，在分型面上假如因设排气槽而产生飞边，也很容易随制品脱出。通常在分型面凹模一侧开设排气槽，其槽深为0.025~0.1mm,槽宽1.5~6mm，视塑料性质而定，以不产生飞边为限。排气槽需与大气相通。假如型腔最后充满部分不在分型面上，且又无配合间隙可排气时，可在型腔相应部位镶嵌多孔粉末冶金件，或改变浇口位置以改变料流末端的位置。另外，排气槽最好开设在靠近嵌件制品壁最薄处，这是由于这些部位容易构成熔接痕，应排尽气体并排出部分凝料。在大多数情况下可利用模具分型面或模具零件间的配合间隙自然地排气，这时可不另开排气槽。8加工部分8.1模架加工注射模模架的技术要求:模架是用来安装或支承成型零件和其他构造零件的基础，同时还要保证动定模上有关零件的准确对合，并避免模具零件间的干预，因而模架组合后其安装基准面应保持平行。导柱导套和复位杆等零件装配后要运动灵敏、无阻滞现象。模具主要分型面闭合时的贴合间隙值:1级精度模架:0.02mm2级精度模架:0.03mm3级精度模架:0.04mm8.2模架零件的加工从零件构造和制造工艺考虑模架的基本组成零件有三种类型:导柱、导套及各种模板。支承零件者是平板状零件，在制造经过中主要进行平面加工和孔系加工。根据模架的技术要求，在加工经过中要十分注意保证模板平面度和平行度误差以及导柱、导套安装孔与模板平面的垂直度误差。在平面加工经过中要十分注意防止弯曲变形。在粗加工后假如模板有弯曲变形，在磨削加工时电磁吸盘会把这种变形矫正过来，磨削后加工外表的形状误差并不会得到矫正，应在电磁吸盘未接通电流的情况下，用适当厚度的垫片，垫入模板与电磁吸盘间的间隙中，再进行磨削。上下两面用同样方式方法交替进行磨削，可获得0.02/300mm2下面的平面度。假如需要精度高的平面，应采用刮研方式方法加工。为了保证动定模板上导柱导套安装孔的位置精度，根据实际加工条件，可采用坐标镗床、数控坐标镗床进行加工。假如无上述设备，可以在卧式镗床或铣床上，将动定模板用夹具夹在一起，同时镗出相应的导柱导套的安装孔。在对模板进行镗孔加工时，应在模板平面精加工后以模板的大平面及两相邻侧面作定位基准，将模板放置在机床工作台的等高垫铁上，各等高垫铁的高度应严格保持一致。工作台和垫铁应用净布擦拭，彻底消除切屑粉末。模板的定位面应用细油打磨，以去掉模板在搬运经过中产生的划痕。在使模板大致到达平行后，轻轻夹住。然后以长度方向的前侧面为基准，用百分表找正后将其夹紧，最后将工作台再移动一次，进行检验并加以确认。模板用螺栓加垫圈紧固，压板着力点不应偏离等高垫铁中心，以免模板产生变形。(1)上模座的加工工艺道路备料:将毛坯锻造成255mmx215mmx30mm铣平面:铣上下平面，保证尺寸258mm磨平面:磨上下两面达尺寸25mm,保证平面度要求，外表粗糙度为1.6um划线:用高度尺划螺孔、浇口套孔线钻孔:按线钻螺孔，浇口套孔至尺寸锪孔:锪螺孔，深13mm，直径19mm检验(2)下模座的加工工艺道路备料:将毛坯锻造成255mmx215mmx30mm铣平面:铣上下平面，保证尺寸25.8mm磨平面:磨.上下两面至尺寸25mm，保证平行度，外表粗糙度为1.6um划线:用高度尺划M12螺孔和顶出孔直径20mm钻床加工:钻螺孔M12和顶出孔至尺寸锪螺孔:锪M12螺孔，深13mm，直径20mm检验(3)型腔板的加工工艺道路备料:将毛坯锻造成平行六面体，尺寸为215mmx145mmx45mm热处理:退火铣平面:铣各平面，厚度留磨削余量0.7mm，侧面留磨削余量0.4mm磨平面:磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm，磨相邻两侧保证垂直钳工划线:划出对称中心线，导套孔线、螺孔线导套孔粗加工:在仿铣床上加工导套孔，留单边加工余量0.15mm加工余孔:加工螺孔至尺寸热处理:淬火+低温回火，按热处理工艺保证HRC60~64磨平面:磨上下面及基准面达要求导套孔精加工:在坐标磨床上磨导套孔，留研磨余量0.01mm研磨导套孔:钳工研磨导套孔达规定技术要求型腔加工:电火花加工型腔(4)型芯板的加工道路备料:将毛坯锻成平行六面体，尺寸为215mmx145mmx45mm热处理:退火粗加工毛坯:铣六面，保证尺寸磨平面:磨两大平面及相邻的侧面保证垂直钳工划线:划导柱孔导柱孔加工:用坐标镗床加工导柱孔至尺寸热处理:淬火+低温回火，按热处理工艺保证HRC58~62磨平面:磨两端面保证与型面垂直垫板、推板的工艺道路基本同上，在这里就不具体介绍了8.3线切割加工快速走丝线切割机床采用直径为0.08~0.2mm的钼丝或直径为0.3mm左右的钼丝作电极，走丝速度为8~10m/s，而且是双向往返循环运行，成千上万次地反复通过加工间隙，一-直使用到断丝为止，工作液通常采用5%左右的乳化液和去离子水等。由于电极丝的快速运动能将工作液带进狭窄的加工缝隙，以保持加工间隙的清洁状态，有利于切割速度的提高。当前能到达的加工精度为正负0.01mm左右，外表粗糙度为2.5~0.63um,最大切割速度可达每分钟50mm2左右，切割速度与机床的构造参数有关，最大可达500mm，可知足一般模具的加工要求。加工特点:不需要制作电极，可节约电极设计、制造费用，缩短生产周期。能方便地加工出形状复杂、细小的通孔和外外表。由于在加工经过中，快速走丝线切割采用低损耗电源，使电极丝高速移动。采用四轴联动，可加工锥度和，上下面异形体等零件。大型芯程序:BBB8000GyL2BBB96020Gy12BBB48513GxL1BBB25344GxL2B3097BB1161GxNR1B1936B2418B2418GyNR2BBB116264GyL4B5100BB5100GxNR3BBB66598GxL1BBB8000GyL4小型芯程序:BBB6000GyL2BBB43593GxL1BB5100B5100GyNR4BBB91103GyL2BBB48693GxL3BBB96203GyL4BBB6000GyL4型芯固定板:B5270B350B5270GxL4BBB116319GyL2B2917BB1184GxNR1B58785B79569B117570GxNR1B1733B2336B2336