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四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)
第一章 概述
1.1 國際、國內(nèi)塑料成型模具發(fā)展概況
1.1.1國際塑料模具成型發(fā)展概況:
模具有著制造業(yè)中的帝王的美喻,在上個世紀(jì)有著巨大的發(fā)展,最典型的例子就是戰(zhàn)后日本經(jīng)濟的起飛,很大一部分因素就在于其模具業(yè)的發(fā)展與支持?,F(xiàn)在日本是世界第一大模具生產(chǎn)國,國內(nèi)有多家世界聞名的機床制造業(yè)廠家,加工模具的高速加工中心、電加工機床、龍門銑床、精密磨床、數(shù)控系統(tǒng)等全都具備世界級名牌。優(yōu)秀的機床制造業(yè)為模具制造奠定了堅實的基礎(chǔ),如在電子超精密模具中,集成電路、微型電機模具精度已達(dá)±1μm,處于世界領(lǐng)先地位。IT產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品更新很快,如手機開發(fā)制造周期為2個月,產(chǎn)品試制期為7天,一般7套模具150兆NC數(shù)據(jù),兩天就完成編程,計算機設(shè)計及制造技術(shù)都非常先進(jìn)。
模具在美國、西歐等發(fā)達(dá)國家也占有相當(dāng)高的地位?,F(xiàn)在國際模具生產(chǎn)的總的發(fā)展趨勢是,品種多樣化——變種變量生產(chǎn);產(chǎn)品精密化——高速、高效率、高精度加工;加工精細(xì)化——微量切削、高速進(jìn)給;開發(fā)短期化——高硬材料直接加工,減少后繼工序;綠色環(huán)境化——無切削液干式切削加工。
1.1.2國內(nèi)塑料模具成型發(fā)展概況:
近年來,我國塑料模具水平已有較大提高。大型塑料模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50t以上的注塑模,精密塑料模的精度已可達(dá)到3μm,制件精度為0.5μm的小模數(shù)齒輪模具及達(dá)到高光學(xué)要求的車燈模具等也已能生產(chǎn),多腔塑料模已能生產(chǎn)一模7800腔的塑封模,高速模具方面已能生產(chǎn)4m/min以上擠出速度的高速塑料異型材擠出模及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在生產(chǎn)手段上,模具企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率已有較大提高,CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用面已大為擴大,高速加工及RP/RT等先進(jìn)技術(shù)的采用已越來越多。模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率及模具商品化率都已有較大幅度的提高,熱流道模具的比例也有較大提高。三資企業(yè)蓬勃發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了塑料模具設(shè)計制造水平及企業(yè)管理水平的提高。
1.1.3我國模具與國際模具相比存在的主要問題:
我國塑料模具行業(yè)與其發(fā)展需要和國外先進(jìn)水平相比,主要存在6個方面的問題。
1)原材料問題
受售價限制,國產(chǎn)模具多采用2Cr13和3Cr13作精密熱處理,而國外則采用專用模具材料DINI、2316,其綜合機械性能,耐磨、耐腐蝕性能及拋光亮度均明顯優(yōu)于國產(chǎn)材料。這從根本上影響了國產(chǎn)模具的外觀質(zhì)量和使用壽命。
2)制造工藝水平
國內(nèi)模具生產(chǎn)廠家,工藝條件參差不齊,差距很大。不少廠家由于設(shè)備不配套很多工作依賴手工完成,嚴(yán)重影響了精度和質(zhì)量。
3)設(shè)計體系
國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家雖然也采用了計算機輔助設(shè)計(CAD)和計算機輔助制造技術(shù)(CAM),但依舊停留在引進(jìn)、消化和吸收階段,難以形成具有成熟的理論指導(dǎo)和設(shè)計體系。因此,規(guī)范模具設(shè)計軟件系統(tǒng)的開發(fā)是當(dāng)務(wù)之急。
4)調(diào)試水平
模具就其本質(zhì)而言屬于工裝,生產(chǎn)出合格制品才是最終目的。因此,模具的質(zhì)量、性能依賴試模結(jié)果檢驗。國內(nèi)模具廠因交貨期短,試模設(shè)備局限,往往把質(zhì)量檢驗工作放在用戶處試模,易給用戶造成大量的損失和浪費。而且由于修模受時間,場地限制,往往難以調(diào)試出最佳狀態(tài)。而國外一些發(fā)展較好的企業(yè)都擁有自己的試模場所和設(shè)備,可以模擬用戶的工作條件試模,所以能在最短的時限達(dá)到很好的效果。
5)價格因素
目前一些廠商只關(guān)心價格,而忽略了模具的技術(shù)質(zhì)量,對用戶而言合理的質(zhì)量價格比是最優(yōu)選擇,所以進(jìn)口模具價格比國產(chǎn)模具高8-10倍,仍有其市場空間。國內(nèi)一些模具廠,迫于競爭需要,盲目壓價,甚至以次充好,粗制濫造,是一種不負(fù)責(zé)任的短期行為,將為國產(chǎn)模具的發(fā)展帶來重創(chuàng)。當(dāng)然,在確保品質(zhì)的前提下,加強管理,擴大規(guī)模,降低成本無疑是努力的方向。
6)配套體系
我國模具生產(chǎn)企業(yè)習(xí)慣埋頭搞生產(chǎn)科研,而忽視了與其他設(shè)備供應(yīng)商、原料供應(yīng)商合作。無形中使用戶走了許多彎路。我們的模具廠必須和其他廠家及各大科研院所共同合作,為用戶創(chuàng)造最佳的制品,創(chuàng)造更大的利潤,才有希望為自己營造廣闊的發(fā)展空間。
1.2塑料模具設(shè)計方法主要發(fā)展方向:
經(jīng)過近幾年的發(fā)展,在塑料模具的開發(fā)、結(jié)構(gòu)和企業(yè)管理等方面已顯示出了一些新的趨向,現(xiàn)綜合如下:
(1)模具的質(zhì)量、周期、價格、服務(wù)四要素中,已有越來越多的用戶將周期放在首位,要求模具盡快交貨,這已成為一種趨勢。為滿足用戶的這一要求,各方面的工作必須跟上。
(2)大力提高開發(fā)能力,將開發(fā)工作盡量往前推,直至介入到模具用戶的產(chǎn)品開發(fā)中去,甚至在尚無明確的用戶對象之前進(jìn)行開發(fā)(這需要在有較大把握和敢冒一定風(fēng)險的情況下進(jìn)行),變被動為主動。目前,電視機和顯示器外殼、空調(diào)器外殼、摩托車塑件等已經(jīng)采用這種方法,手機和電話機模具開發(fā)也已開始嘗試。這種做法打破了長期以來模具廠只能等有了合同,才能根據(jù)用戶要求進(jìn)行模具設(shè)計的被動局面。事實證明,這種做法不但使模具廠變被動為主動,而且對開發(fā)業(yè)務(wù)和縮短模具生產(chǎn)周期也十分有利,受到用戶的歡迎。青島海爾模具公司等企業(yè)的“你給我一個概念,我還你一個產(chǎn)品”的一站式服務(wù)模式及太倉求精模塑公司和浙江陶氏模具集團(tuán)有限公司等企業(yè)主動開發(fā)的辦法已被越來越多企業(yè)所接受,這可能也是今后發(fā)展的一種趨向。
(3)隨著模具企業(yè)設(shè)計和加工水平的提高,過去以鉗工為核心,大量依靠技藝的現(xiàn)象已有了很大變化。在某種意義上說:“模具是一種工藝品”的概念已逐漸被“模具是一種高新技術(shù)工業(yè)產(chǎn)品”所替代,模具“上下模單配成套”的概念正在被“只裝不配”的概念所替代。模具正從長期以來主要依靠技藝而變?yōu)榻窈笾饕揽考夹g(shù)。這不但是一種生產(chǎn)手段的改變,也是一種生產(chǎn)方式的改變,更是一種觀念的改變。這一趨向使得模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高,模具精度越來越高,生產(chǎn)周期越來越短,鉗工比例越來越低,最終促使整個模具工業(yè)水平不斷提高,正在被社會所接受。我國模具行業(yè),目前已有4個國家級高新技術(shù)企業(yè),近百個省市級高新技術(shù)企業(yè)。與此趨向相適應(yīng),生產(chǎn)模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸變?yōu)榧夹g(shù)型人才是十分必要的。當(dāng)然,目前及相當(dāng)長一段時間內(nèi),技藝型人才仍是十分重要的,因為模具畢竟難以完全擺脫對技藝的依靠。
(4)模具企業(yè)及其模具生產(chǎn)正在向信息化方面迅速發(fā)展,這也是一種趨向。21世紀(jì),信息越來越多,信息技術(shù)越來越先進(jìn)發(fā)達(dá),信息已與人們的生產(chǎn)和生活休戚相關(guān)。在目前的信息社會中,高水平的模具,現(xiàn)代模具企業(yè),單單只是CAD/CAM的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前許多企業(yè)已經(jīng)采用的CAE、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技術(shù)及其他許多先進(jìn)制造技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都是信息化的表現(xiàn)。向信息化方向發(fā)展這一趨向已被行業(yè)所共認(rèn)。
(5)隨著人類社會的不斷進(jìn)步,模具必然會向著更廣泛的領(lǐng)域和更高水平發(fā)展。現(xiàn)在,能把握機遇,開拓市場,不斷發(fā)現(xiàn)新的增長點的模具企業(yè)和能生產(chǎn)高技術(shù)含量模具的企業(yè)日子普遍好過,任務(wù)忙不過來,利潤水平和職工收入都很好,日子紅紅火火。因此,模具企業(yè)應(yīng)把握這個趨向,使自己生產(chǎn)的模具向高水平發(fā)展,不斷提高自己的綜合素質(zhì)和整體實力及進(jìn)入國際市場的競爭力。
(6)世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具正加速向我國轉(zhuǎn)移,其表現(xiàn)形式:一是遷廠,二是投資,三是采購。這一趨向雖然并非近幾年才有,但近幾年更加明顯。我們應(yīng)抓住機遇,加快發(fā)展步伐。
發(fā)展展望
在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天,我們既要看到成績,又要重視落后,要抓住機遇,采取措施,在經(jīng)濟全球化趨向日漸加速的情況下,盡快提高塑料模具的水平,把自己帶入到國際市場中去,促進(jìn)我國整個模具行業(yè)的快速發(fā)展。
隨著市場的發(fā)展,塑料新材料及多樣化成型方式今后必然會不斷發(fā)展,因此對模具的要求也一定會越來越高。為了滿足市場的需要,未來的塑料模具無論是品種、結(jié)構(gòu)、性能還是加工技術(shù)都必將會有較快發(fā)展,而且這種發(fā)展必須跟上時代發(fā)展步伐。展望未來,下列幾方面發(fā)展趨勢預(yù)計會在行業(yè)中得到較快應(yīng)用和推廣。當(dāng)然,這是需要開拓、創(chuàng)新和做出艱苦努力的。
以下為幾個發(fā)展方向:
1)超大型、超精密、長壽命、高效模具將得到發(fā)展。
2)多樣材質(zhì)、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。
3)各種快速經(jīng)濟模具,特別是與快速成型技術(shù)相結(jié)合的RP/RT技術(shù)將得到快速發(fā)展。
4)模具設(shè)計、加工及各種管理將向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展,CAD/CAM/CAE/CAPP及PDM等將向智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
5)更加高速、更加高精度、更加智能化的各種模具加工設(shè)備將進(jìn)一步得到發(fā)展和推廣應(yīng)用。
6)更高性能及滿足特殊用途的各種模具新材料將會不斷發(fā)展,隨之而來的也會產(chǎn)生一種特殊的和更為先進(jìn)的加工方法。
7)各種模具型腔表面處理技術(shù)、涂覆、修補、研磨和拋光等新工藝也會不斷得到發(fā)展。
8)逆向工程、并行工程、復(fù)合加工乃至虛擬技術(shù)將得到發(fā)展。
9)熱流道技術(shù)將會迅速發(fā)展,氣輔和其他注射成型工藝及模具也將會有所發(fā)展。
10)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將不斷提高?!笆晃濉逼陂g,在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下,廣大模具企業(yè)將進(jìn)一步深化改革,下功夫搞好科技進(jìn)步與創(chuàng)新,堅持走新型工業(yè)化道路,將速度效益型的增長模式逐步轉(zhuǎn)變到質(zhì)量和水平效益型的軌道上來。由于國際、國內(nèi)宏觀環(huán)境良好,國內(nèi)塑料模具各主要用戶行業(yè)仍將以較快速度發(fā)展,塑料模具也必將持續(xù)高速發(fā)展。目前存在的主要問題通過國內(nèi)外交流與合作。全行業(yè)的共同努力和各方面的支持,不久的將來,定會得到較好的解決。
1.3畢業(yè)設(shè)計課題資料查詢
1.3.1分析塑件結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)要求:
該塑件名為蝶形螺帽,機構(gòu)復(fù)雜,有比較多的孔和凹槽,采用的材料:POM(聚甲醛),其技術(shù)要求:
1.收縮率2.0%。
2.未注公差尺寸按sj1372-78.8級。
3.大批量生產(chǎn)。
在加工型腔時有一定的加工難度,因為型腔的內(nèi)凹是曲面,而且有圓角,增加了一定的難度,若是考慮組合式型芯的話,在裝配上有時個很大的問題,綜上所述采用整體式并在一定程度上增加型芯的精度和強度。此次設(shè)計型芯主要是螺紋部分,只有由于不是所有螺紋都是在分型面上面,所以要裝固螺紋嵌件。
1.3.2了解注塑機的技術(shù)規(guī)格:
圖1-3-1臥式注塑機外形圖
圖1-3-2臥式注塑機結(jié)構(gòu)圖
注塑成型機可分為合模裝置與注射裝置。其中合模裝置主要作用是實現(xiàn)模具開閉以及頂出制品,注射裝置作用是將樹脂材料受熱融化后射入模具內(nèi)。
注射成型過程大致可分為以下6個階段:1、合模 2、注射 3、保壓4、冷卻5、開模6、取出制品。
從模具設(shè)計角度考慮,需了解注塑機技術(shù)規(guī)范的主要項目有:最大注射量、最大注射壓力、最大鎖(合)模力,模具安裝尺寸以及開模行程等。常用國產(chǎn)注塑機的主要規(guī)范見《塑料模具設(shè)計手冊》表3-48。具體選用SZ-160/1000型注塑機,其規(guī)格如下:
結(jié)構(gòu)形式:臥式
理論注射量:130cm
螺桿注射直徑:44mm
注射壓力:126MPa
注射行程:115mm
注射時間:4.3s
螺桿轉(zhuǎn)速:10~150r/min
注射方式:螺桿式
鎖模力:1000kN
最大成型面積:320cm
最大開合模行程:350mm
拉桿內(nèi)間距:360260mm
最大模具厚度:360mm
最小模具厚度:170mm
動定模固定板尺寸:230250mm
噴嘴球直徑:15mm
噴嘴口直徑:4mm
移模行程:280mm
模具定位孔直徑:120mm
合模形式:液壓—機械
1.3.3了解塑件的工藝性能和加工性能,塑料熔體流動行為,塑料在模具內(nèi)可能的結(jié)晶,取向及導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力:
聚甲醛:聚甲醛是乳白色不透明的,是一種有側(cè)鏈、高密度、高結(jié)晶性的線型聚合物,具有優(yōu)異的綜合性能。機械強度較高,它的抗張強度達(dá)700公斤/厘米^2,可在104℃下長期使用,脆化溫度為-40℃,吸水性亦較小。缺點是熱穩(wěn)定性差,所以必須嚴(yán)格控制成形加壓溫度。聚甲醛遇火易燃燒,長期在大氣中曝曬會老化。目前聚甲醛可以分為共聚和均聚兩種。POM規(guī)整的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的結(jié)晶性使其物理機械性能十分優(yōu)異,有金屬塑料之稱。聚甲醛聚甲醛(POM)有均聚物與共聚物,均為流動性不太好的樹脂。此類樹脂易發(fā)生熱分解,必須注意控制成型時的溫度。共聚甲醛比均聚甲醛的熱穩(wěn)定性好,它可以在稍高的溫度條件下成型加工,但此材料在料筒內(nèi)停留的時間不宜過長,否則,會發(fā)生熱分解使制品色澤發(fā)黃。POM為乳白色不透明結(jié)晶性線性熱塑性樹脂,具有良好的綜合性能和著色性,具有較高的彈性模量,很高的剛性和硬度,比強度和比剛性接近于金屬;拉伸強度,彎曲強度,耐蠕變性和耐疲勞性優(yōu)異,耐反復(fù)沖擊,去載回復(fù)性優(yōu);摩擦系數(shù)小,耐磨耗,尺寸穩(wěn)定性好,表面光澤好,有較高的粘彈性,電絕緣性優(yōu),且不受溫度影響;耐絕緣性好且不受濕度影響;耐化學(xué)藥品性優(yōu):除了強酸、酚類和有機鹵化物外,對其他化學(xué)品穩(wěn)定,耐油;機械性能受溫度影響小,具有較高的熱變形溫度。缺點是阻燃性較差,遇火徐徐燃燒,氧指數(shù)小,即使添加阻燃劑也得不到滿意的要求,另外耐候性不理想,室外應(yīng)用要添加穩(wěn)定劑。??
均聚甲醛結(jié)晶度高,機械強度、剛性、熱變形溫度等比共聚甲醛好,共聚甲醛熔點低,熱穩(wěn)定性,耐化學(xué)腐蝕性,流動特性,加工性均優(yōu)于均聚甲醛,新開發(fā)的產(chǎn)品為超高流動(快速成型),耐沖擊和降低模具沉積牌號,也有無機填充,增強牌號。
POM吸水率大于0.2%,成型前應(yīng)預(yù)干燥,POM熔融溫度與分解溫度相近,成型性較差,可進(jìn)行注塑、擠出、吹塑、滾塑、焊接、粘接、涂膜、印刷、電鍍、機加工、注塑是最重要的加工方法,成型收縮率大,模具溫度宜高些,或進(jìn)行退火處理,或加入增強材料(如無堿玻璃纖維)。?
POM屬結(jié)晶性塑料,熔點明顯,一旦達(dá)到熔點,熔體粘度迅速下降。當(dāng)溫度超過一定限度或熔體受熱時間過長,會引起分解。銅是POM降解催化劑,與POM熔體接觸的部位應(yīng)避免使用銅或銅材料。
pom材料性質(zhì):
英文名字:Acetal resin、polyoxymethylene或polyacetal(homopolymer
copolymer), poly(methylene oxide)(簡稱POM)
日文名字:ポリオキシメチレン
聚甲醛的分子式:HO(CH2O)nH。
結(jié)構(gòu)式:nCH2—(CH2O)n,n為聚合度,一般為8~100。
無定型態(tài)密度(25oC): 1.25 g/cm3。
晶體密度(25oC): 1.54 g/cm3。
最小壁厚:1.4mm。
成型收縮率: 1~1.5%
計算收縮率:1.2%~3.0%
公差等級:一般精度 MT4,未注公差尺寸 MT6
玻璃化溫度::-30℃。
預(yù)熱溫度:80℃~100℃。
預(yù)熱時間:3~5小時。
料筒溫度:a)料筒后段:160℃~170℃;
b)料筒中段:170℃~180℃;
c)料筒前段:180℃~190℃。
噴嘴溫度:170℃~180℃。
模具溫度:80℃~105℃;塑料模具加熱為宜。
熔化溫度:均聚物材料為190~230℃;共聚物材料為190~210℃。
干燥條件:80~90℃ (3~4小時)
注射壓力:120~140MPa
注射速度:薄壁中等或偏高的注射速度,厚壁宜慢速。
模具溫度:標(biāo)準(zhǔn)值為60~80℃,要求鏡面品質(zhì)時,可用約120℃的模具溫度成型。
成形時間:a)注射時間:20~90秒;
b)高壓時間:0~5秒;
c)冷卻時間:20~60秒;
d)總周期:50~160秒。
比熱容: 1500J/(kg.k)
導(dǎo)熱率: 0.37W/m·k
溢邊值:0.04mm
螺桿轉(zhuǎn)速:28轉(zhuǎn)/分
后處理:a)處理方法:紅外線燈照射,鼓風(fēng)烘箱烘;
b)溫度:140℃~145℃;
c)時間:4小時。
流道和澆口:可以使用任何類型的澆口。如果使用隧道形澆口,則最好使
用較短的類型。 對于均聚物材料建議使用熱注嘴流道。對于共聚物材料既可使用內(nèi)部的熱流道也可使用外部熱流道。
1.3.4塑料的適用范圍:
POM強度高,質(zhì)輕,常用來代替銅、鋅、錫、鉛等有色金屬, 廣泛用于工業(yè)機械、汽車、電子電器、日用品、管道及配件、精密儀器和建材等部門。??
POM 被廣泛用于制造各種滑動、轉(zhuǎn)動機械零件,做各種齒輪、杠桿、滑輪、鏈輪,特別適宜做軸承,熱水閥門、精密計量閥、輸送機的鏈環(huán)和輥子、流量計、汽車內(nèi)外部把手、曲柄等車窗轉(zhuǎn)動機械,油泵軸承座和葉輪燃?xì)忾_關(guān)閥、電子開關(guān)零件、緊固體、接線柱鏡面罩、電風(fēng)扇零件、加熱板、儀表鈕 ;錄音錄像帶的軸承 ;各種管道和農(nóng)業(yè)噴灌系統(tǒng)以及閥門、噴頭、水龍頭、洗浴盆零件;開關(guān)鍵盤、按鈕、音像帶卷軸;溫控定時器;動力工具,庭園整理工具零件;另外可作為沖浪板、帆船及各種雪撬零件,手表微型齒輪、體育用設(shè)備的框架輔件和背包用各種環(huán)扣、緊固件、打火機、拉鏈、扣環(huán);醫(yī)療器械中的心臟起博器;人造心臟瓣膜、頂椎、假肢等。
1.4畢業(yè)設(shè)計思想簡述
本次畢業(yè)設(shè)計主要目的檢測畢業(yè)生大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)和專業(yè)知識的掌握情況,培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計能力,避免畢業(yè)生在畢業(yè)后不能很好的把所學(xué)到的知識融入生產(chǎn)實踐中。為社會培養(yǎng)合格的人才。
本次設(shè)計將大量借助CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行設(shè)計分析,比如AtuoCad、Pro/e等設(shè)計分析軟件。以及運用一些專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計計算。比如《模具設(shè)計手冊》、《機械設(shè)計手冊》等軟件來查詢資料和工藝計算。這些工作都是為了適應(yīng)現(xiàn)代運用計算機技術(shù)突飛猛進(jìn)的大氣候做準(zhǔn)備。
71
第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1成型塑料制件結(jié)構(gòu)工藝性分析
圖2-1-1塑件圖
2.1.1尺寸精度分析
在選擇塑料制件尺寸精度時,是以最高的尺寸進(jìn)行分析。該產(chǎn)品的尺寸均為
公差,參考《塑料模具設(shè)計手冊》其精度一律按SJ1372-78,7級處理??紤]到
配合問題,該產(chǎn)品精度要求最高的尺寸應(yīng)為五個側(cè)凹處。一般模具的精度要比
塑件的精度高2~3級,所以取模具精度為MT4.
2.1.2粗糙度分析
模具的粗糙度比塑料制件的粗糙度小一級,模具型腔的粗糙度對塑料制品的表面狀態(tài)起決定性的作用。 目前注射成型塑件的表面粗糙度通常是Ra0.02~1.25um,模具的表面粗糙度值為塑件的1/2,即Ra0.01~0.63um.考慮到該塑件的外形加工的難度以及成型工藝,綜合考慮型芯部分取Ra為0.2um,相應(yīng)型腔的Ra為0.1um.其它塑料制品考慮到表面光亮程度其Ra為0.8um,相應(yīng)型腔的Ra為0.4um.
2.1.3塑料制件結(jié)構(gòu)設(shè)計
此次設(shè)計的塑料制件是帶螺紋的制品,所以在設(shè)計塑件外形時要考慮到方便脫模,比如在開模方向開設(shè)花鍵槽,但由于此次設(shè)計的是在塑件外部做兩個把手,設(shè)計把手的高度要大于螺紋高度。這樣方便脫模,具體方式見第四章。
2.1.4斜度設(shè)計:便于拔模和留模,在塑料件的內(nèi)外表面沿脫模方向應(yīng)設(shè)計足夠的脫模斜度,以防發(fā)生脫模困難。由于塑件本身很小,加上POM質(zhì)軟,其脫模斜度可設(shè)計小點,以分型面為基準(zhǔn),拔模斜度設(shè)為2°。
2.1.5壁厚設(shè)計:壁厚設(shè)計主要依據(jù)在Pro/e環(huán)境下分析所得的結(jié)論,塑料制品的壁厚要盡可能的均勻,如果壁厚過小則難以充型,反之則易浪費材料增加冷卻時間.POM 的最小壁厚為1.4mm.在一些情況下,為使塑料充型后能快速冷卻,在壁厚較厚的部位設(shè)置冷卻水道,防止塑件產(chǎn)生缺陷,由于此次設(shè)計的塑件本身就不大,不會出現(xiàn)壁厚過大的現(xiàn)象。下面是壁厚的分析。
圖2-1-2三維壁厚分析(a)
表2-1-1 壁厚分析
圖2-1-2剖面呈黃色的部分尺寸大于最小尺寸,藍(lán)色部分小于了最小尺寸的部分。最大壁厚為272mm2,最小壁厚為11mm2。
圖2-1-3三維壁厚分析(b)
表2-1-2壁厚分析
圖2-1-3剖面呈黃色的部分尺寸大于最小尺寸,藍(lán)色部分小于了最小尺寸的部分。最大壁厚為302mm2,最小壁厚為15mm2。
通過上面分析可以看出,塑件大部分壁厚都是滿足要求的,只有螺紋部分小于最小壁厚,這是不可避免的,所以壁厚還是滿足要求的。
2.1.6圓角設(shè)計:塑料制件除了有特殊要求采用尖角外,其余所有轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡可能的采用圓弧過渡,因尖角處易產(chǎn)生應(yīng)力集中,在受力或沖擊振動時會發(fā)生破裂,甚至在脫模的過程中即由于模塑內(nèi)應(yīng)力集中而開裂,特別是制件的內(nèi)轉(zhuǎn)角處。
2.2.塑件三維CAD建模及CAE分析
2.2.1利用CAD建模,完成三維零件的設(shè)計
圖2-1-4三維塑件
由于在軟件分析中沒有查到國內(nèi)生產(chǎn)POM的廠家,所以本次設(shè)計分析選用的材料是日本Ployplastics公司生產(chǎn)的聚甲醛,品名為:Duracon GB-52。模具溫度:90℃。塑料熔化溫度:200℃。推薦注射壓力:125Mpa 。
2.2.2 CAE分析及其不同方案結(jié)果比較:
2.2.2.1最佳澆口位置分布分析
澆口是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位,澆口位置的選擇將對整個澆注件的成型好壞起至關(guān)重要的作用。所以我們這次設(shè)計的第一步分析就是對澆口位置的選擇。而澆口位置的選擇與分型面的選擇有著緊密的關(guān)系,因為分型面的選擇必然對澆注系統(tǒng)的位置選擇起到?jīng)Q定性的作用。所以我根據(jù)分型面的不同擺放位置確定了兩套分析方案,通過比較加以取舍。
表2-1-3澆口位置分析
方案一:
方案二:
通過Pro/e里面注射分析模塊Plastic adviser分析所得到不同視角,根據(jù)分型面選取不同適合擺放澆口區(qū)域分布示意圖:
下圖是考慮到正立擺放時分型面位置和上圖所示適合擺放澆口的區(qū)域綜合考慮,將澆口放在黃色箭頭所示的側(cè)面位置上。
下圖是考慮將螺紋橫放時分型面位置和上圖所示適合擺放澆口的區(qū)域綜合考慮,將澆口放在黃色箭頭所示底面位置上。
下圖是將澆口位置放在側(cè)面時的充型效果,由圖中可知,制件的綠色區(qū)域較多,黃色區(qū)域較少,紅色區(qū)域幾乎沒有。充型效果較好。
下圖是將澆口位置放在底面時的充型效果,由圖中可知,制件的綠色區(qū)域較多,黃色區(qū)域較少,紅色區(qū)域幾乎沒有。充型效果較好。
下面兩個圖顯示的是選擇不同澆口位置充型質(zhì)量預(yù)測比較,綠色區(qū)域顯示的是充型質(zhì)量高的區(qū)域,黃色是中等充型質(zhì)量區(qū)域,由下圖可知,選擇兩種澆口位置的充型質(zhì)量都比較好,但澆口放在側(cè)面的黃色區(qū)域更少,情況更好,而充型質(zhì)量是我們選擇澆口位置的主要依據(jù)之一,倘若澆口位置放在底面在后面幾項沒有上佳的表現(xiàn),我就會因此選擇澆口放在側(cè)面的方案。
下面兩圖是不同澆口位置注射時間分布圖。由圖中可知,總的注射時間為5.48秒左右,離澆口近的地方時間很短,遠(yuǎn)端較之更長。
注射壓力的比較:通過比較可以發(fā)現(xiàn),兩種方案差別不大,注射壓力比較小,估計是塑件體積小所致。
壓力降:通過比較發(fā)現(xiàn),兩種方案差別不大。壓力降都比較小。
下面兩圖是對流動溫度分析,在澆口處、螺帽上部及一些邊緣地帶溫度較高,需要設(shè)置冷卻系統(tǒng)。前一種方案其溫度差ΔΤ=200–154.53=45.47℃;后一種方案的溫度差ΔΤ=200–145.76=54.24℃。所以前一種方案比后一種溫度差異更短。更易于充型。
下面兩圖是對熔接痕分布進(jìn)行分析,從圖中不難看出,熔接痕的數(shù)量比較少,主要分布在把手和型芯,熔接痕位置處對塑件壁厚進(jìn)行適當(dāng)處理,同時通過適當(dāng)?shù)墓に囌{(diào)整,盡量減少熔接痕的產(chǎn)生。第一種方案比第二種方案的熔接痕更少。
下面兩圖顯示的是氣泡分布情況,可以看出氣泡主要分布在螺紋附近,所以在后面的設(shè)計過程中,可以設(shè)計螺紋型心的排氣系統(tǒng)。
2.3.根據(jù)CAE分析結(jié)論進(jìn)行模具工藝設(shè)計
2.3.1型腔數(shù)量的決定(型腔數(shù)必需同時滿足:交貨期、注塑機最大注塑質(zhì)量、注塑機的塑化能力、鎖模力和模板尺寸)
2.3.1.1 通過在Pro/e軟件分析塑件和澆注系統(tǒng)的參數(shù):
⑴單個塑料件的體積,密度,質(zhì)量如下:
圖2-3-1(a)單個塑件參數(shù)
由上圖可知,密度為1.54 g/cm3,質(zhì)量為7.3g,體積為4741.8mm3。
⑵澆注系統(tǒng)和四個塑料件總的體積,密度,質(zhì)量如下:
圖2-3-1(b)一模4型參數(shù)
即密度為1.54 g/cm^3,質(zhì)量為30.06g,體積為19864.8mm3。
⑶單個塑件最大投影面積 :
= 78.5398+242.855+8.48735+18.6347x2+(0.252093+2.04104+6.26403+2.94643)x4
=405 mm2
⑷澆注系統(tǒng)和四個塑料件在分型面上的投影面積如下:
即投影面積為1845.51
而注射機選取的是SZ-160/1000型(臥式)注射機。
2.3.1.2由交貨期計算型腔數(shù)
4 (2-1)
式中 1.05——故障系數(shù)(以5%計)
N——一副模具定貨量(4×10^5件)
tc——成型周期(55s)
to——從定貨到交貨時間(5月)
tm——模具制造時間(2月)
th ——所在廠的每月工作時間計600/月
2.3.1.3根據(jù)注塑機最大注塑質(zhì)量求型腔數(shù):
POM塑料最大注塑量計算: (2-2)
實際注塑量: (2-3)
型腔數(shù)量計算: (2-4)
式——注塑機的最大注塑量(按國際慣例指注塑在常溫下密度為ρs=1.54g/㎝3 的POM塑料對空注塑量)g(140)
q —— 一個塑件的質(zhì)量和它均分到的澆注系統(tǒng)質(zhì)量和g(11.8)
ρ——常溫下聚苯乙烯的密度g/cm^3(0.960)
ρs——常溫下POM的密度g/㎝3 (1.54)
2.3.1.4根據(jù)塑化能力來校核型腔數(shù)
模具的注塑容量還必須小于注塑機的塑化能力。
最大型腔數(shù): (2-5)
式中 G—塑化能力,26kg/h
--- 每分鐘的注塑次數(shù),
tc——成型周期(55s)
q——單個塑件質(zhì)量和均分到它上的澆注系統(tǒng)質(zhì)量之和。(10g)
根據(jù)注射機的塑化能力所允許的最大型腔數(shù)遠(yuǎn)大于根據(jù)交貨期計算所須要的型腔數(shù)目,不會延誤交貨期,所以選擇一模四腔是滿足要求的。
2.3.2型腔布置
2.3.2.1采用一模四腔,型腔位置的排布如下圖:
圖2-3-2型腔布置
2.3.2.2澆注系統(tǒng)設(shè)計三維圖
圖2-3-3三維型腔布置
2.3.3 確定分型面
2.3.3.2型腔分型面位置的設(shè)計:
外表質(zhì)量:分型面優(yōu)選在:對表面質(zhì)量要求不高的地方,盡量不要選在選在制品光亮平滑的外表面或圓角的拐角處,因為分型面不可避地會在塑件上留下溢料痕跡,或拼合不準(zhǔn)確的痕跡。
考慮側(cè)向抽芯距離和模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜性:分型面的選擇首先考慮將抽芯或分型距離長的一邊放在動、定模開模的方向上,因為一般的側(cè)向抽芯機構(gòu)的能達(dá)到的距離都比較短,或者專門配液壓機,這樣勢必增加成本。從結(jié)構(gòu)上來講,盡量避免或減少側(cè)向分型抽芯。
排氣:當(dāng)分型面作為主要排氣面時,料流的末端應(yīng)在分型面上以利排氣。
2.3.3.2分型面形狀的決定
⑴閉模狀態(tài)下的主分型面位置:(圖中粉紅色部分為主分型面)
圖2-3-4是通過交貨期所確定的型腔數(shù)量和上述條件綜合考慮,確定出的本次設(shè)計分型面的擺放情況:
圖2-3-4分型面設(shè)計
⑵帶主分型面的型腔開模圖(圖2-3-5中可以看見主分型面立體形狀):
圖2-3-5 三維分型面
整個澆注系統(tǒng)和型腔充型時間:
圖2-3-6充型時間分析
總的充型時間為4.33秒,有圖中不難看出從澆口開始的圖示顏色為橙紅色,所以大概估算從澆口到整個型腔澆注完畢所需時間為4.33-0.43=3.9秒。
2.3.4確定澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)(以氣泡分析圖為基礎(chǔ))
圖2-3-7 排氣分析
產(chǎn)生氣泡的原因:
1)塑料干燥不夠,含有水分?
2)塑料有分解
3)注射速度太快
4)注射壓力太小
5)麻煩溫太底,充模不完全
6)模具排氣不良
7)從加料端帶入空氣
解決的對策有以下幾個方面:
1)在制品壁厚較大時,其外表面冷卻速度比中心部的快,因此,隨著冷卻的進(jìn)行,中心部的樹脂邊收縮邊向表面擴張,使中心部產(chǎn)生充填不足。這種情況被稱為真空氣泡。解決方法主要有:
a)根據(jù)壁厚,確定合理的澆口,澆道尺寸。一般澆口高度應(yīng)為制品壁厚的50%~60%。
b)至澆口封合為止,留有一定的補充注射料。
c)注射時間應(yīng)較澆口封合時間略長。
d)降低注射速度,提高注射壓力,
e)采用熔融粘度等級高的材料。
2)由于揮發(fā)性氣體的產(chǎn)生而造成的氣泡,解決的方法主要有:
a)充分進(jìn)行預(yù)干燥。
b)降低樹脂溫度,避免產(chǎn)生分解氣體。
3)流動性差造成的氣泡,可通過提高樹脂及模具的溫度、提高注射速度予以解決。
由上圖可以看出氣泡在型芯分布較多,所以要在型芯處開設(shè)排氣系統(tǒng)。
在設(shè)計澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮下列有關(guān)因素:
⑴塑料成型特性:設(shè)計澆注系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)所用塑料的成型特性的要求,以保證塑件質(zhì)量。
⑵模具成型塑件的型腔數(shù):設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)考慮到模具是一模一腔或一模多腔,澆注系統(tǒng)需按型腔布局設(shè)計。
⑶塑件大小及形狀:根據(jù)塑件大小,形狀壁厚,技術(shù)要求等因素,結(jié)合選擇分型面同時考慮設(shè)置澆注系統(tǒng)的形式、進(jìn)料口數(shù)量及位置,保證正常成型,還應(yīng)注意防止流料直接沖擊嵌件及細(xì)弱型芯受力不均以及應(yīng)充分估計可能產(chǎn)生的質(zhì)量弊病和部位等問題,從而采取相應(yīng)的措施或留有修整的余地。
⑷塑件外觀:設(shè)置澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮到去除、修整進(jìn)料口方便,同時不影響塑件的外表美觀。
⑸注射機安裝模板的大小:在塑件投影面積比較大時,設(shè)置澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮到注射機模板大小是否允許,并應(yīng)防止模具偏單邊開設(shè)進(jìn)料口,造成注射時受力不勻。
成型效率:在大量生產(chǎn)時設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)考慮到在保證成型質(zhì)量的前提下盡量縮短流程,減少斷面積以縮短填充及冷卻時間,縮短成型周期,同時減少澆注系統(tǒng)損耗的塑料。
⑺冷料:在注射間隔時間,噴嘴端部的冷料必須去除,防止注入型腔影響塑件質(zhì)量,故
設(shè)計澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮儲存冷料的措施。
2.3.4.1 主流道和主流道襯套結(jié)構(gòu)
主流道固化時間要求:為了有效地傳遞保壓壓力,澆注系統(tǒng)主流道及其附近的塑料熔體應(yīng)該最后固化。
⑴臥式或立式注塑機主流道結(jié)構(gòu)設(shè)計要點:
錐角、粗糙度加工劃痕方向要求:圓錐形主流道,錐角=~;內(nèi)壁粗糙度值Ra=0.4m以下;機械加工劃痕不得垂直于脫出方向;加工腐蝕性材料還應(yīng)將流道的內(nèi)孔鍍鉻。
主流道與噴嘴結(jié)構(gòu):接觸處多作成半球形的凹坑,凹坑球半徑R2應(yīng)比噴嘴球頭半徑R1大l~2mm。
主流道小端直徑:應(yīng)比注塑機噴出孔直徑約大0.5~lmm 常取,d=4.5mm。
主流道大端直徑:應(yīng)比分流道深度大15mm以上,錐角一般取2O一6O。
由經(jīng)驗公式:D==8
式中:D——主澆道大端直徑(mm);
d----主澆道小端直徑(4.5);
a——主澆道錐角℃(2°);
L——主澆道長度(56mm);
澆注系統(tǒng)的基本尺寸為:
主流道
d=4.5mm,D=8.5mm,L=56mm,H=4mm,=2°,
R=9.5mm
圖2-3-9澆口套結(jié)構(gòu)
(1)所選澆口套的結(jié)構(gòu)如圖2-3-9:
1-定模板 2-澆口套
圖2-3-10澆口套的固定
(2)定位圈和澆口套的固定方式,如圖2-3-10:
(3)、主流道剪切速率校核
因為該副模具是一模四,采用側(cè)澆口要進(jìn)行主流道和分流道的剪切速率校核。經(jīng)驗:主流道 分流道 點澆口,其它澆口
表2-3-1:主流道剪切速率校核
計算公式
符號
物理意義
出處
結(jié)果
①q=
②
主流道半徑7.5mm
①查《塑料成型模具》中國輕工業(yè)出版社P50
②查塑料設(shè)計手冊軟件版
主流道的剪切速率接近,符合設(shè)計要求
主流道的體積流率
剪切速率
(4)、冷料井類型和結(jié)構(gòu)
冷料井功用:使冷料不進(jìn)人分流道和型腔。
冷料井結(jié)構(gòu):冷料井的底部或四周常作成曲折的鉤形或側(cè)向凹槽 使冷料井在分模時能將主流道凝料從主流道中拉出留在動模上。因采用直澆口故不用冷料井。
(5)、流道總壓力損失計算:
=22.5 (2-6)
式中: ——各段流道長度(60mm)
——各段流道半徑(8mm)
——各段流道體積流量(5012.5 mm3)
——各段流道中熔體表觀粘度,=3.2×10Pa.s查《塑料成型模具》中國輕工業(yè)出版社圖3-3-6
t值確定: 流道總體積為: 2.3.4.2分流道系統(tǒng)設(shè)計
⑴分流道斷面尺寸:
按經(jīng)驗計算 =4mm (2-7)
d: 分流道的直徑(㎜) , m:流經(jīng)的塑料熔體重量(12g), L: 分流道的長度(27mm)
適用:壁厚小于3㎜,塑件重量小于200g;一般分流道直徑在3~10㎜之間,
⑵校核: 分流道剪切速率 = ~103s-1
⑶流道總損失計算:
=11.3Mpa (2-8)
式中 — 各段流道長度(20);——各段流道半徑(4);——各段流道體積流量();---各段流道中熔體表觀粘度()
剪切速率確定: 經(jīng)驗:主流道 分流道 點澆道,其它澆口
表觀粘度確定:各段流道中熔體表觀粘度,=7.5×10Pa.s查《塑料成型模具》中國輕工業(yè)出版社圖3-3-6
表2-3-2剪切速率校核
計算公式
符號
物理意義
出處
結(jié)果
①
②
當(dāng)量半徑
①查《塑料模具技術(shù)手冊》機械工業(yè)出版社1997.6表3—10
②查塑料設(shè)計手冊軟件版
=
分流道的剪切速率在的范圍內(nèi),符合設(shè)計要求
流道斷面積
流道長度
流道的體積流率
剪切速率
2.3.4.3分流道截面形狀設(shè)計
在多型腔或單型腔多澆口(塑件尺寸大)時應(yīng)設(shè)置分流道,分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前,通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設(shè)計應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài),并在流動過程中壓力損失盡可能小,能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。
根據(jù)塑料成型特性,可以初步確定分流道為圓形,其相應(yīng)的形式參照圖2-3-3所示。
2.3.4.4澆口 設(shè) 計
澆口亦稱進(jìn)料口,是連接分流道與型腔的通道,除直接澆口外,它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分,但卻是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質(zhì)量的影響很大。根據(jù)塑料成型特性,可以初步選擇澆口形式如圖2-3-8所示。
圖2-3-11澆口 設(shè) 計
⑴澆口斷面積:其斷面積約為分流道斷面積的3%-9%;澆口長度約0.5~2.5mm;
剪切速率校核:圓形 矩形
表2-3-3澆口剪切速率校核
計算公式
符號
物理意義
出處
結(jié)果
①
②
當(dāng)量半徑
①查《塑料模具技術(shù)手冊》機械工業(yè)出版社1997.6表3—10
②查塑料設(shè)計手冊軟件版
=1.7
澆口的剪切速率在=的范圍內(nèi),符合設(shè)計要求
流道斷面積
流道長度
流道的體積流率
剪切速率
根據(jù)計算結(jié)果所設(shè)計的澆口的剪切速率符合要求,那么可以確定澆口的尺寸長為直徑Ф為1mm,長度為1.5mm。
⑵澆口斷面尺寸:按各類型澆口的經(jīng)驗計算
澆口位置設(shè)計說明(根據(jù)CAE分析結(jié)論)第二章第2節(jié)圖2-2-2。澆口的設(shè)計需要滿足一下條件:
1.有利于減小制品翹曲變形
2.有利于改善注塑制品的力學(xué)性質(zhì)
3.有利于避免注塑成型時的噴射現(xiàn)象
4.有利于充模流動、排氣和補料
5.有利于減少熔接痕,增加熔接牢度:
6.澆口位置應(yīng)防止料流將型芯或嵌件擠歪變形
四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)
第三章 選擇注射機及注射機工藝參數(shù)校核
3.1大注射量的校核:
最大注射容量的計算:(3-1)
V——注射機的公稱注射容量
——理論注射量
——螺桿直徑
S——螺桿的最大注射行程
——注射系數(shù),結(jié)晶型塑料取值0.85
為了確保塑料件質(zhì)量,注射模一次成形的塑料重量(塑件和流道凝料重量之和)應(yīng)在公稱注射量的35%~75%范圍內(nèi),最大可達(dá)80%,最小不應(yīng)低于10% 。在第二章中通過在Pro/e里面計算的一次澆注所需的注射量為20cm。即使保留兩三倍的預(yù)塑量,也能滿足以上要求,所以注射機的選擇適宜。
3. 2注射壓力的校核:
在前面進(jìn)行CAE分析的時候,選取的是日本Ployplastics公司生產(chǎn)的聚甲醛,品名為:Duracon GB-52。其中推薦注射壓力:125Mpa ,而在《塑料模具手冊》上面介紹的聚甲醛黏度一般,塑件形狀一般,有一定的精度要求,注射壓力取120~140Mpa。
注射機的注射壓力為126Mpa,所以滿足要求。
3. 3鎖模力的校核:
MPa (3-2)
——型(模)腔注射壓力(MPa)
——注射壓力(125MPa)
——壓力損耗系數(shù)(取0.3)
根據(jù) (3-3)
——塑件在分型面上的投影面積(18.4)
——注射機額定鎖模力,SZ-160/1000型注射機額定鎖模力為1000kN
——安全系數(shù),取1.1
所需的鎖模力為,所以所選注射機的鎖模力符合要求。
3.4模具厚度的校核:
模具厚度(閉合高度)必須滿足下式:
(mm) (3-4)
——注射機允許的最小模具厚度(170mm)
——所設(shè)計的模具閉合高度(337mm)
——注射機允許餓最大模具厚度(360mm)
所以 (mm)
所以模具厚度滿足要求。
3.5 開模行程的校核
本次設(shè)計的模具與開模行程無關(guān),由于液壓—機械式鎖模機構(gòu)的注射機,其最大開模行程由曲肘機構(gòu)的最大行程決定,與模具厚度無關(guān)。
此次設(shè)計的螺帽螺紋必須在開模行程允許的范圍內(nèi)脫出,否則就不能滿足要求。螺紋是隨著帶齒輪的導(dǎo)柱運動而脫出。而因節(jié)距P=1.5mm,螺紋總長為9mm, 所以需要和導(dǎo)柱嚙合的齒輪至少轉(zhuǎn)動6周才能順利脫出螺紋。而與之嚙合的齒輪分度圓直徑d為27mm,倘若在傳動比為1:1的情況下,所需的開模行程H=3.14×6×d=3.14×6×27=408mm,而所選注射機允許的最大開模行程S=320mm,因此傳動系統(tǒng)必須增速,所以我設(shè)計了傳動比為4:1的齒輪傳動系統(tǒng)。所需的最小開模行程H=408÷4=102mm,由于考慮到考慮到會產(chǎn)生少許的滑動摩擦現(xiàn)象,最后把開模行程定為110mm。
四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)
第四章. 模具設(shè)計
4.1確定標(biāo)準(zhǔn)注塑模架
由于本次設(shè)計需要附屬的脫螺紋機構(gòu),需要額外的齒條、齒輪所組成的傳動機構(gòu),所以嚴(yán)格的選取標(biāo)準(zhǔn)模架是不顯示標(biāo)準(zhǔn)模架許選用標(biāo)準(zhǔn)模架是不現(xiàn)實的,但為了方便設(shè)計選取各零部件,所以選取標(biāo)準(zhǔn)模架A3型模架作為參考,再在A3模板的基礎(chǔ)上增加需要的內(nèi)容,得到所需的非標(biāo)準(zhǔn)模架。各模板尺寸根據(jù)所選的A3型模板來確定,由于本是用脫螺紋機構(gòu)進(jìn)行脫模,所以就不需要推桿、推件板、復(fù)位桿等推出、復(fù)位機構(gòu)。又因為此次選取的脫螺紋機構(gòu)需要額外的齒條,所以必須加長所選A3動、定模板的長度,來放置脫螺紋的部件,又考 慮到縮短主流道長度,這樣就得縮短定模板厚度,但這勢必影響頂模板強度,而本次設(shè)計對強度要求較高,所以為了即能保證主流道長度又能夠不減小定模板厚度,保證強度,決定不用定模墊板。
最終確定參照模架為A3-180355-28-F2 GB/T 12556-90
解釋:基本型為A3型,模板B×L為180×250,規(guī)格編號28,即模板A為50mm,模板B為50mm,導(dǎo)柱反裝F3。
閉和高度:H=50+15+32+50+140+50=337mm
補充:墊板厚度為32mm,動模厚度為15mm;由于要留放置齒輪的空間,所以墊塊的高度尺寸得足夠長,初步定為200mm,待齒輪系統(tǒng)設(shè)計完成后若需變動,再行修改。
1)定模板尺寸選擇:GB 4169.8—84
B×L×H :160×250×50
材料:45鋼 GB699-88
注:當(dāng)用作定模板是允許用Q235鋼GB700-88,
公差等級模板側(cè)面為3.2,上下底面為0.8,其余
圖4-1-1塑架圖 為6.4。厚度H的極限偏差之上偏差為+0.2,下偏差為+0.05。
技術(shù)要求:P483。
附:上述并非定模板的最終尺寸。
2)動模板尺寸選擇:GB 4169.8—84
B×L×H :160×250×15
材料:45鋼 GB699-88
注:當(dāng)用作定模板是允許用Q235鋼GB700-88,公差等級模板側(cè)面為3.2,上下底面為0.8,其余為6.4。厚度H的極限偏差之上偏差為+0.2,下偏差為+0.05。
技術(shù)要求:P483。
3)墊板尺寸選擇:GB 4169.8—84
B×L×H :160×250×32
材料:45鋼 GB699-88
注:當(dāng)用作定模板是允許用Q235鋼GB700-88,公差等級模板側(cè)面為3.2,上下底面為0.8,其余為6.4。厚度H的極限偏差之上偏差為+0.2,下偏差為+0.05。
技術(shù)要求:P483。
4)動模板尺寸選擇:GB 4169.8—84
B×L×H :160×250×50
材料:45鋼 GB699-88
注:當(dāng)用作定模板是允許用Q235鋼GB700-88,公差等級模板側(cè)面為3.2,上下底面為0.8,其余為6.4。厚度H的極限偏差之上偏差為+0.2,下偏差為+0.05。
技術(shù)要求:P483。
5)墊塊尺寸選擇:GB 4169.6—84
B×L×H :50×180×140
材料:Q235A鋼 GB700-88
技術(shù)條件:P482
4.2模具成型零件設(shè)計
4.2.1成型零件設(shè)計
4.2.1.1凹模(陰模)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模用以成型塑件的外表面,按結(jié)構(gòu)不同,可分為六種。根據(jù)分型面的選擇和塑件的外型特征,以及模具是多型腔模具,所以采用整體嵌入式凹模,把凹模加工成帶臺階的鑲塊,從凹模固定板下模嵌入,用支撐板固定。在開模過程中,凹模是固定不動的。凹模的外形是矩形的,所以螺紋轉(zhuǎn)動脫塑件對其影響很小,凹?;瑝K見下圖:
圖4-2-1凹模結(jié)構(gòu)
4.2.1.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型芯用來成型塑件的內(nèi)表面,此次設(shè)計的型芯分兩部分,上型芯成型塑件不帶螺紋的內(nèi)凹,下型芯成型帶螺紋的內(nèi)凹,上型芯結(jié)構(gòu)簡單,如下圖,下型芯由于還擔(dān)負(fù)著傳動軸的作用,所以結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。
圖4-2-2上型芯結(jié)構(gòu)
圖4-2-3下型芯結(jié)構(gòu)
4.2.1.3選擇凹,凸模模具材料、進(jìn)行強度剛度計算或者按經(jīng)驗數(shù)據(jù),確定模具零件厚度及外形尺寸:
根據(jù)塑件尺寸精度的要求和型芯、型腔的制造難度與加工中的特性,以及耐腐蝕性,所以選擇1Cr18Ni9鋼。在強度計算時,取較大的安全系數(shù),主要原因是由于在注射壓力的作用下,凹模型腔會產(chǎn)生一個向外脹出的變形。當(dāng)變形量大于塑件在壁厚方向的成型收縮量時,會造成脫模困難,嚴(yán)重時還不能開模。同時,由于成型過程中多種工藝因素的影響,型腔內(nèi)的實際受力情況有時很復(fù)雜,不能夠從單一的角度概括。
在注射模的標(biāo)準(zhǔn)件中,凹模的外形為矩形,所以當(dāng)凹模為圓形時,一般也采用矩形模板。因此,凹模強度的計算也以矩形為主。
中小型模具(模板的長度和寬度在500mm以下的模具)的強度,只要模板的有效使用面積不大于其長度和寬度的60%,深度不超過其長度的10%,可以不必通過計算。大型模具(長度或?qū)挾仍?30mm以上)的凹模強度必須通過計算。
在該設(shè)計中,因為凹模壁厚的取值較大,所以可以不進(jìn)行強度和剛度的效核。
4.2.1.4排氣方式及排氣槽的設(shè)計
根據(jù)前面在Pro/e環(huán)境下進(jìn)行的CAE分析可知,塑件在成型中產(chǎn)生的氣泡較少,而且較分散,不利于集中在某一部分開設(shè)專門的排氣系統(tǒng),如排氣