164 放大鏡模具的設計與制造

164 放大鏡模具的設計與制造,放大鏡,模具,設計,制造 目錄前 言第 一 章 料 工 藝 分 析1.1 分析塑料使用材料的種類及工藝特征1.2 分析塑料的結(jié)構(gòu)工藝性1.3 塑件精度確定1.4 明確塑件批量生產(chǎn)1.5 根據(jù)塑件的形狀估算其體積和重量1.6 確定型腔數(shù)第二章 定模具結(jié)構(gòu)方案2.1 確定型腔排列2.2 確定分型面2.3 脫模原理2.4 澆注系統(tǒng)形式2.4.1 主流道設計2.4.2 分流道設計2.4.3、澆口設計2.5 冷卻及加熱系統(tǒng)第三章 模具設計的有關(guān)計算3.1 模具主要零件的有關(guān)尺寸設計3.1.1 型腔和型芯計算3.2 型腔厚度和底板厚度的確定3.3 確定零件結(jié)構(gòu)及尺寸3.3.1 定模座板設計3.3.2 定模型腔固定板設計3.3.3 動模型腔固定板設計3.3.4 支撐板設計設計3.3.5 推桿固定板設計第四章 初選注射機4.1 計算澆注系統(tǒng)體積4.1 初選注射機第五章 核注射機有關(guān)工藝參數(shù)5.1 注射量的校核5.2 鎖模力與注射壓力5.3 模具厚度 H 與注射機閉合高度第六章 結(jié)束語參考文獻摘要 注塑模具是在成型中賦予塑料以形狀和尺寸的部件。模具的結(jié)構(gòu)雖然由于塑料品種和性能、塑料制品的形狀和結(jié)構(gòu)以及注射機的類型等不同而可能千變?nèi)f化，但是基本結(jié)構(gòu)是一致的。模具主要由澆注系統(tǒng)、成型零件和結(jié)構(gòu)零件三部分組成。其中澆注系統(tǒng)和成型零件是與塑料直接接觸部分，并隨塑料和制品而變化，是塑模中最復雜，變化最大，要求加工光潔度和精度最高的部分。對此次放大鏡無多大要求，它的整體尺寸不大，但要大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率，降低成本，故采用模具成批注射生產(chǎn)。并且該產(chǎn)品為放大鏡要透光，所以材料采用聚苯乙烯（PS）做為材料。對于澆注系統(tǒng)和成型零件的設計；澆注系統(tǒng)是指塑料從射嘴進入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和澆口等。成型零件是指構(gòu)成制品形狀的各種零件，包括動模、定模和型腔、型芯等。此套放大鏡模實現(xiàn)部分機械操作自動化，澆注系統(tǒng)采用普通流道，進行一模二腔注射。頂出機構(gòu)由 2 條型芯和一條推桿頂出，型腔分動模型腔和定模型腔。前言此次設計為放大鏡的注射成型模具設計。對于這次的設計首要制定的塑料成型工藝以及合理設計塑料成型模具的過程。前面部分主要說明塑料成型的必要理論基礎(chǔ)，包括高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點與性能，尤其是聚合物的熱力學性能和化學性質(zhì)，還有聚合物熔體在成型過程中的流動狀態(tài)及物理和化學變化。后面部分說明的是注射成型模具設計的最復雜也最具代表性的部分，主要說明注射成型模具的設計，包括澆注系統(tǒng)（主流道，澆口，分流道） 、成型零件（型芯，型腔，推桿等）的設計，對所選注射機的校核等有關(guān)設計。由于塑料注射成型模具對于實踐性很強，并且技術(shù)正在飛速發(fā)展中，所以在設計過程中注重理論聯(lián)系實際，對于書中的知識要加以聯(lián)系實際，從而使模具設計得更加合理。分，包括主流道、冷料穴、分流道和澆口等。成型零件是指構(gòu)成制品形狀的各種零件，包括動模、定模和型腔、型芯、成型桿以及排氣口等第一章 塑件工藝分析1.1 分析塑件使用材料的種類及工藝特征該材料為聚苯乙烯（PS） ，是一種透光性塑料，密度為 1.05g/cm*，透光度達 88%—92%，有優(yōu)異在著色性能。制品的穩(wěn)定性非常好，最高連續(xù)使用溫度為 60 度到 80 度。具有一般塑料的電絕緣性能和耐化學腐蝕性能；注塑壓力為 60-100Mpa；成型收縮率為 0.5-0.8%。聚苯乙烯的缺點是制品具有較大的脆性，易受沖擊而開裂，制品表面受摩擦而易起刮痕。在聚苯乙烯樹脂中加入橡膠成分可使其耐沖擊性提高 5 倍-10 倍，但會失去透明特性。聚苯乙烯塑料廣泛用于家用器皿、玩具、生活和文教用品、家電、輕工儀表的殼體、燈罩、圓珠筆桿等。發(fā)泡型的聚苯乙烯塑料用于防震、隔音材料及電冰箱襯里等。1.2 分析塑件的的結(jié)構(gòu)工藝性塑件尺寸不大，結(jié)構(gòu)比較簡單，對塑件的尺寸測量和型芯計算無多大影響，其它結(jié) 構(gòu)特征也符合塑件的設計要求。具體尺寸如圖所示：（圖 1-1）(放大鏡零件圖)1.3 塑件精度確定因考慮塑件工作要求不高,各尺寸也不大，結(jié)構(gòu)簡單，故先普通精度:IT4 級1.4 明確塑件批量生產(chǎn)該塑件要求批量生產(chǎn)。1.5 根據(jù)塑件的形狀估算其體積和重量使用 UG 或 Pro/E 軟件畫出三維實體圖，軟件能自動計算出所畫圖形的體積，當然也可根據(jù)形狀進行手動幾何計算得到圖形的體積。通過計算塑件的體積（計算過程從略） ，33221 14.5cm1458.23.147) -(53.4V ?????? 332 10.5cm1048.63.14V????325cm?式中： ——————為放大鏡中圓柱面的體積1——————為放大鏡中柄的體積2V————為整個放大鏡塑件的總體積3可得塑件的質(zhì)量為： 26.3g51.0VG33????式中： ——塑料密度， （g/cm 3） ——塑件質(zhì)量， （g）?1.6 確定型腔數(shù)該產(chǎn)品需批量生產(chǎn)，設計的模具要有較高的注射效率，采用一模二腔的模具結(jié)構(gòu)。第二章 確定模具結(jié)構(gòu)方案2.1 確定型腔排列 型腔排列選擇中，由于此次采用的是一模二腔，放大鏡的結(jié)構(gòu)并不是直接圓形或矩形，初步設定排列方式有二種選擇：（圖 2-1）（型腔的排列的二種方式）因第一種排列方式的注射效率高，由此模具設計選用第一種型腔排列方式。2．2 確定分型面在模具設計中分型面的選擇很重要，它決定了模具的結(jié)構(gòu)，應根據(jù)分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇。如下圖所示： （圖 2-2）（分型面以及成型位置）2.3 脫模原理：此次分型為一次分型，開模在分型面(上圖所示)進行分模，動模型腔板和定模型腔板分開，再由推桿固定板推動推桿和型腔桿(型芯）頂出塑件和澆流道內(nèi)的塑件。而后塑件自動脫落，再人工取出塑件即可。2.4 澆注系統(tǒng)形式采用普通澆注系統(tǒng)，由于二型腔模，必須設置分流道，用點澆口形式從零件內(nèi)部進料，利用分型面間隙排氣。2.4.1 主流道設計在臥式或立式注射機上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能順利從澆口中拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角為 2－5o，取 3o。小端直徑 d 比注射機噴嘴直徑大 0.5－1mm,取值為 5mm，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面大 1－2mm。2.4.2 分流道設計a．分流道的形狀和尺寸分流道開設在定模板上，其截面形狀為梯形，有經(jīng)驗公式 h=2b/3（b 為梯形大底邊寬度，mm；h 為梯形的高度，mm） ，可給 h=3mm，b=3.5mm，梯形的側(cè)面斜角=5o－10o，底部以圓角相連。?b、分流道的表面粗糙度由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般 Ra取 1.6μm 左右，這可增加對外層塑料熔體的阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層2.4.3、澆口設計澆口套可選標準件，因為注塑機的噴嘴口直徑為 4mm，可選取進料口直徑為 5mm 的澆口套。此次采用的是側(cè)澆口中的扇開澆口，取在與型腔接合處形成長 L=1mm 厚 t=0.5mm 的進料口，進料寬度為 b=5mm，扇形長度為 3.5mm，塑件熔體通過它進入型腔。采用扇形澆口，使塑料熔體在寬度方向上的流動得到更均勻的分配，塑件的內(nèi)應力因之較小，還可避免流紋及定向效應所帶來的不良影響，減少帶入空氣的可能性，但澆口痕跡較明顯。2.5 冷卻及加熱系統(tǒng)該模具注射成型時不需要太高要求，因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下計算設定模具平均工作溫度為 50℃，用常溫 20℃的水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30℃，產(chǎn)量為（初選每二分鐘一套） 1.578kg/h查表聚苯乙烯的單位熱流量為 J0 64? /574.1026578.1421 kgJwQ???故冷卻水體積流量：)(6021TcMqV??式中：—冷卻水體積流量，（ ）min3—單位時間注射人模具內(nèi)的塑料熔體的質(zhì)量，（ ）hkg—單位時間內(nèi)樹脂在模具內(nèi)釋放的熱焓量，（ ，ABS 為q J）J/kg108~6 5?—冷卻水的比熱容，（ ）c)/(K?—冷卻水的密度，（ ）?3mk—冷卻水出口處溫度，（℃）1T—冷卻水進口處溫度，（℃）2)203(10..46057835????Vmin12?查表可知所需的冷卻水道直徑比較小，所以，選直徑為 的冷卻水道一個型腔一條。6?第三章 模具設計的有關(guān)計算3.1 模具主要零件的有關(guān)尺寸設計 3.1.1 型腔和型芯計算列表中成型零件工作尺寸計算時都按平均尺寸，平均收縮率，平均制造公差和平均磨損量來計算。由塑料模具設計課程設計指導書查表 2-5 得：聚苯乙烯（PS）的成型收縮率為 0.5-0.8%,故平均收縮率為,考慮到工廠模具制造的條件，模具制造公差一般取0.65%.8)/2(05Scp???3/?z?計算如下表：類別尺寸類型 塑件尺寸 計算公式型腔或型芯的工作尺寸50? 035.94??42 031.2?型腔徑向尺寸 3ZZSMH???????00]3)1[()( 028.74?3.516.032.5015.42?型腔的計算 型腔高度尺寸2ZZSMH???????00]32)1[()( 015.?型芯的計算型芯的計算型芯徑向尺寸 42?00]43)1[()( ZZSMLL????????031.642?? (表3-1)型芯和型腔計算3.2 型腔厚度和底板厚度的確定根據(jù)放大鏡型腔的形狀以及其合理性選擇型腔壁厚和底板厚度，具體厚度見（圖 3-3 模架圖）3.3 確定零件結(jié)構(gòu)及尺寸經(jīng)初步排祥預算預選模架為 2025-AI-30-30-70 模架 即 200×250×210mm具體尺寸如下：定模底板厚： 25 m定模板厚： A=30動模板厚: B=30支撐板： 30墊塊厚度: C=70下模座厚： 25 m模具厚度： 210=5+C30BA25=H?模具外形尺寸： 200×250×210如下圖所示：型芯高度尺寸 1.500]32)1[()( ??????ZZSMH?? 01.53?型孔中心距32.05?2%)SC(cpMz????053.2.? （圖 3-3）（模架草圖） 3.3.1 定模座板設計：外形尺寸：250×250×25mm；材料：45#；調(diào)質(zhì) HB216-260；澆口套與板之間采用φ20H7/k6 過渡配合，中間 8 個螺釘為 M10×30，外面 4 個為 M12×30 孔距為130×160mm。如圖（4-4）（圖 3-4）（定模痤板初步設計圖）3.3.2 定模型腔固定板設計：外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火 50HRC；外面點的 4 個孔為導套 φ20孔距為 204×154mm；中間點的 4 個螺紋孔 M12×30 孔距為 130×160mm；中間的方形為150×130mm 如圖（4-5）（圖 3-5）（定模型腔固定板）3.3.3 動模型腔固定板設計：外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火 50HRC；4 個為導套孔 φ20 孔距為204×154mm；4 個螺紋孔 M12×30 孔距為 130×160mm；中間的方形為 150×130mm；比定模型腔固定板多的中間 2 個孔為定位銷 φ15。如圖（4-6）（圖 3-6）（動模型腔固定板）3.3.4 支撐板設計設計：外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火 50HRC；4 個復位桿孔 φ20 孔距為200×80mm；8 個螺紋孔 M10×30 孔距；2 個型腔桿孔 φ42 間距為 68×50mm；中間一個為推桿孔 φ8。如圖（4-7）（圖 3-7）（支撐板）3.3.5 推桿固定板設計： 外形尺寸：250×120×15mm；材料：45#；調(diào)質(zhì) 30HRC；4 個復位桿孔 φ20 孔距為200×80mm；4 個螺紋孔 M8×25 孔距 230×98；2 個型腔桿孔 φ42 間距為 68×50mm；中間一個為推桿孔 φ8。如下圖（4-8）（圖 3-8）（推桿固定板）第四章 注塑機的選定4.1 計算澆注系統(tǒng)體積由澆注系統(tǒng)體積得澆注系統(tǒng)質(zhì)量為:Vcb??a3322a 6.2cm6198753.14053.14V???g6*G?式中： ——————橫向澆注體積b——————縱向澆注體積cV——————澆注系統(tǒng)總體積a——————澆注系統(tǒng)總質(zhì)量G4.2 注塑機選定注射機額定注射量 ，每次注射量不超 過最大注射量的 80%b即 sj)/G(0.8n??式中 n－型腔數(shù)－澆注系統(tǒng)重量(g)jG－塑件重量(g) s－注射機額定注射量(g)b因 n=2 得： 故 33m56.2cm.2Va2?????故 9g1056.G?再根據(jù)塑料制品的體積或質(zhì)量以及塑件形狀一般，塑件熔體粘度一般，所需注射壓力通常為 100-140MPa。查教材（塑料成型工藝與模具設計表 4.2）或有關(guān)手冊選定注射機型號為：XS-ZY-125 注塑機的參數(shù)如下：注塑機最大注塑量：125cm 3；鎖模力：900kN；注塑壓力：120Mpa； 最小模厚：200mm；開模行程：300mm； 注塑機定位孔直徑：100mm；噴嘴前端孔徑：4mm； 噴嘴球面半徑：SR12mm；注塑機拉桿的間距：260×290/mm×mm。第五章 校核注射機有關(guān)工藝參數(shù)5.1 最大注塑量參數(shù)校核注塑機的最大注塑量應大于制品的質(zhì)量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊） ，通常注塑機的實際注塑量最好在注塑機的最大注塑量的 80%。并且此次的模具為一模二腔，所以，選用的注塑機最大注塑量應：CBAG20.8??式中： ——注塑機的最大注塑量，g；AG——塑件的體積，g 該產(chǎn)品 =26.3g；BB——澆注系統(tǒng)體積，g，該產(chǎn)品 =6.5gC CG； 10g.520.8.G???9.632CA??故： CBAG.?此處選定的注塑機滿足注射量校核要求。5.2 鎖模力校核??Fp1nPFz????式中 ——熔融塑料在分型面上的漲開力，N。 ；——塑料熔體對型腔的成型壓力，MP a，其大小一般是注射壓力的 80%，注P射壓力大小上面注塑機的參數(shù)已寫；n——型腔的數(shù)量；——單個塑件在模具分型面上的投影面積，mm 2A——澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積，mm 21——注射機的額定鎖模力，N。 ；Fp50.kN8]150)2(2[0z ??????故： ；此注塑機滿足鎖模力要求。Fz9kNp??5.3、模具厚度 H 與注射機閉合高度5.3.1 模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和推桿間距相適應：模具長×寬<拉桿面積；即 200×250<推桿間距（260×290） 5.3.2 由于此次采用的是單分型面，注射機開模行程應大于模具開模時取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距，即滿足下式：m)105(H2)(S-a ????b式中 ——注射機最大開模行程，300mm；——模具實際高度；a——注射機最小閉合尺寸bS——推出距離（脫模距離） ，15mm；1H——塑料高度（包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)） ，74mm；2則： 30m197415m)05( ?????故：此注塑機滿足開模行程的較核要求。結(jié)束語這次模具設計是第二次設計，通過這次設計，讓我對大學三年的模具學習生涯有了一個總結(jié)，更讓我了解了該怎么樣去設計一個模具，設計模具圖時，在理解了模具的功能和大致的輪廓后，最重要的是在設計的時候能夠細心，做到照顧到模具的各個方面的問題，要想到設計出來的模具能不能制造出來，合不合理，能不能更好的節(jié)省材料等問題，在以后的設計模具時，自己就知道怎樣能不能更好的節(jié)省材料等問題，在以后的設計模具時，自己就知道怎樣去設一個模具，此次設計使我收獲很多……參考文獻[1]屈華昌主編.《塑料成型工藝與模具設計》.北京:高等教育出版社,2001[2]李澄,吳天生,聞百橋主編.《機械制圖》.北京:高等教育出版社,1997[3]《塑料模設計手冊》編寫組主編.《塑料模設計手冊》(第二版). 北京:機械工業(yè)出版社,2002[4]許發(fā)樾主編.《實用模具設計與制造手冊》.北京：機械工業(yè)出版社，2002[5]吳兆祥主編.《模具材料及表面處理》.北京:機械出版社,2000[6]陳于萍主編.《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》.北京:機械工業(yè)出版社,2001[7]馮炳堯，韓泰榮，將文森主編《模具設計與制造簡明手冊》，上海科學技術(shù)