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台阶端盖注塑模设计摘要台阶端盖是应用广泛的一个塑料制品,需求量较大,因此此次设计主要是针对台阶端盖的模具设计经过对塑件的结构性和工艺性分析的比较,最终确定采用注塑成型的方法设计主要内容包括工艺性设计、模具设计和绘图工艺性设计包括分型面的选择、型腔数目的确定、注射机的初选等通过对台阶端盖的结构分析,确定分型面选择在下端最大截面处;塑件要求大批量生产,故设计的模具要有较高的注塑效率,浇注系统要能自动脱模,采用侧浇口自动脱模结构,选择一模四腔的浇注形式根据塑件体积的计算和浇注系统的估算进行初选注射机,及对注射机进行相关参数校核;模具结构设计是本次设计的主要内容,其内容包含了主流道及分流道的设计与布局、成型零件的设计、冷却系统的设计、推出机构、导向机构定位机构等一系列模具的重要零部件的设计绘图包括绘制总装图和非标准零件图,非标准零件图包括凸凹模的尺寸公差及形位公差等关键词模具设计;注塑模具;台阶端盖ThedesignofinjectionmouldforastependcoverpartsAbstractStependcoverisaplasticproductswidelyuseditsdemandisbiggersothedesignmainlydirectestowardsthemolddesignofstepscover.Throughacomparativeanalysisofthestructuralandprocessoftheplasticpartsthemethodofinjectionmoldingisdecidedfinally.Thisdesignmainlyincludestheprocessdesignmolddesignanddrawing.Thedesignprocessincludetheselectionofpartingsurfaceandthedeterminationofthenumberofcavityandchoosingtheinjectionmachine.Throughtheanalysisofthebenchendcoverstructurethemaxcrosssectionislocatedatthelowerendofthepartingsurface;plasticpartsismadeformassproductionsotheefficiencyoftheinjectionmoldshouldbehigher.gatingsystemautomaticallyreleaseusingautomaticdemouldingsidegatestructureselectingthecastingformofamoldfourcavity.Theselectionofinjectionmachineisbasedonthecalculationandpouringsystemvolumeofplasticpartsandthentochecktheinjectionmachine.Thedesignofdiestructureisthemaincontentitscontentcontainsthesprueandrunnerdesignandlayoutformingpartofthedesigncoolingsystemdesignlaunchtheguidemechanismandpositioningmechanismandaseriesofimportantpartsofmolddesign.Drawingincludedrawingassemblydrawingandnon-standardpartswhichincludediesizeandgeometricaltolerances.Keyword:moulddesign;injectionmold;stependcover目录TOC\o1-3\h\z\u1前言
11.1塑料模具发展史
11.2模具发展趋势
21.3模具设计32台阶端盖的结构分析与工艺性设计
52.1台阶端盖的结构分析
52.2ABS工程塑料的性能分析
62.3成型工艺的确定
62.4台阶端盖注塑成型过程及工艺参数
62.
4.1注射成型工艺过程
62.
4.2注射工艺参数
72.5拟定模具的结构形式和初选注射机
72.
5.1分型面位置的确定
72.
5.2型腔数量和排位方向的确定
82.6初选注射机
82.7注射机的相关参数的校核
102.
7.1注射压力校核
102.
7.2锁模力的校核103模具结构设计
123.1浇注系统的设计
123.
1.1主流道的设计
123.
1.2分流道的设计
133.
1.3校核主流道的剪切速率
143.
1.4校核剪切速率
153.
1.5分流道的表面粗糙度和脱模斜度
153.
1.6浇口的设计
153.
1.7冷料穴的设计及计算
163.2成型零件的结构设计及计算
163.
2.1成型零件的结构设计
163.
2.2成型零件工作尺寸计算
173.3模架的确定和标准件的选用及校核
213.
3.1模架选择
213.
3.2模架各尺寸的校核
223.4排气结构的设计
223.5脱模推出结构的设计
223.6冷却系统的设计
243.
6.1冷却介质
243.
6.2冷却系统的简单计算
243.7导向预定为机构的设计254绘制总装图和非标准零件图265典型零件加工工艺卡
275.1凹模板的加工工艺过程
275.2凸模加工工艺过程27设计体会和总结28致谢29参考文献301前言
1.1塑料模具发展史塑料工业是世界上增长最快的工业之一自1909年实现以纯粹化学合成方法生产塑料算起,塑料工业已有90余年的历史1927年聚氯乙烯塑料问世以来,随着高分子化学技术的发展,各种性能的塑料,特别是聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、氟塑料等工程塑料发展迅速,其速度超过了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯与聚苯乙烯等四种通用塑料,使塑件在工业产品与生活用品方面获得广泛的应用,以塑料代替金属的实例,比比皆是塑料有着一系列金属所不及的优点,诸如重量轻、耐腐蚀、电气绝缘性好、易于造型、生产效率高与成本低廉等但也存在许多自身的缺陷,诸如抗老化性、耐热性、抗静电性、耐燃性及比机械强度低于金属但随着高分子合成技术、材料改性技术及成型工艺的进步,愈来愈多的具有优异性能的塑料高分子材料不断涌现,从而促使塑料工业飞跃发展塑料的种类增多,新的工程塑料品种的增加,塑料成型设备、成型工艺技术和模具技术水平的发展,为塑件的应用开拓了广阔的领域目前,塑件已深入到国民经济的各个部门中特别是在办公机器、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、航空、交通、通信、轻工、建材业产品、日用品以及家用电器行业中的零件塑料化的趋势不断加强,并且陆续出现全塑产品据报道,美国塑料工业已变为全美第四个最大的工业,每年的塑料消耗量已经超过钢材在全世界按照体积和重量计算塑件的消耗量也超过了钢材我国的塑料工业发展也很快,特别是近20年,产量和品种都大大增加,许多新颖的工程塑料也已投入批量生产塑件1990年达到
536.8万吨,居世界第四位如今,我国塑料工业已形成了相当规模的完整体系,它包括塑料的生产,成型加工,塑料机械设备,模具加工以及科研、人才培养等塑料工业在国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用随着科学技术的进步与国民经济发展对塑件的广泛需求,塑料模塑成型技术正在向高精度、高效率与长寿命的方向迈进由于它是一项综合性技术,所以它的发展必然涉及许多领域的共同配合塑料成型理论的进展,塑料在充模过程中的各种流变行为的研究不断深入;有关挤出成型的流变理论和数学模型已经基本上建立,并且已在生产实际中得到应用;有关注射成型的流变理论尚在进行探讨;注射成型的塑料熔体在一维和二维简单模腔中的充模流动理论和数学模型已经有所解决,今后的工作是如何将理论与生产实际相结合,进一步加强对塑料熔体在三维模腔中流动行为的研究进一步加深塑料成型理论基础和工艺原理的研究借以改进成型工艺方法、成型模具和成型设备塑料成型方法的革新,对于一些新型塑料和一些具有特殊要求的塑件,旧的成型方法已不再适用因此,近年来出现了许多新型的塑料成型方法,如无流道凝料的注射成型、热固性塑料的注射成型、低发泡注射成型、排气注射成型、流动注射成型、动力熔融注射成型、气体辅助注射成型以及多品种塑料的共注射成型、铸塑成型、塑料粉末烧结成型等模具是塑件生产的重要工艺装备之一模具以其特定的形状通过一定的方式使原料成型不同的塑料成型方法使用着不同的模塑工艺和原理及结构特点及不相同的塑料模具塑件质量的优劣及生产效率的高低,模具因素占80%一副质量好的注射模可以成型上百万次,压缩模大约可以生产25万件,这些都同模具设计和制造有很大的关系在现代塑件生产中,合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术是必不可少的因素,尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才可能发挥其效能,产品的生产和更新都是以模具的设计制造和更新为前提随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大、产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑件质量的要求愈来愈高,因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求,促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展,从而也推动了塑料工业生产高速发展,可以说,模具设计与制造水平标志着一个国家工业化发展的程度
1.2模具发展趋势近年,模具行业结构调整和体制改革步伐加大,主要表现在,大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品;塑料模和压铸模比例增大;专业模具厂数量及其生产能力增加;“三资”及私营企业发展迅速;股份制改造步伐加快等从地区分布来看,以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江,江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展模具成型具有优质,高产,低消耗,低成本的特点因而,在国民经济各个部门得到了极其广泛的应用在模具成型中,塑料成型占很大的比重由于塑料具有化学稳定性好,电绝缘性强,力学性能高,自润滑,耐磨及相对密度小等独特的优异性能,成为工业部分必不可少的新型材料根据业内专家预测,今年中国塑料模具市场总体规模将增加13%左右,到2009年塑料模具产值将达到460亿元,模具及模具标准件出口将从现在的9000多万美元增长到2009年的2亿美元左右,产值在增长,也就意味着市场在日渐扩大相当多的发达国家塑料模具企业移师中国,是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势,所以中国塑模市场的前景一片辉煌,这是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在按照我国国家标准,模具共分为10大类46个小类,塑料模具是10大类中的l个大类,共有7个小类热塑性塑料注塑模、热固性塑料注塑模、热固性塑料压塑模、挤塑模、吹塑模、真空吸塑模和其他类塑料模塑料模的发展是随着塑料工业的发展而发展的,在我国起步较晚,但发展却很快,特别是最近几年,无论在质量、技术和制造能力上,都有很大发展但就总体来看,与国民经济发展和世界先进水平相比,差距仍较大,一些大型、精密、复杂、高效、长寿命的塑料模具每年仍大量进口据悉目前全世界年产出模具约650亿美元,其中塑料模具约为260亿美元我国1999年模具总产值245亿元.其中塑料模具约为82亿元,2000年近100亿元七类塑料模具中,注塑模具所占比例很大,约占全部塑料模具的80%左右塑料模具的主要用户是家用电器行业、汽车、摩托车行业、电子音像设备行业、办公设备行业、建筑材料行业、信息产业及各种塑料制品行业等目前国内年需塑料模具约130-140亿元,真中有30多亿元仍靠进口,进口量最多的塑料模具有汽车摩托车饰件模具、大屏幕彩电壳模具、冰箱洗衣机模具、通讯及办公设备塑壳模具、塑料异型材模具等大学三年的学习即将结束,毕业设计是其中最后一个实践环节,是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验随着我国经济的迅速发展,采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用
1.3模具设计传统的注塑模具设计,主要是依赖设计人员的经验,设计的速度、质量及可靠性的程度,因设计人员的经验而异又因模具是单品或极少批量的产品,采用传统设计方法,每一张图纸都需要手工绘制,设计人员的工作强度大,设计工作难以达到规范化、标准化目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计,其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE我国模具工业从起步到飞跃发展,历经了半个多世纪,近几年来,我国模具技术有了很大发展,模具水平有了较大提高大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶模具质量、模具寿命明显提高;模具交货期较前缩短模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用,并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件塑料模是应用最广泛的一类模具近年来,我国塑料模有长足的进步在制造技术方面,首先是采用CAD/CAM技术,用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段,CAE软件也得到应用2台阶端盖的结构分析与工艺性设计图1零件图及要求
2.1台阶端盖的结构分析
(1)外形尺寸如图1所示该塑件壁厚为
2.5mm,塑件外形尺寸不大,塑料熔体流程不长,塑件材料为热塑性塑料,流动性为中性,适合于注射成型
(2)精度等级塑件的尺寸精度为一般精度MT3
(3)脱模斜度ABS的成性收缩率不大,ABS的流动性为中性,为使注射充型流畅,ABS的脱模斜度选为1°
[1]
(4)圆角取圆角半径R
1.
52.2ABS工程塑料的性能分析ABS无毒,无味,呈微黄色,成型的塑料件有较好的光泽密度为
1.02-
1.05g/cm3ABS有极好的抗冲击强度,且在低温下也不迅速下降有良好的机械强度和一定的耐磨性,耐寒性,耐油性,耐水性,化学稳定性和电气性能ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易于成型加工经过调色可配成任何颜色其缺点是耐热性不高,连续工作温度为70度左右,热变形温度约为90度左右耐气候差,在紫外线作用下易变硬发脆其成型特点ABS在升温时黏度增高,所以成型压力较高,塑料上的脱模斜度稍大,ABS易吸水,成型前加工要进行干燥处理;易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力;在正常的成型条件下,壁厚,溶料温度及收缩率影响极小表1ABS的主要技术标准密度/g.cm-3比体积/cm
3.g-1吸水率收缩率熔点/℃比热容/J.kg.℃-
11.02-
1.
080.8-
0.
980.2%-
0.4%
0.4-
0.7130-16083-
103.屈服强度拉伸弹性模量拉伸强度抗弯强度抗压强度弯曲弹性模量50Mpa
1.4×103Mpa38Mpa80Mpa53Mpa
1.4×103Mpa
2.3成型工艺的确定通过以上分析可知,该零件尺寸较小,精度要求一般,材质为ABS,且为大批量生产,适合注塑成型
2.4台阶端盖注塑成型过程及工艺参数
2.
4.1注射成型工艺过程注射成型工艺过程包括注射前准备、注射过程和制品的后处理三个主要阶段
(1)注射前准备包括对原料的处理、清洗料筒,预热嵌件和选择脱模剂等原料的预处理选取颗粒大小适当,均匀度较高的ABS颗粒作为原材料;然后根据要求对颗粒进行着色处理;最后对所选的ABS颗粒进行干燥处理ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性不大,在加工前应进行充分的干燥和预热,不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝,而且还有助于塑料的塑化,减少制件表面色斑和云纹ABS原料需要控制水分在
0.3%以下注射前的干燥条件是干冬季节在75℃-80℃以下,干燥2h-3h,夏季雨水天在80℃-90℃,干燥4h-5h,干燥达8h可避免因微量水汽的存在导致制件表面雾斑在此,由于端盖属于批量生产,要求自动化程度高实现连续化生产选用烘干料斗并装备热风料斗干燥器,以免干燥好的ABS再料斗中再度吸潮清洗料筒本次注射采用螺杆式料筒,因此采用对空注射法清洗嵌件的预热本次注塑成型的凸凹模均是整体式,因此不需预热脱模剂选择为了方便脱模,综合各方面因素,本次设计所选脱模剂为硬脂酸锌
(2)注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模等几个步骤加料、塑化即把注射前准备的原料加入注射机料筒,经料筒加热熔融达到粘流状态注射充型熔融态的ABS在压力作用下经注射机喷嘴注入到模具中,经过充型、保压、冷却等阶段,塑件基本成型,在脱模板作用下塑件从模具分离下来
(3)塑件的后处理,将取出的塑件放入矿物油中一段时间,然后进行冷却
2.
4.2注射工艺参数注射机螺杆式,螺杆转速为30r/min料筒温度t/℃前段200-220中段180-200后段160-180模具温度℃50-60注射压力Mpa70-100喷嘴温度℃170-
1802.5拟定模具的结构形式和初选注射机
2.
5.1分型面位置的确定如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此最终把分型面选在台阶端盖的地平面,如图3所示图3分型面的选择
2.
5.2型腔数量和排位方向的确定
(1)型腔数量的确定由于本次设计的台阶端盖的精度要求一般,尺寸较小,又是大批量生产,所以模具采用一模四腔的结构
(2)型腔排列形式的确定由于该模具选择的是一模四腔,故流道采用H形对称排列,使型腔进料平衡,且易于加工
(3)模具结构形式的初步确定由以上的分析可知,本模具设计为一模四腔,采用双排列式,流道采用对称平衡式,浇口采用侧浇口,且开设在分型面上
2.6初选注射机
(1)注射量的计算通过对Pro/E建模的分析得塑件的质量属性如图
1.4所示由图得塑件体积塑件质量
(2)浇注系统凝料体积的初步估算式
(1)式中——是系统总凝料;——是型腔个数;——是单个塑件的体积;——是常数取值范围为(
0.2~1)由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值,但是可以根据经验按照塑件体积的
0.2~1倍来估算本次设计采用的流道简单并且不是很长,因此取
0.2本次设计为一模四腔,因此取4;代入式
(1)可得
(3)选择注射机根据经验公式:式
(2)式中——表示公称注射量;——表示一次注射成型过程中注入模具型腔的塑料体积根据以上计算得出在一次注射成型过程中注入模具型腔的塑料体积为,代入式
(2)中得根据公称注射量,查【2】表1-3初选注射机型号为XS-ZY-125该注射机的主要参数如表2所示表2XS-ZY-125注射机主要参数额定注射量125cm³螺杆直径42mm注射压力120Mpa注射行程115mm注射时间
1.6s螺杆转速
29、
43、
56、
69、
83、101r/min合模力900kN最大成型面积320cm2最大开合模行程300cm最大模具厚度300cm最小模具厚度200cm动、定模固定板尺寸428mm×458mm拉杆空间260mm×290mm合模方式液压-机械定位圈尺寸Φ100mm喷嘴球头半径SR12顶出形式两侧顶出顶杆中心距230mm机器外形尺寸3310mm×750mm×1550mm
2.7注射机的相关参数的校核
2.
7.1注射压力校核校核依据式
(3)式中——表示注射过程中所需的最大注射压力;——表示所选注射机的公称注射压力查【1】表4-1得ABS所需的注射压力为80-110Mpa,取,由表2可知公称注射量,代入式
(3)符合,因此注射压力合格;
2.
7.2锁模力的校核校核依据式
(4)式中——是注射机的额定锁模力(N);——是型腔的胀型力(N);——是模具型腔内塑料熔体平均压力(Mpa);是塑件和浇注系统在分型面上的投影面积总和
(1)的计算式
(5)式中——是塑件和浇注系统在分型面上的投影面积总和;——是型腔的个数;——是塑件在分型面上的投影面积;——是浇口在分型面上的投影面积;浇注系统在分型面上的投影面积浇道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积的数值可以按照多型腔模具的统计分析来确定是每个塑件在分型面上的投影面积的
0.2-
0.5倍由于本设计的流道系统较简单,分流道相对较短,因此流道凝料投影面积可以适当取小些这里取,即;本次设计采用一模四腔,因此取4;以上数据代入式(1-5)得
(2)的取值查【1】表4-2取;
(3)的计算将
(1)
(2)中所计算的结果代入式
(4)得.由表2可知;综上可知;因此锁模力校核合格3模具结构设计
3.1浇注系统的设计
3.
1.1主流道的设计主流道常常位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机的喷嘴注射出的熔体导入分离到或者型腔中主流道的形状为圆锥形,以便熔体的流动和开模时候主流道凝料的顺利取出主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和填充时间另外,由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,因此设计中常常设计成独立的主流道衬套材料选用45钢,并经局部热处理球面硬度38-45HRC,设计独立的定位环用来安装模具是其定位作用,主流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径,
0.5-1mm以免溢料并且防止衔接不准二发生堵截现象其关系如下图所示
(1)主流道尺寸设计1)主流道的长度一般由模具结构确定,对于小型模具一般应尽量小于60mm,初选50mm2)主流道小端直径3)主流道大端直径式中α取2°4)主流道球面半径5)球面的配合高度h取4mm6)式
(6)式中——表示主流道的凝料体积;——表示主流道长度;——表示主流道大段半径;——表示主流道小端半径7)主流道当量半径8)主流道浇口套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,易磨损对材料的要求较严格本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A,热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC对于小型模具,主流道衬套采用整体式设计,不另设定位圈本次设计模具为小型模架,因此采用整体式构造
3.
1.2分流道的设计
(1)分流道的布置形式为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低,同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡,因此采用平衡式分流道,有因为本次设计为一模四腔,因此分流道布局采用H型布局,如图5所示图5分流道布局
(2)分流道的截面形状分流道的截面形状通常分流道的截面形状有圆形、矩形、梯形、U型和正方形等为了减少流道内的压力损失和传热损失,希望流道的横截面积大、表面积小,因此本次设计分流道采用梯形截面,其加工工艺性较好,且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大
(3)分流道当量直径1)一级分流道当量直径该塑件的厚度为
2.5mm,取单向分流道长度为60mm查《塑料成型工艺及模具设计》表4-7取分流道当量直径为D1=5mm2)二级分流道当量直径二级分流道直径取一级分流道直径的80%~90%【1】此处取90%,即二级分流道的当量直径取D2=
4.5mm
(4)分流道截面尺寸1)一级分流道截面尺寸设梯形的上底宽度为B1=
1.14D1
[1]=
5.7,底面圆角的半径R=1mm,梯形高度取H1=
0.76D1
[1]=
3.8mm,设下底宽度为b梯形面积应满足如下关系式代值计算得b1=
4.629mm,考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素,取b1=
4.6mm2)二级分流道界面尺寸计算得B2=
1.14D2=
5.13取B2=
5.2mm同理H2=
0.76D2=
3.42取H2=
3.4mmb2=
4.166取b2=
4.2mm
(5)凝料体积根据分流道的布局和塑件尺寸的关系,初步去一级分流道长度L1=120mm,二级分流道长度L2=60mm1)一级分流道截面面积A1分=(
5.7+
4.6)/2×
3.8=
19.57mm22)一级分流道凝料体积v1分=L1A1分=2×60×
19.57=
2348.4mm3=
2.348cm33)二级分流道截面面积A2分=(
5.2+
4.2)/2×
3.4=
15.98mm24)二级分流道凝料体积v2分=L2A2分=2×30×
15.98=
958.8mm3=
0.9588cm3v分=v1分+v2分=
3.307cm
33.
1.3校核主流道的剪切速率
(1)计算主流道的体积流量式
(7)式中——表示主流道体积流量;——表示主流道的凝料体积;——表示分流道的凝料体积;——表示型腔个数;——表示单个塑件的凝料体积由表2可知通过前面的计算可知,,取4,,将以上数值代入公式(2-2),计算得
(2)计算主流道的剪切速率
3.
1.4校核剪切速率
(1)确定注射时间,由表二可知
(2)计算单边分流道体积流量(3剪切速率该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在5×10²~5×10³之间所以,分流道内熔体的剪切速率合格
3.
1.5分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低,一般取Ra
1.25~
2.5μm即可,此处Ra
1.6μm另外其脱模斜度一般在5°~10°之间,通过上述计算脱模斜度为8°,脱模斜度足够
3.
1.6浇口的设计该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷,表面质量要求较高,采用一模四腔,为了便于调整充模时的剪切速率和封闭时间,因此采用侧浇口其界面形状简单,易于加工,便于试模后修正,且开设在分型面上,从型腔的边缘进料
(1)浇口尺寸设计查
[3]表3-19取浇口长度宽度高度
(2)浇口剪切速率校核确定注射时间查
[1]表4-8,可取计算浇口的体积流量计算浇口的剪切速率对于矩形浇口可得,则剪切速率合格为矩形浇口的当量半径
3.
1.7冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上,其作用主要是储存熔体前锋的冷料,防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量本设计只有主流道冷料穴由于该塑件采用脱模板推出塑件,故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴开模时,利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出
3.2成型零件的结构设计及计算
3.
2.1成型零件的结构设计
(1)凹模的结构设计凹模是成型制品的外表面的成型零件按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种根据对塑件结构分析,本设计中采用整体式凹模
(2)凸模机构设计(型芯)凸模是成型塑件内表面的成型零件,通常可以分为整体式和组合式两种类型通过对塑件结构的分析可知,本次设计型芯只有4个采用镶嵌式固定在凸模定板上采取过盈配合
(3)成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析,该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能,同时考虑它的机械加工性能和抛光性能又因为该塑件为大批量生产,所以凹模钢材选用P20P20钢是我国引进的美国塑料模具常用钢,综合力学性能好,淬透性高,可以是截面尺寸较大的钢材获得较均匀的硬化美国P20钢具有良好的抛光性能,制成模具的表面粗糙度值低,用该钢制造模具使,一般先进性调质处理,硬度为28-33HRC即预硬化,在经冷加工制成模具后可以直接使用,这样既保证了模具的使用性能,又避免了热处理引起的变形.对于凸模钢材选用高合金工具钢Cr12MoV
3.
2.2成型零件工作尺寸计算采用【1】表4-15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸,塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算
(1)凹模尺寸计算1型腔长度计算式
(8)式中——是塑件的平均收缩率;——是塑件的外形长边尺寸;——是修正系数;——是公差值——是制造公差,塑件收缩率;,分别取65mm和25mm;由参考文献
[1]表4-15查得一般在
0.5-
0.8之间,此处取x1=x2=
0.6;由参考文献
[1]表2-4查得取
0.4和
0.28;取/3代入式
(8)计算得;凹模型腔宽度计算因为是圆形,所以跟型腔的长度一样2型腔深度计算式
(10)式中——开口到分型面的最大尺寸;——底部到凸缘的尺寸;——修正系数;是公差值由参考文献
[2]表2-4查得取
0.
280.24;,分别取30和20;由参考文献
[1]表4-15查得取
0.6;分别由参考文献
[2]表2-4查得取
0.
280.24;取/3代入式
(9)计算得;图6和图7分别为本次设计的凹模的尺寸图和实体图图6凹模尺寸图7凹模实体
(2)凸模尺寸计算1)型芯径向尺寸及φ
5、φ10型芯径向尺寸的计算式
(11)式中——凸模径向尺寸;——塑件径向基本尺寸;其他字母含义同上取值同上;、、、分别取60mm、20mm、10mm、5mm;修正系数,分别取;Δ是公差值,查
[1]表2-4分别取
0.
6、
0.
44、
0.
36、
0.34;是制造公差,取/3;分别代入式
(11),计算得;;;4)凸模高度及成型孔的高度计算4×φ
5、φ10的成型芯是与凹模碰穿,所以高度应取正公差,以利于修模式
(12)式中——型芯高度尺寸;——塑件孔深度尺寸;——随塑件精度尺寸变化的常数;式中分别取
27.5mm、
17.5mm、
2.5mm;分别取;取
0.
48、
0.
40、
0.32;取/3;代入式
(12)计算可得;;;因为台阶端盖的壁厚均匀,因此孔的高度相等5)成型孔间距的计算式
(13)式中——中心距尺寸;——塑件中心距尺寸;——模具中心距尺寸制造公差()根据塑件结构图,取45;同上;代入式
(13)计算得图8凸模尺寸图9凸模实体图8和图9分别为本次设计的凸模型芯尺寸图和三维图
3.3模架的确定和标准件的选用及校核
3.
3.1模架选择根据型腔布局查【1】选取(GB/T12556—1990)A4型模架,250mm315mm模具上面的螺钉尽量采用内六角螺钉;模具外表面尽量不要有突出部分;模具外表面应该光洁,加防锈油动定本模具选择的是侧浇口模架,根据型腔布局选取A4型模架规格为模分型面之间应该有分模间隙(单边为
0.5mm),以便模仁能够完全贴合动模板的四个角上设有开模间隙(C405),即在装配,调试,维修过程中,可以方便的分开两块模板各板的尺寸如下
(1)定模座板315mm315mm,厚25mm定模扳通常就是模具与注射机连接处的板材料为45钢定位圈通过四个M6的内六角圆柱螺钉与其连接;定模板与浇口套为H7/k6配合;与导柱采用H7/k6配合
(2)凹模板250mm315mm,厚40mm
(3)脱模板250315mm,厚25mm
(4)动模板250mm315mm,厚32mm既有固定动模仁,导套,滑块的作用,又承受型腔,推杆,型芯等的压力因此它要具有较高的平行度和硬度所以此处用45钢较好,调质230~270HB其上的导套孔与导套采用H7/k7将配合;推杆孔与推杆单边间隙为
0.5mm;其动模仁上的塑件推杆孔与塑件推杆采用H7/e7配合
(5)垫块48mm315mm,高度80mm垫块的主要作用是在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间,或是调节模具的总厚度,以适应注射机的模具安装要求其材料选用Q235A,也可以采用HT200,球墨铸铁等该模具垫块采用Q235A制造垫块的高度h校核如下,符合要求为推板的厚度,为20mm;为推杆固定板的厚度为16mm;为推出行程为35mm;推板和推杆固定板之间用螺钉固定,螺钉的规格为M8
(6)动模垫板250×315,厚度为40
(7)动模座板315mm315mm,厚度为25mm材料为45钢,其上的推板导套孔与推板导套采用H8/f9配合;复位杆孔与复位杆,推杆孔与推杆均采用单边间隙
0.5mm配合图10模架选择
3.
3.2模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸1)模具平面尺寸250×315260×360(拉杆间距),校核合格2)模具高度尺寸H=25+25+40+25+32+40+75=262mm200262300模具的最大厚度和最小厚度,校核合格3)模具的开模行程S=35+40+5~10mm=80~85mm325mm校核合格
3.4排气结构的设计本次设计开设排气槽进行排气,其主要结构尺寸及布局如图
113.5脱模推出结构的设计
(1)推出结构的确定本次设计脱模机构采用脱模板脱模,设计中脱模板与型芯之间留
0.2mm间隙,并采用锥面配合,可以防止脱模板因偏心而产生溢料,同时避免了脱模板与型芯产生摩擦
(2)脱模力的计算因为所以塑件为薄壁塑件塑件界面为圆形,根据公式式中F为脱模力;E为塑料的弹性模量(Mpa),S为塑料成型的平均收缩率(%),t是塑件壁厚;L是被包型芯长度(mm);μ是塑料的泊松比;ψ是拔模斜度;f是塑料与钢材之间的摩擦因数;K2=1+fsinψcosψ查{1}表4-24,代入数值得脱模力
(3)校核推出机构作用在塑件上的单位压应力推出应力合格
3.6冷却系统的设计本次设计时忽略模具因空气对流、辐射以及注射机接触所散发的热量,按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量
3.
6.1冷却介质ABS属中等黏度材料,其成型温度及模具温度分别为200℃和50~80℃所以,模具温度初步选定为50℃,用常温水对模具进行冷却
3.
6.2冷却系统的简单计算
(1)单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W1)塑料制品的体积1)塑料制品的质量3)塑件壁厚为
2.5mm,可查【1】表4-34得取注射时间,脱模时间,则注射周期由此得每小时注射次数4)单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量
(2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量QS查【1】表4-35可知ABS的单位热量QS的取值范围在(310~400)kJ/㎏之间,故可取QS=370kJ/㎏
(3)计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入水口的水温为,出水口的水温为,取水的密度,水的比热容则根据公式可得
(4)确定冷却水路的直径d当时,查【1】表4-30可知,为了使冷却水处于湍流状态,取模具冷却水孔的直径
(5)冷却水在管内的流速v
(6)求冷却水管壁与水交界面的膜传热系数h因为平均水温为
23.5℃,查【1】表4-31可得则有
(7)计算冷却水通道的导热总面积A
(8)计算模具所需冷却水管的总长度
(9)冷却水路的根数设每条水路的长度为,则冷却水路的根数为由上述计算可以看出,一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的,因此应根据具体情况加以修改,为了提高生产效率定为两条冷却水通道
3.7导向预定为机构的设计注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向按作用分为模外定位和模内定为模外定位是通过定为圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位;而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位锥面定位则用于动、定模之间的精密定位本模具所成型的塑件结构简单,模具定位精度要求不高,因此可采用模架本身所带的定位机构进行定位4绘制总装图和非标准零件图本次模具设计的装配图二维图如图12和三维装配图如图13图12二维装配图图13三维装配图5典型零件加工工艺卡
5.1凹模板的加工工艺过程序号工序名称工序内容1下料从型材上取323mm×258mm×43mm的P20钢2刨(龙门刨床)刨六个面达到316mm×252mm×41mm尺寸3立式车床加工出凹模型腔5钻孔配合定模板钻拉料杆孔Ø8,浇口套孔Ø16导柱孔4×Ø25(钻孔并扩孔),4×M12螺纹孔底孔,换丝锥攻取Ø12的螺纹6热处理调制处理达到35~40HRC·7表面处理对所加工的凹模进行表面渗碳处理,达到54~58HRC8钳工修磨和抛光至315×250×40,凹模内表面达到图纸要求的粗糙度,凹模内圆角达到R
1.
55.2凸模加工工艺过程序号工序名称工序内容1下料用轧制的Ø90mm的圆棒料在锯床上切断尺寸95mm2热处理球化退火至24~28HRC3车削加工车端面车两端面保持
89.5,打中心孔调整车端面至尺寸88mm车外圆车外圆柱面至尺寸Ø84×5,Ø71×25车锥面车锥面长度25,锥度10°车外圆车外圆Ø61×314铣床在铣床上加工出凸台4×Ø5和Ø10并加工出R
1.5的圆角5热处理淬火加低温回火至54~58HRC6钳工修光磨平至图纸要求粗糙度设计体会和总结本次毕业设计我做了3个月,刚开始指导老师把这个课题安排给我的时候,我还在庆幸觉得这幅模具挺容易的,毕竟图很简单,没有什么复杂的结构,分型面很好安排,也不需侧抽芯结构但是在设计的过程中还是遇到了很多问题俗话说“麻雀虽小,五脏俱全”,虽然台阶端盖的结构很简单,但也包括了注射模具设计的诸多方面经过这次台阶端盖注塑模具的设计,我在多方面都有所提高做设计需要综合运用我们这个专业所学课程的理论,尤其对于工科的学生,更需要结合生产实际再设计的过程中我复习了塑料模具设计等课程所学的内容,经过查阅一些有关塑料模具设计指导的书籍,初步掌握塑料模具设计的方法和步骤,巩固的经过生产实习后了解到的模具的基本结构,也熟练了Pro/E、AutoCAD、抓图软件等工具,提高了绘图能力更加明确了有关的绘图规范和标准本次台阶端盖注塑模设计加深了我们对知识的巩固和理解,提高了我独立思考的能力为期三个月的毕业设计最后终于完成了,我感到有点累,但是更多是说不出的喜悦,毕竟这三个月的努力没有白费经过这次设计我也知道了自身的不足,从中我也看到了自己现在还缺乏很多东西,工作经验,设计经验,更多的专业知识等,这些都有待去完善和提高在接下来的人生旅途中我依然会努力,实现自己的人生价值致谢首先,我要感谢我的导师史雪婷老师,她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样,给了起到了指明灯的作用;他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪,让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中其次我要感谢同组同学对我的帮助和指点,没有他们的帮助和提供资料,没有他们的鼓励和加油,这次毕业设计就不会如此的顺利进行此次毕业设计历时三个月,是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程,只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑,那么这次的任务也就不难了我此次的任务是做一个台阶端盖注塑模模具虽说老师说的话让此次的毕业设计看起来不是那么的可怕,但是当我真的开始着手时,还的确是困难重重俗话说的好,“磨刀不误砍柴工”,当每次遇到不懂得问题时,我都会第一时间记在本子上面,然后等答疑的时候问老师,老师对于我提出来的问题都一一解答,从来都不会因为我的问题稍过简单加以责备,而是一再的告诫我做设计该注意的地方,从课题的选择到项目的最终完成,老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持,他们真正起到了“传道授业解惑疑”的作用,让人油然而生的敬佩多少个日日夜夜,老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,除了敬佩老师们的专业水平外,他们的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作在此谨向史雪婷老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢机电工程学院和我的母校兰州交通大学四年来对我的栽培参考文献
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5.图2零件实体图4质量分析图11排气系统。