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摘要这是一篇关于塑料板凳的注塑模具设计的说明书,同时这篇说明书也具有注塑模具设计的一般共性问题和方法一个注塑模具的设计过程通常要包含产品造型设计、模具设计、加工制造这三个阶段本篇设计说明书从大体上来说只包含塑料板凳的产品造型设计和模具设计板凳是用来承受载荷的,那么它必须具有一定的强度,塑料板凳要满足这一基本要求必须进行结构设计与力分析结构设计进行的是对塑件的尖角、棱、加强筋、壁厚等的设计;而力分析主要运用静力计算和ANSYS软件的静力分析进行的结构设计可以帮助进行优化,从而节省材料,而力分析是在已有结构的基础上看是否能够承受一定的载荷,由此合格的塑料板凳的产品造型可设计出造型设计是模具设计的的前步,有了三维造型就可以在PROE中的mfg模块的模具型腔子模块中进行三维造型的布局、创建工件、创建分型面、分割工件、创建成型零件、生成型腔型芯、加装模架等一系列的步骤,并且最终生成二维图纸其中加装模架可以进行手工造型加装和运用EMX
4.1标准模架库进行加装手工加装灵活度大,但不方便且耗时;运用EMX
4.1进行加装很方便,数十秒内便可加装完毕,但为了能熟练掌握模具结构及其设计,我采用了手工加装的方法关键词注塑模具塑料板凳分型面ANSYS型腔型芯模架Abstract:Thispaperisabenchontheplasticinjectionmolddesignspecificationswhilethispaperalsohasageneralcommoninjectionmolddesignissuesandapproaches.Aninjectionmolddesignprocessusuallyincludesthreestages productdesignmolddesignmanufacturing.Thispaperonlycontainsplasticbenchdesignandmolddesign.Benchisusedtobeartheloadthenitmusthavesomestrengthplasticbenchtomeetthebasicrequirementsforthedesignandstructuremustbeanalyzed.Structuraldesignisthesharpcornersedgeribthicknessdesignoftheplasticproduct;mechanicsanalysisbyusingstaticanalysisandstaticanalysissoftwareANSYSconducted.Optimizedstructuredesigncanhelptosavematerialandmechanicsanalysisisthebasisoftheexistingstructuretoinspectitcanbeartheloadthusqualifiedplasticbenchofproductmodelingcandesign.Productdesignisthefirststepofmolddesignwiththree-dimensionalmodelingonthemfginPROEmoldcavitymodulesub-moduleinthree-dimensionalmodelingofthelayoutcreatejobscreatesub-surfacecuttingjobscreatemoldedpartsgeneratingcavitycoremoldetc.toinstallaseriesofstepsandeventuallyproducetwodimensionaldrawings.WhichcanbemanuallyinstalledmoldmoldinginstallationanduseofstandardmoldbaselibraryEMX
4.1installation.Manualinstallationflexibilityyetitisnotconvenientandtime-consuming;useEMX
4.1foreasyinstallationretrofittingcanbecompletedwithintensofsecondsbutinordertomasterthemoldstructureanddesignIusedthemanualplusinstallationmethod.Keywords:InjectionmoldPlasticbenchSub-surfaceANSYSMoldcoreMoldcavityMoldstructure目录TOC\o1-3\h\z\u概论51塑料板凳的产品设计
81.1注塑模具设计的简要过程
81.
1.1塑件分析
81.
1.2注塑机的选用
91.
1.3模具设计的有关计算
91.
1.4模具结构设计
91.
1.5排气方式设计
91.
1.6模具总体尺寸的确定
91.
1.7注塑机参数的校核
91.
1.8模具总装配图和零件工作图
101.
1.9全面审核投产制造
101.2注塑件设计
101.
2.1塑件的设计原则
101.
2.2塑件的工艺性分析
121.
2.3塑件表面质量分析
171.3塑料板凳的ansys受力分析
181.
3.1材料参数查询
181.
3.2用ansys进行结构静力分析的过程
191.
3.3塑料板凳的ANSYS具体分析步骤
201.
3.4分析结论252注塑模具成型零件设计
252.1成型零件工作尺寸的设计计算
262.
1.1尺寸的影响因素及平均收缩率
262.
2.2型腔和型芯工作尺寸的计算
272.2型腔的壁厚设计
292.
2.1模具型腔侧壁和底板厚度的计算
302.
2.2矩形型腔结构尺寸计算
312.3分型面的设计
342.
3.1分型面的选择原则
342.
3.2分型面的形式
352.
3.3型腔总体布置与分型面选择
362.4三板模分型、复位机构设计
372.
4.1三板模的开模顺序
382.
4.2弹簧
382.
4.3复位杆复位393注射模具浇注系统设计
393.1浇注系统的设计原则
403.
1.1保证产品外观质量
403.
1.2保证制品上的内部质量
403.
1.3流道设计的注意事项
403.2浇注系统设计
413.3主流道设计
413.
3.1主流道设计原则
423.
3.2浇口衬套的设计
423.4分流道的设计
433.
4.1分流道的截面形状
443.
4.2分流道的尺寸
453.5浇口设计
453.
5.1浇口种类
453.
5.2非限制浇口特点
463.
5.3限制浇口特点
463.
5.4浇口位置的选择
483.6成型周期
503.
6.1注射时间
503.
6.2闭模冷却时间
513.
6.3取出塑件的时间514注塑模具的冷却系统设计
514.1冷却与效率
524.2所需冷却时间的计算
534.3冷却水道的设计
554.
3.1冷却水道传热面积计算
564.
3.2冷却时所需冷却介质的体积流量
564.
3.3冷却水道传热面积的计算
574.
3.4冷却水道数目的计算585模架设计
595.1脱模机构的设计
595.
1.1脱模机构的设计原则
595.
1.2脱模阻力的计算
605.2推杆的设计
615.
2.1推杆的形式
615.
2.2推杆的位置
625.
2.3推杆的固定及配合
625.
2.4推杆尺寸的计算
635.3支承零件的设计
645.
3.1动模座板和定模座板
645.
3.2动模板、定模板
645.
3.3支承板
655.
3.4垫快
655.4注塑模的导向机构设计
655.
4.1导柱导向机构
665.
4.2导向孔
665.5排气结构设计
675.
5.1排气方式
685.
5.2排气槽设计要点686注塑机参数选择
696.1锁模力的校核
706.2安装尺寸的校核
716.3注射量的校核
716.4模具厚度
726.5开模行程的校核73致谢74参考文献74概论注塑模的特点:热塑性塑料原材料的特性所决定的,最主要的有两点一是注射时塑料熔体的充模流动特性,二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为,这两点决定了注塑模的特殊性和设计难度由于塑料熔体属于粘弹体,熔体流动过程粘度随剪切应力、剪切速率而变化,流动过程中大分子沿流动方向产生定向;模腔充满后熔体被部分压缩;冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂,模腔内各部位、各方向塑料收缩率不同,不同种类、牌号的塑料收缩率有很大差异,同一牌号的树脂或塑料在加工时配方不同其充模流动特性及收缩率也不同基于上述特点,设计注塑模时首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性,使设计的模具合理适用,并可在设计中有效利用塑料特性,如点浇口模具用于塑料绞链制品注塑模具设计的基本要求与注意事项合理地选择模具结构根据塑件的图纸及技术要求,研究和选择适当的成型方法与设备,结合工厂的机械加工能力,提出模具结构方案,充分征求有关方面的意见,进行分析讨论,以使设计出的模具结构合理,质量可靠中,操作方便必要时可根据模具设计和加工的需要,提出修改塑件图纸的要求,但需征得用户同意后方可实施正确地确定模具成型零件的尺寸成型零件是确定制件形状、尺寸和表面质量的直接因素,关系甚大,需特别注意计算成型零件尺寸时,一般可采用平均收缩率法对精度较高并需控制修模余量的制件,可按公差带法计算,对于大型精密制件,最好能用类线法,实测塑件几何形状在不同方向上的收缩率进行计算,以弥补理上难以考虑的某些因素的影响设计的模具应当制造方便设计模具时,尽量做到使设计的模具制造容易,等价便宜特别那些比较复杂的成型零件,必须考虑是采用一般的机械加工方法加工还是采用特殊的加工方法加工若采用特殊的加工方法,那么加工之后怎样进行组装,类似问题在设计模具时均应考虑和解决,同时还应考虑到试模以后的修模,要留有足够的修模余量充分考虑塑件设计特色,尽量减少后加工尽量用模具成型出符合塑件设计特点的制件,包括孔、槽、凸、凹等部分,减少浇口、溢边的尺寸,避免不必要的后加工但应将模具设计与制造的可行性与经济性综合考虑,防止片面性设计的模具应当效率高、安全可靠中这一要求涉及到模具设计的许多方面,如浇口系统需充模块、闭模块,温调系统效果好,脱模机构灵活可靠,自动化程度高等模具零件应耐磨耐用模具零件的耐用度影响整个模具的使用寿命因此在设计这类零件时不但应对其材料、加工方法、热处理等提出必要的要求像推杆一类的销柱件还容易卡住、弯曲、折断,因此而造成的故障占模具故障的大部分为此还应考虑如何方便地调整与更换,但需注意零件寿命与模具相适应由上述可知,一个注射模具的设计包含的内容很多,与其设计相关的内容也很多,比如模具设计前的塑件设计、模具设计后的加工制造、试模、修配等任务,这些都是与模具设计系系相关的图1为本塑料板凳模具设计的三维造型图图2为模具爆炸视图图1三维模具装配图·图2模具爆炸视图1塑料板凳的产品设计
1.1注塑模具设计的简要过程
1.
1.1塑件分析1明确塑件设计要求仔细阅读塑件制品零件图,从制品的塑料品种、塑件形状、尺寸精度、表面粗糙度等各方面考虑注塑成型工艺的可行行和经济性,必要时,要与产品设计者探讨塑件的材料种类与结构修改的可能性
2、明确塑件的生产批量小批量生产时,为降低成本,模具尽可能简单;在大批量生产时,应在保证塑件质量前提下,尽量采用一模多腔或高速自动化生产,以缩短生产周期,提高生产效率,因此对模具的推出机构,塑件和流道凝料的自动脱模机构提出了严格要求
3、计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机,提高设备利用率,确定模具型腔数
1.
1.2注塑机的选用根据塑件的体积或重量大致确定模具的结构,初步确定注塑机型号,了解所使用的注塑机与设计模具有关的技术参数,如注塑机定位圈的直径喷嘴前端孔径及球面半径、注塑机最大注塑量、锁模力、固定模板和移动模板面积大小及安装螺孔位置、注塑机拉杆的间距、闭合厚度、开模行程、顶出行程等、
1.
1.3模具设计的有关计算
1、凹、凸模零件工作尺寸的计算;
2、型腔壁厚、底板厚度的确定;
3、模具冷却系统的确定
1.
1.4模具结构设计
1、塑件成型分型面选择;
2、模具型腔数的确定,型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置;
3、模具工作零件的结构设计;
4、顶出机构与抽芯机构的设计;
5、拉料杆的形式选择;
1.
1.5排气方式设计
1.
1.6模具总体尺寸的确定模架已逐渐标准化,根据生产厂家提供的模架图册,选定模架,在以上模具零部件设计基础上初步绘出模具的完整结构图
1.
1.7注塑机参数的校核
1、最大注塑量的校核;
2、注塑压力的校核;
3、锁模力的校核;
4、模具与注塑机安装部分相关尺寸校核,包括闭合高度、开模行程、模座安装尺寸等几个方面的相关尺寸校核
1.
1.8模具总装配图和零件工作图模具总图绘制必须符合机械制图国家标准,其画法与一般机械图画法原则上没有区别,只是为了更清楚地表达模具中成型制品的形状、浇口位置的设置,在模具总图的俯视图上,可将定模拿掉,而只画动模部分的俯视图模具总装图应包括必要尺寸,如模具闭合尺寸、外形尺寸、特征尺寸(与注塑机配合的定位环尺寸),装配尺寸、极限尺寸(活动零件移动起止点)及技术条件,编写零件明细表等通常主要工作零件加工周期较长,加工精度较高,因此应首先认真绘制,而其余零部件应尽量采用标准件
1.
1.9全面审核投产制造模具设计员一般应参加加工、组装、试模、投产的全过程
1.2注塑件设计
1.
2.1塑件的设计原则塑料制件的设计不仅要满足使用要求,而且要符合塑料的成型工艺特点,并且尽可能使模具结构简单这样可使成型工艺稳定,保证塑件质量,又可使生产成本降低在进行塑件结构工艺性设计时,必须遵循以下几个原则
1、在保证塑件的使用性能、物理性能、化学性能与力学性能等的前提下,应考虑塑料的成型工艺性,如流动性、收缩性等尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料
2、设计塑件时力求其结构简单、壁厚均匀、成型方便,塑件形状应有利于模具分型、排气、补缩和冷却
3、设计塑件时应考虑其模具总体结构合理,模具形腔易于加工制造,模具抽芯和推出机构简单
4、塑件成型前后的辅助工作应尽量少,技术要求应尽量低同时,在成型以后最好不要再进行机械加工此设计的塑料板凳使用要求是能承受一定的载荷比如一个人的体重80kg且结构上具有一定的稳定性;一般在室内使用,因此对光照等环境的腐蚀老化要求不高,那么在选材方面要求也不是太高此设计的首要条件其一能载人;其二结构得以优化节省材料下图
1.1为本设计的塑料制品,塑料板凳的三维模型因现在地板多为木质地板,所以在塑料板凳与地板面接触的部位必须要具有防刮擦措施基于这一条件,所以在塑料板凳三维造型的腿底部开一个深5mm的槽,以装橡胶垫防刮擦整个结构如图
1.2示图
1.1为塑件板凳的三维造型设计顶部倒圆角R10图
1.2为塑件板凳与地面接触部位设计塑件的设计由于塑料成型方法和塑料性能不同而有所差异,因此所选塑料的种类与模具设计有很大的相关性,塑件设计的结构在一定意义上决定着模具的成型零件的设计,而模具的成型零件设计又与冷却浇注系统等结构零件布局相关,且整个模具又得安装在模架上由此可知任何一个环节的模具设计都是具有相关性的,都要综合考虑前后因果关系
1.
2.2塑件的工艺性分析
1.材料的特性分析聚乙烯是目前产量最大、应用最广的塑料品种之一由于它性能优良、容易成型、原料来源丰富、价格便宜,所以发展很快取乙烯是典型的热塑性塑料,为无臭、无味、无毒的可燃性白色粉未成型用的聚乙烯均为经过挤出造粒的蜡状颗粒,外观呈乳白色聚乙烯有一定睥力学强度,比其它的塑料相比差一点,但他价格比较便宜聚乙烯具有较高的化学稳定性,常不常溶于任何一种已知溶剂,能耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸及各种碱、盐溶液,但不耐强氧化酸腐蚀聚乙烯有高度耐水性,长期与水接触,性能可保持不变在热、光、氧气作用下,逐渐变脆,力学强度性能下降(老化)塑料板凳的原材料高密度聚乙烯(HDPE)高密度聚乙烯是聚乙烯在中压或者低压状态下生成的,其密度
0.94-
0.97g/结晶度较高的(80%-90%),熔点132-135℃,塑件使用温度在110℃以下,脆化温度在-70℃以下适于制作承载不高的零件,如齿轮、轴承等塑料板凳需要具有一定的承载能力,但载荷也不太大也不是交变载荷,此种材料已能满足要求
2、材料的结构形状分析a、塑件外形尺寸分析设计塑件外形尺寸除受塑料流动性的影响之外,还受成型设备的限制注射成型的塑件尺寸要受到注射机注射量、锁模力和模板尺寸的限制压缩和压注成型的塑件尺寸受到压力机最大压力和压力机工作台面最大尺寸的限制因此,塑件的设计要注意和注射机参数的匹配b、塑件的尺寸精度影响塑件尺寸精度的因素很多,如模具制造精度及其使用后的磨损,塑料收缩率的波动,成型工艺条件的变化,塑件的形状、飞边厚度的波动,脱模斜度及成型后塑件尺寸变化等一般,为了降低模具加工难度和模具制造成本,在满足塑件使用要求的前提下,应尽量把塑件尺寸精度设计得低一些和金属件一样,塑件也有公关要求,目前国内主要依据原第四机械工业部制定的塑件尺寸公差标准(SJ1372—1978)按此标准规定,塑件精度分为8级,其中
1、2两级属于精密技术级,只有在特殊要求下使用在选择精度等级时,应考虑脱模斜度对尺寸公差的影响根据塑件精度等级的选用(SJ1372—1978),材料为高密度聚乙烯,建议采用的精度等级为6级,但此塑件为板凳不与其它零件配合并且也没有特殊用途,所以我选择7级精度查塑件尺寸公差表(SJ1372—1978)可知公差数值为
1.5mm又按基本尺寸的上下偏差可根据塑件的特点近长入体原则来分配,从板凳的特点可知有高度尺寸、外壁尺寸、内壁尺寸等,现把这些尺寸看做中心距尺寸,在其基本尺寸后取上
1.5mm的一半再冠以(+)号
3.塑件壁厚分析设计a、塑件壁厚应合理壁厚过小,一方面难以满足安装、运输、使用所要求的强度和刚度,以及难以承受塑件脱模推力另一方面塑料熔体充型时流动阻力大,会出现缺料现象壁太厚,塑件内部会产生气泡,外部易产生凹陷,同时原料浪费对热固性塑料成型,增加了模压成型时间,并易造成固化不完全;对热塑性塑料成型,则增加了冷却时间,降低生产率,PE属于热塑性塑料,要设法调整参数提高生产率塑件壁厚一般为1—4mm,对于本塑料板凳的设计,因其要承受一定的压载荷并且尺寸200*200*150为长宽高之积,在此因本设计结构相对简单(如少了一些加强筋),所以壁厚选择较大值3mm
4、塑件壁的设计包括壁的脱模斜度、壁的连接过渡和壁的加强等结构设计(a)、塑件的壁厚设计与校核3如图
1.3,此剖面面积
1195.67根据材料力学静应力校核公式
1.3危险截面投影面积式中:F——塑料板凳一般情况下所爱的静载荷,800N;——危险截面的面积、上图所示部分,
0.00119567,图3示;——HDPE材料的许用拉压应力,
25.3Mpa把数据代入上述公式得=
0.669MpaMpa从上式计算中可以看出侧壁的截面载荷,理论上远远小于材料的许用应力,所以此设计壁厚是安全的(b)壁的脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩,会紧紧包在凸模或成型型芯上;或者由于粘附作用,塑件紧贴在凹模型腔内为了便于脱模,防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等,在设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度α,如
1.4图示
1.4拔模示意图本设计塑件的脱模斜度
2.5度,如图
1.
51.5本设计的拔模斜度塑件脱模斜度的大小,与塑料的性质、收缩率、摩擦因素、塑件壁厚和几何形状有关脱模斜度设计的原则如下硬质塑料比软质塑料脱模斜度要大一些;形状复杂或成型孔较多的塑件取较大的脱模斜度;塑件高度较大、也较深,则取较小的脱模斜度;壁厚增加、内孔包紧型芯的力大,脱模斜度也应取大些有时,为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上,可通过调整脱模斜度来实现本塑料板凳的设计属于一般性的日用品,在其精度、尺寸、公差等方面要示较低,但在外观形状方面要求比较高,因此板凳表面要有较高的光洁度由于对尺寸要求的不是太严格,为了便于脱模,所以将脱模斜度取大点,取
2.5度c壁的圆角塑件上,除了使用要求采用尖角之外,其余壁的转角、壁厚过渡处,均应尽可能采用圆角过渡,以减少应力集中,否则会在受力、冲击、振动时发生破裂,甚至在脱模过程由于成型内应力就会出现开裂,特别是塑件的内角处,都应设置合理的圆角这样不公避免应力集中,提高了强度,而且塑件美观,也有利于塑料充型时的流动此外,有了圆角,模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂但是,当采用圆角会使凹模型腔加工复杂化,使钳工劳动量增大或使用多轴联动机床加工,这样相应增加了制造成本一般情况下R/t至少大于
0.25,R为内圆角半径,t为壁厚d、壁的加强为了增强薄壁塑件的强度、刚度,避免其变形,一般情况下采用加强筋加强筋的主要作用是在不增加壁厚的情况下,增加塑件的强度和刚度,避免塑件变形、翘曲有利于塑件的结构、尺寸稳定,此外,合理布置加强筋还可以改善充型状况,减少塑件内应力,避免气孔、缩孔、和凹陷等缺陷加强筋的厚度和塑件壁厚相差不应太大,对于本塑料板凳的设计壁厚为3mm则取筋板厚度为3mm若塑件壁厚为t,则加强筋L=(1-3)t,肋宽A=(1/4)t,筋的方向尽可能与料流一致,布局应合理,以减小变形和开裂图
1.6为本设计的加强筋设计
1.6加强筋
1.
2.3塑件表面质量分析塑料制件的表面质量包括表面粗糙度和表观质量(a)塑件表面粗糙度塑料原材料的质量、工人操作技术水平以及形腔的表面粗糙度等因素,均对塑件的表面粗糙度有影响,其中形腔表壁的表面粗糙度影响最大通常,塑件要求的表面粗糙度值越小,形腔表壁越光滑,加工模具时研磨抛光工作要求也越高,模具制造的难度也越大因此,塑件的表面粗糙度要视具体情况而定,除了考虑使用要求外,还要考虑美观情况,本塑件—塑料板凳主是日用品,所以外观是要考虑的第一要素目前,注射件的表面粗糙度通常为Ra
0.025um—Ra
1.25um,形腔表壁的表面粗糙度数值应为塑件的1/2,即Ra
0.01um—Ra
0.63um模具在使用过程中,由于形腔磨损而使表面粗糙度不断加大,所以应随时给予抛光复原(b)塑件表观质量塑件的表观质量是指塑件成型后的表面缺陷状态,如常见的缺料、溢料、飞边、凹陷、气孔、熔接痕、银纹、翘曲与收缩、尺寸不稳定等它们是由于塑件成型工艺条件、塑件成型原材料的选择、模具总体设计等多种因素造成的,但与塑件的设计是否合理也是有一定关系的
1.3塑料板凳的ansys受力分析
1.
3.1材料参数查询板凳主要用来承受垂直方向的载荷的,例如一个人坐在上面,首先人的重力作用在板凳的顶面部,然后再由板凳的顶面传递给板凳的四条腿,板凳的四条腿与地面接触,结果把载荷传递给地面当然在这个过程中地面对板凳的四个腿有支承反力的作用,这样塑料板凳就牌受压状态当然板凳上的载荷不一定是静载荷,比如人坐在上面有时候要不停地动,那么板凳就可能受一定要弯矩作用,这样,板凳就受到垂直向下的力和方向不定的弯矩,这两个方面的载荷作用是很复杂的为了简化计算和分析,本设计分析只考虑其承受垂直向下的静载荷作用力塑料板凳的三维简易模型如图
1.7示塑料板凳的应用条件塑料板凳的受力是比较复杂的,为了分析简化,现假设塑料板凳的上表面受有800N的集中力,上表面的面积为
0.0335718,与地板接触的表面有垂直方向的移动约,在anasys中亦就是y轴方向的约束塑料板凳简易模型的整个壁厚均匀,都是3mm塑料板凳的材料为HDPE,拉伸强度为27mpa其属性为杨氏模量E=
9.2e8,泊松比为
0.47单元类型选择本面体网格10节点的TET10node
921.7ANSYS受力分析的几何模型
1.
3.2用ansys进行结构静力分析的过程有限元方法的最广泛应用就是结构分析,在这里的结构不公包含象桥梁、建筑物等建筑工程结构,而且也包括象活塞、机械零件和工具等机械零部件一样的船、航空和机械结构,由上述概述可知,塑料板凳也是一种结构零件,只不过材料不同而已因此可以用ANSYS进行结构静力分析ANSYS静力分析过程大致可以分为前处理、建模;加载并求解;后处理、检查结果等这三个大步骤
1.首先建立模型在建立模型之前,先要定义工作文件名,指定分析标题,然后进入到“PREP7”处理器,即进入到主菜单中的“Preprocessor”菜单来建立有限元分析模型,其内容主要包括定义单元、单元实常数、材料属性和几何模型等上述内容是能用性的,在进行其它类型的分析时也是要必须做的工作,完成上述内容的设置后,对几何模型划分网格,生成一个有限元模型
2.施加载荷并求解在这一步,用户能够定义分析类型、分析选项设置、施加载荷、指定载荷步选项和开始有限元分析求解对于结构静力分析,ANSYS提供的分析类型和分析选项有很多种每一种都对应着各自的分析类型对于载荷的施加,用户能够将载荷施加在几何模型(如关键点、线、面或体)或有限元模型(如节点、单元)上,若施加到几何模型上,由ANSYS在求解分析时,也会将载荷转换到有限元模型上所谓几何模型就是没有进行风格化分时的模型用于结构静力分析的载荷有说服力位移、力和力矩、面载荷如压力、体载荷如温度和流通量以及惯性载荷如重力、放置角速度等在分析过程中,能够施加载荷,也能够对载荷进行删除、运算和列表等操作指定载荷步选项主要包括普通选项和非线性选项,具体情况视分析类型而论
3.进入后处理,检查分析结果静力分析的结果将写入结构分析结果文件”Jobname.RST”中,这些数据主要包括两大部分a、基本数据节点位移UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZb、导出数据节点和单元应力、节点和单元应变、单元力、节点反作力等在结构分析完之后,用户能够进入通用后处理(GeneralPostprocessor–POST1)和时间历程后处理器(time-history–POST26)中浏览分析结果其中POST1用于检查整个模型的指定子步上的结果,POST26则用于非线性静力分析中跟踪指定的结果与施加载荷历程的关系但要注意两点a、在POST1或POST26中浏览结果时,数据库必须包含求解前使用的模型、结果文件“jobname.RST”必须是可以利用的在后处理中,用户能够采用下列方式来浏览结果结构变形显示、集中力的处理、用于梁和管线的单元结果处理、误差估计、彩色云图显示、图形显示、等值线显示、矢量图显示、列表显示以及按路径显示结果等本设计采用云图显示
1.
3.3塑料板凳的ANSYS具体分析步骤对于本例分析,模型已经由PROE造型完,然后直接由ansys中的import选项直接导入即可当然这必须先在PROE中要用IGES的格式把三维零件进行保存副本进行网格化分,创建有限元模型打开meshtool选择smartsize,精度选择四级,如图
1.8示
1.8网化精度
1.9参数设置单击“global”上的”set”,出现一个如图
1.9所示的对话框,在对话框上输入“size=20”,单击”OK“,又单击工具条上的”mesh”出现一个拾框,单“pickall”,采用自由网格划分的结果如图
1.10示
1.10板凳造型的有限元模型接下来输入材料属性在materialmodels命令中打开“materialmodelavailable”下面的对话框中,打开strructural-linear-elastic-isotropic命令出现图
1.11示,在方框中填入图示中的数据单击OK,完成材料属性的设置施加约束因为在板凳顶面上作用着垂直向下的力,因此在与地板接触的表面上施加垂直方向的约束,即UY方向的约束,其余的方位不需要施加约束施加载荷在有限元模型上面施加面载荷,如图
1.12示有限元模型已经建立,约束、载荷已经设置完成下面就是求解分析的过程选择PCG求解器,查看Stress分析结果,如图
1.13示
1.11材料特性设置
1.12顶面加载
1.13求解云图结果由图示可心清楚地看到应力的分布情况,主要是在棱角和截面有突变的地方应力大,在过度比较平缓或表面比较光滑的地方应力较小最大应力出现在上部的圆孔处,此地方开孔也是为了降低应力整个区域的应力分布由不同的颜色表示,红色表面应力最大,深蓝色表面应力最小由图可知整个区域的红色区域很小,只有中间圆孔的上面棱边处,此处应力最大为
33.7mpa紧接着由圆孔向外扩展的一小部分区载,下图
1.14可示图
1.13可示红色区域向外一点的棕色区域为应力第二大区域,所占面积也比较小此处应力值为
29.5mpa由棕色区域再向外扩展是深黄和淡黄区域,此处的应力值也比较高分别为
25.3mpa和
21.3mpa还有四面处的棱边处其应力色彩也有显示黄色的,但区域很小其它区域色彩显示都没有红色和棕色,应力值比较低
1.14圆孔应力分布图
1.
3.4分析结论整个材料的拉伸强度为27mpa,但有的资料上显示为30mpa,由于在整个简易模型上进行的受力分析显示,其上应力造过30mpa的区域很少,所以HDPE高密度聚乙烯基本满足其强度条件,可以采用2注塑模具成型零件设计模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔构成模具型腔的零部件称成型零部件一般包括凹模、凸模、型芯、型环和镶件等成型零部件直接与塑料接触,成型塑件的某些部分,承受着塑料熔体压力,决定着塑件形状与精度,因此成型零部件的设计是注射模具设计的重要部分成型零部件的设计内容和过程如下a、首先,确定型腔总体结构,根据塑件的结构形状与性能要求,确定成型时塑件的位置,从何处分型,一次成型几个塑件,进浇口和排气位置、脱模方式等b、确定成型零部件的结构类型从结构工艺性的角度确定型腔各零部件之间的组合方式和各组成零件的具体结构c、计算成型零件的工作尺寸d、进行关键成型零件强度与刚度校核
2.1成型零件工作尺寸的设计计算
2.
1.1尺寸的影响因素及平均收缩率一般来说,在原材料、成型设备及成型工艺条件等其他因素一定的情况下,塑件的尺寸主要是由模具的型腔和型芯尺寸决定的因此,成型零部件工作尺寸的计算直接关系到塑件的尺寸和精度是否符合图纸要求塑件在成型过程中产生的最大尺寸误差应等于下列各种误差:模具成型零部件制造误差;模具成型零部件在使用过程中的最大磨损量;塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差;模具成型零部件因配合间隙变化而引起塑件尺寸的误差;成型零部件安装误差引起的塑件尺寸误差即=++++2-1式中=(-)2-2式中——塑件的最大收缩率;——塑件的最小收缩率;——塑件的基本尺寸式2-1中累计误差应不超过塑件规定的公差值,即(2-3)将式2-1和式2-2代入式(2-3),则有(-)++++一般情况下用平均收缩率S来计算成型零部件尺寸的基本公式为=+S或者S=-/=/1+S式中——模具成型零部件在常温下的实际尺寸——塑件在常温下的实际尺寸S——塑料的平均收缩率平均收缩率S按下式计算S=(-)100﹪一般情况下,可取模具制造误差=(1/3-1/4)
2.
2.2型腔和型芯工作尺寸的计算模具型腔和型芯工作尺寸的计算结果,主要是依据塑件的尺寸及其公差、塑料的平均收缩率和模具制造误差等数据通过公式计算而得出塑件上的内孔,是由模具上的型芯所成型塑件的外形,是由模具上的凹模所成型塑件上内孔的深度,是由模具上型芯的高度所成型塑件外形的高度,是由模具上凹模的深度所成型一般来说,当其他条件一定时,塑件内孔的内径和深度,是由模具型芯的外径和高度所决定;塑件外形的外径和高度,是由模具型腔的内径和深度所决定因此,要保证塑件的尺寸与精度,就必须正确计算或给出模具成型零部件的尺寸及精度正确判断塑件每一个类型及其相应成型零件尺寸的类型是关键为了方便理论计算和实际装配,减少失误,易于纠错,对塑件和模具的尺寸标注形式做如下约定(或称为入体原则)
(1)、塑件的内腔(相当于孔类)尺寸为(可以记录为),对应于模具上的成型零件凸模(相当于轴类)的尺寸为(可以记录为);
(2)、塑件的外形(相当于轴类)的尺寸为(可以记录为),对应于模具上的成型零件凹模(相当于孔类)的尺寸为(可以记录为);
(3)、塑件的内腔深度(相当于孔类)的尺寸为(可以记录为),对应于模具上的成型零件凸模高度(相当于轴类)的尺寸为(可以记录为);
(4)、塑件的外形高度(相当于轴类)的尺寸为(可以记录为),对应于模具上的成型零件凹模深度(相当于孔类)的尺寸为(可以记录为);
(5)、塑件上中心距尺寸为,对应于模具上的成型零件中心距尺寸为中心距尺寸属于定位尺寸
2.1塑件的半剖图总之,无论是塑件还是模具,其尺寸及公差标注按照外形公差为负值、内形公差为正值、中心距为双向公差的原则标注,模具尺寸标注见图纸几点说明下标s代表塑件,下标m代表模具,以此来区别后面的尺寸是塑件的还是模具的尺寸比如尺寸指的是塑件尺寸,而尺寸指的是模具尺寸准确、快速、无误地区分塑件尺寸和模具尺寸,是塑件模具设计的重要问题
2.2型腔的壁厚设计压缩盛成型模其又称压缩模,按模具与压机的联接方式分(a).移动式压缩模上下模均不与压机固定联接;开模时将模具移出压机工作空间,用卸模架进行开模和推出塑件,这种模具结构简单,但劳动强度大,生产效率低,适用于塑件尺寸不大批量不大的场合(b).固定式压缩模上、下模分别与压机的滑块和工作台固定联接,上下模分别与压机的滑块和工作台固定联接,开模及推出塑件均由压机完成,劳动强度低,生产效率高,但模具结构较移动式压缩模复杂,适用于批量生产,塑件尺寸较大场合
2.
2.1模具型腔侧壁和底板厚度的计算型腔壁厚的强度计算的目的是保证型腔在各种受力条件下的应力值不得超过模具材料的许用应力
2.2型腔图上图
2.2为模具型腔的尺寸图型腔壁厚的钢度计算是要满足三个要求注射成型过程中不发生溢料;保证塑件尺寸精度要求;保证塑件顺利脱模当高压熔体注入型腔时,型腔的某些配合面产生间隙,间隙过大则出现溢料因此,根据塑料的粘度特性,在不产生溢料的前提下,将允许的最大间隙值作为型腔壁厚刚度计算条件比如,对于低粘度的塑料(PE)等
0.025-
0.04;某些塑件尺寸要求较高的精度,这就是说,要达此目的,模具型腔的刚度必须很好此时型腔的允许变形量由塑件尺寸L和公差值来确定=/式中——与塑件精度等级相对来说应的塑件尺寸公差值有关,;——塑件尺寸系数,当L>200-500时,K=10;在本设计中从整体看来模具型腔口的长度是等长的
223.1mm,因为PE材料尺寸变形度大,精度不容易控制,所以选择一般精度6级精度其尺寸公差为
1.6mm,把数据代入上式得=
1.6/=
0.0615许用刚度值,即型腔的最大允许变形但不能超过此值为保证塑件顺利脱模的条件是型腔允许的弹性变形量小于塑件壁厚的收缩值,即<式中——保证塑件顺利脱模的型腔允许弹性变形量,
0.0615mm;——塑件厚度,3mm;S——塑料的收缩率把数据代入上式,上式不等式成立
2.
2.2矩形型腔结构尺寸计算矩形型腔是指截面呈矩形结构的成型型腔,可分为组合式和整体式两类整体式可以得到良好的表面外观质量,不会产生飞边流延等缺陷,所以本设计采用整体式型腔整体式矩形型腔底面由于不存在间隙,不会出现溢料,因此其壁厚计算主要是保证塑件精度和顺利脱模
2.3整体型腔示意图a、整体式矩形型腔侧壁厚的计算整体式矩形型腔任一侧壁均可看做是三边固定、一边自由的矩形板,因此最大变形发生在该自由边的中心,则有式中c——由/=
0.67决定的系数,取
0.138;——侧壁的弹性变形量;P——型腔内熔体的压力,15mpa;——承受熔体压力的侧壁度度,150mm;—— 型腔侧壁长边长 ,
223.1 mm;——许用变形量的,
0.0615mm;E——模具材料的弹性模量的,45号钢
2.1Mpa;S——矩形型腔侧最小侧壁厚度,
62.9mm;把上述数据代入上式得==
0.02mm≤
0.0615mm;侧壁最大应力可用下式计算/≥
0.41时=≤式中——型腔侧壁的最大弯曲应力;——弯截面系数,
0.172;——矩形成形型腔的边长比,=b/=1把上述数据代入上式==
91.3Mpa<235Mpa所以符合强度校核条件b、整体式矩形型腔底板厚度的计算整体式矩形型腔底板的后面没有支承板,直接支撑在模脚上,中间是悬空的,由于熔体的高压,底板中心产生最大变形量,按刚度,则有式中h——型腔底板厚度;——由型腔边长比/b决定的系数,b、为塑件型腔的最大边长
223.1mm,取
0.
0138、把数据代入式=mmc、矩形型腔动模支承板厚度的计算矩形型腔动模支承板(或称为型芯支承板)在成型压力作用下发生变形时,导致塑件高度方向超差,分形面发生溢料对于整体式型腔,只要它的底板厚度已校核了,则动模垫板厚度的选择就不是很严格
2.3分型面的设计模具上用于取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面通称为分型面
2.
3.1分型面的选择原则选择分型面总的原则是保证塑件质量,且便于制品脱模和简化模具结构,下面说明分型面选择应考虑的基本原则a分型面选择应便于塑件脱模和简化模具结构,选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模这样便于利用注射机锁模机构中的顶出装置带动塑件脱模机构工作若塑件留在定模,将增加脱模机构的复杂程度由于凸模固定在定模,开模后塑件收缩包紧凸模使塑件留于定模,增加了脱模难度,使模具结构复杂然而当塑件带有金属嵌件时,因嵌件不会因收缩而包紧型芯,型腔若仍设于定模,将使模件留于定模,使脱模困难,故应将型腔设在动模在另外的情况,如内形带有较多的孔或复杂的孔时,塑件成型收缩将包紧在型芯上,型腔设于动模不如设于定模脱模方便,后者公需采用简单的推板脱模机构便可使塑件脱模对一声不吭这有侧凹或侧孔的塑件,选择分型面应尽可能将侧型芯置于动模部分,以避免在定模内抽芯,同时应使侧抽芯的抽拔距离尽量短b分型面应尽可能选择在不影响外观的部位,并使其产生的溢料边易于消除或修整由于分型面处不可避免地要在塑件上留下溢料痕迹或拼合缝痕迹,因此分型面最好不要设在塑件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处此外分型面还影响塑件飞边的位置,设计时应根据塑件使用要求和塑件性能合理选择分型面c分型面的选择应保证塑件尺寸精度塑件中有配合精度要求的D和d两表面有同轴度要求时,选择分型面应尽可能使D和d同置于动模成型;若分型面选择使D和d分别在动模与定模内成型,这将由于合模误差不利于保证其同轴度要求d分型面选择应有利于排气分型面选择应尽可能使分型面与料流未端重合,这样才有利于排气e分型面选择应便于模具零件的加工采用一垂直于开模运动方向的平面作为分型面,凸模零件加工不便而改用倾斜分型面则使凸模便于加工f分型面的选择应考虑注射机的技术规格当塑件在分型面上的投影面积接近注射机最大成型面积时,将可能产生溢料,若将分型面改变形式,则把投影到分型面的塑件面积减小,则可克服溢料现象对于塑件高度较大时,当取出塑件所需开模行程超过注射机的最大开模行程时,可改用平行于开模方向的瓣合模分型面,但这将使塑件上留下分型面痕迹,影响塑件外观由此可见,在应用上述原则选择分型面时,有时会出现相悖,当对制品外观要求高,不允许有分型痕迹时的分型面与塑件较高时采用的分型面两者截然不同,总之选择分型面应综合考虑各种因素的影响,权衡利弊,以取得最佳效果
2.
3.2分型面的形式按分型面的位置来分,分型面有垂直于注射机开模运动方向,平等于开模运动方向和倾斜于开模方向按分型面的形状来分,有平面分型面、曲面分型面和阶梯分型面一副模具可以有一个或一个以上的分型面,常见单分型面模具只有一个与开模运动方向垂直的分型面有时为了取出浇注系统凝料,如采用针点浇口时,需增设一个取出浇注系统凝料的辅助分型面;有时为了实现侧向抽芯,也需要另增设一个取出浇注系统凝料的辅助分型面对于有侧凹或侧孔的制品,则可采用平行于开模方向的瓣合模式分型面,开模时先使动模与定模从1分开面分开,然后再使瓣合模从2分型面分开分型面选择是否合理对于塑件质量、模具制造与使用性能均有很大影响,按决定了模具的结构类型,是模具设计工作中的重要环节模具设计时应在根据制品的结构形状、尺寸精度、浇注系统形式、推出方式、排气方式及制造工艺等多种因素,全面考虑,合理选择
2.
3.3型腔总体布置与分型面选择形腔总体设计包括分型面的选择、型腔数目的确定及其配置、进浇点与排气位置的选择、脱模方式等,
1、型腔数目的确定,由于塑件板凳比较大,一个板凳就得350克塑料,若一个模具太多的型腔,则对注塑机的要求就很高,因此本设计采用一模两腔,即经济又可以提高加工效率
2、多型腔的排列尽可能采用平衡式排列,以便构成平衡式浇注系统,确保塑件质量的均一和稳定型腔布置和浇口开设部位力求对称,以便防止模具承受偏载而产生溢料现象尽量使型腔排列得紧凑一些,以便减小模具的外形尺寸型腔的圆形排列所占的模板尺寸大,虽有利于浇注系统的平衡,但加工较麻烦,除圆形制品和一些高精度制品外,在一般情况下常用直线排列和H形排列,从平衡的角度来看应尽量H形排列本设计采用H形排列,一个模具就两个型腔,如图
2.4示
2.4模具型腔
3、分型面的选择分型面的选择可以有好多种方案,但是在这么多方案中应该选择一个开模容易、取塑件不麻烦、模具制造相对简单的一个分型面因为本设计采用的是点浇口,所以就得用两个分型面一个主分型面,取板凳;一个辅助分型面,取浇注流道中的凝料下图为模具浇注系统图
2.
52.5浇注系统图由图可知在型腔上部的分流道处是一个辅助分型面,为了取出主流道、分流道、浇口处的凝料;而型腔下方,凸模固定板上方的联接面是主分型面,此处是为了取出塑料板凳
2.4三板模分型、复位机构设计保证模具的开模顺序和开模距离的结构,叫定距分型机构定距分型机构有很多种,主要可分成内置式定距分型机构和外置式定距分型机构两种
2.
4.1三板模的开模顺序
(1)、在弹簧、开闭器和拉料杆的综合影响下,模具首先流道据推板和定模板分开,流道凝料和制品分离
(2)、其次是流道推板和面板分开,浇口拉料杆从流道凝料中强行脱出,流道凝料在重力和振动的作用下自动脱落
(3)、注射机动模板继续后移,模具从定模板之间打开,最后推杆将制品推离模具这样的开模顺序,可以让制品在模具内的冷却时间与流道推板和动模板打开时间及流道推板和面板打开时间重叠,从而缩短了模具的注射周期如果定模板和动模板之间不用弹簧开闭器,而是用拉条,则开模顺序通常是流道推板和定模板还是先打开,其次是定模板和动模板之间打开,最后动模板通过拉条拉动定模板,定模板通过拉条拉动流道推板,使流道推板和面板打开
2.
4.2弹簧(a)、弹簧的作用和类型在注塑模具中弹簧作用主要有以下几方面
(1)、推杆固定板自动复位装在复位杆旁边,制品推出后,将推杆拉回原位,恢复型腔的形状,它有先复位功能
(2)、定位用于侧向抽芯中的滑块定位,与挡块一起使用
(3)、活动板、流道推板等活动零件的辅助动力弹簧没有冲击力,且易疲劳失效,在模具中不允许单独使用模具所用的弹簧一般为圆形弹簧和矩形弹簧两种,相对于圆弹簧,矩形弹簧弹力较大,压缩比也较大,且不易疲劳失效模具中当用压缩弹簧,且截面为扇形,即矩形蓝弹簧(b)、推杆复位弹簧复位弹簧的作用是在注射机的推杆退回后,模具的定模板和动模板合模之前,就将推杆板推回原位有些制品必须推数次才能安全失落,或者在全自动化注射时,为安全起见,将程序设计为多次顶出,如果注射机的推杆没有拉回功能,这两种情况中都是靠弹簧来复位模具中常用的弹簧是轻载的矩形蓝弹簧如果模具较大,推杆数量较多时,必须考虑使用重载弹簧选用轻荷弹簧时应注意以下几个方面
(1)、预压量和预压比当推杆退回原位时,弹簧依然要保持对推杆板有弹力的作用,这个力来源于弹簧的预压量,预压量一般要求为弹簧自由长度的10%左右预压量除以自由长度就是预压比,直径较大的弹簧选用较小的预压比,直径较小的弹簧选用较大的预压比在选用模具推杆板回位弹簧时,一般不采用预压比,而直接采用预压量,这样可以保证在弹簧直径尺寸一致的情况下,施加于推杆板上的预压力不受弹簧自由长度的影响预压量一般取10-15 mm
(2)、压缩量和压缩比模具中常用压缩弹簧,推杆板推出制品时到压缩,压缩量等于制品的推出距离压缩比是压缩量和自由长度之比,一般根据寿命要求,矩形蓝弹簧的压缩比在30%-40%之间,压缩比越小,使用寿命越长
2.
4.3复位杆复位复位杆复位是比较简单的复位方式,但增加了加工制造的麻烦,因为对复位杆的要求是比较高的,特别是长度方向的精度,若太长无法复位,太短复位不完全若采用弹簧复位,虽然简单但弹簧的压缩、拉伸都会增加注塑机的额外动力,所以在一定程度上浪费了能量因此本设计采用复位杆复位3注射模具浇注系统设计模具浇注系统的作用是让高温熔体在高压下高速进入模具形腔,实现形腔填充模具的进料方式、浇口的形式和数量,往往决定了模架的规格型号浇注系统的设计是否合理,将直接影响成型品的外观、内部质量、尺寸精度和成型周期,故其重要性不言而喻模具的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到形腔入口为止的一段熔体通道,它可分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统两大类型,本设计采用普通型流道普通流道浇注系统又分为侧浇口浇注系统和点浇口浇注系统,它们都江堰市由主流道、分流道、冷料穴和浇口组成热流道浇注系统没有主流道及分流道,熔体经过热流道板和热射嘴直接由浇口进入形腔热流道浇注系统一般用于塑料流动性差的且要求注塑模温度较高的模具
3.1浇注系统的设计原则浇注系统设计时应遵循如下原则
3.
1.1保证产品外观质量保证制品的外观质量,任何浇口都会在制品表面留下痕迹,从而影响其表面质量为不影响产品外观,应尽量将浇口设置于制品的隐蔽部位若无法做到,则应使浇口容易切除,切除后在制品上留下的痕迹最小、
3.
1.2保证制品上的内部质量
1.浇口的形式和数量要选择合理,保证塑料熔体迅速填充型腔,减少压力与热量损失,使制品内部组织细密
2.浇注系统设计时应防止制品出现充填不足、缩痕、飞边、熔接痕位置不理想、残余应力、翘曲变形、收缩不匀、蛇纹、抽丝、树脂降解等缺陷
3.浇注系统应能顺利地引导熔融塑料充满型腔各个角落,使型腔内气体能顺利排出,避免制品内形成气泡
4.浇注系统应能收集温度较低的冷料,防止其进入型腔,影响制品质量
5.尽可能采用平衡式布置,以便熔融塑料能平衡地充填各型腔,使各腔收缩率均匀一致,提高塑件的尺寸精度,保证其装配的互换性
3.
1.3流道设计的注意事项阻力最小,流道设计要尽量短,并尽量减少弯折,流道截面积要尽量合理,宜小不宜大原因是
1、小了加大简单,大了减小很难;
2、减少了由于流道产生的废料比例,以缩短成型周期,提高模具的劳动生产率;
3、熔体可以在最快的时间内填满型腔,以缩短成型周期,提高模具的劳动生产率;
4、浇注系统内的空气少,减轻了模具的排气负担;
5、熔体在流道内的温度和压力损失小,容易保证制品的成型质量
(4)、不影响自动化生产,若模具要采用自动化生产,则浇注系统凝料应能自动脱落,这一般是大批量生产时用到
3.2浇注系统设计
1.选择浇注系统的类型,根据制品的结构、大小、形状以及制品批量大小,分析其填充过程,确定是采用侧浇口浇注系统,点浇口浇注系统,还是无流道浇注系统进而确定是采用点浇口模架,还是侧浇口模架
2.浇口的设计,根据制品的结构、大小和外观要求,确定浇口的形式、位置、数量和大小
3.主流道的设计,确定主流道的尺寸和位置
4.分流道的设计,根据制品的结构形状、大小以及塑料品种,确定分流道的形状、截面尺寸和长短
5.辅助流道的设计,根据后续工序或制品结构,确定是否要设置辅助流道,以及辅助流道的形状和大小的设计
6.冷料穴的设计,根据分流道的长短及制品结构形状,确定冷料穴的位置和尺寸
3.3主流道设计主流道是指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段锥形流道,熔融塑料进入模具时首先经过它其直径的大小与塑料流速及充模时间的长短有密切关系直径太大时,则造成回收冷料过多,冷却时间增长,而流道空气过多也易造成气泡和组织松散,极易产生涡流和冷却不足,另外,主流道孔径太大时,熔体的热量损失会增大,流动性降低,注射压力损失增大,造成成型困难;直径太小时,小口抑流作用增强,则增加熔体的流动阻力,同样不利于成型侧浇口浇注系统和点浇口系统中的主流道形状大致相同,但尺寸有所不同热塑性塑料的主流道,一般在浇口套内,浇口套做成单独镶件,镶在定模板上,但一些小型模具也可直接在定模板上开设主流道,而不使用浇口套浇口套可分为两大类两板模浇口套和三板模浇口套
3.
3.1主流道设计原则1.主流道的长度L越短越好,尤其是点浇口浇注系统主流道,或流动性差的塑料,主流道更应尽可能短主流道越短,模具排气负担越轻,流道料越少,缩短了成型周期,减少了熔体的能量(温度和压力)损失2.为便于脱模,主流道在设计上大多采用圆锥形,两板模主流道锥度2-4度,三板模主流道锥度可取5-10度粗糙度为
1.6-
0.8UM锥度须适当,太大造成速度减小,产生斡流,易混进空气,产生气泡;锥度过小,会使流速增大,造成注射困难,同时还会使主流道脱模困难3.主流道尺寸要满足装配要求,为了保证注射成型时,主流道与注射机喷嘴之间不溢料而影响脱模,设计时要注意主流道小端直径料筒喷嘴直径大
0.5-1MM,一般情况下主流道小端直径为
3.2-
4.5MM,4.主流道应设计在浇口套内,主流道尽量避免直接做在模板内,或采用镶拼结构,以防塑料进入接缝造成脱模困难5.主流道应尽量和模具中心重合,避免浇口套位置偏心或采用倾斜式主流道
3.
3.2浇口衬套的设计因为注塑机喷嘴球半径为R15mm,所以衬套的球半径必须大于15mm一般比喷嘴球半径大1-2mm,若衬套球半径取的太小,如小于15mm则流道中的冷凝料无法取出,所以本设计衬套球半径取
16.5mm锥角=2-6度,表面粗糙度小于
1.8um,主流道小端直径d=喷嘴直径+(
0.5-1)mm,主流道的形状被设计成圆锥形,以方便熔体流动和凝料拨出如果主流道小端直径d小于喷嘴直径,则会导致主流道凝料难以脱出如果主流道球面半径sr小于喷嘴球面半径,则在进行注射时,熔体会进入主流道衬套与喷嘴的缝隙中,严重影响主流道凝料从衬套中拨出主流道和浇口衬套的设计如图
3.1示图
3.1浇口衬套
3.4分流道的设计分流道是主流道和浇口之间的塑料熔体流动通道,在多型腔或单型腔多浇口时设置分流道的作用是改变塑料熔体的流向和截面积,使塑料熔体以平稳的流态均衡分配到各个型腔,并充满型腔为便于机械加工及凝料脱模,分流道大多设置在分开面上分流道如图
3.2示
3.2分流道布局图
3.
4.1分流道的截面形状常用的分流道截面形状有圆形、六角形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式,分流道截面的形状应考虑压力损失、热量损失较少和易于加工的要求比表面积是表征截面形状性能的一个主要参数,为流道表面积与其容积之比,或截面周长与截面面积之比从减小压力损失和热量损失的角度看,比表面积越小越好由于塑料熔体在流道中流动时,表层冷凝冻结,起绝热作用,熔体仅在流道中心流动,因此,分流道的理想状态应是其中心与浇口中心一致圆形截面流道可以做到这一点,而梯形截面流道很难实现当分型面为平面时,可采用圆形或六角形流道,最常采用圆形截面,有时也采用U形截面;当分型面不是平面时,为了加工方便,采用U形截面现对各种截面形状的分流道分析如下
1.圆形圆形的比表面积最小,效率最高,热量和压力损失最少,且浇口可以开在流道中心线上缺点是需要同时在动模和定模上切削加工,而且要相互对中,故制造费用相对较高随着制造技术的发展,费用逐渐降低,故应用越来越广泛
2.正六边形正六边形是圆形的变异,比表面积略大于圆形分流道,常用于小截面尺寸的流道
3.梯形其分流道只需在一个模板上加工,加工容易,且比表面积不太大,所以应用广泛常用梯形截面具有5-10度的斜度上底为B,高为H,若下底为x 则其最佳比例为H/B=
0.84-
0.92,x/B=
0.7-
0.
834.U形U形为梯形截面流道变异,优缺点与梯形流道相同,常采用
5.半圆形其比表面积大,效率低,不常采用
6.矩形其比表面积较大,且脱模困难很少采用对于本设计为便于设计而采用圆形截面形状的分流道
3.
4.2分流道的尺寸分流道的截面尺寸应根据塑件的成型体积、壁厚、形状,所用塑料的工艺性能、注射速率及分流道长度等因素来决定现在的加工技术足以满足圆形分流道的制造,所以采用圆形分流道然而壁厚3mm以的塑件就称为大壁厚塑件,则大壁厚塑件所用圆形分流道截面直径一般在6-10mm之间,分流道的长度应该尽可能的短,且减少折弯,以减少压力损失和热量损失,但是在多浇口进料时应保证进料的均衡性较长的分流道还需在未端设置冷料穴为了增加分流道与模具接触的外层塑料的流道阻力,以使外层塑料较好地形成绝热层,分流道内表面粗糙度Ra并不要求很低,一般取
1.6um分流道与浇口的连接处应加工成斜面,并用圆弧过渡,以利于塑料熔体的流动和填充
3.5浇口设计
3.
5.1浇口种类浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短流道(除直接浇口外),是塑料熔体进入型腔的入口除直接浇口外,它是浇注系统中截面尺寸最小的部分,但却是最关键的部分,浇口的位置、形状和尺寸,对塑件的性能和质量影响很大浇口截面有矩形和圆形两种浇口的位置、形状、尺寸、数量,直接影响到产品的尺寸精度、外观、内在和外在性能和成型效率浇口具体尺寸一般很难用理论公式来计算,通常根据经验确定,先取其下限值,再在试模时逐步修正根据浇口的特点,浇口可分为限制性和非限制性两大类
3.
5.2非限制浇口特点非限制性浇口又称直接浇口、直浇口和主流道形浇口非限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最大的部分,为主流道的延伸塑料熔体直接由主流道进入型腔,因而流动阻力小、料流速度快、补缩时间长,成型比较容易,对各种塑料均能适用但注射压力直接作用在塑件上,且浇口附近热量集中、冷凝较慢,容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形,去除浇口困难,往往需要机加工或通过锯割,浇口痕迹明显,影响塑件外观这种浇口多用于注射大型、厚壁、深型腔的筒形塑件,尤其是热敏性塑料或粘度特别高的塑料只适用于单型腔模具
3.
5.3限制浇口特点限制性浇口是指流道与型腔之间尺寸突然缩小的阻尼式浇口,其截面积很小(为分流道的百分之3-9),港口长度很短约为
0.5-2mm,它对浇口的厚度及快速冷凝可以进行限制,所以称为限制性浇口限制性浇口有如下五个特点
(1)、通过截面积的突然变化,使分流道输送来的塑料熔体产生突变的流速增加,提高剪切速率,降低塑料熔体的表面黏度,使充模不因浇口缩小而发生困难一些对剪切速度较为敏感、可以明显降低表观黏度的塑料,如PE、PC,采用小浇口往往比较成功;但一些塑料黏度随剪切速率变化不大,用小浇口则会迅速降低体积流率
(2)、塑料熔体通过限制性浇口时,受到较大的摩擦阻力作用,一部分能量转变为摩擦热,使塑料熔体的温度升高,从而降低表观黏度,增加流动性热敏性塑料则可能因为小浇口引起温度急剧上升而造成塑料分解,因此,宜采用较大的浇口
(3)、型腔充满保压结束后,熔体在浇口处能够迅速冷凝,防止型腔内尚未凝固的塑料倒流出来,补料时间容易控制,可以减少由于长时间补料造成的内应力,可以缩短成型周期
(4)、对于一模多腔或者单型腔采用多浇口的模具,由于小浇口处的阻力比流道阻力大的多,当流道内建立起足够的压力后,各型腔才会以接近相同的时间进料,容易平衡各型腔的进料速度,实现各浇口的平衡进料,特别当分流道为非平衡布置时对于一个型腔多个浇口的模具,还可以用来控制熔接缝的位置
(5)、浇口小便于流道凝料与塑件的分离,脱模时可自动切断或者用手工快速切断;痕迹较小,减少了修整时间,不影响塑件外观限制性浇口的形式有很多种,如点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、中心浇口等a、潜伏式浇口是在塑件内侧本模具如采用则主流道太长,一般主流道长度为60mm以内,且塑料板凳的外观要求也不是太高,且进料不易平衡b、中心浇口一般用于一模一腔的模具和直浇道差不多,浇口的布置位置就在主流道大端的周围c、侧浇口,此浇口的布局可采用只有一个分型面的模具,但是主流道太长,熔体在流道流动的时间长,热量损失的较多所以不易采用d、点浇口又称菱形浇口或橄榄形浇口,是一种截面尺寸很小的圆形浇口或矩形浇口点浇口的优点在于开模时浇口可自动拉断,有利于自动化操作;浇口残留痕迹小,不影响塑件外观;易取得浇注系统的平衡;浇口附近补料造成的应力小不过点浇口也有其缺点如压力损失大;模具必须采用三板式结构,并要采用顺序分模机构,结构复杂,但在无流道模具中仍可采用二板式结构对于投影面积大或者容易变形的塑件,应采用多点浇口,以减少翘曲变形由于点浇口很小,点浇口能有效增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热,导致熔体黏度下降、流动性增加,利于填充适用于成型表观黏度随剪切速率增大而明显降低和黏度较低的塑料熔体、薄壁塑件点浇口进料的前方有一段圆锥形的流道,用于过渡点浇口矩形尺寸如下图
3.3示
3.3矩形点浇口截面图点浇口长度一般为
0.5-2mm,点浇口宽度一般为
0.5-
1.5mm,此截面的深度一般为1-2mm点浇口的形式还有一种是圆形,圆形通常用的比较广泛,因为圆形点浇口容易加工,便于制造其横截面如下图
3.
43.4圆形点浇口图本设计采用的是圆形点浇口,圆形点浇口的横截面直径d为
0.5-
1.5mm,本设计取d=
1.5mm,深度h不超过2mm
3.
5.4浇口位置的选择浇口的开设位置对塑件的成型性能、成型质量及模具结构影响均很大在选择浇口位置时应遵循一定的原则
1.避免引起熔体破裂现象江口的尺寸较小时,如果正对着一个宽度和厚度都比较大的充填空间,则调整的塑料熔体通过浇口时,由于受到很高的剪切力的作用,会产生喷射和蠕动等熔体破裂现象,这些喷出的高度取向的细丝或断裂物会很快冷却,与后进入的塑料熔体不能很好地熔合,而使塑件出现明显的熔接痕,这就造成了塑件的内部缺陷和表面瑕疵;有时塑料熔体从型腔的一端直接喷射到另一端,会造成折叠,在塑件上产生波纹状痕迹,另外,喷射还会使型腔内空气难以顺序排出,造成塑件内有气泡,甚至在角落处出现焦痕所以在选择浇口时横截面尺寸不应该太小;或者采用冲击型浇口即浇口处正对着较大的型芯,这样熔体在冲击型芯的情况下,改变了流向且降低了流速
2.尽量缩短流动距离浇口位置的选择应保证塑料熔体迅速均匀地充填型腔,尽量缩短熔体流动的距离
3.浇口位置应有利于充模流动、补料、和排气当塑件壁厚相差较大时,在避免喷射的情况下,应将浇口开设在截面最厚处若浇口开设在塑件的薄壁处,塑料熔体进入型腔后,不但流动阻力大,而且还容易冷却,缩短了熔体的流动距离,难以保证充满整个型腔从补缩的角度看,壁厚处往往是塑件最迟固化的地方,若浇口开设在薄壁处,则壁厚处往往因熔体收缩得不到补缩而形成表面凹陷或缩孔因此为了保证塑料熔体顺利充填型腔,注射压力得到有效传递,壁厚处熔体收缩得到充分的补缩,浇口应开设在塑件壁最厚处有上述几种点浇口设计的原则可对本设计的浇口进行设计本设计取d=
1.5mm和h=2mm下图
3.5为点浇口的局部视图,下图
3.6为浇口的布局形式,为了增加进料的均衡性,所以采用了四个点浇口同时进料图
3.5浇口与塑件连接图图
3.6流道中的凝料与塑件图
3.6成型周期注射成型周期指完成一次注射工艺过程所需的时间,它包含着注射成型过程中所有的时间,直接关系到生产效率的高低注射成型周期的时间组成包括流动充模时间、保压时间、闭模冷却时间、取出塑件时间对于注射时间、冷却时间最为重要,其它方面可以根据生产需要灵活掌握
3.
6.1注射时间注射时间是指注射活塞在注射油缸内开始向前运动至保压补缩结束(活塞后退)为止所经历的全部时间,它的长短与塑料的流动性能、制品的几何形状和尺寸大小、模具浇注系统的形式、成型所用的注射方式和其他一些工艺条件等许多因素有关注射时间由流动充模时间和保压时间两部分组成,对于普通制件,注射时间大致为5-130s本设计的充模时间为3s,保压时间为15s
3.
6.2闭模冷却时间闭模冷却时间指注射结束到开启模具这一阶段所经历的时间,它的长短受注进模腔的熔体温度、模具温度、脱模温度和制件厚度等因素的影响,对于一般制件约取30-120s确定闭模冷却时间终点的原则为制件脱模时应具有一定刚度,不得因温度过高发生翘曲变形在保证此原则的条件下,冷却时间应尽量取短一些,否则,不公不仅会延长成型周期、降低生产效率,而且对于复杂制件还会造成脱模困难为了缩短冷却时间,生产中有时采用这样一种方法,即不待制件全部冷却到脱模温度,而只要制件从表层向内有一定厚度冷却到脱模温度并同时具有一定刚度可以避免制件翘曲变形时,便可开启模具取出制件,然后使制件在模外自动冷却,或浸浴在热水中逐渐冷却本设计取35s
3.
6.3取出塑件的时间在模具打开的过程中取出塑件所用的时间为五秒钟通过上述对全过程注射用时间的分析,可知总的成型周期为约60s左右这样注射塑件生产的效率就可以确定下来了4注塑模具的冷却系统设计冷却系统主要是对热塑性塑料进行温度调节,以保证塑熔体在充型后能够有一个很好的质量与效率图
4.1型腔冷却水道布局图
4.2型芯冷却水道布置
4.1冷却与效率在每一个注射成型循环中,模具形腔内的温度是变化的使模具升温的热源一是由塑料熔体带入的热量;二是塑料熔体充填形腔所消耗的一部分机械能转换成的热能模具在得到热量的同时也向周围散发热量,如果在单位时间内模具吸收的热量与散发的热量相等而达到一个平衡状态,则称模具热平衡通常情况下模具热平衡是很难达到的,因为热量计算而是一个粗略值,而不是精确值,并且影响模具温度的因素太多,各因素的系数的确定又很繁杂本模具是用于加工HDPE材料的板凳,跟据此塑料材料及注塑工艺的特点,此模具需要冷却,从而要进行温度调节则温度调节对塑件质量的影响表面在以下几个方面变形、尺寸精度、力学性能、表面质量等方面它们分别是
一、模具温度稳定,冷却速度均衡,可以减少塑件的变形对于壁厚不一致和形状复杂的塑件,经常会出现因收缩不均匀而产生翘曲、变形的情况因此,必须采用合适的冷却系统,使模具凹模与型芯的各个部位温度基本上保持均匀,以便型腔里的塑料熔体能同时凝固
二、利用温度调节系统保持模具温度的恒定,能减少塑件成型收缩率的波动,提高塑件尺寸精度的稳定性
三、对于结晶塑料(PE)结晶度越高,塑件的应力开裂倾向越大,故从减小应力开裂的角度出发,降低模温是有利的
四、提高模具温度能改善塑件表面质量,过低的模温会使塑件轮廓不清晰并产生明显的熔接痕,导致塑件表面粗糙提高以上几个方面对模具温度的要求有互相矛盾的地方,在选择模具温度时,应根据使用情况着重满足塑件的主要性能要求模温调节系统对生产率的影响主要由冷却时间来体现通常,注射到形腔内的塑料熔体的温度为200℃左右,塑件从形腔中取出的温度在60℃以下熔体在成型时释放出的热量中约有5%以辐射、对流的形式散发到大气中,其余95%需由冷却介质水带走,否则由于塑料熔体的反复注入将使模温升高为了保持模温的稳定,在每一循环中,都必须由冷却系统把塑料熔体的热量带走因此模具的冷却时间主要取决于冷却系统的冷却效果根据牛顿冷却定律,冷却系统从模具中带走的热量为Q=kA△T/3600式中Q——模具与冷却系统所传递的热量,JK——冷却管道也壁与冷却介质间的传热膜系数,A——冷却介质的传热面积,△T——模具与冷却介质之间温度差,T——冷却时间,s由上式可知,当所需传递的热量不变时,可通过提高传热膜系数k、提高模具与冷却介质温度差△T及增大冷却介质的传热面积A等三种方法来缩短冷却时间,提高生产效率
4.2所需冷却时间的计算塑件在模具内的冷却时间,通常是指塑料熔体从充满形腔时起到可以开模取出塑件时的这一段时间可以开模的标准是塑件已充分固化,具有一定强度和刚度,在开模推出时不不致变形、开裂目前主要有三种衡量塑件已充分固化的准则
(1)、塑件最大壁厚中心部分的温度已冷却到该种塑料的热变形温度以下
(2)、塑件截面内的平均温度已达到所规定的塑件出模温度
(3)、对于结晶型塑料,最大壁厚的中心层温度达到固熔点,或者结晶度达到某一百分比目前,尚无精确的冷却时间计算公式,只能借助于一些简化公式或经验公式对冷却时间做粗略的计算,例如,对于上述的第一准则,可假定塑件的热量只沿着垂直于型腔壁的方向传递,即简化成一维导热问题并假定塑料的注射温度不变,而且塑件内、外表面的温度在充型时降低到模具的温度并维持恒定求解上式,并经简化,便可得到冷却时间的解析到达式同理可以获得第二条准则的冷却时间的简化公式第三条准则中的冷却时间依靠经验获得本设计采用准则一计算,塑件最大壁厚中心部分温度达到热变形温度时所需的冷却时间=S=
34.26S式中——塑料注射温度,200℃;——模具温度,65℃;——塑件的壁厚,3mm;——塑料的热扩散率,
0.065/s;——塑料的热变形温度,80℃由上式计算可知,按准则一计算的冷却时间为
34.26秒
4.3冷却水道的设计需要冷却的热量是一定的对于冷却管道的直径(圆形冷却水道)或横截面积和单位体积内冷却管道的数量是一定的,这两方面此消彼长亦就是冷却管道横截面已确定,冷却流道数也随着基本确定横截面面积大些,流道数量就少些,面积小些,流道数量就多些基于这个思想先假定一横截面积去确定流产数量,进而布置各流道的位置看此假定的结果是否具有严重的错误性如由横截面所确定的流道数过多或过少等;还要对假设进行修正与改进得到一个适合于此模具的冷却系统横截面的选择还要与冷却时间T这个因素相关,冷却时间T的大小,也就意味着效率的高低T越小、效率越高,成反比关系所以冷却水道横截面的大小还要和冷却效率的高低有关不论流动的起因如何,流体在壁面上流动又有层流和紊流两种状态,紊流时,对流传递作用得到强化,换热性较好,故一般换热设备内多为紊流因此在分析计算对流换热问题必须注意确定它的流动状态流道设计与横截面、流道数、冷却时间、流动状态与流道布局
4.3冷却水道与模具成型表面距离示意图冷却水道传热面积及水道数目的设计计算,在冷却水道传热面积及水道数目的计算中,因为自然对流和辐射散热带走的热量占总需散热量的比例很小,所以忽略模具自然对流、辐射散发到空气中的热量和模具传给注射机的热量
4.
3.1冷却水道传热面积计算单位质量的塑件传给模具的热量可计算如下Q=-+
4.1式中Q——单位质量塑料从注入模具到脱模放出的热量,kJ/kg;——塑料的比热容,
2.554kJ/kg·℃;——塑料熔体注入模具时的温度,200℃;——塑件脱模时的温度,68℃;——结晶型塑料的熔化潜热,
2.3×kJ/kg把上述数据代入式
4.1Q=kJ/kg=567kJ/kg
4.
3.2冷却时所需冷却介质的体积流量=
4.2式中——冷却介质的体积流量,/min;——单位时间内注入模具中的塑料质量,
0.668kg/min;——冷却介质的密度,
1.0kg/;——冷却介质的比热容,
4.187kJ/kg·℃;——冷却介质出口温度,25℃;——冷却介质入口温度,20℃把上述数据代入式
4.2得=
0.0181/min
4.
3.3冷却水道传热面积的计算冷却水道总传热面积可按下式计算===
0.52474式中——冷却水道总传热面积,
0.52474;——冷却水道也壁与冷却介质之间的传热膜系数9108kJ/·h·℃;——模温与冷却介质温度之间的平均温差,3℃模具65塑件68===14436kJ/·h·℃式中——与冷却介质温度有关的物理系数,25℃水温下
6.48;——冷却介质在圆管中的流速,m/s可按下式计算==
0.961m/s——冷却水道的直径,
0.02m,
4.
3.4冷却水道数目的计算由冷却水道传热面积,可求水道数目如下式中——冷却水道数目;——冷却水道开设方向的模具长度,流道长度取型腔的宽度方向长度
0.35m如下图
4.4示
4.4型腔壁厚示意图=23个在长
0.65m高度为
0.31m的区域内布置直径为
0.02m的孔23个是错错有余的,所以此流道设计是合理的冷却流道的设计需要让冷却介质在流道中处于紊流的状态这样有利于冷却介质的充分吸热让模具系统充分散热从而使流道数目减少因此冷却水道的直径开的不要那么大,如果直径太大而冷却介质在流道中很可能处于层流状态,这样所需水道数目就很多但流道直径也不能太小,如果太小的话冷却面积也会很小,则冷却水道的数目也会增加冷却水道的设计应该是在在保证冷却介质把一定量的热量带走的情况下,使冷却水道的数目最少5模架设计模架是用于固定模具,与注塑机相连的一个部件,它在一定程度上能保证模具的运动成型精度对模架的一个重要要求是,模架要满足一定的刚度要求,就是在受有一定的静载荷的作用下,其模架板面不会出现很大的变形弯曲,若出现变形弯曲则会影响成型零件的定位,进而影响塑件尺寸精度、表面外面质量等,所以在精密注塑模具设计等要求比较高的模具中,模架必须进行一定的刚度校核模架一般包括顶出机构、脱模机构、导向机构、限位、复位、联接定位等零部件
5.1脱模机构的设计注射成型后,使塑件从凸模或凹模上脱出的机构称为脱模机构,它由一系列的推出零件和辅助零件组成,可具有不同的脱模动作由于塑件的开头与尺寸千变万化,因此脱模机构具有多种类型,如按推出动作的动力源对机构分类,有手动脱模、机动脱模、气动和液压脱模等不同糊弄如按推出机构动作特点分类,又可分为一次推出(简单脱模机构)、二次推出、顺序脱模、点浇口自动脱落以及带螺纹塑件脱模等不同类型由于脱模机构各类繁多,所以脱模机构的设计是一项既复杂而又灵活的工作,需要不断积累实践经验,而且在设计中应敢于改革创新
5.
1.1脱模机构的设计原则
(1)保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观,这是对脱模机构最基本的要求在设计时必须正确分析塑件对模具粘附力的大小和作用位置,以便选择合适的脱模方式和恰当的推出位置,使塑件平衡脱出同时推出位置应尽量选择塑件内表面或隐蔽处,使塑件外表面不留推出痕迹
(2)为使推出机构简单、可靠,开模时应使塑件留在动模,以利用注射机移动部分的顶杆或液压缸的活塞推出塑件
(3)推出机构运动要准确、灵活、可靠、无卡死与干涉现象机构本身应有足够的刚度和耐磨性
5.
1.2脱模阻力的计算将塑件从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力称为脱模阻力,它主要包括由塑件的收缩引起的塑件与型芯的摩擦阻力和大气压力脱模阻力的计算是设计脱模机构的依据由于计算形状复杂塑件的脱模阻力相当困难,因此将塑件所需的脱模阻力简化为厚壁塑件与薄壁塑件两种类型,每种类型又按圆形、矩形塑件的两种不同几何形状分别进行计算本设计的平均壁厚为3mm,内孔直径约为220薄壁塑件满足的条件是塑件壁厚与其内孔直径之比小于1/20,即的塑件本设计按塑件横断面为矩形环时计算其脱模力(N)
5.1式中——塑料的拉伸模量,920Mpa;——塑料成型平均收缩率,
0.5%;——塑料的泊松比,
0.47;——塑件包容型芯的长度147mm;——塑件的平均壁厚,3mm;——模具型芯的脱模斜度,;——随和的变化而变化的无量纲数,或近似取1;——盲孔制件型芯在脱模方向上的投影面积,475,对于通孔制件,=0,因为在塑件脱模方向上有一个小通孔,是一个不完全的盲孔且塑件凸模周围并不完全是塑料,所以此包紧力乘一个系数
0.5——塑料与模具材料的摩擦因数,
0.23把上述数据代入式
5.1得N=2496N一个塑件上的脱模力为2496N则一模两腔的模具的脱模力为4992N
5.2推杆的设计
5.
2.1推杆的形式(a)普通推杆普通推杆只起顶出塑件的作用,本身仅端面参与成型,分为单节式推杆、阶梯式推杆、和插入式阶梯推杆单阶式推杆(顶杆)配合部分和固定部分的尺寸公差一样,适用于小型模具;阶梯式推杆用于推杆直径较小和顶出距离较大的模具;插入式阶梯推杆,插入部分直径小,是顶杆的工作部分,长度是(4-6)d,用优质钢材制造,插入时采用过渡配合,插入后用钎焊方法固定(b)成型推杆成型推杆除了顶出塑件外,还参与成型推杆可做成塑件某一部分的形状,或作为型芯
5.1顶杆疛部的截面图
5.2顶杆头部三维造型本设计采用推杆推出的方式,但是为了保证模具从第二分型面分开时塑件能够保留在凸模上,本设计在推杆的头部设计了一个拉塑件的部位,如下图
5.
1、
5.1示此过程如示由于推杆头部非圆形,被切掉一部分,成S型,当模具在充填时,此空部被塑料熔体所填满,其凝固后便于塑件联为一体,还有塑件收缩包紧力,则可完全保证塑件被留在凸模上,由注塑机推出动力推动推杆顶出塑件,则塑件很容易被取出
5.
2.2推杆的位置推杆的位置应设在顶出阻力大的地方,当顶出力相同时,推杆要均匀布置,保证塑件顶出时受力均匀,不易变形从本设计来看塑料板凳的几个角处塑件刚度最大且顶出时不易变形,所以顶出位置选于此另外在设计顶杆布置位置时还要注意,推杆应在塑件的非主要表面上、非薄壁处,以免塑件变形,以及因产生顶出痕迹影响塑件外观在保证塑件质量和顺利脱模的情况下,推杆的数目不宜过多本塑料板凳的设计属于壳、盖类塑件设计,因为其中空比例大,所以此类塑件的侧面阻力最大,推杆要设在端面或靠近侧壁的部分,但注意不要和型芯边缘的距离太近,以免影响凸模、凹模的强度
5.
2.3推杆的固定及配合推杆与推杆孔的配合一般为H8/f8或H7/e7,表面精度一般为=
0.8-
0.4um用推杆固定板固定,用推板施于推杆力
5.
2.4推杆尺寸的计算(a)推杆直径推杆的受力状态可简化为“一端固定,一端铰支”的压杆稳定性力学模型,由欧拉公式简化得
5.2式中——推杆直径,mm;——安全系数,范围在
1.4-
1.8之间,通常取
1.5;——推杆长度,245mm;——脱模阻力,4992N;——推杆概数,取8;——推杆材料的弹性模量,210Mpa把上述数据代入式
5.2得mm本设计对推杆最小直径取的是8mm,由上式计算可知,满足条件推杆直径确定后,还应进行强度校核,有
5.3式中——推杆所受的应力,Mpa;——推杆材料的许用应力,185Mpa;其它符号与
5.2式中的符号意义相同由上式得=
12.4Mpa由上式的强度校核可知,8mm直径的推杆满足强度条件,所以是安全的,不会出现推杆折断等现象
5.3支承零件的设计塑料注射成型模具的支承零件包括动模(或上模)座极、定模(或下模)座极、动模(或上模)板、定模(或下模)板、支承板、垫快等塑料注射成型模具支承零件的典型组合是定模座板、定模板、动模板、支承板、垫板、动模座板、推板、扒杆固定板
5.
3.1动模座板和定模座板动模座板与定模座板是动模和定模的基座,也是固定式塑料注射成型模具与成型设备连接的模板因此,座板的轮廓尺寸和固定孔必须与成型设备上模具的安装板相适应另外,还必须具有足够的强度和刚度
5.
3.2动模板、定模板动模板和定模板的作用是固定型芯、凹模、导柱和导套等零件,所以俗称固定板塑料注射成型模具各类及结构不同,固定板的工作条件也有所不同但不论哪一种模具,为了确保型芯和凹模等零件固定稳定,固定板应有足够的厚度动模(或上模)板和定模(或下模)板与型芯或凹模的基本连接方式有凸台式、螺钉式、螺钉与销等,其中凸台式是常用的固定方式,装卸较为方便;若单采用螺钉式则定、动模板上必须开有沉孔;定位销与螺钉共同连接的方式最为简单,既不要加工沉孔又不要支承板,但必须有足够的螺钉销钉的安装位置,一般有于固定较大尺寸的型芯或凹模
5.
3.3支承板支承板(垫板)是垫在固定板背面的模板它的作用是防止型芯、凹模、导柱、导套等零件脱出,增强这些零件的稳定性并承受型芯和凹模等传递来的成型压力支承板与固定板的连接通常用螺钉和销钉坚固,也有用铆接的支承板应具有足够的强度和刚度,以承受成型压力而不过量变形其强度和刚度计算方法与形腔底板的强度和风度计算方法相似现在以矩形形腔动模支承板的厚度计算为例说明其计算方法动模支承板一般都是中部悬空而两边用支架支承的,如果刚度不足将引起塑件高度方向尺寸超差,或在分型面上产生溢料而形成飞边支承板可看成受均布载荷的简支梁,最大挠曲变形发生在中心线上应当进行刚度和强度计算如果动模板(型芯固定板)也承受成型压力,则支承板厚度可以适当减小如果计算得支承板厚度过厚,则可在支架间增设支承块或支柱,以减小支承板厚度支承板与固定板的连接方式有螺纹连接,适用于推杆分模的移动式模具和固定式模具,为了增加连接强度,一般采用圆柱内六角螺钉;一种连接方式是铆钉连接,适用于移动式模具,它拆装麻烦,维修不便本设计采用圆柱内六角螺钉式连接方式
5.
3.4垫快垫块的主要作用是使动模支承板与动模座板之间形成用于推出机构运动的空间和调节模具总高度以适应成型设备上模具安装空间对模具总高的要求因此,垫块的高度应根据以上需要而定垫块与支承板和座板两边垫块高度应一致
5.4注塑模的导向机构设计导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其它零部件之间的准确对合,起定位和定向作用例如,使凸模的运行与加压方向平行,保证凸凹模的配合间隙;在推出机构中保证推出机构运动定向,并承受推出时的部分侧压力;在垂直很型时,使垂直分型拼块在闭合时准确定位等绝大多数导向机构由导柱和导套组成,称之导柱导向机构,此外还有锥面、销等等作为定位导向的结构因此导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种基本形式,其设计的基本要求是导向精确,定位准确,并具有足够的强度、刚度和耐磨性
5.
4.1导柱导向机构导柱导向机构是利用导柱和导向孔之间的配合来保证模具的对合精度导柱导向机构设计内容包括导柱和导套的典型结构;导柱和导向也的配合以及导柱的数量和布置等
1.其中A型导柱适用于简单模具和小批量生产,一般不要求配置导套B型导柱适用于塑件精度要求高及生产批量大的模具,通常与导套配用,以便在磨损后,通过更换导套继续保持导向精度装在模具另一边的导套安装孔,可以和导柱安装孔以同一尺寸以同一尺寸加工而成,保证了同轴度导柱设计要点如下
2.导柱的直径视模具大小而定,但必须具有足够的抗弯强度,且表面要耐磨,芯部要坚韧,因此导柱的材料多半采用低碳钢
(20)渗碳淬火,或用碳素工具钢T8\T10淬火处理,硬度为50-55HRC
3.导柱的长度通常应高出凸模端面6-8mm,以免在导柱未导正时凸模先进入开腔与其碰撞而损坏
4.导柱的端部常设计成锥形或半球形,便于导柱顺利地进入导向孔
5.导柱的配合精度导柱与导向孔通常采用间隙配合H7/f6或H8/f8,而与安装孔则采用过渡配合H7/m6或H7/k6,配合部分表面粗糙度为Ra=
0.8um同时需注意,要采用适当的固定方法防止导柱从安装孔中脱出
6.导柱直径尺寸按模具模板外形尺寸而定,模板尺寸越大,导柱间中心距应越大,所选导柱直径也越大
5.
4.2导向孔最简单的导向孔是直接在模板上开孔,加工简单,适用于精度要求不高且小批量生产的模具然而为了保证导向精度和检修方便,导向孔常采用镶入导套的形式,导套和导向孔的结构有为台阶式导套,它主要用于精度要求高的大型模具导向孔的设要点如下
1.导向孔最好为通孔,否则导柱进入未开通的导向孔时(盲孔),孔内空气无法逸出,产生反压力,给导柱运动造成阻力若受模具结构限制,导向孔必须做成盲孔时,则应在盲孔侧壁增设透气孔或透气槽,
2.为使导柱比较顺利地进入导套,在导套前端应倒有圆角通常导套采用淬火钢或铜耐磨材料制造,但其硬度应低于导柱的硬度,以改善摩擦及防止导柱或导套拉毛
3.导套孔的滑动部分按H8/f8间隙配合,导套外径按H7/m6过渡配合防止开模时拨出导套,若采用直导套,需用螺钉起止动作用导柱的数量和布置注射模的导柱一般取2-4根,其数量和布置形式根据模具的结构形式和尺寸来确定,采用两根一般用于结构简单、精度要求不高的小型模具,采用4根导柱对称布置的形式,其导向精度较高为了避免安装方位错误,可将导柱做成两大两小,一大两小,或导柱直径相等,但其中一根位置错开3-10mm
5.5排气结构设计排气是注射模设计中不可忽视的一个问题在注射成型中,若模具排气不良,型腔内的气体受压缩将产生很大的背压,阻止塑料熔体正常快速充模,同时气体压缩所产生的热量可使塑料烧焦在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下,气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部,造成气孔、组织疏松等缺陷特别是快速注射成型工艺的发展,对注射模的排气系统要求更加严格注射成型时,模内气体主要有以下四个来源
1.型腔和浇注系统中存在的空气
2.塑料原料上含有水分,在注射温度下蒸发而成为水蒸气
3.由于注射温度高,塑料分解所产生的气体
4.塑料中某些添加剂挥发或化学反应民产生的气体例如,热固性塑料成型时,交联反应常产生气体模具型腔和浇注系统积存空气所产生的气泡,常分布在与浇口相对的部位上;塑料内含有水分蒸发产生的气泡呈不规则分布在整个塑件上;分解气体产生的气泡则沿塑件的厚度分布从塑件上气泡的分布状况,可以判断气体的来源,从而选择合理的排气部位
5.
5.1排气方式注射模排气方式可以有多种,常见的排气方式有用分型面排气;用型芯与模板配合间隙排气;利用顶杆运动间隙排气;用侧型芯运动间隙排气;开设排气槽当以上措施仍不足以满足快速、完全排气时,应在模具适当部位开设排气槽或排气孔
5.
5.2排气槽设计要点排气槽的位置和大小的选定主要依靠经验其基本发点是排气槽应尽量设在分型面上并尽量设在凹模;排气槽尽量设在料流未端和塑件较厚处;排气槽排气方向不应朝向操作工人,并最呈曲线状,以防注射时烫伤工人;排气槽尺寸根据经验常取槽宽
1.5-
1.6mm槽深
0.02-
0.05mm以塑料不进入排气模为宜,即应小于塑料不不溢料间隙PE塑料的许用溢料间隙为
0.025-
0.04mm
5.5排气槽示意图本设计的排气槽开在动模固定板的分型面处,截面尺寸如上图示,向外扩展深度即离内壁深度为15mm再向外的可以把槽的深度加深,以利于排气通畅模架如图
5.6示
5.6模架三维图6注塑机参数选择注塑机参数的选择很重要,注塑机的参数一定要与模具结构相匹配,如下表中所列参数都是需要匹配的,否则模具无法安装于注塑机中,那么注塑机也就无法使用注塑机参数螺杆型号理论注塑容积理论注塑容量注塑压力Mpa注塑速率塑化能力锁模形式锁模力kN拉杆间距mmmm模板行程mm最小模厚mm定位孔直径喷嘴球半径顶出行程JPH330C14331275130376218全液压式3300710510920280150mm15mm120mm表
6.
16.1锁模力的校核注射成型中,高压塑料熔体充满型腔时,会产生使模具沿分型面分开的胀模力,此胀模力等于塑件和浇注系统在分形面上的投影面积与型腔压力之积因此,设计注射模时必须满足下面关系>式中——注射机允许使用的最大成型面积,;——单个塑件在模具分型面上的投影面积,48820;——浇注系统在模具分型面上的投影面积,本模具设计的主流道与分流道的投影大部分与塑件的投影相重合,且剩余投影部分的面积也比较小,所以此浇注系统的投影面积可以忽略不计;为防止模具分型面被胀模力顶开而产生溢料现象,必须对模具施加足够的锁模力也就是塑料熔体对模具分型面的胀模力应小于注射机额定锁模力即式中——注射机额定锁模力,3300KN;——塑料熔体在型腔内的平均压力,根据高压聚乙烯取15Mpa;把数据代入上式得由上式计算结果可知注塑机的额定锁模模力大于由注塑压力所产生的涨型力,所以可以防止模具分型面被胀模力顶开而产生溢料现象,是安全的
6.2安装尺寸的校核不同型号的注射机,其安装模具部分的形状和尺寸各不相同,设计模具时必须对相关尺寸进行校核,以保证模具能顺利安装在注射机上,并产生出合格的塑件注射机喷嘴头部一般是球面,有的角式注射机喷嘴头部是平面模具主流道始端与喷嘴头部接触,二者的形状和尺寸应该相适应,避免高压塑料熔体从接触不严的缝隙中溢出模具上与喷嘴接触的部位及主流道如图
6.1示
6.1主流道图
6.3注射量的校核注射机额定注射量表示方法有两种一是以容量表示,一是用质量g表示模具设计时必须得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内在一个注射成型周期内,需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量应该是塑件和浇注系统两部分容量或质量之和,即式中——单个塑件的容量或质量,355;——浇注系统所需的塑料容量,,浇注系统的料相对于塑件而言只占而小的一部分,且计算较为麻烦,所以此处不考虑,;——型腔的个数把数据代入上式得=710由表
6.1可知,注射机的额定注射定为=1275,根据80%原理可得所以注射机的注射容量满足要求,不会出现熔料不够的现象,此选用是合理的
6.4模具厚度模具厚度是指模具闭合的厚度,又称闭合高度注射机允许的模具最大与最小厚度是指注射机模板闭合后达到规定锁模力时动模固定板和定模固定板之间的最大和最小距离因此,所设计的模具厚度应在注射机允许的模具最大与最小厚度之间,否则将不可能获得规定的锁模力即、式中——模具厚度,mm;——注射机允许的最大、最小模具厚度,即注射机动定模固定板之间的最大、最小距离,mm本设计的模具厚度为190mm,由表
1.6可知,在本设计中,模具厚度小于注射机允许的最小模具厚度出现这种情况可采用加设垫板的方法增大最小模具厚度,所加垫板厚度只要大于280即可
6.5开模行程的校核注射机的开模行程也称合模行程,是指开、合模过程中动模固定板的移动距离它的大小直接影响模具所能成型的塑件高度若开模行程过小,则塑件无法从动定模之间取出因此,模具设计时,必须校核所需的开模距离是否与注射机的开模行程相适应因为本设计是又分型面注射模,所以其开模行程须满足式中——注射机最大开模行程,mm;——塑件脱模所需推出距离,130mm;——塑件高度,150mm;——取出浇注系统凝料所需距离,47mm把数据代入上式得由上试可知开模行程满足要求,设计合理致谢毕业设计即将完成之际,在此我非常感谢我的毕业设计指导老师李延峰对我毕业设计的监督与负责李老师在安排毕业设计计划时,很严格的按照学院规定,一步步引导我们完成毕业设计,李老师认真严谨的工作负责态度值得我们尊敬与学习在整个设计过程中李老师很认真的对我毕业设计给予检查、补充建议、修改建议、纠正等工作,有些建议对我更进一步的认识毕业设计起到了很大的启发作用,李老师的这些工作使我毕业设计质量有很大提高,对我在学习上产生了很大的影响在此,再一次谢谢李延峰老师!参考文献
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