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三通管注塑模及零部件设计摘要有三个开口的管接头叫三通管三通管广泛用于输送液体、气体的管网中本文详细地阐述了三通注塑模具的设计过程设计了注塑模具中的各个系统,如注射系统、温度调节系统、导向与定位机构、侧向分型与抽芯机构、脱模机构、分型面等,并对塑料材料性能进行分析根据塑件的产品数量要求,以及结构要求,该模具采用一模四腔利用proe、CAD软件设计成形零件以及非标准零件,从而进行全方面的参数化设计,即对模具进行分模、生产元件、装配、试模、开模设计关键词三通管注塑模导向分型面脱模顶出机构ABSTREACT:Therearethreeopeningscalledteefittings.TeewidelyusedforconveyingliquidgaspipenetworkThispaperexpoundsthethreeinjectionmolddesignprocess.Designoftheinjectionmouldinvarioussystemssuchasinjectionsystemtemperaturecontrolsystemguidingandpositioningmechanismsidepartingandcorepullingmechanismreleasemechanismthepartingsurfaceandtheplasticmaterialperformanceareanalyzed.Accordingtotheplasticpartsoftheproductquantityandstructuralrequirementstheuseofamoldofamouldfourcavity.TheuseofPROECADsoftwaredesignformingpartsandnon-standardpartsthusalltheparametricdesignnamelyofthemoldpartingproductionelementassemblytestmoldmolddesign.Keyword:ThreewaypipeInjectionmoldGuidePartingsurfaceReleaseEjectionmechanism.目录第1章工艺方案分析
1、塑件分
2、材料特性第2章塑件成形工艺与设备
1、注射成型工艺条件
2、注射机型号的确定
3、注射机的校核第3章模具结构的设计
1、型腔的确定
2、制品成型位置及分型面的选择
3、成形零部件设计
4、模架的选择
5、浇注系统的设计
6、导向与定位机构
7、推出机构的设计
8、冷却系统的设计与计算
9、侧向分型及抽芯机构的设计
10、模具成型零部件材料的选择第4章试模设计小结致谢参考文献第1章工艺方案分析
1.1塑件分析三通管工件如图所示它是一种常见的塑料工件,从工件本身来看,属小型件,其抽芯脱模机构较为复杂由于抽拔距很长普通的斜导柱抽芯结构难以实现抽芯动作的顺利完成,故采用机动进行侧向抽芯
1.2材料特性
1.
2.1PVC化学物理特性比重
1.38g/cm³,成型收缩率
1.5~
3.0%,这里取成型收缩率为
2.25%;成型温度160~190℃PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂具有不易燃性、高强度、耐气候变化性以及优良的几何稳定性PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氧化烃接触的场合软聚氯乙烯的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、冲击韧性等均较硬聚氯乙烯为低,而破断时的拉长率较高软聚氯乙烯制品有储槽、薄板、薄膜、电线绝缘层、密封盖、耐酸碱软管等PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数,如果此参数不当,将导致材料分解的问题PVC的流动特性相当差,其工艺范围很窄特别是大分子量的PVC材料更难于加工(这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性),因此通常使用的都是小分子量的PVC材料
1.
2.2成形特性
1、无定形料,吸湿小,流动性差,为了提高流动性,防止发生气泡,塑料可预先干燥模具浇注系统宜粗短,交口截面宜大,不得有死角模具须冷却,表面镀铬
2、由于其腐蚀性和流动性特点,最好采用专用设备和模具所有产品须根据需要加入不同种类和数量的助剂
3、极易分解,在200度温度下与钢、铜接触更易分解,分解时逸出腐蚀、刺激性气体、成型温度范围小,必须严格控制料温;
4、采用螺杆式注射机喷嘴时,孔径宜大,以防死角滞料,最好不带镶件,如有镶件应预热
1.
2.3注塑模工艺条件干燥处理通常不需要干燥处理熔化温度185~205℃模具温度20~25℃注射压力为避免材料降解,一般要用相当的注射速度流道和浇口所有的常规的浇口都可以使用第2章塑件成形工艺与设备
2.1注射机型号的确定注射模具是安装在注射机上使用的在设计模具时,除了应掌握注射成型工艺过程外,还应对所选用的注射机有关的技术参数有全面了解,才能生产出合格的塑料制件注射机为塑料注射成型所用的主要设备,按其外形分为立式、卧式、指教式三种注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上,有锁模装置和模柄锁紧,塑料在料筒内呈熔融状态,由注射装置将塑料熔体注入型腔内,塑料制品固化冷却后有锁模装置开模,并由推出装置将制件推出
2.
1.1制件体积计算由于塑件形状不规则,可通过CAD制图软件pro/e对其进行体积分析,分析得体积为V件≈98㎝³ρ=
1.38g/㎝³浇注系统的体积取塑件的20%,取一模四腔,则V浇注=V件*20%=98*20%=
19.6㎝³V总=4V件+V浇注=
411.6㎝³其总质量为M总=V总ρ=
411.6*
1.38=
568.008g注射机的选择为了保证制件的质量,又可充分发挥设备的能力,注射模一次成型的塑料重量应在注射机理论注射量的50%~80%之间为好初选注射机型号SZ-800/3200,由上海第一塑料机械厂生产的卧式塑料注射机,其相关数据见下表SZ-800/3200型注射机相关数据结构形式卧式理论注射容量/㎝³840螺杆直径/㎜67注射压力/Mpa
142.2注射速率/g/s260塑化能力/g/s34螺杆转速/r/min10~125锁模力/kN3200拉杆内间距/㎜600×600移模行程/㎜550最大模具厚度/㎜600最小模具厚度/㎜300锁模形式双曲肘
2.
1.2型腔数量的确定
1、按注射机的塑化能力确定型腔数量n≤﹙Kmpt÷3600﹣Mf﹚/Ms式中k—注射机最大注射量的利用系数,一般取
0.8Mp—注射机的额定塑化量,g∕h或㎝³∕ht—成型周期sMf—浇注系统所需塑料质量或体积,g或㎝³Ms—单个塑件的质量或体积,g或㎝³n—型腔数量由上式得n≤﹙
0.8×34×3600×80÷3600﹣
19.6×
1.38﹚/﹙98×
1.38﹚=
15.8n=4<
15.8,满足要求
2、按注射机的最大注射量确定型腔数量n≤﹙KMmax-Mf﹚/Msn—型腔个数Ms—单个塑件的质量或体积,g或㎝³Mf—浇注系统及飞边的质量或体积,g或㎝³k—最大注射量的利用系数,一般取
0.8Mmax—注射机的最大注射量,g或㎝³由上式得n≤﹙
0.8×840﹣
19.6﹚/98=
6.66,复合设计要求
2.
1.3注射机的校核
1、最大注射量的校核设计模具时,应满足注射成型所需的总注射量应小于所选注射机的最大注射量M=nMs+Mj=Mmax式中Ms—单个塑件质量体积Mj—浇注系统所需要的质量或体积M—注射成型塑件所需的总注射量包括塑件、浇注系统及飞边,g或㎝³由上式得M=
411.6≤80%Mmax=80%×840=672符合要求
2、锁模力的校核当高压的塑料充满模具型腔时,会产生使模具分型面胀开的力,这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力,它应小于注射机的额定锁模力Fp,才能保证注射时不发生溢料现象,即p﹙nAs+Aj﹚﹤Fp式中n—型腔数目,n=4p—塑料件熔体对型腔的成型压力(Mpa)As—单个塑件在模具分型面上的投影面积㎝²As=
4.5×
5.2﹣
3.14×
2.6²÷2﹢
3.14×﹙
2.6²﹣
1.9²﹚=
22.6778㎝²Aj—浇注系统在模具分型面上的投影面积㎝²Aj=
3.14×
0.459²﹢
0.7×
11.4﹢
0.6×3×2=
11.54㎝²型腔平均计算压力选用条件型腔平均压力/Mpa举例易于成型的制品20聚乙烯、聚苯乙烯等厚壁均匀的日用品、容器普通制品25薄壁容器类高粘度塑料、精度高35ABS、聚甲醛等机械零件、精度高的制品粘度特别高、精度高40高精度的机械零件查表可知软PVC的熔体压力取为20/MpaFp=20×﹙4×
22.6778﹢
11.54﹚=
2045.024KN该注射机型号的锁模力为3200KN>
2045.024KN故符合要求
3、最大注射压力的校核塑料成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射类型、喷嘴形式、塑件形状和浇注系统压力损失等因素决定的,对于粘度较大的塑料以及细薄、流程长的塑件,注射压力应取大些注射机的最大注射压力应大于或等于塑件成型时的注射压力,即Pmax≥KP式中Pmax—注射机的最大注射压力P—塑料件成型时所需的注射压力P取70~100MPaK—安全系数,常取K=
1.25~
1.4,取K=
1.3代入数据得KP=130MPaPmax=141MPa〉130MPa故符合要求
4、模具与注射机安装部分相关尺寸的校核﹙1﹚喷嘴尺寸设计模具时,主流道始端的球面必须比注射机喷嘴头部球面半径大1~2㎜,主流道小端直径要比喷嘴中心孔直径大
0.5~1㎜否则主流道内的塑料凝料将无法脱出﹙2﹚定位圈尺寸为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合,模具定模版上凸出的定位圈应与注射机固定板上的定位孔采用较松动的间隙配合﹙H11/h11﹚或留有
0.1㎜的间隙对于小型模具定位圈高度为8~10㎜,大型模具定位圈高度为10~15㎜﹙3﹚最大、最小模厚在模具设计时,由于注射机可安装模具的厚度有一定限制,所以设计模具的闭合厚度Hmax及最小模具厚度Hmin之间,即Hmin≤Hm≤HmaxHmax=Hmin﹢Δk式中Hmin—注射机允许模具最小厚度㎜Hmax—注射机允许模具最大厚度﹙㎜﹚Hm—模具闭合高度﹙㎜﹚Δk—注射机调模机构可调整长度﹙㎜﹚代入数据得Hm=400㎜满足Hmin=300㎜≤Hm=400㎜≤Hmax=600㎜故符合要求﹙4﹚安装螺孔尺寸模具在注射机上的安装方法有两种一种是用螺钉直接固定;另一种是用螺钉、压板固定当螺钉直接固定时,模具固定板与注射机模板上的螺孔应完全吻合而用压板固定时,只要在模具固定板需安放压板的外侧附近有螺孔就能紧固,因此,压板固定具有较大的灵活性本套模具采用压板固定
5、开模行程校核注射机的开模行程是有限的,塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离,否则塑件无法从模具中取出注射机的最大开模行程与模具厚度无关当注射机采用液压和机械联合作用的锁模机构时,最大开模行程由连杆机构的最大行程决定,并不受模具厚度的影响单分型面注射模,开模行程按下式校核Smax≥H1﹢H2﹢﹙5~10﹚式中Smax—注射机动模板的开模行程﹙㎜﹚H1—推出距离(脱模距离﹚﹙㎜﹚H2—包括浇注系统凝料在内的塑件高度﹙㎜﹚代入数据得Smax=550㎜>31﹢90﹢10=131㎜满足条件故可选择SZ-800/3200型注射机第3章注射模具结构设计
3.1型腔的确定为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性,并保证塑件精度,模具设计前应确定合理的型腔数目由于本模具所要达到的生产批量为大批量,结合本塑件结构也较为复杂因此综合考虑本模具采用一模四腔比较合理
3.2制品成型位置及分型面的选择
3.
2.1分型面的选择分型面的位置直接影响模具的使用、制造及塑件质量,因此必须选择合理的分型面,一般应考虑到的因素有塑件形状,尺寸厚度,浇注系统的布局,塑料性能及填充条件,成型效率及成型操作,排气及脱模,模具结构简单,使用方便,容易制造等对于该塑料制件可以选择以下分型面它是塑件最大截面,孔在开模方向上成型,而单个孔在侧面,便于抽芯
3.
2.2模具型腔的排列采用一模四腔,能够适应生产需求,结构如下图所示
3.3成型零部件设计成型零部件的设计应在保证塑件的质量要求的前提下,从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑其中最重要的是凹模和凸模尺寸的设计成型零部件工作尺寸指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸,主要包括型腔和型芯的径向尺寸及高度尺寸,及孔中心距等本设计中采用平均值法计算
3.
3.1凹模结构设计与计算凹模是成型塑件外表面的零部件,其结构类型有整体式和组合式本塑料若采用整体式,则会导致侧向抽芯的难度加大,增加成本所以采用组合式,这样可以改善加工工艺性,减少热变形
1、型腔的径向尺寸计算塑件外形径向尺寸、式中——型腔的基本尺寸﹙㎜﹚——塑料的平均收缩率,=
2.25%;——塑件外形基本尺寸﹙㎜﹚;——模具制造公差,这里取=;——塑件尺寸公差值由上式得
2、型腔高度尺寸计算塑件外形深度尺寸式中——塑件高度尺寸;——型腔深度尺寸;——模具制造公差,这里取=;——塑件尺寸公差值;——塑料平均收缩率由上式可知
3.
3.2型芯结构设计与尺寸计算型芯是用来成型塑件的内表面,本产品采用组合式型芯
1、型芯径向尺寸计算塑件的内形径向尺寸、式中——塑件的内形尺寸(mm);——塑件的平均收缩率,=
2.25%;——塑件内形基本尺寸(mm);——模具制造公差,这里取=;——塑件尺寸公差由上式可知=
2、型芯高度尺寸塑件高度尺寸、式中——塑件的深度尺寸﹙㎜﹚;——塑件的平均收缩率,=
2.25%;——塑件深度基本尺寸﹙㎜﹚;——模具制造公差,这里取=;——塑件尺寸公差由上式可知
3.4模架的选择本方案采用GB/T
1225.6~
12556.2-1990中小型标准A2型模架,模具定模和动模均采用两块模板,有支撑板,设置以推管推出塑件的机构组成模架适用于立式与卧式注射机,用于直浇道,采用斜导柱侧向抽芯,其分型面可在模面上,也可设置斜滑块垂直分型脱模式机构的注射模其模板尺寸选用600×450mm模具的实际闭合高度为400mm在该模架的最大闭合高度和最小闭合高度之间,符合设计要求模架的结构图如图
4.3所示各块板的厚度已经标准化,所需要的只是选择
(1)定模板厚度和动模板厚度;在本设计中,动、定模的组合起来的空间即为型腔在注射成型时型腔中有很大的成型压力,当塑件和凝料在分型面上的投影很大时,若动、定模板厚度不够,则极有可能使模架发生变形或者破坏,为了安全,取底板厚度为30mm则有动、定模板的厚度为90mm
(2)推管推出距离在分模时塑件一般是黏结在型芯上的,需要推管推出一定的距离才能脱离型芯,该塑件的高度为120mm,黏结在型芯上的尺寸约为31mm左右,所以当推出距离为31mm时就能使塑件和型芯分离
(3)支撑板支撑板又称动模垫板,是垫在动模型腔下面(或主型芯固定板下面)的一块平板其作用是承受成型时的塑料,以防止型腔底部产生过大的挠曲变形或防止主型芯脱出型芯固定板支撑板应有足够的强度和刚度,以承受成型压力而不产生过量变形支撑板的厚度可通过查下表经验数据来确定支撑板厚度的经验数据塑件在分型面上的投影面积/㎝²支撑板厚度/㎜~5155~1015~2010~5020~2550~10025~30100~20030~40〉200〉40由proe软件分析得A=
91.9108(cm²),根据实际生产需要,取支撑板厚度H=50>40mm,满足要求
(4)垫块尺寸如果垫板的高度太小,则推出的距离不够,使塑件不能脱离型芯,需要满足下面关系式式中H——垫块高度;——挡销高度,一般取(3~5)㎜,这里取挡销的高度为5㎜;——推板厚度;——退管固定板厚度;——推出距离由上式可知H>5+25+30+31=91㎜即可,这里取垫板的厚度为100㎜满足要求
3.5浇注系统的设计浇注系统设计是注塑模具设计中的一个重要问题浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴出来以后,到达型腔之前在模具中所流经的通道浇注系统的作用,是将熔体从喷嘴平稳地引进型腔,并在熔体充模和固化定型中,将注射压力和保压力充分传递到型腔的各个部位,以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑件制品浇注系统的好坏,直接影响到熔体的充填程度,气孔的存在与否,甚至制件的工艺性能,通常要求充模过程快而有序,压力损失小热量散失少,排气条件好,浇注系统凝料易于与制品分离浇注系统一般均由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成在设计模具浇注系统时,首先考虑使得塑料熔体迅速填充型腔,减少压力与热量损失其次,应从经济上考虑,尽量减少由于流道产生的废料比例最后,应容易修除制品上的浇口痕迹对浇注系统进行总体设计时,一般遵守如下基本原则
(1)适应塑料的工艺性;
(2)排气良好;
(3)流程应尽量短;
(4)防止型芯变形和嵌件位移;
(5)修整应尽量方便;
(6)防止塑件变形和翘曲;
(7)浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小,容积也应尽量小;
(8)浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称,浇注系统与型腔的布置应尽量减小模具的尺寸
3.
5.1主流道的设计主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始,到分流道为止的塑料熔体的流动通道因主流道部分在成型过程中,其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力塑料熔体要冷热交替反复接触,属于易损件,对材料要求较高,所以模具的主流道部分设成可拆卸更换的主流道衬套式,以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理主流道衬套设置在模具的对称中心位置上主流道设计如图所示d=碰嘴直径+1mm=4mm;R=碰嘴球面半径+2~3mm=21mm;a=2°~6°;r=D/8;H=(1/3~2/5)R=4mm
3.
5.2分流道设计选择分流道的截面形状为梯形梯形截面分流道容易加工,且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大,其截面尺寸可以参考下表梯形分流道截面尺寸主流道直径56789101112h
3.
5455.5678956789101112因主流道的直径D=9mm,考虑到实际生产加工,故取一级主流道=6mm,=7mm,二级主流道=5mm,=,=6mm
3.
5.3浇口设计本设计中采用的是侧浇口,又称为边缘浇口或普通浇口侧浇口一般开设在分型面上,塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔,其截面形状多维矩形,改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置,加工和修整方便,因此它是应用较广泛的一种浇口形式,普遍用于小型塑件的多型腔模具,且对各种塑料的成型适应性均较强由于浇口截面积小,减少了浇注系统塑料的消耗量,同时去除浇口容易,且不留痕迹但这种浇口成型的塑件往往有熔体痕存在,且注射压力损失大,对深型腔塑件排气不利侧浇口尺寸计算的经验公式如下式中——侧浇口的宽度,㎜;——塑件的外侧表面积,㎜²;——侧浇口的厚度,㎜;——浇口处塑件的壁厚,㎜用proe软件测量其表面积A=18000㎜²则有;因分流道、浇口在分型面的同一侧,侧向进料,浇口长度可取;
3.
5.4冷料穴设计本设计采用带钩形拉料杆和底部带推杆的冷料穴开模时,由于Z形将冷凝料钩住,使主流道凝料从浇口套中拔出因拉料杆另一端固定在推管固定板上,所以推管推动塑件的同时也将冷凝料从动模中推出取出塑件时,用手工朝Z形的侧向稍加移动,就可将浇注系统和塑件一起取下如图所示为带钩形(Z形)拉料杆的冷料穴
3.
5.5排气系统设计排气系统的作用是在注射过程中,将型腔中的其他有序而顺利的排出,以免塑件产生气泡,疏松等缺陷如果排气不良有以下危害性
(1)在塑件上形成气泡、印纹、接痕,使表面轮廓不清;
(2)严重时在塑件表面产生焦痕;
(3)降低充模速度,影响成型周期;
(4)形成断续注射,降低生产效率因此,及时有序的将气体排出是十分必要的一般有以下几种排气方式
(1)排气槽排气;
(2)分型面排气;
(3)拼镶件缝隙排气;
(4)推杆间隙排气;
(5)粉末烧结合金块排气;
(6)排气并排气;
(7)强制排气本塑件是小型塑件,结构塑件特点,可以采用分型面排气方式足够排气,因而不采用排气槽排气
3.6导向与定位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
3.
6.1导向机构的功用在注射模中,引导动模和定模之间按一定方向闭合或开启的装置,称为导向机构其作用有
1、导向作用在动模与定模闭合的进程中,导向机构应首先接触,引导动、定模准确配合,避免型芯与凹模发生碰撞
2、定位作用保证动、定模按一定的方位合模,避免模具在装配时,因方向弄反而损坏成型零件,合模后保持型腔的正确形状
3、承受一定侧压力高压塑料熔体在充模过程中会产生单向侧压力,须由导向机构承担
4、保持机构运动平稳
3.
6.2导柱的设计导柱是安装在另一模半上的导套相配合,用以确定动、定模的相对位置保证模具运动导向精度的圆柱形零件导柱有两种基本形式,一种是带头导柱,另一种是带肩导柱在本设计中,采用的是带头导柱,其特点是带有轴向定位台阶,固定段与导向段具有同一公称尺寸、不同公差带的导柱同时,在导柱上开设油槽,内存润滑剂,以减小导柱导向的摩擦导柱的直径与模板外形尺寸有关,其关系如下表模板外形尺寸≤150150~200200~250250~300300~400导柱直径d≤6016~1818~2020~2525~30模板外形尺寸400~500500~600600~800800~1000>1000导柱直径d30~3535~4040~5060≥60因为该设计的模具模板为600×450,故取导柱的直径d=35mm
3.
6.3导套的设计导套是与安装在另一半模上的导柱相配合,用以确定动、定模的相对位置,保证模具运动导向精确的圆套零件导套常用的结构形式有两种,一种是直导套,另一种是带头导套在本设计中,采用的是带头导套,其特点是带有轴向定位台阶其结构如图所示
3.
6.4定位圈的设计为了便于模具在注射机上安装以及模具浇口套与注射机的喷嘴孔精确定位,应在模具上(通常在定模上)安装定位圈,用于与注射机定位孔匹配定位圈除完成浇口套与喷嘴孔的精确定位外,还可以防止浇口套从模内滑出
3.7推出机构的设计注射成形每一循环中,塑料制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出,完成脱出制品的装置称为脱模机构,也常称为推出机构推出机构的工作原理推管有推管固定板和推板经螺栓联接后被夹紧注射机上的顶柱作用在推板上,经推管传递脱模力将制品从型芯上推出拉料杆在开模瞬间拉住浇注系统凝料,使其随同制品滞留在动模一侧,脱模时再将凝料推出在合模时,复位杆被定模推回,使整个脱模机构复位脱模力由两部分组成,即式中——制品对型芯包紧的锁模阻力(N)——使封闭壳体脱模需克服的真空吸力(N)式中
0.1——单位为MPa;——型芯的横截面面积(㎜²)在脱模力计算中,将的制品视为薄壁制品反之,视为厚壁制品产品,所以有,为厚壁制品式中——塑料的拉伸弹性模量(MPa);——塑料的平均成形收缩率;——塑料的泊松比;——型芯脱模方向高度(㎜);——型芯的脱模斜度;——制品与钢材表面之间的静摩擦系数;——脱模斜度修正系数,其计算式为——制品与钢材表面之间的静摩擦系数;——厚壁制品的计算系数,其计算式为——比例系数;——型芯的平均半径(㎜);——制品壁厚(㎜)查资料,,,,,,,由上式可知
3.8冷却系统的设计与计算
3.
8.1模具温度调节系统的设计因软PVC要求的模温为20~50摄时度,不超过80摄时度,故无须设置加热装置
3.
8.2模具系统的热平衡计算如果忽略模具因空气对流、热辐射以及注射机接触所散发的热量,不考虑模具金属材料的热阻,可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算热平衡计算在单位时间内熔体凝固时放出的热量应等于冷却水所带走的热量,因此有:式中——冷却水的体积流量(m/min3;——单位时间(每分钟)内注入模具的塑料重量(Kg/min);——单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(KJ/Kg);——冷却水的密度(Kg/m³);——冷却水的比热容[KJ/Kg·℃];——冷却水出口温度(℃);——冷却水入口温度(℃)Q1可表示为式中——塑料的比热容[KJ/Kg·℃];——塑料熔体的初始温度(℃);——塑料制品在推出时的温度(℃);u——结晶型塑料的熔化质量焓(KJ/Kg)冷却管道总传热面积A(m²)可用下式计算式中W——单位时间(每分钟)内注入模具中的塑料重量(Kg/min);——单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(KJ/Kg);h——冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数[/]2KJmhC××o;——模具温度与冷却水温度之间的平均温差(℃)对于长径比l/d>50的细长冷却管道,其孔壁与冷却水之间的传热膜系数h的计算式为式中——与冷却水温度有关的物理系数;——冷却水在一定温度下的密度(Kg/m³);——冷却水在圆管中的流速(m/s);——冷却管道的直径(m)的计算式为式中——冷却水的热导率[KJ/﹙m²·h·℃﹚];——冷却水的比热容[KJ/Kg·℃﹚];——冷却水的粘度(Pa·s)若冷却介质为水时,f值可由表查出冷却水在圆管中的流速为式中qv——冷却水的体积流量(m³/s);d——冷却管道的直径(m);v——冷却水在圆管中的流速(m/s)模具应开设的冷却管道的孔数为式中L——冷却管道开设方向上模具长度或宽度(m)A——冷却管道总传热面积(m²);d——冷却管道的直径(m)设模具注射的平均周期为80s则n=3600/80=45每次注射塑料的质量为v浇注=v件×20%=
19.6㎝³V总=4V件+V浇注=
411.6㎝³其总质量为M总=V总ρ=
411.6×
1.38=
568.008g则得到每小时的注射量为v=
0.568008×45Kg/h=
25.56Kg/h用20℃的水作为冷却介质,其出口温度为27℃,水呈湍流状态,若模具平均温度为35℃,模具宽度为400mm
1、塑料制品在固化时每小时释放的热量Q查表4-4得软聚氯乙烯单位重量放出的热量,表4-4常用塑料熔体的单位热流量塑料品种塑料品种ABS310~400低密度聚乙烯590~690聚甲醛420高密度聚乙烯690~810丙烯酸290聚丙烯590醋酸纤维素390聚碳酸酯270聚酰胺650~750聚氯乙烯160~
3202、求冷却水的体积流量由式(
4.12)可知
3、求冷却管道直径d查表得,为使冷却水处于湍流状态,取d=8mm
4、求冷却水在管道内的流速u由式(
4.17)可知=
1.53m/s
5、求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数h查表得,取f=
7.22(水温为30℃时),由式(
4.15)可知=KJ/m²·h·℃
6、求冷却管道总传热面积A由式(
4.14)可知=
0.0294m²
7、求模具上应开设的冷却管道的孔数n由式(
4.18)可知=
2.93取4所以在分型面两侧各布置了两个尺寸为φ=8mm,长度400mm的冷却管道,足以使塑件及模具达到冷却要求
3.9侧向分型及抽芯机构的设计当塑件上具有与卡模方向不同的内外侧孔或侧凹时,塑件不能直接脱模,必须将成型侧孔或侧凹的零件做成可动的,称为活动型芯,在塑件脱模前先将活动型芯抽出,然后再从模中取出塑件带动侧向成型零件作侧向移动的整个机构称为侧向分型与抽芯机构按动力来源的不同侧向分型与抽芯机构一般可分为手动机动气动或液压三类.这里我们选用的是机侧向抽芯机构中的斜导柱分型抽芯
(1)型芯:塑件为形状有规则排列而又难于整体加工所以采用由多块分解的小型芯镶拼组合而成的组体型芯即镶拼组合式型芯.
(2)抽芯距的确定侧向型芯从成型位置到不妨碍塑件顶出脱模位置移动的距离称为抽芯距,用S表示为安全起见,抽芯距通常应比侧孔的深度大2~3mm,但在侧向型芯脱出侧孔后,其几何位置有碍于塑件脱模的情况下,抽芯距不能简单地依靠这种方法确定其抽芯距必须保证侧向瓣合模块完全推到台肩之外才能将塑件顶出脱模,故有式中——侧向凸台高度,mm;S——实际抽芯距,mm且有式中R——骨架台肩半径;r——骨架圆筒半径由上式可知
(3)抽芯力的确定塑件在模具中冷却定型时,由于冷缩的原因,物料温度降低,直至复原到常温这个过程,尺寸逐渐减小,塑件对型芯产生一个包紧力因此在塑件脱模时必须克服这一包紧力所产生的脱模力的阻力,塑件同时还需克服与型芯之间的黏附力和摩擦力及抽芯机构本身所产生的运动摩擦合力才能将型芯脱开这几种合力即为脱模力M,在侧抽芯动作中称抽芯力,在顶出动作中称顶出力塑件底面带通孔的脱模力(抽芯力)的计算公式:式中——塑件对侧型芯的收缩应力一般模内冷却的塑件,A——塑件包紧侧型芯成型部分的侧面积,m²μ——塑件与模体钢材的摩擦系数,一般取μ=
0.1~
0.3α——脱模斜度0°通过proe测量,A≈6600mm²,塑件为模内冷却,P取塑件与侧型芯的摩擦系数μ取
0.2,所以侧向抽拔力F=
5.28×
3.
9.1斜导柱的设计本设计采用的是在中小型模具中常用的一种结构形式,其台肩部相平于模面,角度与抽拔角一致材料为T8碳素工具钢,由于斜导柱经常于滑块摩擦,热处理要求硬度HRC≥50表面粗糙度Ra≤
0.8mm斜导柱固定部分与模板的配合精度为H7/m6的过渡配合,结构图如图所示
1、斜导柱倾斜角α的选择斜导柱倾斜角α与斜导柱的有效工作长度L,抽芯距S斜导柱完成抽芯时所需最小开模行程H有关α增大,L和H减小,有利于减小模具尺寸,但斜导柱所受的弯曲力和侧抽芯时的开模力将增大;反之亦反,综合两方面考虑,一般最常用为12°<α<22°本设计取α为22°
2、圆柱形斜导柱直径的确定圆柱形斜导柱直径取决于斜导柱所受的弯曲力,而弯曲力又取决于抽拔力,抽拔角α以及受力点的位置式中斜导柱所用材料的许用弯曲应力,一般碳钢可取3×Pa;——侧型芯滑块受到脱模力的作用线与斜导柱中心线交点到斜导柱固定板的距离,它并不等于滑块高度的一半;——斜导柱弯曲力臂d——斜导柱直径,mm——抽芯力,N——抽拔角由上述公式可得<18mm,满足要求斜导柱的总长为斜导柱的工作长度L为
170.82mm,根据L=S/sinα计算实际抽芯距S=
170.82×sin22°=
63.99>45+﹙2~3)mm理论抽芯距完全抽拔出侧型芯所需的开模行程为
170.82×cos22°=
158.38mm
158.38>118mm(脱浇注系统凝料所需开模行程),所以对于SZ800/3200注射机移模行程的校核应按完全抽拔出侧型芯所需开模行程校核
3.
9.2侧滑块设计侧型芯与滑块的连接形式,由于侧型芯较大,故侧型芯与滑块采用燕尾式连接,然后利用φ4销钉固定侧滑块的导滑槽采用镶拼组合形式,共设计六根导轨,利用M10内六角螺钉和φ10销钉将导轨安装于动模板上,构成导滑槽侧滑块与两根导轨构成的导滑槽的宽度和高度方向都采用H7/f8配合,以保障滑块平稳、灵活运动侧滑块在斜导柱驱动下完成抽拔后,由SR8mm的钢珠定位,以使其停留在和斜导柱相脱开的位置上不再移动,保证下次合模时斜导柱能顺利地进入滑块的斜孔使滑块复位,在滑块底部加工两个深3mm,球半径为4mm,相距63mm的凹坑,与钢珠配合使用
4.
9.3楔紧块设计模具合模后,利用楔紧块把锁模力传给侧滑块、使滑块不致产生位移,从而保证斜导柱和滑块在成型时的位置精度楔紧块利用螺钉安装于定模座板上,在侧抽芯机构中,楔紧块的楔角是一个重要的参数为了保证在合模时能压紧滑块,而在开模时它能迅速脱离滑块,避免楔紧块影响导柱对滑块的驱动,锁紧角一般必须大于斜导柱的斜角,这样才能保证模具一开模,楔紧块就让开一般楔角要比斜导柱的倾角大2°~3°
3.
9.4干涉现象干涉现象是指滑块的复位先与推管的复位,致使活动侧型芯与推管相碰撞,造成推管或侧型芯的损坏避免干涉的条件,在侧抽芯结构中,如果侧型芯的水平投影与推管重合或推管的顶出距离大于侧型芯的最低面时,若仍采用复位杆复位就会产生干涉,因此在模具结构予许的情况下,应尽量避免推管与侧抽芯的水平投影相重合,或是推管顶出距离小于侧型芯的最低面综合以上设计,在完全合模状态下,侧型芯与推管在分型面上投影不相重合,并且推管顶出距离大于侧型芯的最低面,所以,推管与侧型芯不会发生干涉现象
3.10模具成型零部件材料的选择由于标准模架的座板、垫块、支撑板、导柱、导套、螺钉等标准件可查找设计手册确定,故此处只对成型零件的材料进行选择由于各种模具用钢并不可能具备所有应该具备的条件,依模具的使用情况不同而合理的选择钢材,这是最重要的作为塑料模具的使用条件,有不同条件,模具用钢大致应满足如下的要求
1、机械加工性能优良;
2、抛光性能优良;
3、有良好的表面腐蚀加工性;
4、既要耐磨损,而且又有韧性;
5、淬火性能好,变形小;
6、电火花加工性能好;
7、有耐腐蚀性;
8、焊接性好在选择模具钢材时,要依以下条件而逐次考虑,最后作出结论
1、塑件的生产批量;
2、塑件的尺寸精度;
3、制件的复杂程度;
4、制件体积大小;5制件外观要求综合考虑各方面因素,本模具的型芯的材料选用的是CrWMn,硬度为HRC50~55型腔的材料选用的是45钢,热处理硬度为HBS230~270,易于加工成型,成型位置需要渗碳处理第四章试模
4.1试模过程试模的目的主要是检查模具在设计中制造上是否存在缺陷,若有缺陷则需要排除,另外对模具成型工艺条件进行试模应按以下顺序进行
1、装模模具尽可能整体安装,模具定位圈装入注射机的定位孔后,以很慢的速度合模,由定模板将模具轻轻压紧,然后装上压板,通过调节螺钉或垫块,将压板压紧模具固紧后可慢慢开模,装好模具后,按通冷却水管进行检验
2、试模做好试模准备后,选用合格的原料,根据注射工艺条件将料筒和喷嘴加热并调试加热温度当温度合适时可以开机试模
4.2试模过程中可能产生的缺陷、原因以及调整方法
(1)注射填充不足所谓的填充不足是指在足够大注射压力,足够多的料量的条件下注射不满型腔而得不到完整塑件这种情况极为常见,其主要原因有
1、熔体流动阻力过大主要有主流道或分流道尺寸不合理;
2、型腔排气不良这是个很容易被忽略的问题,模具精度高,排气尤为重要尤其在型腔的转角处、深凹处等,必须要合理的安排推管、镶块,利用间隙充分排气,否则不仅充模困难,而且容易产生烧焦现象;
3、锁模力不足,因注射时动模稍往后退,制品产生飞边,壁厚加大,使制件料量加大而引起缺料,应调大锁模力,保证正常制件料量;
(2)制品尺寸超差初次是试模时经常出现制件尺寸与设计尺寸相差比较大这个时候不要轻易修改型腔,应从注射工艺上找原因若尺寸变大,原因可能有注射压力过高,保压时间过长,此条件下产生了过量充模,收缩率趋向小值,使制件的时间尺寸偏大;模温较低,事实上使熔料在较低温度的情况下成型,收缩率趋于小值这时要继续注射,提高模具温度、降低注射压力,缩短保压时间,制件尺寸可得到改善若尺寸变小,原因可能有注射压力偏低,保压时间不足,制件在冷却后收缩率偏大,是制件尺寸变小模具温度过高,制件从型腔取出时,体积收缩率大,尺寸偏小,此时调整工艺参数即可
(3)制品产生飞边其主要原因是注射过量、锁模力不足、流动性过好、模具局部配合不佳、模板翘曲变形;
(4)翘曲变形产生翘曲变形的原因可能是充模试卷过长、推出位置不当、冷却不均匀或保压试卷过短等可以通过加大喷嘴、改变冷却水道和推管的位置或延长保压时间解决
(5)表面质量差表面质量差可能的原因有物料带有杂质灰尘,未干燥;排气系统不佳;型腔表面粗糙度不高等可通过对物料的充分清洁干燥、改进排气系统、研磨型腔表面等措施解决
(6)制品粘模制品的粘模的原因是由于浇口尺寸太大,且位置不当、型腔的表面粗糙度太高了、脱模斜度太小或退出位置不恰当应该增加浇口尺寸、改正它的位置;抛光型腔的表面;增加脱模斜度;选择合适的推出位置来达到要求
(7)主流道粘模引起主流道粘模的原因有主流道衬套的表面粗糙度太高、主流道脱模斜度太小、喷嘴的孔径大于主流道的直径、主流道衬套的弧度与喷嘴的弧度不吻合应该降低主流道粗糙度、增加主流道的斜度、减小喷嘴直径、使喷嘴和主流道的尺寸相同并对准
(8)气泡产生气泡的原因原料含水分、溶剂或易挥发物、塑料温度太高或受热时间太长,已降解或分解、注射压力太大、注射螺杆退回太早、模具温度太低、注射速度太快、在机筒加料端混入空气应该干燥原料、降低成型温度,或拆机换新料、降低注射压力、延长退回时间或增加预塑时间、提高模温、降低注射速度、适当增加背压排气,或对空注射
(9)凹痕产生凹痕的原因流道浇口太小、制品太厚或薄厚悬殊太大、浇口位置不适当、注射及保压时间太短、加料量不够、机筒温度太高、注射压力太小、注射速度太低应该增加流道浇口尺寸、改进制件工艺设计使制件薄厚相差小、浇口开在制件的厚壁处、延长注射及保压时间、增加装料量、降低机筒温度、提高注射压力、提高注射温度
(10)熔接痕产生熔接痕的原因料筒温度太低、模具温度太低、注射压力太大、模具排气不良应该提高机筒喷嘴及模具温度、减少浇口或改变浇口位置、采用雾化脱模剂减少用量、提高注射速度、提高模温、提高注射压力、增加模具排气孔致谢经历了为期短短两个星期的《模具设计与制造》课程设计,我深刻认识到了模具在塑料制品发展中的重要地位,以及在进行模具设计时应该注意的一些问题,通过对这些问题的解答,使得我在课堂上、课后学到的东西得以充分分的发挥出来,与此同时,我深感所学知识的局限性,所以我决定在接下来的时间里将不断充实自己在模具方面的知识当然由于初次进行模具设计,知识不足、经验欠缺等原因,本次课程设计不可避免的存在一些问题,恳请指导教师批评指正,我坚信通过不断地学习,以及加强知识在实验中的实践,今后的模具设计能得到进一步的提高,通过此次课程设计很大程度上激发了我对模具设计的兴趣,在今后的学习和生活中我还会继续学习模具设计相关知识衷心感谢刘老师的细心指导及同组的同学们的相互合作与共同讨论,再次致谢!参考文献一参考书
1、《塑料模具设计指导》主编齐晓杰东北林业大学出版社
2、《塑料成型工艺及模具设计》主编屈华昌机械工程出版社
3、《塑料成型模具》主编申开智中国轻工业出版社
4、《塑料注射模具设计实用手册》主编宋玉恒中国轻工业出版社
5、《塑料注射模设计102例》(北京)国防工业出版社
6、《塑料注射模具零件标准及术语》GB
4169.1-
11.北京国家技术监督局二杂志
1、《模具技术》
2、《塑料技术》
3、《塑料工业》
4、《模具工业》
5、《模具制造》三网址
1、《中国模具网》www.moulds.com.cn
2、《中国模具工业信息网》www.cdmia.com.cn
3、《中国学术期刊》中文www.edu.cnki.nethttp://www.edu.cnki.net账号密码。