插座底壳塑料模具设计.docx
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插座底壳塑料模具设计.docx
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插座底壳塑料模具设计
毕业设计说明书(论文)中文摘要
本文分析了开关底壳塑料制件的成型工艺特点和模具设计工程。
在设计工作前进行大量的资料搜集汇总,然后开始着手于模具设计。
其中包括利用Pro/e软件绘制零件的三维图并由此进行3D开模、工件的工艺分析、注塑机的选用和校核、模具设计和确定了型腔的排布的难点,浇注系统的设计和模具总体结构。
详细介绍了型芯、型腔、推件装置等零部件的设计和制造。
最后完成了模具总装图的设计及主要零件图的绘制,确保模具结构功能的合理,实用。
关键词开关底壳塑料模设计制造
毕业设计说明书(论文)外文摘要
TitleTheswitchshellbottomplasticspieceinjectamolddesign
Abstract
Thispaperanalyzesthelighterplasticcomponentoftheswitchshellbottommoldingprocesscharacteristicsanddiedesignengineering.Beforedesigningworkheadwaytogoagreatdealofdatacollectiontogather,thenenterupontodesigninthemoldingtool.Pro/eincludingtheuseofthesoftware3Drenderingpartsofthemapandthusopenfor3Dmodel,theprocessworkpiece,InjectionMoldingMachineSelectionandVerification,molddesignanddifficulttodeterminethecavityofthearrangement,Gatingsystemdesignandmoldoverallstructure.Detailsonthecore,cavityandpushingpiecesofequipment,andotherpartsofthedesignandmanufacturing.IntheendIcompleteddesignedtheassemblediagramandthemajorparts’diagramandmadesurethecredibility,rationality,andthefunctionofthemoldingtoolstructure.
Keywordsswitchshellbottomplasticmoulddesignmanufacturing
前言
本次毕业设计的题目是开关底壳塑料模设计,它来自于工程设计。
希望通过本次设计锻炼在塑料模具设计这方面的能力,并对相关知识熟练掌握。
同时也对四年所学的知识做一次规律性的总结。
模具是工业产品生产用的工艺装备,在现代工业生产中,60%~90%的工业产品需要使用模具,模具工业已成为工业发展的基础,许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产,特别是汽车摩托车轻工电子航空等行业尤为突出。
模具工业发展的关键是模具技术的进步。
模具作为一种高附加值和技术密集型产品,其技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造水平的重要标准之一,世界上许多国家,特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的开发,大利发展模具工业,积极采用先进技术和设备提高模具制造水平,并且已经取得了显著的经济效益。
不论经济繁荣时期还是经济萧条时期模具工业都不可缺。
经济发展快时产品畅销,企业必然千方百计开发新产品,同样会对模具带来强劲需求。
通过对“开关底壳塑料模设计”这个课题的调查与资料收集。
塑料的材料采用聚碳酸酯(PC),聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程塑料,本色微黄,而加点淡蓝色后可得到无色透明的塑件,密度为1.2g/cm3。
它具有良好的韧性和刚性,抗冲击性极好;成型收缩率一般为0.5%-0.8%,因此成型零件可达到很好的尺寸精度,并在很宽的温度变化范围内保持其尺寸的稳定性;具有良好的抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒性和良好的耐气候性,而且电性能优良。
在加工成型时PC的吸水率小,但当温度达到一定高度时,它对水分比较敏感,因此加工前物料必须经干燥处理,否则会出现银丝、气泡及强度下降现象;PC熔融温度高,熔融粘度大,流动性差,所以成型时要求有较高的温度和压力;温度对PC的熔融粘度影响很大,所以可以用提高温度的办法来增加融熔塑料的流动性。
PC的用途很广,在机械上主要用做各种节流阀、润滑油输油管、芯轴、螺母、垫圈、灯罩、各种外壳、盖板等,在电器方面用做电机零件、电话交换器零件、信号用继电器、电扇部件等,还可制造照明灯、高温透镜、视孔镜、防护玻璃等光学零件。
本次设计得到了庄卫国老师的大力指导,同时也得到了系里其他老师和同学的帮助。
在此,感谢他们。
第一章绪论
1.1塑料模具设计的发展现状和趋势
整体来看,中国塑料模具无论是在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步,但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比,差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时,一些低档塑料模具却供过于求,市场竞争激烈,还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
虽然近几年模具出口增幅大于进口增幅,但所增加的绝对量仍是进口大于出口,致使模具外贸逆差逐年增大。
这模具外贸逆差增大主要有两方面原因:
一是国民经济持续高速发展,特别是汽车产业的高速发展带来了对模具旺盛需求,有些高档模具国内的确生产不了,只好进口;但也确实有一些模具国内可以生产,也在进口。
这与中国现行的关税政策及项目审批制度有关。
二是对模具出口鼓励不够。
现在模具与其它机电产品一样,出口退税率只有13%,而未达17%。
从市场情况来看,塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具,并大力开发国际市场,发展出口模具。
随着中国塑料工业,特别是工程塑料的高速发展,可以预见,中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度,未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。
近年来,港资、台资、外资企业在中国大陆发展迅速,这些企业中大量自产自用塑料模具无确切的统计资料,因此未能计入上述数字之中。
近年来,中国塑料模具制造水平已有较大提高。
大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模,精密塑料模具的精度已达到2μm,制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产,多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模,高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。
在生产手段上,模具企业设备数控化率已有较大提高,CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展,高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多,模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高,热流道模具的比例也有较大提高。
另外,三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高,有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。
经过近几年的发展,塑料模具的开发、创新和企业管理等方面已显示出一些新的发展趋势:
(1)在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中,已有越来越多的用户将交货周期放在首位。
要求模具公司尽快交货,这已成为一种趋势。
企业千方百计提高自己的适应能力、提高技术水准、提高装备水平、提高管理水平及提高效率等都是缩短模具生产周期的有效手段。
(2)大力提高开发能力,将开发工作尽量往前推,直至介入到模具用户的产品开发中去,甚至在尚无明确用户对象之前进行开发,变被动为主动。
目前,电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法,手机和电话机模具开发也已开始尝试。
这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同,才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。
(3)随着模具企业设计和加工水平的提高,模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。
这不仅是生产手段的转变,也是生产方式的转变和观念的上升。
这一趋势使得模具的标准化程度不断提高,模具精度越来越高,生产周期越来越短,钳工比例越来越低,最终促进了模具工业整体水平不断提高。
中国模具行业目前已有10多个国家级高新技术企业,约200个省市级高新技术企业。
与此趋势相适应,生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。
当然,目前及相当长一段时间内,技艺型人才仍十分重要,因为模具毕竟难以完全摆脱对技艺的依靠。
(4)模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。
在信息社会中,作为一个高水平的现代模具企业,单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。
目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等,这些都是信息化的表现。
向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。
(5)随着人类社会的不断进步,模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。
现在,能把握机遇、开拓市场,不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火,利润水平和职工收入都很好。
因此,模具企业应把握这个趋向,不断提高综合素质和国际竞争力。
(6)发达工业国家的模具正加速向中国转移,其表现方式为:
一是迁厂,二是投资,三是采购。
中国的模具企业应抓住机遇,借用并学习国外先进技术,加快自己的发展步伐。
在信息化带动工业化发展的今天,我们既要看到成绩,又要重视落后,要抓住机遇,采取措施,在经济全球化趋向日渐加速的情况下,尽快提高塑料模具的水平,融入到国际市场中去,以促进中国模具行业的快速发展,有两方面应予以重视:
一是政府相关政策对促进模具工业的发展起着非常重要的作用。
从国际上看,各国模具工业在发展初期都得到了政府的大力扶持。
就中国实际情况看,应降低国内不能生产的进口精密模具生产设备的关税、执行好国家对部分专业模具厂的优惠政策等,通过政策引导作用可加快行业的发展和进步。
二是随着市场的发展,塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展,因此对模具的要求也越来越高。
为了满足市场需要,未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展,而且这种发展必须跟上时代步伐。
展望未来,下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。
(1)超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。
(2)多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。
(3)为各种快速经济模具,特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速发展。
(4)模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等将向智慧化、集成化和网络化方向发展。
(5)更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。
(6)更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展,随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。
(7)各种模具型腔表面处理技术,如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。
(8)逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。
(9)热流道技术将会迅速发展,气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。
(10)模具标准化程度将不断提高。
(11)在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天,“绿色模具”的概念已逐渐被提到议事日程上来。
即,今后的模具,从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废,以及模具的回收利用等方面,都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保,以及可持续发展这一趋向。
1.2塑料制件的设计原则
塑料制件主要是根据使用要求进行设计。
要想获得优质的塑件,除考虑充分发挥所有塑料的性能特点外,还应考虑塑件的结构工艺性,在满足使用条件的前提下,塑件的结构、形状应尽可能做到简化模具结构,且符合成型结构特点,从而降低成本,提高生产效率。
在塑件结构工艺性设计时,应考虑以下几个方面的因素:
①塑料的各项性能特点,如物理机械性能(如力学性能、电性能、耐化学腐蚀和耐热性能等)、成型工艺性能(流动性和收缩率等)等;②在保证各项使用性能的前提下,塑件的结构形状力求简单,且有利于充模流动、排气、补缩和高效冷却硬化(热塑性塑料制件)或快速受热固化(热固性塑料制件);③模具的总体结构应使模具零件易于制造,特别是抽芯和脱模机构。
合理的塑件结构工艺性是保证塑件符合使用要求和满足成型条件的一个关键问题。
塑料制件结构工艺性设计的主要内容包括塑件的尺寸和精度、表面粗糙度、形状、壁厚、斜度、加强肋、支撑面、圆角、孔、螺纹、齿轮、嵌件、绞链、标记、符号及文字等。
第二章开关底壳外壳成型的工艺设计
本产品材料为聚碳酸酯(PC),成型收缩率为0.5~0.8%,产品图2.1如下所示:
图2.1开关底壳零件图
2.1塑件的原材料分析
塑件选用PC塑料成型,聚碳酸酯,英文名称:
Polycarbonate
(1)物理性能:
本色微黄,而加点淡蓝色后可得到无色透明的塑件,密度为1.2g/cm3;成型收缩率一般为0.5%-0.8%,因此成型零件可达到很好的尺寸精度,并在很宽的温度变化范围内保持其尺寸的稳定性。
(2)力学性能:
PC它具有良好的韧性和刚性,抗冲击性极好
(3)热性能:
PC具有良好的耐热性,脆化温度小于-100℃;热变形温度为135-143℃,用玻璃纤维增强后还可提高15℃左右,平常工作温度可达120℃
(4)化学稳定性:
PC有良好的的抗蠕变性。
PC具有一定的化学稳定性,吸水率较低,在室温条件下耐水、耐稀酸、耐氧化剂和还原剂以及盐、油、脂肪烃,但不耐碱、胺、酮、脂、芳香烃
(5)电性能:
PC具有良好的电性能,可用作电气绝缘材料
(6)耐候性:
PC具有良好的耐候性,能够用于制作防弹窗、机器防护罩、照明设备以及用在其他一些需要防护的场合
成型性能:
在加工成型时PC的吸水率小,但当温度达到一定高度时,它对水分比较敏感,因此加工前物料必须经干燥处理,否则会出现银丝、气泡及强度下降现象;PC熔融温度高,熔融粘度大,流动性差,所以成型时要求有较高的温度和压力;温度对PC的熔融粘度影响很大,所以可以用提高温度的办法来增加融熔塑料的流动性;未增强的PC的缺点是塑件易开裂,耐疲劳强度较差,用玻璃纤维增强的PC可具有更好的力学性能和尺寸稳定性,成型收缩率还会降低,耐热性和耐药性却有所增加。
2.2工艺参数
表1.
工艺参数
塑料名称
PC
注射机
螺杆式
前处理
方法
温度/℃
时间/h
预干燥
120
>4
温度
料筒温度
后/℃
中/℃
前/℃
240~270
260~290
240~280
喷嘴温度/℃
230~250
模具温度/℃
90~110
压力
注射压力/MPa
保压压力/MPa
80~130
40~50
时间
注射时间/S
0~5
保压时间/S
20~80
冷却时间/S
20~50
总周期/S
50~130
螺杆转速(R/MIN)
30
收缩率(%)
0.5~0.8
后处理
方法
退火处理
温度/℃
125~135
时间/h
2
备注
通用级
2.3塑件结构分析
该零件结构比较简单,成型的重点是两个倒钩和两个侧孔,它们的抽芯距不大,从模具结构简尽量单化的角度,可以采用斜顶杆机构来成型侧凹部分。
利用模具推出机构的推出力驱动斜推杆作斜向运动,在塑件被推出脱模的同时,由斜顶杆完成侧向分型与抽芯的动作。
2.4塑件的尺寸精度分析
塑件尺寸的大小受塑料流动性的影响,在注射成型和压注成型中,流动性差的塑料和壁薄的制件尺寸不能设计的过大,否则容易造成填充不足或冷接缝,从而影响制件的外观和强度。
很多资料认为,在引起塑件尺寸的误差中,模具制造公差和成型收缩率波动引起的误差各占1/3。
实际上,对于小尺寸塑件,模具的制造公差对塑件尺寸精度影响相对要大一些,而对于大尺寸塑件,收缩率波动则是影响塑件尺寸精度的只要因素。
图中未给出塑件的精确精度等级,所以本塑件取MT5级。
2.5塑件的壁厚分析
从塑件的壁厚来看,该塑件的壁厚比较薄,壁厚为2mm,壁厚均匀,有利于零件的成型。
2.6塑件的表面质量分析
该塑件为开关底壳,要求表面光滑,粗糙度低,并且有较高的表面质量。
第三章开关底壳外壳的模具设计
3.1模具总体结构设计
影响塑件质量及生产效率的所有因素中,模具设计因素大约占80%左右,所以塑件模具的设计非常重要。
3.1.1模具结构形式的确定
因为该零件为开关底壳,在设计模具中采用典型的两板式模具结构。
3.1.2模板尺寸的确定
模架是注射模的的骨架和基体,通过它将模具的各个部分有机的联系为一个整体,标准模架一般由定模座板,定模板,动模板,动模支承板,垫块,动模座板,推杆固定板,推板,导柱,导套,及复位杆等组成。
另外还有特殊结构的模架,如点浇口模架,带推件板推出的模架等,模架中其他部分可根据需要进行补充,如精确确定定位装置,支承柱等。
它分为基本型组合和派生型组合,在这次设计中采用基本型组合,推杆推出结构,模板尺寸为180×315×209mm。
型腔尺寸100×240×32mm;
型芯尺寸100×240×32mm;
A板尺寸180×315×32mm;
B板尺寸180×315×32mm。
图3.1模架
3.2注射机的型号选取
注射机是注射成型的设备,注射模是安装在注射机上生产的。
注射机选用是否合理,直接影响模具结构的设计,因此,在进行模具设计时,必须对所选用活动注射机的相关技术参数有全面的了解。
本套模具选用型号为XS-ZY-250的注射机,该型号的注射机的技术规格如下:
最大注射量:
250cm3
螺杆直径:
50mm
最大注射压力:
130MP
最大锁模力:
1800KN
最大开模行程:
500mm
模具最大厚度:
350mm
模具最小厚度:
200mm
拉杆空间:
448×379mm
定位孔直径:
¢100mm
喷嘴球半径:
18mm
喷嘴孔径:
¢4mm
3.3模具参数的校核
3.3.1注射量的校核
最大注射量是指注射机在对空注射的条件下,注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量。
设计模具时,应满足注射成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量。
即:
式中:
----------型腔数量;
---------单个塑件的体积或质量;
---------浇注系统凝量;
---------注射机最大注射量;
-----------注射机最大注射量利用系数,一般取0.8。
(对于螺杆式注射机,单位取cm)
其中,该模具采用一模两腔,因此,n取2;
单个塑件的体积:
浇注系统凝量:
由此可以得出,
远远小于注射机的最大注射量的80%,即:
3.3.2注射压力的校核
注射压力的校核是校验注塑机的最大注射压力能否满足制品成型的需要,注塑压力的大小与制品复杂程度、模具结构、塑料品种、注射速度、流动比,喷嘴及模具流道系统等因数有关。
由于所选的塑料PC的流动性差,不易流动,其注射压力在80~130MP之间,其值在所选的注塑机的最大注射压力之内。
3.3.3.锁模力的校核
注射时塑料熔体进入型腔内仍然存在较大的压力,它会使模具从分型面涨开。
为了平衡塑料熔体的压力,锁紧模具保证塑件的质量,注塑机必须提供足够的锁模力。
它同注射量一样,也反映了注射机的加工能力,是一个重要的参数。
涨模力等于塑件和浇注系统在分型面上不重合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Fn,才能使注射时不发生溢料和涨模现象,即:
式中:
----------单个塑件在模具分型面上的投影面积;
---------浇注系统在模具分型面上的投影面积;
-----------塑料熔体对型腔的成型压力,其大小一般是注射压力的80%;
---------注射机的额定锁模力。
其中,
取2;
注射压力在80~130MPa,所以
可以选105MPa;
计算得出,
所以模具在所选注射机的作用下,在成型过程中是完全锁紧的,不会因模具锁模力过大而出现涨模溢料现象。
3.3.4模具厚度的校核
由于注射机的动模和定模固定板之间的距离都有一定的调节量△H,因此,对安装使用的模具厚度有一定的限制,一般情况下,模具的实际厚度
必须在注射机允许安装的最大模具厚度
及最小模具厚度
之间。
所选注射机的模具最大厚度
为350㎜,最小模具厚度
为200㎜。
本套模具的实际模具厚度
为209㎜,此值符合该注射机的选择范围。
因此,设计的模具厚度满足注射机对模具的合模要求
3.3.5模具开模行程的校核
当模具厚度确定后,开模行程S的大小直接影响模具所能成型的制品高度,因此,设计模具时必须校核它所需用的开模距离是否与注射机的开模行程相适应。
由于所选的注射机是带有液压-机械联合作用的锁模机构,开模行程由连杆机构的冲程所确定,其最大值与冲程的调节量有关,而与模具厚度无关,其值不受模具厚度的影响。
设计的模具的分型面为单分型面,因此,模具的开模行程可以按下式来校核:
式中:
----------塑件的脱出距离(mm);
----------包括流道溢料在内的塑件高度(mm)。
塑件的脱模距离H1的算法如下:
开模行程即脱模距离为
;
通过计算,模具的开模行程为:
因所选注射机的最大开模行程
=500㎜,而模具的实际开模行程为80.1㎜,远小于注射机允许的最大开模行程,所以模具所需用的开模距离与所选注射机的的开模行程相适应。
综合上述可以得出,本套模具与所选注射机相互适应,模具的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、模具安装尺寸及开模行程等都在所选注射机的技术规格之内。
因此,所选注射机XS-ZY-250能够满足本套模具设计的使用要求。
3.4拟定模具结构形式
型腔的数量n可以按注射机的最大注射量的确定:
式中:
---------注射机最大注射量;
--------浇注系统凝量;
---------单个塑件的体积或质量;
所以可以得出
多型腔在模板上通常采用圆形排列、H行排列、直线行排列以及复合排列等。
尽可能采用平衡式排列,以便构成平衡式浇注系统,确保制品质量的稳定。
根据经验,在模具中每增加一个型腔,制品尺寸精度就要降低4%。
根据产品的尺寸和节省成本,在本设计中采用一模两腔的布置,从而使生产大量化。
图3.2一模两腔的布置
3.5分型面位置的确定
分型面是决定模具结构形式的一个重要因素,它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关,因此,分形面的选择是注射模设计中的一个关键。
选择分型面时一般应遵循以下几个原则:
①分型面应选在塑件外形最大轮廓处;
②分型面的选择应有利于塑件顺利脱模;
③分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量;
④分型面的选择应有利于模具的加工;
⑤分型面的选择应有利于排气。
为了便于模具加工制造,应尽量选择平直且易于加工的分型面。
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