刷片注塑模设计及机加工DOC.docx
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绪论
本次课程设计题目为刷片,如图1所示。
塑件结构为不规则多边形;塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷;生产批量为年产200万件;厚度为5mm。
要求使用UG建立三维模型,进行注塑模具设计,主要设计分型面、型芯、型腔、浇注系统及冷却系统等;同时在设计过程中利用Creo1.0对型腔和型芯进行机加工,使模具主要成型部分达到制造要求。
刷片尺寸及三维立体图如下所示。
图1刷片形状及尺寸
图2刷片三维图
第一章塑件成型工艺性分析
1.1塑件的分析
外形尺寸:
该塑件壁厚为5mm,塑件外形尺寸不大,结构不对称,塑料熔体流程不太长,适合注射成型。
最大尺寸为33.5mm。
1.2塑件材料选择
材料选用为ABS,综合性能优异,具有较高的力学性能,流动性好,易于成型;成型收缩率小,理论计算收缩率为0.5%;溢料值为0.04mm左右;比热容较低,在模具中凝固较快,模塑周期短。
制件尺寸稳定,表面光亮。
ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大,在加工前应进行充分的干燥和预热。
1.3ABS工艺参数
表1ABS工艺参数表
工艺参数
通用型ABS
模具温度/°C
50~80
喷嘴温度/°C
170~180
料筒前段温度/°C
200~220
料筒中段温度/°C
180~200
料筒后段温度/°C
160~180
第二章拟定模具的结构形式
2.1分型面位置的确定
通过对塑件结构形式的分析,分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上。
本塑件结构简单,分型面位置如图3所示。
图3分型面的位置
2.2型腔数量和排位方式的确定
(1)型腔数量的确定:
由于塑件的精度要求不高,塑件尺寸较小,且为大批量生产,可采用一模多腔的结构形式。
同时,考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系,以及制造费用和各种成本费用等因素,初步定为一模四腔的结构形式。
图4型腔分布
(2)型腔排列形式的确定:
由于该模具选择的是一模四腔,其型腔中心距的确定见图3,故流道采用H形对称排列,使型腔进料平衡,如图4所示。
图3型腔排列形式
(3)模具结构形式的初步确定:
由以上分析可知,本模具设计为一模四腔,对称H型直线排列,根据塑件结构形状,推出机构初选推件板推出或推件杆推出方式。
浇注系统设计时,流道采用对称平衡式,浇口采用侧浇口,且开设在分型面上。
因此,定模部分不需要单独开设分型面取出凝料,动模部分需要添加型芯固定板、支撑板或推件板。
由以上综合分析可确定采用大水口(或带推件板)的单分型面注射模。
第三章注射机型号的确定
3.1注射量的计算
通过分析计算可得以下数据:
塑件体积:
V塑=2.875cm3
塑件质量:
m塑=ρ·V塑=1.05×2.875=3.01875g
式中,由表1可知,ρ取1.05g·cm-3
3.2浇注系统凝料体积的初步估算
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倍~1倍来估算。
由于本次设计采用的流道简单并且较短,因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算,故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积(即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和)为:
V总=1.3nV塑=1.3×4×2.875=14.95cm3
3.3选择注塑机
根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料总体积为14.95cm3
,由相关公式可知:
V公=V总/0.8=18.69cm3
。
根据以上计算,初步选择公称注射量为30cm3
,注射剂型号为XS-Z-30的柱塞式注射机,其主要技术参数见表2。
表2注射机主要技术参数
理论注射量/cm3
30
拉杆空间/mm
235
螺杆柱塞直径/mm
28
移模行程/mm
160
注射压力/MPa
119
最大模具厚度/mm
180
注射方式
柱塞式
最小模具厚度/mm
160
塑化能力/kg·h
4
合模方式
液压-机械
注射时间/s
0.7
模板尺寸/mm
250x280
合模力/N
2.5x105
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
定位孔直径/mm
63.5
3.4注射机的相关参数的校核
3.4.1注射压力校核
查阅参考资料可知,该制件属于厚壁件,LDPE所需注射压力为60~100Mpa,所以计算选用p0=100MPa,该注射机的公称注射压力p公
=150MPa,注射压力的安全系数k1=1.25~1.4,计算中取k1=1.3,则:
k1·p0=1.3X100=130Mpa
所以,注射机注射压力合格。
3.4.2锁模力的校核
(1)塑件在分型面上的投影面积
A塑=4.5×4+9×4+20×32-1.8×9-π×112/4=582.77mm2
(2)浇注系统再分型面上的投影面积A浇,A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍,本次设计中的流道较简单,分流道也较短,所以选择分流道凝料投影面积可适当取小些,这里选取A浇=0.2A塑。
(3)塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积为
A总=N(A塑+A浇)=N(A塑+0.2A塑)
=4×1.2A塑=4×1.2×582.77=2797.3mm2
(4)模具型腔内的胀型力F胀,则
F胀=A总·p模=2797.3×30=84KN
上式中,p模是型腔的平均计算压力值,p模通常取注射压力的20%~40%,所以大致范围在24MPa~48MPa,因为材质是ABS,根据其黏度和制品的精度要求,计算中选择p模=30MPa。
由表2可知该注射机的公称锁模力为F锁=250KN,锁模力安全系数为k2=1.1~1.2,这里选择:
k2×F胀=1.2×F胀=1.2×84=100.8KN 所以注射机锁模力满足要求。 第四章分型设计 通过“注塑模向导”中“模具分型”工具栏,经过区域分析、设置区域颜色和定义型腔和型芯将工件沿分型面分开形成型腔和型芯部分。 具体过程如下: 图5区域分析 图6设置区域颜色 图6曲面补片 进行完所有分型设计,包括区域分析、定义区域、曲面补片等步骤,最后一步定义型腔和型芯,及分开工件,形成模具成型的两个部分。 图7定义型腔和型芯 最终形成的型腔和型芯如下所示: 图8型腔 图9型芯 第五章添加模架 经过型腔布局和计算,选定DME公司的2A型模架。 打开注塑模具向导中的模架库,根据对话框“布局信息”中提供的工件尺寸,选择“2020”型模架,并设置模架参数: AP-h为26,BP-h为26,CP-h为66,下图所示为完成模架的加载。 图10加载模架 第六章添加标准件 6.1添加定位圈 在“注塑模向导”工具栏中的“标准部件库”添加相关标准件。 打开“文件夹视图”下的“FUTABA-MM”节点,选择“LocatingRingInterchangeable”选项,在“成员视图”列表区域中选择“LocatingRing”即可弹出定位圈结构形状。 在详细信息中设置尺寸,加载定位圈。 图11加载定位圈 6.2添加浇口套 同样在“标准部件库”中选择添加浇口套。 选择FUTABA-MM节点,选择“SprueBushing”选项,在“成员视图”列表区域选择“SprueBushing”选项,设置尺寸后加载浇口套。 图12加载浇口套 6.3添加顶杆及顶杆后处理 为了使工件在保证形状精度和尺寸精度的前提下顺利脱模,应在合适的位置设置顶杆,开模后将工件顶出。 由于工件结构简单,尺寸较小,故在矩形的四个角位置处各设置一根顶杆,如图所示为顶杆添加及后处理结果。 图12设置顶杆 第七章浇注系统的设计 7.1主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处,形状一般为圆锥形,便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。 由于主流道和高温塑料熔体以及注射机喷嘴反复接触,故在设计时常设计为可拆卸更换的浇口套。 主流道尺寸 (1)主流道的长度: 一般由模具结构确定,对于小型模具L应尽量小于60mm,本次设计初取50mm进行计算。 (2)主流道小端直径: d=注射机喷嘴尺寸+(0.5-1)mm=4.5mm (3)主流道大端直径: D=d+L主tan(a)=8mm,其中式中a选取4°。 (4)主流道球面半径: SR=注射机喷嘴球头半径+(1-2)mm=15+2=17mm。 (5)球面的配合高度: h=3mm。 主流道的凝料体积 V主=L主(R2主+r2主+R主r主)π/3 =50×(42+2.252+4×2.25)×3.14/3 =1573.3mm3 主流道当量半径 Rn=(2.25+4)/2=3.125mm 主流道浇口套的形式 主流道衬套是标准件可选购,主流道小端口入口与注射机喷嘴反复接触,易磨损,故对材料要求比较高,故一般将主流道衬套与定位圈分开设计,便于拆卸更换。 材料选用优质钢材单独加工并进行热处理。 故浇口套选用碳素钢T10A,并热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC,形式如图4所示。 7.2分流道设计 7.2.1分流道的布置形式 为了减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低以及减少分流道的容积和压力平衡,采用H形平衡式分流道,如图13所示。 图13分流道布置形式 7.2.2分流道的长度 根据四个型腔的结构设计,分流道长度为20mm,如图13所示。 7.3浇口的设计 根据塑件的要求,不允许出现裂纹和变形,表面质量要求也较高,并采用一模四腔,为便于调整冲模时的剪切塑料和封闭时间,采用侧浇口,其界面形状简单,易加工,也便于试模后修正,且开设在分型面上,从型腔的边缘进料。 (1)计算侧加工的深度。 根据相关公式,可得侧浇口的深度h为: h=nt=3x0.6=1.8mm n是塑料成型系数,LDPE系数为0.6,t为塑件壁厚,这里取t=3mm。 为了便于试模时发现问题并进行修模处理,参照文选查找LDPE的侧浇口厚度为1.8~3mm,所以这里选择浇口深度为3mm。 (2)计算侧浇口的宽度,根据浇口宽度公式B= 可得: B= = =≈1.5mm 式中,n为塑料成型系数,ABS取0.7,A为凹模的内表面积。 (3)计算侧浇口的长度,根据参考资料可取侧浇口的长度L浇=4.054mm。 图13浇口设计 7.4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影响制品的表面质量。 本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴,由于该制件要求没有印痕,采用脱模板推出塑件,采用球头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。 第八章冷却系统的设计 由于冷却系统设计的计算复杂,这里只进行简单的计算,设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与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等于冷却水所带走的热量。 8.1冷却介质 ABS属于流动性较好的材料,其成型温度及模具温度分别为: 200°C和50°C~80°C。 所以模具温度初步选定为65°C,用常温水对模具进行冷却。 8.2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W ①塑料制品的体积 V=V主+V分+nV塑=1.573+4.2+4×2.875=17.273cm3 ②塑料制品的质量 m=ρV=17.27×1.05=18.1315g≈0.01813kg ③塑件的壁厚为5mm,查得t冷=20.5s。 取注射时间t注=2s,脱模时间为t脱=7.5s,则注射周期: t=t冷+t注+t脱=20.5+2+7.5=30s。 故每小时注射次数为N=120次。 ④单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量: W=Nm=120x0.018=2.16kg/h (2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs 查表可知ABS单位热流量Qs的值的范围在(280~350)kJ/kg之间,故取Qs=300kJ/kg。 (3)计算冷却水道体积流量qv 设冷却水道入水口的水温为22°C,出水的水温为25°C,取水的密度为ρ=1000kg/m3,水道比热容C=4.187kJ/(kg·°C),Q=300kJ/kg。 则根据公式可得: q= =5.61x10 m /min (4)确定冷却水路的直径d 当qv=5.89x10-3m3/min时,为了是冷去水处于湍流状态,取模具冷却水孔的直径d=8mm。 (5)冷却水在管内的流速v v= =1.86m/s>1.66m/s合理 (6)求冷却管壁与水交界面的膜转热系数h 因为平均水温为23.5°C,查表可得f=0.672,则有: h= =31672.5kJ/(m ·h·°C) (7)计算冷却水通道的导热总面积A A= = =0.0085m (8)计算模具冷却水管的总长度L L= =0.0085/3.14x0.008=0.384m=384mm (9)冷却水路的根数x 设每条水路长度为l=300mm,则冷却水路的根数为: x= ≈0.68根 由上述计算可以看出,一条冷却水道对于模具来说已经足够,本设计中采用动定模各一条水道对型芯和型腔进行冷却,成型零件的冷却水道开设步骤如图所示。 图14添加定位圈 图15添加水嘴 图16型腔冷却水道 图17型芯冷却水道 图18型芯和型腔冷却水道 第九章型腔及型芯的机加工 9.1型腔加工 将从UG中经过分型设计形成的型腔和型芯导出到Creo中进行加工 图19装配模型 (1)创建工件: 型腔为不对称的多边形,创建的工件比参考模型的各表面厚3mm,如图所示为工件和参考模型的装配图,将约束条件均设为默认,开始进行加工。 (2)对工件侧表面进行轮廓铣削加工,具体参数及步骤如下: 图20设置铣削加工中心 图21设置轮廓铣削加工参数及参考曲面 图22移除材料 (3)轮廓铣削完成后,对工件上表面进行表面铣削。 由于工件尺寸很小,为了保证加工精度,设置的步长深度及跨距较小。 图23表面铣削参数设置 图24表面铣削刀具路径 (4)表面铣削完成后,对工件型腔成型部分进行体积块粗加工,完成后再进行腔槽精加工,以达到制造精度。 图25体积块粗加工参数设置 图26体积块粗加工刀具路径 (5)最后一步进行腔槽精加工 图27腔槽加工刀具设定 图28腔槽加工参数设定 图29腔槽加工仿真模拟 图30型腔加工完成后效果 9.2型芯加工 (1)创建工件: 创建的工件比型芯各表面厚3mm。 图31型芯工件与参考模型的装配 (2)对工件侧表面进行轮廓铣削加工 图32定义工作中心 图33轮廓铣削仿真加工 (3)加工剩余部分的时候,分别采用了轮廓铣削和表面铣削两种方法,对于只加工剩余中间一个圆柱的情况,不知道该如何加工才好。 图34表面铣削刀具路径 采用轮廓铣削的时候,增加了走刀次数,也能够达到同样的效果。 图35轮廓铣削参数设置 图36型芯加工完成 第十章模具装配图 图37模具装配三维图 图38二维主视图 图39二维俯视图 图40二维左视图 图41型腔图42型芯 第十一章设计体会 经过十几天的时间,终于完成了刷片注塑模的设计,设计成果包括: 一张模具装配图(A0)、两张成型零件图(A4)、一份设计说明书。 在此次设计期间,遇到了很多的问题,发现课本上学到的东西还远远不够,需要查阅大量的资料,对于模具设计而言,有很多东西是标准性的,需要我们去查阅去选取,又有很多东西是需要自己去设计去布置的。 在设计过程中,不仅要考虑整个模具的结构、刚度、强度,还要考虑制造成本,零件制造及安装是否合理、方便,模具整体是否协调、美观等等的因素。 所以设计绝不仅仅是对着公式计算尺寸,需要考虑的东西还有很多。 通过本次课程设计,让我学到了很多东西,从前只是对着一本书看,而现在是从很多本书上汲取自己需要的东西。 同时我还发现,即使是计算好了,在制图过程中也会遇到很多问题,比如: 布置的方式,配合的间隙,螺钉、销钉等的选取和安放等等。 在制图过程中,我不断的发现问题,再寻找解决问题的方法,这个过程让我受益匪浅。 同时,也大大的提升了我使用软件进行绘图的能力。 在本次课程设计中,还要感谢老师和同学的帮助,当我遇到自己无法解决的问题时,是老师和同学帮助我解惑。 设计在于积累,要想拥有独立设计的能力,首先要积累大量的资源。 通过本次课程设计,提升了我对模具设计的兴趣和热爱,也让我发现了自己距离独立设计的差距又多大,在以后的学习生活中,我会多多积累,多看图纸,多看经典设计,同时学好基础知识。 当与实践相结合的时候,能够在大脑中迅速的找到有用的资源,为以后的工作打下良好的基础。 参考文献: [1]伍先明,张蓉,杨军,周志冰.塑料模具设计指导[M].国防工业出版社.2011. [2]李德群,唐志玉.塑料与橡胶模具设计[M].北京: 电子工业出版社.2007. [3]李建军,李德群.模具设计基础及模具CAD[M].机械工业出版社.2005. [4]叶久新,王群.塑料成型工艺及模具设计[M].北京: 机械工业出版社.2007. [5]中国机械工程学会,中国模具设计大典编委会.中国模具设计大典.南昌: 江西科学技术出版社,2003. [6]冯炳尧,韩泰容,等.模具设计与制造简明手册.上海: 上海科学技术出版社,1998. [7]王建华,徐佩弦.注射模的热流道技术.北京: 机械工业出版社,2005. [8]宋满仓,黄银国,等.注塑模具设计与制造实践.北京: 机械工业出版社,2003. [9]杨占尧.塑料模具标准件及设计应用手册.北京: 化学工业出版社,2008. [10]徐学林.互换性与测量技术基础.长沙: 中南大学出版社,2009. [11]贾润礼,程志远,等.实用注射模设计手册.北京: 中国轻工业出版社,2000. [12]许鹤峰,陈言秋.注射模具设计要点与图例.北京: 化学工业出版社,1998.
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