带侧台方套管模具设计.docx
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带侧台方套管模具设计
摘要
为了熟练掌握模具制造这个占机械行业很大份额的行业的知识,对方套管注塑的模具进行了设计。
这个设计又是对四年来所学机械方面知识的一次综合运用的机会,所以相对的重要。
通过老师的指导下与在图书馆、网络自学了很多模具方面的知识,了解到模具技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志,并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
方套管模具是注塑模具中比较典型的模具当然也有它自身的特点。
典型在于它是方柱形,内有贯通的圆形孔,形状比较规则,相对比较对称;它的特点在于柱子的长度相比于截面的圆直径比较大,所轴向长度很大,而且他的一个面上有圆柱凸台且有通孔。
所以在设计时必须考虑测抽芯,哈呋分型的设计等很多问题。
在设计过程中,主要对模具的型芯、型腔、浇注系统、导向系统和脱模系统进行了精密的计算和合理的选择。
设计中主要运用了Pro/E和AutoCAD软件,根据制件的零件图绘制了模具的各个零件图和装配图。
关键字:
模具;机械;Pro/E;AutoCAD
ABSTRACT
Inordertomasterthemoldmanufacturingmachineryindustryaccountedforalargeshareoftheknowledgeoftheindustry,theothercasinginjectionmoldwasdesigned.Thisdesignisafouryearstolearnthemechanicalaspectsoftheknowledgeofacomprehensiveuseoftheopportunity,sotherelativeimportance.Throughtheguidanceoftheteacherandinthelibrary,thenetworkself-taughtalotofmoldknowledge,understandthelevelofmoldtechnologyhasbecomeameasureofthelevelofanationalmanufacturinganimportantsymbol,andtoalargeextentdeterminethequalityoftheproduct,Efficiencyandnewproductdevelopmentcapabilities.
Squarecasingmoldisatypicalmoldininjectionmolds,ofcourse,hasitsowncharacteristics.Itischaracterizedbythefactthatthelengthofthecolumnislargerthanthecirclediameterofthesection,andtheaxiallengthislarge,anditischaracterizedbythefactthatthelengthofthecolumnislargerthanthatofthecrosssection.Onesidehasacylindricalbossandhasathroughhole.Sointhedesignmustconsiderthetestcore,HaFuclassificationdesignandmanyotherissues.Inthedesignprocess,thecoreofthemold,cavity,gatingsystem,guidancesystemandstrippingsystemforasophisticatedcalculationandareasonablechoice.ThedesignofthemainuseofthePro/EandAutoCADsoftware,accordingtothepartsofthepartsofthedrawingofthemoldpartsandassemblydrawings.
Keywords:
mold;machinery;Pro/E;AutoCAD
目录
第一章塑件成型工艺分析1
1.1塑件结构分析1
1.2塑件材料分析1
1.3注射机的选择2
第二章拟定模具结构形式4
2.1模具分型面的确定4
2.2型腔数量和排列方式的确定5
第三章浇注系统的设计6
3.1主流道的设计6
3.2分流道的设计7
3.3冷料穴的设计7
3.4浇口的设计8
第四章成型零部件设计9
4.1成型零件的结构设计9
4.2成型零件的钢材选用9
4.3成型零件工作尺寸的计算9
第五章模架的确定与模板校核11
5.1模架的确定11
5.2模板各尺寸的校核11
第六章排气系统的设计12
第七章脱模推出机构设计13
7.1推杆位置的设置13
7.2推杆形状及固定形式13
7.3脱模力的计算13
7.4侧推出零件尺寸的确定14
7.5校核推出机构作用在塑件上的单位压应力15
第八章冷却系统设计16
8.1冷却介质16
8.2冷却系统的简单计算16
第九章导向与定位结构的设计18
谢辞19
参考文献20
第1章
塑件成型工艺分析
1.1塑件结构分析
所给课题为带侧台方套管,该塑料制件外形看似简单,但在设计这套模具时,需要同时考虑主型芯过长并且存在着侧抽芯这些问题,故有一定难度。
本设计的塑件壁厚为2mm,适合注塑成型。
精度等级按实际公差计算,由于是哈呋分型所以无需设计脱模斜度,当分型时塑件因凸台的存在,开模后制品挂在成型凸台的哈呋上,再由侧向脱模机构使制品完全脱模。
塑件的三维图与二维图。
见图1-1下图所示。
图1-1
1.2塑件材料分析
(1)使用性能
综合性能好,冲击强度,力学强度较高,尺寸稳定,耐化学性,电气性能良好;易于成型和机械加工,其表面可镀铬,适合制作一般机械零件,减摩零件,传动零件和结构零件。
(2)成型性能
据参考文献[1]P20可知,ABS塑料呈淡黄色不透明,非结晶塑料,ABS是无定型聚合物,无明显熔点,熔融流动温度不太高,在160~190℃范围具有充分的流动性,而且热稳定性较好,在约285℃时才出现分解现象,因此具有较广的加工温度。
ABS具有有一定的吸湿性,故在成型之前要对其进行干燥处理。
(3)HDPE主要性能指标如表1—1所示。
表1-1HDPE主要性能指标
密度/g.cm^31.02~1.08
弯曲模量/Mpa1400
压缩强度/Mpa53
洁净度/%80~95
拉伸强度/Mpa38
剪切强度/Mpa20~36
屈服强度/Mpa50
拉伸模量/Mpa1400
抗弯强度/Mpa80
熔融温度/℃160~190
弯曲强度/Mpa25~40
比热容/J/kg/℃1470
1.3注射机的选择
注塑是ABS塑料最重要的成型方法,在设计模具时,为了生产出合格的塑料制件,除了应掌握注塑成型工艺过程外,还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。
注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。
注塑成型时模具安装在注塑机的动模板上,通过注塑机的液压锁模机构使动模具处于合模状态。
这就需要较核该模具所需要的锁模力。
是否在注塑机允许范围内。
另外模具的开模行程和最大闭和高度都应该通过较核。
经分析,本设计适应采用螺杆卧式注塑机。
其螺杆式注塑机的工艺参数如下表1-2:
表1-2材料所需的注塑机工艺参数
注塑机类型
喷嘴形式
喷嘴温度/℃
料筒温度/℃
螺杆式注塑机
XS-ZY-500
直通式
180~190
前段
中段
后段
200~210
210~230
180~200
模具温度/℃
注射压力/MPa
保压力/MPa
注射时间/s
50~70
70~90
50~70
3~5
保压时间/s
冷却时间/s
成型周期/s
成型温度/℃
15~30
15~30
40~70
160~190
根据以上的注塑机的工艺参数以及注塑量、注塑压力等各方面要求先初步选用XS-ZY-500型卧式注塑机,该注塑机的主要技术参数如下表1-3:
根据参考文献[1]P70可知,以注塑机注射能力为基础,每次在注射量不超过注塑机最大注射量的80%,按公式计算模具的型腔数:
n=(0.8G-m2)/m1
式中:
G——注塑机的最大注塑量(g);
m1——单个塑件的质量(g);
m2——浇注系统质量(g)。
n=(0.8x500-15)/95
n≈4.05
模具型腔个数选一模四腔。
表1-3XS-ZY-500型卧式注塑机主要技术参数
注塑机型号
XS-ZY-500
理论注塑量/cm3
500
注塑压力/MPa
140
锁模力/10kN
350
螺杆直径/mm
φ65
开模行程/mm
700
最大注射面积/cm2
1000
最大模具厚度/mm
450
最小模具厚度/mm
300
喷嘴球半径/mm
18
喷嘴孔直径/mm
7.5
推出两侧中心孔径/mm
150
推出两侧孔径/mm
24.5
推出两侧孔距/mm
530
第二章拟定模具结构形式
2.1模具分型面的确定
分型面是分开模具取出塑件的面,是模具动、定模的分界面。
分型面的选择受到塑料件的结构形状,壁厚,尺寸精度,嵌件的形状及其位置,塑料件在模具中成型的位置,脱模的方法,浇注系统的形式及位置,模具的类型,排气的方式,模具加工制造的工艺甚至成型设备结构等因素的影响,一般选择分型面是要考虑以下几点:
1.便于塑料件的脱模,开模时,塑料件应尽可能的留在动模之中,但本设计中,考虑到经济性以及模具的紧凑性,故将主型芯设计在定模一侧。
分型面的选择应有利于侧面分型与抽芯;要有利于合理安排塑料件在模具中的方位,即型腔的方位;
2.要满足塑料件外观质量要求
3.能保证塑料件的尺寸精度要求,可以满足其使用,配合要求
4.有利于防止溢料和考虑飞边在塑料件上的位置,以及飞边修出的难易程度
5.要有利于排气
根据本设计中的塑料件的结构特点以及设计要求,结合分型面选择原则等因素,本设计属于型腔完全在哈呋一侧,故分型面如图2-1所示:
图2-1
2.2型腔数量和排列方式的确定
1.型腔数目的确定
本设计通过计算为一模四件,故型腔数量为一模四腔。
2.型腔的布置
型腔的排列涉及模具的尺寸,浇注系统的平衡,抽芯机构的设计,模温调节系统的设计及模具在开模时的受力平衡等问题,因此在设计中应根据各方面情况进行综合考虑,并在设计中进行必要的修改,以达到完善的结果。
本设计中,由于制件是带侧孔的方套管,加之要求一模四件,并且结合浇注系统的合理性为了简化模具结构和均衡进料,故采取单排列式S形的方式布置。
第3章浇注系统的设计
3.1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,他将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。
主流道的形状为圆锥形,以便熔体的流动和开模时主流道凝料顺利拔出。
主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和冲模时间。
另外,由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
1.主流道尺寸
(1)主流道长度:
小型模具L应尽量小于60mm,本次设计中初取50mm进行设计。
(2)主流道小端直径:
d=注射机喷嘴尺寸+(0.1~1)mm=(3+0.5)=3.5mm
(3)主流道大端直径:
d2=d+2Ltanα
8mm,式中α=4°。
(4)SR=注射机喷嘴球头半径+(1~2)mm=(14+2)=16mm
2.主流道的凝料体积
3.主流道当量半径
4.主流道浇口套的形式
主流道衬套为标准件可选购。
主流道小端入口处与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,因而尽量小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体,但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计,以便于拆卸更换。
同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。
设计中常采用碳素工具钢(T10A),热处理淬火表面硬度为50~55HRC。
其结构如下图3-1所示:
图3-1
3.2分流道的设计
分流道的设计应能使塑料熔体的流向得到平稳的转换,并且能够充分的充满型腔;要保证各型腔之间的距离恰当,以保证排布冷却水道,螺钉等,并有足够的截面积承受注塑力,同时还要尽量缩短流道的长度,降低浇注系统的凝料重量,是温度降和压力降尽可能的低。
并且型腔和浇注系统的投影面积的重心应尽量接近注塑机的锁模力的中心。
分流道的布置:
在多型腔注射模具中,分流道的设置形式分为平衡式和非平衡式两种,一般以平衡式设置布局为佳,这样可以达到各型腔能够均衡的充填熔体,并且同时充满各个型腔。
平衡式是指主流道到各个型腔的分流道,其长度,形状,断面尺寸都对应相等,因此可以获得较高的制件精度,本设计中由于情况特殊,综合所有因素考虑,只要采取中心对称式排布的方式才最合理。
分流道截面形状:
实际设计中所采用的分流道断面形状有圆形,半圆形,矩形和梯形,U形。
U形流动效率低于圆形与正六角形,但加工容易,又比圆形与正方形流道容易脱模,故本设计中采用U形分流道。
1.分流道的长度
根据4个型腔的结构设计,L分取150mm。
2.分流道的当量直径
因为该塑件的质量m=pV=155.26g,所以分流道的当量直径为
D分=0.2654
=6.13mm。
3.分流道的界面形状
本设计采用U形截面。
分流道的截面尺寸D=6.13mm,所以H取6R取2.5。
4.凝料体积
(1)分流道的长度L=150×2=300
(2)分流道截面积A
=29.5
(3)凝料体积V=2LA=300×29.5=8850
=8.85
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高,一般取Ra1.25~2.5即可,此处取1.6,另外脱模斜度在5°~10°之间,这里的脱模斜度为5°。
3.3冷料穴的设计
在完成一次注射循环的间隔,考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度,从喷嘴端部到注射机料筒以内约10-25mm的深度有个温度逐渐升高的区域,这时才达到正常的塑料熔体温度。
位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳,如果这里温度相对较低的冷料进入型腔,便会产生次品。
为克服这一现象的影响,用一个井穴将分流道延长以接收冷料,防止冷料进入浇注系统的流道和型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。
冷料穴位于分流道所在的动模板上,其作用是收集熔体前锋的冷料,防止进入型腔而影响塑件的质量。
分流道冷料穴如图3-2所示:
图3-2
3.4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,采用一模四腔注射,为便于调整充模时间的剪切速率和封闭时间,因此采用点矩形浇口,有5°的脱模斜度,其截面形状简单,易于加工,便于试模后的修正,且开设在哈呋上,从哈呋型腔的边缘进料。
侧浇口尺寸的确定:
H=nt=0.7×2=1.4mmB=
cm
L一般取0.5~2.5L=0.7mm
第4章成型零部件设计
4.1成型零件的结构设计
(1)凹模的结构设计
凹模是用来成型制品外表面的模具零件,其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关,常用的结构形式有整体式、嵌入式、组合式和镶拼组合式四种类型。
根据对塑件的结构分析本设计中采用组合式凹模,其特点是结构简单,牢固可靠,不容易变形,成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹,还有助于减少注射模中成型零部件的数量,便并于脱模。
(2)凸模的结构设计
凸模是用来成型制品内表面的模具零件,常用的结构形式有整体式和组合式两种类型由于凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。
如果凹凸模都采用整体式,优点是加工成本低,但是常用模架的模板材料为中碳钢,用作凹、凸模,使用寿命短,若选用好材料的模板制作整体的凹凸模,则制造成本较高。
综合考虑以上因素,凸模采用整体嵌入式。
这样既保证了模具的使用寿命,又不浪费价格昂贵的材料,并且损坏后,维修、更换方便。
4.2成型零件的钢材选用
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,所以构成成型腔的组合式凹模采用45钢。
对于凸模来说,由于脱模时与塑件磨损严重,因此钢材也选用45钢。
钢材淬火处理,硬度为43~48HRC。
4.3成型零件工作尺寸的计算
型腔和型芯径向尺寸的计算。
根据《塑料模具成型手册》:
已知塑料件尺寸为Ls,Δ取1/2~3/4,本设计中取Δ=0.5,而磨损量为δz=Δ/6。
δz平均收缩率为Scp,本设计中取0.0055。
设型腔的径向尺寸为LM按平均值计算方法可得下式:
(1)主型腔径向尺寸计算为:
Ls=30mm
(2)侧型腔径向尺寸计算为:
Ls=20mm
(3)主型芯的径向尺寸计算为:
已知塑料件的尺寸为ls=26mm
(4)侧型心径向尺寸计算为:
ls=16mm
(5)主型腔深度尺寸计算为:
Hs=150mm
(6)主型芯高度尺寸计算为:
hs=150mm
(7)侧型腔深度尺寸计算为:
Hs=6mm
(8)侧型芯高度尺寸计算为:
hs=8mm
第5章模架的确定与模板校核
5.1模架的确定
1.模架类型的确定
根据本设计中模具的总体结构:
动模两板块,一个槽块,采用推杆脱模机构,因此选用A2型模架,但是由于槽块厚度较大,需要厂家另行定做,其余部分均按标准选择模架。
2.模具系列的确定
根据模具各部分的设计以及型腔的安排,本设计中型腔是直线分布的,故模架的长度要满足型腔排列的总长,由于每个型腔的径向尺寸不大,故宽度方面没有太大的要求,只要足够大于型腔的径向尺寸即可;综合考虑各方向的因素,本设计中最终决定选用尺寸选择模架序号为8号
系列模具。
3.动模板、支撑块厚度的确定
由于标准模架大致已经选定,故按照标准选取动模座板的尺寸为25mm。
动模板的厚度,即标准模架中A板的厚度,根据《塑料成型模具设计手册》选取A板厚度为32mm。
槽块,及本设计中的中间板,由于该板做成了槽块,长度要求很大,故需要厂家另行订制作,在本设计中,为满足长度需求,动模板B的厚度250mm。
本设计中,由于分型的距离很小,所以对垫块C的要求不大,本设计中垫块C取标准模架中的较小值即可,即垫块高度C为100mm。
其余尺寸如顶板的厚度按标准模架为25mm,顶杆固定板厚度相应为20mm。
剩余零件尺寸也均按标准模架选用。
5.2模板各尺寸的校核
1.模架平面尺寸315×315mm345×345mm(拉杆间距)合格
2.模具高度尺寸415mm,350mm(最小)<415mm<450mm(最大)合格
3.模具开模行程s=65mm<325mm(开模行程)合格。
第6章排气系统的设计
当塑料熔体填充型腔时,必须顺序排出型腔及浇注系统内空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。
如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排干净,一方面将会在塑件上产生气泡,接缝表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷,另一方面气体受压,体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦,同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度,因此设计型腔时必须考虑排气问题。
通常排气方式有以下几种:
1.用分型面排气
2.用型芯和模板配合间隙排气
3.利用顶杆间隙排气
4.用侧型芯运动间隙排气
5.开排气槽
本设计属于中小型注塑模具,结合制件本身特点,前四种排气方式都可以在本设计中应用到,故采用分型面和推杆制件与侧型芯以及顶杆孔之间的间隙排气。
第7章脱模推出机构设计
本课题中,在模具设计总方案决定了该设计中的脱模机构的类型,由于最终塑料制件留在侧型芯中,故脱模机构为一个主推带动侧推的装置。
推出装置的设计原则必须满足:
1.推出机构必须可靠:
推出装置的设计,必须使其工作可靠、配合合理、动作灵活、制造方便、更换容易、机构本身要具有足够的刚度和强度,足以克服脱模阻力。
2.保证塑料制件不变形、不损坏:
故必须正确分析塑料件在成形之后对于型腔的附着力的大小和所在位置,以便合理的选择推出方式以及确定合理的推出点,使之布置均匀合理,本课题中,最终塑料制件留在侧型芯中,故必须分析计算出塑料因收缩对侧型芯的包裹力,推出装置要大于这个包裹力才能将制件从侧型芯上推出,并且应该合理安排推杆的数量,分布方式。
3.保证塑料表观质量良好:
设计推出机构时,要求推出塑料件的位置要尽量的选择在塑件的内部或者是对塑料件表观无大的影响的端面等部位
结合这些原则和本课题中塑料制件的特点,加之推杆零件结构简单、加工、装配及更换方便,滑动阻力较小,使用效果好,设置布局自由度大,故选择推杆推出机构。
7.1推杆位置的设置
结合本课题的方案图,则推杆应设置在脱模力大的地方,侧型芯周围塑料件对型芯的包紧力很大,所以可以在型芯外侧塑料件的端面上设置推杆,本设计初步采用平均每个制件采用两根推杆的平衡推出布置
7.2推杆形状及固定形式
综合分析,A型推杆结构简单而且应用广泛,故采用A型推杆,尾部采用台肩式结构,台肩的直径D与推杆的直径约差4~6mm,推杆直径d与模板上相应的推杆孔采用H8/f7或者H8/f8的间隙配合。
推杆固定端与推杆固定板之间通常采用单边为0.5mm的间隙,这样设计既可以降低加工要求,又能在多推杆结构情况下,不因为由于各板上的推杆孔的加工误差引起的轴线不一致而导致阻滞或卡死现象,本设计中推杆采用T10A碳素工具钢,热处理硬度要求为50~55HRC,工作端配合部分的表面粗糙度要低于Ra0.8μm。
7.3脱模力的计算
由于圆形孔为通孔,故脱模力即为制件对侧型芯的包紧的脱模阻力,在脱模力计算中,将λ=r/t≥10的制品视为薄壁制品,反之,视为厚壁制品。
t——制品的壁厚2(mm)
r——型芯的平均半径8(mm)
λ=r/t=8/2=4<10,故本设计中为厚壁制品
本设计中侧型芯为厚壁圆形,故制品对型芯包紧的脱模阻力计算公式如下:
式中:
E——塑料的拉伸弹性模量(MPa),ABS的E为1.91~1.98GPa,本设计中E=1.95GPa
S——塑料的平均收缩率,ABS的S为(0.3%~0.8%),本设计中取S=0.5%=0.005
L——被包型芯长度(mm),本设计中L=7mm
f——制品与钢材表面之间的静摩擦系数,ABS的f取0.45
——型芯的脱模斜度,取0
μ——塑料的泊松比,ABS的μ取0.3
K1——是由λ和
决定的无因次数
K2——厚壁制件的计算系数,其计算公式为:
故侧抽芯的脱模力为96.36×4=385.44N
7.4侧推出
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