塑料模具设计说明书 齿轮.docx
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塑料模具设计说明书齿轮
塑料成型工艺及模具设计
课程设计说明书
题目:
斜齿轮塑料模具设计
专业:
材料成型及控制工程
班级:
姓名:
学号:
指导老师:
2010年7月10号
引言
本说明书为塑料注射模具设计说明书,是根据塑料模具手册上的设计过程及相关工艺编写的。
本说明书的内容包括:
目录、课程设计指导书、课程设计说明书、参考文献等。
编写本说明书时,力求符合设计步骤,详细说明了塑料注射模具设计方法,以及各种参数的具体计算方法,如塑件的成型工艺、塑料脱模机构的设计。
本说明书在编写过程中,得到老师和同学的大力支持和热情帮助,在此谨表谢意。
由于本人设计水平有限,在设计过程中难免有错误之处,敬请各位老师批评指正。
设计者:
2010.07
目录
第一部分产品的说明
第二部分塑件分析
第三部分注射机的型号和规格选择及校核
第四部分型腔的数目决定及排布
第五部分分型面的选择
第六部分浇注系统的设计
第七部分成型零件的工作尺寸计算及结构形式
第八部分导柱导向机构的设计
第九部分推出机构的设计
第十部分设计小结
第十一部分参考资料
第一部分产品的说明
齿轮是现代机械中应用最广泛的传动机构之一,它工作可靠,结构紧凑,效率高,寿命长。
斜齿轮传动平稳,冲击小,适合高速运动。
塑料斜齿轮广泛应用于玩具,钟表,仪器等各种场合。
所以,选择合适的注射模具成型斜齿轮很有必要,本文主要介绍旋转脱模机构。
第二部分塑件的分析
POM塑料
化学名称:
聚甲醛成型收缩率:
Max=3.5%
原料技术数据
性能项目
测试数据
数据单位
物理性能
比重
1.41
---
机械性能
拉伸强度
60-70
MPa
伸长率
40
%
弯曲强度
89-120
MPa
弯曲模量
2580-3100
MPa
IZOD冲击强度
42
J/m
热性能
热变形温度
110
°C
阻燃性
HB
---
POM(又称赛钢、特灵)。
它是以甲醛等为原料聚合所得。
POM-H(聚甲醛均聚物),POM-K(聚甲醛共聚物)是高密度、高结晶度的热塑性工程塑料。
具有良好的物理、机械和化学性能,尤其是有优异的耐摩擦性能。
POM属结晶性塑料,熔点明显,一旦达到熔点,熔体粘度迅速下降。
当温度超过一定限度或熔体受热时间过长,会引起分解。
铜是POM降解催化剂,与POM熔体接触的部位应避免使用铜或铜材料。
1、塑料处理
POM吸水性小,一般为0.2%-0.5%。
在通常情况下,POM不需干燥就能加工,但对潮湿原料必须进行干燥。
POM的吸水率不高,但干燥处理可提高制品的表面光泽度。
干燥条件为:
温度110~120℃,时间3~5h。
再生料使用比例一般不超过20-30%。
但要视产品的种类和最终用途而定,有时可达100%。
2、塑机的选用
POM除了要求螺杆无滞料区外,对注塑机没有特别要求,一般注塑即可。
3、模具及浇口设计
常见模具温度控制为90-120℃,流道直径有3-6mm,浇口长度为0.5mm,浇口大小要视胶壁厚度而定,圆形浇口直径至少应制品厚度的0.5-0.6倍,长方形浇口的宽度通常是厚度的2倍或以上,深度为壁厚的0.6倍,脱模斜度40′-1°30′之间。
排气系统
POM-H厚度0.01-0.02mm宽3mm
POM-K厚度0.04mm宽3mm
4、熔胶温度
共聚POM和均聚POM的熔融温度分别为165℃和175℃
可用空射法量度
POM-H可设为215℃(190℃-230℃)
POM-K可设为205℃(190℃-210℃)
5、注射速度
常见为中速偏快,过慢易产生波纹,过快易产生射纹和剪切过热。
6、背压
越低越好,一般不超过200bar
7、滞留时间
如设备没有熔胶滞留点
POM-H可在215℃滞留35分钟
POM-K可在205℃滞留20分钟不会有严重的分解
在注塑温度下熔体不能在机筒内滞留超过20分钟。
POM-K在240℃下可滞留7分钟。
如果停机,机筒温度可降到150℃,如要长期停机就必须清理机筒子,关闭加热器。
8、停机
清理机筒必须用PE或PP,关闭电热,把螺杆推在前位。
料筒和螺杆必须保持清洁。
杂质或污垢会改变POM的过热稳定性(尤其是POM-H)。
所以当用完含卤聚合物或其他酸性聚合物后,应用PE清理干净后才能打POM料,否则会发生爆炸。
若作用不当的颜料、润滑剂或含GF尼龙的物料,会导致塑料降质。
9、后处理
对于非常温使用的制件且质量要求较高,须进行热处理。
退火处理效果,可将制品放入浓度为30%的盐酸溶液中浸30分钟检查,然后用肉眼观察判断是否有残余应力的裂纹产生。
POM后处理工艺
厚度6mm以下,温度100℃,时间0.25~1h;厚度6mm以上,温度120~130℃,时间4~6h。
方法温度时间
空气浴退火140-150℃壁厚每增加5mm即增加40-60分钟
油浴退火140-150℃壁厚每增加5mm即增加20-30分钟
POM的成型加工性能
1) POM的吸湿性小,一般为0.20%~0.25%,通常不经干燥就能成型加工,但对潮湿原料必须进行干燥。
干燥还能提高制品光泽度和机械强度。
2) POM的熔融温度范围很窄,熔化和固化速度快,结晶化速度也快,料温稍低于熔融温度即发生结晶化,流动性急速下降。
3) POM的热敏性强,极易分解,分解温度为240℃,但在200℃时滞留30mm以上也会发生分解,分解时散发刺激性及腐蚀性气体。
4) POM的结晶度高,在由无定型熔体变为结晶型固体时,收缩率接近20%,因此必须进行保压补料来防止收縮过多,以保证塑件尺寸。
5) POM的摩擦因数低,弹性大,塑件有浅侧凹槽时可强迫脱模,而不至损伤塑件。
6) POM的喷嘴孔径宜取大值,并采用直通式喷嘴,为防止流涎,喷嘴孔可呈喇叭形。
7) POM制品的硬度和刚性很大,塑件脱模性好、并易于快速脱模。
8) 浇注系统对熔料的阻力应小,故进料口要适当加大,流道中尽量避免死角滞料。
9) POM宜用螺杆式注塑机成型,余料不宜过多,在料筒滞留的时间也不宜过长。
10) 在POM的料温偏高,喷嘴温度偏低的情况下,高压对空注射时易发生爆炸伤人事故。
11) POM熔料的流动性中等,流动性的变化对温度不敏感,但对成型压力变化较敏感。
12) 对带有金属嵌件的POM制品,须将嵌件预热,预热温度为100~150℃,这样可减少塑件中嵌件周围的内应力,避免出现裂纹。
13) POM熔体的剪切应力和剪切速率的比值几乎为常数,为牛顿型熔体,熔体粘度受剪切速率影响较大,受温度的影响不大。
14) 铜是POM降解的催化剂,与POM接触的部位应避免使用铜及其合金材料。
15) 在同一POM制品中,成型收缩是不均勾的,壁厚部分比壁薄部分冷却慢,造成密度差使壁厚部分的熔料向壁薄部分流动,因此,制品壁厚应尽量均匀一致。
16) 在温度较高的情况下,POM会分解成甲醛,乃至生成甲酸,易于对模具产生腐蚀,所以模具应选用耐腐蚀并足够硬的材料来制造。
(2) POM的主要注塑成型条件
1) 料筒温度。
POM为结晶性塑料,其熔料在料筒内停留时间的长短对其所含晶核数量与大小均产生影响,在熔点以上的同一温度下,晶核数随熔体停留时间的增加而下降。
料筒温度一般控制在150~180℃,过高易导致变色分解; 过低则塑化不均,流动性差,为此,在保证流动性的前提下,应尽量采用较低的加工温度和较短的受热时间。
喷嘴温度通常略低于料筒温度。
2) 模具温度模温是影响POM强度的主要因素,模温高,结晶时间长, 有利于晶体的生长,结晶较完整,且流动性好。
通常模温控制在75~120℃,若要求塑件表面状况良好,模温可取大值。
3) 注射压力。
注射压力的大小取决于POM的熔融流动性,流道、浇口的厚度和宽度,以及制品的厚度等。
注射压力的范围较宽,通常为40~130MPa, 对于厚壁制品,注射压力可取小值;而薄壁制品则应取大值。
本塑料斜齿轮选用POM材料作为注塑材料。
第三部分注射机的型号和规格选择及校核
注射模是安装在注射机上的,因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解,以便设计出符合要求的模具,同时选定合适的注射机型号。
1.注射机的选用
选用注射机时,通常是以某塑件(或模具)实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号,然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。
以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号;为了保证正常的注射成型,模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量,即:
式子中,
—实际塑件(包括浇注系统凝料)的总体积(
)。
塑件体积:
V=
-
]×4+
-
]×20+
-
]×1×2+120.8(小三角)
=(3825+1280+346)
+120.8
=17236.94
浇注系统的体积:
-(
]×8=427
总体积:
=17663.94
聚甲醛密度:
р=1.41g/
一次成型塑件质量:
m=р
=24.91g
注塑机最大注射量=m/80%~m/50%=31.14~49.82g
所以,查阅塑料模设计手册的国产注射机技术规范及特性,可以选择XS—ZY—60.其最大理论注射容量为60cm3,注射压力为122MPa,锁模力为500KN,最大注射面积为130cm2.模具高度在200~300mm,最大开模行程180mm。
喷嘴圆弧半径为12mm,喷嘴孔直径为4mm。
2、注射压力的校核
该项工作是校核所选注射机的公称压力P是否满足塑件成型时需要的注射压力
。
而POM的注射压力的大小取决于POM的熔融流动性,流道、浇口的厚度和宽度,以及制品的厚度等。
注射压力的范围较宽,通常为40~130MPa, 对于厚壁制品,注射压力可取小值;而薄壁制品则应取大值。
对于本例中的斜齿轮我们选择
110Mpa
3、锁模力的校核
锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力,当高压的塑料熔体充填模腔时,会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。
为此,注射机的额定锁模力必须大于该胀型力,即:
F锁
F胀=
×
F锁—注射机的额定锁模力(N);
P分—模具型腔内塑料熔体平均压力(MPa);一般为注射压力的0.3~0.65倍,通常取20~40MPa。
我们这里选P型=35MPa。
—塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和(mm2)
=
/1000cm2
∴F锁
F胀=
×
=35MPa×
/1000cm2=109KN
而锁模力为500KN,大于109KN,符合要求。
4、开模行程与推出机构的校核
开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离,用H表示,它必须小于注射机移动模板的最大行程S。
由于注射机的锁模机构不同,开模行程可按以下两种情况进行校核:
一种是开模行程与模具厚度无关;二种是开模行程与模具厚度有关。
我们这里选用的是开模行程与模具厚度无关,且是单分型面注射模具。
1、当开模行程与模具厚度无关时
这种情况主要是指锁模机构为液压-机械联合作用的注射机,其模板行程是由连杆机构的做大冲程决定的,而与模厚度是无关的。
此情况又两种类型:
1对单分型面注射模,所需开模行程H为:
S=180mm
H=H1+H2+(5~10)mm
式中,H1—塑件推出距离(也可以作为凸模高度)(mm);
H2—包括浇注系统在内的塑高度(mm);
S—注射机移动板最大行程(mm);
H—所需要开模行程(mm)。
而我们这里通过资料可得出:
H=40+25+8=73(mm)<180(mm)。
2、推出机构的校核
各种型号注射机的推出装置和最大推出距离各不同,设计模具时,推出机构应与注射机相适应,具体可查资料。
第四部分 分型面的选择
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。
一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜,我们在这里选用与合模方向倾斜。
1、分型面的选择原则:
a)、便于塑件脱模:
Ⅰ、在开模时尽量使塑件留在动模内
Ⅱ、应有利于侧面分型和抽芯
Ⅲ、应合理安排塑件在型腔中的方位;
b)、考虑和保证塑件的外观不遭损坏
c)、尽力保证塑件尺寸的精度要求(如同心度等)
d)、有利于排气
e)、尽量使模具加工方便
2、我们这里选择水平分型面
第五部分型腔数目的决定及排布
1、型腔数目的确定:
为了使模具与注射机的生产能力的匹配,提高生产效率和经济性,并保证塑件体精度,模具设计时应确定型腔数目,常用的方法有四种:
a)、根据经济性能确定型腔数目;b)、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目;c)、根据注射机的最大注射量确定型腔数目;d)、根据制品精度确定型腔数目。
我们选择的是一模一腔。
第六部分浇注系统的设计
1、浇注系统各部件设计
A、主流道设计:
主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道,通常和注射机喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,带有一定的锥度,其主要设计点为:
2因为是圆环形浇口,所以主流道圆锥角α=15o,,内壁粗糙度为Ra0.63μm。
⑵主流道大端呈圆角,半径r=4.2mm,以减小料流转向过渡时的阻力。
⑶在模具结构允许的情况下,主流道应尽可能短,一般小于60mm,过长则会影响熔体的顺利充型。
⑷对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。
但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件,然后配合固定在模板上。
主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合,与定位圈的配合采用
间隙配合。
⑸主流道衬套一般选用T8、T10制造,热处理强度为52~56HRC。
B、浇口的设计:
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道,它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。
浇口的理想尺寸很难用理论公式计算,通常根据经验确定,取其下限,然后在试模过程中逐步加以修正。
一般浇口的截面积为分流道截面积的3%~9%,截面形状常为矩形或圆形,浇口长度为0.5~2mm,表面粗糙度Ra不低于0.4μm。
浇口的结构形式很多,按照浇口的形状可以分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。
而我们这里选用的是环形浇口。
浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题,所以我们在开设浇口时应注意以下几点:
①浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。
②浇口应设在制品壁厚较厚的部位,以利于补缩。
③浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。
④浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。
⑤对于带细长型芯的模具,宜采用中心顶部进料方式,以避免型芯受冲击变形。
⑥浇口应设在不影响制品外观的部位。
⑦不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。
第七部分成型零件的工作尺寸计算
一、凹模的结构形式:
凹模又称阴模,它是成型塑件外轮廓的零件。
根据需要有以下几种结构形式:
整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模,我们的产品属于小型制件,从各方面分析我们可选用组合式凹模。
二、凸模的结构形式
凸模(即型芯)是成型塑件内表面的成型零件,通常可非为整体式和组合式两种类型。
我们根据凹模的结构形式选择整体装配式凸模。
一、成型零件的工作尺寸计算
现设制品的名义尺寸LS是最大尺寸,其公差按规定为负值“-Δ”;凹模的名义尺寸LM是最小尺寸,其公差按规定为正值“+δZ”现由公式可得:
式中,“Δ”前的系数(此处为0.5)可随制品的精度和尺寸变化,一般在0.5~0.75之间,POM的收缩率S为0.02-0.03.制品偏差大则取小值,偏差小则取大值。
Δ值由塑料模设计手册《公差数值表》可查基本尺寸为63mm时,其Δ值为0.52,基本尺寸为25mm时Δ为0.36.(这里塑料件的精度取5级)
固可由以上公式算出其尺寸:
A、型腔尺寸计算:
=[63(1+0.02)-0.5*0.52]+0.3*0.52=
(mm)
=[25(1+0.02)-0.5*0.36]+0.3*0.36=25.32+0.108(mm)
B、型芯尺寸的计算
设塑件内型腔尺寸为ls,公差为正值“+Δ”,制造公差为负值“-δZ”,经过与上面凹模径向尺寸相似推理,可得:
由于我们塑料件的厚度为2mm。
因此相应的尺寸上减去4mm或者2mm。
Δ值的取值分别为:
基本尺寸为63mm的为0.52,25mm的为0.36.
=[63(1+0.02)+0.5*0.52]-0.3*0.52
=64.52-0.156mm
=[25(1+0.02)+0.5*0.36]-0.3*0.36
=25.68-0.108mm
C、型腔壁厚和底板厚度计算
在注射成型过程中,型腔主要承受塑料熔体的压力,因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。
如果型腔壁厚和底板的厚度不够,当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时,型腔将导致塑性变形,甚至开裂。
与此同时,若刚度不足将导致过大的弹性变形,从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。
因此,有必要对型腔进行强度和刚度的计算,尤其是对大型塑件。
但我们这里的塑件较小,故不需要对型腔壁厚和底板厚度进行计算,大致得体即可。
第八部分导柱导向机构的设计
为了保证注射模准确合模和开模,在注射模中必须设置导向机构。
导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。
我们在设计此机构的同时还应注意以下几点:
⑴、导柱应合理地均布在模具分型面的四周,导柱中心至模具外缘应有足够的距离,以保证模具的强度。
(2)、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8,导柱和导套固定部分配合按H7/k6,导套外径的配合按H7/k6。
我们所选的导柱还充当复位杆的功能。
第九部分脱模机构的设计
我们的模具采用的是弹簧二级双脱模。
具体见装配图说明。
第十部分设计小结
塑料工业是当今世界上最快的工业门类之一,对于我国而言,它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。
我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的,但是通过这次塑料模具课程设计,让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识,更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法,对塑料模有了一个更高的认识。
这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助,也间接性的为今后的工作经验有了一定的积累。
塑料制品成型及模具的设计还是个很专业性、实践性很强的技术,而它的主要内容都是在今后的生产实践中逐步积累和丰富起来的。
因此,我们要学好这项技术光靠书本上的点点知识还是不够的,我们更多的还应该将理论与实际结合起来,这还需要我们到工厂里去实践。
我相信在未来的我一定能走到最前头。
第十一部分参考资料
[1]屈华昌主编,塑料成型工艺与模具设计,高等教育出版社,2009
[2]塑料模具设计手册编委会,塑料模具设计手册,机械工业出版社,2004
[3]叶久新、王群主编,塑料制品成型及模具设计,湖南科学技术出版社,2003
[4]申开智主编,塑料成型模具,中国轻工业出版社,2010
[5]彭建生主编,简明模具工使用设计手册,1993
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