曲型支架板进行注塑模具设计.docx
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曲型支架板进行注塑模具设计
摘要
对曲型支架板进行注塑模具设计,以取代传统的机械加工方法。
ABS由于具有良好的物理、化学、机械性能,并且易于注塑成型,因此选用ABS作为注塑材料。
将几何作图法和Pro/Engineer软件分析法相结合,运用Pro/Engineer软件建立塑件实体模型,计算出塑件体积、质量和在分型面的投影面积;利用几何作图法初步确定浇口数目及位置。
根据塑件生产要求及结构工艺性分析,采用一模四腔布局,侧浇口浇注。
塑件呈阶梯型,采用两板式注塑模,阶梯型分型面。
针对塑件上的四个孔,采用推杆推出机构,将推杆与型芯设计成一体。
对模具总体结构、浇注系统、推出机构、冷却系统进行了合理的设计,对注塑机进行了校核,形成了一套完整的模具设计方案。
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关键词:
曲型支架板;注塑模具;Pro/Engineer
Abstract
Thecurvedsupportboardwasinjectionmoldedtoreplacethemechanicalprocessingmethod.ABS,whichhasexcellentphysical、chemicalandmechanicalpropertiesandeasytobeinjectionmolded,wasselectedasmoldingmaterial.ThemoldwasdesignedbyusinggeometrydiagramandPro/Engineersoftwareanalysismethods.A3dimensionalmodelofthepartwasbuiltwithPro/Engineersoftwaretogetthevolumeandweightoftheplasticpartsandtheprojectionareaonthepartingsurface.TheGatenumberandpositionwasfirstdeterminedapplyingwithgeometrymethods.Accordingtotheproductionrequirementsandthestructureoftheproduct,afourcavity,sidegatingsystemwasused.2-platemoldwasadopted.Theladdertypepartingsurfacewasapplied.Basedonthefourholesinthepart,thepushrodinstitutionswasused,thepushrodandcoreswasdesignedasonepart.Theoverallstructuralsystem、gatingsystem、pushrodinstitutionsandcoolingsystemofthemoldwereallreasonabledesigned,Theinjectionmachinewasalsochecked,formedacompletemolddesign.
Keywords:
supportboard;injectionmold;Pro/Engineer
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目录
绪论4
第1章塑件以及成型工艺性分析6
1.1明确塑件设计要求6
1.2塑件材料分析7
1.3塑件成型工艺性分析7
1.4明确塑件生产批量7
1.5计算塑件体积和质量7
第2章模具设计有关计算8
2.1型腔工作尺寸的计算8
2.1.1型腔径向尺寸的计算8
2.1.2型腔壁厚尺寸计算9
2.2型芯工作尺寸的计算9
2.2.1型芯径向尺寸的计算9
2.2.2型芯高度尺寸的计算10
2.2.3型芯中心距尺寸计算10
第3章模具结构设计13
3.1塑件分型面的选择13
3.2初选注塑机型号和规格14
3.3确定型腔数目16
3.4浇注系统设计16
3.4.1主流道设计18
3.4.2分流道设计19
3.4.3冷料穴和拉料杆设计20
3.4.4浇口设计20
3.4.5浇口位置选择21
3.5选择模架21
3.6模具成型工作零件的结构设计23
3.6.1凹模结构设计23
3.6.2凸模结构设计23
3.6.3小型芯的结构设计24
3.7结构零部件设计24
3.7.1支承零部件设计24
3.7.2动定模座板25
3.8合模导向机构25
3.9推出机构的设计26
3.9.1推出力的计算26
3.9.2推出机构设计27
3.10排溢系统的设计29
3.11加热和冷却方式的设计29
3.11.1冷却回路的尺寸确定29
3.11.2冷却系统的结构31
第4章注射机参数校核31
4.1型腔数量的校核31
4.2最大注射量校核32
4.3锁模力校核32
4.4注射压力的校核32
4.5模具与注射机安装部分相关尺寸校核32
4.5.1模具闭合高度校核32
4.5.2模具外形尺寸校核33
4.5.3开模行程校核33
总结34
参考文献35
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绪论
曲型支架板是汽车上的零件,起支承作用。
目前大多曲型支架板都采用金属切削加工,成本较大,零件质量大,加工时间长。
如果零件用塑件替换,采用注塑成型,由于塑料成本低,质量轻,注塑成型时间较短,明显优于金属加工方法。
并且,一些工程塑料具有良好的机械和化学性能,甚至可以代替金属材料。
本次设计内容为曲型支架板注塑模具设计。
目的是用注塑生产工艺取代金属加工,实现曲型支架板快速成型。
将几何作图法和Pro/Engineer软件分析法相结合,运用Pro/Engineer软件建立了塑件实体模型,计算出塑件体积、质量和在分型面的投影面积;利用几何作图法初步确定浇口数目及位置。
根据塑件生产要求及结构工艺性分析,采用一模四腔布局,侧浇口浇注。
塑件呈阶梯型,采用两板式注塑模,阶梯型分型面。
针对塑件上的四个孔,采用推杆推出机构,将推杆与型芯设计成一体。
对模具总体结构、浇注系统、推出机构、冷却系统进行了合理的设计,并对注塑机进行校核,形成了一套完整的模具设计方案。
以节能、低碳、绿色、环保为理念的汽车轻量化设计是未来汽车发展的必然趋势,而汽车轻量化主要是通过材料轻量化和结构设计优化来实现。
车用塑料在汽车轻量化方面的应用前景被看好。
目前,世界上不少轿车的塑料用料已超过120kg/辆(个别车型,如德国奔驰高级轿车的塑料使用量已经达到150kg/辆),国内一些轿车的塑料用量也已经达到90kg/辆。
运用零件也越来越广泛,如:
前后保险杠、仪表板、塑料油箱、进气歧管、通风管道等。
目前,发达国家已将汽车塑料用量作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志[1]。
随着模具工业的快速发展,人们越来越多的采用新技术进行模具设计,以缩短生产周期,提高效益。
传统的注塑模具设计主要依靠设计人员的直觉和经验,模具设计加工完成后,往往需要反复地调试才能正式投入生产,这种方式严重制约了新产品的开发,随着计算机技术的发展,越来越多的国家采用CAD/CAE技术来设计制造模具,现已发展出了3DCAD/CAE系统的标准软件[2]。
目前,CAD/CAE、EMX软件及Moldflow等其它软件在模具设计中的应用也越来越广泛[2-16]。
1.国内注塑模具发展现状[17]
(1).CAD/CAM/CAE技术的一体化
模具的计算机辅助设计与制造已经在很大程度上在很多模具制造企业得到应用与普及。
目前,国内众多模具企业中,CAD/CAM技术已经广泛使用,但CAD/CAM/CAE一体化技术的应用还需要大力促进和推广。
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(2).满足汽车模具结构的大型化和复杂化要求采用新技术
汽车工业的发展,促进了新款式、新车型的更新速度加快,带动和提升了大型、复杂结构模具的设计与制造技术水平。
面临汽车模具的开发周期越来越短、技术含量和制造精度越来越高的挑战,汽车覆盖件模具设计制造中近年来采用了许多新的技术,
在工艺设计中大量应用模拟仿真技术成为不可缺少的工具。
三维模具设计在国外已经是十分普遍的技术,特别是应用在汽车覆盖件等大型、复杂模具设计中。
国内一些大型汽车模具企业已经或正在逐步实现三维模具设计,与国外的技术水平差距在缩小。
(3).高速铣削在模具加工中的应用
高速铣削在模具加工中得到推广应用,国外已经出现主轴转速达100000r/min的高速铣,国内也有主轴转速达到60000r/min的高速铣。
刀具快速进给的速度可以达到30~40m/min,加工零件的表面粗糙度值达到Ra≤10um,形状精度达10um以下,可以加工材料硬度60HRC以上。
高速铣削已经成为模具不可或缺的加工工具。
(4).热流道技术、气辅成型技术、高压注射技术在注射模中的应用
热流道技术已在国内注塑企业中得到广泛应用。
气辅注射成型是一项新的工艺,已在汽车和家电模具中得到应用。
高压注射技术是气体辅助注射成型中的一项新的技术。
(5).纳米模具技术为微细成型提供了技术支持
该技术在国内已有应用
(6).逆向工程技术
高速、高精度检测仪器的应用和数据处理技术的发展,使得逆向工程在新产品开发、模具设计与制造中得到充分的发挥。
(7).模具热处理与表面强化技术
模具热处理技术主要从渗入单一元素向多元共渗、复合渗方向发展;由一般扩散向CVD、PVD离子渗入、离子注射方向发展,热处理手段向真空热处理发展,采用的覆膜有TiC、TiN、TA1N、CrN、W2C等,其它新的表面强度化技术也得到重视和应用,如激光强化、辉光离子氮化技术等。
高能束激光相变硬化技术对汽车覆盖件模具特别有效,除提高模具型腔的表面硬度外,还能减小模具的变形,因而提高产品质量。
(8).模具制造业中的信息化与网络化技术
华中科技大学的李德群、张宜生教授等在模具企业网络化模式方面作了相关的研究,提出战略联盟、基于ASP模式的协同制造等。
2.未来模具技术的发展重点
我国模具技术的发展重点和行业今后需要提高的共性技术有:
(1)提高模具设计的现代化、信息化、智能化和标准化水平,全面推广和应用三维设计、成形模拟和数字化制造技术、企业信息化管理技术。
(2)建立在CAM/CAPP基础上的先进模具加工技术和现代制造技术相结合,提高模具加工的自动化水平。
(3)推广与普及信息化网络技术,集成PDM、ERP、MIS、系统与Internet平台,让模具公共信息服务平台真正发挥作用。
(4)攻克超高速、超高精度模具的加工技术难关,模具精度达到±0.001mm,主轴转速超过100000r/min的高速加工,完全实现镜面加工
(5)重点发展大型、精密、复杂、组合、多功能复合模具和高速多工位级进模具。
突破在航空航天、高速铁路、轨道交通、新能源等领域要求的高强、高速、高韧、耐高温、高耐磨性材料的成型工艺及模具制造上的技术难题。
(6)积极参与模具行业国际化环境下的竞争,开发拥有自主知识产权、具有较高水平的模具设计、加工及管理软件,不断提高软件的智能化、集成化程度,并在各类模具企业中得到推广和应用。
(7)符合发展低碳经济的节能、节材的模具制造技术、模具热处理、表面光整加工和表面处理新技术。
(8)微纳米成型加工技术,考虑尺度效应、温度与环境效应的微成型模具的设计与加工技术。
第1章塑件以及成型工艺性分析
1.1明确塑件设计要求联系QQ:
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如图1.1所示为曲型支架板塑料件三维工程图。
为阶梯形板件,零件上有四个通孔。
该零件可用于汽车上支承件。
表面要求一般。
不允许有毛刺、飞边、凹陷、花纹、气泡等缺陷存在。
(a)(b)
图1.1塑件三维图
各尺寸如图1.2所示。
长度方向尺寸(如孔φ3.025与孔φ3.6之间距离)要求与其它零件配合紧密。
尺寸φ3.6与尺寸φ3.025要求与其它零件装配后吻合。
不允许出现凹凸不平的感觉。
尺寸φ3.025要求严格。
溢料、溢边在0.05mm以下,平面度为0.3mm,脱模斜度为1°。
直角公差为±0.5°。
塑件壁厚均匀(1.2mm)。
属薄壁塑件。
(a)
(b)
图1.2塑件二维图
1.2塑件材料分析
塑件材料为ABS,成型收缩率为0.3%~0.8%[1]。
如成型条件适当,塑件尺寸可控制在一定公差范围内。
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的聚合物,因此ABS具有良好的综合力学性能。
丙烯腈会使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度。
丁二烯使ABS坚韧,苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。
ABS具有较高的抗冲击强度,且在低温下也不迅速下降;有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易于成型加工,且易着色。
ABS几乎不受酸、碱、盐及水和无机化合物的影响,溶于酮、醛、酯、氯代烃中,不溶于大部分醇类及烃类溶剂[2]。
所以,塑料ABS满足塑件的成型技术要求。
1.3塑件成型工艺性分析联系QQ:
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从给定的塑件产品图和技术要求可看出,塑件的形状为板型。
有两级阶梯。
壁厚1.2mm,脱模斜度为1°。
尺寸φ3.025要求较高,可通过提高模具制造精度和严格控制原材料和注射成型工艺参数来实现。
其它尺寸精度为MT4级公差,符合成型工艺要求。
塑件形状不规则,并且是阶梯形,增加模具设计和制造难度。
对生产周期和塑件成型流动性有一定影响。
塑件尺寸较小,不会出现充填不足。
壁厚较薄,分布均匀,可以避免成型过程中产生气泡,缩孔,缩松等缺陷。
1.4明确塑件生产批量
大批量生产。
要求在三个月内完成50000件。
1.5计算塑件体积和质量
该塑件材料为ABS,密度为1.08~1.2g/cm3[2],平均密度为1.14g/cm3。
用PRO/E画出三维实体,得到塑件体积0.5537cm3。
塑件的质量M塑=ρV塑=0.6312(g)。
第2章模具设计有关计算
2.1型腔工作尺寸的计算
2.1.1型腔径向尺寸的计算v
由公式,联系QQ:
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式中,Lm——模具型腔径向基本尺寸;
Ls——塑件外表面的径向基本尺寸;
——塑料的平均收缩率;
△——塑件外表面径向基本尺寸的公差;
δz——模具制造公差。
该塑件材料为ABS,收缩率为0.3%~0.8%,其平均收缩率为0.55%。
由于模具成型零件的制造精度直接影响塑件尺寸精度,一般成型零件工作尺寸的制造公差根据塑件公差△而定。
由表2.1,塑件基本尺寸范围为0~60mm,模具制造公差δz为塑件公差△的1/3~1/4,取1/3。
模具成型零件的表面粗糙度取Ra=0.8~0.2um。
表2.1模具制造公差δ与塑件尺寸公差△的比例关系[1]
塑件基本尺寸L/mm
δ/△
塑件基本尺寸L/mm
δ/△
0~60
1/3~1/4
250~350
1/6~1/7
60~150
1/4~1/5
350~500
1/7~1/8
150~250
1/5~1/6
500以上
1/9~1/10
[1].模具设计与制造(表9-2)田光辉,林红旗主编,北京大学出版社,2009.9
例如塑件尺寸R4:
型腔工作尺寸=4×(1+0.55%)―3/4×0.18=3.887(mm)。
所以,
的型腔工作尺寸为
。
型腔径向尺寸如表2.2
表2.2型腔径向尺寸
塑件基本尺寸
L(mm)
塑件公差
△(mm)
公式
型腔工作尺寸(mm)
公差δz
Lm(mm)
10
±0.1
9.905
±0.033
4.5
±0.09
4.39
±0.03
R4
0
-0.18
3.887
0
-0.06
6.5
±0.1
6.386
±0.033
4
±0.09
3.887
±0.03
9.5
±0.1
9.402
±0.033
0.5
±0.08
0.383
±0.027
5
±0.09
4.893
±0.03
7
±0.1
6.889
±0.033
8
±0.1
7.894
±0.033
塑件基本尺寸
Ls(mm)
塑件公差
△(mm)
型腔工作尺寸(mm)
公差δz
Lm(mm)
3
±0.08
2.9
±0.027
10.5
±0.12
10.378
±0.04
14.5
±0.14
14.37
±0.047
39
±0.21
38.9
±0.07
1
±0.08
0.856
±0.027
R3
+0.16
0
2.774
+0.053
0
R3
0
-0.16
2.774
0
-0.053
2.1.2型腔壁厚尺寸计算
由公式,
式中,Hm——模具型腔深度基本尺寸;
Hs——塑件突起部分高度基本尺寸;
——塑料的平均收缩率;
△——塑件外表面径向基本尺寸的公差;
δz——模具制造公差。
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型腔壁厚尺寸如表2.3
表2.3型腔壁厚尺寸
塑件基本尺寸
Hs(mm)
塑件公差
△(mm)
公式
型腔壁厚尺寸(mm)
公差δz
Hm(mm)
1.3
±0.08
1.2
±0.027
0.8
±0.08
0.698
±0.027
1.2
±0.08
1.1
±0.027
2.5
±0.08
2.407
±0.027
2
±0.08
1.904
±0.027
2.2型芯工作尺寸的计算
2.2.1型芯径向尺寸的计算
由公式,
式中,lm——模具型芯径向基本尺寸;
ls——塑件内表面的径向基本尺寸;
——塑料的平均收缩率;
△——塑件内表面径向基本尺寸的公差;
δz——模具制造公差。
型芯径向尺寸如表2.4。
表2.4型芯径向尺寸
塑件基本尺寸
ls(mm)
塑件公差
△(mm)
公式
型腔壁厚尺寸(mm)
公差δz
lm(mm)
0
-0.18
3.177
0
-0.06
0
-0.18
3.755
0
-0.06
2.2.2型芯高度尺寸的计算
由公式,
式中,hm——模具型芯高度基本尺寸;
hs——塑件孔或凹槽深度尺寸;
——塑料的平均收缩率;
△——塑件内表面径向基本尺寸的公差;
δz——模具制造公差。
型芯高度尺寸如表3.5
表2.5型芯高度尺寸
塑件基本尺寸
hs(mm)
塑件公差
△(mm)
公式
型腔壁厚尺寸(mm)
公差δz
hm(mm)
1.2
±0.08
1.313
±0.027
2.2.3型芯中心距尺寸计算
由公式,
式中,Cm——模具中心距基本尺寸;
Cs——塑件中心距基本尺寸;
——塑料的平均收缩率;
△——塑件内表面径向基本尺寸的公差;
δz——模具制造公差。
型芯中心距尺寸如表2.6
表2.6型芯中心距尺寸
塑件基本尺寸
Cs(mm)
塑件公差
△(mm)
公式
型芯中心距尺寸(mm)
公差δz
Cm(mm)
10
±0.1
10.055
±0.033
4.5
±0.09
4.525
±0.03
39
±0.21
39.215
±0.07
5
±0.09
5.028
±0.03
1
±0.08
1.006
±0.027
型腔与型芯工作尺寸如图2.1。
(a)型腔与型芯高度方向工作尺寸
(b)型腔径向方向工作尺寸
(c)型芯径向方向工作尺寸
图2.1型腔与型芯工作尺寸
第3章模具结构设计
3.1塑件分型面的选择
分型面选择原则:
(1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
(2)分型面应使塑件留在动模部分。
(3)分型面应有利于保证塑件外形质量和精度要求。
(4)分型面应有利于保证塑件精度。
(5)分型面应有利于型腔排气。
(6)分型面应有利于模具的制造。
(7)分型面应有利于侧向抽芯。
方案1
(a).分型面为平面,设在中间平面上。
型腔位于动模板和定模板上,对塑件尺寸精度有影响。
如图3.1(a)。
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方案2
(b).根据塑件结构特点,分型面呈阶梯状,塑件位于定模一侧。
分型面对尺寸精度影响较小。
但塑件位于定模一侧,不易脱模。
如图3.1(b)。
方案3
(c).分型面呈阶梯状,塑件位于动模一侧。
分型面对尺寸精度影响较小,且塑件留在动模板上,易脱模。
如图3.1(c)。
(a)
(b)
(c)
图3.1分型面选择
3.2初选注塑机型号和规格
1.初步确定型腔数目
塑件结构较简单,要求三月生产5万件,每月按22个工作日,每个工作日的有效工作时间按7小时计算,则3个月的总共工作时间为1663200s,ABS材料的成型周期按55s计算,加上3%的废品率,则完成任务需要的时间t为
55×50000×﹙1+3%﹚=2832500s
给定时间少于2832500s,一模一腔不够,如果一模两腔,所需时间t为
2832500÷2=1416250(s)
1663200s≥1416250s,满足生产要求。
型腔数目大于等于两腔,即可满足生产需求。
塑件结构较简单,型腔数目初定为一模四腔。
2.粗略计算浇注系统体积
塑件采用侧浇口浇注系统,模具采用两板式结构,粗略计算浇注系统体积V浇=5.951cm3,质量M浇=6.785g。
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3.粗略计算一次注射所需总体积和总质量
计算一次注射所需总体积V=4V塑+V浇=5.951+0.5537×4=8.17(cm3)。
计算一次注射所需总质量M=4M塑+M浇=4×0.6312+6.785=9.3(g)。
4初选注射机型号。
由表3.1[1],塑料ABS选用注射机类型为螺杆式。
表3.1如下:
表3.1常用塑料的注射工艺参数[1]
塑料
项目
ABS
高抗冲
ABS
耐热
ABS
电镀级
ABS
阻燃
ABS
透明
ABS
注射机类型
螺杆式
螺杆式
螺杆式
螺杆式
螺杆式
螺杆式
螺杆转速/(r·min-1)
30~60
30~60
30~60
20~60
20~50
30~60
喷嘴
形式
直通式
直通式
直通式
直通式
直通式
直通式
温度/℃
180~190
190~200
190~200
150~210
180~190
190~200
料筒温度
/℃
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