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營(yíng)養(yǎng)快線瓶蓋塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)
1緒論
1.1 塑料模具的功用
模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的工具,按制品所采用的原料不同,成型方法不同,一般將模具分為塑料模具,金屬?zèng)_壓模具,金屬壓鑄模具,橡膠模具,玻璃模具等。因人們?nèi)粘I钏玫闹破泛透鞣N機(jī)械零件,在成型中多數(shù)是通過(guò)模具來(lái)制成品,所以模具制造業(yè)已成為一個(gè)大行業(yè)。在高分子材料加工領(lǐng)域中,用于塑料制品成形的模具,稱為塑料成形模具,簡(jiǎn)稱塑料模.塑料模優(yōu)化設(shè)計(jì),是當(dāng)代高分子材料加工領(lǐng)域中的重大課題。
塑料模具的設(shè)計(jì)是模具制造中的關(guān)鍵工作。通過(guò)合理設(shè)計(jì)制造出來(lái)的模具不僅能順利地成型高質(zhì)量的塑件,還能簡(jiǎn)化模具的加工過(guò)程和實(shí)施塑件的高效率生產(chǎn),從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本和提高附加價(jià)值的目的。
塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和日常生活等方面獲得廣泛應(yīng)用。為了生產(chǎn)這些塑料制品必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的塑料模具。在塑料材料、制品設(shè)計(jì)及加工工藝確定以后,塑料模具設(shè)計(jì)對(duì)制品質(zhì)量與產(chǎn)量,就決定性的影響。首先,模腔形狀、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、進(jìn)澆與排氣位置選擇、脫模方式以及定型方法的確定等,均對(duì)制品(或型材)尺寸精度形狀精度以及塑件的物理性能、內(nèi)應(yīng)力大小、表觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量等,起著十分重要的影響。其次,在塑件加工過(guò)程中,塑料模結(jié)構(gòu)的合理性,對(duì)操作的難易程度,具有重要的影響。再次,塑料模對(duì)塑件成本也有相當(dāng)大的影響,除簡(jiǎn)易模外,一般來(lái)說(shuō)制模費(fèi)用是十分昂貴的,大型塑料模更是如此。
現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中,合理的加工工藝、高效的設(shè)備和先進(jìn)的模具,被譽(yù)為塑料制品成型技術(shù)的“三大支柱”。尤其是加工工藝要求、塑件使用要求、塑件外觀要求,起著無(wú)可替代的作用。高效全自動(dòng)化設(shè)備,也只有裝上能自動(dòng)化生產(chǎn)的模具,才能發(fā)揮其應(yīng)有的效能。此外,塑件生產(chǎn)與更新均以模具制造和更新為前提。
塑料摸是塑料制品生產(chǎn)的基礎(chǔ)之深刻含意,正日益為人們理解和掌握。當(dāng)塑料制品及其成形設(shè)備被確定后,塑件質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低,模具因素約占80%。由此可知,推動(dòng)模具技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)是不容緩的策略。尤其大型塑料模的設(shè)計(jì)與制造水平,常標(biāo)志一個(gè)國(guó)家工業(yè)化的發(fā)展程度。
1.2我國(guó)塑料模具現(xiàn)狀
塑料模是現(xiàn)代塑料工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備,塑料模工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。用塑料模生產(chǎn)成型零件的主要優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)、材料利用率高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致,特別是對(duì)大批量生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品,更能獲得價(jià)廉物美的經(jīng)濟(jì)效果。
在模具方面,我國(guó)模具總量雖已位居世界第三,但設(shè)計(jì)制造水平總體上比德、美、日、法、意等發(fā)達(dá)國(guó)家落后許多,模具商品化和標(biāo)準(zhǔn)化程度比國(guó)際水平低許多。在模具價(jià)格方面,我國(guó)比發(fā)達(dá)國(guó)家低許多,約為發(fā)達(dá)國(guó)家的1/3~1/5,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家將模具向我國(guó)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)進(jìn)一步明朗化。
隨著我國(guó)改革開(kāi)放步伐的進(jìn)一步加快,我國(guó)正逐步成為全球制造業(yè)的基地,特別是加入WTO后,作為制造業(yè)基礎(chǔ)的模具行業(yè)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。塑料模的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、CAD技術(shù)、CAPP技術(shù),已有相當(dāng)規(guī)模的確開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。在設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)上與發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)差距較大,在模具材料方面,專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全質(zhì)量尚不穩(wěn)定。模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不高,系列化]商品化尚待規(guī)?;籆AD、CAE、Flow Cool軟件等應(yīng)用比例不高;獨(dú)立的模具工廠少;專業(yè)與柔性化相結(jié)合尚無(wú)規(guī)劃;企業(yè)大而全居多,多屬勞動(dòng)密集型企業(yè)。因此,我國(guó)要從一個(gè)制造業(yè)大國(guó)發(fā)展成為一個(gè)制造業(yè)強(qiáng)國(guó),必須要振興和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè),努力提高模具工業(yè)的整體技術(shù)水平,提高模具設(shè)計(jì)與制造水平,提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。
1.3塑料模發(fā)展趨勢(shì)
塑料作為現(xiàn)代四大工業(yè)基礎(chǔ)材料之一,越來(lái)越廣泛地在各行各業(yè)應(yīng)用。其中注塑成型在塑料的各種成型工藝中所占的比例也越來(lái)越大。隨著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)不段向前發(fā)展,對(duì)注塑成型的制品質(zhì)量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造型和精度直接與模具設(shè)計(jì)和制造有關(guān)系,對(duì)注塑制品的要求就是對(duì)模具的要求。
由于計(jì)算技術(shù)和數(shù)控加工迅速發(fā)展,使得CAD/CAM逐漸取代了過(guò)去塑料模的設(shè)計(jì)與制造技術(shù),使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造方法及組織生產(chǎn)的模式發(fā)生了深刻變化。塑料模CAD/CAM的發(fā)展不僅可以提高塑料模質(zhì)量,減少塑料模的設(shè)計(jì)與制造工時(shí),縮短塑料模生產(chǎn)周期,加快塑件生產(chǎn)和產(chǎn)品的更新?lián)Q代,而且更主要的是能滿足當(dāng)前用戶對(duì)塑料模行業(yè)提出的“質(zhì)量高、交貨快、價(jià)格低”的要求。
塑料模以后的發(fā)展主要有以下幾方面:
1、 注射模CAD實(shí)用化;
2、 擠塑模CAD的開(kāi)發(fā);
3、 壓模CAD的開(kāi)發(fā);
4、 塑料專用鋼材系列化;
5、 塑料模CAD/CAE/CAM集成化;
6、 塑料模標(biāo)準(zhǔn)化。
有人說(shuō),模具是現(xiàn)代工業(yè)之母。新的世紀(jì)已經(jīng)來(lái)到了,世界各國(guó)對(duì)模具生產(chǎn)技術(shù)非常重視,出現(xiàn)許多新工藝、新技術(shù),從而促進(jìn)模具制造局勢(shì)的不斷進(jìn)步。
1.4本設(shè)計(jì)的目的
本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是營(yíng)養(yǎng)快線瓶蓋注塑模具的設(shè)計(jì)。之所以選擇這個(gè)設(shè)計(jì)題目的主要有兩方面意義:1、瓶蓋是帶內(nèi)螺紋的塑件要求設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到脫模的方式方法,多分型面結(jié)構(gòu)以及點(diǎn)澆口方式的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法;2、瓶蓋屬中小型件在我們的日常生活中有一定的普遍性和代表性,為今后的實(shí)用性模具設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)以更好的服務(wù)模具制造業(yè)服務(wù)社會(huì)。
本次設(shè)計(jì)的主要目的:了解模具設(shè)計(jì)的方法與內(nèi)容;掌握各類型模具的基本結(jié)構(gòu)以及各零部件與非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì);熟悉模具材料的性能與應(yīng)用以及加工方法與加工手段;熟練應(yīng)用各種模具設(shè)計(jì)軟件,包括CAD、UG、Pro/E等;了解模具的發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)展方向。同時(shí),在設(shè)計(jì)過(guò)程中,通過(guò)查閱大量資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)等,結(jié)合教材上的知識(shí)也對(duì)注塑模具的組成結(jié)構(gòu)(成型零部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部分、推出機(jī)構(gòu)、側(cè)抽機(jī)構(gòu)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng))有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),拓寬了視野,豐富了知識(shí)希望通過(guò)本次設(shè)計(jì)為今后的工作奠定一個(gè)良好的基礎(chǔ),以及為將來(lái)獨(dú)立完成模具設(shè)計(jì)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
2 塑件的工藝性分析
零件名稱:營(yíng)養(yǎng)快線瓶蓋
生產(chǎn)批量:大量生產(chǎn)
材 料:聚乙烯PE
圖 1-1 塑件圖
塑件的工藝性分析包括:塑件的原材料分析、塑件的工藝性分析、塑件的尺寸精度分析和塑件表面質(zhì)量,其具體分析如下:
2.1塑件的原材料分析
2.1.1 材料簡(jiǎn)介
LDPE 中文名:低密度聚乙烯
英文名:Low density polyethylene
聚乙烯抗多種有機(jī)溶劑,抗多種酸堿腐蝕,但是不抗氧化性酸,在氧化性環(huán)境中聚乙烯會(huì)被氧化。
聚乙烯在薄膜狀態(tài)下可以被認(rèn)為是透明的,但是在塊狀存在的時(shí)候由于其內(nèi)部存在大量的晶體,會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的光散射而不透明。聚乙烯結(jié)晶的程度受到其枝鏈的個(gè)數(shù)的影響,枝鏈越多,越難以結(jié)晶。聚乙烯的晶體融化溫度也受到枝鏈個(gè)數(shù)的影響,分布于從90℃到130℃的范圍,枝鏈越多融化溫度越低。聚乙烯單晶通??梢酝ㄟ^(guò)把高密度聚乙烯在130℃以上的環(huán)境中溶于二甲苯中制備。
(LDPE)---- 低密度聚乙烯是高壓下乙烯自由基聚合而獲得的熱塑性塑料。無(wú)毒、無(wú)味、呈乳白色。密度為0.916~0.930g/cm3,有一定的機(jī)械強(qiáng)度,具有良好的耐沖擊性、柔軟性及透明性,但和其他的大型塑料構(gòu)件相比強(qiáng)度、剛度較差,表面硬度差。聚乙烯的絕緣性能優(yōu)異,在常溫下聚乙烯不會(huì)溶于任何一種已知的溶劑,并耐稀硫酸、稀硝酸和任何濃度的其他酸以及各種濃度的堿、鹽溶液。聚乙稀有高度的耐水性,長(zhǎng)期與水接觸其性能可保持不變。適合做飲料、低腐蝕性液體的瓶蓋。其透水氣性能較差,而透氧氣、二氧化碳以及許多有機(jī)物質(zhì)蒸氣的性能好。在熱、光、氧氣等作用下會(huì)產(chǎn)生變脆和老化。一般使用溫度約在80℃左右。耐寒,在-60℃時(shí)仍有較好的力學(xué)性能,-70℃時(shí)仍有一定的柔軟性。
2.1.2 成型特性
成型前應(yīng)對(duì)物料的外觀色澤、顆粒情況,有無(wú)雜質(zhì)的進(jìn)行檢驗(yàn),并測(cè)試其熱穩(wěn)定性,流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。低密度聚乙烯屬于結(jié)晶形塑料,吸濕性小, 熔體粘度小,成型前可不預(yù)熱,成型時(shí)不易分解,流動(dòng)性極好, 溢邊值為0.02mm左右,流動(dòng)性對(duì)壓力變化敏感,加熱時(shí)間長(zhǎng)則易發(fā)生分解。收縮率較大,方向性明顯,易發(fā)生變形、翹曲,結(jié)晶度及模具冷卻條件對(duì)收縮率有較大影響,應(yīng)控制模溫。冷卻速度快,必須得到充分冷卻,設(shè)計(jì)模具時(shí)要設(shè)冷料穴和冷卻系統(tǒng)宜用高壓注射,料溫要均勻,填充速度應(yīng)快,保壓要均勻。不宜采用直接澆口注射,否則會(huì)增加內(nèi)應(yīng)力,使收縮不均勻和方向性明顯。應(yīng)注意選擇澆口位置。質(zhì)軟易脫模,塑件有淺的側(cè)凹可強(qiáng)行脫模。
2.1.3 綜合性能
壓縮比: 1.84~2.30
熱變形溫度: 1.88MPa---- 48oC
0.46MPa----60~82oC
拉伸彈性模量: 0.84~0.95GPa
抗拉屈服強(qiáng)度: 22~39MPa
彎曲強(qiáng)度: 25~40MPa
彎曲彈性模量: 1.1~1.4GPa
壓縮強(qiáng)度: 225MPa
疲勞強(qiáng)度: 11Mpa
脆化溫度: -70
2.1.4 LDPE的注射工藝參數(shù)
注射機(jī)類型 柱塞式
噴嘴形式 直通式
模具溫度(℃) 30~45 oC
噴嘴溫度(℃) 150~170oC
后段溫度(℃) 140~160oC
中段溫度(℃) ——
前段溫度(℃) 170~210oC
注射壓力() 60~100MPa
保壓力() 40~50MPa
注射時(shí)間(s) 0~5s
保壓時(shí)間(s) 15~60s
冷卻時(shí)間(s) 15~60s
其他時(shí)間(s) 3s
成型周期(s) 40~140s
成型收縮(%) 0.8%
干燥溫度(℃) 60~80oC
2.2塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
2.2.1 塑件的成型分析
從圖紙上分析,該塑件的外形為回轉(zhuǎn)體,該構(gòu)件的表面的形狀和整體的結(jié)構(gòu)較其他塑件較為簡(jiǎn)單,經(jīng)過(guò)對(duì)大量的營(yíng)養(yǎng)快線瓶蓋的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),整個(gè)瓶蓋的外部輪廓高達(dá)12mm,外徑40mm,壁厚1.4mm,作為對(duì)表面粗糙度要求不太高的塑件,而且較為實(shí)用性零件對(duì)其尺寸公差沒(méi)有太嚴(yán)格的要求。且本身塑件壁厚較小、均勻,可以用大批量的注塑模具加以生產(chǎn)。
2.2.2 塑件的壁厚分析
各種塑件,不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁,根據(jù)使用要求具有一定的厚度,以保證其力學(xué)強(qiáng)度。塑件的壁厚對(duì)塑件質(zhì)量的影響很大,如果壁厚過(guò)大,會(huì)浪費(fèi)原料,而且使冷卻時(shí)間增加,更重要的還會(huì)使塑件產(chǎn)生氣泡、縮孔、翹曲變形等缺陷,一般地說(shuō),在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過(guò)厚,不僅可以節(jié)約原材料,降低生產(chǎn)成本,而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短,提高生產(chǎn)率。因此,該塑件的壁厚均為1.4mm,在其最小壁厚范圍內(nèi),塑件符合注塑的模具成型的厚度要求。
2.2.3 塑件的圓角分析
帶有圓角的塑件,在成型時(shí)往往會(huì)在該處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中,在受力或沖擊下會(huì)發(fā)生開(kāi)裂,所以,為了避免應(yīng)力集中,提高塑件的局部強(qiáng)度,減小應(yīng)力集中,改善熔體的流動(dòng)性能且便于脫模,在塑件各內(nèi)外表面的過(guò)渡連接處,應(yīng)采用過(guò)渡圓弧。采用圓弧過(guò)度可增加塑件的美觀程度和增加塑件的強(qiáng)度,根據(jù)應(yīng)力集中系數(shù)和圓角半徑的關(guān)系可得,理想的內(nèi)圓角半徑應(yīng)為壁厚的1/3以上,通常塑件內(nèi)壁圓角半徑應(yīng)是壁厚的一半,而外壁圓角半徑可為壁厚的1.5倍。
在塑件內(nèi)壁有螺紋,因此成型后塑件不易取出,需要考慮脫螺紋機(jī)構(gòu)裝置.
2.3 塑件的尺寸精度分析
該塑件的尺寸Φ38、的公差等級(jí)按MT6,其余尺寸的公差等級(jí)按MT7級(jí)公差要求.
塑件的尺寸:、、、
2.4塑件表面質(zhì)量分析
該塑件要求外型美觀,色澤鮮艷,外表面沒(méi)有斑點(diǎn)及熔接痕,粗糙度可取Ra=0.4um ,而塑件內(nèi)部不需要較高的表面粗糙度要求.
結(jié)論:該塑件可采用注射成型加工,且加工性能較好,但成型以后需要設(shè)置抽螺紋機(jī)構(gòu)才能將塑件順利脫出.
3 成型設(shè)備選擇
3.1 估算塑件的體積
使用UG軟件畫出三維圖建模,并可直接用軟件進(jìn)行分析,查詢得到該塑件的近似體積4.44cm3。
3.2 估算塑件的質(zhì)量
由ρ=0.916~0.930g/cm3可得塑件質(zhì)量
。
3.3 注塑機(jī)的選擇
根據(jù)塑件制件的體積和質(zhì)量,可選擇注塑機(jī)的型號(hào)為XS-Z-60。
注塑機(jī)的參數(shù)如下所示:
序號(hào)
主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目
參數(shù)數(shù)值
1
最大注射量/cm3
60
2
注射壓力/Mpa
122
3
最大成型面積/cm2
130
4
鎖模力/kN
500
5
動(dòng)、定模模板最大安裝尺寸/(mm×mm)
300×440
6
拉桿空間/mm
190×300
7
最大模具厚度/mm
200
8
最小模具厚度/mm
70
9
噴嘴前端球面半徑/mm
12
10
噴嘴孔直徑/mm
4
11
定位圈直徑/mm
55
柱塞式成型機(jī)中,塑料熔化成黏流態(tài)的熱量主要由筒外部的加熱器提供。在柱塞的平穩(wěn)推動(dòng)下,料流是一種平緩的滯流態(tài)勢(shì)。料筒內(nèi)同一橫截面上不同徑距的質(zhì)點(diǎn)有著梯度變化的流速,結(jié)果靠料筒軸心的流速快,靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的溫度分布也有差異,靠近筒壁的料,因流速慢,又直接接受外壁的電熱圈加熱,所以溫度高;而靠近軸心的料,因流動(dòng)快,且又與料筒加熱圈隔了一層熱阻很大的塑料層,所以溫度低。可見(jiàn)在柱塞式料筒內(nèi),塑料的塑化程度很不均勻。
注射機(jī)的分類:
按外形可分為:臥式、立式和直角式
按傳動(dòng)方式可分為:機(jī)械式、液壓式和液壓、機(jī)械聯(lián)合式
按用途又可分為:通用型和專用型
所選注射機(jī)的型號(hào)為:XS-Z-60,屬于臥式通用型注射機(jī).
4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括: 模具型腔數(shù)目的確定及型腔的排布、分型面的選擇、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、推件方式、模具結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)等內(nèi)容.
4.1 型腔數(shù)目的確定及排布
注射模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數(shù)目的確定時(shí)主要考慮以下幾個(gè)有關(guān)因素:
①塑件的尺寸精度;
②模具制造成本;
③注射成型的生產(chǎn)效益;
④模具制造難度。
為了提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性并與注射機(jī)的生產(chǎn)能力相配合,保證塑件較高的精度, 模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定型腔數(shù)目,常用的方法有以下幾種《塑料模具設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》:
4.1.1 根據(jù)經(jīng)濟(jì)性確定型腔數(shù)目
根據(jù)總成型加工費(fèi)用最小的原則,僅考慮模具加工費(fèi)和塑件成型加工費(fèi),并忽略試生產(chǎn)原材料費(fèi)用。
4.1.2 根據(jù)制件要求的尺寸精度確定型腔數(shù)目
根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在模具中每增加一個(gè)型腔,制件尺寸精度要降低4-6%,設(shè)模具中的型腔數(shù)目為n,制件的基本尺寸為L(zhǎng),塑件尺寸公差為,單型腔模具注塑模具生產(chǎn)時(shí)可能性產(chǎn)生的尺寸誤差為(不同的材料,有不同的值,如:尼龍66為0.3% ,聚甲醛和聚酰胺-66分別為0.2%、0.3%,聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS和SAN等非結(jié)晶型塑料為0.05%),則有塑件尺寸精度的表達(dá)式為:
L%+(n-1)L%4%
簡(jiǎn)化后可得型腔數(shù)目為:
4.1.3 根據(jù)注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)目
當(dāng)成型大型表面積塑件時(shí),常用這種方法。
設(shè)注射機(jī)的額定鎖模力大小為F(N);
型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力為Pm;
單個(gè)制件在分型面上的投影面積為;
澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為;
則:
(n+)PmF即:
對(duì)于高精度制件,由于多型腔模具難以使各型腔的成型條件均勻一致,故通常推薦型腔數(shù)目不超過(guò)4個(gè).
4.1.4 根據(jù)注射機(jī)的額定最大注射量確定型腔數(shù)目
設(shè)注塑機(jī)最大注塑量的利用系數(shù)為K,一般取0.8;
注射機(jī)的額定塑化量為(g/h或/h);
單個(gè)制件的質(zhì)量或體積為;
澆注系統(tǒng)和飛邊所需塑料熔體的質(zhì)量或體積為;
成型周期為t(s)。
則型腔數(shù)目n為:
型腔的排布:
多型腔有模板上的排列形式通常有圓形、H形、直線型及復(fù)合型等。其型腔排布如下圖所示:
圖 3-1
在設(shè)計(jì)時(shí)有以下原則:
① 盡量采用對(duì)稱式排布,確保制品質(zhì)量的均一和穩(wěn)定。
② 塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)盡量使型腔緊湊排列,而減小模具的外形尺寸。
③ 分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置,分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短。
④ 為了避免模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象,澆口開(kāi)口部位與型腔布置應(yīng)對(duì)稱。
因?yàn)樵撍芗俅笈可a(chǎn)的小型塑件,但對(duì)產(chǎn)品的精度、表面粗糙度還是有較高的要求,通過(guò)前面算出的單個(gè)產(chǎn)品的體積V和質(zhì)量M, 綜合考慮生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量等各種因素,以及注射機(jī)的類型選擇確定采用一模四腔對(duì)稱排布。分流道是主流道與澆口之間的通道,一般開(kāi)設(shè)在分型面上,起分流和轉(zhuǎn)向作用,分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置,分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短,以減少壓力損失,熱量損失和流道凝料,參見(jiàn)《塑料制品成型及模具設(shè)計(jì)》的表(如下表所示)部分塑料常用分流道斷面尺寸推薦范圍,分流道直徑可選1.6~9.5mm
表3-1分流道斷面直徑選擇
塑料名稱
分流道斷面直徑mm
塑料名稱
分流道斷面直徑mm
ABS,AS
聚乙烯(PE)
尼龍類(PA)
聚甲醛(POM)
抗沖擊丙烯酸
4.7~9.5
1.6~9.5
1.6~9.5
3.5~10
8~12.5
聚苯乙烯(PS)
軟聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
聚苯醚
3.5~10
3.5~10
6.5~16
6.5~8.0
6.5~10
根據(jù)塑件的壁厚(0.6<1.4<2.4)和外形因素和機(jī)械加工因素來(lái)確定澆注方式,確定為澆注方式,參見(jiàn)《塑料制品成型及模具設(shè)計(jì)》并采用對(duì)稱平衡的排布方式。
如下圖示:
圖 3-2
4.2分型面的選擇
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個(gè)重要因素,它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、塑件的脫模和模具的制造工藝的有關(guān),一副模具根據(jù)需要可能有一個(gè)或兩個(gè)以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以與合模方向平行或傾斜。 因此,分型面的選擇是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。
根據(jù)分型面的選擇原則:
①分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處;
②在開(kāi)模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模;
③分型面的選擇應(yīng)保證塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量;
④有利于排氣和模具的加工方便;
⑤有助于避免側(cè)抽芯或便于側(cè)抽芯。
該塑件為營(yíng)養(yǎng)快線瓶蓋,對(duì)其美觀要求不太高,無(wú)斑點(diǎn)和熔接痕,表面質(zhì)量要求一般。在選擇分型面時(shí),根據(jù)分型面的選擇原則,考慮不影響塑件的外觀質(zhì)量以及成型后能順利取出塑件,瓶蓋屬于薄壁殼小型塑件,塑件冷卻時(shí)會(huì)因?yàn)槭湛s作用而包覆在型芯上,所以,應(yīng)有利于塑件滯留在動(dòng)模一側(cè),以便于脫模,并不影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度,以及外觀形狀。
綜上所述,瓶蓋合理的分型面應(yīng)選擇在下部。如圖所示:
圖3-3
4.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注射模的澆注系統(tǒng)是指從注流道的開(kāi)始端到型腔之間的熔體流動(dòng)通道。它由主流道,分流道,冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳料,傳熱,傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質(zhì)量,它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設(shè)計(jì)及加工的復(fù)雜程度。
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則:
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證塑件熔體的流動(dòng)平穩(wěn)、流程應(yīng)盡量短、防止型芯變形、整修應(yīng)方便、防止制品變形和翹曲、應(yīng)與塑件材料品種相適用、冷料穴設(shè)計(jì)合理、盡量減少塑料的消耗。
4.3.1 主流道設(shè)計(jì)
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處開(kāi)始到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道,是熔體最先流經(jīng)模具的部分,它的形狀與尺寸對(duì)塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間有較大的影響,因此,必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。
根據(jù)手冊(cè)查得XS-Z-60型注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸:
噴嘴球半徑:R =12mm
噴嘴孔直徑:d =Φ4mm
4.3.1.1主流道尺寸
主流道通常設(shè)計(jì)在澆口套中,為了讓主流道凝料能順利從澆口套中拔出,主流道設(shè)計(jì)成圓錐形,其錐角為2°~4°,主流道表壁的表面粗糙度應(yīng)小于Ra0.63~1.25μm,主流道進(jìn)口端直徑d一般要比注射機(jī)噴嘴出口端直徑大0.5~1mm?,F(xiàn)取錐角α=4°,主流道進(jìn)口端直徑比噴嘴出口端直徑大1mm。澆口套一般采用碳素工具鋼材料制造,熱處理淬火硬度50~55HRC。由于主流道進(jìn)口端的前面是球面,其深度為3~5mm(現(xiàn)取為3mm),注射機(jī)噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合,因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1~2mm。澆口套與模板間配合采用H7/m6的過(guò)渡配合
主流道是一端與注射機(jī)噴嘴相接觸,另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動(dòng)通道。主流道進(jìn)口端直徑尺寸為4.8mm。
4.3.1.2主流道襯套的形式
主流道進(jìn)口端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸,屬易損件,對(duì)材料要求較嚴(yán),因而模具主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式,以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理。常用澆口套分為澆口套、定位圈整體式和澆口套與定位圈單獨(dú)分開(kāi)兩種(下圖為前者),由于注射機(jī)的噴嘴球半徑為12mm,所以澆口套的為R16mm。
圖3-4澆口套
4.3.2 分流道的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道,一般開(kāi)在分型面上,起分流和轉(zhuǎn)向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U型等圓形和正方形截面流道的表面積與體積之比最小,塑料熔體的溫度下降小,阻力小,流道的效率最高,但加工困難,而且正方形截面不易脫模,所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
在分流道的設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮盡量減小在流道內(nèi)的壓力損失,盡可能避免熔體溫度的降低,同時(shí)還要考慮減小流道的容積。在此,采用截面形狀為半圓形的分流道.查有關(guān)的手冊(cè),選擇R=4mm. 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻,只有中心部位的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想,因面分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低,一般取1.6μm左右既可,這樣表面稍不光滑,有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定,從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差,以保證熔體流動(dòng)時(shí)具有適宜的剪切速率和剪切熱。
4.3.3 冷料穴的設(shè)計(jì)
冷料穴是將主流道或分流道延長(zhǎng)所形成的井穴。冷料穴一般設(shè)在主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上或處于分流道末端。其作用是存放料流前鋒的冷料,以防止冷料進(jìn)入型腔而形成接縫;另外,開(kāi)模時(shí)又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑宜大于主流道出口端直徑。
冷料穴的形式有三種:
一是與推桿匹配的冷料穴;
二是與拉料桿匹配的冷料穴;
三是無(wú)拉料桿的冷料桿。
本塑件采用冷料穴與拉料桿匹配中的拉料桿。
4.3.4 澆口設(shè)計(jì)
澆口又稱進(jìn)料口,是連接分流道與型腔之間的熔體通道,它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。
其主要作用是:
a、熔體充模后,澆口處首先凝固,可防止其倒流;
b、熔體在流經(jīng)狹窄的澆口時(shí)產(chǎn)生摩擦熱,使熔體升溫,有助于充模;
c、易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積的0.03-0.09,澆口的長(zhǎng)度約為0.5mm-2mm,澆口的具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,取其下限值。
當(dāng)塑料熔體通過(guò)澆口時(shí),剪切速率增高,同時(shí)熔體的內(nèi)摩擦加劇,使料流的溫度升高,粘度降低,提高了流動(dòng)性能,有利于充型。
澆口位置的選擇:
澆口開(kāi)設(shè)的位置對(duì)制品的質(zhì)量影響很大,在確定澆口時(shí),應(yīng)遵循以下原則:
a、澆口應(yīng)開(kāi)在能使型腔各個(gè)角落同時(shí)充滿的位置
b、澆口應(yīng)開(kāi)設(shè)在制品壁厚較厚的部位,以利于補(bǔ)縮,
c、澆口的位置應(yīng)選擇在有利于型腔中氣體的排除
d、澆口的位置應(yīng)選擇在能避免制品產(chǎn)生熔合紋的部位,對(duì)于圓筒類制品,采用中心澆口比側(cè)澆口好。
e、對(duì)于帶細(xì)長(zhǎng)的型芯模具,宜采用中心頂部進(jìn)料方式,以避免型芯因沖擊變形。
f、澆口應(yīng)設(shè)在不影響制品外觀的部位
g、避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)。
h、澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。
根據(jù)以上原則以及該塑件的外觀要求,故而采用側(cè)澆口。
側(cè)澆口的尺寸計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式:
其中b---側(cè)澆口的寬度mm
A---塑件的外側(cè)表面積,
t---側(cè)澆口的厚度,mm
---澆口處塑件的厚度,mm。
對(duì)于中小型塑件,一般厚度t=0.5~2.0mm(或取塑件壁厚的1/3~2/3);寬度b=1.5~5.0mm;澆口的長(zhǎng)度l=0.7~2.0mm。
4.4排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
排氣結(jié)構(gòu)的作用:
塑料熔體在充模的型腔過(guò)程中同時(shí)要排出型腔及流道原有的空氣,另外,塑料熔體會(huì)產(chǎn)生微量的分解氣體,所以長(zhǎng)在分型面上開(kāi)設(shè)排氣槽進(jìn)行排氣。否則,被壓縮的空氣產(chǎn)生高溫,會(huì)引起塑件局部碳化燒焦或塑件產(chǎn)生泡沫,或使塑件熔接不良引起強(qiáng)度下降,甚至充模不滿。
當(dāng)塑料熔體充填型腔時(shí),必需順序地排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱而產(chǎn)生的氣體。如果氣體不能被順利地排出,塑件會(huì)由于充填不足而出現(xiàn)氣泡、接縫或表面輪廓不清等缺點(diǎn);甚至因氣體受壓而產(chǎn)生高溫,使塑料焦化。
排氣系統(tǒng):
當(dāng)塑料熔體填充型腔時(shí),必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈,一方面將會(huì)在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷,另一方面氣體受壓,體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦(褐色斑紋),同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度,因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須考慮排氣問(wèn)題。有時(shí)在注射成型過(guò)程中,為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強(qiáng)度,還需在塑料最后充填到的型腔部位開(kāi)設(shè)溢流槽以容納余料,也可容納一定量的氣體。
通常中小型模具的簡(jiǎn)單型腔,可利用推桿、活動(dòng)型芯以及雙支點(diǎn)的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣,其間隙為0.03~0.05mm。
4.5 模具成型零部件設(shè)計(jì)
注射模具的成型零件是指構(gòu)成模具型腔的零件,通常包括了凹模、凸模、型芯、各種成型環(huán)與成型桿等。模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的計(jì)算,塑料模具型腔在成型過(guò)程中受到熔體的高壓作用,應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度,如果型腔側(cè)壁和底板厚度過(guò)小,可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞;也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形,導(dǎo)致溢料飛邊,降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先根據(jù)塑料的性能、制件的使用要求來(lái)確定型腔的總體結(jié)構(gòu)、進(jìn)澆點(diǎn)、分型面、排氣部位、脫模方式等,然后根據(jù)制件尺寸,計(jì)算成型零件的工作尺寸。
4.5.1 凹模的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模,即型腔,是成型塑件外輪廓的零件。凹模的基本結(jié)構(gòu)形式有以下幾種:
(1) 整體式凹模:由整塊金屬材料直接加工而成,這種形式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,牢固可靠,不易變形,成型的塑件質(zhì)量較好。但當(dāng)塑件形狀復(fù)雜時(shí),采用一般機(jī)械加工方法制造型腔比較困難。因此它適用于形狀簡(jiǎn)單的塑件。
(2) 整體嵌入式凹模:整體嵌入式凹模適用于小型、多腔注塑模或節(jié)約優(yōu)質(zhì)材料的場(chǎng)合。它的特點(diǎn)是其型腔部分仍用整體材料加工制造而成,但必須嵌入到固定板或特制的模套中才能使用。該結(jié)構(gòu)能節(jié)約優(yōu)質(zhì)模具鋼嵌入模板后有足夠強(qiáng)度與剛度。
(3) 組合式凹模:對(duì)于形狀復(fù)雜的塑件或難于機(jī)械加工的整體式凹模,為了節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼,便于型腔加工,減少熱處理,通常采用組合式凹模。
(4) 鑲拼式凹模: 各種結(jié)構(gòu)的凹模,都可用鑲件或拼塊組成凹模的局部型腔。具有①簡(jiǎn)化凹模型腔加工;②熱處理工藝比較容易;③節(jié)約優(yōu)質(zhì)模具鋼以及④在保證鑲拼接縫不發(fā)生溢料的前提下,可利用拼縫間隙排氣的特點(diǎn)。
本塑件的外形簡(jiǎn)單,并且是一模多腔,采用整體式凹模。(其適用于形狀簡(jiǎn)單且凸模高度較小的塑件,整體式凹模為非穿通式模體,強(qiáng)度好,不易變形。)
4.5.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模,即型芯,是成型塑件內(nèi)表面的成型零件,通常可分為整體式和組合式。
(1)整體式凸模:整體式凸模使用整塊模具材料加工而成,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固、不易變形、成型制品不會(huì)帶有鑲拼接縫的溢料痕跡;但形狀復(fù)雜時(shí)加工困難,優(yōu)質(zhì)模具材料的消耗量大。
(2)組合式凸模:當(dāng)塑件的內(nèi)形比較復(fù)雜而不便于機(jī)械加工時(shí),或形狀雖不復(fù)雜,但為了節(jié)省貴金屬,減少加工量,通常采用組合式凸模。固定板和凸??煞謩e采用不同的材料制造和熱處理,然后再連接成一體,這種結(jié)構(gòu)形式適用于大型凸模。
由瓶蓋的特殊結(jié)構(gòu),有兩層,內(nèi)有螺紋,采用鑲件組合式凸模。
塑件為L(zhǎng)DPE制品,屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件,預(yù)定的收縮率取1.5%至 3.5%。平均收縮率為2.5%,此產(chǎn)品采用MT6級(jí)精度,屬于一般精度制品。凸凹模各處工作尺寸的制造公差,因一般機(jī)械加工的型腔和型芯的制造公差可達(dá)到IT11級(jí)。
4.5.3 齒輪型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
齒輪型芯主要是與凹模相結(jié)合構(gòu)成模具的型腔,齒輪型芯的結(jié)構(gòu)如下圖所示:
圖 3-5齒輪型芯
4.5.4 成型零部件工作尺寸的計(jì)算
型腔內(nèi)形尺寸:
型芯外形尺寸:
型腔深度尺寸:
型芯高度尺寸:
其中:
—— 型腔內(nèi)形尺寸,mm;
—— 制件外形的基本尺寸或最大極限尺寸,mm;
—— 型芯外形尺寸,mm;
—— 制件內(nèi)形的基本尺寸或最小極限尺寸,mm;
—— 型腔深度尺寸,mm;
—— 制件高度的基本尺寸或最大極限尺寸,mm;
—— 型芯高度尺寸,mm;
—— 制件型孔深度的基本尺寸或最小極限尺寸,mm;
—— 制件公差或偏差,mm;
—— 成型零件的制造公差或偏差,mm;
(式中取);
—— 塑料的平均收縮率,%。
4.5.5 成型零部件的壁厚計(jì)算
注射模在其工作過(guò)程需要承受多種外力,如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過(guò)大,注射模及其成型零部件將會(huì)產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞,或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形,引起成型零部件在它們的對(duì)接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙,由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象,從而導(dǎo)致整個(gè)模具失效或無(wú)法達(dá)到技術(shù)質(zhì)量要求。
塑件的壁厚對(duì)質(zhì)量影響很大。如果壁厚過(guò)薄,塑件在使用上可能不具備足夠的強(qiáng)度和剛度,且在成型時(shí)流動(dòng)阻力大,大型復(fù)雜的制件難以充滿型腔;在脫模時(shí),難以承受脫模機(jī)構(gòu)的沖擊和振動(dòng),裝配時(shí)不能承受緊固力;在運(yùn)輸中,會(huì)造成變形甚至損壞。如果塑件過(guò)厚,會(huì)因?yàn)橛昧线^(guò)多,而使成本增加,并且會(huì)使成型時(shí)間加長(zhǎng),從而降低生產(chǎn)效率。此外,壁厚過(guò)厚的塑件也易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹痕、翹曲等缺陷。
因此,由于塑件屬于中小型制品,這里我們?nèi)⌒颓槐诤駷?mm,底板厚度取18mm。
4.6 結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)
合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì):
為了保證注射模準(zhǔn)確合模和開(kāi)模,在注射模中必須設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是導(dǎo)向、定位以及承受一定的側(cè)向壓力。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)柱合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和錐面對(duì)合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)兩種,根據(jù)本塑件的實(shí)際情況,采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用:
①定位件用:模具閉合后,保證動(dòng)定?;蛏舷履N恢谜_,保證型腔的形狀和尺寸精確,在模具的裝配過(guò)程中也起定位作用,便于裝配和調(diào)整。
②導(dǎo)向作用:合模時(shí),首先是導(dǎo)向零件接觸,引導(dǎo)動(dòng)定模或上下模準(zhǔn)確閉合,避免型芯先進(jìn)入型腔造成成型零件損壞。承受一定的側(cè)向壓力。
導(dǎo)柱導(dǎo)套的設(shè)計(jì)原則:
①導(dǎo)柱應(yīng)合理地均布在模具分型面的四周,導(dǎo)柱中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離,以保證模具的強(qiáng)度。
②導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)比型芯端面的高度高出6-8mm,以免型芯進(jìn)入凹模時(shí)與凹模相碰而損壞。
③導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨度和強(qiáng)度。
④為了使導(dǎo)柱能順利的進(jìn)入導(dǎo)套、導(dǎo)柱端部應(yīng)做成錐形或半球形,導(dǎo)套的前端也應(yīng)倒角.
⑤導(dǎo)柱設(shè)在動(dòng)模一側(cè)可以保護(hù)型芯不愛(ài)損傷,而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件,因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。
⑥一般導(dǎo)柱滑動(dòng)部分的配合形式按H8/f8,導(dǎo)柱和導(dǎo)套固定部分配合按H7/k6,導(dǎo)套外徑的配合按H6/k6;
⑦除了動(dòng)模、定模之間設(shè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套外、,一般還在動(dòng)模座板與推板之間設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套,以保證推出機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)動(dòng)。
⑧導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小而決定,可參考標(biāo)準(zhǔn)框架數(shù)據(jù)選取。
4.6.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
(1)該模具采用帶頭導(dǎo)柱,且?guī)в匈A油槽;
(2)導(dǎo)柱的長(zhǎng)度必須比凸模端面高度高出6~8mm;
(3)為使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔,導(dǎo)柱的端部常做成圓錐形或球形的先導(dǎo)部分;
(4)導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸來(lái)確定,應(yīng)保證具有足夠的抗彎強(qiáng)度(該導(dǎo)柱直徑由標(biāo)準(zhǔn)模架可知為?20mm;
(5)導(dǎo)柱的安裝形式,導(dǎo)柱固定部分與模板按H7/m6配合。導(dǎo)柱滑動(dòng)部分按H7/f7或H8/f7的間隙配合;
(6)導(dǎo)柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4μm;
(7)導(dǎo)柱滑動(dòng)部分按H8/h8間隙配合,固定部分按H7/m6過(guò)渡配合,導(dǎo)柱與導(dǎo)套選用間隙配合.
導(dǎo)柱的尺寸如下圖:
圖 3-6導(dǎo)柱圖
4.6.2 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)
對(duì)導(dǎo)套的要求:
(1)為使導(dǎo)柱比較順利地進(jìn)入導(dǎo)套,在導(dǎo)套的前端應(yīng)倒有圓角R。
(2)對(duì)于大型注射模,當(dāng)開(kāi)模力過(guò)大時(shí),為了防止導(dǎo)套拔出,應(yīng)在導(dǎo)套上部加裝蓋板。
(3)導(dǎo)套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造,但其硬度應(yīng)低于導(dǎo)柱的硬度,這樣可以改善摩擦,以防止導(dǎo)柱或?qū)桌?
(4)導(dǎo)套配合部分的表面光潔度不能過(guò)低。
(5)導(dǎo)套孔的滑動(dòng)部分按H8/h8間隙配合,導(dǎo)套外徑按H7/m6過(guò)渡配合。
導(dǎo)套選用直導(dǎo)套,與導(dǎo)柱的配合。尺寸選Φ16×40,材料選用20鋼。GB/T4169.2-1984 其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示:
圖a 圖b
圖 3-7 導(dǎo)套圖
導(dǎo)柱與導(dǎo)套的布置:
定端與模板間用H7/m6或H7/k6的過(guò)渡配合,導(dǎo)向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的要求,與導(dǎo)柱同動(dòng)作的彈簧應(yīng)布置4個(gè),并盡可能對(duì)稱布置于A分型面的四周,以保持分型時(shí)彈力均勻,中間板不被卡死。
布局形式如圖所示:
圖 3-8導(dǎo)柱排布圖
4.7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在注射成型的每一循環(huán)中,塑件必須由模具型腔中取出,完成取出塑件這個(gè)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)就是脫模機(jī)構(gòu)(或推出機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu))。脫模機(jī)構(gòu)的作用包括脫出、取出兩個(gè)動(dòng)作,即首先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動(dòng)分離,稱為脫出,然后把其脫出物從模具內(nèi)取出。
脫模機(jī)構(gòu)的組成:
推出機(jī)構(gòu)由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、推桿墊板、頂板導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)套以及推板緊固螺釘。
⑴按推出零件的類別分類:
①推桿式脫模
②推管推出脫模
③推件板推出脫模,又稱卸料板或刮板。
④利用成型零件推出制品的脫模,適用于螺紋型環(huán)一類的制品,利用模具中某些成型零件推出塑件。
⑤多元聯(lián)合式脫模
⑵按脫模動(dòng)作分類:
①一次推出脫模
②二次推出脫模
③動(dòng)定模雙向推出脫模
④帶螺紋塑件的脫模機(jī)構(gòu)可采用強(qiáng)制脫模、活動(dòng)型芯和型環(huán)形式脫螺紋及回轉(zhuǎn)式脫螺紋。
脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則:
(1)推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動(dòng)模一側(cè)以便借助于開(kāi)模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置,完成脫模動(dòng)作;
(2)保證塑件不因推出而變形損壞,外形良好;
(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠:機(jī)械的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、可靠、靈活,并有足夠的剛度和強(qiáng)度;
用推件板推出機(jī)構(gòu)中,為了減少推件板與型芯的摩擦,在推件板與型芯間留0.20~0.25mm的間隙,并用錐面配合,防止推件因偏心而溢料。
4.8 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
塑料在成型過(guò)程中,模具溫度會(huì)直接影響塑料的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。所以,我們?cè)谀>呱闲枰O(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以到達(dá)理想的溫度要求。
一般注射模內(nèi)的塑料熔體溫度為200℃左右,而塑件從模具型腔中取出時(shí)其溫度在60℃以下。所以熱塑性塑料在注射成型后,必須對(duì)模具進(jìn)行有效地冷卻,以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模,提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對(duì)于熔融黏度低、流動(dòng)性比較好的塑料,如聚丙烯、有機(jī)玻璃等等,當(dāng)塑件是小型薄壁時(shí),如我們的塑件,則模具課簡(jiǎn)單地進(jìn)行冷卻或利用自然冷卻不設(shè)定冷卻系統(tǒng):當(dāng)塑件是大型的制品時(shí),則需要對(duì)模具進(jìn)行人工冷卻。
模具冷卻時(shí)間的確定
在注射過(guò)程中,塑件的冷卻時(shí)間是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開(kāi)模取出塑件時(shí)為止的這段時(shí)間。這一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)常以制品已充分固化定型而且具有一定的強(qiáng)度和剛度為準(zhǔn),確定生產(chǎn)周期:
式中 t —— 為生產(chǎn)周期(s);
—— 為注射時(shí)間(s);
—— 為冷卻時(shí)間(s);
—— 為脫模時(shí)間(s)。
由《塑料制品成型及模具設(shè)計(jì)》附錄D可查得15-60s,15-60s,總周期t為40-140s;
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
(1)盡量保證塑件收縮均勻,維持模具的熱平衡;
(2)冷卻水孔數(shù)量越多,孔徑越大,則對(duì)塑件的冷卻效果越均勻;
(3)盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等;
(4)澆口處加強(qiáng)冷卻;
(5)應(yīng)降低進(jìn)水和出水的溫差;
(6)合理選擇冷卻水道的形式;
(7)合理確定冷卻水管接頭位置;
(8)冷卻系統(tǒng)的水道盡量避免與模具上其他機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉現(xiàn)象;
(9)冷卻水管進(jìn)出接口應(yīng)埋入模板內(nèi),以免模具在搬運(yùn)過(guò)程中損壞。
冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
根據(jù)塑料制品的形狀及其所需的冷卻效果,冷卻回跟可分為直通式、圓周式、多級(jí)式、螺旋式、噴射式、隔板式等多種樣式,同時(shí)還可以互相配合,構(gòu)成各種冷卻回路。
(1)簡(jiǎn)單流道式 (2)螺旋式 (3)隔片導(dǎo)流式 (4)噴流式 (5)導(dǎo)熱桿及導(dǎo)熱型芯式
冷卻系統(tǒng)的主要零件:
冷卻系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同的冷卻裝置有不同的零件,主要有以下幾種:
(1)水管接頭(2)螺塞(3)密封圈(4)密封膠帶(5)軟管
冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
LDPE的單位熱流量: LDPE(低密度聚乙烯)的單位熱流量Qs為590~690 KJ/kg
每小時(shí)需要注射的次數(shù)N=3600/t;
取t=120s,可求得N=30次.
每小時(shí)的注射量:
從型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量 Qs取650kJ/kg,代入式中得
求冷卻水的體積流量V
V=
=
=0.37×m/min
式中ρ為水的密度,C為水的比熱容,為水管出口設(shè)定溫度,為水管進(jìn)口設(shè)定溫度。設(shè)定水管進(jìn)口溫度,水管出口溫度。
由體積流量V查表可知所需的冷卻水管直徑非常小。
由上述計(jì)算可知,因?yàn)槟>呙糠昼娝璧睦鋮s體積流量很小,故可不設(shè)冷卻系統(tǒng),依靠空冷的方式冷卻模具即可。
5 成型設(shè)備相關(guān)參數(shù)的校核
5.1 模具閉合高度的確定
在支撐與固定零件的設(shè)計(jì)中,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定:定模座板:H=25㎜;壓板:H=15㎜;形腔板:H=25㎜;型芯板:H=25㎜;齒輪座板:H=40㎜;墊鐵:H=45㎜;動(dòng)模座板:H=15㎜.
因此,模具的閉合高度;
H= H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H=190㎜
5.2 注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核
本模具的外形尺寸為250㎜×200㎜×190㎜。XS—Z—60型注塑機(jī)模板最大安裝尺寸為320㎜×270㎜,故能滿足模具的安裝要求。
由上述計(jì)算模具的閉合高度H=175㎜,XS—Z—60注塑機(jī)所允許模具最小厚度H=70㎜,最大厚度H=200㎜,即模具滿足安裝要求。
HHH
經(jīng)查資料XS—Z—60注塑機(jī)的最大開(kāi)模行程S=180㎜,滿足式頂出塑件要求。
SH+H+H3+(5~10) ㎜
=25+15+25+10
=75
此外,由于螺旋抽芯距較短,不會(huì)過(guò)大增加開(kāi)模距離,注塑機(jī)的開(kāi)模行程足夠。經(jīng)驗(yàn)證XS—Z—60型注塑機(jī)能滿足使用要求,故可采用。
6 塑料模的裝配、試模與維修
6.1 模具裝配
模具設(shè)有斜滑塊機(jī)構(gòu),先安裝斜導(dǎo)柱,作為模具的裝配基準(zhǔn),裝配順序如下:
⑴裝配前按圖檢驗(yàn)主要工作零件及其零件的尺寸。
⑵將導(dǎo)柱壓入型芯板中,保證兩導(dǎo)柱的對(duì)稱度。
⑶裝配型芯,將型芯固定在定模座板上,保證垂直度。將座板固定在固定板上。
⑷將凹模壓入動(dòng)模固定板中,保證垂直度。
⑸以凹模為基準(zhǔn),斜導(dǎo)柱起導(dǎo)向定位作用,將側(cè)滑塊裝配在斜導(dǎo)柱上,使分型面密合。
⑹以凹模為基準(zhǔn)將動(dòng)?;鶞?zhǔn)板固定在動(dòng)模故定板上。
⑺裝配其他輔助零件。
⑻裝配完成,試模。
6.2 試模
⑴試模前,先對(duì)設(shè)備的油路,水路以及電路進(jìn)行檢查;
⑵選取的原料必須合格,根據(jù)選用的工藝參數(shù)將料筒和噴嘴加熱;
⑶開(kāi)始試模時(shí),應(yīng)該先選擇選定的壓力,溫度和注塑時(shí)間的條件下成型,制品不符合要求然后按壓力,注塑時(shí)間,溫度, 這樣的先后順序變動(dòng),注意一次只改變一個(gè)參數(shù);
⑷在試模過(guò)程中作出詳細(xì)的記錄,并將結(jié)果填入試模記錄卡,注明模具是否合格,如果需要返修,提出返修意見(jiàn);
⑸通過(guò)不斷的試模和返修,生產(chǎn)出合格的制件后,將模具清理干凈,涂上防銹油,入庫(kù)。
6.3 試模可能產(chǎn)生的問(wèn)題及改善措施
試模中所獲得的樣件是對(duì)模具整體質(zhì)量的一個(gè)全面反映。以檢驗(yàn)樣件來(lái)修正和驗(yàn)收模具,是塑料模具這種特殊產(chǎn)品的特殊性。首先,在初次試模中我們最常遇到的問(wèn)題是根本得不到完整的樣件。常因塑件被粘附于模腔內(nèi),或型芯上,甚至因流道粘著制品被損壞。這是試模首先應(yīng)當(dāng)解決的問(wèn)題。
6.3.1 粘著模腔
制品粘著在模腔上,是指塑件在模具開(kāi)啟后,與設(shè)計(jì)意圖相反,離開(kāi)型芯一側(cè),滯留于模腔內(nèi),致使脫模機(jī)構(gòu)失效,制品無(wú)法取出的一種反?,F(xiàn)象。其主要原因是:
⑴注射壓力過(guò)高,或者注射保壓壓力過(guò)高。
⑵注射保壓和注射高壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng),造成過(guò)量充模。
⑶冷卻時(shí)間過(guò)短,物料未能固化。
⑷模芯溫度高于模腔溫度,造成反向收縮。
⑸型腔內(nèi)壁殘留凹槽,或分型面邊緣受過(guò)損傷性沖擊,增加了脫模阻力。
6.3.2 粘著模芯
⑴注射壓力和保壓壓力過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成過(guò)量充模。
⑵冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng),制件在模芯上收縮量過(guò)大。
⑶模腔溫度過(guò)高,使制件在設(shè)定溫度內(nèi)不能充分固化。
⑷機(jī)筒與噴嘴溫度過(guò)高,不利于在設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成固化。
⑸可能存在不利于脫模方向的凹槽或拋光痕跡需要改進(jìn)。
6.3.3 粘著主流道
⑴閉模時(shí)間太短,使主流道物料來(lái)不及充分收縮。
⑵料道徑向尺寸相對(duì)制品壁厚過(guò)大,冷卻時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成料道物料的固化。
⑶主流道襯套區(qū)域溫度過(guò)高,無(wú)冷卻控制,不允許物料充分收縮。
⑷主流道襯套內(nèi)孔尺寸不當(dāng),未達(dá)到比噴嘴孔大0.5~1 ㎜。
⑸主流道拉料桿不能正常工作。
一旦發(fā)生上述情況,首先要設(shè)法將制品取出模腔(芯),不惜破壞制件,保護(hù)模具成型部位不受損傷。仔細(xì)查找不合理粘模發(fā)生的原因,一方面要對(duì)注射工藝進(jìn)行合理調(diào)整;另一方面要對(duì)模具成型部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修正,直到認(rèn)為達(dá)到要求,方可進(jìn)行二次注射。
6.3.4 成型缺陷
當(dāng)注射成型得到了近乎完整的制件時(shí),制件本身必然存在各種各樣的缺陷,這種缺陷的形成原因是錯(cuò)綜復(fù)雜的,一般很難一目了然,要綜合分析,找出其主要原因來(lái)著手修正,逐個(gè)排出,逐步改進(jìn),方可得到理想的樣件。下面就對(duì)度模中常見(jiàn)的成型制品主要缺陷及其改進(jìn)的措施進(jìn)行分析。
⑴注射填充不足
所謂填充不足是指在足夠大的壓力、足夠多的料量條件下注射不滿型腔而得不到完整的制件。這種現(xiàn)象極為常見(jiàn)。其主要原因有:
a. 熔料流動(dòng)阻力過(guò)大
這主要有下列原因:主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形狀、尺寸不利于熔料流動(dòng)。盡量采用整圓形、梯形等相似的形狀,避免采用半圓形、球缺形料道。熔料前鋒冷凝所致。塑料流動(dòng)性能不佳。制品壁厚過(guò)薄。
b. 型腔排氣不良
這是極易被忽視的現(xiàn)象,但以是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。模具加工精度超高,排氣顯得越為重要。尤其在模腔的轉(zhuǎn)角處、深凹處等,必須合理地安排頂桿、鑲塊,利用縫隙充分排氣,否則不僅充模困難,而且易產(chǎn)生燒焦現(xiàn)象。
c. 鎖模力不足
因注射時(shí)動(dòng)模稍后退,制品產(chǎn)生飛邊,壁厚加大,使制件料量增加而引起的缺料。應(yīng)調(diào)大鎖模力,保證正常制件料量。
⑵ 溢邊(毛刺、飛邊、批鋒)
與第一項(xiàng)相反,物料不僅充滿型腔,而且出現(xiàn)毛刺,尤其是在分型面處毛刺更大,甚至在型腔鑲塊縫隙處也有毛刺存在,其主要原因有:
a. 注射過(guò)量
b. 鎖模力不足
c. 流動(dòng)性過(guò)好
d. 模具局部配合不佳
e. 模板翹曲變形
⑶ 制件尺寸不準(zhǔn)確
初次試模時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)制件尺寸與設(shè)計(jì)要求尺寸相差較大。這時(shí)不要輕易修改型腔,應(yīng)行從注射工藝上找原因:
a. 尺寸變大
注射壓力過(guò)高,保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng),此條件下產(chǎn)生了過(guò)量充模,收縮率趨向小值,使制件的實(shí)際尺寸偏大;模溫較低,事實(shí)上使熔料在較低溫度的情況下成型,收縮率趨于小值。這時(shí)要繼續(xù)注射,提高模具溫度降低注射壓力,縮短保壓時(shí)間,制件尺寸可得到改善。
b. 尺寸變小
注射壓力偏低、保壓時(shí)間不足,制在冷卻后收縮率偏大,使制件尺寸變??;模溫過(guò)高,制件從模腔取出時(shí),體積收縮量大,尺寸偏小。此時(shí)調(diào)整工藝條件即可。通過(guò)調(diào)整工藝條件,通常只能在極小范圍內(nèi)使尺寸京華,可以改變制件相互配合的松緊程度,但難以改變公稱尺寸。
7 繪制模具總裝圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件工作圖
7.1 模具總裝圖(見(jiàn)附頁(yè))
7.2 模具非標(biāo)準(zhǔn)零件圖(見(jiàn)附頁(yè))
7.3模具工作過(guò)程
模具裝配試模完畢之后,模具進(jìn)入正式工作狀態(tài),其基本工作過(guò)程如下:
(1)對(duì)塑料LDPE進(jìn)行烘干,并裝入料斗;
(2)清理模具型芯、型腔,并涂上脫模劑,進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱;
(3)合模、鎖緊模具;
(4)塑料進(jìn)行預(yù)塑化,注射裝置準(zhǔn)備注射;
(5)注射,其過(guò)程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模;
(6)脫模過(guò)程:開(kāi)模時(shí),機(jī)臺(tái)帶動(dòng)脫摸絲杠13作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)導(dǎo)向鍵14傳動(dòng)給齒輪軸12,使其作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及軸向運(yùn)動(dòng),通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)齒輪型芯17,帶動(dòng)塑件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),打開(kāi)分型面II,型腔板6在彈簧4的作用下作軸向運(yùn)動(dòng),分型面I處分開(kāi),繼續(xù)開(kāi)模,直至產(chǎn)品完全被脫出。
(7)合模過(guò)程:機(jī)臺(tái)帶動(dòng)脫模絲杠作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并作前行閉模運(yùn)動(dòng),型腔板復(fù)位,合模結(jié)束。
8 設(shè)計(jì)總結(jié)
對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō),塑料工業(yè)在整個(gè)國(guó)民基礎(chǔ)建設(shè)中的發(fā)揮了越來(lái)越大的作用。對(duì)于我們大學(xué)生來(lái)說(shuō),對(duì)于塑具的學(xué)習(xí)還是比較淺顯的,但通過(guò)這幾個(gè)月對(duì)瓶蓋的塑料模具的設(shè)計(jì),我對(duì)注射模具的工作流程與方法有了一個(gè)比較系統(tǒng)的掌握。
進(jìn)行塑料產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)要對(duì)成型制品進(jìn)行全面分析,再考慮型腔的分布、澆注系統(tǒng)、溫度控制機(jī)構(gòu)等設(shè)計(jì)。通過(guò)制品的零件圖就可以了解制品的設(shè)計(jì)要求。對(duì)形態(tài)復(fù)雜和精度要求較高的制品,有必要了解制品的使用目的、外觀及裝配要求,從而塑料品種的流動(dòng)性、收縮率和制品的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸公差、表面粗糙度等各方面考慮注射成型工藝的設(shè)計(jì)。而