盒蓋零件的注射模設(shè)計【一模兩腔】【側(cè)抽芯】【說明書+CAD】
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盒蓋零件的注射模設(shè)計
機械工程及自動化專業(yè) 毛建永
指 導(dǎo) 老 師 張躍
摘要 介紹基于本論文根據(jù)工程實際的需要完成盒蓋的注射模具設(shè)計。在設(shè)計中采用聚甲醛塑料注射而成型,成型方式為一模兩腔,該論文具體分析了產(chǎn)品的工藝性,確定了所采用塑料的工藝參數(shù)和所采用的成型設(shè)備,確定了模具制作的總體方案,分析并解決了模具的總體結(jié)構(gòu)和各工作部分的具體結(jié)構(gòu),并進行了一些必要的尺寸計算和強度的校核。該論文還對分型面、澆注系統(tǒng)和脫模機構(gòu)進行了分析設(shè)計,完成了模具工程圖設(shè)計,最后進行了主要零件加工工藝設(shè)計。
關(guān)鍵詞 注射模 成型 工藝性 設(shè)計
1 引言
1.1 注射模具CAD系統(tǒng)
一個完善的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾部分:
(1) 注塑制品構(gòu)造
(2) 模具概念設(shè)計
(3) CAE分析
(4) 模具評價
(5) 模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計
(6) CAM[1]
2 盒蓋設(shè)計及其成型工藝的分析
2.1 塑件分析
圖2.1 所示是盒蓋零件。
圖2.1 盒蓋零件
該塑件為薄壁類零件,且壁厚均勻。盒蓋本身具有一定的深度,表面光滑,在模具設(shè)計和制造上要有良好的加工工藝,確保成型零件具有一定的光潔度。盒蓋頂部為一方孔,左右對稱還各有一個小孔,所以需要用側(cè)抽芯成型。
2.2 塑料的選材及性能分析
盒蓋零件用于配合使用,所以耐磨性要突出,綜合機械性能要好,且要經(jīng)濟。具備這些條件的塑料是首選,這里我們選用聚甲醛(POM)。
(1)力學(xué)性能和剛性好,接近金屬材料,是替代銅、鑄鋅、鋁等金屬材料的理想材料。
(2)耐疲勞性和耐蠕變性極好。
(3)耐磨損、自潤性和摩擦性好,與UHMWPE、PA、F4一起稱為四大耐磨塑料材料。
(4)熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高,電絕緣性優(yōu)良。
2.3 POM塑料的注射過程及工藝
注射成型過程:
(1)成型前準(zhǔn)備,對POM進行干燥。POM是吸水率較低的塑料,干燥條件一般用烘箱加熱,溫度為90℃~100℃,時間4小時,料層厚度30毫米。
(2)注射過程,塑料在注射機內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動狀態(tài)后,由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型,起過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻5個階段。
POM的注射工藝參數(shù):
(1)螺桿類別:標(biāo)準(zhǔn)螺桿(直 通 式 噴 嘴)
(2)螺桿轉(zhuǎn)速(r/min):30
(3)注射機料筒溫度:
前段 170℃~190℃
中段 180℃~200℃
后段 170℃~190℃
(4)噴嘴溫度:170℃~180℃。
(5)模具溫度:90℃~100℃。
(6)注射壓力:80MP~120MP。
(7)注射速度: 高速注射。
(8)保壓壓力: 30MP~50MP
(9)成型時間:
注射時間:2s~5s
保壓時間:20s~90s
冷卻時間:20s~60s
總周期:50s~160s
(10) 后處理: 脫模后應(yīng)將塑件放在90℃ 左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻[2]。
3 盒蓋模具設(shè)計方案的比較與確定
3.1 分型面方案的優(yōu)化確定
(1)分型面選擇方案一:如圖3.1所示,開模時在塑件中間的外形最大輪廓處A一A面分開。
(2)分型面選擇方案二:如圖3.2所示,開模時在塑件底下的外形最大輪廓處A一A面分開。
根據(jù)工程和生產(chǎn)實際分析,分型面采用方案二是比較好的,能在成形的基礎(chǔ)上保證塑件的加工精度,方案一容易在分型面處產(chǎn)生飛邊,影響外表面的光滑度。
圖3.1 分型面位置
圖3.2 分型面位置
3.2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定
根據(jù)設(shè)計要求采用一模兩腔。
型腔排列方式比較確定:
(1) 排列方案一:如圖3.3所示。
圖3.3 型腔排列方式一
(2)排列方案二:如圖3.4所示。
圖3.4 型腔排列方式二
采用方案一結(jié)構(gòu)更復(fù)雜和更多的制造工時,增加了成本,且不易實現(xiàn),經(jīng)過比較該套模具型腔的排列方式采用方案二。
4 模具詳細(xì)設(shè)計
4.1 注塑機選型
選定型號為XS一ZY一125型臥式注射機,其主要技術(shù)參數(shù)見表4.1。
表4.1 XS一ZY一125型注射機主要技術(shù)參數(shù)
螺桿直徑/mm
42
拉桿內(nèi)間距/mm
260x290
注射行程/mm
115
最大模具厚度/mm
300
額定注射量/
125
最小模具厚度/mm
200
注射速度 /(g/s)
100
頂出桿根數(shù)
1
噴嘴直徑/mm
4
噴嘴圓弧半徑/mm
12
額定注射壓力/MP
120
頂出中心孔直徑/mm
30
鎖模力/KN
900
開模行程/mm
270
4.2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計和澆口的設(shè)計
(1)主流道小端入口處與注射機噴嘴反復(fù)接觸,屬易損件,對材料要求比較嚴(yán),因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套,以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨進行加工和熱處理,常采用碳素工具鋼,如T8A、T10A等,熱處理硬度為50HRC~55HRC。
(2)定位圈的設(shè)計與固定
由于該模具主流道比較長,定位圈和襯套設(shè)計成分體式。
4.3 成型零件工作尺寸的設(shè)計和計算
設(shè)計成型零件時,應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求,確定型腔的總體結(jié)構(gòu),選擇分型面和澆口位置,確定脫模方式、排氣部位等,然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計,計算成型零件的工作尺寸,對關(guān)鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸,主要有型腔和型芯的徑向尺寸,型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等。
POM的成型收縮率為1.2%~3.0%所以平均收縮率取 s=2.1%。塑件尺寸公差按SJ1372一78標(biāo)準(zhǔn)中的7級精度成型。
4.4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用
根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸,再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架,選用基本型為A4型的標(biāo)準(zhǔn)模架,模架如圖4.1所示。
1-動模座板;2-內(nèi)六角螺釘;3-墊塊;4-支承板;5-彈簧;6-頂銷;7-內(nèi)六角螺釘;8-動模板;9-推件板;10-鑲塊;11-型芯;12-定位銷;13-彈簧;14-定模座板;15-定位圈;16-內(nèi)六角螺釘;17-澆口套;18-內(nèi)六角螺釘;19-定模板;20-型腔;21-滑塊;22-斜導(dǎo)柱;23-拉料桿;24-內(nèi)六角螺釘;25-推桿固定板;26-推板;27-推件桿;28-導(dǎo)套;29-導(dǎo)柱;30-導(dǎo)套;
圖4.1 模架
4.5 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設(shè)計
當(dāng)在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)有孔、凹穴或凸臺時,塑件就不能直接由推桿等推出機構(gòu)推出脫模,此時,模具上成型該處的零件必須制成可側(cè)向移動的活動型芯,以便在塑件脫模推出之前,先將側(cè)向成型零件抽出,然后在把塑件從模內(nèi)推出,否則就無法脫模[3]。
4.6 冷料井的設(shè)計
冷料井位于主流道的對面的下凹模板上,其作用是存放料流前端的“冷料”,防止“冷料”進入型腔而形成接縫;開模時能將主流道中的凝料拉出。冷料井的尺寸稍大于主流道大端的直徑。 采用底端帶有推桿的冷料井,這類冷料井的底部有一根拉料桿組成,推料桿裝于推桿型芯推板上。注射模采用Z型冷料井,結(jié)構(gòu)如圖4.13所示。
圖4.2 冷料井
5 模具裝配
塑料模具的總裝過程因模具結(jié)構(gòu)的不同而不同,但其主要的總裝配順序不變,具體如下:
(1)確定裝配基準(zhǔn)。
(2)安裝導(dǎo)柱導(dǎo)套和型芯、型腔并使間隙均勻。
(3)安裝側(cè)抽芯機構(gòu)和推出機構(gòu)等。
(4)其他零件的裝配。
(5)檢驗、試模[4]。
6 模具工作過程
模具裝配試模完畢之后,模具進入正式工作狀態(tài),其基本工作過程如下:
(1)對塑料POM進行烘干,并裝入料斗。
(2)清理模具型芯、型腔,并噴上脫模劑,進行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱。
(3)合模、鎖緊模具。
(4)對塑料進行預(yù)塑化,注射裝置準(zhǔn)備注射。
(5)注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模。
(6)開模時,開合模系統(tǒng)帶動動模部分后移,斜導(dǎo)柱逼使側(cè)抽芯滑塊移動側(cè)向抽芯,當(dāng)斜導(dǎo)柱脫離動模部分時,固定在定模部上的定位銷剛好卡住滑塊,防止斜滑塊與定模部分分離,使之順利的留在定模恰當(dāng)?shù)奈恢?,有利于順利合模與復(fù)位;抽芯完成同時;隨著繼續(xù)開模,塑件脫離型腔同時主流道凝料在拉料桿的拉力作用下與澆口套分離;接著推出機構(gòu)工作,推板在注射機頂桿的作用下,帶動塑件推桿工作,把塑件從主型芯上推出來,從而完成了塑件與模具的分離;最后將塑件取出完成自動脫模。
(7)塑件的后處理。
6 結(jié)束語
本次設(shè)計是我們大學(xué)四年所學(xué)知識做的一次總測驗,是鍛煉也是對自己四年來所學(xué)知識及運用知識能力的檢驗。
通過此設(shè)計,掌握了模具設(shè)計的方法和步驟,并結(jié)合具體的零件進行了具體的設(shè)計工作,包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計、注射模成型零件尺寸的計算等。
從測繪塑件圖紙,到完成CAD造型設(shè)計;完成塑件注射模具方案設(shè)計和相關(guān)設(shè)計計算;模具成型零件CAD造型設(shè)計;最后完成模具加工,掌握了完整的工程設(shè)計過程,學(xué)會了從生產(chǎn)實際出發(fā),針對實際課題解決實際問題,掌握了綜合使用各種設(shè)計手冊、圖冊、資料的方法,提高了電腦繪圖水平,為以后我的工作奠定了基礎(chǔ)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 張春吉,唐躍. CAD/CAE技術(shù)在塑料模具設(shè)計中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2004,16(1):34~35.
[2] 王加龍. 塑料注塑工[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.
[3] 肖國容. 注塑模具側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)知識庫與推理機的研究[D].浙江:浙江大學(xué),1999.
[4] 劉華剛主編. 模具鉗工操作技能[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.
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