圓筒件注塑成型工藝與模具設計一模兩件

《圓筒件注塑成型工藝與模具設計一模兩件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《圓筒件注塑成型工藝與模具設計一模兩件（21頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 . .. . 課程設計說明書 題 目：圓筒件注塑成型工藝及模具設計 目 錄 第1章 工藝分析 1.1 塑件成型工藝性分析 1.1.1 塑件結構的工藝性分析 1.1.2 成型材料性能分析 1.2 模具結構形式的確定 第2章 注射機的選擇 2.1 注射量的計算 2.2塑件和流道凝料及所需鎖模力的計算 2.3 選擇注射機 第3章 注射模具結構設計 3.1 模架的確定 3.2 各板

2、尺寸的確定 3.3 澆注系統(tǒng)設計 3.3.1 主流道設計 3.3.1.1主流道尺寸 3.3.1.2定位圈的選取 3.3.1.3主流道襯套形式 3.3.2 分流道設計 3.3.2.1分流道布置形式 3.3.2.2分流道長度 3.3.2.3分流道及澆口的尺寸設計 3.4 成型零件設計 3.4.1分型面位置的確定 3.4.2成型零件工作尺寸計算 3.4.2.1型腔徑向尺寸 3.4.2.2型腔深度尺寸 3.4.2.3型芯徑向尺寸 3.4.2.4型芯高度尺寸 3.4.2.5型腔壁厚計算 3.5 導向與定位機構設計 3.5.1機構的功用 3.5.2導向機構的設計

3、3.5.2.1導柱 3.5.2.2導套 3.6 推出機構設計 3.6.1脫模推出機構的設計原則 3.6.2塑件的推出方式 3.6.3塑件的推出機構 3.7 排氣系統(tǒng)設計 3.8 冷料穴設計 3.9 冷卻系統(tǒng)設計 第4章 注射機的校核 4.1 安裝參數(shù)的校核 4.1.1 模具外形尺寸校核 4.1.2 噴嘴尺寸及定位圈尺寸校核 第1章工藝分析 1.1塑件成型工藝性分析 1.1.1塑件的結構工藝性分析 1. 如圖1.1所示,該塑件為一小尺寸圓筒件,形狀簡單；壁厚t=1.5mm,壁厚徑比〔t/d>為1/60小于1/10,該塑件為薄壁塑件,并且

4、各處壁厚均勻。塑件為旋轉體結構,結構相對簡單,而且塑件質量相對較小。該塑件表面粗糙度全部為Ra0.8mm,材料為聚氯乙烯,該種塑料流動性中等。通過查閱資料該種塑料制件 未注公差時應選用MT5級精度。 2.該模具是圓筒形零件的注射模具。該塑件無側凹、側孔等,不需設計側抽芯裝置,相應模具結構簡單。從零件圖看,制件比較簡單,沒有苛刻的精度要求和尺寸公差要求,因此對模具的要求也較低。從生產(chǎn)批量考慮,本模具采用一模兩腔的結構,模架和模板尺寸均根據(jù)標準選取。其中模架從標準中選取A2型模架。由于塑件比較簡單,所以模具采用一次分型,不設有二次分型與側向分型機構。推出系統(tǒng)采用推桿推出,并設有復位桿復位。為了

5、加快模具的冷卻,使模具冷卻均勻,本模具設有4個冷卻管道,均開在定模部分。排氣利用分型面和配合處的間隙排氣。為了減少成本,本模具90%的零件選用標準件。 圖1.1 塑件圖 1.1.2 成形材料性能分析 聚氯乙烯,簡稱PVC,由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂,是氯乙烯的均聚物。 成形特性：1,無定形料,吸濕性小,但為了提高流動性、防止發(fā)生氣泡則宜先干燥 2,流動性差,極易分解,特別在高溫下與鋼、銅金屬接觸更易分解,分解溫度為200℃,分解時有腐蝕及刺激性氣體 3,成形溫度圍小,必須嚴格控制料溫 4,用螺桿式注

6、射機及直通噴嘴,孔徑宜大,以防止死角滯料,滯料必須及時處理清除 5,模具澆注系統(tǒng)應粗短,進料口截面宜大,不得有死角滯料,模具應冷卻,其表面硬鍍鉻 下面表1.1所示為該塑料的一些信息。 表1.1 聚氯乙烯塑料成形條件 注射成型機類型 螺桿式 密度〔g/cm〕 1.38 計算收縮率〔%〕 0.6-1.5 螺桿轉速〔r/min〕 28 預熱溫度〔℃〕 70-90 預熱時間〔h〕 4-6 料筒溫度 〔℃〕 后段 160-170 成型時間〔s〕 注射時間 15-60 中段 165-180 高壓時間 0-5 前段 170-190

7、 冷卻時間 15-60 噴嘴溫度〔℃〕 170-190 成型總周期〔s〕 40-130 模具溫度〔℃〕 30-60 使用溫度〔℃〕 小于70 比體積〔cm/g〕 0.86-0.98 熔點〔℃〕 212 抗拉屈服強度〔Mpa〕 35-50 拉伸彈性模量〔Mpa〕 2400-4200 1.2 模具結構形式的確定 該塑件精度要求不高,并且結構簡單,又是中等批量生產(chǎn),沒有側向分型機構,本模具采用一模兩腔的模具形式。 推出機構可采用推塊推出或推桿推出。推塊推出結構可靠,頂出力均勻,不影響塑件的外觀質量,但塑件上有圓弧過渡,推塊制造困難；推桿推出結構簡單,推出

8、平穩(wěn)可靠。從以上分析得出：該塑件采用推桿推出機構。 流道采用H式,且分流道開在定模上。澆口采用側澆口,型腔采用整體式。定模不需要設置分型面,動模部分需要一塊型芯固定板和支承板。因此可確定模具形式采用標準A2形模架。 該模具為單分型面模具。 第2章 注射機的選擇 2.1 注射量的計算 通過幾何估算得該塑件單件體積： V塑=V筒 ≈[π〔6.3/2〕2-π〔6/2〕2]X4+πX<6/2>2X0.15 =15.825cm3 取聚氯乙烯塑料密度為ρ=1.38 g/cm則塑件質量為： m=ρV=1.38×15.825=21.838g 流道凝料的質量還是個未知數(shù)可按塑件質

9、量的0.8倍來估算。從上述分析中確定為一模兩腔,所以注射量為： =2×21.838+0.8×21.838=61.146g 2.2 塑件和流道凝料及所需鎖模力的計算 流道凝料〔包括澆口,分澆道,主澆道凝料〕在分型面上的投影面積,在模具設計前是個未知值,根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計分析,是每個塑件在分型面上的投影面積的0.20.5倍,因此可用0.5來進行計算,所以 A=n+A= n+0.5 n=1.5 n=π×〔D/2〕 =3.14×<63/2>=3115.665mm A=9346.995mm 鎖模力為注射機鎖模裝置用于夾緊模具的力。所選注射機的鎖模力必須大于由于高壓熔體注入模腔而產(chǎn)生的脹模力

10、,此脹模力等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積。 即：F=P×A/1000 式中 F——鎖模力,kN p——型腔壓力,30MPa A——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積,㎜2 即 30×9346.995÷1000=280KN 2.3 選擇注射機 根據(jù)每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計算值,選用選擇注射機的鎖模力應該大于F,而且注射壓力應該大于PVC所需要的注射壓力P 0.PVC的注射壓力是80130 Mpa ,P 0取100 Mpa. 綜合所有條件,可采用SZ-60/450臥式注塑機 表2.1 SZ-60/450臥式注塑機主要技術參數(shù)

11、理論注射容量/cm 105 鎖模力/KN 450 螺桿直徑/ 35 拉桿間距/ 280×250 注射壓力/MP 125 移模行程/ 220 注射速率/〔g/s〕 75 最大模厚/ 300 塑化能力/ g/s〕 10 最小模厚/ 100 螺桿轉速/〔r/min〕 14200 定位孔直徑/ φ55 噴嘴球半徑/ 20 噴嘴孔直徑/ 4 鎖模方式 雙曲肘 注射時間/s 1.87 第3章 注塑模具結構設計 3.1 模架的確定 根據(jù)型腔布局〔一模兩腔〕及澆注系統(tǒng)的結構形式,又根據(jù)《現(xiàn)代注塑模設計與制造》中表4-4所推薦的圓筒型腔

12、側壁最小厚度為20mm,再考慮到導柱,導套及連接螺釘布置應占的位置等各方面問題,確定選用模架的基本尺寸為B×L=250×250mm。模架結構形式為A2的形式,如下圖3.1所示。 圖3.1模架結構圖 3.2 各模板尺寸的確定 定模座板,選用模板尺寸為315×250×25mm 定位圈,其尺寸根據(jù)標準選為φ100×15mm 定模板,塑件在板中參與成型部分深度為40mm,故其尺寸為為250×250×50mm。 動模板,尺寸為250×250×50mm。 墊塊,其高度尺寸=推出行程+凸模固定板的支撐板厚度+推桿固定板厚度+〔24〕=40+20+16+〔24〕=7880,高度取為80mm

13、,所以由標準中查得墊塊尺寸為40×250×80mm。 動模座板,其尺寸與定模座板相同,為315×250×25mm。 由模架的尺寸可以計算出模具閉合高度H=90+A+B+C=270mm。模架材料為45號鋼。 綜上,從選定模架可知,模架外形尺寸為：寬×長×高=250×250×270。 3.3 澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道,具有傳質,傳壓和傳熱的功能,對塑件質量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。 澆注系統(tǒng)的設計是模具設計的一個重要環(huán)節(jié),一般要遵循以下原則： 1． 了解塑料的成型性能； 2．?盡量避免產(chǎn)生或減少產(chǎn)生熔接痕；

14、3． 有利于型腔中氣體的排出； 4． 防止型芯的變形； 5． 盡量采用較短的行程充滿型腔,一般不超過60mm； 該模具采用普通流道澆注系統(tǒng),包括主流道,分流道,冷料穴,澆口。 3.3.1主流道設計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處,,它將注射機噴嘴射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形,以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。 圖3.2主流道 3.3.1.1 主流道尺寸 〔1〕形狀：圓錐形； 〔2〕錐角：3°； 〔3〕壁的粗糙度為Ra0.8mm； 〔4〕 主流道大端圓角：主流道大端設計成圓角過渡可以減小熔體流動阻力,半徑r=1～3mm,取

15、r=2mm 主流道長度 此模具初步選L 主=67mm設計 根據(jù)所選注射機,則主流道小端尺寸為 d=注射機噴嘴直徑+〔0.5 1〕=4+1=5mm。 主流道大端直徑 D=d+2Ltanα≈12mm 主流道球面半徑為 SR=注射機噴嘴球面半徑+〔12〕=20+1=21mm。 球面配合高度 h=35mm, 取h=3mm。 3.3.1.2 定位圈的選取 定位圈與注射機定模固定板上的定位孔之間采取比較松動的間隙配合,配合公差為H11/h11。定位圈與定位孔的配合長度取5mm。查《塑料模具標準件及設計應用手冊》表3-2,1,選取的標注定位圈為100 GB/T

16、 4169.19—2006,材料為45號鋼,其尺寸如下圖： 圖3.3 定位圈 3.3.1.3 主流道襯套形式 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸,屬易損件,對材料要求較嚴,因而主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套,以便于有效的選用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理,常采用碳素工具鋼,如45鋼,T8A,T10A等,本模具采用45鋼,熱處理硬度為3845HRC。 圖3.3 主澆道襯套的固定 3.3.2 分流道設計 3.3.2.1 分流道布置形式 分流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài),使塑件熔體盡快地經(jīng)分流道均衡的分配到各個型腔,由于模具采用一模兩腔

17、的形式,并且塑件結構簡單。因此,采用最常用的H式分流道形式,塑料熔體充模的溫降較大,故在其延伸端開設較小的冷料穴。如圖3.4所示。 圖3.4分流道 3.3.2.2 分流道長度 分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口的位置,從輸送熔體時的減少壓力損失和熱量損失及減少澆道凝料的要求出發(fā),應力求縮短。 對于壁厚小于3 ㎜,質量在200g 以下的塑件可用公式： 式中W——流經(jīng)分流道的塑料量, L——分流道長度, D——分流道直徑, 經(jīng)計算得 L=29mm 分流道總長度 L=2×29=58mm 3.3.2.3 分流道及澆口的尺寸設計 為了便于

18、機械加工及凝料脫模,本設計的分流道設置在分型面上定模一側,截面形狀采用加工工藝比較好的半圓截面。梯形截面對塑料熔體及流動阻力均不大,一般采用下面經(jīng)驗公式來確定截面尺寸。 澆口是連接流道與型腔之間一段細端通道,它是澆注系統(tǒng)的關鍵部位,澆口的形狀,位置尺寸對塑件的質量影響很大。 澆口截面積通常為分流道截面積的0.07～0.09倍,澆口截面形狀多為矩形和圓形兩種,本模具采用矩形截面澆口。澆口長度為0.5～2mm。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定,取其下限值,然后再試模時逐步修正。 本模具采用側澆口,澆口開在定模板上。 綜上得側澆口尺寸： 深度 h=1.6mm

19、 寬度 w=2mm 長度 l=1.2mm 圖3.4 分流道及側澆口示意圖 3.4成型零件設計 注塑模具閉合時,成型零件構成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、鑲拼件、各種成型桿與成型環(huán)。成型零件承受高溫高壓塑料熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在開模和脫模時需克服與塑件的粘著力。在上萬次、甚至幾十萬次的注塑周期,成型零件的形狀和尺寸精度、表面質量及其穩(wěn)定性,決定了塑料制品的相對質量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力,作為高

20、壓容器,它的強度和剛度必須在容許值之。成型零件的結構、材料和熱處理的選擇及加工工藝性,是影響模具工作壽命的主要因素。 3.4.1分型面位置的確定 在選擇分型面時,根據(jù)分型面的選擇原則,考慮不影響塑件的外觀質量以及成型后能順利取出塑件。 對塑件進行分析,由于塑件無過多圓角過渡要求,且在零件開口處無圓角過渡要求,故將分型面選在圖1.1所示零件圖主視圖的最上端處,這種選法塑件成型簡單,且能夠保證較簡單的模具結構。分型面應選在如圖3.6所指處。 圖3.6分型面選擇圖 3.4.2成型零件工作尺寸計算 成型零件的工作尺寸,是成型零件上直接用來成型塑料制品的那部分尺寸。 成型零件的工作尺寸

21、,要保證所成型塑料制品的尺寸。而影響塑料制品尺寸和公差的因素相當復雜,如模具的制造誤差及模具的磨損；塑料成型收縮率的偏差及波動；溢料飛邊厚度及其波動；模具在成型設備上的安裝調整誤差、成型方法及成型工藝的影響等。 聚氯乙烯材料的收縮率為0.6%～1.5%,且制件精度為MT5。本部分尺寸計算公式參考教材《塑性成形工藝與模具設計》。 可知： =0.0105 3.4.4.1型腔徑向尺寸 塑件外形徑向尺寸為,型腔徑向尺寸為 根據(jù)公式 其中x—修正系數(shù),由于塑件精度為MT5,且塑件尺寸較小故取x=0.75 —制造公差,由于塑件精度為MT5,且塑件尺寸較小故取==0.025

22、 因此 = 3.4.4.2型腔深度尺寸 塑件外形高度尺寸為 , 型腔深度尺寸為 根據(jù)公式 其中x—修正系數(shù),由于塑件精度為MT5,且塑件尺寸較小故取x=2/3 —制造公差,由于塑件精度為MT5,且塑件尺寸較小故取==0.021 因此 = 3.4.4.3型芯徑向尺寸 塑件孔的徑向尺寸為 , 型芯徑向尺寸為 根據(jù)公式 其中x—修正系數(shù),由于塑件精度為MT5,且塑件尺寸較小故取x=0.75 —制造公差,由于塑件精度為MT5,且塑件尺寸較小故取==0.025

23、因此 = 3.4.4.4型芯高度尺寸 塑件孔的深度尺寸為 , 型芯高度尺寸為 根據(jù)公式 其中x—修正系數(shù),由于塑件精度為MT5,且塑件尺寸較小故取x=2/3 —制造公差,由于塑件精度為MT5,且塑件尺寸較小故取==0.021 因此 = 3.4.4.5型腔壁厚計算 在注塑成型過程中,型腔所受的力有塑料熔體的壓力、合模時的壓力、開模時的拉力等,其中最主要的是塑料熔體的壓力。在塑料熔體壓力作用下,型腔將產(chǎn)生應力及變形。如果型腔側壁和底壁厚

24、度不夠,當型腔中產(chǎn)生的應力超過型腔材料的許用應力時,型腔即發(fā)生強度破壞。與此同時,剛度不足則發(fā)生過大的彈性變形,從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度,也可能導致脫模困難等,可見模具對強度和剛度都有要求。 在本次設計中采用圓形整體式型腔,如下圖： 圖3.7整體式圓形型腔 1〕按剛度計算側壁的厚度S 式中E——模具材料的彈性模量,MPa,碳剛為2.1 ×MPa p——型腔壓力,MPa,由前面所知為25 或30 MPa [δ]——剛度條件,即允許變形量,㎜,聚氯乙烯的[δ]值為0.07㎜ h——型腔深度尺寸,㎜ 因此

25、 =19.78mm 2〕按強度計算側壁的厚度S 式中r——型腔徑向半徑,30.54㎜ p——型腔壓力,MPa,由前面所知為25 或30 MPa [σ]——模具材料的許用應力,MPa,已知為160 Mpa 因此 =8.09mm 由此就應該選取S＞19.78㎜ 3.5導向與定位機構設計 3.5.1機構的功用 任何一副模具在動、定模之間都設置有導向機構,其功用是： 1． 定位作用：合模時維持動、定模之間的一定方位,合模后保持模腔的正確形狀 2． 導向作用：合模時引導動模按序正確閉合,防止損壞型芯,并承受一定的

26、側壓力 3． 承載作用：采用推板脫?；蛉迨侥＞呓Y構,導柱有承受推板件和定模型腔板的重載荷作用 4． 保持運動平穩(wěn)作用：對于大、中型模具的脫模機構,有保持機構運動靈活平穩(wěn)的作用 3.5.2導向機構的設計 本設計中采用導柱導向機構,由導柱與導套的間隙配合組成,并呈滑動運動 3.5.2.1導柱 導柱采用的是標準帶頭導柱。 導柱的前端做成倒圓角,以便導柱順利進入導孔 導柱的數(shù)量為4個,均勻分布在模具周圍,其余的要求要根據(jù)具體的情況而定,導柱、導套的材料均采用T8A。導柱與導套的配合形式見模具的裝配圖。導柱的長度必須比凸模端面的高度高出8～12mm,以免在導柱未導正方向之前凸模先進

27、入型腔,相碰而損壞。查《塑料模具標準件及設計應用手冊》表3-4,選取導柱：25×70×20GB/T4196.4—2006,材料為T10A,其尺寸如下圖所示： 圖3.8導柱 3.5.2.2導套 選用與導柱配合的導套,帶頭導套為 25×110GB/T4196.4—2006。材料為T10A,其尺寸如下圖3.9 圖3.9導套 3.6推出機構設計 注射成型每個循環(huán)中,塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯上脫出,完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構,也常稱為推出機構。 3.6.1 脫模推出機構的設計原則 塑件推出〔頂出〕是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié),推出質量的好壞將最后決

28、定塑件的質量,因此,塑件的推出是不可忽視的。在設計脫模推出機構時應遵循以下原則： 〔1〕推出機構應盡量設置在動模一側。 〔2〕保證塑件不因推出而變形損壞。 〔3〕機構簡單、動作可靠。 〔4〕良好的塑件外觀。 〔5〕合模時的準確復位 3.6.2 塑件的推出方式 推桿推出是一種基本的、也是一種最常用的塑件推出方式。本設計即采用推桿推出,推桿形式為圓形。 3.6.3塑件的推出機構 本設計采用的是階梯形推桿,其尺寸如下圖3.10所示。每個塑件由一根推桿推出,都設置在型芯。 圖3.10 推桿 3.7 排氣系

29、統(tǒng)設計 該套模具是屬小型模具,排氣量很小,而且本套模具的頂出方式為推桿頂出,每個零件有一個推桿,利用配合間隙就能達到排氣效果。因此本套模具不單獨設計排氣槽。 3.8 冷料穴設計 冷料穴一般開在主流道對面的動模板上〔也即塑料流動的轉向處〕,其目的一是為了貯存剛流入模具的部分冷料,利于成型；二是為了有利于脫模,使塑件保留在動模一側。 冷料穴有6種形式,本設計采用最常用的端部為Z字形的拉料桿。其標稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些。 圖3.11 3.9 冷卻系統(tǒng)設計 模具的溫度直接影響到塑件的成型質量和生產(chǎn)效率。所以模具上需要添加溫度調節(jié)系統(tǒng)以達到理想的溫度要求。熱塑性塑料在注射

30、成型后,必須對模具進行有效的冷卻,使熔融的塑料的熱量盡快傳給模具,以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模。提高塑件定型質量和生產(chǎn)效率。因為水的熱容量大,傳熱系大,成本低,且低于室溫的水容易取得,所以冷卻水普遍使用。用水冷卻即在模具型腔周圍或型腔開設冷卻水通道,利用循環(huán)水將熱量帶走。 冷卻裝置的設計要考慮以下幾點： 〔1〕保證塑件收縮均勻,維持模具熱平衡。 〔2〕冷卻水孔的數(shù)量越多,孔徑越大,對塑件冷卻也就越均勻。 〔3〕水孔與型腔表面各處最好有相同的距離,即水孔的排列與型腔形狀盡量吻合。 〔4〕澆口出要加強冷卻。一般熔融塑料填充型腔時,澆口附近溫度最高,距澆口越遠溫度越低。因此澆口附近應

31、加強冷卻,通冷卻水,而在溫度較低的外側只需通過經(jīng)熱交換后的溫水即可。 〔5〕降低入水與出水的溫度。可通過改變冷卻孔道排列的形式。 〔6〕要結合塑料的特性和塑件的結構,合理考慮冷卻水通道的排列形式。如塑件的收縮率,壁厚等。 〔7〕冷卻水通道要避免接近塑件的熔接痕部位,冷卻通道的密封性要好,冷卻通道的進口與出口接頭盡量不要高出模具外表面。 在本次設計中我采用的是簡單流道式,即通過在模具上直接打孔,并通以冷卻水而進行冷卻,是最常見的一種形式。 4.1安裝參數(shù)的校核 4.1.1模具外形尺寸校核 模具厚度,也稱模具閉合高度,每臺注射機都有一個安裝的模具厚度圍,所設計的模具厚度應在這一允許圍,即： 式中 模具高度 —注射機允許最小安裝高度 —注射機允許最大安裝高度 =270mm =150mm =300mm 所以合格 4.1.2噴嘴尺寸及定位圈尺寸校核 1〕噴嘴尺寸：注射模主流道襯套始端凹坑的球面半徑R應大于注射機噴嘴球頭半徑r,以保證同心和緊密接觸；主流道孔小端直徑應大于注射機噴嘴直徑。 2〕定位圈尺寸：注射模安裝用定位圈外徑應與注射機定位孔徑呈間隙配合,定位圈高度應小于定位孔深度。 21 / 21