735 雙蓋注塑模具設計【全套10張CAD圖+文獻翻譯+說明書】

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This topic came from the technology capability of product, the structure of the mold embarks, the gating system, the injection molding system and the related parameter examination, the mold took shape the partial structures, the against system, the cooling system ,the injection molding machine all had the detailed design, at the same time , the processing craft of the mold were simply established. Through the entire process of the design indicated this mold can achieve the processing craft which the plastic lid requested. Key words：plastic lid；plastic injection mold；the structure of the mold embarks;gating systerm; injection molding machine 目 錄 前言 1 1 塑件成型的工藝性分析 4 1.1塑件的分析 4 1.2 PP的性能分析 4 1.3聚丙烯的成型工藝 4 2 注射機的型號和規(guī)格選擇及校核 6 2.1 注射機的選用 6 2.2 注射壓力的校核 7 2.3 鎖模力的校核 7 3 分型面的選擇 8 3.1 分型面的形式 8 3.2 分型面的選擇原則 8 3.3 水平分型面的選擇 8 4 型腔數(shù)目的決定及排布 9 4.1 型腔數(shù)目的確定： 9 4.2 多型腔的排列： 9 4.3 模具結(jié)構的初步確定 9 5 澆注系統(tǒng)的設計 10 5.1主流道設計： 10 5.2分流道的設計 11 5.3澆口的設計： 13 5.4 校核主流道的剪切速率 13 5.5冷料穴的設計 13 6 成型零件的工作尺寸計算 14 6.1 凹模的結(jié)構形式 14 6.2 凸模的結(jié)構設計 14 6.3 成型零件的工作尺寸計算 15 6.3.1 凹模徑向尺寸計算 15 6.3.2 凹模深度尺寸的計算 16 6.3.3 型芯徑向尺寸計算 16 6.3.4 型芯高度尺寸的計算 17 6.3.5型腔的壁厚和底板厚度的計算 17 7 模架的確定 18 7.1各模板尺寸的確定 18 8 導柱導向機構的設計 19 9 脫模推出機構的設計 20 9.1 脫模力的計算 20 9.2 推出方式的確定 20 9.3 脫模機構的設計原則 20 10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計 21 10.1 冷卻系統(tǒng)設計 21 10.2 冷卻時間的確定 21 10.3 冷卻系統(tǒng)設計原則 21 10.4 冷卻系統(tǒng)的計算 22 11模具安裝 23 設計總結(jié) 24 參考文獻 25 致 謝 26 前言 模具被稱為工業(yè)產(chǎn)品之母。所以工業(yè)的高速發(fā)展也離不開模具工業(yè)的不斷進步。中國模具巿場規(guī)模巨大，隨著國內(nèi)模具工業(yè)高速發(fā)展，技術也獲得了較大的飛躍，但是，仍然面對高檔模具以進口為主的尷尬局面。提升技術實力，乃是中國模具工業(yè)發(fā)展的前途所在。隨著沖壓金屬制品在機械、電子、交通、國防、建筑、農(nóng)業(yè)等各行業(yè)的廣泛應用，對冷沖壓模具的需求日益增加，沖壓模在國民經(jīng)濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術密集型產(chǎn)品，其技術水平的高低已經(jīng)成為一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一。因此我選擇了模具設計的課題，即設計一副能夠生產(chǎn)所給空氣濾清器殼的模具，并且結(jié)構合理、能保證制品的精度、表面質(zhì)量。在設計中能熟練使用PRO/E?、AUTOCAD?等機械、模具相關繪圖軟件。 1、 國內(nèi)方面發(fā)展情況 模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。中國經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，也為其發(fā)展提供了巨大的動力。近10年來，中國模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長速度快速發(fā)展。但與發(fā)達國家相比，中國模具工業(yè)無論在技術上，還是在管理上，都存在較大差距。特別在大型、精密、復雜、長壽命模具技術上，差距尤為明顯。中國每年需要大量進口此類模具，在模具產(chǎn)品結(jié)構上，中低檔模具相對過剩，市場競爭加劇價格偏低，降低了許多模具企業(yè)的效益。而中高檔模具能力不足，模具的開發(fā)能力較弱，技術人才嚴重不足，科研開發(fā)和技術攻關投入少等一系列問題，嚴重制約了中國模具行業(yè)的發(fā)展。 由于近年市場需求的強大拉動，中國模具工業(yè)高速發(fā)展，市場廣闊，產(chǎn)銷兩旺。2003年我國模具產(chǎn)值達到450億元人民幣以上，約折合50多億美元，按模具總量排名，中國緊隨日本、美國其后，位居世界第三。中國模具已涵蓋了各種用于金屬和非金屬成形的特殊裝備，被分為10大類、46小類。1996年至2002年間，中國模具制造業(yè)的產(chǎn)值年平均增長14%左右，2003年增長25%左右，廣東、江蘇、浙江、山東等模具發(fā)達地區(qū)的增長在25%以上。近兩年，我國的模具技術有了很大的提高，生產(chǎn)的模具有些已接近或達到國際水平。2003年模具出口3.368億美元，比上年增長在33.5%，形勢喜人。 總的來看，我國技術含量低的模具已供過于求，市場利潤空間狹小，而技術含量較高的中、高檔模具還遠不能適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，精密、復雜的沖壓模具和塑料模具、轎車覆蓋件模具、電子接插件等電子產(chǎn)品模具等高檔模具仍有很大一部分依靠進口。 近五年來，我國平均每年進口模具約11.2億美元，2003年就進口了近13.7億美元的模具，這還未包括隨設備和生產(chǎn)線作為附件帶進來的模具。中國現(xiàn)有模具企業(yè)超過2萬家，從業(yè)人數(shù)50多萬人。中國的模具生產(chǎn)目前主要集中在華南和華東，大約占了全國模具制造業(yè)產(chǎn)值和銷售額的三分之二，每年平均增長在20%左右。 2、國外方面發(fā)展情況 我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、“小而全”的組織形式，而國外大多是“小而專”、“小而精”。國內(nèi)大型、精密、復雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進出口之比為3.7﹕1，進出口相抵后的凈進口額達13.2億美元，為世界模具凈進口量最大的國家。 3、未來塑料模具制造技術發(fā)展趨勢 ?（1）提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。 （2）在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造良好的條件；基于網(wǎng)絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 （3）推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究開發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。???? （4） 開發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。? （5） 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高商品化程度、提高標準件質(zhì)量、降低成本；再次是要進一步增加標準件的規(guī)格品種。 （6）應用優(yōu)質(zhì)材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。 (7)研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調(diào)整、廉價的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。 1 塑件成型的工藝性分析 本產(chǎn)品主要用于小玩具，它要求質(zhì)量輕、成本低廉、能大規(guī)模的生產(chǎn)、無毒，下列為其圖樣 圖1 零件圖 1.1塑件的分析 本塑件結(jié)構比較簡單，生產(chǎn)批量為大批量，根據(jù)性能要求，這里選擇塑件材料為PP,塑件的公差按模具設計要求進行轉(zhuǎn)換。 1.2 PP的性能分析 1.結(jié)晶料，濕性小，易發(fā)生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。 2.流動性好，但收縮范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔.凹痕，變形。 3.冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應緩慢散熱，并注意控制成型溫度，料溫低溫高壓時容易取向，模具溫度低于50度時，塑件不光滑，易產(chǎn)生熔接不良，流痕，90度以上易發(fā)生翹曲變形。 4.塑料壁厚須均勻，避免缺膠，尖角，以防應力集中。 1.3聚丙烯的成型工藝 注塑機選用：對注塑機的選用沒有特殊要求。由于PP具有高結(jié)晶性。需采用注射壓力較高及可多段控制的電腦注塑機。鎖模力一般按3800t/m2來確定，注射量20%-85%即可。 干燥處理：如果儲存適當則不需要干燥處理。 熔化溫度：PP的熔點為160-175℃，分解溫度為350℃，但在注射加工時溫度設定不能超過275℃。熔融段溫度最好在240℃。 模具溫度：模具溫度50-90℃，對于尺寸要求較高的用高模溫。型芯溫度比型腔溫度低5℃以上。 注射壓力：采用較高注射壓力（1500-1800bar）和保壓壓力（約為注射壓力的80%）。大概在全行程的95%時轉(zhuǎn)保壓，用較長的保壓時間。 注射速度：為減少內(nèi)應力及變形，應選擇高速注射，但有些等級的PP和模具不適用（出現(xiàn)氣泡、氣紋）。如刻有花紋的表面出現(xiàn)由澆口擴散的明暗相間條紋，則要用低速注射和較高模溫。 流道和澆口：流道直徑4-7mm，針形澆口長度1-1.5mm，直徑可小至0.7mm。邊形澆口長度越短越好，約為0.7mm，深度為壁厚的一半，寬度為壁厚的兩倍，并隨模腔內(nèi)的熔流長度逐肯增加。模具必須有良好的排氣性，模具排氣孔深度為0.025mm-0.038mm，厚1.5mm，要避免收縮痕，就要用大而圓的注口及圓形流道，加強筋的厚度要小（例如是壁厚的50-60%）。均聚PP制造的產(chǎn)品，厚度不能超過3mm，否則會有氣泡（厚壁制品只能用共聚PP）。 熔膠背壓：可用5bar熔膠背壓，色粉料的背壓可適當調(diào)高。 制品的后處理：為防止后結(jié)晶產(chǎn)生的收縮變形，制品一般需經(jīng)熱水浸泡處理。 2 注射機的型號和規(guī)格選擇及校核 注射模是安裝在注射機上的，因此在設計注射模具時應該對注射機有關技術規(guī)范進行必要的了解，以便設計出符合要求的模具，同時選定合適的注射機型號。 從模具設計角度考慮，需要了解注射機的主要技術規(guī)范。在設計模具時，最好查閱注射機生產(chǎn)廠家提供的有關“注射機使用說明書”上標明的技術規(guī)范，。因為即使同一規(guī)格的注射機，生產(chǎn)廠家不同，其技術規(guī)格也略有差異。 2.1 注射機的選用 選用注射機時，通常是以某塑件（或模具）實際需要的注射量初選某一公稱注射量的注射機型號，然后依次對該機型的公稱注射壓力、公稱鎖模力、模板行程以及模具安裝部分的尺寸一一進行校核。 經(jīng)過初步計算 塑件體積：V塑=9.9㎝3 由于澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前不能確定準確的數(shù)值，但是可以依據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2倍—1倍來估算。由于本次設計采用的流到簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3倍來估算，故一次注入模具型腔的塑料熔體的總體積為 V總=1.3n V塑=1.3×4×9.9=51.48㎝3……………………………………（1） 根據(jù)一次注入模具型腔的塑料總體積，由V公= V總÷0.8=51.48÷0.8=64.35㎝3根據(jù)以上計算，初步選擇公稱注塑量為125㎝3，注塑機選擇為XS-ZY-125型號的注射成型機，其主要技術參數(shù)如表1 表1 XS-ZY-125型號的注射成型機技術參數(shù) 項目 技術參數(shù) 項目 技術參數(shù) 螺桿直徑/mm 42 拉桿間距/mm 260Х360 理論容量（cm3） 125 最大模具厚度/mm 300 塑化能力（g/s） 16.8 最小模具厚度/mm 200 額定注射壓力/Mpa 150 頂桿根數(shù) 1 鎖模力/KN 900 定位孔直徑/mm 125 開模行程/mm 300 噴嘴球半徑SR/mm 12 螺桿轉(zhuǎn)速(r/min) 0～200 噴嘴孔直徑/mm 4 2.2 注射壓力的校核 該項工作是效核所選注射機的公稱壓力P能否滿足塑件所成型時需要的注射壓力P0，其值一般為70～100MPa， 這里取P0=100MPa，公稱注塑壓力P=150MPa,注射壓力安全系數(shù)k1=1.25-1.4,這里取k1=1.3 k1 P0=1.3×100=130MPa<公稱注塑壓力P，所以，注射機注射壓力合格。 2.3 鎖模力的校核 鎖模力是指注射機的鎖模機構對模具所施加的最大夾緊力，當高壓的塑料熔體充填模腔時，會沿鎖模方向產(chǎn)生一個很大的脹型力。為此，注射機的額定鎖模力必須大于該脹型力，即：F鎖 > K× F脹 F脹= A 分 × P型…………………………………（2） F鎖—注射機的額定鎖模力（N）； P分—模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力（MPa）；一般為注射壓力的0.3～0.65倍，通常取20～40MPa。我們這里選P型=30MPa。 K為鎖模力安全系數(shù)。 A分—塑料和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和（mm2） 取A澆=0.2A塑 A分=n(A澆+A塑)=4×1.2×A塑=11424 mm2，由公式（2）得 F脹= 11424×30=342.72KN F鎖=900KN，鎖模力安全系數(shù)k為1.1-1.2，這里取1.2，則1.2×F脹=411.26410,所以可將該主型芯視為薄壁塑件。根據(jù)參考資料脫模力計算公式為： F=10faE(Tf-Tj)th ……………………………（10） 式中f為脫模系數(shù)取0.5，a為塑料的線膨脹系數(shù)值為9.8×10-5/℃，E為脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量取1.5×103MPa，Tf為塑料的軟化溫度取110℃,Tj脫模時塑件溫度取60℃，h為型芯脫模方向高度為17mm,由公式(10)得 F1=630N (2) 2×R14小型芯脫模力，因為R/t=14>10,同理由公式（10）得 F2=1260N (3) 總脫模力F=F1+F2=1890N 9.2 推出方式的確定 （1）采用推桿推出 設6mm的圓推桿4根，推出面積A桿=(d2π/4)×4=113mm2。推桿推出應力為F/A桿=16.7MPa，查表得許用應力為12 MPa，應力偏大，不用推桿推出。 （2）采用推件板推出 推件板推出面積A板=68×34-66×32=20mm2 推件板推出應力為1890/200=9.45 MPa <12 MPa 合格 所以采用推件板推出，由于采用側(cè)澆口，充模時容易形成封閉式氣囊，因此在每個型芯上設置1根直徑為6mm的推桿，以供排氣，另外推出更加平穩(wěn)。 9.3 脫模機構的設計原則 設計脫模機構時，應遵循以下原則： （1）結(jié)構可靠：機械的運動準確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強度。 （2）保證塑件不變形、不損壞。 （3）保證塑件外觀良好。 （4）盡量使塑件留在動模一邊，以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作。 10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計 10.1 冷卻系統(tǒng)設計 塑料在成型過程中，模具溫度會直接影響到塑料的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。所以，我們在模具上需要設置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以到達理想的溫度要求。 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其溫度在60℃以下。所以熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，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。對于熔融黏度低、流動性比較好的塑料，如聚丙烯、有機玻璃等等，當塑件是小型薄壁時，如我們的塑件，則模具可簡單進行冷卻或者可利用自然冷卻不設冷卻系統(tǒng)；當塑件是大型的制品時，則需要對模具進行人工冷卻。 10.2 冷卻時間的確定 在注射過程中，塑件的冷卻時間，通常是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開模取出塑件時止的這一段時間。這一時間標準常以制品已充分固化定型而且具有一定的強度和剛度為準，這段冷卻時間一般約占整個注射生產(chǎn)周期的80%。因為我們所需要的塑件比較薄，固用此公式： ……………………………（11） 式中，a — 塑料熱擴散系數(shù) （m2/s）； S — 制品壁厚 （mm）； 現(xiàn)我們根據(jù)已知條件知道PP的TS=260℃，TM=60℃，TE=100℃，而塑件的厚度為1mm，由公式（11）得 t =4.5 S 10.3 冷卻系統(tǒng)設計原則 ①、盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡 ②、冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對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、澆口處加強冷卻。 ⑤、應降低進水與出水的溫差。 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構發(fā)生干涉現(xiàn)象。 ⑨、冷卻水管進出接頭應埋入模板內(nèi)，以免模具在搬運過程中造成損壞。 10.4 冷卻系統(tǒng)的計算 注射周期=t注+t冷+t脫=1.6+4.5+7.5=13.6S，每小時注射次數(shù)N=264次。 設PP塑料的密度ρ=0.92 (g/cm3)，且流量為125，Qs=590(KJ/KG)。 現(xiàn)有公式可得：Q = N · G · Qs ……………………………………（12） 式中，Qs — 塑料熔體的單位熱流量 N — 每小時的注射次數(shù) G — 制品包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的質(zhì)量（Kg） G = nG件= 4 × 0.92 ×9.9 0 = 36 （g） 由公式（12）得Q = 5607（KJ） 設冷卻水道入水口的水溫為22℃,出水口的溫度為26℃，算出冷卻水的體積流量為5.58×10-3m3/min。根據(jù)參考資料冷卻水的流量為湍流狀態(tài)，最低流速為1.66m/s.取冷卻水道的直徑為8mm。成型零件的冷卻水道開設如圖13所示。 圖13 成型零件冷卻水道形式 11模具安裝 （1）、清理模板平面定位孔及模具安裝表面上的污物、毛刺； （2）、因模具的外形尺寸不大，故采用整體安裝法。先在機器下面的兩根導軌上墊好板，模具從側(cè)面進入機架間，定模入定位孔，并放正，慢速閉合模板，壓緊模具，然后用壓板或螺釘壓緊定模，并初步固定動模，然后慢速開閉模具，找正動模，應保證開閉模具時平穩(wěn)，靈活，無卡住現(xiàn)象，然后固定動模； （3）、調(diào)節(jié)鎖模機構，保證有足夠開模距及鎖模力，使模具閉合適當； （4）、慢速開啟模板直至模板停止后退為止，調(diào)節(jié)頂出裝置，保證頂出距離。開閉模具觀察頂出機構的運動情況，動作是否平衡、靈活、協(xié)調(diào)。 設計總結(jié) 塑料工業(yè)是當今世界上最快的工業(yè)門類之一，對于我國而言，它在整個國民經(jīng)濟的各個部門中發(fā)揮了越來越大的作用。我們大學生對于塑料工業(yè)的認識還是很膚淺的，但是通過這次塑料模具課程設計，讓我們更多的了解有關塑料模具設計的基本知識，初步掌握了一些關于塑料模具設計的步驟和方法，對塑料模有了一個更新的認識。這對我們在今后的生產(chǎn)實踐工作中無疑是個很好的幫助，也間接性的為今后的工作經(jīng)驗有了一定的積累。 塑料制品成型及模具的設計還是個很專業(yè)性、實踐性很強的技術，而它的主要內(nèi)容都是在今后的生產(chǎn)實踐中逐步積累和豐富起來的。因此，我們要學好這項技術光靠書本上的點點知識還是不夠的，我們更多的還應該將理論與實際結(jié)合起來，這還需要我們到工廠里去實踐。 參考文獻 1、《塑料模具設計指導》伍先明、張蓉、楊軍、周志冰編著，國防工業(yè)出版社 2、《塑料模具設計》卜建新主編，中國輕工業(yè)出版社 3、《塑料模具設計》申樹義、高濟編，機械工業(yè)出版社 4、《塑料模具設計手冊》《塑料模具技術手冊》編委會，機械工業(yè)出版社 5、《塑料成型工藝及模具設計》葉久新、王群主編，機械工業(yè)出版社 6、《互換性與測量技術基礎》陳于萍、周兆元主編，機械工業(yè)出版社 7、《機械制圖》劉朝儒、彭福萌、高政一主編，高等教育出版社 致 謝 26