宁波成人本科_机械设计制造及自动化_储物箱箱盖注塑模设计

发布时间:2022-12-02 作者:金顺教育

宁波成人本科_机械设计制造及自动化_储物箱箱盖注塑模设计

1.引言

在工业生产中模具是非常重要的工艺设备,在全民经济快速增长的今天模具工业是重要的基础之一,它在现代工业的规模生产中越来越发挥着重要的作用。通过模具对产品进行生产有着效率高、成本低、品质好、节能、节材等明显的特点,在机械、航空、船舶、医疗、电子通信、家电等各个领域有着广泛的应用。是否有着高水平的模具设计水准、是否使用高端的加工设备、使用的模具质量好坏程度都直接影响着新产品的研究开发和旧产品的升级改造,决定到所生产产品的质量能否提升,经济效益能否提高。所以,这是一个模具工业大发展的时代,模具制造水平已经大体决定到了一个国家工业的制品水平,是国家在世界大舞台上能否拥有话语权的标注之一。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

1.1塑料的介绍

我们所知道的塑料其实并不是一种纯物质,它是由很多材料配置出来的,成分非常复杂,按照不同的成分来区分,可以将塑料分为简单组分塑料和多组分塑料。简单组分塑料一般不加或只加入些许的助剂,其主要成分基本是树脂。而多组分塑料除了含有树脂之外,还需要通过一定比例加入一些其他的助剂。不同性能的塑料可以通过配置一定比例的树脂和助剂得到,相同的树脂、不一样配方,也可以得到完全不一样的塑料材料及塑件。[1]虽然塑料含有许多物质,但是总体来说主要由树脂、填充剂、增塑剂、着色剂、稳定剂、润滑剂组成。按照塑料的使用特性来说我们可以将塑料分为工程塑料、通用塑料还有功能塑料。按照塑料在受热之后所表现出来特性我们可以将塑料分为能反复加热软化的热塑性塑料和形状固化便不能改变的热固性塑料。相对于金属而言塑料具有密度小、绝缘性高、抗化学腐蚀能力强、原材料便宜、质量轻的优点。所以当时代发展到了今天,人们的生活生产中塑料已经成了必不可少的一部分。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

1.2塑料模具简介

塑料模具是和塑料成型机配套使用的一种造型工具,用来生产各种各样的塑料制品。因为有着各种塑料成型机与塑料制品,所以塑料模具的结构和样式也是各种各样的。我国的塑料模具工业从开始发展走到现在,经历了50多年,在这段漫长的过程中有了很大的提升与进步,模具水平也提高了很多。我们可以预见模具市场的发展形势一片大好,在将来会稳步提升,在这其中塑料模具的将来更加光明,发展将远快于其他模具,在模具行业中将占据更多的分量。塑料对于塑料模分类方法有许多,按照模塑方法来进行分类可以分为压缩模、压注模、注射模、浇铸模、发泡膜、中空吹塑模、挤出机头及口模、热成型模等等。[2] 按照模具的安装方式可以分为移动式模具、固定式模具、半固定式模具。一般而言塑料模具由两部分组成,分别是安装在注射机的固定模板上面的定模和安装在注射机的移动模板上面的动模。当模具合模时就形成了型腔和浇注系统,当注塑完成后模具打开,动模移动由此动模与定模分开,从而拿出塑件。塑料模具的样式有许多种,但在大体结构上都是大同小异的。一般的来说塑料模具主要由浇注系统、推出机构、加热与冷却系统、结构部件、成型零件和排气系统组成。其中最需要精度要求的是浇注系统与成型零件。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

1.3注射成型的特点

热塑性塑料成型方法有很多,最重要的方法之一是注射成型,也可以叫做注塑成型。注射成型发展到了今天,除了氟塑料外基本上所有的热塑性塑料成型都可以使用这种方法。[3]随着科学技术的进步,对于一些热固性塑料也可以使用注射成型。注射成型有着许多优良的特性,它的成型周期非常短、生产适应性强、生产效率高、经济效益好。对于成型外形复杂的塑料制品、尺寸要求精度高的塑料制品、带有金属嵌件或者非金属嵌件的塑料制品能够实现一次成型,便于自动化生产的实施。因此在现代社会中注射成型已经得到了广泛的生产应用,其产量大约占据了30%在塑料制品总量中。因为注射成型所需要的设备昂贵、模具的结构也比较复杂多样、而且制作成本高,所以总体来说特别适用于大批量塑料制品的生产。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

2.塑件的工艺性分析

2.1塑件的分析

(1)塑件的结构:本次设计的是一个储物箱的箱盖,其三维外观如图2-1所示,整体结构并不复杂,两边对称,因为是储物箱的箱盖所以选用聚乙烯(PE)作为材料。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图2-1  塑件外观c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)外形尺寸:箱盖的外形尺寸为600mm×400mm×30mm,平均壁厚为4mm。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)尺寸精度和表面粗糙度:塑件尺寸的精度的选择仅与塑件所使用的材料有关,与塑件的尺寸并无关系。因为塑件的尺寸要求精度不是太高,所以由附表2-1我们可以选取精度等级MT6。塑件的表面精度要求较高,选用Ra0.8um。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)脱模斜度:因为所使用的塑件材料是PE,由附表2-2可以选取外表面脱模斜度为35’,内表面脱模斜度为30’。[4]c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

2.2 PE性能分析

聚乙烯(PE)是一种由乙烯单体经聚合而形成的可燃性热塑性树脂,在常温下为白色粉末状,无毒、无臭、无味。经过挤出造粒成蜡状半透明颗粒料,柔而韧外观呈乳白色,手摸着像蜡一样,是最典型的塑性材料。时至今日在合成树脂中聚乙烯是生产量最大的、使用地方最为广泛的品种。在世界塑料的总产量中聚乙烯占据了高达30%,当之无愧的塑料工业老大。聚乙烯的耐高温性能不好,但是耐低温性能好,在零下60℃以下仍然具有较好的力学性能。PE的用途很广泛譬如食品的包装材料,可食用液体的瓶子,储物箱等等。其性能指标如表2-3所示c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
表2-3 PE性能指标c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
密度ρ/kg•dm-3 0.94~0.96 抗拉屈服强度σb/MPa 37
熔点t/℃ 130 拉伸弹性模量E1/MPa 1.45MPa
吸水性24h/% <0.01 抗弯强度σ/MPa 67
收缩率s/% 1.5%~3.0% 冲击韧度(缺口)αk/(kJ•m-2 ) 3.4~4.8
热变形温度t/℃ 80~110 硬度(HRC) 30~40
体积电阻系数ρv/(Ω•cm) 1 溢边值(mm) 0.04

2.3PE的工艺参数及注射成型过程

2.3.1成型工艺参数

(1)注射机类型:螺杆式c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)螺杆转速(r/min):30~60c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)喷嘴形式:直通式c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)喷嘴温度/℃:150~180c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(5)料筒温度:前段180~190  中段180~200  后段140~160c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(6)模具温度/℃:30~60c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(7)注射压力/MPa:70~100c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(8)保压压力/MPa:40~50c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(9)注射时间/s:15~60c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(10)冷却时间/s:15~60c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(11)成型周期/s:40~140c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

2.3.2注射成型工艺过程

(1)成型前的准备:对PE的外观(均匀度、色泽、颗粒大小)进行检验,测试其工艺性能如流动性、收缩性。因为PE基本不吸湿气,所以可以不采取干燥处理。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)注射工艺过程:注射过程可以简单的分成6个阶段包括填料、塑化、注射、保压、冷却凝固、脱模。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)塑件的后处理(退火处理):退火处理的方法有烘箱、红外线灯等多种方式。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
 3. 注射机型号的选择c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
注射机按外形结构特征可以分为立式、卧式、角式、特殊式。本次设计中选用卧式注射机,其具有重心低,操作简单易上手,推出后塑件自己掉落,易于达到自动化生产的优点。[5]c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
使用PRO/E软件分析塑件,由图3-1可以得到塑件的体积为1426.72cm3,根据经验浇注系统凝料体积约为塑件体积的15%,两者总体积大致为1640.728 cm3,所以初选型号为XS-ZY-4000的注射机,其具体技术参数如表3-1所示。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图3-1  塑件的质量属性              c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
表3-1 注塑机技术参数c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
额定注射量/cm3 4000
注射压力/MPa 125
螺杆直径/mm 130
锁模力/kN 6300
最大开模行程/mm 10000
最大模具厚度/mm 1000
最小模具厚度/mm 700
顶出力/kN 160
注射速率/g•s -1 910
喷嘴球半径/mm 18
喷嘴孔直径/mm 7.5

4. 模具结构的设计 

图4-1储物箱箱盖装配图c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
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1-动模固定板  2,4,11,14,15,21-内六角圆柱头螺钉 3-推杆底板 5-推杆固定板  6-推杆 7-垫块 8-动模垫板 9-动模板 10-拉料杆 12-定模板 13-定模固定板  16-浇口套  17-定位环  18-导柱套  19-导柱  20-型芯c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
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工作过程:当模具开模时,动模板一部分后退,由此动模板(9)与定模板(12)分离,因为塑料具有收缩性,所以制件会包紧在型芯上从而留在动模板上 ,当移动一段距离之后(大于制件的高度),使用推杆(6)将制件推出,最后将浇注系统凝料与制件分开。合模时,利用复位杆将推杆固定板顶回以使推杆复位。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

4.1分型面的选择与设计

分型面是一个可分离的接触表面,它将模具型腔分为两个或几个部分,用来拿出塑件和浇注系统凝料。[6]分型面可以是垂直、平行合模方向,也可以是倾斜于合模方向,形状也多种多样,有平面、阶梯面、曲面、斜面。分型面的选择是否得当直接影响着塑件的好坏,所以分型面的选择有着如下的一般原则:c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
①分型面的选择因使模具的结构简单、从动模上脱模方便c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
②为使塑件能正常脱模,分型面因选在塑件截面尺寸最大部位c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
   ③分型面的选择因考虑塑件的外型美观与质量要求c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
   ④分型面的选择因方便模具的排气c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
   ⑤分型面的选择尽量使塑件留在模具的动模上,方面塑件的脱模c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
   ⑥分型面的选择因防止溢料过多、飞边过大产生不必要的浪费c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
   ⑦分型面的选择要考虑注射机的技术参数c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
根据以上分型面选择的影响因素,经过综合考虑,选择了如图4-2所示的分型面c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图4-2模具分型面c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

4.2型腔数目确定

    型腔的数目与塑件的生产效率息息相关,影响着塑件的质量与生产成本。多型腔模具可以同时生产多个塑件,使模具的利用率更大,可以大规模生产,塑件的经济效益好。但是其缺点是模具结构复杂,精度不高。单型腔模具结构简单,容易制造,相对而言精度较高。型腔的选择也与注射机的额定注射量和锁模力相关。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
对于储物箱箱盖,由于尺寸较大,所以采用单型腔,也就是所谓的一模一件。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

5. 浇注系统的设计

浇注系统是一个通道,它的起点是塑料熔体从注射机喷嘴进入模具,终点是模具型腔。其作用是确保塑料熔体能够准确的充满整个型腔,并且在这个过程中将注塑压力均匀的分配到型腔的各个部位,同时将气体顺利的排出。最终生产出我们需要高质量的塑料制品。[7]c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
普通浇注系统一般由主流道(又称进料口)、分流道(单型腔模具没有分流道)、浇口、冷料穴组成,如图5-1所示c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

5.1浇注系统设计原则

一个好的浇注系统能够确保生产塑件的效率和塑件的质量,所以设计浇注系统时要考虑以下因素:c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(1)流道应尽量笔直,减少弯曲,表面粗糙度为Ra1.6~0.4umc6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)应考虑一模一件还是一模多件,在一模多件中为了保持塑件的共同性,对各个型腔应同时连续浇注。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)浇口设计应保证冷凝料容易去除,不对塑件的外观和使用产生影响。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)流道的设计不能太长,同时减少冷凝料的产生以节省塑料原料和填充时间。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(5)能够快速的使塑料熔体进入型腔,避免产生涡流、喷射等情况,又便于型腔里面气体的排出。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(6)为了保护型芯与金属嵌件不发生损坏,应避免高压塑料熔体对其直接冲击。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(7)浇注系统设计时需要考虑塑料的工艺性能,避免塑料特性对其影响。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

5.2主流道的设计

主流道又叫主浇道,在注塑模当中充当着连接注射机喷嘴和模具的角色,是塑料熔体在注塑模具中最先接触的位置。[8]主流道的大小对塑件的生产有很大的影响,若主流道太大,则塑料熔体在主流道中流动的时间变长,冷却时间变长,就会降低生产效率。若主流道太小,流动性低,则塑件就不容易成型。主流道的轴心线与注射机喷嘴的轴心线相同,在使用卧式或者立式注射机的模具中,主流道与分型面垂直,其结构形式与尺寸如图5-2所示,设计要点如下。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
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图5-2主流道形状及其与注塑机喷嘴的关系c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
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(1)为了便于冷凝料从主流道中拉出,通常主流道都设计成圆锥形。因为塑件材料的流动性存在差异,所以一般对于流动性差的塑料锥角取2°~4°,流动性好的取4°~6°。内壁表面粗糙度Ra<0.8um。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)为了使主流道和注射机喷嘴能紧密相连防止熔料漏出,将它们两个的接触表面制作成球面凹坑,其半径SR比喷嘴球面Sr半径大1~2毫米,小端直径d比喷嘴孔直径d0大0.5~1毫米,深度H一般取3~8毫米。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)为节约塑料熔体,并且保证注塑机的工作压力不会大量损失,尽可能减短主流道的长度。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)因为在注塑过程中熔融状态的塑料和喷嘴会与主流道发生冲撞,我们将其设计成能拆装的衬套,并对浇口套进行热处理,提升其硬度。浇口套和定位圈结构如图5-3所示。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
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图5-3浇口套(左)定位圈(右)结构图c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

5.3冷料穴设计

注塑机的注塑过程有一定的时间间隔,当塑料熔体碰到模具时,因为模具冰冷会冷却熔体形成冷凝渣,所以在主流道的终点部位设置了一个冷料穴,用来防止冷凝料进入型腔从而对塑件产生不好的影响。[9]一般而言冷凝穴的有效长度是主流道直径的1.5~2倍。常用的具有拉料作用的冷料穴结构有三种,如图5-4所示。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图5-4带拉料杆或推杆的冷料穴c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
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a为带沟槽形拉料杆冷凝穴,酷似英文字母Z,开模时拉料杆从主流道中将冷凝料拉出,接着推杆运动将其和塑件一同推出并取下来,要注意的是拿塑件需要沿着沟槽方向。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
b与c两种结构的冷料穴原理大致相同,对于弹性较好的塑料较为适用,开模时利用倒锥和圆环拉料,然后使用推杆强行推出凝料。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
本次设计是一模一件,所以经过综合考虑使用带沟槽的冷凝穴,具体如装配图所示。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

5.4浇口的设计

每个浇注系统的终点都是浇口,它连接着分流道与型腔,是浇注系统中塑料熔体流入型腔前的最后一部分。浇口的位置、大小和形状等可以控制塑料熔体的流动速度、补充塑料熔体的时间、易于脱模以及防止塑料熔体倒流进入型腔等。一个好的浇口设计可以大大提升塑件的质量,使其不存在各种缺陷。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

5.4.1浇口位置的选择

(1)浇口尺寸合理,假设尺寸不够大会造成熔体的破裂,出现喷射的情况,在制品上出现喷射流,照成如图5-5所示的缺陷,从而影响制品的美观和使用。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图5-5 喷射造成塑件缺陷c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)最佳的浇口位置应该是塑料制品壁厚最大的地方。一般来说塑料制品的壁厚是均匀的,当不均匀时,浇口就应该布置在塑料制品最大壁厚处,不然当塑料熔体进入型腔后,其流动阻力变大,压力损失大,不利于塑件成型,并且可能造成塑件表面质量和内部质量的不合格。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)浇口位置设计应使塑料熔体布满整个型腔的流程最短,降低压力的损失,有助于气体的排出。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)浇口位置应尽量降低熔接痕迹。由于浇口的位置、数量等因素,在型腔中与前端温度低的塑料熔体接触部位会形成熔接痕。浇口数量少,所产生的溶接痕少,如图5-6所示,A表示熔接痕。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(5)浇口位置的设置应防止型芯发生形变。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图5-6 浇口数量对熔接痕的影响c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

5.4.2浇口类型的选择

浇口的类型有很多,常用的形式有侧浇口、 重叠式浇口、扇形浇口、 直接浇口(又称主流道浇口)、点浇口、薄片浇口(又称平缝式浇口)、中心浇口等等。因为本次设计是一模一件,所以采用直接浇口。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

5.5排气槽的设计

排气槽的存在是 为了将型腔中以及熔体挥发出的气体排除型腔。假如排气槽设计不 好将会造成塑件轮廓不清晰,表面留下气孔,熔体降解等问题。排气有许多方法,本次设计使用分型面排气,如图5-7所示。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

6. 成型零件设计

注射模的成型零部件是指构成模具型腔的零件,通常是包括型腔、凸模,以及各种成型杆和成型镶块(件)这几个部分。在设计成型零件结构时要考虑如何能在降低模具成本的同时保证得到的塑件的精度达到要求。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

6.1凹模(型腔)结构设计

凹模又名型腔,用作成型塑料制品的外表面轮廓。根据其结构形式的差别,主要分为两大类—整体式和组合式。其中整体式又可细分为整体安装式(图6-1a)与嵌入式(图6-1b),组合式又可细分为镶拼式与瓣拼式。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图6-1  整体式凹模c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(1)整体安装式型腔。顾名思义这个型腔是用一块完整的金属材料加工而成,具有安装方便、强度高、不易变形的优点,常用于中型或小型塑料制品的生产。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)整体嵌入式。这种型腔利用螺钉或H7/m6配合方式嵌入到定模固定板上,具有节约贵重模具材料和便于热处理的优秀特性,主要应用于生产大批量的模具。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)镶拼组合式。对于几何形状复杂的大、中型模具,为了方便对凹模的加工而采用的方法c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)瓣合组合式。从真正意义上来说,瓣合式也算镶拼式,其瓣合的块数与制品的外形有关。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
经过综合考虑,本次设计选用整体嵌入式型腔,型腔如图6-2所示。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图6-2  型腔结构图c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

6.2凸模(型芯)结构设计

凸模又可以叫做型芯,用作成型塑料制品的内表面轮廓。根据其结构形式的差别,主要分为两大类—整体式和组合式。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(1)整体式凸模。由一块完整的金属板加工而成,适用于小型和中型塑料制品的加工具有不容易变形、强度好并且成型塑件没有接缝的优点,但缺点也很明显,如不易加工,材料不易进行热处理。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)嵌入式凸模。这类凸模主要是指模具中的小型芯(成型杆)或者成型镶块,可以方便制造并且减少模具零件的切除量。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)镶拼组合式凸模。主要用在一些加工麻烦的凸模,便于修理、更换。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)活动凸模。有瓣合式和侧向型芯两种,用来侧向抽芯。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
综上所述,本次设计采用嵌入式凸模。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

7.模架设计

模架是注塑模具的基础,多个模架部件通过一定连接构成了模具。模架主要包含定模固定板、定模板、动模固定板、动模板、动模垫板、推杆底板、推杆固定板、垫块等等。根据经验和塑件、型腔的尺寸大小,查标准模架组合尺寸表,可以得到模架的尺寸,本次设计采用直浇口模架如图7-1所示。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图7-1直浇口模架c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(1) A板为定模板,厚度为220mm,采用45号钢,经过调质处理,使其硬度达到230-270HBS。(2) B板为动模板,厚度为180mm,采用45号钢,经过调质处理,使其硬度达到230-270HBS。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)C板为垫块,厚度为200mm。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)H4为定模固定板,厚度120mm。H2为动模固定板,厚度为160mm。H3为推板,厚度为80mm。H5为推杆固定板,厚度为40mm。H6为推杆底板,厚度50mm。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

8. 脱模机构设计

当注塑模完成注塑成型后,一般而言塑件会因为塑料的收缩性而紧粘在型芯上,这时能将塑件从型芯上推出的机构我们称之为脱模机构。脱模机构的形式和脱模方式与很多因素有关,其中包括塑料制品的原料、塑料制品的大小和尺寸等。所以要设计一个好的脱模机构需要考虑到如下原则。[10]c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(1)脱模机构动力从注射机那得到,所以一般设计在动模上。假如制品需留在型腔内,那就设置在定模上。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)推出塑件的时候不会使其发生形变和破损。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)脱模机构设计不应太过于复杂,还应设有合适的推出行程。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)脱模机构要让塑料制件在开模后留在设有顶出机构的动模内。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
脱模机构的脱模种类有多种包括由推杆推出的机构、推件板推出机构、推管推出机构等。在此,我们选择联合推出机构,推杆固定在推件板上,推动推板,从而使推杆推动制品,从而脱模,如图8-1所示。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
塑料制品成型冷凝后包裹在型芯上,想要将其推出就需要有一定的力,这就是脱模力。脱模力大小与塑件的厚度和形状有关。脱模力计算公式如下: c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
式中  a、b—矩形型芯的断面边长c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
         E—塑料弹性模量(Mpa)c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
S—塑料平均收缩率c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
l—被包型芯长度c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
f—塑件与型芯的静摩擦系数,取f=0.15c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
φ—脱模斜度(°)c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
u—塑料泊松比 查表得u=0.45c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
k1—系数,k1=c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
k2—无因次数 约等于1c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
A—塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
脱模力c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

8.2推杆设计

在脱模过程中与塑件接触的杆叫做推杆,又名顶杆,常用45钢、T8、T10等制作而成。因为在脱模过程中经常与模具零件发生摩擦,所以常用热处理来提高它的硬度以增加寿命。推杆种类也非常多,有圆形推杆、矩形推杆、阶梯型推杆等。本次设计选用圆形推杆,采用4根,分布图如图8-2所示。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图8-2  推杆分布示意图c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
推杆尺寸计算 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
式中ψ是安全系数,取1.5;L是推杆长度(mm),取466mm;F是脱模力(N),取27942.3N;n是推杆数量,取4;E是推杆材料的弹性模量,材料为45钢取200GPA;c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
将上列系数代入可以得到d=16.6mm,我们将其取整为20mm。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

9.导向机构设计

在注塑模具开模合模需要有准确的定位和导向,所以在注塑模中需要设有导向机构。最常用的导向机构是导柱导向,其中包括导柱和导套。设计导向机构的时候有如下原则:c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(1)为保证模具有足够的强度,导柱应均匀设置在分型面的四周。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)大多数时候导柱设置在型芯一侧,用来防止型芯破损。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)为了保证精度,导向机构需要有足够的耐磨性。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)为使导柱能够准确进入导套,导柱头应该设计成半球形。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
导柱的形式有很多,本次设计我们采用没有储油槽的带头导柱(如图9-1所示)。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图9-1 无储油槽带头导柱c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
 导套形式也很多,带头式导套和直导套是常见的导套结构形式,在此我们选择导套是导套(见如图9-2所示)。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
图9-2  带头导套c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
导套与导柱的为H7/f6过盈配合,与型腔板为H7/m6过度配合,要求导柱与导套成对使用。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

10.温度调节系统设计

在注塑过程中,注塑机向模具注射温度为200℃上下的塑料熔体,此时模具充当换热器的角色,使熔体在模具内部遇冷凝固成型为塑料制品,所以为了提高制品的质量与生产效率,在模具中需要设置温度调节系统。不一样的塑料种类和制品质量要求需要不同的温度,一般而言大部分的塑料需要的模具温度不会很高,所以只需设有冷却系统就好。常用的树脂成型需要的模温如表9-1。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
表9-1  常用的树脂成型需要的模温c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
树脂名称 成型温度 模具温度 树脂名称 成型温度 模具温度
LDPE 190-240 20-60 PS 170-280 20-70
HDPE 210-270 20-60 AS 220-280 40-80
PP 200-270 20-60 ABS 200-270 40-80
PA6 230-290 40-60 PMMA 170-270 20-90
PA66 280-300 40-80 硬PVC 190-215 20-60
PA610 230-290 36-60 软PVC 170-190 20-40
POM 180-220 60-120 PC 250-290 90-110
根据上表可知PE只需要设置冷却系统c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

10.1模具温度调节对塑件质量影响

塑料制品的尺寸精度、表面质量和力学性能以及形状精度都受模具温度的影响。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(1)尺寸精度。不稳定的模具温度将会引起塑料收缩率的变化,从而对塑料尺寸精度造成影响,所以要保持模具温度恒定,提高尺寸精度。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)形状精度。不同的温度会使塑件收缩的程度不同,导致各个部位的塑件壁厚不一样大,从而影响其形状精度。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)力学性能。结晶类塑料力学性能受结晶度影响,同时结晶度又与模具温度变化有关,变化较快的温度会引起其开裂。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)表面质量。不同的塑料粘度是不同的,一般而言,塑料的粘度随温度的升高而降低,所以当模具的温度变低时,塑料的粘度升高,流动阻力变大,成型不完全,从而导致塑件的表面质量好。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

10.2冷却系统的设计原则

为了使型腔表面温度分布比较均匀、提高冷却系统的效率,在冷却系统的设计中应遵循如下几个原则:c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(1)先放置冷却系统再放置脱模、导向机构以保证有足够的地方来安放冷却系统。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(2)较低的温度会引起塑件产生熔接痕,所以冷却水道的布置不能离其太近。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(3)冷却系统中冷却水道应该通畅,浇口处冷却加强,容易加工、清洗。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(4)模具型芯型腔与冷却道的距离应该合适,当塑件壁厚均匀时,冷却道与两者的距离相近;塑件壁厚不均时,壁厚较厚的与其近一些。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
(5)较低进水口和出水口温度差值能使型腔表面温度更好的分布c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

10.3冷却系统的设计计算

塑料熔体的热量很小一部分通过辐射和对流散发到模具外,而绝大部分是靠模具散热,现假定熔体散热全靠模具,那么 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——冷却水体积流量();c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
W——每分钟流到模具中的熔体质量();c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——单位质量的熔体冷凝后放出的热量();c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——冷却水的密度();c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——冷却水的比热容;c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——冷却水出口温度(℃);c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——冷却水入口温度(℃)。 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——塑料的比热容;c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——塑料熔体的初始温度(℃);c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——塑件在推出时的温度(℃);c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——PS的熔化质量焓()。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
确定冷却管道的直径d=20mmc6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
总传热面积:                 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——管道和冷却液之间的传热膜系数;c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——模具和冷却液的平均温差(℃)。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——冷却液在管道内的平均流速;c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——冷却管道的直径(m);c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
——查表取f为9.30;c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
冷却液在管道内的平均流速 ;c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
模具设置冷却管道数量为;c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
经计算,模具冷却管道的直径为20mm,冷却管道的孔数为4c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
10.4 冷却回路布置c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
模具散热主要靠型腔,设计型腔内的冷却回路为直通式。结构简图如图10-1所示。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

11.校核计算

11.1推杆强度校核

推杆强度校核公式:c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
    ——推杆材料的许用应力,取123MPac6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
  ——推杆所受应力(MPa)c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
   d——推杆直径,取20 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
所以推杆强度符合。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

11.2成型零部件的校核

动模垫板厚度强度和刚度直接关系到型芯底部的刚度和强度。根据经验得知,型芯垫板的厚度和塑料制品和浇注系统在分型面上的投影面积有关(见表11-1)。在分型面上该塑料制品及浇注系统的投影面积约为240000mm2c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
表11-1  动模垫板厚度表 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
在此选择型芯垫板的厚度为160mm,故符合要求。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

11.3注射机工艺参数校核

11.3.1最大注塑量校核

塑件体积为1426.72cm3,浇注系统凝料的体积为214cm3,总体积为1640.7cm3,注塑机的额定注塑量为4000cm3。在注塑时,一般使用80%,故满足要求。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

11.3.2锁模力校核

在注塑过程中,保证锁模力要在注塑机最大锁模力范围之内,即c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
产品材料为PE,通过查阅资料得知P=30Mpa,塑件的总投影面积为240000mm2, 浇注系统的投影面积约为1200mm2,总投影面积为241200 mm2 c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院
所以符合要求c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

11.3.3模具高度校核

注塑机允许模具最大高度为1000mm,最小高度为700mm。实际厚高度为940mm,故符合要求。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

11.3.4注塑压力校核

PE材料的注塑压力为70-100Mpa,小于注塑机的最大注塑压力125 Mpa,故符合要求。c6t宁波成人高考,函授专升本,成人专科,宁波成人教育,浙江大学宁波理工学院

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