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文档简介

第三组肥皂盒注塑模具设计CAD/CAM_黄芳平

终期报告张逸鹤

塑料选择,工艺性分析,结构尺寸分析,模具加工

周陈龙

注塑机选择、布局、校核、推出及导向机构任德帅

成型零件结构设计,成型零件的尺寸计算,模具加工

刘奇

主流道、分流道、浇口、排气系统的设计

黄芳平

调温系统的设计、模架设计、模架加载、CAE分析

CONTENTS目录张逸鹤分析塑件材料选择塑件工艺分析结构尺寸分析模具加工注塑模设计模具成型概术.注射成型是热塑性塑料产品生产中最为普遍的一种成型方法,所用模具为塑料注射模,简称注塑模。塑件图塑件的工艺性分析肥皂盒物理性质上要求强度好,刚性好,尺寸稳定性好,着色性能好,故选择ABS材料选择ABS材料具有优越的综合性能:ABS制品强度高,刚性好,硬度高,耐冲击性,制品表面光泽性好,耐磨性好ABS耐热可达90℃,比聚苯乙烯,聚氯乙烯,尼龙等都高。耐低温,可在-40℃下使用。同时耐酸,碱,盐,油,水。具有一定的化学稳定性和良好的介电性能。不易燃。ABS有优良的成型加工性,尺寸稳定性好,着色性能,电镀性能都好。ABS的缺点:不耐有机溶剂,耐气侯性差,在紫外线下易老化。材料分析注塑工艺条件ABS材料具有吸湿性[3],要求在加工之前进行干燥处理。最好在80-90℃下干燥2小时。模具温度:40-90℃(模具温度将影响塑件光洁度,温度低会导致光洁度较低)料筒温度:210-280℃;建议温度:245℃注射压力:50-100MPa;注射速度:中高速度塑件的结构尺寸脱模斜度与塑件的形状、壁厚和收缩率,有关ABS一般为1°-1°30′该塑件外表面粗糙度取Ra1.6μm。该塑件为小型塑件,壁厚为1mm,薄壁。肥皂盒的尺寸精度要求不高,一般采取MT6。周陈龙选择最大注射量和锁模力的校核确定型腔数量及布局设计推出机构及导向机构注塑机的选择注塑机的选择:

根据UG软件可分析出塑件体积≈24cm³,塑件质量M=24×1.05g=25.2g

,初步选用国产XS-ZY-125注射机,其部分参数如下:A结构:卧式塑化方式:螺杆式B额定注射量125gC注射压力120MpaD注射行程115mmE锁模力900KNF喷嘴直径4mm最大注射量的校核模具成型的塑料制品和流道凝料总质量应小于注射机的额定注射量的80%,即:

对于螺杆式注射机,其最大注射量是以螺杆一次注射的最大推进容积V表示,它与塑料的品种无关,根据公式可得:

为塑件与浇注系统的体积

为注射机的注射容量

0.8为最大注射量利用系数由UG软件分析可得

=24cm³,因为24<80%×125=100

所以满足要求。开模行程校核因为所选的注射机为XS-ZY-125,即注射机最大开模行程Smax与模板厚度无关,它们的开模距离均由连杆机构的冲程或其它机构的冲程所决定的。对于单分型面注射模,其校核公式为:Smax≥s=H1+H2+5-10mm式中H1——推出距离(脱模距离)(mm),为18mm;H2——包括浇注系统凝料在内的塑件的高度(mm),为107.5mm。所以s=132mm。所选注射机的最大开模行程为300mm,132mm<300mm,所以符合条件锁模力的校核:胀型力与胶料流动性,制品厚度,料温有关。胀型力的计算公式如下:胀型力=制品投影面积A×型腔压强P锁模力F≥胀型力÷80%经计算计算,得A=8150mm²查表得ABS型腔平均压强P为40Mpa锁模力F≥435KN,故该注射机满足塑件成型要求型腔数目的确定确定型腔数目的方法可以根据所用注射机的注射量来确定,可根据注射机的额定锁模力来确定。该塑件的外形并不复杂,分型面就设在投影面积最大的平面。采取根据注射机的额定锁模力来确定型腔数量:假设各腔塑料制品在分型面上的投影面积之和为A(mm²),注射机的额定(或公称)锁模力为F锁=900KN,塑料熔体对型腔的平均压力为P型=40MPa,,则A×P型≤F锁根据上式估算A=22500mm²,制品在分型面上的投影面积A=8150mm²,n=A/A1=2.36故采用一腔二模。型腔的分布要做到压力平衡和温度平衡,应尽量将制品对称排位或对角排位本次设计采用平衡式型腔布局,如图推出系统概述

在注塑模中,将冷却固化后的塑制品及浇注系统凝料从模具中安全无损坏地推出的结构称为推出系统,也称为脱模系统或顶出系统A推出零件B复位杆,复位弹簧等复位零件C推杆固定板和推杆底板等固定零件推出系统的组成推管、推杆、推板、推块等零件的选择推杆固定板复位杆推杆推出复位固定推杆推出机构圆推杆推出系统是整个推出系统中推杆推出机构是最简单,最常用的一种形式,圆推杆和推杆孔都易于加工,推杆的截面形状为圆形截面,加工,更换方便,脱模效果好。推杆固定在推杆固定板上,AB板打开后,注射机顶棍推动推板,由推杆推动制品,实现推出。推杆的尺寸及规格1推杆上端面应高出镶件表面0.03~0.05mm,为减少推杆与模具的接触面具,避免发生磨损烧死现象,推杆与型芯的有效配合长度L应取推杆直径的三倍左右,但最小不能小于10mm,最大不能大于20mm,非配合长度上单边间隙0.5mm。推杆与镶件的配合公差为H7/f7,配合部分的表面粗糙度为Ra0.8μm,在装配推杆时,以免影响塑件制品的使用,用推杆固定板将推杆固定在推杆推板上。推杆不能太靠边,要保持1~2mm的钢厚

推杆的尺寸及规格2推杆的材料选为45钢,推杆的头部要经过淬火处理,表面粗糙度在Ra1.6μm以下,硬度大于50HRC,较好的表面质量可防止推杆与孔咬死,并延长使用寿命,这里选用T8钢,硬度为55HRC,表面粗糙度Ra=1.25μm推板推杆固定板和推杆底板的组成,用45钢,以调质处理为佳。查得推杆底板的厚度为20mm,推杆固定板的厚度为25mm,计算在模架选择模块导柱固定于动模底板上,穿过推板,插入动模托板或动模板,导柱的长度以伸入托板或者动模板深H10~15mm为佳,这里H=10mm。采用T8钢,经淬火处理,硬度为55HRC,导套也可用T8钢做成推出导向零件复位杆复位杆的位置应装在和固定顶杆相同的固定板上,每个复位杆的长度是相同的,合模后其上端面比定模A板面低0.05~0.10mm,复位杆千万不要顶上模,以免合模时复位杆干涉分型面接触,并被破坏推杆的直径、长度计算根据推杆稳定公式计算推杆直径式中:

φ――安全系数,取1.5L――推杆长度,L=188mmn――推杆数目,n=4d=1.5×=10mm导向机构的作用保证动模定模的位置准确,保持型腔的形状和尺寸精度A导向零件的接触,引导动模定模准确闭合,避免型芯先进入型腔造成成型零件额损坏B导柱可以承受一定的侧向压力,以保证模具的正常运作C承受模具重量D导柱导向机构的设计导柱导向机构主要零件为导柱和导套,它们的配合为间隙配合,公差配合为H7/f7级配合。合模时要注意让导向零件先于型芯型腔接触。(1)导柱a、形状该导柱前端倒圆角,使导柱能顺利进入导套,导柱表面设有环形油槽,以储存润滑油,减小导柱和导套之间额摩擦力。b、材料该导柱应该具备硬和耐磨的表面和坚韧不易折断的内芯,这里采用经过淬火处理的T8钢,硬度为50~55HRC。导柱固定部分表面粗糙度为R0.8μm,导向部分的表面粗糙度为R0.4μm。c、要防止的问题导柱导套因磨损而导致的烧死。d、导柱的长度设计定模板和动模板之间的导柱长度一般要比型芯端面的高度高出15~25mm,这里取20mm。(2)导套a、形状为使导柱顺利进入导套,在导套的前端倒一圆角。b、材料可用与导柱相同但是硬度略低的相同耐磨材料做导套,这样可以减轻磨擦力,防止导柱或导套拉毛。c、固定形式和配合精度采用直导套,用H7/r6过盈配合镶入模板。为了增加牢固性,防止导套在开模时可能被拉出来,再加上止动螺钉紧固。分型面的设计如图所示,本次设计的分型面选在塑件的最大外形轮廓处任德帅计算成型零件的结构凸模的计算凹模的计算型腔加工凹模的结构设计因为型腔的形状并不复杂,故采用整体组合式凹模整体式的凹模的特点是牢固,不易变形,不会使塑件产生拼接线的痕迹,比较适用于结果不太复杂的中小型模具上。其结构如下凸模的结构设计凸模也就是型芯,同样由于塑件结构不是很复杂,也采用整体组合式结构。它的优点是加工简便,结构简化,牢固。型芯结构图如下成型零部件的工作尺寸的计算型腔壁厚计算:型腔的底壁厚度,查文献的经验数值和经验确定法,得出型腔的底壁厚度Tn=20mm型腔的侧壁厚度,查得T侧=30mm型芯型腔的尺寸计算型腔尺寸是由塑料制品的零件图增加收缩值,脱模斜度,这里按平均收缩值计算。塑料的成型收缩受多方面影响,如塑料品种,制品几何形状及大小,模具温度,注射压力,充模时间,保压时间等,其中影响最显著的是塑料品种,制品几何形状和壁厚型腔尺寸国际计算法如下:型腔内形尺寸

基本尺寸/mm公差值/mm计算850.44=[85×(1+0.005)-0.75×0.44]=84.67

450.28

=[45×(1+0.005)-0.75×0.28]=44.72型芯外形尺寸

基本尺寸/mm公差值/mm计算83

0.44

=83.7543

0.28

43.43

90.169.17

60.166.15

型腔深度尺寸基本尺寸/mm公差值/mm计算180.12=[18×(1+0.005)-0.67×0.20]

=17.96型芯高度尺寸基本尺寸/mm公差值/mm计算170.20=[17×(1+0.005)+0.67×0.20]

=17.22中心距基本尺寸/mm公差值/mm计算150.58成型表面要求塑件的表面要求不高,外表面粗糙度取Ra1.6μm,内表面粗糙度取3.2μm成型材料要求成型零件所用的材料要求有一些抛光性,有一定强度、韧性、硬度和耐磨性,耐热性,耐腐蚀性等。综上考虑,选用45钢可满足模具的要求。硬度为≥55HRC。刘奇浇注主流道分流道浇口排气系统主流道紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段锥形流道主流道连接主流道与浇口的熔体通道分流道连接分流道与型腔之间的一段细短通道浇口为储存因熔体与低温模具接触,而在料流前锋产生的冷料而设置冷料穴开模时将流道凝料留在我们希望它留的地方拉料杆模具浇注系统的作用是让高温熔体在高压下高速进入模具型腔,实现型腔填充。模具的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔入口为止的一段熔体通道。浇注系统的设计原则

阻力要小流道设计要尽量短,并尽量减少弯折,留到截面积要尽量合理,宜小不宜大2保证制品的外观质量任何浇口都会在制品表面留下痕迹,从而影响其表面质量1保证制品的内部质量浇口的形式和数量要合理3主流道的设计该塑件结构不是很复杂,从经济与产量角度来说,选择侧浇口浇注系统。两板模主流道锥度取2°到6°,粗糙度为Ra1.6μm到Ra0.8μm,锥度要适当,太大造成速度减小,产生斡流,易混进空气,产生气孔;过小会是流速增大,造成注射困难,同时还会使主流道脱模困难,故取个均值,锥度为3°。主流道小端直径d要比料筒喷嘴直径D大0.5mm到1mm,已知该注射机的喷嘴直径是4mm,故主流道的小端直径定为4.5mm。喷嘴的球面半径为12mm,故主流道的球面半径为13mm,深度为4mm。浇口套如图所示分流道的设计该模具为一模两腔,型腔体积形状相同,分流道采用等截面和等距离,以便均衡的分配到各个型腔。分流道的截面积采取圆形截面,它的优点是比表面积最小,体积最大而与模具的接触面积最小,阻力也小,有助于熔融材料的流动和减少其温度传到模具上,广泛引用于侧浇口模具中,查表3-2[13]选用序号3,直径D=5mm。流道的长度宜短,长的流道会造成压力损失,不利于生产同时也浪费材料;但是过短又会有残余应力,易产生毛边。流道长度可以根据经验查表得在8mm到30mm之间,采用为30mm。如图所示:浇口的设计浇口的作用:(1)防止倒流。当注塑压力消失后,封锁型腔,使尚未冷却固话的塑料不会倒流回分流道。(2)升高熔体温度。熔体经过浇口时,会因剪切及挤压而升温,有利于熔体的填充型腔。(3)调节及控制进料量和进料速度。在多腔注塑模中,当分流道采用非平衡布置时,可以通过噶边浇口的大小来控制进料量,使格腔能在差不多的相同时间内充满浇口的位置和尺寸浇口的断面形状设计为圆形,浇口断面的面积积与分流道断面的面积之比为0.03~0.09浇口长度约为1~2mm,浇口的表面粗糙度低于Ra0.4,否则会容易产生磨擦阻力。选用侧浇口,即普通浇口,熔体从侧面进入模具型腔,是浇口中最常用的浇口。浇口开在型芯一侧,在分型面边缘,开模是可以自动断开的。Moldflow分析最佳浇口位置:熔接痕分析Moldflow分析浇口位置应考虑熔接痕的方位,熔接痕与小孔轴线成一条直线会大大削弱塑件的强度。Moldflow分析熔接痕熔接痕并未成为一条直线,即浇口位置合理。冷料穴的设计冷料穴是为储存因熔体与低温模具接触,而在料流前锋产生的冷料而设置的,这些冷料如果进入型腔,将减慢熔体填充速度,最终影响制品的成型质量。冷料穴一般设置在主流道的末端。一般情况下,主流道冷料穴圆柱体的直径为5~6mm,深度为5~6mm,选择底部带推杆的冷料穴,这种冷料穴容易加工。拉料杆的设计

三维模型图排气系统的设计注塑模属于型腔模,型腔中又大量的空气,熔体快速进入型腔时,需要将这些空气及时排出。另外,当熔体在型腔内成型固化后开模时,制品和型腔壁之间会产生真空,空气必须及时进入。注塑模中将气体排出和引进的结构统称为排气系统。塑料模在注塑时,将模具型腔及浇注系统内额定空气和塑料本身因受热或凝固产生的低分子挥发气体及时排出模外的结构,即模具的排气系统。模具内的气体来源(1)模具浇注系统及型腔内的空气是气体的主要来源(2)塑料中的水分因高温而变成的气体(3)塑料及塑料添加剂在高温下分解形成气体Moldflow分析气穴:

排气系统选择此模具精度要求不高,我们可以靠模具零部件的配合间隙和分型面自然排气,这样是最经济最实惠,最实用的排气方式。

黄芳平设计CAE分析模架的选择调温系统的设计模具温度调节系统该塑件选用的ABS材料,降低模温可减小应力开裂,模具温度应控制在60℃左右。在塑件的整个成型周期中,冷却时间约占80%,模具温度控制得当可以及时固化,开模及取出成型制品,缩短成型周期,提高生产效率,控制好温度是很有必要的。设计要点(1)冷却水道数量相对多布置点,以使冷却更均匀。(2)对热量集聚比较大的,温度比较高的部位要加强冷却,比如浇口的部位。(3)冷却水道不能穿过设有镶块或其接缝部位,水道连接必须密封,以免漏水。(4)冷却回路宜采用串联,因为用并联水路容易产生死水,影响冷却效果(5)进出口冷却水温温差不应过大,以免造成模具表面冷却不均。冷却水道的形式该塑件属薄壁塑件,且使用侧浇口,在动模定模与型腔等距离钻孔的形式设置水道。冷却水道型腔的距离B=10~15mm为宜,冷却水中心距离为水孔直径的5到8倍为佳冷却介质ABS的成型温度和模具温度分别为245ºC、40ºC~90ºC,常用温水对模具进行冷却。冷却介质选用冷却水,因为水的热容量大、传热系数大、成本低。冷却水体积流量的计算冷却水的体积流量:

式中——冷却水体积流量(m-3/min);m——单位时间注射入模具内的树脂质量(kg/min),经过估算约为0.86kg/min;Q——单位时间内树脂在模具内释放的热量(kJ/kg),310~400/(kJ/kg)取350kJ/kg;=3.98×10-3m3/minc——冷却水的比热容[4.2×103J/(kg•K)];ρ——冷却水的密度(1.0×103kg/m3);θ1——冷却水出口处温度(°C);θ2——冷却水入口处温度(°C),θ1与θ2的差值一般取3°C,最大不超过5°C;冷却管道直径由表可知,在冷却水体积流量为0.0039m3/min,取d=8㎜冷却管道直径d(mm)冷却水最低流速u(m/s)冷却水体积流量V/(m3/min)81.660.0050101.320.0062121.00.0074150.870.0092冷却回路所需的总表面积式中A——冷却回路总表面积(m2);m——单位时间注射入模具内的树脂质量(kg/min),经过估算约为51.624kg/h;Q——单位时间内树脂在模具内释放的热量(kJ/kg),取350kJ/kg;K——冷却水的表面传热系数[W/(m2•K)]θm——模具成型表面的温度(43.33°C);θw——冷却水的平均温度(25°C);式中p——冷却水在该温度下的密度,1×103kg/m3;

v——冷却水的流速,1.66m/s;

d——冷却水孔直径,8mm;

φ——与冷却水温度有关的物理系数,取7.95从计算结果看,模具塑料释放的总热量较大,应在模具型腔型芯上开设冷却水道。=冷却通道的计算冷却水道的总长度计算冷却水道的布置根据牛顿冷却定律,冷却水孔的直径越大越好,但是过大又会导致管道里的水出现层流,降低冷却效果,在实际情况中,理论公式计算出来的冷却时间不太可靠,往往是试模时调机工程师根据经验确定一个冷却时间,再根据注塑情况进行调整,得到一个相对合理的数值.冷却系统如下图模架的设计模架如图所示:模长模宽的确定塑件尺寸:W×L=45×85;产品至模仁边的距离a=0.2L+17=30mm(与成型零件设计一致)型腔间的距离b在有流道时一般取25~65mm,本塑件取b=60mm;模仁的长度L0=2a+L=145mm;模仁的宽度B0=2a+2W+b=210mmB0×L0表格如下B/mmBK/mmB0/mmLK/mm15035803520045110402505514045300651705035065220554007525055查得BK=65mm,LK=55mm;模架规格尺寸:模宽 B=210+2×75=360mm;模长L=145+2×55=255mm;定模部分厚度尺寸产品至模仁上表面厚度H1与冷却水道的布置及制品的投影面积有关制品平面投影面积

A(cm2)H1(mm)冷却水孔直径D(mm)<4020~25(20)640~7725~32(30)877~11632~38(35)10116~15438~50(45)12154~19344~64(50)16该塑件的投影面积为33.89cm2,故取H1=20mm,D=8mm;冷却水孔边到型腔的距离取15mm;模仁至定模板上表面厚度H3=25~35mm;定模仁厚度H2=塑件厚度H+型腔背后模芯厚度H1=18+20=38mm;定模板厚度H4=定模仁厚度H2+模仁至定模板上表面的厚度H3=38+30=68mm;动模部分厚度尺寸动模仁厚度H6,起固定型芯作用,一般取20~35mm取H6=25mm;动模板开框背后厚度H7,主要承受来自型腔的注射压力,可查选标准托板厚度如下表,取H7=45mmB(cm)15、202530、354045、50H7(mm)3035455060模架选择选择二板模模架,用LKM_SG龙记的大水口模架s2740,I型动模板厚度为70mm;定模板厚度为70mm;注塑模爆炸图

CAE分析匹配百分比表示模型上下表面网格单元的相互匹配程度,对于流动分析,单元匹配率大于85%是可以接受的,低于50%根本无法计算,对于翘曲分析,单元匹配率则要超过90%。上图中匹配百分比为97.0%大于90%,对于后期的流动分析和翘曲分析都满足条件实际网格

总体预测由分析可知,模温在40°C-90°C,熔体温度在230°C-280°C范围内最好最佳浇口位置预分析

浇口位置如图

制件质量注射压力预测最大冷却时间预测最大剪切应力预测成型窗口推荐的工艺参数浇注系统的设计

充填时间流动前沿处的温度流动前沿温流动前沿处的温度如下图所示,合理的温度分布应该是均匀的,即这个模型的温差不能太大,本模型的温差为9.9℃,可以接受气穴位置气穴也称作气泡或气孔,它是在成型制品内部所形成的空隙气穴应当位于分型面或筋骨末端,这样才容易将气体从模腔中排出熔接痕熔接痕是产品注塑过程中两股以上的熔融树脂流相汇合所产生的细线状缺陷,属于产品表观质量缺陷该制件的熔接痕主要分布在底面凸台边缘,不影响制件质量冷却水道的布置加入冷却系统后塑件的翘曲分析塑件X方向上的变形为0.3326mm塑件Y方向上的变形为0.1805mm塑件Z方向上的变形为0.1448mm塑件总体变形为0.3726mm总结(1)塑件材料选用ABS材料,这种材料的熔体黏性低,流动性好,可以有效提高熔体填充时的效率。(2)型腔的设计为一模两腔,采用平衡式布置,结构紧凑,可同时兼顾经济性和制品精度,利于保养和维修。(3)分流道的截面选择矩形截面,它的流道效率较好。(4)推杆和动模镶件的配合是间隙配合,利用零件配合间隙自然排气,经济且实惠。

(5)推杆选用圆推杆,它易于加工,已被作为标准件广泛使用,且它推出时运动阻力小,灵活可靠,也便于更换。(6)导柱部分设计有环形油槽,能有效降低导柱导套的摩擦力。(7)冷却系统采用水冷的方式,热传导的主要介质是冷却水,既经济又效果好。利用这些设计,可以对肥皂盒注塑模具的经济性,稳定性和效率起到一定的优化效果,具有很高的实用价值。

1.1型芯加工设计如图所示,如下图所示(a)为零件实体,(b)为毛坯。材料为45钢。以底面为基准安装在机床工作台上,工件上表现中心为加工坐标系原点,创建加工操作。(a)零件实体(b)毛坯

电影1.2型芯加工工艺分析1.1型芯加工工艺分析型芯轮廓尺寸:45×85×17毛坯尺寸:105×145×50最大铣削深度:61.3数控加工工艺加工层次加工部位刀具刀具直径侧壁余量底面余量粗加工毛坯E4310mm01型芯E4310mm0.40.2精加工凸台E206mm00侧壁E446mm00平面E446mm00

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