塑料模具大作业

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《塑料成型加工与模具》大作业
超声波测距仪外壳模具设计
1 塑件分析
塑件为超声波测距仪的底壳,采用 PC(聚碳酸酯)材料注射成型,塑件厚度为 1.8mm。 根据使用要求,该底壳一般精度的塑件,公差等级为 MT3。塑件外部长为 113.6mm,宽为 73.6mm, 高为 11.8mm。塑件内部长为 107mm,宽为 70mm,深度为 10mm。塑件体积为 20.27cm3,表面 积为 25784.4482mm2。设计的模具为型腔(成型塑件外表面)为定模,型芯(成型塑件内表 面)为动模。
2.1 注射量的校核
注射机标称注射量有两种表示方法,一是用容量(cm3)表示;一是用质量(g)表示。
国产的标准注射机的注射量均以容量(cm3)表示。
模具设计时,必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体的容量或质量在注射
机额定注射量的80%以内。
故应使: nVn+Vj ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.8Vg
nmn+mj ≤0.8mg
模具上用以取出制品和浇注系统凝料的可分离的接触表面称之为分型面。一般的讲,分 型面是模具的定模型腔板与动模型腔板的接合面,具有取出塑件和排气的作用。但是,也存 在因注射压力不合理而使之涨开的可能。在模具设计阶段,应首先确定分型面位置,然后才 能选择模具的结构。
分型面设计是否合理,对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大的影 响,它决定了模具的结构类型,是模具设计工作中的重要环节。因此,分型面的正确设计需 要塑料产品设计人员和模具设计人员的共同努力和配合。
A 板 50mm,B 板 25mm,C 板 80mm,H=100+A+B+C=255mm
4 浇注系统设计
浇注系统是指注射模中从主流道的始端到凹模之间的熔体进料通道。分为普通流道浇注 系统和热流道浇注系统两类。正确设计浇注系统对获得优质塑料产品和提高生产率极为重要。
4.1 主流道部分的尺寸设计:
主流道是从注射机喷嘴与模具接触的部位开始到分浇道为止的一段通道。在卧式或立式 注射机上,主流道垂直于分型面。为了能使凝料顺利地从主流道中拔出,所以主流道设计成 圆锥形。
对于具有液压—机械式合模机构的注射机(如:XS-ZY-125型等),其最大开模行程系由 肘杆机构或合模液压缸冲程所决定,而不受模具厚度影响,校核时按注射机最大开模行程大 于模具所需的开模距离。
对单分型面模具按下式校核:
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Smax≥S=H1+H2+(5-10)mm 式中 Smax——注射机开模最大行程(mm);
4.3 分流道的尺寸设计
分流道是主流道与浇口之间的通道。在多型腔的模具中必不可少,而在单型腔模具中,
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有时可以省去。 常用的分流道的截面形状有圆形、半圆形、梯形、U形和六角形等。流道的截面积越大,
压力的损失越小;流道的表面积越小,热量的损失越少。用流道的截面积和表面积的比值来 表示流道的效率,效率越高,流道设计得越合理。
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分型面的形状应尽可能简单,以便于制品成形和模具制造。分型面的形状可以是平面、 阶梯面或者曲面,一般情况下,只采用一个与注射机开模方向相垂直的分型面,且尽可能采 用简单的平面作为分型面,在特殊情况下才采用较多的分型面。
分型面的选择的一般原则: ①选取塑件最大投影截面为分型面; ②在开模时尽量使塑件留在动模内; ③应有利于侧面分型和抽芯; ○4 应合理安排塑件在型腔中的方位; ○5 考虑和保证塑件的外观不遭损坏; ○6 尽力保证塑件尺寸的精度要求; ○7 有利于排气; ○8 尽量使模具加工方便。
5.4 成型零件工作尺寸的计算
按平均值法计算成型零件工作尺寸,PC材料的收缩率S=0.5%-0.8%,
平均收缩率Scp=(Smax+Smin)/2=0.65%,取修正系数x=0.75。
5.4.1型腔径向尺寸确定
1)型腔长度方向
塑件外形基本尺寸为 Ls=113.6mm,其公差值为Δ=0.58mm,型腔基本尺寸为 Lm,制造公差为 δz==0.193mm。 对于一般中、小型塑件型腔尺寸:
T推= A×P平均=16721.92×30N=501657.6N=501.66kN<900kN 即所选注射机的锁模力满足要求。
2.3 注射压力的校核
注射机的最大注射压力应大于塑件成型所需压力,即 Pz ≥ Pch
式中 Pz——注射机的最大注射压力(MPa); Pch——塑件成型所需的实际注射压力(MPa),一般制品成型注射压力70~150Mpa, 当塑料熔体流动性好且塑件形状简单塑件壁厚较厚时所需注射压力较小;
浇口设计与塑料性能、塑件形状、截面尺寸、模具结构及注射工艺参数等因素有关。总 的要求是使熔料较快的进入并充满型腔,同时在充满后能适时冷却封闭,因此浇口截面要小, 长度要短,这样可增大料流速度,快速冷却封闭,且便于塑件与浇口凝料分离,不留明显的 浇口痕迹,保证塑件外观质量。此外浇口设计需遵循下述原则:
PC材料分流道直径常取4.8-9.5mm, 本次设计,将分流道形状设计成半圆形,取分流道 直径D=6mm。
4.4 浇口的尺寸设计
浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短通道,是浇注系统的关键部分, 起着调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能 和质量的影响很大,塑件上的一些缺陷,如缩孔、缺料、白斑、熔接痕、质脆、分解和翘曲 等往往是由于浇口设计不合理而产生的,因此正确设计浇口是提高塑件质量的重要环节。
T推=A×P平均 ≤A×P=A×k×P0 式中 A—塑料与浇注系统在分型面上的投影面积,mm2;
P平均—型腔内塑料熔体的平均压力,MPa; P—型腔内塑料熔体的压力,MPa; P0—注射压力,MPa; k—压力损耗系数,随塑料品种、注射机形式、喷嘴阻力、流道阻力等因素变化,可 在0.2-0.4的范围内选取。 本次设计中,取A=16721.92mm2;P平均=30MPa
○1 尽量缩短流动距离。 ○2 浇口应开设在塑件壁厚最大处。 ○3 必须尽量减少熔接痕。 ○4 应有利于型腔中气体排出。 ○5 考虑分子定向影响。 ○6 避免产生喷射和蠕动。 ○7 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 ○8 注意对外观质量的影响。 浇口常用的几种形式有直接浇口、矩形测浇口、扇形浇口、膜装浇口、轮辐浇口、爪型 浇口、点浇口、潜伏浇口。 矩形侧浇口广泛应用于中小型制品的多型腔注射模具,其优点是截面形状简单易于加工、 便于试模后修正,缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹。 根据本次设计的塑件结构特点,选择矩形侧浇口。 矩形侧浇口的大小由厚度、宽度和长度决定。确定侧浇口厚度 h(mm)和宽度 b(mm)的经 验公式如下:
即所选注射机注射量满足要求。
2.2 锁模力的校核
当高压的塑料熔体充满型腔时,会产生一个沿注射机轴向的很大的推力 T推,该推力应 小于注射机额定的锁模力 T合,否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢料跑料现象,即有: T合 ≥ T推 式中 T合—注射机的额定锁模力,N;
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T推—型腔内塑料熔体沿注射机的轴向推力,N。 型腔内塑料熔体的推力T推其大小等于塑料和浇注系统在分型面上的投影之和乘以型腔 内塑料熔体的平均压力,可按下式计算:
设计成型零件时,应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求,确定型腔的总体结构, 选择分型面和浇口位置,确定脱模方式、排气部位等,然后根据成型零件的加工、热处理、 装配等要求进行成型零件结构设计,计算成型零件的工作尺寸,对关键的成型零件进行强度 和刚度校核。
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凹模成型塑件外轮廓的零件,本套模具采用整体式凹模,它是由一整块金属材料直接加
2 注射机的选择
经计算得此件注射的体积总量约为20.27cm3,模具采用一模两腔的结构,根据国内注射 机的注射量要求,注射机的注射量的80%应大于塑件体积与注射系统体积之和,设注射系统 质量与单个塑件质量之比为1:1,故选用注射机的注射量应大于76cm3,故根据国产注射机的注 射容量,将本次设计所用注射机预选为XS-ZY-125,主要技术参数如下:
主流道部分及浇口套的尺寸,如图 4-1:
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图 4-1 主流道
4.2 定位圈的尺寸设计
很多注塑模具的定位采用单独加设定位圈的方法,主流道衬套(浇口套)与定位圈要与 所选注射机的喷嘴和定位孔相一致。定位圈为标准件,其结构和尺寸可查表。本设计所用定 位圈如图4-2:
图4-2 定位圈
本次设计,取Pz=119Mpa,Pch=100Mpa,则 Pz ≥ Pch
即所选注射机的注射压力满足要求。
2.4 开模行程的校核
模具开模后为了便于取出塑件,要求有足够的开模距离,而注射机的开模行程是有限的, 因此模具设计时必须进行开模行程的校核。对于带有不同形式的锁模机构的注射机,其最大 开模行程有的与模具厚度有关,有的则与模具厚度无关。
H1——塑件脱模所需顶出距离(mm); H2——塑件高度(mm); 本次设计,取Smax=300mm,H1=10mm,H2=11.80mm,则
180>10+11.80+(5-10)mm 即所选注塑机的开模行程满足要求。 综上所述,所选注射机XS-ZY-125型符合使用要求。
3 确定标准模架
塑件尺寸:110.6×73.6mm2,投影面积:S=81.4016cm2 本次模具设计采用 A2 型模架,A2 型模架定模和动模均采用两块模板,设置推杆推出机 构,适用于直接浇口,采用斜导柱侧抽芯的注射成型模具。根据塑件的尺寸,采用 A2 型模 架的中的 315×400 型,参数如下: L=400mm;lt=325mm;lT=345mm;lM=245mm;lm=380mm。 确定各板厚度:
式中
Vn(mn)—单个塑料的容量或质量,cm3或g;
n—型腔数目;
Vj(mj)—浇注系统凝料的容量或质量,cm3或g; Vg(mg)—注射机额定注射量,cm3或g。 本次设计的模具采用一模两腔的设计,即n=2,
2×20.27cm3+20.27cm3=60.81cm3 < 0.8×125cm3=100cm3
结构形式:卧式 注射方式:螺杆式 螺杆直径:∅42mm
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最大注射量:125cm3
注射压力:119MPa
锁模力:900kN
最大注射面积:320cm2
模具最大厚度:300mm
模具最小厚度:200mm
最大开模行程:300mm
喷嘴球半径:12mm
喷嘴孔直径:∅4mm
定位孔直径:∅100mm
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h=nt b= 式中 t—塑件壁厚,mm;
n—系数,与塑料品种有关; A—塑件外表面面积,mm2。 本次设计中,塑件壁厚 t=1.8mm,PC 材料的系数 n=0.7,塑件外表面面积 A≈12892mm2。故 矩形侧浇口厚度 h= nt=1.3mm,宽度 b==2.7mm。
本次设计的分型面如图 5-1 所示:
图 5-1
5.2 凸模、凹模的设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件,包括凹模、型芯、镶块、成型杆 和成型环等。成型零件工作时,直接与塑料接触,塑料熔体的高压、料流的冲刷,脱模时与 塑件间还发生摩擦。因此,成型零件要求有正确的几何形状,较高的尺寸精度和较低的表面 粗糙度,此外,成型零件还要求结构合理,有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。
4.5 冷料穴的设计
冷料穴位于主流道正对面的动模板上,或处于分流道模道末端,其作用是除去熔体流动 前锋的“冷料”,防止冷料进入型腔而影响塑件质量。对于主流道冷凝料拉出,所以冷料穴 直径宜稍大于主流道大端直径。
本次设计拉料杆形状采用带有球形头的拉料杆。如图 4-3:
图4-3 拉料杆
5 成型零件的设计
5.1 分型面的选择
工而成。其特点是为非穿通式模体,强度好,不易变形,但由于加工困难,故只适用于小型
且形状简单的塑件成型。
凸模又称型芯是成型塑件内表面的成型零件,通常可分为整体式和组合式两种类型。经
分析本次设计凸模采用整体式。
5.3 影响工作尺寸的因素
(1)成型零部件的制造公差δz,控制在塑件相应公差的 1/3 左右。 (2)成型零部件的磨损δc,对中、小型塑件一般取 1/6 塑件公差值。 (3)塑料的成型收缩δs,δs=(Smax-Smin)Ls。 (4)配合间隙引起的误差δj,δz+δc+δs+δj≤Δ, Δ塑件的公差。
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