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注射模上盖课程设计

……学院

 

课程设计

 

目录

塑料上盖注射模课程设计任务书………………………………4

第1章.从零件图到设计装配方案图的拟定5

1.1零件图……………………………………………………………5

1.2拟定模具的结构形式……………………………………………8

1.3注射机的初步选定………………………………………………10

1.4模具结构形式的确定……………………………………………13

第2章.模具各主要零部件的设计14

2.1浇注系统的设计14

2.2分流道的设计15

2.3注射模零件的设计17

第3章.脱模机构的设计24

3.1脱模机构24

3.2脱模机构的分类及选用24

4.3脱模机构的设计原则24

第4章.冷却系统设计25

4.1单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量…………………25

4.2确定单位质量的塑料在凝固时所放出的热量25

4.3计算冷水的体积流量25

4.4确定冷却水路的直径25

4.5冷却水在管内的速度25

4.6求冷却管壁与水交界的膜传热系数25

4.7计算冷却水通道的导热总面积26

4.8计算模具所需冷却水管的总长度26

4.9冷却水路的根数26

第5章.模架的选择27

第6章.总装图………………………………………………27

总结

参考文献………………………………………………………29

 

塑料上盖注射模课程设计任务书

本设计为一塑料上盖零件,塑料材料为PE,中等批量生产,未注尺寸公差为MT5级。

设计要求:

1.制定该塑料制品成型工艺方案;

2.制定模具结构方案;

3.选择合适的成型设备;

4.选择标准件和模架;

5.绘制模具装配图;

6.绘制模具成型零件的零件图;

7.制定成型零件的加工工艺规程(至少一个);

8.编写设计说明书;

9.编写该零件的注射成型工艺卡片。

一、从零件图到设计装配方案图的拟定

1.1零件图

此次设计的模具需要成型的塑料零件是上盖零件,塑料材料为PE,中等批量生产,未注尺寸公差为MT5级,因此注射模是其最适合成形的塑料模。

成型零件图如下图(2—1)所示:

图2-1上盖零件图

1、塑件的分析

(1)外形尺寸该塑件壁厚1.2mm,塑件外形尺寸不大,塑料熔体流程不太长,适合用于注射成型,如图2-1所示。

(2)精度等级MT5级

(3)脱模斜度PE属于半结晶热塑性材料,成型收缩率较小,《塑料模设计指导》教材表2-1选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1°。

2、PE的性能分析

1.结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好。

  2.收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲。

3.软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模。

PE的主要性能指标如下表

(附表1)PE的性能指标(教科书附录C)

密度/g.cm-3

0.94~0.97

屈服强度/MPa

50

比体积/cm3.g-1)

1.03~1.06

拉伸强度/MPa

38

吸水率(%)

<0.01

拉伸弹性模量/MPa

1.4×103

熔点/℃

105~137

抗弯强度/MPa

20.8~40

计算收缩率(%)

0.4~0.7

抗压强度/MPa

53

比热容/J.(kg.℃)-1

1470

弯曲弹性模量/MPa

1.4×103

3、PE的注射成型过程及工艺参数

(1)注射成型过程

成型前的准备。

对PE的色泽、粒度和均匀度等进行检验,聚乙烯的吸水率低,加工前不需要干燥处理。

(2)注射工艺参数

1)注射机:

柱塞式。

2)料筒温度(℃):

后段150~170;

中段165~180;

前端180~200。

3)喷嘴温度(℃):

170~180。

4)模具温度(℃):

50~80。

5)注射压力(MPa):

60~100。

6)成型时间(s):

30(注射时间取1.6,冷却时间20.4,辅助时间8)。

1.2拟定模具的结构形式

(1).分型面位置的确定

通过对塑件结构形式的分析,分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上。

其位置如图2-2所示。

图2-2分型面的选择

(2).型腔数量和排列方式的确定

(1)型腔数量的确定该塑件采用的精度MT5级,且为中批量生产,可采取一模多腔的结构形式。

同时,考虑到塑料件尺寸、模具结构尺寸的大小关系,以及制造费用和各种成本费用等因素,初步定为一模两腔结构形式。

(2)型腔排列形式的确定多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置,且要力求紧凑,并与浇口开设的部位对称。

由于该设计选择的是一模两腔,故采用直线对称排比,如图2-3所示。

(a)

(b)

图2-3型腔数量的排列布置

尽可能采用平衡式排列,确保制品质量的均一和稳定。

型腔布置与浇口开设部位应力求对称,以便防止模具承受偏载而产生溢料现象,基于以上因素,浇口设置可以有图(a)和图(b)两种方式,图(a)比图(b)的流程短,所以选用图(a)。

 

1.3注射机的初步选定

(1)注射量的计算通过Pro/E三维软件建模设计分析计算得

塑件体积:

V塑=30.5cm3

塑件质量:

m塑=ρV塑=0.95(表1)×30.5=28.97g

(2)浇注系统凝料体积的初步估算

浇注系统的凝料在设计之前是不能确定的数值,但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。

由于本次采用流道简单并且较短,因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算,故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积(即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和)为

V总=V塑(1+0.2)×2=30.5×(1+0.2)×2=73.2cm3

(3)选择注射机

根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V总=73.2cm3,依公式(V公=V总/0.8)则有:

V总/0.8=73.2/0.8cm3=91.5cm3根据以上计算,初步选定公称注射量为100cm3,注射机型号为SZ-100/60,其主要技术参数见

附表

(2)SZ-100/60立式注射机主要技术参数(教科书附录F)

理论注射容积/cm3

100

移模行程/mm

260

螺杆直径/mm

35

最大模具厚度/mm

340

注射压力/MPa

150

最小模具厚度/mm

10

注射速率/g.s-1

——

合模方式

——

塑化能力/g.s-1

——

模具定位孔直径/mm

——

螺杆转速/r.min-1

——

喷嘴球半径R/mm

12

锁模力/kN

600

喷嘴孔直径/mm

4

拉杆内向距/mm

440×340

(1)注射机的相关参数的校核

1)注射压力校核。

查PE工艺参数可知,PE所需要注射压力为70~100MPa,这里取p0=100MPa,该注射机的公称注射压力P公=150MPa,注射压力安全系数k1=1.25~1.4,这里取k1=1.3,则:

k1p0=1.3×100=130

(2)锁模力校核

①塑件在分型面上的投影面积A塑,则

A塑=51.6×70.6=3.642×103mm2

②浇注系统在分型面上的投影面积A浇,即流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积A浇数值,可以按照多型腔模的统计分析来确定。

A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍。

由于本例流道设计简单,分流道相对较短,因此流道凝料投影面积可以适当取小一些。

这里取A浇=0.2A塑。

③塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总,则

A总=n(A塑+A浇)=n(A塑+0.2A塑)=2×1.2A塑

=2×1.2×3.642×103mm2=8.74×103mm2

④模具型腔内的胀型力F胀,则

F胀=A总p模=8.74×103×35=305.9(KN)

式中,p模是模具型腔内塑料熔体的平均计算压力值,通常取注射压力的20%~40%,大致范围为25~40MPa。

对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。

PE属中等粘度塑料及有精度要求的塑件,故取35MPa。

查教材表附录F可得该注射机的公称锁模力F锁=600kN,锁模力安全系数为k2=1.1~1.2,这里取k2=1.2,则

k2F胀=1.2F胀=1.2×305.9KN=367.08KN

对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定,结构尺寸确定后方可进行。

1、4模具结构形式的确定

从上面的分析可知,本模具设计为一模两腔,对称直线排列,根据塑件结构形状,推出机构拟采用脱模板推出的推出形式。

浇注系统设计时,流道采用对称平衡式,浇口采用侧浇口,且开设在分型面上。

因此,定模部分不需要单独开设分型面取出凝料,动模部分需要添加型芯固定板、支撑板和脱模板。

由上综合分析可确定选用带脱模板的单分型面注射模。

 

二、模具各主要零部件的设计

2、1浇注系统的设计

2.1.1主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为圆锥形,以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。

另外,由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。

(1)主流道尺寸

1)主流道的长度:

小型模具L主应尽量小于60mm,本次设计中初取30mm进行设计。

2)主流道小端直径:

d=注射机喷嘴尺寸4+(0.5~1)mm,                         取为5mm。

3)主流道大端直径:

=7mm式中α=4°。

4)主流道球面半径:

SR=注射机喷嘴球头半径+(1~2)mm,取14mm。

5)球面的配合高度:

h=3mm。

(2)主流道的凝料体积

V主=

L主(R²主+r²主+R主r主)=

×30×(3.5²+2.5²+3.5×2.5)mm³=855.7mm³

(3)主流道当量半径Rn=

mm=3mm

(4)主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件可选购。

设计中常采用碳素工具钢(T8A或T10A),热处理淬火表面硬度为50~55HRC,(补上浇口套的型号)

2.2分流道的设计

(1)分流道的布置形式

因此采用平衡式分流道。

(2)分流道的长度

由于分流道设计简单,根据两个型腔的结构设计,分流道较短,故设计时可适当选小一些。

单边分流道长度L分取20mm,如图1-3所示。

(3)分流道的当量直径因为该塑件的质量m塑=ρv塑=0.95(表1)×30.5=28.97g<200g,根据教材式(4-16),分流道的当量直径为D分=0.2654

=0.2654×

×

mm=3mm

(4)分流道截面形状

采用梯形截面,其加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失,流动阻力均不大。

(5)分流道截面尺寸

梯形D约为3mm,高为2.5,形状如图所示:

图3-2分流道截面形状

(6)分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低,一般取Ra1.25~2.5um即可,此处取Ra1.6um。

另外,其脱模斜度一般在5°~10°之间,这里取脱模斜度为8°。

2.2.1浇口的设计

侧浇口

 

2.2.2冷料穴的设计

采用与推杆匹配的冷料穴,推杆头部为Z型头。

2.3成型零件的设计

1.凸模的结构设计

采用整体装配式凸模,它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成,如图(3—5)所示:

       

                 图(3—5)凸模

2.凹模的形状

          图(3—6)凹模

2.3.2成型零件工作尺寸的计算

现设制品的名义尺寸LS是最大尺寸,其公差按规定为负值“-Δ”;凹模的名义尺寸LM是最小尺寸,其公差按规定为正值“+δZ”现由公式可得:

式中,“Δ”前的系数(此处为0.5)可随制品的精度和尺寸变化,一般在0.5~0.75之间,ABS的收缩率S为0.005.制品偏差大则取小值,偏差小则取大值。

Δ值由塑料模设计手册《公差数值表》可查基本尺寸为51.6mm时,其Δ值为0.74,基本尺寸为38mm时,其Δ值为0.56,基本尺寸为10.2mm时Δ为0.32.(这里塑料件的精度取5级)

固可由以上公式算出其尺寸:

A、凹模径向尺寸的计算:

=[52.39(1+0.0055)-0.6*0.96]+00.083=52.098+00.083(mm)

=[38.56(1+0.005)-0.6*0.96]+00.083=38.19+00.083mm

B、凹模深度尺寸的计算

=[10.52(1+0.0055)-0.63*0.52]+00.053=10.25+00.053mm

=[5.44(1+0.0055)-0.65*0.44]+00.04=5.18+00.04mm

=[2.43(1+0.0055)-0.65*0.44]+00.033=2.18+00.033mm

C、型芯尺寸的计算

设塑件内型腔尺寸为ls,公差为正值“+Δ”,制造公差为负值“-δZ”,经过与上面凹模径向尺寸相似推理,可得:

由于我们塑料件的厚度为1.2mm。

因此相应的尺寸上减去4mm或者2mm。

Δ值的取值分别为。

基本尺寸为35.3mm的为0.66,28.5mm的为0.6,55mm的为0.84.

=[54.53(1+0.0055)+0.7*0.84]-00.06

=55.42-00.08mm

=[28.25(1+0.0055)+0.7*0.6]-00.06

=28.83-00.06mm

=[34.92(1+0.0055)+0.7*0.66]-00.06mm

=35.5-00.06mm

D、型腔壁厚和底板厚度计算

在注射成型过程中,型腔主要承受塑料熔体的压力,因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。

(1)凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关,根据型腔的布置,模具初选200mm×250mm的标准模架,其厚度按照下列刚度公式计算。

S=

=

20.83mm

凹模侧壁采用嵌件,结构紧凑,这里凹模嵌件单边后选12.5mm。

由于型腔采用直线、对称结构布置,故两个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了。

型腔与模具周边距离由模板的外形尺寸来确定,根据估算模板平面尺寸选用200mm×250mm,它比型腔布置尺寸大得多,所以完全满足强度和刚度要求。

(2)动模垫板厚度的计算

动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关,根据前面的型腔布置,模架应选在200mm×250mm这个范围之内,垫块之间的跨度大约为200mm-51.6mm-51.6mm=96.8mm。

那么,根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度,即

T=0.54L

=0.54X96.8X

=11.67mm

此动模垫板计算尺寸相对于小型模具来说可以小一些,可以增加2根支承柱来进行支承,故可以近似得到动模垫板厚度

Tn=

T=

X11.67=4.37mm

故动模垫板可按照标准厚度取12mm

2.3.3结构零件的设计

1、导柱导向机构的设计

为了保证注射模准确合模和开模,在注射模中必须设置导向机构。

导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。

导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种,我们这里选取导柱导向机构。

⑹、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8,导柱和导套固定部分配合按H7/k6,导套外径的配合按H7/k6。

导柱导套型号参考准模架数据选取。

三、脱模机构的设计

脱模机构的确定

脱模机构的种类很多,我们采用的是推杆脱模机构,因为此机构是最简单、最为常用的一种,具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点,在生产实践中比较实用和直观。

推杆型号:

四、冷却系统设计

(一)冷却系统的简单计算

4.1单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W

塑料制品的体积

V=V主+V分+nV塑=(0.86+0.27+2X30.5)cm3=62.13cm3

塑料制品的质量

m=Vp=62.13X0.95g=59g

塑件厚壁为1.2mm可查表(塑聊模设计指导书)t冷=4.9s。

取注射时间t注=40s,脱模时间t脱=10s,则注射周期:

t=t注+t冷+t脱=(40+4.9+10)s=55s。

由此得每小时注射次数:

N=(3600/55)次=65次

单位时间内入模具中的塑料熔体的总质量;W=Nm=65X0.059kg/h=3.835kg/h。

4.2确定单位质量的塑料在凝固时所放出的热量Qs

查表3-11直接可知PE的单位热流量Qs的值的范围在590~690kJ/kg,故可取Qs=650kJ/kg.则单位时间内塑料释放总热量为Q总=650×3.835=2492.75KJ

4.3计算冷水的体积流量qv

设冷水道入水口的水温为θ2=22。

C,出水口的水温为θ1=25。

C,取水的密度ρ=1000kg/m3,水的比热容c=4.187kJ/(kg·.C),则根据公式可得qv=

=

=0.00331m3/min

4.4确定冷却水路的直径d

当qv=0.00331m3/min时,查表3-12(塑料模设计指导书),取模具冷却水孔的直径d=0.008m。

4.5冷却水在管内的速度v

V=

=

=1.09m/s

4.6求冷却管壁与水交界的膜传热系数h

因为平均水温为23.5.C,查表3-13(塑料模设计指导书)可得f=6.7,则有

h=

=

=1.98×104KJ/(m2.h.。

C)

4.7计算冷却水通道的导热总面积A

A=

=

=0.00345

4.8计算模具所需冷却水管的总长度L

L=

=

m=0.137m

4.9冷却水路的根数x

设每条水路的长度为l=200mm,则冷却水路的根数为

X=

=

根=0.68<1根

由此计算看出,冷却水道此模具不需要冷却水管。

五、模架的选择

标准模架一旦选择,直接可在市场上购买,根据塑件的结构特点和模具的总体结构,选择龙记大水口CI型小型模架,周界尺寸200X250mm。

六、注射机有关参数校核

1、模具闭合高度的确定

组成模具闭合高度的模板及其它零件的尺寸有

定模座板为H1=25mm;型芯固定板为H2=32mm;动模座板H3=25mm;A板H4=32mm;B板H5=50mm;C板H6=63mm

该模具的闭合高度为

H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=25+32+25+32+50+63=227

2、模具闭合高度校核

由于XS-ZY-125型注射机所允许的模具最小厚度Hmin=200mm;模具最大厚度Hmax=300,而计算得模具闭合高度H=227mm,所以模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件。

3、模具安装部分的校核

该模具的外形最大部分尺寸为200mm×315mm,XS-ZY-125型注射机模板最大安装尺寸为428mm×458mm,故能满足模具安装的要求。

4、模具开模行程的校核

开模行程也叫做合模行程,指模具开合过程中动模座板的移动距离,用符号S表示。

XS-ZY-125型注射机的最大开模行程Smax=300mm。

为了使塑件成型后能顺利脱模,确定该模具的开模行程S应满足

S≥H=H1+H2+(5~10))mm=10+61+7=88mm

式中H1——塑件推出距离(也可作为凸模高度)(mm)

H2——包括浇注系统在内的塑件高度(mm)

H——所需开模行程(mm)

因Smax=300mm>88mm,故该注射机的开模行程满足要求

5、C板的高度校核

Hc≥H1+H2+H3+(1~5)mm=10+20+16+3=49

Hc——C板的高度

H1——塑件推出距离(也可作为凸模高度)(mm)

H2——推板高度

H3——推杆固定板

因Hc=63mm>49mm,故该注射机的C板高度满足要求

6、注射量的校核

在一个注射成型周期内,注射模具内所需的塑料熔体总量(Mi)与模具浇注系统的容积和型腔容积有关,其值用公式计算:

Mi=NMs+Mj

式中N——型腔数量

Ms——单个制品的质量或体积,g或cm

;

Mj——浇注系统或飞边所需的塑料质量或体积g或cm

已知N=2、Ms=5.36,cm

经估算Mj≈20cm

则Mi≈31cm

XS—Zy--125型号注射机的额定注射量为MI=125cm

,为使注射成型过程稳定可靠,应有Mi=(0.1~0.8)MI=12.5~100cm

因此,该注射机的注射量满足模具的要求

 

参考文献

[1].朱光力.塑料模具设计.北京:

清华大学出版社

2.屈华昌.塑料成型工艺及模具设计.北京:

机械工业出版社,1996

3.赵伟阁.模具设计.西安:

西安电子科技大学出版社,2006

4.钱泉森.塑料成型工艺与模具设计.北京:

人民邮电出版社,2007

5.张国强.塑料模具设计与生产应用.北京:

化学工业出版社,2002

6.李绍林主编.实用模具技术手册[M].上海科学技术出版社,1998

7.陈锡栋、主编.实用模具技术手册[M].北京:

机械工业出版社,2001

8.许发樾主编.实用模具设计与制造手册[M].北京:

机械工业出版社,2000

9.李易、于成功、闻小芝主编.现代模具设计、制造、调试与维修实用手册[M].北京:

金版电子出版公司,2003

10.翟德梅主编.模具制造技术[M].河南机电高等专科学校

 

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