灭火器壳注塑模毕业设计.docx
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灭火器壳注塑模毕业设计
灭火器壳注塑模毕业设计
摘要
这次毕业设计的内容是灭火器壳的注塑模设计,重点是熟练地掌握模具设计的基本方法,包括设计前的准备工作,分型面的选取原则,型腔的布局与模架的选择,模具零件的分类,模具零件设计的标准化与图样的布局,成型尺寸的计算,模具零件公差配合关系与表面粗糙度,尺寸的标注,模具材料的选择等等,对其进行模具设计,包括对这个任务制作的一系列详细过程,涉及塑件的工艺分析、塑件的体积和重量、塑件工艺参数的确定、注塑模具的设计、成形零件结构设计等,并运用CAD制作模具的装配图及各个零件图。
本文将对灭火器壳塑料模的设计过程进行详细阐述。
关键词:
灭火器壳设计、注塑模设计、工艺分析、
第一章绪论
1.1我国模具工业发展现状
我国塑料模工业起步到现在,历经半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具,6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具:
精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型多腔小模数齿轮模具及塑封模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平,而且还采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型收缩造成的齿形误差,达到了标准渐开线齿形要求,还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。
注射模型腔制造精度可达0.02-0.05mm,表面粗糙度Ra0.2um,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达10-30万次,淬火钢模达50-1000万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距。
成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模结构的创新设计方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟。
在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的UG,美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron等塑模分析软件。
这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了塑料模系统有了很大发展。
近年来,国内已较广泛地采用了一些新的塑料模具钢,如:
P20、3CrMo、PMS、SMI、SMII等,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响,但总体使用量仍较少。
塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越得到广泛的应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件,但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下,和国外先进工业国家已达到70%-80%相比,仍有很大差距。
1.2塑料模具的发展前景
塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物,树脂可分为天然树脂和合成树脂两大类,塑料大多采用合成树脂。
在一定温度和压力下,塑料具有可塑性,可以利用模具将其定型为一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。
塑料制件之所以能够在工业生产中得到广泛应用,是由于它们本身具有的一系列特殊优点所决定。
塑料密度小、质量轻。
塑料的比强度高。
塑料的绝缘性能好,介电损耗低。
塑料的化学稳定性高。
塑料减磨耐磨性能好。
塑料的减振和隔音性能好。
透光性
能和绝热性能以及防水、防透气和防辐射等特殊性能。
因此,塑料已成为各行各业不可缺少的一种重要的材料。
塑料是新兴的工业,是随着石油工业的发展应运而生的,目前塑料制件几乎进入一切工业部门及人民日常生活的各个领域。
塑料工业又是一个飞速发展的工业领域。
塑料作为一种新的工程材料,不断被开发和利用,加之成型工艺的不断成熟、完善和发展,极大地促进了塑性成型方法的研究和塑料成型模具的开发和制造。
随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求日益加大,塑料会在我们的生活和生产中发挥越来越重要的作用!
1.3注塑成型工艺简介
注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性,首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化,使之成为粘流状态熔体,然后在柱塞或螺杆的高压推动下,以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中,经过一段时间的保压冷却以后,开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件,一般分为三个阶段的工作。
1)物料准备。
成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况,有无杂质等进行检验,并测试其热稳定性,流动性和收缩率等指标。
对于吸湿性强的塑料,应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥若有嵌件,还要知道嵌件的热膨胀系数,对模具进行适当的预热,以避免收缩,应力和裂纹,有的塑料制品还需要选用脱模剂,以利于脱模。
2)注塑过程。
塑料在料筒内经过加热达到流动状态后,进入模腔内的流动可分为注射,保压,倒流和冷却四个阶段。
3)制件后处理。
由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂,再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同,脱模后除引起时效变形外,还会使制件的力学性能,光学性能及表观质量变坏,严重时会开裂。
故有的塑件需要进行后处理,常用的后处理方法有退火和调湿两种。
退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力;调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序,主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。
1.4注塑模设计要求与程序
1.4.1基本要求与注意事项
1.壁厚应尽量均匀一致,脱模斜度要足够大;
2.过渡部分应逐步圆滑过度,防止有尖角,锐边产生;
3.浇口、流道尽可能宽大、粗短,且应根据收缩冷凝过程设置浇口位置,必要时应加冷料井;
4.模具表面应光滑,粗糙度低;
5.排气槽、孔必须足够,以及时排出空气和熔体中的气体;
6.壁厚不要太薄,一般不得小于1mm。
1.4.2设计程序
1.调研、消化原始资料。
2.选择成型设备
3.拟定模具结构方案
4.方案的讨论与论证
5.绘制模具装配草图
6.绘制模具装配图、零件图
7.编辑设计说明书
第二章注塑件的分析
2.1功能设计
功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;该塑件的生产批量是30万件,所以是大批量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素。
2.2塑件的工艺性分析
本文设计的是灭火器壳注塑模,灭火器壳零件图见图2-1,设计要求为:
1.材料:
PP
2.收缩率:
0.4%-0.6%
3.外观要求:
光滑,无明显制件缺陷(如缩痕、气泡、翘曲)。
4.生产批量:
30万件
图2-1灭火器壳零件图
2.2.1塑件的原材料工艺性分析
1.结晶料,湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。
2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔凹痕变形。
3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度,料温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易产生翘曲变形。
4.塑料壁厚均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。
2.2.2注塑模工艺条件
注塑机选用,对注塑机的选用没有特殊要求。
由于PP具有高结晶性,需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。
锁模力一般按3800t/m²来确定,注射量20%-85%即可。
干燥处理:
如果储存适当则不需要干燥处理。
熔化温度:
PP的熔点为160-175℃,分解温度为350℃,但在注射加工时温度设定不能超过275℃,熔融段温度最好在240℃。
模具温度:
模具温度50-90℃。
对于尺寸要求较高的用高模温。
型芯温度比型腔温度低5℃以上。
注射压力:
采用较高注射压力(1500-1800bar)和保压压力(约为注射压力的80%)。
大概在全行程的95%时转压,用较长的保压时间。
注射速度:
为减少内应力及变形,应选择高速注射,但有些等级的pp和模具部不适用(出现气泡、气纹)。
如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹,则要用低速注射和较高模温。
流道和浇口:
流道直径4.7mm,针形浇口长度1-1.5mm,直径可小至0.7mm,深度为壁厚的一半,宽度为壁厚的两倍,并随笔并随模腔内的熔流长度逐步增加。
模具必须有良好的排气性。
排气孔深0.0225mm-0.038mm,厚1.5mm,要避免收缩痕,就要用大而圆的注口及圆形流道,加强筋的厚度要小(例如是壁厚的50-60%)
2.2.3塑件的尺寸精度分析
该塑件为灭火器壳,主要在灭火过程中温度较低,故要求材料有机械性质强韧,低温冲击强度高,还应具有抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀,其中Φ90㎜孔要求与轴相配合,且配合关系要求高,为MT3-MT4,因此在模具设计和制造中要严格的保证这两个尺寸的精度要求,其余的尺寸无特殊要求,按照自由尺寸或MT6级的精度查询公差等级即可,其主要尺寸公差要求如表2.1所示。
塑件标注尺寸
塑件尺寸公差(按MT6级精度)
塑件标注尺寸
塑件尺寸公差(按MT6级精度)
型腔内形尺寸
Φ50
Φ500-0.94
型芯外形尺寸
Φ34
Φ34+0.80
Φ106
Φ1060-1.72
Φ42
Φ42+0.940
Φ114
Φ1140-1.72
24
24+0.310
型腔深度尺寸
100
1000-1.68
型芯高度尺寸
10
10+0.580
82
82-1.680
中心尺寸
24
24
表2.1塑件上主要尺寸按MT6级精度的公差要求
2.2.4塑件表面质量分析
该塑件表面没有提出特殊要求,通常,一般情况下外表面要求光洁,表面粗糙度可以取到Ra=1.6um,无飞边,毛刺,缩孔等工艺缺陷。
2.2.5塑件结构工艺性分析
由图2-1可知,该灭火器壳为圆桶形壳体,侧壁厚为8mm,台阶部分较厚,塑件的尺寸属于中小件,PP材料能够满足充模流动要求。
考虑制件壁厚不均,为防止变形,应强化冷却,模具温度取较小值,延长冷却时间。
2.2.6塑件的生产批量
该塑件的生产类型是大批量生产,因此在模具设计中,要提高塑件的生产效率,倾向于多型腔,高寿命,自动脱模模具,以便降低生产成本。
2.2.7确定成型工艺条件
1)温度:
注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度,喷嘴温度和模具温度等。
喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度,以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”;模具温度一般通过冷却系统来控制;为了保证制件有较高的形状和尺寸精度,应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形,模具温度必须低于塑料的热变形温度。
2)压力:
注射成型过程中的压力包括注射压力,保压力和背压力。
注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力,提供充模速度及对熔料进行压实等。
保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力,与制件的形状,壁厚及材料有关。
对于像PP流动性好的料,保压力应该小些,以避免产生飞边,保压力可取略低于注射压力。
背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力,背压力除了可驱除物料中的空气,提高熔体密实程度之外,还可以使熔体内压力增大,螺杆后退速度减小,塑化时的剪切作用增强,摩擦热量增大,塑化效果提高,根据生产经验,背压的使用范围约为3.4~27.5MPA。
3)时间:
完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。
包括注射时间,保压时间,冷却时间,其他时间(开模,脱模,涂脱磨剂,安放嵌件和闭模等),在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间,以提高生产率,其中,最重要的是注射时间和冷却时间,在实际生产中注射时间一般为3~5秒,保压时间一般为20~120秒,冷却时间一般为30~120秒(这三个时间都是根据塑件的质量来决定的,质量越大则相应的时间越长)。
确定成型周期的经验数值如表2.2所示。
表2.2成型周期与壁厚关系
制件壁厚/mm
成型周期/s
制件壁厚/mm
成型周期/s
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
经过上面的经验数据和推荐值,可以初步确定成型工艺参数,因为各个推荐值有差别,而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致,结合两者的合理因素,初定制品成型工艺参数如下:
表2.3PP注射成型工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
料筒温度/℃
后段
中段
前段
160-220
180-200
160-180
成型时间/t
注射时间
保压时间
冷却时间
2
15
20
喷嘴温度/℃
220-310
螺杆转速/r.min-1
40
模具温度/℃
20-60
注射压力/Mpa
70-100
2.3注射机的选择
注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等。
这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据。
1)公称注塑量。
指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。
2)注射压力。
为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。
3)注射速率。
为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。
表2.4所示为注射量与注射时间的关系。
表2.4注射量与注射时间的关系
注射量/CM
125250500100020004000600010000
注射速率/CM/S125200333570890133016002000
注射时间/S11.251.51.752.2533.755
4)塑化能力;单位时间内所能塑化的物料量。
塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期。
5)锁模力;注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。
6)合模装置的基本尺寸;包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等,这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。
7)开合模速度;为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停。
8)空循环时间;在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间。
选择注射机
(1)由公称注射量选定注射机
计算塑件体积和质量
计算塑件的体积V=258246㎜³
计算塑件的质量
查相关手册得PP的密度为0.9g/㎝³,则塑件的质量为m=258246㎜³×10-3×0.9g/㎝³=232.42g
流道凝料V’=0.2V(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.2V(0.2M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小);
实际注射量为:
V
=1.2V=1.2×258.246=310cm
;
实际注射质量为M
=1.2M=232.42×1.2=278.9g
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即:
0.8V
≧V
V
=V
/0.8
=310÷0.8
=387.5cm3
(2)由锁模力选定注射机
F
F
=A
·P
=
·P
=3.14×98²÷4×30×106
=250(KN)
P
型腔压力,取P
=30MP
;D取的是塑件的平均直径,D=(90+106)/2=98mm;
结合上面两项的计算,初步确定注塑机为LS200M-030MI型注射机,查国产注射机LS200M-030MI型主要技术参数表取主要技术参数如下。
表2.5LS200M-030MI型螺杆式注射成型机注射机的主要技术参数
主要技术参数项目
参数数值
主要技术参数项目
参数数值
额定注射量/cm³
446
模板最大行程/mm
480
锁模力/KN
2000
定位孔的直径/mm
4
注射压力/MPa
191
喷嘴前端最大半径/mm
10
动定模模板最大安装尺寸/mm
770×320mm
定位圈直径/mm
110
最大模具厚度/mm
500mm
2.4注射机的校核
2.4.1最大注塑量的校核
为确保塑件质量,注塑模一次成型的塑件质量(包括流道凝料质量)应在公称注塑量的35%~75%范围内,最大可达80%,最小不小于10%。
为了保证塑件质量,充分发挥设备的能力,选择范围通常在50%~80%。
V
=310cm
;V
=387.5cm
;
310÷387.5×100%=80%满足要求
2.4.2锁模力的校核
在确定了型腔压力和分型面面积之后,可以按下式校核注塑机的额定锁模力:
F>A
P
×100
>(3.14×1032÷4)×30×10
>249.84KN
式中F注塑机额定锁模力小于2000KN,满足要求。
在实际生产过程中,模具的主流道衬套始端的球面半径SR2取比注射机喷嘴球面半径SR1大1~2mm,主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.5~1mm,如图2-2所示,以防止主流道口部积存凝料而影响脱模,所以,注射机喷嘴尺寸是标准,模具的制造以它为准则。
图2-2注射机喷嘴
注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔,称之为定位孔。
注塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合,便于模具安装,并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。
模具端面凸台高度应小于定位孔深度。
注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。
模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应,模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。
2.4.3模具闭合高度的校核
由于LS200M-030MI型塑料注射机所允许的模具最小厚度Hmin=310mm,模具最大厚度为Hmax=600mm。
因计算得模具闭合高度H=310mm,所以模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件。
2.4.4模具安装尺寸的校核
该模具的外形最大部分尺寸为300mm×250mm,LS200M-030MI型塑料注射机模板最大安装尺寸为7703×320mm²,故满足模具安装的要求。
2.4.5模具开模行程的校核
开模行程也称为合模行程,指模具开合过程中动模座板的移动距离,用S表示。
LS200M-030MI型塑料注射机的最大开模行程为Smax=480mm。
为了使塑件成型后能够顺利脱模,并结合该模具的双分型面特点,确定该模具的开模行程S应满足下式要求:
S>H1+H2+(5-10)mm=100+100+8=208mm
式中H1—塑件所用的脱模距离
H2—塑件高度
因Smax=480mm>208mm,故该机的开模行程满足要求。
第三章模具设计
3.1分型面的选择
选择分型面时,应有以下几项基本原则:
5.分型面应选在塑件外形最大轮廓处
6.分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模
7.分型面的选择应保证塑件的精度要求
8.分型面的选择应满足塑件的外观面的要求
9.分型面的选择应要便于模具的加工制造
10.分型面的选择应有利于排气
该塑件为灭火器壳,外形表面质量要求一般。
在选择分型面时,根据分型面的选择原则,考虑不影响塑件的外观质量,便于清除毛刺和飞边,有利于排除模具型腔内的气体,分模后塑件留在动模一侧,便于取出塑件等因素,分型面应选择塑件外轮廓最大处。
如图3-1所示。
图3-1分型面
3.2型腔数目的确定
注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素:
(1)塑件的尺寸精度;
(2)模具制造成本;
(3)注塑成型的生产效益;
(4)模具制造难度。
考虑该塑件四周是通孔,加工困难,故采用一模一腔模具结构。
采用一模一腔结构,可以保证产品的精度要求,冷却系统便于设置,同时冷却效果很好,模具开模距离小。
型腔的分布:
由于型腔的排布与浇注系统密切相关的,所以在模具设计时应该综合加以考虑,型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地
分得所需要的足够压力,以保证塑料熔体能同时均匀的充填每个型腔。
但是模具只有一个型腔不必考虑分布情况,型腔只要分布在模具结构的中心即可。
3.3浇注系统的设计
注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道,它由主流道,分流道,冷料穴和浇口组成。
它向型腔中的传质,传热,传压情况决定着塑件的内在和外表质量,它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度,所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。
对浇注系统进行设计时,一般应遵循如下基本原则:
1.了解塑料的成型性能。
2.尽量避免或减少产生熔接痕
3.有利于型腔中的气体排出
4.防止型心的变形和嵌件的位移
5.尽量采用较短的流程充填型腔
6.流动距离比和流动面积比的校核
3.3.1浇口的设计
由于该塑件外观要求一般,浇口位置和大小以不影响塑件的外观质量为前提,同时,也应尽可能使模具结构更简单。
根据对塑件的分析,并结合确定分型
面位置,选择如图3-2所示的直浇口进料方式,进料位置设计在塑件顶部。
直浇口的直径尺寸可以根据不同塑料按塑件平均厚度查表确定。
图3-2直浇口
3.3.2主流道设计
主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道,通常和注塑机的喷嘴在同
一轴线上,断面为圆形,有一定的锥度,目的是便于冷料的脱模,同时也改善料流的速度,因为要和注塑机相配,所以其尺寸与注塑机有关。
根据相关资料,查得LS200M-030MI型塑料注射机喷嘴的有关尺寸:
喷嘴孔直径d=4mm,
喷嘴前端球面半径SR=10mm
根据模具主流道与喷嘴的关系得到:
主流道进口球面半径
SR=SR+(1-2)mm=10mm+(1-2)mm,取SR=12mm,
主流道进口端孔直径
D=d+0.5=4+0.5,取D=4.5mm
将主流道设计成圆锥形,其斜度为4°,同时为了使熔料顺利进入分流道,在主流道端设计r=5mm的圆弧过渡。
主流道衬套采用可拆卸更换的浇口套,浇口套的形状及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇口套;为了能与塑料注射机的定位圈相配合,采用外加定位环的方式,这样不仅减小了浇口套的总体尺寸,还避免了浇口套在使用中的磨损。
见图3-3所示为浇口套的设计尺寸。
图3-3浇口套
3.3.3分流道的设计
分流道的形状及尺寸,应根据塑件的体积,壁厚,形状的复杂程度,注射速率,分流道长度等因素来确定。
该模具是一模一腔,所以不需要分流道。
模具的浇注系统如图3-4所示
图3-4浇注系统
3.4成型零件结构设计
模具的型腔、型芯采用整体式。
整体式的型腔、型芯是直接加工在模板上的,有较高的强度和刚度,使用中不易发生变形。
该塑件尺寸适中,最大处也只有Φ110mm,型腔加工容易实现,可以采用整体式结构。
3.4.1模具型腔壁厚