塑料挂钩座注射模具设计.docx
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塑料挂钩座注射模具设计
塑料挂钩座注射模具设计
摘要
注射模在机械、电子、航天航空、生物等领域及日用品的生产中得到了越来越广泛的应用,但我国的塑料成形模具设计整体水平还较低,跟发达国家有很大的差距,主要表现在:
模具零件变形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀严重、模具排气不畅和型腔易损等。
目前,我国的注射成型发展方向主要为提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及CAD/CAE/CAM技术的应用范围。
本设计的课题是塑料挂钩座注射模具设计,塑件结构复杂,尺寸精度要求较高,模具设计具有一定的难度。
设计内容分为以下三个方面:
注射可行性分析、模具总体设计和模具零部件设计。
整个设计过程主要借助PRO/ENGINEER(以下简称PRO/E)、MoldFlow等软件完成。
该模具设计的过程为:
(1)对塑件实体进行测绘,同时在PRO/E中创建其3D模型,并用PRO/E的模型分析功能对其进行初步分析和计算;
(2)拟定型腔布局并选择合适的注射机;
(3)利用PRO/E的模具模块完成模具的模仁设计和浇注系统设计,在设计浇注系统时,运用MoldFlow软件对塑件进行了最佳浇口位置分析和注射模流分析及模拟;
(4)用PRO/E注塑模设计专家(简称EMX)进行模架和模具各零部件的设计。
本设计的最大特点是运用先进的设计理念,在3D实体模型环境下完成整个模具设计过程。
从零件建模,到模具结构设计,以及最后的工程出图,均通过PRO/E软件完成;并且在设计过程中充分利用了PRO/E、MoldFlow的分析功能,进行了如浇注系统分析、注射模拟、开模动作检测、干涉检测等工作,以设计出最为合理的模具结构。
此外,设计中大部分分析计算都依靠设计软件进行,手工需要完成的只是模具的结构形式选择及计算校核,从而把设计工作从以往复杂繁琐的计算过程中解放出来,借助于EMX,大大缩短了模具设计花费在创建、定制和细化模架部件以及模具组件上的时间,并且其3D实体模型也随着设计零件的更改而自动更新,从而使设计周期大为缩短,较好的保证了该模具的设计水平。
本设计较好的实现了利用先进CAD/CAE/CAM技术对该复杂、精密塑件的设计。
关键词:
塑料;挂钩座;注射模;Pro/Engineer;MoldFlow
Theabstractofdesigningplasticpothookinjectionmould
Theinjectionmouldhasbeenmoreandmorewidelyusedinthefieldofmachine,electronics,aviation,biologyandcommodity.Butthetechnologyofdesigninginjectionmouldinourcountryhasawidegapwithdevelopedcountriesduetocomparativelylowaveragelever.Thegapismainlyreflectedinthefollowingaspects:
thelargedeformityofthepart,thegreatburrofsideoverflow,thelowersurfacequality,theseriouserosionandcauterizationofthemould,thebadexhaustofmouldandtheeasilydestroyedofthecavityandsoon.Atpresent,thedirectionofourinjectionmoldisfocusonimprovingthetechnologyoflarge,exact,complexandlong-lifemouldandwideningtherangeofusingtheCAD/CAE/CAM.
Thesubjectofthedesignisaninjectionmouldforplasticpothook,astheconfigurationoftheplasticiscomplex,andtheprecisionofthedimensionishighrequired,thedesignofthemouldisdifficultinsomedegree.Thecontentofthedesigncanbedividedintothreeparts:
theanalysisoftheinjectionpossibility,thewholedesignofthemouldandthedesignoftheparts,theprocesshavebeenfinishedchieflywiththehelpofsoftwarePro/Engineer.
Thegeneralprocessesofthedesignis:
firstly,surveyanddrawtheplastic,establishit’s3DmodelbyPRO/E;thenprimarilyanalysisandfigureupitusingtheanalyticfunctionofPRO/E;thensketchthedraftofthelayoutofcavityandchooseanequalinjectionmachine;next,makinguseofPRO/E’smoduletocompletethedesignofcoreandcavityaswellasmoldingsystem,onwhich,softwareMoldFlowisusedtodotheanalysisofthebestgatelocationandtheanalysisandsimulationoffluid;atlast,useExpertMoldbaseExtensionofPRO/Etoexecutionthedesigningofthemold-baseandeverypartofthemould.
Themostconspicuousfeatureofthedesignisthatthewholeprocessisdoneintheenvironmentof3Dmodel,whichisconductbytheadvancedtheory.ThesoftwarePOR/Ecompletestheworkfrommodelingtothedesignofconstruction,andthelastdrawforengineering.Duringtheprocess,theanalyticfunctionofPRO/E、MoldFlowhavebeenfullyusedtodothework,suchas:
Analysisofmoldingsystem,injectionsimulation,thetestingofmoldopeningandinterferenceandsoon,inordertomakethemostrationalmould.Inaddition,mostanalysisandcountarefinishedbydesignsoftwareautomatically,therefore,whatlefttobedonebyhandareonlyselectingtheformofthemould、calculateandchecktheresult.Inwhichcondition,thefussycomputeprocesscanbeavoided,andthetimespentoncreating,orderingandsimplifyingthepartsandcomponentpartcanbelargelyshortenedwiththehelpofEMX.The3Dmodelcanrenewitselfautomaticallyasthechangeofthedesignparts,therefore,thedesigncirclecangreatlybeshortenedandthemouldqualitycanbebettersecured.
Keywords:
plastic;pothook;injectionmould;Pro/Engineer;MoldFlow
前言....................................................................................Ⅰ
设计说明书.............................................................................1
第一章产品分析.......................................................................1
1.1塑件分析.......................................................................1
1.2塑件原材料分析.................................................................2
第二章拟定型腔布局...................................................................4
2.1型腔..........................................................................4
2.2型腔数目的确定.................................................................4
2.3型腔排布......................................................................5
第三章塑件相关计算及注塑机的选择.....................................................6
3.1塑件相关计算...................................................................6
3.2注塑机选择及注射工艺参数确定...................................................7
第四章分型面设计.....................................................................9
4.1分型面设计原则.................................................................9
4.2分型面设计.....................................................................9
第五章浇注系统设计...................................................................10
5.1总体设计.......................................................................10
5.2主流道设计.....................................................................11
5.3分流道设计.....................................................................11
5.4进料口设计.....................................................................13
5.5冷料穴的设计...................................................................14
5.6浇口套及定位圈的设计...........................................................14
5.7塑件模流分析...................................................................14
第六章模架选用及注射参数校核.........................................................20
6.1模架...........................................................................20
6.2开模行程校核...................................................................21
第七章成型零部件设计.................................................................22
7.1成型零件的材料选择.............................................................22
7.2成型零件结构设计...............................................................22
第八章侧向分型抽芯机构设计...........................................................28
8.1侧向分型抽芯机构类型选择.......................................................28
8.2抽芯距确定与抽芯力计算.........................................................28
8.3斜导柱分型与抽芯机构零部件设计.................................................29
第九章合模导向机构设计...............................................................34
9.1导向机构.......................................................................34
9.2定位装置.......................................................................36
第十章脱模机构设计...................................................................37
10.1脱模装置......................................................................37
10.2推出机构设计..................................................................38
10.3拉料机构......................................................................40
第十一章冷却及排气系统设计...........................................................42
11.1冷却系统......................................................................42
11.2排气机构......................................................................44
第十二章模具总体结构.................................................................45
结束语..................................................................................48
致谢....................................................................................49
参考文献...............................................................................50
第一章产品分析
1.1塑件分析
1.1.1结构分析
本次设计任务所提供的资料为塑件实体,如下图所示:
【图1-1】塑件草图
由零件实体模型及二维草图可知,该零件总体形状为近似梯形,零件大端有两个伸出块及六角通孔,上方有两个小沉孔,在零件的两测也各有两个小孔,此外还有诸多突出小块,加强筋等等,并且所有结构对称布置。
在模具设计时,两侧的小孔可以使用小型心对插成型,沉孔及伸出块位置也可使用小型心,而端头的六角通孔必须设置侧向分型抽芯机构,总体看来,该零件属于较复杂程度。
1.1.2尺寸精度分析
该零件的重要尺寸精度为6级,其它尺寸精度为7-8级,属于中等精度,对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。
1.1.3塑件厚度检测
塑件的厚度检测采用Pro/Engineer设计软件的模型分析功能自动完成,如图所示:
从塑件的壁厚上来看,壁厚的最大处为4mm左右,最小处小于1mm,壁厚差较大,但大多处在2-3mm的范围之内,并综合其材料性能,只要注意控制成型温度及冷却速度,零件的成型并不困难(如果条件允许,也可考虑修改其结构形式使壁厚趋向均匀)。
1.1.4表面质量分析
该零件的表面除要求没有凹陷,无毛刺,内部无缩孔,没有特别得表面质量要求,故比较容易实现。
综以上分析可知,注射时在工艺参数控制较好的情况下,零件的成型质量很容易得到保证。
1.2塑件的原材料分析
塑件的材料采用聚碳酸脂(PC),其性能参数如下:
1.2.1基本资料
英文全名:
Polycarbonate
结 构:
PC:
耐冲击性相当高,属于工程塑料。
耐热性佳、低温安定性良好。
成型后尺寸稳定性高,耐候性佳,且吸水率低。
无毒性。
1.2.2机械特性
密度:
1.2g/cm3
拉伸强度:
630kg/cm2
硬度:
70(RockwellM)
吸水率:
0.24%
1.2.3热物性质
线膨胀率:
3.8*10-5cm/cm*℃
热变形温度:
135℃
1.2.4成形加工性
射出成型温度:
230~310℃
射出成型压力:
1000~1400Kg/cm2
成形收缩率:
0.5%~0.7%
模具温度:
80~120℃
注射时间:
20~90
高压时间:
0~5
冷却时间:
20~90
总周期:
40~190
从以上资料分析可以得知,该塑料具较好的各项性能指标,从使用性能上看,该塑料具有刚性好、耐水、耐热性强,是做为挂钩座较理想的材料;而由耐热性的观点来看,PC属于工程塑料,不仅在耐热上具有一定程度的能力,机械性质上也比一般的泛用塑料来的高;从成型性能上看,该塑料吸水性小,熔料的流动性一般,成型较容易,但收缩率偏大,另外,该塑料成型时较易产生凹痕、变形等缺陷,成型温度过低时,方向性明显,凝固速度较快,易产生内应力。
因此,在成型时应注意控制成型温度,浇注系统应缓慢散热,冷却速度也不宜过快。
第二章拟定型腔布局
2.1型腔
一般来说,精度要求高的小型塑件和大中型塑件优先采用一模一腔的结构,对于精度要求不高的小型塑件,形状简单,又大批量生产时,则采用多型腔模具可使生产率提高。
型腔数量确定以后,便进行型腔的排布。
型腔的排布及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。
以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关,所以在设计过程中,要进行必要的调整,以达到比较完善的设计。
型腔数量确定及型腔的排布
所谓型腔(cavity)指模具中成形塑件的空腔,而该空腔是塑件的负形,除去具体尺寸比塑料大以外,其他都和塑件完全相同,只不过凸凹相反而己。
注射成形是先闭模以形成空腔,而后进料成形,因此必须由两部分或(两部分以上)形成这一空腔——型腔。
其凹入的部分称为凹模(cavity),凸出的部分称为型芯(core)。
2.2型腔数目的决定
型腔数目的决定与下列条件有关。
a.塑件尺寸精度
型腔数越多时,精度也相对地降低,1、2级超精密注塑件,只能一模一腔,当尺寸数目少时,可以一模二腔。
3、4级的精密级塑件,最多一模四腔。
b.模具制造成本
多腔模的制造成本高于单腔模,但不是简单的倍数比。
从塑件成本中所占的模具费比例看,多腔模比单腔模具低。
c.注塑成形的生产效益
多腔模从表面上看,比单腔模经济效益高。
但是多腔模所使用的注射机大,每一注射循环期长而维持费较高,所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。
d.制造难度
多腔模的制造难度比单腔模大,当其中某一腔先损坏时,应立即停机维修,影响生产。
本设计根据制品的生产总量,确定一个经济的型腔数量,其计算如下:
A=ty/3600+anc/m
(摘自《注塑模具设计要点与图列》许鹤峰陈言秋编著化学工业出版社)
式中:
m:
制品的生产总量/个
A:
成型每个制品所需费用,元/个
n:
型腔数量,个
t:
成型周期,秒
y:
成型费用,元/时
c:
单个型腔模具制作费,元/个
a:
多个型腔模具制作费递减率,%
anc:
模具费用,元
然后假设型腔数量计算进行比较,求出A为最小值时的型腔数量,即为经济数量。
由上式可知,要想A