放大镜注塑模具设计说明.docx
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放大镜注塑模具设计说明
摘要...........................................................Ⅰ
PMMATRACT.....................................................Ⅱ
前言............................................................1
第一章绪论.......................................................2
1.1注塑模具发展的简况..........................................3
1.2注塑模具发展的国内外现状...................................3
1.3塑料模具的特点.............................................3
1.4注塑模具设计的要求及程序...................................4
1.5本文的主要研究工作................................4
第二章制件结构的设计工艺性.....................5
2.1制件结构设计................................................5
2.2结构工艺性分析.............................................7
2.3外壳材料的选择.............................................7
2.4小结.......................................................8
第三章注射机的型号选择.....................................8
3.1注塑机成型参数计算......................................8
3.2小结.......................................................9
第四章模具结构的分析与设计......................................10
4.1总体结构...................................................10
4.2行腔数目及排布............................................10
4.3分型面的选择和排气系统的确定及浇注系统的设计...............11
.............................................11
分型面的设计4.3.1.
............................................13排气系统的设计4.3.2............................................14浇注系统的设计4.3.34.4成型零部件的工作尺寸计算..................................17
.........................................174.4.1成型零件的结构设计.....................................184.4.2成型零件的工作尺寸计算...............................20模具型腔侧壁厚度和底版厚度计算4.4.34.5导柱导向机构的设计........................................20
4.6脱模机构的设计............................................21
4.7冷却系统的设计............................................25
.......................................254.7.1温度调节系统设计原则.......................................25
.4.7.2冷却水道回路的布置4.8成型设备的校核............................................264.9小结.....................................................26
结论..........................................................28
参考文献.........................................................29
前言
随着社会的发展,人们对生活产品的要求也越来越广。
其中包括种类丰富的塑料产品,例如:
一些电器材料、厨房用具、生活用品。
不但种类多而且小形状多样。
注塑模具设计可以根据人们的具体要求进行产品的尺寸设计,最大程度的满足了用户的需求。
因此注塑模具设计成了当今社会发展必不可缺少的行业。
目前世界上塑料的体积产量已经赶上和超过了钢铁,成为当前人类使用的第一大类材料。
我国的塑料工业正在飞速发展,塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部门,塑料制品与模具设计是塑料工程中的重要组成部分,是塑料工业中不可缺少的环节。
塑料成型模具是成型塑料制品的工具。
从2003年我国模具进口的海关统计资料可知,塑料模具占据了模具进口总量的57%,而注塑成型模具在整个塑料模具中占有很大的比例.注塑成型模具设计的好坏,决定着注塑成型制件的质量优劣及成品率高低,也就是说,是否能加工出优质价廉的塑料制件,在很大程度上要靠注塑成型模具设计的合理性和先进性来保证.
现代塑料制件生产中,合理的注塑成型工艺,先进的注塑成型模具及高精度,高效率的注塑设备是当代塑料成型加工中必不可少的三个重要因素,缺一将一事无成.本文以放大镜为例,介绍了注塑模具设计流程,该流程包括工艺分析,选择注塑机,确定成型技术方案,最后对该注塑机进行必要的工艺参数校核。
下面就对该实例进行详细论述。
第一章绪论
1.1注塑模具设计发展的简况
模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备,模具工业是国民经济的基础工业。
没有模具,就没有高质量的产品。
用模具加工的零件,具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。
因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。
因此,模具技术,特别是制造精密、复杂、大型模具的技术,已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。
根据国际生产协会报告,在目前阶段,工业品零件粗加工的75%、精加工的50%都是由模具成型完成的。
目前,美国、日本、德国等工业发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值;我国台湾地区模具工业也以每年35%以上的年增长率迅速发展;我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展,尤其是塑料模具,在模具设计和制造水平上都有了长足的进步
模具在现代生产中,是生产各种工业产品的重要工艺装备,它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。
塑料模是指用于成型塑料制品的模具,它是型腔模的一种类型,其地位与重要性正日益被人们所认识。
随着塑料工业的飞速发展,以及通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高,塑料制品的应用范围也在不断地扩大,如:
家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域,塑料制品所占的比例正迅猛增加。
由于在工业产品中,一个设计合理的塑件往往能代替多个传统金属结构件,加上利用工程塑料特有的性质,可以一次成型非常复杂的形状,并且还能设计成卡装结构,成倍地减少整个产品中的各种紧固件,大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配工时,因此,近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。
注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。
该方法适用于全部热塑性塑料.
和部分热固性塑料,制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。
由于注塑成型加工不仅产量多,而且适用于多种原料,能够成批、连续地生产,并且具有固定的尺寸,可以实现生产自动化、高速化,因此具有极高的经济效益。
随着工业生产的迅速发展,注塑模具设计可以根据人们的具体要求进行产品的尺寸设计,设计一副能够生产所给塑件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的模具产品,最大程度的满足了用户的需求。
塑料模具工业在国民经济发展过程中发挥着越来越重要的作用。
近年来,我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展,主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模
HSC5.0系统及CAE软件等,这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点,为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
1.2注塑模具设计国内外发展趋势
为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要,模具的规范化工作十分重要,目前我国模具规范化程度只达到了20%。
注射模方面关于模具零件、模具技术条件和规范模架等已经制定了一些国家规范标。
比如,2005年中国模具工业产值达到610亿元,增长率保持在25%的高水平,行业的生产能力约占世界总量的10%,仅次于日本、美国而位列世界第三。
我国注塑模具产品的质量和生产工艺水平,总体上比国际先进水平低许多,而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。
因此注塑模具设计成了我国当今社会发展必不可缺少的行业。
当前的任务是重点研究开发热流道规范元件和模具温控规范装置;精密规范模架,精密导向件系列;规范模板及模具规范件的先进技术和等向性规范化模块等。
1.3塑料模具的特点
热塑性塑料注射模的特点是由塑料原材料的特性所决定的,最主要的有两点:
一是注射时塑料熔体的充模流动特性,二是模腔内塑料冷却固化时的收缩.
行为,这两点决定了注射模的特殊性和设计难度。
由于塑料熔体属于粘弹体,熔体流动过程粘度随剪切应力、剪切速率而变化,流动过程中大分子沿流动方向产生定向;冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂,模腔内各部位、各方向收缩率不同,不同种类、牌号的塑料收缩率有很大差异。
基于上述特点,设计注塑模首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性,使设计的模具合理适用,并可在设计中有效利用塑料特性,如点浇口模具用于塑料铰链制品。
塑料注射成型模具主要用于成型热塑性塑料制件,近年来在热固性塑料的成型中也得到了日趋广泛的应用。
由于塑料注射成型模具的适用性比较广,而且用这种方法成型塑料制件的内在和外观质量均较好,生产效率特别高,所以塑料注射模具已日益引起人们的重视
1.4注塑模具设计的要求及程序
1.4.1基本要求
(1)合理地选择模具结构;
(2)正确地确定模具成型零件的尺寸;
(3)设计的模具应当制造方便;
(4)充分考虑塑件设计特色,尽量减少后加工;
(5)设计的模具应当效率高、安全可靠;
(6)模具零件应耐磨耐用;
(7)模具结构要适应塑料的成型特性。
1.4.2基本程序
(1)调研、消化原始资料;
(2)选择成行设备;
(3)拟订模具结构技术方案;
(4)技术方案的讨论与论证;
(5)绘制模具装配草图;
(6)绘制模具的装配图;
(7)绘制零件图;
(8)编写设计说明书。
1.5本文的主要研究工作
本文的主要工作是:
本论文根据以上资料分析,主要内容包括设计说明书一份,放大镜注塑模具设计2D图纸一套。
具体为:
(1)放大镜材料的选择。
(2)模具的结构分析与设计包括:
型腔数目及排布、分型面的选
择与浇注系统的设计、成型零部件的工作尺寸计算、导柱导向机构的设计、推出机构的设计、冷却系统设计等。
具体研究的问题有:
(1)塑料收缩率的确定;
(2)模具型芯尺寸计算;
(3)分型面的选择对外观的影响;
(4)型腔数目排布;
(5)冷却系统的设计;
(6)推出机构的设计;
(7)温度调节系统设计:
第二章制件结构的设计工艺性分析外壳材料的选择
2.1制件结构的设计
塑件的2d图,如图2-1所示,制件外表面要求美观。
图2-1放大镜
2.2材料的选择
干燥处理:
PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。
建议干燥条件
PMMA
为90C、2~4小时。
熔化温度:
240~270C。
模具温度:
35~70C。
注射速度:
中等
化学和物理特性PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。
白光的穿透性高达92%。
PMMA制品具有很低的双折射,特别适合制作影碟等。
PMMA具有室温蠕变特性。
随着负荷加大、时间增长,可导致应力开裂现象。
PMMA具有较好的抗冲击特性。
由于PMMA表面硬度不高、易擦毛、抗冲击性能低、成型流动性能差等缺点,PMMA的改性相继出现。
如甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丁二烯的共聚,PMMA与PC的共混等。
.材料主要用于手机保护屏,该产品分为有硬化涂层,没有硬化涂层两种PMMA超级透明
其特点是透光率极好,没有杂质,静电保护膜,表面硬化厚后硬度可达5-6H以上.目前特别推荐用于硬化处理的PMMA材料,国内称为生板。
压克力性能
透明度优良,有突出的耐老化性;
它的比重不到普通玻璃的一半,抗碎裂能力却高出几倍;它有良好的绝缘性和机械强度;对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能;且又易加工;可进行粘接、锯、刨、钻、刻、磨、丝网印刷、喷
PMMA
砂等手工和机械加工,加热后可弯曲压模成各种压克力制品。
物理性能
聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,简称PMMA,英文Acrylic),又称做压克力或有机玻璃,在香港多称做阿加力胶,具有高透明度,低价格,易于机械加工等优点,是平常经常使用的玻璃替代材料。
设计新颖、工艺先进、色调高雅、造型美观。
1.PMMA的密度比玻璃低:
PMMA的密度大约在1150-1190kg/m3,是玻璃(2400-2800
kg/m3)的一半;
2.PMMA的重量较轻:
PMMA的密度为1.19g/cm3,同样大小的材料,其重量只有普通玻璃的一半,金属铝(属于轻金属)的43%。
3.PMMA的机械强度较高:
有机玻璃的相对分子质量大约为200万,是长链的高分子化合物,而且形成分子的链很柔软,因此,有机玻璃的强度比较高,抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7~18倍。
有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃,其中的分子链段排列得非常有次序,使材料的韧性有显著提高。
用钉子钉进这种有机玻璃,即使钉子穿透了,有机玻璃上也不产生裂纹。
这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。
因此,拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃,也用作军用飞机上的座舱盖。
4.PMMA的熔点较低:
PMMA的熔点约130–140°C(265–285°F)比玻璃约1000度的高温低很多。
的透光率较高5.PMMA
6.可见光:
PMMA是目前最优良的高分子透明材料,透光率达到92%,比玻璃的透光度高[1]。
7.紫外光:
石英能完全透过紫外线,但价格高昂,普通玻璃只能透过0.6%的紫外线,但PMMA却能透过73%。
PMMA不能滤除紫外线(UV)。
紫外光会穿透PMMA,部份制造商[2]在PMMA表面进行镀膜,以增加其滤除紫外光的效果和性质。
另一方面,在照射紫外光的状况下,与聚碳酸酯相比,PMMA具有更佳的稳定性
8.红外线:
PMMA允许小于2800nm波长的红外线通过。
更长波长的IR,小于25,000nm时,基本上可被阻挡。
存在特殊的有色PMMA,可以让特定波长IR透过,同时阻挡可见光,(应用于远程控制或热感应等)。
化学性能
聚甲基丙烯酸甲酯为无色液体,具有香味,沸点101℃,密度为0.940克/厘M3(25℃)。
工业上是先用丙酮氰醇法或异丁烯催化氧化法制出甲基丙烯酸,然后酯化而得。
它容易聚合,需要在5℃以下存放,或加入0.01%左右的对苯二酚阻聚剂来保存。
使用前将其蒸馏,把阻聚剂分出。
聚甲基丙烯酸甲酯能溶于自身单体、氯仿、乙酸、乙酸乙酯、丙酮等有机溶剂。
由于它能溶于自身单体中,它的本体聚合物非常透明(见本体聚合)。
它的铸板聚合物的数均分子量一般为2.2×104,相对密度为1.19~1.20,折射率为1.482~1.521,吸湿度在0.5%以下,玻璃化温度为105℃。
它的抗拉强度为6~7千克力/毫M2,耐压强度为12~14千克力/毫M2,耐冲击性比聚苯乙烯好;透光性很好,并能透过90%以上的紫外线(普通玻璃几乎不透过紫外线);耐光老化性优异,在户外放置数年而不着色;它还有不易破碎的特点。
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压克力板与有机玻璃
有机玻璃源自英文OrganicGlass。
近年来在某些地区将所有的透明
'有机玻璃'
塑料制成的板材统称为有机玻璃,其实这是错误的,压克力是专指纯聚甲基丙烯酸甲酯板材称作有机玻璃。
大学生信息网PMMA)材料,而把PMMA(.
压克力板之特性与优点
采用新型聚脂材料,经热曲成型或平面镶边,金属托底内置光源,极具视觉冲击力。
耐侯性:
面板涂覆高浓度紫外线吸收剂,金属底座喷涂进口汽车漆
压克力具有高透明度
可保长久耐侯,永不褪色,使用年限长达5~8年。
耐久性:
产品对内置光源具有良好的保护,延长光源产品使用寿命。
合理性:
合理性设计,防雨防潮。
开启式结构,便于维修。
耐冲击性:
是玻璃产品的200倍,几乎没有断裂的危险。
透光性:
高达93%,透光极佳、光线柔和、璀璨夺目。
耐燃性:
不自燃并具自熄性。
美观性:
工艺精美,全字体呈镜面效果,底座无褶皱,无接缝,所有铆固件不外露。
节能性:
透光性能好,相应减少光源产品,省电电,降低使用成本。
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2.3结构工艺性分析
(1)塑件的尺寸精度分析
此零件尺寸精度按照MT5计算。
(2)塑件的表面质量分析
该塑件表面要求较高。
(3)塑件的结构工艺性分析
1.壁厚分析
壁厚比较均匀
2.脱模角度分析
该注塑零件壁厚比较均匀,其脱模斜度查参考文献中的有塑件内表面35′~1°,塑件外表面40′~1°20′。
(4)塑件的生产批量
塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。
在大批量生产中,
由于注射模具价格在整个生产费用中所占的比例较小,提高生产率注射模具寿命问题比较突出,所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。
如果是小批量生产,则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具,以降低注射模具的成本。
该塑件产量达10万件,生产类型属于大批量生产,可以考虑采用一模多腔、快速脱模以及成型周期不宜太长的模具,同时模具造价适当控制。
2.4小结
这一章主要讲解了放大镜工艺性分析,材料的选择。
通过对放大镜的工艺性分析知道了塑件的结构对模具精度的要求。
另外塑料材料有多种比如;PMMAV、PMMA、PMMA等其中PMMA的性能最好大学生信息网第三章注射机的型号选择和校核
3.1注塑机成型参数计算
(5)初选注射机
i)计算塑件体积和重量
通过估算可获得产品质量约为12g。
ii)根据塑件本身的几何尺寸形状及生产批量确定型腔数目
由于该塑件尺寸有一般精度要求,不宜采用太多型腔数目,所以考虑采用一模4腔,型腔平衡布置在型腔板两侧,以方便浇口排列和模具的平衡。
如图
确定注射成型的工艺参数iii)的成型性能,查有关资料初步确定塑件的大学生信息网A根据该塑件的结构特点和PMM注射成型工艺参数,见表2-3。
工艺参数内容工艺参数内容
注射时间20~90温度80~90℃预热和干燥0~保压时间5时间2h/s成型时间20~170后段冷却时间120~15050~总周期中段180165~220
℃/料筒温度螺杆转速30r/min
180~前段200
/(r/min)
红外线灯烘170~180方法/喷嘴温度℃箱50℃温度/模具温度℃后处理/~8070
注射压力1000
~6004
~2/h
时间/MPa
表2-3
iv)确定模具温度及冷却方式
PMMA为非结晶型塑料,流动性中等,壁厚一般,因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温,以缩短冷却时间,从而提高生产率。
所以模具应考虑采用适当的循环水冷却,成型模具温度控制在60-80℃.
v)确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工,使用一模4腔,因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为:
W=6ω+ω=6×12+6=78g.
废料根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素,参考塑料模具设计与制造P69表2-8,初选XS-ZY-125型柱塞式注射机。
记录下XS-ZY-125型螺杆式注射机的主要参数,见表2-4.
序号主要技术参数工程参数数值
31251/cm额定注射量1202/MPa注射压力900锁模力3/KN
428/(mm动、定模模板最大安装尺寸×4mm)
×458
300最大模具厚度5/mm
200最小模具厚度6/mm
300/mm7最大开合模行程128喷嘴前端球面半径/mm
4喷嘴孔直径9/mm
100
10
/mm
定位圈直径2-4
表3.2小结
这一章主要完成了以下任务,塑件体积的估算、注塑机选择、注塑机的校核。
通过估算体积可以算出塑件的重量,通过估算重量来选择注塑机的型号。
第四章模具结构的分析与设计
4.1总体结构大学生信息网由于制品结构外观要求较严,,用四根导柱导套组成导向部件来确保动模与定模合模时能正确对中。
成型部件由凹模和模板整体式,凸模与下模板镶嵌式,由于镶件比较长,避免在成型中损坏,所以在另外一端,也要进行定位,增加它的刚度和强度,合模后便组成了模具的行腔,凸模固定板用螺钉1所-从背部固定,以便于拆装更换,提高整个模具的寿命。
总体结构如图4.
示。
模具结构图图4-1
行腔数目及排布4.2大学生信息网
)1(技术方案分结可选技术方案项论析.
1一模一腔,生产率低,不利于大批生模具材料利用率低造成材料浪
1.一模4腔,生产效率高行2.模具结构紧凑型
3.零件分布对称,腔√
平成布形流动于利局衡的浇注系统
模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、h行排列、直线排列、及复合式排列等。
型腔的排列要基于塑件的形状和大小来确定,型腔的布置和浇口的开设要力求对称,而且是用一模4腔的设计,这样可以防止模具承受偏载而产生溢料现象,型腔排列宜紧凑,减轻