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文檔簡介
1、南京農業(yè)大學工學院課程設計課題名稱: 塑料模塑成型技術題目名稱:襯套注塑模具設計專業(yè)班級:材料成型及控制工程 04班學號:學生姓名:指導教師:聶信天 夏榮霞 史立新 徐秀英2013年10月28日i目錄一. 塑件成型工藝性分析3.1.1塑件的分析31.2 PP的性能分析31 .3 PP的注射成型過程及工藝參數(shù) 3二. 擬定模具的結構形式42.1 分型面位置的確定 42.2 確定型腔數(shù)量和排列方式 42.3注塑機型號的確定 4三. 澆注系統(tǒng)的確定 63.1 主流道設計 63.2澆口的設計7四. 成型零件的結構設計和計算 94.1成型零件的機構設計.94.2成型零件的鋼材選用 94.3成型零件工作尺
2、寸的計算94.4模架的確定和標準件的選用11五. 脫模推出機構設計 11六. 模架的確定13七排氣槽的設計14八冷卻系統(tǒng)的設計 41九導向和定位結構的設計 錯誤!未定義書簽。十總裝圖錯誤!未定義書簽??偨Y18參考文獻18.塑件成型工藝性分析1.1.塑件的分析(1) 外形尺寸:壁厚6mm結構對稱,適合注射成型。(2) 精度等級:MT5,查表確定每個尺寸的公差。(3) 脫模斜度:PP為無定型塑料,流動性好,選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為45分。(4) 圓角過渡:半徑1.5mm.1.2.PP的性能分析(1) 使用性能:密度小,強度高耐熱性均優(yōu)于聚乙烯,可在100° C左右使用,具有
3、優(yōu)良的耐腐蝕性高頻絕緣性,不受濕度影響,(2) 但低溫時變脆,不耐磨,易老化。(3) 成型性能:1.結晶料,吸濕性小,易發(fā)生熔體破裂,長期與熱金屬接觸易分解。2.流動性好,但收縮范圍和收縮大,易發(fā) 生縮孔,凹痕,變形。3.冷卻速度快,澆注系統(tǒng)和冷卻 系統(tǒng)應緩慢散熱。4.塑料壁厚需均勻,避免缺口,尖角。5.PP的主要性能指標密度/ g/cm30.90.91比容/ cm3/g1.101.11吸水率/( 24h) %0.01'0.03收縮率/%1.0 2.5熔點/ ° c170-176抗拉屈服強度37MPA彎曲強度68MPA沖擊強度78MPA(4)(5)(6)(7)1.3. PP的
4、注射成型過程及工藝參數(shù)(1) PP的吸濕性很小,因此在成型前一般不需要干燥處理。PP分子結構中 含椒碳原子,故抗氧化能力很低,在塑化時應加入抗氧化劑。塑件在注塑機料筒內進過加熱,塑化達到流動后由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔,分為沖 模,壓實,保壓,倒流,冷卻五個階段。盡量縮短保壓時間。(2) 注塑工藝參。1) 注塑機:螺桿式,轉數(shù) 48r/min.預熱和干燥:80100 ° C/h2) 料筒溫度(° C);后段160180 中段180200 前段2002203) 噴嘴溫度(° C): 1701904) 模具溫度(° C) 80905)注射壓力(MPa :7
5、01006) 成型時間(s):高壓:03 保壓:2060 冷卻:2090.擬定模具的結構形式2.1. 分型面位置的確定通過對塑件結構形式的分析,分型面應該選在端蓋截面積最大且有利于開模取 出 塑 件 的 低 平 面 處2.2 .確定型腔數(shù)量和排列方式(1) 數(shù)量:由于塑件精度為 MT5且尺寸較大,利用一模兩腔的形式。(2) 模具結構形式的確定:模具設計為一模兩腔,直線對稱分布,推出機構采 用推桿推出,澆口采用側澆口且在最高處選用單分型面注射模。2.3. 注塑機型號的確定(1) 注射量的計算 通過計算得塑件體積:V塑 =43cm3 3塑件質量:m塑V塑43 0.90 38.7 g(2) 澆注系統(tǒng)
6、凝料體積的初步估算凝料的體積按塑件體積的0.21倍來估算,由于采用簡單并且較短,因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.4倍來估算。V總 V塑(1 0.4) * 2 120.4cm3(3) .選擇注射機根據(jù)第二步計算得出注入模具型腔的塑料總質量為120.4 cm3,則有V總 /0.8 120.4/0.8cm3 150.5 cm35根據(jù)每一生產周期的注射量和鎖模力的計算值可選用SZ-160/1000臥式注6#射機理論注射量/cm3160螺桿直徑/ mm 40注射壓力/MPa 150最小模厚/mm 200 定位孔直徑/mm125 噴嘴半徑球/mm12_鎖模方式/雙曲肘(4)注射機有關參數(shù)的校核鎖模力/
7、KN 1000最大模厚/ mm 300移模行程/mm 325 螺桿轉速 0200r/mm噴嘴孔直徑/mm3#1)注射壓力校核PP所需注射壓力為70-100MPa取P。80,該注射機的公稱注射壓力#取 K11.3P公 100, 注射壓力安全系數(shù) 1.25-1.4心?巳1.3 100 130 150,所以注射機壓力合格。2)鎖模力校核塑件在分型面上的投影面積A塑-(52)2 (18)2 6 52 1556.3mm2。塑44澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 a澆即流道凝料(包括澆口)在分型面上的投 影面積A澆數(shù)值,可以按照多型腔模的統(tǒng)計分析來確定。A澆是每個塑件在分型 面上的投影面積A塑的0.20.5倍
8、。由于本流道設計簡單,分流道相對較短,因 此流道凝料投影面積可以適當取小一些。這里取a澆0.2 a塑塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總的投影面積a總,則2A總 n( a塑 A澆)2 1.2 A塑 2 1.2 1556.3 3735.12mm模具在型腔內的脹形力F脹 A總P模 3735.12 35N130.73KN .查表可得注塑機的公稱鎖模力F鎖1000N,鎖模安全系數(shù)為k=1.11.2,這里取k=1.2,則kF脹1.2F脹1.2 130.73156.875 F鎖,所以注塑機鎖模力合格.澆注系統(tǒng)的設計3.1主流道設計主流道位于模具中心塑料熔體的入口處,它將注塑機噴嘴注射處的熔體導入型腔中,主流道的形
9、狀為圓錐形,以便熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出(1)主流道尺寸設計1)主流道的長度:小模具L主應盡量小于60mm本設計中初取50mm.2)主流道小端直徑:4=注塑機噴嘴尺寸+( 0.51)mm=3+0.5=3.5mm.3)主流道大端直徑:d,=d+2L主 tan 10.5mm式中 44 )主流道球面半徑:SR0注塑機噴嘴球頭半徑+( 12)mm=14mm.5 )球面的配合高度:h=3mm.(2)主流道的凝料體積2.08cm3223.14223V主 -L主(R主 r主 r主R主)50 (5.251.755.25 1.75) 2083.52mm33(3) 主流道當量半徑:Rn 1.75 5
10、.25 3.5mm。2(4)主流道澆口套的形式:主流道襯套為標準件可選購。主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸屬易損性, 對材料要求嚴格,因 而模具主流道部分常設計可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套, 以便常用碳素 工具如T8A, T10A等,熱處理硬度為50HRC-55HRC如圖示3.2分流道設計(1)分流道的布置形式在設計時應考慮盡量減少在流道內的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低,同時還要考慮減小分流道的容積和壓力平衡, 因此采用平衡式分流道。(2) 分流道的長度由于流道設計簡單,根據(jù)兩個型腔的結構設計,分流道較短,股設計時可適當選小一些。單邊分流道長度L分取35mm(3) 分流道的當量半
11、徑因為該塑件的質量 m塑33.8 200g,所以分流道的當量半徑為D分0.2654 m塑4 L分0.2654 . 33.8 4 35 3.75mm(4) 分流道截面形狀常用的分流道截面形狀為圓形。(5) 凝料體積V分 L分A分 703澆口直徑 d nk4 A 0.7 0.260 4 8103.51.73mm。其中對于 PP, n 取 0.7,k 0.206 . t 0.2061.6 0.260,其中 t=1.6s。 1978.2mm3(6) 校核剪切速率q分 V分 V塑 1.9782 37.606 24.74cm3/s分t1.6剪切速率為分 竺3分3.3 24.74 3 3.89 103s-1
12、該分流道的剪切R分 c 一 3.753.142速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率5 102 5 103之間,所以,分流道熔體的剪切速率合格。(7) 分流道的表面粗糙度和脫模斜度分流道的表面粗糙度要求 不是很低,一般取Ra 1.252.5 m即可,此處取Ra 1.6 m。另外,其脫模斜度 一般在5 10之間,這里取8 。3.3澆口的設計澆口截面積通常為分流道截面積的 0.07-0.09倍,澆口截面積形狀多為矩 形和圓形兩種,澆口長度為 0.5-2m m。澆口具體尺寸一般根據(jù)經驗確定,取其 下限值,然后在試模時逐漸修正。由于該塑件的表面質量要求較高,且成直線對稱分布,所以采用一模兩腔的 模具
13、形式,采用潛伏式澆口,這樣有利于熔料的流動和充型。(2)校核澆口的剪切速率1)確定注射時間t=1.6s2)計算澆口的體積流量37.6061.623.5cm3 /s3)計算澆口的剪切速率3.3 23.53.3q 澆3.1431.733.82 104s1該潛伏式澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5 103 5 104s 1之間,所以,澆口的剪切速率校核合格。3.4校核主流道的剪切速率1 )確定注射時間t=1.6s2 )計算 主 流 道 的 體 積V主V分nV塑t2.081.97822 37.6061.6349.54測 /S可得剪切速率r主3.3q 分3.3 49.54131T37s1.2
14、1 103s 1。該數(shù)據(jù)在5 102 5 103s 1之間,所以主流道內熔體的剪切速率合格3.5冷料穴的設計與計算冷料穴位于主流道正對面的動模板上,其作用是收集熔體前鋒的冷 料,防止冷料進入模具型腔而影響制品的表面質量。本設計僅有主流道冷料穴。由于該塑件表面要求沒有印痕,采用推桿頂出塑件,故采 用“Z”字頭拉料桿匹配的冷料穴。開模時,利用凝料對“ Z”字頭的 包緊力使凝料從主流道中脫出。四.成型零件的結構設計和計算4.1. 成型零件的機構設計(1)凹模的結構設計。凹模是成型制品外表面的成型零件。 其結構可分整體式、 整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。這里采用組合式。(2)凸模的結構設計。凸模是成
15、型塑件內表面的成型零件。通常是整體式和組 合式兩種類型。這里采用組合式型芯。4.2. 成型零件鋼材選用對成型塑件的綜合分析,該塑件的成型零件要有足夠的強度、剛度、耐磨性及良 好的抗疲勞性,還考慮它的機械加工性能和拋光性能。該塑件是大批量生產,所以構成型腔的嵌入式凹模鋼材選用 P20。成型塑件型芯,由于脫模時與塑件的磨 損嚴重,因此鋼材也選用 Cr12MoV。43成型零件工作尺寸的計算采用相應公式的平均尺寸法計算成型零件尺寸, 塑件尺寸公差安塑件零件圖給定 的公差計算。(1)凹模徑向尺寸計算塑件外部徑向尺寸的轉換Lsi =46°o.64mm10.64mm; L s2 = 4800.64
16、mm20.64mm根據(jù)公式:Lm1=(1+Scp )L s1 -3/4 1 0 Z1 計算可得:z /3Lm1=( 1+0.02)46-0.75 0.4。'46.44。0。6 mmL M 2 = (1 0.02) 48 0.75 0.448.4800.36mm其中平均收縮率Sp 0-00.020.02(2) 凹模深度尺寸計算根據(jù)公式:Hm1=(1+Scp)Hs1-X1 1 0 Z1 計算可得;H s1 = 3400.56 mm 1 0.56;H s2 =1300.32mm2 0.32H M 1 =(1+0.02) 34-0.75 0.56 00。187 =34.2600.187 mmH
17、M2=13.0200.107 mm(3) 型芯徑向尺寸計算1) 動模型芯徑向尺寸計算L s1 = 3400.56mm s1 0.56mm根據(jù)公式: l s1=(1+S cp )l s1+X 1 1 0Z1 計算可得;0 0 0L M1 =(1+S cp )l s1+X 1 1 0 Z1 =(1+0.02) 34+0.75 0.36 00.187 =35.1 00.187 mm2) 動模型芯內孔尺寸計算L s2 =1800.38 mms1 0.38mm ,LM2 (1 SCP)ls2 x2 2 0s2 (1 0.02) 18 0.75 0.38 00.04 18.64500.127 mm3) 定
18、模型芯尺寸計算LS3 4600.64mm , s3 0.64 ,0 0 0LM 3 (1 SCP )LS3 x3 s3 z3 (1 0.02) 46 0.75 0.4 0.067 47.4 0.213 mm4) 定模型腔尺寸計算LS4 4600.64 mms4 0.64LS5052 0.74mms40.7400.2130LM 4 (1SCP )LS4x4s4 0 z4 (10.02)460.75 0.4 046.44 0.213mmLM5 (1SCP ) LS5x5s50 z5 (10.02)520.75 0.74 00.27452.48500.274mm(4) 型芯高度尺寸計算1)成型塑件內
19、腔大型芯高度hs1 5000.64 , s1 0.64mm根據(jù)公式: h M1 =(1+S cp )h s1 +X 1 1 0Z1 計算可得;00hm1 (1 0.02) 50 0.67 0.64 0.213 51.210 0.213 mm2)成型塑件中心圓筒的型芯高度計算hs2 =400.24mm , x2 0.2400hm2 (1 0.02) 4 0.67 0.24 0.213 4.2400.08mm4.4. 模架的確定和標準件的選用模架尺寸確定后, 對模具有關零件要進行必要的強度或剛度的計算, 以 校核所選模架是否適當,尤其對大型模具,模架選用 A2 型。由前面型腔的布局以及相互的位置尺
20、寸,再根據(jù)成型零件尺寸結合標準模架,選用模架尺寸為400x400mm勺標準模架,可符合要求。模具上所有的螺釘盡量采用內六角螺釘,模具外表盡量不要有突出部分, 模具外表面應光潔,加涂防銹油。兩模板之間應用分模間隙,即在裝配,調試, 維修過程中,可以方便地分開兩塊模板。1 定模座板(400mrtK 400mm厚20mm材料為45鋼.通過8個M10的 內角圓柱螺釘與定模板連接,定模座板與澆口套為 H8/f8 配合。2. 定模板(上型芯固定板)(400mrK 400mm厚15mr)i固定板應有一定的厚 度,并有足夠的強度,一般用45鋼或Q235A制成,最好用調質230HB-270HB其上的導套孔與導套
21、一端采用 H7/k6配合,另一端采用H7/e7,定模板與 澆口套采用 H8/m6 配合,定模板與圓筒型芯為 H7/m6 配合。3. 墊塊(67mrK 400mm 厚 100mm1.)主要作用 在動模座板與支撐板之間形成推出機構的動作空間,或是調節(jié)模具的總厚度,以適應注射機的模具安裝厚度要求。2.i 結構形式 可以是平行墊塊或拐角墊塊,該模具采用平行墊塊。3.)墊塊材料墊塊材料為Q235A也可用HT20Q球墨鑄鐵等,該模具墊 塊采用 Q235A 制造。4. )動模座板(250mrK 355mm 厚 24mr)i材料為45鋼,注射機頂桿孔為mm其上的推板導柱孔與導柱采用H7/m6 配合。5. )推
22、桿固定板(200mm< 355mm 厚 17mr)i材料為 45 鋼,其上的推板導套孔與推板導套采用 H7/f6 配合。五.脫模推出機構設計本塑件結構簡單,可采用推件板推出、推桿推出或兩者綜合推出方式,要根據(jù)脫 模力計算來決定。5.1.脫模力的計算(1)圓柱大型芯脫模力其脫模力為r因為入=-=17/1.6=11 10,所以視為薄壁圓筒塑件,_1.25KfcaE(Tf Tj)AcF c=2(dk 2t)dk2 2(dk 2t)dk其中:K=fccos sin=°.45cos1sin1=0432497 =0.9536f c(1 fc sin cos )0.45(1 0.45 sin
23、1 cos1 )0.453533為脫模斜度,為1dk=d=2rA,=2 n rh可以得出444.5278218c1531.25 0.9536 0.45 8.5 101.8 10 (10050) 2 3.14 3 5.752 2(6 6)32 2(6 6)3=299.68N0.35(2) 2型芯脫模力 參照(1)型芯脫模力的計算方法得到c2 =531.25 0.9536 0.45 8.5 101.8 10 (100 50) 2 3.14 1 2(2 6)2 22(2 6)2 22=34.745N0.35倆個型芯的脫模力為 4 F c2 =138.98N(3) 13.5*13.5矩形型芯脫模力 d
24、k/t=27/3=9<10所以視為厚壁圓筒塑件,其脫模力為_1.25KfcaE 仃f Tj)AcF C=2(dk 2t)dk2 T(dk 2t)dkdk= (L+b) /2Ac =2 (L+b ) h其中:K=fccos sin=°.45cos1sin1=0432497 =0.9536f c(1 fc sin cos )0.45(1 0.45 sin1 cos1 )0.453533為脫模斜度,為115#可以得出53F c3 =60.15N1.25 0.9536 0.45 8.5 101.8 10 (10050) 2 27 12.25(276)2272220.35(276)27總
25、脫模力F= FC1+ FC2+ FC 3 =299.68+138.98+60.15=498.41N52推出方式的確定1)采用推桿推出(1)推出面積 設6mm的圓推桿設置8根,那么推出面積為A桿=-d12 8 輕 6 2 8602.88mm244(2) 推桿推出應力查表取許可應力(T =12MPa(7 丄 =498勺C =12故為合格A桿 602.88所以推出方式采用推桿推出六模架的確定根據(jù)塑件的大小以及嵌件所占的平面面積選取 400x400的標準模架6.1、各模板尺寸的確定(1) A板尺寸 A板是定模型腔板,A板厚度為20mm。(2) B板尺寸,B板是型芯固定板,按模架標準板件取 47mm(3
26、) C板尺寸 墊塊,按標準模架取100mm。400 400mm經上述尺寸計算,模架尺寸可以選擇標記為:6.2、模架各尺寸的校核 根據(jù)所選注射機來校核模具設計的尺寸 經過校核模具平面尺寸、模具高度尺寸和開模行程都符合要求7. 排氣槽的設計塑件由于采用側澆口進料熔體經塑件側方向充滿型腔, 每個凹模鑲件上有 4 根推桿,配合間隙可作為氣體排出, 不會出現(xiàn)頂部憋氣現(xiàn)象。 而且底面的氣體沿 著分型面、型芯之間的間隙排出間隙外。8. 冷卻系統(tǒng)的設計這里只進行冷卻系統(tǒng)的計算, 忽略模具因空氣對流、 輻射以及注射機散發(fā)熱 量,按單位時間內塑料熔體凝固時所放出的熱量等于冷卻水所帶走的熱量。1、冷卻介質PP熔融溫
27、度和成型溫度分別是170176° C與180° C。設模具溫度為50° C.可以用常溫水進行冷卻。2、冷卻系統(tǒng)的簡單計算(1 )單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量 W1 )塑料制品的體積V= V主 +V 分 +n V 塑=79.27cm32 )塑料制品的質量M=p = 79.27 0.971.34g0.071kg3) 塑件的壁厚為6mm,查得T冷=85s。取注射時間T注=1.6S,脫模時間為7S。則注射周期:T=T冷+T注+T脫=85+1.6+7=93.6$。故每小時注射次數(shù)為N=3600/93.6=38次4) 單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量:W=Nm
28、=38 0.071 = 2 . 74kg/h(2)確定單位質量的塑件在凝固時所放出的熱量 Q。查找PP單位熱流量Q的值得范圍在590左右kj/kg,故取Q=590kj/kg(3) 計算冷卻水道體積流量q設冷卻水道入水口的水溫為22° c,出水的水溫為25 ° c,取水的密度為p =1000kg/rm,水道比熱容 C=4.187kj/kg c。Q=590kj/kg 根據(jù)公式得:WQ60 C( 2 - 1)2.1 10 3m3/min2.74 59060 1000 4.187(25 22)(4) 確定冷卻水路的直徑d當q=2.1 10 3 m3/min時,為了是冷去水處于川流狀
29、態(tài)時,取模具冷卻水孔的直徑 d=10mm。(5) 冷卻水在管內的流速 v,其中,q=2.110 3 m3/minV=4q4 2.110 360d260 3.14 0.012=0.45m/s18#6)求冷卻管壁與水交界面的膜轉熱系數(shù)h因為平均水溫為23.5,查書的f=0.67,貝Uh=4.187f( v)0.8d0.2= 1.04210 kj/ (m h ° c)#7) 計算冷卻水通道的導熱總面積Aa=WQ2.74 5901 104 (50 23.5)10 3#8) 計算模具冷卻水管的總長度LAL= =194mm d9) 冷卻水路的根數(shù),設每條水路長度 200m m,則冷卻水路的根數(shù)為X= =194/200=1 根l有上述可知,一條冷卻水道對于模具來說顯然是不合適的,因此應根據(jù)具體情況
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