放大鏡零部件模具的設(shè)計(jì)

1、放大鏡零部件模具的設(shè)計(jì)塑件的工藝性分析1、塑件的原材料分析塑件的材料采用聚甲基丙烯酸甲酯，屬熱塑性塑料，該塑料具有如下的成型特性：l 無(wú)定形料、吸濕性大、不易分解。l 質(zhì)脆、表面硬度低。l 流動(dòng)性中等，溢邊值0.03mm左右，易發(fā)生填充不良、縮孔、凹痕、熔接痕等缺陷。l 宜取高壓注射，在不出現(xiàn)缺陷的條件下宜取高料溫、模溫，可增加流動(dòng)性，降低內(nèi)應(yīng)力、方向性，改善透明度及強(qiáng)度。l 模具澆注系統(tǒng)應(yīng)對(duì)料流阻力小，脫模斜度應(yīng)大，頂出均勻，表面粗糙度應(yīng)好，注意排氣。l 質(zhì)透明，要注意防止出現(xiàn)氣泡、銀絲、熔接痕及滯料分解、混入雜質(zhì)。2、塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析1）塑件的結(jié)構(gòu)分析該零件的總體形狀為圓

2、形，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。2）塑件尺寸精度的分析該零件的重要尺寸，如，30.9±0.09mm的尺寸精度為3級(jí)，次重要尺寸3.75±0.07mm的尺寸精度為4級(jí)，其它尺寸均無(wú)公差要求，一般可采用8級(jí)精度。由以上的分析可見(jiàn)，該零件的尺寸精度屬中等偏上，對(duì)應(yīng)模具相關(guān)零件尺寸的加工可保證。從塑件的壁厚上來(lái)看，壁厚最大處為4.5mm，最小處為2.25mm，壁厚差為2.25mm，較為均勻。3）表面質(zhì)量的分析該零件的表面要求無(wú)凹坑等缺陷外，表面無(wú)其它特別的要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。綜上分析可以看出，注射時(shí)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。3、塑件的體積重量計(jì)算塑件的重量是為了

3、選用注射機(jī)及確定模具型腔數(shù)。計(jì)算得塑件的體積：V9132mm3計(jì)算塑件的質(zhì)量：公式為WV根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得聚甲基丙烯酸甲酯的密度為1.18kg/dm3，故塑件的重量為：WV 9132×1.18×10-3 10.776g根據(jù)注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況，可初步選用的注射機(jī)為：SZ60/40型注塑成型機(jī)，該注塑機(jī)的各參數(shù)如下表所示：理論注射量/cm360移模行程/mm180螺桿直徑/mm30最大模具厚度/mm280注射壓力/Mp150最小模具厚度/mm160鎖模力/KN400噴嘴球半徑/mm15拉桿內(nèi)間距/mm295×185噴嘴口孔徑/mm3.54、塑件的注射

4、工藝參數(shù)的確定根據(jù)情況，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工藝參數(shù)可作如下選擇，在試模時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。注射溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。料筒溫度：后段溫度t1選用180中段溫度t2選用200前段溫度t3選用220噴嘴溫度：選用220注射壓力：選用100MP注射時(shí)間：選用20s保壓時(shí)間：選用2s保壓： 80MP冷卻時(shí)間：選用28s總周期： 50s二、型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、分型面的選擇該塑件為旋紐，表面質(zhì)量無(wú)特殊要求，端部因與人手指接觸因此形成自然圓角，此零件可采用右圖所示的分型面比較合適。2、型腔數(shù)的確定型腔數(shù)的確定有多種方法，本題采用注射機(jī)的注射量來(lái)確定它的數(shù)目。其公式如下：n2=

5、(G-C)/V 式中：G注射機(jī)的公稱注射量/cm3 V單個(gè)制品的體積/cm3C澆道和澆口的總體積/cm3生產(chǎn)中每次實(shí)際注射量應(yīng)為公稱注射量G的（0.750.45）倍，現(xiàn)取0.6G進(jìn)行計(jì)算。每件制品所需澆注系統(tǒng)的體積為制品體積的（0.21）倍，現(xiàn)取C0.6V進(jìn)行計(jì)算。n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.375×60)/90132=2.46由以上的計(jì)算可知，可采用一模兩腔的模具結(jié)構(gòu)。3、確定型腔的排列方式本塑件在注射時(shí)采用一模兩件，即模具需要兩個(gè)型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素，擬采用下圖所示的型腔排列方式。4、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1）主流道的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得

6、SZ60/40型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸如下：噴嘴前端孔徑：d0=3.5mm 噴嘴前端球面半徑：R015mm為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D應(yīng)稍大于注射噴嘴直徑d。Dd+(0.51)mm=3.5+14.5mm 主流道的半錐角通常為1°2°過(guò)大的錐角會(huì)產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣，過(guò)小的錐角使凝料脫模困難，還會(huì)使充模時(shí)熔體的流動(dòng)阻力過(guò)大，此處的錐角選用2°。經(jīng)換算得主流道大端直徑D8.5mm,為使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑5mm的圓弧過(guò)渡。主流道的長(zhǎng)度L一般控制在60mm之內(nèi)，可取L55mm。2）冷料穴與拉料桿的設(shè)計(jì)對(duì)于依靠推件板脫模的模具常用球頭拉

7、料桿，當(dāng)前鋒冷料進(jìn)入冷料穴后緊包在拉料桿的球頭上，開(kāi)模時(shí)，便可將凝料從主流道中拉出。球頭拉料桿固定在動(dòng)模一側(cè)的型芯固定板上，并不隨脫模機(jī)構(gòu)移動(dòng)，所以當(dāng)推件板從型芯上脫出制品時(shí)，也將主流道凝料從球頭拉料桿上硬刮下來(lái)。其結(jié)構(gòu)如右圖所示：3）分流道的設(shè)計(jì)分流道在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮盡量減小在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度的降低，同時(shí)還要考慮減小流道的容積。圓形和正方形流道的效率最高，當(dāng)分型面為平面時(shí)一般采用圓形的截面流道，但考慮到加工的方便性，可采用半圓形的流道。一般分流道直徑在310mm范圍內(nèi)，分流道的截面尺寸可根據(jù)制品所用的塑料品種、重量和壁厚，以及分流道的長(zhǎng)度由中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典第2卷中圖9.21

8、2所示的經(jīng)驗(yàn)曲線來(lái)選定，經(jīng)查取D=5.6mm較為合適，分流道長(zhǎng)度取L20mm從圖9.214中查得修正系數(shù)fL=1.02，則分流道直徑經(jīng)修正后為DDfL=5.6×1.02=5.712，取D6mm4）澆口的設(shè)計(jì)根據(jù)澆口的成型要求及型腔的排列方式，選用側(cè)澆口較為合適。側(cè)澆口一般開(kāi)設(shè)在模具的分型面上，從制品的邊緣進(jìn)料，故也稱之為邊緣澆口。側(cè)澆口的截面形狀為矩形，其優(yōu)點(diǎn)是截面形狀簡(jiǎn)單，易于加工，便于試模后修正。缺點(diǎn)是在制品的外表面留有澆口痕跡，因?yàn)樵撝萍o(wú)表面質(zhì)量的特殊要求，又是中小型制品的一模兩腔結(jié)構(gòu)，所以可以采用側(cè)澆口。在側(cè)澆口的三個(gè)尺寸中，以澆口的深度h最為重要。它控制著澆口內(nèi)熔體的凝固

9、時(shí)間和型腔內(nèi)熔體的補(bǔ)縮程度。澆口寬度W的大小對(duì)熔體的體積流量的直接的影響，澆口長(zhǎng)度L在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的條件下以短為好，一般選L0.50.75mm。確定澆口深度和寬度的經(jīng)驗(yàn)公式如下：h=nt W=nA1/2/30 式中：h側(cè)澆口深度（mm）中小型制品常用h=0.52mm，約為制品最大壁厚的1/32/3,取1.5mmt制品的壁厚（mm） 3.38mmn塑料材料的系數(shù)查表得0.8W澆口的寬度（mm） A型腔的表面積（mm2） 計(jì)算得2940mm2 將以上各數(shù)據(jù)代入公式得：h=1.5mm，W=1.5mm, L取0.5mm。計(jì)算后所得的側(cè)澆口截面尺寸可用r=6q/(Wh2)104s-1作為初步校驗(yàn)。制品的

10、體積V9.132cm3，設(shè)定充模時(shí)間為1s，于是：q=9.132/1=9132mm3/s r=6q/Wh2=(6×9132)/(1.5×1.52)=1.6×104104s-1所以符合要求。三、排氣、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 排氣槽的截面積可用如下公式進(jìn)行計(jì)算：F25m1(273+T1)1/2/tP0 式中：F排氣槽的截面面積（m2） m1模具內(nèi)氣體的質(zhì)量(kg) P0模具內(nèi)氣體的初始?jí)毫Γ∕p）取0.1Mp T1模具內(nèi)被壓縮氣體的最終溫度() t充模時(shí)間(s) 模內(nèi)氣體質(zhì)量按常壓常溫20的氮?dú)饷芏?1.16kg/m3計(jì)算，有m1=0V0式中：V0模具

11、型腔的體積（m3）應(yīng)用氣體狀態(tài)方程可求得上式中被壓縮氣體的最終溫度（）T1（273+T0）(P1/P)0.1304-273式中：T0模具內(nèi)氣體的初始溫度（）由V9132mm3 充模時(shí)間t=1s 被壓縮氣體最終排氣壓力為P120MPa由式得：T1(273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7 模具內(nèi)的氣體質(zhì)量由式得： m1=V00=9.132×10-6×1.16kg=1.06 ×10-5kg 將數(shù)據(jù)代入式得：所需排氣槽的截面面積為：F=25×1.06×10-5(273+311.7)1/2/(1×0.1×106

12、)=0.064mm2查取排氣槽高度h=0.03mm，因此排氣槽的總寬度為：W=F/h=0.064/0.03=2.13mm為了便于加工和有利于排氣，運(yùn)用鑲拼式的型芯結(jié)構(gòu)，與整體式型芯相比，鑲拼型芯使加工和熱處理工藝大為簡(jiǎn)化。2）冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)公式：qV=WQ1/c1(1-2) 式中：qV冷卻水的體積流量(m3/min)W單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料重量(kg/min)Q1單位重量的塑料制品在凝固時(shí)所放出的熱量(kJ/kg)冷卻水的密度(kg/m3) 0.98×103c1冷卻水的比熱容kJ/(kg.)4.1871冷卻水的出口溫度() 252冷卻水的入口溫度() 20

13、 Q1可表示為：Q1=c2(3-4)+u 式中：c2塑料的比熱容kJ/(kg.) 1.465 Q3塑料熔體的初始溫度() 200 4塑料制品在推出時(shí)的溫度() 60 u結(jié)晶型塑料的熔化質(zhì)量焓(kJ/kg) Q1=c2(3-4)+u=1.465(200-60)=205.1kJ/kg 將以上各數(shù)代入式得： qV=(0.013×205.1)/0.98×103×4.187(25-20)m3/min =0.13×10-3m3/min上述計(jì)算的設(shè)定條件是：模具的平均工作溫度為40，用常溫20的水作為模具的冷卻介質(zhì)，其出口溫度為25，產(chǎn)量為0.013kg/min。 由

14、體積流量查表可知所需的冷卻水管的直徑非常小，體積流量也很小，故可不設(shè)冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式即可。但為滿足模具在不同溫度條件下的使用，可在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾弥睆絛為8mm的管道來(lái)調(diào)節(jié)溫度。四、模具工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 凹模的結(jié)構(gòu)采用整體嵌入式，這樣有利于節(jié)省貴重金屬材料。型芯采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，有利于加工和排氣。（如圖所示）本設(shè)計(jì)中零件工作尺寸的計(jì)算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，已給出這PMMA的成型收縮率為0.005，模具的制造公差取z=/3。型腔型芯工作尺寸的計(jì)算類別塑件尺寸計(jì)算公式模具尺寸型腔計(jì)算型腔板35.250-1.0Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4)0

15、+z34.6800.33R7.5±0.64R7.0600.2119.20±0.44Hm=(Hs+Hs.Scp%-2/3)0+z18.7100.15推件板30.9±0.09Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4)0+z30.8800.06型芯計(jì)算主型芯26.2500.96Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4)0-z27.100-0.32R2.25±0.24R2.620-0.1617.25±0.48Hm=(Hs+Hs.Scp%+2/3)0-z17.980-0.32小型芯3.75±0.07Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4)0-z3.870

16、-0.057.5±0.32Hm=(Hs+Hs.Scp%+2/3)0-z8.050-0.112、型腔側(cè)壁厚度和底板厚度的計(jì)算1）型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算根據(jù)圓形整體式型腔的側(cè)壁厚度計(jì)算公式：S0.90Pr4/E()1/3 式中：S側(cè)壁厚度(mm)P型腔壓力(Mpa) 40r型腔半徑(mm) 17.625E模具材料的彈性模量(MPa) 2.1×105 剛度條件，即允許變形量(mm) 0.05將以上各數(shù)代入式得： S1.15(40×19.84)/(2.1×105×0.05)1/3 =9.62mm 2）底板厚度的計(jì)算公式如下：hs0.56(Ph4/E)1/3

17、將各參數(shù)代入式中得：hs4.68mm型腔的厚度h腔hc+h=4.68+19.8=24.48mmS可取10mms腔取32mm根據(jù)計(jì)算，型腔側(cè)壁厚度應(yīng)大于9.62mm，而型腔的直徑為3525mm。根據(jù)澆注系統(tǒng)的條件及制件的大小，初選標(biāo)準(zhǔn)模架，依據(jù)塑料注射模中小型模架及技術(shù)條件(GB/T12556-90)，根據(jù)模板的參數(shù)確定導(dǎo)柱、導(dǎo)套、墊塊等的有關(guān)尺寸。五、脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、脫模力的計(jì)算此模具采用推件板脫模，因該制件的，屬厚壁制品，厚壁制品脫模力受到材料向壁厚中性層冷卻收縮的影響，可用彈性力學(xué)的有關(guān)厚壁圓筒的理論進(jìn)行分析計(jì)算，公式如下：Qc=1.25kfcaE(Tf-Tj)Ac/(dk+2t)

18、2+dk2/(dk+2t)2-dk2 式中，對(duì)于圓筒制品中：k脫模斜度系數(shù) k=(fcCos-Sin)/fc(1+fcSinCos)=0.92fc脫模系數(shù)，即在脫模溫度下制品與型芯表面之間的靜摩擦系數(shù)，它受高分子熔體經(jīng)高壓在鋼表面固化中粘附的影響。 0.50塑料的線膨脹系數(shù)（1/） 查表得：6×10-5塑料的泊松比0.40E在脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量（MPa） 3.16×103Tf軟化溫度() 100T脫模頂出時(shí)制品的溫度（） 60Ac制品包緊在型芯上的有效面積（mm2） 1422.55t制品的厚度（mm） 3.38將以上各數(shù)據(jù)代入公式得： Qc=1372.45N2）推

19、板的厚度筒形或圓形制品采用推件板脫模，推件板的受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為圓環(huán)形平板周界受集中載荷的力學(xué)模型，最大撓度產(chǎn)生在板的中心。按剛度條件和強(qiáng)度條件的計(jì)算公式如下，取大者為依據(jù)。按剛度條件：h=(C2QeR2/Ep)1/3按強(qiáng)度條件：h=(K2Qe/p)1/2式中：h推件板的厚度(mm)C2隨R/r值變化的系數(shù) 0.3500R推桿作用在推件板上的幾何半徑(mm) 61r推件板圓形內(nèi)孔或型芯半徑(mm) 13.125Qe脫模力(N) 1372.45E推桿材料的彈性模量(MPa) 2.1×105K2隨R/r值變化的系數(shù) 1.745p推件板材料的許用應(yīng)力(MPa) 610p推件板中心允許變形量(

20、mm)，通常取制品尺寸公差的1/51/10，即p=(1/51/10)i 0.088其中i制品在被推出方向上的尺寸公差(mm) 0.88將上述各數(shù)據(jù)代入式得：h=1.69mm將上述各數(shù)據(jù)代入式得：h=1.98mm所以推件板的厚度可取：16mm3、頂桿直徑的計(jì)算推桿推頂推件板時(shí)應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，其受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為一端固定、一端鉸支的壓桿穩(wěn)定性模型，根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式推導(dǎo)推桿直徑計(jì)算式為： d=K(l2Qe/nE)1/4推桿直徑確定后，還應(yīng)用下式進(jìn)行強(qiáng)度校核：c=4Qe/nd2s式中：d推桿直徑(mm)K安全系數(shù)，通常取K=1.522l推桿的長(zhǎng)度(mm) 102Qe脫模力(N)1372.45E推桿材料

21、的彈性模量(MPa) 2.1×105n推桿根數(shù) 4c推桿所受的壓應(yīng)力(MPa)s推桿材料的屈服點(diǎn)(MPa) 360將以上各數(shù)據(jù)代入式得： d=4.06mm 圓整取5mm將以上各數(shù)據(jù)代入式進(jìn)行校核： c=4Qe/nd2=17.47 MPas=360 MPa所以此推桿符合要求。六、注射機(jī)與模具各參數(shù)的校核1、工藝參數(shù)的校核1）注射量的校核（按體積）Vmax=V 式中：Vmax模具型腔流道的最大容積(cm3)V指定型號(hào)與規(guī)格注射機(jī)的注射量容積(cm3)塑料的固態(tài)密度(g/cm3)注射系數(shù)取0.750.85，無(wú)定形料可取0.85，結(jié)晶形可取0.75。將以上各數(shù)代入式得：Vmax=V 0.85×6051cm3倘若實(shí)際注射量過(guò)小，注射機(jī)的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留的時(shí)間會(huì)過(guò)長(zhǎng)。所以最小注射量容積Vmin0.25V。Vmin0.25V=0.25×60=15cm3實(shí)際注射量V=2V0+2×0.6V0=2×9.132+2×0.6×9.132=29cm3即Vmin VVm