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注塑模具设计

更新时间:2020-02-11 14:54
 

  注塑模具设计 模具设计 1、 塑件制品分析 (1)明确设计要求 图 1—1 为塑件的二维工程图 图 1—1 图 1—1 该产品精度及表面粗糙度要求不高,有一定的配合精度要求。 (2)明确产品的批量 该产品批量不大,模具采用一模两腔结构,浇口形式采用侧浇口, (3)计算产品的体积和质量 使用 UG 软件画出三维实体图,软件自动机算出所画图形的体 1 积。 通过计算得塑件的体积 V 塑=13.85cm3 塑件的质量 M 塑=ρV 塑=1.04×13.85=14.4g 式中 ρ---塑料的密度,g/cm3. 流道凝料的质量 m2 还是个未知数,可按塑件质量的 0.6 倍来估算。 浇注系统的质量 M 浇=ρV 浇=8.6g 浇注系统的体积 V 浇=8.30cm3. 故 V 总= 2×V 塑+V 浇= 2×13.85cm3 +8.30cm3.= 36cm3 M 总=2×M 塑+M 浇=2×14.4g+8.6g= 43g 2.注塑机的确定 选择注射机型号 主要技术规格如下: 螺杆直径:65mm 注射容量:250 cm 锁模力:1800kN 最大注射面积:500 cm 模具厚度:最大 350mm 最小 250mm 模板行程:350mm 喷嘴:球半径 18mm 孔直径 4m 定位孔直径:125mm 顶出:两侧孔径 40mm 两侧孔距 280mm 3.浇注系统的设计 3 3 XS—ZY—250 注射压力:1300MPa 2 (1)主流道形式 浇注系统是指模具从接触注射机喷嘴开始到型腔未知的塑料流动通 道,起作用是使塑料熔体平稳且有顺序的填充到型腔中,并在填充和凝固过程中 把注射压力充分传递到各个部位,已获得组织机密、外形清晰地塑件。浇注系统 可分为普通浇注系统和无流道凝料系统。考虑浇注系统设计的基本原则:适应塑 料的成型工艺性、 利于型腔内气体的排出、 尽量减少塑料熔体的热量和压力损失、 避免熔料直冲细小型芯、便于修正和不影响塑件外观质量、便于减少塑料损失和 减小模具尺寸等。 根据模具主流道与喷嘴的关系: R 2 = R 1 +(1~2)㎜ D=d+(0.5~1)㎜. 取主流道球面半径 R=20 ㎜, 取主流道小端直径 D=Φ5 ㎜, 球面配合高度 h=3-5mm 取 h=4 mm 主流道长度 有标准模架结合该模具的结构,取 L=85mm 为了便于将凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为 1°~ 3° d 0 —喷嘴直径 o d = d 0 + 0.5 ~ 1 d 0 =4 d =5 α =2 R=10 (2)分流道的设计 分流道在多型腔模具中是必不可少的,它起连接主浇道和浇口的作用。 分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积,壁厚,形状的复杂程度,注射速度,分 流道长度,等因素来确定。塑件外形不算太复杂,熔料填充比较容易,为了加工 起见, 选用截面形状为圆形分流道。 由于型腔的布置关系, 需要设置二级分流道。 一级分流道直径 R=5 ㎜.二级分流道 R=3.5mm. 4 侧抽芯机构的设计 由于塑件有侧方孔,模具采用侧向分型机构。 .4.1 确定抽芯距: 抽芯距一般应大于成型孔(或凸台)深度,塑件孔深为 30 ㎜,另加 3 2~3 ㎜安全距离,可取抽芯距 S 抽=32 ㎜。 4.2 确定斜销倾角: 斜导柱的倾角α是斜抽芯机构主要的技术数据之一,它与抽拔力, 抽芯距有直接关系一,此零件侧抽间距很大。为 22 度 4.3 确定斜销尺寸 其安装部分与模板间可采用 H7/m6 或 H7/n6 的过渡配合。斜销与滑 块间隙(一边)为 1 ㎜。斜销长度为:L= L1+L2+L3+L4=h/cosα+S/sin α+0.5Dtanα+5~10=135 ㎜。斜导柱的直径取决于抽拔力及倾角角度, 可按设计资料的有关公式进行计算。取斜导柱直径 d=φ15 ㎜。 4.4 滑块与导滑槽设计 滑块与侧型芯的连接方式设计:采用整体式型腔,滑块通过斜导柱 和导滑槽导向,合模时通过楔块压紧以保证零件的形状要求。 .4.5 成型零件的结构设计: 1)凹模的结构设计:模具采用一模两件的结构形式,并采用 Z 形拉杆 拉料固定在支撑板上, 根据分流道与主流道在定模座上, 浇口在型腔板上, 这样型腔便于加工。 2)凸模结构设计:凸模主要是与凹模相结合构成模具型腔,其凸模和 侧型芯的结构形式如装配图所示。 5.注射模具的结构设计 注射模具的结构设计包括:分型面的选择,型腔的排列方式,浇注系统的设 计,模具工作零件的结构设计,推出机构的设计等内容。 (1).分型面的选择 模具设计中分型面的选择很重要,它决定了模具的结构。应根据 分型面选择原则和塑件成型的要求来选择分型面。 分型面应选择在塑 件外形最大的轮廓处,应有利于塑件的留模方式,便于顺利脱模,便 于模具制造,减小成型面积等。遵循这些原则选择分型面。 4 该塑件,表面质量无特殊要求,选择分型面如图所示,这样可降 低模具的复杂程度,减少模具加工难度,减小成型面积,同时夜有利 于塑件顺利脱模。 (2).确定型腔排列方式 模具在注射时采用一模两腔,即模具需要两个型腔。模具在模板 上的排列方式通常有圆形排列,H 形排列,直线排列及复合排列等。 型腔的排列应力求对称,以防模具承受偏载而产生产生溢料现象,型 腔排列宜紧凑, 以节约钢材, 减轻模具重量。 型腔的排列加工较困难, 直线排列虽然加工容易但是平衡性能较差,而且加工性能尚可。 6 模具设计有关计算 6.1 有关型腔的工作尺寸计算 由资料查得:平均收缩率 S cp %=05-0.7 , 取 S cp %=0.6% +δ Z 型腔径向计算根据公式 L M =(L s+L sS cp %-1/2Δ) 0 其中δz=Δ/3 26 0 0.28 ? 27.2 0 0.28 ? L M =(26+26×0.6%-1/2×0.28) 0 0.28 / 3 + =26.025 0 0.09 mm L M =(27.2+27.2×0.6%-1/2×0.28) 0 +0.28/ 3 + =27.2 0 0.09 mm 型腔深度计算根据公式 H M =(H S +H S S cp %-2/3Δ) 0 其中δz=Δ/3 30 0 0.28 ? +δ Z + + L M =(30+30×0.6%-2/3×0.28) 0 0.28 / 3 =30.02 0 0.09 mm 6.2 有关型芯的工作尺寸计算 型芯径向尺寸计算根据公式 L M =( L s+L sS cp %+3/4Δ) ?δ Z 其中δz=Δ/3 0 5 19 +0.24 0 LM 0 0 =(19+19×0.6%+1/2×0.24) ?0.24 / 3 =19.23 ?0.18 mm + 26 0 0.28 L M =(26+26×0.6%+1/2×0.28) 0 0.28 / 3 =26 0 0.09 ? ? +δ Z mm 型芯高度计算根据公式:H M =(H S +H S S cp %-2/3Δ) 0 其中δz=Δ/3 + 30 0 0.28 + + L M =(30+30×0.6%+2/3×0.28) 0 0.28 / 3 =30 0 0.09 mm 6.3 型腔壁厚的计算 由公式[δ]=st [δ]——型腔允许变形量 S——塑件材料的收缩率(%)查表得 S=0.006 t——塑件的壁厚(㎜)t=3 [δ]=0.006×3=0.018 pal14 由于模具型腔为组合式,所以按照组合式型腔计算公式 h= 32 EA[ δ] 进 3 行计算 h——型腔侧壁厚(㎜) p——溶体内压力 p=25-45Mpa a——型腔侧壁受溶体压力部分高度 a=20 l 1 ——型腔侧壁长边尺寸 60 ㎜ E——弹性模量,钢材取 2.1×10 5 Mpa 将以上数据代入得 h=14 ㎜, 取 h=33 ㎜ 底板厚度的计算: 5 Pbl1 根据公式 H= 32 EB[ δ] 3 P 溶体压力 40MPa L 1 型腔长度 60 6 B 底板上型腔承压部分的宽度 60 B 底板宽度 140 E 弹性模量,钢材取 2.1×10 5 Mpa 代入数据得 15.683 ㎜,取 20 ㎜. 7 模具闭合高度的确定 根据经验数据,确定:定模板: H 1 =25mm;上固定板:H 2 =50mm;下固 定板:H 3 =50mm;支承板 :H 4 =45mm;动模座板 :H 5 =25mm; 根据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫块:H 6 =90mm, 因而模具的闭合高度: H= H 1 + H 2 + H 3 + H 4 + H 5 + H 6 =25mm+50mm+50mm+45mm+25mm+90mm=286mm 8 注射机有关参数的校核 模具的外形尺寸为 300 ㎜×300 ㎜×320 ㎜,选用 XS—ZY—250 型,注射机 模板最大安装尺寸为 450 ㎜×500 ㎜,允许模具闭合高度最小 Hmin=250mm 最 大 Hmax=350 ㎜。模具的闭合高度为 286 ㎜,所以模具满足安装条件。注射机开 模行程足够。 经验证,XS—ZY—250 型注射机能满足使用要求,故采用。 9、注射机参数校核 (1) 最大注塑量校核 注塑机的最大注射量应大于制品的质量或体积(包括流到及浇口 凝料和飞边 ) 通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机最大注塑量的 80%。 , 所以, 选用的注塑机的最大注塑量应满足; 0.8V 机≥2×V 塑+V 浇 式中 V 机——注塑机的最大注塑量 7 V 塑——塑件的体积,该产品 V 总=27.7 cm3 V 浇——浇注系统的体积,该产品 V 浇=8.3cm3 故 V 机≥(V 塑+V 浇)/0.8=36 cm3/0.8=45 cm3 而选定的注塑机注塑量为 155 cm3,所以满足要求。 (2) 锁模力校核 F 锁PA 式中 P——熔融型料在型腔内的压力,篮球即时比分,该产品 P=20——40MPa A——塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和,经计算 A=6216.25mm2 F 锁——注射机的额定锁模力。 故 F 锁PA=6216.25×40=248.65kN 选定的注塑机为 1800 KN,满足要求。 (3) 模具于注塑机安装部分相关尺寸校核 模具闭合高度校核 模具的实际厚度 注塑机的最小闭合厚度 即 H 模 Hmin,故满足要求。 (4) 开模行程的校核 注塑机的最大行程与模具厚有关,故注塑机的开模行程应满足: S 机-(H 模-Hmin)H1+H2+(5-10) mm 式中 H1——顶出距离, H2——包括浇注系统在内的塑件高度 H 模=286mm Hmin=250 mm 8 S 机——注塑机最大开模行程 因为 S 机-(H 模-Hmin)=350mm-(286-250)=314 H1+H2+(5-10)=30mm+90mm+10mm=130mm 故满足要求。 10、注塑工艺参数的分析 (1).塑件工艺性分析: 注塑所用材料是 ABS,化学名称:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚 物,成型收缩率:0.4-0.7% 成型温度:200-240℃ 干燥条件:80-90℃ 2 小时 工作温度: -50~+70℃。 特点: 1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好。 2、 372 有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀 与 铬,喷漆处理。 3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 4、流动性比 HIPS 差一点,比 PMMA、PC 等好,柔韧性好。 用途:适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电 讯零件。 结构分析 (1)从零件图上分析,上端是简单的圆形外形,容易加工,用 9 型腔和型芯可以成型。 (2)尺寸精度分析:该零件全部尺寸如都未有标注公差等级,根 据表 2—19 查得 ABS 未注公差按 MT6,由此可以看出此零件的尺寸精 度要求不高,对应的模具相关零件的尺寸加工可以轻易得到保证。 从塑件的壁厚来看,壁厚最大处为 3.5mm,, 壁厚较均匀,有利 于零件的成型。 (3)表面质量分析:该产品的外观要求无水纹、无刮花、无黑 点、无飞边等缺陷。粗糙度要求为 Ra0.4 没有什么其他特殊的质量要 求,故比较容易实现。 综上所述,注射时在工艺参数控制的较好的情况下,零件的成型 要求可以得到保证。 11.注射成型的工艺流程 注射成型是热塑性塑料的一种主要成型方法;而且它成型周期 短,能一次成型外形复杂,尺寸精密的塑料制件,且生产效率高,易 于实现自动化生产。 注射成型的工艺工程包括:成型前的准备;注射成型过程;塑件 的后处理三个阶段。 料筒温度 喂料区 区1 区2 区3 30~50℃(50℃) 160~250℃(200℃) 200~300℃(220℃) 220~300℃(240℃) 10 区4 区5 喷嘴 220~300℃(240℃) 220~300℃(240℃) 220~300℃(240℃) 括号内的温度建议作为基本设定值, 行程利用率为 35%和 65%, 模件流长与壁厚之比为 50:1 到 100:1 熔料温度 料筒恒温 模具温度 注射压力 220~280℃ 220℃ 20~70℃ 具有很好的流动性能,避免采用过高的注射压力 80~140MPa(800~1400bar) ; 一些薄壁包装容器除外可达到 180MPa (1800bar) 保压压力 避免制品产生缩壁,需要很长时间对制品进行保压 (约为循环时间的 30%) ;约为注射压力的 30%~60% 背压 注射速度 5~20MPa(50~200bar) 对薄壁包装容器需要高的注射速度(带蓄能器) ;中 等注射速度往往比较适用于其它类的塑料制品 螺杆转速 高螺杆转速(线m/s)是允许的,只要满 足冷却时间结束前完成塑化过程就可以 计量行程 0.5~4D(最小值~最大值) ;4D 的计量行程为熔料 提供足够长的驻留时间是很重要的 残料量 预烘干 2~8mm,取决于计量行程和螺杆转速 不需要;如果贮藏条件不好,在 80℃的温度下烘干 11 1h 就可以 回收率 收缩率 后收缩) 浇口系统 点式浇口或多点浇口; 加热式热流道, 保温式热流道, 内浇套;浇口位置在制品最厚点,否则易发生大的缩水 机器停工时段 无需用其它材料进行专门的清洗工作;PP 耐温 升 料筒设备 标准螺杆,标准使用的三段式螺杆;对包装容器类制 品,混合段和切变段几何外形特殊(L:D=25:1) ,直通喷嘴,止 逆阀 可达到 100%回收 1.2~2.5%;收缩程度高;24h 后不会再收缩(成型 12、模具冷却系统的设计 在模具上开设冷却水道,循环水对模具进行冷却 13.参考文献 《塑料模具设计与制造》——中国机械工业教育协会 组编 《机械制图》——肖兵 主编 《模具设计与制造简明手册》 (第二版)——上海科学技术出版社 12

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