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毕业说明书

1引言

模具属于边缘科学,它涉及机械设计制造、塑性加工、铸造、金属材料,以其热处理、高分子材料、金属物理、凝固理论、粉末冶金、塑料、橡胶、玻璃等诸多学科、领域和行业。

1.1模具的现状及发展

1.1.1 全球模具技术发展及目前水平

模具行业是制造业的重要组成部分,具有广阔的市场前景。目前全世界的模具年产值在650亿美元左右,我国的模具年产值为40亿美元左右,据估计到2010年我国模具产值将达到460亿人民币。目前我国一般模具的30%,中高档模具的一半以上还依赖进口(其中注塑模占有很大的比例)。由此可见,模具(特别是注塑模具)制造业的落后在某种程度上已经成为阻滞我国制造业发展的瓶颈所在。开发和引进先进制造技术是改变注塑模具制造业相对落后和市场需求快速增长的重要途径[1]。

模具产品是工业产品制造的基础,模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。西方发达国家为了适应工业产品品种多、更新快、市场竞争激烈的局面,加强了对生产周期短、精度高、寿命长、成本低的模具产品的研究和开发,近十多年来,国外先进国家的模具技术水平得到了飞速发展,主要表现在以下几个方面:

(1) 在模具设计制造中已普遍应用CAD/CAM/CAE技术

该技术的应用,能极大地提高模具产品的设计水平、制造水平和分析测试水平。从而达到缩短生产周期提高产品质量和精度,降低产品成本的目的。

(2) 快速原型制造(RPM)技术已得到广泛应用

RPM是激光、光学扫描、先进的新型材料、计算机、数控综合应用的高新技术,该技术摒弃了传统的机械加工方法,对制造业的变革是一个重大的突破。与传统的机械加工相比,应用该技术具有制模周期短、成本低、精度高和寿命长的优势,是综合经济效益比较显著的一类制造模具的技术。

(3) 模具标准化程度高

模具标准化和模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,而且能提高模具质量和降低产品成本。因此,国外发达国家的模具标准化程度很高,一般都达到80%左右,而我国模具企业的标准化程度还较低,

1

一般为30%~35%左右。

(4) 模具敏捷制造系统发展较快

目前国外先进国家的模具敏捷制造发展较快。这也是我国模具行业的近期发展目标。另外,高速铣削加工技术、超精加工和复合加工技术、热流道技术等己在国外先进国家得到了很好的应用。这些先进的技术的应用极大地提高了这些国家模具产品的质量、精度。缩短了生产周期,提高了经济效益,提高了产品的竞争力。尽快吸收,应用国外先进技术,是我国模具行业技术发展的一个方向[2]。

1.1.2 国内模具技术发展及目前水平

近几年来,我国模具技术有了很大发展,模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表,我国主要汽车模具企业,己能生产部分轿车覆盖件模具,体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面大增,已从电机、电器铁芯片模具,扩大到接插件、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具上。塑料模具已能生产34英寸大屏幕彩电和48英寸背投式电视的塑壳模具,6.5公斤大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险缸和整体仪表板等塑料模具。塑料模具热流道技术日臻成熟,气体辅助注射技术己开始采用。压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车后轿齿轮箱压铸模等,模具质量、模具寿命明显提高,模具交货期缩短。模具CAD/CAM/CAE技术较广泛地得到应用,并开发出了有自主版权的模具CAD/CAM/CAE软件。电加工,数控加工在模具制造技术发展上发挥重要作用,部分骨干企业己开始使用这一技术。模具加工机床品种增多,水平明显提高。快速经济制模技术得到了进一步发展,尤其这一领域的高新技术快速原型制造(RPM)技术进步很快,国内有多家已自行开发出达到国际水平的相关设备。

模具标准件应用更加广泛,品种有所扩展。优质模具钢的应用有较大进展,但应用面还不够广泛。国产模具钢钢种不全,不成系列,多品种,精料化,制品化等方面尚待解决。模具标准化程度和模具标准件生产水平有了较大提高,但总体来说标准化程度还太低,标准件生产规模还不够大,品种有待发展,质量有待进一步提高,模具修复技术也有进步,除电刷镀修复模具外,又引进和开发了多种脉冲焊接机,修复效果较好。一些骨干企业开发能力有了较大提高,将模具开发与产品开发相结合,走出了一条自主开发模具的成功之路[3]。

1.1.3 塑料模具前景广阔

塑料工业是新兴的工业,塑料作为一种新的工程材料,发展势头极其迅猛,跻身2

于金属、纤维材料和硅酸盐三大材料之列,已经广泛用于工业和日常生活。因此,塑料的加工和成型工艺越来越得到重视,新技术、新工艺不断涌现。目前,塑料成型种类包括注射成型、压铸成型、吸塑成型、吹塑成型、发泡成型、挤压成型等,其中注射成型是最常用的方法,几乎所有的塑料都可以注射成型,按重量比计算,实际生产有32%的塑料是靠注射成型的。塑料工业的发展,推动了中国塑料模具产业的发展步伐,近年来塑料模具市场发展相当快,2002年已猛增到140亿元左右,2004年塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30%左右,在未来几年中还将保持较高速度发展。

当前国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大,其中发展重点为工程塑料模具。随着中国汽车、家电、电子通讯以及各种建材的迅速发展,预计在未来模具市场中,塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高,且发展速度将快于其他模具。电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台,彩电的年产量已超过3000万台,家电行业所需模具量年增长率约为10%。一台电冰箱约需模具350副,一台全自动洗衣机约需模具200副,一台空调器仅塑料模具就有20副。一台彩电需模具约140副,彩电模具每年就有约28亿元的市场。汽车工业近年来增长速度惊人,因此汽车模具潜在市场巨大。每种型号的汽车都需要几千副模具,价值上亿元,汽车的各种功能性零部件都要靠模具成型,制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具,还有制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需大量的塑料模具。在建筑领域,塑料建材大量替代传统材料是大势所趋,国家己明令禁止使用铸铁管道,代之以塑料管材。塑料建材不仅能大量代钢、代木、替代传统建材,而且具有节能、节材、保护生态、改善居住环境、提高建筑功能与质量、降低建筑自重、施工便捷等优点,将在今后得到越来越多的应用。2005年建筑用塑料制品约400万吨,占总产量16%,预计2010年全国新建住宅室内排水管80%及城市供水50%将采用塑料管。同时,国家正在大力发展塑料门窗,根据建设部等五个部门的要求,2000年塑料门窗的普及率达到15%,塑料排水管的市场占有率超过30%,预计到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%~50%,塑料排水管的市场占有率将超过50%。因此,塑料模具的增长速度加快,应用潜力是不可低估的[1]。

1.1.4 现代模具制造技术的发展趋向

(1) 模具的标准化

加快模具的标准化、商品化发展,适应大规模成批生产的需要,可以提高模具的

3

制造质量、缩短模具的制造周期。

(2) 新材料、新技术、新工艺的研究和应用

研究开发模具新材料,进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、加工性能和抛光性能,是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋向。

模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计、制造技术的又一次革命,其优势越来越明显。普及和提高CAD/CAE/CAM技术的应用,是模具设计制造走向现代化的必由之路。以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具外表面粗加工的的发展方向。成型面的加工向精密、自动化方向发展,光整加工技术向自动化方向发展。以三坐标测试仪和快速原型制造技术为代表的制模技术,是模具制造技术的重大发展,尤其是用于反向制造工程和复杂模具的制造,对缩短制造周期有着非常重要的作用。节能、优质、高速、绿色热处理工艺是模具零件热处理的主导方向。

(3) 现代生产制造方式

在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化,供应商品化的基础上,利用现代IT技术,组成局域通信网络,将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化,并编成代码直接输入数控机床或CNC加工中心进行自动编程,继而完成自动加工。加工过程中能够完成自动检测和结果的自动显示,从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动化和智能化并以此提高设计和制造的速度和质量,减少人为的多层次失误造成的缺陷,从而缩短模具生产周期,提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。

(4) 塑料制件的精密化、微型化、超大型化

为了满足各种产品越来越高的使用要求,塑料模具和塑料成型技术正朝着精密化、微型化和超大型化方向发展。

1.2塑料注射模具的设计步骤

1.2.1塑料件的工艺性分析

本课题是对把手封条的注射模设计。首先对把手封条进行测绘,并对塑件的使用性能和结构要求有一个基本的了解。看塑件的结构是否满足塑件结构的工艺性能。

此塑件结构比较简单,外观光滑,只是制品的凹槽涉及到的脱模必须是两次顶出,塑件上有四条槽,如图1-1所示:

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图 1-1把手封条

1.2.2 材料分析

材料选用PE,是聚乙烯的简写,是由乙烯聚合而成的的聚合物,作为塑料使用时,其平均相对分子质量要在1万以上。根据聚合物条件不同,实际平均相对分子质量可从一万到几百万不等。生成的PE乙烯单体大部分是由石油裂解得到。

聚乙烯是树脂中分子结构最简单的一种,它原料来源丰富,价格较低,具有优异的电绝缘性和化学稳定性,易于成型加工,并且品种较多,可满足不同性能要求,因此它从问世以来发展很快,是目前产量最大的树脂品种,用途极广泛。

(1) PE材料的性能特点:质软,机械性能差,表面硬度低,化学稳定性好,但不耐强氧化剂,耐水性好。

(2) PE的成型特点:成型前不可预热,收缩大,易变形,冷却时间长,成型效率不高,塑件有浅侧凹可强制脱模。

(3) PE材料在模具设计时应注意的事项:浇注系统应尽快保证充型,须设冷却系统,使用温度一般为小于800℃。

(4) PE材料的品种多,根据塑件的要求及特点,我们选用低密度聚乙烯来作为注塑材料。

(5) PE材料的品种很多,在此低密度聚乙烯(LDPE)作为塑件的注塑材料。LDPE是在高温和特别高的压力下通过典型的自由基聚合过程得到的。早在20世纪40年代初,LDPE已用于电线包覆,是PE家族中最早出现的产品。LDPE综合了许多

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优良的性能,如透明性、封合性、易于加工,是当今聚合物工业中应用最广泛的材料之一。LDPE通常可采用管式和釜式反应器两种生产工艺制备,聚合时压力为(150~350)Mpa,聚合温度在150℃~260℃之间,并加入适量的引发剂。

与其他工艺过程得到的线性PE不同,高压自由基聚合历程易发生链转移,得到的聚合物存在大量的支链结构,这种结构使LDPE具有透明、柔顺,易于挤出等特定性能。通过控制平均相对分子质量(MW)、结晶度和相对分子质量分布(MWD),可以是LDPE树脂获得多种应用。

聚合物的平均相对分子质量是用组成聚合物的所有分子链的平均尺寸来表达的,为方便起见,在塑料工业中采用熔体流动速率(MFR)作为平均相对分子质量的量度,MFR的单位为g/10min,MFR的值与平均相对分子质量的大小成反比。

LDPE的结晶度与树脂中的短支链的含量有关,结晶度通常为30%~40%,结晶度的提高是LDPE的刚性、耐化学药品性、阻隔性、拉伸强度和耐热性增加。而冲击强度、撕裂强度和耐应力开裂性能降低[4]。

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2 把手封条注射模的详细设计

2.1 塑件正投影面积,体积及质量计算

根据塑件,可算出体积及质量:

如图2-1所示,可把塑件分成几个部分来计算,具体计算如下:塑件有4个槽,把相对的两个槽合起来计算就相当与计算一个圆柱的体积根据图纸可以知道塑件的体积等于上端长方体的体积加上下端长方体的体积减掉凸模所形成的凹槽再减掉两个圆柱的体积。

图2-1 塑件尺寸图

V则

设:上端长方体的体积为

?

?

V=

=

2142

70

7.1

18

mm3

V

下端长方体的体积为

7

8

()60307.17.76715=-??=下V mm 3

凹槽的体积:

()()()27.1677.17.727.115?-?-??-=凹V

=4426.56 mm 3

根据图2-1中所示,可设一个圆柱的长为64L 1=mm 体积为1V

另一个取12L 2=mm 体积为2V

2345.76462.014.3121=??==L r V πmm 3

3565.11262.014.3222=??==L r V πmm 3

59.83565.12345.721=+=+V V mm 3

()49.374659.826.442660302142=--+=总V mm 3

因为PE 材料选用的是低密度乙烯,所以密度91.0=ρg/cm 3

4.391.031049.3746=?-?=总m g

2.2 拟定的成型工艺

2.2.1 制品的成型方法

热塑性塑料指定采用注射成型,本设计选用热塑性塑料PE ,可用注射成型。

2.2.2 制品的成型参数

根据制品结构特点及选定的原料PE ,可拟定如下工艺参数。

塑料名称: PE

密度(g/cm3): 0.910~0.925

计算收缩率(%): 0.3~0.8

预热温度(℃): 70~80

预热时间(h ): 1~2

料筒温度(℃): 前段 170~200

后段 140~160

模具温度(℃): 35~55

注射压力(MPa ): 60~100

成型时间(S): 15~60

高压时间(S): 0~3

冷却时间(S): 20~90

总周期(S): 50~160

适应注射机类型:柱塞式

2.3 型腔设计

2.3.1 型腔数目

型腔数目的确定主要参考以下几点来确定:

(1) 根据经济性确定型腔数目,根据总成型加工费用最小的原则,并忽略准备时间试生产原材料费用,仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。

(2) 根据注射机的额定锁模力确定型腔数目,当成型大型平板制件时常用这种方法。

(3) 根据注射机的最大注射量确定型腔数目,根据经验,在模具中每增加一个型腔,制品尺寸精度要降低4%,对于高精度制品,由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件一致,故推荐型腔数目不超过4个。

(4) 由于塑件的构造比较简单,只是四周多了四个槽,并可以使用限位杆来实行强制脱模,模具本身的结构也很简单,塑件的质量也很轻,所以可以用一模两腔注射成型[5]。

同时根据塑件体积79

V mm3,初步确定注射机为SZ-40/32。

.

3746

注射机各参数如下:

项目SZ-40/32

结构形式:立式

理论注射容量(cm3): 40

螺杆直径(mm): 24

注射压力(MPa): 150

锁模力(KN): 320

拉杆内向距(mm): 205

移模行程(mm): 160

最大模具厚度(mm): 160

最小模具厚度(mm): 130

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喷嘴球半径(mm): 10

喷嘴口孔径(mm): 3

2.3.2 型腔布局

由于塑件比较简单,而且比较小,直线形分布。为提高生产效率,可以采用一模两腔的方法,如图2-2所示:

图2-2 型腔布局

2.4 分型面的选择

选择分型面即是决定型腔空间在模内应占有的位置。

选择时应遵行如下原则:

(1) 复合塑件脱模:为使塑件能从模内取去,分型面的位置应设在塑件断面尺寸最大的部位。

(2) 确保塑件质量:分型面应不要选择在塑件光滑的外表面,避免影响外观质量;将塑件要求同轴度的。

(3) 有利于塑件脱模:由于模具脱模机构通常只设在动模一侧,故选择分型面时应尽可能使开模后塑件留在动模一侧。这对于自动化生产使用的模具尤其显得重要。

(4) 考虑侧向轴拔距:一般机械式抽芯机构的侧向拔距都较小,因此选择分型面时应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上,而将短抽拔距做为侧向分型或抽芯。并注意将侧抽芯放在动模边,避免定模抽芯。

(5) 锁紧模具的要求:侧向合模锁紧力较小,故对于投影面积较大的大型塑件,应将投影面积大的方向放在动、定模的合模方向上,而将投影面积小的方向作为侧向分型面。

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(6) 有利于排气:当分型面作为主要排气渠道时,应将分型面设在塑料熔体的末端,以利于排气。

(7) 模具零件易于加工:选择分型面时,应使模具分割成便于加工的零件,以减小机械加工的困难[6]。

根据以上分型面选择原则及塑件本身的特点,确定为一次分型如图2-3所示:

图2-3 分型过程

2.5 排气系统设计

当排气不良时将在塑件上形成气泡,银文,云雾,接缝,使表面轮廓不清,甚至冲模不满;严重时在塑件表面产生焦痕;降低冲模速度,影响成型周期;形成断续注射,减低生产效率。因此我们一般用以下的几种排气方法:

(1) 排气槽排气:对于成型大中型塑件的模具,需排住的气体量多,通常都应开设排气槽。

(2) 分型面排气:对于小型模具,可利用分型面间隙排气,但分型面须位于容体流动末端。

(3) 拼镶件缝隙排气:对于组合的凹模或型芯,可利用其拼合的缝隙排气。

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(4) 推杆间隙排气:利用推杆与模板或型芯的配合间隙排气。

(5) 粉末烧结合金块排气。

(6) 排气井排气:在塑料熔体汇合处的外侧,设置一个空穴,使气体排入其中,也可以获得良好的排气效果。

(7) 强制性排气:在封闭气体的部位,设置排气杆[7]。

2.6 浇注系统的设计

浇注系统设计是注射模设计的一个重要环节,它对注射成型周期和塑件质量(如外观、物理性能、尺寸精度等)都有直接影响。设计时须遵循如下原则:

(1) 结合型腔布局考虑,应注意以下三点:

1)尽可能采用平衡式布置,以便设置平衡式分流道。

2)型腔布置和浇口开设部位力求对称,防止模具承受偏载而产生溢料现象。

3)型腔排列要尽量可能紧凑,以减少模具外形尺寸。

(2) 热量及压力损失要小,为此浇注系统流程应尽量短,断面尺寸尽可能大,尽量减少弯折,表面粗糙度要低。

(3) 确保均衡进料,尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落,即分流道尽可能采用平衡式布置。

(4) 塑料耗量要少,在满足各型腔充满的前提下,浇注系统容积尽量要小,以减少塑料的耗量。

不进行或少进行后加工,成形周期短,效率高。

(5) 塑料熔体流体特性,大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为,以充分利用[8]。

2.6.1 主流道的设计

主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道,通常和注射机喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,带有一定锥度,其设计要点为:

(1) 主流道圆锥角为a=(20~60)°,对流动性差的可取30~60,内壁粗糙度为Ra0.63。

(2) 消除冷料,浇注系统应能捕集温度较低的“冷料”,防止其进入型腔,影响塑件的质量。

(3) 排气良好,浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落,使型腔的气体能顺利排出。

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(4) 防止塑件出现缺陷,避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象。

(5) 塑件外观质量,根据塑件大小、形状及技术要求,做到去除修整浇口方便,浇口痕迹无损塑件的美观和使用。

(6) 生产效率,尽可能使塑件。

(7) 主流道大端成圆角,半径r=1mm ~3mm ,以减小料转向过度时的阻力。

(8) 在模具结构允许的情况下,主流道尽可能短,一般小于60mm ,过长则会影响流体的顺利充型。

(9) 对于小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式,但在大多数情况下将主流道衬套与定位圈设计成两个零件,主流道衬套与定模板采用H7/m6过度配合与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。

(10) 主流道衬套一般选用T8~T10制造,热处理强度为(52~56)HRC 。

根据“常用塑料直浇口尺寸”表,选主流道始端尺寸5.2=d mm,大端尺寸4=D mm ,浇口套始端半径R=机床喷嘴小径()()111~5.0101~5.0=+=+d mm ,半锥角a=2o。其长度尺寸取L=40mm ,其余尺寸如图2-4所示。主流道内壁粗造度Ra=0.63,抛光时要沿轴向进行[9]。

图2-4 主流道衬套

根据主流道尺寸,可求出主流道体积: ()22L 3

1r Rr R V ++=π主 (2.1) ()334.04225.1252.14014.33

1=+?+??=mm 3 2.6.2 分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的通道。多行腔模具一定设置分流道,大型塑件由于

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使用多浇口进料也需设置分流道。由于模具有四条分流道,要从行腔侧面注入,分流道应是侧浇,设计成圆形并四周交叉分布,这样效率比较高。因为塑件的壁厚为

1.7mm <3mm ,质量3.4g <200g ,所以可以根据公式4

22654.011L W D =(式中D 为分流道的直径(mm );W 为塑件的质量(g );L 为分流道的长度(mm ))来计算。

因为型腔为一模两腔按直线型分布,两个小型腔的最小直线距离在7mm ~8mm ,在这里取8mm ,这样计算分流道长度为15mm ,如图2-5所示:

图2-5 分流道

其直径尺寸可按下列经验公式确定:

把W=3.4mm 和L=15mm 带入上式得:

96.04

115214.32654.0=????=D mm 分流道直径96.0=D mm ,不符合直径限于3.2mm ~9.5mm 条件,应取5mm 。

2.6.3 浇口设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短流道,其形状、位置、尺寸对塑件质量影响很大。浇口的主要作用是:(1)行腔充满后,熔体在浇口处首先凝结,防止其倒流;(2)易于切除浇口凝料;(3)对于多行腔模具,用以平衡进料;对于多浇口单行腔模具,用以控制熔接缝的位置。浇口截面面积通常为分流道截面面积的0.03~0.09。浇口截面形状有矩形和圆形两种。浇口长度为0.5~2mm 左右,浇口具体尺寸一般根据经验确定。在这我们取限制性浇口中的侧浇口,侧浇口是典型的矩形截面浇口,能方便调整充模时的剪切速度和浇口封闭时间,因而也称为标准浇口。侧浇口的特点是浇口截面形状简单,加工方便,能对浇口尺寸进行精密加工如图2-6所示:

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图2-6 浇口

浇口截面积通常为分流道截面积的0.03~0.09。

()224

109.034109.0~03.0S 浇分浇d S ππ=??== (2.2) 则9.03.03=?=浇d mm

浇口长度一般取0.5mm ~2mm ,取1=L mm 。

2.6.4 冷料穴设计

冷料穴位于主流道正对面的动模板上,或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料”防止“冷料”进入行腔而影响塑件质量;开模时又可以将主流道的冷凝料拉出,冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径,长度约为主流道大端直径。其类型可分为四大类。

(1) 底部带有推杆的冷料穴

这类冷料穴的底部由一跟推杆组成,推杆装于推杆固定板上,因此他常于推杆或推管脱模机构连用。

(2) 底部带有拉料杆的冷料穴

这类冷料穴的底部有一根拉料杆构成,拉料杆装于型芯固定板上,因此它不随脱模机构运动。

(3) 底部无杆的冷料穴

对于具有垂直分型面的注射模,冷料穴置于左右两半模的中心线上,当开模时分型面左右分开,塑件与流道凝料取出,冷料穴底部不必设计杆件。

(4) 分流道冷料穴

当分流道较长时,可将分流道的尽头沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴,以贮存前锋冷料,其长度为分流道直径的1.5~2倍。

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2.7 成型零件设计

由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触,它必须有以下一些性能:

(1) 必须具有足够的强度、刚度,以承受塑料熔体的高压。

(2) 有足够的硬度和耐磨性,以承受料流的摩擦和磨损。通常进行热处理,使其硬度达到HRC 40以上。

(3) 对于成型会产生腐浊性气体的塑料还应选择耐腐浊的合金钢处理。

(4) 材料的抛光性能好,表面应该光滑美观。表面粗造度应在Ra 0.4以下。

(5) 切削加工性能好,热处理变形小,可淬性良好。

(6) 熔焊性能要好,以便修理成型部位应需有足够的尺寸精度。孔类零件为H8~H10,轴类零件为h 7~h 10[10]。

2.7.1 型芯和成型杆设计

因为把手封条注塑模本身比较简单,只是塑件四周有凹槽,因此不容易脱模,为了便于脱模,把型芯和成型杆单独制作,然后将成型杆嵌入型芯中,使之成为型芯的一部分,并能单独做为顶杆,以便方便于第二次和限位杆配合脱模,如图2-7所示:

图2-7 顶杆

确定型芯尺寸:

()0]4

31[z s m s l l δ-?++= (2.3) 把6.11=s l ,收缩率取009.0=s ,精度等级系数取 24.03,72.0=?==?z δ带入上式得:

()0

24.0]72.075.0009.016.11[-?++?=m l mm

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型芯的工作高度尺寸:

()0

]3

21[z s m s h h δ-?++= (2.4) 把6=s h ,收缩率18.0,56.0,009.0=?==?=z s δ带入上式得:

012.00

4.6]56.03

2009.16[--=?+?=z m h δmm 2.7.2 型腔径向尺寸的计算

凹模用于成型塑件的外表面,按起结构的不同,可分为6种(1)整体式凹模(2)整体嵌入式凹模(3)局部镶嵌式凹模(4)大面积镶嵌式凹模(5)四壁拼合式凹模(6)拼块式凹模。塑件本身比较简单,应根据塑件的结构和尺寸来确定凹模的尺寸和形状。

径向尺寸计算: δ+?-+=0]4

3)1([s Ds D m (2.5) 把1.03,30.0,009.0,15,1821=?==?===z m m S D D δ

1.00

3.0019

4.17]3.07

5.0009.118[++=?-?=m D mm 1.00

1.00291.14]3.075.0009.115[++=?-?=m D mm 凹模套的高度尺寸: δ+??-+=0]3

2)1([s Hs H m (2.6) 把3,56.0,42.0,64.0,009.0,6,7.1,7.7321321?==?=?=?====z m m m S H H H δ依次带入上式得:

21.0021.00134.7]64.03

2009.17.7[++=?-

?=m H mm 42.0042.002440.1]42.03

2009.17.1[++=?-?=m H mm 56.0056.00368.5]56.03

2009.16[++=?-?=m H mm 2.7.3 型腔壁厚计算 在注射过程中,凹模套承受塑料熔体的高压作用,因此模具的凹模套应该有足够的强度。凹模套强度不足将发生塑件变形,甚至破裂;刚度不足将产生过大弹性变形,导致凹模套向外膨胀,并产生溢料间隙[11]。

型腔壁厚计算应以最大型腔压力为准。一副模具要能正常生产,即不允许行腔强度不足,也不允许其刚度不足,因此行腔壁厚应该同时考虑其强度条件和刚度条件。

18

据分析,大尺寸行腔,刚度不足是主要矛盾,应按刚度计算,小尺寸行腔,在发生大的弹性变形前,其内应力已超过许用应力,因此强度不足是主要矛盾,应按强度计算。

按刚度计算为:

3

1])[/(L 3.011δEA aPL S ≥最小mm (2.7)

式中E 为模具材料的弹性模量(MPa ),碳钢为2.1x105MPa ;

P 为型腔压力,一般取25Mpa ~45Mpa ; L 1为型腔长边长度;

A 为型腔侧壁全高度;

a 为型腔侧壁受压高度;

[δ]为刚度条件,即许用变形量(mm ),由表2-1可查

[σ]为模具材料的许用应力(MPa ),一般取(1.8x103~2.2x103)Mpa 。

表2-1粘度特性表

粘度特性

塑料品种 [δ]值的许用范围(mm ) 高粘度

PC 、PPO 、PSF 、HPVC 0.06~0.08 低粘度 PA 、PE 、PP 、POM 0.025~0.04

(1) 为了使导柱能顺利地进入导套,导柱端部应做成锥形或半球形,导套的前端也应倒角。

(2) 导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤,而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件,因此可根据需要而决定装配方式。

(3) 一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8,导柱和导套固定部分配合按H7/k6,导套外径的配合按H7/k6。

(4) 除了动模、定模之间设导柱、导套外,一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套,以保证推出机构的正常运动。

(5) 导柱的直径应根据模具大小而定,可参考标准模架数据选取[12]。

一次分型导向机构设计:

导柱固定在固定模板上,与固定模板为H7/m6的过渡配合。导柱直径参考标准,取D=12mm ,导柱头部做成半圆形。

导柱长度与主流导长度点浇口长度以及塑件长度等有关。

19

86L L -+++=支撑板型腔固定板型芯固定板L L g (2.8)

863520-++=

63=mm

导柱和导套配合如图2-8所示:

图2-8 导柱与导套

2.8 脱模机构设计

注射成型每一循环中,塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯上脱出,完成模具脱模。

脱模机构设计应遵循下述原则:

(1) 塑件滞留于动模边,以便借助于开模力驱动脱模装置,完成脱模动作,致使模具结构简单。

(2) 防止塑件结构变形或损坏,正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及所部位,有针对性的选择合适的脱模装置,使推出重心与脱模阻力中心相重合。由于塑件收缩时包紧型芯,因此推出力作用点应尽量靠近型芯,同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位,作用面积也尽可能大一些,以防塑件变形或损坏。

由于塑件收缩时包紧型芯,因此推出力作用点应尽量靠近型芯,同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位,作用面积也尽可能大一些,以防塑件变形或损坏。

20

(3) 力求良好的塑件外观,在选择顶相互位置时,应尽量设在塑件内部或对塑件影响不大的部位。在采用推杆脱模时,尤其要注意这个问题。

(4) 结构合理可靠,脱模结构应工作可靠,运动灵活,制造方便,更换容易,且有足够的强度和刚度[13]。

依据以上脱模机构设计原则及模具自身特点(如多小型芯、形状复杂等),当顶杆将制品从型芯上顶出,型腔板嵌在制品凹槽内而一道移动,当型芯完全抽出后,限位杆被拖板挡住,型腔板停止移动,制品从型腔板中强制脱出。

脱模力的计算:

PA F ==正脱fF (2.9)

式中f 为摩擦系数,一般取0.15~1;

F 正为因塑件收缩对型芯产生的正压力(即包紧力);

P 为塑件对型芯产生的单位正压力(包紧力),一般P ≈8Mpa ~12MPa ,薄件取小值,厚件取大值;

A 为塑件包紧型芯的侧面积(mm 2);

对与不通孔的壳体塑件脱模时,还需要克服大气压力造成的阻力F 阻,其值为 F 阻=0.1A 1

A 1为型芯端面面积(mm2)

故总的脱模力为:

阻脱总脱F F 1+=F (2.10)

11.0A PA +=

()()76.7371.0]2627.1152627.167[10?+???-+???-?=

1.977.9097==KN

由于所设计的是两个型腔,所需要的脱模离为9097.77x2=18195.54=18.2KN 型芯推杆长度尺寸:

7.133L L 1-++++=支撑板型腔固版型芯固版推杆固版L L L (2.11)

7.133********-++++=

3.93=mm

推杆径向尺寸:圆形推杆的直径可由欧拉公式简化得:

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