插針罩注塑模具設(shè)計(jì)

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通過本課題的設(shè)計(jì)，可以更好的掌握模具的整個(gè)設(shè)計(jì)過程。在設(shè)計(jì)過程中，定會(huì)遇到許多以前沒有遇到的問題，有問題就會(huì)促使自己想盡一切辦法去解決，從中獲得一定的知識(shí)。把整個(gè)設(shè)計(jì)做完之后，就會(huì)對(duì)知識(shí)有個(gè)系統(tǒng)的了解。另外，通過對(duì)Pro/E、CAD、Word等軟件的操作，可以有更好、更熟練的操作技能。這些工作對(duì)我以后的人生將是一筆大財(cái)富。 1.5 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課題的餓設(shè)計(jì)主要包括成型零件的設(shè)計(jì)，流注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，側(cè)向抽芯與側(cè)向分型的設(shè)計(jì)，導(dǎo)向及定位部分的設(shè)計(jì)，推出復(fù)位部分的設(shè)計(jì)，緊固件的設(shè)計(jì)，模具結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，工藝過程的編導(dǎo)。 2 原始資料 2.1 塑料制品產(chǎn)量和生產(chǎn)要求 根據(jù)圖紙要求，此制品為小批量生產(chǎn)，在生產(chǎn)要求上不是很高，所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng) 力求結(jié)構(gòu)簡單，但要能達(dá)到制品的各種要求。 2.2 塑料品種牌號(hào) 此制品要求的材料為聚酰胺，牌號(hào)為PA1010。聚酰胺是無色，透明并有光澤的非結(jié)晶型的線型結(jié)構(gòu)的高聚物，流動(dòng)性好，其原料來源廣泛，石油工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了聚苯乙烯大規(guī)模的生產(chǎn)。 2.3 制品圖樣 2.3.1具體尺寸及要求如圖2.1 圖 2.1 2.3.2 根據(jù)制品尺寸幾何形狀進(jìn)行分析 2.3.2.1 尺寸及公差 從制品所給的尺寸及公差查《塑料模塑成型技術(shù)》表3-7為4級(jí)精度等級(jí)，查表3-8得4級(jí)精度等級(jí)為一般精度，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，在模具設(shè)計(jì)時(shí)模具精度等級(jí)也應(yīng)設(shè)計(jì)成一般精度等級(jí)。 2.3.2.2 塑料制品的形狀 如圖1.1，此制品為圓形制品，具有一小孔，所以在設(shè)計(jì)時(shí)著重是側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。 2.3.2.3 塑料制品的壁厚 由圖1.1可知，此制品壁厚為4mm。拐角處壁厚不均勻，它會(huì)固化或冷卻速度的不同引起收縮不均勻，從而在制品內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及適應(yīng)選擇澆口。 2.3.2.4 脫模斜度 所設(shè)計(jì)的制品沒有脫模斜度，即脫模斜度為零，這樣制品對(duì)型心的包緊力大，脫模時(shí)較有脫模斜度的難，生產(chǎn)時(shí)可噴涂脫模劑。 2.4 塑料制品成型性能 聚酰胺成型性能優(yōu)良，硬度、耐磨性和潤滑性很突出，并且有很好的耐沖擊性，其吸水性小，成型前可不進(jìn)行干燥，收縮小，制品尺寸穩(wěn)定，比熱容小，可很快加熱塑化，塑化量較大，故成型速度快，生產(chǎn)周期短，可進(jìn)行高速注射；流動(dòng)性好，可采用注射、擠出、真空等各種成型方法。但注射成型時(shí)應(yīng)防止溢料，應(yīng)控制成型溫度，壓力和時(shí)間等工藝條件，以減少內(nèi)應(yīng)力。故設(shè)計(jì)成型零件時(shí)要注意配合間隙的選擇，并且設(shè)計(jì)冷卻水道以控制溫度變化情況。 3 基本參數(shù) 3.1 注射機(jī)選擇 根據(jù)制品結(jié)構(gòu)選擇立式注射機(jī)，查表《塑料制品及其成型模具設(shè)計(jì)》0.10初步選用SZ-100/60立式注射機(jī)，主要參數(shù)如表3.1 表 3.1 參數(shù) SZ-100/60 結(jié)構(gòu)類型 立式注射機(jī) 理論注射容量/cm3 60 螺桿直徑/mm 30 注射壓力/MPa 150 瑣模力/KN 400 拉桿內(nèi)間距/mm 295×185 移模行程/mm 260 最大模具厚度/mm 280 最小模具厚度/mm 160 噴嘴球半徑/mm 15 噴嘴口直徑/mm 4 模具定位孔直徑/mm 50 3.2模具型腔數(shù)目的計(jì)算 3.2.1 計(jì)算原理 通常注射機(jī)的實(shí)際注射量為注射機(jī)最大注射量的80﹪，即 V實(shí) = Vmax×80﹪ (3-1) 式中 V實(shí) ---- 制品實(shí)際所需注射量，單位cm3。 Vmax ---- 注射機(jī)最大注射量，單位 cm3。 由表3.1 Vmax=60cm3 所以 V實(shí)=48cm3 3.2.2 制品體積 制品的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2.1，體積如下式計(jì)算， V制=×122×36-×82×32＋14×4×20＋×32×4=5.02cm3 3.2.3 型腔數(shù)目確定 制品數(shù)目用n表示，利用下列公式進(jìn)行計(jì)算， n= V實(shí)/V制=48/5.02=9.5 通過計(jì)算可以設(shè)計(jì)八個(gè)型腔。因此制品為小批量生產(chǎn)，暫設(shè)計(jì)型腔數(shù)目為兩個(gè)。 3.3 模架選擇 型腔數(shù)目為四個(gè)，設(shè)計(jì)為四方布排，根據(jù)制品尺寸大小及型腔數(shù)目，查表《模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)》表6-15初步選用200×200模架具體結(jié)構(gòu)如圖3.1(a)、3.1(b) 圖3.1 （a） 圖3.1 (b) 4 成型零件尺寸及結(jié)構(gòu) 4.1聚苯依稀的收縮率（S） 查《塑料制品及其成型模具設(shè)計(jì)》表0.1聚苯乙烯的收縮率范圍為0.6-0.8﹪，換算成平均收縮率Scp﹪ Scp﹪=(0.5﹪+4.0﹪)/2=2.25﹪ 4.2 大型芯尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 4.10. 4.2.1 大型芯徑向尺寸計(jì)算利用公式 LM=[ls(1+Scp﹪)+△] 將數(shù)值代入計(jì)算 LM=[16（1+2.25%）+×0.8] =16.79 4.2.2 大型芯高度尺寸 Hm= [hs(1+Scp%)+△] 將數(shù)值代入計(jì)算 Hm = [36(1+2.25%)+×1.04] =18.27 4.3 側(cè)型芯尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3.1 側(cè)型芯徑向尺寸計(jì)算利用公式 LM=[ls(1+Scp﹪)+△] 將數(shù)值代入計(jì)算 LM=[4（1+2.25%）+×0.8] =3.89 4.3.2 側(cè)型芯深度尺寸 Hm= [hs(1+Scp%)+△] 將數(shù)值代入計(jì)算 Hm= [4(1+2.25%)+×1.04] =4.27 4.4 型腔尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.4.1 型腔徑向尺寸，利用公式 LM=[ls(1+Scp﹪)-△] 將數(shù)值代入計(jì)算 LM=[24(1+2.25﹪)-×0.96] =23.57 4.4.2 型腔高度尺寸，利用公式 Hm = [Hs(1+Scp%)-△] 將數(shù)值代入計(jì)算 Hm = [40(1+2.25%)-×1.2] =39.92 4.4.3 型腔結(jié)構(gòu)簡單，采用整體式凹模，這種結(jié)構(gòu)成形的制品質(zhì)量較好，加工方便，并且就加工在型腔板上，與型腔板構(gòu)成一體。 4.4.4 型腔底厚、壁厚計(jì)算 1 按剛度校核側(cè)壁厚度，利用公式 t=r[ （4-8） 代入計(jì)算得 t=0.84 mm 2 按強(qiáng)度計(jì)算，利用公式 t=r( 代入計(jì)算 t= 2.58 mm 取較大值2.58mm。 4.4.5 底厚計(jì)算 按剛度計(jì)算 h=3.46mm 按強(qiáng)度計(jì)算 h=5.2mm 取較大值5.2mm。 5 模具結(jié)構(gòu) 模具結(jié)構(gòu)主要由以下部分組成：成型部分、側(cè)向分型及抽芯部分、支承部分、推出機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部分、緊固定位部分、冷卻排氣系統(tǒng)。在模具設(shè)計(jì)過程中，主要考慮塑料怎樣進(jìn)料，制品怎樣成型、制品怎樣脫出。從設(shè)計(jì)的制品結(jié)構(gòu)來說，主要是側(cè)孔的成型與脫出。 5.1 制品小孔成型結(jié)構(gòu) 5.1.1 側(cè)向分型與抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本模具中，制品側(cè)壁上有與開模方向不同的側(cè)向孔，阻礙制品成型結(jié)構(gòu)的直接脫模，因此需將成型側(cè)孔的成型零件做側(cè)向運(yùn)動(dòng)，需做成側(cè)型芯，然后在再從模具中推出制品，完成側(cè)型芯的抽芯與復(fù)位的機(jī)構(gòu)稱為側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)。 5.1.2 抽芯距離的確定 抽芯距離指的是側(cè)型芯從成型位置抽到不妨礙制品取出位置時(shí)，側(cè)型芯在抽拔方向所移動(dòng)的距離，抽芯距一般應(yīng)大于制品側(cè)孔深度或凸臺(tái)高度2~3mm。即： S= h + (2~3) mm S——抽芯距 h——制品最大側(cè)孔深度 ∵h(yuǎn)=4 ∴S= 4+ (2~3) =6~7mm 5.1.3 抽芯力的計(jì)算 塑料制品在冷凝收縮時(shí)，對(duì)側(cè)型芯產(chǎn)生包緊力，抽芯機(jī)構(gòu)所需的抽芯力，必須克服包緊力所引起的抽芯阻力及抽芯機(jī)構(gòu)機(jī)械滑動(dòng)時(shí)的摩擦力，才能把活動(dòng)型芯拔出。 影響抽芯力的因素很多，且相當(dāng)復(fù)雜，精確抽芯是十分困難的，在設(shè)計(jì)抽芯結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)全面分析，找出主要影響因素進(jìn)行粗略計(jì)算。如下圖所示側(cè)型芯受力分析： 從圖中可知：摩擦力F=f（F－F×Sin） （5-1） 式中： F——摩擦力 F——由塑料制品收縮產(chǎn)生的對(duì)側(cè)型芯的包緊力造成的抽芯阻力。 f—摩擦系數(shù)，一般取0.5-1.0，本設(shè)計(jì)中取0.5。 依據(jù)受力圖可列出平衡方程式 =0 即： F×Cos= F＋F×Sin （5-2） 將（5-1）代入（5-2）得 F(F－F×Sin) Cos= F＋F×Sin F=P×A 式中P塑料制品收縮對(duì)型芯單位面積的正壓力，制品在模內(nèi)冷卻，P取19.6MPa。 A——塑料制品包緊側(cè)型芯的側(cè)面積 所以： F=19.6×2×3×4 =147.7056 ≈148 N 那么 F=148×0.908 =134.4 N 5.2 模具結(jié)構(gòu)圖 6 澆注系統(tǒng) 6.1 概述 注射模的澆注系統(tǒng)是指熔體從注射機(jī)的噴嘴開始到型腔為止的流動(dòng)通道。對(duì)其要求是：使熔體平穩(wěn)的進(jìn)入型腔，使之按要求填充型腔，使型腔內(nèi)的氣體順利排出，在熔體填充型腔和凝固的過程中，能充分的把壓力傳到各個(gè)部位，以獲得組織致密，外形清晰，尺寸穩(wěn)定的塑料制品。可見，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是十分重要的。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正確與否，是注射成型能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵，因此，要引起高度重視。 6.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 主流道的設(shè)計(jì) 主流道的截面形狀一般為圓形，其錐度為2°～6°，在此模具的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)中采用2°，小端直徑一般取3～6mm,且大于注射機(jī)噴嘴直徑0.51mm,由表3-1注射機(jī)噴嘴直徑為4mm。將此模具主流道小端直徑設(shè)計(jì)為4.5mm。主流道的長度一般不超過60mm,本模具設(shè)計(jì)為15 mm。主流道大端倒角R2。 由于主流道需要與高溫塑料頻繁接觸，故設(shè)計(jì)主流道襯套是十分必要的，尤其是主流道要穿過兩塊板時(shí)，如果沒有主流道襯套，在結(jié)合處很容易發(fā)生溢料，導(dǎo)致主流道難以取出，主流道襯套的球半徑比注射機(jī)的球半徑大1～2mm，設(shè)計(jì)球半徑為SR14mm。主流道襯套的尺寸查表3-6-62《模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)》。 2 分流道設(shè)計(jì) 在采用多型腔模具時(shí)，就應(yīng)該使用分流道，在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)情況的不同，采用不同的截面，不同的布置。 1）分流道的截面形狀和尺寸 分流道的截面形狀有好幾種，包括圓形、U形、半圓形、正方形。在設(shè)計(jì)時(shí)一般常用的為梯形半圓形和U形。在此模具中，采用U形分流道。 2）分流道的布置 在多型腔注射模具中，要求各型腔的制品表面質(zhì)量和內(nèi)部性能差異不大，所以流道的布置要合適，分流道的布置有平衡式和非平衡式兩種，在本模具的設(shè)計(jì)過程中，為了保證制品質(zhì)量，采用平衡式布局。 3 澆口的設(shè)計(jì) 澆口的基本作用是使分流道來的熔體產(chǎn)生加速以快速充滿型腔。 1） 澆口的形式及特點(diǎn) 澆口在通常情況下有直接澆口、中心澆口、側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口等幾種形式。直接澆口適用與熱敏性塑料；中心澆口去除澆口方便一些，它適用與圓筒形、圓環(huán)形等中心帶孔的制品成型，側(cè)澆口是從制品側(cè)面進(jìn)料；點(diǎn)澆口截面積較小，熔體進(jìn)料時(shí)，產(chǎn)生很高的剪切速度，同時(shí)產(chǎn)生摩擦作用，提高熔體溫度；潛伏式澆口適用與表面質(zhì)量高的制品。在本模具的設(shè)計(jì)中，考慮使用的是多型腔，采用側(cè)口。 2） 澆口截面形狀、尺寸及位置 本模具為三板式，為了便于制品脫模和澆注方便，采用點(diǎn)澆口，上端直徑為3mm,下端直徑為0.5mm。 7模具與成型機(jī)械關(guān)系的校核 7.1制品及流道體積 7.1.1 制品體積 Vi=5.02cm 7.1.2 流道體積 主流道體積 V主=1/3h(R+Rr+r) 代入計(jì)算 V主=1/3h(R+Rr+r) =1/3×3.14×15（4.5＋4.5×6＋6） =3.07 cm 7.1.3分流道體積 V分1= RL＋R = ×3.14×3×50＋×3.14×3 =2.3 cm V總= V主+V分 =3.07＋2.3 =5.37 cm 7.2注射機(jī)的校核 1． 最大注射量的校核 根據(jù)公式 KV0≥V 代入計(jì)算得V=32.9 cm 符合注射機(jī)的要求 2. 注射壓力的校核，按下公式 Po＞P 根據(jù)P=60-110MPa 符合所需要求 3. 鎖模力校核 根據(jù)公式 F機(jī)≥（niA+A1）Pi 經(jīng)過計(jì)算 A=803mm A1=503 mm 代入計(jì)算 F=89 符合所須的注射要求 4．拉桿間距的校核 由表3-1可知，注射機(jī)的拉桿間距為295×185，模具尺寸為250×200，符合所須的注射要求。 5．開模行程的校核 根據(jù)公式 S≥H1+H2+H3+(5~10)mm 代入計(jì)算H1+H2+H3+(5~10)= 67~86mm 符合所須的注射要求 6. 模具厚度的校核 模具總厚度為200mm。 符合H小≤247≤H大 8 推出機(jī)構(gòu) 8.1 概述 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了把制品從型芯型腔中推出來，為下一次注射做準(zhǔn)備，推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求有： 1． 盡量使制品留在動(dòng)模上。 2． 保證制品不變形，不損壞。 3． 保證制品外觀良好。 4． 結(jié)構(gòu)要可靠。 8.2推出機(jī)構(gòu) 推出機(jī)構(gòu)一般有推桿、推管、推件塊等，從制品的形狀、尺寸考慮，利用推管制品的壁厚太小，采用直推桿，制品的受力面積太小，會(huì)損壞制品，其他結(jié)構(gòu)不適合成型本產(chǎn)品，所以將推桿設(shè)計(jì)成倒錐形，下面采用螺釘固定，保證裝配需要。 9 導(dǎo)向支承緊固復(fù)位機(jī)構(gòu) 9.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是為了使模具和模有正確的位置，以提高制品成型質(zhì)量。另外，它還可以提高模具壽命。一般注射模采用的導(dǎo)向零件為導(dǎo)柱導(dǎo)套，在設(shè)計(jì)時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)件，查表5-5 《模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)》。 9.2支承零件 在此模具中，支承零件包括上模座板、下模座板、型芯固定板、支撐板等。 9.3 緊固件及其他附件 9.3.1 上模部分 固定定位圈螺釘選用M4×10。 9.3.2 下模部分 固定下模的螺釘選用M12×60。 10 冷卻系統(tǒng) 模具在注射時(shí)，應(yīng)對(duì)模具溫度進(jìn)行較好的控制，才能保證制品的精度，這就要求在模具內(nèi)設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，但由于本零件較小，可以通過模具自然冷卻來保證熱平衡。另外此制品為小批量生產(chǎn)，成型的制品精度等級(jí)為一般精度，故采用模具自然冷卻，不設(shè)計(jì)冷卻水道。 結(jié)束語 通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益匪淺，可大體地了解作為一名設(shè)計(jì)人員所要具備的基本素質(zhì)及知識(shí)量及思考問題，解決問題的能力。同時(shí)也讓我鞏固了自己的專業(yè)知識(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中對(duì)于CAD、PRO/E 繪圖軟件、Microsoft Word 辦公軟件等應(yīng)用有了更進(jìn)一步的掌握；在設(shè)計(jì)之初，面對(duì)從未涉及的問題，感到十分棘手，但經(jīng)過反復(fù)的思考、查閱資料以及在老師的熱心指導(dǎo)幫助下，同學(xué)之間的探討，發(fā)現(xiàn)并非想象中的那么困難。另外，查閱資料是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，詢問經(jīng)驗(yàn)人士，我想實(shí)踐是最可靠的保證，經(jīng)驗(yàn)是寶貴的財(cái)富。 通過認(rèn)真仔細(xì)的資料查閱和軟件的反復(fù)模擬，特別在林老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的要求下，我確信這次畢業(yè)實(shí)際是成功的，在這表示特別感謝！當(dāng)然，由于本人的知識(shí)面欠全，設(shè)計(jì)中還存在不足，但我相信通過這次設(shè)計(jì)將為我今后走向工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) 【1】 ? 翁其金. 《塑料模塑成型技術(shù)》. 機(jī)械工業(yè)出版社， 【2】 ? ?彭建聲. 《簡明模具工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)》. 機(jī)械工業(yè)出版社，【3】 ? ?唐志玉. 《模具設(shè)計(jì)師指南》. 國防工業(yè)出版社， 【4】 ? ?《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組. 塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社， 【5】 ? ?賈潤禮，程志遠(yuǎn). 《實(shí)用注塑模設(shè)計(jì)手冊(cè)》. 中國輕工業(yè)出版社， 【7】 ? ?黃毅宏. 《模具制造工藝》. 機(jī)械工業(yè)出版社， 【8】 ? ?模具制造手冊(cè)編寫組. 《模具制造手冊(cè)》. 機(jī)械工業(yè)出版社，【9】 ? ?馮炳堯，韓泰榮，蔣文生.《 模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊(cè)》. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 【10】 ? ?趙如福. 《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 21