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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 別 電信息系系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) B070203
姓 名 李 勇
學(xué) 號(hào) B0706011
外文出處 ScienceDirect International
Journal of Machine Tools &
Manufacture 47 (2007) 740–747
附 件 1. 原文; 2. 譯文
分析快速成型注塑模具加工程序
Sadegh Rahmati, Phill Dickens
摘要
隨著全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈,企業(yè)壓力增加,不斷調(diào)低產(chǎn)品生產(chǎn)周期。由于交貨時(shí)間和工具加工成本趨于下降的趨勢(shì),所以現(xiàn)代工具制造廠必須在壓力下快速、準(zhǔn)確、以較低成本來生產(chǎn)產(chǎn)品??s短生產(chǎn)原型產(chǎn)品是時(shí)間加快新產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵??焖俪尚湍>呱a(chǎn)當(dāng)中,特別使用快速成型技術(shù)制造注塑模具裝配可節(jié)約生產(chǎn)成本并減少時(shí)間。在本文中,快速成型技術(shù)是用來直接生產(chǎn)快速注射模這種短期生產(chǎn)工具。對(duì)快速成形工具成功注射的數(shù)量及其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析??焖俪尚铜h(huán)氧工具能抵抗注射壓力、注射溫度以及500次注射次數(shù)。對(duì)注射過程中工具失效機(jī)制調(diào)查得知工具的失效是由于過度的彎曲應(yīng)力或是因?yàn)橛捎诩羟袘?yīng)力過大而造成的。
2006年愛思唯爾出版社有限公司版權(quán)所有。
介紹
設(shè)計(jì)降低生產(chǎn)新部件時(shí)間的方法,因?yàn)楫a(chǎn)品的交貨時(shí)間拖很久的話無法滿足客戶需求[1,2]。設(shè)計(jì)能力提高、產(chǎn)品品種增加、交貨時(shí)間縮短,以及產(chǎn)量降低,均是快速模具技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力,生產(chǎn)期間,加工時(shí)間和生產(chǎn)成本明顯有所降低[3 - 5]。與此同時(shí),快速成型模具加工技術(shù)正在不斷提高,并在制造商企業(yè)內(nèi)越來越受歡迎 [6 - 8]。在諾丁漢大學(xué)研發(fā)的快速成型注塑模具工具方面占有兩種優(yōu)勢(shì)。
第一種是在在應(yīng)力和溫度的極端條件下針對(duì)工具的設(shè)計(jì)可提供資料數(shù)據(jù),并能從不同的測(cè)試中獲取數(shù)據(jù), 類似于真實(shí)情況[9]。第二種是研發(fā)一種理論分析快速成型注塑模具過程的方法 [10]。這證明可使用少量的快速成型注塑模具成功生產(chǎn)五百個(gè)以上數(shù)量的工具零件。
作者:S. Rahmati的郵箱,rahmati@rapidtoolpart.com。英國拉夫堡大學(xué)快速生產(chǎn)研究小組的負(fù)責(zé)人和教授。
實(shí)驗(yàn)方法
在構(gòu)建快速成型注塑模具工具過程當(dāng)中,根據(jù)光固化快速成型250型號(hào)快速成型機(jī)上的CAD數(shù)據(jù),直接將環(huán)氧樹脂殼層嵌入到模具當(dāng)中。這些嵌入物正好通過鋼框架插入到鋼模具當(dāng)中,模具背面用鋁粉或是鋁薄片和環(huán)氧樹脂的混合物填充(圖1)。這些混合物額外增加了嵌入物力量并使模具具有散熱特點(diǎn)。使用50噸的巴頓菲爾注塑機(jī)測(cè)試快速成型工具,生產(chǎn)聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯零件。如圖2
彈簧澆注系統(tǒng)
快速成型模具
上內(nèi)模
腔鋼框架
模后填充材料
鐵心用鋼框架
頂出
針
快速成型模具下內(nèi)膜
圖1:快速成型模具工具鑲件橫截面
圖2:從快速成型工具取出后的模具狀態(tài)
模具加工過程當(dāng)中,測(cè)出型腔模具溫度和壓力,利用不同的熱電偶控制熔體溫度,以盡可能地確保型腔狀態(tài)保持一致。使用光學(xué)顯微鏡或是掃描電子顯微鏡檢測(cè)兩種模具斷裂樣本。裂縫的立方體用于橫截面和斷裂面的研究。裂縫當(dāng)中嵌入模具材料的立方體,使用鑄造材料鑄好,切割然后使用光學(xué)顯微鏡將其拋光,以便于檢測(cè)??墒牵褂脪呙桦娮语@微鏡研究立方體斷裂面和模心,導(dǎo)致快速成型模具工具出現(xiàn)失效機(jī)理。
注射壓力分析
在噴射器底部放上測(cè)壓軟件來檢測(cè)壓力剖面(如圖3)。
澆道套
模制
澆鑄道
噴射器內(nèi)角
模腔邊
噴射器中間
噴射器
測(cè)壓元件
模蕊側(cè)
噴射器中間
測(cè)壓元件電纜
圖3:噴射器和測(cè)壓元件的位置
在頂針施加的壓力將轉(zhuǎn)移到放置在噴射器另一末端的測(cè)壓元件上。取五個(gè)頂針其中的三個(gè),其中一放在噴射器中間,另外兩個(gè)放在噴射器拐角處,測(cè)量壓力。所有的測(cè)壓元件與數(shù)據(jù)記錄器連接,并用電腦操作。在注射過程中記錄的變化電壓轉(zhuǎn)換成為壓力。結(jié)果如圖4描繪所示,在噴射器中間達(dá)到最大噴射壓力1650 psi (11.4兆帕), 在噴射器拐角壓力下降到約1300psi(9兆帕)。
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個(gè)地方的壓力剖面
Corner Pressure 1
Middle Pressure
Corner Pressure 3
0 3 6 9 12 15 18 21 24
時(shí)間 (秒)
圖4. 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個(gè)地方的壓力剖面。
快速成型環(huán)氧樹脂模具工具相關(guān)溫度和材料的研究
圖5記錄了在周期時(shí)間內(nèi)的典型實(shí)際溫度,在開始下一次注射前,溫度達(dá)到451攝氏足夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成使模具冷卻過程。為了計(jì)算抗?jié)q強(qiáng)度和剪切應(yīng)力,需準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)樣品,規(guī)格按照ISO527測(cè)量剪切應(yīng)力,按照ISO179檢測(cè)沖擊強(qiáng)度。
120
100
80
60
40
模心1
模心2
模心3
模心4
型腔1
型腔2
型腔3
型腔4
20
0
0 100 200 300 400 500 600
時(shí)間 秒)
圖5:環(huán)氧樹脂模具工具內(nèi)逐次循環(huán)溫度變化
沖擊強(qiáng)度平均值被測(cè)定為28.4 kJ/m2 ,不同溫度平均值如圖6描繪所示。環(huán)氧樹脂拉力和剪切力測(cè)試結(jié)果如圖7所示。
100
90
沖擊強(qiáng)度
80
70
60
50
40
30
20
10 20 30 40 50 60 70 80 90
溫度 (攝氏度)
圖6:飽和環(huán)氧樹脂的不同溫度下相關(guān)的沖擊強(qiáng)度。
70 70
60 60
抗拉強(qiáng)度(MPa)
50 剪切應(yīng)力(MPa) 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
溫度 (°C)
圖7:快速成型環(huán)氧樹脂5170型號(hào)模具的相關(guān)溫度下的最大抗拉強(qiáng)度和最大剪切應(yīng)力
失效機(jī)理分析
當(dāng)塑膠被注入到在型腔時(shí),型腔內(nèi)突然壓力上升, 在成型周期期間內(nèi)腔壓力達(dá)到最高(圖4)。這種壓力表現(xiàn)出核心特征,這可能導(dǎo)致工具斷裂,如果超過材料的極限抗拉強(qiáng)度極限抗撓曲強(qiáng)度,圖8顯示了在注塑期間各種可能發(fā)生的情況,。在8(a),沒有失敗,8(b)中出現(xiàn)一個(gè)彎曲故障,8(c)有一個(gè)剪切破壞。瞬間彎曲應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致過程失敗,或是裂紋擴(kuò)展,疲勞失效。
立方體 模制
流動(dòng)方向
旋轉(zhuǎn)點(diǎn)
熔體壓力傳感器 熔體壓力傳感器
(a) (b) (c)
圖8:注射期間發(fā)生不同情況下示意圖,(a) 沒有失敗; (b) 玩去破壞; (c) 剪切失敗.
在注射過程中抗彎失敗
觀察到絕大多數(shù)失敗的情況是在彎曲應(yīng)力上。出現(xiàn)彎曲故障時(shí)注射壓力克服了工具的抗彎強(qiáng)度,致使繞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn),最終導(dǎo)致斷裂(圖8(b))。如果注射壓力超出了快速成型模具工具的抗彎強(qiáng)度這種情況可能會(huì)出現(xiàn),但通常抗彎失敗是由于使用次數(shù)過多 (圖9)。表1記錄了快速成型模具立方體的抗彎強(qiáng)度的相關(guān)理論計(jì)算。
Z
Y
X軸方向的彎曲應(yīng)力
X
a
h
Y
Y
中性軸
塑性流動(dòng)
圖9立方體壓力參量和迎風(fēng)氣流示意圖
表 1
快速成型模具立方體彎曲應(yīng)力
慣性矩 力矩 彎曲應(yīng)力 40 1攝氏度
撓曲強(qiáng)度
(m4) (N m) (Mpa) (Mpa)
立方體1 108 x 10—12 1.687 46.85 65.0
然而,在實(shí)踐當(dāng)中,產(chǎn)生了數(shù)以百計(jì)的快速成型模具工具零件失效情況,過高地估計(jì)理論模型的彎曲應(yīng)力。這兩個(gè)理由,第一,最小寬高比為10時(shí)彎曲應(yīng)力方可承擔(dān),而實(shí)驗(yàn)當(dāng)中高寬比為四。第二, 在注射過程中注射壓力施加應(yīng)該在在立方體的前面,但是現(xiàn)實(shí)中這種壓力施加在熔壓方塊的后面。
疲勞裂紋擴(kuò)展
圖10是一幅拍攝在實(shí)際故障發(fā)生前的制模斷面圖,圖中顯示的是在后續(xù)注射制模時(shí)真實(shí)的逆裂紋方向,也就是裂紋產(chǎn)生的相反方向。圖11顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的立方體的抗彎失敗圖,而圖10是經(jīng)過大量的鏡頭拍攝得到的。在快速成型模具工具在設(shè)置應(yīng)力集中時(shí)發(fā)生裂紋萌生,如尖銳的角度和階梯(此為快速成型模具工具零件固有性質(zhì))。
圖10:制模過程失敗前產(chǎn)生的多余的裂紋
圖11:抗彎失敗后裂紋擴(kuò)展圖
裂縫破壞的跡象如圖12所示,能看到在破裂面條紋形式排列,每條裂紋都代表裂紋擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。
圖12 掃描式電子顯微鏡下觀察到的斷裂面上的真實(shí)條紋
剪切破壞
剪切破壞在熔體流動(dòng)的方向剪切時(shí)出現(xiàn)。圖13展示了快速成型模具立方體的剪切斷面圖。值得注意的是,快速成形模具立方體是通過塑料流動(dòng)堆積而成的表2記錄了剪切應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果, 在操作期間產(chǎn)生快速成型工具的最大剪切應(yīng)力,均低于快速成型工具工具的抗剪強(qiáng)度。此外, 在表2最后一列所示注射溫度超過401攝氏度時(shí)快速成型工具可以被制做成功。圖14,描繪立方體各點(diǎn)最大剪切應(yīng)力的剪切應(yīng)力與平均剪切應(yīng)力比較,以及最大剪切應(yīng)力各點(diǎn)拋物曲線情形。
表 2
快速成型模具立方體個(gè)點(diǎn)剪切應(yīng)力
剪切面積 AS (mm2)
剪切力 V (N)
剪切應(yīng)力 tave (Mpa)
剪切強(qiáng)度(40 1攝氏度) (Mpa)
最高溫度 (1C)
立方體1
36
421.64
11.71
24.3
65.3
立方體2 2
30
421.64
14.05
24.3
61.5
立方體3 3
24
421.64
17.57
24.3
55.9
立方體4
18
421.64
23.42
24.3
46.4
?
?
N.A.
圖14:最大立方體底部剪切壓力分布圖
結(jié)論
該技術(shù)成功的關(guān)鍵是快速成形工具必須有極低的導(dǎo)熱系數(shù)和較短的注射時(shí)間 (圖15)。這兩個(gè)因素是快速成型注塑模具成功的關(guān)鍵, 可大多情況下都被忽略了。
圖15:注射期間壓力與溫度相關(guān)分布圖
工作的結(jié)果可歸納如下:
?使用環(huán)氧樹脂過以生產(chǎn)超500個(gè)零件,并且使用外間空氣冷卻型腔到451攝氏度。
?在注射過程中工具的失效歸因于塑料溫度。
?在注射過程中在工具韌性不好,或在工具溫度過高時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)失敗。
?經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算確認(rèn),在注射過程中大多是由于抗彎曲應(yīng)力失效而失敗。減少了長寬比的特征會(huì)降低工具抗彎曲失敗的現(xiàn)象。
?在注射過程中很少可能由于彎曲破壞而導(dǎo)致剪切應(yīng)力失效,由于快速成形工具要求特定條件,溫度超過401攝氏度才能注射。
參考文獻(xiàn)
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10. S. Rahmati, P.M. Dickens,注塑模具的失效分析,第八年度固體成形技術(shù),德克薩斯州,1997年,頁數(shù)295-305。
前 言
近年來,由于模具技術(shù)的迅速發(fā)展。模具設(shè)計(jì)與制造已成為一個(gè)行業(yè)越來越引起人們的關(guān)注。成為生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品不可缺少的工藝裝備。
作為二十一世紀(jì)的大學(xué)生,綜合方面的素質(zhì)越來越顯得重要,特別要從事模具專業(yè),畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的一個(gè)重要環(huán)節(jié),這是對(duì)我們大學(xué)階段智力的一次總檢驗(yàn)。更是我們受到集中培養(yǎng)和綜合設(shè)計(jì)能力,科研能力,創(chuàng)新能力的一次難得的機(jī)會(huì)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的有兩個(gè):一,讓學(xué)生撐握查閱資料與手冊(cè)的能力,能夠熟練運(yùn)用CAD進(jìn)行模具設(shè)計(jì);二,掌握模具設(shè)計(jì)方法和步驟,了解模具的工藝過程。
此次本人設(shè)計(jì)的課題是:注塑模的設(shè)計(jì)。此注塑件是電風(fēng)扇開關(guān)旋紐,體積小,形狀復(fù)雜,在設(shè)計(jì)過程中,本人通過了參考實(shí)際產(chǎn)品,了解塑件的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中查了很多資料。在設(shè)計(jì)過程中得到了何曉明等老師的精心指導(dǎo)和廣大同學(xué)的幫助,在此表示感謝。
X X 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
課 題 名 稱 電風(fēng)扇旋扭的塑料模具設(shè)計(jì)
學(xué) 生 姓 名
學(xué) 號(hào) 0231120114
院(系)、專業(yè) 機(jī)械工程學(xué)院模具專業(yè)
指 導(dǎo) 教 師
2005年 5 月 28 日
1
目 錄
第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 .................................. ........... . ............... ........1
第2章 塑件的工藝分析.................................. ............... ................2
第3章 注塑模的設(shè)計(jì)要點(diǎn)................................... ...........................3
第4章 注塑模的設(shè)計(jì)..................................... .................................4
第4.1節(jié) 成型零件的設(shè)計(jì)......................................... ............ .................4
第4.2節(jié) 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)................................... ..................... .....7
第4.3節(jié) 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).................................................. ....... .............8
第4.4節(jié) 澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)..................................... ............11
第4.5節(jié) 分型面的設(shè)計(jì)................................................................ ..... ......15
第4.6節(jié) 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).................................... . ................. ......16
第4.7節(jié) 模架的設(shè)計(jì).................................................... ..... . . . .............. 18
第4.8節(jié) 注射模與注射機(jī)的關(guān)系................................. ........... .............19
第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)........................ ........................... ...... .... ...........22
致 謝............................. . ......... ................ ........... ......... .....................23
參考文獻(xiàn)........................ ......................... . ........ ......... ..... . ................24
XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)書
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是電風(fēng)扇旋扭,它所要達(dá)到的要求:要能耐高溫,絕緣性要好,耐氣候性強(qiáng),剛性,韌性佳,通過對(duì)產(chǎn)品的各種性能分析,選用材料為ABS,該塑件的厚度為1mm,公差等級(jí)為IT5級(jí)。它是用來調(diào)節(jié)風(fēng)速和定時(shí)的,能夠滿足人們的熱天對(duì)風(fēng)力和吹風(fēng)長短要求,同時(shí)也起到美觀的作用。
設(shè)計(jì)要求:
根據(jù)工件的實(shí)際形狀與尺寸,設(shè)計(jì)一副注塑模把它生產(chǎn)出來,要求它的外表面比較光滑即表面粗糙度要求高。
通過對(duì)塑件外部造型、工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、對(duì)塑件進(jìn)行計(jì)算仿真和生產(chǎn)驗(yàn)證,也通過對(duì)分模線、塑件的壁厚、圓角、塑件的尺寸精度、脫模斜度進(jìn)行了綜合的考慮,工件的尺寸和形狀如下圖:
第2章 塑件的工藝分析
ABS塑料是由丙烯、丁二烯、苯乙共聚而成。ABS具有良好的綜合力學(xué)性能,ABS成型塑件時(shí)有較好的光澤。其密度為1.02~1.05g/cm3 . ABS還有很好的沖擊強(qiáng)度。ABS在升溫時(shí)粘度增高。所以成型時(shí)壓力增高。塑件的脫模角度宜稍大。ABS還易吸水,所以為了得到較好的塑件,在加工之前,還必須把它進(jìn)行干燥處理。要求塑件精度較高時(shí),可以控制模溫在50~ 600 C左右,熱水器的蓋要求它的外表面光澤,應(yīng)控制模溫在60~ 800C左右。
ABS塑料的收縮率為0.3%~0.8%,塑料的收縮率對(duì)塑件的質(zhì)量和形狀是一個(gè)很重要的參數(shù)。
取其制品精度IT5級(jí),要得到良好的塑件,不但要控制好塑料的收縮率,而且還要對(duì)模具質(zhì)量也很重要,一副較好的模具,模具加工容易,壽命較高,而且對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量得到很好的保證。
該工件是屬于薄壁塑件,且過渡角也不是很大,所以模具的型腔和型芯加工是比較難的。此塑件算是小型塑件,所以模架也不算大,并且精度也不是要求特別的高,所以采用一模多腔,這樣對(duì)提高生產(chǎn)效率是很有利的。
第3章 注塑模的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
ABS塑料它是屬于熱塑性塑料,該產(chǎn)品是通過注塑成型的。它的原理是將顆?;蚍蹱钏芰蠌淖⑺軝C(jī)的料中送進(jìn)加熱器中,經(jīng)加熱熔化,在受壓的情況下,把它注到成型的型腔中,再冷卻成型。注塑成型它的周期短,能成型復(fù)雜的、尺寸精確的制件。它的成型工藝過程包括如下:成型前的準(zhǔn)備,注塑過程,塑件后處理。由于ABS料它是屬于易濕的塑料,所以在加工前要把它進(jìn)行充分的干燥。注塑過程它是一個(gè)比較關(guān)鍵的進(jìn)程,各個(gè)步驟都要控制好,這對(duì)塑件的質(zhì)量和形狀起著至關(guān)重要的作用。注塑成型的核心問題是:就是采用措施得到良好的塑料熔體,并把它注塑到型腔中去,在控溫下,使塑件達(dá)到所求的質(zhì)量。溫度、注塑壓力、時(shí)間是其關(guān)鍵的工藝參數(shù)。
注塑模按結(jié)構(gòu)分為單分型、雙分型和多分型面,此塑件是采用側(cè)澆口工件較簡(jiǎn)單,因此采用單分型面的模具,又因?yàn)樵摴ぜ儆诒”谒芗?dāng)采用推桿,會(huì)把塑件容易頂壞。所以該工件采用推件板推出,容易保證塑件的質(zhì)量。注塑模包括:成型零部件、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支承零部件。只有處理好各個(gè)環(huán)節(jié)的制約關(guān)系,才能設(shè)計(jì)出一副較好的模具出來,一副模具設(shè)計(jì)出來,把它裝在注塑機(jī)上,還要通過校核,才能投入生產(chǎn)。因此注塑模與注塑機(jī)的關(guān)系也是至關(guān)重要。
第4章 注塑模的設(shè)計(jì)
第4.1節(jié) 成型零件的設(shè)計(jì)
成型零件是決定塑件的幾何尺寸和形狀的關(guān)鍵。成型零件它直接與高溫、高壓的塑料流接觸,因此成型零件要求具有較高的強(qiáng)度、剛度和耐磨性能。成型零部件,它包括:型腔、型芯、成型桿、和成型環(huán)等。該產(chǎn)品是IT5級(jí)精度制造的,產(chǎn)品外表面要求比較光滑,因此要求成型零件的拋光性能要好,表面應(yīng)該光滑美觀。表面粗糙度要求Ra0.4以下。型腔的材料選45鋼。淬火處理,使其達(dá)到硬度40HRC以上。
(1) 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):由于該塑件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,但要求其精度也要較高,要求其塑件不充許產(chǎn)生拼接線痕跡,經(jīng)過仔細(xì)的參考,該型腔采用整體式較為合理。其結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖所示:
查閱資料可得塑件的理想的外壁圓角半徑為塑件的壁厚的1.5倍。即R=1.5Xt,即R=1.5mm,該型腔的加工,先下料一塊為400X400X50mm的45鋼,然后在磨床上進(jìn)行磨削,使其達(dá)到應(yīng)有的光潔度,然后熱處理,使其達(dá)到硬度達(dá)到40HRC以上。成型的型腔可以在電火花機(jī)上加工得到所要的尺寸和精度,最后通過精磨和拋光,得到所要的型腔。
(2)型腔的工作尺寸計(jì)算:所謂工作尺寸就是指成型零件上直接用以成形塑件部位的尺寸。它主要包括型腔的徑向尺寸、型腔的深度、中心距等尺寸。它受到塑件的尺寸精度的影響。型腔的計(jì)算公式如下:
型腔的徑向尺寸計(jì)算 (LM)0δz=[(1+Scp)Ls-3/4△]0δz
=[(1+0.55/100)x52-3/4x0.013]0δz
=[52.286-0.00975]0δz
=[52.2765]0δz。
(L)0δz=[(1+Scp)Ls-3/4△]0δz
=[(1+0.55/100)x15-0.75x0.008]0δz
=[15.0765]0δz
其中LM是型腔的徑向尺寸,Scp是塑料的平均收縮率,△是塑件的公差值。查表得ABS塑料的最小收縮率為0.3%,最大的收縮率為0.8%,由公式得Scp=(0.3%+0.8%)/2得Scp為0.55,至于塑件的精度,在此到△的系數(shù)為0.75,當(dāng)塑件的精度不同時(shí)會(huì)有變化。
型腔的深度尺寸計(jì)算:
(HM)0δz=[(1+Scp)Hs-2/3△]0δz
=[(1+0.55/100)x26-0.009x2/3]0δz
=[26.143-0.006]0δz
= [26.136]0δz
其中HM為型腔的深度尺寸,△的系數(shù)取2/3。
塑件的字體是通過在型腔上做相反的字,它的深度為0.3mm,它是通過金雕工藝,把它雕到上的,因此在這里不詳細(xì)說明是怎么樣生產(chǎn)出來的。
(3)型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
型芯是成型塑件的內(nèi)表面的的零件。此塑件它有兩個(gè)小孔,它是用小型芯來成型,主型是用來成型塑件的內(nèi)壁,塑件的內(nèi)表面精度要求要稍微低一些,因此型芯的加工可以稍稍粗糙點(diǎn)。該芯采用整體式,它結(jié)構(gòu)牢固,它固定在動(dòng)模固定板上。其形狀和尺寸如下圖:所示:
其工件角度都是通過核算而得到的。型芯選45鋼,淬火處理,使其硬度達(dá)到40HRC以上,以保證其硬度,不使它在加工時(shí),變彎、變軟。它的加工過程是,先取一段φ60x40的一塊圓棒料,開始在車床上車削,然后進(jìn)行熱處理,再進(jìn)行電火花加工,使其達(dá)到所要求的形狀和尺寸,最后進(jìn)行磨和拋光。
型芯的尺寸計(jì)算:
型芯的徑向尺寸:(LM)-δz0=[(1+Scp)Ls+3/4△]-δz0
=[(1+0.55)x50+0.75x0.011]-δz0
=[50.2835]-δz0
(LM)-δz0=[(1+Scp)Ls+3/4△]-δz0
=[(1+0.55/100)x13+0.75x0.008)]-δz0
=[13.0775]-δz0
其上面字母所表示的意義和型芯的字母是一樣的。型芯的高度尺寸計(jì)算如下:
(HM)=[(1+Scp)Hs+2/3△]-δz0
=[(1+0.55/100)25+2/3x0.006]-δz0
=[25.1425]-δz0
塑件中心距的尺寸計(jì)算:
(LM)-δz0=(1+Scp)Ls ±δ/2
=(1+0.55/100)x26±δ/2
塑件理想的內(nèi)角圓半徑應(yīng)為塑件壁厚的1/3以上。所以取內(nèi)角圓半徑為0.5mm.
型腔由于受到熔體的高壓作用,應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果型腔側(cè)壁和厚度過下,則會(huì)引起溢料和出現(xiàn)飛邊,這樣就降低了塑件的精度,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響脫模。因此還要計(jì)算側(cè)壁和底板的厚度。
模具型腔的壁厚的計(jì)算,應(yīng)以最大的壓力為準(zhǔn)。此塑件是屬于小尺寸塑件,為了防止其彈性變形,其內(nèi)應(yīng)力超過許用應(yīng)力,強(qiáng)度不足是主要原因,因此應(yīng)以強(qiáng)度計(jì)算。
這個(gè)零件可以近似看作圓形件。型腔側(cè)壁的計(jì)算如下:
S=r{{([σ]/([σ]-2P))}1/2}
S是側(cè)壁厚度。P是型腔壓力,[σ]模具材料的許用應(yīng)力。r型腔半徑。經(jīng)算得,圖中型腔的壁厚已經(jīng)足夠。
型腔的厚度計(jì)算公式如下:
h=1.1rx(p/[σ])1/2
其中:h型腔的高度,r型腔的半徑。經(jīng)算得15mm已經(jīng)滿足要求了。
型腔動(dòng)模支承板的厚度的計(jì)算。因?yàn)樵撔颓皇遣捎谜w式型腔,動(dòng)模墊塊厚度的選擇顯得較為自由。
S=3.14xR2
=3.14x26x26
=21.22cm2
由教材上的書161頁的表5-18查得墊塊為20~25mm.本副模具選厚度為25mm.
第4.2節(jié) 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)模或上下模合模時(shí),正確定位和導(dǎo)向的零件。本副模具是采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)它起到的作用有:定位作用、導(dǎo)向作用、承載作用、保持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的作用。
導(dǎo)柱導(dǎo)向通常是由導(dǎo)柱和導(dǎo)套的間隙配合而組成的。
導(dǎo)柱分帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱。因?yàn)樵摦a(chǎn)品是成批量的生產(chǎn),導(dǎo)柱經(jīng)常運(yùn)動(dòng),容易磨損,所以采用導(dǎo)套,這樣導(dǎo)套壞了,可以隨時(shí)更換。小型模具采用帶頭導(dǎo)柱。
導(dǎo)柱的技術(shù)要求包括:導(dǎo)柱的長度、形狀、材料、數(shù)量及布置。此副模具把導(dǎo)柱設(shè)在動(dòng)模一側(cè),這樣有利于推桿的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)柱固定端與模板之間采用H7/m6,而導(dǎo)柱與導(dǎo)套采用H7/f7的間隙配合。導(dǎo)套也分直導(dǎo)套和芾頭導(dǎo)套。其用法與導(dǎo)柱的用法一樣。導(dǎo)套的技術(shù)要求的技術(shù)要求包括:導(dǎo)套的形狀、導(dǎo)套的材料、及固定形式及配合精度。導(dǎo)套采用H7/r6配合鑲?cè)肽0濉?
導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖所示:
取導(dǎo)柱的長度為100mm,導(dǎo)柱的材料選T8A,淬火處理到55~60HRC,導(dǎo)柱的前端做成錐臺(tái)形,這樣是為了導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套,導(dǎo)柱固定端粗糙度Ra為0.8,導(dǎo)向部分Ra為0.4該導(dǎo)柱的布置采用等直徑導(dǎo)柱對(duì)稱分布,但是為了在合模時(shí)要注意。
導(dǎo)套采用直導(dǎo)套,這樣簡(jiǎn)單易制作,而且也適用。其結(jié)構(gòu)和形狀如圖所示:
導(dǎo)套的前端倒圓角,是為了讓導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套。材料通常也采用T8A,熱處理,使其硬度達(dá)到一定硬度,以利于耐磨。粗糙度為Ra為0.8,固定采用H7/r6配合鑲?cè)肽0濉?
第4.3節(jié) 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
使塑件從成型零件上脫出的機(jī)構(gòu)稱之為推出機(jī)構(gòu)。本副模具是通過注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu),把力傳給推板,然后通過通過固定板,再通過推桿,最后傳給推件板,把塑件推出的。推出零件常分為推件板、推桿、推管、成型推桿等。此副模具所設(shè)計(jì)的塑件是屬于薄壁塑件,而且在推出時(shí)不允許有推出痕跡,所以該模具采用推件板推出,這樣有利于保證塑件的精度。此模具的設(shè)計(jì)也要滿足一般推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則:塑件滯于動(dòng)模一側(cè),這樣有利于設(shè)計(jì)推出推出機(jī)構(gòu),以致于使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、防止塑件變形、力求良好的塑個(gè)外觀、結(jié)構(gòu)可靠、脫模時(shí)工作可靠,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),制造方便,更換容易。
脫模力的計(jì)算: Ft=Fb
Fb=AP
=3500x10-9x3x107
=105N
其中Ft是脫模力,F(xiàn)b是塑件對(duì)型芯的包緊力,P為塑件對(duì)型芯的單位面積的包緊力。模外冷卻取P約為2.4~3.9x107Pa,模內(nèi)冷卻約取0.8x1.2x107Pa,由此式可以得到,當(dāng)塑件越大,對(duì)型芯的包緊面也越大,因此脫模力也越大,在模內(nèi)脫出所需的脫模力要少于模外脫出的脫模力。但模內(nèi)脫模容易使塑件容易變形,因此該模選用模外脫模。
此副模具采用簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)。它需要設(shè)計(jì)推桿、推件板、推桿固定板、推板等的設(shè)計(jì)。
推桿的設(shè)計(jì):此模具由于塑件是圓形件,各處的脫模力是一樣的,為了各處平衡,設(shè)計(jì)推桿時(shí)應(yīng)均勻布置推桿。這樣使系統(tǒng)就顯得比較平衡了,增加了推桿的壽命。推桿的直徑的設(shè)計(jì),其尺寸和結(jié)構(gòu)如下圖:
推桿在推推件板時(shí),應(yīng)具有足夠的剛性,以承受推出力,條件充許的話,盡可以把推桿的直徑設(shè)得大一點(diǎn)。經(jīng)過仔細(xì)的推算,選推桿的直徑為10,為了保持推桿在工作時(shí)具有一定的穩(wěn)定性,把它進(jìn)行校核。由公式:
直徑d=φ(L2Q/nE)1/4
=1.5(1202105/4x2.2x105)<10
取直徑為10mm,已經(jīng)足夠了。
進(jìn)行強(qiáng)度校核:
σ=4Q/nx3.14d2≤σs
=4x105/4x3.14x102
=410/1256<σs
說明它的強(qiáng)度是滿足的。其中d是推桿直徑,φ是安全系數(shù),通常取1.5,L是推桿長度,Q是脫模阻力,E彈性模量,n是推桿的根數(shù),σs是推桿的屈服極限,推桿的材料選用T8A,淬火處理。
推桿的固定形式,推桿直徑與模板上的推桿孔采用H8/f7r的間隙配合。推桿的工作端面的配合部分的表面粗糙度Ra為0.8。
推件板的由一塊與型芯按一定的配合精度相配合的模板,它是在塑件的周邊端面上進(jìn)行推出,因此,作用面積大,推出力大,且均勻,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),并且在塑件上沒有推出痕跡。推件應(yīng)與型芯呈錐面配合,這樣可以降低運(yùn)動(dòng)磨擦,推件板與型芯的配合,以不產(chǎn)生溢料為準(zhǔn),否則推件板復(fù)位困難,并且有可能造成模具損壞。推件板復(fù)位后,推板與動(dòng)模座板之間應(yīng)有2~3mm的空隙。
推件板的厚度計(jì)算:對(duì)于筒形或圓形,推件板受力狀況可以簡(jiǎn)化為“圓環(huán)形平板周界到集中的載荷?!卑磸?qiáng)度計(jì)算可得厚度為:
h=(K2Q/[σ])1/2
=(0.1x105/220)1/2<20mm
所以對(duì)推件板采用20mm,已經(jīng)足夠了。其中h是推件板的厚度,K2是系數(shù),Q是脫模阻力。對(duì)于推件板,雖然推出的效果要比推桿好,但是當(dāng)型芯和推件板的配合不好,則在塑件上會(huì)出現(xiàn)毛刺,而且塑件還有可能會(huì)滯在推件板上。在推出過程中,由于推件板和型芯有磨擦,所以推件板也必須進(jìn)行淬火處理,以提高其耐磨性。推件板的材料選用T8A,淬火處理,使其硬度達(dá)到55~60HRC,提高其耐磨性。
此副模具是采用潛伏式澆口,開模時(shí),塑件包在動(dòng)模型芯上,并且隨動(dòng)模一起移動(dòng),所以它采用單分型面,這樣當(dāng)動(dòng)模移動(dòng),潛伏澆口被切斷,而分流道、澆口和主流道凝料在冷料井倒錐穴的作用下,拉出定模而隨動(dòng)模移動(dòng)。
推桿固定板的設(shè)計(jì),其結(jié)構(gòu)和尺寸如圖:
推桿固定板它只要滿足它的強(qiáng)度和剛度則就可以滿足需要。它的粗糙度要求可以比較低。它是起到固定推桿的作用。
推板的設(shè)計(jì)主要從它的強(qiáng)度和剛度去考慮,只要滿足了,則就可以了。經(jīng)核算推桿固定板和推板它們的厚度均為20mm,都采用T8A,淬火處理,使其硬度達(dá)到50~55HRC.
第4.4節(jié) 澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)它是獲得優(yōu)良性能和理想外觀的塑件以及最佳的成型效率有直接影響。 此塑件采用普通流道系統(tǒng),它是主由流道、分流道、澆口、冷料穴組成的。澆注系統(tǒng)是一副模具的重要的內(nèi)容之一。從總體來說,它的作用可以作如下歸納:它是將來自注塑機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸教送到型腔,同時(shí)使型腔的氣體能及時(shí)順利排出,在塑件熔體填充凝固的過程中,將注塑壓力有效地傳遞到型的各個(gè)部位,以獲得形完整、內(nèi)外在質(zhì)量優(yōu)良的塑件制件。
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一般原則:了解塑件的成型性能和塑件熔料的流動(dòng)特性。采用盡量短的流程,以降低熱量與壓力損失。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該有利于良好的排氣,澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利填充型腔。便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量。確保均勻進(jìn)料。
主流道的設(shè)計(jì):
主流道是澆注系統(tǒng)中從注塑機(jī)噴嘴與模具的部位開始,到分流道為止的塑件熔體的流通通道。在注塑機(jī)上,主流道垂直分型面。為了使凝料從其中順利推出,需設(shè)計(jì)成圓錐形,錐角為20~60,表面粗糙度Ra<0.8μm,主流道部分在成型過程中,其小端入口處與注塑機(jī)及一定溫度、壓力的塑料熔體要冷熱交替反復(fù)接觸,屬易損件,對(duì)材料的要求較高,因而模具的主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆。一般采用碳素工具鋼即T8A、T10A等。把它熱處理到53~57HRC。取主流道的球面半徑為15.5mm.
分流道的設(shè)計(jì):
分流道是指主流道末端與澆口之間的通道。此副模具采用圓形的截面形狀,對(duì)于壁厚小于3mm,質(zhì)量在200g以下的塑件,截面的直徑可采用如下的的經(jīng)驗(yàn)公式:
D=0.2654W1/2L1/4
=0.2654x15x61/4
=1.6mm
其中D是分流道的直徑,L是分流的長度,W是塑件的質(zhì)量,此副模具選分流道的截面積為D=2mm,由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻,只有中心部位的塑料的熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想,因而分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra要求比較高,一般取1.6um左右。分流道在分型面上的布置的形式,它必須遵循以下兩方面的原則,即一方面排列緊湊,縮小模具板面的尺寸,一方面流程盡量短,鎖模力力求平衡,該模具采用平衡式的分流道。
分流道的布置:
分流道的布置也根據(jù)型腔的位置而定,型腔位置確定要考慮模具在分型面上力的平平衡問題,它的要求是反作用力,以及鎖模力就作用于主流道中心。根據(jù)流體力學(xué)和熱力學(xué)原理可知,圓形橫截面流動(dòng)陰力最小,熱量損失小,熔體降溫最慢,因此分流道選用圓柱形,設(shè)計(jì)是一模四穴平衡式布局,保證各型腔均勻地進(jìn)料。
澆口的設(shè)計(jì):
由塑料、橡膠成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得澆口的各尺寸如下:
b=(0.6~0.9)A1/2/30
=0.6×55001/2/30
=1.4mm
t=(1/3)b
=0.45mm
澆口亦稱進(jìn)料口,是連接分流道與型腔的通道。它是整個(gè)澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵的部位,也是最薄點(diǎn)。其形狀、大小及位置應(yīng)根據(jù)塑件大小、形狀、壁厚、成型材料及塑件技術(shù)要求等進(jìn)行而確定。澆口分限制性澆口和非限制性澆口,該塑件采用的是限制性澆口,它一方面通過截面積的突然變化,使分流道輸送來的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度,提高剪切速率,有利于塑料進(jìn)入,使其充滿型腔。另一方面改善塑料熔體進(jìn)入型腔的流動(dòng)特性,調(diào)節(jié)澆口尺寸,可使多型腔同時(shí)充滿,可控制填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及塑件表面質(zhì)量,,同時(shí)還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流,并便于澆口凝料與塑件分開的作用。
此副模具,開模時(shí),澆口即被自動(dòng)切斷,流道凝料自動(dòng)脫落,模具采用二板式的結(jié)構(gòu)。ABS具有良好的力學(xué)性能,它適用于采用側(cè)澆式澆口,塑件從邊緣進(jìn)料,能夠提高生產(chǎn)率,并去除澆口方便,有利于熔體流動(dòng)和補(bǔ)縮口,有利于型腔內(nèi)氣體的排出,減少塑件熔接痕,增加熔接強(qiáng)度。它在推出時(shí),由于澆口及分流道成一定角度,形成了能切斷澆口切口,這一切口所形成的剪切力可以將澆口自動(dòng)切斷。
澆口的位置的確定:
設(shè)計(jì)中,澆口的位置及尺寸的要求是比較嚴(yán)格的,初步試模,必要時(shí)還需要修改。因此澆口的位置的開設(shè),對(duì)成型性能及成型質(zhì)量的影響是很大的。一般在選擇澆口位置時(shí),需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝及特征,成型質(zhì)量和技術(shù)要求,綜合分析。一般要滿足以下原則:
(1) 盡量縮短流動(dòng)距離。
(2) 澆口應(yīng)開設(shè)在塑件的壁厚。
(3) 必須盡量減少或避免產(chǎn)生熔接痕。
(4) 應(yīng)有利于型腔中氣體的排除。
(5) 考慮分子定向的影響。
(6) 避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)。
(7) 不在承受彎曲沖擊載荷的部位設(shè)置澆口。
(8) 澆口位置的選擇應(yīng)注意塑件的外觀質(zhì)量。
經(jīng)過仔細(xì)的考慮,該塑件是等壁塑件,又為了不影響塑件的外觀,該塑件采用側(cè)澆口,它能保證塑料迅速而且均勻充滿型腔。而且還有利于氣體的排除。
澆注系統(tǒng)的平衡:
該塑件是屬于小型塑件,采用一模多腔,這樣有利于提高生產(chǎn)效率。但是在設(shè)計(jì)時(shí)是否能同時(shí)達(dá)到充滿型腔的目的。這就要對(duì)澆注系統(tǒng)的平衡。若澆口平衡則可以得到良好的物理和較精度尺寸的塑件。
分流道的布置分平衡式和非平衡式。平衡式是指從主流道到各分流道,其長度、截面形狀和尺寸均對(duì)應(yīng)相等。非平衡式即上述的參數(shù)不相等。
澆口的平衡的經(jīng)驗(yàn)公式如下:
BGV=AG/(LR)1/2LG
其中: AG澆口的截面面積;
LR從主流道中心至澆口的流動(dòng)通道的長度;
LG澆口的長度;
此副模具是采用平衡式的,其上面的數(shù)據(jù)是一樣的,所以澆口是平衡的。
為了更加精確得到澆口的平衡,可以采用以下公式:
k=s/(lXe1/2)
=3.14x(2.5/2)2/(0.8Xe1/2)
由式得:
K1/K2=M1/M2=(s1l2e1/2)/(s2l1e1/2)
其中:k是澆口平衡系數(shù);S澆口的橫截面面積;
L是澆口的長度,e 是主流道至型腔澆品的距離;
分流的平衡的計(jì)算:
l1/l2=d1/d2=Q1/Q2
=1.6/1.6=15/15
=1
由于采用是一模兩腔的,且采取的是平衡式的澆口,所以分流道的長度、和分流道的截面積尺寸也是一樣的。上式的式子它沒有考慮到分流道轉(zhuǎn)彎部分阻力的影響,以及模具濕度不均勻的影響。
其中:L1、L2是流道1和2的長度。
D1,d2 是流道1和2的直徑。
Q1 、Q2 別是塑料熔體在流道1和2的流量。
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后,還要對(duì)澆口平衡進(jìn)行試模。其步驟如下:
(1) 首先將各澆口的長度和厚度加工成對(duì)應(yīng)相等的尺寸。
(2) 試模后檢查每個(gè)型腔的塑件的質(zhì)量。
(3) 將后充滿的型腔的澆口的寬度略為修大一點(diǎn),盡可能不改變澆口厚度,因?yàn)闈?
口厚度不一,則澆口冷凝封固時(shí)間也就不一樣。
(4) 用同樣的工藝條件重復(fù)上述步驟直到滿意為止。
冷料穴的設(shè)計(jì):
用一個(gè)井穴將主流道延長以按收冷料,防止冷料進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔,把這一用來容納注射間隔產(chǎn)生的井穴稱為冷料穴。
冷料穴一般設(shè)計(jì)在主流道對(duì)面的動(dòng)模板上,其標(biāo)稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些。深度約為直徑的1~1.5倍。冷料穴除了具有容納冷料的作用外,同時(shí)還具有在開模時(shí)將主流道和分流道的冷料勾住,使其保留在動(dòng)模一側(cè),便于脫模。
排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì):
ABS料在熔化時(shí),會(huì)產(chǎn)生氣體,所以當(dāng)塑料在充滿型腔時(shí)及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣,如果在型腔中不及時(shí)排除干凈,可以會(huì)在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等缺陷。另一方面氣體的受壓產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度,還可能造成塑件碳化或燒焦。注射成型時(shí)的排氣可采用如下四種方式排氣:
(1) 利用配合間隙排氣;
(2) 在分型面上開設(shè)排氣槽排氣;
(3) 利用排氣守排氣;
(4) 強(qiáng)制性排氣;
該模具是采用利用配合間隙排氣。其間隙值約為0.03~0.05mm.它常用于中小型的簡(jiǎn)單模具。
第4.5節(jié) 分型面的設(shè)計(jì)
打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)的凝料的面,稱之為分型面。分型面的設(shè)計(jì)它受到塑件的形狀、壁厚、和外觀、尺寸精度、及模具型腔的數(shù)目等諸多因素的影響。
型腔數(shù)目的確定及布置。根據(jù)塑件的精度確定型腔的數(shù)目:
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每增加一個(gè)型腔,塑件的精度就要下降4%左右,該塑件它要求它的精度比較高,根據(jù)《塑料模具技術(shù)手冊(cè)》,得到經(jīng)驗(yàn)公式:
n=(x-δL/100)÷[(δL/100)x(4/100)]
=2500x/δL-24
=(2500x0.013)/(0.05x25)-24
=26-24
=2
所以確定模具的型腔為2。其中x是塑件尺寸的公差,δ%是料的收縮率,ABS料取0.05%,L是塑件的基本尺寸。
型腔的布局:
由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān),因而型腔的排布在設(shè)計(jì)中加以綜合考慮。型腔的排布應(yīng)使每個(gè)型腔都通過澆注系統(tǒng)從壓力中等分所得的足夠壓力,以保證塑件熔體同時(shí)均勻地充滿每個(gè)型腔。該模具采用的平衡式,其結(jié)構(gòu)裝配圖所示。
分型面設(shè)計(jì):
該模具采用的是單分型面的模具,其分型分面的設(shè)計(jì)原則就滿足以下幾項(xiàng)原則:
(1) 塑件的脫模;
(2) 保證的塑件的質(zhì)量。該模具采用在最大圓周上,保證了塑件的外觀;
(3) 便于模具加工,該模具采用在圓周上分型,模具的型腔容易在電火花上加上,型芯也易于加工;
(4) 對(duì)成型面積的影響;
(5) 對(duì)排氣效果的影響;
該模具的成型面的設(shè)計(jì)可以見裝配圖,它基本符合上述要求。
第4.6節(jié) 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注射模具的溫度設(shè)計(jì)是否恰當(dāng),不僅影響塑件的質(zhì)量,而且對(duì)生產(chǎn)效率、充模流動(dòng)、固化定型都有重要影響。
模具對(duì)塑件質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1、改善成形性 2、成形收縮率 3、塑件變形 4、尺寸穩(wěn)定性 5、力學(xué)性能 6、外觀質(zhì)量。
當(dāng)大批量的生產(chǎn)時(shí),而且又要滿足塑件的質(zhì)量要求時(shí),增多型腔是不現(xiàn)實(shí)的。這時(shí)提高生產(chǎn)率顯得尤其重要了。而提高生產(chǎn)率又與模具溫度的控制有密切關(guān)系。生產(chǎn)效率主要取決于冷卻介質(zhì)(一般是水)的熱交換效果。因此縮短注射成形周期的冷卻時(shí)間是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。
根據(jù)牛頓冷卻定律,冷卻介質(zhì)從模具帶走的熱量為:
Q=αA△Tθ’
=8.2x4.45x10-2x40x6
=88J
其中:α是冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)間的傳熱系數(shù);
A冷卻管道壁的傳熱面積;
△T模具與冷卻介質(zhì)溫度之差值;
θ’冷卻時(shí)間。(s)。
由上述式子可得,當(dāng)需傳遞熱量不變時(shí),可通過以下三條途徑來縮短冷卻時(shí)間。
(1) 高傳熱系數(shù)α。
α=φ(ρv)0.8/d0.2
=7.5x(1x2)0.8/100.2
=8.2
φ是冷卻介質(zhì),ρ是冷卻介質(zhì)在該溫度下的密度,d是冷卻管道直么,v是冷卻介質(zhì)的流速。由上式得,只有提高冷卻介質(zhì)的流速,便可達(dá)到傳熱系數(shù)。
(2) 高模具與冷卻介質(zhì)間的溫差△T
△T=Tw-Tθ
=60-20
=40℃
式中Tw是模具溫度。Tθ是冷卻介質(zhì)的溫度。一般模溫是一定,為了提高溫差△T,有利于縮短冷卻時(shí)間。從而提高生產(chǎn)率。
(3) 增大冷卻介質(zhì)的傳熱面積A。
A=nx3.14dL
=4x3.14x10x355
=44588mm2
L模具上一根冷卻水孔的長度。d 是冷卻通道的直徑。n 是模具開設(shè)冷卻通道孔數(shù)。顯然,應(yīng)在模具上開盡可能多的冷卻通道,以增大傳熱面積,縮短冷卻時(shí)間,達(dá)到提高生產(chǎn)生產(chǎn)效率。
冷卻時(shí)間的計(jì)算:影響冷卻時(shí)間的因素有如下:1、模具材料 2、冷卻介質(zhì)溫度和及流動(dòng)狀態(tài) 3、模塑材料 4、塑件壁厚 5、冷卻回路的設(shè)計(jì) 6、模具溫度。
冷卻時(shí)間指塑料熔體從充滿型腔時(shí)起到可以取出塑件時(shí)止這一段時(shí)間。本副模具采用塑件截面內(nèi)平均溫度達(dá)到規(guī)定的脫模溫度時(shí),所需冷卻時(shí)間的簡(jiǎn)化計(jì)算公式:
θ’=[t2/(3.142k)]In[8(Tm-Tw)/3.142(Ts-Tw)]
=[12/3.1422.7×10-7In[8(200-60)/3.142(80-60)]
=4s
其中:式中θ’是塑件所需冷卻時(shí)間;t 是塑件的厚度t=1mm;k 是塑件的熱擴(kuò)散率;k=2.7x10-7m2/s。Tm是塑料熔體溫度;Ts塑件脫時(shí)的截面內(nèi)平均溫度;Tw是模具溫度,ABS料時(shí)模具溫度為60℃。
冷卻水的進(jìn)出口溫差由下式校核:
t1-t2=Gx△i/900×3.14x102Cρv
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則:
(1) 冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大;
(2) 冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等;
(3) 澆口處加強(qiáng)冷卻;
(4) 冷卻水道出、入口溫差應(yīng)盡量?。?
(5) 冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置;
(6) 冷卻水道盡量避免在塑件的熔接痕處;
(7) 合理確定冷卻水接頭位置。
第4.7節(jié) 模架的設(shè)計(jì)
模架技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn),是指在模具設(shè)計(jì)中和制造中所應(yīng)遵循的技術(shù)規(guī)范、基準(zhǔn)、和準(zhǔn)則。它具有以下定義:
(1) 減少了模具設(shè)計(jì)者的重復(fù)性工作;
(2) 改變了模具制造行業(yè)“大而全,小而全”的生產(chǎn)局面,轉(zhuǎn)為專業(yè)生產(chǎn);
(3) 模具的標(biāo)準(zhǔn)化是采用CAD/CAM技術(shù)的先決條件;
(4) 有利于模具技術(shù)的國際交流和模具出口。
該模具的模架采用A3型,它適應(yīng)于單分型面的模具的推件板的推出機(jī)構(gòu),且可以用潛伏式澆口。其圖可見其裝配圖。根據(jù)《塑料模具技術(shù)手冊(cè)》表9-16的中小型模架的尺寸組合系列:選A3型中的編號(hào)為17號(hào)的它的各個(gè)參數(shù)如下:
采用A3-355459-17-Z1 GB/T 12556-90:
模寬B=355mm,模長L=459mm;
模板A=40mm ,材料45鋼;
模板B=25mm,材料Q235鋼;
墊塊C=100mm ,材料T8A;
推件板的厚度為20mm,T8A,前面已經(jīng)說明了,型芯固定板的厚度為20mm,采用45鋼。
動(dòng)模座板的高度為32mm,它的材料為40Cr鋼,定模座板的高度為32mm,它的材料也為40Cr鋼。
模架的總高度計(jì)算得:
H=32+32+20+20+A+B+C
=32+32+20+20+40+25+100
=269mm
經(jīng)校核模具的強(qiáng)度和剛度都是足夠的。且模架的大小也適中,經(jīng)核算選用該模架是較為合理的。
第4.8節(jié) 注射模與注射機(jī)的關(guān)系
型腔的數(shù)量的確定和校核:此副模具選用的是SZ-320/1250的注射機(jī)。其中技術(shù)規(guī)格見《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的235頁?,F(xiàn)詳述如下:這是由上海第一塑料機(jī)械廠生產(chǎn)的:
理論注射量為335cm3,
螺桿直徑D=48mm,
注射壓力145Mpa,
注射速率v=140g/s,
塑化能力 19g/s,
螺桿轉(zhuǎn)速 v=10~200r/min,
鎖模力 F=1250KN,
拉桿內(nèi)間距 d=415x415mm,
移模行程 s=360mm,
最大模具厚度 d=550mm,
最不模具厚度 d=150mm,
鎖模形式為雙曲肘,
模具定位孔直徑為D=φ160mm,
噴嘴球半徑 d=SR15。
由注射機(jī)料筒塑化速率確定型腔數(shù)量n得:
n=2≤(KMt/3600-m2)/m1
≤(0.8x19x3600x6/3600-40)/15
≤3.4
其中n是型腔數(shù)目,K是注射機(jī)的最大注射量的利用系數(shù),取0.8,M是注射機(jī)的額定塑化量,t 是成型周期,此時(shí)取6s(因?yàn)樵谏厦嫠懔怂芗睦鋮s時(shí)間為4s,它占整個(gè)周期的2/3.)m2 是澆注系統(tǒng)的塑料的質(zhì)量體積。型腔數(shù)為2符各要求。
注射量的校核:
由公式得: nm1+m2≤80%m
2x15+40≤80%x335/1.02
70≤262
其中:m 是注射機(jī)充許的最大注射量,1.02是ABS的密度。所以能保證注射模內(nèi)所需熔體總量在注射機(jī)的最大注射范圍內(nèi)。
塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核;
經(jīng)算得,塑件在分型面的投影面積和澆注系統(tǒng)在模具分型面的投影面積之和最多不超過5500mm2,在此就作5500mm2。
由鎖模力的校核公式得:
(nA1+A2)P
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