塑料成型工艺与模具设计概要模板.doc
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1、塑料成型工艺和模具设计课程设计李平 编目 录 模具设计51 确定模具结构形式52 确定型腔数量及排列形式53 分型面确实定:64 注射机型号确实定64.1 注射机选择64.2注射成型工艺参数64.3注塑机校核75浇注系统设计85.1 浇注系统设计标准85.2 浇注系统组成95.3 浇注系统作用95.4 浇注系统各部件设计95.5浇口设计115.6浇注系统平衡125.7 浇注系统凝料体积计算125.8 注塑时间计算135.8 排气系统设计136成型零件结构设计和计算146.1成型零件钢材选择146.2成型零件工作尺寸计算156.3 成型零件强度、刚度校核177模架确实定和标准件选择188 合模导
2、向机构设计198.1 合模导向零件机构作用198.2 导向机构设计199脱模推出机构设计209.1 推出机构组成209.2 推出机构分类209.3 推出机构设计标准209.4 脱模力计算219.5合模导向机构设计2210 侧向分型和抽芯机构设计2310.1 侧向抽芯机构分类及特点2310.2 本模具侧抽芯设计2310.3 斜滑块侧抽芯机构2411注射模温度调整系统设计2511.1 冷却系统设计标准2511.2 冷却系统简单计算26参考文件注射机选择完整注射成型工艺过程,按其前后次序应包含:成型前准备、注射过程、塑件后处理等。1、成型前准备 为使注射成型过程能顺利进行,并确保塑料制件质量,在成型
3、前应做部分必需准备工作,包含:a.原料检验和预处理,在成型前应对原料进行外观(如色泽、颗粒大小、均匀度)及工艺性能(如流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等)检验;b.料筒清洗;c.嵌件预热;d.脱模剂选择。 2、注射过程 完整注射过程包含加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模多个步骤。其流动情况又可分为充型、保压、倒流和浇口冻结后冷却四个阶段。3、塑件后处理 塑件在成型过程中,因为塑化不均匀或因为塑料在型腔中结晶、定向和冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致,或因其它原因使塑件内部不可避免地存在部分内应力而造成在使用过程中变形或开裂。所以常需要进行合适后处理以消除存在内应力,改善塑件性能和提升尺寸稳
4、定性。其关键方法是退火和调湿处理。注射成型工艺参数 注射成型工艺关键问题,就是采取一切方法以得到塑化良好塑料熔体,并把她注射到型腔中去,在控制条件下冷却定型,使塑件达成所要求质量。在塑料成型过程中,工艺条件选在和控制是确保成型顺利进行和塑件质量关键原因。关键工艺条件是影响塑化流动和冷却温度、压力、和对应各个作用时间。温度:注射成型过程中需要控制温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度关键影响塑料塑化和流动;以后一个温度关键是影响塑料流动和冷却。压力:注射模注射过程中需要控制压力包含塑化压力、注射压力和型腔压力三种,它们直接影响塑料塑化和塑件质量。1、塑化压力 塑化压力又称为背压,是指采
5、取螺杆式注射成型时,螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到阻力。2、注射压力 注射机注射压力是指在注射成型时,柱塞或螺杆头部单位面积对塑料熔体所施加压力。在注射机上常见表压指示注射压力大小,其大小取决于塑料品种、注射机类型、模具浇注系统情况、模具温度、塑料复杂程度和壁厚和步骤大小等诸原因,极难具体确定,通常要经试模后才能确定。其常见注射压力范围通常在70150MPa之间。其作用是克服塑料熔体一定充型速率和对熔体进行压实等。时间:完成一次注射成型过程所需时间称为成型(或生产)周期,它包含以下各部分:注射时间、保压时间、冷却时间 、其它时间(含开模、脱模、喷涂脱模剂、放嵌件等) 即:T=t注+t保压+
6、t冷却+t其它,本设计成型周期取20s,成型周期直接影响到劳动生产率和注射机使用率,所以生产中,在确保质量前提下,应尽可能缩短成型周期中各阶段相关时间。在整个成型周期中,以注射时间和冷却时间最关键,对塑件质量全部有决定性影响。注射时间中保压时间就是对型腔内塑料压实时间,在整个注射时间内所占百分比较大,通常为20-25s。冷却时间关键决定于塑件厚度、塑料热性能和结晶性能和模具温度等。冷却时间长短应以脱模时塑件不引发变形为标准。冷却时间通常在30-120s之间。冷却时间过长,不仅延长生产周期,降低生产效率,对复杂塑件还将造成脱模困难。成型周期中其它时间则和生产过程是否连续化和自动化和两化程度等相关
7、。最终确定注射机型号为XS-ZY-60,参数如表住注射机关键参数理论注射容积注射压力注射时间注射速率螺杆转速603180 MPa2s70g/s0200r/min锁模力拉杆内间距开模行程最大模具厚度最小模具厚度400KN200300mm500mm250mm150mm喷嘴孔直径定位孔直径喷嘴球半径4mm125mmSR18mm注塑机校核注射量校核 注射机表称注射量:V机=60cm3塑件体积:Vs =23.33=6.66 cm3 ,而浇注系统流道凝料体积:V凝=2.33cm3则实际需要注射量:V实= Vs + V凝=6.66+2.33=8.99 cm3 所以,注射量符合注射压力校核 因为HDPE注射压
8、力是70150MPa,而XS-ZY-60注塑机压力为180Mpa,显然注塑机注射压力满足要求。锁模力校核塑料对模板压力为:P=0.3P1=0.3100=30MPaF胀=(nA塑件+A浇)P=(22989+2092)30=242 KNF额=400KN 242KN=F胀锁模力足够开模行程和推出机构校核(含有侧向抽芯):S侧=87.75+5.25=93 mm91.86 mm =82.5+4.06+5.25=H1+H2+(510)mm所以只要校核侧向抽芯需要开模距离S侧和注射机最大开模行程Smax相对比即可,本设计注塑机最大开模行程Smax=500mmm93mm=S侧安装部分相关尺寸校核: 喷嘴尺寸:
9、 主流道始端球面半径SR主流道=13mm注射机喷嘴球面半径SR0=10mm,主流道小端直径d=4注射机喷嘴直径d0=3定位圈和注射机固定板关系:注射机所要求定位圈尺寸为80mm模具总厚度和注射机模板闭合厚度关系:模具总厚度Hm=230mm,注射机许可最大模具厚度Hmax=250mm,最小厚度Hmin=150mm即 HminHmHmax满足要求。模架确实定和标准件选择成型零件确定以后,便依据所定内容设计模架。在学校作设计时,模架部分要自行设计;在生产现场设计中,尽可能选择标准模架,确定出标准模架形式,规格及标准代号。标准件包含通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件
10、如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件,次序分型机构及精密定位用标准组件等。在设计模具时,应尽可能地选择标准模架和标准件,因为标准件有很大一部分已经商品化,随时可在市场上买到,这对缩短制造周期,降低制造成本时极其有利,提升企业在市场中竞争力。设计模具时,开始就要选定模架。当然选择模架时要考虑到塑件成型、流道分布形式和顶出机构形式,有抽芯还要考虑滑块大小等等原因。而且,模具上全部螺钉尽可能采取内六角螺钉;模具外表面尽可能不要有突出部分;模具外表面应光洁,加涂防锈油。两模板之间应有分模间隙,即在装配、调试、维修过程中,能够方便地分开两块模板。本设计要求采取一出二型腔
11、设置,依据成型零件尺寸,和侧抽芯尺寸最终确定本设计选择模架为futbaba_2PSBType模架,其尺寸为400400,模架安装高度320mm。模具具体形式图 排气系统设计排气槽作用是将型腔和型芯中周围空间内气体及熔料所产生气体排到模具之外。该模属于小型模具,在推杆间隙和分型面上全部有排气效果,无需另外开排气槽。浇注系统设计浇注系统设计标准浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大,而且还和塑件所用塑料利用率、成型生产效率等相关,所以浇注系统设计是模具设计关键步骤。对浇注系统进行总体设计时通常遵照以下标准:1)关键考虑型腔布局,包含以下三点:尽可能采取平衡部署,方便设
12、置平衡式分流道 型腔部署和浇口开设部位努力争取对称,预防模具承受偏载而产生溢料现象尽可能使型腔排列得紧凑,方便减小模具外形尺寸2)热量及压力损失要小,为此浇注系统步骤应尽可能短,截面尺寸应尽可能大,弯折尽可能少,表面粗糙度要低;3)均衡进料,尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔深处及角落,即分流道尽可能采取平衡式部署;4)塑料耗量要少,在满足各型腔充满前提下,浇注系统容积尽可能小,以降低塑料耗量;5)消除冷料,浇注系统应能搜集温度较低“冷料”,预防其进入型腔,影响塑件质量;6)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,使型腔气体能顺利排出;7)预防塑件出现缺点,避免熔体出现
13、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和塑料流将嵌件冲压位移或变形等多种成型不良现象;8)塑件外观质量,依据塑件大小、形状及技术要求,做到去除修整浇口方便,浇口痕迹无损塑件美观和使用;9)生产效率,尽可能使塑件不进行或少进行后加工,成型周期短,效率高;本设计塑件属于日常见具,生产批量中等采取一般浇注系统更符合经济要求。浇注系统组成一般流道浇注系统通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统作用未来自注射机喷嘴塑料熔体均匀而平稳输送到型腔,同时使型腔内气体能立即顺利排出。在塑料熔体填充及凝固过程中,将注射压力有效地传输到型腔各个部位,以取得形状完整、内外质量优
14、良塑料制件。浇注系统各部件设计(1)主流道设计主流道通常在模具入口处,其作用是将注塑机喷嘴注出塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形,便于塑料熔体流动及流道凝料拔出。热塑性塑料注塑成型用主流道,因为要和高温塑料及喷嘴反复接触,所以主流道常设计成可拆卸主流道衬套,方便有效选择优质钢材单独进行加工和热处理。 主流道设计关键点:1)主流道圆锥角=26,对流动性差塑料可取36,内壁粗糙度为Ra =0.63;2)主流道大端成圆角,半径r=13mm,以减小料流转向过分时阻力;3)在模具结构许可,主流道应尽可能短,通常小于60mm,过长则会影响熔体顺利充型;4)主流道衬套和定模座板采取H7/m6过渡配合,
15、和定位圈配合采取H9/f9间隙配合;5)主流道衬套通常选择T8、T10制造,热处理强度为5256HRC。主流道具体尺寸见表 表2-2 主流道具体尺寸符号名称尺寸取值d主流道小端注射机喷嘴直径(0.51)5SR主流道球面半径喷嘴球面半径(12)13h球面配合高度3主流道锥角262L主流道长度尽可能小于或等于6060D主流道大端直径D +2Ltg(/2)6.1r主流道大端倒圆角D/81本设计主流道衬套结构形式图2-3 图2-3(2)冷料穴设计主流道通常为于主流道对面动模板上。其作用就是存放料流前锋“冷料”,预防“冷料”进入型腔而形成冷接缝;另外,在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴尺寸宜
16、稍大于主流道大端直径,长度约为主流道大端直径。 冷料穴形式有:1)和推杆匹配冷料穴 2)和拉料杆匹配冷料穴3)无拉料杆冷料穴本设计塑件为ABS,该塑料含有良好韧性,采取“和推杆匹配冷料穴”中倒锥形将主流道凝料拉出,当其被推出时,塑件和流道凝料能自动坠落,具体见图(3)分流道设计分流道是主流道和浇口之间通道,通常开设在分型面上, 起分流和转向作用。多型腔模具通常需设置分流道,单型腔大型 图2-4塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。分流道设计关键点1)分流道要求熔体流动阻力尽可能小。在确保足够注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔前提下,分流道截面积和长度尽可能取小值,尤其对于小型 更为关键;2)分流道
17、转折处应以圆弧过渡,和浇口连接处应加工成斜面,并用圆弧过渡,利于塑料熔体流动及填充;3)各型腔要保持均衡进料;4)表面粗糙度要求以Ra0.8为佳;5)分流道较长时,在分流道末端应开设冷料井; 分流道截面形状设计分流道截面形状选择,从降低流道内压力损失考虑,要求流道截面积大;从热传导角度考虑,为降低热损失,要求流道比表面积(截面积和外周长之比)最小;在生产实践中还应考虑分流道加工难度。分流道形状及效率见表2-3表2-3常见分流道截面形状及其效率效率0.25D0.25D0.217D0.153D0.195Dd=D/40.166DD/40.100DD/60.071D多种分流道当中,圆形、正方形效率最高
18、(即比表面积最小),所以本设计采取圆形截面分流道。分流道分布:因为分流道长度和分布跟型腔数量及其排布有亲密关系,而且分流道直径要稍大于主流道大端直径,其分布图:2-5 图2-5分流道表面粗糙度因为分流道中和模具接触外层塑料快速冷却,只有中心部位塑料熔体流动状态较为理想,因面分流道内表面粗糙度Ra并不要求很低,通常取1.60m左右就能够,这么表面稍不光滑,有利于增大塑料熔体外层冷却皮层固定,从而和中心部位熔体之间产生一定速度差,以确保熔体流动时含有适宜剪切速度和剪切热。浇口设计浇口亦称进料口,是连接分流道和型腔通道,除直接浇口外,它是浇注系统中截面最小部分,但却是浇注系统关键部分,浇口位置、形状
19、及尺寸对塑件性能和质量影响很大。浇口截面积通常为分流道截面积7%9%,浇口截面积形状为矩形和圆形两种,浇口长度为0.5mm2.0mm。浇口具体尺寸通常依据经验确定,取下限值,然后在试模时逐步修正。浇口设计,通常要求考虑下面标准:1.尽可能缩短流动距离。2.浇口应开设在塑件壁厚最大处。3.必需尽可能降低熔接痕。4.应有利于型腔中气体排出。5.考虑分子定向影响。6.避免产生喷射和蠕动。7.浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8.注意对外观质量影响。综合八点标准,同时结合所测绘塑件实物所留下浇口印,本设计采取侧浇口。侧浇口又称边缘浇口,通常开在分型面上,从塑件外侧进料。侧浇口是经典矩形截面浇口,能方便地调整
20、充模时剪切速率和封闭时间,故也称标准浇口。它截面形状简单,加工方便;浇口位置选择灵活,去除浇口方便,痕迹小。但塑件轻易形成熔接纹、缩孔、凹陷等缺点,注射压力损失较大,对壳体件排气不良。浇口结构尺寸见表2-4。表2-4 浇口结构尺寸塑件壁厚/mm侧浇口尺寸/mm浇口长度/mm深度h宽度w0.800.501.01.00.82.40.51.50.82.42.43.21.52.22.43.33.26.42.22.43.36.4综上得本设计侧浇口尺寸为:深度h=1mm,宽度w=2.5mm,长度l=1mm。浇注系统平衡 对于中小型塑件注射模具己广泛使用一模多腔形式,设计应尽可能确保全部型腔同时得到均一充填
21、和成型。通常在塑件形状及模具结构许可情况下,应将从主流道到各个型腔分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同(型腔布局为平衡式)形式,不然就需要经过调整浇口尺寸使各浇口流量及成型工艺条件达成一致,这就是浇注系统平衡。 本设计采取平衡式流道部署,从主流道到各个型腔分流道长度相等,形状及截面尺寸对应相同,各个浇口也相同,显然浇注系统是平衡。浇注系统凝料体积计算1) 主流道凝料体积 2)分流道凝料体积 3) 浇口凝料体积因为浇口部分体积很小,可取为04) 冷料穴体积5) 浇注系统凝料体积浇注系统各截面流过熔体体积计算(按分流道取其中一个方向计算)1) 流过浇口体积2) 流过分流道体积3) 流过主流道体
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