眼镜盒-小模型课程设计

  机械工程学院专业班级:09 级工业设计 2012年11 攀枝花学院本科课程设计(论文)分工合作 分工明细:段炳义:pro/e 建模、cad 绘图、论文编写、模具结构设计 模具成型零件的设计和计算、合模导向机构设计、校核计算部分、绘图审核、后期处理 攀枝花学院本科课程设计(论文) 目录 2.1塑件的原材料分析 2.2确定型腔布置和数目 2.3初选注塑机的型号和规格 3.1分型面的选择 3.2浇注系统的设计 113.2.1 浇口设计 113.2.2 143.2.3 进料口及位置的确定 143.2.4 排气系统设计 153.2.5 冷却装置的设计 153.2.6 脱模机构的设计 153.2.7 选用标准模架 174.1 凸模、凹模、型芯设计与计算 174.2 型腔侧壁厚度和底板的计算 216.1 最大浇注量的校核 216.2 注塑力的校核 216.3 锁模力校核 216.4 模具厚度的校核 22设计小结 23参考文献……………………………………………………………………………………………24 攀枝花学院本科课程设计(论文) 摘要 摘要 要:本套模具根据塑件的外形特点以及材料的成型性能进行设计,包括模具分型面的确定,浇注系统的设计,推出机构的设计,开模机构的设计,以及注塑机的选择等,并对 模具的总体设计及模具的装配过程作了介绍。通过这次设计,可使眼镜盒的生产效率显著提 关键词:成型特性,推出机构,开模机构攀枝花学院本科课程设计(论文) 前言 前言模具作为重要的生产装备和工艺发展方向,在现代工业的规模发展中日益发挥着重要作 用。模具技术特别是制造精密、复杂、长寿命模具技术,已成为衡量一个国家机械制造水平 的重要标志之一。 当今世界,塑料工业是增长最快的工业门类之一。塑料制品得到了越来越广泛的应用, 塑料的成型方法也越来越多,如注射成型、挤压成型、真空成型、发泡成型、中空吹塑成型, 以及热固性塑料的各种成型等等。其中,最主要的方法是注塑成型,世界约半数以上的塑料 模具是注射模具。注塑模具是工业发展中发展较快的种类,因此,研究注射模具对了解塑料 产品的生产过程和提高产品质量有很大的意义。 目前世界模具市场供不应求,模具的主要出口国是美国、日本、法国、瑞士等国家。中 国模具出口数量极少,但中国模具钳工技术水平高,劳动成本低,只要配备一些先进的数控 制模设备,提高模具加工质量,缩短生产周期,沟通外贸渠道,模具出口将会有很大发展。 研究和发展模具技术,提高模具技术水平,对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。 随着配戴眼睛的人越来越多,眼镜盒也变得必不可少了,对眼镜盒的生产要求量也越来 越大,为了提高眼镜盒的生产效率,缩短其生产周期,所以进行了这次模具的设计,也是通 过这次的设计,可以更好的了解塑料模具的特点和性质,同时也是对平时所学知识的一次检 验。虽然只是小模具的设计,但对以后我对其他模具的设计与研究有很大的帮助。 攀枝花学院本科课程设计(论文) 塑料成型工艺分析2.1 塑件的原材料分析 (1)该产品采用的是聚丙烯。它无色、无味、无毒,外观似聚乙烯,但比聚乙烯更透明, 更轻。密度仅为0.90~0.91g/cm ,是通用塑料中最轻的一种。聚丙烯不吸水,光泽好,易着色。聚丙烯具有聚乙烯的所有优良性能,如卓越的介电性能、耐水性、化学稳定性、易于成 型加工等,还具有聚乙烯所没有的许多性能,如屈服强度、抗拉强度、抗压强度、硬度和弹 性比聚乙烯好,特别是经定向后聚丙烯具有极高的抗弯疲劳强度。聚丙烯熔点在164~170, 能在100以上的温度下进行消毒灭菌,其低温使用温度达-15,低于-35时会脆裂。塑件 可在107~121下长期使用,在无外力作用下,使用温度可达150也不变形。是通用塑料中 唯一能在水中煮沸,甚至在蒸气中消毒而不被破坏的塑料,可用于制造热水输送管道。聚丙 烯化学稳定性好,并随结晶度的提高而增强。室温下能耐强酸、碱及盐溶液的侵蚀,没有一 种溶剂可使之溶解。 (2)聚丙烯常用来制造家用电部件,如洗衣桶、电冰箱内箱、电风扇及吸尘器等;日常 用品如周转箱、包装和食品的薄膜及容器等;机械零件,如齿轮及泵的叶轮等,化工设备的 管道和容器等。 图2-1 零件2D 图2-2零件3D 2.2确定型腔布置和数目 成型塑件的尺寸不大,结构简单,精度不高而且产量要求也不大,因此采用一模一腔的 模具形式,为了保证塑件表面的质量要求,选择点浇口成型,浇口位置安排在塑件顶部。模 具选用双分型面注射模。 2.3 初选注塑机的型号和规格 (1)计算注射量:通过 PRO/E 软件对单个塑料件进行分析测得体积为 50233.1mm ,算得重量为45.2g,浇注凝料和飞边体积未知可按塑件体积的0.6倍计算。 所以V=NV =150.23+0.6150.23=80.4 ——型腔数目;Vj——为一个塑件的体积(cm F——注塑机的公称涨模力(N);A——塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和(m Pq——型腔内熔体压力(MPa),查表得pp常取Pq=40MPa; 通过计算塑件在分型面上投影面积为16611.7mm,浇注系统凝料及飞边的投影面积按塑 件的0.35 倍计算,得出锁模力F 不应小于锁模力664.468 KN. 注射机的最大注射容积Vmax 应大于成型塑件所需塑料的容积VS 公式中Vmax——注射机最大注射量(公称容积,cm); VS ——塑件所需塑料的体积(包括浇注系统凝料及飞边在内); =0.8。计算得所需注射机最大注射量Vmax 180.9cm;根据计算最大注射量和锁模力所得出的结论,采用XS-ZY-250 型号注塑机完全可以满足 设计及生产要求,XS-ZY-250 型注塑机参数如下表2-1: 攀枝花学院本科课程设计(论文) 表2-1注塑机参数 公称注射量/cm 250 模板的最大厚度/mm 350 螺杆直径/mm 50 模板的最小厚度/mm 200 合模力/KN 1800 模板空间 598520 注射压力/MPa 130 拉杆空间/mm 448370 注射行程/mm 160 合模方式 液压-机械 模板最大行程/mm 500 液压顶出行程/mm 125 喷嘴球半径/mm SR18 喷嘴孔直径/mm 4.0 注射方式 螺杆式 最大成型面积/ 500攀枝花学院本科课程设计(论文) 3.模具结构设计3.1 分型面的选择 如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、 浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、 操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析比较,从几种方案中优选出较 为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则: (1)保证塑料制品能够脱模 这是一个首要原则,因为我们设置分型面的目的,就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。 根据这个原则,分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上,最好在一个平面上,而且此平面 与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势,不应有影响脱模的凹凸形状,以免影响脱 (2)使型腔深度最浅模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响: 目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工,型腔越深加工时间越长,影响模具生产周期,同时增加生产成本。 模具型腔深度影响着模具的厚度。型腔越深,动、定模越厚。一方面加工比较困难;另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制,故型腔深度不宜过大。 型腔深度越深,在相同起模斜度时,同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大,如图2。若要控制规定的尺寸公差,就要减小脱模斜度,而导致塑件脱模困难。因此在选择分型面时应 尽可能使型腔深度最浅。 (3)使塑件外形美观,容易清理 尽管塑料模具配合非常精密,但塑件脱模后,在分型面的位置都会留有一圈毛边,我们 称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除,但仍会在塑件上留下痕迹,影响塑件外观,故 分型面应避免设在塑件光滑表面上,如图3 (4)尽量避免侧向抽芯 塑料注射模具,应尽可能避免采用侧向抽芯,因为侧向抽芯模具结构复杂,并且直接影 响塑件尺寸、配合的精度,且耗时耗财,制造成本显著增加,故在万不得己的情况下才能使 (5)使分型面容易加工分型面精度是整个模具精度的重要部分,力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范 围内。因此,分型面应是平面且与脱模方向垂直,从而使加工精度得到保证。如选择分型面 是斜面或曲面,加工的难度增大,并且精度得不到保证,易造成溢料飞边现象。 (6)使侧向抽芯尽量短 抽芯越短,斜抽移动的距离越短,一方面能减少动、定模的厚度,减少塑件尺寸误差; 另一方面有利于脱模,保证塑件制品精度 (7)有利于排气对中、小型塑件因型腔较小,空气量不多,可借助分型面的缝隙排气。因此,选择分型 攀枝花学院本科课程设计(论文) 模具结构设计10 面时应有利于排气。按此原则,分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置,而且不把型 腔封闭 综上所述,选择注射模分型面影响的因素很多,总的要求是顺利脱模,保证塑件技术要 求,模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后,可能会存在某些缺点,再针对存在 的问题采取其他措施弥补,以选择接近理想的分型面。 依据分型面的选择原则,应在塑件最大截面处分型如下图所示位置,可利用分型面及推 杆的间隙进行排气,这样型腔整体加工,塑件外表面光滑,且易于脱模。 图3-1 模具结构设计11 3.2 浇注系统的设计 3.2.1 浇口设计 浇口又称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短流道(除直接浇口外),它是浇 注系统的关键部分。其主要作用是: (1)型腔充满后,熔体在浇口处首先凝结,防止其倒流。 (2)易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积约为分流道截面积的 0.03~0.09,浇 口的长度约为 0.5mm~2mm,浇口具体尺寸一般根据经验确定,取其下限值,然后在试模是 逐步纠正。当塑料熔体通过浇口时,剪切速率增高,同时熔体的内磨檫加剧,使料流的温度 升高,粘度降低,提高了流动性能,有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失增大,凝料 加快,补缩困难,甚至形成喷射现象,影响塑件质量。浇口位置的选择: (1)浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使压力损失最小,易保证料流充满 整个型腔,同时流动比的允许值随塑料熔体的性质,温度,注塑压力等的不同而变化,所以 我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。 (2)浇口设置应有利于排气和补塑。 (3)浇口位置的选择要避免塑件变形。采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔,在塑件顶部 常留下明显的熔接痕,而采用点浇口,有利于排气,整件质量较好,但是塑件壁厚相差较大, 浇口开在薄壁处不合理;而设在厚壁处,有利于补缩,可避免缩孔、凹痕产生。 (4)浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔 中的对接部位,它的存在会降低塑件的强度,所以设置浇口时应考虑料流的方向,浇口数量 多,产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇口,以减少熔接痕的数量。对于 大多数框形塑件,浇口位置使料流的流程过长,熔接处料温过低,熔接痕处强度低,会形成 明显的接缝,如果浇口位置使料流的流程短,熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度,可在 熔接处增设溢溜槽,是冷料进入溢溜槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕,而轮辐式浇口会 使熔接痕产生。 (5)浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这 里是可以的,考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离,所以选取用点绕口。分流道 与浇口的连接。在利用了Pro/E 的塑料顾问对其进行模仿CAE 的注塑之后选择了更具优势的 浇口,由于闹钟后盖的侧内壁与闹钟芯存在一定的空隙,所以即使是在脱模的时候流在一定 的浇口痕也不会影响装配。该塑件两腔基本相同,为使加工方便,且易脱模,浇注系统分流 道及浇口形状尺寸如图所示。由于pp 的动性一般,因此选用加工方便且工艺性比较好的半圆 形流道,查表得 d=5mm。 攀枝花学院本科课程设计(论文) 模具结构设计12 图3-4 浇注系统 主浇道的小端直径d=注射机喷嘴口直径5.0mm+0.5mm=5.5mm;主浇道球面半径SR=18.0mm+1.0mm=19.0mm; ,主浇道长度:取L=55mm;由于主浇道入口处与注射机喷嘴反复接触,极易损坏,对材料的要求较高,因此主浇道设计 为浇口套形式,采用T10A,热处理为50HRC~55HRC,主浇口衬套具体结构尺寸如图所示。 选用外径为Φ100mm的定位环,与注射机配合为H7/m6。 图3-5 浇口衬套 (2)分流道设计:分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开在分型面上,起分流和转向 的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 形等,圆形和正方形截面流道的比面积最小(流道表面积于体积之比值称为比表面积),塑料熔体的温度下降小,阻力 小,流道的效率最高。但加工困难,而且正方形截面不易脱模,所以在实际生产中较常用的 截面形状为梯形、半圆形及U 模具结构设计13 在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下,分流道截面积与长度尽量取小值,分流道转折处应以圆弧过度。 分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上,也可以同时开设在动,定模板上,合模后形成分流道截面形状。 分流道的长度分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置,从在输送熔料时减少压力损 失,热量损失和减少浇道凝料的要求出发,应力求缩短。 分流道的断面分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积,塑件的壁厚,塑件的形状和所用塑料的工 艺性能,注射速率和分流道长度等因素来确定。 因聚丙烯的推荐断面直径,部分塑件常用断面尺寸推荐范围。分流道要减小压力损失, 希望流道的截面积大,表面积小,以减小传热损失,同时因考虑加工的方便性。分流道应考 虑出料的流畅性和制造方便,熔融料的热量损失小,流动阻力小,比表面和小等问题,由于 采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求,,采用截面为圆形的分流道为 了保证外形无浇口痕,浇口前后两端形成较大的压力差,增加流速,得到外形清晰的制件, 提高熔体冷凝速度,保证熔融的塑料不回流,同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用, 冷却后快速切除。同时它的效果与S 浇注系统有同样的效果,有利于补塑。 图3-6 分流道截面 该塑件两腔基本相同,为使加工方便,且易脱模,浇注系统分流道及浇口形状尺寸如图 所示。由于pp 的流动性一般,因此选用加工方便且工艺性比较好的半圆形流道,查得 d=5mm。 攀枝花学院本科课程设计(论文) 模具结构设计14 图3-7 浇注系统 3.2.2 冷料井位于主流道正对面的动模板上,或处于分流道末端,其作用是接受料流前锋的“冷料”,防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量,开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料井的直 径宜大于大端直径,长度约为主流道大端直径。基于本次设计的模具,可采用底部带有拉料 杆的冷料井,这类冷料井的底部由一个拉料杆构成。拉料杆装于型芯固定板上,因此它不能 随脱模机构运动。利用球头形的拉料杆配合冷料井。 图3-8 3.2.3进料口及位置的确定 该塑件两腔基本相同,为使加工方便,且易脱模,浇注系统分流道及浇口形状尺寸如 图所示。由于pp 的流动性一般,因此选用加工方便且工艺性比较好的圆形流道,查得 d=5mm。 攀枝花学院本科课程设计(论文) 模具结构设计15 图3-9 浇注系统 3.2.4 排气系统设计 塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气,除此以外,塑料 熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则,被压缩的空气产生高温,会引 起塑件局部碳化烧焦,或塑件产生气泡,或使塑件熔接不良引起强度下降,甚至充模不满。 因该模具为小型模具,且分型面适宜,可利用分型面排气,所以无需设计排气槽。可利用分 型面及推杆的间隙进行排气,这样型腔整体加工,塑件外表面光滑,且易于脱模。 3.2.5 冷却装置的设计 根据模具冷却系统设计原则:冷却水孔数量尽量多,尺寸尽量大的原则可知,冷却水孔数 量大于或等于3 根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。 另外,具冷却系统的过程中,还应同时遵循: (1)浇口处加强冷却; (2)冷却水孔到型腔表面的距离相等; (3)冷却水孔数量应尽可能的多,孔径应尽可能的大; (4)却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位,以防漏水。 (5)进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧,通常应设在注塑机的背面。 (6)冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。而且在冷却系统内,各相连接处应保持密封, 防止冷却水外泄。 3.2.6 脱模机构的设计 在对眼镜盒塑件进行脱模是必须遵循以下原则: (1)因为塑料收缩是抱紧凸模,所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。因为塑件的壁厚的 关系我们可以利用推板。 (2)顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位,如加强筋,壁厚等处。作用面积尽可能 大一些,以防止塑件变形和损坏。 攀枝花学院本科课程设计(论文) 模具结构设计16 (3)为了保证良好的塑件外观,顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部 (4)若顶出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时,对不影响塑件尺寸和使用,一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.1mm;否则塑件会出现凸起,影响基面的平整。 由于眼镜盒为薄壁方形塑件,用顶管、推板脱模机构和。为了缩短顶杆与型芯配合长度 以减少磨擦,可以将顶管配合孔的后半段直径减少,一般减少 3——5mm.这是最常用的一种 脱模机构,这些顶杆一般只起顶出作用。有时根据塑件的需要,顶杆还可以参加塑件的成型, 这时可以将顶杆做成与塑件某一部分相同形状或作为型芯。顶杆多用 T8AV、T10A 材料,头 部淬火硬度达50HRC 以上,表面粗糙度取Ra 值小于0.8 微米,和顶杆孔呈H8/f8 配合。 该零件为壳体,采用结构简单的推杆式,一模一腔共 个推杆,其具体位置尺寸如图所示。并设计推板导柱两根,其具体位置详见装配图。 3-10推出机构 3.2.7 选用标准模架 在模具设计时采用标准模架,这样可以缩短生产时间,降低生产成本。根据塑件形状结 构,决定选用基本型A1。根据前面的设计该模具采用LKM龙记FCI-2735-A60-B80-C80 3-11标准模架 攀枝花学院本科课程设计(论文) 模具成型零件的设计和计算4.模具成型零件的设计和计算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸,主要有型腔和型芯的径向 尺寸(包括矩形和异行零件的长和宽),型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸,型芯和型芯之间 的位置尺寸等。任何塑件制件都有一定的几何形状和尺寸的要求,如在使用中有配合要求的 尺寸,则精度要求较高。在模具设计时,应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的 工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂,这些影响因素应作为确定成型零 件工作尺寸的依据。 4.1 凸模、凹模、型芯设计与计算 塑件的公差规定按单向极限制,制品外轮廓尺寸公差取负值“ ”,制品内轮廓尺寸公差取正值“ ”,若制品上原有公差的标注方法与上不符,则应按以上规定进行转换。而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算,即取 模具制造公差模具制造公差可取塑件公差的 模具的磨损量对于一般的中小型塑件,最大磨损量可取塑件公差的 以下。另外对于型腔底面(或型芯端面),因为脱模方向垂直,故磨损量δ 塑件的收缩率塑件成型后的收缩率与多种因素有关,通常按平均收缩率计算。 minmax 模具在分型面上的合模间隙由于注射压力及模具分型面平面度的影响,会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。 一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时,塑件产生的飞边也小。飞边厚度一般应 小于是0.02~0.1mm 。塑件尺寸如下: 尺寸公差均为0.9 攀枝花学院本科课程设计(论文) 模具成型零件的设计和计算18 凸模有关尺寸计算: 由公式 计算得径向尺寸 凹模有关尺寸计算由公式 4.2型腔侧壁厚度和底板的计算 (1)型腔壁厚计算 刚度计算公式为 EaapL EaapL S----矩形型腔长边侧壁厚度(mm); p---型腔所受压力 (MPa); L---型腔长边长度; a---型腔侧壁受压高度; ]---允许变形量(mm),由表6-7 查得; E----模具材料的弹性模量 (MPa); ]---模具材料的许用应力(MPa);

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