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湖南科技大学塑料模具课程设计说明书课程设计题目:塑料盖模具设计学生姓名:学院:专业及班级:学号:指导教师:2013年12月2日目录(一)摘要————————————————————1(二)塑件成型工艺性分析—————————————2(三)拟定模具的结构形式和初选注射机———————4(四)注射机型号的确定——————————————5(五)浇注系统的设计———————————---8(六)成型零件的结构设计及计算————————-—12(七)脱模退出结构设计————————————-—16(八)模架的确定———————————————-—18(九)排气槽的确定—————————————-——18(十)冷却系统的确定——————————————18(十一)导向和定位机构的设计——————————20(十二)心得体会————————————————21(十三)参考文献————————————————221一摘要在设计之前,学生已具备机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺、塑料成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识,并已经过金工实习和生产实习,做过塑料成型实验、塑料模结构拆装实验。课程设计的基本目的是:1.加强对课堂知识的理解。通过课程设计可以使我们更熟悉书本知识,能更加熟练地运用书本知识。2.培养工程意识。通过课程设计,综合生产实际,贴近就业岗位,培养学生分析和解决机械制造工程的实际问题,培养工程意识,做到学以致用。3.训练基本技能。通过课程设计使学生掌握工艺规程和工艺装备设备设计的方法和步骤,初步具备设计工艺规程和工艺装备的能力,进一步培养学生识图、绘图、计算和编写技术文件的基本技能。4.培养质量意识。技术设计是根据产品质量要求而进行的,应在保证质量的前提下,充分考虑生产率和经济性。通过课程设计,可强化质量意识,使学生学会协调技术性和经济性的矛盾。5.培养规范意识。通过课程设计,使学生养成遵守国家标准的习惯,学会使用与设计有关的手册、图册、标准和规范。2二塑件成型工艺性分析2.1塑件的分析(1)外形尺寸。该塑件壁厚为3mm~4mm,塑件外形尺寸不大,塑件熔体流程不太长,塑件材料为热塑性塑料,流动性较好,合适于注射成型。如图2-1图2-1塑件(2)精度等级。塑件每个尺寸的公差不一样,任务书已给定部分尺寸公差,未标注公差的尺寸取公差为MT5。(3)脱模斜度。PC的成型性能良好,成型收缩率较小,选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为2°。2.2PC的性能分析(1)使用性能透光率较高,介电性能好,吸水性小,力学性能很好,抗冲击抗蠕变性能突出,但耐磨性较差,有一定化学稳定性,不耐碱酮、酯等。在机械上用作齿轮、凸轮、蜗轮、滑轮等,电机电子产品零件,光学零件等。3(2)成型性能成型收缩率为0.5%~0.8%,流动性较差,吸湿性强,熔融温度高,熔体黏度大,成型前原料需干燥。黏度对温度敏感,制品要进行后处理。(3)主要性能指标表2-1PC的性能指标2.3PC的注射成型过程及工艺参数(1)注射成型过程①成型前的准备对PC的色泽,粒度和均匀度等进行检验,PC成型前须进行干燥,处理温度为60~80℃,干燥时间为24h。②注射过程塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后,由模具的浇注系统进入模具的型腔成型,其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却阶段。③塑件的后处理退火处理的方法为红外线灯、烘箱,处理温度为130~135℃,处理时间为1h。(2)注射工艺参数①注射机:螺杆式,转速为28r/min。②料筒温度t/错误!未找到引用源。:前段240~285;中段230~280;后段240~285。密度/kg·dm-31.2抗拉屈服强度/MPa72比体积/dm3·kg-10.83拉伸弹性模量/MPa2.3×10^3吸水率/%0.15,23℃,50%,RH抗弯强度/MPa113收缩率/%0.5~0.7冲击韧度/Kj·m-255.8~90熔点/℃225~250硬度/HB11.4M75热变形温度/℃132~141体积电阻系数/kv·mm-13.06×10174③喷嘴温度t/错误!未找到引用源。:240~250;④模具温度t/错误!未找到引用源。:90~110;⑤注射压力p/MPa:80~130;⑥成型时间s:104(注射时间初取50,冷却时间取50,高压时间取4)三拟定模具的结构形式和初选注射机3.1分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析,分型面应选在端面截面积最大且利于开模取出塑件的地平面上,其位置如图3-1所示。图3-1分型面的选择3.2型腔数量和排位方式的确定(1)型腔数量的确定。由于该塑件的精度要求不高,塑件尺寸较小,且为大批量生产,可采用一模多腔的结构形式。同时,考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系,以及制造费用和各种成本费用等因素,初步定为一模两腔结构形式。(2)型腔排列形式的确定。由于该模具选择的是一模四腔,其型腔中心距的确定见图4-2及说明故采用H形对称排列,使型腔进料平衡,如图3-2所示5图3-2型腔数量的排列布置(3)模具结构形式的初步确定。由以上分析可知,本模具设计为一模四腔,对称H形直线排列,根据塑件结构形状,推出机构初选推件板退出或推杆推出方式。浇注系统设计时,流道采用对称平衡式,浇口采用侧浇口,且开设在分型面上。因此,定模部分不需要单独开设分型面取出凝料,动模部分需要添加型芯固定板,支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用大水口的单分型面注射模。四注射机型号的确定4.1注射量的计算通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图4-1所示塑件体积:V塑=20.88cm³塑件质量:m塑=ρV塑=1.2×20.88=25.056g式中ρ根据参考文献取1.2g/cm³6图4-1塑件质量属性图4.2浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值,但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。由于本次设计采用的流道简单且较短,因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来计算,故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积(即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和)为V总=1.3nV塑=1.3×4×20.9=108.6cm³4.3选择注射机根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为V总=108.6cm³,由参考文献[1]式(4-18)V公/0.8=108.6/0.8=135.7cm³。根据以上的计算,初步选择公称注射量为200cm³,注射机型号为SZ-200/120卧式注射机,其主要技术参数见表4-1。表4-1注射机主要技术参数理论注射量/cm3200拉杆内向距/mm355~3857螺杆柱塞直径/mm42移模行程/mm350注射压力/MPa150最大模具厚度/mm400注射速率/g·s-1120最小模具厚度/mm230塑化能力/kg·h70锁模形式双曲肘螺杆转速/r·min-10~220模具定位孔直径/mm125锁模力/kN1200喷嘴球直径/mm15喷嘴孔直径/mm44.4注射机相关参数的校核(1)注射压力校核。查参考文献[1]表4-1可知,所需压力为80MPa~130MPa,这里取P0=110MPa,该注射机的公称注射压力P公=150MPa,注射压力安全系数k1=1.25~1.4,这里取k1=1.3,则:k1P0=1.3×110=143MPa<P公,所以注射机压力合格。(2)锁模力校核。①塑件在分型面上的投影面积A塑=(60²-8²-4×5²)π/4=2698.63mm2②浇注系统在分型面上的投影面积A浇,即浇道凝料(包括料口)在分型面上的投影面积A=的数值,可以按照多型腔模具的设计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍。由于本设计的流道比较简单,分流道相对较短,因此流道凝料投影面积可以适当取小些。这里取A浇=0.2A塑。③塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积,则A总=n(A塑+A浇)=n(A塑+0.2A塑)=4×1.2A塑=12953.4mm2④模具型腔内胀型力F胀=A总P模=12953.4×35=453.27kN8式中,P模是型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔的压力,通常取注射压力的20%~40%,大致范围为25MPa~45MPa。对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值,故P模取35MPa由表5.1可知该注射机的公称锁模力F锁=1200kN,锁模力安全系数k2=1.1~1.2这里取k2=1.2,则取k2F胀=1.2F胀=1.2×453.27=544.04kN<F锁,所以注射机锁模力满足要求。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定,结构尺寸确定后方可进行。五浇注系统的设计5.1主流道的设计1)主流道尺寸(1)主流道的长度一般有模具结构确定,对于小型模具L应尽量小于60mm,本次设计中初取50mm进行计算。(2)主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸+(0.5~1)mm=4.5mm。(3)主流道大端直径D=d+L主tan(α/2)=8mm.式中α≈4°。(4)主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+(1~2)mm=15+2=17mm。(5)球面配合高度h=3mm.2)主流道的凝料体积V主=L主(R2主+r2主+R主r主)π/3=60×(4²+2.25²+4×2.25)×3.14/3=1573.3cm³3)主流道当量半径Rn=(2.25+4)/2=3.125mm4)主流道浇口套的形式9主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,易磨损。对材料的要求较严格,因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体,但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计,以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A,热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC。如图5-1所示。定位圈的结构由总装图来确定。图5-1主流道浇口套5.2分流道的设计1)分流道的布置形式为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低,同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡,因此采用平衡式分流道10图5-2分流道的布置形式2)分流道的长度根据四个型腔的结构设计,分流道长度适中3)分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量m=pV塑=1.2×20.88×2=50.112g<200g该塑件壁厚在3mm~4mm之间,查得经验曲线可知分流道直径D′=4,再根据单向分流道长度60mm查资料得修正系数fL=1.05,则分流道直径经修正后为D=D′fL=4.935mm≈5mm4)分流道的界面形状本设计采用梯形界面,其加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。5)分流道的界面尺寸设梯形的上底宽度为B=6mm,底面圆角的半径R=1mm,梯形高度取H=2B/3=4mm,设下底宽度为b,梯形面积应满足关系式(B+b)H/2=πD²/4带入计算得b=3.813mm,考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素,取b=4.5mm。通过计算梯形斜度α=10.6º,符合要求。6)凝料体积11(1)分流道的长度L分=(55+7.5+42.5)×2=210mm。(2)分流道截面积A分=(6+4.5)/2×4.5=21mm2(3)凝料体积V分=L分A分=220×21=4620mm³=4.62cm³考虑圆弧的影响取V分=4.2cm³7)校核剪切速率(1)确定注射时间;查资料得t=2s。(2)计算单边流道体量:q分错误!未找到引用源。=226.33821.2=27.593cm·1s(3)由公式γ=33.3RqVπ可得到γ分=33.3分分πRq=3-310x5.2x14.359.27x3.3=1.856x3101s该分流道的剪切速率处于浇口主流道和分流道的最佳剪切塑料5x210-5x3101s。故分流道的熔体剪切速率合格。8)分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低,一般去Ra1.25~2.5μm。这里我们根据加工实际选取Ra1.6μm,另外脱模斜度一般为5°~10°。而之前计算脱模斜度为10.6°,脱模斜度足够。5.3
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