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1、第一章 产品分析1.1塑件分析1.1.1结构分析本次设计任务所提供的资料为塑件实体,如下图所示:【图11】塑件草图由零件实体模型及二维草图可知,该零件总体形状为近似梯形,零件大端有两个伸出块及六角通孔,上方有两个小沉孔,在零件的两测也各有两个小孔,此外还有诸多突出小块,加强筋等等,并且所有结构对称布置。在模具设计时,两侧的小孔可以使用小型心对插成型,沉孔及伸出块位置也可使用小型心,而端头的六角通孔必须设置侧向分型抽芯机构,总体看来,该零件属于较复杂程度。1.1.2尺寸精度分析该零件的重要尺寸精度为6级,其它尺寸精度为78级,属于中等精度,对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。1.1.3塑件厚度检
2、测塑件的厚度检测采用Pro/Engineer设计软件的模型分析功能自动完成,如图所示:【图12】厚度检测从塑件的壁厚上来看,壁厚的最大处为4mm左右,最小处小于1mm,壁厚差较大,但大多处在23mm的范围之内,并综合其材料性能,只要注意控制成型温度及冷却速度,零件的成型并不困难(如果条件允许,也可考虑修改其结构形式使壁厚趋向均匀)。1.1.4表面质量分析 该零件的表面除要求没有凹陷,无毛刺,内部无缩孔,没有特别得表面质量要求,故比较容易实现。综以上分析可知,注射时在工艺参数控制较好的情况下,零件的成型质量很容易得到保证。1.2塑件的原材料分析 塑件的材料采用聚碳酸脂(PC),其性能参数如下:【
3、图13】聚碳酸脂1.2.1基本资料英文全名:Polycarbonate结构:PC:耐冲击性相当高,属于工程塑料。 耐热性佳、低温安定性良好。 成型后尺寸稳定性高,耐候性佳,且吸水率低。 无毒性。1.2.2机械特性密度:1.2 g/cm3拉伸强度:630kg/cm2硬度:70(Rockwell M)吸水率:0.24%1.2.3热物性质线膨胀率 :3.8*10-5 cm/cm*热变形温度 :1351.2.4成形加工性射出成型温度:230310射出成型压力:10001400Kg/cm2成形收缩率:0.5%0.7%模具温度:80120注射时间:2090高压时间:05冷却时间:2090总 周 期:401
4、90从以上资料分析可以得知,该塑料具较好的各项性能指标,从使用性能上看,该塑料具有刚性好、耐水、耐热性强,是做为挂钩座较理想的材料;而由耐热性的观点来看,PC属于工程塑料,不仅在耐热上具有一定程度的能力,机械性质上也比一般的泛用塑料来的高;从成型性能上看,该塑料吸水性小,熔料的流动性一般,成型较容易,但收缩率偏大,另外,该塑料成型时较易产生凹痕、变形等缺陷,成型温度过低时,方向性明显,凝固速度较快,易产生内应力。因此,在成型时应注意控制成型温度,浇注系统应缓慢散热,冷却速度也不宜过快。第二章 拟定型腔布局2.1型腔一般来说,精度要求高的小型塑件和大中型塑件优先采用一模一腔的结构,对于精度要求不
5、高的小型塑件,形状简单,又大批量生产时,则采用多型腔模具可使生产率提高。型腔数量确定以后,便进行型腔的排布。型腔的排布 及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关,所以在设计过程中,要进行必要的调整,以达到比较完善的设计。型腔数量确定及型腔的排布所谓型腔(cavity)指模具中成形塑件的空腔,而该空腔是塑件的负形,除去具体尺寸比塑料大以外,其他都和塑件完全相同,只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔,而后进料成形,因此必须由两部分或(两部分以上)形成这一空腔型腔。其凹入的部分称为凹模(cavity),凸出的部分称为型芯
6、(core)。2.2型腔数目的决定型腔数目的决定与下列条件有关。a.塑件尺寸精度型腔数越多时,精度也相对地降低,1、2级超精密注塑件,只能一模一腔,当尺寸数目少时,可以一模二腔。3、4级的精密级塑件,最多一模四腔。b.模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模,但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看,多腔模比单腔模具低。c.注塑成形的生产效益多腔模从表面上看,比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大,每一注射循环期长而维持费较高,所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。d.制造难度多腔模的制造难度比单腔模大,当其中某一腔先损坏时,应立即停机维修,影响生产。本设计根据制品的生产总量
7、,确定一个经济的型腔数量,其计算如下: A=ty/3600+anc/m(摘自注塑模具设计要点与图列许鹤峰 陈言秋 编著 化学工业出版社)式中:m:制品的生产总量/个 A:成型每个制品所需费用,元/个 n:型腔数量,个 t:成型周期,秒 y:成型费用,元/时 c:单个型腔模具制作费,元/个 a:多个型腔模具制作费递减率,% anc:模具费用,元然后假设型腔数量计算进行比较,求出A为最小值时的型腔数量,即为经济数量。由上式可知,要想A为最小,只要anc为最小,所以n为4。虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加,但不与型腔数量成正比,所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率,递减率由模具制造企业根
8、据情况确定。综合起来本模具采用一模四腔,既满足塑件要求,又能提高生产效率。2.3型腔排布在确定了型腔数目之后,就要进行型腔的排列方式设计。本塑件在注射时采用了一模四腔的形式,即模具需要四个型腔。考虑塑件带侧抽芯机构,现有两种排列方式选择:【图21】 型腔布局a.如图21所示,四个型腔采用轴对称布置,这种布置方式由于塑件本身的梯形结构,可有效减少模具大小,降低模具成本,但这样以来,模具四个方向各要布置一侧抽芯机构,增加了模具设计及加工的难度:b.如图21所示,这种方式采用平面对成布置,虽然不如第一种布局方式紧凑,但由于其一侧各布置两个型腔,故只有两个方向需要设置抽芯机构,大大简化了模具的设计。综
9、合以上两种方案考虑,故拟定第二种型腔布局方式,其尺寸计算将在后面的设计中完成。第三章 塑件相关计算及注塑机的选择3.1塑件相关计算【图31】 投影面积计算3.1.1投影面积计算塑件的投影面积可以通过PRO/ENGINEER 的分析模块直接得出,如图31所示:由分析可得:注塑件投影面积S=1008.76*44035mm2 3.1.2体积及质量计算体积及质量的计算也利用PRO/ENGINEER的分析模块自动计算获得(塑件密度由塑料模设计手册表14查得:=1.2g/cm3),如图32所示: 【图32】 体积及质量计算结果如下:体积 = 4.9079263e+03 毫米3曲面面积 = 5.231644
10、9e+03 毫米2密度 = 1.2000000e+00 公吨 / 毫米3质量 = 5.8895115e+03 公吨故注塑件的体积为: V4907.94=19631.6mm3 质量为: M19.631.223.56g(注:此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内)3.2注塑机选择及注射工艺参数确定3.2.1注射机的选择考虑塑件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它综合情况,查塑料模设计手册附表8,初步选用注射机为XS-XY-60型,其主要参数如下:结构类型:卧式 理论注射量: 60cm3注射压力:12200N/cm3锁模力: 500kN最大注射面积:130cm2 查塑料模设计手册(第三版)表5
11、9.P150,取拉料杆直径为10,得拉料钉尺寸选择如下:【图104】拉料钉尺寸第十一章 冷却及排气系统设计11.1冷却系统在注射成型过程中,模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型的性能和型工艺要求不同,模具的温度也要求不同。一般注射到模具内的塑料温度在60度以下。温度降低是通入循环冷却剂,从而将热量带走,模具冷却剂常用水,此外还有压缩空气,冷冻水冷却,而水冷却最为普通,使水在其中循环,带走热量,维持所需的模温,水的热容量大,导热系数大,成本低。冷却水道的开设受模具上镶块和顶出杆等零件几何形状的限制,必须根据模具的特点,灵活地设置冷却装置,其设计要点如下:a、实验
12、表明冷却水孔的数量愈多,对制品的冷却也就愈均匀。b、水孔与型腔表面各处最好有相同的距离,水孔边距型腔的距离常用1015MM。c、进水管直径的选择应使水流速度不超过冷却水道的水流速度.避免产生过大的压力降.冷却水道直径一般不小于9mm,常用9-12mm,但也必根据模具的具体大小和产品大小状况而定,本设计由于模具较小,产品也较小,据综合考虑,水管直径8mm.d、进出口冷却水温差不应过大,以免造成模具表面冷却不均.11.1.1冷却回路的布置缩短成型周期有各种方法,而最有效的是制造冷却效果良好的模具,如果不能实现均一的快速的冷却,则会使制品内部产生应力而造成制品变形成形或开裂,所以我们必须根据制品的形
13、状及壁厚设计,制造能实现均一的且高效的冷却回路.一般在冷却回路的布置上应遵循如下原则:1)模具上有数组冷却回路时,冷却水应首先接近主流道的部位;2)对于聚乙稀等收缩率较大的成型树脂,必须沿制品收缩大的方向设置冷却回路;3)水道之间的中心距离一般为水道直径的35倍,最小不得小于水道直径的1.7倍,水道的外周离模具型腔表面的距离一般为1015MM。本设计由于采用整体嵌入式型腔,且型腔外形为矩形,故水道布置在模板上,其具体结构如图所示:【图111】冷却水道注:冷却水孔打空后,应用堵头堵住不需要的通道。11.1.2冷却时间计算:由塑料模设计手册,冷却时间依塑件种类、塑件壁厚而异,一般用下式计算:式中:
14、 最低冷却时间(s); 塑件平均壁厚(mm); 塑件平均热扩撒率(mm2/s); 模具平均温度(); 熔体平均温度(); 塑件脱模时平均温度()。代入数据计算得:=8.26s,由塑料模设计手册表14,取20s。11.1.3成型周期计算注射成型周期一般用下式计算:式中: Ti冲模时间,由PROE计算总注塑质量(包括浇注系统)为30.9g,查塑料模设计手册表549,取Ti=0.5s; Tn保压时间,取20s; Tc冷却时间; Tr其余时间,包括脱模区间及开闭模时间,取Tr=40s。代入数据计算得:T=80.5s11.2排气机构当塑料熔体注入型腔时,如果型腔内原有的气体,蒸汽不能顺利地排出,将在制品上形成气孔、接缝、表面轮廓不能完全充分满型腔,同时还会因气体被压缩而产生焦痕,而且型腔内汽体被压缩产生的反气压会降低充模速度,影响注塑周期和产品质量。排气机构的设置,一般有如下几种方法:a、利用分型面排气:在型腔周围设置排气槽,采用这种方法排气时,易在模具上的排气处残留树脂分解的物质,特别在浇口对侧的部位,必须及时将其清除,否则久而久之腐蚀模具的型腔表面。b、利用推杆排气:在推杆上设置排气槽,由于推杆是运动零件可达到自清效果,清理效果较好。c、利用镶件