矩形开关外壳注塑模具设计.docx
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矩形开关外壳注塑模具设计
矩形开关外壳注塑模具设计
【摘要】
本文以矩形罩壳为对象,详细介绍其注射模设计过程。
设计中主要运用PRO/ENGINEER软件,根据制件的零件图进行零件的三维造型,并在对该模型进行成型性分析的基础上,进行了必要的计算和结构设计。
采用模具专家系统EMX,提高了设计效率。
通过Autocad完成工程图的制作,根据注塑的额定注塑量我们可以确定模具的型腔为一模2腔,排列方式为直线对称排列,制件有侧孔,无法直接脱模,所以我们需要设计侧抽芯机构,利用斜导柱带动滑块来完成侧孔的横向抽芯,最后当主流道余料全部被拉出后,再利用推杆推出机构完成塑件的推出。
由于塑件比较大,所以需要设计冷却系统对制件进行局部冷却,防止制件发生翘曲变形设计中综合考虑了各方面的因素并通过调研对模具进行了估价。
关键词:
矩形罩壳;三维造型;注塑模;设计。
ABSTRACT
Thegraduationdesigntopicis:
rectangularcasingoftheplasticpartsinjectionmould.Basedonrectangularcasingforobject,detailedintroducestheinjectionmoulddesignprocess.ThemaindesignusingPRO/esoftware,accordingtotheproduct'spartdrawingforcomponentsofthethree-dimensionalmodelling,andonthemodelbasedontheanalysisoftheformability,thenecessarycalculationandstructuraldesign.Accordingtotheratedtheinjectionquantityandinjectionwecandeterminethemoldcavityasamold2cavity,thearrangementoflinearsymmetricalarrangement,partswithsideholes,cannotbedirectlyrelease,soweneedtodesignofsidecorepullingmechanism,lateralcorepullingtheslantedguidepillardrivestheslidingblocktocompletethesidehole,whenmorethanthemainstreamthematerialispulledout,therodwiththeagencytocompletetheintroductionofplasticparts.Becausetheplasticisrelativelylarge,soitisnecessarytodesignthecoolingsystemtopreventthelocalcoolingparts,partswarpage.EMXadoptedmouldexpertsystemandimprovethedesignefficiency.FinallythroughtheAutocadcompleteengineeringdrawingproduction,designofthecomprehensiveconsiderationofvariousfactorsandthroughtheinvestigationtothemoldforthevaluation.
Keywords:
Threedimensionalmodelling;Proe;EMX;Rectangularcasing
前言
本次设计主要运用PRO/ENGINEER软件进行模具的设计、分析,包括初期零件的三维造型以及以此模型为基础进行的厚度、质量和投影面积的分析。
其次根据三维模型进行模具分型面的设计、确定型腔和型芯、模具结构的详细设计、塑件充填过程分析、采用模具专家系统EMX进行的模架设计等几个方面。
需要分析的问题是:
塑料在型腔内的注射过程中流动情况,温度压力变化情况、注塑件残余应力等,根据分析检查模具结构、流动状态、产品质量等问题。
如是否存在浇注系统不合理,流道和浇口位置尺寸是否不当,型腔平衡以及产品的翘曲变形等。
设计完成后,最后通过Autocad完成工程图的制作。
模具是工业生产的重要装备,是国民经济的基础设备,是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志。
模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用,是工业发展的基石,被人称为“工业之母”和“磁力工业”。
模具是制造业的重要基础装备,是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。
用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不及的。
换句话说,没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品。
模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。
(1)塑料制品和注射成形在模具业的重要地位
塑料制品具有原料来源丰富,价格低廉,性能优良等特点。
它在电脑、手机、汽车、电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用,应用极其广泛。
注射成形是成形热塑件的主要方法,因此应用范围很广。
注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化,使之成为高黏度的流体,用柱塞或螺杆作为加压工具,使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中,经过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品。
塑料注射成形工艺的最大特点是复制,能够复制出所需任意数量的可直接使用或稍作处理即可使用的制品,是一种适宜大批量生产的工艺。
虽然在设备上投入较大,但是可以生产制品的数量非常大,实属一种经济快捷的生产方式,因此得到广泛的应用和快速的发展。
(2)模具在我国的发展历程
过去在我国工业中,模具长期未受到重视。
改革开放以来,塑料成形、家用电器、仪表、汽车等行业进入大批量生产,模具工业有了一定的发展。
随着现代工业发展的需要,塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛,质量要求也越来越高。
当今社会的进步和发展,使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求,然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来,因此,模具的发展与人们的生活关系越来越紧密,如我们使用的电脑、手机、汽车等产品都要依靠模具。
在塑料制品的生产中,高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成形设备等都是成形优质塑件的重要条件。
我国模具工业虽然有了长足的发展,取得了巨大进步,但是我们也要清醒地看到,我国模具工业总体水平比工业发达国家要落后很多,这与我国制造业发展的要求相比差距还很大;我们的企业技术装备还比较落后,劳动生产率也较低;模具生产专业化、商品化、标准化程度也不够高;模具产品主要还是以中低档为主,技术含量较低,高中档模具多数要依靠进口,产品结构调整的任务很重;人才紧缺,管理滞后的状况依然突出,等等。
可见,我国模具工业的发展任重而道远。
(3)前景展望
我国进入实施国民经济和社会发展的第十一个五年规划期,模具工业的发展也将进入一个关键时期。
在这一时期,模具行业的主要任务是,在党中央关于把我国建设成为创新型国家的战略思想指引下,进一步推进改革,调整结构,开拓市场,苦练内功,提升水平,使我国模具工业在整体上再上一个新台阶。
不断提升模具制造水平,振兴我国装备制造业,为实现把我国建设成为制造业强国的宏伟目标而奋斗。
我国进入实施国民经济和社会发展的第十三个五年规划期,模具工业的发展也将进入一个关键时期。
在这一时期,模具行业的主要任务是,在党中央关于把我国建设成为创新型国家的战略思想指引下,进一步推进改革,调整结构,开拓市场,苦练内功,提升水平,使我国模具工业在整体上再上一个新台阶。
不断提升模具制造水平,振兴我国装备制造业,为实现把我国建设成为制造业强国的宏伟目标而奋斗。
1塑料制品工艺分析
本次设计原始数据为塑件的零件图,如图1.1产品零件图所示:
图1.1产品零件图
从塑件厚来看,总的来讲塑件壁厚变化比较均匀,有利于零件成型。
当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯,若塑件外形较复杂时,塑件的多个面与型芯紧贴,从而脱模阻力较大。
为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形,需设脱模斜度。
一般来说,塑件高度在25mm以下者可不考虑脱模斜度。
但是,如果塑件结构复杂,即使脱模高度仅几毫米,也必须认真设计脱模斜度。
(1)斜度作用:
便于塑件脱模,防止脱模时擦伤塑件,须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度
,在模具上称为脱模斜度。
(2)脱模斜度选取:
取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率,一般取30′~1°30′。
塑件脱模斜度的选取应遵循以下原则:
①塑料的收缩率大,壁厚、斜度应取偏大值,反之取偏小值。
②塑件结构比较复杂,脱模阻力就比较大,应选用较大的脱模斜度。
③当塑件高度不大(一般小于2mm)时,可以不设斜度;对型芯长或深型腔的塑件,斜度取偏小值。
但通常为了便于脱模,在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可将斜度值取大些。
④一般情况下,塑件外表面的斜度取值可比内表面的小些,有时也根据塑件的预留位置(留于凹模或凸模上)来确定制件内外表面的斜度。
⑤热固性塑料的收缩率一般较热塑性塑料的小一些,故脱模斜度也相应取小一些。
⑥一般情况下,脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。
综合以上的原则,由于塑件高度不是很大,收缩率一般,本设计中采用30′的脱模斜度。
塑料制件的表面粗糙度,除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等痴点外,主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。
一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1~2级,塑料制件的表面粗糙度Ra值一般为1.6~0.2um,在模具使用中,由于型腔磨损而使表面粗糙度值不断加大,应随时给以抛光复原。
非配合表面和隐蔽面可取较大的表面粗糙度值,除塑件外表面有特殊要求以外,一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。
此外,塑件的表面粗糙度与塑料的品种有关。
一般,型腔表面粗糙度要求达到0.2~0.4mm。
2塑料的成型特性及工艺参数
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS)可认为是改性聚苯乙烯。
其性能:
综合性能较好、冲击韧、力学强度高,尺寸稳定,耐化学性、电性能良好:
易于成型和机械加工,与有机玻璃的熔接性良好,可作双色成型塑件,且表面可镀络等装饰性颜色。
用途:
适于制作一般机械零件、各类壳体、汽车配件、日用品、管材及文具等。
ABS塑料主要的性能指标(见表2.1):
密度
(Kg.dm-3)
1.02~1.16
收缩率
%
0.4~0.7
熔点
℃
130~160
热变形温度
℃
65~98
弯曲强度
Mpa
80
拉伸强度
Mpa
50
拉伸弹性模量
GPa
1.8×10³
弯曲弹性模量
GPa
1.4
压缩强度
Mpa
18~39
缺口冲击强度
kJ/㎡
11~20
硬度
HR
R62~86
体积电阻系数
Ωcm
1013
击穿电压
Kv.mm-1
15
介电常数
60Hz3.7
表2.1
ABS的注射成型工艺参数(见表2.2):
注塑机类型
螺杆式
喷嘴形式
通用式
料筒一区
150—170
料筒二区
180—190
料筒三区
200—210
喷嘴温度
180—190
模具温度
50—70
保压
40—60
注塑时间
2—5
注塑压
60—100
保压时间
5—10
冷却时间
5—15
周期
15—30
后处理
红外线烘箱
温度
70
时间
0.3—1
表2.2
3注塑设备的选择
3.1计算塑件的体积和重量
体积:
通过PROE软件的“质量属性”分析塑件,得到塑件的体积为
=41.732cm³。
如图3.1体积说明所示:
图3.1体积说明
质量:
材料ABS的密度取
=1.06g/cm3,则单个塑件的质量m=
v=44.23g。
3.2确定型腔数选择注塑机
根据以上所计算的结果,由于制件的大小和客户要求采取一模两腔,可决定设备型号、规格。
注射机的额定注射量为V(额)每次的注射量不超过它的80%,浇注系统的体积可以估算大概:
V(浇)=15cm³,m=13.65g
V(注)=2*41.7+15≈98.4
0.8V(额)≥V(注)=98.4cm³
V(额)≥123cm³
注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:
(1)按设备外形特征分类:
卧式,立式,直角式,多工位注塑机;
(2)按加工能力分类:
超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。
此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。
3.3注塑机基本参数
注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据。
(1)公称注塑量指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。
(2)注射压力为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。
(3)注射速率为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。
常用的注射速率如表3.2注射量与注射时间的关系所示:
注射量/CM
125
250
500
1000
2000
4000
6000
10000
注射方向/CM/S
125
200
333
570
890
1330
1600
2000
注射时间/S
1
1.25
1.5
1.75
2.25
3
3.75
5
表3.2注射量与注射时间的关系
(4)塑化能力单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期。
(5)锁模力注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。
(6)合模装置的基本尺寸包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。
(7)开合模速度为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停。
(8)空循环时间在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间。
根据以上计算以及模具总高度和《模具设计与制造简明手册》表2-40选择注射机XS-ZY-250螺杆式注射机,其参数如下表3.3:
额定注射量
250cm
螺杆直径
50mm
注射压力
130Mpa
锁模力
1800KN
模板行程
500mm
模具最大厚度
350mm
模具最小厚度
200mm
模板尺寸
598×520mm
拉杆空间
448×370mm
定位孔直径
100mm
合模方式
液压—机械
表3.3
4塑料件的工艺尺寸的计算
ABS的成型收缩率为0.4~0.7%,所以平均收缩率取S=0.5%
(1)型芯设计
型芯的尺寸计算
型芯的尺寸按以下公式计算:
D
={(1+
)d
+xΔ}
式中:
D1—型芯外径尺寸
D1—塑件内形尺寸
Δ—塑件公差
—塑料平均收缩率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
(2)型腔设计
①型腔径向尺寸按以下公式计算
D2={(1+
)d
-xΔ}
式中:
D—型腔的内形尺寸
D2—塑件外形基本尺寸
Δ—塑件公差
—塑料平均收缩率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
②型腔深度尺寸按以下公式计算
=
式中:
—型腔深度
H—塑件外形高度尺寸
Δ—塑件公差
—塑料平均收缩率
—成形零件制造公差,取
(3)由于该产品不是透明的,所以型芯的表面粗糙度要求不需那么高。
一般取Ra1.6,在机床上加工就可以直接投入使用,不需要经过其它的特殊加工。
考虑模具的修模以及型芯的磨损,在精度范围内,型芯尺寸尽量取大值。
而型腔则取大值,型腔的表面粗糟将决定产品的外观,因此型腔的表面粗糙度则要求较高,一般取Ra0.8~0.4。
在本次设计中,型腔取Ra0.8。
(4)X——综合修正系数(考虑塑料收缩率的偏差和波动,成型零件的磨损等因素),塑件精度低、批量较小时,X取1/2;塑件精度高、批量比较大,X取3/4,根据设计要求取X为0.5。
(5)型腔、型芯工作尺寸的计算
要计算型芯、型腔的工作尺寸,必先确定塑件的公差及模具的制造公差。
根据要求塑件精度取五级精度。
根据塑料制件公差数值表(SJ1372—78)塑件在五级精度下,基本尺寸对应的尺寸公差如下表4.1:
基本尺寸㎜
公差㎜
基本尺寸㎜
公差㎜
<3
0.16
3~6
0.18
6~10
0.20
10~14
0.22
14~18
0.24
18~24
0.28
24~30
0.32
30~40
0.36
40~50
0.40
50~65
0.46
65~80
0.52
80~100
0.60
100~120
0.68
表4.1
①型腔:
宽度方向d
=120.4;取
=0.5%(以下收缩率都取0.5%)
D
=[(1+0.005)×120.4-0.5×0.60]
=120.702
长度方向d2’=80;
D2’=[(1+0.005)×80-0.5×0.68]
=80.06
②型腔深度:
H=40.1;X=0.4
H
=[(1+0.005)×40.1+0.4×0.18]=40.3725
③型芯:
宽度方向d
=76;取
=0.5%(以下收缩率都取0.5%)
D
=[(1+0.005)×76-0.5×0.60]
=76.08
长度方向d
=116.3;取
=0.5%(以下收缩率都取0.5%)
D
=[(1+0.005)×116.3-0.5×0.60]
=116.58
④高度方向d2’=38.1;
D2’=[(1+0.005)×38.1-0.5×0.68]
=37.95
(6)型腔壁厚的确定
塑料模具型腔的侧壁和底壁厚度计算是模具设计中经常遇到的问题,尤其对大型模具更为突出。
目前常用的计算方法有按强度条件计算和按刚度条件计算两类,但塑料模具要求既不许因强度不足而发生明显变形,甚至破坏,也不许刚度不足而变形过大的情况,因此要求对强度和刚度加以考虑。
对于型腔主要受到的力是塑件熔体的压力,在塑件熔体的压力作用下,型腔将发生内应力及变形。
如果型腔侧壁和底壁厚度不够。
当型腔中产生的内应力超过材料的许用应力时,型腔发生强度破坏,与此同时,刚度不足则发生弹性变形,从而产生溢料现象,将影响塑件成型质量,所以模具对刚度和强度都有要求。
但是,实践证明,模具对强度和刚度的要求并非同时兼顾,对大型腔,按刚度条件,对小型腔则按强度条件计算即可。
(在本设计中按强度条件来计算)
5浇注系统
浇注系统的设计原则:
浇口位置应尽量选择在分型面上,以便于模具加工及使用时浇口的清理;浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致,并使其流程为最短;浇口的位置应保证塑料流入型腔时,对着型腔中宽敞、壁厚位置,以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁;型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时;能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。
5.1分型面的选择
分型面的位置要有利于模具加工,排气、脱模及成型操作,塑料制件的表面质量等。
外表质量:
分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处,方便脱模,制件留在动模边:
从制件的推出装置设置方便考虑。
包紧力大的,芯应设在动模边而将凹模放在定模边包紧力小且不能确切判断留向的将型芯和凹模的主要部分都设在动模边对型芯无包紧力,对凹模粘附力较大的,将粘附力较大的设在动模边同心度要求:
要求同心的部分放在模具分型面的同一侧。
当分型面作为主要排气面时料流的末端应在分型面上以利排气。
矩形罩壳模具设计的分型面设计如图5.1所示:
5.1分型面
5.2浇口套的选用
主流道是浇注系统中从注塑机喷嘴与模具的部位开始,到分流道为止的塑件熔体的流通通道。
在注塑机上,主流道垂直分型面。
为了使凝料从其中顺利推出,需设计成圆锥形,锥角为20~60,表面粗糙度Ra<0.8μm,主流道部分在成型过程中,其小端入口处与注塑机及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替反复接触,属易损件,对材料的要求较高,因而模具的主流道部分常设计成可拆。
一般采用碳素工具钢即T8A、T10A等。
把它热处理到53~57HRC。
取主流道的球面半径为16mm.浇口套大体结构示意图如图5.2浇口套所示:
图5.2浇口套
5.3分流道的布置
分流道是指主流道末端与浇口之间的通道。
此副模具采用圆形的截面形状,对于壁厚小于3mm,质量在200g以下的塑件,截面的直径可采用如下的的经验公式:
D=0.2654W1/2L1/4
=7mm
其中D是分流道的直径,L是分流的长度,W是塑件的质量,此副模具选分流道的截面积为D=7mm,由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料的熔体的流动状态较为理想,因而分流道的内表面粗糙度Ra要求比较高,一般取1.6um左右。
分流道在分型面上的布置的形式,它必须遵循以下两方面的原则,即一方面排列紧凑,缩小模具板面的尺寸,一方面流程尽量短,锁模力力求平衡,该模具采用平衡式的分流道。
5.4浇口的设计
浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的通道。
它是整个浇注系统的关键的部位,也是最薄点。
其形状、大小及位置应根据塑件大小、形状、壁厚、成型材料及塑件技术要求等进行而确定。
浇口分限制性浇口和非限制性浇口,该塑件采用的是限制性浇口,它一方面通过截面积的突然变化,使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度,提高剪切速率,有利于塑料进入,使其充满型腔。
另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性,调节浇口尺寸,可使多型腔同时充满,可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量,,同时还起着封闭型腔
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- 矩形 开关 外壳 注塑 模具设计