灯座塑料模具设计案例.docx
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灯座塑料模具设计案例
制件图
一、塑件的工艺分析
1.塑件的使用性能
该塑件为风扇盖,主要用于容纳进线及挡灰尘,由于电动机在转动过程有震动故要求材料有较好的机械性能,如抗拉强度、抗应力开裂性、弹性模量都要求较好,其中Φ22孔要求与轴相配合,且配合关系要求高。
根据产品要求,该塑件为小批量生产。
2.塑件的尺寸精度
塑件有精度要求的尺寸是Φ22,Φ3.4均为MT4塑件精度,因此在模具设计和制造中要严格的保证这两个尺寸的精度要求。
其余的尺寸都无特殊的要求,按照自由尺寸或MT6级的精度查取公差等级。
3.塑件表面质量
该塑件表面质量要求表面光泽,其表面粗糙为1.6mm,无飞边毛刺缩孔流痕等工艺缺陷。
4.塑件的结构工艺性
1)由图可知,该电风扇上盖结构为圆锥壳体,侧壁带台阶孔,侧壁壁厚为2㎜,带孔部分较厚,塑件的属于中小件,PP材料能够满足充模流动要求。
考虑制件壁厚不均,为防止变形,应强化冷却,模具温度取下限值,延长冷却时间。
2)从模具总体结构上考虑,塑件为骨架主体需设置侧向分型机构。
5.原材料的工艺性
塑料品种
PP热塑性塑结构特点料
使用温度
可以在100℃长期稳定使用
性能特点
抗拉强度、抗压强度、表面硬度和弹性模量均优异,几乎不吸水
成型特点
1.分子结构含有叔原子,故抗氧化能力低,在塑化前应加入抗氧化剂。
2.在超过280℃会发生降解,故成型时应避免熔料长时间滞留在料筒内。
3.体流动性好,易成型长流程塑件。
4.熔点和熔点热焓量比LDPE高,在结晶和冷却过程中会放出较多的热量,故模具有较好的冷却系统。
5.由于热收缩和结晶作用,在成型过程中比容积有较大的变化。
6.熔料低温高压取向明显,故要控制成型温度。
7.型收缩率大,低温呈脆性,要求壁厚均匀。
二、成型设备的选择及校核
(一)注塑机的初选
1. 计算塑件的体积
根据制件的三维模型,利用三维软件直接求得塑件的体积为:
V1=72540mm^3;其中浇注系统凝料体积为:
V2=1600mm^3;故一次注射所需要的塑料总体积为:
V=74140mm^3。
2. 计算塑件的质量
查手册[1]得密度为:
r=0.9g/cm^3
塑件的质量为:
M1=V1×r=65.2g
浇注系统凝料质量为:
M2=V2×r=1.44g
塑件和浇注系统凝料总质量为:
M=V1+V2=66.64g
3. 选用注射机
根据总体积V=74.14cm^3,初步选取螺杆式注塑成型机SZ630/3500。
注塑成型机SZ100/630主要参数如下表1-2所示
表1-2
理论注射量
634cm^3
最小模具厚度
250mm
注射压力
150MPa
定位孔的直径
Ø180深20
锁模力
3500kN
喷嘴球半径
SR18mm
拉杆内间距
545mm×480mm
喷嘴口孔径
Ø4mm
最大模具厚度
500mm
移模行程
490mm
(二)、注塑机的终选
(1)注射量的校核
公式:
(0.8-0.85)W公≥W注
W公——注塑机的公称注塑量(cm3);
W注——每模的塑料体积量,是所有型腔的塑料加上浇注系统塑料的总和(cm3);
如前所述,塑件及浇注系统的总体积为74.14mm3远小于注塑机的理论注射量634cm3,将数据代入公式得:
59.31x103cm3<634cm3, 故满足要求。
(2)模具闭合高度的校核
公式:
Hmin﹤H闭﹤Hmax
如装配图可知模具的闭合高度H闭=477mm,而注塑成型机的最大模具厚度Hmax=500mm,最小模具厚度Hmin=250mm,满足Hmin﹤H闭﹤Hmax安装要求。
(3)模具安装部分的校核
模具的外形尺寸为450mm×450mm,而注塑成型机拉杆内间距为545mm×480mm,故能满足安装要求。
模具定位圈的直径Ø100=注塑机定位孔的直径Ø100,满足安装要求。
浇口套的球面半径为SR1=SR+(1-2)=20满足要求。
浇口套小端直径R1=R+9(1-2)=4+2=6满足要求。
(5)模具开模行程的校核
公式:
H模=H1+H2+a≤H注
H模——模具的开模行程(mm)
H注——注塑成型机移模行程(mm)
H1——制件的推出距离(mm)
H2——包括流道凝料在内的制品的高度(mm)
a——侧抽芯在开模方向的距离(mm)
代入数据得:
H模=115+177+31=323mm≤H注=490mm,满足要求。
(6)锁模力的校核
公式:
F≥KAPm
F——注射机的额定压力(kN);
A——制件和流道在分型面上的投影面积之和(cm)
Pm——型腔的平均压力(Mpa);
K——安全系数,通常取K=1.1~1.2;
将数据代入公式得:
KAPm=1.15×25×11.304=324.87KN
F=630KN>324.87KN,满足要求。
(7)注射压力的校核
公式:
Pmax≥K′P0
Pmax——注射机的额定注射压力(Mpa);
P0——注射成形时的所需调用的注射压力(Mpa);
K′——安全系数
将数据代入公式得:
K′P0=1.3×90=117MPa≤Pmax=150Mpa 满足要求。
结论:
选取螺杆式注塑成型机SZ630/3500完全符合本模具的使用要求。
一、模具结构分析与设计
• 型腔数目的确定
制件为小批量生产,故采用一模一腔。
优点:
1)保证产品的精度要求。
2)冷却系统便于设置同时冷却效果很好。
3)模具开模距离小。
• 分型面的确定
从模具结构及成形工艺的角度出发,采用三种方案
方案一:
如图1-2所示
优点:
A)有一个分型面,开模距离小,模具可用两板式,其结构简单。
B)从上端采用侧浇口进料不影响制件表面质量,且流程短、压力损失小。
缺点:
A)所需开模力大。
B)冷却系统安置不便,与模具其它结构发生干涉,同时造成模具体积庞大,冷却效果不佳。
C)制件采用推管推出,由于推管与小型芯磨损,配合间隙增大,从而发生飞边。
D)开模时,制件包紧大型芯,由于包紧力较大,制件易变形。
由以上分析可知:
方案一不可取
方案二:
如图1-3所示
优点:
A)两个分型面,但由于侧抽芯距不大,开模距离不大。
B)模具在I-I处分型完成侧抽芯动作,可使制件留置在动模;在II-II分型完成推出制件动作。
C)制件采用推件板推出,推出动作稳定可靠,制件受力均匀不变形。
D)将分流道和浇口放在型芯上,有利模具的制造。
E)模具冷却系统的安置更合理且冷却效果大大提高。
缺点:
A)主流道的流程变长。
B)分流道和浇口安置复杂。
解决方案:
A)采用延伸式喷嘴使主流道的流程变短。
B)将浇口套和小型芯做成一体,将分流道和浇口做在浇口道上,有利于制件直径为22孔径端面高度尺寸的保证又有利于模具的制造。
方案三:
如图1-4所示
该方案是在方案二的基础采用点浇口进料,推出方式和冷却方式同方案二。
优点:
A)有利于保证直径22孔高度尺寸精度。
B)有利于塑料熔体充模,减少熔接痕。
缺点:
模具结构复杂,成本大大提高。
结论:
通过以上分析可知,从保证产品的质量和降低模具成本的角度
考虑优选方案二。
• 型腔和型芯的结构和固定方式
型腔采用镶块式结构
优点:
A)利于模具温度控制,冷却充分。
B)零件更换方便。
C)缩短模具制造周期。
型腔和型芯固定方式:
采用台肩固定
优点:
A)加工方便。
B)减少安装过程中出现的偏差。
• 浇注系统的确定
模具采用方案二,直径为22的孔内部端面用四个侧浇口进料,且分流道和侧浇口做在小型芯上。
优点:
一方面有利于模具的制造,另一方面保证端面尺寸的精度。
如将分流道和侧浇口做在大型芯上,由于浇注凝料的存在,使其端面凸凹不平,不能保证尺寸精度。
侧浇口采用矩形侧浇口,有利控制熔体的充模。
分流道采用梯形截面形式,流动阻力小。
• 脱模方式的确定
根据分型面的选择及制件外形特点,采用推件板推出制件。
其优点:
• 制件受力均匀在推出时不产生变形。
• 制件表面质量不受影响。
• 无须设置复位杆使模具结构紧凑。
• 冷却系统的结构设计
PP熔点和熔点热焓量比LDPE高,在结晶和冷却过程中会放出较多的热量,故模具应设置冷却系统。
冷却采用螺旋水道方式,冷却均匀,这样使模具有恒定的模温,能有效地减少塑件成型时收缩的波动,保证塑件的尺寸精度。
防止制件翘曲变形。
• 排气方式的确定
通过分型面和小型芯处的间隙来排气。
• 标准模架的选择
根据成型零件及结构零件的布局定选标准标准模架为GB/T12556.1~12556.1-1990中355×L
(1)。
二.装配图
四、模具相关的计算
1. 成型零件的尺寸的计算
平均收缩率为0.2﹪。
根据塑件尺寸公差要求,模具的制造公差取δZ=△/4。
成型零件尺寸计算
如下表1-3:
表1-3
已知条件:
平均收缩率Scp=0.002;模具的制造公差取δZ=△/4
类别
零件名称
塑件尺寸
计算公式
型腔或型芯工作尺寸
型腔计算
大型腔
Ø12100.92
Lm=(Ls+Ls*Scp-¼Δ)+δZ0
Ø123.3200.23
1150+0.82
115.0600.203
Ø8600.72
Ø87.540+0.18
Ø680-0.64
Ø69.21+0.160
Ø1190-0.72
Ø121.180+0.205
Ø220-0.32
Ø22.3600+0.36
940-0.72
94.010+0.18
20-0.16
20+0.04
3900.042
39.170+0.0105
小型腔
R50-0.18
Lm=(Ls+Ls*Scp-¼Δ)+δZ0
R5.070+0.045
120-0.48
11.160-0.06
1.50-0.36
1.49+0.040
型芯计算
小型芯
Ø22+0..540
Lm=(Ls+Ls*Scp+Δ)0-δZ
Ø22.360-0.04
侧型芯
Ø3.4+0.160
Lm=(Ls+Ls*Scp+Δ)0-δZ
Ø3.430-0.04
Ø6.7+0.20
Ø6.960-0.05
大型芯
Ø81+0.540
Ø82.450-0.14
Ø66+0.540
Ø67.15-0.180
7.0+0.200
6.960-0.05
12.0+0.240
11.160-0.08
28.0+0.320
29.190-0.0033
113+0.820
113.020-0.205
2. 冷却系统水管孔径的计算
根据热平衡计算:
在单位时间内熔体凝固时放出等热量等于冷却水所带走的热量,故有
公式:
qv=WQ1/ρc1(θ1-θ2)
qv——冷却水的体积流量(m³/Min);
W——单位时间(每分钟)内注入模具中的塑料重量(Kg/Min);
Q1——单位的重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(KJ/kg);
ρ——冷却水密度;
c1冷却水的比热容;
θ1−冷却水出口温度;
θ2−冷却水入口温度;
1).求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q
设注射时间为2s,冷却时间为20s,保压时间为15s,开模取件时间为3s.,得注射成型周期为40S。
设用20℃的水作为冷却介质,其出口温度为28℃,水呈湍流状态,
一个小时成型次数n=3600/40=90
W=M×n=66.64×90=5997g/h=6Kg/h
查手册[1]得PP单位重量放出的热量Q1=5.9×10²KJ/h 故
Q=WQ1=6×5.9×10²KJ/h=3.54×10³KJ/h
2).水的体积流量
由公式qv=WQ1/ρc1(θ1-θ2)=(3540/60)/(10³×4.187×(28-20))m³/Min=1.8×10-³m³/Min
3).求冷却水道直径d
根据水的体积流量查手册[1]得d=8mm
3.浇注系统尺寸的计算
1)分流道截面尺寸的计算
对于壁厚小于3mm、重量小于200g以下塑料制件品,可采用如下的经验公式来计算分流道的直径:
D=0.2654G1/2*L1/4
式中 D——分流道的直径(mm);
G——制品质量(g);
L——分流道的长度(mm);
将数据代入公式得:
D=0.2654G1/2*L1/4=0.2564(66.64)1/2*(4.75)1/4=3.18mm
2)侧浇口深度(h)和宽度(w)的经验公式如下:
h=nt
W=nA1/2/30
n——塑料材料系数,查得PP的系数为0.7;
t——制品的壁厚(mm);
A——型腔外表面积(mm²);
将数据代入公式得:
h=1.4mm
W=4.42mm
L取经验值0.54mm
由公式γ=6q/(Wh²)≥104s-1进行校核是否合理
q——熔体的充模速度(cm³/s)
制件的体积为V1=72.54cm³,由前述知充模时间为2s,故q=36.27cm³/s
于是 γ=6q/(Wh²)=6×36.27/0.3×0.14²=3.7×104s-1
≥104s-1
符合要求
4.凹模壁厚和垫板厚度、刚度与强度计算与校核
R——凹模外半径(mm);
r——凹模内半径(mm);
E——模具钢材的弹性模量(Mpa);
P——模具型腔内最大的压力(Mpa);
u——模具钢材的泊松比u=0.25;
δp——模具强度计算的许用变形量(mm);
σp——模具强度计算许用应力(Mpa);
由组合式,低粘度和4级精度的条件,查长手册[1]得:
δp=25i1=25(0.35r1/5+0.001r)=25(0.35(81.63)1/5+0.001×81.63)=23μm=0.023mm
r=52mm
E=2.2×105Mpa
P=40Mpa
u=σp0.25
σp=300Mpa
1).凹模侧壁刚度条件计算
公式:
R=r[((δpE/rP)+1-u)/((δpE/rP)+1-u))]1/2
将数据代入公式得:
R=52(0.023×2.2×105+0.75×52×40/0.023×2.2×105-1.25×52×40)=85mm
2).凹模侧壁强度条件计算
公式:
R=r[(σp/σp-2P)1/2-1] (σp>2P)
σp=133Mpa
P=25Mpa
将数据代入公式得:
R=64.4mm
综合1)、2)得:
R=85mm
3).凹模垫板的刚度计算
公式:
t=0.91r(Pr/Eδp)
将数据代入公式得:
t=34mm
4).凹模垫板的强度计算
公式:
t=1.1r(P/σp)½
将数据代入公式得:
t=21mm
综合3)、4)得:
t=34mm
5、推件板厚度的计算
刚度计算 h=(C2QeR²/EBδp)1/3
强度计算 h=[K2(Qe/σp)]1/2
式中 h=推件板的厚度(mm);
C2——随R/r值变化系数;
R——推杆作用在推件板上的几何半径(mm);
r——推件板圆形内孔(mm);
K2——随R/r值变化系数;
Qe——脱模阻力(N);
E——推杆材料的弹性模量(Mpa);
σp——推件板材料的许用应力(Mpa);
δp——推件板中心允许的变形的量,通常取制件尺寸公差的1/5-1/10(mm);
查手册[1]得:
C2=0.0249 K2=0.428 R=174.14mm r=120.44mm
E=209×10³MPa Qe=6.283×10³N σp=300MPa
δp=0.92/5=0.15
按强度计算代入数据得:
h=3.2mm
按刚度计算代入数据得:
h=4.5mm
取h=4.5mm
6.脱模机构相关计算
1).脱模力、斜销直径、推杆直径的计算
A)侧型芯脱模力计算
公式:
Qc1=10fcαE(Tf-Tj)th
式中
Qc1——制件对型芯包紧脱模阻力(N);
fc——脱模系数
α——塑料的线胀系数(1/℃)
E——在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量(Mpa)
Tf——软化温度(℃)
Tj——脱模顶出时的制品温度(℃)
t——制件的厚度(mm)
h——型芯脱模方向的高度(mm)
查阅手册[1]得:
fc=0.45, α=7.8×10-5℃-1, E=1.2×10³Mp,Tf=110℃,
Tj=60℃, t=2mm, h=17.
将数据代入公式得:
Qc1=716N
查手册[1]得:
斜销直径d=20mm
B)主型芯脱模力计算:
d/t=58>20 属于厚壁
公式为:
Qc2=1.25KfcαE(Tf-Tj)Ac
=(dk+2t)²+dk² +μ
(dk+2t)²-dk²
式中 Qc2——制件对型芯包紧脱模阻力(N);
Ac——制件包紧型芯的有效面积(mm²);
dk——制件直径(mm);
K——脱模斜度系数;其中K=(fcCosβ-Sinβ)/fc(1+fcCosβSinβ);
μ——在脱模温度下的泊松比;
将数据代入得:
Qc2=5567N
总脱模阻力为:
Qe=Qc1+Qc2=6283N=6.283×10³N
推杆直径计算
直径确定公式:
d=K(l²Qe/nE)1/4
直径校核公式:
σc=4Qe/n∏d²≤σs
式中
d——推杆的直径(mm);
K——安全系数;
l——推杆长度(mm);
Qe——脱模阻力(N);
E——推杆材料的弹性模量(Mpa);
n——推杆的数目;
σc——推杆所受的压应力(Mpa);
σs——推杆材料的屈服点(Mpa);
查手册[1]得:
K=1.6 l=215.6 Qe=6.283×10³N E=209×10³MPa
σs=353MPa
将数据代入公式得:
d=8mm
用公式σc=4Qe/n∏d²校核得:
σc=31.25MP<σs=353MP,故d=8mm符合要求。
2)推杆长度计算
公式L工=S+推杆行程+3mm=215.5mm
3)侧抽芯距计算
完成抽拔距为s所需的最小开模行程H由以下公式和得:
H=S×Ctgα
α——斜销的斜角(°);在此取20°
由制件图可知S=11mm 故H=11×Ctg20°=31mm
五、塑件模塑成型工艺
1、PP注射成型工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
料筒温度(℃)
后段:
160-220
中段:
180-200
前段:
160-180
成型时间(t)
注射时间:
2
保压时间:
15
冷却时间:
20
喷嘴温度(℃)
220-310
螺杆转速(r/min)
40
模具温度(℃)
20-60
注射压力(MPa)
70-100
2、填写模塑成型工艺卡
六、模具零件制造工艺
1、型腔镶件的加工工艺
序号
工序名称
工序内容
1
备料
棒料
2
锻造
176mm×176mm×14Omm
3
热处理
退火
4
铣
铣六面至尺寸166.5mm×166.5mm×13O.5mm对角尺
5
平磨
磨六面至尺寸166mm×166mm×130mm,保证上下平面与四平面互相垂直,垂直度为0.01/100mm,对角尺
6
车(镗)
车钻通孔φ21.86mm,钻孔φ87.04mm深至图纸要求并留1mm的加工余量
绞φ21.86至图纸要求并留1mm精加工余量
车(镗)型腔孔,并按图纸要求加工出φ122.31、φ120、φ86.54、φ68.12、φ38.17,φ21.36的孔
车外型,
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