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IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

时间:2020/1/3 22:35:32   作者:未知   来源:网络文摘   阅读:36   评论:0

摘要

    本课题来源于郑州优德模具有限公司。针对IC卡燃气表计费器壳体塑件图,完成其三维造型设计。根据IC卡燃气计费器壳体的结构特点完成其注塑模具的设计。

    本次设计主要涉及IC卡燃气计费器壳体的注塑成型原理、机构设计以及模具各零部件的尺寸确定的思路和方法。此外本次设计还采用solidworks软件进行三维辅助设计。并利用Autodesk公司的AutoCAD软件完成注塑模具的计算机辅助设计,共绘制注塑模总装图一套和14张关键零件图。

    当今社会,随着燃气表计费器壳体在家庭当中的应用日益普及,对各种燃气表计费器的需求量越来越大,因此研究一套家用燃气表计费器壳体注塑模具对提高计费器壳体的生产效率和质量有着非常重要的作用,与此同时给人民的生活需要提供了方便。而且通过本此设计,本人也得到了很大的锻炼。

关键词:壳体 注塑模结构 计算机辅助设计 型腔 生产效率

Abstract

Its topic originates from the excellent German Die Co.Ltd. Zhengzhou. Acording to the plastic figures of gas meter billing shell to complete the three—dimensional design. Acording to the stucture features of IC card gas meter to complete its injection mold design.

This design mainly relate to IC card gas meter injection molding shell theory、mechanism design and the ideas and metheods of determining the size of each mold component. In addition,this desing also use software solidworks to Three-dimensional auxiliary design. And the use of Autodesk's AutoCAD software to complete computer-aided design of injection mold,the figures of injection mold assembly and 14 key parts were drawn.

Today's society, with the gas meter′s home application is more and more common ,an increasing demand of various gas meter ,so reseach an gas meter injection mold play an important role on production efficency and

Prodution quality , at the same time provide a convenient to the lives of the people ' need .and through this design ,I also received a lot of exercise .

Keywords:case     the structure of injection mold     compurter aided design cavtiy      production efficency

目录

引言

1 课题概述

1.1 选题背景

1.2塑料模具的发展方向

1.3本课题原始依据分析及有待解决的主要关键问题

2塑件的结构工艺性分析

2.1塑件材料的选择

2.2塑件成型的工艺性分析

2.3塑件的结构工艺性分析

2.31尺寸精度的选择

2.32塑件的表面质量

2.33工艺性分析

3注塑成型原理及设备的选择

3.1注塑成型工艺原理

3.2注塑成型工艺参数的选择

3.21温度

3.22压力

3.23时间

3.3初选注射机

4注射模总体结构设计

4.1注射模型腔数目的确定及分型面确定

4.11根据最大注塑量确定型腔数目

4.12分型面的确定

4.2浇注系统的设计

4.2.1浇注系统的作用

4.2.2浇注系统的组成

4.2.3浇注系统的设计

4.3导向机构选择

4.31导柱的选择

4.32导套的选择

4.4顶出机构设计

4.5确定调温系统结构

4.5.1模具温度对成型质量的影响

4.5.2模具温度对生产效率的影响

4.5.3冷却装置的设计原则

4.5.4冷却计算

4.6成型零部件结构设计

4.6.1 凹模的结构设计

4.62  凸模的结构设计

4.7模具排气机构的设计

4.8确定注塑模的主要尺寸

4.8.1成型零部件的尺寸计算

4.8.2模体及其零件的尺寸确定

4.9模具材料选择

5注塑机有关参数校核及最终选择

5.1注射压力的校核

5.2最大注塑量的校核

5.3锁模力校核

5.4模具与注塑机安装相关尺寸校核

5.5脱模力的计算

5.6推杆强度的计算

5.7推杆应力校核

6技术经济性分析

7总结

致谢

参考文献

引言

    模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品工具,按制品所采用的原材料不同,成型的方法不同一般将模具分为塑料模具、金属冲压模具、金属压铸模具、橡胶模具、玻璃模具等。因为人们日常生活中所用的制品和各种机械零件,在成型中多数是通过模具来制成品,所以模具制造业已经成为一个大行业。在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成型的模具,称为塑料成型模具,简称塑料模。塑料模优化设计,是当代高分子材料加工领域中的重大课题。

    塑料制品已经在工业、农业、、国防和日常生活等方面获得广泛应用。为了生产这些塑料制品必须生产相应的塑料模具。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后,塑料模具设计对制品质量和产量就用着决定性的影响。首先模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进料与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等,均对制品的尺寸精度、形状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表观质量与内在质量等,起着十分重要的影响。其次,在塑件加工过程中,塑料模结构的合理性,对操作的难以程度,具有重要的影响。再次塑料模对塑件的成本也有相当大的影响,除简易模外,一般来说制模费用是十分昂贵的,大型塑料模更是如此。

    现代塑料制品生产中,合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具,被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求,起着无可替代的作用。高效全自动化设备,也只有装上能自动化生产的模具,才能发挥其应有的效能。此外塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。

1 课题概述

1.1 选题背景

    随着现代社会生活水平的提高,人们对计费仪器的要求是越来越多。因此IC卡燃气计费器也是不可或缺的。本次设计主要针对此计费器做一套其壳体的注塑模具设计。

    而随着现代制造技术的迅速发展、计算机技术的应用,模具已经成为生产塑料壳体不可缺少的重要工艺装备。特别是在塑料产品的生产过程中,塑料模具的应用极其广泛,在各类模具中的地位也越来越突出,成为各类模具设计、制造与研究中最具有代表意义的模具之一。而注塑模具已经成为制造塑料制造品的主要手段之一,且发展成为最有前景的模具之一。注射成型是当今市场上最常用、最具前景的塑料成型方法之一,因此注塑模具作为塑料模的一种,就具有很大的市场需求量。

    计算机辅助设计(Computer Aid Design )/计算机辅助制造(Computer Aid Manufacturing),简称CAD/CAM,该技术是以计算机数控技术、计算机图形技术、计算机数据分析技术及计算机网络技术为基础发展起来的,是计算机在工程应用中最有影响的技术之一,在机械行业的应用中尤以模具制造业的应用成果最为突出。塑料模具CAD/CAM技术的引入,不仅提高了塑料模具以及塑料产品质量,缩短了新产品的开发周期,这是当今世界模具制造业最为先进的生产模式,也为工厂实现由产品设计、生产到管理的一体化,无图纸化奠定了基础。

1.2 塑料模具的发展方向

    随着计算机辅助制造(CAM)技术水平的提高,模具CAD/CAE/CAM技术向着一体化方向发展。目前,美国、日本、德国等CAD/CAE/CAM技术应用普及率已很高,我国不少企业也已经引进CAD/CAM软件和CAD/CAE/CAM集成软件,这部分软件在生产中发挥着积极的作用。但我国在该技术的应用和推广方面与外国相比还存在一定差距,有待进一步改进和提高。

    随着工业技术的发展,产品对模具的要求愈来愈高,传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品及时更新换代和提高质量的要求。因此发达国家从 20世纪 50年代末就开始了模具 CAD /CAM 技术的研究,如美国通用汽车公司早在 20 世纪 50 年代就将 CAD /CAM 技术应用于汽车覆盖件的设计与制造,到 60年代末,模具 CAD /CAM 技术已日趋完善,70 年代已研制出许多模具 CAD /CAM 的专门系统,可应用于各种类型的模具设计与制造,并取得显著的应用效果;到 20世纪 80年代时,模具 CAD /CAM 技术已广泛用于冷冲模、锻模、挤压模、塑料注射模和压铸模的设计与制造。

    我国模具CAD /CAM技术的开发始于20世纪 70年代末,发展也很迅速。中国注塑模CAD /CAM的研究与应用虽然相对国外来说起步较晚,但自20世纪80年代开展注塑模CAD的研究与应用以来,经过20多年的努力,已经得到了很大的发展,取得了一些较大成果,并用于实际生产中。由于中国模具CAD /CAM技术应用较晚,模具标准化程度不高,经验设计较多,与先进工业国家相比注塑模CAD /CAM技术还比较落后。到目前为止,先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、塑料注射模等CAD /CAM系统。但是直到现在这些系统仍处于试用阶段,尚未在生产中推广使用。据统计,我国 20世纪 80年代进口模具中,均在不同程度上应用CAD 、CAM、CAD /CAM 等技术。但在模具CAD /CAM技术方面,我们与国外相比还有很大差距,主要表现在以下几个方面:CAD /CAM 没有商品化; CAM的发展跟不上CAD发展;引进过多过宽;国内CAD /CAM技术研究开发未能很好地有组织、有计划、有重点地进行,造成低水平的重复劳动,影响了软件开发的进度和水平的提高。所以我们社会各界应共同努力,加强这方面的研究和应用。

    本次设计的课题是IC卡燃气计费器壳体注塑模设计,注塑模具设计的是否合理,决定了塑件的质量和工人师傅的劳动强度。其意义表现在一下方面:

    在产量方面,信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展.

    在产品适应性方面,模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展,技术含量不断提高。

1.3 本课题原始依据分析及有待解决的主要关键问题

    本课题来源于优德塑料模具实业有限公司。公司要求大批量生产,塑件的外表面光洁,要求无裂痕、斑纹、脱皮、分层、变形等缺陷。该塑件的选用材料为ABS。塑件的二维图如图1.1所示:

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

图1.1塑件工程图

    根据塑件工程图图,使用solidworks软件对其进行三维造型,通过三维图可以较直观的认识塑件的结构,塑件的三维图如图1.2、图1.3所示:

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

图1.2塑件三维图1


IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

图1.3塑件

    根据塑件结构特点,在设计加工该模具时,要注意以下几点问题:

(1)根据IC卡燃气计费器的具体结构,采用solidworks进行三维造型。

(2)三维造型,采用solidworks进行CAD/CAM模具设计(浇注系统,冷却系统,排气系统,顶出系统,温度调节系统,等)。

(3)根据各零部件的结构尺寸关系,用solidworks软件进行三维造型,装配出装配体。

(4)利用solidworks软件生成模具的装配图和零部件工程图。

2 塑件的结构工艺性分析
2.1塑件材料的选择

    常用的热塑性塑料有PE、PVC、PS、ABS、PA等。由于IC卡燃气计费器壳体要有较好的综合性能,而且要求耐腐蚀等,所以选用ABS塑料。以下为ABS塑料的主要性能指标:

(1)密度          1.02—1.16 (Kg/cm3)

(2)收缩率        0.4—0.7(%)

(3)比热          0.35—0.4(x4.1868J/g•℃ )

(4)熔  点        130—160(℃)

(5)成型温度      180—240(℃)

(6)热变形温度    65—9845(N/cm)

(7)抗弯强度      80(Mpa)

(8)抗拉强度      35—50(MPa)  

(9)拉伸弹性模量  1.8 GPa

(10)弯曲弹性模量  1.4 Gpa

(11)压缩强度      18—39 Mpa

(12)缺口冲击强度 11—20 kJ/㎡

(13)硬  度       R62—86 HR

2.2 塑件成型的工艺性分析

    ABS属于无定形塑料,其品种很多,各品种的机电性能及成型特性也有差异,应按品种确定成型方法和成型条件。此塑料的吸湿性强,含水量应小于0.3%,必须充分干燥,要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。但是其流动性中等,溢边料0.04mm左右,因此在设计模具时要注意浇注系统,选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑料件表面呈“白色”痕迹(但在水中预热可消失)。模具凸模的脱模斜度取0.8°,型腔的脱模斜度取1°。

此塑件的成型工艺过程为:(1)预烘干—装入料斗—预塑化—注射装置准备注射—注射—保压—冷却—脱模—塑料送下工序。

2.3 塑件的结构工艺性分析
2.31尺寸精度的选择

    塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准,然而,在满足塑件使用要求的前提下,设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些,以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求,要具体分析,根据装配情况来确定尺寸公差,该塑件是一般民用品,所以精度要求为一般精度即可,但是由于要保证两半壳体的闭合,所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些,对其要有公差配合要求,应选择高精度。根据精度等级选用表,塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准,然而,在满足塑件使用要求的前提下,设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些,以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求,要具体分析,根据装配情况来确定尺寸公差,该塑件是一般民用品,所以精度要求为一般精度即可,该塑件尺寸不大,整体结构较简单.有曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外,其他尺寸精度要求相对较低,表面粗糙度要求不高,再结合其材料性能和使用要求,故选一般精度等级为8级。影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂,归纳有以下三个方面:

(1)模具—— 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。

(2)塑料材料—— 主要是收缩率的影响,收缩率大的尺寸精度误差就大。

(3)成型工艺—— 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩,从而影响尺寸精度。

2.32 塑件的表面质量

    表面质量是一个相当大的概念,包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标,而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标,包括缺料,溢料与飞边,凹陷与缩瘪,气孔,翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素,通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光,所以对粗糙度的要求比较高。该零件的表面要求无凹坑等缺陷外,表面无其它特别的要求,故比较容易实现。综上分析可以看出,注射时在工艺参数控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。

2.33 工艺性分析

    零件壁厚基本均匀,所有壁厚均大于塑件的最小壁厚0.8mm,注射成型时应不会发生填充不足现象。为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用潜伏式浇口。浇口却斜向开设在模具的隐蔽处降低塑件外表面可能受到的损伤,不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

3 注塑成型原理及设备的选择
3.1注塑成型工艺原理

    注塑成型是利用塑料原料受热后成为熔融状态流体,利用注射成型机油压系统压力将熔融塑料注射入预先设计好的紧闭模腔内,经过冷却后而得到所需的制品过程。

3.2 注塑成型工艺参数的选择
3.21温度

    在注塑成型中,需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度、和模具温度。料筒温度和喷嘴温度主要影响塑料的塑化和流动,模具温度主要影响塑料的流动和冷却。查《模具设计与制造简明手册》表2-31得:料筒后段的温度为150~170℃、料筒中段温度为165~180℃、料筒前段温度为180~200℃。喷嘴温度为170~180℃。模具温度为50~80℃.

3.22 压力

(1)塑化压力。

    采用螺杆式注塑机时,螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力,亦称背压。这种压力的大小可以通过液压系统中的溢流阀来调整。在注射中,增加塑化压力会提高熔体的温度,但会减小塑化的速度。此外,增加塑化压力常能使熔体的温度均匀,使色料的混合均匀,并利于排除熔体的气体。一般的操作中,塑化压力应在保证制品质量优良的前提下越低越好。

(2)注射压力。

    在当前生产中,注塑机的注射压力一般都是以柱塞或螺杆顶部对塑料所实施的压力为准。注射压力在注塑成型中所起的作用是克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力,给予熔料冲模的速率以及熔料进行压实。查《模具设计与制造简明手册》表2-31得:注射压力为600~1000㎏/cm2。

3.23时间

    在生产过程中,为了缩短成型周期、提高生产效率,应在保证质量的前提下,尽量缩短成型周期中的有关时间。在整个成型周期中,以注射时间和冷却时间最重要,它们对制品的质量均有决定性的影响。

a.充模时间。

    注射时间中的充模时间较短,为3s~5s,一般不超过10s。

b.保压时间。

    保压时间是型腔内对塑料的压力时间,一般为20s~120s。

c.冷却时间

冷却时间主要取决于制品的厚度、塑料结晶性能以及模具温度等。查《模具设计与制造简明手册》表2-31得:其冷却时间为20s~120s。

3.3 初选注射机

    注射机是热塑性塑料和部分热固性塑料注射成型的主要设备。注射模具是安装在注射机上使用的。在设计模具时,除了应掌握注射成型工艺过程外,还应对所选用的注射机有关技术参数有全面了解,才能生产出合格的塑料制件。注射机为塑料注射成型所用的主要设备,按其外形可分为立式、卧式、直角式三种。注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上,由锁模装置和模并锁紧,塑料在料筒内加热呈熔融状态,由注射装置将塑料熔体注入型腔内,塑料制品固化冷却后由锁模装置开模,并由推出装置将制件推出。

    注射容量以重量(克)表示时,塑件的重量(包括浇注系统在内)应小于注射机的注射容量,其关系应按下式校核

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载](3-1)

式中   IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑件与浇注系统的体积总和;

       IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—注射机的注射容量(克)。

       0.8—最大注射容量利用系数。IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

在注塑成型中,一般情况下,每增加一个型腔,制品的精度降4%。根据本塑件结构特征和尺寸要求,本设计采用一模一腔结构。

根据solidworks测量工具可以测出单个塑件的体积V=47.15IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载],取整为48IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]。初设浇口凝料质量为4IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]。则

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载](3-2)

                          IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

查《模具设计与制造简明手册》表2-33得:选用XS-ZY-125型螺杆卧式注塑机。其基本参数如下

螺杆直径IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]42mm                      注射容量125g

注射压力1190kg/cm2                                   锁模力900Kg

最大注射面积20cm2                                     模具最大厚度300mm

模具最小厚度200mm                  模板行程300mm

喷嘴球半径12mm                     喷嘴孔直径IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]4mm

定位孔直径IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]mm               

4 注射模总体结构设计
4.1 注射模型腔数目的确定及分型面确定
4.11根据最大注塑量确定型腔数目

查塑料模具成型设计制造公式(5-4)

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载](4-1)

式中   IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—注塑机的最大注塑量(g);

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—单个制品的质量(g);

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—浇注系统的质量(g);

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

所以型腔数目取1。

4.1.2 分型面的确定

    模具的分型面是其闭合时凹模与凸模相配合的接触面;注射模有一个分型面或多个分型面,分型面的位置,一般垂直于开模方向。分型面的形状有平面和曲面等,但也有将分型面作倾斜的平面或弯折面,或曲面,这样的分型面虽然加工困难,但是型腔制造和制品脱模比较容易。有合模对中锥面的分型面,分型面自然也是曲面。

    选择模具的分型面时,应遵循一下原则:

(1)应尽量只采用一个分型面,特殊情况下采用较多的分型面,以简化模具结构;

(2)分型面的结构应尽量简单,以便于模具的设计制造;

(3)分型面的位置应不影响制品外观,尽量不设在制品的平滑外表面和圆弧过度处;

(4)因为顶出机构一般设置在动模一侧,所以分型面应尽量选在能使塑件留在动模内的位置;

(5)对于有同轴度要求的塑件,选择分型面时,应把有同轴度要求的部位放在模具的同一侧;

(6)塑件有多组抽芯时,应将抽芯距离较短的一段作为侧抽芯;

(7)因为侧向合模的锁紧力较小,所以应把投影面积较小的一边作为侧抽芯,把投影面积较大的一边放在动、定模合模的主分型面上;

(8)应尽量把分型面设在塑料流动方向的末端,以利于排气。

本次设计产品的分型面如图4.1所示:

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

图4.1分型面

4.2 浇注系统的设计
4.2.1 浇注系统的作用

    浇注系统是注塑模具中从注塑机喷嘴到型腔的塑料熔体的流动通道。浇注系统的作用是使来自注塑机的塑料熔体平稳有序地填充到模具型腔中,并且把压力充分传递到各个部位。

4.2.2 浇注系统的组成

    浇注系统由主流道、分流道、冷料井及浇口四大部分组成。

4.2.3浇注系统的设计

(1)主流道设计

    主流道设计时应注意以下原则:

a 主流道单独设计成衬套镶入定模板中,以利于制造安装和维修。

b 主流道为圆锥形,圆锥角为2°~4°。对于流动性差的塑料可取4°~6°。

c 主流道的长度应尽量段,一般取IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

d 主流道进口至直径IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]应比注塑机喷嘴口直径大0.5mm~1mm。

e 出口应做成圆角,圆角半径为r=0.5mm~1mm或IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

    根据前面所选用的XS-ZY-125型螺杆卧式注塑机的相关尺寸计算:

主流道进口直径    IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]=4+IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]=4.5mm~5mm

式中   d—注塑机喷嘴口直径

取主流道小端直径:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]=4.5mm

为了便于凝料从主流道中取出,将主流道设计成圆锥形,斜度为3°,经换算的主流道的大端直径为7.72mm

球面凹槽半径    IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]=12+1mm~2mm=13mm~14mm

式中   r—喷嘴球面半径

主流道的结构如图4.2所示:

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

图4.2浇口套

(2)分流道设计

    在多型腔模具中,需要在分型面上设置分流道;在单型腔模具中,可以不设置分流道。

    在设计分流道时,要注意尽量减小流道内的压力损失,尽可能避免熔体温度的降低。

    在分流道截面的截面的设计中为了减小流道的压力损失,要求流道的截面积大一些;但是还要减少热量的损失,却要求流道的散热面积小一些,二者的要求是相互对立的。在截面形状的选取中,为了能够取得良好的综合效果,采用了流道效率的概念。圆形和正方形截面的效率最高。但是正方形截面不容易脱出流道中的凝料,所以在设计中一般不采用正方形截面。由于圆形截面加工比较困难在设计中也不使用,U形截面的分流道加工工艺性好,脱模比较容易。本设计中选用。

    分流道的尺寸:分流道的尺寸应根据制品的壁厚、体积、形状的复杂程度及塑料的流动性来确定。根据本设计的具体情况取分流道直径为6mm分流道的长度取34mm。分流道的结构如图6所示:

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

图4.3分流道

(3)冷料井设计

    从注塑机喷嘴最先喷出的熔融塑料接触到冷的模具后,温度降低成为冷料如果冷料进入模具型腔,则会影响制品质量的均匀性和外观的完美。为了避免冷料进入模具型腔和堵塞浇口,在注塑模中需要设置冷料井。常用的冷料井形式有以下几种。

①  底部带杆的冷料井

    在冷料井中,一般都设置有拉出凝料的结构,在冷料井底部设置拉料杆是常用的方案。在这类结构中,利用拉料杆顶端的不同结构可以在开模时从主流道中取出凝料。常用的底部来冷料井结构有一下几种类型。

a 带Z形头拉料杆的冷料井

    注塑成型时,塑料熔体流入Z形结构的凹槽内,开模时,Z形头钩住凹槽内的凝料,随动模一起向开模方向运动时,将凝料从主流道中拉出。

b 带顶杆的倒锥形冷料井

    倒锥形冷料井的倒锥下方是直径等于d的顶杆。注塑成型时,塑料熔体流入定模部分的主流道和动模部分的倒锥中,开模时,模具在分型面分型,凝料在动模中倒锥的作用下,从主流道中脱模,最后在顶杆的作用下被强制从模具中脱出。

    这种结构取出主流道的凝料时,无须做侧向移动,易于实现自动化。由于采用强制顶出,在成型韧性好的塑料时,应用较广泛。

c 带环形槽冷料井

    这种结构与倒锥形冷料井结构的工作原理相同,利用环形槽的侧凹将凝料从主流道中拉出,然后用顶杆强制将凝料从环槽中顶出。

②  环形头拉料杆冷料井

    环形头拉料杆冷料井的这种结构在冷料井中设置了顶部带球的结构,成型时,塑料熔体紧包在球头上,开模时可将凝料从主流道中拉出。环形头拉料杆固定在动模的型芯固定板上,不随顶出机构移动,所以推板在顶出机构的作用下,在推出制品的同时,可将凝料从球头上刮掉。这种结构适用于韧性较好的塑料。

    本模具选用的是带环形槽的冷料井,具体结构如图4.4所示。

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

图4.4冷料井

(3)浇口的设计

    浇口是连接流道与型腔的一段狭窄通道,是浇注系统的关键部分,它的形状、尺寸和开设的位置对制品的成型质量影响很大。

浇口位置的选取原则:

a 浇口位置应开设在塑料制品的截面较厚的部位。

b 浇口位置应开设在有利于排除型腔空气的部位。

c 浇口的位置应开设在能避免制品表面产生熔合纹的地方。

d 当模具型芯为细长结构时,型芯在成型时会因受到熔体的冲击而变形,所

以浇口应采用中心进料的方式。

e 当小浇口正对着宽度和厚度很大的型腔时,高速料流会受到很搞的剪切应

力,并因此产生喷射和蠕动等熔体断裂现象,因为喷射的熔体易造成折叠,使制品上产生波纹,所以浇口的位置应设在侧面。

f 确定大型制品的浇口数量和位置时,需校核流动比,以保证熔体能充满型

腔。

    在浇注系统的设计中,确定最佳的浇口尺寸是较难的问题,一般来说,浇口的截面面积为分流道截面的0.4倍,浇口长度尽可能短,采用1mm,确定浇口尺寸时,应根据试模进行修正,浇口的形状常取矩形或则圆形,根据塑件的外观场合和外观要求,设计采用的浇口类型及结构特点为:浇口要设置在隐蔽处,且不能影响制品的外观。因此在本设计中选用潜伏式浇口,潜伏式浇口常用椭圆形或圆形截面,其尺寸可参考点浇口数据。这中浇口与分流道中心线的夹角为30°~45°。此类浇口的流道设置在分型面上,浇口潜入分型面下面的模板中,使熔体斜向进入型腔。其具体结构如图4.5所示:

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图4.5潜伏式浇口

4.3导向机构选择
4.3.1导柱的选择

    导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分,因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置,所以必须设有导向机构,导柱安装在动模一边或定模一边均可,通常导柱设在主型腔周围。导向机构的主要作用有:定位、导向和承受一定侧压力。为避免装配时方位搞错而损坏模具,并且在模具闭合后使型腔保持正确形状,不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力,或由于注射机的精度限制,使导柱工作中承受一不定的导向作用。动定模合模时,首先导向机构接触,引导动定模正确闭合,避免凸模或型芯先进入型腔,产生干涉而坏零件。由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力,导致导柱容易折断。对型芯和型腔改进后,其的配合可以进行定位。

    导柱的合理均布在模具的分型面的四周,导柱中心至模具外缘应有足够的距离,以保证模具的强度,为保证动模和定模只能按照一个方向合模,导柱的布置方式采用等直径导柱的不对称布置,或采用不等直径导柱的对称布置。考虑到选标准件的统一,采用这种不对称布置。导柱的结构如图4.6所示:

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图4.6导柱机构

4.32 导套的选择

    导柱的长度应比凸模断面的高度高出6mm﹏12mm,以避免型芯进入行腔是与行腔相碰,导柱和导套采用20低碳钢经渗碳淬火处理,其硬度为HRC48﹏55。导套的结构如图4.7所示:

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图4.7导套的结构

4.4 顶出机构设计

    从模具中顶出塑料制品及其浇注系统凝料机构称为顶出机构或脱模机构。顶出机构由顶出零件、顶出板和顶出固定板、导柱导套、复位杆、拉料杆及挡销等零件组成。

    根据塑件的结构特点,其推出机构可采用推杆推出机构、推件板推出机构。由于分型面有台阶,为了便于加工,降低模具成本,我们采用推杆推出机构,推杆推出机构结构简单,推出平稳可靠,虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹,但塑件底部装配后使用时 不影响外观。

   采用推杆推出,推杆截面为圆形,推杆推出动作灵活可靠,推杆损坏后也便于更换。结合制品的结构特点,模具型腔的结构采用了整体式型腔板,这种结构工作过程中精度高,并且在此模具中容易加工得到,这种结构主要是防止推杆在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断,因为产品较小,另外折断后也易于更换。这里采用设计推杆全部固定在顶杆固定板。

   推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方,塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置,以保证塑件推出时受力均匀,塑件推出平稳和不变形。根据推杆本身的刚度和强度要求,推杆装入模具后,起端面还应与型腔底面平齐。顶出机构的结构如图4.8所示。

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图4.8顶出机构

4.5 确定调温系统结构
 4.5.1模具温度对成型质量的影响

(1)影响成型收缩率。

(2)影响制品的变形和外观。

(3)影响制品的力学性能

(4)影响制品的表面粗造度

4.5.2模具温度对生产效率的影响

    一般情况下,注射到型腔内的塑料的熔体温度为200℃左右,制品从型腔中取出时的温度为60℃左右。在成型时要放出大量的热量。其中只有5%散发到大气中,95%被模具中的冷却介质带走,所以,模具的冷却时间对制品的成型周期有较大的影响。在注塑成型中,模具的冷却时间占整个成型周期的2/3左右。模具的温度过高,将会延长冷却时间,并因此降低生产效率。

4.5.3 冷却装置的设计原则

(1)冷却水道应尽量多;

(2)截面尺寸应尽量大;

(3)冷却水道离模具型腔表面的距离应适当;

(4)适当布置水道的出入口;

(5)冷却水道应畅通无阻;

(6)冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位; 由以上原则我们可以确定冷却水道的布置情况,以及冷却水道的截面积

4.5.4 冷却计算

    本塑件在注射成型机时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下计算冷却系统设计的有关公式:

        qV=WQ1/ρc1(θ1-θ2) (4-2)

式中   qV—冷却水的体积流量(m3/min)

       W—单位时间内注入模具中的塑料重量(kg/min)

      Q1—单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(kJ/kg)

      ρ—冷却水的密度(kg/m3)       0.98×103

       c1—冷却水的比热容[kJ/(kg.℃)]   4.187

       θ1—冷却水的出口温度(℃)     25

       θ2—冷却水的入口温度(℃)     20

Q1可表示为:Q1=c2(θ3-θ4)(4-3)

式中    c2——塑料的比热容[kJ/(kg.℃)]      1.470

            Q3——塑料熔体的初始温度(℃)        200

            θ4——塑料制品在推出时的温度(℃)   60

        Q1= c2(θ3-θ4) = 1.470(200-60)=205.8kJ/kg

     将以上各数代入①式得:

        qV=(0.016×205.8)/[0.98×103×4.187(25-20)]m3/min

          =0.16×10-3m3/min

上述计算的设定条件是:模具的平均工作温度为40℃,用常温20℃的水作为模具的冷却介质,其出口温度为25℃,产量为0.016kg/min。

由体积流量查《塑料成型模具设计与制造》可知所需的冷却水管的直径非常小,体积流量也很小。理论上可以不设置冷却系统。

但是由于本设计中浇注系统中的分流道非平衡式布置,从主流道末端到每个浇口的距离不相等,但是分流道的截面形状和尺寸大小完全相同,这样的设计可以使进入每—型腔的流程最短,减少了热量散失,缩小了模具的体积,对于该小型的注射成型来说,并不影响制品的使用性能。分流道的横截面形状为U形,浇口的类型采用潜伏式浇口。冷却系统的设计对于成型小型件的1模多腔模具来说是十分重要的。如果冷却不好或冷却不均匀,必然导致收缩不均匀,特别是非平衡式分流道的结构。放为了使冷却效果好,在模具的定模型腔板和动模利腔板内开没了如下图所示的水道,横向穿过这定模模板,这样使塑件各处的冷却均匀,模具的模温均匀。

4.6 成型零部件结构设计
4.6.1凹模的结构设计

    对塑件制品成型时,凹模的作用是形成制品的外表面,根据不同的结构形式,凹模的结构设计不同。

    根据不同的结构形式,凹模大体上可分为整体式结构、整体嵌入式结构、局部镶嵌式结构、底面镶嵌式结构和侧壁拼合式结构五中类型。

    本设计中虽然凹模的结构比较复杂,但是如果采用整体嵌入式结构,冷却水道的开设会比较复杂,不利于加工,所以本设计中凹模采用整体式结构。凹模的结构如图4.9所示:

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图4.9凹模结构

4.62 凸模的结构设计

    凸模在模具中的作用是形成制品的内表面,凸模又是型芯。凸模可以分为整体式和组合式两大类结构。一是整体式凸模,二是组合式凸模。

    本设计中由于凸模的结构也比较复杂,为了节省昂贵的材料和修补方便, 本次设计采用整体嵌入式凸模。凸模的结构如图4.10所示:

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图4.10凸模结构

4.7模具排气机构的设计

    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。在小型模具中分型面之间的间隙自然排气,因为较小的制品的排气量不大,就可以利用分型面之间的微小间隙排气。

本次设计的排气方式可以利用顶杆和顶杆孔的间隙排气。排气机构如图4.11所示:

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图4.11顶杆排气机构

4.8 确定注塑模的主要尺寸
4.8.1成型零部件的尺寸计算

    塑件上的未注尺寸公差均按IT8级处理。

(1)型腔的径向尺寸计算

    塑件的外形尺寸为:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载],IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

    查塑料成型模具设计与制造公式(5-6)得型腔的径向尺寸计算公式:

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载](4-4)

式中    IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—型腔的名义尺寸;

         IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—制品的名义尺寸;

         S—塑料的收缩率,收缩率取0.5%;

        IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—制品名义尺寸的公差;                      

        IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—模具的制造公差。

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(2)型芯径向尺寸的计算

   塑件的内形尺寸为:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

查塑料成型模具设计与制造公式(5-7)得型芯的径向尺寸计算公式:

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载](4-5)

式中   IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—型芯的名义尺寸;

        IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—制品的名义尺寸;

        S—塑料的收缩率,收缩率取0.5%;

        IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—制品名义尺寸的公差;

        IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—模具的制造公差。

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(3)型腔深度的计算

查塑料成型模具设计与制造公式(5-8)得型腔深度的计算公式:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载](4-6)

式中    IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—型腔深度的名义尺寸;

         IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑件高度的名义尺寸;

         IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑料的收缩率,收缩率取0.5%;

         IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑件高度名义尺寸公差;

         IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—模具的制造公差。

塑件高度尺寸为:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

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(4)型芯高度计算

查塑料成型模具设计与制造公式(5-9)得型腔深度的计算公式IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载](4-7)

式中    IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—型芯高度名义尺寸;

          IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑件孔深名义尺寸;

          IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑料的收缩率,收缩率取0.5%;

          IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑件高度名义尺寸公差;

          IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—模具的制造公差。

塑件孔深为:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

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(5)成型孔之间的中心距尺寸计算

IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载](4-8)

式中    IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—型芯中心距的名义尺寸;

            IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑件中心孔距的名义尺寸;

        IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—塑料的收缩率,收缩率取0.5%;

            IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]—模具的制造公差。

塑件中心孔距的尺寸为:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

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4.8.2 模体及其零件的尺寸确定

    模体及模体零件的组合和尺寸,与模具类型、塑件的形状尺寸有关。模体零件主要是指模板、定位销和紧固零件等。

    根据塑件的结构特点,本次设计选用定模是由两块模板组成,其中无可移动模板,动模也是由两块模板组成的。顶杆、顶块顶出,复位杆复位。

    本次设计选用XS-ZY-125型螺杆卧式注塑机。塑件的外形尺寸b×l为:135×104.5mm。查《模具设计与制造简明手册》得:

定模模座的基本尺寸B×H×L为:250×25×355(mm)

动模模座的基本尺寸B×H×L为:250×25×355(mm)

定模板的基本尺寸B×H×L为:210×60×355(mm)

动模板的基本尺寸B×H×L为:210×25×355(mm)

支撑板的基本尺寸B×H×L为:210×32×355(mm)

垫块的基本尺寸为B×H×L为:45.5×71×355(mm)

顶杆固定板的基本尺寸B×H×L为:125×16×355(mm)

挡板的基本尺寸B×H×L为:125×20×355(mm)

挡板螺钉:M8            动定模螺钉:M12

导柱:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]              复位杆:IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

注塑模的闭合高度为IC卡燃气计费器壳体注塑模具设计[下载]

4.9 模具材料选择

    由于标准模架的座板、垫块、推件板、导柱、导套、螺钉等标准零件可查找设计手册确定,故此处只对成型零件的材料进行选择。由于各种模具用钢并不可能具备所有应该具备的条件,依模具的使用情况不同而合理的选择钢材,这是重要的。作为塑料模具的使用情况,有种种的不同条件,模具用钢大致应满足如下的要求:

    1.机械加工性能优良; 2.抛光性能优良; 3.有良好的表面腐蚀加工性; 4.既要耐磨损,而且又有韧性; 5.淬火性能好,变形小; 6.电火花加工性能好; 7.有耐腐蚀性 ;8.焊接性好。

    在选择模具钢材时,要依以下条件而逐次考虑之,最后作出结论。1.塑件的生产批量; 2.塑件的尺寸精度; 3.制件的复杂程度;4.制件体积大小; 5.制件外观要求。

综合考虑各方面的因素和实际的调研情况,本次设计成型零件的材料选择3Cr2Mo。

......


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