壳体注塑模的设计.doc
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1、毕业设计论文论文题目:壳体注塑模的设计系 部 材料系 专 业 模具设计与制造 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 毕业设计/论文任务书题目: 壳体成型工艺 及注塑模设计 内容:(1)外壳的结构工艺分析 制定成型工艺方案,进行工艺与模具 原始资料:绪 论随着工业的发展,工业产品的品种和数量不断增加。换型不断加快。使模具的需要补断增加。而对模具的质量要求越来越高。模具技术在国民经济中的作用越来越显得更为重要。中国模具工业的现状和发展模具是制造业的重要工艺基础,在我国,模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具,但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期,中国模具工业才驶入发展
2、的快车道。近年,不仅国有模具企业有了很大发展,三资企业、乡镇(个体)模具企业的发展也相当迅速。据不完全统计,近10年全国(未含港、澳、台统计数字,下同)模具生产及进出口发展情况如由表可见,虽然中国模具工业发展迅速,但与需求相比,显然供不应求,其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面,中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距,因此,每年需要大量进口模具。中国模具产业除了要继续提高生产能力,今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面,主要是企业结构向专业化调整,产品结构向着中高档模具发展,向进出口结构的改进,中高档汽车
3、覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。近年,模具行业结构调整和体制改革步伐加大,主要表现在,大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品;塑料模和压铸模比例增大;专业模具厂数量及其生产能力增加;“三资”及私营企业发展迅速;股份制改造步伐加快等。从地区分布来看,以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江,江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。 模具成型具有优质,高产,低消耗,低
4、成本的特点。因而,在国民经济各个部门得到了极其广泛的应用。在模具成型中,塑料成型占很大的比重。由于塑料具有化学稳定性好,电绝缘性强,力学性能高,自润滑,耐磨及相对密度小等独特的优异性能,成为工业部分必不可少的新型材料。 根据业内专家预测,今年中国塑料模具市场总体规模将增加13%左右,到2005年塑料模具产值将达到460亿元,模具及模具标准件出口将从现在的9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右,产值在增长,也就意味着市场在日渐扩大。 相当多的发达国家塑料模具企业移师中国,是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势,所以中国塑模市场
5、的前景一片辉煌,这是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在。 按照我国国家标准,模具共分为10大类46个小类,塑料模具是10大类中的l个大类,共有7个小类:热塑性塑料注塑模、热固性塑料注塑模、热固性塑料压塑模、挤塑模、吹塑模、真空吸塑模和其他类塑料模。塑料模的发展是随着塑料工业的发展而发展的,在我国起步较晚,但发展却很快,特别是最近几年,无论在质量、技术和制造能力上,都有很大发展。但就总体来看,与国民经济发展和世界先进水平相比,差距仍较大,一些大型、精密、复杂、高效、长寿命的塑料模具每年仍大量进口。 据悉目前全世界年产出模具约650亿美元,其中塑料模具约为260亿美元。我国1999年模具总产值24
6、5亿元其中塑料模具约为82亿元,2000年近100亿元。七类塑料模具中,注塑模具所占比例很大,约占全部塑料模具的80%左右。塑料模具的主要用户是家用电器行业、汽车、摩托车行业、电子音像设备行业、办公设备行业、建筑材料行业、信息产业及各种塑料制品行业等。目前国内年需塑料模具约130-140亿元,真中有30多亿元仍靠进口,进口量最多的塑料模具有汽车摩托车饰件模具、大屏幕彩电壳模具、冰箱洗衣机模具、通讯及办公设备塑壳模具、塑料异型材模具等。 现代模具技术的发展,在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备,更重要的是生产技术的管理等。21世纪模具行业的基本特
7、征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品的质量及生产效率,缩短设计及制造周期,降低生产成本,最大限度地提高模具行业的应变能力,满足用户需要。可见,未来我国模具工业和技术的主要发展方向将是: 大力普及、广泛应用CAD/CAE/CAM技术,逐步走向集成化。现代模具设计制造不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。提高大型、精密、复杂与长寿命模具的设计与制造技术,逐步减少模具的进口量,增加模具的出口量。 在塑料注射成型模具中,积极应用热流道,推广气辅或水辅注射成型,以及高压注射成型技术具,即快速成型制造技术,迅速制造出产品的原型与模具,降低成本推向市场。 积极研究与开
8、发模具的抛光技术、设备与材料,满足特殊产品的需要。 推广应用高速铣削、超精度加工和复杂加工技术与工艺,满足模具制造的需要。 开发优质模具材料和先进的表面处理技术,提高模具的可靠性。 研究和应用模具的高速测量技术、逆向工程与并行工程,最大限度地提高模具的开发效率与成功率。 开发新的成型工艺与模具,以满足未来的多学科多功能综合产品开发设计技术。 在科技发展中,人是第一因素,因此我们要特别注重人才的培养,实现产、学、研相结合,培养更多的模具人才,搞好技术创新,提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术,逐步走向网络化、智能化环境,实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工
9、业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。 由于本人水平有限,不妥之处在所难免,肯请老师批评指正。 1 塑件分析与模具材料和注射机的选取1.1 塑件结构和技术要求的分析1.1.1 塑件工艺规程的编制 该塑件为一矩形壳体,壳体底部有六个mm的孔,其零件图如图11所示。 图11 外壳零件图 本塑件的材料为:ABS,生产类型为大批量生产。1.2 塑件的工艺性分析1.2.1 塑件的原材料分析 塑件的材料采用ABS,属热塑性塑料。ABS是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型的高聚物。ABS塑料是一种综合性能优良的在工程技术中广泛应用的新型塑料。(1)ABS塑料的使用性
10、能 由于ABS是三种单体聚合而成的,因此它具有三种组合物的综合性能,丙烯晴可使ABS具有较高的强度、硬度耐热性及耐化学稳定性;丁二烯可使ABS具有弹性和较高的冲击强度;苯乙烯可使ABS具有优良的介电性能和成型加工性能。此零件壁厚为5mm,因此塑件成型后强度较高。(2)ABS塑料的成型性能 ABS的成型性能较好,可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型等方法制造塑料制品。它的流动性较好,成型收缩率小;ABS塑料比热容较低,在料筒中塑化效率高,在模具中凝固也较快,模塑周期短。此外壳零件壁厚均匀、形状较规则,因此采用注射成型塑件,塑件成型容易质量也易保证。ABS吸水性大,成型前必须充分干燥,表面要求光
11、泽的制品应进行较长时间的干燥。此塑件为外壳零件,件塑表面质量应较为光泽,所以在注射成型前应充分干燥。另外之间壁厚较厚,成形时易产生凹痕、变形等缺陷,成形温度低时,方向性明显,凝固速度较快,易产生内应力,因此,成形时应注意控制成形温度,浇注系统应较缓慢散热,冷却速度不宜过快。保压压力大时容易加大分子取向,使制品出现较为明显的各向异向性。在保压压力和注塑压力相等时,制品的收缩率可降低,批量产品的尺寸波动小,但会使制品产生较大的内应力。 1.2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 (1)结构分析。 从零件图上分析,该零件为长方体,壳体底面为弧形曲面,在曲面上还开有六个20mm 的通孔,孔以制件中
12、心线对称分布,外轮廓尺寸:长为200mm、宽为100mm、顶高50mm,制件壁厚5mm。由于制件形状较规则,成形时不必设计侧向抽芯机构,因此模具结构就较为简单。(2)尺寸精度分析。从该制品的零件图可知;形状,结构对制件脱模都没有太高要求,对尺寸大小,产品精度和表面质量要求较高。 成型制件的尺寸大小主要取决于塑料原料的流动性和注射时的压力,在一定的设备和工艺条件下,流动性较好的塑料品种可以成型较大的制件,塑料ABS的流动性能较好,适于成型较大的制件。 制品的精度等级;塑料制件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差,塑料件未注公差,由于该制件的原材料为ABS,而ABS的制件公差等级较低
13、为MT5级。 制品的表面质量;塑料制件的精度等级较低,我们所要获得的制件对制品的表面质量除要求无缺陷,毛刺,内部不得有导电杂质外无特殊要求,一般的模具制造工艺和注塑工艺就能满足要求。制品的形状结构;制品的壁厚均匀为5mm。符合ABS的最小壁厚原则,在制件的转角处设计圆角,防止在此处出现缺陷。在客体内壁有一个脱模斜度,塑件的内表面粗糙度要求比较底,而外表面则要求有比较高的光泽度,因此要对型腔表面进行抛光。1.3 计算塑件的质量和体积1.3.1 根据塑件的质量选择注塑机及确定型腔数计算塑件的体积:V=mm3计算塑件的质量:根据手册可查ABS的密度=1.02cm3故塑件质量为:W=V=1.0210-
14、3=150.144g(其中圆角处尺寸可不预考虑,拱形底面按平面计算体积在选取注塑机时适当放大)1.3.2 注射机的选用塑件成形所需的注射总量应该小于所选注射机的注射量。注射容量以容积(cm3)表示时,塑件体积(包括浇注系统)应小于注射机的注射容量,其关系按模具设计与制造简明手册中式2-54校核:V件0.8V注式中 V件塑件与浇注系统的体积(cm3);取V件=174.2cm3; V注注射机的注射容量(cm3); 0.8最大注射容量利用系数。则有: 217.75cm3V注根据V注217.75cm3和模具设计与制造简明手册表2-40初步选取的注射机型号为XSZY500。其主要参数如下:螺杆直径(mm
15、):65;注射容量(cm3):500;注射压力(MPa):100;,由于浇道系统及各部位几何形状不同,不同部位对于充模熔体的流动(速度、压力)提出要求,否则就要影响熔体在这一部位的流动性能或高分子的洁净定向作用,以及制品的表面质量。这样,在一个注射过程中,螺杆向模具推进熔体时,要求实现在不同位置上的有不同的注射速度和不同注射压力等工艺参数的控制,这种注射过程称为多级注塑。而多级注塑工艺要通过不同聚合物材料和不同的制品进行拟定和选择,塑件工艺参数的选用:料筒温度 喂料区 40-60C (50C) 区1 160-180 C (180C) 区2 180-230C (210C)区3 210-260C
16、(240C)区4 210-260 C (240C)区5 210-300C (240C)喷嘴 220-260C (240C)料筒恒温 220C模具温度 40-80C (60C )注射压力 100-150MPa (100 MPa)注射时间 3-5s ( 4s )保压压力 保压时间相对较短,注射压力的30%-60%保压时间 15-30s (20s)熔料温度 220-250C (230C)冷却时间 15-30s (40s)成型周期 40-70s (70s)括号内的参数建议作为基本设定值,行程利用率为35%和65%,模件流长与壁厚之比为50:1到100:1。背压 5-15MPa,如果背压太低,溶料中裹入
17、的空气 会造成焦化(在制品内有灰黑纹路)注射速度 最好采用分级注射:从慢到快;需高速度以达到好的表面光泽,最小融合缝以及融合缝高度;需要在前流道处开设通气隧道 螺杆转速 最大螺杆转速折合线速度为0.6m/s,但最好将螺杆转速调的低一点,只要能在冷却时间结束前完成塑化过程即可计量行程 (0.5-0.4)D残料量 2-8mm,取决于计量行程和螺杆直径 预烘干 ABS在有些情况下可从原料袋内直接喂料无需预烘干,否则在80 C温度下烘干3h;潮湿的颗粒会造成制品有裂纹,檫痕或气泡回收率 可加30%的回料,前提是之前材料没有发生热分解收缩率 0.4%-0.7%浇口系统 可使用点式浇口和热流道;最小壁厚不
18、应小于0.7 mm,因为ABS流动性较差2 确定模具的结构方案2.1 确定塑件在模具中的位置和分型面位置2.1.1 模腔数量的确定塑件的生产属大批量生产,宜采用多型腔注塑模具,其型腔个数与注塑机的塑化能力,最大注射量以及合模力等参数有关,此外还受制件精度和生产的经济性等因素影响,有上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量;1.按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1N1=(F/PC)/AB/A其中: F 注塑机的锁模力 N PC 型腔内的平均压力MPa A 每个制件在分型面上的面积() B 流道和浇道在分型面上的投影面积() 在模具设计前为未知量,根据多型腔模具的流动分析B为(0.20.5),常取B
19、=0.35,熔体内的平均压力取决于注射压力,一般为2540MPa实际所需锁模力应小于选定注塑机的名义锁模力,为保险起见常用0.8F则 N1=0.6F/APC=0.6/2000030=3.5 (个)2. 注射机注塑量确定型腔数目N2N2=(GC)/V 其中: G 注射机的公称注塑量() V 单个制件体积 () C 流道和浇口的总体积() 生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的0.750.45倍,取0.6倍计算,同时流道和浇道的体积为未知量,据统计每个制品所需浇注系统是体积的0.21倍,现取C=0.6则 N2=0.6G/1.6V=0.375G/V=0.375 =1.08(个)从以上讨论可以看到模具的
20、型腔个数必须取N1,N2中的较小值,在这里可以选取的个数是1,2,3,个,考虑的制件的取出和模具的开模等情况,以及模具的主流道长度最好小于60mm,以防止因为注塑压力的降低而带来的制件充型不足等缺陷。我们所设计的线圈骨架注塑模具采用一模一腔的方案,即 N=1 2.1.2 分型面的选择以及型腔的排列方式的确定 2.1.2.1分型面的选择模具设计的过程中分型面的选择很关键,它决定了模具的结构,应根据塑件便于脱出、模具结构简单、行腔排气顺利、确保塑件质量、无损塑件外观的成型要求选择分型面。由于制件壁厚较厚,因此分型面应有利于排气。该塑件为端盖,表面无特殊的要求,其分型面选择如下图所示: 图21 模具
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