《模具设计》PPT课件.ppt
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1、第二章第二章 模具设计模具设计深圳大学机电与控制工程学院2.1 成型零件成型零件 直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件,其中构成塑件外形的成型零件称为型腔,构成塑件内部形状的成型零件称为型芯。由于型腔、型芯零件直接与高温、高压的塑料接触,并且顶出时反复与塑件摩擦,因此,要求它们具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面糙糙度。结构设计结构设计1 1、型腔结构设计、型腔结构设计 1)1)整体式型腔。如图整体式型腔。如图2-12-1所示。通常,对于所示。通常,对于成型成型1 1万次以下塑件的模具或塑件精度要求低、万次以下塑件的模具或塑件精度要求低、形状简单的模具可采用整体
2、式结构。形状简单的模具可采用整体式结构。图2-1 整体式型腔2)2)整体嵌入式型腔整体嵌入式型腔 用略大于塑件外形(需要保证足够强度的壁厚)用略大于塑件外形(需要保证足够强度的壁厚)的优质材料(高碳钢或合金工具钢)制成型腔零件,的优质材料(高碳钢或合金工具钢)制成型腔零件,再将其嵌入模板中固定。如图再将其嵌入模板中固定。如图2-22-2所示。其优点是所示。其优点是既保证了型腔零件使用寿命,又节省了价格昂贵的既保证了型腔零件使用寿命,又节省了价格昂贵的材料。并且型腔零件损坏后,维修、更换方便。材料。并且型腔零件损坏后,维修、更换方便。图2-2 整体嵌入式型腔3 3)镶拼式型腔)镶拼式型腔 对于形
3、状复杂或某些局部易损坏的型腔,将其中对于形状复杂或某些局部易损坏的型腔,将其中难以加工或易损坏的部分设计成镶件形式,嵌入型难以加工或易损坏的部分设计成镶件形式,嵌入型腔基体上,如图腔基体上,如图2-32-3所示。所示。对于大型的复杂型腔,可以采用将型腔四壁单对于大型的复杂型腔,可以采用将型腔四壁单独加工后镶入模套中,然后再和底板组合、如图独加工后镶入模套中,然后再和底板组合、如图2-42-4所示。所示。图2-3 局部镶拼式型腔图2-4 四壁拼合式型腔图2-4 四壁拼合式型腔4)螺纹型环 螺纹型环是用来成型塑件外螺纹的一类活动镶件、成型后随塑件一起顶出,在模外卸下。如图2-5所示为整体式螺纹型环
4、,配合长度5mm8mm,为了便于安装,其余部分制成3 5斜度,下端加工出四侧平面,便于用工具将其从塑件上拧下来。图2-5 螺纹型环2 2、型芯结构设计、型芯结构设计 整体式凸模浪费材料太大且切削加工量大,在整体式凸模浪费材料太大且切削加工量大,在当今的模具结构中几乎没有这种结构,主要是整体当今的模具结构中几乎没有这种结构,主要是整体嵌入式凸模和镶拼组合式凸模。如图嵌入式凸模和镶拼组合式凸模。如图2-62-6,2-72-7所示。所示。图2-6 型芯的结构形式图2-7 镶拼式组合型芯2.1.2 尺寸设计尺寸设计 成型零件的工作尺寸是指型腔和型芯中直接与塑件接触部分的尺寸,成型零件的工作尺寸是指型腔
5、和型芯中直接与塑件接触部分的尺寸,它的精度直接影响塑件的精度。它的精度直接影响塑件的精度。1 1、影响工作尺寸的因素、影响工作尺寸的因素 1)1)塑件收缩率的影响塑件收缩率的影响 由于塑料热胀冷缩的原因,成型冷却后的塑件尺寸小于模具型腔的由于塑料热胀冷缩的原因,成型冷却后的塑件尺寸小于模具型腔的尺寸。尺寸。2)2)制造公差制造公差 它直接影响塑件的尺寸公差。通常型腔和型芯的制造公差取塑件公它直接影响塑件的尺寸公差。通常型腔和型芯的制造公差取塑件公差的差的1/31/61/31/6,表面粗糙度,表面粗糙度RaRa值为值为0.80.40.80.4。3)3)使用过程中的磨损量使用过程中的磨损量 生产过
6、程中的磨损以及修复会使得型芯尺寸变小,型腔尺寸变大。生产过程中的磨损以及修复会使得型芯尺寸变小,型腔尺寸变大。因此,成型大型塑件时,收缩率对塑件的尺寸影响较大;而成型小型塑因此,成型大型塑件时,收缩率对塑件的尺寸影响较大;而成型小型塑件时,制造公差与磨损量对塑件的尺寸影响较大。常用塑件的收缩率通件时,制造公差与磨损量对塑件的尺寸影响较大。常用塑件的收缩率通常在百分之几到千分之几之间。具体塑料的收缩率查找有关手册或供应常在百分之几到千分之几之间。具体塑料的收缩率查找有关手册或供应商塑料产品说明书。商塑料产品说明书。2 2、工作尺寸的计算、工作尺寸的计算 通常,型腔、型芯的工作尺寸根据塑料的收缩通
7、常,型腔、型芯的工作尺寸根据塑料的收缩率,型腔、型芯零件的制造公差以及磨损量三个率,型腔、型芯零件的制造公差以及磨损量三个因素确定。因素确定。目前,模具企业几乎全部采用三维目前,模具企业几乎全部采用三维CAD/CAMCAD/CAM软件完成模具设计工作,上述计算方法往往不太软件完成模具设计工作,上述计算方法往往不太方便,故企业一般使用简化的模具成型尺寸计算方便,故企业一般使用简化的模具成型尺寸计算方法。以下是常用的一种:方法。以下是常用的一种:当上、下公差均为正值或负值是不常用公差,很容易当上、下公差均为正值或负值是不常用公差,很容易导致出错,故设计时需要进行修正后再计算工作尺寸与公导致出错,故
8、设计时需要进行修正后再计算工作尺寸与公差,例如差,例如 这一原则很重要,修改塑件产品图时,必须根据图纸尺寸公差要求,修改为中间尺寸。尺寸及公差的几种情况如表2-2所示。表2-2 尺寸及公差的几种情况 2.2 侧抽芯机构侧抽芯机构 塑件的侧面常带有孔或凹槽,如图塑件的侧面常带有孔或凹槽,如图2-92-9所示。所示。在这种情况下,必须采用侧向成型芯才能满足塑在这种情况下,必须采用侧向成型芯才能满足塑件成型上的要求。但是,这种成型芯必须制成活件成型上的要求。但是,这种成型芯必须制成活动件,能在塑件脱模前将其抽出。完成这种活动动件,能在塑件脱模前将其抽出。完成这种活动成型芯的抽出和复位机构叫抽芯机构。
9、成型芯的抽出和复位机构叫抽芯机构。图2-9 有侧孔和侧凹的塑件抽芯机构分类抽芯机构分类 抽芯机构一般分为以下几种类型:抽芯机构一般分为以下几种类型:1 1、手动抽芯、手动抽芯 是指在开模前用手工或手工工具抽出侧向型芯。是指在开模前用手工或手工工具抽出侧向型芯。结构简单,但生产率低,劳动强度大。如图结构简单,但生产率低,劳动强度大。如图2-102-10所示。所示。图2-10 丝杆手动侧抽芯机构2 2、液压或气动抽芯、液压或气动抽芯 以压力油或压缩空气作为动力,在模具上配置专以压力油或压缩空气作为动力,在模具上配置专门的液压缸或气缸,通过活塞的往复运动来实现抽芯。门的液压缸或气缸,通过活塞的往复运
10、动来实现抽芯。此种结构抽拔力大,但费用较高。如图此种结构抽拔力大,但费用较高。如图2-112-11、图、图2-122-12、图图2-132-13所示。所示。图2-11 定模部分的液压(气动)侧抽芯机构 图2-12 动模部分液压(气动)侧抽芯机构图2-13 液压抽长芯机构1-定模板;2-长型芯;3-动模板3、机动抽芯 利用注射机的开模力,通过传动零件,将活动型芯抽出,如斜导柱抽芯,齿轮、齿条抽芯机构等。这类抽芯机构厂泛应用于生产中。4 4、弹簧驱动侧抽芯机构、弹簧驱动侧抽芯机构 当塑件的侧凹较浅,所需抽拔力不大时,可采当塑件的侧凹较浅,所需抽拔力不大时,可采用弹簧或硬橡皮实现抽芯动作。如图用弹簧
11、或硬橡皮实现抽芯动作。如图2-142-14、图、图2-152-15、图图2-162-16所示。所示。(a)合模状态;(b)开模侧抽芯 (a)合模状态;(b)开模侧抽芯图2-14 硬橡皮抽芯 图2-15 弹簧抽芯图2-16 定模弹簧抽芯(a)合模状态;(b)开模侧抽芯2.2.2 斜导拄抽芯机构的设计斜导拄抽芯机构的设计1 1、设计原则、设计原则 斜导柱抽芯机构由与模具开模方向成一定角度的斜导柱斜导柱抽芯机构由与模具开模方向成一定角度的斜导柱和滑块组成,并有保证抽芯动作稳妥可靠的滑块定位装置和和滑块组成,并有保证抽芯动作稳妥可靠的滑块定位装置和锁紧装置。典型实例如图锁紧装置。典型实例如图2-172
12、-17所示。设计时应考虑以下几个所示。设计时应考虑以下几个问题:问题:1)1)型芯尽可能设置在与分型面相垂直的动或定模内、利用型芯尽可能设置在与分型面相垂直的动或定模内、利用开模或推出动作抽出侧型芯;开模或推出动作抽出侧型芯;图2-17 斜导柱抽芯机构1-楔紧块;2-定模板;3-斜导柱;4-销;5-侧型芯;6-推管;7-动模板;8-滑块;9-限位挡块;10-弹簧;11-螺钉 2)尽可能采用斜导柱在定模,滑块在动模的抽芯机构;3)锁紧楔的楔角应大于斜导柱倾角a,通常大于2 3,否则,斜导柱无法带动滑块;4)滑块完成抽芯动作后,留在滑槽内的滑块长度不应小于滑块全长的2/3;5)应尽可能不使顶杆和活
13、动型芯在分型面上的投影重合,防止滑块和顶出机构复位时的互相干涉;6)滑块设在定模上的情况下,为保证塑件留在动模上,开模前必须先抽出侧向型芯,因此,采用定距拉紧装置。2 2、抽拔力、抽拔力 塑件在模具中冷却定型时,由于体积收缩,而塑件在模具中冷却定型时,由于体积收缩,而将侧向活动型芯包紧,塑件在脱模时,必须克服这将侧向活动型芯包紧,塑件在脱模时,必须克服这一包紧力及抽芯机构所产生的摩擦力才能抽出活动一包紧力及抽芯机构所产生的摩擦力才能抽出活动型芯。型芯。抽拔力可用下式计算:抽拔力可用下式计算:3、抽芯距 将活动型芯从成型位量抽至不妨碍塑件脱模的位置,活动型芯或滑块所移动的距离称为抽芯距。一般来说
14、,抽芯距等于侧孔深度加2mm 3mm的安全距离。其计算公式为:5、斜导柱直径 根据材料力学可以推导出斜导柱直径计算公式:4、斜导柱倾斜角a 倾斜角的大小关系到斜导柱所承受的弯曲力和实际达到的抽拨力,也关系到斜导柱的工作长度、抽芯距和开模行程。为保证一定的抽拔力及斜导柱的强度,取a小于25,一般在1225范围内选取。6、斜导柱的长度计算 斜导柱的有效工作长度L与抽芯距S、斜导柱倾斜角a及滑块与分型面倾角有关。通常为零。所以,。斜导柱总长度还与导柱直径、固定板厚度有关,斜导柱总长度还与导柱直径、固定板厚度有关,如图如图2-182-18所示。所示。通常,斜导柱的有关参数计算主要是掌握倾斜通常,斜导柱
15、的有关参数计算主要是掌握倾斜角与抽芯距及斜导柱长度、开模行程的关系计算。角与抽芯距及斜导柱长度、开模行程的关系计算。其他诸如抽拔力、斜导柱直径等一般凭经验确定其他诸如抽拔力、斜导柱直径等一般凭经验确定 图2-18 斜导柱的长度7 7、结构设计、结构设计 1)1)斜导柱斜导柱 斜导柱的形状如图斜导柱的形状如图2-192-19所示。斜导柱的材料多所示。斜导柱的材料多用用4545钢,淬火后硬度为钢,淬火后硬度为35HRC35HRC,或采用,或采用T8T8,T10T10等,等,淬火淬火55HRC55HRC以上。斜导柱与固定板之间用以上。斜导柱与固定板之间用H7/m6H7/m6配配合。由于斜导柱主要起驱
16、动滑块作用,滑块的平稳合。由于斜导柱主要起驱动滑块作用,滑块的平稳性由导滑槽与滑块间的配合精度保证,因此,滑块性由导滑槽与滑块间的配合精度保证,因此,滑块与斜导助间可采用较松的间隙配合与斜导助间可采用较松的间隙配合H11/h11H11/h11或留或留0.5mm 1mm0.5mm 1mm的间隙。的间隙。图2-19 斜导柱的形式 2)2)滑块滑块 滑块分整体式和组合式两种。组合式是将型芯滑块分整体式和组合式两种。组合式是将型芯安装在滑块上,这样可以节省钢材,且加工方便。安装在滑块上,这样可以节省钢材,且加工方便。图图2-202-20所示各种与型芯组合的滑块结构。所示各种与型芯组合的滑块结构。图2-
17、20 型芯与滑块的固定形式3)3)导滑形式导滑形式 各种机构如图各种机构如图2-212-21所示,其中图所示,其中图c c)和图)和图e e)两)两种形式最常用。导滑部分通常采用种形式最常用。导滑部分通常采用H8/g7H8/g7配合。导配合。导滑槽与滑块还要保持一定的配合长度。滑块的滑动滑槽与滑块还要保持一定的配合长度。滑块的滑动配合长度通常要大于滑块的宽度的配合长度通常要大于滑块的宽度的1.51.5倍,滑块完成倍,滑块完成抽拔动作后,保留在导滑槽内的长度不应小于导滑抽拔动作后,保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合长度的配合长度的2/32/3。图2-21 滑块的导滑形式 4)4)定位装置定位装
18、置 滑块的定位装置用于保证开模后滑块停留在刚滑块的定位装置用于保证开模后滑块停留在刚刚脱离斜导柱的位置上,使合模时斜导柱能推确地刚脱离斜导柱的位置上,使合模时斜导柱能推确地进入滑块上的斜导孔内,不致损坏模具。各种结构进入滑块上的斜导孔内,不致损坏模具。各种结构如图如图2-222-22所示。所示。图2-22 滑块的定位形式5)5)锁紧楔锁紧楔 在塑料注射过程中,活动型芯在抽芯方向会受在塑料注射过程中,活动型芯在抽芯方向会受到塑料较大的推力作用,必须设计锁紧楔,使滑块到塑料较大的推力作用,必须设计锁紧楔,使滑块不致产生移动。其结构如图不致产生移动。其结构如图2-232-23所示。锁紧楔的楔所示。锁
19、紧楔的楔角角a a1 1应大于斜导柱倾斜角应大于斜导柱倾斜角a a,当模具一开模,锁紧楔,当模具一开模,锁紧楔就能让开。一般就能让开。一般a a1 1a a+(23)+(23),当滑块倾斜,当滑块倾斜 角度角度时,如图时,如图2-242-24所示,所示,a a1 1可以不考虑角度的影响。可以不考虑角度的影响。图2-23 锁紧楔的形式图2-24 锁紧楔的角度 6)6)抽芯时的干涉现象抽芯时的干涉现象 斜导柱在定模、滑块在动模的该结构形式设计时应注意,斜导柱在定模、滑块在动模的该结构形式设计时应注意,滑块与推杆在合模复位过程中不能发生滑块与推杆在合模复位过程中不能发生“干涉干涉”现象,所谓现象,所
20、谓干涉现象是指滑块的复位先于推杆的复位致使活动型芯与推干涉现象是指滑块的复位先于推杆的复位致使活动型芯与推杆相碰撞,造成活动型芯或推杆损坏,如图杆相碰撞,造成活动型芯或推杆损坏,如图2-252-25所示。为了所示。为了避免上述干涉现象发生,在塑件结构允许的情况下,尽量避避免上述干涉现象发生,在塑件结构允许的情况下,尽量避免将推杆设计在活动型芯的水平投影面相重合处,否则,必免将推杆设计在活动型芯的水平投影面相重合处,否则,必须满足条件,如图须满足条件,如图2-262-26所示,才能避免干涉现象。所示,才能避免干涉现象。图2-25 干涉现象(a)在侧型芯投影面下设有推杆 (b)即将发生干涉现象1-
21、斜导柱;2-侧抽芯;3-推杆图2-26 不发生干涉的条件(a)开模推出过程;(b)合模过程不发生干涉的临界条件;(c)合模复位完毕状态1-复位杆;2-动模板;3-推杆;4-侧型芯滑块;5-斜导柱;6-定模板;7-楔紧块2.2.3 斜推杆侧向抽芯机构设计斜推杆侧向抽芯机构设计 当塑件的侧凹较浅,所需的抽芯距不大,但侧当塑件的侧凹较浅,所需的抽芯距不大,但侧凹的成型面积较大,因而需较大的抽芯力时,可采凹的成型面积较大,因而需较大的抽芯力时,可采用斜推杆机构进行侧向分型与抽芯。其特点是利用用斜推杆机构进行侧向分型与抽芯。其特点是利用推出机构的推力驱动斜推杆斜向运动,在塑件被推推出机构的推力驱动斜推杆
22、斜向运动,在塑件被推出脱模的同时由斜顶杆完成侧向分型与抽芯动作。出脱模的同时由斜顶杆完成侧向分型与抽芯动作。如图如图2-272-27所示,其设计要点如下:所示,其设计要点如下:图2-27 斜推杆设计要点 1 1)内侧抽芯斜滑块的顶端面应低于型芯端面)内侧抽芯斜滑块的顶端面应低于型芯端面 ,这是因为,这是因为在顶出的过程中斜推杆机构有向内侧移动的抽芯动作。为了在顶出的过程中斜推杆机构有向内侧移动的抽芯动作。为了防止塑件底部对抽芯的径向阻碍,必须使塑件底部高于该机防止塑件底部对抽芯的径向阻碍,必须使塑件底部高于该机构顶面,同时,在机构边缘的径向移动范围构顶面,同时,在机构边缘的径向移动范围S S的
23、对面应有大的对面应有大于于S S的距离的距离S S1 1才可以有台肩等障碍物,即才可以有台肩等障碍物,即S S1 1SS,以免阻碍抽,以免阻碍抽芯移动。芯移动。2 2)机构杆部的倾斜角)机构杆部的倾斜角 应在应在525525间选取,而机构抽芯部间选取,而机构抽芯部分的导向角分的导向角 应小于或等于机构杆部的倾斜角应小于或等于机构杆部的倾斜角,即,即。这。这也是为了防止斜推杆机构在顶出过程中与型芯的斜面发生干也是为了防止斜推杆机构在顶出过程中与型芯的斜面发生干涉现象。涉现象。3 3)为了使机构兼有复位功能,其复位的台肩长度在可能条)为了使机构兼有复位功能,其复位的台肩长度在可能条件下取得大一些,
24、斜滑块的四角应做成便于铣加工的圆弧角,件下取得大一些,斜滑块的四角应做成便于铣加工的圆弧角,使机构在复位时平稳、可靠,也加大了空间便于加工。使机构在复位时平稳、可靠,也加大了空间便于加工。4 4)当斜推杆与推板固定板有滑动摩擦时,为增加其耐磨性,)当斜推杆与推板固定板有滑动摩擦时,为增加其耐磨性,应将其斜杆头部和顶板的镶件做淬硬处理。应将其斜杆头部和顶板的镶件做淬硬处理。2.3 导向与定位机构设计导向与定位机构设计1 1、导柱与导套、导柱与导套 导柱与导套对定模与动模及有关模板(流道板、脱模导柱与导套对定模与动模及有关模板(流道板、脱模板等)起到导向定位作用,在模具组装时也兼起保护型芯板等)起
25、到导向定位作用,在模具组装时也兼起保护型芯的作用。的作用。通常在模具的动模部分设置导柱,而在定模的相对位通常在模具的动模部分设置导柱,而在定模的相对位置设置导套;有时根据模具的结构(如定模部分流道板时)置设置导套;有时根据模具的结构(如定模部分流道板时),而将导柱、导套反装。,而将导柱、导套反装。注塑模通常设置四组导柱与导套,分布在模板的四个注塑模通常设置四组导柱与导套,分布在模板的四个角落边缘部位,导柱中心到模板边缘的距离占一般取导柱角落边缘部位,导柱中心到模板边缘的距离占一般取导柱固定端的直径的固定端的直径的1 1至至1.51.5倍。倍。小型模具或塑件产量少的模具多采用带头导柱,大、小型模
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