喷雾器盖塑料模具设计.doc
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1、大学本科生毕业设计目 录第一章 前言 1 1.1 模具工业的重要性 1 1.2 现代模具制造技术的发展趋向 11.2.1 模具的标准化 11.2.2 现代生产制造方式 2 1.3 塑料模具工业今后的发展方向 2第二章 塑件成型工艺性分析 4 2.1 ABS塑料的性质 4 2.2 ABS塑料的相关参数和成型加工性能 5 2.3 塑件结构分析6第三章 拟定模具的结构形式和初选注射机 7 3.1 注射成型工艺7 3.2 分型面位置的确定8 3.3 型腔数量和排列方式的确定9 3.4 注射机型号的确定9 3.4.1 注射量的计算 9 3.4.2 浇注系统凝料体积的初步计算 10 3.4.3 选择注射机
2、 10 3.4.4 注射机的相关系数的校核 11第四章 浇注系统的设计 13 4.1 主流道的设计134.2 分流道的设计144.3 浇口的设计164.4 校核主流道的剪切速率174.5 冷料穴的设计及计算17第五章 成型零件的结构设计及计算 19 5.1 成型零件的结构设计19 5.2 成型零件钢材的选用20 5.3 成型零件工作尺寸的计算20第六章 脱模推出机构的设计 22 6.1 浇注系统凝料的脱出机构22 6.2 塑件的推出机构22 6.3 脱模力的校核23第七章 侧向分型与抽芯机构设计24 7.1 侧向分型与抽芯机构类型的确定 24 7.2 斜导柱抽芯机构的设计 24第八章 模架的确
3、定和标准件的选用27 8.1 各模板尺寸的确定 27 8.2 模架各尺寸的校核 28 8.3 标准件的选用 28 8.4 模板数控加工程序 28第九章 排气槽的设计32第十章 冷却系统的设计33 10.1 冷却介质33 10.2 冷却系统的简单计算33第十一章 导向与定位结构的设计36第十二章 模具工作过程38 参考文献40 致谢41- 43 -第一章 前 言1.1模具工业的重要性模具是工业生产的基础工艺装备,在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中,60%一80%的零部件都依靠模具成形。因此,模具被称之为“百业之母”、“工业之父”。模具的质量和先进程度,直接影响产品的质量、产量、成
4、本,影响新产品投产周期、企业品结构调整速度与市场竞争力。模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍以上。目前,模具生产的工艺水平及科技含量的高低,己成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志之一,决定着一个国家制造业的国际竞争力。现代模具行业是技术、资金密集型的行业,模具行业的发展,可以带动制造业的蓬勃发展。按照一般公认的标准,模具产值与其带动实现的工业产值之比为3:100。通过模具加工产品,可以大大提高生产效率,节约原材料、降低能耗和成本,产品的一致性好。如今,模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低,而在各行各业得到了广泛应用,并且直接为
5、高新技术产业服务,特别是在制造业中,它起着其它行业无可取替代的支撑作用,对国民经济的发展有着辐射性的影响。1.2现代模具制造技术的发展趋向1.2.1模具的标准化 模具标准化体系包括四大类标准,即:模具基础标准、模具工艺标准、模具零部件标准及与模具生产相关的技术标准。模具标准按模具主要类别分:冲压模具标准、塑料注射模具标准、压铸模具标准、锻造模具标准、坚固件冷镦模具标准。拉丝模具标准等等。随着国际交往的增多、进口模具国产化工作的发展以及三资企业对其配套模具的国际标准 要求的提出,一方面在标准制订方面注意了尽量采纳国际标准或国外先进国家标准,包括采纳先进企业的标准;另一方面许多模具标准件生产企业根
6、据市场需要,除按中国标准生产模具标准件外,同时也按国外先进企业的标准生产模具标准件。加快模具的标准化、商品化发展,适应大规模成批生产的需要,可以提高模具的制造质量、缩短模具的制造周期。新材料、新技术、新工艺的研究和应用研究开发模具新材料,进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、加工性能和抛光性能,是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋向。 模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计、制造技术的又一次革命,其优势越来越明显。普及和提高CAD/CAE/CAM技术的应用,是模具设计制造走向现代化的必由之路。以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具外表面粗加工的的发展方向。成型面的
7、加工向精密、自动化方向发展,光整加工技术向自动化方向发展。以三坐标测试仪和快速原型制造技术为代表的制模技术,是模具制造技术的重大发展,尤其是用于反向制造工程和复杂模具的制造,对缩短制造周期有着非常重要的作用。节能、优质、高速、绿色热处理工艺是模具零件热处理的主导方向 。1.2.2现代生产制造方式 在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化,供应商品化的基础上,利用现代IT技术,组成局域通信网络,将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化,并编成代码直接输入数控机床或CNC加工中心进行自动编程,继而完成自动加工。加工过程中能够完成自动检测和结果的自动显示,从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动
8、化和智能化并以此提高设计和制造的速度和质量,减少人为的多层次失误造成的缺陷,从而缩短模具生产周期,提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。模具是材料成型加工中的重要工艺制备,是机械、电子、轻工、国防等工业生产的重要基础之一。利用模具可以实现少、无切削加工,从而提高生产效率、降低成本。随着模具工业的迅速发展,对模具的使用寿命、加工精度等提出了更高的要求。模具材料性能的好坏和使用寿命长短,将直接影响加工产品的质量和生产的经济效益。而模具材料的种类、热处理工艺、表面处理技术是影响模具使用的极其重要的因素,所以世界各国都在不断地研究和开发新型模具材料、改进模具热处理工艺、选用适当的表面处理技术、合理地设计
9、模具结构、加强对模具的维护等措施,来稳定和提高模具的使用寿命,防止模具的早期失效。1.3 塑料模具工业今后的发展方向 我国塑料模具增长迅速,比重不断提高,目前,塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%,在模具进出口中的比重高达5070%。塑料模具已形成巨大的产业链条,从上游的原辅材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业,塑料模具发展一片生机。塑料制品的应用日渐广泛,为塑料模具提供了一个广阔的市场,同时对模具也提出了更高的要求。大型化、高精密度、多功能复合型的模具将受到青睐。与此同时,建筑、家电、汽车等行业对塑料的需求量都很大。 塑料模具加快集
10、群化发展,目前,我国模具工业地域特点明显,主要表现为:东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角地区,约占全国模具产值的2/3以上。塑料模具与模具整个行业地地域分布相似。浙江、江苏、广东塑料模具位于全国前列,其产值在全国模具总产值中的比例达到70%我国塑料模具工业今后的发展方向包括:提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多控所致。在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/
11、CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度。开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。第二章 塑件成型工艺性分析2.1 ABS塑料的性质ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型高聚物。它是在聚苯乙稀基础上改性而发展起来的一中热塑性工程塑料。其特性是由三组份的配比及每一种组分的化学结构,
12、物理形态控制。丙烯晴组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度,丁二烯表现的特性是抗冲击强度,苯乙烯表现的特性是加工流动性,光泽性。这三组分的结合,优势互补,使ABS树脂具有优良的综合性能。1) 一般性能 ABS外观为不透明呈象牙色粒料,其制品可着成五颜六色,并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右,吸水率低。ABS同其他材料的结合性好,易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为1820,属易燃聚合物,火焰呈黄色,有黑烟,并发出特殊的肉桂味。 2) 力学性能 ABS有优良的力学性能,其冲击强度极好,可以在极低的温度下使用;ABS的耐磨性优良,尺寸稳定性好,又具有耐油性,
13、可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大,但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。 3) 热学性能 ABS的热变形温度为93118,制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性,可在-40100的温度范围内使用。 4) 电学性能 ABS的电绝缘性较好,并且几乎不受温度、湿度和频率的影响,可在大多数环境下使用。 5) 环境性能 ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响,但可溶于酮类、醛类及氯代烃中,受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差,在紫外光的作用下易产生降解;于户外半年后,
14、冲击强度下降一半。6) ABS塑料的加工性能 ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料,可用通用的加工方法加工。ABS的熔体流动性比PVC和PC好,但比PE、PA及PS差,与POM和HIPS类似;ABS的流动特性属非牛顿流体;其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系,但对剪切速率更为敏感。ABS的热稳定性好,不易出现降解现象。ABS的吸水率较高,加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度8085,时间24h;对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度7080,时间1818h。ABS制品在加工中易产生内应力,内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验;如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止,应进行退
15、火处理,具体条件为放于7080的热风循环干燥箱内24h,再冷却至室温即可。2.2 ABS塑料的相关参数和成型加工性能 1) 成型特性 a) 无定形料,其品种排好很多,各品种的机电性能和成型特性也各有差异,应按品种确定成型方法及成型条件 b) 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上时间预热干燥 c) 流动性中等,溢料0.04mm左右(流动性比聚苯乙烯差,但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好) d) 比聚苯乙烯加工困难,宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂,料温更宜取高),料温对物性影响较大。料温过高易分解(分解温度为250左右,比聚苯乙烯易分解),对要求精度较
16、高塑件模温宜取5060,要求光泽及耐热型料宜取6080,注射压力应比加工聚苯乙烯稍高,一般用柱塞式注射机时料温为180230,注射压力为100140Mpa,螺杆式注射机则160220,70100Mpa为宜2) ABS塑料的物理、热性能 密度:1.021.16g/cm 比体积:0.860.98 吸水率24H:0.20.4% 熔点:130160 熔融指数:200负荷50N,喷嘴2.09,0.420.82g/10min 维卡针入度:71122 模具耐热:63 热变形温度90108 线膨胀系数:7.0 计算收缩率:0.40.7% 比热容:1470J/(kgK) 热导率:0.263W/(mK) 2.3塑
17、件结构分析 本毕业设计为一喷雾器盖子,如图一所示。塑件结构也相对简单,塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷,而且由于塑料件壁比较薄,所以要求机械强度好,有一定的耐磨性,而且还要需要塑料有较好的流动性和成型性能,由于使用环境不要求耐高温,且在干燥处使用,故也不需要考虑吸水性,综合上述分析以及各方面的因素,选择塑料品种为丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)。图一 喷雾器盖成型塑料件(1) 外形尺寸 该塑件壁厚为0.5mm,塑件外形尺寸不大,塑料熔体流程不太长,塑件材料为热塑性塑料,流动性较好,适合于注射成型。(2) 精度等级 塑件每个尺寸的公差可能不一样,对于该塑料制品精度要求不高,参考塑件精度
18、等级的选用,对与未注公差取MT5。 (3) 脱模斜度 设计脱模斜度的目的是便于塑件的脱模,避免在脱模过程中拉伤塑件表面,其大小取决于塑料的收缩率。脱模斜度的取向要根据塑件的内外型尺寸而定。塑件外形以型腔大端为准,尺寸要符合图纸要求,斜度沿形状减小方向。要求开模后塑件留在型芯上,塑件内表面的脱模斜度应小于外表面的脱模斜度。 ABS属于无定型塑料,成型收缩率较小,且该塑件外形本身存在一定的斜度,所以塑件上的型芯和凹模不用设计脱模斜度,个别地方如果需要脱模黏度,可取脱模斜度为1。第三章 拟定模具的结构形式和初选注射机注射成型也称注塑,是塑料的一种重要成型方法。除极少数几种热塑性塑料外,几乎所有的热塑
19、性塑料部可用此法成型。注射成型也能加工某些热固性塑料,如酚醛塑料等。注射成型是将粒状或粉状塑料从注射成型机的料斗送入机简内加热熔融塑化后,在柱塞或螺杆加压下,物料被压缩并向前移动,通过机简前端的喷嘴,以很快的速度注入温度较低的闭合模具内,经过一定时间的冷却定型后,开启模具即得制品。这种成型方法是一种间歇式的操作过程。注射成型周期从几秒钟到几分钟不等。周期的长短取决于制品的壁厚、大小、形状、注射成型机的类型以及所采用的塑料品种和工艺条件等。注射成型制品的重量从一克到几十公斤不等,视需要而定。注射成型具有生产周期快、生产效率高、能成型形状复杂、尺寸精确或带微件的制品以及易于实现自动化等特点,因此广
20、泛用于各种塑料制品的生产。其成型制品占目前全部塑料制品的2030。注射成型是一种比较先进的成型工艺,目前正继续向着高速化和自动化方向发展。3.1 注射成型工艺条件对于一定的塑料制品,当选择了适当的塑料品种、成型方法及成型设备,设计了合理的成型工艺过程和塑料模结构之后,在生产中,工艺条件的选择和控制就是保证成型顺利和制品质量的关键。注射成型的主要工艺条件是温度、压力和时间。1)注塑温度控制:注塑成型加工的过程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的控制其主要目的是使料筒中的物料进行充分的塑化和流动。模具温度的控制其目的是:使已经熔融的物料在充模过程中提高一定的流动性,
21、帮助熔融的物料能够迅速的充满模腔的各个部位。其二也使充满模腔的物料至定温中能够进行充分的冷却定型。其三,模具温度的控制对制品的内在性能和表面质量影响很大。2)压力控制:注塑制品加工过程中,需要控制压力包括注塑压力和塑化压力(即背压)。注塑压力:通过注射机的液压系统(电动注射机是使用伺服电机)把压力传递到机筒的尾端,使之推动螺杆向前移动,即施加在螺杆尾端的压力称之为注射压力。在注射成型中,注射压力所起的作用是,克服熔融的塑料从料筒向模具型腔,填充过程中的流动阻力,给予熔融充模的速率以及进行压实。塑化压力:从螺杆顶部在螺杆转动后退时所受到的压力称之为塑化压力,亦称背压。也可以说是克服螺杆进料转动时
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