164 放大鏡模具的設(shè)計(jì)與制造

164 放大鏡模具的設(shè)計(jì)與制造,放大鏡,模具,設(shè)計(jì),制造 目錄前 言第 一 章 料 工 藝 分 析1.1 分析塑料使用材料的種類及工藝特征1.2 分析塑料的結(jié)構(gòu)工藝性1.3 塑件精度確定1.4 明確塑件批量生產(chǎn)1.5 根據(jù)塑件的形狀估算其體積和重量1.6 確定型腔數(shù)第二章 定模具結(jié)構(gòu)方案2.1 確定型腔排列2.2 確定分型面2.3 脫模原理2.4 澆注系統(tǒng)形式2.4.1 主流道設(shè)計(jì)2.4.2 分流道設(shè)計(jì)2.4.3、澆口設(shè)計(jì)2.5 冷卻及加熱系統(tǒng)第三章 模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算3.1 模具主要零件的有關(guān)尺寸設(shè)計(jì)3.1.1 型腔和型芯計(jì)算3.2 型腔厚度和底板厚度的確定3.3 確定零件結(jié)構(gòu)及尺寸3.3.1 定模座板設(shè)計(jì)3.3.2 定模型腔固定板設(shè)計(jì)3.3.3 動(dòng)模型腔固定板設(shè)計(jì)3.3.4 支撐板設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)3.3.5 推桿固定板設(shè)計(jì)第四章 初選注射機(jī)4.1 計(jì)算澆注系統(tǒng)體積4.1 初選注射機(jī)第五章 核注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)5.1 注射量的校核5.2 鎖模力與注射壓力5.3 模具厚度 H 與注射機(jī)閉合高度第六章 結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)摘要 注塑模具是在成型中賦予塑料以形狀和尺寸的部件。模具的結(jié)構(gòu)雖然由于塑料品種和性能、塑料制品的形狀和結(jié)構(gòu)以及注射機(jī)的類型等不同而可能千變?nèi)f化，但是基本結(jié)構(gòu)是一致的。模具主要由澆注系統(tǒng)、成型零件和結(jié)構(gòu)零件三部分組成。其中澆注系統(tǒng)和成型零件是與塑料直接接觸部分，并隨塑料和制品而變化，是塑模中最復(fù)雜，變化最大，要求加工光潔度和精度最高的部分。對(duì)此次放大鏡無(wú)多大要求，它的整體尺寸不大，但要大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率，降低成本，故采用模具成批注射生產(chǎn)。并且該產(chǎn)品為放大鏡要透光，所以材料采用聚苯乙烯（PS）做為材料。對(duì)于澆注系統(tǒng)和成型零件的設(shè)計(jì)；澆注系統(tǒng)是指塑料從射嘴進(jìn)入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和澆口等。成型零件是指構(gòu)成制品形狀的各種零件，包括動(dòng)模、定模和型腔、型芯等。此套放大鏡模實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械操作自動(dòng)化，澆注系統(tǒng)采用普通流道，進(jìn)行一模二腔注射。頂出機(jī)構(gòu)由 2 條型芯和一條推桿頂出，型腔分動(dòng)模型腔和定模型腔。前言此次設(shè)計(jì)為放大鏡的注射成型模具設(shè)計(jì)。對(duì)于這次的設(shè)計(jì)首要制定的塑料成型工藝以及合理設(shè)計(jì)塑料成型模具的過(guò)程。前面部分主要說(shuō)明塑料成型的必要理論基礎(chǔ)，包括高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能，尤其是聚合物的熱力學(xué)性能和化學(xué)性質(zhì)，還有聚合物熔體在成型過(guò)程中的流動(dòng)狀態(tài)及物理和化學(xué)變化。后面部分說(shuō)明的是注射成型模具設(shè)計(jì)的最復(fù)雜也最具代表性的部分，主要說(shuō)明注射成型模具的設(shè)計(jì)，包括澆注系統(tǒng)（主流道，澆口，分流道） 、成型零件（型芯，型腔，推桿等）的設(shè)計(jì)，對(duì)所選注射機(jī)的校核等有關(guān)設(shè)計(jì)。由于塑料注射成型模具對(duì)于實(shí)踐性很強(qiáng)，并且技術(shù)正在飛速發(fā)展中，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中注重理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)于書中的知識(shí)要加以聯(lián)系實(shí)際，從而使模具設(shè)計(jì)得更加合理。分，包括主流道、冷料穴、分流道和澆口等。成型零件是指構(gòu)成制品形狀的各種零件，包括動(dòng)模、定模和型腔、型芯、成型桿以及排氣口等第一章 塑件工藝分析1.1 分析塑件使用材料的種類及工藝特征該材料為聚苯乙烯（PS） ，是一種透光性塑料，密度為 1.05g/cm*，透光度達(dá) 88%—92%，有優(yōu)異在著色性能。制品的穩(wěn)定性非常好，最高連續(xù)使用溫度為 60 度到 80 度。具有一般塑料的電絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕性能；注塑壓力為 60-100Mpa；成型收縮率為 0.5-0.8%。聚苯乙烯的缺點(diǎn)是制品具有較大的脆性，易受沖擊而開裂，制品表面受摩擦而易起刮痕。在聚苯乙烯樹脂中加入橡膠成分可使其耐沖擊性提高 5 倍-10 倍，但會(huì)失去透明特性。聚苯乙烯塑料廣泛用于家用器皿、玩具、生活和文教用品、家電、輕工儀表的殼體、燈罩、圓珠筆桿等。發(fā)泡型的聚苯乙烯塑料用于防震、隔音材料及電冰箱襯里等。1.2 分析塑件的的結(jié)構(gòu)工藝性塑件尺寸不大，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，對(duì)塑件的尺寸測(cè)量和型芯計(jì)算無(wú)多大影響，其它結(jié) 構(gòu)特征也符合塑件的設(shè)計(jì)要求。具體尺寸如圖所示：（圖 1-1）(放大鏡零件圖)1.3 塑件精度確定因考慮塑件工作要求不高,各尺寸也不大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故先普通精度:IT4 級(jí)1.4 明確塑件批量生產(chǎn)該塑件要求批量生產(chǎn)。1.5 根據(jù)塑件的形狀估算其體積和重量使用 UG 或 Pro/E 軟件畫出三維實(shí)體圖，軟件能自動(dòng)計(jì)算出所畫圖形的體積，當(dāng)然也可根據(jù)形狀進(jìn)行手動(dòng)幾何計(jì)算得到圖形的體積。通過(guò)計(jì)算塑件的體積（計(jì)算過(guò)程從略） ，33221 14.5cm1458.23.147) -(53.4V ?????? 332 10.5cm1048.63.14V????325cm?式中： ——————為放大鏡中圓柱面的體積1——————為放大鏡中柄的體積2V————為整個(gè)放大鏡塑件的總體積3可得塑件的質(zhì)量為： 26.3g51.0VG33????式中： ——塑料密度， （g/cm 3） ——塑件質(zhì)量， （g）?1.6 確定型腔數(shù)該產(chǎn)品需批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)的模具要有較高的注射效率，采用一模二腔的模具結(jié)構(gòu)。第二章 確定模具結(jié)構(gòu)方案2.1 確定型腔排列 型腔排列選擇中，由于此次采用的是一模二腔，放大鏡的結(jié)構(gòu)并不是直接圓形或矩形，初步設(shè)定排列方式有二種選擇：（圖 2-1）（型腔的排列的二種方式）因第一種排列方式的注射效率高，由此模具設(shè)計(jì)選用第一種型腔排列方式。2．2 確定分型面在模具設(shè)計(jì)中分型面的選擇很重要，它決定了模具的結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)分型面選擇原則和塑件的成型要求來(lái)選擇。如下圖所示： （圖 2-2）（分型面以及成型位置）2.3 脫模原理：此次分型為一次分型，開模在分型面(上圖所示)進(jìn)行分模，動(dòng)模型腔板和定模型腔板分開，再由推桿固定板推動(dòng)推桿和型腔桿(型芯）頂出塑件和澆流道內(nèi)的塑件。而后塑件自動(dòng)脫落，再人工取出塑件即可。2.4 澆注系統(tǒng)形式采用普通澆注系統(tǒng)，由于二型腔模，必須設(shè)置分流道，用點(diǎn)澆口形式從零件內(nèi)部進(jìn)料，利用分型面間隙排氣。2.4.1 主流道設(shè)計(jì)在臥式或立式注射機(jī)上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能順利從澆口中拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角為 2－5o，取 3o。小端直徑 d 比注射機(jī)噴嘴直徑大 0.5－1mm,取值為 5mm，注射機(jī)噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面大 1－2mm。2.4.2 分流道設(shè)計(jì)a．分流道的形狀和尺寸分流道開設(shè)在定模板上，其截面形狀為梯形，有經(jīng)驗(yàn)公式 h=2b/3（b 為梯形大底邊寬度，mm；h 為梯形的高度，mm） ，可給 h=3mm，b=3.5mm，梯形的側(cè)面斜角=5o－10o，底部以圓角相連。?b、分流道的表面粗糙度由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的熔體流動(dòng)狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般 Ra取 1.6μm 左右，這可增加對(duì)外層塑料熔體的阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層2.4.3、澆口設(shè)計(jì)澆口套可選標(biāo)準(zhǔn)件，因?yàn)樽⑺軝C(jī)的噴嘴口直徑為 4mm，可選取進(jìn)料口直徑為 5mm 的澆口套。此次采用的是側(cè)澆口中的扇開澆口，取在與型腔接合處形成長(zhǎng) L=1mm 厚 t=0.5mm 的進(jìn)料口，進(jìn)料寬度為 b=5mm，扇形長(zhǎng)度為 3.5mm，塑件熔體通過(guò)它進(jìn)入型腔。采用扇形澆口，使塑料熔體在寬度方向上的流動(dòng)得到更均勻的分配，塑件的內(nèi)應(yīng)力因之較小，還可避免流紋及定向效應(yīng)所帶來(lái)的不良影響，減少帶入空氣的可能性，但澆口痕跡較明顯。2.5 冷卻及加熱系統(tǒng)該模具注射成型時(shí)不需要太高要求，因而在模具上可不設(shè)加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下計(jì)算設(shè)定模具平均工作溫度為 50℃，用常溫 20℃的水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30℃，產(chǎn)量為（初選每二分鐘一套） 1.578kg/h查表聚苯乙烯的單位熱流量為 J0 64? /574.1026578.1421 kgJwQ???故冷卻水體積流量：)(6021TcMqV??式中：—冷卻水體積流量，（ ）min3—單位時(shí)間注射人模具內(nèi)的塑料熔體的質(zhì)量，（ ）hkg—單位時(shí)間內(nèi)樹脂在模具內(nèi)釋放的熱焓量，（ ，ABS 為q J）J/kg108~6 5?—冷卻水的比熱容，（ ）c)/(K?—冷卻水的密度，（ ）?3mk—冷卻水出口處溫度，（℃）1T—冷卻水進(jìn)口處溫度，（℃）2)203(10..46057835????Vmin12?查表可知所需的冷卻水道直徑比較小，所以，選直徑為 的冷卻水道一個(gè)型腔一條。6?第三章 模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算3.1 模具主要零件的有關(guān)尺寸設(shè)計(jì) 3.1.1 型腔和型芯計(jì)算列表中成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)都按平均尺寸，平均收縮率，平均制造公差和平均磨損量來(lái)計(jì)算。由塑料模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書查表 2-5 得：聚苯乙烯（PS）的成型收縮率為 0.5-0.8%,故平均收縮率為,考慮到工廠模具制造的條件，模具制造公差一般取0.65%.8)/2(05Scp???3/?z?計(jì)算如下表：類別尺寸類型 塑件尺寸 計(jì)算公式型腔或型芯的工作尺寸50? 035.94??42 031.2?型腔徑向尺寸 3ZZSMH???????00]3)1[()( 028.74?3.516.032.5015.42?型腔的計(jì)算 型腔高度尺寸2ZZSMH???????00]32)1[()( 015.?型芯的計(jì)算型芯的計(jì)算型芯徑向尺寸 42?00]43)1[()( ZZSMLL????????031.642?? (表3-1)型芯和型腔計(jì)算3.2 型腔厚度和底板厚度的確定根據(jù)放大鏡型腔的形狀以及其合理性選擇型腔壁厚和底板厚度，具體厚度見（圖 3-3 模架圖）3.3 確定零件結(jié)構(gòu)及尺寸經(jīng)初步排祥預(yù)算預(yù)選模架為 2025-AI-30-30-70 模架 即 200×250×210mm具體尺寸如下：定模底板厚： 25 m定模板厚： A=30動(dòng)模板厚: B=30支撐板： 30墊塊厚度: C=70下模座厚： 25 m模具厚度： 210=5+C30BA25=H?模具外形尺寸： 200×250×210如下圖所示：型芯高度尺寸 1.500]32)1[()( ??????ZZSMH?? 01.53?型孔中心距32.05?2%)SC(cpMz????053.2.? （圖 3-3）（模架草圖） 3.3.1 定模座板設(shè)計(jì)：外形尺寸：250×250×25mm；材料：45#；調(diào)質(zhì) HB216-260；澆口套與板之間采用φ20H7/k6 過(guò)渡配合，中間 8 個(gè)螺釘為 M10×30，外面 4 個(gè)為 M12×30 孔距為130×160mm。如圖（4-4）（圖 3-4）（定模痤板初步設(shè)計(jì)圖）3.3.2 定模型腔固定板設(shè)計(jì)：外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火 50HRC；外面點(diǎn)的 4 個(gè)孔為導(dǎo)套 φ20孔距為 204×154mm；中間點(diǎn)的 4 個(gè)螺紋孔 M12×30 孔距為 130×160mm；中間的方形為150×130mm 如圖（4-5）（圖 3-5）（定模型腔固定板）3.3.3 動(dòng)模型腔固定板設(shè)計(jì)：外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火 50HRC；4 個(gè)為導(dǎo)套孔 φ20 孔距為204×154mm；4 個(gè)螺紋孔 M12×30 孔距為 130×160mm；中間的方形為 150×130mm；比定模型腔固定板多的中間 2 個(gè)孔為定位銷 φ15。如圖（4-6）（圖 3-6）（動(dòng)模型腔固定板）3.3.4 支撐板設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)：外形尺寸：250×200×30mm；材料：45#；淬火 50HRC；4 個(gè)復(fù)位桿孔 φ20 孔距為200×80mm；8 個(gè)螺紋孔 M10×30 孔距；2 個(gè)型腔桿孔 φ42 間距為 68×50mm；中間一個(gè)為推桿孔 φ8。如圖（4-7）（圖 3-7）（支撐板）3.3.5 推桿固定板設(shè)計(jì)： 外形尺寸：250×120×15mm；材料：45#；調(diào)質(zhì) 30HRC；4 個(gè)復(fù)位桿孔 φ20 孔距為200×80mm；4 個(gè)螺紋孔 M8×25 孔距 230×98；2 個(gè)型腔桿孔 φ42 間距為 68×50mm；中間一個(gè)為推桿孔 φ8。如下圖（4-8）（圖 3-8）（推桿固定板）第四章 注塑機(jī)的選定4.1 計(jì)算澆注系統(tǒng)體積由澆注系統(tǒng)體積得澆注系統(tǒng)質(zhì)量為:Vcb??a3322a 6.2cm6198753.14053.14V???g6*G?式中： ——————橫向澆注體積b——————縱向澆注體積cV——————澆注系統(tǒng)總體積a——————澆注系統(tǒng)總質(zhì)量G4.2 注塑機(jī)選定注射機(jī)額定注射量 ，每次注射量不超 過(guò)最大注射量的 80%b即 sj)/G(0.8n??式中 n－型腔數(shù)－澆注系統(tǒng)重量(g)jG－塑件重量(g) s－注射機(jī)額定注射量(g)b因 n=2 得： 故 33m56.2cm.2Va2?????故 9g1056.G?再根據(jù)塑料制品的體積或質(zhì)量以及塑件形狀一般，塑件熔體粘度一般，所需注射壓力通常為 100-140MPa。查教材（塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)表 4.2）或有關(guān)手冊(cè)選定注射機(jī)型號(hào)為：XS-ZY-125 注塑機(jī)的參數(shù)如下：注塑機(jī)最大注塑量：125cm 3；鎖模力：900kN；注塑壓力：120Mpa； 最小模厚：200mm；開模行程：300mm； 注塑機(jī)定位孔直徑：100mm；噴嘴前端孔徑：4mm； 噴嘴球面半徑：SR12mm；注塑機(jī)拉桿的間距：260×290/mm×mm。第五章 校核注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)5.1 最大注塑量參數(shù)校核注塑機(jī)的最大注塑量應(yīng)大于制品的質(zhì)量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊） ，通常注塑機(jī)的實(shí)際注塑量最好在注塑機(jī)的最大注塑量的 80%。并且此次的模具為一模二腔，所以，選用的注塑機(jī)最大注塑量應(yīng)：CBAG20.8??式中： ——注塑機(jī)的最大注塑量，g；AG——塑件的體積，g 該產(chǎn)品 =26.3g；BB——澆注系統(tǒng)體積，g，該產(chǎn)品 =6.5gC CG； 10g.520.8.G???9.632CA??故： CBAG.?此處選定的注塑機(jī)滿足注射量校核要求。5.2 鎖模力校核??Fp1nPFz????式中 ——熔融塑料在分型面上的漲開力，N。 ；——塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力，MP a，其大小一般是注射壓力的 80%，注P射壓力大小上面注塑機(jī)的參數(shù)已寫；n——型腔的數(shù)量；——單個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積，mm 2A——澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積，mm 21——注射機(jī)的額定鎖模力，N。 ；Fp50.kN8]150)2(2[0z ??????故： ；此注塑機(jī)滿足鎖模力要求。Fz9kNp??5.3、模具厚度 H 與注射機(jī)閉合高度5.3.1 模具閉合高度長(zhǎng)寬尺寸要與注塑機(jī)模板尺寸和推桿間距相適應(yīng)：模具長(zhǎng)×寬<拉桿面積；即 200×250<推桿間距（260×290） 5.3.2 由于此次采用的是單分型面，注射機(jī)開模行程應(yīng)大于模具開模時(shí)取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距，即滿足下式：m)105(H2)(S-a ????b式中 ——注射機(jī)最大開模行程，300mm；——模具實(shí)際高度；a——注射機(jī)最小閉合尺寸bS——推出距離（脫模距離） ，15mm；1H——塑料高度（包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)） ，74mm；2則： 30m197415m)05( ?????故：此注塑機(jī)滿足開模行程的較核要求。結(jié)束語(yǔ)這次模具設(shè)計(jì)是第二次設(shè)計(jì)，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)大學(xué)三年的模具學(xué)習(xí)生涯有了一個(gè)總結(jié)，更讓我了解了該怎么樣去設(shè)計(jì)一個(gè)模具，設(shè)計(jì)模具圖時(shí)，在理解了模具的功能和大致的輪廓后，最重要的是在設(shè)計(jì)的時(shí)候能夠細(xì)心，做到照顧到模具的各個(gè)方面的問(wèn)題，要想到設(shè)計(jì)出來(lái)的模具能不能制造出來(lái)，合不合理，能不能更好的節(jié)省材料等問(wèn)題，在以后的設(shè)計(jì)模具時(shí)，自己就知道怎樣能不能更好的節(jié)省材料等問(wèn)題，在以后的設(shè)計(jì)模具時(shí)，自己就知道怎樣去設(shè)一個(gè)模具，此次設(shè)計(jì)使我收獲很多……參考文獻(xiàn)[1]屈華昌主編.《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》.北京:高等教育出版社,2001[2]李澄,吳天生,聞百橋主編.《機(jī)械制圖》.北京:高等教育出版社,1997[3]《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組主編.《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第二版). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002[4]許發(fā)樾主編.《實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002[5]吳兆祥主編.《模具材料及表面處理》.北京:機(jī)械出版社,2000[6]陳于萍主編.《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001[7]馮炳堯，韓泰榮，將文森主編《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》，上?？茖W(xué)技術(shù)