输油管接头说明书

第一章 绪论

1.1 输油管接头造型展示

图1.1 三维图 图1.2 三维图

1.2 课题研究的意义和目的

目前,世界模具市场仍供不应求。近年来,世界模具市场总量已超过700亿美元,其中美国、日本、瑞士等国一年的出口模具约占本国模具总产值的三分之一。因此,研究和发展模具技术,提高模具技术水平,对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”,日本把模具誉为“进入富裕社会的原动力”,德国则冠之为“加工工业中的帝王”,在欧洲其他一些发达国家模具被认为“磁力工业”由此可见模具在各国国民经济中的重要地位[1]。

经过本次毕业设计可以掌握机械工艺装备设计的一般方法及基本工序。巩固和加强机械零件设计、机械制造工艺与装备、机械制图、模具设计和模具制造工艺等专业理论知识在实际生产中应用的能力。巩固和加深对机械二维、三维的制图能力。设计过程中锻炼查阅文献和资料自我设计的能力,培养和提升我们的创新能力,增强我们独立思考问题和解决问题的能力。所以认真完成本次设计非常重要。 1.3 本课题国内外发展概况

1.3.1 国内塑料模具发展概况及趋势

1)新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用。随着塑料成型技术的不断发展,模具新材料、模具加工新技术和模具新工艺方面的开发己成为当前模具工业生产和科研的主要任务之一[2]。随着技术的发展,气体辅助注射成型和热流道技术随之出现。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下,大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制,而且其常用于较复杂的大型制品,模具设计和控制的难度较大,因此,开发气体辅助成型流动分析软件,

显得十分重要。采用热流道技术的模具可提高

制件的生产率和质量,并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源,所以广泛应用这 项技术是塑料模具的一大变革[3-7]。

2)我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低,与国外差距甚大,在一定程度上制约着我国模具工业的发展,为提高模具质量和降低模具制造成本,模具标准件的应要大力推广[8]。

3)CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高,塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用[9]。 1.3.2 国外塑料模具发展概况及趋势

注塑模从出现到现在的40年中发展迅速、应用广泛。注塑熔体流体理论的研究始于20世纪60年代,美国、英国、加拿大等国的学者如J.R.Pearson(英)、J.F.Stevenson(美)M.R.Kamal(加)、K.K. Wang〔美)等开展了一系列有关塑料熔体在模具型腔内流动与冷却的基础研究[2]。随后,许多研究者对一维流动进行了大量研究, 20世纪70年代完成了二维分析程序,20世纪80年代开展三维流动与冷却分析,进入20世纪90年代后开展了成型过程流动、保压、冷却、应力分析及翘曲的全过程模拟,将各独立模块有机地结合起来[10-11]。 1.4 本课题主要的研究内容

1)查阅与课题相关的中外文资料,进行调研,熟悉课题,撰写开题报告和翻译英文文献一份。

2)熟悉塑件(输油管接头)的图样和技术条件。 3)分析塑件(输油管接头)的工艺性,进行设计计算。 4)合理的选择塑压设备,确定成型机的技术参数。 5)确定模具的具体结构,绘制模具草图。

6)绘制输油管接头的注射模的装备图及主要零件图,要求2.5张A0图纸。 7)零件图标注尺寸,公差及技术条件,并进行必要的强度校核。 8)根据课题研究过程,撰写毕业设计说明书,要求1.5万字以上。 1.5 课题预期研究成果

毕业设计课题的完成是大学期间最重要的环节之一。通过在完成毕业设计中所搜集的资料,掌握和了解注塑模具发展历史、发展过程以及现在的应用和以后的发展。锻炼自己独立完成任务的能力和在遇到问题时与人沟通的能力。复习在大学期间所学的相关模具设计、制造的相关知识。

当完成本次毕业设计后,塑料制品的三维造型设计能力和成型工艺的最优化选择能力;塑料制品成型模具的设计能力;塑料制品的质量分析及工艺改进、塑料模具结构设计的能力都应该得到一定的锻炼。同时AUTOCAD等制图工具软件的使用能力也能到提高。

通过输油管接头注射模具的设计,锻炼自己把所学的知识为所用的能力,让理论

与实践相结合,完善有关模具设计与制造、注射模具设计的方法及工艺流程的知识体系。

本次毕业设计中需要完成相关的外文资料翻译工作,会自己的外文翻译水平得到提高。毕业设计的全部内容最后以电子版上交,所以相关的办公软件的应用能力会得到提高。

第二章 输油管接头的工艺性分析

2.1分析塑件试用材料的种类及工艺特征

塑件材料选用POM塑料(聚甲醛),英文名称:Polyoxymethylene(Polyformaldehyde)比重:1.41-1.43克/立方厘米;成型收缩率:1.6-4.0%;成型温度:170-200℃ 干燥条件:80-90℃ 2小时。

物料性能综合性能较好,强度、刚度高,减磨耐磨性好,吸水小,尺寸稳定性好,但热稳定性差,易燃烧,在大气中暴晒易老化。 适于制作减磨耐磨零件,传动零件以及化工,仪表等零件。 1)成型性能

(1)结晶料,熔融范围窄,熔融和凝固快,料温稍低于熔融温度即发生结晶。流动性中等。吸湿小,可不经干燥处理。

(2)摩擦系数低,弹性好,塑件表面易产生皱纹花样的表面缺陷。

(3)极易分解,分解温度为240度。分解时有刺激性和腐蚀性气体发生。故模具钢材宜选用耐腐蚀性的材料制作。 2.2分析塑件的结构工艺性

该塑件尺寸中等,整体结构较简单。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,但表面粗糙度要求较高,再结合其材料性能,故选一般精度等级:5级。 2.3工艺性分析

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面上,而浇口却横向开设在模具的型腔型芯处,塑件外表面因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果程度较小。 2.4 本章小结

本章简单介绍了塑件所用的材料,并初步分析了塑件的工艺性。

第三章 注射成型工艺及设备选择

3.1 注射成型工艺简介

注射成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性,首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化,使之成为粘流状态熔体,然后在柱塞或螺杆的高压推动下,以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中,经过一段时间的保压冷却以后,开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。完整的注射工艺过程,按其先后顺序应包括:成型前的准备、注射过程、塑件的后处理等。

(1)成型前的准备;成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况,有无杂质等进行检验,并测试其热稳定性,流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料,应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥,若有嵌件,还要知道嵌件的热膨胀系数,对模具进行适当的预热,以避免收缩应力和裂纹,有的塑料制品还需要选用脱模剂,以利于脱模。

(2)注射过程;塑料在料筒内经过加热达到流动状态后,进入模腔内的流动可分为注射,保压,倒流和冷却四个阶段,注射过程如图3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻;当模腔充满熔体(T=T1)时,熔体压力迅速上升,达到最大值P0。从时间T1到T2,塑料仍处于螺杆(或柱塞)的压力下,熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动,而温度又在不断下降,定向分子(分子链的一端在模腔壁固化,另一端沿流动方向排列)容易被凝结,所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长,分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束(时间从T2到T3),由于模腔内的压力比流道内高,会发生熔体倒流,从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中,塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。

(3)塑件的后处理;由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂,再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同,塑件内经常出现不均匀的 结晶、取向和收缩,导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力,脱模后除引起时效变形外,还会使制件的力学性能,光学性能及表观质量变坏,严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理,常用的后处理方法有退火和调湿两种。

退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力,此外,退火还可以对制件进行解除取向,并降低制件硬度和提高韧性,温度一般控制在塑件使用温度以上的10~20度,或塑料的热变形温度以下10~20度;

调湿处理是将刚脱模的塑件放在热水中,以隔绝空气,防止对塑料制件的氧化,

加快吸湿平衡速度的一种后处理方法。主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液(沸点为121℃,加热温度为100~121℃,保温时间与制件厚度有关,通常取2~9小时)。

图 3.1 注射压力-时间曲线

3.2 注射成型工艺的参数

1)温度:注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度,喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度,以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”;模具温度一般通过冷却系统来控制;为了保证制件有较高的形状和尺寸精度,应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形,模具温度必须低于塑料的热变形温度。

2)压力:注射成型过程中的压力包括注射压力,保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力,提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力,与制件的形状,壁厚及材料有关。POM流动性较强的料,保压力应该小些,以充满型腔,保压力可取远低于注射压力。背压力是指注射机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力,背压力除了可驱除物料中的空气,提高熔体密实程度之外,还可以使熔体内压力增大,螺杆后退速度减小,塑化时的剪切作用增强,摩擦热量增大,塑化效果提高,根据(POM材料)生产经验,背压较低为好,通常很少超过200bar。

3)时间:完成一次注射成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间,保压时间,冷却时间,其他时间(开模,脱模,涂脱磨剂,安放嵌件和闭模等),在保证塑件质量的前提下尽量减少成型周期的各段时间,以提高生产率。其中,最重要的是注射时间和冷却时间,在实际生产中注射时间一般为3~5秒,保压时间一般为20~120秒,冷却时间一般为30~120秒(这三个时间都是根据塑件的质量来决定的,质量越大则相应的时间越长)。确定成型周期的经验数值如表3.1所示。

表 3.1 成型周期与壁厚关系

为了得到塑化良好的塑料熔体,并把它注射到型腔中去,在控制条件先冷却定型,使塑件达到要求。经过上面的经验数据和推荐值,结合该制件的质量要求和成型特点,可以初步确定成型工艺参数,因为各个推荐值有差别,而且有的与实际注射成型时的参数设置也不一致,结合两者的合理因素,初定制品成型工艺参数如表3.2所示。

表 3.2 制品成型工艺参数初步确定

特性

内容

特性

内容

注射机类型 螺杆式 螺杆转速(r/min) 58 喷嘴形式 直通式 模具温度 90 喷嘴温度(℃) 230 后段温度(℃) 150~210 中段温度(℃) 170~230 前段温度(℃) 190~250 注射压力MPa 130 保压力MPa 80 注射时间s 2 保压时间 s 5 冷却时间s 20 其他时间s 3 成型周期s 30 成型收缩(%) 0.6 干燥温度(℃) 60~80 干燥时间(℃) 1~3

3.3注射机的选择 3.3.1 注射机简介

1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注射机,这是注射成型工艺技术的一大突破,目前注射机加工的塑料量是塑料产量的30%;注射机的产量占整个塑料机械产量的50%。成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一。

注射机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法。常用的说法有: (1)按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多模注射机; (2)按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注射机。 3.3.2 注射机基本参数

注射机的主要参数有额定注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合

模装置的基本尺寸,注射方式,开模行程,成型面积,开合模速度,空循环时间电动机功率,机器外形尺寸等。这些参数是设计,制造,购买和使用注射机的主要依据。 (1)额定注射量: 指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注射机的加工能力。

(2)注射压力:为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。

(3)注射速率:为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。

常用的注射速率如表3.3所示。

(4)塑化能力:单位时间内所能塑化的物料量。塑化能力应与注射机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期。

(5)锁模力:注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。

表 3.3 注射量与注射时间的关系

注射量/cm 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000

3

注射时间/s 1.6 2 2.7 3 4 6 10 13

(6)合模装置的基本尺寸:包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度。这些参数规定了机器加工制件所用模具尺寸范围。 (7)开合模速度:为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停。

(8)空循环时间:在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间。 3.3.3选择注射机

(1)由公称注射量选定注射机

根据零件的三维模型,利用三维软件直接可查询到塑件的体积 V=7.76cm

浇注系统的体积:V2=2.23cm

塑件与浇注系统的总体积为V=7.76*2+2.23=17.75 cm 计算塑件的质量:查手册取密度ρ=1.42g/cm

3

3

3

3

塑件体积:V=7.76cm

塑件质量:根据有关手册查得:ρ=1.42g/cm 所以,塑件的重量为:

M=V×ρ=7.76cm×1.42×2=22.0384g

n KV 0VViV浇

式中

V0

i1

3

3

3

—注射机的最大注射量,cm3;

V—制品的体积(包括制品、浇注系统及飞边在内),cm3;

V浇

—浇道及浇口凝料和飞边体积,cm3; Vi

—个制品的体积,cm3;

i—型腔数;

K—注射机最大注射量的利用系数,取K=0.8。

表 3.4 CJ80nc-4型号注射机相关参数

3.4 注射机的校核 3.4.1 最大注射量的校核

最大注射量和制品的重量或者体积有直接关系,两者必须相适应,不然会影响产品的产量和质量。若最大注射量小于制品重量,就会造成制品的形状不完整或者是内 部组织疏松,制品强制下降等缺陷;若注射量过大,注射机利用率低,浪费电能,可 能导致塑料分解。为确保塑件质量,注射模一次成型的塑件质量(包括流道凝料质量)应在公称注射量的35%~75%范围内,最大可达80%,最小不小于10%。为了保证塑件质量,选择范围通常在50%~80%。

V实=7.76cm V公=11cm V实际/V公=70.55% 满足要求。

注射机有关工艺参数的校核 1)锁模力与注射压力的校核

33

Fp(nAA1)

(3.2) 式中 p--注射时型腔压力 查参考文献得 30MPa

2cmA --塑件在分型面上的投影面积()

2A

1--浇注系统在分型面上的投影面积(cm)

F--注射机额定锁模力,按CJ80nc-4型注射机额定锁模力为800kN

2)模具厚度H与注射机闭和高度

注射机开模行程应大于模具开模时,取出塑件(包括浇注系统)所需的开模距离即满足下式

SH1H2510 (3.3)

式中 S--注射机最大开模行程,mm;

H

1--推出距离(脱模聚居),mm;

H

2--包括浇注系统在内的塑件高度,mm;

Sk=32mm+100.23mm=132.23mm SK≤S=570MM 条件成立

3.4.2注射机固定模板定位孔与模具定位圈的关系

注射机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔,称之为定位孔。注射模端面凸台径向尺寸须与定位孔两者按H7/f9配合,以保证模具主流道的轴线与注射机喷嘴轴线相重合,否则将产生溢料并造成流道凝料脱模困难,定位圈的高度h,小型模具为 8~10mm,大型模具为10~15mm。

3.5 本章小结

本章主要介绍了注射成型工艺过程,对注射机及其技术参数做了具体的介绍,根据注射机的相关参数并结合产品的成型要求,选择了型号为CJ80nc-4的注射机。重点对所选注射机的最大注射量、锁模力、喷嘴尺寸、模具外形尺寸等参数做了校核,验证了CJ80nc-4注射机满足要求,为注射成型设计奠定了基础。

第四章 输油管接头注射模具设计

4.1 塑料配方说明

塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行的重要环节,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣,也是应用现代技术对塑料进行改进的过程,其技术含量极高。一个成功配方的产生是多年实践经验与应用高新技术的结局。塑料是以高分子聚合物为主要成分,加入一定量添加剂而组成的一种混合物,添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物,通常为填充剂,增塑剂,稳定剂,润滑剂,着色剂等。根据POM的特性及使用性能要求,配方中应含有以下添加剂:

光稳定剂——氧化锌:塑料制品在日光或强荧光下,由于吸收紫外光的能量,引发氧化反应,导致聚合物降解,使制品的外观或内在性能变坏,这一过程称为光氧化或光老化。

润滑剂——硬脂酸及其盐类:对塑料的表面去润滑作用,防止塑料在成型加工时黏模,同时提高塑料制品表面光洁度。 4.2 分型面的确定

分型面是决定模具结构形式的一个重要因素,它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺的有关,因此,分型面的选择是注射模设计中的一个关键。常见的分型面如图4.1所示:

根据分型面的选择原则:

1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处; 2)在开模时尽量使塑件留在动模;

3)分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量; 4)有利于排气和模具的加工方便; 5)有助于避免侧抽芯或便于侧抽芯。

a)平面 b)斜面 c)阶梯面 d)曲面

图 4.1 分型面的形式

该塑件输油管接头,外形要求一般。在选择分型面时,根据零件上下通孔侧通孔的特性所以选取中间为分型面,如图4.2。

图 4.2 分型面

4.3型腔数目的确定

注射模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主

要考虑以下几个有关因素:

1)塑件的尺寸精度; 2)模具制造成本; 3)注射成型的生产效益; 4)模具制造难度。

考虑到该塑件形状较小,查手册得塑件的经济精度推荐5级,采用一模两腔比较合适,尺寸精度好,模具制造成本低,装配方便。 4.4 浇口的确定

浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的通道。是浇注系统的关键部分,浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响最大。

常用的浇口形式有:1)直接浇口;2)侧浇口;3)扇形浇口;4)平缝浇口; 5)环形浇口;6)轮辐浇口;7)爪形浇口;8)点浇口;9)潜伏浇口;10)护耳浇口。

查阅相关手册,结合生产经验的总结,对于聚甲醛(POM)的成型特性,以及塑件的结构特点,可以选择点浇口的形式进行注射。常用点浇口形式如图4.3所示。 塑件较小分别浇注如图4.4。

图 4.3 常用点浇口的形式

图 4.4 本次浇注示意图

4.5 浇注系统设计

浇注系统的设计原则:浇口位置应尽量选择在分型面上,以便于模具加工及使用时浇口的清理;浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致,并使其流程为最短;浇口的位置应保证塑料流入型腔时,对着型腔中宽敞、壁厚位置,以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。

4.5.1主流道

主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道,通常和注射机的喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,有一定的锥度,目的是便于冷料的脱模,同时也改善料流的速度,因为要和注射机相配,所以其尺寸与注射机有关,如图所示:

图4.5 主流道的形状和尺寸

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止 塑料熔体 流动通道根据选用的CJ80nc-4型号注射机的相关尺寸得

喷嘴前端孔径: d0=4mm; 喷嘴前端球面半径:R0=10mm; 根据模具主流道与喷嘴的关系

RR012mmdd00.51mm

取主流道球面半径: R=11mm; 取主流道小端直径:d=4.5mm

为了便于将凝料从主流道中取出,将主流道设计成圆锥形,起斜度为2.6,此处选用2°,经换算得主流道大端直径为7.44MM。

由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞,所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套,以便选用优质的钢材单独加工和热处理。 4.5.2 浇口套的形式及固定方式

模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式,也叫浇口套,其结构形式及尺寸见图4.6(a)、(b)所示。以便有效的选择优质的钢材进行加工和热处理,一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等,热处理要求淬火53~57HRC,主流道衬套应设在模具的对称中心位置上。在本次设计中采用图4.6(b)这种结构。

而对于浇口套的固定则采用定位圈压紧浇口套外肩,并用四个螺钉把定位圈固定在定模座板上的方式,定位圈一般高出定模座板5~10mm的距离。其具体定位如图4.7所示。

图4.6 浇口套形式

a)І型; b)П型

图4.7 浇口套固定方式

4.5.3 分流道

分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开设在分型面上,起分流和转向作用,分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置,分流道的设计应尽可能短,以减少压力损失,热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4.1所示。

表4.1常用不同塑料的圆形截面分流道断面直径推荐值

塑料名称

分流道断面直径mm

塑料名称

分流道断面直径mm

ABS,AS 4.7~9.5 聚乙烯(PE) 尼龙类(PA)

1.6~9.5 1.6~9.5

聚苯乙烯(PS) 3.5~10 软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 热塑性聚酯 聚苯醚 聚砜(PSU)

3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10

聚甲醛(POM) 3.5~10 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯(PP) 异质同晶体

8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10

聚碳酸酯(PC) 4.7~9.5 聚苯硫醚

6.5~13

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想,因此里面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低,一般取1.6μm左右既可,这样表面稍不光滑,有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定,从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差,以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。 分流道的断面形状有圆形,矩形,梯形,U形和六角形。要减少流道内的压力损失,希望流道的截面积大,表面积小,以减小传热损失,因此,可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率,其中圆形和正方形的效率最高,但正方形的流道凝料脱模困难,所以一般是制成梯形流道。图4.8本次设计的分流道。

图 4.8 分流到示意图

4.6 模具材料的选择

在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度。当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从POM特性看,这三项指标是必须满足的,此外还有红硬性,抗压,屈服强度,抗弯强度和热疲劳能力的指标。

对塑料模具提出如下要求:

1)钢料纯净,要求夹杂物少、偏析少,表面光洁度高;

2)表面耐磨抗蚀,并要求有一定的表面硬化层,表面硬度一般在HRC45以上; 3)足够的强度和韧性;

从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削、铣削、抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能。另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。加工工艺路线;锻造-退火-粗加工-调质或高温回火-精加工-淬火-回火-钳工抛光-镀铬-抛光装配。

查手册选择模架的材料是45

钢。 4.7 排气系统的设计

为了使塑料熔体顺利充填模具型腔,必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利的排出模外。如果型腔内因各种原因所产生的气体不能被排除干净,塑件上就会形成气泡、凹陷、熔接不牢、表面轮廓不清晰等缺陷。另外气体的存在还会产生反压力而降低充模速度,因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。 4.8 模架的选用

模架是注射模的骨架和基体,通过它将模具的各个部分有机的联系成为一个整体,标准模架一般由定模座板、定模板、动模板、动模支承板、垫块、动模座板、推杆固定板、推板、导柱、导套及复位杆等组成。如下为所选模架的主要参数和示意图。

图 4.9 模架示意图 4.9 导向零件的设计 (1)导向机构的作用:

1)定位作用; 2)导向作用; 3)承受一定的侧向压力 (2)导柱的设计

1)长度:导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8—12 cm,以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。

2)形状:导柱前端应做成锥台形,以使导柱能顺利地进入导向孔。

3)材料:导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯,因此多采用

20钢(经表面渗碳淬火处理),硬度为50—55HRC。

(3)导套的结构设计

1)材料:用与导柱相同的材料制造导套,其硬度应略低与导柱硬度,这样可以减

轻磨损,一防止导柱或导套拉毛。

2)形状:为使导柱顺利进入导套,导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔,以利

于排出孔内的空气。

4.10 抽芯机构和推出机构的设计 4.10.1抽芯机构的设计

当塑件上与开合模方向不同的内侧或外侧具有孔、凹穴或凸台式塑件不能直接从模具中脱出。此时须将成型塑件侧孔或侧凹等的模具零件做成活动的,即侧型芯。抽芯机构一般可分为:手动、机动、液压或气动三大类。本次设计采用机动抽芯机构,其优点有:抽拔力大,生产效率高,操作方便,动作可靠,容易实现自动化等特点。由于本塑件一模两腔需两个型芯与斜导柱进行抽芯。

查阅相关手册可得,选择斜滑块的倾斜角度为15o,由于斜滑块必须向外移动最少29mm,才能完成内侧抽芯动作,通过计算查询斜导柱长度为146mm。

图 4.10 抽芯机构示意图 4.10.2推出机构的设计 (1)推出机构的设计

根据塑件的形状特点, 模具型腔在定模部分,型心在动模部分。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,设立五个推杆平衡布置,既达到了推出塑件的目的,又降低了加工成本。注:推杆推出塑件,推杆的前端应比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm

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,

在推出机构中采用厂组合式推杆,如图

中,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、推管,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或搞出型腔0.05—0.1cm.

(2)推件力的计算

对于一般塑件和通孔壳形塑件,按下式计算,并确定其脱模力(Q):

QLhpfcossin (4.1) 式中 L--型芯或凸模被包紧部分的断面周长(cm);

h--被包紧部分的深度(cm);

p--由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力,一般取7.811.8MPa; f--磨擦系数,一般取0.10.2;

;

--脱模斜度

L=190.6MM H=25.7MM

Q=190.6MM*25.7MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5)=4.458 (KN) (3)推杆的设计

①推杆的强度计算 查《塑料模设计手册之二》由式5-97得

1642l2

Q4d=(3

nE

(4.2)

d-- 圆形推杆直径cm

-- 推杆长度系数≈0.7 l-- 推杆长度cm n-- 推杆数量

E-- 推杆材料的弹性模量N/cm(钢的弹性模量E=2.1107N/cm) Q-- 总脱模力

14

2

2

640.710d8212.80.315cm3.15mm37

42.110 (4.3) 取d=4mm

②推杆压力校核 查《塑料模设计手册》

4Q

s

=nd2

22

s取320N/mm²



48212.82

163.5N/mm

442

成型零件工作时直接与塑料熔体接触,要承受熔融塑料流的高压冲刷、脱模摩擦等。因此,成型零件不仅要求有正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度值,而且还要求有合理的结构和较高的强度、刚度及较好的耐磨性。

设计注射模的成型零件时,应根据成型零件的塑料性能、使用要求、几何结构,并结合分型面和浇口位置的选择、脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体结构;根据塑件的尺寸计算成型零件型腔的尺寸;确定型腔的组合方式;确定成型零件的机械加工、热处理、装配等要求;对关键部位进行强度和刚度校核。由此可见,注射模的成型零部件设计是注射模设计的一个重要组成部分。 4.11.1成型零部件结构设计

成型零件是决定塑件几何形状和尺寸的零件。它是模具的主要部分,主要包括凹模、凸模及镶件、成型杆和成型环等。 1) 输油管接头凸模的结构设计

凸模即成型塑料制品内表面的大型芯,而成型制品上的孔的是小型芯或称成型杆。凸模分为整体结构的凸模、整体镶入结构的凸模和镶拼组合结构的凸模三种。此次设计采用整体镶入结构的凸模。型芯结构如图4.11所示。

而对于制件上的孔则采用成型杆以及小型芯的形式。小型芯结构图如图4.12所示。

图4.11 型芯结构图 图4.12 侧型芯

2)凹模的结构设计

凹模是成型制品外表面的成型零件(型腔),是制品外表面形状、结构的复制。凹模按其结构的不同可分为:

 整体结构的凹模;  整体镶入结构的凹模;  局部镶拼结构的凹模;  四壁镶拼结构的凹模;

 两瓣组合结构的凹模,螺纹型环结构的凹模。

结合制件的结构特性和模具的制造要求,采用局部镶拼结构的凹模。把凹模加工成通孔的形式,再镶上底部的结构,这样设计便于制造研磨和抛光,同时减少热处理的变形和节约优质钢材,对于易损部分的修理或更换更加方便快捷,制造精度也得到保证。如图4.13所示。

4.11.2 成型零部件工作尺寸的计算

成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸,主要有型腔和型芯的径向尺寸,型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸,型芯和型芯之间的位置尺寸。影响塑件尺寸精度的因素很多,概括地说,有塑料原材料、塑件结构和成型工艺、模具结构、模具制造和装配、模具使用中的磨损等因素。塑料原材料的影响主要是指收缩率。

常用按平均收缩率、平均磨损量和平均制造公差为基准的计算方法。该塑料的平均收缩率S为:

S

SmaxSmin

100%2.8% (4.4) 2

图4.13 镶拼结构的凹模

式中 S—塑料平均收缩率;

Smax—塑料最大收缩率;

Smin—塑料最小收缩率。

1)型芯尺寸的计算 (1)型芯径向尺寸的计算 型芯径向尺寸计算公式如下:

30

(dT)0(ddS) (4.5)00

4

式中 dT-型芯的径向基本尺寸;

d0-塑件的径向基本尺寸;

-制造公差;

-塑件公差;

S-塑料的平均收缩率。

表4.1 型芯径向尺寸表

(2)型芯高度尺寸的计算 型芯高度尺寸的计算公式如下:

h

T

2

h0h0S (4.6)

3

式中 hT-型芯深度基本尺寸;

h0-塑件内形深度尺寸;

-制造公差;

-塑件公差;

S-塑料的平均收缩率。

表4.2 型芯高度尺寸表

2)型腔尺寸的计算

(1)型腔径向尺寸计算公式如下:



D

D0

A0

3

D0D0S (4.7)

40

DA-型腔径向基本尺寸;

-塑件径向的基本尺寸;

-制造公差;

-塑件公差;

S-塑料的平均收缩率。

表4.3 型腔径向尺寸表

(2)型腔深度尺寸计算公式如下: H式中HA-型腔深度基本尺寸;

H0-塑件内形深度尺寸;

A0

2

H0H0S

(4.8)

30



-制造公差;

-塑件公差;

S-塑料的平均收缩率。

表4.4 型腔高度尺寸表

4.12 模具温度调节系统设计

在注射成型过程中,模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。在注射成型过程中,模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同,模具的温度要求也不同。流动性差的塑料如PC,POM等,要求模具温度高,温度过低会影响塑料的流动,增大流动剪切力,使塑件内应力增大,出现冷流痕,银丝,注不满等缺陷。普通的模具通入常温的水进行冷却,通过调节水的流量就可以调节模具的温度,为了缩短成型周期,还可以把常温的水降低温度后再通入模内,可以提高成型效率。对于高熔点,流动性差的塑料,流动距离长的制件,为了防止填充不足,有时也在水管中通入温水把模具加热。 4.12.1温度调节对塑件质量的影响

1)采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率; 2)模温均匀,冷却时间短,注射速度快可以减少塑件的变形;

3)对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度,提高模温能大大改善塑件的表面状态。

温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方,设计时要根据材料特性和使用要求偏重于主要要求。

4.12.2对温度调节系统的要求

1)根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式; 2)希望模温均一,塑件各部同时冷却,以提高生产率和提高塑件质量; 3)采用低的模温,快速,大流量通水冷却效果一般比较好; 4)温度调节系统应尽可能做到结构简单,加工容易,成本低廉; 从成型温度和使用要求看,需要对该模具进行冷却,以提高生产率。 4.12.3 冷却装置的设计

模具冷却剂可以用水、压缩空气和冷冻水,而水冷最为普遍。此次设计采用水冷。 水冷,即在模具型腔周围和型芯内开设冷却水道,使水在其中循环,带走热量,维持所需的模温。冷却水道的开设受模具上镶块和顶杆等零件几何形状的限制,必须根据模具的特点灵活地设置冷却水道。其设计要点有:

1)实验表明冷却水孔的数量愈多,冷却通道孔径尽量大,制品的冷却就越均匀; 2)冷却水道至型腔表面距离应尽量相等,既孔的排列与型腔形状相吻合一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm,常用12 ~15mm;

3)冷却水道必须畅通尽量减少转弯处,避免出现冷却水道管壁长期堆积杂物产生堵塞现象。

4)冷却水道尽量通过塑件的大端面,这样才能达到最佳的冷却效果。

图4.14 冷却水道的布置示意图

3)浇口处加强冷却。通常将冷却水道的入口设在浇口附近,使浇口附近的模具在较低温度下冷却,而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换的温水作用下冷却;

4)冷却水道出、入口温差应尽量小。如果冷却水道较长,则入水与出水温差就较大,这样就会使模具的温度分布不均匀;

5)冷却应沿着塑料收缩的方向设置。对收缩率较大的塑料,例如聚乙烯,冷却水道应尽量沿着塑料收缩的方向设置;

6)冷却水道不应穿过设有镶块或接缝部位,水道连接必须密封以免漏水;

图4.15 冷却水道

4.13模具装配图及零件表 4.13.1模具装配图

图 4.16 装配图

4.13.2 模具装配图零件表

表4.5 模具零件明细表

4.14模具制造工艺

1)塑料模制造技术要求

模具精度是影响塑料成型件精度的重要因素之一。为了保证模具精度,制造时应达到如下主要技术要求:

(1)组成塑料模具的所有零件,在材料、加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。

(2)组成模架的零件应达到规定的加工要求,装配成套的模架应活动自如,并达到规定的平行度和垂直度要求。

(3)模具的功能必须达到设计要求。  抽芯滑块和推顶装置的动作正常。  冷却水路畅通且无漏水现象。

4)为了鉴别塑料成型件的质量,装配好的模具必须在生产条件下试模,并根据试模存在的问题进行调整,直至试出合格的成型件为止 2)塑料模的装配和试模

(1)型芯和固定板通常采用过渡配合或采用埋入式,而型腔部分则采用镶嵌或拼块形式,为了保证导向作用,动、定模的导柱、导套孔的孔距精度应控制在0.001mm以内。

(2)试模前,必须对设备的油路、水路以及电路进行检查,并按规定保养设备,做好开机前准备;原料应该合格;在开始试模时,原则上选择在低压、低温和较长的时间条件下成型,然后按压力、时间、温度这样的先后顺序变动;注射成型是可选用高速和低速两种工艺;对粘度高和热稳定性差的塑料,采用较慢的螺杆转速和略低的背压加料和预热,相反则采用较快的螺杆转速和略高的背压。

试模过程中应作详细记录,将结果填入试模记录卡,并注明模具是否合格。试模后,将模具清理干净,涂上防锈油,然后分别入库或返修。 4.15本章小结

本章详细介绍了塑料模具设计的全过程,选择了合适的浇注系统,模架结构排气系统和侧向分型和抽芯机构,对成型零部件的结构和计算做了重点阐述,还设计了温度调节系统,从而绘制出了模具的装配图,最后对模具的制造工艺作了简要论述。

第五章 结论

本文具体详细的叙述了输油管接头的全部过程,本文主要的研究工作和结论归纳如下:

(1) 首先说明了塑料工业的重要地位和当今注射模具的现状,随着经济的发展,塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势;

(2) 分析了塑件工艺性,简单介绍了塑件的结构;。

(3) 根据计算选择注射机,并进行相关的校核;

(4) 对抽芯机构、浇注系统、顶出系统、冷却系统等进行设计。

在做完这次设计总结归纳时发现还有以下两点有待完善和补充:

(1)在完成设计之后发现对分型面的选择和浇口位置的确定可以借助模具设计分析软件,进行参数化设计,快捷、准确的确定浇口和分型面的位置;

(2)在设计模具温度调节系统时,由于本人时间的因素和知识的缺乏,本文缺少对模具温度调节系统的一个量化的计算过程,没有进行参数化的设计,这是需要完善和补充的地方。

致谢

经历了三个月时间的毕业设计之后,我的大学本科毕业设计最终完成,心里有一种说不出的轻松和欢快。从开始拿到课题到今天的完成设计,整个设计过程中遇到很多的问题,细心的老师都一一予以解决。在此首先要感谢陈雪老师对我的指导和督促,陈老师给我指出了正确的设计方向,让我对知识有一个更深层的认识并牢固掌握,同时也避免了在设计过程中走弯路,陈老师的督促使我一直把毕业设计放在心里,保证按质按量的完成;陈老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人。同时还要感谢班级同学,是大家营造了良好的学习环境,在做设计的过程中互帮互助,使我的CAD和PRO/E操作水平比以前有了很大提高,同时较全面的掌握了Word的编辑功能,掌握了论文的写作格式要求.

诚挚地感谢机械系的各位老师在我大学本科学习期间给予的关心和帮助!我想我各方面能力的提高主要得益于机械系悉心培育我的各位老师,是您们的言传身教熏陶了我。特别感谢裴永存老师、陈雪老师在模具设计上提供的指导与帮助!

大学生活就要结束了,四年中大学的气氛点点滴滴的熏陶着我,古人说“不积跬步何以至千里,不积小流何以成江河”所以我相信这些点点滴滴会对我以后的工作学习有起着巨大的帮助。最后,我用《未来之路》中比尔.盖茨先生的一句话来为我的我的毕业设计画上句号。现在,“我们又要开始另一次伟大的旅行。”

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