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三年的大学生活很快就过去了!回首过去,我从一个无知的高中生成长为一个新世纪的大学生,进而又要走向社会,这与学校及系部的培育是分不开的。
这次的毕业设计将会给三年的生活划上一个圆满的句号。他将是我三年的学****的总结;是站在三年学****的基础上一次全新的升华;是将我所学的理论用于实践的开始;也是一次对我自己知识的考核和肯定。
现代有效、快速、精确的设计手段是采用计算机辅助设计,设计是人和计算机相结合,各尽所长的新型设计方法。我的设计就充分体现了这一点,采用CATIA设计零件。先构出模具构件,再根据模型特征来设计模座•模具构件包括上模型腔、下模型腔、(也称为凸模型腔,凹模型腔)、浇道系统(注道、流道、流道滞料部浇口等)、砂心、销、回位销、冷却水线、电热管、停止销、定位螺栓、导柱、导键等。。
在设计过程中我遇到了很多意想不到的问题和困难,但在同学们的帮助下,一一都得到了比较圆满的解决。由于我能力有限,又受到工作的影响,设计时间短,比较仓促,有不少的错误和不合理的地方,请各位老师给予耐心的指导和指正。
第一章设计题目与要求
本次设计的题目为电视遥控器上端盖逆向开发,材料选用聚苯乙烯(PS),中、
大批量生产,采用注射模注塑成型,。
第二章注射模可行性分析
注射成型工艺的可行性分析:
本塑件形状复杂,壁厚不均,尺寸精度要求较高,而且有较高的表面质量和尺寸稳定性的要求,因此对模具和设备的要求也较高。而注射成型方法有如下几个优点:
a:形状:几乎没有复杂性限制,容许模具内有不同塑料的成型型腔;
b:尺寸:塑件可小到不足1克,大到几十千克,没有限制;
c:材料:在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料;
d:精度:可注射高精度的塑件,有较好表面质量和尺寸稳定性;
e:生产率:中等,循环时间主要由塑件壁厚决定,最短可在十几秒内,可增加每模的型腔数来提高生产率。
由以上塑件的特点和注射成型工艺的优点,分析可知:该塑件适合于采用注射成型方法。
表面粗糙度:
由塑件外观可知,塑件的外表面要求较高,,而其内表面由于是遥控器的内部,为顾客视线所不及,故不影响其外观视觉质量,从简化加工工艺和节约加工成本的角度考虑,。
一般情况下,模具粗糙度低于塑件1〜2个等级,,。
尺寸精度:
按SJ1372—1978标准,塑料件尺寸精度分为8级。本塑件所用材料为聚苯乙烯(PS),由此查塑料模具设计手册可知,本塑件宜选用4级精度。零件具体尺寸及其公差值可详见零件图。
塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相关,尤以小型精密塑件为甚。从模具制造精度对塑件精度的影响可知,模具制造允许误差和塑件尺寸公差之间具有对应的关系,由塑件零件图可得,模具精度等级为IT8。
脱模斜度:
该塑件采用的塑料是PS,而PS的成型收缩率较小(-%),而且塑件较复杂,对型芯的包紧面积也较大,所以应取较大的脱模斜度。为保证壁厚的均匀一致,因此取塑料件的内外表面的脱模斜度一致。再由零件设计图纸要求可知脱模斜度a=5。
壁厚:
由图纸可知,该塑件有许多中不同的壁厚,如2mm、、1mm、。壁厚不均匀,这就造成塑料熔体的充模速率和冷却收缩不均匀,并由此产生许多质量问题。如凹陷、真空包、翘曲、甚至开裂。为防止此类现象出现,这就要求防止出现突变与截面厚薄悬殊的设计,故我在壁厚不同处采取过渡设计,例如:采用圆弧过渡等措施。
加强筋:
由图纸要求可知,该塑件设计了很多加强筋,,。这对提高塑料件的抗弯强度,减小塑料件的翘曲变形,提高抗蠕变和抗冲击性能有好处,同时,加强筋的添加改善了塑料熔体的充模流动或者是缩短了流程或增加了流程的截面。
圆角:
从塑件可知,该塑件内外表面的转折处加强筋的根部等处都设计了圆角。其采用圆角不仅降低了应力集中系数,提高了抗冲击、抗疲劳能力,而且改善了塑料熔体的流动充模性能,减少了流动阻力。降低了局部的残余应力,防止开裂和翘曲,也使塑料件外形流畅美观。而且成型模具型腔也有了对应的圆角,提高了成型零件的强度。
质量和体积:
由天平可称出该塑件的质量约为m=30g
再由公式v二m/p=30/=24cm3,由此可知,该塑件属于小型塑件。
该塑件为电视遥控器外壳的下半部分,有以下特点:
它所处的工作环境好,处于室温下,不承受冲击载荷,也不处于酸、碱、盐性环境中;
产量大,用于一般的日常生活中,故要求此塑件材料质优而价廉,且对人体不产生任何毒副作用。
内部结构复杂成型较困难。
要求要有较美丽的外观。因此我初步选择采用通用塑料。
通用塑料分为聚乙烯(PE)、聚***乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)等品种,多用于一般工农业生产和日常生活之中,具有价格低等特点。
a聚乙烯PE:是由乙烯单体聚合而成的。
特点:采用不同的聚合条件可得到不同性质的聚合物:有高压PE、中压PE、低压PE三种。
高压PE:由于有较低的密度、相对分子质量、结晶度,故质地柔软;低压PE:由于含有较高的相对分子质量、密度、结晶度,故质地坚硬,耐寒性能良好,在一70°C时还保持柔软,化学稳定性很高,能耐酸、碱及有机溶齐U,吸水性极小有跟突出的电气性能和良好的耐辐射性等。
缺点:是力学强度不高,热变形温度很低,故不能承受较高的载荷和不能在较高的温度下正常工作。
b聚***乙烯PVC:是由乙炔气体与***化氢合成***乙烯单体,然后在聚合成聚***乙烯。
特点:可分为硬质PVC和软质PVC。
硬质PVC:力学强度高,电气性能优良,耐酸、碱的抵抗力极强,化学稳定性很好。缺点:是软化点低,机械强度高。其可在一15〜60C时使用。
软质PVC:有质轻、隔热、隔音、防震等特点,而且强度低、易老化、延伸率高。c聚丙烯PP:
特点:聚丙烯的主要特点是相对密度小,。它的力学性能如屈服强度、拉伸强度、压缩强度、硬度等,均优于低压PE。并有很突出的刚性,耐水行较好,可在100以上使用,若不受外力,则温度升到150也不变形。基本上不吸水,并且有较好的化学稳定性,除对浓硫酸、浓***外,几乎都
很稳定。绝缘性能优越,高频电性能优良,而且不受温度影响,成型容易。对人体不产生毒副作用,可用于药品及食品的包装。
缺点:耐磨性不够高,成型收缩率较大,低温呈脆性,热变形温度亦较低。
d聚苯乙烯PS:聚苯乙烯略早于聚丙烯问世,其原料十分丰富,是目前最广泛应用的材料之一。
~,比聚***乙烯小而大于聚丙烯和聚乙烯。聚苯乙烯遇火会自燃。
聚苯乙烯的主链上有结构庞大的苯环,故柔顺性差,质地脆硬,抗冲击性能差,敲打时发出类似金属的响声。
机械强度低于硬质聚***乙烯,尤其是相对分子量较小的品种强度更差,
聚苯乙烯属于非结晶型聚合物。
聚苯乙烯具有良好的可塑流动性和较小的成型收缩率,是成型工艺最好的塑料品种之一,容易制造形状复杂的制品。
聚苯乙烯无色透明,透光性仅次于有机玻璃,容易着色,常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品。
聚苯乙烯具有很小的吸水率,在潮湿的环境中尺寸变化很小,适用于制造要求尺寸稳定的制品,如仪表仪器壳体等。
聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能,尤其是在高频条件下的介电损耗仍然很小,是优良的高频绝缘材料。聚苯乙烯的主要缺点是脆性大,形状复杂的制品成型后存在较大的内应力时,常会在使用中自行开裂。为改善聚苯乙烯的脆性,加入少量的聚丁烯可明显降低脆性,提高冲击韧性。这种塑料称为高冲击聚苯乙烯。
由以上四种通用塑料的性能分析可知:我的塑件电视遥控器外壳的材料宜采用聚苯乙烯(PS)。
以下是聚苯乙烯塑料的技术数据:
1:成型特点:
&:无定形料,吸湿性小,不易分解,性脆易裂,热膨胀系数大,易产生内应力;b:流动性好,,应防止飞边;
c:塑件壁厚应均匀,不易有嵌件,(如有嵌件应先预热),缺口,尖角各面应圆弧连接;
d:可用螺杆式或柱塞式注射机加工,喷嘴可以选用直通式或自锁式;
e:易采用高料温,低模具温度,低注射压力延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔,变形(尤其对厚壁塑件)但料温高易出银丝,料温低或脱模剂多则透明性较差;
f:可以采用各种形式的浇口,浇口于塑件应圆弧连接,防止去除浇口时损坏塑件,脱模斜度易取2以上,顶出均匀,以防止脱模不良而发生开裂
2:物理性能:
密度g/cm3
比体积
cms/g
吸水率
透光率
%
摩擦系数
24h长时间
PS钢
(无润滑)
PS铜
(有润滑)
%
〜
〜
〜浸水18天
透明
3:热性能:
玻璃化
温
度°C
熔点
C
熔融指数
MFIg/10min
维卡针入度C
热变形温度
45N/cm
2°C
180N/cm
2
100~105
170~1
76
〜
140~150
102~115
56~57
线膨胀系数
10-5/C
计算收缩率
%
比热容
J/()
热导率w/()
燃烧性
Cm/min
~
1930
缓慢
4:力学性能:
屈服强度
抗弯强度
断裂伸长
弯曲弹性模量
抗压强度
冲击韧度
KI/m2
布氏硬
度
Mpa
Mpa
率%
Gpa
Mpa
无缺
口
缺口
HBS
37
67
>200
56
78
~4.
8
~
注射机类型
密度
g/cm3
计算收缩率
%
预热
温度C
时间h
柱塞式
〜
〜
60〜75
2
料桶温度
喷嘴温度
C
模具温度
C
注射压力
Mpa
后段
中段
前段
140~160
—
170~190
°C
32~65
60~110
成型时间
注射时间
(秒)
高压时间
冷却
时间
总周期
螺杆转速r/mi
适用注射机类型
15〜45
15
60
40〜120
n
48
螺杆、注塞均可
5:电气性能:
电阻率
Q•m
击穿电压kv/mm
介电常数
介电损耗角正切
耐电弧性
S
>1014
30
~
125~185
6:成形条件:
后处理
方法
红外线鼓风烘箱
温度(C)
70
时间(H)
2~4
第-章拟定模具结构形式
注射模的型腔数目,可以是一模一腔,每一次注射生产一个塑件,也可以是多腔,每一次注射生产多个塑件。每一副模具中,型腔数目的多少与下列条件有关系。
(1)塑件尺寸精度
型腔数目越多时,精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差,也由于熔体在模具内的流动不均所致。按照SJ1372—78标准中规定的1、2级超精密级塑件,只能一模一腔,当尺寸数目少(形状简单)可以是一模二腔。3、4级的精密级的精密塑料件,最多是一模四腔。
(2)模具制造成本
多腔模的制造成本高于单腔模,但非简单的倍数比。四腔模并非单腔模的四倍。因此,从塑件成本中所占模费比例来看,多腔模比单腔模要低。
(3)注塑成型的生产效益
多腔模从表面上看,比单腔模经济效益高,但是多腔模所使用的注射机大,每一注射循环期长而维修费用高,所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。
(4)制造难度
多腔模的制造难度比单腔模大。当其中一腔先损坏(或磨损超差)时,应立即停机维修,影响生产。
综合以上几个方面综合考虑,我的设计采用一模两腔结构形式。就精度而言,我的塑件属于四级精度,它可以使用一模四腔;但从模具制造成本以及模具成型的生产效益来看,他比单型腔模具降低了生产成本提高了生产效率;而且塑件的注射量比较小;但从制造难度来讲,这套模具的型腔十分复杂已经很难加工,必须采用较多的镶块才能实现,如果型腔过多,就会影响各个镶块之间的装配关系,造成塑件成型困难,尺寸精度以及表面粗糙度难以保证。而一模两腔恰好解决了这一问题,不仅使得模具有了较好的精度,而且便于加工,便于注塑,适应了现代化大规模高效率生产高精密零件的要求。
分模面为定模与动模的分界面。用于取出塑料件或浇注系统凝料的面。合理地选择分型面是使塑件能完好的成形的先决条件。
选择分型面时,应从以下几个方面考虑:
(1)使塑件在开模后留在动模上;
(2)分型面的痕迹不影响塑件的外观;
(3)浇注系统,特别是浇口能合理的安排;
(4)使推杆痕迹不露在塑件外观表面上;
(5)使塑件易于脱模。
由于本塑件的结构形状较为特殊,根据选择分模面时,应遵守以上的原则。再综合我的塑件形状的考虑,以及模具整体设计、制造、加工的要求,我选择采用平面分型面,
这是catia分模时作的单面分模面,由于上表面要求较高,必须要求塑件留在动模一侧。这样的分型面设计有以下的特点:
第一、这样的设计保证了分模时塑件留在动模一侧;
第二、分型面的痕迹会在塑件的下边缘一圈,保证不会影响外观质量;
第三、这样的设计使得推杆比较好布置,比较容易推出塑件;
第四、使得脱模变的容易;
第五、这样的设计也迫使设计必须使用潜伏式浇口等不影响外观质量的特殊
浇口。
第四章注射机型号的确定
在模具设计时,根据产品几何尺寸及模具结构特点,尽可能选用适合的注塑机以充分发挥设备的内在能力。
锁模力是指注射机构在工作中对模具所能施加的最大夹紧力。锁模力与注射容量全面地反映了设备的主要特征和加工能力。
在实际注射成型中,由于制品形状不同,所采用树脂品种不同,注射工艺条件及模具结构不同,所需要的合模力大小也各不相同。因此,在选用注射机时,要对其合模力进行计算。通常,可采用下列公式进行:
F三Pm(NAs+Aj)(4—1—1)
式中:F注射机最大合模力(MN);
N型腔个数;
Pm——成型时模腔平均压力(MPa)
As塑件在开模方向的最大投影面积(m?).
Aj——浇注系统在开模方向的最大投影面积(mJ
从前面可知:N=2
采用CATIA测得浇注统以及塑件在开模方向上的投影面积为
.
所以:F三nPcA
=
=2MN
=2000KN
注射机的理论注量,指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量(cm
3).模具安装后,对模腔注射容量的计算,可以制件产品为主,计算其体积量,然后确认总体积注射量,从而可得:
Vg>n(Vs+Vj)(cm3)
式中:Vg注射机额定注射量(cm3);
Vs——单个塑件的容积量(cm3);
Vj浇注系统和飞边所需要的容积量(cm3);
N——型腔数。
其中:Vs=24cm3
Vj=3cm3
所以:V>n(Vs+Vj)
=2X(24+3)
=54cm3
根据《塑料模具设计手册》附表8(P392),由以上所取得的数据F和V可知,可选用型号为G54-S-200/400的注射机可。
XS-ZY-125注射机的技术规范及特性如下:
螺杆直径(mm):55
最大理论注射容量(cm3):200~400
注射压力(MPa):109
注射行程:160
锁模力(KN):2540
最大注射面积(cm2):645
最大模具厚度H(mm):406
最小模具厚度H1(mm):165
最大和穆行程:260
模板最大距离L(mm):800
0
模板行程L(mm):400
1
喷嘴圆弧半径R(mm):SR18