塑件的工艺性分析

第三章塑件的工艺性分析一、塑件的工艺性分析塑件图1、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析1）塑件的结构分析该零件的总体形状为圆形，结构比较简单。2）塑件尺寸精度的分析该零件尺寸精度为7级，有公差要求。由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。3）表面质量的分析该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。2、塑件的体积重量计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。计算得塑件的体积：V＝190.35mm3计算塑件的质量：公式为W＝Vρ根据设计手册查得ABS的密度为ρ＝1.02kg/dm3，故塑件的重量为：W＝Vρ＝190.35×1.02×10-3＝2.24g根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：SZ－60/40型注塑成型机.第四章型腔数的确定及浇注系统的设计1、型腔数的确定型腔数的确定有多种方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其公式如下：n2=(G-C)/V式中：G——注射机的公称注射量/cm3V——单个制品的体积/cm3C——浇道和浇口的总体积/cm3生产中每次实际注射量应为公称注射量G的（0.75－0.45）倍，现取0.6G进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.2－1）倍，现取C＝0.6V进行计算。n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=190.35/(0.375×60)=8.46由以上的计算可知，可采用一模8腔的模具结构。2、确定型腔的排列方式本塑件在注射时采用一模8件，即模具需要8个型腔。型腔的排列方式为：3、分型面的确定分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。一、分型面的形式该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。二、分型面的设计原则由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：①分型面应选在塑件外形最大轮廓处②确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模③保证塑件的精度④满足塑件的外观质量要求⑤便于模具制造加工⑥注意对在型面积的影响⑦对排气效果⑧对侧抽芯的影响在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。4、浇注系统的设计1）主流道的设计根据设计手册查得SZ－60/40型注射机喷嘴有关尺寸如下：喷嘴前端孔径：d0=φ3.5mm喷嘴前端球面半径：R0＝15mm为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径D应稍大于注射喷嘴直径d。D＝d+(0.5－1)mm=φ3.5+1＝φ4.5mm主流道的半锥角α通常为1°－2°过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用2°。经换算得主流道大端直径D＝φ6mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径ｒ＝5mm的圆弧过渡。主流道的长度L一般控制在60mm之内，可取L＝46mm。2）冷料穴与拉料杆的设计对于依靠推件板脱模的模具常用球头拉料杆，当前锋冷料进入冷料穴后紧包在拉料杆的球头上，开模时，便可将凝料从主流道中拉出。球头拉料杆固定在动模一侧的型芯固定板上，并不随脱模机构移动，所以当推件板从型芯上脱出制品时也将主流道凝料从球头拉料杆上硬刮下来。3）分流道的设计分流道在设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。圆形和正方形流道的效率最高，当分型面为平面时一般采用圆形的截面流道，但考虑到加工的方便性，可采用半圆形的流道。一般分流道直径在3－10mm范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度由《中国模具设计大典》第2卷中图9.2－12所示的经验曲线来选定，经查取D’=5mm较为合适，分流道长度取L＝100mm从图9.2－14中查得修正系数fL=1.02，则分流道直径经修正后为D＝D’fL=5×1.02=5.1，取D＝5mm4）浇口的设计根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。在侧浇口的三个尺寸中，以浇口的深度h最为重要。它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度W的大小对熔体的体积流量的直接的影响，浇口长度L在结构强度允许的条件下以短为好，一般选L＝0.5－0.75mm。确定浇口深度和宽度的经验公式如下：h=nt①W=nA1/2/30②式中：h——侧浇口深度（mm）中小型制品常用h=0.5－2mm，约为制品最大壁厚的1/3－2/3,取1.5mmt——制品的壁厚（mm）3.38mmn——塑料材料的系数查表得0.8W——浇口的宽度（mm）A——型腔的表面积（mm2）计算得2940mm2将以上各数据代入公式得：h=1.5mm，W=1.5mm,L取0.5mm。计算后所得的侧浇口截面尺寸可用r=6q/(Wh2)≥104s-1作为初步校验。设定充模时间为1s，于是：r=6q/Wh2==1.6×104＞104s-1所以符合要求。第五章排气、冷却系统的设计与计算1、排气系统的设计排气槽的截面积可用如下公式进行计算：F＝25m1(273+T1)1/2/tP0①式中：F——排气槽的截面面积（m2）m1——模具内气体的质量(kg)P0——模具内气体的初始压力（Mp）取0.1MpT1——模具内被压缩气体的最终温度(℃)t——充模时间(s)模内气体质量按常压常温20℃的氮气密度ρ0＝1.16kg/m3计算，有m1=ρ0V0②式中：V0——模具型腔的体积（m3）应用气体状态方程可求得上式中被压缩气体的最终温度（℃）T1＝（273+T0）(P1/P)0.1304-273②式中：T0——模具内气体的初始温度（℃）由V＝9132mm3充模时间t=1s被压缩气体最终排气压力为P1＝20MPa由③式得：T1＝(273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7℃模具内的气体质量由②式得：m1=V0ρ0=9.132×10-6×1.16kg=1.06×10-5kg将数据代入①式得：所需排气槽的截面面积为：F=[25×1.06×10-5(273+311.7)1/2]/(1×0.1×106)=0.064mm2查取排气槽高度h=0.03mm，因此排气槽的总宽度为：W’’=F/h=0.064/0.03=2.13mm为了便于加工和有利于排气，运用镶拼式的型芯结构，与整体式型芯相比，镶拼型芯使加工和热处理工艺大为简化。2、冷却系统的设计与计算冷却系统设计的有关公式：qV=WQ1/ρc1(θ1-θ2)①式中：qV——冷却水的体积流量(m3/min)W——单位时间内注入模具中的塑料重量(kg/min)Q1——单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(kJ/kg)ρ——冷却水的密度(kg/m3)0.98×103c1——冷却水的比热容[kJ/(kg.℃)]4.187θ1——冷却水的出口温度(℃)25θ2——冷却水的入口温度(℃)20Q1可表示为：Q1=[c2(θ3-θ4)+u]式中：c2——塑料的比热容[kJ/(kg.℃)]1.465Q3——塑料熔体的初始温度(℃)200θ4——塑料制品在推出时的温度(℃)60u——结晶型塑料的熔化质量焓(kJ/kg)Q1=[c2(θ3-θ4)+u]=1.465(200-60)=205.1kJ/kg将以上各数代入①式得：qV=(0.013×205.1)/[0.98×103×4.187(25-20)]m3/min=0.13×10-3m3/min上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为40℃，用常温20℃的水作为模具的冷却介质，其出口温度为25℃，产量为0.013kg/min。由体积流量查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，但仍然要设冷却系统，方便冷却。第六章模具工作零件的设计与计算1.凹模型腔及型芯的设计凹模的结构采用整体嵌入式，这样有利于节省贵重金属材料。本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这PP的成型收缩率为0.002，模具的制造公差取z=Δ/3。凹模尺寸的计算：为计算简便起见，凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。（1）凹模径向尺寸计算凹模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：式中——凹模径向尺寸（mm）；——塑件的平均收缩率（PP收缩率为0.5%～0.9％，平均收缩率为0.7%）；——塑件径向公称尺寸（mm）；——塑件公差值(mm)（3/4项系数随塑件精度和尺寸变化，一般在0.5～0.8之间，取0.6）；——凹模制造公差（mm）(当尺寸小于50mm时，δz=1/4Δ；当塑件尺寸大于50mm时，δz=1/5Δ)；——塑料的最小收缩率（％）。凹模长度尺寸计算为：凹模宽度尺寸计算为：（2）凹模深度尺寸计算凹模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：式中——凹模深度尺寸（mm）；——塑件高度公称尺寸（mm）；2/3项，有的资料介绍系数为0.5；其他符号意义同上。（3）中心距尺寸计算,公式如下——模具中心距尺寸（mm）；——塑件心中距尺寸（mm）。所以凸模部分的结构设计1、凸模尺寸的计算（1）凸模径向尺寸计算凸模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：——型芯径向尺寸（mm）；——型芯的制造公差（mm）；其他符号意义同上。凸模长度尺寸计算为：凸模宽度尺寸计算为：（2）凸模深度尺寸计算凸模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：——凸模深度尺寸（mm）；——塑件孔深度尺寸（mm）；其他符号意义同上。（3）中心距尺寸计算,公式如下——模具中心距尺寸（mm）；——塑件心中距尺寸（mm）。2、型腔侧壁厚度和底板厚度的计算1）型腔侧壁厚度的计算根据圆形整体式型腔的侧壁厚度计算公式：S≥0.90[Pr4/E(δ)]1/3①式中：S——侧壁厚度(mm)P——型腔压力(Mpa)40r——型腔半径(mm)17.625E——模具材料的弹性模量(MPa)2.1×105[δ]——刚度条件，即允许变形量(mm)0.05将以上各数代入式得：S≥1.15[(40×19.84)/(2.1×105×0.05)]1/3=9.62mm2）底板厚度的计算公式如下：hs≥0.56(Ph4/E[δ])1/3将各参数代入式中得：hs≥4.68mm型腔的厚度h腔hc+h=4.68+19.8=24.48mmS可取10mms腔取32mm根据计算，型腔侧壁厚度应大于9.62mm，而型腔的直径为35－25mm。根据浇注系统的条件及制件的大小，初选标准模架，依据《塑料注射模中小型模架及技术条件》(GB/T12556-90)，根据模板的参数确定导柱、导套、垫块等的有关尺寸。第七章脱模机构的设计与计算1、脱模力的计算此模具采用推件板脱模，因该制件的，属厚壁制品，厚壁制品脱模力受到材料向壁厚中性层冷却收缩的影响，可用弹性力学的有关厚壁圆筒的理论进行分析计算，公式如下：Qc=[1.25kfcaE(Tf-Tj)Ac]/{[(dk+2t)2+dk2]/[(dk+2t)2-dk2]}式中，对于圆筒制品中：k——脱模斜度系数k=(fcCosβ-Sinβ)/fc(1+fcSinβCosβ)=0.92fc——脱模系数，即在脱模温度下制品与型芯表面之间的静摩擦系数，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响。0.50α——塑料的线膨胀系数（1/℃）查表得：6×10-5μ——塑料的泊松比0.40E——在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量（MPa）3.16×103Tf——软化温度(℃)100Tσ——脱模顶出时制品的温度（℃）60Ac——制品包紧在型芯上的