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动片瓷件塑料成型工艺及模具设.rar

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    编号:20181016172635535    类型:共享资源    大小:522.82KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    金币
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    动片瓷件 塑料 成型 工艺 模具
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    河南机电高等专科学校毕业设计说明书11 绪 论目前,我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1 国内模具的现状我国加入 WTO 之后,给国内模具制造业既带来冲击又带来机遇,但总体来说是机遇大于挑战。因为,我国加入 WTO 之前,模具进口已基本属于免税产品,国内的模具企业长期以来就不依赖关税壁垒的保护,存活下来的企业很早就经受了全球经济一体化竞争的考验。而且,加入 WTO 以后,国内企业在选择国外进口生产装备和钢材方面有了更广阔的选择余地和价格下调空间,为国内模具制造业在提高品质、降低成本、提高市场竞争力方面创造了有利的条件。 目前,国内的模具制造业总体发展水平良好,2003 年我国模具业总产值增长 25%左右,达到 450 亿元人民币,约合 50 亿美元,位居世界第三。模具企业的加工水平得到很大提高,出口创汇能力大大增强,既在国内市场抵抗住境外厂商的挤压,又在国际市场上表现出较强的竞争力。但同时,国内模具企业在发展过程中也暴露出一些问题:一是规模偏小;二是技术偏低;三是涉及领域狭窄;四是对相关行业的影响带动能力不大。综合以上因素,国内模具制造业总体效益还没有发挥最好水平,其在国民经济中的基础性作用尚不明显。为了扭转这种情况,业内专家一致认为,因应继续加强行业技术和资源的整合 技术领域要加强分工协作 近年来,国内模具尽管出口在增加,国际竞争力水平有所提升,但大多集中于中低档领域,模具的技术水平偏低,附加值偏低,部分高精模具还要依赖进口。所以,国内的模具制造业在各自的领域要加强整合,技术开发方面要实行分工协作,狠抓新技术、新工艺方面的研究,逐步形成有分工、有协作、多领域、全方位的科研开发格局,推出具有自主知识产权的模具产品。在研究的过程中,我们必须克服关门主义和单打独行的做法,完全可以在前辈和同行们所积累的经验基础上做一些前瞻性的研究,而不必埋头重复做一些别人已经做过的技术工作,导致人才和资源的浪费。 国内模具企业传统的制造方法一般是大至型芯、型腔,小至一个螺钉、销钉都要自己设计、生产,结果造成阵线过长,批量大少,既浪费了精力和资源,也无法保证在每一个环节都能拥有高级专业化水准,我们的模具制造商完全可以去市场上找那些专业厂家去做模板、模架、导柱、导套、销钉、螺钉,自己只加工最专业的模具的型芯、型腔组件,甚至就是在核心技术中,也只做专业技术要求最高的一部分。可以想象,由于动员了社会的力量和资源,我们的规模更大了,我们的专业化水平更高了,随着竞争力的加强,我们的市场份额也会扩大,我们分流部分零部件加工所造成的损失将会在更大的市场空间内得到补偿。所以,我们的模具加工业千万不要再做那种事必躬亲、老死不相往来的闭塞型生产研制之路。后工业化时代更大规模的社会化生产为我们分工合作创造了极为便利的条件,我们必须通过更加细致的社会分工来提高效河南机电高等专科学校毕业设计说明书2率和专业化水平,从而提高模具制造业的整体经济效益和竞争能力。 由于模具制造过程既涉及到高技术工艺的运用,又涉及到新材料应用研究,这些都是跨行业、跨地区,专业技术要求非常高的研究领域,如果仅仅靠某一个模具制造企业,甚至单单依靠模具行业本身都是无法得到有效解决的难题。要解决这些难题,我们的行业组织必须要发挥见多识广、联系广泛,具有宽泛视野和强大影响力的优势,组织行业内部集体攻关或者委托其他科研院所加紧研究,为企业生产经营活动提供必要的帮助和指导。而目前的状况是竞争使企业在技术上处于一种无序的研发状况,很多企业热衷于新产品的开发而忽视了一些基础研究工作,譬如新材料应用、热处理工艺以及表面处理工艺。如新加坡一个制造商在江苏办了一家合资企业,模具加工在国内生产,但最后却要空运到国外进行离子注入表面处理,成本是增加了,但模具的利润却可以提高十几倍甚至几十倍。由此可见,我们不能在低水平领域过多的相互倾轧,而是要在行业组织引导下,开展跨地区、跨部门、跨行业的合作,共同把我们模具制造业的基础夯实。 1.1.2 国内模具的发展趋势未来我国的模具将呈现十大发展趋势:一.是模具日趋大型化。这是由于用模具成型的零件日渐大型化 和高生产效率要求发展的“一模多腔 ”所造成的。二.是模具的精度将越来越高。10 年前精密模具的精度一般为 5 微米,现在已达到2-3 微米,不久 1 微米精度的模具将上市。这要求超精加工。三.是多功能复合模具将进一部发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外,还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务,对钢材的性能也要求越来越高。四.是热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节约制作的原材料,因此热流道技术的应用在国外发展很快,许多塑料模具厂所生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术,有的厂家使用率达到 80%以上,效果十分明显。热流道模具在我国也已生产,有些企业使用率上升到 20%—30%。五.是随着塑料成型工艺的不断改进与发展,气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好,耐高压,特别是精密模具的型腔应淬火,浇口密封性好,模温能准确控制,所以对模具钢的性能要求很强。六.是标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期,且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此,模具标准件的应用在“十五”期间必将得到较大的发展。七.是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量的的生产时代,21 世纪,这种生产方式占工业生产的比例将达到 75%以上。由此,一方面是制品使用周期缩短,另一方面花样变化平凡,要求模具的生产周期愈短愈好。因此,开发快速经济模具将越来越引起人们的重视和关注。八.是随着车辆和电机等产品向轻量化发展,压铸模的比例将不断提高,同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快,塑料模具的比例将不断增大。同时由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高,对塑料模具的要求也越来越高。十.是模具技术含量将不断提高,中、高档模具比例将不断增大,这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。1.2 国外模具的现状和发展趋势河南机电高等专科学校毕业设计说明书3模具是工业生产关键的工艺装备,在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性,是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年,全球模具市场呈现供不应求的局面,世界模具市场年交易总额为600~650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上;国外模具企业的组织形式是“大而专“、 “大而精“。2004年中国模协在德国访问时,从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会( VDMA)工模具协会了解到,德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达 48亿欧元。其中(VDMA)会员模具企业有90家,这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%,可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展,国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才,他们的技术水平比较高。故人均产值也较高。我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右,而国外模具工业发达国家大多 15~20 万美元,有的达到 25~30 万美元。1.3 动片瓷件注塑模具设计与制造方面 1.3.1 动片瓷件注塑模具设计的设计思路注塑机是一种专用的塑料成型机械,它利用塑料的热塑性,经加热融化后,加快速流入模腔,经一段时间的保压和冷却,成为各种形状的塑料制品。它不仅可以加工旋转体零件,还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件,但是,加工出来的制件的精度都很底。一般情以高的压力使其 况下,拉深件的尺寸精度应在 IT13 级以下,不宜高于 IT11 级。只有加强注塑基础理论的研究,才能提供更加准确、实用、方便的计算方法,才能正确地确定注塑工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸,解决注塑中出现的各种实际问题,从而,进一步提高制件质量。动片瓷件是最典型注塑件,根据计算的结果和选用的标准模架,判断此次模具可以采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件,模具必须有足够高度。1.3.2 动片瓷件注塑模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状,所用时间20天;2.确定加工方案,所用时间5天;3.模具的设计,所用时间30天;4.模具的调试。所用时间5天。2 模塑工艺规程的编制该塑件零件图如图所示。本塑件的材料采用 ABS,生产类型为大批量生产。河南机电高等专科学校毕业设计说明书42.1塑件的工艺性分析塑件的材料采用 ABS,属热塑性塑料。属热塑性塑料,从使用性能上看,该塑件具有高强度,良好的耐水、耐油性,其介电性能与温度和频率无关,使优良的绝缘材料;从成型性能上看,该塑料具有很好的加工性,成型容易,收缩率较小,制件尺寸容易控制,但是其吸水性较大,易使成型后制件上产生气泡,银丝、斑纹等缺陷,因此应注意注塑前对原料的干燥。另外,在成型时应采用较高的成型温度和注射压力,以提高熔料的流动性,减小收缩率。对精度较高的塑件,模温易取 50~60 c,对光泽、耐0热塑件,模温易取 60~80 c。其综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性、电性能0良好。2.2.塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 2.2.1结构分析从零件图上分析,该零件总体形状为圆形。中间有一个通孔,最外侧有一圈凸缘凸缘高为 0.65mm,中间孔径为 3.1mm,零件高度为 2mm。从零件图上分析,塑件外形简单,无须侧向分型与抽芯机构。塑件的尺寸不大,结构不易变形,可以用整体型腔和型芯,简单方法脱模,较简单的办法是用顶杆脱模。从结构上看,分型面置于零件下平面是唯一合理的选择。结构采用一模四腔,点浇口,顶杆脱模,简单冷却的模具结构。2.2.1.尺寸精度分析塑件质量没有特殊要求,所有尺寸均为自由公差,零件总体尺寸大小适中,并且塑件的壁厚比较均匀,容易满足要求,有利于塑件的成型。由以上分析可见,该零件的尺寸精度中等偏上,对应的模具相关尺寸加工可以得到保证。2.2.1表面质量分析该零件的表面除要求没有缺陷﹑毛刺,内部不得有导电杂质外,没有什么特别的表面质量要求,故比较容易实现。综上分析可以看出,注塑时在工艺控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证. 2.3计算塑件的体积和质量计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。计算塑件的体积:V=1.8 cm3计算塑件的质量:根据设计手册可查得 ABS 的密度为 ρ=1.1g/cm 3塑件质量:M=Vρ=1.1×1.8河南机电高等专科学校毕业设计说明书5=1.98g采用一模两件的模具结构,考虑其外形尺寸,注塑时所需压力和工厂现有设备等情况,初步选用注塑机 XS—ZY—60 型。2.4塑件注塑工艺参数的确定查找有关文献和参考工厂时间应用的情况,ABS 的成型工艺参数可作如下选择:(试模时,可根据实际情况作适当调整)注塑温度: 括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度: 后段温度 t 选用 150~170 c;10中段温度 t : 选用 165~180 c; 20前段温度 t : 选用 180~200 c; 3喷嘴温度: 170~180 c;0注塑时间: 选用 20~90s;保压压力: 选用 65Mpa;高压时间: 选用 0~5s;冷却时间: 选用 20~120s;总周期: 选用 45~220s;后处理方法: 采用油﹑水﹑盐水;后处理温度: 90~100t/ c;0后处理时间: 4h。说明 1:预热和干燥均采用鼓风烘箱。2:凡潮湿环境使用的塑料,应进行调湿处理,在 100~120 c 水中加热 2~18h。02.5 塑料成型设备的选取根据计算及原材料的注射成型参数初选注塑机为 XS-ZY-60 查材料知:注射容量: 60cm 3螺杆直径/cm Ф38mm注射压力/10 Pa: 220Mpa5河南机电高等专科学校毕业设计说明书6锁模力 10kN: 50kN最大注射面积/㎝: 130㎝ 2模具厚度/mm: 200~70mm模板行程/mm: 180mm喷嘴球半径: 12mm孔半径: 4mm定位孔直径/㎜ 55 06.±3. 注塑模的结构设计注塑模结构设计主要包括:分型面选择﹑模具型腔数目的确定﹑型腔的排列方式﹑冷却水道布局﹑浇口位置设置﹑模具工作零件的结构设计﹑侧向分型与抽芯机构的设计﹑推出机构的设计等内容。3.1分型面选择模具设计中,分型面的选择很关键,它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。该塑件为端盖,表面无特殊的要求,其分型面选择如下图所示:图所示取 A-A 向为分型面,不影响零件外观质量,抽芯在动模构简单。有利于模具成型。河南机电高等专科学校毕业设计说明书73.2确定型腔的数目及排列方式塑件的生产属大批量生产,宜采用多型腔注塑模具,其型腔个数与注塑机的塑化能力,最大注射量以及合模力等参数有关,此外还受制件精度和生产的经济性等因素影响,有上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量;3.2.1按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1N1=(F/PC)/A-B/A其中: F 注塑机的锁模力 NPC 型腔内的平均压力 MPaA 每个制件在分型面上的面积(㎜ )2B 流道和浇道在分型面上的投影面积(㎜ )B 在模具设计前为未知量,根据多型腔模具的流动分析 B 为(0.2~0.5) ,常取B=0.35,熔体内的平均压力取决于注射压力,一般为 25~40MPa 实际所需锁模力应小于选定注塑机的名义锁模力,为保险起见常用 0.8F 则N1=0.8F/APC=500000×0.8/30×3600=3.7 (个)3.2.2注射机注塑量确定型腔数目N2N2=(G-C)/V其中: G 注射机的公称注塑量(㎜ )3V 单个制件体积 (㎜ )C 流道和浇口的总体积(㎜ )3生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的 0.75~0.45 倍,取 0.6 倍计算,同时流道和浇道的体积为未知量,据统计每个制品所需浇注系统是体积的 0.2~1 倍,现取C=0.6 则N2=(0.6G-0.6C)/V=0.6(G-C)/V =0.6×(60× -1.8× )/1.8×310330=19.4(个)从以上讨论可以看到模具的型腔个数必须取 N1,N2 中的较小值,考虑的制件的取出和模具的开模等情况,以及模具的主流道长度最好小于 60mm,以防止因为注塑压力的降低而带来的制件充型不足等缺陷。我所设计的模具采用一模两腔的方案,即 N=23.2.3型腔的排列方式河南机电高等专科学校毕业设计说明书8出本塑件在注塑时采用一模两腔,综合考虑浇注系统,模具结构的复杂程度等因素采取如图 2-2 所示的型腔排列方式。3.3浇注系统设计3.3.1 主流道设计根据 XS-ZY-60 型注塑机喷嘴的有关尺寸喷嘴前端孔径: d0=Ф4mm喷嘴前端球面半径: R0=12mm根据模具主流道与喷嘴的关系:R=R0+(1~2)mmD=d0+(0.5~1)mm取主流道的球面半径: R=13mm取主流道的小端直径 d=Ф4.5mm为了方便将凝料从主流道中拔出,将主流道设计为圆锥形式其斜度取 1~3 度经换算得主流道大端直径 D=Ф8.5mm ,为了使料能顺利的进入分流道,可在主流道的出料端设计半径 r=5mm 的圆弧过渡。3.3.2分流道设计河南机电高等专科学校毕业设计说明书9分流道的形式和尺寸应根据塑件的体积,壁厚和形状的复杂程度来确定分流道的长度的。由于塑件的形状比较简单,ABS 的流动性好,冲型能力比较好,因此可采取梯形分流道,便于加工。根据主流道大端直径 D=Ф5mm,则梯形可选用上底为 b=5mm,高为h=3.5mm 的截面。截面形状为 U 型,在流道设计中要减小压力损失,则希望流道的面积大。要减少传热损失,又希望流道的面积小。因此可用流道的面积与周长的比值来表示流道的效率。U 型实质上是一种双梯形流道截面。效率为 0.195D分流道的尺寸:ABS 分流道直径/mm 3.8---7.5选取 5mm分流道表面粗糙度:分流道表面不要求太光洁,表面粗糙度常取 1.25—2.5R μm,这可增加对外层塑料a熔体流动阻力,使外层塑料冷却皮层固定,形成绝热层。有利于保温。但表面不得凸凹不平,以免对分型不利。3.3.3浇口设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式,选用侧浇口较为理想。设计时考虑选择从塑件的表面进料,而且在模具结构上采取镶拼型腔﹑型心,有利于填充﹑排气。故采用截面为矩形的侧浇口,查表初选尺寸为(b×l×h)1mm×0.8mm×0.6mm,试模时修正.3.3.4排气结构的设计在注塑模具的设计过程中,必须考虑排气结构的设计,否则,熔融的塑料流体进入模具型腔内,气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡,甚至会产生很高的温度使塑料烧焦,从而出现废品。排气方式有两种:开排气槽排气和利用合模间隙排气。由于端盖注塑模是小型镶拼式模具,可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气,而不需在模具上开设排气槽。3.3.5主流道衬套的选取为了提高模具的寿命在模具与注塑机频繁接触的地方设计为可更换的主流道衬套形式,选取材料为 T8A,热处理以后的硬度为 53~57HRC,主流道衬套和定模的配合形式为 H7/m6 的过渡配合。3.4推出机构设计河南机电高等专科学校毕业设计说明书10出如图 2-4 所示模具开模后,塑件包紧动模型心的力并不大,适当考虑脱模斜度,采用顶杆并不会将塑件顶变形,且模具结构简单 . 3.5成型零件结构设计3.5.1型腔的设计本副模具采用整体式凹模结构,由于制件结构简单,模具牢固,不易变形制件没拼界逢,适用用于本制件的模具。如图所示:
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