塑料課程設(shè)計(jì)[試題學(xué)習(xí)]

1、塑料課程設(shè)計(jì)課程名稱 班級與班級代碼 專 業(yè) 學(xué) 號： 姓 名： 提交日期： 年 月 日 青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院 ABS直角彎頭設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)目的：運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識通過課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，鞏固和掌握專業(yè)知識，并為今后的畢業(yè)論文做必要的準(zhǔn)備。通過塑料工程課程設(shè)計(jì)，掌握塑料工程設(shè)計(jì)中材料的選擇、制品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工設(shè)備的確定、生產(chǎn)工藝的要求，學(xué)習(xí)資料的查找、收集，方案的特點(diǎn)及幾種方案的比較，提高計(jì)算、繪圖能力。建立起一個(gè)完善的、符合塑料制品生產(chǎn)要求的整體過程。2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)任務(wù)：輸水直角彎頭設(shè)計(jì)要求：5萬個(gè)/月3設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的一般程序3.1制品設(shè)計(jì)3.1.1 材料的選擇原料選擇

2、: 注塑級ABS 特性備注：低溫沖擊強(qiáng)度好，光澤度硬度較好。 價(jià)格：9100-9300/噸 相關(guān)參數(shù)：性能項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)條件測試方法測試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)單位熔融流動(dòng)速率ASTM-D12385.6比重ASTM-D9721.04模具收縮率ASTM-D9550.5-0.8 %拉伸模量ASTM-D6382280MPa拉伸強(qiáng)度ASTM-D63833.8MPa斷裂伸長率ASTM-D63824%彎曲模量ASTM-D7902340MPa彎曲強(qiáng)度ASTM-D79072.4MPa缺口沖擊強(qiáng)度CASTM-D256320J/M熱變形溫度1.82MPa unannealed 33.20mmASTM-D64882.2維卡軟化點(diǎn)ASTM

3、-D152598.9阻燃性能1.52mmUL94HB3.1.2生產(chǎn)配方的設(shè)計(jì)生產(chǎn)配方: ABS 1003.1.3 制品形狀方面：圖2-1 直角彎頭零件圖從零件壁厚上看，塑件最小壁厚4mm，塑件壁厚較為均勻，壁厚大小適中，不會(huì)放大充模阻力，不易出現(xiàn)缺料現(xiàn)象，也避免了壁厚太厚所容易出現(xiàn)的氣泡、凹陷等缺陷，有利于零件的成型。塑件冷卻后會(huì)包緊在抽芯型芯上，為了使脫模順利，75.4mm孔處應(yīng)設(shè)置脫模斜度，查取ABS常用脫模斜度351。該彎頭屬于輸水管路連接件，彎頭除需具備良較高的沖擊強(qiáng)度、良好的尺寸穩(wěn)定性和耐腐蝕性外，無其他較為特殊的工藝要求。塑件選擇的ABS材料綜合力學(xué)性能好，滿足塑件機(jī)械性能要求。綜

4、合分析，在注射成型工藝參數(shù)控制良好的條件下，零件的成型要求可以得到保證。3.2 模具設(shè)計(jì)3.2.1 確定生產(chǎn)方式采用注射成型3.2.2注射成型模具注塑模具由動(dòng)模和定模兩大部分組成，分析直角彎頭成型零件的特點(diǎn)，知道本次設(shè)計(jì)的模具應(yīng)包括成型零件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。(1)分型面 分型面對塑件外觀質(zhì)量、尺寸、形位精度、脫模性能、鎖模力、型芯型腔結(jié)構(gòu)、排氣、澆口和模具制造工藝性等都有直接影響。分型面的合理選擇，對提高成型塑件質(zhì)量、簡化模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等均有很大利好。注塑分型面的選擇，要根據(jù)塑件的幾何形狀、塑件質(zhì)量要求，結(jié)合澆注系統(tǒng)，脫模機(jī)構(gòu)選擇等綜合考慮。直角彎頭零

5、件結(jié)構(gòu)具有特殊性，分析比較如下分型面方案： 圖 3-1 分型面選擇比較該零件為直角彎頭，由于有垂直孔的存在，必須有抽芯機(jī)構(gòu)。方案一的分型面選擇，可使抽芯和分型同時(shí)進(jìn)行，節(jié)省分型時(shí)間，但是型芯型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較大。方案二分型面選擇在塑件最大截面處，加工容易，符合分型面選取一般原則，且型芯型腔加工較為容易。綜合分析，選擇方案二的設(shè)計(jì)。（2）確定型腔配置 型腔配置應(yīng)有利于提高塑件成型效率，縮短成型周期。綜合考慮流道和分型面性能，確定零件在模具中排列如圖3-2： （3）確定澆注系統(tǒng)注塑模具的澆注系統(tǒng)指注射機(jī)噴嘴到成型型腔之間的料流通道，包括主流道、分流道、澆口、冷料穴四大部分。流道表面粗糙度Ra

6、1.60.8m。A、主流道設(shè)計(jì)主流道軸線一般與注射機(jī)的噴嘴軸線重合，并位于模具中心線上，型腔也以軸線為中心對稱布置。為便于凝料從澆道中脫出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐型，因ABS材料流動(dòng)性中等，取主流道錐角=3，內(nèi)壁表面粗糙度Ra=0.63m。噴嘴與主流道對接處需緊密對接，可防止主流道與噴嘴處溢料，因此主流道對接處制成凹坑，凹坑半徑根據(jù)注射機(jī)噴嘴半徑?jīng)Q定，并在其基礎(chǔ)上加12，取19mm。小端直徑d2=d1+1=8.5mm，凹坑深度h=4mm。主流道大端呈圓弧過渡，其圓角半徑r=1mm，以減小料流從主流道進(jìn)入分流道時(shí)的轉(zhuǎn)向過渡阻力。主澆道的長度應(yīng)視模板厚度、水道等具體情況而定?？紤]主流道與塑料熔體噴嘴反復(fù)

7、碰撞，容易損壞，一般不將主澆道直接開設(shè)在模板上，而是將主流道制成可拆卸的主流道襯套，如圖3-3所示。這樣可以使容易損壞的主澆道部分單獨(dú)選用優(yōu)質(zhì)鋼材，便于更換和節(jié)約成本并提高模具壽命。主流道襯套結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。通常，主澆道襯套需淬火處理。B、冷料穴設(shè)計(jì)兩次注射間隔間和塑料熔體注射前沿部分，由于塑料熔體的冷凝，會(huì)產(chǎn)生冷料，冷料穴可儲(chǔ)存這部分冷料，避免冷料進(jìn)入模具型腔影響塑件質(zhì)量。冷料穴必不可少，本模具中采用較為常用的帶Z形頭拉料桿的冷料穴。冷料穴長度取10mmC、分流道設(shè)計(jì)本模具采用一模四腔結(jié)構(gòu)，需有分流道存在。由于塑料冷卻會(huì)在流道管壁形成凝固層，為使熔體能在流道中部暢通，分流道要求塑料熔體能

8、在相同的溫度和壓力條件下，從各個(gè)澆口盡可能同時(shí)地進(jìn)入并充滿模具型腔。設(shè)計(jì)使分流道中心與澆口中心位于同一直線上，故采用圓形截面，其優(yōu)點(diǎn)有：比表面積最小，料流阻力小，壓力損失小，流道中心冷凝慢，有利于保壓。但是加工難度稍大。其分流道直徑取D=6.5mm。分流道布置如圖所示。 D、澆口設(shè)計(jì)澆口連接分流道和模具型腔，具有兩方面的作用：首先，控制塑料熔體流入型腔；其次，保壓過程結(jié)束后，注射壓力撤銷，澆口首先固化，以封鎖型腔，避免腔中未冷卻的塑料倒流。根據(jù)型腔排布，和塑件成型工藝，采用側(cè)澆口較為合理。開設(shè)澆口在分型面上，選擇矩形側(cè)澆口，使加工容易，且便于試模時(shí)再進(jìn)行修正。矩形側(cè)澆口的大小由其厚度、寬度和長

9、度決定。側(cè)澆口厚度：h=nt 公式(3-1) h=nt=0.64=2.4mm側(cè)澆口寬度：b=nA30 公式(3-2) b=nA30=0.67.54104/230=3.8mm，取4mm式中：t-塑件壁厚，mm n-系數(shù)，ABS取為0.6 A-塑件外表面面積，mm2由于該澆口屬于一般側(cè)澆口，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，澆口長度為2.5mm。（4）成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)ABS塑件的平均收縮率為：Scp=0.5，采用劈塊，凸模結(jié)構(gòu)如下所示，根據(jù)塑件尺寸85查表取塑件尺寸精度等級MT5，模具制造公差等級IT11。A、塑件型芯徑向尺寸：lm=ls+lsScp+x-z0 公式(3-3)ls-塑件內(nèi)形尺寸；-塑件公差值；lm

10、-型芯基本尺寸；z-型芯制造公差，取1/4x-系數(shù)，中小型塑件取3/4彎頭連接口型芯直徑：塑件內(nèi)形基本尺寸75.4mm，公差0.46mmlm1=ls1+ls1Scp+x1-z10=75.4+75.40.005+340.46-0.120=76.12-0.120彎頭內(nèi)徑處型芯直徑：塑件內(nèi)形基本尺寸64mm，公差0.4mmlm2=ls2+ls2Scp+x2-z20=64+640.005+340.4-0.10=64.62-0.100B、塑件型芯高度尺寸：hm=hs+hsScp+x-z0 公式(3-4)hs-塑件內(nèi)形尺寸；-塑件公差值；hm-型芯基本尺寸；、z-型芯制造公差，取1/3x-系數(shù)，中小型塑件

11、取2/3彎頭連接口型芯高度：塑件內(nèi)形基本尺寸36mm，公差0.32mmhm1=hs1+hs1Scp+x-z10=36+360.005+230.32-0.110=36.39-0.110彎頭內(nèi)徑處型芯高度：塑件內(nèi)形基本尺寸14mm，公差0.22mmhm2=hs2+hs2Scp+x-z20=14+140.005+230.22-0.070=14.22-0.070C、塑件型腔徑向尺寸：Lm=Ls+LsScp-x0+z 公式(3-5)Ls-塑件外形尺寸；-塑件公差值；Lm-型腔基本尺寸；z-型腔制造公差，取1/4x-系數(shù)，中小型塑件取3/4彎頭連接口型腔直徑：塑件外形基本尺寸85mm，公差1.3mmLm1

12、=Ls1+Ls1Scp-x0+z1=85+850.005-341.30+0.3=84.50+0.3彎頭90拐彎處塑件外形基本尺寸72mm，公差1.06mmLm2=Ls2+Ls2Scp-x0+z1=72+720.005-341.060+0.3=71.60+0.3D、塑件型腔深度尺寸：Hm=Hs+HsScp-x0+z 公式(3-6)Hs-塑件外形尺寸；-塑件公差值；Hm-型腔基本尺寸；z-型腔制造公差，取1/3x-系數(shù)，中小型塑件取2/3彎頭連接口型腔深度：塑件外形基本尺寸36mm，公差0.76mmHm=Hs+HsScp-x0+z=36+360.005-230.760+0.25（5）成型型腔壁厚計(jì)

13、算A、矩形型腔側(cè)壁厚度計(jì)算：該模具采用整體式矩形型腔，其長邊側(cè)壁厚度按下式計(jì)算：S=3Cph4E 公式(3-7)C-常數(shù)，與l/h有關(guān)，l/h=249/42.5=5.86，C=35.86425.864+961.44h-型腔深度，h=42.5mm；p-型腔壓力，根據(jù)p=Kp0，取壓力損耗系數(shù)K為0.4，則型腔壓力p=Kp0=0.4121Mpa=48.4MPa；E-模具鋼材的彈性模量E=2.1105MPa；-塑料制件所用材料的允許變形量，對ABS，=0.04mm；S=3Cph4E=31.4448.442.542.11050.04=30.2mm，取35mmB、矩形型腔底板厚度計(jì)算：按剛度條件計(jì)算，其

14、公式如下：t=3Cpb4E 公式(3-8)C-常數(shù)，C=5.86432(5.864+1)=0.03；t=30.0348.424942.11050.04=88.4mm，取90mm。（6） 脫模方式和推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為使推出機(jī)構(gòu)簡單，可靠，設(shè)計(jì)使開模時(shí)模具留在動(dòng)模，由于塑件在動(dòng)模板和定模板上為外圓環(huán)形，不會(huì)因塑件的收縮而包緊在模板上。為簡化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用常用的推桿脫模機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要由推桿固定板、推板、推桿、復(fù)位桿等組成，其尺寸選擇根據(jù)GB/T 4169.1.-2006 GB/T 4169.18.-2006選取。（7）側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具結(jié)構(gòu)常采用碳素工具鋼，斜導(dǎo)柱要求耐磨，采用T8鋼制造。

15、A、抽芯距S 直角彎頭抽芯采用斜導(dǎo)柱完成側(cè)向分型抽芯，抽芯距等于側(cè)孔深度加23mm余量。S=S0+23 公式(3-9) S=S0+23=95+3=98mmS0-側(cè)孔或側(cè)凹深度，mmB、脫模力F根據(jù)塑件壁厚4.8mm與平均直徑80mm的比值t/d=0.060.05，確定該塑件為厚壁制件，且其截面為圓環(huán)型截面，采用如下公式計(jì)算脫模力F=2rESL(f-tan)(1+K1)K2+0.1A 公式(3-10)F-脫模力；K1-無量綱系數(shù)，隨和而定，=r/,r為型芯平均半徑，為塑件平均壁厚，K1值可查相關(guān)表；K2-無量綱系數(shù)，隨f和而定，可查表選取；S-塑料平均成型收縮率，取0.005E-塑料的彈性模量；

16、查表得ABS為1800MPa；L-塑件對型芯的包容長度，mm；f-塑件與型芯之間的摩擦因素，查表得ABS與鋼的摩擦因素為0.21；-模具型芯脫模斜度，查表取1；-塑料的泊松比，ABS為0.39；A-盲孔塑件型芯在垂直于脫模方向上的投影面積，mm；本零件的型芯為階梯型芯對拼，每個(gè)型芯均有兩部分被塑件包緊，其參數(shù)列于下表：代入數(shù)據(jù)得，F(xiàn)1=238.0618000.00536(0.21-tan1)1+0.39+7.4321.0035+0.14550.8=2140.2NF2=232.3118000.00514(0.21-tan1)1+0.39+7.631.0035+0.13279.6=872.1NF=

17、F1+F2=2140.2+872.1=3012.3NC、斜銷傾斜角度 若斜銷傾角過大，斜銷受力狀況差，傾角過小，又不利于開模，按實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選取斜銷傾角22，則最小開模行程：H=Scot 公式(3-11) H=Scot=98cot22=242.5mm斜銷工作長度L： 根據(jù)幾何關(guān)系，斜銷工作長度應(yīng)大于L=Ssin 公式(3-12) L=Ssin=98sin22=262mmD、斜銷直徑抽芯時(shí)，斜銷受有彎矩作用，其最大值為：M=FL 公式(3-13)式中 F-斜銷受力L-斜銷有效工作長度。 F=23012.3cos22=6497.7N由材料力學(xué)可知圓形斜銷彎曲應(yīng)力為w=MWw 公式(3-14)式中

18、 w-斜銷抗彎截面系數(shù)，對于斜銷，其截面系數(shù)，W=132d3=0.1d3；w-斜銷材料彎曲許用應(yīng)力。對T8鋼，取200MPa由此，可得斜導(dǎo)柱直徑 d=3FL0.1w=33248.9450.1200=24.45mm取d=25mm。（8）冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為控制模具溫度穩(wěn)定，冷卻系統(tǒng)必不可少，通過控制水道出口和入口的溫度，以及水路流速，可以控制單位時(shí)間內(nèi)帶走的熱量，以達(dá)到穩(wěn)定模溫的目的。根據(jù)單個(gè)塑件的質(zhì)量170.75g，成型周期54s，可以算得，該注射模產(chǎn)量為170.7541.2360054=55kg/h求塑件固化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量Q查得ABS塑料的單位熱流量Q1=3.1104.010kJ/kg取3.

19、6x10kJ/kg計(jì)算，Q=WQ1=553.610=1.9104kJ/h求冷卻水的體積流量忽略空氣對流、熱輻射以及注射機(jī)傳導(dǎo)的熱量，模具冷卻時(shí)所需冷卻水體積流量按式(3-15)計(jì)算：qv=WQ1c1(1-2) 公式(3-15)式中qv-冷卻介質(zhì)的體積流量，m/min；W-單位時(shí)間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量，kg/min；Q1-單位重量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量，kJ/kg；-冷卻介質(zhì)的密度，kg/m；c1-冷卻介質(zhì)的比熱容，KJ/（kg）；1-冷卻介質(zhì)出口溫度，；2-冷卻介質(zhì)入口溫度，；參考同類模具，選取25的水作為冷卻介質(zhì)，其出口溫度為28，水呈湍流狀態(tài)，根據(jù)表2-2，模具平均溫度50

20、，則，qv=1.9104/601034.187(28-25)=2.3810-2m/min查表3-2，為使得冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=10mm。求冷卻水在管道內(nèi)的流速v其計(jì)算公式如下，v=4qvd2 公式(3-16)式中v-冷卻介質(zhì)的流速，m/s；qv-冷卻介質(zhì)的體積流量，m/s；d-冷卻管道的直徑，m。v=42.3810-2(10/1000)260=5.05m/s求冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)h冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)h計(jì)算公式如下：h=4.187f(v)0.8d0.2 公式(3-17)式中f-與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)；-冷卻介質(zhì)在一定溫度下的密度，kg/m；v-冷

21、卻介質(zhì)在圓管中的流速，m/s；d-冷卻管道的直徑，m。以平均水溫25選擇f值6.48h=4.1876.48(0.9961035.05)0.8(10/1000)0.2=6.23104kJ/(m2h)求冷卻管道總傳熱面積A冷卻管道總傳熱面積可按下式計(jì)算A=60WQ1h 公式(3-18)式中h-冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)，kJ/(mh)；-模溫與冷卻介質(zhì)溫度之間的平均溫差，。 A=601.8104/606.2310450-(25+28)/2=0.02m2求模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻管道的孔數(shù)開設(shè)孔數(shù)可按下式計(jì)算n=AdL 公式(3-19)式中L-冷卻管道開設(shè)方向上模具長度或?qū)挾龋籲=0.0210

22、10005161000=23.3.1工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備 根據(jù)UG模擬制件功能塑件 體積：162.62 cm3質(zhì)量：170.75g注射成型時(shí)，模具定模板與注射機(jī)定模板相連，動(dòng)模板則對應(yīng)安裝在注射機(jī)動(dòng)模板上，由鎖模裝置合模鎖緊，注入熔融塑料。為提高直角彎頭加工效率，結(jié)合該零件本身結(jié)構(gòu)特性，采用多型腔模具，定型腔數(shù)為4。 根據(jù)制品的體積及質(zhì)量來確定所需注射機(jī)的注射量。塑件總體積=型腔數(shù)X每腔塑件體積Vs=4v 公式(2-1)Vs=4v =4162.62cm3=650.48cm3以澆注系統(tǒng)凝料為塑件體積的20%估算，V=0.2V 公式(2-2)V=0.2650.48cm3=130cm3V=Vs+V=780

23、.48cm3設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須控制一個(gè)注射成型周期內(nèi)所注射的塑料熔體容量在注射機(jī)額定注射量的80%以內(nèi)，考慮澆注系統(tǒng)中也存在一部分塑料熔體，按其為塑件體積的20%估算，注射機(jī)的注射量780.48cm3/0.8=975.6cm3為使制件推出后能自動(dòng)落下，同時(shí)便于操作加料，選用臥式注射機(jī)。根據(jù)注射量，初選XS-ZY-1000型注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下表：確定工藝參數(shù)3.3.2生產(chǎn)線的配置月產(chǎn)量:5萬個(gè)/月根據(jù)成型周期和月產(chǎn)量，需要3臺注射機(jī)生產(chǎn)3.3.3成本分析密度1.04g/cm3，四型腔，4170.75=683g，凝膠量20%683g（1+20%）=819.6g，總體積V=650.48cm3總量819.6g（50000件/4）=10245000g=10.245噸9200元/噸，10.245噸9200元/噸=94254元材料損耗3%，94254/(1-3%)=97169元選用注塑機(jī)