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排气盖注射模具设计分析

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摘要:对排气盖塑件进行了结构及工艺分析,确定了以塑件顶端作为分型面,选择一模两腔并进行型腔排位,确定了主流道和分流道口的形状和尺寸,选择了合适的导向与定位机构并合理布局;选择了模架、设计出合理的侧抽芯机构与顶出机构等,并对设计的机构进行校核。

关键词:排气盖;注射模具;模具设计;侧向抽芯

1产品工艺性分析

1.1塑件结构分析

塑件为外径70mm,高度50mm,壁厚4mm的圆筒状,顶端与侧面各有一个直径22mm、10mm的通孔,给定塑件公差尺寸按SJ1372-788级精度。由UG软件分析得单个塑件体积为51.71cm3。经过计算及考虑到型腔对称布置,选用一模两腔,完成注射需要塑料体积总量为165.48cm3,按注射机最大注射量的80%来筛选注射机,选定SZ-250/100型号注射机。塑件整体结构较为简单,各个部分壁厚均匀。因此应该不会出现因塑料末端充满型腔时过早固化而造成填充不足,或塑料前锋不能较好融合而形成熔接缝等现象,塑件几何形状能够满足成型工艺要求[1]。

1.2塑件工艺分析

聚氯乙烯(PVC)呈白色或浅黄色粉末状,一般需要添加增塑剂经过改性后使用。该塑件需要具有一定的强度,选定材料为硬聚氯乙烯。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3,硬聚氯乙烯的密度在1.35~1.45g/cm3之间,收缩率在0.1%~0.5%之间。熔体粘度大在成型过程中可能会出现流动性不佳的现象,在注射时要注意对压力的控制,模具内的流道横截面积要尽量大,长度不宜过长。聚氯乙烯的粘流温度为136℃,但在140℃时便会分解,因此要严格控制料温,加入增塑剂降低粘流温度或者同时加入稳定剂以提高分解温度,以便成型加工。

2模具结构设计

2.1分型面的设计

1)由于塑件顶端有通孔,不宜采用点浇口且对外观要求不高,因此选用模具结构简单的单分型面注射模具。在设计分型面时考虑到型芯、型腔加工难度,飞边对塑件外观的影响,塑料熔体的浇注及排气等因素,经过比较选定了以塑件顶端作为分型面。2)如图1所示,以塑件顶端作为分型面。型腔大部分位于动模板一侧,分型面处产生的飞边会留在塑件顶端位置,相对容易清理修整。拼合缝对塑件外观产生影响较小。由于侧孔部分留在动模,因此在设计侧抽芯机构时,可以采用分型与侧抽芯同时进行的方式,而不需要采用顺序脱模等复杂机构,使模具整体结构得到简化。综合考虑模具零件加工难度,模具结构复杂程度的影响,选定次分型方案。3)经过计算及考虑到型腔对称布置,选用一模两腔。型腔布局采用左右对称式排位,在保证各个型腔同时进料的同时,又能够充分利用模具的有效面积,从而节省了模具费用。

2.2浇注系统的设计

1)主流道一般呈圆锥形,锥度一般在2°~4°。由于塑件材料熔体的流动性不佳,因此锥度取4°。内壁粗糙度一般取Ra0.63μm。经计算主流道最小直径d为4.5mm,主流道长度L根据模具具体结构进行设计,总长度应尽量保证L≤75mm。由于定模座板端面到分型面距离为75mm,浇口套球面深度与分流道直径长度总和暂定10mm,因此主流道总长度为65mm。根据标准浇口套尺寸选择,选用SB1265-20型号浇口套。2)在一模多腔模具中,分流道会对塑件的成型质量产生很大影响,因此在设计分流道时应主要考虑减少流动阻力,减小容积,避免使熔体经过分流道时产生较大压力损失及温度损失。从加工难度和热量损失角度综合考虑,U形截面具有各个方面的优势,因此选择U形分流道。经计算分流道的截面尺寸为4mm,由于硬PVC属于高粘度塑料,计算得出的分流道直径可扩大35%左右。因此分流道直径取6mm。3)塑件为壁厚均匀的制件,可以只考虑浇口位置对塑件外观的影响及是否利于排气。如果将浇口放置在塑件底部会使主流道总长度过长,对熔体压力、温度造成影响且会产生原材料的浪费,因此将浇口设计在塑件的顶端位置。4)塑件顶端有中心孔,所以不能采用直接浇口,由于塑件材料为硬质PVC,因此适用的浇口类型只有侧浇口与护耳浇口。与护耳浇口相比,侧浇口具有与成型制品易分离、加工方便等优势,因此选用侧浇口比较合适。5)选取侧浇口的尺寸时,需要根据塑件的大小进行适当调整。塑件质量为72.39g,侧浇口参数可按中等塑件大小来选用,由于塑件材料为硬质PVC,流动性差,所以各参数按最大值来选用。浇口高度取1mm,宽度取3mm,长度取1mm。型腔采用嵌入式型腔,考虑在设计推出方式时会采用推管推出方式,如果采用整体式型芯可能会对推管产生干涉,因此采用组合式型芯。2.3推出机构的设计1)塑件脱模时需要克服塑件与模具之间的阻力。阻力的大小取决于塑件的收缩率、壁厚、尺寸形状、型腔粗糙度、塑件与型腔的接触面积等。脱模力只有大于两者造成的阻力时,塑件才能顺利脱模,经计算脱模力为140.27N。2)塑件为壁厚4mm的圆筒状塑件,用于推出的支承面积较为有限。如果使用推杆推出机构,可能会造成塑件变形甚至损坏或者出现使用较多推杆才能满足推出条件的情况,因此适合的推出机构有推管推出和推件板推出。由于塑件带有中心孔,因此采用推管推出机构比推件板推出机构更为合适[2-4]。3)经计算,侧向型芯抽拔力为166N,侧向型芯抽拔距为6.5mm,侧型芯的结构其左端为20°的斜面,与楔紧块的斜面配合,右侧安装压缩弹簧。在开模时型芯在弹簧的作用下向外侧抽芯。合模时,楔紧块斜面压着侧型芯斜面,使侧型芯复位。侧型芯弹簧选D=16mm、d=3mm、n=8的圆柱螺旋压缩弹簧,经过相关计算弹簧弹力为310.9N,其大于抽拔力,因此能够满足要求。4)在选用标准模架时,导向机构的尺寸已经给出。导柱的长度应能保证在导柱进入导套之后,型芯再进入型腔,避免各零件之间损坏。因此导柱应比型芯端面高出6~8mm。5)注射模具一般有四根导柱导套,分别位于模板的四个角上,其位置根据模架的选用已经确定。应当注意的是,为防止模具安装时出现装错方向的问题,其中一根导柱应采用不完全对称的设计。

3模架的选择

模架尺寸的大小一般与镶块的大小成正比关系,即镶块的尺寸决定了模架的尺寸。根据设计经验参数,镶块边沿到模板边沿之间的距离应不小于35mm,常取50mm以上;定模镶块底面到定模板顶端的距离不小于20mm,定模镶块厚度不能超过定模板厚度的2/3;动模镶块端面到动模板端面的距离不小于30mm;顶出行程应大于塑件高度10~20mm;垫块厚度等于顶出行程与上下顶出板厚度的总和。根据镶块大小推算出定模板厚度约为50mm,动模板厚度约为75mm,垫块厚度约为100mm。在标准模架尺寸表中进行选择,A=50mm、B=80mm、C=100mm、L=355mm、lT=280mm、lt=300mm、lM=200mm、lm=335mm。

4校核计算

1)注射压力、锁模力校核。所选注射机的注射压力需要大于塑料熔体成型压力,即P注射机≥P熔体,查表得注射机的注射压力P注射机=150MPa,聚氯乙烯的注射压力P熔体≤150MPa,因此注射机的注射压力能够满足要求。计算模具所需的锁模力得:F1=PA=40MPa×7175mm2=287kN,查表得所选注射机的额定锁模力F2=1200kN>287kN=F1,因此锁模力能够满足要求。2)顶出行程、开幕行程的校核。顶出塑件所需的顶出行程为:H1=L+5~10mm=50mm+10mm=60mm,查表得所选注射机的顶出行程为:H2=90mm>60mm=H1,因此注射机的顶出行程能满足要求。模具所选的开模行程为:H=H1+H2+(5~10)mm=60mm+118mm+10mm=188mm,查表得所选注射机的模板行程为:S=320mm>188mm=H,因此注射机的开模行程符合要求。

参考文献:

[1]齐晓杰.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:机械工业出版社,2012.

[2]刘铁山.注塑模顶出机构智能化设计系统的研究与开发[D].大连:大连理工大学,2003.

[3]于同敏,刘铁山.注塑模脱模机构智能化设计系统及关键技术研究[J].机械设计与制造,2004(2):72-75.

[4]姜文博,孙海波.基于Pro/E的注塑模具优化设计[J].南方农机,2016,47(1):59.

作者:杨玉霞 李艳钰 雷勇 单位:济源职业技术学院机电工程系

排气盖注射模具设计分析责任编辑:张雨    阅读:人次
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