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保护盖注射模设计与工艺研究

保护盖材料为PP,属热塑性塑料。从使用性能上看,该塑料具有优良的耐腐蚀性和高频绝缘性,化学稳定性好,比重小,强度、刚度、硬度、耐热性均优于PE但软化点低、易老化;从成形性能上看,吸湿性小,熔料的流动性极好,溢边值0.03mm左右,冷却速度快,成形容易,成形收缩范围大,收缩率约1.5%~3.5%,。该塑件表面要求无明显收缩、水纹等现象,同时要求光滑平整、无气泡、裂口、波纹等缺陷。
1    塑件的工艺性分析
        对于薄壳塑件加工成形的质量来说,主要表现在塑件的翘曲变形、表面缩痕、流痕等问题上,对于这些问题,合理地设置工艺参数起着决定性的作用。
        在成形过程中,产生翘曲变形是由于塑件的不均匀收缩,而翘曲变形产生的原因可归结为以下几点:
        (1)浇口位置不合理。浇注口的位置在中间就会产生应力不均匀。
        (2)冷却不均匀。模具本身温度场的不均匀分布;塑件厚度方向的不均匀温度分布。
        (3)塑件收缩不均匀。塑件厚度变化的影响;冷却系统的布置和参数影响;保压压力的差异(例如浇口处过度保压,远离浇口处却保压不足)。
        (4)分子定向不同。流动方向和垂直于流动方向的纤维配向性差异,造成不同的收缩率。
        保护盖,在浇注时应控制成形温度,料温低趋向性明显,尤其是低温高压时更明显,模具温度低于50℃以下塑件无光泽,易产生熔接痕、流痕,90℃以上时易发生翘曲变形;模具浇注系统应细长,进料口截面宜小,塑件壁厚应均匀,避免缺口、尖角,以防止应力集中。
1.1    塑件注塑工艺参数的确定
        通过用注塑模CAE软件MOLDFLOW对塑件进行模流分析,PP的成形工艺参数可作如下选择:
        材料等级:PP;
        最大注塑压力:100MPa;
        模具温度:80~90℃;
        塑料熔化温度:170~176℃;
        注塑时间:2.12s;
        注塑压力:71MPa;
        熔接痕:有;
        气缝:有;
        锁模力:6.98t;
        注塑面积:269.32cm2;
        循环周期:51.28s。
        试模时,可根据实际情况作适当调整。
1.2    塑件的收缩率和尺寸
        查模具设计手册得PP的收缩率为:
        Smax=3.5%,Smin=1.5%
        平均收缩率为:Scp=(Smax+Smin)/2=2.5%
        模具尺寸根据以下公式计算:L=l/(1-Scp)
        式中:L为模具尺寸;l为塑件尺寸;Scp为平均收缩率。
1.3    尺寸计算
        该塑件成形零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差来进行计算。
        塑件的尺寸精度主要取决于塑料的收缩率及模具的制造误差。设计收缩率取2.5%,在聚丙烯的成形收缩率1.5%~3.5%范围内。
2    注塑模的结构设计
2.1    分型面的选择
        根据分型面的选择原则,考虑塑件在模具中的成形位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法等多种因素的影响,选择分型面时一般应遵循的原则是:便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边,便于模具加工制造,和对侧向抽芯的影响等。
2.2    浇口流道设计
        首先,考虑到产品的使用要求,成形塑件表面不能留有浇口痕迹;其次据产品材料PP的性能和成形特点、黏度与黏度对剪切力的敏感程度等因素,模具采用点浇口结构,在定模板上制作U型流道,浇口应选小一些,取直径0.6mm;另外,浇口与分流道的连接处用圆弧过渡,以便于熔体的流动及填充。
        浇道应和注塑机的喷嘴在一条直线上,断面为圆形,锥度为3°;分流道采用平衡式布置,U形断面结构,流道设计的原则是尽可能短一些,以减少流道中的凝料及压力损失,使塑料不会因降温过多影响其注射成形。
2.3    顶出机构设计
        从塑件超长薄壁的易产生翘曲变形的特点来看,将塑件的6个与工作台配合凸出块设计在动模部分,这样在开模时凸出块就会拉住塑件使其留在动模,在顶出时用到它。在凸出块下面设计顶杆,顶出时顶杆不直接顶在平面上,减少了塑件因顶出而造成的翘曲变形。
3    塑模温度调节系统
        PP塑料的模具温度为80~90℃。设定模具平均温度为85℃,用22℃的水作为模具冷却介质,其出口温度为25℃,产量为(初算1套/min)10.35kg/h。除去总热量:
          Q=W1[Cp(T1-T2)+L]
        式中:W1为单位时间注入模具的塑料重量;Cp为塑料比热;T1为塑料注射温度;T2为模具的表面温度;L为塑料的溶化潜热。
        则带走热量Q所需冷却水量:
          W=Q/K(T3-T4)
        式中:W为通过模具的冷却水重量;K为热传导系数;T3为出水温度;T4为入水温度本塑件在注塑成形时不要太高的模温,因而在模具上可不设加热系统,设定模具平均工作温度为85℃,成形时塑料熔体温度要求在175℃左右。
        该塑件属于超长薄壁塑件,为了使塑件脱模时不变形,需设冷却系统。在定模型腔也要设置冷却水道进行冷却,冷却水道孔径采用直径8mm钻头加工。4模具结构及工作过程模具结构。考虑到塑件超长薄壁的易产生翘曲变形的特点,在设计顶出时,要考虑塑件的翘曲变形,尽可能将顶杆直径设计得大一些,顶在塑件厚度最大的地方,6个凸出块处的包紧力最大,可承受的顶出力也最大,所以选择了6个凸出块作为顶出点,来减少塑件的翘曲变形。
        模具工作过程:合模注射时,塑料熔体从喷嘴通过分流道及浇口充满型腔,开模时先从分型面分型,完成塑件从定模部分的脱出,并使塑件留在动模部分,顶出机构工作,将塑件从模具中脱出,完成一个工作周期。顶出机构的复位采用复位杆来实现,保证工作循环顺利进行。
5    结束语
        模具经过试模成功生产出塑件。模具运行灵活、可靠,浇注系统、温控系统、脱模机构效果良好,保护盖塑件精度达到了设计要求,外表面光洁,生产出的保护盖塑件完全符合使用要求。


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