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模具设计时为什么去除参数

发布时间:2024-05-26 07:25:28

Ⅰ 模具设计中的重点都有哪些

模具设计的要点

1.模具设计的要点
(1)模具材料的选用:模芯材料的选择以资源、成本、寿命要求为基本原则,以及耐热、耐磨、耐蚀性要好,易于切削加工、熔焊、不生锈等。被用来做模具(模芯、模套)的材料主要有:碳素结构钢(45 钢应用最广);合金结构钢(如12CrMo、38CrMoAl等);合金工具钢等。而对于挤管式模芯的结构特点,其长嘴定径区是一个薄壁圆管,一般不易进行热处理,其耐磨性要求较严,尤其是用于绝缘挤出的模芯,多用耐磨的合金钢(如30CrMoAl)制成。模套材料的耐磨要求可以降低,而加工精度必须提高,往往模套以45 钢制成,内表面镀铬抛光达▽7。
(2)挤压式模芯(无嘴)的结构尺寸如下图:

1-d 2-d 3-L 4-L 5-D
6-M 7-B 8-D 9-φ 10-φ
在材料确定后,以工艺的合理性,兼顾加工的可能性恰当设计各部尺寸,应注意的要点如下:
1)外锥角φ :根据机头结构和塑料流动特性设计,锥角控制在45°以下,角度越小,流道越平滑,突变小,对塑料层结构有益。在挤出聚乙烯等结晶性高聚物时,对突变而导致的预留内应力的避免尤其重要,只有充分予以注意才能有效的提高制品的耐龟裂性能。角度的大小往往根据机头内部结果特点决定。
2)模芯外锥最大直径D :该尺寸是由模芯支持器(或模芯座)的尺寸决定的,要求严格吻合,不得出现“前台”,也不可出现“后台”,否则将造成存胶死角,直接影响塑料层组织和表面质量。
3)内锥最大直径D :该尺寸主要决定于加工条件和模芯螺柱的壁厚,在保证螺纹强度和壁厚的前提下,D 越大越好,便于穿线。
4)模芯孔径d :这是对挤出质量影响最大的结构尺寸,按线芯结构特性及其尺寸设计。一般情况下,单线取d =线芯直径+(0.05~0.15)mm;绞合线芯取d=线芯外径+(0.1~0.25)mm。既不能太大,也不能太小。因为过大了,一则形成线芯的摆动而造成挤出偏芯,再则会出现倒胶,既有害挤包层质量,又有可能造成断线。而过小,则易刮伤线芯,也使模具寿命降低;对绞线而言,由于线径不均,模孔d 过小时,则是断线的主要原因。通常为加工便利,且模芯孔径尺寸系列化,则多取模芯孔径d 为整数。
5)模芯外锥最小直径d :d 实际上是决定模芯出线端口厚度的尺寸,端口厚度△=1/2(d -d )不能太薄,否则影响使用寿命;也不宜太厚,否则塑料熔体流道发生突变,并且形成涡流区,引发挤出压力的波动,而且易形成死角,影响塑料层质量,一般模芯出线端口的壁厚控制再0.5~1mm为宜。
6)模芯定径区长度L :L 决定线芯通过模芯的稳定性,但也不能设计的太长,否则将造成加工困难,工艺上的必要性也不大,一般L =(0.5~1.5)d ,且模芯孔径d 较大时选下限,否则,反之。
7)模芯锥体长度L :这往往是设计给出的参考尺寸,从上图不难看出,
tgφ ∕2=(D -d )∕2 L ,亦即L =(D -d )∕【2(tgφ ∕2)】。
所以L 可以依据上述决定的尺寸确定,经计算确定L 的长度,如果太长或太短,与机头内部结构配合不当,可回过头来修正锥角φ ,然后再计算L 直至合适。
(3)挤压式模套的结构尺寸如下图:

1-d 2-d′ 3-l 4-a 5-b
6-L 7-D 8-D′ 9-φ
1)模套压座外径D:根据模套座(或机头结构内筒直径)设计,一般小于筒径内孔0.5~1.5mm,此间隙是工艺调整偏芯、确保同心度的必要因素,间隙不能太小,否则满足不了调偏的需要;间隙太大也不行,因为太大影响模套的稳固性,甚至在挤出过程中发生自行偏斜。
2)内锥最大直径D′:这是模套设计的精密尺寸之一。其大小必须严格与模套座(或机头内锥)末端内径一致,否则组装模套后将产生阶梯死角,这是工艺所不允许的。
3)模套定径区直径d:这又是模套设计的精密尺寸之一。要根据产品直径、各挤出工艺参数及挤制塑料特性来严格设计。一般d=成品标称直径+(0.05~0.15)mm。
4)模套内锥角φ:角φ是由D′、d及模套长度制约的,角φ又同时受到与其配套的模芯的外锥角的制约,角φ必须大于模芯外锥角3~10°,若没有这个角度差,便保证不了挤出压力,当然挤出压力也不能太大,因为这样会影响挤出产量,因此角度差也不能太大。角φ和D′、d一样都不能按参考尺寸设计,因此三个尺寸必须同时精密计算,相互修正,并在加工中依照尺寸l和L进行调整。
5)模套定径区长度l:一般取l=(1~3)d为宜,长一些对定型有利,但越长阻力越大,影响产量。所以,当d较大时,不能取上限。
6)模套压座厚度b:按模套座深度(或机头内筒出口处深度)设计,一般要大0.3~0.5mm。
7)模套外径d′:根据模套压盖内孔设计一般要小于压盖内孔2~3mm,但也不宜过小,否则间隙过大将造成散热不均匀。
8)模套总长L:这是设计给出的参考尺寸,由b和可调整的长度a来确定。
(4)挤管式模芯(长嘴)的结构尺寸如下图所示:

1-d 2-d′ 3-δ 4-l 5-l′
6-L 7-D 8-M 9-D′
挤管式长嘴模芯的结构尺寸除定径区外,其余外形尺寸与挤压式模芯设计基本相同,现对挤管式模芯定径部分的尺寸设计做一简述。
1)模芯定径区内径d:又叫模芯孔径。该尺寸根据选用材料的耐磨性、半制品尺寸大小及其材质与外径规整程度等设计,一般设计为d=d +(0.5~2)mm或d=d +(3~6)mm,主要因为线芯尺寸较小且规则,而缆芯较大且外径尺寸不规则的缘故。为了模具系列化,通常将模芯孔径加工成整数尺寸。
2)模芯定径区外圆柱(长嘴)直径d′:从上图可看出d′决定于尺寸d及其壁厚δ,即d′=d+2δ。壁厚的设计既要考虑模芯的寿命,又要考虑塑料的拉伸特性及电线电缆塑料层的挤包紧密程度,一般设计为d′=d+2(0.5~1.5)mm,即模芯嘴壁厚为0.5~1.5mm。这个数值不能太大,否则拉伸比就大,塑料层拉伸后强度提高,而延伸率下降,影响电线电缆的弯曲性能;但也不能太小,太小因过薄使其使用寿命降低。
3)定径区外圆柱(模芯嘴)长度l:该尺寸依据尺寸d考虑挤出塑料成型特性设计,一般设计为l=(0.5~2)d,d值大取下限,d值小取上限,用于挤护套的模芯取下限,挤绝缘时取上限。
4)定径区内圆柱(承线)长度l′:该尺寸由加工条件,半制品结构特性决定。无论如何l′必须比l长度大2~4mm,这是确保模芯强度的必需,所以l′实际是参考l决定的。
(5)挤管式模套的结构型式与挤压式模套基本相同。所不同之处是其结构尺寸中的模套定径区的直径及其长度,必须按与其配合的挤管式模芯来设计。
1)模套定径区直径d :该尺寸按挤管式模芯嘴外圆直径d′、线芯或缆芯外径、挤包绝缘或护套厚度等设计。一般设计为d =d′+2倍挤包厚度,并视绝缘(护套)厚度、产品结构要求及塑料的拉伸特性而定。
2)模套定径区长度l :该尺寸往往根据塑料的成型特性和模芯定径区外圆柱(模芯嘴)的长度l 而定,一般设计为l =l -(1~6)mm,而且挤包绝缘(护套)厚度小时取下限(即减去值取上限);否则,反之。
总之设计模具时,除考虑材料、加工、使用寿命外,还应满足下列条件:1)增加模具的压力,使塑料从机筒进入模具后,压力增大且均匀稳定,从而增加塑料的塑化和致密性,提高产品的质量;2)增长模具配合部分的塑料流动通道,使流动中的塑料进一步塑化,从而提高塑料塑化的程度;3)消除模具配合中产生的流动死角,使流道形成流线型,利于塑化好的塑料挤出;4)抽真空挤塑的模具,模芯的承线径一般应在20~40mm,模套的承线径一般在15~30mm。
二、工艺配模
配模是否合理,直接影响挤塑的质量和产量,故配模是重要操作技能之一。由于塑料熔体离模后的变化,使得挤出线径并不等于模套的孔径,一方面由于牵引、冷却使制品挤包层截面收缩,外径减少;另一方面又由于离模后压力降至零,塑料弹性回复而胀大,离模后塑料层的形状尺寸的变化与物料性质、挤出温度及模具尺寸和挤出压力有关。模具的具体尺寸是由制品的规格和挤塑工艺参数决定的,选配好适当的模具,是生产高质量、低消耗产品的关键。
1.模具的选配依据
挤压式模具选配主要是依线芯选配模芯,依成品(挤包后)的外径选配模套,并根据塑料工艺特性,决定模芯和模套角度及角度差、定径区(即承线径)长度等模具的结构尺寸,使之配合得当、挤管式模具配模的依据主要是挤出速俩的拉伸比,所谓拉伸比就是塑料在模口处的圆环面积与包覆与电线电缆上的圆环面积之比,即模芯模套所形成的间隙截面积与制品标称厚度截面积之比值,拉伸比:
K=(D -D )/(d -d )
其中 D ――为模套孔径(mm);
D ――为模芯出口处外径(mm);
d ――为挤包后制品外径(mm);
d ――为挤包前制品直径(mm)。
不同塑料的拉伸比K也不一样,如聚氯乙稀K=1.2~1.8、聚乙烯K=1.3~2.0,由此可确定模套孔径。但此方法计算较为繁琐,一般多用经验公式配模。
2.模具的选配方法
(1)测量半制品直径:对绝缘线芯,圆形导电线芯要测量直径,扇形或瓦形导电线芯要测量宽度;对护套缆芯,铠装电缆要测量缆芯的最大直径,对非铠装电缆要测量缆芯直径。
(2)检查修正模具:检查模芯、模套内外表面是否光滑、圆整,尤其是出线处(承线)有无裂纹、缺口、划痕、碰伤、凹凸等现象。特别是模套的定径区和挤管式模芯的管状长嘴要圆整光滑,发现粗糙时可以用细纱布圆周式摩擦,直到光滑为止。
(3)选配模具时,铠装电缆模具要大些,因为这里有钢带接头存在,模具太小,易造成模芯刮钢带,电缆会挤裂挤坏。绝缘线芯选配的模具不易过大,要适可而止,即导电线芯穿过时,不要过松或过紧。。
(4)选配模具要以工艺规定的标称厚度为准,模芯选配要按线芯或缆芯的最大直径加放大值;模套按模芯直径加塑料层标称厚度加放大值。
3.配模的理论公式
(1)模芯 D =d+e
(2)模套 D =D +2δ+2△+e
式中:D ――模芯出线口内径(mm);
D ――模套出线口内径(mm);
d ――生产前半制品最大直径(mm);
δ――模芯嘴壁厚(mm);
△――工艺规定的产品塑料层厚度(mm);
e ――模芯放大值(mm);
e ――模套放大值(mm)。
(3)放大值e 或e 的说明。
1)绝缘线芯模芯e 的放大值为0.5~3mm;
2)绝缘线芯模套e 的放大值为1~3mm;
3)生产外护套电缆用模芯e 的放大值、铠装电缆为2~6mm,非铠装为2~4mm;
4)生产外护套电缆用模套e 的放大值为2~5mm。
4.举例说明模具的选配
1)生产绝缘线芯3×185mm 的实心铝导体扇形电缆,其扇形(标称)宽度为21.97mm(其最大宽度允许值22.07mm),绝缘层标称厚度为2.0mm。(其最小厚度允许值为2.0×90%-0.1=1.7mm,模芯嘴壁厚为1.0mm,选用模具。
模芯D =d+e =21.97+1.5=23.47(mm)考虑到实体扇形及最大宽度,选取D =24mm。
模套孔径D =D +2δ+2△+e
=24+2×1+2×2+3=33(mm)
2)生产电缆外护套,其型号为VLV,规格为1×240mm ,电压为0.6/1kV,
选用模具。该电缆成缆后直径为23.6mm,护套标称厚度为2.0mm,取模芯嘴壁厚为1.5mm。
模芯孔径 D =d+e =23.6+3=26.2≈27mm
模套孔径 D =D +2δ+2△+e
=27+2×1.5+2×2+4=38mm
3)在实际生产过程中,模具的选配往往在操作规程或生产工艺卡中给出一定的经验公式,如某厂φ65挤塑机给出的模具选配公式(△为塑料挤包层的标称厚度)。
挤压式 模芯(mm) 模套(mm)
单线
绞线 导线直径+(0.05~0.10)
绞线外径+(0.10~0.15) 导线直径+2△+(0.05~0.10)
绞线外径+2△+(0.05~0.10)
挤管式 模芯(mm) 模套(mm)
绝缘
护套 线芯外径+(0.1~1.0)
缆芯最大外径+(2~6) 模芯外径+2△+(0.05~0.10)
模套外径+2△+(1.0~4.0)
线芯或缆芯外径不均时,放大值取上限;反之取下限。在保证质量及工艺要求的前提下,要提高产量,一般模套放大值取上限。
5.选配模具的经验
1)16mm 以下的绝缘线芯的配模,要用导线试验模芯,以导线通过模芯为宜。不要过大,否则将产生倒胶现象。
2)抽真空挤塑时,选配模具要合适,不宜过大,若大,绝缘层或护套层容易产生耳朵、起棱、松套现象。
3)挤塑过程中,实际上塑料均有拉伸现象存在,一般塑料的实际拉伸在2.0mm左右。根据拉伸考虑模套的放大值,拉伸比大的塑料模套放大值大于拉伸比小的塑料模套放大值,如聚乙烯大于聚氯乙稀。
4)安装模具时要调整好模芯与模套间的距离,防止堵塞,造成设备事故。

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