毕业设计（论文）-塑料大口杯模具设计

毕业设计（论文）-塑料大口杯模具设计 毕业设计 绪 论 此次的设计任务既大口水杯注射模具设计,模具模型摆在面前,如何才能以最快的速度设计出模具来,并降低成本,首先应考虑CAD/CAM/CAE技术如何才能在设计中发挥其最主要优势,从最初的零件3D建模到最后的模具各部分零件的装配，都完全依靠PRO/ENGINEER的各个模块，因此设计的关键就是PRO/ENGINEER设计软件在注射设计中的应用问题，并且由于该零件的尺寸及复杂程度，使得分模与型腔及型芯的设计工作变的尤为关键，为完成这次设计任务，我对该软件的几个常用模块，特别是零件、曲面、工程图及模具模块进行了比较深入的学习，借助PRO/ENGINEER，使设计工作达到 事半功倍的效果。 根据当前注射模具的发展要求，设计工作应广泛运用CAD/CAM/CAE技术，提高模具精度、延长模具寿命、降低成本，提高模具标准化水平和模具标准的使用率。为达到这一设计目标，次设计完成了以下工作:有产品的3D建模，借助PRO/ENGINEER设计软件创建型腔、活块以及其他零件，并自动生成所需要的零件工程图;使用草图和厚度检测，评估零件;直接参照产品三维模型，创建分模曲面及滑快，再生成模具型腔组件(动模、定摩);还利用PRO/ENGINEER的分析功能，进行拔模检测，仿真模具开模顺序，计算填充内容、型腔曲面面积等，从标准模架选择到产品输入，全部采用2D化设计，可大大缩短模具设计周期。我在大口杯模具设计过程中，从零件建模到型腔、型芯的设计、模架设计，基本做到了无图纸化设计，这样不但提高了模具的知道精度，而且能缩短设计时间，以确保我皑皑较短的时间内完成设计。 在设计过程中，本人遇到了不少的困难，但通过查阅相关资料、虚心请教以及和同学相互讨论，尤其是指导老师的悉心指导，都一一把困难克服了。相信本设计能符合设计要求，顺利完成毕业设计任务。由于文人知识水平不高，设计中肯定还会有不完善的地方，恳求老师们批评指正。 - 1 - 毕业设计 第1章 零件材料的选择及材料性能 1.1 塑料制品的选材 干燥处理:如果储存适当则不需要干燥处理。 熔化温度:160~200?，注意不要超过200?。 模具温度:40~80?，建议使用50?。结晶程度主要由模具温度决定。 注射压力:可大到80Mpa。 注射速度:通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。 流道和浇口:对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半;最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP材料完全可以使用热流道系统。 1.2 PP材料的注射工艺参数 注射时间 0~5s 高压时间 20~60s 冷却时间 15~50s 成型周期 40~120s 1.3 化学和性能 聚丙烯(PP)作为热塑塑料聚合物于1957年开始商品化生产，是有规立构聚合物中的第一个。一直是增长最快的主要热塑性塑料。在热塑性塑料领域内有十分广泛的应用，特别是在纤维和长丝、薄膜挤压、注塑加工等方面。 PP是以金属有机有规立构催化剂(Ziegler,Natta型)，使丙烯单体在控制的温度和压力条件下合成的。因所用催化剂和聚合工艺不同，所得聚合物的分子结构有三种不同类型的立体化学结构，数量也不一样。这三种结构是指等规聚合物、间规聚合物和无规聚合物。在等规聚丙烯中，甲基原子团都处在聚合物骨架的同一侧，这一结构很容易形成结晶态。等规形式的结晶性赋予它良好的抗溶剂和抗热性能。在前十年期间所用的催化剂技术使非等规异构体的生成达到最少程度，消除了对无价值的无规组分进行分离的必要性，简化了生产步骤 - 2 - 毕业设计 1.4 塑件的尺寸与公差 1.4.1 塑件尺寸的大小受制于以下因素: 取决于用户的使用要求。 受制于塑件的流动性。 受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。 1.4.2 塑件尺寸公差标准 影响塑件尺寸精度的因素主要有:塑料材料的收缩率及其波动。 塑件结构的复杂程度。 模具因素(含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等)。 成型工艺因素(模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等)。 成型设备的控制精度等。 其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。 题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT5。 1.4.3 塑件的表面质量 塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。 模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。 1.4.4 体积估算: V塑=18.9g 2制品的正面投影面积S=38.56 m - 3 - 毕业设计 第2章 塑料注塑成型模具设计 2.1 注塑机类型的选择 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，加以高的压力使其快速流入模腔，经一段时间的保压和冷却，成为各种形状的塑料制品。注塑机的电能消耗主要表现在以下几个部分:?液压系统油泵的电能消耗 ，?加热器的电能消耗 ?循环冷却水泵的电能消耗(在注塑车间内，一般多台注塑机共用一台冷却水泵)，其中液压油泵电机的用电量占整个注塑机用电量的80%以上，所以降低其耗电量是注塑机节能的关键。 2.2 注射机有关工艺参数的校核 本次选注射机为上海橡塑机厂的XS-ZY-500卧试注塑机。查表注射压力为104MPa，合模力为350×104N，注射方式为螺杆式，喷嘴球半径R为18mm，喷嘴口直径为7.5mm(一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分，小型和大型的只占一小部分。所以我们不必过多的考虑注射机型号。具体到这套模具) - 4 - 毕业设计 第3章 成型零件的设计 3.1分型面的确定 分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、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、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择。 a)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 b)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 c)保证塑件的精度要求。 d)满足塑件的外观质量要求。 e)便于模具加工制造。 f)对成型面积的影响。 g)对排气效果的影响。 h)对侧向抽芯的影响。 图3-1 型腔 - 5 - 毕业设计 3.2 成型零件的结构形式 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等 3.2.1 凹模结构设计 凹模是成型产品外形的主要部件。 其结构特点:随产品的结构和模具的加工方法而变化。 镶拼的组合方式的优点: 对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。所以采用组合式的凹模结构。同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。 组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料 图3-2凹模 3.2.2 型芯结构设计 整体嵌入式型芯，适用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中。最常用的嵌入装配方法是台肩垫板式，其他装配方法还有通孔螺钉联接式，沉孔螺钉联接式。 - 6 - 毕业设计 图3-3型芯 3.3 成型零件的强度计算 图3-4成型零件 3.3.1 外型尺寸 ，,z3，，根据 :L= (1)，,,LSMS,,4，，0, ，,z3，，D= D(1)，,,S1M1S,,4，，0 - 7 - 毕业设计 ，0.25 =60.645 0 ，,z3，，D= D(1)，,,S2M2S,,4，，0，0.25 =55.545 0 ，,z2，，根据公式 :H= H(1)，,,SMS,,3，，0, ，,z2，，H= H(1)，,,S1M1S,,3，，0,，0.25=101.145 0 ，,z2，，H= H(1)，,,S2M2S,,3，，0,，0.07 =57.945 0 3.3.2 内腔尺寸 03，，根据公式 := (1)l，S，,lMS,,4，，,,z 03，，= (1)d，S，,1mS1,,4，，,,z0 = 102.75,0.33 03，，=(1) ，，,dSd2mS2,,4，，,,z0=57.155 ,0.21 042.52 3m=,0.21 02，，根据公式 :=(1) ，，,hShMS,,3，，,,z - 8 - 毕业设计 02，，= (1)，，,hSh1MS1,,3，，,,z 0 =102.227 ,0.21 02，，= (1)h，S，,2MS2,,3，，,,z 0=98.236 ,0.21 - 9 - 毕业设计 第4章 浇注系统的设计 4.1 浇注系统设计的基本要点 (1).结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置; (2)尽量缩短熔体的，以便降低压力损失、缩短充模时间; (3)浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩; (4)避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生; (5)浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修; (6)熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响; (7)尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量; (8)浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8 以上的精度要求; (9)设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施; (10)尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。 由于该模具是一模一腔，中心浇口，所以浇注系统主要计算主流道。 4.2 主流道的设计 主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。 (1)主流道(浇口套内径)呈圆锥形，锥度2?-6?。 (2)主流道进口的直径d 应比注射机喷嘴孔直径d1 大0.5,,mm。若等于或小于注射机喷嘴直径， 在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后，脱模困难。 (3)主流道内孔出料口处(大端)应设计成圆角r，一般为0.5,3mm。 (4)主流道长度(主流道长度)应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。 - 10 - 毕业设计 (5)主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上;其材料常用T8A，热处理淬火后硬度53~57HRC。 (6)主流道锥度内壁表面粗糙度为R1.6,R0.8μm,保证料流顺利，易脱模 aa 4.3 浇口套 浇口套是位于流道与成形空间的小通道:浇口的位置、数量、形状、尺寸等是否适宜，直接影响到成形品的外观、尺寸精度、物理和成形效率。 4.4 冷料穴 冷却的料在进行加工生产时，由于料嘴前面会有冷胶用慢速把冷胶推到冷料穴里不让冷料跑到外壳表面上形成不良。 冷料井的位置通常位于主流与分流道交叉处,因此,其作用在于使前一模留存於射嘴前端较冷的原料先進入此区,而使溫度较均匀的熔融原料进入模穴內,如此,就可以使成品成型密度及品质较为均匀。 4.5 排气系统的设计 排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等 4.5.1 引气设计 对于一些大型深腔壳形制品，注射成形后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时制品的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当制品脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使制品发生变形或损坏，因此必须加引气装置。 4.5.2 该套模具的排气方式 有二分型面间的间隙、镶件与模板的配合间隙排气，其配合间隙不能超过0.05mm 一般为0.03~0.05mm。 - 11 - 毕业设计 第5章导向机构的设计 5.1 导柱导向机构的基本要点 小型模具一般只设置两根导柱，当其元合模方位要求，采用等径且对称布置的方法，若有合模方位要求时，则应采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。大中型模具常设置三个或四个导柱，采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。 导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位;导柱中心到模板边缘的距离δ一般取导柱固定端的直径的1~1.5倍;其设置位置可参见标准模架系列。 导柱常固定在方便脱模取件的模具部分;但针对某些特殊的要求，如塑件在动模侧依靠推件板脱模，为了对推件板起到导向与支承作用，而在动模侧设置导柱。 为了确保合模的分型面良好贴合，导柱与导套在分型面处应设置承屑槽;一般都是削去一个面，或在导套的孔口倒角， 导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高出6~8mm，以确保其导向作用。 应确保各导柱、导套及导向孔的轴线平行，以及同轴度要求，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。 导柱工作部分的配合精度采用H7/f7(低精度时可采用H8/f8或H9/f9);导柱固定部分的配合精度采用H7/k6(或H7/m6)。导套与安装之间一般用H7/m6的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拔出。 对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板上加工的导向孔配合。通常导向孔应做志通孔;如果型腔板特厚，导向孔做成盲孔时，则应在盲孔侧壁增设通气孔，或在导柱柱身、导向孔开口端磨出排气槽;导向孔导滑面的长度与表面粗糙度可根据同等规格的导套尺寸来取，长度超出部分应扩径以导柱的选定。 5.2 导套的要求 直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具;?型带头导套主要应用于复杂模具或大、中型模具的动定模导向中;?型带头导套主要应用于推出机构的导向中。 - 12 - 毕业设计 第6章 塑料脱模机构的设计 6.1 脱模机构设计的总体原则 (1)塑件滞留于动模边, 以便借助于开模力驱动脱模装置,完成脱模动作,致使模具结构简单. (2)防止塑件变形或损坏,正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及其所在部位,有针对性地选择合适的脱模装置,使推出重心与脱模阴力中心相重合由于塑料收缩时包紧型芯,因此推出力应施于逆件刚性和强度最大的部位,作用面积也应尽可能大一些以防塑件变形或损坏. (3)力求良好的塑件外观,,在选择顶出位置时,应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位在采用推杆脱模时,尤其要注意这个问题. (4)结构合理可靠,脱模机构应工作可靠,运动灵活,制造方便,更换容易,,且具有足够的强度和刚度。 6.2 整个开模过程 整个开模过程分四个阶段:第一次分型时，由于弹簧的作用，使得在定模推板和定模座板分开一段距离，定模推板将塑件从型芯上脱出，同时进行侧抽芯动作，直到限位拉杆限位，第二次分型时，动模板和定模板分开一段距离，直到固定在定模板上的挡块被拉钩钩住，塑件从型腔中被拉出;第三次分型时，固定板和垫块分开，锲柱脱离锁紧状态，弹动一段距离后在拉杆带动下，回转型腔转动开模，塑件从型腔脱落;之后压块将拉钩压下，脱离挡块限制，模具得以在第二次分型处彻底打开，完成塑件的脱模动作。 6.3开模行程与推出机构的校核 对双分型面注射模，开模行程为: S,H=H+H+a+(5~10)mm 机12 式中，H——为塑件推出距离 1 H——包括浇注系统在内的塑件高度 2 S——注射机移动板最大的行程 机 H——所需开模行程 - 13 - 毕业设计 a——中间板与定模分开距离 其开模行程H应小于动模移动板与定模固定板之间的最大距离S0减去模 具厚度H1，即，HS-H,01 对于双分型面注射模 HS- ,0，，,,H，H，a，5~1012 图6-1装配图 - 14 - 毕业设计 第7章冷却系统的设计 注射模设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成形具有良好的产品质量和较高的生产率。 7.1 冷却系统 (1)一般注射到模具内的塑料温度为200ºC 左右，而制品固化后从模具型腔中取出时其温度在60ºC以下。热塑性塑料在注射成形后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。 (2)对于粘度低、流动性好的塑料(例如:聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙66 等)，因为成形工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却。 - 15 - 毕业设计 7.2 冷却介质 有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低。用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。 7.3 冷却装置的布置 (1)定模部分由于有流道的通过，故应加强冷却，把两条冷却水路布置在靠近流道的位置。 (2)对于动模部分的冷却水路，由于动模部分推杆、推管布置较多且较密集，为了防止与之产生干涉，故开设四条冷却水路。冷却水直径:8mm，冷却水的流速:1.66 7.4 冷却系统考核 7.4.1 塑料传给模具的热量 根据公式:Q=nmq 式中Q—单位时间内塑料传给模具的热量(kJ/h); n—每小时的注射次数; m—每次注射的塑料量，包括浇注系统(kg); q—单位时间的塑料在型腔内散发的热量(kJ/kg)，q值由下式得到:q=C(θ-θ) 式p10中:C—塑料的比热容(kJ/kg?k)其值查《实用模具技术手册》表12-3;θ—塑p1 ??料熔体充模的温度(C); θ—塑件脱模的温度(C)。 0 n=3600/40=90 m=0.01878kg C=1.47(kJ/kg?k) p ?θ=200C 1 - 16 - 毕业设计 ?θ=60C 0则Q=90×0.01878×1.47×(200-60) =347.843(kJ/h) 7.4.2 由冷却水带走的热量 根据公式:Q=95%Q w 式中:Q—单位时间内模具由冷却水带走的热量(kJ/h); w Q—单位时间塑料传给模具的热量(kJ/h)。 则Q=0.95×347.843=330.451(KJ/h) w 7.4.3 热传导面积(冷却水道表壁的面积) [4]根据公式:A= Q/3.6hΔθ www 2式中:A—热传导面积(冷却水道表壁的面积)(m); w h—冷却水对其管壁的穿热系数; w ?Δθ—模具型腔表面的平均温度与冷却水的平均温度的差值(C)，其中冷却水的平 均温度是指冷却水进口与出口的温度平均值。 0.87-0.13h=2041(1+0.015 Q)V/d www式中:d—冷却水道直径(?); w V—冷却水的流速(m/s); Qw—冷却水的平均温度(?C)。 Q=330.451(kJ/h) w - 17 - 毕业设计 0.870.13h=2041×(1+0.015×40)×1.66/8=2041×1.6×1.55?1.31=3863.9 w ?Δθ=10(C) 2则A=330.451?3.6?3863.9?10=0.0024(m) w 7.4.4 冷却水管总长度 L=A/πdwww 式中:L—冷却水管总长度。 w L=0.0024?3.14?0.008=0.096(m) w 工艺卡片 温度注射压力 70-100 制品名称 大口杯 90 t(?C) P(MPa) 预热和干 燥 时间 注射时间 PP 1 0-5 制品材料 r(h) t(s) 注 保压时间 320.74cm 前段 160-180 20-60 制品体积 t(s) 保 料筒温度 t(?C) 冷却时间 18.88g 中段 180-200 15-50 制品质量 t(s) 冷 - 18 - 毕业设计 2 后段 200-220 生产周期t(s) 40-120 38.56cm投影面积 喷嘴温度 注射成型 后处理 成型方法 t(?C) 模具温度中等批注射机类型 螺杆式 80-90 制造批量 t(?C) 量 通过实习我综合运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺等先修课程的知识，分析和解决塑料模具设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识;使我逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，基本掌握塑料模具设计的一般规律，培养出了分析问题和解决问题的能力;通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行塑料模具设计全面的基本枝能训练，为毕业打下一个良好的基础。 在设计过程中，本人遇到了不少的困难，但通过查阅相关资料、虚心请教以及和同学相互讨论，尤其是指导老师的悉心指导，都一一把困难克服了。相信本设计能符合设计要求，顺利完成毕业设计任务。由于文人知识水平不高，设计中肯定还会有不完善的地方，恳求老师们批评指正。 - 19 - 毕业设计 参考文献 [1]李海梅,申长雨.注塑成型及模具设计实用技术. 北京: 化工业出版社,2002 [2]黄毅宏、李明辉模具制造工艺.北京:机械工业出版社，1999.6 [3)《塑料模设计手册》编写组编著.塑料模设计手册.北京:机械工业出版社， 2002.7 [4]李绍林，马长福.实用模具技术手册.上海:上海科学技术文献出版社，2000.6 [5]王树勋.注塑模具设计与制造实用技术.广州:华南理工大学出版社，1996.1 [6]李绍林.塑料?橡胶成型模具设计手册. 北京:机械工业出版社，2000.9 [7]焦永和，林宏.画法几何及工程制图[M].北京:北京理工大学出版社，1996. [8]朱家诚.机械设计课程设计[M].合肥:合肥工业大学出版社，2002. [9]濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2003. [10]邹继强.塑料模具参考资料汇编[M].北京:清华大学出版社，2005. [11]张孝民《塑料模具技术》机械工业出版社，2004. [12]付宏生 刘京华《塑料制品与注塑模具设计》 化学工业出版社 2003年 - 20 - 毕业设计 [13]陈震邦《 工业产品造型设计》 机械工业出版社 2004年1月 致谢 人生旅程上，您丰富我的心灵，开发我的智力，为我点燃了希望的光芒。 春雨，染绿了世界，而自己却无声地消失在泥土之中。老师，您就是滋润我们心田的春雨，我们将永远感谢您。 曹风江老师、李增勇老师、彭维亭老师您是海洋，我是贝壳，是您给了我斑斓的色彩…… 忠心感谢,在校的各位老师,由于你们的精心指导,让我进去了社会知识不是那么的不够用。感谢曹老师的精彩讲解和精心辅导～ 课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也 - 21 - 毕业设计 是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己的三年的大学生活做出总结,同时为将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后自己的研究生生活打下一个良好的基础。使我的专业知识又加巩固和熟知，让我更能运用所学的知识。更加的让我完成了这次的在设计过程中，顺利完成毕业设计任务。由于本人知识水平不高，设计中肯定还会有不完善的地方，恳求老师们批评指正。 敬上 祝:在校的各位老师在新的一年里身体健康,吉祥如意!!! - 22 -