塑料模具程设计说明书

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1、湖南涉外经济学院塑料模具课程设计说明书 设计人:覃刚 学号:557 学院:机械工程学院 专业:材料成型及控制工程 班级:材料1101班 指导老师:何雅槐 完成时间:2014-5-20目 录第一部分 前 言 (3)第二部分 设计任务书 (4)第三部分 塑料的工艺分析 (6)第四部分 注塑机的选择 (7)第五部分 浇注系统的设计 (11)第六部分 成型零件的结构设计及计算 (18)第七部分 模架的确定 (24 )第八部分 排气槽的设计 (26)第九部分 脱模推出机构的设计 (26)第十部分 冷却系统的设计 (28)第十一部分 导向与定位结构的设计及参考文献 (30)前 言一个学期的课程即将结束,为

2、检验这一个学期以来对于塑料模具设计的学习效果,综合检测理论在实际应用中的能力,我们将进行并努力认真的完成此次课程设计,我们的课程设计题目为:塑料孔台注塑模具设计。本次设计以塑料孔台注塑模具为主线,综合了塑料的工艺分析,模具结构分析,最后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程;能很好的达到学以致用的效果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤,模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件;把以前学过的基础课程融汇到综合应用当中来,所谓学以致用。本次课程设计得到了曹德芳老师的关心指导。正因为老师的悉心指导和帮助,我们才得以解决一个又一个难题,最后完成课程设计,在此谨代表全班同学向

3、老师表示感谢。由于实际经验和理论技术有限,设计的错误和不足之处在所难免,希望老师和同学们批评指正。 设计任务书一、课程设计目的本课程设计的目的是:使我们在学完塑料成型工艺及模具设计课程之后,巩固和加深对塑料模具有关理论的认识,提高设计计算、制图和查阅参考资料的能力;使我们能正确运用专业知识,初步掌握制定注塑工艺规程及进行注塑模具设计的原则和方法。 在课程设计中应本着技术上先进、经济上合理的原则,制定注塑工艺规程和设计有关的注塑模具。二、设计内容(1) 正面 反面 (2)塑件尺寸:(3)成型方法:注塑成型(4)塑料原料:ABS(5)生产批量:大批量生产三、设计要求(1)模具结构设计合理,工艺性好

4、。设计计算正确,参数选用合理。(2)模具绘图布局合理,视图完整、清晰,各项内容符合规范。(3)设计说明书内容完整,分析透彻,语言流畅,参考资料应注明出处。 塑料的工艺分析一、塑件的使用性能该塑件为塑件孔台,为某玩具上一零部件,制品表面并不复杂,其外表面要求光洁,不能留有浇点痕,另外要求材料有较好的力学性能,如抗拉强度、抗应力开裂性、弹性模量等都要求较高。根据产品要求,该塑件为大批量生产。二、塑件的尺寸精度该塑件的尺寸都无特殊要求,可按照自由尺寸或MT6级的精度查取公差等级。三、塑件的表面质量该塑件要求表面光泽,无飞边、毛刺、缩孔、流痕等工艺缺陷,另外制品外表面不能有浇点痕。四、塑件的结构工艺性

5、(1)该塑件结构为孔台,内表面对光滑度要求不高,有带台面的孔台,各壁厚度为1mm,塑件尺寸属于小尺寸塑件,ABS材料能够满足冲模流动性能。(2)由于塑件壁较薄,且长度较大,普通的顶杆易使制品表面造成表面白斑缺陷甚至顶破,所以模具结构中直接采用拉料杆来进行脱模。五、原材料的工艺性(1)使用温度:可以在100度温度下长期使用。(2)性能特点:具有较好的力学性能,流动性好,易于成型。(3)成型特点:ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),是丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物,密度为1.05 g/cm。为浅黄色粒状或珠状不透明树脂,无毒、无味、吸水率

6、低,具有良好的综合物理机械性能,如优良的电性能、耐磨性,尺寸稳定性、耐化学性和表面光泽等,且易于加工成型。 注塑机的选择一、注塑机的初选1、计算塑件的体积和体积取ABS的密度为1.05g/ cm3通过UG建模分析得塑件质量属性如下图所示塑件体积:V=2.927塑件质量:=V=1.052.927=3.073g2、注塑机型号的确定由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值,但是可以根据经验按照塑件体积的0.2倍1倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短,因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算,故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积(即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和) V=1.3nV=1

7、.322.927=7.610根据以上计算得出在一次注射过程中注入型腔的塑料总体积V总=7.610由参考文献1式(4-18) V公=V总/0.8=9.513根据以上计算,初步选择公称注射量为30,注射机型号为XS-ZY-30卧室注射机,其主要技术参数见下表:注射机主要技术参数理论注射量/30拉杆间距/mm235螺杆柱塞直径/mm28移模行程/mm160注射压力/MPa119最大模具厚度/mm180注射效率/g. 16.8最小模具厚度/mm60塑化能力/ g. 5.6锁模形式液压-机械螺杆转速/r. 022模具定位孔直径/mm63.5锁模力/KN2.5 * 10*5喷嘴球半径/mm12喷嘴口直径/

8、mm4推出形式(170)两侧推出二、注塑机相关参数的校核1、注塑量的校核 注射量以注射容积表示,最大注射容积为 式中-模具型腔和流道的在注射压力下所能注射的最大容积(); V-指定型号与规格的注射剂注射量容积(),该注射机为30; -注射系数,取0.750.85无定型塑料可取0.85,结晶型塑料可取0.75,该处取0.80。 倘若实际的注射量过小,注射机的塑化能力得不到充分的发挥,塑料在料筒中停留的时间久会过长。所以最小的注射容积量=0.25*V=0.25*30=7.5,故每次注射的实际注射量容积V应该满足,而V=1.3n=1.3*2*2.927=7.6107.5,符合要求。2、锁模力的校核

9、(1)塑件在分型面上的投影面积 A塑=(19/48)*3.14*19*19=449(2)浇注系统在分型面上的投影面积A浇,即浇道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积A浇值.可以按照多型腔模具的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2倍0.5倍。由于本设计的流道简单,分流道相对较短,因此流道凝料投影面积可以适当取小些。本设计取A浇=0.3A塑(3)塑件和浇注系统在分型面上总投影面积,则 A总=n(A塑A浇)=n(A塑0.3A浇)=21.3449=1167(4)模具型腔内的胀型力F胀,则F胀= A总P模=116730=35.010KN等式中, P模是型腔的平均计算压力值。P模

10、是模具型腔内的压力,通常取注射压力的20%40%,大致范围为25MPa40MPa,对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。ABS属中等黏度的塑料且塑件有精度要求,故P模取30MPa。由注射机主要技术参数表可知,该注射机的公称锁模力P锁=125KN,锁模力安全系数为K2=1.11.2,本设计取K2=1.2,则取K2 F胀=1.2 F胀=1.235.010=42.012F锁,所以注射机锁模力满足要求。3、最大注射压力的校核注射机的额定注射压力即为该注射机的最高压力应该要大于注射成型时所需调用的注射压力,即 故符合设计要求。对于其它安装尺寸的校核要等到模架选定结构尺寸确定后方可进行。浇注系统的设

11、计一、主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道式型腔中。主流道的形状为圆锥形,以便熔体的流动速度和充模时间。另外,由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。1、主流道尺寸(1)主流道的长度一般由模具结构确定,对于小型模具L应尽量小于60mm,本次设计中初取50mm进行计算。(2)主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸(0.50.1)mm=4mm(3)主流道大端直径D=dL主tan()=7.5mm (4)(4)主流道球面半经SR=注射机喷嘴球头半径(12)mm=122=14 mm(5)球面的配合高度 h=3mm2

12、、主流道的凝料体积V主=L主() /3=50(42.25)3.14/3=1573.33、主流道当量半径Rn=(2.254)/2=3.125 mm4、主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件可选购,主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,易磨损。对材料的要求较严格,因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体,但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计,以便于拆卸更换。同时,也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A,热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC,如下图所示,定位圈的结构由总装图来确定。主流道浇口道的结构形式二、分流道的设计1、分流道的布置形式为了尽

13、量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低,同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡,因此采用平衡式分流道。分流道的布置形式2、分流道的长度根据二个型腔的结构设计,分流道长度适中。3、分流道的当量直径流过分流道塑料的质量 m=V塑=1.052.9272=6.146730g但该塑件壁厚在0.8mm1.2mm之间,在壁厚3mm以下,质量小于200g的塑件,由经验公式可确定分流道的直径。 D=0.2654=0.2654=1.003(mm)等式中,D-分流道直径(mm);m-塑件的质量(g),为3.073g;L-单向分流道的长度(mm),为21.6mm。注,上式的适用范围即塑件厚度在3mm以下,质

14、量小于200g,且D的计算结果在3.0mm9.5mm范围内才合理,对ABS塑料在4.89.5mm范围内(见塑料模具设计指导书表2-4),故作出相应的调整,取分流道的当量直径修正后为D=5.0mm4、分流道的截面形状本设计采用梯形截面,其加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。5、分流道的界面尺寸设梯形的上底宽度为B=6mm(为了便于选择刀具),底面圆角的半径R=1mm,梯形高度取H=2B/3=4mm,设下底宽度为b,梯形面积应满足如下关系式。 =代值计算得b=3.831mm,考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素,取b=4.5mm。通过计算梯形斜度=10.6,基本符合要求。

15、如下图所示分流道截面形状6、凝料体积(1)分流道的长度为L分=21.6=43.2mm(2)分流道的截面积=21 (3)凝料体积 =L=43.221=907.2 =0.9072考虑到圆弧的影响取=1.07、校核剪切速率(1)确定注射时间:查塑料模具设计指导书表2-3,可取t=0.86s。(2)计算单边分流道体积流量:q分=(V分/22V塑)/t=(0.522.927)/0.86=7.388.(3)由塑料模具设计指导书(式2-22)可得剪切速率 =3.3 q分/=3.37.388/(3.14)=5该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在55之间,所以分流道内熔体的剪切速率合格。8、

16、分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低,一般取Ra=1.25.um2.5um即可,另外其脱模斜度一般在510之间,通过上述计算脱模斜度为10.6,脱模斜度足够。三、浇口的设计该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷,表面质量要求较高,采用一模两腔注射,为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间,因此采用侧浇口。其界面形状简单,易于加工,便于试模后修正,且开设在分型面上,从型腔边缘进料。加工成型的塑料制件为一圆形瓶盖,有配合精度,故需要根据公差计算凸凹模尺寸。1、侧浇口尺寸的确定 (1)计算侧浇口的深度。根据表2-6,可得侧浇口的深度计算公式为 式中,t是塑件壁厚,这里t=1mm;n是塑料

17、成型系数,对于ABS,其成型系数 n=0.7.在工厂进行设计时,浇口深度常常选取小值,以便在今后试模时发现问题进行修模处理,并根据表2-6中推荐的ABS侧浇口的厚度为1.55mm,故此处浇口深度取1.6mm。(2)计算侧浇口的宽度。根据表2-6,可得侧浇口的宽度B的计算公式为式中,是塑料成型系数,对于ABS其;A是凹模的内表面积(约等于塑件的外表面面积)。(3)计算侧浇口的长度。根据表2-6,可得侧浇口的长度一般选用0.50.75mm,这里取。2、侧浇口剪切速率的校核(1)计算浇口的当量半径。由表面积相等可得 ,由此矩形浇口的当量半径。(2)校核浇口的剪切速率确定注射时间:查表2-3,可取t=

18、0.86s;计算浇口的体积流量:计算浇口的剪切速率:,则该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率之间,所以,浇口的剪切速率校核合格。四、 校核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积(浇口的体积太小可以忽略不计)以及主流道的当量半径,这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。1.计算主流道的体积流量2.计算主流道的剪切速率五、冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上,其作用主要是收集熔体前锋的冷料,防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕,采用脱模板推出塑件,故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模

19、时,利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。成型零件的结构设计及计算一、成型零件的结构设计1.凹模的结构设计 凹模成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析,本设计中采用整体嵌入式凹模。如下图所示。 凹模嵌件结构2.凸模的结构设计(型芯)凸模是成型塑件内表面的成型零件,通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知,该塑件的型芯有两个:一个是成型零件的内表面的大型芯,因塑件包紧力较大,所以设在动模部分;另一个是成型内表面孔的小型芯,设计时将其放定模部分,同时有利于分散脱模力和简化模具结构。将这几个部分

20、装配起来。如下图所示。 凸模嵌件结构二、 成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析。该塑件的成型零件要有足够的钢度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能,同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产,所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20(美国牌号)。对于成型塑件外圆筒的大型芯来说,由于脱模时与塑件的磨损严重,因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV。而对于成型内部圆筒的型芯而言,型芯较小,但塑件内表面大型芯包住小型芯,型芯需要散发的热量比较多,磨损也比较严重,因此也采用Cr12MoV,型芯中心通冷却水冷却。三、 成型零件工作尺寸的计算采用相应公式中平均尺寸法计算成型零件尺寸,塑件尺

21、寸公差按照塑件零件图中绘定的公差计算,由于该塑件内部为方形组成的不规则图形,所以凹模和凸模尺寸均采用最大径向尺寸计算。1.凹模径向尺寸计算 塑件外部径向尺寸的转换:,相应的塑件制造公差,相应的塑件制造公差。式中,塑件的平均收缩率,查表1-2可得ABS的收缩率为0.3%0.8%,所其平均收缩率是系数,查表4-15可知一般在0.50.8之间,此处取;分别是塑件上相应尺寸公差(下同);、是塑件上相应尺寸制造公差,对于中小型塑件取(下同)。2.凹模深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的转换:塑件高度的最大尺寸,相应的;塑件内表面凸台高度的最大尺寸,相应的。式中,、是系数,由查表2-10可知一般在0.50.

22、7之间,此处取,。3.型芯径向尺寸计算(1)动模型芯径向尺寸的计算。塑件内部径向尺寸的转换:式中,是系数,查表2-10可知一般在0.50.8之间,此处取。(2)定模型芯尺寸的计算。塑件内孔径向尺寸的转换: 式中,是模具尺寸计算系数,查表2-6可取0.75.4. 型芯高度尺寸的计算 1)成型塑件内腔大型芯的高度。塑件尺寸转换: 式中,是模具尺寸计算系数,查表4-15可知一般在0.50.8之间,此处取。塑件型芯及凹模的成型尺寸的标注见凹模的成型尺寸图如下所示凹模的成型尺寸型芯的成型尺寸四、成型零件尺寸及动模垫板厚度计算1.凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关,根据型腔的布置

23、,模架初选218mm246mm的标准模架,其厚度根据表4-19中的刚度公式计算。式中,p是型腔压力(MPa);E是材料弹性模量(MPa);h=W,W是影响变形的最大尺寸,而h=25mm;是模具刚度计算许用变形量。根据注射模塑料品种。式中,凹模侧壁是采用嵌件,为结构紧凑,这里凹模嵌件单边厚选15mm。由于型腔采用直线、对称结构布置,故两个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了。型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定,根据估算模板平面尺寸选用218mm246mm,它比型腔布置的尺寸大得多,所以完全满足强度和刚度要求。2.动模垫板厚度计算 动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关,根据前面的型腔

24、布置,模架应选在230mm250mm这个范围内,垫块之间的跨度约为200mm-40mm-40mm=120mm。那么,根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度,即 式中,是动模垫板刚度计算许用变形量,;L是两个垫块之间的距离,约120mm;是动模垫板的长度,取350mm;A是两个型芯投影到动模垫板上的面积。单件型芯所受压力的面积为 两个型芯的面积 对于此动模垫板计算尺寸相对于小型模具来说还可以小些,可以增加2根支承柱来进行支撑,故可以近似得到动模垫板厚度故动模垫板可按照标准厚度取30mm。模架的确定 根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为2

25、80mmmm,又考虑凹模最小壁厚,导柱、导套的布置等,再同时参考课本4.12.4节中小型标准模架的选型经验公式和表4-38,可确定选用模架序号为6号(WL=250mm250mm),模架结构为A4型。一、各模板尺寸的确定 1)A板尺寸。A板是定模型腔板,塑件高度为25mm,凹模嵌件深度38mm,又考虑在模板上还要开设冷却水道,还需留出足够的距离,故A板厚度取60mm。 2)B板尺寸。B板是型芯固定板,按模架标准板厚取30mm。 3)C板(垫块)尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+椎杆固定板厚度+(510)mm=(45+20+15+510)mm=8590mm。 经上述尺寸的计算,模架尺寸已经确定为模架

26、序号为5号,板面为300mm350mm,模架结构形式为A4型的标准模架。其外形尺寸:宽长高=315mm315300。经上述尺寸计算,模架尺寸已经确定,标记为:C3030-50X35X90GB/T12555-2006.其它尺寸按标准标注,如下图所示。模架结构尺寸二、模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。(1)模具平面尺寸250mm280mm260mm360mm(拉杆间距),校核合格。(2)模具高度尺寸284mm,200mm284mm300mm(模具的最大厚度和最小厚度),校核合格。(3)模具的楷模行程模具的开模行程模具的开模模具的开模行程(开模行程),校核合格。排气槽的设计该塑件由

27、于采用侧浇口进料,熔体经塑件下方的分型面及中间的肋板充满型腔,同时,底面的气体会沿着推杆的配合间隙、分型面和型芯与脱模板之间的间隙向外排出。脱模推出机构的设计 一、推出方式的确定 本塑件圆周采用脱模板、中心采用8根的推杆的综合推出方式。脱模板推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦,设计中在用脱模板与型芯之间留出0.2mm的间隙,并采用锥面配合,可以防脱模板因偏心而产生溢料,同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。二、脱模力的计算1.外轮廓大型芯脱模力 因为,所以,此处视为薄壁方形塑件,根据式(4-24)脱模力为式中,各项系数的意义见4.9.2节的内容。2.成型塑件内部圆筒型芯的脱模力计算 因为,所以,此处视

28、为厚壁圆筒塑件,同时,由于该塑件的内孔是通孔,所以,脱模时不存在真空压力,参考式(4-24)可得脱模力为 对于塑件的四个肋板,由于是径向布置,冷却收缩是径向收缩,所以对型芯的箍紧力不是太大,主要是粘模力,可以按计算脱模力乘以一个不太大的系数,此处考虑为1.2。3.总脱模力 三、校核推出机构作用在塑件上的单位压应力1.推出面积 2.推出应力 (抗压强度)合格冷却系统的设计冷却系统的计算很麻烦,在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及注射机接触所散发的热量,按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。一、冷却介质 ABS属中等黏度材料,其成型温度及模具温度分别为

29、200和5080。所以,模具温度初步选定为50,用常温水对模具进行冷却。二、冷却系统的简单计算1.单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量1)塑料制品的体积 2)塑料制品的质量 3)塑件壁厚为1mm,可以查表4-34得。取注射时间,脱模时间,则注射周期:。由此得每小时注射次数:N=(3600/12.9)次=279次4)单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量:W=Nm=2790.kg/h=2.469kg/h2.确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 查表4-35直接可知ABS的单位热量的值的范围在(310400)kJ/kg之间,故可取。3.计算冷却水的体积流量 设冷却水道入水口的水温为,出水口的水

30、温为,取水的密度水的比热容c=4.187kJ/(kg)。则根据公式可得: 4.确定冷却水路的直径 当时,查表4-30可知,为了使冷却水处于湍流状态,取模具冷却水孔的直径为。5.冷却水在管内的流速 6.求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h 因为平均水温为23.5,查表2-31可得则有: 7.计算冷却水通道的导热总面积A 8.计算模具所需冷却水管的总长度L9.冷却水路的根数 设每条水路的长度为,则冷却水路的根数为 由上述计算可以看出,一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的,因此应根据具体情况加以修改。为了提高生产效率,凹模和型芯都应得到充分的冷却,本设计中采用动定模两条冷却水道对型芯和凹模嵌件的进行

31、冷却,成型零件的冷却水道开设如下图所示。三、凹模嵌件和型芯冷却水道的设置型芯的冷却系统的计算与凹模的冷却系统的计算方法基本上是一样的,因此不再重复。尤其需要指出的是大型和小型芯的冷却方式。由于塑件上有四条肋板,大型芯设计时要在型芯上开四条沟槽,同时考虑推杆要通过大型芯推出塑件的轮毂部分,因此给冷却系统带来了难度。设计时在大型芯的下部采用隔片式冷却水道。凹模嵌件拟采用两条冷却水道进行冷却。导向与定位结构的设计注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位;而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单,模具定位精度要求不是很高,因此可采用模架本身所带的定位结构。参考文献【1】 叶久新,王群.塑料成型工艺及模具设计【M】。北京:机械工业出版社,2008【2】 伍先明,张荣,杨军,周志冰.塑料模具设计指导(第2版)北京:国防工业出版社 教师评语教师评语:设计成绩课程设计成绩: 指导老师: (签名) 日期: 年 月 日

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