镜盒式计算器底盖注塑模具设计【一模两腔】【说明书+CAD】
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南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部: 机械工程系 专 业: 机械工程及自动化 姓 名: 干瑞彬 学 号: 05010116 外文出处:Journal of Materials ProcessingTechnology 171 (2006) 259267 附 件: 1.外文资料翻译译文;2.外文原文。指导教师评语:译文语句通顺,专业词汇较准确,基本符合规范和毕业设计相关要求。 签名: 年 月 日附件1:外文资料翻译译文注塑模具的设计及其热分析S.H. Tang , Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman摘要:本文介绍注塑模具设计生产翘曲测试样本以及为了获得残余热应力的影响在模具中执行热分析。这项技术、理论、方法在注射模具设计中必须被考虑运用。在商业计算机上使用13.0版本的计算机辅助设计软件UG进行模具的设计。使用商用有限元分析软件LUSAS分析家分析发现并揭示由于试样的冷却不均匀使塑件存在残余热应力的分析报告。该软件提供模型的温度等高线分布图并通过注塑周期时间响应曲线绘制温度变化曲线。结果表明与其它区域相比收缩更可能会发生在冷却渠道附近。模具这种不平衡的冷却效果有助于不同区域翘曲的产生。关键词:注塑模具 设计 热分析1 引言塑料工业被列为一个数十亿美元的产业,是世界上增长最快的行业之一。在日常生活中几乎所有的用品都离不开塑料,而大多数这些塑料都可以用注塑的方法生 1 。 众所周知注塑成型加工是以较低的成本生产各种形状复杂的几何体产品 2 。注塑成型加工是一个循环过程。在注塑过程中有四个重要的阶段。这四个阶段是加料阶段、保压阶段、冷却阶段和顶出顶出。塑料注塑成型加工首先是往注射机料斗中添加树脂和适当的添加剂,并加热塑料注射机的料斗到喷嘴部分 3 。在注射温度下模具型腔充满热聚合物熔体,在模具型腔填满后的保压阶段,更高压力下更多的聚合物熔体装入型腔,以补偿前期聚合物凝固引起的收缩。接下来是模具的冷却阶段,塑件在排出前被冷却到足够的强度。最后一步是顶出阶段,模具开模同时顶出塑件, 然后模具再次合上并开始下一个周期。事实证明设计和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一个昂贵的工程,包括反复修改加工,在模具设计任务中,设计模具明确附加几何结构,核心方面通常包括相当复杂的凸凹面5。为了设计模具必须考虑许多重要的设计因素。这些因素分别是模具的尺寸、型腔数、型腔的布局、浇注系统、浇口系统、收缩和顶出机构 6 。在模具的热分析中,其主要目的是分析影响残余热应力或压力对产品尺寸的影响。热诱导应力主要发生在注塑成型的冷却阶段,主要是因为其热传导性低以及熔融树脂与模具之间的温差。在冷却期间产品的冷却腔周围温度存在不均衡 7 。在冷却时,冷却管道附近的冷却效果比远离冷却管道区域的冷却效果好。不同的温度导致不同的收缩,不同的收缩导致热应力而显着的热应力可能会导致翘曲问题。因此,在冷却阶段对注射工件进行残余热应力模拟分析是非常重要的 8 。通过了解热应力的分布特点,可以预测残余热应力引起的变形。本文介绍了注塑模具设计生产翘曲试样以及为了获得残余热应力影响而在模具中执行热分析。2. 方法2.1 设计翘曲测试样本本节说明了用于注塑模具的翘曲测试样品的设计。很显然翘曲的主要问题存在于产品的薄壳特征。因此,产品开发的主要目的是设计一个塑件,以确定注塑工件薄壳翘曲问题的有效因素。翘曲测试样本是薄壳塑料。样本的总体尺寸长120mm,宽50mm,厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)作为材料,在注射温度为210,压力为60MPa,持续3s时间生产翘曲测试样本。图1显示了翘曲测试样本的制作图1 翘曲测试样本制作2.2 翘曲测试样本注塑模具的设计本节介绍了设计生产翘曲测试标本时,在模具的设计方面和其他方面的考虑因素。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是AISI1050碳钢。在模具设计时考虑了四个构思,其中包括:i. 三板式模具(构思1 )有一个型腔两个分型面。由于成本高,所以不适用。ii. 两板式模具(构思2 )有一个型腔一个分型面但无浇注系统。由于单位时间内注射生产量低,不适用。iii. 双板模具(构思3 )有一个分型面和两个型腔,带浇注和顶出系统。由于塑件的是薄壳的,顶杆可能破坏工件,所以不适用。iv. 双板模具(构思4 )有一个分型面和两个型腔带浇注系统,只用拉料杆为顶出机构,避免顶出时破坏塑件。翘曲测试样本模具设计的第四个构思被应用。在模具设计中,还有许多因素需要考虑。首先,根据注塑机使用的压板尺寸设计模具。注塑机行程是有限的,通过两个拉杆间的距离确定注射机的最大行程。注射机两个拉杆间的距离为254mm,因此,最大模板宽度不应超过254mm这个距离。此外在模具和两连杆中留出4mm的间隙便于模具的拆装。这最终使模具最大宽度250mm。250X250的标准模架最终被使用。其他有关模板的尺寸则列于表1成分规格( mm )宽高度厚度顶端夹紧板定模座板动模座板支承板推杆固定板推板夹紧板底250 250 25200 250 40200 250 4037 250 70120 250 15 120 250 20250 250 25模具已设计了夹紧压力,锁模力应高于内部腔力(反作用力)以避免飞边的发生。以提供的标准模架尺寸为根据,凹模的宽度和高度的分别是200和250毫米,使得模板上的这些尺寸有足够的空间设计两个水平的型腔,而凸模只需留有固定浇口套的空间以便注入溶融塑料。因此,在产品的表面只设计了一个分型面。在开模的时候,塑件和流道在分型面上被分开。模具设计了直接浇口或侧浇口。浇口位于流道和塑件之间。为了便于注入塑料浇口底部设计了一个20的锥角斜度和0.5mm的壁厚。为了熔融塑料的流入,还设计了4mm宽,0.5mm厚的浇口。在模具设计时,选定了抛物面类型的流道。在这种情况下,它的优点是仅需简单的加工模具凸模部分。然与圆形截面类型相比,这种类型的流道有不利之处,如更多的热量损耗和废料。这可能会导致熔融塑料更容易固化。所以在设计时应缩短流道长度并增大流道直径至少有6mm。材料或熔融塑料在同一温度同一压力下同时被送到个模腔对于流道设计来说是很重要的一点。基于这点,模腔的布局一般都是对称的。另一个设计方面是考虑到了气孔设计。凹模和凸模配合面之间有非常好的修整,以防止飞边的发生。然而当模具闭合时,可能会导致空气闭于型腔内,导致塑件注射不足或不完整。设计足够多的通风孔以确保型腔内的空气可以被释放,避免不完整的塑件发生。为了让冷却更均匀,冷却系统沿着模具型腔水平设置。在紊流的情况下,冷却渠道提供了足够的冷却水冷却模具。图2显示了在凸模上气孔和冷却管道的布局。图2 凸模上气孔和冷却管道的布局在此模具设计中,顶出系统只由推杆固定板、拉料杆,浇口套组成。拉料杆设置与凸模的中心位置,在模具打开时不仅承担拉着塑件到适当的位置,而且在顶出阶段,作为推杆从模具中推出塑件。因为生产的产品仅有1毫米非常薄的,所以没有额外推杆被使用或设置。在顶出阶段额外的推杆可能会造成塑件产生孔或破坏塑件。最后,为补偿材料的收缩足够的尺寸偏差被考虑。 图3显示三维实体造型,以及利用UG开发的模具的线框模型图3 三维实体造型以及利用UG开发的模具的线框模型3结果和讨论3.1塑件的制作生产及调整从模具设计和制作的角度看,在试运行阶段制作的翘曲测试样本存在缺陷。该缺陷是注射不足,飞边和翘曲。飞边后来通过在型腔角上铣削额外的气孔让空气排除的方法解决。同时,通过减小注塑机压力减少了飞边的产生。通过控制注射时间、注射温度、熔融温度等不同参数,控制翘曲变形。经过这些修改,模具在低成本的情况下生产出了高质量的翘曲测试样本,这些试样还需要修整。图4显示修整后的模具,这是加工额外的排气孔可以消去注射不足。图4 加工额外的排气孔可以消去注射不足3.2.模具和产品详细分析在塑料注射成型过程中,熔融ABS在210 C温度下通过凹模上的浇口衬套直接注射到模具型腔,经过冷却,塑件就成型了。塑件的生产周期需要花35秒,包括20秒冷却时间。用于生产翘曲测试样本材料的是ABS在注射温度、时间、压力分别为210,3秒和60MPa。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是AISI1050碳钢。运用有限元软件分析材料性能在决定温度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳钢的性能。模具分析主要是凹模和凸模,因为他们是形成塑件的地方。因此,使用13.5版本的商用有限元分析软件LUSAS分析家研究不同时段温度的分布。使用二维热分析研究残余热应力在不同区域对模具的影响。由于对称性,只要通过凸模的垂直断面或在注射阶段当凸凹模合在一起时的侧面图建立模型执行热分析。图5所示的是模板的热分析模型。图5 模具热分析建立模型包括分配各部分的性能以及模型的循环周期。这样可以用有限元分析软件用造型模拟模具模型进行分析,还可以绘制时间响应曲线显示再某段时间内特定区域的温差变化。对试样分析,使用13.5版本的LUSAS分析家进行双向拉伸应力分析。一般只需在试样的一端施加拉力另一端则固定住,然后慢慢增加拉力一直到达塑性极限。图6所示的是分析的负载模型。图6 负载模型分析的产品。3.3. 模具及试样分析的结果及讨论模具分析过程对不同时间段的热量分布作了观测。图7所示是在一个完整的注塑周期中不同时间段的二维等高线热量分布图。图7 不同时段温度分布图对模具进行二维分析后,可绘制出时间响应曲线以分析残余热应力对制件的影响。图8所示是绘制时间响应曲线所选的节点。图8 绘制时间响应曲线所选的节点图9到图17显示了在图8中被标注的不同节点的温度分布曲线 图9节点284温度分布图10 节点213温度分图11 节点302温度分布图12 节点290温度分布图13 节点278温度分布图14 节点1838温度分布图15 节点1904温度分布图16 节点1853温度分布图17 节点1866温度分布从图917中很显然被选择用来绘制曲线的每一个节点的温度都是递增的,也从室温到高于室温,然后再次温度下保持一段时间。这些温度上升是由于塑料溶液注入到了塑件的型腔内造成的。经过一段时间后,温度进一步上升直至达到最高温度,然后保持在最高温度下。由于保压阶段涉及高压导致温度上升。温度保持不变直到冷却阶段开始,从而导致模具温度减小到一个低值,然后保持该低值。绘制的曲线是不平滑的,因为注入熔融塑料的速率和冷却速率是相应的。绘制的曲线图仅仅显示了在周期内温度能达到的最大值。冷却阶段是决定残余热应力的最关键阶段。这是因为冷却阶段,材料冷却从上面到下面玻璃化转变温度。物质的不均匀收缩可能产生热应力从而引起翘曲。如图9-17中所示冷却阶段后的温度,很明显在冷却管道附近的塑件由于温度减小的更多,塑件获得了更好的冷却而远离冷却管道区域的塑件冷却效果差。冷却效果好、冷却速度快意味着在该区域发生更多的收缩。最远的区域节点284,虽然远离冷却管道,但由于向空气中散热冷却更快。因此,冷却通道设在产品型腔的中心,造成冷却管道附近和其他区域间产生温差。由于发生收缩使得在塑件的中心区域产生压应力以及由于发生不均衡的收缩导致翘曲。然而,在冷却后不同节点的温差很小,翘曲变形也不是很明显。对设计师来说设计一副残余热应力效果小和高效的冷却系统是非常重要的。对于产品分析,从被实行开始到分析塑料产品,在产品上不同载荷因素的状态下的应力分配情况可以通过观察生成的二维曲进行线分析。图1821显示了不同荷载增量下的等效应力图。图18 荷载增量1下的等效应力图图19 荷载增量14下的等效应力图图20 荷载增量16下的等效应力图图21 荷载增量23下的等效应力图 在关键的127节点,选定产品的最大拉应力进行分析。应力应变曲线和应力负载增量曲线。如图22和23图22 应力应变曲线图23 应力与负载增量曲线参考负载应力曲线如图23,它很清楚表明产品在增加拉力载荷,直到它达到了23的负载因数,这意谓产品能抵抗的1150 N的拉力。由图23可知,对产品的固定端以施加最大应力3.27 107 Pa时损坏可能发生在其附近区域。该产品应力分析资料十分有限,因为生产产品的目的是为了翘曲测试,所以没必要进行拉伸负载分析。但是在未来,应当确定产品情况,以便在其他各种负载情况下执行进一步的分析。4结论经过翘曲测试试样的分析确定影响翘曲的参数来设计的模具已经使产品质量达到最高。生产测试试样所需的成本很低而且只需经过很少的表面处理。通过注塑模的热分析得出残余热应力对试样的影响,对加载拉应力的分析也可以预测到翘曲测试试样所能承受的最大拉力。鸣谢作者要感谢马来西亚博特拉大学工学部发行出版了本文。参考文献附件2:外文原文(复印件) 设计(论文)开 题 报 告 题 目 境盒式计算器底盖的注塑模具设计 指 导 教 师 院(系、部) 专 业 班 级 学 号 姓 名 日 期 教务处印制境盒式计算器底座注塑模具设计摘要:本文通过对模具的发展现状以及塑料模具的发展现状,综述了注塑模具的市场发展。用PROE软件,CAD软件境盒式计算器底座的注塑模具的设计,从而缩短产品开发周期、提高产品设计制造质量、降低成本及灵活快速响应市场的目的。介绍了塑料注塑模具的工作原理及应用、设计准则,塑料注塑模的设计计算,包括模具结构设计,注塑机的选用等方面。 关键词:注塑模具;境盒式计算器底座;PROE4.0;研究的目的、意义、现状和方法1.研究的目的及意义塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一,掌握塑料产品的生产过程对提高产品质量有很大意义1。在机械制造业中,随着全球市场竞争的日益激烈,各企业都力求以最好质量、最低成本、最快速度将产品推向市场,计算机模拟技术得以充分用用。在传统模具设计制造过程中,模具制造完毕后要进行多次试模、修模。反复的修模会造成模具内部品质的变化,导致整副模具.性能降低,从而使最终塑料制品质量不能达到标准。而使用计算机辅助技术不仅可提高一次性试模的成功率,而且还可以使模具在质量、性能及成本上都有很大程度的提高2。通过本次设计掌握先进软件技术,用专业软件PROE4.0来缩短设计周期,提高一次性试模的成功率。本设计还通过球面轴套的注塑模具设计,了解注塑模具制造特点和新兴注射成型技术对模具制造的新要求,分析注塑模具制造技术中的几个关键问题。模具具有明显的效益扩大作用,用模具生产出来的最终产品价值,往往是模具自身价值的几十倍,几百倍,甚至更多。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性,高生产率和代消耗,是其他加工方法所不能比拟的。注塑模具的发展日新月异,掌握注塑模具设计,对未来的注塑模具设计市场有着不可估量的意义,对个人今后的事业有着不同寻常的意义。2、研究的现状世界工业经济和科学技术的发展,带动了模具制造业的迅速发展。在现代工业生产中,模具是最重要的工艺装备之一3。采用模具进行生产能提高生产效率,节约原材料,降低成本,并保证一定的加工质量要求。模具已经成为现代工业生产的主要成型工具。模具行业是制造业的重要组成部分,模具生产水平的高低已经成为一个国家制造水平高低的重要标志,因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力4。模具是工业生产的基础工艺装备。在电子、汽车、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成型。5塑料,橡胶,陶瓷,玻璃,皮革,耐火材料以及建材制品等大部分产品也都是采用模具成型。因此个发达工业国家都十分重视对模具品种的开发,质量的改进,加工精度的提高和制造周期的缩短。现代模具行业是技术、资金密集型的行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时,也直接为高新技术产业服务。目前,CAD/CAE/CAM等技术已被广泛应用于模具设计和生产6。由于模具生产采用一系列高新技术,如CAD/CAE/CAM/CAPP等技术、计算机网络技术、激光技术、逆向工程和并行工程、快速成型技术及敏捷制造技术、高速加工及超精加工技术等等,因此,模具工业已成为高新技术产业的一个重要组成部分,有人说,现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。在中国,人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位。我国的模具正处在高速发展时期,据不完全统计 ,目前模具生产厂点共有2 万多家,从业人员约50 万人,全年模具产值约360 亿元,总量供不应求,出口约2 亿美元,进口约10 亿美元7。许多模具企业十分重视技术发展,加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。塑料工业近20年来发展十分迅速。早在十多年前塑料的产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属的总和8。塑料制品在汽车、机电、仪表、航空航天等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到广泛应用。近年来,中国塑料工业年均增长速度达到10%以上,塑料制品年产量位居世界第二。塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材、汽车、家电、电子、交通等领域发展迅猛,掀起了一股投资热潮。建筑业是国民经济的支柱产业,今后5-10年中国建筑业会有更大的发展,将成为中国市场新的消费热点和经济增长点,并带动化学建材业的发展。由于国家已禁止使用铸铁管道,代之以塑料管材,预计2012年全国新建住宅室内排水管的80%及城市供水管的50%将采用塑料管。同时国家正在大力发展塑料门窗,预计2012年塑料门窗的普及率将达到30%-50%。塑料模具是应用最广泛占的一类模具,在模具类中塑料模比例一般30%40%。塑料模具近年来发展相当快,2002年已经增加到140亿左右。在2006年模具进出口统计中,我国模具的出口总额为2.52亿美元,进口额则达到了12.72亿美元,在进口模具中的塑料模具占到了50%左右。塑料模具行业的产业关联度大,带动力强,外向度高,发展塑料模具工业有利于拉动其它行业的发展,推动产业结构的调整。塑料模具在高技术驱动和支柱产业应用需求的推动下,形成了一个巨大的产业链条,从上游的材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业,塑料模具发展方兴未艾。这是整个塑料模具行业的优势所在。塑料制品成形的方法虽然很多,但最主要的方法是注塑成型。世界成形模具产量的半数以上是注塑模具。80年代以来注塑模CAD/CAE/CAM技术已经从实验室研究阶段进入了实用化阶段。在注塑模具方面,2010年,注塑模具比例进一步上升,热流道模具和气辅模具水平进一步提高,注塑模具在量和质方面都有较快的发展,我国最大的注塑模具单套重量已超过50吨,最精密的注塑模具精度已达到2微米。在CAD/CAM技术得到普及的同时,CAE技术应用越来越广,CAD/CAM/CAE一体化得到发展,模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现,专利数量增多。实践证明,缩短注塑模具设计与制造周期,提高塑料制品制造精度与性能的正确途径之一是采用CAD/CAE/CAM技术9。 当前国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大。注射成型技术作为塑料加工成型方法中最重要的方法之一,已经得到相当广泛的应用。据统计,注塑制品约占整个塑料制品的20%30%,而在工程塑料中有80%以上的制品是采用注塑成型加工的。我国注塑模具工业起步晚,底子薄与工业发达的国家相比存在很大的差距。但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和改革及开放方针引导下,我国注塑模行业得到迅速发展。高效率,自动化,大型,微型,精密,无流道,气体辅助,高寿命模具在整个塑料模具产量所占的比重越来越大,为工业生产打下了坚实的基础,推动国民经济的快速发展。在引进的塑料模具中,以科技含量较高的模具居多,如高精度模具、大型模具、热流道模具、气辅及高压注射成型模具等。现代塑料制品对表面光洁度、成型时间都提出了更高的要求,因而也推动了塑料模的发展。在塑料模具方面,我国与国外产品还存在较大差距。要改善中国塑料模具的进出口状况,必须加速国产塑料模具的发展。为此,要尽快突破制约模具产业发展的两大瓶颈。一是模具标准化率不足,这必然导致交货期延长,同时造成用户更换零部件的困难。模具标准化程度低也直接制约着模具的专业化分工协作和商品化流通,也限制了模具的出口,2003年中国模具标准化程度和商品化程度在45%左右,与发达国家商品化程度70%-80%相比,还有较大的差距。 另一个主要原因是国内制造高精模具的能力较低。随着塑料工业的不断发展,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时,由于近年来进口模具中,精密、大型、复杂、长寿命模具占多数,所以,从减少进口、提高国产化率角度出发,这类国产高档模具在市场上随着发达国家模具产业和技术的对外转移以及中国产业结构的调整,与轿车、家电和电子业相关的精密模具的需求不断增加,从速度、品质、成本及服务等多方面加速了模具产业的竞争步伐,从而不断提升国内模具标准化和精密化等方面的技术水准。经过多年努力,塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等在中国越来越广泛地得到应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统组件;针对市场关键零部件、微孔、精细结构组件的加工要求,追求精密模具的开发以提高产品附加值,已成为一些中小企业发展之道。专家预言,未来模具将向大型化、高精密度、多功能复合型等方向发展,热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高,并且随着塑料成型工艺的不断改进与发展,气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具也将随之发展。同时,由于近年来中国每年用10亿美元左右进口模具,其中精密、大型、复杂、长寿命模具占多数。从减少进口的角度出发,中国也应加快高档塑料模具的开发。未来的十年,中国模具工业和技术的主要发展方向包括10: 1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平; 2.在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术;3.大力发展快速制造成形和快速制造模具技术; 4.在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术;5.提高模具标准化水平和模具标准件的使用率; 6.发展优质模具材料和先进的表面处理技术; 7.逐步推广高速铣削在模具加工的应用; 8.进一步研究开发模具的抛光技术和设备; 9.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程; 10.开发新的成形工艺和模具。一般注塑模具制造都采用一模多腔,以提高生产效率,降低成本。11这也是当前注塑模具的发展现状之一。相关知识燕秀工具是PROE4.0的一个外挂软件,该软件为模具设计提供标准模架以及一些经典结构的设计,从而可大大提高产品效率13。主要研究内容1、浇注系统及排气形式的确定根据塑料熔体的流动行为和流道、型腔内各处的流动阻力,通过分析的出充模顺序同时考虑塑料熔体在模具型腔内被分流及重新熔合的问题和型腔内原有气体的导出问题,分析熔接痕的位置,决定浇口的数量和方位14。在这方面除了可用经验或解析的方法分析外,还可用模流分析软件进行分析。2、冷却形式的确定根据塑料熔体的热学性能数据、型腔形状和冷却水道的布置,分析得出保压和冷却过程中塑件温度场的变化情况,解决塑性收缩、补缩问题,尽量减少由于温度和压力不均、结晶和取向不一致而造成的残余内应力和翘曲变形。同时还要尽量提高冷却效率,缩短成型周期。3、脱模形式的确定塑件脱模和横向分型抽芯问题,通常可以通过经验和理论计算分析来解决。4、分型面及型腔数目的确定,型腔的布置的确定决定塑件的分型面,决定型腔的镶拼结合。模具的总体结构和零件形状不但要满足充模和冷却等工艺方面的要求,同时成型零件还要具有适当的精度、粗糙度、强度和刚度,易于装配和制造,制造成本低。5、注塑机的选择注塑机的选择应根据成型塑件所需的最大注射容量或质量、锁模力、模具的闭合厚度及所需的开模距离来确定16。总结注塑模具在现代工业中占有很重要的地位。注塑成型新技术的产生与发展对制造技术不断提出了新的要求,将信息技术与现代管理技术应用于制造全过程,未来注塑模制造将是以计算机辅助技术为主导技术,以信息流畅作为首要备件的有极强应变能力与竞争力的技术。球面轴套的注塑模具设计以计算机为辅助工具,从三维造型到模具设计分析用PROE4.0软件,平面图绘制用到了CAD制图软件,整个设计过程离不开电脑辅助。仅以球面轴套的注塑模具设计展望未来注塑模具市场的发展。参 考 文 献1 陈涛.塑料模具的动态仿真.现代制造工程,2009(3):90-912 钱萍,朱红建,朱理.CAE技术在柜机风栅注塑模具设计中的应用.机械制造,2010(4):17-19 3 李奇,朱江峰.模具设计与制造.北京:人民邮电出版社,20064 李大鑫,张秀棉.模具技术现状与发展趋势综述.模具制造,2005(2):60-615 刘向阳,屈平.我国模具工业发展现状.世界制造技术与装备市场,2004(2):88-906 王志峰,赵维民.中小型注塑模具企业模具设计与加工的流程.机械设计与制造,2008(2):196-1987 刘少达.我国塑料模具工业的现状及发展趋势.仲恺农业技术学院学报,2004(3):101-1038 姬正桥,谢州.塑料产品注塑模具的现代数字设计分析与制造.机械设计与制造,2008(1):209-2119 付宏生,刘京华.注塑制品与塑料模具设计.北京:化学工业出版社,200310 黄虹.塑料成型加工与模具.北京:化学工业出版社,200211 冷真龙,周丽萍.一模多用注射模具设计研究.机械设计与制造,2009(5):251-25312 李锦标,易铃棋,郭雪梅.精通PROE4.0注塑模具设计.北京:清华大学出版社,200813 孙波.机械专业毕业设计宝典.西安:西安电子科技大学出版,200814 Yang Junyi,Li Yuanyuan,Effect of cooling Sysyterm Desipn and Process parameters on cyclic variation of Mold Temperature-Simulation by DRBEM Plastics Rubber and Composistes Processing and Applications,1995,23(4),221-251 15 邓明.实用模具设计简明手册.北京:机械工业出版社,20068 学校代码: 学 号: 设计说明书本科毕业设计(题 目:镜盒式计算器底盖注塑模具设计学生姓名:学 院:专 业:班 级:指导教师: 年 月大学本科毕业设计说明书摘 要注塑成型是塑件生产最常用的方法之一。本设计通过注塑模具产品,利用实体模型测量产品的尺寸,对实体进行建模,并对塑件的材料和塑件结构进行分析,并对塑件的模具进行设计,包括塑件成品的设计、工艺参数的分析与计算、工作部分的设计、模具结构的设计和加工方案的制定,确定塑件的最佳浇注位置,并通过实际情况进行调整,从而得到对实际生产来说最合理的浇注位置。在确定模具型腔数目后,分析产品的气穴、熔接痕、充填时间、充填结束时的体积温度、流动前沿处的温度、速度/时间转换点压力、充填结束时的压力、注射位置处压力等,可确定注塑模具的合理性。最后本运用PROE 4.0及其EMX4.1模块来完成模具整体设计工作。关键词:模具设计;PROE4.0;I大学本科毕业设计说明书AbstractPlastic shaping be used in common for plastic products to manufacture.Basing on the actual plastic products of electric blanket, the designer uses the actual model to measure the product, creates a model for the actual product and making an analysis to the materials and structure of the product. Designs the plastic mould, including the design of plastic finished product, analysis and account of craft parameter, the design of work piece, mould structure and the processing project. The designer focuses on the design and account work of parting-surface and slide. Using the designer uses Moldflow Plastics Insight 6.1 to make an analysis of the product,deciding the best location. And making a increase Basing on actuality to get the best effect . After deciding the number of cavity for mold ,using Moldflow Plastics Insight 6.1 to make an analysis for air pocket,weld lines,fillingtime,bulk temperatures of sandouting,temperature at flow front,pressure at V/P switchover point,screen out pressure,pressure at injected location and so on, to sure the rationality of mould design. The last using Pro-Engineer4.0 and EMX4.1 module is applied to the whole design.Keywords: mould design;PROE4.0; plastic products of electric blanket目 录引 言1第一章 设计任务与流程21.1毕业设计任务21.注塑模具设计的流程2第二章 塑件成品、注塑模具设计与构型42.1 概述42.2 模具设计环境和应用软件42.2.1 PROE4.042.2.2 AutoCAD52.3零件的三维图和二维工程图建模52.3.1零件的立体图建模52.3.2零件的二维工程图绘制62.4塑件的基本数据62.4.1塑件塑料品种的确定62.4.2塑件材质72.4.3塑件结构分析92.4.4塑件体积与质量92.4.5塑件图及其尺寸公差102.4.6分型面及排气形式的确定102.4.7型腔数的确定与型腔的分布11第三章 分析设计与计算113.1浇注系统的设计113.1.1主流道设计113.1.2 冷料穴设计123.2 成型方案133.2.1 成型部分的设计133.2.2 成型零部件结构设计153.2.3 成型零部件工作尺寸计算163.2.4 型腔壁厚和底板厚度的计算173.3 导向机构设计193.3.1 合模导向机构193.4脱模机构设计.203.4.1脱模力计算.203.4.2推杆脱模机构设计.203.5冷却系统的计算213.6模架形式及规格213.7设备的选择与校核.223.7.1 注塑机的选择.223.7.2 校核.243.7.3 其他.243.8 模具装配图与零件图的绘制25结 论.26参 考 文 献27谢 词28附 图32引 言模具产品是工业产品制造的基础,模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。随着科学技术的不断发展和社会的高速发展,产品更新换代越来越快,注塑模具设计也随着科技发展明显缩短生产周期,用一系列软件对注塑模具进行分析设计,大大缩短了生产周期。本设计在注塑模具成型工艺飞速发展的时代条件下,用PROE4.0软件进行建模,用CAD软件进行工程图的绘制,多种软件交替进行,为注塑模具设计带来了极大方便,同时使设计更为合理精确,更是大大缩短了注塑模具的设计周期,同时节约了成本。本说明书为机械塑料注射模具设计说明书,是根据塑料模具手册上的设计过程及相关工艺编写的。本说明书的内容包括:目录、设计指导书、设计说明书、参考文献等。 编写本说明书时,力求符合设计步骤,详细说明了塑料注射模具设计方法,以及各种参数的具体计算方法,如塑件的成型工艺、塑料脱模机构的设计。 大学几年的学习即将结束,设计是其中最后一个环节,是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展,采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习,我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识,对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解,达到了学习的目的。本说明书在编写过程中,得到老师和同学的大力支持和热情帮助,在此谨表谢意。虽然在设计中得到了指导老师的用心指导,但由于本人水平有限,而且缺乏经验,设计中不妥之处在所难免,肯请各位老师指正。第一章 设计任务与流程1.1毕业设计任务设计题目:镜盒式计算器底盖注塑模具设计,塑件实物为镜盒式计算器底盖,该零件要求具有一定的强度和刚度,其中塑件上的方形孔与其他零件有配合要求,侧壁有粗糙度要求,同时塑件下表面及上表面也应平整光滑。设计要求:1. 绘制该塑件的工程图,确定塑件所用塑料品种;2. 为满足大批量自动化生产的需要,为该塑件设计注塑模具。1.2镜盒式计算器底盖的注塑模具设计的流程基本内容:塑件设计、工艺性分析、确定收缩率和分型面、浇道系统设计、冷却系统、模具结构件设计、注射设备选择、绘制模具设计图纸。1.塑件设计,利用软件PROE4.0进行塑件的立体建模,再在软件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技术要求的标注,并输出工程图。2.注塑设备选择,确定塑件的型腔数,并计算塑件的投影面积,通过注射量的校核、注射力的校核、锁模力的校核、安装部分的尺寸校核、开模行程的校核、顶出装置的校核,结合注塑设备的资料确定注塑设备的型号。3.确定收缩率和分型面,首先由塑件性能的要求等,确定塑件的塑料,通过查资料确定塑件的收缩率。根据镜盒式计算器底盖的工艺及结构特点,确定具体的分型面,大致应为球面轴套的孔中心线所在平面。4.模架,通过塑件的大小及型腔数、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统等的初步估算,确定使用模架的型号。5.浇注系统设计,本塑件使用的是冷流道浇注系统,在浇注系统设计中,包括流道的设计、喷嘴的选择、主流道衬套的选择等,还必须研究一模四腔浇注系统的平衡性设计。6.成型零件,确定型腔数和分型面。对模腔和模芯进行结构设计。计算成型部件的工作尺寸。7.顶出机构的设计,根据开关座的结构特点,设计顶出机构。8.冷却系统的设计。9.零部件加工工艺制定,结合现代加工手段,利用数控CNC,电火花,线切割等方法,制定最符合经济效益的加工工艺。10.完成整套模具的二维工程图的绘制。第二章 塑件成品、注塑模具设计与构型2.1 概述注塑件的模具设计是注塑制品加工工序中必不可少的一个步骤。但不同的模具公司,不同的设计人员,采用不同的CAD软件进行模具辅助设计,都有自己的一套设计过程。本设计先用PROE4.0进行实体建模,然后经过一系列的设计最后用CAD软件完成制图。2.2 模具设计环境和应用软件2.2.1 PROE4.0PROE4.0是一个优秀的CAD/CAE/CAM软件,在模具的设计与制造领域,PROE4.0较早地在广东深圳、东莞、广州以及华东一带得到广泛应用,由于它的应用,可以大大缩短模具设计与制造周期,提高模具质量,降低生产成本。2.2.2 AutoCADAutoCAD是著名的工程图画图软件,用以绘制二维工程图。2.3零件的三维图和二维工程图建模2.3.1零件的立体图建模利用PROE4.0分析所给零件的外形和尺寸,利用PROE4.0的建模方法,根据镜盒式计算器底盖的形状和使用特点进行建模(如图2-1所示)。图2-1:镜盒式计算器底盖立体图在PROE4.0中的建模2.3.2零件的二维工程图绘制工程图是在设计的最后用作指导生产的三视图图样。工程图图样的制作可以说是正式将零件或装配模型的设计归档的过程,其正确与否,直接影响到生产部门的生产制作。2.4塑件的基本数据2.4.1塑件塑料品种的确定本设计中塑件实物为不透明制件,根据塑件的使用要求,确定所用塑料应是聚丙烯PP.2.4.2塑件材质中文学名:聚丙烯PP;1.PP的性能聚丙烯PP,聚丙烯在常温下为白色蜡状固体,外观与高密度聚乙烯相似,但比高密度聚乙烯轻和透明,无臭无味无毒,密度为0.900.91,是现有塑料中最轻的一种,吸水率为0.010.025。1) 聚酰胺的力学性能。PP在室温以上有较好的冲击性能,但由于它本身分子结构的规整度很高,其低温冲击强度较聚乙烯低。除环境温度外,聚丙烯的冲击强度还与等规度、分子量、成型加工条件有关。聚丙烯的刚度和硬度比聚乙烯高,二者均随等规度和MI的增加而增大,在同一等规度时,MI大的聚丙烯表现出高的刚性和硬度。显然,这是由于分子量降低、结晶度增加的结果。优良的耐弯曲疲劳性是聚丙烯的一个特殊力学性能,如把聚丙烯包片直接弯曲成铰链或注射成型的铰链,能经受几十万次的折叠弯曲而不损坏。聚丙烯摩擦因数小于聚乙烯,自身对磨时摩擦因数为0.012,对钢的摩擦因数是0.33。聚丙烯力学方面的缺点是韧性不够好,特别是温度较低时脆性明显。2) 聚丙烯的热性能。聚丙烯的熔融比聚乙烯提高4050,一般为164170。100%等规度聚丙烯熔点为176。 聚丙烯的耐热性稍乙烯,无载下最高连续使用温度可超高120,轻载下可达120,低载下可达110,较重载荷下可达100。聚丙烯耐沸水、耐蒸气性良好,在135的高压锅内可蒸煮1000h不破坏,特别适宜于制备医用高压消毒用品。聚丙烯的分子量对耐热性也有影响,分子量提高,热变形温度都会下降,但耐寒性改善。3) 聚丙烯属于非极性聚合物,具有优良的电绝缘性,并因其吸水率小于0.01%,安的电绝缘性不受环境温度的影响。它的介电常数和介电损耗角正切值很小,几乎不受温度和频率的影响。因此,可在较高温度和频率下使用。4) 聚丙烯的化学性能。氧化与老化:聚丙烯易受空气中氧气的氧化。尽管它们在氮气等惰性气体环境中有较高的热稳定性,但当暴露在大气中,特别是受到光和热的作用时,它们的性质就逐渐变坏。试验表明:未加稳定剂的聚丙烯粉末在空气中置放4个月就会变质,在150经0.53.5h就会发脆。因而示加稳定剂的聚丙烯没有使用价值。耐化学药品性:聚丙烯的注塑制品表面光洁,的表面硬度和刚性、耐应力开裂、耐热,聚丙烯肯有优良的化学稳定性,除强氧化剂、浓硫酸、浓硝酸、硫酸与铬酸混凝土酸等对它有侵蚀作用外,其它试剂对聚丙烯无作用。5)聚丙烯的应用。聚丙烯的注塑制品表面光洁,的表面硬度和刚性、耐应力开裂、耐热,是应用于的重要方面。聚丙烯可制备下列用途的制品:医疗器械具中的注射器、盒、输液袋、输血工具、病人用具有;一般用机械零件中的轻载结构件,如壳、泵叶轮、手轮、特别适用于制备反复受力的铰链、活页、法兰、接头、阀门等。6) 注塑是PP塑料最重要的成型方法,可以采用柱塞式注塑机,螺杆式注塑机,后者更适用于形状复杂制件、大型制品成型。螺杆式注塑机的工艺参数见下表。注塑机类型喷嘴形式喷嘴温度/料筒温度/螺杆式普通170-190前段中段后端180-200200-220160-170模具温度/注射压力/MPa保压力/ MPa注射时间/s40-8070-12050-600-5保压时间/s冷却时间/s成型周期/s螺杆转速/r.min20-6015-5040-12030-602.4.3塑件结构分析通过观察测量可知该塑件为不对称结构2.4.4塑件体积与质量取PP的密度为0.900.91g/cm3,取0.90g/cm3由proe4.0可算出塑件的体积和质量5,如图2-4。则可计算零件的体积为:=78.5085749024cm3零件质量为:= 70.65g 2.4.5塑件图及其尺寸公差标注尺寸在绘制图纸中是非常重要的一步。传统的模具设计需要计算成型零件的加工尺寸,模具型芯和型腔的加工尺寸可以通过公式计算基本尺寸,S指塑件的平均收缩率。而在使用proe4.0进行模具设计的过程中,塑件已经定义了其收缩率(取2%),则不需要通过繁琐的计算而直接可以标注出成型零部件的基本尺寸。但尺寸标注还有一个公差的问题,这是无法从软件自动导出的,需要设计者设定。由于塑料收缩率范围和稳定性各有差异,首先必须合理化确定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收缩率范围较大或收缩率稳定性较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。否则就会出现大量尺寸超差的废品,为此,各国对塑料件的尺寸公差制订了国家标准和行业标准。中国也曾制订了部级专业标准,但大都无相应的模具型腔的尺寸公差。德国国家标准中专门制订了塑件尺寸公差的DIN16901标准及相应的模具型腔尺寸公差的DIN16749标准。此标准在世界上具有较大的影响,因而可供塑料模具行业参考。由于本人没能收集到这个标准,则就按照惯例考虑到工厂模具制造的现有条件,模具制造公差取,指塑件的尺寸公差4。本套模具的装配图和非标准件零件图如附图所示。塑件大致的尺寸(长宽高)为1521128(mm)。大多数尺寸的公差为或更大。对于小于的尺寸的地方就要注意,由于精度比较高,建模时就应该沿减料方向适当加大基本尺寸或者增加脱模斜度以便试模后可以修改达到合乎要求的尺寸精度。2.4.6分型面及排气形式的确定模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触表面成为分型面,是动模和定模的分界面。注塑模具有一个分型面也有多个分型面,分型面应尽可能简单,以便于塑件的脱模和模具的制造,同时分型面的位置应位于塑件的断面轮廓最大处。分型面还应考虑型腔排气顺利、确保塑件质量、无损塑件外观等因素6。分型面设计应遵循以下原则:1.分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向;2.分型面一般开设在产品的最大截面处;3.尽量使塑件留在动模一侧;4.有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等;5.有利于成型零件的加工与制造。由于本设计塑件采用单分型面,而单分型面无外乎以下三种结构情况:1.型腔完全在动模一侧。2.型腔完全在定模一侧。3.型腔各有一部分在动定模。根据塑件的结构特点,依照设计原则,本设计的注塑模具分型面各有一部分在动定模,即第三种形式。排气方式的确定,由于塑件较小,排气量小,因此采用分型面及推杆和推杆孔间的间隙排气。2.4.7型腔数的确定与型腔的分布1. 型腔数的确定注塑模具型腔数的确定与现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件的几何形状、塑件成本及交货期等因素有关。针对本设计的塑件,由于尺寸精度和重复精度要求不高,且工件尺寸较小,为使结构简单,采用一模二腔。2. 型腔的布置型腔的排列涉及模具尺寸,浇注系统平衡、模温调节系统的设计及模具在开合模时的受力平衡等问题。因此在设计中应根据各方面的情况进行综合考虑。在本设计中由于采用一模二腔,着重考虑模具在开合模时的受力平衡和浇注系统的平衡,因而型腔对称方式布置。第三章 分析设计与计算3.1浇注系统的设计浇注系统是塑料熔体从注塑机喷嘴流向型腔的通道,浇注系统设计是注塑模具设计中的重要问题之一,在设计浇注系统时应考虑塑料成型特性、塑件形状及大小、塑件外观、模具成型塑件的型腔数、冷料、成型效率、注射机安装模板大小等因素。对浇注系统的设计要求有:1.对模腔的填充迅速有序。2.尽可能同时充满各个型腔。3.对热力和压力损失较小。4.极可能消耗较少的塑料。5.能够使型腔顺利排气。6. 不会使冷料进入型腔。7.浇注痕迹对塑件外观影响很小。8.浇注系统凝料容易与塑件分离火切除。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料井四部分组成7。3.1.1主流道设计由于该塑件拟用卧式注塑机,因此主流道为锥形流道。由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复地接触和碰撞,容易损坏,所以模具的主流道通常宜设计成可拆卸与更换的衬套结构。这样更可以使主流道穿过模具结构中的两块模板结合处溢料造成主流道凝料脱出的困难。浇口套尺寸设计如下图所示。经过设计参数如下:1. 主流道小端直径d是与注塑机喷嘴相配合的,其径向尺寸应大于喷嘴孔径0.5-1mm,即d=注塑机喷嘴直径+(0.5-1)mm,以便当主流道与喷嘴同轴度有偏差时主流道凝料易从定模侧脱出。由最后设计可知注塑机喷嘴直径取2.0,故d=2.5.2. =2-4,本设计取锥度为3。3. 球面半径应比喷嘴球面半径大1-2mm,以保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触,防止熔体流入因两球面配合误差形成的间隙中,妨碍主流道凝料的脱出。4. 主流道长度L可根据定模板座的厚度来确定,一般60mm,取L=46,定位环设计:为了节省材料,定位环与主流道衬套分开设计,如下图所示。其外径D与注塑机的定位孔之间采用较松配合。3.1.2 冷料穴设计冷料穴一般设在主流道正对面的动模板上,当分流道较长且到浇注口有拐角时,也开设分流道冷料穴。冷料穴的作用是捕集料流前锋的“冷料”,防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量,开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料穴的直径与主流道大端直径相同或略大一点,长度约为直径的1-1.5倍。本设计采用的为推切式,所以直接用圆头推杆即可以了。3.2 成型方案从生产成本和生产效率方面考虑,确定成型的方案,该产品的成型方案采用一模四腔,对称式布置,浇注形式采用冷流道,浇口为潜浇口,分流道为圆形,主流道为圆锥形。3.2.1 成型部分的设计成型塑件外表面或上表面的零件称凹模或型腔。凹模按结构形式可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、组合式等。成型塑件内表面或下表面的零件称凸模或型芯。型芯按复杂程度和结构形式大致有整体式型芯和组合式型芯。本设计塑件结构简单,成型用的型芯型腔结构较简单,可用数控机床直接加工。为节约成本和保证精度,本设计采用整体嵌入式,其立体图如附图所示。其凸模结构如下图所示。图1:凸模 型腔固定板 型芯固定板3.2.2 成型零部件结构设计工作尺寸的计算有型腔与型芯的径向尺寸、型腔与型芯的高度尺寸、中心距尺寸等的计算。在计算时,必须根据塑件的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级。塑件中方形孔与其他零件有一定的配合要求,其精度为MT3,其余尺寸无配合要求,精度要求不高,故取塑件的均为MT5级;由于塑件的所有尺寸要求都没有达到高精度要求,因此,所有工作尺寸按平均收缩率法计算。PP的平均收缩率SCP=(Smax+Smin)/2=(1%+2.5)/2=1.75%,取2.0,为塑件的尺寸公差,生产实践证明,成型零件的制造公差z约为塑件总公差的取1/3-1/4,因此在确定成型零件工作尺寸公差值时,可取塑件公差值的1/3-1/4,或取IT7-IT8级作为模具的制造公差10。3.3 成型零部件工作尺寸计算型腔尺寸计算:塑件尺寸较小,系数x=0.55,以下同。LM= (L(1+ SCP) -x)0+z= (75*(1+ 0.02) -0.55*0.28)0+0.56/3=75.620+0.19mmL= (L1(1+ SCP) -x) 0+z= (55*(1+ 0.020) -0.55*0.24) 0+0.44/3=55.910+0.15mmHM= (H(1+ SCP) -x) 0+z= (4*(1+ 0.020) -0.55*0.10) 0+0.20/3=4.0250+0.07mm型芯尺寸计算:LM= (L2(1+ SCP) -x) 0-z= (75*(1+ 0.020) -0.75*0.56) - 0.28/3 0=76.08-0.090mmLw= (L3(1+ SCP) -x) 0-z= (55*(1+ 0.020) -0.75*0.44) - 0.24/3 0=55.77-0.080mmHM= (H(1+ SCP) -x) 0+z= (0.45*(1+ 0.020) -0.75*0.20) 0+0.20/3=0.3090+0.07mm3.4 型腔壁厚和底板厚度的计算1.型腔壁厚计算塑料模具型腔应具有足够的强度和刚度,因为它们在注塑成型过程中受到塑料成型熔体的高压作用。如果型腔侧壁和支撑厚度过小,可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏;也可能因刚度不足而产生挠曲变形,导致溢料和出现飞边,降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。对于小尺寸型腔,因在发生大的弹性变形之前,其应力往往已经超过了材料的许用应力,所以应以强度计算为主。在不知道分界尺寸时,应分别按照强度条件和刚度条件对型腔尺寸进行计算,其大值为型腔的壁厚尺寸。根据本设计的成型零件的结构,用组合式矩形型腔侧壁计算公式,按强度计算: PH1l2/(2HS2)+ PH1b/(2HS)式中,S型腔侧壁厚度,P型腔最大压力,取P=55MPa,H型腔侧壁总高,H1型腔深度,H1/H=0.73,l型腔长度l=20.75mm,b型腔宽度,b=9.5mm,允许变形量,=0.05mm,代入数值,解得S=1.5mm,按刚度计算:PH1l4/(32FHS3)式中,符号意义同上,其余E弹性模量,E=2.06X105MPa,模具材料的许用应力,=158MPa。代入数值解得,S=1.0mm。取两个计算结果的最大值为型腔的壁厚尺寸,故S=1.5mm。2.底板厚度的计算按刚度计算:5Pbl4/(32ET3)式中T为型腔底板或凸模支撑板厚度,B=2S+b=33mm,其余同上。代入数值得:T=30mm按强度计算:3Pbl3/(4BT2)=代入数值得,T=18mm。取两个计算结果的最大值为型腔底板或凸模支撑板厚度T=30mm。3.3导向机构设计3.3.1 合模导向机构合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式,本设计采用导柱导向。导柱导向机构的主要零件是导柱和导套。1.导柱导柱结构和技术要求11:(1) 长度 导柱导向部分的长度应比凸模部分高出8-12mm,以免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。(2) 形状 导柱前端应做成锥台形或半球形,以使导柱顺利的进入导向孔。锥形头高度取与相邻圆柱直径的1/3,前端还应倒角。(3) 材料 导柱应具有硬而耐磨的表面,坚韧而不易折断的内芯,因此多采用20钢经渗碳淬火处理,硬度为50-55HRC,导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8m,导向部分表面粗糙度Ra为0.8-0.4m。(4) 数量及布置 导柱应合理均布在模具分型面的四周,导柱中心至模具边缘应有足够的距离,以保证模具强度,导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1-1.5倍。(5) 配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6;导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合。2.导套本设计选用带头导套,为了方便导套压入模板同时便于导柱进入导套,在导套端面内外倒圆角R,模具导向孔为通孔。导套内孔与导柱之间为间隙配合H7/f7,外表面与模板孔为较紧的过渡配合H8/f7,其前端设长为3mm的引导部分,按间隙配合H8/e7制造,其粗糙度内外表面均为Ra1.6m。导套的材料为为20钢,采用渗碳淬火处理。3.4 脱模机构设计3.4.1 脱模力计算脱模力Qe有两部分组成,即 Qe=Qc+Qb式中Qc为制件对型芯包紧的脱模阻力,N;Qb为使封闭壳体脱模需克服的真空吸力,N,Qb=0.1Ab=0.1*4.4*6.4=2.816N,这里0.1的单位为MPa,Ab为型芯的横截面积,mm2。比例系数=cp/t=3.44/0.75=4.587在脱模力计算中,将=cp/t1.5视为厚壁制件,其中t为制件壁厚,cp为型芯的平均半径,t=0.8mm,对于矩形型芯,cp=(l+b)/=(6.4+4.4)/=4.587mm。脱模阻力Qc=2(l+b)EhKf/((1+K)cos) 式中, E塑料的拉伸弹性模量,查表,PA的取值为E=2*103MPa;塑料的平均成型收缩率,查表得,=0.020;h型芯脱模方向高度,mm,h=3.25mm;l、b矩形型芯的断面两边边长,mm,l=20.75mm,b=9.5mm;塑料的泊松比,查表得,=0.3;型芯的脱模斜度,取0,Kf脱模斜度修正系数,其计算式为:Kf=(fcos-sin)/(1+ fsincos)=0.4f制品与钢材之间的静摩擦因数,查表得,f=0.4,K壁厚之间的计算系数,计算式为K=22/(sin+2cos)=3.0代入数值,得Qc=125.4N.脱模力Qe =Qc+Qb=125.4+2.8=128.2N3.4.2 推杆脱模机构设计推杆是推出机构中最简单最常见的一种形式。本设计将推杆设计成直杆式圆柱形推杆,常用直径为1.5-25mm,本设计取直径为3mm。高度不大于600mm。推杆与推杆孔之间的配合段用H7/f7。材料选用T8A头部局部淬火。配合表面粗糙度Ra为0.8m12。在推杆装入模具后推杆的长度应能使推杆的端部高于型腔平面0.05-0.1mm。复位杆的设计:在推杆脱模机构中用复位杆复位是最常见的。复位杆对称布置,取4根,均布于推杆固定板四周,位于型腔和浇注系统之外。复位杆端面低于模板平面0.05mm。与复位杆头部接触的定模板应淬火。3.5 冷却系统的计算本塑件在注塑成型时不要求有太高的模温,因而在模具上可不设加热系统,是否需要冷却系统可作如下计算13。塑件的产量为0.3 kg/h,查表得单位质量的PA在成型温度下的单位热流量Q为4.0x102 kJ/kg.塑件固化时每小时释放的热量WQ=0.3*4.0x102=120kJ/h求冷却水的体积流量qvqv= WQ/(C2(T3-T4)式中,qv冷却介质的体积流量,m3/min;冷却介质的密度,kg/min, =1x103kg/minT3冷却介质的出口温度,T3=30;T4冷却介质的入口温度,T4=25;C2冷却介质的比热容,kJ/(kg),C2=4.2 kJ/(kg)代入数值得,qv=1x10-4 m3/min。选取来冷却水管直径为4mm。3.6 模架形式及规格根据模具的总体结构:定模板,A板,B板,顶针面板,顶针底板,垫块,动模板,采用推杆脱模机构。而模架的大小是由模芯的大小来确定的,模芯的布置如图3-18所示,模芯的大小是15095mm,选取模架大小为125200mm。定模板,动模板,垫块厚度的确定:定模板的厚度根据定模镶块的厚度及标准模架的规格确定,为17.5mm。动模板的厚度根据动模镶块的厚度及支撑板强度计算的要求和标准模架的规格确定,为17.5mm,垫块厚度根据推出距离(15mm)、顶针面板厚度(12.5mm),顶针底板厚度(15mm)及标准模架的规格确定,为50mm。其他零件的尺寸按标准模架选用。综上所述,所选模架为 C1-20X22.5-Z1 GB/T 12556-1990,结构如图1所示14,15。图1 AI型工字模3.7 设备的选择与校核3.7.1 注塑机的选择根据塑件测绘所得的数据计算出塑件的体积约为7.85cm3,根据模具结构图计算出浇注系统的体积约为3.5 cm3,因此一次所需注塑量约为11.35 cm3。考虑注塑机注塑系数(0.85),注塑机的注塑量应大于11.35cm3,初步拟定为SZ-30/60,注塑机的主要技术参数见下表8。 注塑机主要技术参数注塑机型号XS-Z-30XS-Z-60理论注塑量/ cm33060注射压力/MPa119122锁模力/KN250500合模形式液压-机械液压-机械移模行程/ mm160180最大成型面积/ mm290130最大模具厚度/ mm180200最小模具厚度/ mm6070定位孔直径/ mm63.555喷嘴球半径/ mm1212喷嘴孔半径/ mm4.04.03.7.2 校核1.注塑压力的校核注塑压力P应满足Pk、P0式中:k、安全系数,常取k、=1.25-1.4;P0塑料成型时所需注塑压力,对ABS,常取60-100 MPa。由于所用塑料尺寸较小,取注塑压力为80 MPa,在安全系数取k、=1.4,Pk、P0,代入数值有119112,符合要求。2.锁模力的校核锁模力F应满足要求Fk0Ap式中:k0锁模力安全系数,一般取k0=1.1-1.2;A塑件与浇注系统在分型面上的投影面积,约为1.2cm3;p型腔的平均压力,对该模具取30MPa;经计算所需锁模力为4.3KN,小于注塑机的锁模力,符合要求。3. 模具与注塑机装模部位相关尺寸的校核(1) 喷嘴尺寸。主流道小端直径d1大于注塑机喷嘴直径,取d1=d+0.5=2.5mm浇口套球面半径R2应比喷嘴球面半径R1大1-2mm,取R2= R1+2=7.5mm(2) 定位圈尺寸。注塑机定位孔为100mm,定位圈外径直径与注塑机的定位孔制件取较松配合,取98。(3) 最大模板厚度Hmax与最小模板厚度Hmin.模具厚度应满足HmaxHHmax式中:Hmax=300mm,Hmin=80mm。由于模具总高Hm=251mm,符合要求。(4) 开模行程的校核取出塑件所需的开模行程H为H=H1+H2=3.25+11.75=15mm式中:H1塑件脱模距离,;H2塑件高度,包括浇注系统在内。由于所用注塑机为液压式,故开模行程SK应满足SKH+5-10mm符合要求。3.7.3 其他模具的结构、尺寸确定以后,还应确定模具材料,由于使用标准模架,材料的选用主要针对浇口套、成型零件等16。3.8模具装配图与零件图的绘制模具装配图用来表达模具整体结构,外形尺寸,模具各零件间的装配关系,是指导模具装配、检验、维修等工作条件的技术文件。零件图实在装配图的基础上绘制的,它是零件制造与检验的依据。装配图:结 论塑料工业是当今世界上最快的工业门类之一,对于我国而言,它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。本设计首先确定了塑件的浇注质量,其次介绍了注塑件的一般设计原则,从实际来看,几乎所有的注塑件都遵循这些原则。在做好注塑成型的准备工作之后,接着介绍了模具设计的内容,冷流道注塑模具无外乎包括四大系统:浇注系统、温度调节系统、顶出系统和机构系统。在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面形状,确定浇口尺寸;温度调节系统说明了设计的一般步骤,确定冷却时间,计算体积流量等;顶出系统着重说明了推杆的布置和结构。然后,利用EMX4.1进行注塑模具的整体设计和建模,做完这些工作之后,该模具的设计到此结束。在设计的过程中发现经验公式有不一致的地方,不同公式的计算结果有的相差很大,特别是在温度调节与脱模力的计算这两块。单分型面注射模是最为简单和常见的一种结构形式,约占全部注射模具的70%左右,但目前传统冷流道模具设计还是以经验为主,很难对注射各参量进行严密的数学建模,因为各参量相互影响,关系复杂。我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的,但是通过这次塑料模具课程设计,让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识,更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法,对塑料模有了一个更高的认识。这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助,也间接性的为今后的工作经验有了一定的积累。参 考 文 献 1 刘朝儒,彭福荫,高政.机械制图.北京:高等教育出版社,20012 孙波.机械专业毕业设计宝典.西安:西安电子科技大学出版社,2008 3 孙玲.塑料成型工艺与模具设计.北京:清华大学出版社,20084 葛正浩.PROE4.0注塑模具设计实例教程.北京;化学工业出版社,20075 吴生绪.塑料成型模具设计手册.北京:机械工业出版社,20086 李力,崔江红,肖庆和,胡纪云.塑料成型模具设计与制造.北京:国防工业出版社,20077 齐卫东.简明塑料模具设计手册.北京:北京理工大学出版社,20048 钱萍,朱红建,朱理.CAE技术在柜机风栅注塑模具设计中的应用.机械制造,2010(4):17-199 甘永立.几何量公差与检测.上海:上海科学技术出版社,200810 李奇,朱江峰.模具设计与制造.北京;人民邮电出版社,200611 邓明.实用模具设计简明手册.北京:机械工业出版社,2006 12 Yang Junyi,Li Yuanyuan,Effect of cooling Sysyterm Desipn and Process parameters on cyclic variation of Mold Temperature-Simulation by DRBEM Plastics Rubber and Composistes Processing and Applications,1995,23(4),221-25113 宋满仓.注塑模具设计.北京:电子工业出版社,201014 杨占尧,白柳.塑料模具典型结构.北京:化学工业出版社,200815 叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册(上册).北京:机械工业出版社,2007谢 辞时间如白驹过隙,大学生活就这样伴随着设计的结束接近了尾声。设计是我们大学学习的总结与验证,通过本次设计我收获了很多,巩固了以前所学习的知识,更让我知道了自己身上还存在很多不足,需要在今后的学习工作中去弥补,这也是我今后努力的方向和动力。在本次设计中我首先要感谢我的指导老师,没有老师的精心指导和严格要求,我不会有今天的成果。老师身上的奉献精神时刻鞭策着我,是我学习的榜样。同时我还要感谢陪伴我的每一位老师们和同学,是你们陪我度过了一个又一个春春夏秋冬,是你们在我人生迷茫的时候给我帮助,因为有了你们我的人生才充满了精彩,坎坷的道路也因你们的存在而不再艰辛。相信有了你们的陪伴我会在人生的道路走的更好。最后再次真诚的感谢那些给过我帮助的人们。附 图PROE4.0建模附图1:镜盒式计算器底盖立体图附图2:凸模立体图 附图3 装配立体图32
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