基于UG的小型圆柱齿轮注塑模设计【13张CAD图纸+说明书完整资料】

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1 浇注系统的设计 11 3 1 1 主流道设计 11 3 1 2 冷料穴设计 12 3 2 成型方案 13 3 2 1 成型部分的设计 13 3 2 2 成型零部件结构设计 15 3 2 3 成型零部件工作尺寸计算 16 3 2 4 型腔壁厚和底板厚度的计算 17 3 3 导向机构设计 19 3 3 1 合模导向机构 19 3 4 脱模机构设计 21 3 4 1 脱模力计算 21 3 4 2 推杆脱模机构设计 21 3 5 冷却系统的计算 23 3 6 模架形式及规格 24 3 7 设备的选择与校核 25 3 7 1 注塑机的选择 25 3 7 2 校核 25 3 7 3 其他 28 3 8 模具装配图与零件图的绘制 28 结 论 29 参 考 文 献 30 谢 辞 31 附 图 32 UG4 0 建模 36 1 基于 UG 的小型圆柱齿轮注塑模设计 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 UG4 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 大学三年的专科学习即将结束 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 2 1 设计任务与流程 1 1 设计任务 设计题目 圆柱齿轮注塑模具设计 塑件实物为圆柱齿轮 该零件要求具有一定 的强度和刚度 其中塑件上的圆形孔与其他零件有配合要求 内壁有粗糙度要求 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 圆柱齿轮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 UG4 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 根据线圈骨架的工艺及结构特点 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 3 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 2 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UG4 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 UG4 0 UG4 0 是一个优秀的 CAD CAE CAM 软件 在模具的设计与制造领域 UG4 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 AutoCAD AutoCAD 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 UG4 0 分析所给零件的外形和尺寸 利用 UG4 0 的建模方法 根据线圈骨架 的形状和使用特点进行建模 如图 2 1 2 2 所示 4 图 2 1 圆柱齿轮立体图 图 2 2 圆柱齿轮立体图 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 5 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 甲醛 POM 2 4 2 塑件材质 名称 POM 中文学名 聚甲醛 POM 的外观为淡黄色右白色半透明右不特定明的粉料或料料 硬而质密 与象牙 相似 制品表面光滑并有光泽 成型收缩率高达 3 5 POM 的透气性小 公为 PE 的几 分之一 1 POM 的力学性能 POM 具有较高的拉伸模量 这样使其有较好的刚性和硬度 POM 既具有刚性又具有较高的耐磨性 在工程塑料中是很宝贵的 2 POM 具有较高的耐磨性 对于经受长期滑动的部件较为适用 另外 POM 的表面硬 度与铝合金接近 动态摩擦时具有自润滑作用 无噪声 3 POM 的热学性能 POM 具有较高的热变形温度 它属于热敏性聚合物 在成型温度 下的热稳定性差 易分解 一般造粒时加入 0 1 双氰胺和 0 5 抗氧剂 2246 作为稳 定剂 4 POM 的化学性能 POM 具有能耐许多种有机溶剂的功能 对油脂类 汽油 润滑油 有较好的稳定性 5 POM 的电性能 POM 的电绝缘性能较好 它的电性能在较宽的频率和温度范围内变 化很小 温度对其也没有显著的影响 但当长期在室外的紫外线下使用时 它的拉 伸强度和冲击强度下降 表面甚至会导致粉化 这使得它的电性能比其它塑料稍差 一些 6 POM 耐电弧性极好 而且能在高温下保持 它的介电常数与厚度有关 厚度 0 127mm 时是 82 7KV mm 厚度为 1 88mm 时为 23 6KV mm 7 POM 的环境性能 POM 的耐溶剂性良好 它可以耐烃类 醇类 醛类 醚类 汽油 润滑油及弱碱 而且可以在高温下保持相当的化学稳定性 POM 不耐强酸和氧化剂 对稀酸及弱酸有一定的稳定性 6 8 POM 的应用 针对 POM 的性能 这种塑料在各行各业得到广泛的应用 机械工业中 对于强度大 耐磨 耐疲劳 冲击高的一些零件如齿轮 轴承 滑轮 凸轮 带轮 螺栓等零件的制造生产 汽车工业中利用比强度高的优点 用来生产制造一些水箱 冷门 散热器箱盖 风扇 控制杆 开头 齿轮等 电子电器行业利用其介电强度 高 介电损耗角正切值小 耐电弧高的优点 生产制造电扳手外壳 电动工具外壳 开关手顶 电视机等的外壳 注塑是 POM 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 如 表 2 1 所示 表 2 1 螺杆式注塑机的工艺参数表 注 塑机类 型 喷 嘴形式 喷嘴温 度 料筒温度 前段 中段 后端螺 杆式 普 通 170 180 170 190 180 200 170 190 模 具温度 注 射压力 MPa 保压力 MPa 注射时间 s 90 100 80 120 30 50 2 5 保 压时间 s 冷 却时间 s 成型周 期 s 螺杆转速 r min 1 20 90 20 60 50 160 20 40 2 4 3 塑件结构分析 通过观察测量可知该塑件为类似对称结构 2 4 4 塑件体积与质量 取 POM 的密度为 1 39g cm3 由 UG4 0 可算出塑件的体积和质量 5 如图 2 4 7 则可计算零件的体积为 4 594710974579cm3V塑 零件质量为 6 38664825466481gM塑 图 2 3 UG4 0 计算 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 1 L 塑 件模 具 指塑件的平均收缩率 而在使用 UG4 0 进行模具设计的过程中 塑件已经定义了其收 缩率 取 3 5 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 3 z 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 30 30 15 mm 大多数尺寸的公差为 或1 0 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1 0 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 8 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 分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向 1 分型面一般开设在产品的最大截面处 2 尽量使塑件留在动模一侧 3 有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等 4 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 采用一模四腔 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 由于采用一模四腔 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 9 3 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 10 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 浇口套设计如 图 3 1 所示 图 3 1 浇口套 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 5 故 d 3 0 2 4 本设计取锥度 为 3 2 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 3 主流道长度 L 可根据定模板座的厚度来确定 一般 60mm 取 L 35 定位环设计 为了节省材料 定位环与主流道衬套分开设计 其外径 D 与注塑机的定位孔之间 11 采用较松配合 如 图 3 2 所示 图 3 2 主流套衬套 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 本设计采用的为点浇口 所以直接用锥形拉推杆即可以了 如图 3 3 所示 12 图 3 3 锥形拉推杆 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 浇口为点浇口 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 其凹凸模结 构如下图 3 4 图 3 5 所示 13 图 3 4 凹模 图 3 5 凸模 14 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 PA 的平均收缩率 SCP S max Smin 2 2 0 5 0 2 3 5 取 3 5 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 2 3 成型零部件工作尺寸计算 型腔尺寸计算 LM L 1 SCP x 0 z 30 1 0 035 0 75 0 56 0 0 56 3 30 630 0 19mm 塑件尺寸较小 系数 x 0 75 以下同 L L1 1 S CP x 0 z 30 1 0 035 0 75 0 44 0 0 44 3 30 720 0 15mm HM H 1 SCP x 0 z 5 6 1 0 035 0 75 0 20 0 0 20 3 5 6460 0 07mm 型芯尺寸计算 LM L2 1 SCP x 0 z 20 1 0 035 0 75 0 28 0 28 3 0 20 49 0 090mm LW1 L3 1 SCP x 0 z 15 1 0 035 0 75 0 24 0 24 3 0 15 345 0 080mm 15 LW2 L3 1 SCP x 0 z 7 1 0 035 0 75 0 24 0 24 3 0 7 065 0 080mm HM H 1 SCP x 0 z 9 4 1 0 035 0 75 0 20 0 24 3 0 9 579 0 080mm 3 2 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 用组合式圆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 40MPa H 型腔侧壁总高 H1 型腔深度 H1 H 0 73 l 型腔长度 l 30mm b 型腔宽度 b 30mm 允许变形量 0 05mm 代入数值 解得 S 25mm 按刚度计算 PH1l4 32FHS3 16 式中 符号意义同上 其余 E 弹性模量 E 2 06X10 5MPa 模具材料 的许用应力 158MPa 代入数值解得 S 18mm 取两个计算结果的最大值为型腔的壁厚尺寸 故 S 25mm 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 75mm 其余同上 代入数值得 T 25mm 按强度计算 3Pbl3 4BT2 代入数值得 T 20mm 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 25mm 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 a 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 b 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 c 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 8 m 导向部分表面粗糙度 Ra 为 0 8 0 4 m d 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 17 e 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 所选导柱为带头导柱 结构及其尺寸如下如图 3 6 3 7 所示 图 3 6 导柱 图 3 7 导柱 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 6 m 导套的材料为为 20 钢 采用渗碳淬火处理 导套的结构及其尺寸如下图 3 7 3 8 所示 18 图 3 7 导套 图 3 8 导套 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 1A b 0 1 4 4 6 4 2 816N 这里 0 1 的单位为 MPa A b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 t 1 5 视为厚壁制件 其中 t 为制件壁厚 cp 为型芯 19 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 E hK f 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 15 525mm l b 圆柱型芯的断面两边边长 mm l 20 7mm b 15 525mm 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 fsin cos 0 4 f 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 2 2 sin 2 cos 3 0 代入数值 得 Qc 125 4N 脱模力 Qe Qc Qb 125 4 2 8 128 2N 3 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 8 m 12 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 推杆结构如下图 3 9 所示 20 图 3 9 推杆 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 复位杆的结构及相关尺寸设计如下图 3 10 所示 21 图 3 10 复位杆 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 8 0 x102 kJ kg 塑件固化时每小时释放的热量 WQ 0 3 8 0 x102 120kJ h 求冷却水的体积流量 qv qv WQ C2 T3 T4 式中 q v 冷却介质的体积流量 m 3 min 冷 却 介 质 的 密 度 kg min 1x103kg min T3 冷 却 介 质 的 出 口 温度 T 3 30 T4 冷 却 介 质 的 入 口 温度 T 4 25 22 C2 冷却介质的比热容 kJ kg C 2 4 2 kJ kg 代入数值得 q v 1x10 4 m3 min 选取来冷却水管直径为 8mm 3 6 模架形式及规格 根据模具的总体结构 定模板 水口推板 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 11 所示 模芯的大小 是 120 120mm 选取模架大小为 300 320mm 图 3 11 型芯的布置 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 35mm 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 25mm 垫块厚度根据推出距离 20mm 顶针面板厚度 15mm 顶针底板厚度 20mm 及标准模架的规格确定 为 80mm 其他零件的尺寸按标准模架选用 23 综上所述 所选模架为 C1 30X32 Z1 GB T 12556 1990 结构如图 3 12 所示 14 15 图 3 12 模架 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 4 59471cm3 根据模具结构图计 算出浇注系统的体积约为 5 86 cm3 因此一次所需注塑量约为 6 0 cm3 考虑注塑机注塑系数 0 85 注塑机的注塑量应大于 6 0 cm3 初步拟定为 SZ 30 60 注塑机的主要技术参数见下表 3 1 所示 8 表 3 1 注塑机主要技术参数表 注塑机型号 XS Z 30 XS Z 60 理论注塑量 cm 3 30 60 注射压力 MPa 119 122 24 锁模力 KN 250 500 合模形式 液压 机械 液压 机械 移模行程 mm 160 180 最大成型面积 mm 2 90 130 最大模具厚度 mm 180 200 最小模具厚度 mm 60 70 定位孔直径 mm 63 5 55 喷嘴球半径 mm 12 12 喷嘴孔半径 mm 4 0 4 0 3 7 2 校核 1 注塑压力的校核 注塑压力 P 应满足 P k 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 90 MPa 在安全系数取 k 1 4 P k P0 代入数值有 119 112 符合要求 2 锁模力的校核 锁模力 F 应满足要求 F k 0 A p 式中 k 0 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 模具与注塑机装模部位相关尺寸的校核 25 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 3 0mm 浇口套球面半径 R2应比喷嘴球面半径 R1大 1 2mm 取 R2 R1 2 14mm 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 如 图 3 13 所 示 0 2 图 3 13 定位圈 最大模板厚度 Hmax与最小模板厚度 Hmin 模具厚度应满足 Hmax H H max 式中 H max 180mm H min 60mm 由于模具总高 Hm 80mm 符合要求 1 开模行程的校核 取出塑件所需的开模行程 H 为 26 H H1 H2 20 15 35mm 式中 H1 塑件脱模距离 H2 塑件高度 包括浇注系统在内 斜抽的距离 H S 1 2 tga 2 5 1 5 tg16 13 95mm斜 S 斜抽的距离 H 开模的行程斜 上面两种进行比较取大值 开模行程 H 35mm 由于所用注塑机为液压式 故开模行程 SK应满足 SK H 5 10mm 模具高度 H 35mm S K 160mm 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 模具总装配图如图 3 14 所示 27 图 3 14 模具总装配图 28 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 29 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 2001 2 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 2008 4 葛正浩 UG4 0 注塑模具设计实例教程 北京 化学工业出版社 2007 5 吴生绪 塑料成型模具设计手册 北京 机械工业出版社 2008 6 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 2007 7 齐卫东 简明塑料模具设计手册 北京 北京理工大学出版社 2004 8 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 9 甘永立 几何量公差与检测 上海 上海科学技术出版社 2008 10 李奇 朱江峰 模具设计与制造 北京 人民邮电出版社 2006 11 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 4 221 251 13 宋满仓 注塑模具设计 北京 电子工业出版社 2010 14 杨占尧 白柳 塑料模具典型结构 北京 化学工业出版社 2008 15 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 1 謝词 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陈青云 没有陈老师的精心指导和严格 要求 我不会有今天的成果 陈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 2 附 图 UG4 0 建模 附图 1 圆柱齿轮立体图 附图 2 圆柱齿轮立体图 3 附图 3 凹模立体图 附图 4 凸模立体图 4 附图 5 斜抽立体图 附图 6 铲鸡立体图 摘要 I 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 ug 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 UG4 0 江苏财经职业技术学院毕业论文 Abstract Plastic 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 UG4 0 plastic products of electric blanket 江苏财经职业技术学院毕业论文 目 录 引 言 1 第一章 设计任务与流程 2 1 1 毕业设计任务 2 1 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 4 2 1 概述 4 2 2 模具设计环境和应用软件 4 2 2 1 UG4 0 4 2 2 2 AutoCAD 5 2 3 零件的三维图和二维工程图建模 5 2 3 1 零件的立体图建模 5 2 3 2 零件的二维工程图绘制 6 2 4 塑件的基本数据 6 2 4 1 塑件塑料品种的确定 6 2 4 2 塑件材质 7 2 4 3 塑件结构分析 9 2 4 4 塑件体积与质量 9 2 4 5 塑件图及其尺寸公差 10 2 4 6 分型面及排气形式的确定 10 2 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 11 3 1 浇注系统的设计 11 3 1 1 主流道设计 11 3 1 2 冷料穴设计 12 3 2 成型方案 13 3 2 1 成型部分的设计 13 3 2 2 成型零部件结构设计 15 江苏财经职业技术学院毕业论文 3 2 3 成型零部件工作尺寸计算 16 3 2 4 型腔壁厚和底板厚度的计算 17 3 3 导向机构设计 19 3 3 1 合模导向机构 19 3 4 脱模机构设计 21 3 4 1 脱模力计算 21 3 4 2 推杆脱模机构设计 21 3 5 冷却系统的计算 23 3 6 模架形式及规格 24 3 7 设备的选择与校核 25 3 7 1 注塑机的选择 25 3 7 2 校核 25 3 7 3 其他 28 3 8 模具装配图与零件图的绘制 28 结 论 29 参 考 文 献 30 谢 辞 31 附 图 32 UG4 0 建模 36 1 基于 UG的小型圆柱齿轮注塑模设计 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 UG4 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 大学三年的专科学习即将结束 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 2 第一章 设计任务与流程 1 1 毕业设计任务 设计题目 圆柱齿轮注塑模具设计 塑件实物为圆柱齿轮 该零件要求具 有一定的强度和刚度 其中塑件上的圆形孔与其他零件有配合要求 内壁有粗 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 圆柱齿轮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 UG4 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 根据线圈骨架的工艺及结构特点 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 3 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 4 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UG4 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 UG4 0 UG4 0 是一个优秀的 CAD CAE CAM 软件 在模具的设计与制造领域 UG4 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 AutoCAD AutoCAD 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 UG4 0 分析所给零件的外形和尺寸 利用 UG4 0 的建模方法 根据线 圈骨架的形状和使用特点进行建模 如图 2 1 所示 江苏财经职业技术学院毕业论文 5 图 2 1 圆柱齿轮立体图在 UG4 0 中建模 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 6 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 是聚甲醛 POM 2 4 2 塑件材质 名称 POM 中文学名 聚甲醛 POM 的外观为淡黄色右白色半透明右不特定明的粉料或料料 硬而质密 与象牙相似 制品表面光滑并有光泽 成型收缩率高达 3 5 POM 的透气性小 公为 PE 的几分之一 1 POM 的力学性能 POM 具有较高的拉伸模量 这样使其有较好的刚性 和硬度 POM 既具有刚性又具有较高的耐磨性 在工程塑料中是很 宝贵的 POM 具有较高的耐磨性 对于经受长期滑动的部件较为适用 另外 POM 的表面硬度与铝合金接近 动态摩擦时具有自润滑作用 无噪声 2 POM 的热学性能 POM 具有较高的热变形温度 它属于热敏性聚合物 在成型温度下的热稳定性差 易分解 一般造粒时加入 0 1 双氰胺 和 0 5 抗氧剂 2246 作为稳定剂 3 POM 的化学性能 POM 具有能耐许多种有机溶剂的功能 对油脂类 汽油 润滑油 有较好的稳定性 4 POM 的电性能 POM 的电绝缘性能较好 它的电性能在较宽的频率和 温度范围内变化很小 温度对其也没有显著的影响 但当长期在室 外的紫外线下使用时 它的拉伸强度和冲击强度下降 表面甚至会 导致粉化 这使得它的电性能比其它塑料稍差一些 POM 耐电弧性极好 而且能在高温下保持 它的介电常数与厚度有关 厚度 0 127mm 时是 82 7KV mm 厚度为 1 88mm 时为 23 6KV mm 5 POM 的环境性能 POM 的耐溶剂性良好 它可以耐烃类 醇类 醛类 醚类 汽油 润滑油及弱碱 而且可以在高温下保持相当的化学稳 定性 POM 不耐强酸和氧化剂 对稀酸及弱酸有一定的稳定性 江苏财经职业技术学院毕业论文 7 6 POM 的应用 针对 POM 的性能 这种塑料在各行各业得到广泛的应 用 机械工业中对于强度大 耐磨 耐疲劳 冲击高的一些零件如 齿轮 轴承 滑轮 凸轮 带轮 螺栓等零件的制造生产 汽车工 业中利用比强度高的优点 用来生产制造一些水箱冷门 散热器箱 盖 风扇 控制杆 开头 齿轮等 电子电器行业利用其介电强度 高 介电损耗角正切值小 耐电弧高的优点 生产制造电扳手外壳 电动工具外壳 开关手顶 电视机等的外壳 注塑是 POM 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 前段 中段 后端螺杆式 普通 170 180 170 190 180 200 170 190 模具温度 注射压力 MPa 保压力 MPa 注射时间 s 90 100 80 120 30 50 2 5 保压时间 s 冷却时间 s 成型周期 s 螺杆转速 r min 1 20 90 20 60 50 160 20 40 2 4 3 塑件结构分析 通过观察测量可知该塑件为类似对称结构 2 4 4 塑件体积与质量 取 POM 的密度为 1 39g cm3 由 UG4 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 4 594710974579cm3V塑 零件质量为 6 38664825466481gM塑 江苏财经职业技术学院毕业论文 8 图 2 4 UG4 0 计算 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 1 SL 塑 件模 具 计算 基本尺寸 S 指塑件的平均收缩率 而在使用 UG4 0 进行模具设计的过程中 塑件已经定义了其收缩率 取 3 5 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 3 z 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 30 30 15 mm 大多数尺寸的公差 为 1 0 或更大 对于小于 1 0 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 9 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 采用一模四腔 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四腔 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 10 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 浇口套设计如下图所示 江苏财经职业技术学院毕业论文 11 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 5 故 d 3 0 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 35 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 12 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 本设计采用的为点浇口 所以直接用锥形拉推杆即可以了 江苏财经职业技术学院毕业论文 13 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 浇口为点浇口 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 其凹凸模结构如下图所示 江苏财经职业技术学院毕业论文 14 图 1 凹模 江苏财经职业技术学院毕业论文 15 图 2 凸模 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 PA 的平均收缩率 SCP S max Smin 2 2 0 5 0 2 3 5 取 3 5 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 2 3 成型零部件工作尺寸计算 型腔尺寸计算 LM L 1 SCP x 0 z 江苏财经职业技术学院毕业论文 16 30 1 0 035 0 75 0 56 0 0 56 3 30 630 0 19mm 塑件尺寸较小 系数 x 0 75 以下同 L L1 1 S CP x 0 z 30 1 0 035 0 75 0 44 0 0 44 3 30 720 0 15mm HM H 1 SCP x 0 z 5 6 1 0 035 0 75 0 20 0 0 20 3 5 6460 0 07mm 型芯尺寸计算 LM L2 1 SCP x 0 z 20 1 0 035 0 75 0 28 0 28 3 0 20 49 0 090mm LW1 L3 1 SCP x 0 z 15 1 0 035 0 75 0 24 0 24 3 0 15 345 0 080mm LW2 L3 1 SCP x 0 z 7 1 0 035 0 75 0 24 0 24 3 0 7 065 0 080mm HM H 1 SCP x 0 z 9 4 1 0 035 0 75 0 20 0 24 3 0 江苏财经职业技术学院毕业论文 17 9 579 0 080mm 3 2 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 用组合式圆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 40MPa H 型腔侧壁总高 H1 型腔深度 H1 H 0 73 l 型腔长度 l 30mm b 型腔宽度 b 30mm 允许变形量 0 05mm 代入数值 解得 S 25mm 按刚度计算 PH1l4 32FHS3 式中 符号意义同上 其余 E 弹性模量 E 2 06X10 5MPa 模 具材料的许用应力 158MPa 江苏财经职业技术学院毕业论文 18 代入数值解得 S 18mm 取两个计算结果的最大值为型腔的壁厚尺寸 故 S 25mm 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 75mm 其余同上 代入数值得 T 25mm 按强度计算 3Pbl3 4BT2 代入数值得 T 20mm 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 25mm 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 8 m 导向部分表面粗糙度 Ra 为 0 8 0 4 m 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 19 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 所选导柱为带头导柱 结构及其尺寸如下如所示 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 6 m 导套的材料为为 20 钢 采用渗碳淬火处理 导套的结构及其尺寸如下图所示 江苏财经职业技术学院毕业论文 20 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 1A b 0 1 4 4 6 4 2 816N 这里 0 1 的单位为 MPa A b为型 芯的横截面积 mm 2 比例系数 cp t 3 44 0 75 4 587 江苏财经职业技术学院毕业论文 21 在脱模力计算中 将 cp t 1 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 E hK f 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 15 525mm l b 圆柱型芯的断面两边边长 mm l 20 7mm b 15 525mm 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 fsin cos 0 4 f 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 2 2 sin 2 cos 3 0 代入数值 得 Qc 125 4N 脱模力 Qe Qc Qb 125 4 2 8 128 2N 3 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 8 m 12 江苏财经职业技术学院毕业论文 22 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 推杆结构如下图所示 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 复位杆的结构及相关尺寸设计如 下图所示 江苏财经职业技术学院毕业论文 23 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 8 0 x102 kJ kg 塑件固化时每小时释放的热量 WQ 0 3 8 0 x102 120kJ h 求冷却水的体积流量 qv qv WQ C2 T3 T4 式中 q v 冷却介质的体积流量 m 3 min 冷 却 介 质 的 密 度 kg min 1x103kg min T3 冷 却 介 质 的 出 口 温度 T 3 30 江苏财经职业技术学院毕业论文 24 T4 冷 却 介 质 的 入 口 温度 T 4 25 C2 冷却介质的比热容 kJ kg C 2 4 2 kJ kg 代入数值得 q v 1x10 4 m3 min 选取来冷却水管直径为 8mm 3 6 模架形式及规格 根据模具的总体结构 定模板 水口推板 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 120 120mm 选取模架大小为 300 320mm 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 35mm 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 25mm 江苏财经职业技术学院毕业论文 25 垫块厚度根据推出距离 20mm 顶针面板厚度 15mm 顶针底板厚度 20mm 及标准模架的规格确定 为 80mm 其他零件的尺寸按标准模架选用 综上所述 所选模架为 C1 30X32 Z1 GB T 12556 1990 结构如图 1 所示 14 15 图 1 ECI 型工字模 细水口模架 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 4 59471cm3 根据模具结 构图计算出浇注系统的体积约为 5 86 cm3 因此一次所需注塑量约为 6 0 cm3 考虑注塑机注塑系数 0 85 注塑机的注塑量应大于 6 0 cm3 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 26 注塑机型号 XS Z 30 XS Z 60 理论注塑量 cm 3 30 60 注射压力 MPa 119 122 锁模力 KN 250 500 合模形式 液压 机械 液压 机械 移模行程 mm 160 180 最大成型面积 mm 2 90 130 最大模具厚度 mm 180 200 最小模具厚度 mm 60 70 定位孔直径 mm 63 5 55 喷嘴球半径 mm 12 12 喷嘴孔半径 mm 4 0 4 0 3 7 2 校核 1 注塑压力的校核 注塑压力 P 应满足 P k 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 90 MPa 在安全系数取 k 1 4 P k P0 代入数值有 119 112 符合要求 2 锁模力的校核 锁模力 F 应满足要求 F k 0 A p 式中 k 0 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 27 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 3 0mm 浇口套球面半径 R2应比喷嘴球面半径 R1大 1 2mm 取 R2 R1 2 14mm 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 20 图 形 如 下 3 最大模板厚度 Hmax与最小模板厚度 Hmin 模具厚度应满足 Hmax H H max 式中 H max 180mm H min 60mm 江苏财经职业技术学院毕业论文 28 由于模具总高 Hm 80mm 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 20 15 35mm 式中 H1 塑件脱模距离 H2 塑件高度 包括浇注系统在内 斜抽的距离 H S 1 2 tga 2 5 1 5 tg16 13 95mm斜 S 斜抽的距离 H 开模的行程斜 上面两种进行比较取大值 开模行程 H 35mm 由于所用注塑机为液压式 故开模行程 SK应满足 SK H 5 10mm 模具高度 H 35mm S K 160mm 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 29 江苏财经职业技术学院毕业论文 30 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 31 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 2001 2 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 2008 4 葛正浩 UG4 0 注塑模具设计实例教程 北京 化学工业出版社 2007 5 吴生绪 塑料成型模具设计手册 北京 机械工业出版社 2008 6 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 2007 7 齐卫东 简明塑料模具设计手册 北京 北京理工大学出版社 2004 8 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 9 甘永立 几何量公差与检测 上海 上海科学技术出版社 2008 10 李奇 朱江峰 模具设计与制造 北京 人民邮电出版社 2006 11 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 4 221 251 13 宋满仓 注塑模具设计 北京 电子工业出版社 2010 14 杨占尧 白柳 塑料模具典型结构 北京 化学工业出版社 2008 15 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 32 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 江苏财经职业技术学院毕业论文 33 附 图 UG4 0建模 江苏财经职业技术学院毕业论文 34 附图 1 圆柱齿轮立体图 附图 2 凹模立体图 江苏财经职业技术学院毕业论文 35 附图 3 凸模立体图 附图 4 斜抽立体图 江苏财经职业技术学院毕业论文 36 附图 5 铲鸡立体图