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湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設計論文
湖南科技大學
畢業(yè)設計說明書
課題名稱 飲水杯注塑模具設計
學生姓名 伍益雄
學 號 1053010528
所在學院 瀟湘學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 五班
指導教師 顏煥元
起訖時間： 2014 年2 月17 日～ 2014 年6 月 1 日
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
1 前言 3
1.1 課題背景 3
1.2 課題分析 4
2 塑件分析 6
2.1 產(chǎn)品分析及其技術條件 6
2.2 塑件材料的確定 7
2.3 塑件材料的性能分析 7
2.3.1基本特性 7
2.3.2成型性能 7
2.3.3主要用途 8
3 成型布局及注塑機選擇 9
3.1 進膠方式選擇 9
3.2 型腔的布局及成型尺寸 10
3.3 估算塑件體積質(zhì)量 11
3.4 注塑機的選擇和校核 11
3.4.1注射膠量的計算 11
3.4.2鎖模力的計算 12
3.4.3 注塑機選擇確定 13
表１ 注塑機參數(shù)(部分) 13
4 注塑模具設計 14
4.1 模架的選用 14
4.1.1模架基本類型 14
4.1.2模架的選擇 14
4.1.3導向與定位機構設計 15
4.2 澆注系統(tǒng)的設計 16
4.2.1主流道設計 16
4.2.2分流道的設計 16
4.2.3澆口的設計 17
4.2.4冷料穴的設計 17
4.3 分型面的設計 18
4.4 成型零部件的設計 18
4.4.1成型零部件結構 19
4.4.2成型零部件工作尺寸的計算 19
4.4.3模具強度與剛度校核 21
4.5 側向抽芯機構類型選擇與設計 22
4.5.1側向抽芯機構類型 22
4.6 脫模及推出機構 25
4.6.1脫模力 25
4.6.2推出機構 26
4.6.3定距分型機構設計 27
4.7 冷卻系統(tǒng)的設計與計算 27
4.7.1冷卻水道設計的要點 28
4.7.2冷卻水道在定模和動模中的位置 28
4.7.3冷卻水道的計算 29
4.8 排氣結構設計 30
4.9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 31
4.10 模具裝配圖及裝配要求 32
4.11 模具動作校核 32
5 結語 34
參考文獻 35
致謝 36
附錄1： 37
湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設計論文
摘 要
本設計說明書根據(jù)塑料制品飲水杯的特點，通過了解塑件的用途，分析了塑件的工藝性、尺寸精度等技術要求，結合塑件制件尺寸，采用一模兩腔，點澆口進料的方式設計了本模具。并合理設置了冷卻系統(tǒng)。注射機采用HTF 100XB型號。運用簡明的示意圖和精確的計算系統(tǒng)地分析了塑件，從而作出合理的模具結構設計。 運用CAD和UG工程軟件繪制了二維總裝圖和零件圖，選擇了模具合理的加工方法。并對典型零件進行了數(shù)控加工程序設計。
關鍵詞：機械設計；模具設計；CAD繪制二維圖；UG繪制3D圖。
Abstract
To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a two pin gate feed injection machine adopts HTF 100XB models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a conFAIse diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design.
Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two-dimensional map; UG draw 3D maps, injection machine selection.
1 前言
1.1 課題背景
模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的基礎工藝裝備。在汽車、電機、儀表、電器、電子、通信、家電和輕工業(yè)等行業(yè)中，60%～80%的零件都依靠模具成形，并且隨著近年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的要求越來越高，結構也越來越復雜。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜性、高一致性、高生產(chǎn)效率和低耗率，是其它加工制造方法所不能比擬的。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用塑料與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷地擴大，越來越普遍地采用塑料成型。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的。作為注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的反映能力和速度。
注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與抽芯機構、推出機構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成。
由于模具的使用特點，決定了模具設計也區(qū)別與其它行業(yè)。模具設計要考慮的要點如下:
a．塑件的物理力學性能，如強度、剛度、韌性、彈性、吸水性以及對應力的敏感性，不同塑料品種其性能各有所長，在設計塑件時應充分發(fā)揮其性能上的優(yōu)點，避免或補償其缺點。
b．塑料的成型工藝性，如流動性、成型收縮率的各向差異等。塑件形狀應有利于成型時充模、排氣、補縮，同時能使熱塑性塑料制品達到高效、均勻冷卻或使熱固性塑料制品均勻地固化。
c．塑件結構能使模具總體結構盡可能簡化，特別是避免側向分型抽芯機構和簡化脫模結構。使模具零件符合制造工藝的要求。
對于特殊用途的制品，還要考慮其光學性能、熱學性能、電性能、耐腐蝕性能等。
目前，我國的模具制造技術已從過去只能制造簡單模具發(fā)展到可以制造大型、精密、復雜、長壽命的模具。在塑料模具方面，能設計制造汽車保險杠及整體儀表盤大型注射模。一些塑料模主要生產(chǎn)企業(yè)利用計算機輔助分析(CAE)技術對塑料注塑過程進行流動分析、冷卻分析、應力分析等，合理選擇澆口位置、尺寸、注塑工藝參數(shù)及冷卻系統(tǒng)的布置等，使模具設計方案進一步優(yōu)化，也縮短了模具設計和制造周期采用模具先進加工技術及設備，使模具制造能力大為提高。采用CAE技術，可以完全代替試模，CAE技術提供了從制品設計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術經(jīng)濟意義。某些國外電加工機床具有內(nèi)容豐富、實用可靠的工藝數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，使模具的深槽窄縫加工、微細加工、鏡面加工等效率和質(zhì)量大大提高。新的模糊控制系統(tǒng)具有加工反力的監(jiān)測和控制，提高了大面積加工的深度控制精度。電火花混粉加工技術的應用有效地提高了模具表面質(zhì)量。模具逆向工程技術、快速經(jīng)濟模具制造技術、三維掃描測量技術及數(shù)控模具雕刻機的發(fā)展與應用，對模具制造能力的提高也起到了很大作用。我國經(jīng)濟仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展；另一方面，模具制造也逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向也十分明顯。
隨著計算機技術的發(fā)展應用，模具設計與制造技術正朝著數(shù)字化方向發(fā)展。特別是模具成型零件方面的軟件等，這些技術采用計算機輔助設計，進而將數(shù)據(jù)交換到加工制造設備，實現(xiàn)計算機輔助制造，或將設計與制造連成一體實現(xiàn)設計制造一體化。
1.2 課題分析
本課題內(nèi)容是對飲水杯進行測繪及基于生產(chǎn)實踐之上對注塑模具設計。模具設計主要內(nèi)容有型腔布局、澆口形式與位置、模胚選擇、分型面的確定、冷卻系統(tǒng)設置、推出機構設置、注塑機臺選擇及注塑工藝分析等。
根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術要求，本模具采用一模兩腔布局，點澆口進料，注射機采用HTF 100XB型號，設置冷卻系統(tǒng)，CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計算分析，從而作出合理的模具設計。選擇合理的加工方法。模具方案確定后進行工藝分析。根據(jù)此方案可以達到設計的預期效果，并且大大提高了注塑模的質(zhì)量。
2 塑件分析
2.1 產(chǎn)品分析及其技術條件
在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質(zhì)量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。
本次設計內(nèi)容是一個生活中常見的飲水杯，其零件外形如圖2.1所示。具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構簡單，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
圖2.1. 產(chǎn)品3D圖
塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公差等級確定精度等級。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用MT5級精度，未注采用MT8級精度。
塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。
該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高，為Ra0.8，內(nèi)部為Ra1.2。
2.2 塑件材料的確定
塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽纾⒃诔尚凸袒蟊３制浼鹊眯螤疃话l(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質(zhì)量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能。
此產(chǎn)品壁厚均勻，PS性能優(yōu)良，成本低廉，符合需求生產(chǎn)量大的要求，容易成型，對于本課題零件相當適用，所以在這選擇其為產(chǎn)品的材料。
2.3 塑件材料的性能分析
2.3.1基本特性
PS是大多數(shù)商業(yè)用的透明的、非晶體材料。PS具有非常好的幾何穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光學透過特性、電絕緣特性以及很微小的吸濕傾向。它能夠抵抗水、稀釋的無機酸，但能夠被強氧化酸如濃硫酸所腐蝕，并且能夠在一些有機溶劑中膨脹變形。典型的收縮率在0.4～0.7%之間。是一種良好的熱塑性塑料。
2.3.2成型性能
PS吸水性極小,成型前可不予干燥。性脆易裂,熱脹系數(shù)大,容易產(chǎn)生內(nèi)應力。流動性很好,應注意模具間隙,防止出現(xiàn)飛邊。可用柱塞式或螺桿式注射機成型,為防止淌料,建議采用直通式或自鎖式噴嘴。宜用高料溫,高模溫,低注射壓力,延長注射時間,以利于降低內(nèi)應力,防止縮孔及變形。但料溫過高,容易出現(xiàn)銀絲,料溫低或脫模劑地多,則塑件透明性差。可采用各種形式的澆口,推出要求受力均勻。
注塑模工藝條件:通常不需要干燥處理。如需干燥，建議干燥條件為80℃、2～3小時。熔化溫度：180～280℃。對于阻燃型材料其上限為250℃。模具溫度：40～50℃。注射壓力：200～600bar。
2.3.3主要用途
PS在機械工業(yè)上用來制造殼體蓋、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用PS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導管等，還可用PS夾層板制小轎車車身。PS還可用來制造水表殼，紡織器材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具,產(chǎn)品包裝，家庭用品（餐具、托盤等），電氣（透明容器、光源散射器、絕緣薄膜等）。
3 成型布局及注塑機選擇
3.1 進膠方式選擇
注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。常向的澆口形式有直接澆口，點澆口點式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。
澆口的位置選擇原則：
澆口的位置與塑件的質(zhì)量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點：
（1）. 熔體在型腔內(nèi)流動時，其動能損失最小?？梢詮囊韵聨追矫婵紤]：
a)流程(包括分支流程)為最短；
b)每一股分流都能大致同時到達其最遠端；
c)應先從壁厚較厚的部位進料；
d)考慮各股分流的轉向越小越好。
（2）. 有效地排出型腔內(nèi)的氣體
由于本設計中塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用點澆口。點澆口在產(chǎn)品端面處，成形后切除澆口, 使用時澆口處被遮擋面。
3.2 型腔的布局及成型尺寸
因為本設計中采用點澆口，且塑件的尺寸小，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模兩腔，進行加工生產(chǎn)。
型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。
成型型腔尺寸依據(jù)塑件布局計算確定，需考慮成形封閉結合面大小，太大造成模具尺寸過大，成本浪費，太小易導致成型時溢料飛邊，甚至型腔變形。因模具是一模兩腔，考慮排布可得型腔布局如圖3.2所示：
圖3.2. 型腔布局
3.3 估算塑件體積質(zhì)量
本次設計中，塑件的質(zhì)量和體積采用3D測量，在UG軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的體積為28.3，PS的密度為1.05，即可以得出該塑件制品的質(zhì)量約為29.7g。
3.4 注塑機的選擇和校核
3.4.1注射膠量的計算
模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為：
式中：—型腔數(shù)量；
—單個塑件的重量（g）；
—澆注系統(tǒng)所需塑料的重量（g）。
本設計中：n=2，29.7 g =10 g，
m≥（2x29.7+10）/0.8，即m≥86.75g。
因而預選注塑機額定注塑量最少為86.75g以上。
3.4.2鎖模力的計算
選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力，不然模具分型面要分開而產(chǎn)生溢料。塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。
成型投影面積=
式中：n—型腔數(shù)目；
—單個塑件在模具分型面上的投影面積；
—澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積。
n=2 =8262 =1101
本設計中，=2x8262+1101=17625。
鎖模力和成型面積的關系根據(jù)依照以下計算公式確定：
/80%
式中：—鎖模力，kN；
—型腔壓力，MPa；
A—成型投影面積，mm2。
一般熔料經(jīng)噴嘴時其注射壓力達60～80MPa，經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時型腔壓力通常為20-40MPa，這里取30MPa。
預選注塑機額定注塑壓力計算：
×A/1000=30×17625/1000/0.8=660.95 kN (取整661 kN)
得出注塑鎖模力F鎖>661 kN。
3.4.3 注塑機選擇確定
綜合考慮以上因素，選定注射機為HTF 100XB。其相關性能符合成型方案要求，相關參數(shù)如表3.1所示：
表3.1 注塑機參數(shù)(部分)
型號參數(shù)
單位
HTF 100×B
判據(jù)
是否符合要求
螺桿直徑
mm
36
理論注射容量
cm3
124
注射重量PS
g
113
>86.75
是
注射壓力
Mpa
183
200～600
是
注射行程
mm
122
螺桿轉速
r/min
0~220
鎖模力
KN
1000
>661 kN
是
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
465×465
允許最大模具厚度
mm
520
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