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江蘇財經(jīng)職業(yè)技術學院 綜合畢業(yè)實踐說明書 論文 標題 基于 UG的小型圓柱齒輪注塑模設計 系 別 機械與電子工程系 專 業(yè) 模具設計與制造專業(yè) 學 號 0911103222 姓 名 蘇如敏 指導教師 陳青云 II 2012 年 6 月 20 日 摘 要 注塑成型是塑件生產(chǎn)最常用的方法之一 本設計通過注塑模具產(chǎn)品 利用實體模 型測量產(chǎn)品的尺寸 對實體進行建模 并對塑件的材料和塑件結(jié)構進行分析 并對塑 件的模具進行設計 包括塑件成品的設計 工藝參數(shù)的分析與計算 工作部分的設計 模具結(jié)構的設計和加工方案的制定 確定塑件的最佳澆注位置 并通過實際情況進行 調(diào)整 從而得到對實際生產(chǎn)來說最合理的澆注位置 在確定模具型腔數(shù)目后 分析產(chǎn) 品的氣穴 熔接痕 充填時間 充填結(jié)束時的體積溫度 流動前沿處的溫度 速度 時 間轉(zhuǎn)換點壓力 充填結(jié)束時的壓力 注射位置處壓力等 可確定注塑模具的合理性 最后本運用 UG4 0 及其 EMX4 1 模塊來完成模具整體設計工作 關鍵詞 模具設計 UG4 0 目 錄 引 言 1 第一章 設計任務與流程 2 1 1 畢業(yè)設計任務 2 1 注塑模具設計的流程 2 第二章 塑件成品 注塑模具設計與構型 4 2 1 概述 4 2 2 模具設計環(huán)境和應用軟件 4 2 2 1 UG4 0 4 2 2 2 AutoCAD 5 2 3 零件的三維圖和二維工程圖建模 5 2 3 1 零件的立體圖建模 5 2 3 2 零件的二維工程圖繪制 6 2 4 塑件的基本數(shù)據(jù) 6 2 4 1 塑件塑料品種的確定 6 2 4 2 塑件材質(zhì) 7 2 4 3 塑件結(jié)構分析 9 2 4 4 塑件體積與質(zhì)量 9 2 4 5 塑件圖及其尺寸公差 10 2 4 6 分型面及排氣形式的確定 10 2 4 7 型腔數(shù)的確定與型腔的分布 11 第三章 分析設計與計算 11 3 1 澆注系統(tǒng)的設計 11 3 1 1 主流道設計 11 3 1 2 冷料穴設計 12 3 2 成型方案 13 3 2 1 成型部分的設計 13 3 2 2 成型零部件結(jié)構設計 15 3 2 3 成型零部件工作尺寸計算 16 3 2 4 型腔壁厚和底板厚度的計算 17 3 3 導向機構設計 19 3 3 1 合模導向機構 19 3 4 脫模機構設計 21 3 4 1 脫模力計算 21 3 4 2 推桿脫模機構設計 21 3 5 冷卻系統(tǒng)的計算 23 3 6 模架形式及規(guī)格 24 3 7 設備的選擇與校核 25 3 7 1 注塑機的選擇 25 3 7 2 校核 25 3 7 3 其他 28 3 8 模具裝配圖與零件圖的繪制 28 結(jié) 論 29 參 考 文 獻 30 謝 辭 31 附 圖 32 UG4 0 建模 36 1 基于 UG 的小型圓柱齒輪注塑模設計 引言 模具產(chǎn)品是工業(yè)產(chǎn)品制造的基礎 模具技術已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的 重要標志之一 隨著科學技術的不斷發(fā)展和社會的高速發(fā)展 產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快 注塑模具設計也隨著科技發(fā)展明顯縮短生產(chǎn)周期 用一系列軟件對注塑模具進行分析 設計 大大縮短了生產(chǎn)周期 本設計在注塑模具成型工藝飛速發(fā)展的時代條件下 用 UG4 0 軟件進行建模 用 CAD 軟件進行工程圖的繪制 多種軟件交替進行 為注塑模具設計帶來了極大方便 同 時使設計更為合理精確 更是大大縮短了注塑模具的設計周期 同時節(jié)約了成本 本說明書為機械塑料注射模具設計說明書 是根據(jù)塑料模具手冊上的設計過程及 相關工藝編寫的 本說明書的內(nèi)容包括 目錄 設計指導書 設計說明書 參考文獻 等 編寫本說明書時 力求符合設計步驟 詳細說明了塑料注射模具設計方法 以及 各種參數(shù)的具體計算方法 如塑件的成型工藝 塑料脫模機構的設計 大學三年的?？茖W習即將結(jié)束 設計是其中最后一個環(huán)節(jié) 是對以前所學的知識 及所掌握的技能的綜合運用和檢驗 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展 采用模具的生產(chǎn)技術 得到愈來愈廣泛的應用 在完成大學四年的課程學習和課程 生產(chǎn)實習 我熟練地掌 握了機械制圖 機械設計 機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識 對機械制造 加工的工藝有了一個系統(tǒng) 全面的理解 達到了學習的目的 本說明書在編寫過程中 得到老師和同學的大力支持和熱情幫助 在此謹表謝意 雖然在設計中得到了指導老師的用心指導 但由于本人水平有限 而且缺乏經(jīng)驗 設 計中不妥之處在所難免 肯請各位老師指正 2 1 設計任務與流程 1 1 設計任務 設計題目 圓柱齒輪注塑模具設計 塑件實物為圓柱齒輪 該零件要求具有一定 的強度和剛度 其中塑件上的圓形孔與其他零件有配合要求 內(nèi)壁有粗糙度要求 同 時塑件下表面及上表面也應平整光滑 設計要求 1 繪制該塑件的工程圖 確定塑件所用塑料品種 2 為滿足大批量自動化生產(chǎn)的需要 為該塑件設計注塑模具 1 2 圓柱齒輪的注塑模具設計的流程 基本內(nèi)容 塑件設計 工藝性分析 確定收縮率和分型面 澆道系統(tǒng)設計 冷卻系統(tǒng) 模具 結(jié)構件設計 注射設備選擇 繪制模具設計圖紙 1 塑件設計 利用軟件 UG4 0 進行塑件的立體建模 再在軟件 AutoCAD 中完成塑件尺 寸及公差等技術要求的標注 并輸出工程圖 2 注塑設備選擇 確定塑件的型腔數(shù) 并計算塑件的投影面積 通過注射量的校核 注射力的校核 鎖模力的校核 安裝部分的尺寸校核 開模行程的校核 頂出裝置 的校核 結(jié)合注塑設備的資料確定注塑設備的型號 3 確定收縮率和分型面 首先由塑件性能的要求等 確定塑件的塑料 通過查資料確 定塑件的收縮率 根據(jù)線圈骨架的工藝及結(jié)構特點 確定具體的分型面 大致應為 球面軸套的孔中心線所在平面 4 模架 通過塑件的大小及型腔數(shù) 澆注系統(tǒng) 導向部件 推出機構 調(diào)溫系統(tǒng)等的 初步估算 確定使用模架的型號 5 澆注系統(tǒng)設計 本塑件使用的是冷流道澆注系統(tǒng) 在澆注系統(tǒng)設計中 包括流道的 設計 噴嘴的選擇 主流道襯套的選擇等 還必須研究一模四腔澆注系統(tǒng)的平衡性 設計 6 成型零件 確定型腔數(shù)和分型面 對模腔和模芯進行結(jié)構設計 計算成型部件的工 作尺寸 7 頂出機構的設計 根據(jù)開關座的結(jié)構特點 設計頂出機構 8 冷卻系統(tǒng)的設計 3 9 零部件加工工藝制定 結(jié)合現(xiàn)代加工手段 利用數(shù)控 CNC 電火花 線切割等方法 制定最符合經(jīng)濟效益的加工工藝 10 完成整套模具的二維工程圖的繪制 2 塑件成品 注塑模具設計與構型 2 1 概述 注塑件的模具設計是注塑制品加工工序中必不可少的一個步驟 但不同的模具公 司 不同的設計人員 采用不同的CAD軟件進行模具輔助設計 都有自己的一套設計過 程 本設計先用UG4 0進行實體建模 然后經(jīng)過一系列的設計最后用CAD軟件完成制圖 2 2 模具設計環(huán)境和應用軟件 2 2 1 UG4 0 UG4 0 是一個優(yōu)秀的 CAD CAE CAM 軟件 在模具的設計與制造領域 UG4 0 較早地 在廣東深圳 東莞 廣州以及華東一帶得到廣泛應用 由于它的應用 可以大大縮短 模具設計與制造周期 提高模具質(zhì)量 降低生產(chǎn)成本 2 2 2 AutoCAD AutoCAD 是著名的工程圖畫圖軟件 用以繪制二維工程圖 2 3 零件的三維圖和二維工程圖建模 2 3 1 零件的立體圖建模 利用 UG4 0 分析所給零件的外形和尺寸 利用 UG4 0 的建模方法 根據(jù)線圈骨架 的形狀和使用特點進行建模 如圖 2 1 2 2 所示 4 圖 2 1 圓柱齒輪立體圖 圖 2 2 圓柱齒輪立體圖 2 3 2 零件的二維工程圖繪制 工程圖是在設計的最后用作指導生產(chǎn)的三視圖圖樣 工程圖圖樣的制作可以說是 正式將零件或裝配模型的設計歸檔的過程 其正確與否 直接影響到生產(chǎn)部門的生產(chǎn) 5 制作 2 4 塑件的基本數(shù)據(jù) 2 4 1 塑件塑料品種的確定 本設計中塑件實物為不透明制件 根據(jù)塑件的使用要求 確定所用塑料應是聚 甲醛 POM 2 4 2 塑件材質(zhì) 名稱 POM 中文學名 聚甲醛 POM 的外觀為淡黃色右白色半透明右不特定明的粉料或料料 硬而質(zhì)密 與象牙 相似 制品表面光滑并有光澤 成型收縮率高達 3 5 POM 的透氣性小 公為 PE 的幾 分之一 1 POM 的力學性能 POM 具有較高的拉伸模量 這樣使其有較好的剛性和硬度 POM 既具有剛性又具有較高的耐磨性 在工程塑料中是很寶貴的 2 POM 具有較高的耐磨性 對于經(jīng)受長期滑動的部件較為適用 另外 POM 的表面硬 度與鋁合金接近 動態(tài)摩擦時具有自潤滑作用 無噪聲 3 POM 的熱學性能 POM 具有較高的熱變形溫度 它屬于熱敏性聚合物 在成型溫度 下的熱穩(wěn)定性差 易分解 一般造粒時加入 0 1 雙氰胺和 0 5 抗氧劑 2246 作為穩(wěn) 定劑 4 POM 的化學性能 POM 具有能耐許多種有機溶劑的功能 對油脂類 汽油 潤滑油 有較好的穩(wěn)定性 5 POM 的電性能 POM 的電絕緣性能較好 它的電性能在較寬的頻率和溫度范圍內(nèi)變 化很小 溫度對其也沒有顯著的影響 但當長期在室外的紫外線下使用時 它的拉 伸強度和沖擊強度下降 表面甚至會導致粉化 這使得它的電性能比其它塑料稍差 一些 6 POM 耐電弧性極好 而且能在高溫下保持 它的介電常數(shù)與厚度有關 厚度 0 127mm 時是 82 7KV mm 厚度為 1 88mm 時為 23 6KV mm 7 POM 的環(huán)境性能 POM 的耐溶劑性良好 它可以耐烴類 醇類 醛類 醚類 汽油 潤滑油及弱堿 而且可以在高溫下保持相當?shù)幕瘜W穩(wěn)定性 POM 不耐強酸和氧化劑 對稀酸及弱酸有一定的穩(wěn)定性 6 8 POM 的應用 針對 POM 的性能 這種塑料在各行各業(yè)得到廣泛的應用 機械工業(yè)中 對于強度大 耐磨 耐疲勞 沖擊高的一些零件如齒輪 軸承 滑輪 凸輪 帶輪 螺栓等零件的制造生產(chǎn) 汽車工業(yè)中利用比強度高的優(yōu)點 用來生產(chǎn)制造一些水箱 冷門 散熱器箱蓋 風扇 控制桿 開頭 齒輪等 電子電器行業(yè)利用其介電強度 高 介電損耗角正切值小 耐電弧高的優(yōu)點 生產(chǎn)制造電扳手外殼 電動工具外殼 開關手頂 電視機等的外殼 注塑是 POM 塑料最重要的成型方法 可以采用柱塞式注塑機 螺桿式注塑機 后 者更適用于形狀復雜制件 大型制品成型 如 表 2 1 所示 表 2 1 螺桿式注塑機的工藝參數(shù)表 注 塑機類 型 噴 嘴形式 噴嘴溫 度 料筒溫度 前段 中段 后端螺 桿式 普 通 170 180 170 190 180 200 170 190 模 具溫度 注 射壓力 MPa 保壓力 MPa 注射時間 s 90 100 80 120 30 50 2 5 保 壓時間 s 冷 卻時間 s 成型周 期 s 螺桿轉(zhuǎn)速 r min 1 20 90 20 60 50 160 20 40 2 4 3 塑件結(jié)構分析 通過觀察測量可知該塑件為類似對稱結(jié)構 2 4 4 塑件體積與質(zhì)量 取 POM 的密度為 1 39g cm3 由 UG4 0 可算出塑件的體積和質(zhì)量 5 如圖 2 4 7 則可計算零件的體積為 4 594710974579cm3V塑 零件質(zhì)量為 6 38664825466481gM塑 圖 2 3 UG4 0 計算 2 4 5 塑件圖及其尺寸公差 標注尺寸在繪制圖紙中是非常重要的一步 傳統(tǒng)的模具設計需要計算成型零件的 加工尺寸 模具型芯和型腔的加工尺寸可以通過公式 計算基本尺寸 S 1 L 塑 件模 具 指塑件的平均收縮率 而在使用 UG4 0 進行模具設計的過程中 塑件已經(jīng)定義了其收 縮率 取 3 5 則不需要通過繁瑣的計算而直接可以標注出成型零部件的基本尺寸 但尺寸標注還有一個公差的問題 這是無法從軟件自動導出的 需要設計者設定 由于塑料收縮率范圍和穩(wěn)定性各有差異 首先必須合理化確定不同塑料成形塑件的尺 寸公差 即由收縮率范圍較大或收縮率穩(wěn)定性較差塑料成形塑件的尺寸公差應取得大 一些 否則就會出現(xiàn)大量尺寸超差的廢品 為此 各國對塑料件的尺寸公差制訂了國 家標準和行業(yè)標準 中國也曾制訂了部級專業(yè)標準 但大都無相應的模具型腔的尺寸 公差 德國國家標準中專門制訂了塑件尺寸公差的 DIN16901 標準及相應的模具型腔尺 寸公差的 DIN16749 標準 此標準在世界上具有較大的影響 因而可供塑料模具行業(yè)參 考 由于本人沒能收集到這個標準 則就按照慣例考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件 模具制造公差取 指塑件的尺寸公差 4 3 z 本套模具的裝配圖和非標準件零件圖如附圖所示 塑件大致的尺寸 長 寬 高 為 30 30 15 mm 大多數(shù)尺寸的公差為 或1 0 更大 對于小于 的尺寸的地方就要注意 由于精度比較高 建模時就應該沿減料方1 0 向適當加大基本尺寸或者增加脫模斜度以便試模后可以修改達到合乎要求的尺寸精度 2 4 6 分型面及排氣形式的確定 8 模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面 是動模和定模的分 界面 注塑模具有一個分型面也有多個分型面 分型面應盡可能簡單 以便于塑件的 脫模和模具的制造 同時分型面的位置應位于塑件的斷面輪廓最大處 分型面還應考 慮型腔排氣順利 確保塑件質(zhì)量 無損塑件外觀等因素 6 分型面設計應遵循以下原則 分型面的方向盡量采用與注塑機開模方向垂直的方向 1 分型面一般開設在產(chǎn)品的最大截面處 2 盡量使塑件留在動模一側(cè) 3 有利于保證塑件的尺寸精度和外觀質(zhì)量等 4 有利于成型零件的加工與制造 由于本設計塑件采用單分型面 而單分型面無外乎以下三種結(jié)構情況 1 型腔完全在動模一側(cè) 2 型腔完全在定模一側(cè) 3 型腔各有一部分在動定模 根據(jù)塑件的結(jié)構特點 依照設計原則 本設計的注塑模具分型面各有一部分在動 定模 即第三種形式 排氣方式的確定 由于塑件較小 排氣量小 因此采用分型面及推桿和推桿孔間 的間隙排氣 2 4 7 型腔數(shù)的確定與型腔的分布 1 型腔數(shù)的確定 注塑模具型腔數(shù)的確定與現(xiàn)有注塑機的規(guī)格 所要求的塑件質(zhì)量 塑件的幾何形狀 塑件成本及交貨期等因素有關 針對本設計的塑件 由于尺寸精度和重復精度要求不高 且工件尺寸較小 為使結(jié) 構簡單 采用一模四腔 2 型腔的布置 型腔的排列涉及模具尺寸 澆注系統(tǒng)平衡 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計及模具在開合模 時的受力平衡等問題 因此在設計中應根據(jù)各方面的情況進行綜合考慮 在本設計中 由于采用一模四腔 著重考慮模具在開合模時的受力平衡和澆注系統(tǒng)的平衡 因而型 腔對稱方式布置 9 3 分析設計與計算 3 1 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注塑機噴嘴流向型腔的通道 澆注系統(tǒng)設計是注塑模具設 計中的重要問題之一 在設計澆注系統(tǒng)時應考慮塑料成型特性 塑件形狀及大小 塑 件外觀 模具成型塑件的型腔數(shù) 冷料 成型效率 注射機安裝模板大小等因素 對 澆注系統(tǒng)的設計要求有 1 對模腔的填充迅速有序 2 盡可能同時充滿各個型腔 3 對熱力和壓力損失較小 4 極可能消耗較少的塑料 5 能夠使型腔順利排氣 6 不會使冷料進入型腔 7 澆注痕跡對塑件外觀影響很小 8 澆注系統(tǒng)凝料容易與塑件分離火切除 澆注系統(tǒng)一般由主流道 分流道 澆口 冷料井四部分組成 7 10 3 1 1 主流道設計 由于該塑件擬用臥式注塑機 因此主流道為錐形流道 由于主流道要與高溫的塑 料熔體和噴嘴反復地接觸和碰撞 容易損壞 所以模具的主流道通常宜設計成可拆卸 與更換的襯套結(jié)構 這樣更可以使主流道穿過模具結(jié)構中的兩塊模板結(jié)合處溢料造成 主流道凝料脫出的困難 澆口套設計如 圖 3 1 所示 圖 3 1 澆口套 經(jīng)過設計參數(shù)如下 1 主流道小端直徑 d 是與注塑機噴嘴相配合的 其徑向尺寸應大于噴嘴孔 徑 0 5 1mm 即 d 注塑機噴嘴直徑 0 5 1 mm 以便當主流道與噴嘴同軸度 有偏差時主流道凝料易從定模側(cè)脫出 由最后設計可知注塑機噴嘴直徑取 2 5 故 d 3 0 2 4 本設計取錐度 為 3 2 球面半徑應比噴嘴球面半徑大 1 2mm 以保證注射過程中噴嘴與模具緊 密接觸 防止熔體流入因兩球面配合誤差形成的間隙中 妨礙主流道凝料的脫 出 3 主流道長度 L 可根據(jù)定模板座的厚度來確定 一般 60mm 取 L 35 定位環(huán)設計 為了節(jié)省材料 定位環(huán)與主流道襯套分開設計 其外徑 D 與注塑機的定位孔之間 11 采用較松配合 如 圖 3 2 所示 圖 3 2 主流套襯套 3 1 2 冷料穴設計 冷料穴一般設在主流道正對面的動模板上 當分流道較長且到澆注口有拐角時 也開設分流道冷料穴 冷料穴的作用是捕集料流前鋒的 冷料 防止 冷料 進入型 腔而影響塑件質(zhì)量 開模時又能將主流道的凝料拉出 冷料穴的直徑與主流道大端直 徑相同或略大一點 長度約為直徑的 1 1 5 倍 本設計采用的為點澆口 所以直接用錐形拉推桿即可以了 如圖 3 3 所示 12 圖 3 3 錐形拉推桿 3 2 成型方案 從生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率方面考慮 確定成型的方案 該產(chǎn)品的成型方案采用一模 四腔 對稱式布置 澆注形式采用冷流道 澆口為點澆口 分流道為圓形 主流道為 圓錐形 3 2 1 成型部分的設計 成型塑件外表面或上表面的零件稱凹?；蛐颓?凹模按結(jié)構形式可分為整體式 整體嵌入式 局部鑲嵌式 組合式等 成型塑件內(nèi)表面或下表面的零件稱凸?；蛐托?型芯按復雜程度和結(jié)構形式大致 有整體式型芯和組合式型芯 本設計塑件結(jié)構簡單 成型用的型芯型腔結(jié)構較簡單 可用數(shù)控機床直接加工 為節(jié)約成本和保證精度 本設計采用整體嵌入式 其立體圖如附圖所示 其凹凸模結(jié) 構如下圖 3 4 圖 3 5 所示 13 圖 3 4 凹模 圖 3 5 凸模 14 3 2 2 成型零部件結(jié)構設計 工作尺寸的計算有型腔與型芯的徑向尺寸 型腔與型芯的高度尺寸 中心距尺寸 等的計算 在計算時 必須根據(jù)塑件的尺寸和精度要求來確定相應的成型零件的尺寸 和精度等級 塑件中方形孔與其他零件有一定的配合要求 其精度為 MT3 其余尺寸 無配合要求 精度要求不高 故取塑件的均為 MT5 級 由于塑件的所有尺寸要求都沒 有達到高精度要求 因此 所有工作尺寸按平均收縮率法計算 PA 的平均收縮率 SCP S max Smin 2 2 0 5 0 2 3 5 取 3 5 為 塑件的尺寸公差 生產(chǎn)實踐證明 成型零件的制造公差 z 約為塑件總公差的取 1 3 1 4 因此在確定成型零件工作尺寸公差值時 可取塑件公差值的 1 3 1 4 或取 IT7 IT8 級作為模具的制造公差 10 3 2 3 成型零部件工作尺寸計算 型腔尺寸計算 LM L 1 SCP x 0 z 30 1 0 035 0 75 0 56 0 0 56 3 30 630 0 19mm 塑件尺寸較小 系數(shù) 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 型芯尺寸計算 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計算 1 型腔壁厚計算 塑料模具型腔應具有足夠的強度和剛度 因為它們在注塑成型過程中受到塑料成 型熔體的高壓作用 如果型腔側(cè)壁和支撐厚度過小 可能因強度不夠而產(chǎn)生塑性變形 甚至破壞 也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形 導致溢料和出現(xiàn)飛邊 降低塑件尺寸 精度并影響順利脫模 對于小尺寸型腔 因在發(fā)生大的彈性變形之前 其應力往往已 經(jīng)超過了材料的許用應力 所以應以強度計算為主 在不知道分界尺寸時 應分別按 照強度條件和剛度條件對型腔尺寸進行計算 其大值為型腔的壁厚尺寸 根據(jù)本設計的成型零件的結(jié)構 用組合式圓形型腔側(cè)壁計算公式 按強度計算 PH1l2 2HS2 PH1b 2HS 式中 S 型腔側(cè)壁厚度 P 型腔最大壓力 取 P 40MPa H 型腔側(cè)壁總高 H1 型腔深度 H1 H 0 73 l 型腔長度 l 30mm b 型腔寬度 b 30mm 允許變形量 0 05mm 代入數(shù)值 解得 S 25mm 按剛度計算 PH1l4 32FHS3 16 式中 符號意義同上 其余 E 彈性模量 E 2 06X10 5MPa 模具材料 的許用應力 158MPa 代入數(shù)值解得 S 18mm 取兩個計算結(jié)果的最大值為型腔的壁厚尺寸 故 S 25mm 2 底板厚度的計算 按剛度計算 5Pbl4 32ET3 式中 T 為型腔底板或凸模支撐板厚度 B 2S b 75mm 其余同上 代入數(shù)值得 T 25mm 按強度計算 3Pbl3 4BT2 代入數(shù)值得 T 20mm 取兩個計算結(jié)果的最大值為型腔底板或凸模支撐板厚度 T 25mm 3 3 導向機構設計 3 3 1 合模導向機構 合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式 本設計采用導柱導向 導柱 導向機構的主要零件是導柱和導套 1 導柱 導柱結(jié)構和技術要求 11 a 長度 導柱導向部分的長度應比凸模部分高出 8 12mm 以免出現(xiàn)導柱未導正方 向而型芯先進入型腔 b 形狀 導柱前端應做成錐臺形或半球形 以使導柱順利的進入導向孔 錐形頭 高度取與相鄰圓柱直徑的 1 3 前端還應倒角 c 材料 導柱應具有硬而耐磨的表面 堅韌而不易折斷的內(nèi)芯 因此多采用 20 鋼 經(jīng)滲碳淬火處理 硬度為 50 55HRC 導柱固定部分表面粗糙度 Ra 為 0 8 m 導向部分表面粗糙度 Ra 為 0 8 0 4 m d 數(shù)量及布置 導柱應合理均布在模具分型面的四周 導柱中心至模具邊緣應有 足夠的距離 以保證模具強度 導柱中心到模具邊緣距離通常為導柱直徑的 1 1 5 倍 17 e 配合精度 導柱固定端與模板之間一般采用 H7 m6 或 H7 k6 導柱的導向部分 通常采用 H7 f7 或 H8 f7 的間隙配合 所選導柱為帶頭導柱 結(jié)構及其尺寸如下如圖 3 6 3 7 所示 圖 3 6 導柱 圖 3 7 導柱 2 導套 本設計選用帶頭導套 為了方便導套壓入模板同時便于導柱進入導套 在導套端 面內(nèi)外倒圓角 R 模具導向孔為通孔 導套內(nèi)孔與導柱之間為間隙配合 H7 f7 外表面與模板孔為較緊的過渡配合 H8 f7 其前端設長為 3mm 的引導部分 按間隙配合 H8 e7 制造 其粗糙度內(nèi)外表面均 為 Ra1 6 m 導套的材料為為 20 鋼 采用滲碳淬火處理 導套的結(jié)構及其尺寸如下圖 3 7 3 8 所示 18 圖 3 7 導套 圖 3 8 導套 3 4 脫模機構設計 3 4 1 脫模力計算 脫模力 Qe 有兩部分組成 即 Qe Qc Qb 式中 Qc 為制件對型芯包緊的脫模阻力 N Qb 為使封閉殼體脫模需克服的真空吸 力 N Qb 0 1A b 0 1 4 4 6 4 2 816N 這里 0 1 的單位為 MPa A b為型芯的橫截面積 mm2 比例系數(shù) cp t 3 44 0 75 4 587 在脫模力計算中 將 cp t 1 5 視為厚壁制件 其中 t 為制件壁厚 cp 為型芯 19 的平均半徑 t 0 8mm 對于矩形型芯 cp l b 6 4 4 4 4 587mm 脫模阻力 Qc 2 l b E hK f 1 K cos 式中 E 塑料的拉伸彈性模量 查表 PA 的取值為 E 2 103MPa 塑料的平均成型收縮率 查表得 0 020 h 型芯脫模方向高度 mm h 15 525mm l b 圓柱型芯的斷面兩邊邊長 mm l 20 7mm b 15 525mm 塑料的泊松比 查表得 0 3 型芯的脫模斜度 取 0 Kf 脫模斜度修正系數(shù) 其計算式為 Kf fcos sin 1 fsin cos 0 4 f 制品與鋼材之間的靜摩擦因數(shù) 查表得 f 0 4 K 壁厚之間的計算系數(shù) 計算式為 K 2 2 sin 2 cos 3 0 代入數(shù)值 得 Qc 125 4N 脫模力 Qe Qc Qb 125 4 2 8 128 2N 3 4 2 推桿脫模機構設計 推桿是推出機構中最簡單最常見的一種形式 本設計將推桿設計成直桿式圓柱形推桿 常用直徑為 1 5 25mm 本設計取直徑為 3mm 高度不大于 600mm 推桿與推桿孔之間的配合段用 H7 f7 材料選用 T8A 頭部局 部淬火 配合表面粗糙度 Ra 為 0 8 m 12 在推桿裝入模具后推桿的長度應能使推桿的端部高于型腔平面 0 05 0 1mm 推桿結(jié)構如下圖 3 9 所示 20 圖 3 9 推桿 復位桿的設計 在推桿脫模機構中用復位桿復位是最常見的 復位桿對稱布置 取 4 根 均布于 推桿固定板四周 位于型腔和澆注系統(tǒng)之外 復位桿端面低于模板平面 0 05mm 與復 位桿頭部接觸的定模板應淬火 復位桿的結(jié)構及相關尺寸設計如下圖 3 10 所示 21 圖 3 10 復位桿 3 5 冷卻系統(tǒng)的計算 本塑件在注塑成型時不要求有太高的模溫 因而在模具上可不設加熱系統(tǒng) 是否 需要冷卻系統(tǒng)可作如下計算 13 塑件的產(chǎn)量為 0 3 kg h 查表得單位質(zhì)量的 PA 在成型溫度下的單位熱流量 Q 為 8 0 x102 kJ kg 塑件固化時每小時釋放的熱量 WQ 0 3 8 0 x102 120kJ h 求冷卻水的體積流量 qv qv WQ C2 T3 T4 式中 q v 冷卻介質(zhì)的體積流量 m 3 min 冷 卻 介 質(zhì) 的 密 度 kg min 1x103kg min T3 冷 卻 介 質(zhì) 的 出 口 溫度 T 3 30 T4 冷 卻 介 質(zhì) 的 入 口 溫度 T 4 25 22 C2 冷卻介質(zhì)的比熱容 kJ kg C 2 4 2 kJ kg 代入數(shù)值得 q v 1x10 4 m3 min 選取來冷卻水管直徑為 8mm 3 6 模架形式及規(guī)格 根據(jù)模具的總體結(jié)構 定模板 水口推板 A 板 B 板 頂針面板 頂針底板 墊 塊 動模板 采用推桿脫模機構 而模架的大小是由模芯的大小來確定的 模芯的布置如圖 3 11 所示 模芯的大小 是 120 120mm 選取模架大小為 300 320mm 圖 3 11 型芯的布置 定模板 動模板 墊塊厚度的確定 定模板的厚度根據(jù)定模鑲塊的厚度及標準模架的規(guī)格確定 為 35mm 動模板的厚度根據(jù)動模鑲塊的厚度及支撐板強度計算的要求和標準模架的規(guī)格確 定 為 25mm 墊塊厚度根據(jù)推出距離 20mm 頂針面板厚度 15mm 頂針底板厚度 20mm 及標準模架的規(guī)格確定 為 80mm 其他零件的尺寸按標準模架選用 23 綜上所述 所選模架為 C1 30X32 Z1 GB T 12556 1990 結(jié)構如圖 3 12 所示 14 15 圖 3 12 模架 3 7 設備的選擇與校核 3 7 1 注塑機的選擇 根據(jù)塑件測繪所得的數(shù)據(jù)計算出塑件的體積約為 4 59471cm3 根據(jù)模具結(jié)構圖計 算出澆注系統(tǒng)的體積約為 5 86 cm3 因此一次所需注塑量約為 6 0 cm3 考慮注塑機注塑系數(shù) 0 85 注塑機的注塑量應大于 6 0 cm3 初步擬定為 SZ 30 60 注塑機的主要技術參數(shù)見下表 3 1 所示 8 表 3 1 注塑機主要技術參數(shù)表 注塑機型號 XS Z 30 XS Z 60 理論注塑量 cm 3 30 60 注射壓力 MPa 119 122 24 鎖模力 KN 250 500 合模形式 液壓 機械 液壓 機械 移模行程 mm 160 180 最大成型面積 mm 2 90 130 最大模具厚度 mm 180 200 最小模具厚度 mm 60 70 定位孔直徑 mm 63 5 55 噴嘴球半徑 mm 12 12 噴嘴孔半徑 mm 4 0 4 0 3 7 2 校核 1 注塑壓力的校核 注塑壓力 P 應滿足 P k P0 式中 k 安全系數(shù) 常取 k 1 25 1 4 P0 塑料成型時所需注塑壓力 對 ABS 常取 60 100 MPa 由于所用塑料尺寸較小 取注塑壓力為 90 MPa 在安全系數(shù)取 k 1 4 P k P0 代入數(shù)值有 119 112 符合要求 2 鎖模力的校核 鎖模力 F 應滿足要求 F k 0 A p 式中 k 0 鎖模力安全系數(shù) 一般取 k0 1 1 1 2 A 塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 約為 1 2cm3 p 型 腔 的 平 均 壓 力 對 該 模 具 取 30MPa 經(jīng)計算所需鎖模力為 4 3KN 小于注塑機的鎖模力 符合要求 模具與注塑機裝模部位相關尺寸的校核 25 噴嘴尺寸 主流道小端直徑 d1大于注塑機噴嘴直徑 取 d1 d 0 5 3 0mm 澆口套球面半徑 R2應比噴嘴球面半徑 R1大 1 2mm 取 R2 R1 2 14mm 定位圈尺寸 注塑機定位孔為 100mm 定 位 圈 外 徑 直 徑 與 注 塑 機 的 定 位 孔 制 件 取 較 松 配 合 取 98 如 圖 3 13 所 示 0 2 圖 3 13 定位圈 最大模板厚度 Hmax與最小模板厚度 Hmin 模具厚度應滿足 Hmax H H max 式中 H max 180mm H min 60mm 由于模具總高 Hm 80mm 符合要求 1 開模行程的校核 取出塑件所需的開模行程 H 為 26 H H1 H2 20 15 35mm 式中 H1 塑件脫模距離 H2 塑件高度 包括澆注系統(tǒng)在內(nèi) 斜抽的距離 H S 1 2 tga 2 5 1 5 tg16 13 95mm斜 S 斜抽的距離 H 開模的行程斜 上面兩種進行比較取大值 開模行程 H 35mm 由于所用注塑機為液壓式 故開模行程 SK應滿足 SK H 5 10mm 模具高度 H 35mm S K 160mm 符合要求 3 7 3 其他 模具的結(jié)構 尺寸確定以后 還應確定模具材料 由于使用標準模架 材料的選 用主要針對澆口套 成型零件等 16 3 8 模具裝配圖與零件圖的繪制 模具裝配圖用來表達模具整體結(jié)構 外形尺寸 模具各零件間的裝配關系 是指 導模具裝配 檢驗 維修等工作條件的技術文件 零件圖實在裝配圖的基礎上繪制的 它是零件制造與檢驗的依據(jù) 模具總裝配圖如圖 3 14 所示 27 圖 3 14 模具總裝配圖 28 結(jié) 論 塑料工業(yè)是當今世界上最快的工業(yè)門類之一 對于我國而言 它在整個國民經(jīng)濟 的各個部門中發(fā)揮了越來越大的作用 本設計首先確定了塑件的澆注質(zhì)量 其次介紹了注塑件的一般設計原則 從實際 來看 幾乎所有的注塑件都遵循這些原則 在做好注塑成型的準備工作之后 接著介 紹了模具設計的內(nèi)容 冷流道注塑模具無外乎包括四大系統(tǒng) 澆注系統(tǒng) 溫度調(diào)節(jié)系 統(tǒng) 頂出系統(tǒng)和機構系統(tǒng) 在澆注系統(tǒng)的設計中根據(jù)經(jīng)驗公式取流道橫截面形狀 確 定澆口尺寸 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)說明了設計的一般步驟 確定冷卻時間 計算體積流量等 頂出系統(tǒng)著重說明了推桿的布置和結(jié)構 然后 利用 EMX4 1 進行注塑模具的整體設 計和建模 做完這些工作之后 該模具的設計到此結(jié)束 在設計的過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗公式有不一致的地方 不同公式的計算結(jié)果有的相差很 大 特別是在溫度調(diào)節(jié)與脫模力的計算這兩塊 單分型面注射模是最為簡單和常見的一種結(jié)構形式 約占全部注射模具的 70 左右 但目前傳統(tǒng)冷流道模具設計還是以經(jīng)驗為主 很難對注射各參量進行嚴密的數(shù)學建模 因為各參量相互影響 關系復雜 我們大學生對于塑料工業(yè)的認識還是很膚淺的 但是通過這次塑料模具課程設計 讓我們更多的了解有關塑料模具設計的基本知識 更進一步掌握了一些關于塑料模具 設計的步驟和方法 對塑料模有了一個更高的認識 這對我們在今后的生產(chǎn)實踐工作 中無疑是個很好的幫助 也間接性的為今后的工作經(jīng)驗有了一定的積累 29 參 考 文 獻 1 劉朝儒 彭福蔭 高政 機械制圖 北京 高等教育出版社 2001 2 孫波 機械專業(yè)畢業(yè)設計寶典 西安 西安電子科技大學出版社 2008 3 孫玲 塑料成型工藝與模具設計 北京 清華大學出版社 2008 4 葛正浩 UG4 0 注塑模具設計實例教程 北京 化學工業(yè)出版社 2007 5 吳生緒 塑料成型模具設計手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2008 6 李力 崔江紅 肖慶和 胡紀云 塑料成型模具設計與制造 北京 國防工業(yè) 出版社 2007 7 齊衛(wèi)東 簡明塑料模具設計手冊 北京 北京理工大學出版社 2004 8 錢萍 朱紅建 朱理 CAE 技術在柜機風柵注塑模具設計中的應用 機械制造 2010 4 17 19 9 甘永立 幾何量公差與檢測 上海 上?？茖W技術出版社 2008 10 李奇 朱江峰 模具設計與制造 北京 人民郵電出版社 2006 11 鄧明 實用模具設計簡明手冊 北京 機械工業(yè)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 宋滿倉 注塑模具設計 北京 電子工業(yè)出版社 2010 14 楊占堯 白柳 塑料模具典型結(jié)構 北京 化學工業(yè)出版社 2008 15 葉偉昌 機械工程及自動化簡明設計手冊 上冊 北京 機械工業(yè)出版社 2007 1 謝詞 時間如白駒過隙 大學生活就這樣伴隨著設計的結(jié)束接近了尾聲 設計是我們大 學學習的總結(jié)與驗證 通過本次設計我收獲了很多 鞏固了以前所學習的知識 更讓 我知道了自己身上還存在很多不足 需要在今后的學習工作中去彌補 這也是我今后 努力的方向和動力 在本次設計中我首先要感謝我的指導老師陳青云 沒有陳老師的精心指導和嚴格 要求 我不會有今天的成果 陳老師身上的奉獻精神時刻鞭策著我 是我學習的榜樣 同時我還要感謝陪伴我的每一位老師們和同學 是你們陪我度過了一個又一個春 春夏秋冬 是你們在我人生迷茫的時候給我?guī)椭?因為有了你們我的人生才充滿了精 彩 坎坷的道路也因你們的存在而不再艱辛 相信有了你們的陪伴我會在人生的道路 走的更好 最后再次真誠的感謝那些給過我?guī)椭娜藗?2 附 圖 UG4 0 建模 附圖 1 圓柱齒輪立體圖 附圖 2 圓柱齒輪立體圖 3 附圖 3 凹模立體圖 附圖 4 凸模立體圖 4 附圖 5 斜抽立體圖 附圖 6 鏟雞立體圖