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模具设计与制造专业毕业设计(论文)

〖来源:www.246ent.com〗
〖时间:2016年10月26日〗〖

篇一:模具设计与制造专业毕业设计(论文)

模具设计与制造专业毕业设计(论文)


1.1 引言
 现今我国模具工业呈现新的发展特点与趋势,结构调整等方面取得了不少成绩,信息社会经济全球化不断发展进程,模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量不断提高,模具向着信息化、数字化、精细化,自动化方面发展;模具企业向着技术集成化、设备精良化,产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。
随着汽车、IT电子、航空等相关行业领域高速发展,我国模具行业日新月异、高技术含量模具成为“十二五”发展重点。未来中国将重点发展高技术含量模具,模具产品向轻巧、精美、快速高效生产、低成本与高质量方向发展。
1.2 模具的发展
日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品,无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形,模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同,模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具,以及塑胶模具。随着入世后制造业中心向中国转移,模具产业有望迎来30%的增长。与IT业相比,模具专业的从业人员的价值会随着从业年限和经验的积累而不断提升,是一个真正的“永不衰退的行业”。                                                                         
1.3 本设计研究的主要内容
本人设计的这副模具是塑料成型模具,是比较常见的塑料注塑成型模具。通过本次设计,主要完成了以下工作:
1、使用PROE软件对塑料电表盒盖进行三维造型,并确定选择一模二腔的型腔布置方式。
2、进行模具设计。模具设计主要包括浇注系统的设计、冷却系统的设计、成型零部件的设计、脱模机构的设计。
3、用CAD绘制了模具的二维装配图,以及型腔、型芯、定模固定板等主要零件。
4、用Pro/E完成了模具的三维装配图。
1.4 毕业设计的意义                                                      撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施,也是提高教学质量的重要环节。可以这么说,毕业论文是结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。毕业论文是大学生才华的第一次显露,是向祖国和人民所交的一份有份量的答卷,是投身社会主义现代化建设事业的报到书。一篇毕业论文虽然不能全面地反映出一个人的才华,也不一定能对社会直接带来巨大的效益,对专业产生开拓性的影响。但它总是在一定程度上表明一个人的能力与才华,向社会展示自身的价值。撰写毕业论文在学业生涯中是一件值得留恋的事情。论文写作过程中所唤起的对科学研究的极大兴趣,所激发的对科学事业的满腔热情,以及写作中辛勤的耕耘
2 成型工艺分析
2.1 塑件形状
在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析,只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。
零件如图所示,具体尺寸详见图纸,该塑件结构简单,生产量大,要求较低的模具成本,成型容易,精度要求一般。
 
图2-1 3D视图
2.2 ABS材料分析
   ABS塑料系丁二烯—丙烯腈—苯乙烯组成的三元共聚物,俗称ABS塑料,其临界表面张力为34—38mN/cm,热变形温度为70—107℃,能够溶解ABS塑料的溶剂有酮、苯和酯类溶剂,而醇类和烃类溶剂对ABS塑料没有溶蚀作用,所以所选用的ABS专用涂料中一般应含有适量的上述溶剂和非溶剂。ABS塑料的涂料选择范围较宽,以热塑性丙烯酸酯涂料为主,还有环氧醇酸硝基漆等,以下为ABS塑料的一个专用涂料树脂实例。丙烯酸树脂组成:甲基丙烯酸甲酯40%—45%甲基丙烯酸<2%甲基丙烯酸丁酯35%—40%过氧化苯甲酰2%—5%丙烯酸羟乙酯20%偶氮二异丁腈1%—2%溶剂组成:甲苯、二甲苯50份200#溶剂汽油20份乙酸丁酯30份
 1、干燥处理:80-90度,2小时。 
2、熔化温度:200~240C。
3、模具温度:50~80C。  
4、注射压力:尽可能地使用高注射压力。    
5、注射速度:对于较小的浇口使用低速注射,对其它类型的浇口使    用高速注射。典型用途 电气和商业设备(电视、吸尘器的外壳等),器具(冰箱的内箱、容器等),空调的护珊,电话壳体等。
2.3 塑料成型工艺性能分析
1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.
2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度.
3、如需解决夹水纹,需提高材料的流动性,采取高料温、高模温,或者改变入水位等方法。
4、如成形耐热级或阻燃级材料,生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物,导致模具表面发亮,需对模具及时进行清理,同时模具表面需增加排气位置。
5.塑件壁不宜太厚,应均匀,避免有尖角和缺口
2.4 塑件尺寸精度分析
   模具的结构设计及制造精度直接影响到塑件的尺寸精度,在成型过程中,若模具的刚性不足或模腔内承受的成型压力太高,使模具产生变形,就肝造成塑件成型尺寸不稳定。
    如果模具的导柱与导套间的配合间隙由于制造精度差或磨损太多而超差,也会使塑件的成型尺寸精度下降。
塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格,在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品,反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发,只要能满足制品的使用要求,一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑,以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为ABS,流动性较好,适用于不同尺寸的制品。
塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本,在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大,所以不能按照金属零件的公差等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平,塑件尺寸公差可以参照塑件的尺寸与公差(SJ1372-1978)的塑料制件公差数值标准来确定。根据塑件的使用要求,本次产品尺寸均采用MT5级精度。
2.4.1 塑件的表面质量分析
    塑料电表盒是一个结构简单,表面要求较高的曲形塑件。产品总体长69mm,高10mm,壁厚1.5mm。所有尺寸都未标注公差,建意采用公差等级MT5。 外观要求没有缺陷、飞边、毛刺,塑料件表面是属于外观面,模具表面要求较高,抛光要好,成型特别要注意外观质量。
经过以上分析可知,只要在合理的工艺参数下注射时,成型塑件的质量跟性能都能保证。
2.4.2 塑件的表面粗糙度分析
    塑件和模具的粗糙度之间的要求是模具要高一个级别,而塑件表面粗糙度还与使用的塑件原材料有关,有些材料注塑件永远也达不到某种粗糙度要求,所以你还得考虑注塑原材料问题。
塑件的表面要求越高,表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外,主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为Ra 0.02~1.25 之间,模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2,即Ra 0.01~0.63 。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加,所以应随时给以抛光复原。
该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高许多,为Ra0.2 ,内部为0.4 。
2.5 结构工艺性分析
(1)、脱模斜度
   由于注射制品在冷却过程中产生收缩,因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模,防止因脱模力过大拉伤制品表面,与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小,不仅会使制品尺寸困难,而且易使制品表面损伤或破裂,斜度过大时,虽然脱模方便,但会影响制品尺寸精度,并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.5~1.5 ,根据文献[1],塑件材料ABS的型腔脱模斜度为0.5 ~1 50/ ,型芯脱模斜度为30/~1 。
(2)、塑件的壁厚
塑件的壁厚是最重要的结构要素,是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响,它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下,塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大,生产成本提高,更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度,使成型周期延长,另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差,在脱模、装配、使用中会发生变形,影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀,以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在1~4 ,最常用的数值为1~3 。塑料电表盒盖壁厚均匀,周边和底部壁厚均为2 左右。
(3)、塑件的圆角
为防止塑件转角处的应力集中,改善其成型加工过程中的充模特性,增加相应位置模具和塑件的力学角度,需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时,塑件的各连接角处均有半径不小于0.5~1 的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍,内圆角半径应是壁厚的0.5倍。
塑料电表盒盖表面圆角半径和内部转弯处圆角都足够大。
(4)、孔
塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔,原则上讲,这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时,会使熔体流动困难,模具加工难度增大,生产成本提高,困此在塑件上设计孔时,应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用,所以在孔成型时周围易产生熔接痕,导致孔的强度降低,故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径,孔的周边应增加壁厚,以保证塑件的强度和刚度。
                      第三章 成型设备的选择
3.1 注射机的分类
注塑机又名注射成型机或注射机。它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。分为立式、卧式、全电式。注塑机能加热塑料,对熔融塑料施加高压,使其射出而充满模具型腔。
1、按塑化方式分类
1) 柱塞式塑料注射成型机:它的混炼性很差的,塑化性也不好,要加装分流梭装置。现在已很少使用。
2) 往复式螺杆式塑料注射成型机:依靠螺杆进行塑化与注射,混炼性和塑化性都很好,现在使用最多。
3) 螺杆——柱塞式塑料注射成型机依靠螺杆进行塑化与依靠柱塞进行注射,两个过程分开来。
2、按合模方式分类
1) 机械式
2) 液压式
3) 液压——机械式
3.2 注塑机的基本结构与功能
 注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。
(1)注射系统
注射系统的作用:注射系统是注塑机最主要的组成部分之一,一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。目前应用最广泛的是螺杆式。其作用是,在注塑料机的一个循环中,能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后,在一定的压力和速度下,通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。注射结束后,对注射到模腔中的熔料保持定型。
注射系统的组成:注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。
螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置(熔胶马达)。                        (2)合模系统
合模系统的作用:合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时,在模具闭合后,供给予模具足够的锁模力,以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力,防止模具开缝,造成制品的不良现状。
合模系统的组成:合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。
(3)液压系统
液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力,并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成,其中油泵和电机是注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量,从而满足注射成型工艺各项要求。
(4)电气控制系统
电气控制系统与液压系统合理配合,可实现注射机的工艺过程要求(压力、温度、速度、时间)和各种
程序动作。主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。一般有四种控制方式,手动、半自动、全自动、调整。
(5)加热/冷却系统
加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的,注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置,安装在料筒的外部,并用热电偶分段检测。热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源;冷却系统主要是用来冷却油温,油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。另一处需要冷却的位置在料管下料口附近,防止原料在下料口熔化,导致原料不能正常下料。
(6)润滑系统
润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路,以便减少能耗和提高零件寿命,润滑可以是定期的手动润滑,也可以是自动电动润滑;
(7)安全保护与监测系统
注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成,实现电气——机械——液压的联锁保护。
监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载,以及工艺和设备故障进行监测,发现异常情况进行指示或报警。3.3 注塑机类型的选用以及相关参数的校核
3.3.1 估算塑件体积
    根据第二章中对ABS塑料的性能分析,取制件的平均密度为1.05g/cm3,平均收缩率为0.5. 在PRO/E软件中按照1:1画出三维实体图,利用PRO/E分析指令对工件进行体积的计算得图3—1的数据。及体积为 ,质量为5.98g。

                                              图3—1塑件质量属性

3.3.2 凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算
由于本次设计采用冷流道点浇口浇注系统,故凝料在分型面上的投影面积为:

 
 
                     =73.89KN
            式中: 
                     ——塑件及流道凝料在分型面上的投影面积( )
                     ——单个塑件在分型面上的投影面积( )
 ——冷流道在分型面上的投影面积( )
                     ——模具所需要的锁模力(N)
                     ——塑料熔体对型腔的平均压力(MPa)
3.3.3 注塑机型号的选择
    根据每一生产周期的注射体积和锁模力的计算值,可初选用XS-ZY-125卧式注塑机。其具体参数如下[14]:
                 注塑机最大注塑量:  
注塑压力:   
                 螺杆直径:42mm    
                 锁模力:     
注塑机拉杆间距:290mmx4260mm
                 顶出行程:100mm    
最小模厚:200mm
                 最大模厚:300mm  
模板行程:300mm   
                 注塑机定位孔直径:100 mm
喷嘴球半径:SR18
3.3.4 注射机相关参数的校核
    (1)最大注射压力的校核
    零件的原料为ABS,所需注射压力为80~120MPa,而所选注射机压力为120MPa,所以注射压力符合要求。
    (2) 最大注塑量的校核
注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积(包括流道及浇口凝料和飞边),通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%[15]。所以选用的注塑机最大注塑量应满足:

                                                  (3—1)

     式中:  ——注塑机的最大注塑量, ;
           ——塑件的体积,该产品体积为 ;
           ——浇注系统体积,该产品浇注系统体积为 ;

 

    故最大注塑量符合要求。
    (3)锁模力校核
    当高压的塑料熔体充满型腔时,会产生一个沿注射机轴向的很大推力 ,该推力应小于注射机额定的锁模力 ,或者注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象,即有:
                                                                (3—2)

                                        (3—3)


     式中 :
             ——注塑机的额定锁模力;900kN;
             ——型腔内塑胶熔体在注塑机轴向推力;
             A——塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和;
             P——型腔内塑胶熔体的压力;30Mpa;
             ——注射压力;
             K——压力损耗系数,0.2~0.4;     

 

     故锁模力符合要求。
    (4)模具与注塑机安装部分相关尺寸校核、开模行程校核将在模架确定了在进行,以保证校核的准确性。
 

                 第四章 塑料电表盒盖注塑模具的设计 
4.1 分型面的选择与排气系统的设计
4.1.1 分型面的选择
    塑料在模具型腔凝固形成塑件,为了将塑件取出来,必须将模具型腔打开,也就是必须将模具分成两部分,即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则:
   (1)分型面的选择有利于脱模:分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分,由于推出机构通常设置在动模的一侧,将型芯设置在动模部分,塑件冷却收缩后包紧型芯,使塑件留在动模,这样有利脱模[15]。如果塑件的壁厚较大,内孔较小或者有嵌件时,为了使塑件留在动模,一般应将凹模也设在动模一侧。拔模斜度小或塑件较高时,为了便于脱模,可将分型面选在塑件中间的部位,但此塑件外形有分型的痕迹。
   (2)分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。
   (3)分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。
根据零件图结合以上原则选择在工件的开口处当分型面。根据CAD设计——模具型腔功能绘制出分型面二维图如图4—1。
 
图4—1 分型面
4.1.2 排气糟的设计
    塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型腔及流道原有的空气,除此以外,塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则,被压缩的空气产生高温,会引起塑件局部碳化烧焦,或塑件产生气泡,或使塑件熔接不良引起强度下降,甚至充模不满。
    因该模具为中小型模具,且分型面适宜,可利用分型面排气,所以无需设计排气槽。  
4.2 塑件成型方案的确定
    根据塑件外形形状尺寸及其加工精度要求,此模具设计关键在于采用什么浇注系统成型,初定注塑模方案如下:
    方案一:采用侧浇口单分型面成型,方案草图如图4—2上:
 
图4—2 成型方案草图-

4.2.1 型腔数目的对比
    方案一是采用一模二腔结构,对于塑料电表盒盖,产品结构较小,采用一模两穴,生产效率不高,成型总周期会变长,浪费生产成本。
     
4.2.2 两大浇注系统的对比
(1)普通浇注系统优点:
① 模具结构简单,造价低,维护较简单。
② 易于使用,也能很好地满足某些美观需求 。
③ 在冲模过程中,对温度控制要求较低。
   (2)普通浇注系统缺点:
① 原材料浪费较大,生产成本价大。
② 产生自动化程度不高。
   (3)无流道凝料浇注系统的优点:
① 节约原材料,降低成本
② 缩短成型周期,提高机器效率。
③ 改善制品表面质量和力学性能。
④ 不必用三板式模具即可以使用点浇口。
⑤ 提高自动化程度。
⑥ 可用针阀式浇口控制浇口封冻。
⑦ 多模腔模具的注塑件质量一致。
⑧ 提高注塑制品表面美观度。
   (4)无流道凝料浇注系统的缺点:
① 模具结构复杂,造价高,维护费用高。
②  开机需要一段时间工艺才会稳定,造成开价废品较多。
③  出现熔体泄露、加热元件故障时,对产品质量和生产进度影响较大。 
    综合考虑产品性能及模具结构需要,从流道系统选择方面考虑,应该选择普通浇注系统。
4.2.3 方案的确定
    综合以上几点,结合实际生产要求,决定本次采用方案二作为设计目标。对于前面所提到得产品精度不易保证的问题,将从设计结构方面对其进行保证,使得生产的产品满足实际要求。
4.3 模具腔数的确定
根据模具的生产批次为批量生产,一模多腔能提高生产效率,降低每件产品的模具费用。根据单件的体积为 ,体积偏小,按初步选择的注射机XS-ZY-125额定的注射量为 ,完全满足一模多腔要求。根据所选的注射机工作平台尺寸,采用一模二腔模具结构。平面布局如图4—3。
 
图4—3 型腔平面布局

4.4 浇注系统的设计
浇注系统指由注射机喷嘴中喷出的塑胶进入型腔的流动通道。其作用是使塑胶熔体平稳有序地填充型腔,并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部分,以获得组织紧密的塑件。通过比较两种流道的特点,结合本次设计的实际情况,决定采用冷流道浇注系统。
4.4.1 确定浇口位置 
根据产品结构,初步在塑件的顶部做为浇口位置,并采冷流道点浇口浇注系统。                  
4.4.2 主流道的设计
 流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始,到分流道为止的塑料熔体的流动通道。
(1)、主流道的尺寸
设计中选用的注射机为XS-ZY-125卧式注塑机,其喷嘴直径为3.0 ,喷嘴球面半径为18 ,注口衬套如图4-4所示。

                                                     图4-4 浇注系统与定位环、浇口套
(2)、主流道衬套的形式
选用如图所示类型的衬套,这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。将主流道衬套和定位球设计成两个零件,然后配合固定在模板上,衬套与定模板的配合采用 。
 
图4-5 主流道衬套及其固定形式

(3)、主流道衬套的固定
 主流道衬套的固定,使用定位圈压紧固定方式。
4.4.3 分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道,分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计中由于塑件排布比较紧凑,且采用点浇口。如图所示。
 图4-6 分流道的位置
4.4.4 冷料穴的设计
主流道的末端需要设置冷料穴,储存制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降,如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量,为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。
4.5 成型零部件设计
4.5.1 型腔径向尺寸
根据塑件尺寸 和技术要求为未注尺寸公差的为5级,查《塑胶成型加工与模具》表3—3得塑件公差 ,查《塑胶成型加工与模具》表7-2得模具制造公差应为IT11级。查标准公差GB/T 0800.3—1998得模具制造公差 。

 

根据塑件尺寸 和技术要求为未注尺寸公差的为5级,查《塑胶成型加工与模具》表3—3得塑件公差 ,查《塑胶成型加工与模具》表7-2得模具制造公差应为IT11级。查标准公差GB/T 0800.3—1998得模具制造公差 。

 

因此,型腔径向尺寸分别为 。
4.5.2 型腔深度
根据塑件尺寸15mm和技术要求为未注尺寸公差的为5级,查《塑胶成型加工与模具》表3—3得塑件公差 ,查《塑胶成型加工与模具》表7-2得模具制造公差应为IT11级。查标准公差GB/T 0800.3—1998得模具制造公差 。

 

因此,型腔深度  。
4.5.3 型芯径向尺寸
根据塑件尺寸 和技术要求为未注尺寸公差的为5级,查《塑胶成型加工与模具》表3—3得塑件公差 ,查《塑胶成型加工与模具》表7-2得模具制造公差应为IT11级。查标准公差GB/T 0800.3—1998得模具制造公差 。

 

根据塑件尺寸 和技术要求为未注尺寸公差的为5级,查《塑胶成型加工与模具》表3—3得塑件公差 ,查《塑胶成型加工与模具》表7-2得模具制造公差应为IT11级。查标准公差GB/T 0800.3—1998得模具制造公差 。

 

因此,型芯径向尺寸分别为 。
4.5.4 型芯高度
根据塑件尺寸15mm 和技术要求为未注尺寸公差的为5级,查《塑胶成型加工与模具》表3—3得塑件公差 ,查《塑胶成型加工与模具》表7-2得模具制造公差应为IT11级。查标准公差GB/T 0800.3—1998得模具制造公差 。

 

因此,型腔深度  。
4.5.5 型腔的设计
在使用一模腔结构中,为了提高制造精度,以及模具制造的生产效率,简化模具结构,在进行型腔设计时,将型腔设计成镶块式结构。根据《塑料模具设计设计参考资料汇编》表6—11在进行型腔设计时,应该取型腔长140mm,宽140mm,高40mm。为了实现冷却效果,在型腔内设计一条循环水路,做为冷却水道。其结构如下图:

 
图4—5 型芯
4.5.6 型芯的设计
在使用一模两腔结构中,为了提高制造精度,以及模具制造的生产效率,简化模具结构,在进行型芯设计时,将型芯设计成镶块式结构。根据《塑料模具设计设计参考资料汇编》表6—11在进行型腔设计时,应该取型腔长140mm,宽140mm,高45.07mm。为了实现冷却效果,在型腔内设计一条循环水路,做为冷却水道。其结构如下图:
 
图4—6 型腔
4.6 模架的选用
4.6.1 模架的选择
    根据第4—3节工件的布局情况可得,模仁的外形尺寸为140x140。根据下面介绍的模架选择方法,结合图4—7,可以选出模架。
    一般模架选择原则:
   (1)模仁宽近似等于顶针板的宽度,并非绝对相等,可大可小,具体视情况而定。
   (2)模仁长度比回针最小间距小20mm-30mm。
   (3)顶针板的宽度一般近似等于模具架宽的三分之二左右,标准模架中顶针板的
大小同模架大小已确定好。
   (4)后模框底厚度一般等于模架长度的十分之一,尽量不应小于这一数值(比如:模架长600mm,则后模框底厚度为(60mm-70mm) 注意最小值不应小于20mm-30mm.
   (5)前模框底厚度一般可以定为A板厚度的三分之一(比如A板厚度100MM,则
前模框底厚度可取30mm左右) 通常比后模框底厚度小些。注意最小值也
不应小于20mm-30mm。

   图4—7 模架与模仁的关系图
根据以上原则,结合自己设计的工件外形,已知设计要求,应用CAD中的燕秀工具箱,选择龙记模胚厂生产的DCI—2325系列模架。模架各板得厚度:1)A板尺寸 A板上定模板是固定在成型机射嘴侧的,A板厚度选取60 mm。2)B板尺寸 B板是动模板又有充当弹簧固定板的作用,因此B板的厚度取60 mm。3)C板尺寸动模板尺寸为从选定的模架中无所要的尺寸,故对C板得厚度进行相应的修改,具体尺寸为80mm。选择模具DCI—2325—A60—B60—C80。

4.6.2 模架与注射机相关参数的校核
    (1)模具与注塑机安装部分相关尺寸校核。
    模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适
              模具长×模具宽<拉杆面积
    模具闭合高度校核
              其中:Hmin————注塑机允许最小模厚=200mm
                    Hmax————注塑机允许最大模厚=300mm
                    H——————模具闭合高度=275mm
            故满足Hmax>H>Hmin。
    (2)开模行程校核
     注塑机的最大行程与模具厚度有关,故注塑机的开模行程应满足下式:

                                           (4—3)

      式中:
             ——注塑机移动模板与固定模板之间的最大距离;
             ——模具闭合厚度;
             ——塑件脱模需要的顶出距离;
             ——塑件的厚度;
             a——取出浇注系统凝料需要的距离。
    结合的校核,可以得出:选择的注射机与模架结构符合要求
4.7 导向机构的设计
4.7.1 导向机构的功用
导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分,因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置,所以必须设有导向机构,导柱安装在动模一边或定模一边均可,通常导柱设在主型腔周围。
导向机构的主要作用有:
定位:合模时维持动定模之间的一定方位,和模后保持模腔的正确形状。
导向:合模时引导动模按序闭合,防止损坏型芯,并承受一定的侧向力
承载:采用推板脱模或三板式模具结构,导柱有承受推板和定模型腔板得重载荷作用。
4.7.2 导向机构的设计
(1)导柱:带头导柱和有肩导柱两种结构形式,有的导柱开设油槽,内存润滑剂,以减少导柱导向的摩擦,小型模具和生产批量小的主要采用带头导柱,大型模具和生产批量大的模具多采用有肩导柱。此次设计的为小型模具,所以采用带头导柱,具体设计参照GB 4169.4-84。设计如图4—9与图4—10。

 
  图4—9 导柱三维图            
 
 图4—10 导柱二维图

(2)导套:直导套和带头导套两种结构形式,带头导套轴向固定容易,直导套装入模板后,应有防止被拔出的结构,具体尺寸可以参照有关国家标准。设计如图4—11与图4—12。

     
 图4—11 导套三维图                图4—12 导套二维图

4.8 温度调节系统的设计
4.8.1 温度调节系统设计原理
    在注射成型过程中,模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等,并且对生产效率起到决定性的作用,在注射过程中,冷却时间占注射成型周期的约80%,然而,由于各种塑胶的性能和成型工艺要求不同,模具温度的要求有尽相同,因此,对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本,模具温度直接影响到塑胶的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量,而模具温度的高低取决于塑胶结晶性,塑件尺寸与结构、性能要求以及其他工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。影响注射模冷却的因素很多,如塑件的形状和分型面的设计,冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置,模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度,塑件和模具间的热循环交互作用等[10]。
    1.低的模具温度可降低塑件的收缩率。
    2.模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快,可降低塑件的翘曲变形。
    3.对结晶性聚合物,提高模具温度可使塑件尺寸稳定,避免后结晶现象,但是将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷。
    4.随着结晶型聚合物的结晶度的提高,塑件的耐应力开裂性降低,因此降低模具温度是有利的,但对于高粘度的无定型聚合物,由于其耐应力开裂性与塑胶的内应力直接相关,因此提高模具温度和充模,减少补料时间是有利的。
提高模具温度可以改善塑件的表面质量。
在注射成形过程中,模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率,根据塑胶的要求,注射到模具内的塑胶温度为 左右,而从模具中取出塑件的温度约为 ,温度降低是由于模具通入冷却水,将温度带走了,普通的模具通入常温的水进行冷却,通过调节水的流量就可以调节模具的温度
因零件使用的塑胶是PE,要求模温高,若模具温度过低则会影响塑胶的流动性,增加剪切阻力,使塑件的内应力较大,甚至还出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。因此在注射开始时,为防止填充不足,充入温水或者模具加热。
总之,要做到优质、高效率生产,模具必须进行温度调节,对温度调节系统的要求:
    1.确定加热或是冷却;
    2.模温均一,塑件各部分同时冷却;
    3.采用低的模温,快速且大量通冷却水;
温度调节系统应尽量结构简单,加工容易,成本低谦。
4.8.2 模具冷却系统的设计
冷却系统的计算较为麻烦,在此只进行简单的计算,设在单位时间内塑胶熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走的热量,模具温度为 。
(1)冷却水的体积流量

                                                          (4—4)

式中   ——冷却水的体积流量,
       W——单位时间(每分钟)内注入模具中的塑料质量 ,按每分钟注射2次,

即 ;

       ——单位质量的塑料在凝固时所放出的热量,PC为 ;
       ——冷却水的密度, ;
       ——冷却水出口温度, ;
       ——冷却水进口温度, ;

 

    (2)冷却水管道直径
 为了使冷却水处于湍流状态,取d=6mm。
(3)冷却水在管道内的流速

 

大于最低流速1.66m/s,达到湍流状态。所以选择管道直径合理。
(4) 冷却管道孔壁和冷却水之间的传热模系数。
根据《塑料成型加工与模具》[9]表10-5,取 ,因此

 

(5) 冷却管道的总传热面积

                                                       (4—5)

         式中: 
                   
                  

   

(6) 模具上应开设的冷却水孔数

 

从计算结果看,因塑件中等,单位时间注射量小,所需的冷却水道也比较小,但一条冷却水管道对模具来说是不可取的。根据塑料厂的生产经验,在生产过程中型芯型腔都必须要设计小路,因为本套设计模具结构简单,模具中等,直接在型芯型腔分别设计一条循环水路即可。
4.9 模具材料选择
   (1)满足工作条件要求,具体的有:耐磨性、硬度、强韧性、疲劳断裂性、高温性能、
 耐冷热疲劳性能、耐蚀性
   (2)满足工艺性能要求,具体的有:可锻性、退火工艺性、切削加工性、氧化、脱碳敏感性、淬硬性、淬透性、淬火变形开裂倾向、可磨削性。
   (3)满足经济性要求
在给模具选材是,必须考虑经济性这一原则,尽可能地降低制造成本。因此,在满足使用性能的前提下,首先选用价格较低的,能用碳钢就不用合金钢,能用国产材料就不用进口材料。
4.10 模具的装配
    装配模具是模具制造过程中的最后阶段,装配精度直接影响到模具的质量、寿命和各部分的功能。模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系,将合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。
    在模具装配过程中,对模具的装配精度应控制在合理的范围内,模具的装配精度包括相关零件的位置精度,相关的运动精度,配合精度及接触只有当各精度要求得到保证,才能使模具的整体要求得到保证。
    塑料模的装配基准分为两种情况,一是以塑料模中和主要零件台定模,动模的型腔,型芯为装配基准。这种情况,定模各动模的导柱和导套孔先不加工,先将型腔和型芯镶块加工好,然后装入定模和动模内,将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚,动模和定模合模后用平行夹板夹紧,镗投影导柱和导套孔,最后安装动模和定模上的其它零件,另一种是已有导柱导套塑料模架的。
4.11 模具动作过程
开模时,在逼紧器的作用下,动模带动定模一起运行,定模与脱料板分型,动模继续运动进,动模与定模(分型面)分型,在成型机移动侧顶杆的作用下,顶杆顶在推杆垫板上带动顶出机构(推杆,抓料杆,斜销,复位杆等)向前运动,把制件顶出。人工或机械手把制件取出后。成型机移动侧顶杆松回,复位杆在弹簧的作用下带动推杆固定板往回运动,在确保推出机构回位之后,成型机移动侧向前运动,进行合模动作。
 

图4—13 模具装配图二维图                                                                                  结  论
本论文是关于电表盒盖注塑模具的设计,具有较强的现实意义。它除了检查我们的检索、调研能力外,更重要的是综合了大学所学的基本知识。本文在塑件工艺性、工艺方案、模具结构、模具设计及模具工作过程等方面做了详细的论述。
通过本次设计,主要完成了以下工作:
1、使用PROE软件对塑料电表盒盖进行三维造型,并确定选择一模二腔的型腔布置方式。
2、进行模具设计。模具设计主要包括浇注系统的设计、冷却系统的设计、成型零部件的设计、脱模机构的设计,滑块抽芯机构的设计。
3、用CAD绘制了模具的二维装配图,以及型腔、型芯、定模固定板等主要零件。
由于模具设计使用燕秀工具箱,对软件使用还不熟练。加上模具结构理解不是很到位,以至于设计二维装配图也许会有些不规范,然后在反复检查过程中加以改正自己错误。
致  谢
面对大学生涯中任务最繁重,工作量最大,工作过程最辛苦的毕业设计,一度冲动而又茫然。在此要特别感谢朱旭辉老师的精心指导,使我学会了综合应用所学知识,提高分析和解决实际问题的能力,为以后走上工作岗位从事实际工作奠定扎实的理论基础和实践经验。                                                                    
参考文献                                                                               [1]屈XX.塑料成型工艺与模具设计(第二版)[M] .北京:高等教育出版社,2003
[2]模具设计大典编写组.模具设计大典﹝第二卷﹞[M] .江西:江西科技出版社 2005
[3]杨XX.PRO-E/ENGINEER WILDFIRE3.0产品造型与模具设计案例精解[M].北京;高等教育出版社 2005
[4]朱XX. 基于Pro/E塑料电表盒盖注射模设计 .塑料制造,2010.08

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