电动剃须刀透盖注射模设计.docx
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电动剃须刀透盖注射模设计
摘要
毕业设计课题为剃须刀透盖注射模拟及其注射模设计。
首先,设计要求运用Pro/E软件对塑料制件进行三维造型，再运用Moldflow对制件进行注射流动模拟分析，最后在此基础上展开模具的具体设计。
本模具采用一模两腔布局，通过对制件进行MPI流动分析后确定浇口为点浇口形式，综合注塑容量、锁模力、最大注塑面积和模内压力等技术参数确定注塑机型号为国产XS-ZY-125型卧式注射成型机。
模具的特点是：
滑块在动模，斜导柱在定模，以保证顺利完成侧向抽芯。
此次毕业设计使我更为系统的掌握了所学的专业知识。
关键词：
注射模拟三维造型流动分析
Abstract
Mygraduatedesignistheinjectionsimulationanalysisandthedesignoftheinjectionmoldofthewarmer’scoping.Atfirst,thisdesignacquiresustousePro/Eforthethree-dimensionalmodelingoftheplasticworkpiece.ThenexttaskistheinjectionsimulationanalysisoftheworkpiecebyusingMoldflow.Thenwecandetermineeverydetailsofthisdesignoneafteranother.
ThemoldcavityusingamoldoftwolayoutsofpartsforMPIflowanalysisforthespotsidegateafterthegatetodeterminetheformofintegratedinjectionmoldingcapacity,clampingforce,thelargestinjection-moldpressureareaandthetechnicalparameters,suchasinjectionmoldingmachinemodeltodetermineHorizontalinjectionmoldingXS-ZY-125made.Thecharacteristicsofthemoldarethatslipperisinmovingmoldandcamfingerisinsettingtemplate,whichcanensurethecore-pullingaccomplishedverywell.
Thisgraduatedesignmakesmemastertheprofessionalknowledgemoresystematically.
Keywords:
injectionsimulationthree-dimensionalmodellingflowanalyse
目次
前言
1.概述
塑料是以树脂为主要成分的高分之有机聚合物，简称高聚物，一般相对分子质量都大于1万，有的甚至可达百万级。
在一定的温度和压力下具有可塑性，可以利用模具成型为一定几何形状和尺寸的塑料制件。
塑料的其余成分包括有增塑剂，稳定剂，增强剂，固化剂，填料及其他配合剂。
注射成型也称为注射模塑或注塑，是热塑性塑料的一种重要成型方法。
迄今为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以采用此成型方法；它的特点是生产周期短、生产效率高、易自动化，因此广泛应用于塑料制品的生产[1]。
目前，注射成型总的发展趋势是向精密、节能、自动化、薄壁化和微型化发展。
当今世界注射模具的基本格局是以日、美及欧洲各工业化国家作为世界模具技术的领头羊，占据了世界注射模具市场的半壁江山，他们拥有现代的设计方法和先进的模具制造设备，特别是近几年来这些国家把CAD/CAM/CAE系统作为模具工业发展的臂翼，其发展的趋势如日中天[2]。
2.发展情况
塑料工业是一门新兴的工业，随着石油工业的发展应运而生的。
塑料工业的发展大致分为以下几个阶段。
（1）初级阶段：
30年代以前，科学家研究成了酚醛塑脂，硝酸纤维素及醋酸纤维素的塑料，它们的工业特征仅是间歇法，小批量生产。
（2）发展阶段：
30年代，低密度聚乙烯，聚苯乙烯，和聚酰胺的热塑性塑料相继工业化，奠定了塑料工业的发展基础，为其进一步发展开辟了道路。
（3）飞跃发展段：
50年代中期到60年代末，石油工业的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料。
这一阶段，塑料的产量和品种不断增加，成型加工技术更趋完善。
（4）稳定增长阶段：
这一阶段塑料产量下降，塑料工业的特点是通过共聚，交聚，共混，复合，增强，填充和发泡等方法来改进塑料的性能。
提高产品质量。
塑料工业向着生产工艺自动化，连续化，产品系列化，以及塑料发展的新领域。
3.国外发展情况
注塑模具设计，国外先进国家（日本、德国、美国等）从20世纪80年代中期已广泛使用计算机对塑料模进行辅助设计（CAD），辅助制造（CAM），并对模具设计的各个环节进行定量计算机和数值分析（CAE），已由经验数据逐步过渡到计算机设计，对模具浇注系统和型腔的熔料流动行为以及温度调节系统的热量分布都采用了微机辅助设计[1]。
注塑制品已呈现自动化生产，对注塑成型机可以进行远距离操作或无人操作，成型机可以根据生产监测信号实时调整成型工艺条件，从而能从根本上保证塑料制品的成型质量不发生问题。
4.国内发展情况
我国注塑模具设计，仍然采用经验数据设计为主，用微机辅助设计仅是帮助分析问题。
为了缩短注塑模具设计与制造周期，再我国已逐渐应较为彻底地实施标准化。
在模具制造上采用自动化无人操作，从1996年开始每台机床每年可达8000h无人操作运转开始起步，这一成果已广为利用和大力推广。
目前，国内模具企业中已有相当多厂家引进了较高档的CAD/CAE/CAM系统，UG,Pro/Engineer等著名软件在模具工业中应用，同时，我国在开发自动注塑成型机方面已取得显著成果，对于高自动化模具的研制还需要进一步努力，以尽快实现注塑成型制品生产的高自动化。
1、设计的内容、目的和意义
1.1本课题设计内容
本次设计题目为剃须刀透盖注射模拟及注射模设计，本课题来源于广州名士须刀有限公司。
该零件的总体形状为圆形，带有螺纹，结构比较简单，表面光滑。
所用原料为ABS。
根据塑件的结构特点进行模具方案论证，并进行模具总体装配图的设计，主要成型零件的设计与计算，并完成装配图和零件图的绘制。
1.2本课题设计的要求
（1）产品为大批量生产，模具寿命为50万次，生产实现自动化。
（2）模具结构合理，装配图及零件图表达正确，标注完整。
（3）能够应用工程软件进行三维造型。
（4）翻译一篇不少于15000个英文字符的英文资料，语句通顺，翻译准确。
1.3本课题设计目的和意义
进一步加深注塑模具设计知识的认识，掌握塑料模具设计的方法和步骤，具备塑料模具设计的基本技能和运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。
了解塑料注射模具行业在国内外发展状况。
在学习了课本知识的基础上达到理论与实际相结合的升华，提高自己的独立动手能力。
2、塑料成形条件和成形特性
2.1塑料成形条件
表2-1塑料成形条件[6]
序号
项目
条件
1
塑料名称
丙烯烃—丁二烯—苯乙烯共聚物
2
缩写
ABS
3
注塑成形机类型
螺杆式
4
密度（g/cm3）
1.03~1.07
5
计算收缩率（%）
0.3~0.8
6
预热
温度（0C）
80~85
时间（h）
2~3
8
料桶温度（0C）
后段
150~170
中段
165~180
前段
180~1200
11
喷嘴温度（0C）
170~180
12
模具温度（0C）
50~80
13
注射压力（MPa）
60~100
14
15
16
17
成型时间（s）
注射时间
20~90
高压时间
0~5
冷却时间
20~120
总时间
50~220
18
螺杆转速（r/min）
30
19
适用注射机类型
螺杆、柱塞式均可
20
后处理
方法
红外线灯、烘箱
温度（0C）
70
时间（h）
2~4
2.2成形特性
ABS是由丙烯青、丁二烯、苯乙烯共聚而成的聚合物，因此ABS具有良好的成型性和综合力学性能。
它无毒、无味，易燃烧、无自熄性。
ABS具有较高的抗冲击强度，且在低温下迅速下降；有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，且易着色。
ABS几乎不受酸、碱、盐及水和无机化合物的影响，溶于酮、醛、酯、氯代烃中，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。
ABS塑料表面不可接触受冰醋酸、植物油等化学物品，否则会引起应力开裂。
此外，ABS热稳定性差，热变形温度为93℃，脆化温度为-27℃，使用温度范围为-40℃～100℃，而且ABS的耐候性也差，紫外线作用下容易氧化降解，从而会导致制件变硬变脆。
2.3无定形料
其品种牌号很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。
吸湿性
吸湿性强,含水量应小于0.3%，必须充分干燥,要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
2.5模具设计时要注意的要素
（1）浇注系统对料流阻力小。
（2）进料口处处外观不良。
（3）容易产生熔接痕。
（4）应该注意选择进料口位置、形式。
（5）顶出力过大时或机械加工时，塑件外表面易呈现“白色”痕迹（但在热
水中加热可以消失），脱模斜度宜取2°以上。
3、流动模拟分析
3.1最佳浇口位置
上图中所显示的蓝色区域为最佳浇口位置，设计中参照此分析结果，结合模具结构确定浇口位置。
3.2流动分析
Airtraps
气穴应当位于分形面或者筋骨末端，这样才容易从模腔间隙中排出，否则就要通过修改浇口位置、改变制件区域壁厚或者修改制件设计等方法改变困气的位置，以防止制件出现气泡、焦痕等相关缺陷。
由上图可知本制件气穴位置分布合理。
Frozenlayerfraction
冷凝层因子结果对流动分析很重要，它可以决定保压时间的长短。
冷凝层越厚则保压时间越短。
Temperatureatflowfront
合理的温度分布应该是均匀的，由上图可知本制件主体部分的温度分布均匀，符合要求。
Filltime
从填充时间中最容易直观得看出熔体流动是否平衡，从图中可以看出最先和最迟填充得时间相差0.5秒左右，基本可以接受。
且在制件长度方向基本同时充满，较为理想。
Pressure
压力分析结果显示了填充过程中模腔内的压力分布。
ResultsSummary
4﹑塑件的结构分析及设计方案
4.1塑件的结构分析
本设计的制件为剃须刀透盖，结构比较简单，形状对称，制件壁厚为1～2mm，表面粗糙度基本一致。
对表面粗糙度要求不高。
观察本制件结构,本制件需要有侧抽机构，但其形状并不特别复杂，且抽拔距适中。
制件结构如图：
图4-1制件
4.2精度和表面粗糙度
4.2.1塑件的尺寸精度
影响塑件尺寸精度因素十分复杂，主要有模具的制造精度、制模时由于工艺条件的变化引起成型收缩率的波动，同时由于磨损等因素会造成模具尺寸的不断变化，活动配合间隙的变化以及模制件脱模斜度都会影响塑料制件的精度。
塑件精度的确定应该合理，在满足使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。
塑件精度过高必然会增加模具的制造成本，因此是不恰当的。
关于塑件的尺寸精度和公差的国家标准GB/T14486-1993中ABS公差等级的选用如下表4-1:
表4-1塑件公差等级[22]
材料代号
材料名称
公差等级
标注公差尺寸
未注公差尺寸
高精度
一般精度
ABS
丙烯烃—丁二烯—苯乙烯
MT2
MT3
MT5
综合考虑上述因素、塑件基本尺寸以及模具的制造成本和加工，本设计塑件的尺寸精度为一般精度MT3。
4.2.2塑件表面粗糙度的确定
塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、波纹等疵点外，主要有模具表面的粗糙度决定，一般塑件的表面粗糙度值比模具表面的粗糙度值低一级。
4.3模具结构的总体方案拟定
4.3.1模具类型的选择
塑料成型方法一般分为熔体成型和固相成型两大类。
塑料的成型多是熔体成型，即把塑料加热到熔点以上，使之处于熔融态进行成型加工的一种方法。
属于这种方法的主要有注射成型，压缩成型，压注成型，挤出成型等。
本塑件所用的材料为ABS，属于热塑性材料，其主要的成型方法有注射成型，挤出成型，吹塑成型等。
但是挤出成型适合生产管材、板材、棒材、片材、电线和电缆覆层等，吹塑成型适合生产中空的薄壁件，所以这两种都不适合于本件的生产，且注射成型的生产周期短、生产效率高、模具使用寿命长、能大批量地生产形状复杂、尺寸精度高的制件。
综合考虑本塑件该选用注射成型的方法。
4.3.2分型面设计
选择分型面时应考虑以下原则：
1、分型面应便于塑料制品的脱模；
2、分型面的选择应有利于侧面分型与抽芯；
3、分型面的选择应有利于防止溢料；
4、分型面的选择应保证制品的质量；
5、分型面的选择应有利于排气；
6、分型面的选择应有利于尽量使成；
7、分型面的选择应考虑注射机的技术参数。
不论塑料制品的结构如何，采用何种设计方法都必须首先确定分型面，因为选取不同分型面就使得模具结构有所不同。
因此，模具结构很大程度上取决于分型面的选择，分型面选择的合理与否将直接影响塑料制品膜塑成型工艺，同时也影响制品质量，注射机参数，成型零件的加工工艺性等。
根据塑件结构形式，本设计分型面如图4-2所示:
图4-2
4.3.4型腔数量的确定
与多型腔模相比，一模两腔具有以下优点。
（1）塑件的形状和尺寸精度始终一致。
（2）工艺参数易于控制。
（3）模具结构简单、紧凑，设计制造、维修大为简化。
因此，根据以上特点以及制件的结构形状，本设计拟定采用一模两腔的结构。
4.3.5模具结构形式的确定
（1）方案一
浇口采用点浇口.三板式,一模一腔,靠顶杆顶出制件,而侧抽则采用机动式侧抽,冷却装置采用直流式冷却水路的形式。
（2）方案二
浇口采用直接浇口.二板式一次分型,一模一腔，靠顶杆推出制件，而侧抽则采用液压式侧抽。
（3）方案三
浇口采用点浇口。
三板式两次分型,一模两腔，靠顶杆顶出制件,另外在顶出制件前应完成对制件的侧抽芯动作。
侧抽芯采用斜导柱滑块式侧抽芯机构。
在开模时,滑块在斜导柱作用下移动抽芯,是一种常用结构。
结构简单,安全可靠,在开模时,滑块在斜导柱的作用下移动作抽芯动作,采用外连结直通式冷却水路的形式。
4.3.6模具结构的总体方案的比较
由于本制件所设计出的模具结构较为简单,制件投影面积不大，表面质量要求比较高，所以本套模具采用点浇口形式比直接浇口形式合适,因为与直接浇口相比：
点浇口的残余应力小，可防止塑件破裂、翘曲，变形；型腔内的实际压力小，点浇口去除比较方便，塑件上残留痕迹小。
综上所述，选择点浇口形式。
又由于制件体积比较小，所以模具的模腔设计采用一模两腔。
此外,在设计侧抽芯时,方案中拟定两种抽芯方式：
液压式侧抽芯﹑斜导柱滑块式侧抽芯机构。
由于在设计的制件抽拔距不大而且精度要求不是很高,又考虑经济因素，液压式侧抽芯的成本太高，所以采用液压式不适合本设计；所以本设计采用斜导柱滑块式侧抽芯机构。
4.3.7比较结果
由各项比较的比较结果,本设计采用拟定方案中的第三套方案：
采用点浇口，三板式两次分型，侧抽采用斜导柱滑块侧抽。
5﹑设备的型号及选择
5.1注射成型工艺
注射成型工艺是塑料成型的一种最常用的方法。
它将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热到流动状态，在注射机的柱塞或螺杆的推动下，以一定的流速，通过喷嘴和闭合模具的浇注系统而充满型腔，经过一定的时间的冷却定型，打开模具，从模内取出成型的塑件。
5.2注射机概述
注射机按其外形分为立式、卧式、直角式。
按塑料在料筒的塑化方式可分为柱塞式注射机和螺杆式注射机。
5.3注射机的选用
5.3.1注射机类型的选择
根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量，选择卧式螺杆注射机。
5.3.2注射机型号的确定
注塑机的型号是根据塑件的外形尺寸、质量大小及型腔的数量和排列方式来确定的。
在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，应对模具所需塑料注射量、注射压力、塑件在分型面上的投影面积、成型时需用的锁模力、模具厚度、拉杆距离、安装固定尺寸及开模行程等进行计算，这些参数都与注塑机的有关性能参数密切相关，如果两者不匹配，则模具无法安装使用。
因此，必须对两者之间有关参数进行校核，并通过校核来设计模具与选择注射机型号。
1、按照预选型腔数来选择注射机：
（1）模具所需塑料熔体注射量
式中
------一副模具所需塑料的质量或体积（g/cm3）;
-------初步选定的型腔的数量；
------单个塑件的质量或体积（g/cm3）;
------浇注系统的质量或体积（g/cm3）;
首先
是个未知值，但是流动性好的普通精度塑件，浇注系统凝料为塑件质量或体积的15%～20%。
若是流动性不太好或是精密塑件，据统计每个塑件所需浇注系统的质量或体积是制件的0.2倍到1倍，当塑料熔体黏度高，塑件越小，壁越薄，型腔越多又作平衡式布置时，浇注系统的质量或体积甚至还要大。
设计中按：
（2）塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算
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（
）
——流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（
）
——模具所需的锁模力（N）
——塑料熔体对型腔的平均压力（Mpa）
流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积
在模具设计前是未知的。
根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积
的0.2倍～0.5倍，因此可用0.35n
来估算。
成型时塑件熔体对型腔的平均压力，其大小一般是注射压力的30％～65％，型腔压力见表5－1
表5-1
塑件特点
举例
中等黏度塑件及有精度要求的塑件
35
ABS、POM等有精度要求的零件，如壳类等
用PRO/E分析得
，所以，
（3）选择注射机型号
根据上面计算得到的
和
值来选择注射机，注射机的最大注射量（额定注射量G）和额定锁模力
应满足
式中
——注射系数，无定型材料取0.85，结晶型材料取0.75。
由于ABS属于非结晶型材料，故取
，即
；
根据以上计算结果，选择注塑机型号为XS-ZY-125。
主要工艺参数如下表5-2：
表5-2XS-ZY-125注射机主要工艺参数[9]
理论注射量/g
125
移模行程/mm
300
螺杆直径/mm
42
最大模具厚度/mm
300
注射压力/Mp
119
最小模具厚度/mm
200
锁模力/KN
900
喷嘴球半径/mm
12
拉杆内间距/mm
295×185
喷嘴口孔径/mm
φ4
5.4注射机有关参数的校核
确定型腔核选择注射机之后，这种注射机是否合适，还要对该机型的其他技术参数进行校核。
5.4.1按注射机的最大注射量校核型腔数量
在选取注射机型号后，再根据注射机的性能参数（注射机的塑化速率、最大注射量及锁模力）、塑件精度等级（在模具中每增加一个型腔，塑件精度要下降4%）等来校核型腔的数量。
以下按注射机的最大注射量来校核型腔数量：
式中 K――注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；
G――注射机允许的最大注射量（g或cm3）。
∴符合要求。
5.4.2注射压力的校核
该项工作是校核所选注射机的额定压力
能满足塑件成型时所需要的注射力
，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素所决定，在生产实践中其值一般为70Mpa～150Mpa。
设计中要求
式中k’——注塑压力安全系数，一般取k’＝1.1-1.2
取k’＝1.15,
（Mpa）
∴符合要求。
5.4.3锁模力的校核
锁模力是指锁模机构对模具所施加的最大加紧力。
当高压的塑料熔体充满型腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。
因此注射机的锁模力必须大于该模的胀型力，即
式中
——型腔的平均压力，见表5－1；
——锁模力的安全系数，一般取
＝1.1～1.2。
∴符合要求。
5.4.4注射机安装模具部分相关尺寸的校核
不同型号的注射机安装部位的形状和尺寸各不相同，设计模具时应对其相关尺寸加以校核，以保证模具能顺利安装。
需校核的主要内容有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具的最大与最小厚度及安装螺钉孔等。
（1）喷嘴尺寸
注射机喷嘴头一般为球面，其球面半径R与相接触的模具主流道始端凹球面
半径R凹＝R+（1～2）mm。
（详见主流道设计）
（2）定位圈尺寸
模具安装在注射机上必须使模具中心线和料筒、喷嘴的中心线相重合，定位圈与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合（H8/e8）。
定位圈的高度，对小型模具为8mm～10mm，对大型模具为10mm～15mm。
此外，对中小型模具一般只在定模座板上设置定位圈，对大型模具可在定、动模座板上同时设置定位圈。
本设计属中小型模具，只在定模座板上设置定位圈。
（详见定位圈与浇口套设计）
（3）模具厚度
模具厚度Hm也称模具闭合高度，必须满足:
Hmin式中Hmin－注射机允许的最小闭合高度即动定模之间的最小开合距离（mm）；
Hm——模具闭合高度（mm）；
Hmax—注射机允许的最大闭合高度（mm）。
即200参见以下的设计结果,
定模底板的厚度：
25mm
定模的厚度：
45mm
动模的厚度：
50mm
支撑板的高度：
40mm
垫块的高度：
63mm
动模底板的厚度：
25mm
经计算符合要求。
（4）模具长、宽尺寸与注射机拉杆距离的关系
模具安装有两种方式，即从注射机上方直接吊入机内进行安装，或者先吊到侧面再由侧面推入机内进行安装，为安装方便，应使模具尺寸与注射机拉杆间距离（拉杆中心距――拉杆直径）小于10mm。
（5）模具与注射机的安装关系
模具的安装固定形式有压板式和螺钉式两种。
压杆式安装灵活而被广泛采用，而螺钉式需模座上的孔和模板上的孔完全吻合，安装比较麻烦，但对于大型模具的安装，这种安装安全可靠。
本设计中采用前种安装方式足以。
（6）开模行程校核
开模行程是指从模具中取出制件所需的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。
即：
Smax≥H1+H2+（5～10）
式中Smax－注射机的最大开模行程（mm）；
H1－塑件脱模所需顶出距离
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