香波喷嘴注塑模具设计.docx

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香波喷嘴注塑模具设计

摘要

模具工业是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的高度重视。

发达国家有“模具工业是进入富裕社会的原动力”之说，可见其重视的程度。

当今，“模具就是产品质量”，“模具就是经济效益”的观念，已被越来越多的人接受。

正是基于对中国模具发展趋势的认识和对中国模具业发展的信心，我选择了学习模具，选择了香波喷嘴注塑模具设计做为我的毕业设计。

本设计首先根据给定的实物分析其结构合理性，然后进行测绘，完成实体图和二维图。

其次，根据完成的实体图进行模具设计，在进行模具设计时，根据塑件的形状并结合手册循序渐进的进行模具设计。

这次模具设计是对以前所学知识的一次实践。

由于我没有实践经验所以很多东西都要依靠手册。

包括数据的选取和工艺性的确定。

模具设计包括浇注系统、冷却系统及动、定个部分的结构的设计。

在设计时要使用到AUTOCAD2004和Pro/ENGINEER，这些计算机辅助设计软件对于提高设计的速度和质量很有帮助，这也是当今模具行业发展的选择。

在近三个月的设计中，为了更好地完成任务，期间还到工厂进行了实习，参观了塑料模具的生产加工过程，这加强了我们的感性认识，更有利于我们完成模具设计。

关键词：

注塑模；模具设计；结构设计；Pro/E。

Abstract

Themoldindustryisthefoundationindustryofthenationaleconomy,receiveshighlytakesfromthegovernmentandtheenterprise.Thedevelopedcountryhasthesayingthat"themoldindustryisenterstheaffluentsocietythedrivingforce",obviouslyittakesthedegree.Now,theideaof"themoldisthequalityofproduct","themoldistheeconomicefficiency",hasbeenacceptedbymoreandmoremanypeople.

PreciselybasedontheunderstandingofChinesemolddevelopmenttendencyandtheconfidenceofChinesemoldindustrydevelopmentconfidence,Ihavechosenstudyingthemolddesign,andchosethemolddesignofshampoospraynozzletocastasmygraduationproject.

Firstanalyzeitsstructurerationalityactsaccordingtothematerialobjectwhichassignstointhisdesign,thencarriesonthemapping,completestheentitychartandthetwodimensionalplot.

Next,carriesonthemolddesign,accordingtotheentitychartwhichwascompleted.Whencarriesonthemolddesigns,accordingtomodelstheshapeparallelconnectiontogatherthehandbooktoproceedinanorderlywaycarriesonthemolddesign.ThismolddesignwasapracticefortheknowledgeImasteredbefore.VerymanythingsallmustdependuponthehandbookbecauseIdonothavetheexperience,includingthedataselectionandtechnologicaldetermination.Themolddesignincludingpoursthesystem,thecoolingsystemandmoves,decidesapartialstructurethedesign.UsingPRO/ENGINEER2001andAutoCAD2000canimprovethequantityandefficiencyofmolddesign.Thissoftwarealsoisthemoldprofessiondevelopmentchoicenow.

Inordertocompletethetaskwell,wehavearrivedthefactoryandcarriedonthepracticeduringthethreemonth’sdesign,visitedtheplasticmoldproductionprocessingprocess.Thesestrengthenedourperceptualknowledge,weremoreadvantageoustoustocompletethemolddesign.

Keywords:

molddesign;injectionmold;configurationdesign;Pro/E.

香波喷嘴注塑模具设计

Themolddesignoftheshampoospraynozzlecasts

1文献综述

1.1塑料模现状及发展趋势

1.1.1我国塑料模的现状

模具工业是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的高度重视。

发达国家有“模具工业是进入富裕社会的原动力”之说，可见其重视的程度，当今，“模具就是产品质量”，“模具就是经济效益”的观念，已被越来越多的人接受。

我国塑料模的发展极其迅速，30年已走过国外90年的历程，现已具相当规模。

塑料模的设计技术、制造技术、CAD技术、CAPP（ComputerAidedProgramedProcedure/ProcessPlanning）技术已有相应的涉猎和开发应用，我国在塑料模设计技术和塑料模制造技术上与发达国家的地区的差距参见表1-1和表1-2。

专用模具钢品种少、规格不全，质量不稳定，且供应渠道不畅。

塑料模以45钢为主要材料的状况，短时间内难以改变。

表1-1塑料模设计技术和制造技术（1995年）

技术名称

发达国家

中国

美国

日本

德国

香港

台湾

大陆

CAD应用

75%

70%

50%

40%

5%～10%

CAE应用

50%

40%

30%

1%～5%

FLOW软件

普及

70%

50%

开始起步

COOL软件

普及

70%

50%

开始起步

RHD方法

已编入CAD/CAE分析软件

已有或开始应用

LMD方法

已进入商品化

已有理论著作发表

SPD方法

已进入商品化

在电子和精密机械有应用

表1-2塑料模加工技术（1995年）

加工技术

发达国家

中国大陆

CAD及NCP

加工周期缩短60%

已在部分工厂开始研究

4轴及5轴

模具成本降低30%

已列入“八五”技改项目

NCP软件

生产效率提高60%

模具标准零件及标准模架

已普及并以实现了商品化

有国家标准，系列化，商品化不够

热流道及热管技术

大量使用，已形成了系列和标准

70年代开始研究，迄今尚无标准

专用模具钢材（H13/P20）

根据塑料模的不同类型，专用钢已系列化

已列入“八五”国家研制计划

1.1.2塑料模的制造特点

（1）型腔及型芯呈立体型面

塑料的外形和内部形状直接由型腔和型芯直接成型。

型腔、型芯的形状是塑料件的复映。

这些复杂的立体表面加工难度大，特别是型腔的盲孔型内成型表面加工，采用通用机床加工时，不仅要求工人技术等级高，辅助夹具、刀具多，而且加工周期长。

（2）精度要求高

型腔、型芯尺寸精度一般为IT8～9，精密塑料模具的型芯型腔尺寸精度为IT6～7级，另外机构的尺寸也要求非常准确，以使运动可靠。

所以要求模具制造，尽量采用高精度的制造手段和测量手段。

（3）表面质量要求高

型腔、型芯的表面粗糙度一般为Ra0.2～0.1，有镜面要求的表面粗糙度为Ra0.05一下，为达到粗糙度要求，型腔、型芯表面经精加工后必须经过严格的研磨、抛光。

目前多数采用手工研磨和抛光，其手工加工的比例约占整副模具加工量的40%左右，精密型模具，由于多为镶拼式结构，手工加工量约占10%左右。

为了提高模具的使用寿命，成型零件还需进行淬火。

因此成型研磨、电加工等精密加工占的比例比较大。

（4）对刀具的性能要求越来越高

由于模具的性能材料不断提高，模具加工刀具也相应提高，常用一些优越性能的刀具材料和改进的刀具设计，另外为了提高加工效率，也对刀具进行重新改进，以适应模具加工快节奏的要求。

（5）工艺流程长、制造时间紧

注射模的成型部分是由定模、动模、滑块等部件组成，而定模、动模又是若干零件的组合。

为了保证相互间的形状和位置精度，需要采取配制的方法进行加工。

工种多、工序多、工艺流程长。

由于注射模关系到产品的更新换代以及推向市场的速度，一般给予模具的制造时间比较短，所以，模具制造时间紧，所以，要求模具制造尽量减少手工操作，并采用自动化技术，发展快速制模技术。

（6）模具制造一般属于但减少批生产方式

1.1.3塑料模发展趋势

1．注塑模CAD的实用化

随着人类社会的进步和高技术不断发展，世界各国对塑料模设计技术给予了高度重视和关注，不惜投入重金进行研究和开发，塑料模Mold-Flow或C-Flow软件和塑料模Mold-Cool或C-Cool软件等已经商品化，注射模CAD正向实用化阶段迈进。

　　　目前，美国PSP公司的IMES专家系统，能帮助模具设计人员用专家的知识解决注射模的质量问题。

德国IKV研究所的CADMOULD系统，可用于注射模的流动、冷却分析、力学性能校核。

澳大利亚MOLDFLOW公司的注射模CAE软件MF，具有流动模拟、冷却分析、翘曲变形和应力分析功能。

2．挤塑模CAD的开发

挤塑模设计与制造，发达国家已广泛地应用了CAD/CAM技术，尤其是CAE的应用，极大地提高了挤塑模设计水平和可靠性。

我国向此发展，势在必行。

根据国家“八五”重点科技攻关项目“注射模CAD/CAM/CAE集成系统”开发中的成功经验及技术实力，国家“九五”重点科技攻关项目“挤塑模CAD/CAM/CAE集成系统”课题，正在拟议与讨论之中。

预计该课题将面临一下难题：

（1）挤塑模中倒流锥截面变化不规则问题。

为此，必须强化CAD部分的三维曲面造型功能。

（2）CAE分析的结果显示问题。

要求它是一个实用、开放的数据库系统，但由于塑料熔体的弹性行为，迄今尚无行之有效的三维形变理论能予以准确描述。

为此，该部分必然是大量的经验公式和数据的收集、归纳及整理工作，是一项艰巨、复杂、系统性很强的庞大工程。

（3）须建立3轴至5轴数控铣和2轴至4轴的线切割模块，为此，在CAM部分需开发适用于挤塑模制造工艺规程的计算机辅助变成软件。

（4）在统计分析的基础上，确定注射模加工系统与挤塑模加工系统在CAD/CAM方面的共同点与不同点，从而确定应去除注射模加工系统中哪些功能，增加哪些适用于挤塑模加工的功能。

3.塑料模专用材料研究和开发

在“八五”期间，国家已经组织了抚钢、太钢、齐钢、舞阳、长城和本溪钢铁厂等单位，研究和开发塑料模专用系列钢。

无疑，这一开发与研究工作，必将继续扩大和完善。

大致可分为以下五类：

（1）基本型。

如55钢，使用硬度小于20HRC，切削加工性能好，但模具表面粗糙度差，使用寿命短，但已被预硬钢所代替．

（2）预硬化型。

这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素的低合金钢，淬透性高，加工性能好，调质后的使用硬度为25～35HRC,属最大的通用型塑料模具钢，如美国的P20钢．

（3）时效硬化型．这类钢是在中、低碳钢中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素，耐磨性和腐蚀性优于预硬钢，经过时效处理后，硬度可高达40～50HRC．这类钢的典型牌号，如美国的P21、日本的NAK55等，多用于复杂、精密塑料模具，或大批量生产的长寿命模具。

（4）热处理硬化型。

这类塑料模具钢如美国的D2、日本的PD613、PD555等，模具表面能达很高的镜面，并可进行表面强化处理。

这类钢制造的模具，精加工后进行淬火、回火处理，使用硬度可达５０～６０HRC。

（5）马氏体时效钢和粉末冶金模具钢。

对于要求更高耐磨性、耐腐蚀性、高韧性、超镜面的高级塑料模，可采用马氏体时效钢或粉末冶金模具钢。

这类钢如美国的PS、日本的HAP和ASP钢，均是采用粉末冶金法制造的模具钢。

1.2Pro/Engineer2001软件概述

Pro/ENGINEER是一套可以灵活配置的软件包，可供从关键的超大型部件设计人员等"临时"桌面用户到制造工程师使用。

这样，用户就可以轻松地把单一的生产效率解决方案升级为一套能够满足整个开发过程需求的集成系统--无论何时何地，只要用户希望在生产效率上投资并希望加快公司的投资回报即可。

　　Pro/ENGINEER2001为用户带来一种简化的新体验，其中包括直接建模技术、以及额外提供的一体化曲面造型功能、专门设计的新模块和大量增强功能，使得产品开发过程更简单、快捷。

　　Pro/ENGINEER2001基于PTCGraniteOne，GraniteOne包括一系列新技术，这些技术用来建立和表示基于特征的模型，在不同CAD工具之间相关联地转换原始文件、提供方便的存取数据方式。

GraniteOne取代了第一代简单的几何核心组件，为互操作能力定义了一个新内核。

Pro/ENGINEER2001具有突破性的创新技术，包括直接建模、处理几何体、交互地在屏幕上直观创建和修改特征。

直接建模概念简单易学，并且进一步加快了产品的开发过程。

利用直接建模，Pro/ENGINEER用户只需用点击鼠标、在屏幕上拖拽产品特征、即刻改变或编辑模型，就可以建立特征。

这一直观的工作流，把鼠标移动和菜单导航一般操作减少了40%之多。

Pro/ENGINEER2001另一个重要特色是交互式曲面设计。

以Pro/ENGINEER著名的相关性为支撑的参数化实体建模与自由形式美学设计的这种无缝结合，为用户提供了一个高性能设计环境，这是靠松散地集成各种应用程序所无法比拟的。

Pro/ENGINEER新的曲面造型能力，实现了工程和设计的最终集成。

随著产品设计中高度程式化的、有机模型变得日益重要，CAD系统必须将设计和工程结合，以便产品设计人员能够在当今市场上进行有效地竞争。

　　Pro/ENGINEER2001同时提供了重要的快速创新能力，诸如根据"表现"用户需求的特征，牢牢锁定设计目标的能力。

此外，在生产应用方面，这一版本也非常先进，包括对工具和模具加工的高速铣削支持，以及在特殊铣削过程中生产力的提高。

　　能给产品改进过程带来好处的Pro/ENGINEER2001的其它增强功能包括：

继承特征技术，使用户能够简单快捷地创建并根据需要相关联地更新其产品的过程和设计变型；零件比较技术，根据PTC获得专利的形状索引功能构建，对两个相似零件之间的几何差异，提供即时图形反馈；草绘2D实体技术，能够在图形视图中与模型的几何体相关联；随著设计图中的修改而相应改变；把相关联能力扩大到图形的2D草图绘制中；规格驱动式管道系统布置技术，在布线过程中，始终符合预先定义的标准，并且具有自动附件选择和管线变化延伸的能力。

2香波喷嘴的结构设计

2.1塑件分析

香波喷嘴作为一种生活用品，广泛的应用于各种沐浴露和洗发水，其通用性好，使用方便。

由于其使用的次数较多，要求其具有一定的强度和韧度。

同时作为一种产品，对美观性一定的要求，其外部形状要求美观，线条流畅美观，看起来比较舒适。

2.2塑件材料的选择

塑料的选择主要考虑材料成型后的强度以及注塑过程中塑料的流动性。

ABS在工业上应用很广泛，工业上很多塑料结构件都使用ABS，如鼠标、显示器、仪表盘等外壳都使用ABS，ABS能满足强度要求，并且注塑性能也相当好。

所以该香波喷嘴可以选用ABS。

2.2.1ABS的性能和成型特点

ABS是由丙烯晴、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。

这三种组分的各自特征，使ABS具有良好的综合力学性能。

丙烯晴使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧。

苯乙烯使它具有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒、无味，成微黄色，成型的塑料件有较好的光泽，密度为1.02～1.05g/cm3，熔融温度为217～237oC，热分解温度为250oC以上，无毒、无味、不透明。

ABS具有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。

有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电器性能。

水、无机盐、酸、碱类对ABS几乎无影响，在酮、醛、脂、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化熔胀。

ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。

ABS有一定的尺寸稳定性，易于成型加工。

经过调色可配成任何颜色。

其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70oC左右，热变形温度为93oC左右。

耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。

根据ABS中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。

根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。

主要用途：

ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏柜和冰箱衬里等。

汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。

ABS还可以用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。

表2-1ABS质量指标参数

性能指标

超高冲击型

高强度冲击型

低冲击型

耐热型

密度（g/cm3）

1.05

1.07

1.02

1.06～1.08

吸水率（%）

0.3

0.2

热变形温度（度）

（0.46Mpa压力下）

（1.86Mpa压力下）

78～85

104～116

96～110

线膨胀（x10-5/oC）

10.0

7.0

8.6～9.9

6.8～8.2

燃烧性（>12.7㎜,㎜/s）

0.55

拉伸强度（MPa）

21～28

53～56

拉伸弹性模量（GPa）

1.8

2.9

0.7～1.8

2.5

弯曲强度（MPa）

25～46

弯曲弹性模量（GPa）

1.8

3.0

1.2～2.0

2.5～2.6

压缩强度（MPa）

18～39

硬度（洛氏R）

100

121

62～86

108～116

冲击强度（KJ/m2）

（带缺口，23oC）

（带缺口，0oC）

（带缺口，-40oC）

6.0

27～49

21～32

8.1～18.9

16～32

11～13

1.6～5.4

介电强度（KV/㎜）

15.1～15.7

14.2～15.7

体积电阻率（Ωm）

1014

1011

介电常数（60Hz）

2.4～5.0

3.7

2.7～3.5

介电损耗角正切（60Hz）

0.003～0.008

0.011～0.073

0.034

性能指标

超高冲击型

高强度冲击型

低冲击型

耐热型

耐电弧性（S）

50～85

70～80

成型特点：

ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大，应取2oC以上；ABS宜吸水，含水量小于0.3%，成型加工前应进行干燥处理，要求表面光泽的塑料应要求长时间预热干燥，需在70～80oC预热4小时以上；流动性中等，溢边料0.04㎜左右，模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小，浇口处外观不良，已发生熔接痕，应注意选择浇口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。

宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗击型树脂，料温更易取高），料温对物性影响极大，料温过高宜分解（分解温度为250oC左右）要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60oC，要求塑件光泽和耐热时应控制在60～80oC。

注射压力比聚苯乙烯高。

一般用柱塞式注射机时料温为180～230oC左右，注射压力为100～140Mpa，螺式注射机则取160～220oC，70～100MPa。

2.3塑料制件的结构工艺性

2.3.1脱模斜度

为了便于塑料件从模腔中脱出，防止在脱模过程中出现由于脱模阻力过大，塑件被顶裂、变形和擦伤，塑件废品率增加、质量下降的现象。

在平行于脱模方向的塑件表面上，必须设有一定的斜度，此斜度称为脱模斜度。

斜度与塑料的种类和塑件的高度有关，并且为了使塑件留在凸模或凹模上，塑件内表面和外表面的的斜度值也有差异，塑件高度不大时，通常小于3㎜可以不设脱模斜度，对于高度小于3㎜的结构都不设脱模斜度。

ABS塑件外表面的脱模斜度一般为40′～1o20′，外表面为35′～1o。

所以，取内外表面的脱模斜度为1o。

2.3.2尺寸公差和精度

塑件的尺寸精度是指所获得的塑件与产品图纸中尺寸的符合程度。

即所获得塑件尺寸的准确度。

影响塑件尺寸精度的因素很多，首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是模具的收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具结构形状等。

因此，塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。

由《塑料模设计手册》可查得，ABS建议采用的精度为高精度3级，一般精度4级，低精度5级。

考虑到香波喷嘴的使用对精度的要求不太高，所以各个地方均选择5级精度。

2.3.3表面粗糙度

塑件间的表面粗糙度一般取Ra0.8～0.2um之间，在设计时应考虑到下盖的美观性，同时兼顾经济性要求。

为满足美观性要求，塑件的外表面要求比较光滑，取Ra0.4um；为了降低成本，内表面可以取稍大的表面粗糙值，取Ra0.6um。

2.3.4壁厚

塑件的壁厚是重要的结构要素，是设计时必须考虑的问题之一。

塑件壁太薄，刚度差，在脱模、使用、装配中会发生变形，影响塑件的使用和装配的准确性，塑件壁太薄，还会造成模腔通道狭窄、流动阻力大。

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