轮毂的注塑模设计毕业设计论文.docx
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轮毂的注塑模设计毕业设计论文
河南职业技术学院
毕业设计(论文)
题目轮毂的注塑模设计
河南职业技术学院机械电子工程系(分院)
毕业设计(论文)任务书
姓名
专业
模具设计与制造
班级
毕业设计(论文)
题目
轮毂的注塑模设计
毕业设计(论文)选题的目的与意义
通过轮毂的注塑模具设计,增强了我的综合分析能力和应用能力,掌握了分析塑料成型工艺和注射模结构设计的基本技能,了解了塑料成型过程中的主要特性,提高了应用基本知识解决生产实际问题的综合能力。
毕业设计(论文)的资料收集情况(含指定参考资料)
1、史铁梁:
《模具设计指导》,机械工业出版社,2003年8月;
2、阎亚林:
《塑料模具图册》,高等教育出版社,2009年12月;
3、屈华昌:
《塑料成型工艺与模具设计》,高等教育出版社,2006年7月;
4、孙凤勤、阎亚林《冲压与塑压成型设备》,高等教育出版社,2003年12月;
5、何冰强、高汉华:
《塑料模具设计指导与资料汇编》,大连理工大学出版社,2009年7月。
毕业设计(论文)工作进度计划
2010年11月4号开题;
2010年12月15日前完成题目分析,资料收集列出提纲;
2011年3月1日前完成初稿,指导教师审查;
2011年3月31日前完成修改定稿打印;
2011年4月1日正式提交论文。
接受任务日期2010年11月04日
要求完成日期2011年04月01日
学生签名:
年月日
指导教师签名:
年月日
系(分院)
主任(院长)签名:
年月日
毕业设计(论文)指导教师评阅意见表
姓名
学号
性别
专业
模具设计与制造
班级
毕业设计(论文)
题目
轮毂的注塑模设计
评
阅
意
见
成绩
指导教师签字
年月日
毕业设计(论文)答辩意见表
姓名
学号
性别
专业
模具设计与制造
班级
毕业设计(论文)
题目
轮毂的注塑模设计
答辩时间
地点
答辩
小组
成员
姓名
职称
学历
从事专业
组长
成员
秘书
答
辩
小
组
意
见
答辩成绩:
答辩小组组长签名:
年月日
轮毂的注塑模设计
摘要:
模具是工业生产中的重要工艺装备,模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。
塑料模具是指用于成型塑料制作的模具,它是型腔模的一种类型,其模具型腔由凹模和凸模所组成。
在塑料成型生产中,先进的模具设计、高质量的模具制造、优质的模具材料、合理的加工工艺和现代的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。
关键词:
型腔模塑料成型模具设计加工工艺
一、设计任务书
轮毂的技术要求是:
1、未注公差按MT5级;2、一模四件。
成品图如下图所示
二、塑件的结构工艺性分析
(一)、塑件原材料的成型特性分析
黑色ABS是聚苯乙烯的改性产品,是目前产量最大,应用最大的工程塑料。
黑色ABS是不透明非结晶性聚合物,无毒、无味,密度1.02—1.05g/cm3。
黑色ABS具有突出的力学性能,坚固、坚韧、坚硬;具有一定的化学稳定性和良好的介电性能;具有较好的尺寸稳定性,易于成型和机械加工。
成型塑件表面有较好的光泽,经过调色可配成任何颜色,表面可镀鉻。
其缺点是耐热性差,连续工作温度为70℃左右,热变形温度为93℃左右,但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯尼龙等都高;耐候性差,在紫外线作用下易变硬发脆。
黑色ABS可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等多种成型加工方法。
黑色ABS的成型性能如下:
易吸水,成型加工前应进行干燥处理,表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥;
1、流动性中等,溢边值为0.04mm左右;
2、比热容低,塑化效率高,凝固也快,故成型周期短;
3、表面黏度对剪切速率的依赖性很强,因此模具设计中大都采用点浇口形式;
4、顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹,脱模斜度宜取2°以上;
5、易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力;
6、宜采用高料温、高模温、高注射压力成型。
在要求塑件精度高时,模具温度可控制在50~60℃;而在强调塑件光泽和耐热时,模具温度应控制在60~80℃。
(二)、塑件的结构工艺性分析
1、塑件的尺寸精度分析
图上均为未标注公差的自由尺寸,依据图中要求按MT5级查取公差,塑件主要尺寸的公差如下表所示
部位
尺寸
尺寸公差
部位
尺寸
尺寸公差
外形尺寸
Ø21
±0.22
内形尺寸
Ø4
±0.12
Ø20
±0.22
4
±0.12
6
±0.12
3.5
±0.12
内形尺寸
Ø16
±0.19
1.6
±0.10
Ø14
±0.16
0.8
±0.10
Ø12
±0.16
2.5
±0.10
Ø10
±0.14
0.5
±0.10
Ø8
±0.12
2、塑件的表面质量分析
对该塑件表面没有特殊要求。
一般情况下,外表面要求光洁,表面粗糙度Ra可以取0.8μm;没有特殊要求的塑件内部表面粗糙度可以取3.2μm。
3、塑件的结构工艺性分析
(1)从图纸上看该塑件外形为梯形圆台。
(2)塑件型腔较小,有尺寸不等的孔,如Ø8,Ø4,它们均符合最小孔径要求。
(3)内部有六个均布的加强肋,可增强塑件的强度,减小塑件的变形。
肋的侧设有1°左右的斜度。
(4)为使塑件顺利脱模,可在塑件内部及加强肋处增设1~2°的拔模斜度。
综上所述,该塑件可采用注射成型加工。
(三)、塑件的生产批量
该塑件采用一模四件,故可采用一模多腔、快速脱模以及成型周期不宜太长的模具,同时模具造价要适当控制。
(四)、初选注射机
1、计算塑件体积或重量
通过三维造型可获得该塑件的体积V=1489.0951mm3=1.489cm3
黑色ABS的密度为1.03g/cm3所以塑件的质量为w=1.03x1.489=1.53367g=1.53g
2、根据塑件本身的几何形状及生产批量确定型腔数目
由于该塑件已给出了要求,要求一模四件,故采用一模四腔,型腔平衡布置在型腔板四侧,以方便浇口排列和模具的平衡。
3、确定注射成型的工艺参数
根据该塑件的结构特点和黑色ABS的成型性能,查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数,见下表
塑件的注射成型工艺参数
工艺参数
内容
工艺参数
内容
预热和干燥
温度80~90℃时间2h
成型时间/s
注射时间3~5
保压时间15~30
冷却时间15~30
总周期40~70
料筒温度/℃
后段180~200
中段210~230
前段200~210
螺杆转速/(r/min)
30~60
喷嘴温度/℃
180~190
后处理
方法红外线灯烘箱
模具温度/℃
60~80
温度/℃70
注射压力/MPa
70~90
时间/h2~4
(4)、确定模具温度及冷却方式
黑色ABS为非结晶型塑料,流动性中等,壁厚一般,因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温,以缩短冷却时间,从而提高生产率。
所以模具应考虑采用适当的循环水冷却,成型模具温度控制在60~80℃。
(5)、确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工,使用一模四腔分布,因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为W=4w+w废料=4x1.53+1.53x20%=6.426g
根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素,参考设计手册,初选XS-ZY-125型螺杆式注射机。
记录下XS-ZY-125型螺杆式注射机的主要参数,见下表
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
最大注射量/cm3
125
2
注射压力/MPa
120
3
锁模力/KN
900
4
动、定模模板最大安装尺寸/(mmxmm)
428x458
5
最大模具厚度/mm
300
6
最小模具厚度/mm
200
7
最大开模行程/mm
300
8
喷嘴前端球面半径/mm
12
9
喷嘴孔直径/mm
4
10
定位圈直径/mm
100
三、分型面及浇注系统的设计
(一)、分型面的选择
为保证塑件能顺利分型,主分型面应考虑选择在塑件外形的最大轮廓处,故此塑件的分型面应选择在零件的上表面。
(二)、浇注系统的设计
浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。
1、主流道和定位圈的设计
主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞,故应设计成独立可拆卸更换的浇口套,采用优质钢材制作,并经热处理提高硬度,定位圈与浇口套分开设计。
查资料得到XS-ZY-125型注射机与喷嘴的有关尺寸:
喷嘴前端球面半径SR0=12mm,喷嘴孔直径d0=4mm,定位圈直径100mm。
为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触,避免溢料,主流道与喷嘴的关系为:
SR=SR0+(1~2),d=d0+0.5。
因此取主流道球面半径SR=14mm(取标准值),主流道小端直径d=4.5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出,应将主流道设计成圆锥形,其斜度为2°~4°,计算其大端直径约为10mm;为避免模内的高压塑料产生过大的反压力,配合段直径D不宜过大,取D=25mm;同时为了使熔料顺利进入分流道,在主流道出料端设计R2的圆弧过渡;为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形,将浇口套的长度设计得比模板厚度短0.02mm;浇口套外圆盘轴肩转角半径R宜大一些,取R=3mm,以免淬火开裂和应力集中。
定位圈是安装模具时做定位用的,查资料的XS-ZY-125型螺杆式注射机的定位圈直径为100mm,一般定位圈高出定模座板表面5~10mm。
2、分流道的设计
该塑件设计时采用U形断面分流道,在一块模板上,切削加工容易实现,且比表面积不大,热量损失和阻力损失不太大。
查有关经验表格得黑色ABS的分流道推荐直径为4.8~9.5mm,取Ø8mm。
3、浇口的设计
根据塑件的要求及型腔分布情况,选用侧浇口,从塑件的大端边上进料。
4、冷料穴的设计
采用带Z形头拉料杆的冷料穴,将其设置在主流道的末端,既起到冷料穴的作用,又兼起开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧,稍作侧向移动便可取出凝料的作用。
四、模具设计方案论证
(一)、型腔布置
对于一模多件的模具型腔布置,在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下,尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。
本案例的模具采用一模四腔,型腔平衡布置在型腔板四周。
(二)、成型零件的结构确定
该塑件的材料为ABS工程塑料,对表面粗糙度和精度的要求较高,因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性,应选用优质模具钢制作,还应进行热处理以使其具备50~55HRC的硬度。
1、型腔设计
采用整体嵌入式型腔,放在动模一侧,主要是从节省优质模具钢材料、方便热处理、方便日后的更换维修等方面考虑。
2、型芯设计
型芯结构设计也应采用组合式,可节省贵重模具钢、减少加工工作量。
成型塑件内孔Ø8、Ø4的大型芯装在动模上,成型Ø16的部位的型芯装在定模上,方便型芯的制作、塑件的飞边去除以及塑件内部冷却水道的排布。
(三)、导向定位机构设计
由于塑件基本对称且无单向侧压力,所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模后的定位。
(四)、推出机构设计
根据塑件的特点,其推出机构可采用推件板推出或推杆推出。
其中推件板推出机构可靠、顶出力均匀,不影响塑件的外观质量,但制造困难,成本高;推杆推出结构简单,推出平稳可靠,虽然推出时会在塑件表面留下顶出痕迹,但对塑件的外观影响不大,所以采用推杆推出机构。
(五)、冷却系统设计
采用冷却水冷却,凹模冷却水道采用环绕型腔布置的两层式冷却回路,水道开设时注意避开安装在动模上的型芯;大型芯采用隔板式管道冷却,在型芯上开设两个孔,孔内插上纵向隔板,与开在动模支撑板上的横向管路形成循环冷却回路。
五、主要零部件的设计计算
(一)、成型零件的成型尺寸
该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算,查有关手册得黑色ABS的收缩率为0.4%~0.7%,故平均收缩率Scp=(0.4+0.7)%/2=0.55%=0.0055,根据塑件尺寸公差要求,模具制造公差取δz=Δ/3,成型零件尺寸计算如下
1、基本型腔径向尺寸计算公式为Lm=[(1+Scp)Ls-0.75Δ]0+δz
基本型腔高度尺寸计算公式为Hm=[(1+Scp)Ls-0.67Δ]0+δz
Ø210-0.44
Ø20.7860+0.147
Ø200-0.44
Ø19.780+0.147
60-0.24
5.8720+0.08
2、基本型芯径向尺寸计算公式为lm=[(1+Scp)ls+0.75Δ]0-δz
基本型芯高度尺寸计算公式为hm=[(1+Scp)hs+0.67Δ]0+δz
Ø80+0.28
Ø8.2540-0.093
3.50+0.20
3.6530-0.067
Ø40+0.24
Ø4.2020-0.08
20+0.20
2.1450-0.067
3、其余尺寸的计算
Ø16±0.19
Ø16.088±0.063
Ø14±0.16
Ø14.077±0.053
Ø12±0.16
Ø12.066±0.053
Ø10±0.14
Ø10.055±0.047
4±0.12
4.022±0.047
1.6±0.10
1.609±0.033
0.8±0.10
0.804±0.033
0.5±0.10
0.503±0.033
(二)、推出机构的设计
采用推杆推出机构,由于该塑件的脱模力不是太大,推杆的布置空间足够,所以无需用繁琐的计算方法确定推杆的尺寸大小,可以根据经验选取d=1.5mm的国标推杆,注意保证推出距离略大于型芯的突出长度2~3mm,即推出距离大于6mm。
(三)、标准模架的确定
综合考虑本塑件采用一模四腔的平衡布置、侧浇口一次分型结构、塑件尺寸大小、冷却水道的布置等多项因素,估算型腔模板的概略尺寸,查《塑料模具设计指导与资料汇编》表8-1选取标准模板的尺寸为200mmX200mmX30mm,选用A2型标准模架。
六、成型设备的校核计算
(一)、注射机注射压力校核
经校核得知注射机的额定注射压力大于成型时所需的注射压力,故可选用此注射机。
(二)、注射量的校核
设计模具时,应保证成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量,即nm+m1≤Kmp
式中,mp—注射机允许的最大注射量,g或cm3。
计算得
4x1.53+6.426=12.546g≤0.8X125X1.03=103g
所以此注射机可以用。
(三)、锁模力的校核
注射机锁模力的校核关系式为
F≥kpA
式中F—注射机锁模力,查《塑料模设计手册》附录表8得XS-ZY-125型螺杆式注射机的锁模力为900KN。
k—压力损耗系数,一般取1.1—1.2;
p—型腔内熔体的压力,本塑件为90×30%=30MPa;
A—塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和,本模具
A=4×3.14×(21/2)×(21/2)=1384.74mm2=1.38X10-2m2。
计算得
kpA=1.2×30×106×1.38X10-2×10-3=49.68KN故注射机的锁模力足够,满足锁模要求。
(四)、安装尺寸的校核
本模具的外形尺寸为200mm×250mm,模具闭合高度为H=100+A+B+C=100+40+30+60=230mm,查资料得XS-ZY-125型注射机动、定模模板最大安装尺寸为428mm×458mm,允许模具的最小厚度Hmin=200mm,最大厚度Hmax=300mm,即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装尺寸,模具闭合高度满足Hmin(五)、推出机构的校核
XS-ZY-125型螺杆式注射机的推出形式为中心及上、下两侧设有推杆(机械推出)。
由于该模具推力不太大,在XS-ZY-125型螺杆式注射机上采用中心Ø50mm顶杆推出,在动模座板预留与之匹配的Ø52mm顶出孔;塑件实际推出距离为20mm>(6+10)mm,满足推出距离要求。
(六)、开模行程的校核
取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离,本模具为单分型面注射模具,XS-ZY-125型螺杆式注射机的最大开模行程与模厚无关,校核关系式为
S>H1+H2+(5~10)
式中S—注射机的最大开模行程,XS-ZY-125型螺杆式注射机的最大开模行程S=300mm;
H1—塑件脱模所需的推出距离,该塑件的脱模推出距离为20mm;
H2—塑件的高度(不包括浇注系统高度),该塑件的高度为6mm。
计算得
H1+H2+(5~10)=20+6+10=36mmS=300mm
以上分析证明,XS-ZY-125型螺杆式注射机能满足要求,故可以采用。
七、绘制模具装配图
1、13、15、20—螺钉2—浇口套3—定位圈4—定模座板5—导套6—定模板7—动模板8—动模支承板9—复位杆10—推杆固定板11—垫块12—动模座板14—推板16—拉料杆17—推杆18—型芯219—型芯1
结束语:
通过此次槽形轮的模具设计,使我更进一步的了解了塑料制品的特性以及塑料模具设计过程,也更深刻的体会到了“设计”这个词的含义,认识到了以前自己在设计中所犯的一些错误,明白了应该如何准确的改正那些错误。
另外,我也懂得了塑件形状简单或复杂并不能够影响你对设计的态度,都必须认真对待,严格遵循设计的特点,根据具体情况,结合生产实际条件,综合运用设计基本原理和正确的计算方法,来设计出出经济性好、结构合理的模具。
参考文献:
史铁梁:
《模具设计指导》,机械工业出版社,2003年8月;
屈华昌:
《塑料成型工艺与模具设计》,高等教育出版社,2006年7月;
阎亚林:
《塑料模具图册》,高等教育出版社,2009年12月;
孙凤勤、阎亚林:
《冲压与塑压成型设备》,高等教育出版社,2003年12月;
何冰强、高汉华:
《塑料模具设计指导与资料汇编》,大连理工大学出版社,2009年7月。