婴儿浴盆注射模设计毕业设计论文.docx
《婴儿浴盆注射模设计毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《婴儿浴盆注射模设计毕业设计论文.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
婴儿浴盆注射模设计毕业设计论文
图书分类号：
密级：
毕业设计（论文）
婴儿浴盆注射模设计
THEINJECTIONMOLDDESIGNOFBABYBATH
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名：
日期：
年 月 日
学位论文版权协议书
本人完全了解..............关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：
本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。
徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。
徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
论文作者签名：
导师签名：
日期：
年 月 日日期：
年 月 日
摘要
本设计基于三维工程绘图软件Pro/E和模架emx，对婴儿浴盆进行三维实体造型以及整套模具的设计。
主要做了以下几方面的工作：
分析塑件结构，确定塑件材料；运用Pro/E绘制婴儿浴盆三维图；运用Pro/E确定婴儿浴盆的分型面的位置，并生成型芯和型腔；确定采用一模一腔，并选择注射机；运用Pro/E进行对标准型模架的设计，包括浇注系统、冷却系统、排气系统、合模导向装置、推出机构等的设计；校核注射机相关参数；在相关计算和分析的基础上完成了婴儿浴盆的整副模具设计。
关键词Pro/E；模具设计；婴儿浴盆
Abstract
ThedesignisbasedondimensionalengineeringsoftwarePro/Eandmoldemx,afterbabybaththree-dimensionalmodelingandtheentiremolddesigning.Whatthisarticlehavedoneareaboutthefollowingaspects:
Analizethestructureofplasticpartsanddecidewhichplastictouse;UsingPro/Emodelingtodesignthedimensionalbabybath;usingPro/Etodesignsub-surfaceandproducemoldedparts;Decidetouseamoldofcavityandchoseinjectionmachine;UsingPro/Eforstandardmolddesignincludinggatingsystem,coolingsystem,guidingdevice;ejectionmechanismetc;Optimizingthedesignandobtainamorereasonabledesignresultsbasedontheanalysisresults.
KeywordsPro/EMolddesignBabybath
1绪论
1.1模具在当今社会中的影响与地位
模具在日常生活及现代化生产中变的越来越重要，影响着人们生活的每一方面，它通过其特定的方法使材料成形，得到人们所需要的各种各样的产品。
例如，注塑件是通过将熔融塑料注入到模具中，而后塑料渐渐冷却、凝固而获得塑件；冲压件和锻件是通过加压的方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得所需产品的。
因为利用模具成形具有产品质量非常好、产量非常高、用料非常节省和成本很低等优点，所以在很多国家的国民经济的各个部门，比如重工业，如汽车产业、飞机、石油等部门都得到非常广泛的应用，另外在轻工业方面也应用得很多。
据统计，在2000年的时候国内的商业模具产量已占模具总产量的1/3左右，而且在很多工业非常发达的国家，用来生产其他产品的模具的数量已占模具总量的80%左右。
目前看来，绝大多数的产品都将利用模具进行生产，并且利用模具生产的方法具有很多优点，因此很多产业部门的生产、发展都将离不开模具行业，并将长期密切的与模具产业共存亡。
现在，模具技术水平已经非常高，适用于各种生产方法与产业部门，适应范围非常广。
总的来说，模具的制造水平现在已经发展到了一定的高度，具有周期短、产品质量好、用料少等一些显著的优点，为其他产品提升自身的竞争力提供了强有力的条件及技术优势。
现在，很多国家都非常重视模具产业，将模具产业视为民族的命脉和与其他国家抗衡的力量，更有很多国家把模具作为衡量国家经济的基础。
随着社会经济的越来越发展，人们越来越重视生活必需品的数量、种类、质量。
为了满足人们的这种需求，各工业发达国家越来越重视模具技术的开发，在模具行业重点投资、大力投资，现在我国的模具水平已经有了很大的提高并取得了很好的经济效益。
模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大地经济利益，不仅在中国，在很多国外地区，也引起了各个国家的高度重视。
在日本，模具的地位很高，人们视模具为社会发展的驱动力。
在德国，人们更是对模具非常重视，模具的地位像皇帝一样高贵。
更有国家，比如罗马尼亚则认为“模具就是黄金”。
我国认为模具工业是推动我国制造业前进的“加速器”。
因此，随着工业生产的飞速发展，模具产业在每个国家中的核心地位将会越来越明显。
1.2模具行业在我国的迅猛进步
就最近一些年来看，我国模具产业的发展高涨，以一定的加速度在不断向前。
根据相关报道介绍，很多政府部门都很支持、看好模具产业的发展，并给与了很大的支持。
在发展国民经济、吸引外国投资者、增强中国实力方面都起到非常积极的作用。
模具行业呈地域分布的特色越来越明显，很多地方十分重视模具发展，正在努力建设自己的模具产业区及自己的特色，来发展壮大当地经济。
我国的模具工业最近一些年来增长非常迅速，同比快于很多其他国家，国家政府部门也十分重视模具工业的发展。
尤其是现在,国家的综合国力大增，科研水平发展也很快，模具制造技术也得到了很好的发展，从而带动了模具产品质量的提高，进一步打开了模具的广阔市场，为模具水平的进一步提高提供了强有力的条件。
据报道，有关领导人相当看好模具的前景，并确信在今后一段时期内模具工业仍将保持持续快速增长。
模具行业的自身优势及现状、前景、国家相关部门的高度重视表明，模具行业的发展展望是很好的。
近年来，模具行业的产品结构调整加快，模具的技术含量也越来越高，原先的技术水平很低的模具已不能满足现代非常高的水平的生活。
模具的快速进步与迅猛发展表明，模具产业必将变得越来越重要。
1.3Pro/E与模具设计结合的发展趋势
现在是21世纪，是知识经济时代，谁能掌握最尖端的科学技术，谁就将成为社会的主人，人们所膜拜的对象。
因此，模具行业要想屹立于世界技术之林，必须具有自己的技术特色，必须能够展现其特有的优势，这样才能在技术的大河中占有一席之地。
以前的手工设计已不能满足要求，必须利用网络化、软件化、集成化，必须借助于计算机来辅助完成模具的设计，这样可以为模具设计减少很多不必要的时间浪费，生产效率也得到了很大的提高，更有质量上的优势，提高了模具的应变能力。
模具设计要想进步，必然离不开三维软件的辅助。
Pro/E是由美国PTC公司研制的一套从设计到生产都是自动化的软件，该软件易用、可靠、快捷，为模具设计提供了很大的帮助，不仅大大提高了设计效率，更保证了产品质量的提高。
Pro/E不仅可以画三维图形，还可以画草图，可以画人们想要的任何形状的图形，适应性强。
可以画零件图，亦可以用装配图的形式将各个零部件组装成一个产品，让人们在未投入生产之前便可预先看到自己所设计东西的样子。
Pro/E的灵活之处在于它可以根据不同的产品形状选择不同的命令，产生不同的效果，得到人们所想要的结果。
另外，Pro/E并不是一成不变的，它会在旧版本的基础上创新，以适应产品的变化。
有时我们想从整个产品上分析某个零部件的尺寸特性，这点在Pro/E中是非常容易的，因为在Pro/E中，可以将三维图形和二维图形输出，并应用于其他软件，如AutoCAD等。
Pro/E有自己的命令数据库，简单易行，为模具设计提供了强有力的技术支持，因此Pro/E与模具设计结合必然会将模具发展推向一个更高的水平。
1.4本课题的研究内容
本课题是在Pro/E的基础上进行的婴儿浴盆的注塑模具设计，利用Pro/E技术对塑件进行三维图绘制及整套模具设计，加快了模具的设计速度，并且使制造模具的成本比以前减少了很多，而且进一步减少了产品的缺陷及不良品或废品。
主要做了以下几方面的工作：
1）了解多种塑料的各种性能，比较之后合理选择注塑最适的塑料类别；
2）对所需的产品进行分析，把分型面在塑件上的位置确定下来，合理选择最适合的型腔的数目，注塑机的类型；
3）设计模具的各个机构，包括导向，定位，脱模机构等；
4）设计注塑模具的各个系统，包括浇注系统，冷却系统等。
2塑件的设计
通过Pro/E软件进行三维建模，如图2-1所示:
图2-1塑件的三维图
2.1功能设计
塑件的功能设计是很重要的，它必须明确塑件应满足何种功能，达到何种水平，以及人们预期的效果。
婴儿浴盆是日用品，使用对象是婴儿，所承受的力不大，几乎不会受到冲击载荷，振动等影响；底面易与地面产生摩擦；它的工作环境是在常温常压下，环境变化不大，对材料的各方面要求相对较低；作为一种非常常用的产品，必须考虑生产产品的数量，要能满足人们的需求，因此要考虑产品的生产成本和模具的使用寿命，要全面考虑材料的各方面性能。
婴儿浴盆在我们的生活中非常普遍，几乎每个婴儿都要用到。
市场上有各种各样的婴儿浴盆，其主体部分大致相同，区别在于边缘结构、防滑部位等。
2.2材料选择
在选择塑件材料的时候要考虑以下所列的要素：
1）塑料的力学方面的要求：
如用此材料所制成的塑件在使用时会不会因受力过大而折断、会不会变形及其变形程度等。
2）塑料的物理方面的要求：
如温度的变化对塑料的影响、光对塑料的影响及塑料的热传递能力及绝缘能力等。
3）塑件的精确度：
如塑料在各个方向的收缩率是否相同。
4）塑料的化学性能：
如塑料对其所接触的物品的耐蚀性、卫生程度、以及使用上的安全性等。
2.2.1聚丙烯（PP）
聚丙烯材料的一些特性如下：
密度:
0.90g/cm3～0.91g/cm3
成型收缩率:
1.0～2.5%
成型温度：
160～220℃
塑料性能：
单位体积的质量小，强度相对来说较高，可在100℃左右使用。
与金属相比，不容易被腐蚀，是绝缘体，可长期处在湿润的环境中，其缺点是易磨损，易脆化，使用寿命不太长。
成型性能：
1）水很难渗入其中，但是塑料易发生破裂。
2）粘度低，流动过程中所受到的阻力小。
3）熔融塑料在高温时冷却容易。
4）成型时塑料产生的尺寸收缩比较明显，容易发生缺陷。
5）要确保塑件在各个地方的壁厚相同，而且要在尖角处设置圆角作为过渡，防止受力不均匀而产生应力。
2.2.2聚乙烯（PE）
聚乙烯材料的的一些特性如下：
密度:
0.94～0.96g/cm3
成型收缩率:
1.5～3.6%
成型温度：
140～220℃
塑料性能：
不容易被腐蚀，是绝缘体。
单位体积的质量大，可以通过一定的物理、化学方法改变其原有的特性，产生新的功能。
成型性能：
1）属于结晶型材料，不会与水反应，不吸水，而且不需要非常充分的干燥,流动性非常好，对压力也很敏感,在注射成型的过程中最好采用高压注射,并且不能使温度变化的过快,要自始至终保持足够的压力。
选择浇口的位置时更要非常慎重,防止塑件产生缩孔或受冲击而发生变形。
2）成型后尺寸变化非常大，容易产生缺陷，容易发生弯曲变形。
要慢速冷却，还要开冷料穴来容纳最前面的冷料，防止冷料堵在浇口处；还要设置冷却系统，使温度的波动在允许的范围内。
3）加热塑料使其融化的时间不要太长，时间太长的话会使塑料在此过程中分解。
2.2.3聚苯乙烯（PS）
聚苯乙烯材料的一些特性如下：
密度:
1.05g/cm3
成型收缩率:
0.6～0.8%
成型温度：
170～250℃
塑料性能：
电的不良导体，是一种没有颜色并且透明的材料，可长期置于湿润的环境中，性能比较稳定，但是受力不均时容易发生断裂，易被一些有机溶剂腐蚀。
成型性能：
1）不吸水，不需要干燥完全，性能比较稳定，不容易分解,但是热膨胀系数过大,在成型时容易产生内应力。
熔融状态时的流动性较好,可以使用螺杆或柱塞形式的注射机成型.
2）注射时，熔融塑料的温度要高，模具的温度也要高，但是不宜使模具内压力过大，要缓慢注射，使料流均匀，利于填充。
3）可以采用各种形式的浇口,浇口与塑件连接的地方要使用圆弧作为过渡,以免去除浇口的时候塑件也被损坏。
脱模斜度要取大一些，设计时要使塑件的壁厚在每处都相同。
聚乙烯成型后的尺寸收缩过大，会使塑件尺寸偏差大，易变形翘曲；聚苯乙烯密度太大，使婴儿浴盆太重，使用时不方便；聚丙烯单位体积的质量小，不会使婴儿浴盆太重，可长期与水接触且价格低，成型容易。
由于婴儿浴盆的生产使用较普遍且无过高要求，故选用聚丙烯（PP）这种比较常见的材料，这样会节约成本。
聚丙烯使用螺杆式注射机时的工艺参数如下：
螺杆转速/（r/min）：
30～60
喷嘴温度/℃：
170～190
料筒温度/℃:
前段：
180～200
中段：
200～220
后段：
160～170
模具温度/℃：
40～80
注射压力/MPa:
70～120
成型周期/s：
40～120
2.3结构设计
有些塑件对其形状的要求很高，要求塑件看起来要美观，塑件的几何形状与塑件采用的成形方法、模具的分型面的位置的选择、塑件是否能顺利成形和出模等因素有直接关系。
所以在设计塑件时应认真考虑，使塑件的几何形状能满足其成形要求和使用要求。
2.3.1脱模斜度
在将塑件从模具中取出时，一定不能损伤塑件，更要考虑到方便性的问题，因此要考虑塑件沿其脱出模具的方向要有一定的倾斜角，以方便工件能顺利从模具中取出。
对每个工件都必须设计合适的脱模时的倾斜角度，这样才能使工件容易从模具中顺利取出。
影响最小脱模斜度的因素有很多，如所选用的塑料的各种特性、成型时其尺寸的变化量及所设计产品的外形结构等。
选用脱模斜度的一些准则如下：
1）对于要求表面质量高的塑件，一般来说选用较小的倾斜角。
2）对于一些大型塑件，建议设计时倾斜角设计的小一点。
3）对于那些结构不规则且很难从模具中取出的塑件，在设计时应考虑适当增大倾斜角度，以便易于取出塑件。
4）若塑料在成型时尺寸变化太大，应选用较大的倾斜角度值。
5）有时考虑到为增强塑件强度时会增大壁厚，此时也应适当增大倾斜角度值。
6）如果要求塑件从模具上脱出时要留在凹模这边，那么可把内表面的倾斜角度值取的大一点；反之，如果要求塑件从模具上脱出时要留在凸模这边，那么可把外表面的倾斜角度值取的大一点。
7）对于斜度的方向选择，对于塑件的内表面是要以塑件小端为基准方向，斜度向扩大方向取，塑件外表面的斜度则应以大端为基准方向，斜度向缩小方向取．
综合考虑以上几点，选取本制品的脱模斜度为15º。
2.3.2塑件的壁厚选择
壁厚对塑件的影响是非常大的。
在设计时，影响壁厚的因素也有很多，如塑件要满足一定的强度要求、要使塑件的质量适中，壁厚过大会使塑件过重，亦会造成材料的浪费。
所以要综合各方面采取最优的壁厚。
表2.1聚丙烯制品壁厚推荐值表
塑件材料
最小壁厚
小型塑件推荐的壁厚值
中型塑件推荐的壁厚值
大型塑件推荐的壁厚值
聚丙烯
0.85
1.45
1.75
2.4～3.2
本设计中的塑件是婴儿浴盆，属于大型塑件，故而根据表格选取3mm作为壁厚。
2.4塑件尺寸的精度
塑件精度的高低受成形过程与所使用的材料的影响。
影响因素：
设计因素；材料因素；工艺因素；模具因素；环境因素等。
由于引起塑件尺寸变化的因素太多，想要预测其变化多少也十分困难。
为此，对那些要求尺寸的稳定性非常高的塑件，必须进行实验来进行考核，仔细分析各种影响，予以合理、巧妙安排，使之达到预期的目的。
塑件的公差：
由于影响塑件尺寸的因素甚多，故而使用塑件尺寸公差标准，就是解决这一问题的主要途径。
本设计中的塑件为婴儿浴盆，是日用品，无过高要求，故采用一般精度：
6级精度。
3注塑机的选择和校核
3.1注射机概述
注射机的工作过程分为下面所列的几步：
加热、预塑化：
在注塑机的传动系统的驱动下，螺杆将由料斗运来的塑料不断向前输送，在各种不同因素的共同作用下物料逐渐变为熔融的状态，料流逐步积累在料筒的头部，在熔融流体的推动作用下，螺杆缓慢向后方移动。
后退的距离由专门的计量装置按着一次注射所需的量来调整，当其退到规定的位置时，螺杆就会停止旋转并且向其后方退去；
合模和锁紧：
锁模机构推动模板合实并且锁住，来提供充足的力使动模与定模板合紧；
注射装置前移：
定模板与动模板合紧后，注射座在驱动力的作用下开始向前移动，当到达一定的位置后，注射机的喷嘴就会与模具的主浇道口贴合在一起，以便注射；
注射、保压：
注射机喷嘴完全贴合模具浇口以后，具有较高压力的油就进入注射机的液压系统，从而使螺杆相对料筒前移，将积聚在料筒头部的熔融流体以足够的压力压入模具的型腔。
一段时间过后，料流温度会降低，注入其中的塑料会冷却凝固，体积变小，为此需使模具型腔内的熔体保持一定的压力，以补充物料；
卸压：
当位于浇口处的物料凝结成固态时，就可以卸除所加的压力；
注射装置后移：
一般来说，卸压完成后螺杆便可以旋转并且向后移动，以准备下一次的工作过程，预塑化完成以后注射装置离开模具的主浇道口；
开模、取出塑件：
塑件的温度降到一定值后，定、动模板分离，推出机构将塑件推出。
根据外形特征的不同可将注塑机分为：
立式、卧式和直角式。
以下简单介绍几个参数：
1）公称注塑量：
指注射机动作一次所能注射的最大塑料量，以
（cm3）表示。
选择注塑机时，公称注射量是一个很重要的依据。
它体现了注塑机的工作能力及每次能成型的最大体积的塑件。
2）注射压力：
熔融流体在前进过程中必会受到各种各样的阻力，这就要求螺杆（或柱塞）对料流必须施加足够的压力，使流体得以顺利前进，我们称之为称为注射压力。
3）注射速率：
熔融流体在一定时间内凝固，而后停止流动，如果在这段时间内料流还没有充满型腔，就会产生缺陷，因此要控制料流在流动过程中的流动速度，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。
3.2婴儿浴盆体积的估算
1）估算婴儿浴盆的体积和其重量：
婴儿浴盆的注塑模采用单分型面的注塑模，一模一腔。
该产品材料为PP，查书本得知其密度为0.9～0.91g/cm3，收缩率为1.0～2.5﹪，计算其平均密度为0.905g/cm3，平均收缩率为1.75﹪。
使用PRO/E软件画出婴儿浴盆的三维实体图，软件能自动计算出所画图形的浇道凝料和塑件的体积=2.0085e+06mm3；曲面面积=1.3083e+06mm2；密度=0.905g/cm3所生成的塑件如图3-1所示：
图3-1塑件的三维视图
塑件体积
=1957.071cm3
塑件质量
=1771.149g；
2）残留在浇注系统中的冷却凝固塑料体积的估算
浇注系统凝料体积在没有设计浇注系统的情况下是无法确定的，可借助经验公式按塑件体积的0.2倍来计算，所以每次注射到型腔中的料流量为：
V总=V塑（1+0.2）=1957.071×1.2=2348.485cm3式（3.1）
3.3选择注射机
根据经验，注塑机实际注入型腔的料流量是其最大注射量的80％：
V≥V总/0.8=2348.485/0.8=2935.607cm3式（3.2）
根据以上计算，初步选定公称注射量为4000cm3，注塑机型号为XS-ZY-4000卧式注射机，其主要技术参数见表3-1。
下面是对注塑机一些参数的校验：
1）注射压力校核
对于材料是PP的厚壁制件所需要的注射压力为70～100Mpa，这里取P0=80Mpa，该注塑机的公称注射压力P
=106Mpa，注射压力安全系数k1=1.25~1.4，这里取1.3，则：
k1P0=1.3×80=104＜P
式（3.2）
所以，注塑机注射压力合格。
表3-1注塑机参数表
理论注射容量/cm3
4000
移模行程/mm
1100
螺杆柱塞直径/mm
130
最大模具厚度/mm
1000
注射压力/Mpa
106
最小模具厚度/mm
700
注射时间/s
6
锁模形式
稳压式
螺杆转速/（r/min）
0～74
模具定位孔直径/mm
200
锁模力/KN
10000
喷嘴球半径/mm
18
拉杆内间距/mm
1050×950
喷嘴口孔径/mm
3.75
2）锁模力校核
锁模力是由锁模装置施加的，是为了对模具进行加紧，使其牢牢合实，不会使动、定模板沿分型面分开。
定义塑件投影在分型面上的面积为A塑。
通过Pro/E软件测量得A
=64260mm2。
定义浇注系统投影在分型面上的面积为A
。
因为浇注系统还未设计，所以采用经验公式进行估算，在这里取A
=0.2A
。
定义上述两项之和为A
。
A
=A
+A
=77112mm2式（3.3）
定义在模具体内部的膨胀力为F
。
则：
F
=A
P
=77112×35=2698.92KN式（3.4）
式中，P
是型腔的平均计算压力值，通常取注射压力的20%~40%，大致范围为20~40Mpa。
对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。
PP属于中等粘度塑料，故P
取35Mpa。
该注塑机的公称合模力F
=10000KN，锁模力的安全系数为k2=1.1~1.2这里取1.2。
则：
k2
=1.2F
=1.2×2698.92=3238.704＜F
式（3.5）
所以该注射机的合模力的大小符合其使用要求。
对注塑机的校核远不止这些，其他方面尺寸的校核要等到模架确定后再逐一进行确认、校核。
4确定分型面的位置和型腔的数量
4.1确定分型面在塑件上的位置
分型面可定义为动、定模板分离以取出塑料制品和残留在浇注系统中凝料时，动、定模板相互接触形成的可分离的接触表面。
每个注射模可以设计一个分型面，也可以设计多个分型面，分型面的数量的确定主要取决于塑件的结构。
一般情况下，我们使分型面所在的平面垂直于塑件的脱模方向，这样有利于塑件顺利从模具中取出，也使模具制造变的更为容易。
分型面的确定根据以下几点进行：
1）分型面的位置应设在沿脱模方向投影面积是最大的地方，应为从模具中取出塑件提供方便，使塑件不会卡在模架中。
2）分型面不能损伤工件，或使工件表面出现刮伤痕等，要使塑件表面看起来光滑。
3）脱模取出塑件的时候，要尽量把塑料制品留在动模一边。
4）保证塑件的质量满足使用要求，比如与塑件相关的联系及要求，将它们置于分型面的同一侧，减小误差。
5）塑件若有侧孔之类的则必须采用侧轴芯，会造成制造非常困难，所以尽量不要让塑件带有侧孔；若必须使用，也要尽量选用简单的滑块。
6）浇注系统的截面及位置要合理，利于塑件成型，特别是浇口的位置。
7）有利于模具加工
升级会员 