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毕业设计说明书
摘要
摘要:
本模具设计过程中分析了“栓外杯”的工艺特性,并介绍了PP材料的成型工艺特点;在模具结构设计过程中提出了不同成型的方案并进行了比较,采取了最隹的成型方案;同时,详细地分析了模具结构与计算。
最后还对模具的成型零件进行了加工工艺的分析和设备的校核;还说明了模具的工作原理,对模具的装配还作了简单的介绍。
关键词:
PP、注射模具结构、成型零件工艺、装配。
Abstract
Abstract:
Thismolddesignprocess,analysisofthe"boltoutsidetheCup"processcharacteristics,anddescribescharacteristicsofPPmaterialmoldingprocess;indiestructuredesignprocess,theprogramraisedadifferentshapeandcompared,adoptedthemostshort-tailedbirdofformingprograms;thesametime,adetailedanalysisofdiestructureandcalculation.Finallyformingpartofthemoldmachiningprocesscarriedouttheanalysisandequipmentcalibration;alsoshowstheworkingprincipleofthemold,themoldassemblyalsomadeabriefintroduction.
Keywords:
PP,injectionmoldstructure,formingpartprocess,assembly
目录
前言…………………………………………………………………………………………4
绪论…………………………………………………………………………………………5
第一章零件的工艺分析..............................................9
1.1塑件材料性能分析…………………………………………………………………….9
1.2产品工艺性与结构分析……………………………………………………………….9
1.2.1尺寸的精度.....................................................9
1.2.2壁厚及结构分析……………………………………………………………….10
第二章模具结构设计..............................................12
2.1型腔数量以及排列方式……………………………………………………………….12
2.2初选注射机…………………………………………………………………………….12
2.2.1估算塑件体积和质量………………………………………………………….12
2.2.2模架的选定…………………………………………………………………….13
2.2.3塑件锁模力校核………………………………………………………………13
2.2.4注射压力的校核………………………………………………………………14
2.2.5模具安装尺寸校核…………………………………………………………….14
2.2.6开模行程的校核……………………………………………………………..14
2.3分型面的设计………………………………………………………………………..15
2.4浇注系统与排溢系统的设计………………………………………………………..15
2.4.1主流道设计…………………………………………………………………..16
2.4.2分流道设计…………………………………………………………………..17
2.4.3浇口的设计…………………………………………………………………..17
2.4.4冷料井的设计………………………………………………………………..17
2.4.5排溢系统设计………………………………………………………………..18
2.5推出机构的设计……………………………………………………………………..18
2.6脱模力的计算……………………………………………………………………….18
2.7温度调节系统设计………………………………………………………………….19
2.7.1冷却系统的设计准则………………………………………………………..19
2.7.2冷却系统的计算……………………………………………………………..19
第三章绘制装配图和零件图.......................................21
设计总结…………………………………………………………………………………22
参考文献………………………………………………………………………………..23
致谢……………………………………………………………………………………….24
前言
毕业设计是在修完所有课程之后,我们走向社会之前的一次综合性设计。
在此次设计中,主要用到所学的注射模设计,以及机械设计等方面的知识。
着重说明了一副注射模的一般流程,即注射成型的分析、注射机的选择及相关参数校核、模具的结构设计、注射模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、全面审核投产制造等。
其中模具结构的设计既是重点又是难点,主要包括成型位置的及分型面的选择,模具型腔数的确定及型腔的排列和流道布局和浇口位置的选择,模具工作零件的结构设计,侧面分型及抽芯机构的设计,推出机构的设计,拉料杆的形式选择,排气方式设计等。
通过本次毕业设计,使我更加了解模具设计的含义,以及懂得如何查阅相关资料和怎样解决在实际工作中遇到的实际问题,这为我们以后从事模具职业打下了良好的基础。
本次毕业设计也得到了广大老师和同学的帮助,在此一一表示感谢!
由于实践经验的缺乏,且水平有限,时间仓促。
设计过程中难免有错误和欠妥之处,恳请各位老师和同学批评指正。
在编写说明书过程中,我参考了《塑料模成型工艺与模具设计》、《实用注塑模设计手册》和《模具制造工艺》等有关教材。
引用了有关手册的公式及图表。
但由于本人水平的有限,本说明书存在一些缺点和错误,希望老师多加指正,以达到本次设计的目的。
绪论
第一节塑料成型在工业生产中的重要性
一、塑料及塑料工业的发展
塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物,简称高聚物。
塑料其余成分包括增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其它配合剂。
塑料制件在工业中应用日趋普遍,这是由于它的一系列特殊的优点决定的。
塑料密度小、质量轻。
塑料比强度高;绝缘性能好,介电损耗低,是电子工业不可缺少的原材料;塑料的化学稳定性高,对酸、碱和许多化学药品都有很好的耐腐蚀能力;塑料还有很好的减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。
因此,塑料跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列,在国民经济中,塑料制件已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。
塑料工业的发展阶段大致分为一下及个阶段:
1.初创阶段30年代以前,科学家研制分醛、硝酸纤维和聚酰胺等热塑料,他们的工业化特征是采用间歇法、小批量生产。
2.发展阶段30年代,低密度聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的工业化生产,奠定了塑料工业的基础,为其进一步发展开辟了道路。
3.飞跃阶段50年代中期到60年代末,塑料的产量和数量不断增加,成型技术更趋于完善。
4.稳定增长阶段70年代以来,通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料性能,提高产品质量,扩大应用领域,生产技术更趋合理。
塑料工业向着自动化、连续化、产品系列化,以及不拓宽功能性和塑料的新领域发展。
我国塑料工业发展较晚。
50年代末,由于万吨级聚氯乙稀装置的投产和70年代中期引进石油化工装置的建成投产,使塑料工业有了两次的跃进,于此同时,塑料成型加工机械和工艺方法也得到了迅速的发展,各种加工工艺都已经齐全。
塑料由于其不断的被开发和应用,加之成型工艺的不断发展成熟于完善,极大地促进了成型模具的开发于制造。
随着工工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求的日益增加,而且产品的更新换代周期也越来越短,对塑料和产量和质量提出了越来越高的要求。
二、塑料成型在工业生产中的重要作用
模具是工业生产中重要的工艺装备,模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。
塑料模是指用于成型塑料制件的模具,它是型腔模的一种类型。
模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的好坏,直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代,影响着产品质量和经济效益的提高。
美国工业界认为“模具工业是美国工业的基础”,日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的劳动力”。
近年来,我国各行业对模具的发展都非常重视。
1989年,国务院颁布了“当前产业政策要点的决定”,在重点支持改造的产业、产品中,把模具制造列为机械技术改造序列的第一位,它确定了模具工业在国民经济中的重要地位,也提出了振兴模具工业的主要任务。
三、塑料成型技术的发展趋势
一副好的塑料模具与模具的设计、模具材料及模具制造有很大的关系。
塑料成型技术发展趋势可以简单地归纳为一下几个方面:
1.模具的标准化为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要,模具的标准化工作十分重要,目前我国标准化程度只达到20%。
注射模具零部件、模具技术条件和标准模架等有一下14个标准:
当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置;精密标准模架、精密导向件系列;标准模板及模具标准件的先进技术和等向标准化模块等。
2.加强理论研究
3.塑料制件的精密化、微型化和超大型化
4.新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用
各种新材料的研制和应用,模具加工技术的革新,CAD/CAM/CAE技术的应用都是模具设计制造的发展趋势。
四、CAD/CAM开发平台及其发展趋势
CAD/CAM技术从诞生至今已有三十多年的历史,历经二维绘图、线框模型、自由曲面模型、实体造型、特征造型等重要发展阶段,其间还伴随着参数化、变量化、尺寸驱动等技术的融入。
通过三十多年的努力,CAD/CAM技术在基础理论方面日趋成熟,同时推出了许多商品化系统,诸如Pro/Engineer,UGII,CATIA,SolidWorks等。
“美酒愈陈愈香”,但软件技术则不同,停止就意味着被淘汰,CAD/CAM系统的开发正伴随着计算机软硬件技术的高速发展向着更高、更深层次方向发展。
AD/CAM系统的开发主要可分为三种方式:
(1)完全自主版权的开发,一切需从底层做起;
(2)基于某个通用CAD系统的二次开发,如基于AutoCAD软件的二次开发;(3)基于CAD/CAM软件平台的开发,此类开发界于前两种方式之间,较二次开发可以更深入核心层,具有开发周期短、见效快、系统稳定性好和功能强等特点,当然平台的价格也很昂贵.当今比较流行的CAD/CAM平台很多,主要有ACIS,PARASOLID,CAS.CADE,Pelorus,DESIGNBASE等。
可以得知CAD/CAM开发平台向着更深、更高层次发展,同时不断融入计算机软件新技术,并呈现出开放化、多元化发展趋势。
CAD/CAM平台发展趋势概括如下:
(1)支持多种主流的计算平台,包括Windows95&NT,ApplePowerMacintosh、最流行的UNIX工作站(如Sun,SGI,DECAlpha,HP9000,IBMRS/6000等)。
(2)采用面向对象技术.对象具有封装性、多态性、继承性,使对象模块化、即插化,从而提高应用开发和软件维护效率,增强了代码的可重用性和互操作能力,最终达到改善应用整体质量的目标。
(3)采用软件组件技术与开放式结构。
基于组件的功能可为设计者提供很大程度的柔性,通过组件技术提供的功能模块,开发者可方便地把它嵌入到应用中,并能够快速适应前沿技术和扩展核心功能.采用组件技术的最好例证当属CAD软件新军SolidWorks.SolidWorks利用PARASOLID作为实体几何建模器,从开发到推出极其迅速,在很短的时间内就提供了优质的软件产品,而且从1995年推出至今,已成为很有竞争力的产品,这些均主要得益于它采用了组件技术.软件组件技术为开放奠定了基础,既然开放就应该统一标准.目前在软件技术领域有两个重要标准,即CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture)规范和IDL(InterfaceDefinationLanguage)规范.CORBA的目标是要使异构分布环境内的不同应用系统之间能够互操作,IDL则是一种用来定义组件如何与ORB交换信息的标准语言。
(4)支持混合维造型——线框、曲面、实体,在数据结构层采用统一的精确边界表示,支持流形与非流形拓扑,并在造型功能上做的越来越深入、广泛.如PARASOLID的复杂过渡处理、ACIS的可变形曲面、CAS.CADE的参数化和特征等功能。
(5)提供更用户化的功能。
传统的CAD/CAM平台只提供最基本的几何造型功能,如基本图形的绘制、基本体素的生成.当今的平台则提供更上层的功能,如特征造型、约束造型.而且在提供造型功能的同时,提供诸如显示、交互、产品数据管理等功能,即提供了一个集造型、可视化、交互、数据管理为一体的集成化开发环境。
这种集成开发环境可大大提高开发者的开发效率,更便于以CAD/CAM为核心的集成化、一体化产品的开发。
第二节塑料模具的分类
塑料模具的分类的方法很多,按照塑料制件的成型方法不同可以分为以下几类:
1.注射模(又称注塑模);
2.压缩模;
3.压注模;
4.挤出模;
5.气动成型模。
以上是常见的成型方法,还有泡沫塑料成型模、搪塑模、浇铸模、回转成型模、聚四氟乙稀压锭模等。
第三节毕业设计应达到的要求
通过这次毕业设计,应达到学校对毕业设计的要求,同时对于本具体的塑料注射模的设计,应达到如下目的:
6.更深入了解聚合物的物理性能、流动性、成型过程中的物理、化学变化以及塑料的组成、分类及其性能。
7.更深入了解塑料成型的基本原理和工艺特点,正确分析成型工艺对模具的要求。
8.掌握各种成型设备对各类模具的要求。
9.掌握各类成型模具的结构特点及设计计算方法,能设计中等复杂模具。
10.具有分析、解决成型现场技术技术问题的能力,包括具有分析成型缺陷产生的原因和提出克服办法的能力。
11.在设计中熟练使用ProEngineer和UG等3D造型软件和AutoCAD等2D绘图软件。
12.结合以前学过的各门课程,综合运用各种知识来完善这次毕业设计。
13.在设计过程中,还应该注意了解塑料模具的新工艺、新技术和新材料的发展动态,阅读外文资料,学习掌握新知识,更好地为本设计和振兴我国的塑料成型加工技术服务。
第一章
零件的工艺分析
1.1塑件材料性能分析
栓外杯的材质为PP即聚丙烯,PP是一种半结晶性材料,具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。
其成型的特点有:
1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期于热金属接触易分离。
2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔,凹痕,变形。
3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度,料温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑易产生熔接不良,流痕,90度以上容易发生翘曲变形。
PP塑料主要性能指标参照《实用注塑模具技术手册》P11如下:
密度(g/cm3):
0.9~0.91
收缩率(%):
1~2.5
熔点(℃):
170~176
热变形温度(45N/cm2):
102~115
弯曲强度(Mpa):
67
PP的注塑成型工艺参数参照《模具设计与制造》P168如下:
注塑机类型:
螺杆式
模具温度:
80~90℃
注射压力:
90~100Mpa
注射时间:
20~60
高压时间:
0~3
冷却时间:
20~90
总周期:
50~160
1.2产品工艺性与结构分析
1.2.1尺寸的精度
影响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,其次是塑料收缩率的波动及成型时工艺条件的变化、塑件成型后时效变化和模具结构形状等。
因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。
塑件公差数值根据SJ1372-78塑料制件公差数值标准确定。
精度等级选用根据SJ1372-78选择,本零件配合要求不高,精度等级选择一般精度,为4级精度,无公差值者,按8级精度取值,如表1所示:
表1 塑件尺寸公差(㎜)
基本尺寸
精度等级
基本尺寸
精度等级
4
8
4
8
~3
0.12
0.48
>65~80
0.38
1.6
>3~6
0.14
0.56
>80~100
0.44
1.8
>6~10
0.16
0.61
>100~120
0.50
2.0
>10~14
0.18
0.72
>120~140
0.56
2.2
>14~18
0.20
0.80
>140~160
0.62
2.4
>18~24
0.22
0.88
>160~180
0.68
2.7
1.2.2壁厚及结构分析
塑件冷却时收缩会使它紧紧包紧型芯或型腔中的凸起部分,因此,为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件,防止脱模时拉伤塑件,在设计时必须塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度。
脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。
在不影响塑件的使用前提下,脱模斜度可以取大一些。
从此产品有脱模斜度3°和7°,满足脱模要求。
同一塑件的壁厚应尽可能一致,否则会因冷却或固化速度不同产生附加内应力,使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。
塑件局部过厚会出现凹痕,内部会产生气泡。
此产品的平均壁厚为5.5mm,壁厚均匀。
塑件除了有使用要求的部位要采用尖角外,其它转角处都应用圆角过渡,这样才不会因在转角处应力集中,在受力或冲击震动时发生破裂,甚至在脱模过程中由于成型内应力而开裂,特别是在塑件的内角处。
此产品内角出已设计有圆角不需再考虑,如图1.1所示:
图1.1产品剖切图
第二章
模具结构设计
注射模具的典型结构有单分型注射模、双分型注射模、斜导柱侧向分型与抽芯注射模、斜滑块侧向抽芯注射模、带有活动镶件的注射模、定模带有推出装置的注射模等等。
根据塑件的结构特征和使用要求,本模具采用双分型面结构。
2.1型腔数量以及排列方式
本塑料制件为栓外杯,生产的批量较大,为了提高生产效率,但又要保证产品的一致性,故不宜采用一模多腔的形式:
通常认为,模具中每增加一个型腔,所成型的制品精度将下降4%,因此多型腔模具(n>4)一般不能生产高精度的塑件。
因此,本模具可采用一模四腔的形式,其布局示意图2.1如下:
图2.1一模四腔布局
2.2初选注射机
注塑模具是安装在注射机上使用的。
在设计模具时,除了应掌握注射成型工艺过程外,还应对所选用的注射机的有关技术参数有全面的了解,以保证设计的模具与使用的注射机相适应。
注射机是生产热塑性塑料制件的主要设备,按其外形注射机可分为立式、卧式和角式三种,应用较多的是卧式注射机。
2.2.1估算塑件体积和质量
该产品材料为PP,查《实用注塑模设计手册》P12表2-4得知其密度为0.9-0.91g/cm3,收缩率为1-2.5,计算其平均密度为0.905g/cm3,取其收缩率为1.75﹪。
使用UG软件画出三维实体图,软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积。
另预置浇道凝料为2cm3因此估算总塑件体积为69.14cm3。
0.8×V机≥V塑+V浇
V机≥(V塑+V浇)/0.8=86.425cm3
根据塑料制件的体积和质量,参考《模具设计与制造》P163表7.9可初选注塑机型号为XS-ZY-125。
注射机的参数如下:
额定注射量:
125cm3
注射压力:
120MPa
注射行程:
115mm
最大成型面积:
320cm2
最大开合模行程:
300mm
最小模具厚度:
200mm
最大模具厚度:
300mm
栏杆空间:
260×290mm
锁模力:
900KN
喷嘴球头半径:
SR12mm
定位圈尺寸:
φ100mm
顶杆中心距:
230mm
2.2.2模架的选定
根据塑件选定模架如下图2.2所示:
图2.2模架DCI2525A80B60C80
2.2.3塑件锁模力校核
在确定型腔的数量后确定注射机的类型,参考教材《塑料成型工艺与模具设计》式4-3:
按注射机的额定锁模力确定型腔数目n≤F-PA2/PA1
式中F——注射机的额定锁模力(N);
A1——单个塑件在模具分型面上的投影面积(㎜2);
A2——浇注系统在模具分型面上的投影面积(㎜2);
P——塑料容体对型腔的成型压力(MPa),其大小一般是注射压力大小见本说明书表二。
由上面的公式得F≥PA2+PA1×n
p值查本说明书表二(注射压力在70~100之间),取中间值p=85Mpa,经计算得A1=1051㎜2,A2=422.23㎜2,故F≥85×422.23+85×1051×4
=35889+357340
=393229(N)
合393.229KN。
本模具所需要的锁模力小与选定的注射机的锁模力,符合要求。
2.2.4注射压力的校核
由ABS注射参数可知,注射压力为90~100MPa,注射机额定注射压力为120MPa。
符合要求。
2.2.5模具安装尺寸校核
喷嘴尺寸,模机外形尺寸及模具厚度均应在注塑机所要求的技术规格范围内.模具主浇道中心线与料筒、喷嘴的中心线相一致,喷嘴头的凸球面比较、半径Rn与主浇道始端凹球面半径Rp、喷嘴的孔径dn与主浇道衬套的孔径dp之间,分别保持如下关系:
Rp>Rn,dp>dn则
14mm>12mm2.5mm>2mm均合适。
2.2.6开模行程的校核
注塑机的最大行程与模具厚度有关(如全液压合模机构的注塑机),故注塑机的开模行程应满足下式:
S机————注塑机最大开模行程,300mm;
H1———顶出距离,35mm;
H2————包括浇注系统在内的塑件高度,100mm;
S机-(H模-Hmin)>H1+H2+(5~10)
故:
300-(281-200)>135+(5~10)
所以符合要求。
2.3分型面的设计
分型面是决定模具结构形式的重要应素,它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切的关系,并且直接影响到塑料熔体的流动充填特性及塑件的脱模,因此,分型面的选择是注塑模具设计中的一个关键。
选择分型面时一般应尊循以下几项基本原则:
1.分型面应选在塑件外形最大轮廓处;
2.确定有利的留模方式,便于塑件顺利脱模;
3.保证塑件的精度要求;
4.满足塑件外观质量的要求;
5.便于模具的加工与制造;
6.对成型面积的影响;
7.排气的效果的考虑;
8.对侧向抽芯的影响。
方案一:
双分型面
选用双分型面形式的优点:
模具进料均匀、平稳。
选用双分型面形式的缺点:
增加模具的结构复杂性,增