专科 模具制造与设计.docx

1、专科 模具制造与设计毕业设计台灯插座结构工艺设计学 生 姓 名： 马 博 指导教师： 冯进成 合作指导教师： 专业名称： 机械设计制造及其自动化 所在院系： 机械工程系 2014年6月目 录摘 要 IAbstract ii第一章 前 言 11.1 相关背景 11.2 注塑机 材料 注塑方法的选择 4第二章 设计过程 62.1 插座面板的设计 62.2产品结构工艺性 6第三章 成型件尺寸计算 11第四章 结 论 12参考文献 13致 谢 13摘 要大学三年的专科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。PRO/E可谓是个全方位的三维产品开发软件，

2、整合了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、板金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、产品数据库管理等功能于一体 PRO/E模具设计功能主要包括了：模具设计流程、分型面设计、靠破孔填补、拆模技巧、浇道系统设计、其他型芯组件设计(如砂芯、斜销、滑块等)、开模模拟、以EMX模块及模座数据库进行设计等很多强大及方便于模具设计的功能对于专业的模具及产品设计人员来说是必不可少的软件。台灯插座有其特殊的市场适应性，很多人在实际的使用过程中会遇到插座提供的插孔数不够用或其它的问题，让人头疼，台灯插座正好解决了这个问题，它为台灯提供了插座的附加功能，使单纯的台灯和插座所不能比拟

3、的。ABS材料是插座面板等的常用材料。本课题的研究意义在于使自己掌握Pro/E软件的使用，熟悉产品设计的全过程。 关键词: PRO/E台灯插座，模具开发，Modle Flow，ABS材料AbstractA university three year faculty studied soon finished, the graduation project was last link, was to before studied the knowledge and grasped skill synthesis utilization and examination. PRO/E was the

4、 omni-directional three dimensional product development software, conformity functions and so on components design, product assembly, mold development, numerical control processing, sheet metal design, casting design, modelling design, reverse-engineering, automatic sizing, organization simulation,

5、stress analysis, product data bank administration in a body.The PRO/E mold design function has mainly included: The mold design cycle, is divided the profile design, to fill, the form removal skill, the running channel system design, other core module design depending on the broken hole (for example

6、 granulated substance core, dumping, slide and so on), the die sinking simulation, carries on the design by the EMX module and the die bed database and so on to be formidable and conveniently in the mold design function. Regarding the specialized mold and the product design personnel are the essenti

7、al softwares.The desk lamp plug has its special market compatibility, many people will meet the jack number which in the actual use process the plug will provide insufficient or other questions, let the person headache, the desk lamp plug happen to solve this problem, it has provided plugs additiona

8、l function for the desk lamp, caused the pure desk lamp and the plug cannot compare. The PC material is the plug kneading board and so on commonly used material.The this topics research significance lies in causes itself to grasp the Pro/E softwares use, familiar product design entire process.Key wo

9、rds: PRO/E，The desk lamp plug，mold development，Modle Flow, The PC material第一章 前 言 1.1 相关背景Pro/Engineer 是美国PTC公司的产品，于1988年问世。10多年来，经历20余次的改版，已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计

10、、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。 Pro/E独树一帜的软件功能直接影响了我们工作中的设计、制造方法。与其他同类三维软件（MDT、UG、CATIA等）相比，Proe/ENGINEER的不同之处在于以下几点：（1）基于特征的（Feature-Based）Pro/ENGINEER是一个基于特征的（Feature-Based）实体模型建模工具，利用每次个别建构区块的方式构建模型。设计者根据每个加工过程，

11、在模型上构建一个单独特征。特征是最小的建构区块，若以简单的特征建构模型，在修改模型时，更有弹性。（2）关联的（Associative）通过创建零件、装配、绘图等方式，可利用Proe/ENGINEER验证模型。由于各功能模块之间是相互关联的，如果改变装配中的某一零件，系统将会自动地在该装配中的其他零件与绘图上反映该变化。（3）参数化（Parametric）Pro/ENGINEER为一参数化系统，即特征之间存在相互关系，使得某一特征的修改会同时牵动其他特征的变更，以满足设计者的要求。如果 某一特征参考到其他特征时，特征之间即产生父/子（parent/child）关系。（4）构造曲面（surface

12、）复杂曲面的生成主要有三种方法：1）由外部的点集，生成三维曲线，再利用Pro/E下surface的功能生成曲面。2）直接输入由Pro/desinger（造型设计）产生的曲面。3）利用import（输入）功能，以IGES、 SET、VDA、Neutral等格式，输入由其他软件或三维测量仪产生的曲面。（5）在装配图中构建实体 根据已建好的实体模型，在装配（component）中，利用其特征（平面，曲面或轴线）为基准，直接构建（Create）新的实体模型。这样建立的模型便于装配，在系统默认（default）状态下，完成装配。最直观的 Pro/E 抛弃传统 CAD/CAM 软件中的线框和表面模型，而直

13、接签于 3D 实体。这使我们的设计环境完全从 2D 或 2D 与 3D 混合状态上升为纯 3D 模式。产品或模具的描述信息变得更加完整，概念更加清晰，更易于抓住设计意图。设计质量和速度也大大提高。 1.12聚碳酸脂（PC）介绍PC树脂的材料特性和成型工艺聚碳酸酯(PC)树脂是一种性能优良的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击能力，耐蠕变和尺寸稳定性好，耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。目前广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等领域，随着改性研究的不断深入，正迅速拓展到航空航天、计算机、光

14、盘等高科技领域。PC之所以有大的市场容量是由于它具有比较全面平衡的性能优良的耐冲击性、耐热性、尺寸稳定性、透明及自熄性等，因此在电气、电子、精密机械、汽车、保安、医疗等领域成为可广泛使用的工程塑料。目前PC广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等领域，随着改性研究的不断深入，正迅速拓展到航空航天、计算机、光盘等高科技领域。PC作为高折射率塑料，用于制作耐高温光学纤维的芯材，若在PC分子链中的CH链为CF链所取代，则可以对可见光的吸收减少，能有效降低传递途中的信号损失。另外PC良好透光性，在透明窗材高层建筑幕墙、机场和体育场馆透明建筑材料等方面应用非常普遍和具有潜力，

15、PC的最大特征是非晶型透明塑料，成型后的尺寸稳定性好，从低温到高温均能保持稳定的机械强度，它的拉伸与形变特性比较接近金属材料，存在着明显的弹性极限。PC树脂的成型工艺：PC树脂的工艺特点1、聚集态特性属于无定型非结晶性塑料，无明显熔点，熔体黏度较高。玻璃化温度140150，熔融温度215225，成型温度250320。2、在正常加工温度范围内热稳定性较好，300长时停留基本不分解，超过340开始分解，粘度受剪切速率影响较小。3、流变性接近牛顿性液体，表观黏度受温度的影响较大，受剪切速率的影响较小，相对分子质量的增大而增大。PC分子链中有苯环，所以分子链刚性大。4、PC的抗蠕变性好，尺寸稳定性好；

16、但内应力不易消除。5、PC高温下遇水易降解，成型时要求水分含量在0.02%以下。6、制品易开裂。PC树脂的成型工艺控制在成型加工上，水分控制及成型加工条件之选择是影响成型品质最重要的两个因素，兹分述如下：A、水分控制 PC类塑胶即使用遇到非常低之水分亦会产生水解而断键、分子量降低和物性强度降低之现象，因此在成型加工前应严格地控制PC树脂之水分在0.02%以下，以避免成型品的机械强度降低或表面产生气泡、银纹等异常外观。为避免水分所产生异常之情况，聚碳酸脂在加工前，应先经热风干燥35h以上，温度定为120，或者用除湿干燥机来处理水分。B、原料选择 为满足各种成型工艺的需求，PC树脂有不同熔体流动速

17、率的规格。通常熔体流动速率介525g/10min都可适用于注塑成型。但是其最佳加工条件因注塑机种类、成型品之形状以及PC树脂规格不同而有相当之差异，应根据实际情况加以调整。C、注塑机选择要点 锁模压力：以成品投影面积每cm2*0.470.48T（或每平方寸*35T）机台大小：成品重量约为注塑机容量的4060%为最佳，如机台以PS来表示容量（盎斯）时，需减少10%，始为使用PC之容量，（1盎斯=28.3公克）。螺杆：螺杆长度最少应有15个直径长，其L/D为20：1最佳，压缩比宜1.5：1至30：1。螺杆前端之止流阀应采用滑动环式，其树脂流动间隙最少应有3.2mm。喷嘴：尖端开口最少有4.5mm直

18、径。若成品重量为5.5kg以上，则喷嘴直径应为9.5mm以上，另外，尖端开口需比浇口直径少0.51mm，且段道愈短愈好，约为5mm。D、成型条件要点：熔融温度与模温：最佳的成型温度设定与很多因素有关，如注塑机大小，螺杆组态、模具及成型品的设计和成型周期等。一般而言，为了让塑料渐渐在熔融，在料管后断/进料区设定较低的温度，而在料管前段设定较高的温度。但若螺杆设计不当或L/D值过小。逆向式的温度设定亦可。模温方面，高模温可提供较佳的表面外观，残留应力也会较小，且对较薄或较长的成型品也较填满；而低模温则能缩短成型周期。螺杆回转速度：在4070rpm较佳，但需视机台与螺杆设计而调整。注射压力：根据制品

19、壁厚程度可采取85140kg/cm2。背压：一般设定愈低愈好，便为求进料均匀，建议使用314kg/cm2。注射速度：射速度浇口设计有很大关系。使用直接浇口或边缘浇口时，为防止日晖现象和波流痕现象，则应用较慢这射速，另外，如成品厚度在5mm以上，为避免气泡或凹陷慢速射出会有帮助。一般而言，射速原则为薄者快，厚者慢。从注塑切换到保压，保压要尽量低。以免成型品发生残留应力。而残留应力可用退火方式来解除或减轻，条件是120130约三十分钟至一小时。料筒清扫1、在PC树脂的成型温度下，加入清洗料(通用级聚苯乙烯或透苯)，连续射出二十至三十次。2、将射台后退，连续将清洗料空射，直至射出的清洗料开始膨胀起泡

20、。3、将料筒温度重新设定到200至230。4、继续将清洗料空射，直到清料熔胶温度达到260且外表看起来很干净透明。1.2 注塑机材料注塑方法的选择1.21注塑机的选择注射量校核模具设计时，必须使制品所需注塑的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。VnVzVjVg用于注射量校核。其中：V一周期内所需注射的塑料容积 n形腔数目 Vz品的容量 Vj系统凝料和飞边所需塑料容量 Vg机额定注射容量锁模力校核由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注塑机轴向很大的力，这个力应小于注射机的公称锁模力，否则就会产生溢料，即FsPaf其中：Fs注射机的公称锁模力 P注射时型腔压力Af塑件和浇注系统在分型面上

21、的垂直投影面积之和开模行程校核SH1H2（510）s注射机的最大开摸行程H1塑料脱模距离H2包括流道凝料在内的塑件高度经过计算，我选择SZY300，其基本参数为：一次注射量螺杆直径/注射压力注射方式锁模力最大开合模行程模具最大厚度模具最小厚度动定模固定板尺寸拉杆空间3206077.5螺杆1400340355213052620300401.22 材料选择基于前面的描述，本设计材料选择为PC。计算收缩率为0.6。1.23 本次采用的注塑方法介绍基于前面对材料的选择，本次设计采用热流道注射方法。热流道注射塑料模在当今世界各工业发达国家和地区均已得到极为广泛的应用。不仅是因为热流道注射塑料模缩短了制件

22、的成型周期、节约了塑料原料、实现了自动化生产过程，更是因为在热流道模具的成型过程中，塑料熔体的温度在流道系统里能得到准确地控制，尤其在一模多腔的注射模具中，流道内的熔体温度能基本保持与注射机喷嘴的温度大致相同或相近，因而流道内的压力损耗小，熔融塑料以极其均匀的状态流入各个模腔，脱模后残余应力低、零件变形小。因此，对质量要求高的生产批量大的塑件均可采用热流道注射模生产。第二章 设计过程台灯插座的结构包括：插座面板，接线盒，相关接线柱与金属片等，本设计注重插座面板的设计，简略介绍接线盒的设计过程。2.1 插座面板的设计2.11产品结构工艺性插座面板产品结构图如图1所示。该产品为一专用插座的面板，其

23、材料为PC塑料，颜色为乳白色。PC料的学名为聚碳酸酯，是一种常用的热塑性工程塑料，具有良好的力学性能，冲击强度优异，尺寸稳定性好。PC塑料在200220呈溶融状态，熔融温度高、熔体粘度大，因而在成型时熔体的流动差，其溢料值为0.06mm。一般在高料温、高压力和较高的模温下快速成型。从产品结构图中可以看出，在产品的底面有很多筋位，无论浇口选择在产品顶部的中心进料，还是以侧口的形式从产品的边缘进料，在注射成型过程中的流动阻力都比较大，因此需要有较高的料温和较大的注射压力。产品结构和原料两者都要求高料温、高压力来满足成型工艺的要求，因而采用热流道浇注系统的结构可以解决这一问题。2.12 模具结构设计

24、及其工作过程根据产品生产批量大的要求，模具采用了1模2腔的结构形式，采用了从产品顶部中心进料的热流道板的浇注系统结构。这种结构不仅使产品浇口处的痕迹较小，从而使产品获得良好的外观质量，而且还可实现自动化生产控制过程。模具结构装配图如图2所示。1 隔热板 2定模座板 3 支撑块 4 热嘴 5 定模型腔镶块 6 动模型芯镶件 7动模型芯镶块 8 动模板 9动模垫板 10 顶板导柱 11 顶板导套 12顶杆固定板 13 顶杆垫板 14 动模座板 15 顶管 16 平端紧定螺钉 17、18顶杆 19支承柱 20 复位杆 21热流道板定位销 22热流道板定位垫圈 23热流道板支承圆柱销24 热流道堵头

25、25 成型加热管 26 针阀导套 27 针阀气缸 28 热流道板29 模具定位圈 30 浇口套31定模型芯镶件32 限位块 33 水嘴 34 导柱35 密封圈 36 导套 37 接线盒2.13模具的结构设计对于1模2腔的模具结构，热流道需采用热流道板的结构形式。如图3所示为热流道板结构。在热流道板上，加热的方式是采用上下两层整体式加热管进行加热控制的。为了在成型后控制熔体于开模状态下不流失，模具上采用了SINO针阀式热流道控制系统，其热嘴的型号为：SIM-18-VV-075。为了控制热流道板上的温度，使其不能超过塑料的分解温度，在热流道板上和热嘴中均安装热电偶，通过温度控制系统实现温度的自动控

26、制，保证热流道板中的塑料在成型过程中始终保持熔融状态，同时又不要在过热的情况下发生碳化和分解。如热流道板的温度控制在200300内，热流道板表面为钢的氧化表面，表面辐射率取=0.8，升温时间为30分钟，并留有10%的余裕，则加热于热流道板所需要的总功率可按下式进行计算：P = 0.27t W + ( 0.0032 t 0.33 ) A +(a t ) / l 1.1式中：P加热总功率（Kw）； t热流道板所需升高的温度（热流道板温度减去室温）（）； W热流道板的重量（包括紧固螺钉）（kg）； A热流道板的表面积（cm）； a支承物的接触面积（cm）； t热流道板与模具的温差（）； 支承物的热导

27、率（W / cm ）； l支承物的高度（cm）。采用热流道板后，模具在浇注系统中的压力损失小，注射过程所占有的时间极少，浇注系又不用冷却，所以成型周期所占有的时间主要消耗在对塑料制件的冷却上。为了使模具在注射后将制件快速冷却到塑料的玻璃态温度之下，使制件具有足够的强度被推杆和推管顶出脱模，模具在定模型腔镶块和动模型芯镶块内设置了冷却循环水道，以达到有效地控制模具温度在所需要的温度范围的目的。为了在充模过程中排出型腔内的气体，在分型面上于型腔周边开设了排气槽。排气槽的宽度为10mm左右，深度小于或等于PC塑料的溢料值0.06mm。2.14 模具的工作过程模具安装到卧式注射机上，连接电加热和温度控

28、制电源，连接冷却循环水道。注射前先对模具的热流道板加热到合适的温度，然后调整好注射成型的相关工艺参数，再进行注射成型过程。注射时，热流道板上的针阀控制系统要处于开启位置。注射后，通过气动控制系统使针阀处于关闭状态，以防熔体在模具开模后流出模外。模具开模后由顶杆和顶管组成的脱模机构从动模型芯上推出塑件，合模时动模前移，由复位杆使顶出机构复位，完成一个注射成型周期。为了保证注射成型质量，一定要控制好热流道板的温度和模具的温度，否则热流道板的温度过高会导致塑料熔体产生分解，影响塑件的质量2.2 接线盒的设计2.21 接线盒结构工艺性接线盒属于型芯较大的一类塑件，因此在成型这一类零件时，应充分考虑到缩

29、小拔模斜度，在本次设计中拔模斜度取0.5度。同时这一类零件要注意内部圆弧过度，我们可以看到大多数的接线盒的破坏首先是从接线盒的转角处开始的，所以在本次设计中圆弧过渡取值为R1.5mm。为使该制件的收缩合理且均匀，该制件应设置有冷却水道，本设计取冷却水道直径为8mm。2.22 模具结构设计及其工作过程据产品生产批量大的要求，本设计采用了1模4腔的结构形式，采用了从产品顶部中心进料的热流道板的浇注系统结构。这种结构不仅使产品浇口处的痕迹较小，从而使产品获得良好的外观质量，而且还可实现自动化生产控制过程2.23模具的结构设计对于1模4腔的模具结构，热流道需采用热流道板的结构形式。在热流道板上，加热的

30、方式是采用上下两层整体式加热管进行加热控制的。为了在成型后控制熔体于开模状态下不流失，模具上采用了SINO针阀式热流道控制系统，其热嘴的型号为：SIM-18-VV-075。为了控制热流道板上的温度，使其不能超过塑料的分解温度，在热流道板上和热嘴中均安装热电偶，通过温度控制系统实现温度的自动控制，保证热流道板中的塑料在成型过程中始终保持熔融状态，同时又不会在过热的情况下发生碳化和分解。2.24 模具的工作过程 接线盒模具的工作模式与插座面板模具的工作模式基本一致，但在塑件的推出机构方面有小的差别。2.25 相关标准件的选择 螺钉GB6885M620销GB11986 A820垫圈GB97.1858

31、140H第三章 成型件尺寸计算型腔径向尺寸80.16-0.320 Dm=80.16(1+0.6%)-3/40.320+0.32/3=80.370+0.180.16-0.320 Dm=80.16(1+0.6%)-3/40.320+0.32/3=80.370+0.1型腔高度尺寸 12+00.22Dm=12 (1+0.6%)2/30.220+0.52/3=11.930+0.07型腔中心距尺寸200.30 Cm=20.30(1+0.6%)0.6/8=20.34 0.07型芯长度尺寸60.5+00.40 lm=60.5(1+0.6%)3/40.4 -0.4 /30=60.56-0.110型芯高度尺寸12+00.22 hm=12(1+0.6%)+ 2/30.22=12.22-0.070 型芯中心距尺寸200.30 Cm=20.30(1+0.6%)0.6/8=20.42 0.07第四章