完整版水杯盖注塑模说明书毕业设计论文.docx
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完整版水杯盖注塑模说明书毕业设计论文
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未经允许切勿外传
本科毕业论文
题
目
水杯盖注塑模设计
作者:
张益
专业:
机械工程及自动化
指导教师:
周旭丁邦建
完成日期:
2012年6月6日
原创性声明
本人声明:
所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。
参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签名:
日期:
本论文使用授权说明
本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定,即:
学校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容。
(保密的论文在解密后应遵守此规定)
学生签名:
指导教师签名:
日期:
南通大学机械工程学院
2012年06月
摘要
此次的设计任务即水杯盖注射模具设计,零件模型就是商场里面买来的大口杯。
产品的3D建模,借助PROENGINEER设计软件创建型腔、活块以及其他零件,并自动生成所需要的零件工程图;使用草图和厚度检测,评估零件;直接参照产品三维模型,创建分模曲面及滑块,再生成模具型腔组件(动模、定模);对于模架的设计,利用PROE模座专家EMX4.1来完成,从标准模架选择到产品输出,全部采用3D化设计。
我在水杯盖模具设计过程中,从零件建模到型腔、型芯的设计、模架设计,直至最后的模具开模动作模拟都充分发挥了PROENGINEER设计软件的各个模块和插件的优势,基本做到了无图纸化设计。
采用一模四腔的设计。
注塑机综合注塑容量、锁模力、最大注塑面积和模内压力标准件选用Misumi。
使用了模具设计软件——PROENGINEER,从最初的零件3D建模到最后的模具各部分零件的装配,模座设计,工程图文件,依靠PROENGINEER的各个模块,得到合乎毕业设计规范的工程图。
模具的特点是:
滑块在动模,斜导柱在定模,以保证顺利完成侧向抽芯。
此外,还对工作零件和注射机有关参数进行了必要的校核计算。
关键词:
模具,注塑件,PROE,EMX,生产实践
ABSTRACT
Thistaskisthedesignofcupcover'sinjectionmolddesign.Partsmodelisthecommononeinsupermarket.
Productsof3Dmodeling,withtheaidofthePROedesignsoftwaretocreatecavity,livepieceandotherparts,andtheengineeringdrawingsisautomaticgenerated;thepartsisevaluatedbysketchesandthethicknessdetect.Referringtotheproductdirectly3dmodel,partingsurface,theslider,themoldcavitycomponents(moldcore,andthemoldcavity)arecreated.Fromstandardformworkchoosetoproductoutput,3Ddesignisused,suchasusingPROEmouldseatexpertsEMX4.1tocompleteforthedesignoftheformwork.Frompartsmodelingtocavity,coresofdesign,formworkdesign,untilthelastofthemouldcavitymovementsimulationaretakenfullofthePROedesignsoftwaremodulesandplug-inadvantage.machineComprehensiveinjectioncapacity,injectionmoldingmachineclampingforce,andmaximuminjectionareaandmouldpressuretechnologyparameters.FutabaischoosedasMoldbase,otherstandardpartsareselectedMisumi.Usingthediedesignsoftware-PROe,fromtheinitialpart3Dmodelingtotheendofthemouldpartsoftheassemblyparts,mouldseatdesign,engineeringdrawingsfilesareallreliedonPROemodulestogetwiththeengineeringdrawingsthatmeetthegraduationprojectstandard.
Thecharacteristicsofthemouldisthatthesliderindynamicmodel,obliqueguidecolumninthemold,toensuresmoothfinishsidecore-pulling.Inaddition,thenecessaryrelevantparameterscheckedcalculationoftheworkpartsandinjectionmachine.
Keywords:
Mold,Injectionpart,PROE,EMX,Practicalproduct
水杯盖注塑模设计1
摘要I
ABSTRACTII
第一章前言3
1.1本课题研究的现状及发展趋势3
1.2本课题研究的意义和价值3
1.3本课题的基本内容,预计解决的难题4
1.3.1本课题的基本内容:
4
1.3.2预计解决的难题:
4
1.4课题的研究方法、技术路线4
1.4.1研究方法4
1.4.2技术路线4
1.5研究工作条件和基础5
第二章塑件的分析6
2.1外形的尺寸6
2.2精度等级[4]6
2.3PP的性能分析8
第三章注塑机选择9
3.1初步选定注射机9
3.1.1注射量的计算9
3.2注射机的相关参数选择校核11
3.3设备的型号及选择11
3.3.1注射成型工艺[1]11
3.3.2注射机的选用11
3.3.3按照预选型腔数来选择注射机:
12
第四章成型零件的设计15
4.1成型零件的结构设计16
4.1.1凹模的结构16
4.1.2凸模结构16
4.2浇注系统的设计18
4.2.1确定浇注系统的设计原则18
4.2.2主流道的设计要点19
4.2.3主流道的设计19
4.2.4浇口位置的选择21
4.2.5排气系统的设计21
4.3成型零部件的结构设计与计算21
4.3.1成型零件的结构设计21
4.3.2成型零件的工作尺寸计算[7]22
4.3.3型芯的尺寸计算22
4.3.4合模导向定位结构[12]23
4.4模架的确定24
第五章结论26
参考文献28
致谢29
第一章前言
1.1本课题研究的现状及发展趋势
到2010年,市场规模达到860亿美元,其中塑料模约占40%左右。
即使在2008年,世界经济受到金融海啸的影响而陷入低谷,当年模具行业产值仍然增长3.68%。
在未来的模具市场中,塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。
而水杯盖的注塑设计作为其中成熟的一部分,无论从工艺、模具设计、材料等方面都已经成熟,竞争日趋激烈。
新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现、发展迅猛。
塑料水杯作为日常生活必须的产品,需求量大。
同时随着社会水平的提高。
对质量、外形、安全等要求也日益提升。
整体来看,无论是在数量上,还是在质量、技术和能力等方面我国的塑料注塑模具工业都有了很大进步,但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比,差距仍很大。
高低端塑料水杯产品的差价在10倍以上,对于产品质量的控制也要加强。
由此而造成对于一些中高档塑料模具供不应求。
同时,一些低档塑料模具却供过于求,市场竞争激烈,还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
由于塑料零配件形状复杂、设计灵活,对模具材料、设计水平及加工设备均有较高要求,并不是人人都可以轻易涉足的。
专家认为,目前中国与国外水平相比还存在较大差距,眼前需尽快突破制约塑料模具产业发展的三大瓶颈:
一是加大塑料材料与注塑工艺的研发力度;二是塑模企业应向园区发展,加快资源整合;三是模具试模结果检验等工装水平必须尽快跟上,否则塑料模具发展将受到制约。
1.2本课题研究的意义和价值
水杯盖的注塑模设计作为注塑模设计的一个典型,同时又有很大的实用价值,通过对它的研究对于提高模具设备的整体水平具有重要意义。
对模具设备的智能化、自动化、准确度、专业化都有着很大的意义。
而目前我国模具行业理论和实际应用与先进国家相比还有着一定的差距。
通过研究实验转台提高设备水平为理论研究和实际应用提供工具保障。
促进和推动了我国模具cadcam技术的发展。
有利于理论与实践的双向发展。
同时通过本课题的研究为模具设计的更新换代和前进发展打下一定的基础。
同时在前人研究的基础上完成分形面、靠破孔、浇注冷却系统、抽芯机构、推出机构设计,使得本人具有综合运用多学科的理论、知识与技能,分析与解决工程问题的能力。
使得理论认识深化、知识领域扩展、专业技能延伸。
为以后的工作打下一定的基础。
1.3本课题的基本内容,预计解决的难题
1.3.1本课题的基本内容:
1.根据材料的特性及制品的结构对制件进行工艺分析,制定设计方案:
塑料盖直径较大,在设计中应注意注射机选择和型腔数的确定,以免锁模力不够。
然后确定注射机型号及分型面,型腔排放位置、模具类型等。
2.进行模具设计:
根据计算确定模具各部分尺寸,选择分形面,设计浇注系统,选择模架和零件。
绘制模具装配图、零件图。
3.尽量优化设计方案,避免出现飞边、溢料等质量问题。
探讨一下塑料模CADCAMCAE,了解计算机软件在模具设计中的应用。
1.3.2预计解决的难题:
注塑成型的工艺参数的确定以及分型面、主流道、浇口、分流道、推杆、导柱、推板等部分的机械结构设计
1.4课题的研究方法、技术路线
1.4.1研究方法
要完成塑料水杯盖模具设计的各个方面,包括水杯盖外形的设计,注塑材料的选用,注塑机的选用,成型部分、浇注系统、结构零件、导向零件、紧固零件的模具设计,抽芯机构的设计。
避免设计时候的各种禁忌。
同时需要充分考虑各个部分间的关系,分配功能时既要充分体现各组成部分的优势,又要考虑到各组成部分工作时序上的协调。
1.4.2技术路线
资料收集→总结整理→计算数据→初步设计画出草图→修改草图→计算机绘图→校核强度→设计必要的辅助机构→编写说明书→反馈与完成
1.5研究工作条件和基础
1.经过三年半理论学习及实践,用于进行课题的基本素质。
具有一定的机械专业知识基础。
2.拥有的资料包括部分图纸、参考资料以及机械、电气设计手册等。
3.查阅文献的能力设计能力,包括通过资料的整合进行装备设计的技能。
4.拥有电脑、打印机等基础设备和开放式实验室供学生使用进行辅助设计。
5.有丰富的工厂认识实习与生产实习的经验。
第二章塑件的分析
2.1外形的尺寸
该塑件为带四个耳状突出的圆角矩形[10],平均壁厚为1.5mm,中心薄壁处为0.78mm,挂钩处为2mm。
无孔,有四个挂钩需要通过斜销克服,结构较简单,适合于注射成型。
图2-1为实际生活里面的水杯盖,图2-2为我在PROE中绘制的零件
图2-1实际生活里面的水杯盖
图2-2PROE中绘制的零件
2.2精度等级[4]
零件图中重要的尺寸有80±0.01、R1±0.01、30±0.01、1.5±0.01、4.5±0.01、20±0.01,等,其余未标尺寸误差为辅助尺寸对照附表C、附表B(GBT14486—1993),知道这些尺寸的公差等级在2级以上,为高精度等级,其他属一般精度等级。
关于塑件的尺寸
表2-1塑件公差等
材料代号
材料名称
公差等级
标注公差尺寸
未注公差尺寸
高精度
一般精度
pp
聚丙烯
MT2
MT3
MT5
综合考虑上述因素、塑件基本尺寸以及模具的制造成本和加工,本设计塑件的尺寸精度为一般精度MT3。
1)塑件表面粗糙度的确定[8]
塑件的表面粗糙度,除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、波纹等疵点外,主要有模具表面的粗糙度决定,一般塑件的表面粗糙度值比模具表面的粗糙度值低一级。
如图2-3
图2-3水杯盖零件图
2.3PP的性能分析
(1)使用性能
PP是一种半结晶性材料,它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。
由于均聚物型的PP温度高于0C以上时非常脆,许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规共聚物或更高比率乙烯含量的嵌段共聚物。
共聚物型的PP材料有较低的热变形温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性,但是有更强的抗冲击强度,PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的维卡软化温度为150℃。
由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP不存在环境应力开裂问题。
通常,采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
PP的流动率MFR范围在1~40。
低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。
对于相同MFR的材料,共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶,PP的收缩率相当高,一般为1.8~2.5%。
并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。
加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。
均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。
然而,它对芳香烃(如苯)溶剂、氯化烃(四氯化碳)溶剂等没有抵抗力。
PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。
密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件、盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。
(2)成型性能
1)结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。
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.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形。
4)塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中[9]。
第三章注塑机选择
3.1初步选定注射机
3.1.1注射量的计算
注塑件设计如下
本模采用一模四腔结构,如图3-1所示。
图3-1浇注件模型
3.2注射机的相关参数选择校核
注射机V机=V总0.8=389.40.8=486.75cm3[11],选定注射机型号为Battlefield表1.1注射机主要技术参数
理论注射量cm3
1000
最大模具厚度mm
700
螺杆直径mm
85
最小模具厚度mm
300
注射压力MPa
121
模具定位孔直径mm
150
锁模力KN
4500
喷嘴球半径mm
18
拉杆内间距mm
650×550
喷嘴口孔径mm
7.5
最大开模行程mm
700
注射压力校核
一般塑件的成型压力在70~150MPa范围内,该注射机的公称注射压力P公=121MPa,所以注射压力合格。
3.3设备的型号及选择
3.3.1注射成型工艺[1]
注射成型工艺是塑料成型的一种最常用的方法。
它将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中,经过加热到流动状态,在注射机的柱塞或螺杆的推动下,以一定的流速,通过喷嘴和闭合模具的浇注系统而充满型腔,经过一定的时间的冷却定型,打开模具,从模内取出成型的塑件。
3.3.2注射机的选用
1)注射机类型的选择
根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量,选择卧式螺杆注射机。
2)注射机型号的确定
注塑机的型号是根据塑件的外形尺寸、质量大小及型腔的数量和排列方式来确定的。
在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下,应对模具所需塑料注射量、注射压力、塑件在分型面上的投影面积、成型时需用的锁模力、模具厚度、拉杆距离、安装固定尺寸及开模行程等进行计算,这些参数都与注塑机的有关性能参数密切相关,如果两者不匹配,则模具无法安装使用。
因此,必须对两者之间有关参数进行校核,并通过校核来设计模具与选择注射机型号。
3.3.3按照预选型腔数来选择注射机:
模具所需塑料熔体注射量
式中------一副模具所需塑料的质量或体积(gcm3);
------单个塑件的质量或体积(gcm3);
------浇注系统的质量或体积(gcm3);
首先是个未知值,但是流动性好的普通精度塑件,浇注系统凝料为塑件质量或体积的15%~20%。
若是流动性不太好或是精密塑件,据统计每个塑件所需浇注系统的质量或体积是制件的0.2倍到1倍,当塑料熔体黏度高,塑件越小,壁越薄,型腔越多又作平衡式布置时,浇注系统的质量或体积甚至还要大。
设计中按:
用proe分析的=12.95g
m=12.95*1.2*4=62.16g
锁模力的计算kN
计算锁模力的公式:
式中——型腔平均压力(MPa),非精密级成型时根据塑件的复杂程度及塑料的流动性好坏,常取。
其粗略计算式为,为压力损耗系数,通常取。
A——塑件及浇注系统在分型面上的总投影(mm)
F——注射机的额定锁模力(N)
查《塑料成型工艺与模具设计》表4.1
得=
取=
取=0.5
=
故
开模行程mm
对于单分型面注射模:
——完成塑件及流道凝料脱模所需的开模距离(mm);当有侧向抽芯或分型,且完成侧抽拔所需模距时,
——塑件的推出距离
——塑件高度(mm);对单分型面注射模,其还应包括流道凝料的高度
S——注射机最大开模行程(mm)。
故=75mm
按注射机的最大注射量校核型腔数量
在选取注射机型号后,再根据注射机的性能参数(注射机的塑化速率、最大注射量及锁模力)、塑件精度等级(在模具中每增加一个型腔,塑件精度要下降4%)等来校核型腔的数量。
以下按注射机的最大注射量来校核型腔数量:
式中 K――注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8;
G――注射机允许的最大注射量(g或cm3)。
∴符合要求。
注射压力的校核
该项工作是校核所选注射机的额定压力能满足塑件成型时所需要的注射力,塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素所决定,在生产实践中其值一般为70Mpa~150Mpa。
设计中要求
式中k’——注塑压力安全系数,一般取k’=1.1-1.2
取k’=1.15,
(Mpa)
∴符合要求。
注射机安装模具部分相关尺寸的校核
不同型号的注射机安装部位的形状和尺寸各不相同,设计模具时应对其相关尺寸加以校核,以保证模具能顺利安装。
需校核的主要内容有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具的最大与最小厚度及安装螺钉孔等。
(1)喷嘴尺寸
注射机喷嘴头一般为球面,其球面半径R与相接触的模具主流道始端凹球面
半径R凹=R+(1~2)mm。
(详见主流道设计)
(2)定位圈尺寸
模具安装在注射机上必须使模具中心线和料筒、喷嘴的中心线相重合,定位圈与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合(H8e8)。
定位圈的高度,对小型模具为8mm~10mm,对大型模具为10mm~15mm。
此外,对中小型模具一般只在定模座板上设置定位圈,对大型模具可在定、动模座板上同时设置定位圈。
本设计属中小型模具,只在定模座板上设置定位圈。
(详见定位圈与浇口套设计)
(3)模具厚度
模具厚度Hm也称模具闭合高度,必须满足:
Hmin 式中Hmin-注射机允许的最小闭合高度即动定模之间的最小开合距离(mm); Hm——模具闭合高度(mm); Hmax—注射机允许的最大闭合高度(mm)。 即200 参见以下的设计结果, 定模底板的厚度: 25mm; 定模的厚度: 40mm; 动模的厚度: 32mm; 支撑板的高度: 25mm; 垫块的高度: 63mm; 动模底板的厚度: 25mm。 经计算符合要求。 (4)模具长、宽尺寸与注射机拉杆距离的关系 模具安装有两种方式,即从注射机上方直接吊入机内进行安装,或者先吊到侧面再由侧面推入机内进行安装,为安装方便,应使模具尺寸与注射机拉杆间距离(拉杆中心距――拉杆直径)小于10mm。 (5)模具与注射机的安装关系 模具的安装固定形式有压板式和螺钉式两种。 压板式安装灵活而被广泛采用,而螺钉式需模座上的孔和模板上的孔完全吻合,安装比较麻烦,但对于大型模具的安装,这种安装安全可靠。 本设计中采用这两种安装方式足以。 第四章成型零件的设计 直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件,其中构成塑料外形的成型零件称为凹模,构成塑件内部形状的成型零件称为凸模(或型芯)。 由于凹、凸模件直接与高温,高压的塑料接触,并且在脱模时反复与塑料摩擦,因此,要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。 [3] 4.1成型零件的结构设计 4.1.1凹模的结构 (1)整体式凹模 直接在模架板上开挖型腔。 其优点是加工成本低。 但是,通常模架的模板材料为普通的中碳钢,用做凹模,使用寿命短,若采用好的材料模板制作整体凹模,则制作成本高。 通常,对于成型1万次以下塑件的模或塑件精度要求低,形状简单的模具可采用整体式凹模结构。 (2)整体嵌入式凹模 将稍大于塑件外形(大一个足够强度的闭厚)的较好材料(高碳钢或合金工具钢)制作成凹模,再将此凹模嵌入模板中固定。 其优点是“好钢用在刀刃上”。 既保证了凹模的使用寿命,又不浪费价格昂贵的材料。 并且凹模损坏后,维修、更换方便。 3)局部镶拼式凹模 对于形状复杂或某局部易损坏的凹模,将难于加工或易损坏的部分设计成镶拼形式,嵌入型主体上。 既节省了工具钢,又易于更换损坏的凹模。 (4)四壁拼合式凹模 对于大型的复杂的凹模,可以采用将凹模四壁单独加工后镶入模套中,然后再和底板组合。 这样既易于加工又省料。 4.1.2凸模结构 (1)整体式凸模 这是形状最简单的型芯,用一块材料加工而成,结构牢固,加工方便,但仅适用于塑料件内表面形状简单的情况。 (2)嵌入式凸模 主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。 最常使用的嵌入形式是型芯带有凸肩,型芯嵌入固定板的同时,凸肩部分沉入固定板的沉孔部分,再垫上垫板,并用螺钉将垫板和
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