机械设计毕业设计论文模具.docx
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机械设计毕业设计论文模具
本科毕业设计
题目
文具盒塑件注射模具的设计
学院
机械工程
专业
机械设计制造及其自动化
班级
学号
学生姓名
指导教师
完成日期
摘要
塑料工业是世界上发展最快的工业之一。
在日常生活中几乎每天都使用塑料制品,这些产品的大部分可由注塑成型的方法生产。
众所周知,注塑成型工艺是制作各种形状的产品和以低成本制作复杂形状产品的制造工艺。
本次的毕业设计的主要内容是文具盒塑件的注塑模具设计。
从塑料材料的性能分析,根据塑件的基本形状和尺寸入手,合理选择注射的成型方法。
通过对塑件工艺性的分析和对模具生产条件及制造水平的掌握,制订出成形工艺卡。
在制定出成形工艺卡以后,开始进行模具的结构设计。
其中模具的结构设计过程包括:
型腔的数目和位置的确定,模具的总体结构形式设计,动模及定模成形零件尺寸的确定,浇注系统形式及尺寸的确定,脱模方式的确定,调温及排气系统的确定,模架的选择待以上各步骤完成以后,便开始绘制模具的结构草图,根据具体尺寸校核注塑模具及注塑机的有关尺寸,并对工艺参数进行核定和计算。
之后进行初步的审查对所存在的问题进行确定和修正,然后绘制模具总装配图,按装配图绘制成型零件及所有需要加工的零件工作图,同时考虑零件的加工工艺。
关键词:
文具盒塑件;注塑模具;成形工艺
ABSTRACT
Plasticindustryisoneoftheworld’sfastestgrowingindustries.Almosteveryproductthatisusedindailylifeinvolvestheusageofplasticandmostoftheseproductscanbeproducedbyplasticinjectionmoldingmethod.Plasticinjectionmoldingprocessiswellknownasthemanufacturingprocesstocreateproductswithvariousshapesandcomplexgeometryatlowcost.
Themaincontentofthegraduationthesisistodesignaplasticinjectionmoldoftheplasticpencilbox.Fromtheplasticmaterialperformanceanalysis,accordingtomodelsabasicshapeandthesizeobtain,reasonablyselectstheinjectiontotakeshapethemethod.wecanformulatetheformedcraftcardbythewayofanalysisingmodeltechnologicalandgraspingthemoldworkingconditionandmanufacturelevel.Afterformulateingtheformedcraftcard,startstocarryonthemoldthestructuraldesign.Moldstructuraldesignprocessincludes:
thecavitynumberandthepositiondetermination,themoldoverallstructuralstyledesign,movesthemoldanddecidesthemoldformingcomponentssizethedetermination,poursthesystemand thesizedetermination,thedrawingofpatternsmodedeterminationafter,adjustswarmandtheexchaustgascompletes,thenstartstodrawupthemoldthestructureschematicdiagram,accordingtothespecificsizeexaminationinjectionmoldandtheinjectioncomputerrelated size,andcarriesonthecheckingandthecomputationtothecraftparameter.Carriesonthedeterminationandtherevisionafterward,thentheplanmoldassemblydrawing,takesshapethecomponentsandallneedstoprocess,simultaneouslyconsidersthecomponentstheprocessingcraft.
Keywords:
plasticpencilbox;plasticinjectionmold;formedcraft
前言……………………………………………………………………………………1
1.绪论………………………………………………………………………………..2
1.1模具在加工工业中的地位…………………………………………………...2
1.2模具的发展趋势……………………………………………………………..2
1.3模具CAD/CAM……………………………………………………………..3
1.4塑料的组成特点与分类……………………………………………………..4
1.5热塑性塑料注射模的基本组成…………………………………………...5
1.6注射成型模具分类…………………………………………………………...6
1.7热塑性塑料的工艺特性……………………………………………………..7
1.8注塑成型工艺过程…………………………………………………………..9
2.毕业设计任务说明………………………………………………………………11
2.1毕业设计基本内容…………………………………………………………..11
2.2文具盒塑件注射模具的设计流程…………………………………………..11
2.3毕业设计选题的意义………………………………………………………..12
3.文具盒塑件注射模具的设计……………………………………………………...13
3.1尺寸测量和三维模型的建立………………………………………………..13
3.2塑件材料…………………………………………………………………….13
3.3型腔总体布局……………………………………………………………….14
3.3.1型腔数量的确定……………………………………………………...14
3.3.2型腔布局……………………………………………………………...14
3.4成型零件的设计……………………………………………………………..15
3.4.1分型面的确定………………………………………………………...15
3.4.2创建型腔和型芯……………………………………………………...16
3.5标准模架的选择调用………………………………………………………..18
3.5.1标准模架类型………………………………………………………...18
3.5.2标准模架的选择调用………………………………………………...18
3.6浇注系统设计……………………………………………………………….20
3.6.1主流道的设计………………………………………………………..20
3.6.2冷料井设计…………………………………………………………...21
3.6.3分流道设计…………………………………………………………...21
3.6.4浇口设计……………………………………………………………...22
3.6.5排气孔道的设计……………………………………………………...23
3.7顶出机构设计……………………………………………………………….23
3.8抽芯机构设计……………………………………………………………….24
3.9模具温度调节系统设计…………………………………………………….24
3.10注塑设备选择……………………………………………………………...25
4.模具制造…………………………………………………………………………28
4.1注塑模具制造材料选择……………………………………………………28
4.2模具的特种加工方法………………………………………………………29
4.3塑料模具成形零件的加工…………………………………………………30
4.4模具安装和调试……………………………………………………………30
5.设计总结…………………………………………………………………………32
致谢…………………………………………………………………………………..33
参考文献……………………………………………………………………………..34
前 言
光阴似梭,大学四年的学习一晃而过,为具体的检验这四年来的学习效果,综合检测理论在实际应用中的能力,除了平时的考试、实验测试外,更重要的是理论联系实际,即此次设计的课题为文具盒塑件注塑模具。
本次毕业设计课题来源于生活,应用广泛,但分型难度大,模具结构较为复杂,对机械设计工作人员来说是一个很好的考验。
它能加强对塑料模具成型原理的理解,同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以文具盒塑件注射模具为主线,综合了成型工艺分析,模具结构设计,最后到模具零件的加工方法,模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。
能很好的学习致用的效果。
在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤,模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。
把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来,所谓学以致用。
在设计中除使用传统方法外,同时引用了UG,Solidedge,CAD软件,力求达到减小劳动强度,提高工作效率的目的。
本次设计中得到了邵老师和学院各位老师的指点和精心教诲。
由于实际经验和理论技术有限,设计的错误和不足之处在所难免,希望各位老师批评指正。
1.绪论
1.1模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。
对模具的全面要求是:
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度,要求高效率、自动化操作简便;从模具制造的角度,要求结构合理、制造容易、成本低廉。
模具影响着制品的质量。
首先,模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次,在加工过程中,模具结构对操作难以程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时,应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动,为此,常采用自动开合模自动顶出机构,在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。
另外模具对制品的成本也有影响。
当批量不大时,模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大,这时应尽可能的采结构合理而简单的模具,以降低成本。
现代生产中,合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素,尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用,产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。
由于制件品种和产量需求很大,对模具也提出了越来越高的要求。
1.2模具的发展趋势
近年来,模具增长十分迅速,高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大[1]。
从模具设计和制造角度来看,模具的发展趋势可分为以下几个方面:
(1)加深理论研究
在模具设计中,对工艺原理的研究越来越深入,模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展,使得产品的产量和质量都得到很大的提高。
(2)高效率、自动化
大量采用各种高效率、自动化的模具结构。
高速自动化的成型机械配合以先进的模具,对提高产品质量,提高生产率,降低成本起了很大的作用。
(3)大型、超小型及高精度
应用的扩大,于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具,为了满足这些要求,研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。
(4)革新模具制造工艺
在模具制造工艺上,为缩短模具的制造周期,减少钳工的工作量,在模具加工工艺上作了很大的改进,特别是异形型腔的加工,采用了各种先进的机床,这不仅大大提高了机械加工的比重,而且提高了加工精度。
(5)标准化
开展标准化工作,不仅大大提高了生产模具的效率,而且改善了质量,降低了成本。
1.3模具CAD/CAM
采用CAD技术是模具生产的一次革命,是模具技术发展的一个显著特点。
引用模具CAD系统后,图纸不再是设计与制造环节的分界线,也不再是制造、生产过程中的唯一依据,图纸将被简化,甚至最终消失。
模具CAD技术在近几年的发展过程中日趋成熟,基于此项技术的二维、三维制图软件得到了广泛的应用,以生产家用电器的中国企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国UGS的UG、美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。
这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
近年来,我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展,主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等,这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点,为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
基于网络化的CAD/CAE/CAM一体化系统结构也得到了迅猛发展,在网络系统下实现了CAD/CAM的一体化,解决了传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作的要求,更能符合实际应用的自然过程。
模具CAD/CAM的优越性[2]:
(1)缩短了模具设计与制造的周期,促进产品的更新换代;
(2)优化模具设计及优化模具制造工艺,提高产品质量和延长模具寿命;
(3)提高模具设计及制造的效率,降低成本;
(4)将设计人员从繁闷的计算和绘图中解放出来,使其可以从事更多的创造性劳动。
1.4塑料的组成特点与分类
1.塑料的组成及各组成物的作用
塑料是以树脂为左,加入不同添加剂,在一定的温度和压力下塑化成型的高分子材料。
(1)树脂:
包括天然树脂和人工合成树脂。
由于天然树脂产量有限,生产中很少采用天然树脂而主要采用人工合成树脂,树脂在塑料中一般含量为40%。
1肋%。
树脂是基础原料,它具有流功性和可塑性,是成型的必备条件。
不同的树脂,决定塑料的不同类型。
添加剂主要有:
填充剂、增塑剂、稳定剂、发泡剂;着色剂等,添加剂直接影响塑料的物理、力学、化学性能等。
(2)填充剂:
是坦料中的重要成分。
加入量可达40%。
50%,常用的填充剂有碳酸钙、碳黑、玻璃纤维等。
加入填充剂的目的有两个:
一是增量,增加塑料的体积或重量,明显减少树脂用量,降低成本。
二是玫性,树脂中加入填充剂后,改变了树脂分子问构造,增加了原来不具有的特性,如酚醛树脂中加入木粉后,克服了脆性,提高了弹性;聚乙烯中加人钙质填料,提高了耐热性和刚度等[3]。
填充剂的形状一般为粉状,也有纤维状和层状,不管填充剂的形状如何,对其要求有:
容易被树脂浸润.与树脂戳附很好,性质稳定又易分散,对设备的磨损不严重。
(3)增塑剂:
为了改进塑料的可塑性,降低熔融强度,需在有些树脂中加入有机化合物,这些有机化合物称为增塑剂,如氯化石蜡、磷酸酪类、二甲酸酯类等。
在塑料工业中,聚氯乙烯、硝酸纤维、醋酸纤维中均需加入增塑剂以改善成型性能,提高塑料的软性及其它必要的性能。
树脂中加入增塑刑,加大了其分子间的距离,削弱了大分子间的相互作用力,使树脂分子容易滑移,从而达到上述目的。
如聚氯乙烯树脂中加人增塑剂邻苯二甲二丁酪,变为如同橡胶一样柔软的塑料。
但加入量不能太多,否则会明显降低树脂的强度和硬度。
增塑剂是液态或低熔点固态物质,应无毒、无臭味、无色、对光和热比较稳定、挥发性小且与树脂有良好的相容性。
(4)固化剂:
主要用于热固性塑料。
它的作用是,热固性塑料在成型时,其原来的线型分子结构变为体型分子结构,硬化过程加速,故又称为硬化剂。
在环氧树脂中加入乙二胺,在酚醛树脂中加入六甲基四胺,就是这个道理。
(5)稳定剂:
为了提高塑件在使用时的稳定性,防止较快变质变性,需在塑料中加入某些物质,这些物质称为稳定剂。
塑件在使用中要能耐热、光、空气、霉菌等。
当使用环境较差时,往往会给塑件带来较大的影响,降低其使用寿命。
为此,在配料时加入稳定剂。
稳定剂应耐油、耐水、耐化学腐蚀,抗老化,在成型过程中挥发小、不分解,无色,能与树脂很好相容。
常用的稳定剂是硬脂酸盐、环氧化合物等。
(6)发泡剂:
为了制成泡沫塑料,在树脂中加入某种物质,如石油醚等,使树脂膨胀,这些物质就称勺发泡剂。
(7)着色剂:
—般将颜料或染料称为着色剂,它使塑料具有红色、蓝色等各种色彩,以满足使用者陶需要。
着色剂在塑料配料时加入,加入量可通过试验或凭经验确定,并要搅拌均匀、着色剂应与树脂有很好的相容性,着色力强,性质稳定,不与其它成分(如填充剂、固化剂等)起化学反应,不易变色等。
不少着色剂还束有其他作用,如炭黑着色剂有助于防止塑料受光变脆,二盐基性亚磷酸酯能防止紫外线射入。
在塑料中加入萤光色料,可使之具有特殊光学性能。
除上述添加剂外,还有润滑剂、阻燃剂等。
2.塑料的特点
(1)质量轻。
哩料的密度一般在0.9—2.3g/cm3范围内,约为铝的1/2,铜的l/6。
(2)比强度和比刚度高。
塑料的强度和刚度虽然不如金属好,但塑料的密度小,所以其比强度(赢/P)和比刚度(x/P)相当高。
如玻璃纤维增强塑料和碳纤维增强塑料的比强度和比刚度比钢材好。
(3)化学稳定性好。
塑料对酸、碱等化学物质具有良好的抗腐蚀能力,因此,在化工设备以及日用和工业品中得到广泛应用。
(4)电绝缘性能好。
塑料具有优越的电绝缘性能和耐电弧特性,所以广泛应用于电机、电器和电子工业中,做结构零件和绝缘材料。
(5)耐磨和减磨性能好。
塑料的摩擦系数小,耐磨性强,可以作为减磨材料,如用来制造轴承、齿轮等零件。
(6)消声和吸振性能好。
用塑料制成的传动摩擦零件,噪声小,吸振性好。
1.5热塑性塑料注射模的基本组成
通常一付注射模由下列基本部分组成[4]:
(1).定模机构
定模机构是安装在注射机的固定模板上的部分型腔。
由定位环,主流道体,定模底板,定模板和凹模组成一体,在注射机上固定不动。
主流道口与注塑机的喷嘴相联,引入熔融塑料。
(2).动模机构
动模机构是安装在注塑机的动模板上的部分型腔。
由凸模,动模板,导柱,
动模垫板和模脚等组成一体,在注塑机的锁模装置的驱动下往复运动。
随着模板向右一起运动,完成凹模与凸模闭合,即闭模。
注塑机料筒里的熔融塑料的高压作用下,通过喷嘴和浇注系统进入模腔,获得所需要的制品。
当动模板向右运动时,完成开模,借助顶出装置实现制品脱模,落料。
(3).浇注系统
浇注系统是将熔融塑料引向闭合模腔的通道。
通常由主流道,冷料穴,分流道和浇口等组成
(4).导向装置
导向装置时用以保证动模和定模闭合时位置准确。
它由导柱和导套组成。
对于多腔位射模,其顶出机构也设置了导向装置,以免顶针弯曲和折断。
(5).顶出机构
顶出机构是实现制品脱模的装置。
常见的有顶杆式,顶管式和推板式等。
(6).抽芯机构
当制品上带有侧孔和侧凹结构时,在顶出工作前,先要将可作侧向运动的型芯从制品中抽出,该侧向运动是由抽芯机构实现的。
由此可知,该机构只是部分注射成型模才需要设置。
(7).冷却和加热装置
加热时为满足注射成型工艺对模具温度的要求:
冷却为使熔料能在模具内冷却定型。
一般凹,凸模中通冷却水,热水,热蒸汽等。
(8).排气系统
排气系统是为把型腔内原有的空气以及塑料受热过程中产生的气体排出,而在模具分型面处开设的排气槽。
1.6注射成型模具分类
(1)按塑料品种不同可分为热塑性注射成型模和热固性塑料注射成型模。
(2)按所用的注塑机类型不同而分为卧式注射成型模,立式注射成型模和角式注射成型模。
(3)按注射成型模的结构特征分为:
分型面注射成型模,又称为双板式注射成型模。
双分型面注射成型模,也称为三板式注射成型模。
适用于点胶口形式的注射成型模。
在开模时,中间板与定模板进行定距分模,取出浇口,流道废把。
1.7热塑性塑料的工艺特性
(1)收缩率:
热塑性塑料的收缩形式与热固性塑料类似。
影响热塑性塑料成型收缩率的主要因素有以下几方面。
塑料品种:
热塑性塑料在成型过程中由于存在结晶化引起的体积变化,内应力强,塑件残余应力大,分子取向性强,因此与热固性塑料相比收缩率较大,方向性明显。
此外,脱模后收缩和后处理收缩也比热固性塑料大。
塑件特性:
塑件成型时,熔料与模具型腔表面接触层的冷却较快,形成较低密度的固态层,由于塑料的导热性差,其内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层,因此塑件壁越厚则收缩率越大。
浇口形式和尺寸:
这些直接影响料流方向、密度分布、保压补塑及成型时间。
成型条件:
模具温度、注射压力、保压时间等对塑件的收缩均有直接影响。
在模具设计时,应根据各种塑料的性质,塑件的壁厚,形状,进料口形状与尺寸,按经验确定塑件各部位的收缩率:
,再计算模具型腔尺寸。
对高精度的塑件,在模具设计时应留有修模余地,通过试模尼逐步修正模具,以达到塑件尺寸、精度要求。
(2)流动性:
塑料流动性可以根据塑料的相对分子质量、熔融指数、阿基米德螺旋线长度、表观融度及流动比(流程长度/塑件壁厚)等进行分析。
相对分子质量小、熔融指数高、螺旋线长、表观熟度小、流动比大的塑料流动性好[5]。
按模具设计要求,可将流动性分为3类:
流动性好的,如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯;流动性中等的,如改性聚苯乙烯(ABS)、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等;流动性差的,如聚碳酸酪、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚矾、氟塑料等。
影响流动性的主要因素有以下几个方面:
①温度。
料温高则塑料的流动性增大。
②压力。
注射压力增大则熔融塑料受剪切作用大,其流动性也随之增大。
特别是聚乙烯、聚甲
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