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浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书浙江广厦建设职业技术学院模具设计与制造专业毕业设计说明书设计题目彩笔帽注塑模设计学生姓名施锦达学号0218140326指导教师齐永杰专业模具设计与制造年级2014级摘要本设计是“彩笔帽”的模具设计与制造的全部介绍,根据大量的图书参考得出了先从那下手的具体的就是设计内容是从零件的工艺分析开始的,根据工艺要求来确定设计的大体思路开始是从零件的材料选择,接下是成型参数、密度、收缩率的确定,模具种类与模具设计的关系、塑件的尺寸精度与结构、注射机的选择、模具设计有关尺寸的计算(包括模具行腔型芯的计算及其公差的确定)、浇注系统要能够自动脱模,为保了保证塑件表面质量采用侧浇口,因此选用单分型面注射模,侧浇口自动脱模结构模具的型腔采用一模四腔的平衡布置,浇注系统采用侧浇口成型,推出形式为推件板推出机构完成塑件的推出由于塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化,使之成为高黏度的流体,用柱塞或螺杆作为加压工具,使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中,经过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品注塑机参数的校核、模具结构设计、模具冷却、加热系统计算、注射模标准件的选用及总装技术要求等内容关键词彩笔帽;模具;单分型面;模具设计目录TOC\o1-3\h\uHYPERLINK\l_Toc30349引言1HYPERLINK\l_Toc28311塑件分析2HYPERLINK\l_Toc231012塑料的成型特性及工艺参数3HYPERLINK\l_Toc
37822.1型腔数量的选择3HYPERLINK\l_Toc
292802.2额定锁模力的校核3HYPERLINK\l_Toc198713分型面的设计5HYPERLINK\l_Toc196304浇注系统设计6HYPERLINK\l_Toc
297714.1浇注系统的设计原则6HYPERLINK\l_Toc
188174.2主流道的设计6HYPERLINK\l_Toc
303144.3分流道及其平衡布置7HYPERLINK\l_Toc
307184.4浇口的设计7HYPERLINK\l_Toc
288044.5冷料穴的设计8HYPERLINK\l_Toc
32344.6定位圈和浇口套的固定9HYPERLINK\l_Toc283975成型零件的设计和计算10HYPERLINK\l_Toc
33395.1凹模设计10HYPERLINK\l_Toc
268515.2凸模设计10HYPERLINK\l_Toc253996导向机构设计12HYPERLINK\l_Toc
310636.1导柱的设计12HYPERLINK\l_Toc
234406.2导套的设计12HYPERLINK\l_Toc274617排气系统的设计13HYPERLINK\l_Toc277728冷却系统的设计14HYPERLINK\l_Toc
75588.1在设计冷却系统时,应从多方面考虑14HYPERLINK\l_Toc
233718.2冷却计算14HYPERLINK\l_Toc
88348.3冷却水道在定模中的位置14HYPERLINK\l_Toc127299顶出系统的设计16HYPERLINK\l_Toc
251379.1推出机构设计16HYPERLINK\l_Toc
205759.2顶出行程16HYPERLINK\l_Toc3104210模架设计17HYPERLINK\l_Toc352411装配图的绘制18HYPERLINK\l_Toc9831总结19HYPERLINK\l_Toc3831致谢20HYPERLINK\l_Toc24339参考文献21引言模具是工业生产的重要装备,是国民经济的基础设备,是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用,是工业发展的基石,被人称为“工业之母”和“磁力工业”模具是制造业的重要基础装备,是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不及的换句话说,没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱塑料制品具有原料来源丰富价格低廉性能优良等特点它在电脑、手机、汽车、电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用,应用极其广泛注射成形是成形热塑件的主要方法,因此应用范围很广注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化,使之成为高黏度的流体,用柱塞或螺杆作为加压工具,使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中,经过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品塑料注射成形工艺的最大特点是复制,能够复制出所需任意数量的可直接使用或稍作处理即可使用的制品,是一种适宜大批量生产的工艺虽然在设备上投入较大,但是可以生产制品的数量非常大,实属一种经济快捷的生产方式,因此得到广泛的应用和快速的发展过去在我国工业中,模具长期未受到重视改革开放以来,塑料成形、家用电器、仪表、汽车等行业进入大批量生产,模具工业有了一定的发展随着现代工业发展的需要,塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛,质量要求也越来越高当今社会的进步和发展,使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求,然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来,因此,模具的发展与人们的生活关系越来越紧密,如我们使用的电脑、手机、汽车等产品都要依靠模具在塑料制品的生产中,高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成形设备等都是成形优质塑件的重要条件我国进入实施国民经济和社会发展的第十一个五年规划期,模具工业的发展也将进入一个关键时期在这一时期,模具行业的主要任务是,在党中央关于把我国建设成为创新型国家的战略思想指引下,进一步推进改革,调整结构,开拓市场,苦练内功,提升水平,使我国模具工业在整体上再上一个新台阶不断提升模具制造水平,振兴我国装备制造业,为实现把我国建设成为制造业强国的宏伟目标而奋斗1塑件分析该制品是模具生产出来的成千上万个塑件中的一个,由于制造的原因,塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形,因此对该零件的测量数值需要进行分析处理如对制品尺寸误差进行修正,然后绘出零件的草图塑料彩笔帽主要几何尺寸如图所示图
1.1塑件图2塑料的成型特性及工艺参数注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出的最大容积,它决定了一台注射机的所能成型塑件的最大体积一台注射机的最大注射量受注射成型工艺条件的影响而有些波动,因而在实际生产中常用公称注射量或是理论注射量来间接的表示注射机的加工能力公称注射量是指在对空注射条件下,注射机螺杆或柱塞作一次最大注射行程时注射机所能达到的最大注射量,它近似于注射机的实际能够达到的最大注射量所以塑件及浇注系统的总体积小于注射机最大注射量,该注射适合注射成型条件
2.1型腔数量的选择首先必须考虑采用单型腔还是多型腔模,并决定型腔数量的多少考虑的主要因数有现有注塑机的规格、所要求的塑件的质量、塑件成本及交货期起决定作用的因数很多,它既有技术方面的因数,也有生产管理方面的因数当尺寸精度要求很高时,应尽量减少型腔的数量模具成本与型腔数目的关系通常认为,模具中每增加一个型腔,所成型的制品的精度就会下降4%,对精度要求高的制品,随着型腔数目的增加,模具的制品精度也势必随之增加,因而导致其制造成本的加大该型腔数确定为一模四腔
2.2额定锁模力的校核选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力,不然模具分型面要分开而产生溢料注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大,所以型腔压力为注射压力的40%~70%;而有预塑装置的注射机及螺杆式注射机损失较小,所以型腔压力较大另外,对不同流动性的塑料,不同的喷嘴和模具结构形式,其压力损失也不一样一般熔料经喷嘴时其注射压力达60~80MPa,经浇注系统入型腔时则型腔压力一般为25~50MPa锁模力和成型面积的关系由下式确定(3-2)式中—锁模力,kN;—型腔压力,一般取40~50MPa;
①—浇道、进料口和塑件的投影面积mm2;计算A=
3.14×
7.5²=176mm2×A/1000=4×50×176÷1000=
35.2KN=900KN所以≧×A/1000公式成立
②注射压力的校核ABS成型所需注射压力MPa
③模具高度与注射机闭合高度关系的校核3-3
④开模行程校核(该模架有1次分型)(H1为分型面移动距离,H2为产品顶出距离)3分型面的设计分型面的设计要便于模具加工制造,应尽量选择平直的分型面,这样的分型面壁较好处理,对于分型面不在同一平面的模具,为了避免合模时动、定模两部分发生碰撞,以及减小模具制造的难度可以利用一些角度很小的角作为分型面发生变化的部位选择分型面时一般应遵循以下几项原则
①分型面应选在塑件外形最大轮廓处;
②便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边;
③保证塑件的精度要求;
④满足塑件的外观质量要求;
⑤便于模具加工制造;
⑥对成型面积的影响;
⑦对排气效果的影响;
⑧对侧向抽芯的影响制品采用侧浇口,开模后,拉料杆拉出余料,注射机推动推件板固定板,推件板发生作用,推出塑件脱落如下图所示其优点是不会在产品表面留下顶出痕迹保证产品外面美观图
3.1分型面4浇注系统设计
4.1浇注系统的设计原则
①流程要短减少压力和热量损失及塑料消耗量同时缩短了充模时间
②排气良好使料流平稳顺利充满型腔
③防止型芯变形和嵌件位移
④防止塑件翘曲变形和表面形成冷斑、冷等缺陷
⑤合理选择冷料穴
4.2主流道的设计主流道是指连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道负责将塑料熔体从喷嘴引入模具其形状、大小直接影响塑料的流速及填充时间为了使塑料凝料能从主流道中顺利拔出需将主流道设计成圆锥形具有α=2°~6°的锥角内壁为Ra
0.8μm以下的表面粗糙度小端直径应大于喷嘴直径约
0.5~1mm凹坑半径R也应比喷嘴头半径大1~2mm以便凝料顺利拔出图
4.1浇口套
4.3分流道及其平衡布置分流道是主流道和浇口之间的进料通道其作用是通过流道截面及方向变化使熔料平稳地转换流向并均衡分配给各个型腔常见分流道的截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式从压力损失考虑圆形截面分流道最好分流道截面尺寸应按塑料制品的体积、形状、壁厚、塑料品种、注射速率、分流道长度等因素确定圆形截面分流道直径一般取d=2~12mm分流道表面不要求太光洁表面粗糙度通常取Ra
1.25~
2.5μM本设计采用圆形分流道本设计分流道的布置采用平衡式布置这样一模四腔可以十字布置使熔融塑料几乎同时到达每个型腔的进料口这样塑料到每个型腔的压力和温度是相同的塑件的品质理应相同
4.4浇口的设计浇口又称进料口是分流道与型腔之间的狭窄部分也是浇注系统中最小的部分它是塑料熔体的流速产生加速度以利于迅速充满型腔同时还起封闭型腔防止熔体倒流的作用并在成型后使浇口凝料与塑件易于分离浇口的理想尺寸很难计算一般可根据经验估算浇口断面积约为分流道断面积的3%~9%断面形状常为矩形或圆形浇口的长度约为1~
1.5mm在设计浇口时往往先取较大的尺寸值以便在试模后逐步加以修正浇口的形式有多样:侧浇口、点浇口、潜伏浇口和直接浇口等等本设计中采用侧浇口,其优点是开模时浇口可自动切断实现全自动成型,浇口周围残留应力小如下图示所示图
4.2侧浇口
4.5冷料穴的设计冷料穴是为了防止冷料进入浇注系统的流道和型腔从而影响注塑成型和塑料件质量而开设的容纳注射间隔所产生的冷料井穴本设计中冷料穴开设在主流道和分流道的交界处图
4.3冷料穴
4.6定位圈和浇口套的固定定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用定位圈直经D为与注射机定位孔配合直经,应按选用注射机的定位孔直经确定直经D一般比注射机孔直略小,以便装模定位圈一般采用45号钢或Q275钢定位圈内六角螺钉固定在模板时,一般用两个以上的M6~M8的内六角螺钉,本设计采用两个M8螺钉固定浇口套的材料为T
10、硬度HRC45;定位圈的材料为45钢,硬度为HRC50,尺寸结构如下图图
4.4定位圈5成型零件的设计和计算
5.1凹模设计根据模具的结构形式,考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素,定模的结构很简单,加工没有特别的困难,所以定模芯采取整体式结构,其结构见图图
5.1凹模示意图
5.2凸模设计成型塑件内表面的零件称凸模或型芯,主要有主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺纹型环等对于结构简单的容器、壳、罩、盖之类的塑件,成型其主体部分内表面的零件称主型芯或凸模,而将成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆主型芯的结构设计按结构主型芯可分为整体式和组合式两种组合式结构为了便于加工,形状复杂型芯往往采用镶嵌组合式结构这种构是将型芯单独加工后,再镶入模板中所以我们采取动模型芯采取镶嵌组合式结构,将型芯割开以便加工其型芯的结构形式另见图图
5.2凸模示意图6导向机构设计
6.1导柱的设计导柱导向是指导柱与导套(导向孔)采用间隙配合使导柱在导套(导向孔)内滑动,配合间隙一般采用H7/k6级配合因为此塑件结构复杂,所以采用台阶式导柱在导柱的工作部分上开设油槽,可以改善导向条件,减少摩擦,但增加了成本,由于该模具要求不高,所以不再加油槽故导柱采用不加油槽的阶梯式导柱根据国家标准选用直径为16mm长度为85mm的导柱材料为T8A淬硬钢图
6.1导柱示意图
6.2导套的设计由于导柱已选定,且该模具较小,其导柱、导套配合之间模具结构较复杂,所以采用两个导套接连使用达到模具要求,由塑料模具设计与制造可查得与之相配的导套为I型带头导套,其直径为25mm,长度为40mm如图所示图3-10导套示意图7排气系统的设计塑料在熔化时会产生气体,所以当塑料在充满型腔时及浇注系统内的空气,如果在型腔中不及时排除干净,可以会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等缺陷另一方面气体的受压产生反向压力而降低充模速度,还可能造成塑件碳化或烧焦注射成型时的排气可采用如下四种方式排气
①利用配合间隙排气;
②在分型面上开设排气槽排气;
③利用排气守排气;
④强制性排气;该模具是采用利用配合间隙排气其间隙值约为
0.03~
0.05mm.它常用于中小型的简单模具8冷却系统的设计
8.1在设计冷却系统时,应从多方面考虑
①在保证模具材料有足够的机械强度的前提下,冷却水道尽可能设置在靠近型腔(型芯)表面
②在保证模具材料有足够的机械强度的前提下,冷却水道应安排的尽量紧密
③合理确定冷却水道孔的直径、中心距以及与型腔壁的距离,根据经验,水道孔的直径一般取8~12mm;水道管壁间距离不得超过5d,水管壁离型腔表面不得太近,亦不能太远一般不超过管径的3倍,以12~15mm为宜;
④对于中、大型模具,由于冷却水道很长,会造成较大的温度梯度变化,导致在冷却水道末端(出口处)温度上升很高,从而影响冷却效果从均匀冷却的方案考虑,对冷却液在出、入口处的温差,一般控制在5℃以下,冷却水道的长度在
1.2~
1.5以下因此,对于中、大型模具,可将冷却水道分成几个独立的回路来增大冷却液的流量,减少压力损失,提高传热效率
⑤制品较厚的部分应特别加强冷却
8.2冷却计算所需冷却水量按下式计算(3-4)式中—通过模具的冷却流量(g);—单位时间内进入模具的塑料重量(g);—每克塑料的热容量(J/g);—出水温度();—入水温度();—热传导系数;再由下式可求出冷却水道的直径d(3-5)式中ρ——冷却液密度(g/m2);L——冷却水道的长度(cm);经计算水道直径d约为6mm,
8.3冷却水道在定模中的位置冷却水道的位置取决于制品的形状和不同的壁厚原则上冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方,根据冷却系统的设计原则,冷却水道应围绕模具所成型的制品,且尽量排列均匀一致在模板上直接设置冷却水道同样应遵循冷却系统的设计原则,使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔,使制品在成型过程中冷却均匀如果模具中成型制品的部分,是以镶件方式镶入模板,其冷却水道的分布,最好采用围绕镶件的方式相交水道通常采用以过盈配合方式插入镶件,使冷却液改变流向综上所述,对本制品而言,由于形状较复杂,塑料难以充填等,需要进行均匀的冷却,才能保证产品的质量;采用循环水道冷却,使入水口和出水口的温差控制在5度以内本模具的冷却水道直径为6mm,并且围绕型腔布置具体分布如下图图
8.1冷却水道布置图9顶出系统的设计
9.1推出机构设计推出机构的作用是将塑件成型后,顺利地把塑件及浇道凝料推出模外推出机构一般由推件板、拉料杆、推板、推件板固定板等零件组成在设置推出机构时,首先需要确定当模具开启后,制品的留模形式(留动模部分或留定模部分),推出机构必须是建立在制品所滞留的模具部分中通常,由于注塑机的推出机构设置在动模板一侧,因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的为了对推出机构进行位置调整和防止推出机构复位时受到异物阻碍,在动模座板上还设计了限位钉推出机构的设计原则
①模具的推出机构必须有足够的强度及刚度,使塑件出模后不致于变形;
②推力要均匀推力面尽可能要大,其推力应设计在塑件承受力较大的地方如筋部、凸缘及壳体壁部等部位;
③推件不应设计在零件外表面,以免影响塑件外观质量;
④推出系统要动作灵敏可靠、动作平稳并便于更换于维修
9.2顶出行程顶出行程一般规定使被顶出的制品脱离模具5~10mm,在成型一些形状简单且脱模斜度较大的桶形制品,也可使顶出行程为制品深度的2/3本设计的顶出行程为12mm顶出机构采用推件板推出结构如图所示图
9.1推出结构示意图10模架设计塑料注射模模架现已标准化和系列化了因此在设计时只需根据塑件的结构和尺寸直接选用即可塑料模的模架起装配、定位和安装作用
①动模固定板和定模固定板它们是动模和定模的基座也是固定式塑料模与成型设备连接的模板因此座板的轮廓尺寸和固定孔必须与成型设备上模具的安装板相适应座板还必须具有足够的强度和刚度150mm×200mm
②垫块、推板和推板固定板彩笔帽的作用是使动模支承板与动模固定板之间形成推出机构运动的空间或调节模具总高度以适应成型设备上模具安装空间对模具总高的要求彩笔帽的尺寸为28mm×150mm推板和推板固定板的尺寸均为90mm×150mm具体尺寸如图所示
③各板的厚度如下:a动模固定板和定模固定板根据标准选用厚度分别为20mm和20mm;b型腔座板选用厚度为40mm;c型芯座板选用厚度为30mm;d彩笔帽根据已选用的模架,选择其厚度为60mm;e推件板固定板厚度取13mm11装配图的绘制模具整体设计也就是模体的设计,随着现代工业的发展,模体设计已接近标准化,可以从市场上购买相应的模体标准模体一般包括定模板、动模板、垫块、顶出固定板、顶板、导柱、导套、复位杆等标准模架有12种结构,15876种规格在本次设计中,浇口套、导柱、导套、顶杆、水嘴都采用标准件,可以外购总装图各视图如图
11.1图所示图
11.1模具装配图总结三年的大学生活即将结束,毕业设计作为对三年所学知识和所掌握技能的综合运用与检验有着非常重要的意义和作用在完成三年的课程学习和相应的生产实习以后,我熟练的掌握了机械制图、机械原理、机械设计、材料成型等专业基础方面的知识,并且在大二上学期进行了塑料成型工艺与模具设计这门课程的学习,对模具设计这个实践性非常强的课题,也进行了相应的课程设计和到生产现场的参观实习在指导老师和工厂师傅的细心讲解下,使我们对模具的一般工作原理、制造及加工工艺有了一些初步的了解并在图书馆借阅了大量的相关书籍和手册,在设计的过程中得到了充分的利用,对设计过程中不懂的地方,通过老师的讲解和与同学的讨论都得到了相应的解决本次设计主要借助于Autocad软件得以完成,这次设计,使我对这两个软件地运用更加熟练!毕业设计作为我大学生涯中的最后一堂课,也是相当重要的一堂通过毕业设计检验了我大学三年的学习成果并且更加全面地巩固了大学三年所学东西同时也培养了我们独立自主,不怕吃苦的精神提高了我的动手能力和分析问题的能力这些为我以后的学习和工作都打下了坚实的基础,我们将受益无穷!通过设计也让我发现了自身存在的问题,比如学习之余未能充分拓展自己的知识面、软件的运用没有向更深一层次的发展、经验缺乏、考虑问题不够全面等在毕业设计中我们可以吸取这些教训,加以改正这样在以后的人生路上就会走的更加的平坦!所以毕业设计不仅是我们大学里的一堂课,更是我们每个人人生中重要的一堂课!在这次毕业设计中无论是思想上还是能力上我都有了进一步地提高致谢经过半年的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个专科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及小组同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的在论文写作过程中,得到了老师的亲切关怀和耐心的指导他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我从课题的选择到任务的最终完成,老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持多少个日日夜夜,老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀在此谨向老师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意在论文即将完成之际,我的心情无法平静,有很多可敬的师长、同学、朋友给了我无穷的帮助与指导最后,我还要感谢三年来辛辛苦苦教导我们的老师们,这些年来一直是你们在传授我们知识、教导我们为人,谢谢你们对我的栽培!参考文献
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