肥皂盒模具的设计(共26页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上摘 要近年来，我国家电工业的高速发展对模具工业，尤其是塑料模具提出了越来越高的要求，2004年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30%左右，据有关专家预测，在未来几年中，中国塑料模具工业还将持续保持年均增长速度达到10%以上的较高速度的发展。国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。 注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本课题就是将小家电的榨汁机的料桶杯作为设计模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。 本设计对榨汁机料桶杯进行的注塑模设计，利用UG软件对塑件进行了实体造型，对塑件结构进行了工艺分析。明确了设计思路，确定了注射成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。最后用autoCAD绘制了一套模具装配图和零件图。 本课题通过对榨汁机料桶杯的注射模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图 关键词：塑料模具；注射成型；模具设计； AbstractIn recent years, China's household electrical appliance industry in the development of high-speed tooling industry, in particular the plastic mold of the ever-increasing demands. In 2004, the plastic mold industry in the entire Die share has risen to 30% According to the experts predict that in the next few years, China plastic mold industry will continue to maintain an average annual growth rate of 10% over the high rate of development. Domestic market to plastic mold injection mold greatest demand, which focused on the development of engineering plastics die. Plastic injection molding molding is an important method, which is primarily applicable to thermoplastic plastic molding, Molding can be a complex shape of precision plastic parts. Is the topic of small appliances Juicer the drums Cup as a design model, the injection mold-related knowledge as a basis for elaborate plastic injection mold design process. The design of Orange drums Cup for the injection mold design, the use of software UG plastic parts for the solid modeling, Plastic Parts of the structure analysis for the process. Defined the design, determine the injection molding process as well as some specific details of the calculation and verification. The design of such a structure can be used to ensure reliable Die work to ensure that the other parts of the tie. Finally, a set of auto mapping mold parts and assembly plans. The subject of Orange drums Cup injection mold design, and to consolidate and deepen the learning, has been fairly satisfied with the results, achieved the desired design intent Keywords : plastic mold; injection molding; Mold design;目 录1235212124参考文献第一章 绪 论在21世纪的今天，随着科学技术的不断进步和社会的高速发展，产品更新换代越来越快。无论是工业产品还是家电产品，大多数应用模具成型。因此，产品对模具的精度要求越来越高、越来越普及。其产品在人们的生产生活中的作用越来越大。塑料模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具，它对塑料零件的制造质量和成本起着决定性影响，所以对塑料模具的设计要求还是比较高的，从产品的角度讲，能生产出尺寸精度、外观、物理性能等各方面均满足使用要求的优质产品；从模具使用的角度讲，要求效率高、自动化并且操作简单；从模具制造角度讲，要求模具结构合理，制造容易，成本低廉。模具设计过程一般是设计收缩率、毛坯尺寸、型腔布局，然后进行分模，创建型芯型腔、滑块和镶块、添加模架和标准件，最后设计浇注系统，冷却系统和建腔，生成材料清单和模具图。在现代塑料制品的生产中，合理的加工工艺，高效的设备，先进的模具是必不可少的三项重要因素。尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺的要求，塑料制品使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备只有配上想适应的模具才能发挥作用，随着塑料制品的品种和产量需求量的增加，对塑料模具也提出了越来越高的要求，促使塑料模具不断的向前发展。由于模具是典型的技术密集型产品，为了表达清楚设计意图，设计人员必须花费大量的时间来绘制模架、顶杆、滑块等结构相对固定的零部件。目前，CAD/CAE的发展，为广大模具设计人员提供了方便。在科学技术飞速发展的今天，模具设计多借助计算机软件进行设计和加工，这就实现了模具设计有经验设计阶段向理论计算设计方面的发展。例如CAD/CAM在模具设计方面的应用。本设计就以UGNX3和CAD为辅助软件进行了塑料端盖的设计。按照模具设计的一般步骤，从产品设计，型芯型腔的设计，模架设计，浇注系统，冷却系统的设计到标准件的选择，到模具工程图的生成。每一步都按照模具设计的一般规则，进行准确计算。第二章 肥皂盒塑料件 图2-1 塑件2.1 塑件的原材料分析塑件材料特性：PS塑料（聚苯乙烯）是是仅次于氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品种。聚苯乙烯无色透明有光泽收缩率0.40.7%，密度 1.041.06gcm3会沉于水，温度在90 °C 以上时，塑料会变成橡胶状 ，温度在320 °C开始分解，制品容易破碎，跌落在地上会发出铃声（TPS一样）无毒无味，流动性：流径：胶壁厚度比例约为150180：1，是较易流动的，聚苯乙烯是目前最理想的高频绝缘材料，可以与熔融的石英相媲美。它的化学稳定性良好，能耐碱硫酸磷酸10%-30%的盐酸西醋酸及其它有机酸但不耐硝酸和氧化剂的作用，对水乙醇汽油植物油及各种盐溶液也有足够的抗腐蚀能力。它的耐热性低，只能在不高的温度下使用，质地硬而脆，塑件由于内应力而易开裂。聚苯乙烯的透明性很好，透光率很高，光学性能仅次于有机玻璃，它的着色能力优良，能染成各种鲜艳的色彩。主要用途：聚苯乙烯在工业上可做仪表外壳灯罩化学仪器零件透明模型等用；在电器方面用做良好的绝缘材料接线盒电池盒等；在日用品方面广泛用于包装材料各种容器玩具等。塑件材料成型性能：聚苯乙烯性脆易裂，易出现裂纹，所以成型塑件脱模斜度不宜过小，顶出要受力要均匀；热胀系数大，塑件中不宜有嵌件，否则会因两者热胀系数相差太大而开裂；由于流动性好，应注意模具间隙，防止成行飞边；宜用高料温高模温低注射压力成行并延长注射时间，以防止缩孔及变形，降低内应力，但料温过高容易出现银丝；料温低或脱模剂多，则塑件透明性差。2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析2.2.1塑件的结构分析该零件的总体形状为方形，结构比较简单。2.2.2塑件尺寸精度的分析该零件的重要尺寸的尺寸精度为4级，其它尺寸均无公差要求，一般可采用8级精度。由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为2mm，最小处为1mm，壁厚差为1mm，较为均匀。2.2.3表面质量的分析该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。2.3 塑件的体积重量计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。计算得塑件的体积：V12849mm3（下盒） V2=1632.4（上盖）计算塑件的质量：公式为WV （2-1）根据设计手册查得聚甲基丙烯酸甲酯的密度为1.05g/cm3，故塑件的重量为：W1V W2=V2849×1.05×10-3 =1632.4×1.05×10-330g（下盒） =17.2g（上盖）2.4 塑件的注射工艺参数的确定根据情况，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。 料筒温度：170190选用180 喷嘴温度：160170选用220注射压力：选用80MP注射时间：选用2s保压时间：选用25s冷却时间：选用25s 总周期： 52s第三章 注射机的选用3.1 注射机的选用根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：XSZY250型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示：表（3-1）注塑机的各参数理论注射量/cm3250模板尺寸/mm598x520螺杆直径/mm30最大模具厚度/mm350注射压力/Mp1300最小模具厚度/mm200锁模力/KN1600喷嘴球半径/mm18拉杆内间距/mm295×373喷嘴口孔径/mm4 3.2 注射机的参数校核 1）注射量的校核（按体积） Vmax=V （3-1）式中：Vmax模具型腔流道的最大容积(cm3)V指定型号与规格注射机的注射量容积(cm3)塑料的固态密度(g/cm3)注射系数取0.750.85，无定形料可取0.85，结晶形可取0.75。将以上各数代入式得：Vmax=V 0.85×250212.5cm3倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留的时间会过长。所以最小注射量容积Vmin0.25V。Vmin0.25V=0.25×250=62.5cm3实际注射量V=2V0+2×0.6V0=2×28.49+2×0.6×28.49=91.2cm3即Vmin VVmax所以符合要求。 2）锁模力的校核公式：FKAPm （3-2） 式中F注射机的额定锁模力(kN) 1800 A制品和流道在分型面上的投影和(cm3) Pm型腔的平均计算压力(MPa) 取80 K安全系数，通常取K1.11.2取1.2则：KAPm1.2×87+87.2184+20×80 =1552kN1800kN=F所以符合要求。3）最大注射压和的校核PmaxKP0 （3-3）式中：Pmax注射机的额定注射压力(MPa)130P0成型时所需的注射压力(MPa)80K 安全系数，常取K=1.251.4 取1.3则KP0=1.3×80=104 MPaPmax130 MPa所以符合要求。第四章 塑料注射模具设计4.1 分型面的选择 图（4-1）分型面的位置该塑件为肥皂盒，表面质量无特殊要求，只要手感好，美观即可，此零件可采用上图所示的分型面比较合适。4. 2 型腔数的确定型腔数的确定有多种方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其公式如下：n2=(G-C)/V （4-1） 式中：G注射机的公称注射量/cm3 V单个制品的体积/cm3C浇道和浇口的总体积/cm3生产中每次实际注射量应为公称注射量G的（0.750.45）倍，现取0.6G进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.21）倍，现取C0.6V进行计算。n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.375×250)/28.49=3.29由以上的计算可知，可采用一模两腔的模具结构,一套模具同时生产上盖和下盒。4. 3 确定型腔的排列方式本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用下图所示的型腔排列方式。图（4-2）型腔的排列方式4.4 模具工作零件的设计与计算 凹模的结构采用整体镶入式，这样有利于节省贵重金属材料。型芯采用镶拼式结构，有利于加工和排气。（如图所示） 图（4-3）型芯型腔本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这PS的成型收缩率为0.005，模具的制造公差取z=/3。型腔工作尺寸的计算 （4-2）式中 S塑料的平均收缩率 L塑件的最大外型尺寸 X系数，尺寸的，精度低的塑件，X=0.5；尺寸小，精度高的塑件X=0.75 塑件尺寸的公差4.4.1 上盒型腔的径向尺寸长. =110.35500.13宽. =80.2200.12上盒型腔深度尺寸 =19.9900.074.4.2 下盒型腔分两部分1定模部分径向尺寸 长. =110.35500.13宽. =80.2200.12深度尺寸 =19.9900.072. 定模部分径向尺寸 长. =108.34500.13宽. =78.22500.11深度尺寸 =2.94500.05型芯工作尺寸的计算 （4-3）上盒型芯径向尺寸： 长 =108.3350-0.13宽 =78.5550-0.11 高 度尺寸： =19.2050-0.07下盒型芯径向尺寸： 长 =106.7250-0.13宽 =76.5450-0.11高度尺寸： =21.2150-0.07零有小型芯尺寸与凹模中槽的设计以合理美观为适无具体要求。4.5 浇注系统4.5.1 浇注系统的组成1 组成浇注系统的零件有：浇口套定位圈拉料杆定模板2 浇注系统的组成部分主流道分流道浇 口冷料穴4.5.2浇注系统的设计1. 浇注系统零件的设计浇口套的结构。使用XS-ZY-250注射机时定位孔直径为100mm，与浇口套下部尺寸相差较大，所以选用定位圈与浇口套分离的结构 XS-ZY-250注射机的注射部分喷嘴球头半径为18mm,喷嘴直径为4mm1） 浇口套的设计。 浇口套球面半径取20mm，深度取6mm. 浇口套外径取24mm 浇口套的材料选T10A碳素工具钢，淬火处理HRC50-552）定位圈的设计。 定位圈的外径取100mm，厚度取15mm. 定位圈的材料选用普通碳素结构钢A3，不需要热处理。3）拉料杆的设计见下2. 浇注系统的设计1）主流道的设计根据设计手册查得XSZY250型注射机喷嘴有关尺寸如下：喷嘴前端孔径：d0=4mm 喷嘴前端球面半径：R018mm为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径D应稍大于注射喷嘴直径d。Dd+(0.51)mm=4+15mm主流道的半锥角通常为1°2°过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用1.5°。经换算得主流道大端直径D8mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径5mm的圆弧过渡。主流道的长度L一般控制在60mm之内，可取L60mm。2）分流道的设计分流道在设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。圆形和正方形流道的效率最高，当分型面为平面时一般采用圆形的截面流道，但考虑到加工的方便性，可采用半圆形的流道。一般分流道直径在310mm范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度选定，分流道由定模板形成，分流道的截面形状常选用梯形或U形，但考虑便于加工选半圆，半径取4mm。3）浇口的设计根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹，因为该制件无表面质量的特殊要求，又是中小型制品的一模两腔结构，所以可以采用侧浇口。在侧浇口的三个尺寸中，以浇口的深度h最为重要。它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度W的大小对熔体的体积流量的直接的影响，浇口长度L在结构强度允许的条件下以短为好，一般选L0.50.75mm。对于中小型制品侧浇口深度（mm）常用h=0.52mm，约为制品最大壁厚的1/32/3,宽度 b=1.5-5.0综上可初定浇口尺寸为：h=1.5mm，b=1.5mm, L取0.5mm。计算后所得的侧浇口截面尺寸可用r=6q/(Wh2)104s-1作为初步校验。 制品的体积V9.132cm3，设定充模时间为1s，于是： q=28490/1=28490mm3/s r=6q/Wh2=(6×28490)/(1.5×12)=7.6×1042×104s-1所以符合要求。4）冷料穴与拉料杆的设计对于依靠推杆脱模的模具常用Z字形拉料杆，工作时依靠Z字形钩将主流道凝料拉出浇口套，Z字形拉料杆固定在推杆固定板上其形状如右图所示：4.6 推出机构4.6.1 推出机构的作用和种类 注射模的推出机构有推杆、推管、推板三种形式。由于塑件形状简单，所以采用普通推出机构中的推杆推出方式。每个制件用三根顶杆顶出，其结构简单，推出可靠 。4.6.2推杆推出机构的组成 组成注射模的推杆推出机构的零件有： 推杆 复位杆 推板导柱 推板导套 推板 推杆固定板 固定螺钉 支承钉4.6.3 推杆推出机构的设计1）、推杆 推杆的直径选6mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取135mm。 图（4-4）推杆 推杆材料选用优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与型芯的配合为间隙配合H8/g7。2）、复位杆复位杆的直径选8mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取135mm。 推杆材料选用优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与动模板的配合为间隙配合H8/f8。 图（4-5）复位杆3）、推板导套 材料选用碳素工具钢T8A淬火处理HRC4548。孔径20，304） 推板导柱 材料选择： 碳素工具钢T8A热处理为淬火处理硬度HRC52-55长85，直径205）推板 推板的结构如图所示，长、宽、厚分别255、250、15mm为采用普通碳素结构钢A3。6）推杆固定板 推杆固定板的结构如图所示，长、宽、厚与推板相同，分别为255、250、15mm，采用普通碳素结构钢A3。7） 固定螺钉 选用M6内六角螺钉，长度为24mm。8）支承钉 支承钉工作部分的直径为16mm,高度为5mm。下面直径10mm，材料选用45号钢，调质处理HRC50-55。4.7 注射模导向机构3.7.1 导向机构的作用和组成导向机构是在模具开模和合模的过程中起导向作用的机构。其组成一般为导柱和导套。3.7.2 导向机构的设计1)、导柱的设计选用阶梯型导柱，导向部分直径20mm,高度25mm,倒角高度5mm。材料选用碳素工具钢T8A,淬火处理HRC4548。表面粗糙度Ra0.8。2)、导套的设计选用台肩型导套，导向部分直径20mm,高度40mm,壁厚5mm,台肩高度5mm。材料选用碳素工具钢T8A,淬火处理HRC4548。表面粗糙度Ra0.8。4.8 冷却和排气系统4.8.1 冷却系统冷却系统的设计通常是在动模板和定模板上设计冷却水道。设计时应首先根据ABS塑料的成型温度和注射量进行热平衡计算，再确定冷却水道的尺寸和位置。4.8.2 排气系统排气系统可使型腔和浇注系统中原有的空气及塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体顺利排出模具之外，以保证熔体顺利充满型腔。可以采用模具零件的配合间隙自然排气。4.9 注射模标准模架的设计 1）选择标准模架型号： 中小型模架国家标准有四种基本型的结构。我们选用最常用的A2型标准模架。 2）模架主要尺寸确定原则 模架的长，宽取决于型腔，型芯，导柱及推出机构的位置，以及各零件不干涉原则。确定模架的长度和宽度应以设计动模板为基准。 3）动模板的设计 动模板的尺寸定为：355x250x40mm。材料为A3钢。 图（4-6）动模板4）确定模架的长度和宽度 模具的座板的长度，在动模板长度的基础上两侧各加上压板空间尺寸取：400mm，模具宽度与动模板一致取250mm。5）安装参数的校核模具各模板的厚度分别为：H1上模座 30mm H2型腔板 40mmH3型芯板 40mm H4下模垫板 30mmH5垫块 80mm H6下模座 30mm模具的闭合高度H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+ =250mm图（4-7）装配图所允许的最小模具厚度Hmin=200mm所允许的最大模具厚度Hmax=350mm即模具满足Hmin250mmHmax的安装条件。经查资料XS-ZY-250型注射机的最大开模行程S=180mm SH1+ H2+(510)mm =17.5+20+10 =47.5mm满足要求所以注射机的开模行程足够，由以上的验证可知，型注射机能满足使用要求，故可采用。 第五章 总 结 总结经过两个月的设计我对模具的设计方法有了基本的了解，也巩固和学习了许多专业知识，收获很大。针对本次塑料茶杯的注射模具设计总结如下: 优点方面：（1）此次设计采用一模两穴，一次性把肥皂盒的下盒和上盖同时浇注出来，在保证顺利开模的前提下，大大提高了生产效率。 （2）模具成型部分采用组合式使模具更加经济。（3）模具中采用小镶件，加工方便，更换容易。缺点方面：（1）模具成型部位采用组合式时为了保证组合后的的尺寸精度和装配牢固，减少塑件上的镶拼痕迹，要求镶块的尺寸，行为公差等级较高因此增加了一些难度。（2）由于设计水平，设计经验有限在设计中对很多细节没有太多的考虑由此增加了试模，调试的工作量。致 谢本次设计是在张立峰老师的悉心指导下完成的。张立峰老师为我的设计提出了许多指导性的意见和许多具体的指导和帮助。张立峰老师的严谨治学、不断探索的科研作风，敏锐深邃的学术洞察力，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文结束之际，特向我敬爱的导师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！在我撰写论文期间，得到了机电学院多位老师的帮助，在忙碌的工作之余，给予我专业知识上的指导，而且教给我学习的方法和思路，使我在模具设计上有了新的认识和提高。在此，我对他们表示由衷的谢意！衷心的感谢给予建议和帮助的各位老师！参考文献1 齐卫东.塑料模具设计与制造.北京：高等教育出版社，20042 廖念钊，莫雨松.互换性与技术测量.北京：中国计量出版社，20003 屈华昌.塑料成形工艺与模具设计.北京：高等教育出版社，20014 陈锡栋，周小玉.实用模具技术手册.北京：机械工业出版社，20025 陈立德.机械设计基础课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，20046 刘小年.机械制图.北京：机械工业出版社，19997 刘会霞，盛继生.金属工艺学. 北京：机械工业出版社，20018 陈明深.金属材料与热处理.北京：中国劳动出版社，19939 钱知勉.塑料成型加工手册.上海：上海科学技术文献出版社，199510 郭广恩.注射成型技术.北京: 机械工业出版社,200211 张治华.塑料收缩性.北京:中国石化出版社,200012 陈志刚.塑料模具设计.北京: 机械工业出版社,200213 黄锐.塑料工程手册.北京: 机械工业出版社,200014 翁其金.塑料模塑成型技术.北京: 机械工业出版社,200015 冯炳尧.模具设计与制造简明手册.上海:上海科学技术出版社,198516 中国机械工业教育协会组编. 塑料模具设计与制造.北京: 机械工业出版社,2001专心-专注-专业