贵州大学注塑课程设计说明书.doc

优质文本课程设计课程名称： 塑料成型工艺与模具设计 学 院： 机械工程学院 专 业：材料成形及控制工程姓 名： Mr.Li 学 号： 1308030000 年 级： 2013级 任课教师： 干雪梅 2016 年 7 月 4 日优质文本目 录前 言1课程设计任务书2第一章 塑件工艺分析3一、 材料性能分析3二、 成型特性及条件3三、 结构工艺性4四、 零件的体积及质量估算4五、 零件的二维及三维图纸4第二章 注射成型机的选用5第三章 塑件在模具中的位置6一、确定型腔数目6二、型腔的布置7三、分型面的选择7第四章 浇注系统的设计8一、主流道的设计8二、分流道的设计8三、浇口的设计9四、冷料穴的设计9五、定位环及浇口套的设计9第五章 成型零部件的设计10一、成型零件的结构设计10二、成型零部件工作尺寸的计算11三、型腔壁厚的计算12四、型腔底板厚的计算13第六章 模具结构设计14一、模架的选用14二、推出机构的设计14三、导向机构的设计15四、排气机构的设计16五、温度控制系统的设计16第七章 注射机的校核18一、模具安装尺寸的校核18二、开模行程的校核19三、最大注射量的校核19四、锁模力的校核19附录A 动模零件图21附录B 定模零件图22附录C 模具总装配图23总 结24参考文献25优质文本前 言本次课程设计是将我们本学期所学的塑料成型工艺与模具设计的理论知识与我们平时积累的相关知识内容以及软件的应用相结合，将理论知识应用于具体实践，完成一个零件的模具的完整设计过程，并对所学知识进行稳固和加深理解。随着塑料等非金属材料在工业产品中的广泛应用，模具工业在国民经济中的作用也越来越大。在机械、电子等行业中，有一半以上的产品是采用模具制造的方法。利用模具成型的生产方法很多，其中注塑成型具有制成品精度高、生产效率高和可以用来生产几何形状非常复杂的产品等特点，在整个塑料制品生产行业中具有非常重要的地位。模具是塑料成型加工的重要装备，其设计周期、生产效率和质量直接影响产品的进度、本钱和效率。CAD/CAM技术已开展成为一项比拟成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度,为其进一步普及创造了良好的条件;基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪,其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。因此此次课程实际工程中也大量应用了了CAD/CAM技术。本说明书主要介绍一套模具的具体设计过程，从零件的二维建模，到三维建模，在到塑件的工艺分析、分型面的选择、浇注系统的设计、模架的的选用、注塑机的选择等等。编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺、塑料脱模机构的设计等。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。把以前学过的根底知识融汇到综合应用本次设计当中来，到达学以致用的目的。由于本人设计水平有限，在设计过程中难免有错误之处，望老师批评指正。优质文本课程设计任务书学生信息学号1308030031学院机械工程学院班级姓名李兵专业材料成形及控制工程成型131教师信息姓名干雪梅职称任务书发出时间2016.6.18题目防尘塞的注塑模设计设计起止时间2016.6.18-6.30周数2主要内容：1、 CAD抄画塑件料产品二维图，掌握其特点包括形状、尺寸、成型特性、可能出现的缺陷等后，将零件通过UG生成三维零件,计算体积和质量。2、 塑件的工艺性分析，确定工艺参数。3、制定模具总体方案包括选择注塑机、模架类型、型腔数量、分型面、浇注系统、顶出形式等。4、计算模具零件包括成型零件尺寸、模板强度和刚度。5、CAD绘制成型零件图、正式模具装配图包括各种尺寸、技术条件、零件明细表。6、编写设计计算说明书包括产品分析、方案比拟、尺寸计算以及强度、刚度校核等。主要要求：1、塑件的三维实体造型正确无误，工艺方案确实定设计合理可行；2、成型零部件尺寸计算正确无误；3、CAD塑件图1张，零件三维零件电子文件一份使用UG8.5 prt文件，成型零件图1-2张，模具装配简图1张，图纸要符合行业标准；4、设计计算说明书不少于0.5万字，分析要清晰，层次要清楚，文理要通顺精练，格式符合标准要求；5、在设计、计算及绘图中应按标准要求进行。主要参考文献：1 齐晓杰主编.塑料成型工艺与模具设计，机械工业出版社.2 王善勤主编.塑料注射成型工艺与设备，中国轻工业出版社.3 何忠保.典型零件模具图册，机械工业出版社.优质文本第一章 塑件工艺分析一、 材料性能分析尼龙1010PA1010塑料是半透明、轻而硬、外表光亮的结晶形白色或微黄色颗粒，相对密度和吸水性比尼龙6和尼龙66低，机械强度高，冲击韧性、耐磨性和自润滑性好，耐寒性比尼龙6好，熔体流动性好，易于成型加工，但熔体温度范围较窄，高于100时长期与氧接触会逐渐呈现黄褐色，且机械强度下降，熔融太时与氧接触极易引起热氧化降解。工程塑料聚酰胺1010是我国独创的工程塑料聚酰胺品种，由上海赛璐珞厂在1958年研制成功。由于工程塑料聚酰胺1010具有工艺简单、设备无特殊要求、技术容易掌握、产品质量稳定以及综合性能优良等特点，因而开展迅速。工程塑料聚酰胺1010是一种半透明白色或微黄色坚韧固体，具有工程塑料聚酰胺的一般共性，对霉菌的作用非常稳定，对光作用很稳定。工程塑料聚酰胺1010是我国独创的一种工程塑料，用蓖麻油做原料，提取癸二胺及癸二酸再缩合而成的。本钱低、经济效果好、自润滑性和耐磨性极好、耐油性好，脆性转化温度低约在-60，机械强度较高，广泛用于机械零件和化工、电气零件。工程塑料聚酰胺1010具有优越的延展性，同时具有优良的常温和低温冲击性能。工程塑料聚酰胺1010在高于100下，长期与氧接触逐渐变黄，机械强度下降，特别是在熔融状态下极易热氧化降解。PA1010尼龙1010塑料还具有较好的电气绝缘性和化学稳定性，无毒。不溶于大局部非极性溶剂，如烃、脂类、低级醇等，但溶解于强极性溶剂，如苯酚、浓硫酸、甲酸、水合三氯乙醛等，耐霉菌、细菌和虫蛀。二、 成型特性及条件PA1010塑胶原料熔程较窄，一般为34°C。熔融流动性较好。适合注射成型、挤出成型和吹塑成型。其注塑成型工艺的温度要求为：料筒温度: 后部190210°C 中部200220°C 前部210230°C喷嘴200210°C模具温度2040°C注射压力6080MPa注射周期3050S。三、 结构工艺性零件壁厚根本均匀，所有壁厚均大于尼龙注塑件的最小壁厚0.4mm，注射成型时应不会发生填充缺乏的现象。四、 零件的体积及质量估算1. 单个塑件 尼龙1010密度 体积质量2. 四个塑件和浇注系统凝料总体积 质量五、 零件的二维及三维图纸图1.1 塑件二维图图1.2 塑件三维图第二章 注射成型机的选用 注射成型机的实际注射量应在额定注射量的20%80%之间，因此注射机的额定注射量为：，初选卧式注射成型机SZ-60/40，该设备的具体技术参数见表2-1所示。注射方式螺杆式螺杆直径30 螺杆转速/0200 理论注射容量60注射压力180 注射速率70 塑化能力35锁模力400移模行程250拉杆间距220300最大模厚250最小模厚150定位孔直径80定位孔深度10合模方式肘杆顶出行程/mm70顶出力12喷嘴伸出量20喷嘴球半径10喷嘴口孔径3.5油泵电动机功率11加热功率4.7机器质量3外形尺寸4.0X1.4X1.6表2-1 XS-Z60/50注射成型机技术参数表第三章 塑件在模具中的位置一、确定型腔数目型腔数目确实定： 式中 V注塑机的最大注射量 cm³ V1浇注系统凝料量 cm³ V2单个产品的体积或质量 cm³ 通常情况下，浇注系统凝料量为产品的0.5倍 根据设计需要和生产效率的要求可知，为满足塑件的使用要求，即要大批量生产，在同一次的注射成型中，一次成型塑件的数目为四个，也就是采用一模四腔的方式。二、型腔的布置型腔的排列方式根据模具的形状尺寸排列。当所有的型腔不能再同一个时间充满时，是得不到尺寸正确和物理性能良好的塑件的。为此，必须对浇注系统进行平衡，所以采用I形平衡式排列的型腔布局，如图3.1所示。使所有的型腔在同一时刻充满。该平衡浇注系统的特点是：从分流道到浇口及型腔，其形状、长度尺寸、圆角、模壁的冷却条件都完全相同。图3.1 I形平衡式排列型腔三、分型面的选择模具闭合时，型芯与型腔相接触的外表称之为分型面。为了便于脱模，分型面的位置应该设置在塑件断面尺寸最大的地方，还要不影响制品的外观。此外，分型面顶的选择还要遵守以下原那么：1.分型面的选择应考虑塑件的技术要求。当塑件的外表有同轴度、平行度等要求时，应尽可能将其置于同一半模内。2.分型面应尽量选择在不影响塑件外观的位置，并使其产生的飞边易于清理和修整。3.分型面的选择应有利于排气。4.分型面的选择应便于模具的加工分型面的选择应考虑注射机的技术参数。5.分型面的选择应便于模具的加工6.分型面的选择应考虑注射机的技术参数。根据该塑件的结构特征，分型面的选择的具体位置如下列图图3.2所示，箭头所指方向为开模方向。 图3.2 分型面及开模方向如第四章 浇注系统的设计浇注系统是指模具中塑料熔体有注射机碰嘴至型腔之间的进料通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、轮廓清晰、外表光洁、尺寸精确的塑件。浇注系统可分为普通浇注系统和无流道凝料浇注系统。此塑件采用普通浇筑系统。一、主流道的设计主流道(图4.1)是连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道。其作用是将塑料熔体引入模具，其形状、大小会直接影响塑料熔体的流速和填充时间。在模具中，主流道垂直于分型面，其形状一般设计成圆锥形，其圆锥角一般为2°4°，便于将冷凝料从主流道中拔出。内壁外表粗糙度为。主流道上端直径 主流道的下端直径 二、分流道的设计分流道(图4.1)是主流道与浇口之间的进料通道，在多型腔模中，一般均设置分流道，为了便于模具的制造，降低生产本钱，本模具的分流道设计为半圆形，只设在动模一侧。分流道的宽度与主流道的直径一致，取，高度，长度。三、浇口的设计浇口(图4.1)是连接分流道与型腔的通道。浇口通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体迅速均衡地充满型腔。浇口的设计应遵循以下原那么：1.应防止引起熔体的破裂。2.浇口应设置在塑件最大壁厚处。3.应有利于排气。4.有利于减少熔接痕和提高熔接痕强度。5.防止型芯变形。根据塑件的特点及简化模具设计的原那么，此塑件选择侧浇口。侧浇口对于小型塑件浇口可从以下范围内取值，浇口厚度，浇口宽度，浇口长度，所以，选取浇口尺寸为。四、冷料穴的设计 浇注系统中冷料穴的主要作用是贮存冷料。具体作用为，注射间歇中的冷料头或未塑化好的冷料贮存在冷料穴中，防止冷料进入模具型腔，影响塑件质量；防止冷料堵塞浇口，使注射生产继续无法进行。冷料穴下常常设计拉料杆，开模时用以拉出主流道凝料。所以，本模具采用带拉料杆的Z形冷料穴，。图4.1 浇注系统的尺寸确定五、定位环及浇口套的设计根据注射机定位孔径的尺寸，选取定位环直径为80mm，浇口套的公称直径为20mm。第五章 成型零部件的设计一、成型零件的结构设计1.结构设计为了便于热处理节约优质模具钢，型芯和型腔结构均采用整体镶块式结构。2. 固定方式型芯和型腔均通过套板用台阶固定的方式固定。图5.1 动模零件图图5.2 定模零件图二、成型零部件工作尺寸的计算 尼龙1010的平均收缩率1. 孔类尺寸的计算 (1)型腔径向尺寸 式中 D塑件的尺寸公差 S平均收缩率 塑件形状最大尺寸 模具制造公差，取尺寸公差的1/3 (2)型腔深度尺寸 式中 塑件高度尺寸的最大尺寸2. 轴类尺寸的计算(1)型芯径向尺寸 式中 塑件内形的最小尺寸 (2)型芯深度尺寸 式中 型芯的最小高度尺寸三、型腔壁厚的计算根据塑件外形及上文设计结果可知，此模具为圆形整体式型腔。圆形整体式型腔侧壁厚计算公式为按强度计算 按刚度计算 式中 型腔内塑料熔体的压力，取30MPa E型腔材料的弹性模量，钢为210MPa 型腔材料的许用应力MPa 型腔材料的泊松比，常取0.250.3 允许的型腔弹性变形值mm，尼龙为0.0250.04. r型腔内孔的半径mm所以按强度计算，模具型腔的最小壁厚为按刚度计算，模具型腔的最小壁厚为 型腔侧壁厚应大于按刚度和强度计算出的侧壁厚的最大值，既型腔侧壁厚应大于3.01mm，取型腔侧壁厚为5mm。 圆形整体式型腔受到的压力为P的熔体作用时，其内半径将增大。但由于侧壁受到底板的限制，在一定的高度范围内，内半径增大量要小一些。当侧壁高到一定界限L时，侧壁不再受底板约束，其内半径增大量与组合式型腔内径增大量相同，自由膨胀与约束膨胀的分界点高度为当型腔高度超过L时，按照上式计算即可，假设未超过，应按未超过的公式计算。所以需要校核型腔高度是否超过分界点高度，按上文所取型腔侧壁厚，分界点高度为型腔实际高度为11.5mm>1.42mm，故上文计算结果正确。四、型腔底板厚的计算矩形整体式型腔底板厚计算公式为按刚度计算 式中 型腔内塑料熔体的压力，取30MPa E型腔材料的弹性模量，钢为210MPa 允许的型腔弹性变形值mm，尼龙为0.0250.04. b型腔的宽度 CL/b决定的常数，查表4-7 L型腔的长度所以按强度计算，模具型腔的最小底板厚为 型腔底板厚应大于按强度计算出的型腔壁厚的最大值，既型腔侧壁厚应大于1.43mm，取型腔侧壁厚为5mm。 第六章 模具结构设计一、模架的选用本塑件尺寸较小，故根据国家标准GB/T12556-1990?塑料注射模中小型模架及技术条件?的给定规格选择标准模架即可。中小型模架有根本型A1、A2、A3、A4四种，以及派生型九种。因塑件机构简单，所以选用单分型面注射模即可，且采用推杆推出，所以采用根本型A1模具即可。所选模架的具体尺寸规格为模板宽150mm、长150mm，A=20mm，B=30mm，C=50mm。即模架规格为二、推出机构的设计推出机构是在塑件成型后，在开模过程中或者开模后将塑件及其浇注系统凝料从模具中推出的机构。要求在塑件的顶出过程中，不会损坏和变形，且保证塑件开模过程中留在设置有顶出机构的动模内。本模具选用推杆一次推出机构。 1.脱模力的计算脱模力即将包裹在模具型芯上的塑件推出模具必须克服阻力，它主要包括由塑件的收缩率引起的塑件与型芯的摩擦阻力和大气压力。脱模力的大小与塑件的薄厚及其形状有关。厚壁和薄壁的圆形塑件和矩形塑件的脱模力计算公式也不同。为了保证塑件被完好的且快速的推出，塑件脱模时必须有一个足够大的脱模力。对于厚壁圆环形塑件，脱模力的计算公式如下：式中所以，该塑件的脱模力为 2.推杆数量及结构形式根据推杆布置空间许可，每个制件设1根推杆，共4根，推杆头部直径为2mm，为增加其刚度，采用阶梯形推杆，尾部直径为4mm。3.复位装置的设计顶出机构在完成塑件的顶出动作后，为了进行下一步循环，必须回到其初始位置，常用的复位机构有弹簧复位机构和复位杆复位机构，因为弹簧机构复位不可靠，考虑到模具工作过程中的稳定性，所以此模具采用复位杆复位机构。 4.推出机构的导向推杆装配在推出板和推出固定板之间，推出板在推出的过程中的导向十分重要，否那么，推杆会变形或折断。此模具的推出机构的导向装置选择推板导柱和导套导向。 5.推出距离为确保推出时，塑件能够完全脱离动模，取推出距离。 6.拉料杆的设计 如第四章浇注系统所示，采用Z形拉料杆。三、导向机构的设计 注射模的导向与定位机构，主要用来保证动模和定模两大局部或模内其他零件之间的准确配合和可靠地分开，以防止模内各零件发生碰撞和干预，并确保塑件的形状和尺寸精度。导向机构的主要形式有导柱导向和锥面定位两种。为确保模具的定位精度和定位强度，本模具采用导柱导向机构。 为了便于加工导柱导套安装孔，获得较好的技术经济效益，使用有肩导柱。为了确保动模和定模只按一个方向合模，采用等直径导柱的不对称布置，为保护型芯不受损坏，导柱设在动模一侧，即正装。根据GB/T 4169.52006标准设计。四、排气机构的设计在塑料熔体向注射模型腔充满的过程中，熔体取代了型腔中的气体，在此过程中，如果气体不能及时排除，将会引起物料注射压力过大.熔体充填型腔困难。同时，局部气体还会在压力作用下渗进塑料中去，使塑件产生气泡及组织疏松等缺陷，熔合不良而引起强度下降。因此，在设计型腔结构与浇注系统时，必须考虑排气，排气的方式有开设排气槽排气和利用模具零件配合间隙自然排气。 因为该零件为小型零件，一模四腔，所以利用分型面及推杆之间的缝隙排气即可，不必单独考虑排气方式。五、温度控制系统的设计因塑料的的加热温度对塑件的质量影响较大，温度过高易于分解，成型时要控制模具温度在2040°C之间，具体措施是布置冷却水管。冷却水道的设计原那么：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大。冷却水孔至型腔外表距离相等、浇口处加强冷却、降低入水与出水的温度差。1.冷却水道直径的计算冷却水道直径与冷却水的体积流量有一定的关系。计算出冷却水的体积流量，查表即可得出冷却水道的直径。忽略模具因空气对流、热辐射与注射机接触所散失的热量，冷却水的体积流量计算公式为 式中查表6136，得冷却水道的直径为8mm。2. 冷却水道长度的计算冷却水道长度与冷却水道的传热面积为有关，其计算公式为 冷却水道传热面积的计算公式为式中 单位时间内注入模具中的塑件质量， 塑料成型时在模内释放的比焓， 冷却水孔壁与冷却介质间的传热系数，其中 式中 与冷却介质温度有关的物理系数，查表6146 冷却管道的直径所以 即冷却水道得长度为31cm。3.冷却时间的计算式中塑件所需冷却时间，塑件壁厚，塑件的热扩散率，塑料熔体温度，塑料的热变形温度，模具温度，所以第七章 注射机的校核一、模具安装尺寸的校核所选模架的外形尺寸为150x150mm，本设计所选用的注射机SZ-60/40的最大装模尺寸为330x440mm，大于模架的外形尺寸，所以所选注射机满足模具的安装要求。二、开模行程的校核1.推出距离在拔模斜度较小的情况下，塑件的推出距离在型芯高度的根底上增加12mm，所以 开模的最大行程应大于推出距离加塑件及浇注系统的最大高度再增加510mm，即 式中 推出距离，mm H包括注射系统在内的塑件高度，mm 注射机最大开模行程，mm所以本设计所选用的注射机SZ-60/40的最大开模行程为250mm，所以满足设计要求。三、 最大注射量的校核注射机的实际注射量应该在注射机的最大注射量的20%80%的范围内，即 式中 注射机的最大注射量 塑件的体积 浇注系统的体积所以 本设计所选用的注射机SZ-60/40的最大注射量满足设计要求。四、 锁模力的校核塑件对注射机锁模力的要求为 式中 注射机的额定锁模力 P熔融塑料在型腔内的压力 A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和对于中小型零件，材料为PA1010，熔融塑料在型腔内的压力取30MP。塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和为所以，塑件浇注是在模具内的胀型力为注射机的锁模力为500KN，即本设计所选用的注射机SZ-60/40的锁模力满足设计要求。优质文本附录A 动模零件图优质文本附录B 定模零件图优质文本 附录C 模具总装配图优质文本总 结通过本次塑料成型工艺与模具设计的课程设计，我的收获颇丰，学到了很多知识。从通过塑件的工程图进行建模，到材料的性能分析、塑件的工艺分析，再到模具的设计与计算。在整个课程设计的过程中，我对注塑模具的结构与设计方法有了深刻的认识和理解。通过此次注塑模的课程设计，我对课堂上学到的理论知识有了更具体的理解，学到了如何快速的将所学的理论知识应用于具体的设计实践当中去，加强了单独完成课程设计的能力，熟练的掌握了整个设计过程的流程。每一次课程设计，不仅仅是对这门课程学习情况的考察和应用，更是对我们所学的一系列的专业课程的综合应用，此次课程设计中，用到了机械制图的知识来对零件进行分析和建模，应用了材料力学的知识对零件和所设计的模具进行工艺分析和力的校核，还应用到了互换性的知识进行模具工作零件的尺寸等相关尺寸的设计和计算。我们只有扎实的掌握这些根底的知识，才能在整个设计过程中更好的应用其来帮助我们完成整个设计。在这次注塑模的课程设计中，我也遇到了很多的问题，如对整个设计流程的不熟悉，导致不知从何处下手来进行设计；还有就是相关数据资料缺乏，查阅相关文献的熟练程度有待提高；最大的问题是对注塑模的各个机构和零部件的结构不够了解，在设计模具的过程中不知道相关零部件如何选择。总之，经过这次课程设计，我对注塑件的模具整体设计流程有了一个全面的了解，虽然在这个过程中遇到了很多问题，但在解决问题的过程中也有很多的收获，今后应多加练习和学习产品设计的过程，将其应用于以后的学习和生活中。优质文本参考文献1齐晓杰主编. ?塑料成型工艺与模具设计?.机械工业出版社，2012.52高军主编.?注塑成型工艺分析及模具设计指导?.化学工业出版社，2016.83孙玲主编.?塑料成型工艺与模具设计?.清华大学出版社，2016.24洪慎章主编.?实用注塑模具结构图册?.上海交通大学出版社，2006.95申开智主编.?塑料成型模具?.中国轻工业出版社，2013.36洪慎章主编.?实用注塑成型及模具设计?.机械工业出版社，2006.1