塑料窗限位块塑料模具设计-毕业论文.doc

西安航空职业技术学院 毕业设计论文目 录1产品说明及分析31.1产品说明31.2任务要求31.3工艺方案的拟定31.3.1 产品分析41.3.2 选材41.3.3 成型特点42根据初步设计方案选择注射机42.1成型前的准备42.1.1根据塑件的形状估算其体积和质量52.1.2根据塑件的计算量或者体积选定注射机设备型号52.2注射机有关参数的校核和最终选择52.2.1模具闭合高度的校核62.2.2注射机有关参数62.2.3注塑机的参数校核62.3.设计方案的选定72.3.1点浇口72.3.2侧浇口73. 模具结构的设计模具结构的设计83.1确定形腔的数目83.2模具型腔在模板上的排列方式83.3分型面的确定84.浇注系统的确定84.1主流道的设计94.1.1主流道尺寸94.1.2主流道衬套的形式94.2分流道设计94.2.1分流到布置形式94.2.2分流道的长度104.2.3分流道的形状及尺寸104.2.4分流道表面粗糙度114.2.5主流道设计114.2.6浇口的设计114.2.7主流道冷料穴的设计1242.8排气槽的设计135成型零件尺寸计算135.1凸模型芯的外形尺寸135.2凸模型芯的外形尺寸145.3成型中心距145.4平面尺寸的确定155.4.1型腔到型芯边的距离155.4.2型腔之间的距离156高度尺寸的确定156.1前模部分156.2后模部分167模架的选择和注射机的校核177.1主要技术参数177.2模具厚度H与注塑机的高度校核177.3注射机开模行程178 温度调节系统的设计188.1 冷却水的体积流量188.2 冷却管道直径188.3 冷却水在管道内的流速188.4 冷却水道孔壁与冷却水之间的传热膜系数198.5 冷却水道的总传热面积198.6 模具上应开的冷却水孔数199模具工作过程19结 束 语20谢 辞21参 考 文 献221产品说明及分析1.1产品说明 题目：塑料窗限位块 条件：产量：50万件 材料：HPVC(硬聚氯乙烯) 设备：注塑机自选 产品图如图1-1所示：图1-1产品图1.2任务要求（1） 制定塑件成型工艺（2） 完成塑件的模具设计图纸一张，零件图纸若干（3） 选定模具材料及热处理的技术要求，并制定主要工作零件的热处理及加工制造工艺路线（4） 编写说明书，其达到如下要求 A 了解塑料物理性能、流动性能及成型过程中的物理化学变化 B了解塑料成型基本原理和工艺特点、正确分析成型的工艺对模具的要求 C掌握各种成型设备对模具的要求 D掌握成型模具的结构及设计计算方法1.3工艺方案的拟定1.3.1 产品分析该产品是塑钢窗一零部件产品平面图和立体图可见（11）和（12）从产品来源来看，本品在常温中使用，精度要求不高，一般只要满足要求，尽可能取较低的精度，所以从经济利益上看来尽可能采用一模多腔。1.3.2 选材硬聚氯乙烯（HPVC）密度为1.49g/cm3聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末，根据不同的用途可以加入不同的添加剂，使聚氯乙烯呈现不同的物理性能和力学性能，在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，就可以制成多种硬质、软质和透明制品，纯聚氯乙烯的密度为1.49/cm3，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般在1.152.00g/cm3范围内，硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用作低频绝缘材料，其化学稳定性也较好。但聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体，使聚氯乙烯变色，其应用范围较窄，一般在-1555之间。1.3.3 成型特点聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。所以必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间，不能用一般的注射成型机成型聚氯乙烯，因为聚氯乙烯耐热性不导热性不好，用一般的注射机需将料筒内的物温度加热到166193，会引起分解，应采用带预热装置的螺杆式注射机，模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，模具应有冷却装置。2根据初步设计方案选择注射机2.1成型前的准备吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡则宜先干燥，塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具形腔成型，其过程可以分为充模、压模、保压、倒流和冷却4个阶段。制品HPVC的注塑成型参数注射机：螺杆式螺杆转速（r/min）：28料筒温度：前170-190中165-180后160-170模具温度：30-60注射压力(Map)：80-130成型时间注射时间(s)：15-60高压时间：0-5冷却时间：15-60总周期：40-1302.1.1根据塑件的形状估算其体积和质量a.塑件的体积:V=22×40×2+2.7×4×2×2+3×2.7×2+4×2×38×2+3×2×28+1.5×1.5×1.8×4+2×2×11×4+13×7×2-3.14×2×2÷2+11.6×2×27+1×1×11+2×2×18=5.8 mm3质量Vg=1.4×5.8=8.12g对于该设计，建立塑件模型，并用Pro/E3.0对其进行分析得：V=6.0mm3Vg=8.4g、2.1.2根据塑件的计算量或者体积选定注射机设备型号根据塑件的计算量或者体积选定注射机设备型号确实形腔数，当未限定设备时，必须考虑以下因素：a. 注射机额定注射量每次不得超过最大注射量的80，即： 式中：n形腔数 GJ浇注系统重量（G） GS塑件重量 GB注射机额定注射量（G）估算浇注系统的GJ，根据初步设计方案进行估算：设n=4则得：=4.2g g从计算结果并根据塑件注射机技术规格选用XS-ZY-1252.2注射机有关参数的校核和最终选择2.2.1模具闭合高度的校核安装模具的高度应满足： HminHHmax设计模具高度为H总=227mm选XS-ZY-125型，最大装模高度Hmax=300mm，最小装模高度Hmin=200mmH总=227mm介于二者之间，满足模具厚度安装要求。2.2.2注射机有关参数XS-ZY-125型注射机的主要参数额定注射量：125 cm3 顶杆中心孔径:50mm注塑压力：120MPa最大装模厚：300mm注射行程：115mm最大成型面积：320 cm3顶出行程:0-110 mm锁模力：900KN最大成型面积：320 cm3 动定模固定板尺寸：415×415mm喷嘴球头直径：12最小装模厚：200mm最大开模行程：300mm注塑机定位孔直径：40mm 2.2.3注塑机的参数校核（1）注射容量和质量校核由前计算得塑件重量为8.12×4g,浇注系统为4.2g，则每次注射所需塑料为：按一模4腔计算：4×8.12+4.2=36.68g注射机最大注射量125×0.8=10036.68所以注塑机符合要求。（2）锁模力与注射压力，锁模力按下式校核：锁模力的大小必须满足下式：FPm（nAs +Aj） 式中As塑件型腔在模具分型面上的投影面积Aj塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积F锁模力、P模腔压力 取120MPa F120（4×40×17）+（5×100） 392400 N 392.4 KN 由于F=900 KN故满足F=Pm(nAS+Aj)同时XS-ZY-125的额定注射压力为120 MPa，所以注塑机符合HPVC塑料成型的注射压力要求。2.3.设计方案的选定方案(一):一模四腔点浇口方案(二):一模四腔侧浇口2.3.1点浇口针对针点式浇口,橄榄形浇口,其尺寸很小，这类浇口由于前后两端存在较大的压力差，能有较大的增加塑料熔体的剪切速度并产生较大的塑加热从而导致熔体的表面粘度下降，流动性增加，利于填充，因而对薄壁件，以及诸如聚丙烯，聚乙烯等表面粘度随剪切速度变化敏感改变的塑料成型有利，利用点浇口成塑件去除浇口后残留痕迹小，易取得浇注系统的平衡，也有利于自动化操作，但压力损大，收缩大，塑件易变形，同时在定模部分需另加一个分型面以便浇口凝料脱模。2.3.2侧浇口又称为边缘浇口一般开设在分型面上，塑料熔件于形腔的侧面充模，其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速度及浇口封闭时间，这类浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活的选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普通便用在中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强但浇口痕迹存在，会形成熔接痕，缩孔，气孔等塑件缺陷且注射压力损失大，对深型腔塑件排气不便。最终采用侧浇口，相应的模具结构形式比较简单，节约成本3. 模具结构的设计模具结构的设计3.1确定形腔的数目 根据经济性确定形腔数目： 根据以知的条件50万件，得知此产品产量不大，从目前市场经济价格来看每增加一个型腔成制造本会增加12002000元不等，而设计为单型腔更加不利于节省成本的原则，因此，经分析，最终选择为一出四，既能满足生产要求，又能最大限度的利用各项资源。3.2模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形、H形、直线形及复合排列。在进行形腔布置时，应根据塑件的形状和大小来确定排列方式，型腔的布置和浇口的开设部位应力求对称，对防止模具承受偏载而产生溢料现象，型腔排列宜紧凑，以节约钢材，减轻模具重量，节约成本。比较上述排列方式，采用H形式排列。 图3-1 分型面示意图3.3分型面的确定由于本模具是一模多腔，为了使制品能够顺利取出，本模具设计了一个分型面，由注射机带动动模后再由推杆推动推板，顶出制品，分型面如图：3-14.浇注系统的确定浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流到，分流到、冷料穴，浇口。4.1主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出4.1.1主流道尺寸主流道小端直径 D=注射机喷嘴直径+（0.51） =4（0.51），取D=5主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（12） =12(12)，取SR0=14球面配合高度h=35mm，取h=3mm 图4-1 主流道长度L=63mm 主流道大端直径D=D+2Ltan=4+2×102×tan2°=9 ，取D=9mm浇口套总长LO=L+h=64mm4.1.2主流道衬套的形式主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC55HRC。由于该模具流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较合适。主流道衬套的固定主流道衬套采用压入式固定。4.2分流道设计4.2.1分流到布置形式分流道在分型面上的布置与型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，应该遵循两方面原则：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量段、锁模力力求平衡。模具的流道布置形式采用平衡式。流道分布如图4-2所示。图4-2流道分布示意图4.2.2分流道的长度长度应尽量短，减少弯折。该模具的分流道长度在设计过程中由绘图得出4.2.3分流道的形状及尺寸 为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上，采用梯形截面。梯形分流道的高 ： 图4-3 分流道形状图H=2/3×B=2/3×4.862=3.241 mm梯形底宽：B=0.2654× =0.2654××=4.86 mm4.2.4分流道表面粗糙度由于流道中于模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.631.6微米，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，是中心层具有较高的剪切速率，此处Ra=0.84.2.5主流道设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为： 主流道圆锥角=2o6o，对流动性差的塑件可取3 o6o，内壁粗糙度为Ra0.63m。主流道大端呈圆角，半径r=13mm，以减小料流转向过渡时的阻力。在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用H9/h9间隙配合。主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为5256HRC。 图4-4 主流道 4.2.6浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。 浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。 一般浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为0.52mm，表面粗糙度Ra不低于0.4m。浇口的结构形式很多，按照浇口的形状可以分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。而我们这里选用的是侧浇口。简图如图4-5浇口的截面一般只取分流道截面积的39，浇口的长度约为0.5mm2mm。 图4-5 分流道示意图浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点：浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。浇口应设在不影响制品外观的部位。不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。4.2.7主流道冷料穴的设计开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直径应稍大于主流道大端直径。由于该模具型腔分布对称，所以冷料穴可设在中心位置。由于本模具采用的是推件板推出，拉料杆固定在动模板上，所以冷料穴设计如图：4-6 图 4-6 42.8排气槽的设计因该制品属于小型排气量不大，可利用分型面间隙以及推杆与孔配合间隙处排气，所以，不需开设排气槽5成型零件尺寸计算HPVC的平均收缩率5.1凸模型芯的外形尺寸型腔的内形尺寸 D腔长=(1+)+X =(40+40×0.0105-×0.52) =40.22B腔宽=(1+)-X =（17+17×0.0105-×0.4） =16.98H腔长=(1+)-X =(30+30×0.01-×0.52) = 30.58式中 D腔-型腔内形尺寸 Ds-塑件外径基本尺寸 X-塑件综合修正系数一般取1/2 -模具成型尺寸设计公差一般=1/3 X H-腔-形腔深度 Hs-塑件高度基本尺寸5.2凸模型芯的外形尺寸d凸长=(1+)+X =（36+0.378+0.26） =36.46d凸宽=(1+)+X =(13+13×0.0105+×0.36) × =13.32 h凸=(1+)Hs +X=（28+28×0.0105+）=28.53式中 d凸长-型芯外形长度尺寸（mm） ds-塑件内形基本尺寸 -塑件公差 -塑件平均收缩率 X-综合，一般到 h凸-凸模/型芯的高度尺寸5.3成型中心距L中=(1+)ls+=(15+15×0.0105)+ ×0.4×=15.16+0.0667式中L中-成型中心距(mm) Ls-塑件中心基本尺寸(mm)5.4平面尺寸的确定5.4.1型腔到型芯边的距离 a = 0.2×l + 17对模芯边走冷却水的深腔模具或带侧抽芯的模具，a可适当增加。5.4.2型腔之间的距离 ba/2 ,一般取1220mm。对于特别小的制品，b可取3mm。型腔之间布置有流道时，b可取2530mm，一般取30mm. 图5-2 型腔结构6高度尺寸的确定6.1前模部分 型腔背后模芯厚度h1，h1与冷却 水孔的布置及制品的平面投影面积有关。 图6-1 模具高度示意图 无冷却水孔或制品较小时，h1取1520mm。冷却水孔边到型腔的距离取1.5d，或取1015 mm。A板开框背后厚度h3 = 2535 mm前模芯厚度h2 = 制品厚度h+型腔背后模芯厚度h1A板厚度h4 =前模芯厚度h2+ A板开框背后厚度h3 制品平面投影面积（cm2）h1（mm）d（mm）<40（6.32）2025（20）64077（8.72）2532（30）877116（10.72）3238（35）10116154（12.42）3850（45）12154193（13.92）4464（50）16>1935076（60）206.2后模部分后模芯厚度h6，一般取2035 mm。B板开框背后厚度h7,主要承受来自型腔的注射压力，可以查选标准托板厚度。B（cm）15、202530、354045、50h7（mm）3035455060B板厚度h8=后模芯厚度h6+ B板开框背后厚度h7a=0.2x1+17=0.2x40+17=25mm b=12 b=30模芯尺寸：（25+17+30+17+25）x（25+40+12+40+25）=114x142 =16188 mh1=24mm h2= h + h1=47mm h3=10mm h4=39+25=64mmh6=35mm h7=32mm h8=67mm查表得标准件的尺寸如下： h4=47mm h6=35mm h7=32mm 垫块=63mm本次设计的模具方案改为整体式，但以上数据仍可做为设计参考。模具总高=82+80+10+25+63=227mm7模架的选择和注射机的校核模架选用： GB/T 12556.190 180×L模架 44号A2型模架示意图如下 图7-1 模架及结构图7.1主要技术参数1.定模座板：25mm 2.动模板：25mm 3.支承板：32mm 4.垫块：63mm 5.推杆固定板：12mm6.推板：16mm 8.型芯：47mm 7.2模具厚度H与注塑机的高度校核Hmin<H<Hmax式中Hmin注射机允许的最小模厚 Hmax注射机允许的最大模厚预选模架高180x200，则模具闭合高度为：H=227因为200<H(227)<300所以能满足要求。7.3注射机开模行程注射机开模行程应大于模具的取出塑件所需的开模距。即满足以下式SmaxH1+H2+(510)式中H1推出距离H2包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）则H1+H2+(510)=30+75+（510）=115300所以能满足要求8 温度调节系统的设计在单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水带走的热量，模具应设为40 ºC。8.1 冷却水的体积流量式中W 单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（kg/min），按每分钟注射1.5次，即36.681.5=55.1g/min=0.0551kg/min 单位质量的塑件在凝固时放出的热量，为5.9KJ/kg 冷却水密度（1000kg/） 冷却水的比热容（4.187KJ/(kg ºC) 冷却水出口温度（26.5 ºC）)冷却水进温度（25 ºC）8.2 冷却管道直径 为使冷却水处于湍流状态，再考虑到塑件平均壁厚，取d=6mm8.3 冷却水在管道内的流速 大于最低流速1.66m/s，达到湍流状态，所选冷却水道直径合格。8.4 冷却水道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 8.5 冷却水道的总传热面积8.6 模具上应开的冷却水孔数 综合考虑，冷却水道数取29模具工作过程 注射保压结束后，动模部分带着型腔向后移，模具从A分型面分型，主流道凝料和塑件在拉料杆的作用下留在型芯上。分型结束，推出机构工作，推杆推动推件板把塑件从凸模上推出。 合模时动模向前移动。推出机构由推杆复位。模具进入下一个工作过程。 结 束 语历经近一个月的毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教各位老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对模具的认识过程亦是如此。经过一个月的努力，我相信这次毕业设计一定能为三年的求学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。 三年的学习即将结束，毕业设计是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成三年的学习、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、热处理等专业基础课和专业课方面的知识，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，在指导老师的协助和讲解下，同时查阅了很多相关资料，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并利用因特网查阅了大量设计资料，在设计过程中，本人运用了一定的计算机辅助设计，通过对此塑件模具的设计，本人更加熟练了对Pro/ENGINEER和AutoCAD的运用。由于本人水平有限，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位师批评指正。 谢 辞在这次设计过程中得到了惠媛媛等指导老师以及许多同学的帮助，使我受益匪浅。在此，对关心和指导过我的各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢!同时自己通过查阅各种资料和网站，以及在惠老师的精心辅导下，我通过自己的整理制作，成功完成了这次毕业论文设计，由于水平有限，其中当然有很多不足之处，希望老师给予批评和建议,也希望这次毕业论文能成功达到老师的要求。 在此，向各位老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！感谢老师在我撰写论文的过程中给与我的极大地帮助。另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。感谢所有给我帮助的老师和同学，谢谢你们！ 参 考 文 献【1】塑料成型工艺与模具设计，屈华昌主编，机械工业出版社，2005 【2】塑料模具设计，朱光力等编，清华大学出版社，2003 【3】塑料模具设计，陈志刚主编，机械工业出版社，2002 【4】塑料模具设计，李秦蕊主编，西北工业大学出版社，1988 【5】塑料成型模具，申开智编，中国轻工业出版社，2004 【6】塑料成型工艺学，黄锐主编，中国轻工业出版社，2000 【7】塑料工程手册，黄锐主编，机械工业出版社，2000 【8】塑料成型工艺与模具设计，孙玲主编，清华大学出版社，2008 【9】塑料加工流变学及其应用，林师沛，赵洪，刘芳主编，-国防工业出版社，2008 【10】塑料模具设计实例教程，孙晓林编，清华大学出版社，2008【11】互换性与技术测量，廖念钊.中国计量出版社，199122