材料专业课程设计.doc

《材料专业课程设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料专业课程设计.doc（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第1章 设计任务及工艺分析1.1 设计任务此次设计内容包括零件（如图1-1所示）的工艺分析，模具类型和结构形式、成型工艺条件、分型面等的确定，工艺计算（即注射量、注射压力、锁模力的校核，成型部分工艺计算、绘制模具装配图、编写设计说明书），成型部分结构设计1-3。图1-1零件图1.2 材料工艺分析苯乙烯是指有苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，英文名称为Polystyrene，简称PS4-7。普通聚苯乙烯树脂为无毒、无臭、无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料。其制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，收缩率为0.6%，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯

2、的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。聚苯乙烯质地硬而脆，无色透明，可以和多种染料混合，密度为1.041.06g/cm3。改性PS，即高抗冲聚苯乙烯，密度为1.05g/cm3，熔融温度，热分解温度300。尽管改性PS的冲击强度比PS的冲击强度高出很多，但其综合性能还是不如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料）、PC/ABS（聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物）。其冲击性能在工程塑料中还是比较低的。因此，我们在使用时应注意对制件的冲击性能的检验。1.2.2 塑件注塑工艺参数的确定查相关手册得到PS塑件的成型工艺参数:密度：1.041.06g/cm3；收缩

3、率：0.5%0.6%；预热温度：6075，预热时间2h；料筒温度：后段140160，中段170190；模具温度：3265；注射压力：60110MPa；成型时间：注射时间1545s，高压时间03s，冷却时间1516s，总周期40120s；螺杆转速：48/r.min-1。第2章 注射成型方案的确定2.1 结构工艺性在设计塑件时，应考虑原材料的成型工艺性，在保证制件使用要求的前提下，应力求制件性状，结构简单，壁厚均匀。在设计制件形状和结构时，应考虑如何使他们成型，考虑其模具的总体结构，使模具结构简单易于制造，制件的结构形状应有利于分型，排气，补缩和冷却，制件成型前后的工作量应尽量小，技术要求应尽量放

4、低，同时成型后不在机械加工，设计出合理的模具结构，以防止成型时产生气泡，缩孔和凹陷，以降低生产成本，提高生产率，以获得最大的经济效益8-11。2.1.1 尺寸精度分析塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸（如图2-1所示）与产品图中尺寸相符合程度，即所获得塑件尺寸的准确度。塑件的尺寸精度与模具的制造精度，模具的磨损程度，塑件收缩率的波动及成型时工艺条件的变化，塑件成型后的时效变化和模具的结构形式等有关，因此，塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。图2-1 零件图表2-1 塑件精度表（SJ137278）类别塑件品种建议采用的精度等级高精度一般精度低精度1聚苯乙烯MT2

5、MT4MT5苯乙烯-丁二烯腈共聚体（ABS）聚甲基丙烯酸甲酯聚碳酸酯聚砜聚笨醚酚醛塑料氨基塑料30%玻璃纤维增强塑料2聚酰胺6、66、610、9、10MT3MT4MT6氯化聚醚聚氯乙烯（硬）3聚甲醛(150mmPOM)MT4MT5MT7聚丙烯聚乙烯（高密度）4聚氯乙烯（软）(SPVC)MT5MT6MT7聚乙烯（低密度）注：（1）其它材料可按加工尺寸稳定性，参照上表2-1选择精度等级。（2）1、2级精度为精度技术级，只有在特殊条件下采用。（3）选用精度等级时应考虑脱模斜度对尺寸公差的影响。由于该塑件上尺寸公差均为未注尺寸公差。查表2-1可知PS材料的制件为标注公差等级按MT5计算。由图2-1可知

6、，型芯尺寸有116mm，61mm，78mm，mm，R8mm，R5mm，2mm；型腔尺寸有120mm，80mm，65mm，R10mm。以上分析可见，该零件的尺寸精度不高，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。从零件的壁厚上来看，壁厚为2mm，比较均匀，有利于成型。2.1.2 表面质量分析该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺、内部不得有导电介质。除此外没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注塑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。2.1.3 计算塑件的体积和质量与注射机选择计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。在Pro/E软件中画出制件图，分析其质量

7、属性，可以查询出塑件的体积：mm3 计算塑件的质量：根据设计手册查得PS的密度为g/cm3，在这里选取1.05。故零件的质量为：M=VP=70791.81.0510=74.33g根据所算出的单个塑件质量，查表2-2可初选注射机为XS-ZY-160/250。表2-2 常用国产注射机的规格和性能 型 号项 目XS-ZS-22XS-Z-60XS-ZY-125XS-ZY-160/250额定注射量/cm30、2060125160250螺杆（柱塞）直径/mm25、20384250注射压力/MPa75、115122120127注射行程/mm130170115160注射方式双柱塞式（双色）柱塞式螺杆式螺杆式锁

8、模力/KN2505009001600最大成型面/cm90130320645最大开合模/mm160180300260模具最大厚/mm180200300406模具最小厚/mm6070200165喷嘴圆弧球/mm12121218喷嘴孔直径/mm2444顶出形式四侧设有顶杆，机械顶出中心设有顶杆，机械顶出两侧设有顶杆，机械顶出动、定模固定板尺寸/mm250280330440428458532634拉杆空间/mm235190300260290290368合模方式液压机械液压机械液压机械液压机械液压泵流量(L/min)5070、12100、12170、12压力/MPa6.56.56.56.5电动机功率/

9、KW5.5111118.5螺杆驱动功/KW45.5加热功率/KW1.752.7510机器外形尺寸/mm2340800146031608501550334075015504700140018002.2 型腔数目最经济数目的确定，实质上是注塑件生产成本懂得经济核算，但在注塑设计初始方案阶段，由于浇注系统等技术参数尚不可知，下述型腔数的确定是一种估算的预测方法，一些参数要凭经验来假定，在模具设计完成后，可根据这个方法再化，进行生产成本和每个塑件成本的核算12-15。 影响最经济型腔的因素，有技术参数和经济指标两个方面技术参数有锁模力，最小和最大注塑量，塑化能力，模板尺寸的和流速参数，这里只考虑注射机

10、锁模力和最大注射量两个参数。技术经济指标是从制品尺寸精度和经济效果考虑，对一模多腔整体嵌入式的注射模，影响型腔的重要因素有如下四个： 1.注射剂锁模力；2.注射剂注射量；3.塑件精度；4.经济习惯的限制。按初选的注射机XS-ZY-160/250，可选注射量为160cm3。所以按照注射机的最大注射量确定型腔数目，型腔数目根据公式可得，即 ： (2-1 )式中，k注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；注射机最大注射量， cm3或g；注射系统凝料量，一般取总体积或质量的0.51，cm3或g；单个塑件的体积或质量，cm3或g。根据公式计算，得：综上计算，模具采用一模一腔。2.2.1 最大注射量校核

11、最大注射量是指注射机在对空注射的条件下，注射螺纹或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置达到的最大注射量。设计模具时，应满足注射成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，即： (2-2)式中，n型腔数量；单个塑件的体积或质量，cm3或g；注射系统凝料量，一般取总体积或质量的0.51，cm3或g；注射机最大注射量，cm3或g；k注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；柱塞式注射机的允许最大注射量是以一次注射量聚苯乙烯的最大质量（g）为标准的；螺杆式注射机以体积（cm3）表示最大注射量。根据公式计算，得： 综上，注射成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，符合要求。2.2.2 锁模

12、力的校核所谓最大注射面积即模具分型面上允许的制件最大投影面积，作用在该面积上的型腔总压力应小于注射机所允许的锁模力，不然会锁模不等于而意料。即： （2-3）式中，型腔总压力，KN；F注射机所允许的锁模力，KN。其中， =AP (2-4)式中，A制件最大投影面积；P平均模腔压力，可查相关手册。故注射机所需的锁模力 KN查手册，PS的平均模腔压力在60100MPa之间，这里选用100MPa。所以，=(=754.86KN综上计算，注射机所允许的锁模力大于成型所需的锁模力，符合要求。 2.2.3 最大注射压力的校核塑料成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机类型，喷嘴形式以及浇注系统的压力损失等因素决

13、定的。对于粘度较大的塑料品种以及形状细薄、流程长的塑件，注射压力应取大些。由于柱塞式注射机的压力损失比螺杆式大，所以一注射压力也应去大些。注射压力的校核是核定注射机的额定压力是否大于成型时所需的注射压力。常见的塑料注射成型时所需的注射压力见表：表2-3 常用塑料注射成型时所需的型腔压力/MPa塑料品种高压（PE）低压聚乙烯（PE）聚苯乙烯（PS）ASABS聚甲醛（POM）聚碳酸酯（PC）型腔压力101520152030303540因为选择的注射机是XS-ZY-160/250，查表2-2可知，它的额定注射压力160MPA，查2-3表知，PS注射成型时所需的型腔压力在1520MPa之间，所以注射机

14、压力满足要求。2.3分型面的确定分型面是动、定模具的分界面，即打开模具取出浇注系统凝料的面。分型面的位置影响着成型零件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切联系。实际的模具结构基本上有三种情况：型腔完全在动模一侧；型腔完全在定模一侧；型腔各有一部分分别在动、定模中。分型面的选取不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且涉及模具结构与制造成本。一般来说，分型面的总体选择原则是：保证塑件质量，便于制品脱模和简化模具结构。具体包括以下几条：1.塑件脱模方便；2.模具结构简单；3.型腔排气顺利；4.确保塑件质量；5.无损塑件外观；6.合理利用设备。塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，该塑件的分型面

15、的位置如图2-2所示。其中该图所示的分型面有两个，选择在上（AA）与（B-B）上，这样的选择使塑件外表面可以在整体凹模型腔内成型，塑件外表面光滑，塑件的脱模也方便。图2-2 分型面2.3.1主流道设计根据表2-2查得XS-ZY-160/250型注塑机喷嘴的有关尺寸:喷嘴前端孔径：mm喷嘴前端球面半径：mm根据模具主流道与喷嘴的关系：mm (2-5)mm (2-6)所以取主流道（如图2-3所示）球面半径R=14mm取主流道小端直径d=5mm。为了方便将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥角一般取2040，为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道端设计成半径r=4.5mm的圆弧过渡。图2-3

16、 主流道2.3.2 主流道浇口套设计由于注射成型时主流道要与高温熔料熔体和注射机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般都不将主流道直接开在定模上，而是将单独开在一个嵌套中，然后再将此套嵌入定模内，该嵌套成为浇口套。浇口套的长度应与定模部分的厚度一致，主流道出口处的端面不得突出在分型面上，否则不仅会造成溢料，而且还会压坏模具。采用浇口套以后不仅对主流道的加工和热处理以及本身的选材等工作带来很大的方便，而且在主流道压坏后，也便于修磨与更换，这样显然降低了成本，提高了效率。浇口套一般选用T8钢，也可以选用优质合金钢等等，T8钢热处理后硬度为5055HRC，浇口套（如图2-3所示）与定模板的配合一般选用H7/m

17、6。2.3.3浇口设计浇口是熔融塑料经分流道注入型腔的进料口，是流道与型腔之间的连接部分，也是注射模浇注系统的最后部分，其作用为：是从分流道来的熔融塑料以最快的速度进入并充满型腔;型腔充满后浇口能迅速冷却封闭，防止型腔内还未冷却的熔融塑料回流。浇口截面积要小，长度要短，根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用点浇口较为理想。第3章 成型部分设计3.1 成型部分工艺计算模具工作尺寸确定的原则是，外形尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值；内形尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值；中心距尺寸采用双向等值正、负偏差，基本尺寸为平均值。成型零部件工作尺寸公差值可取塑件公差的1/31/6，根据目前机械制造

18、和装配的技术水平，一般将IT7IT8级作为模具制造公差。成型小型塑件时，模具制造公差和成型零部件的磨损，是影响塑件尺寸精度的主要因素，和d不能忽略，可取、X=3/4。(1)型腔径向尺寸的就算 （3-1）式中，模具型腔径向基本尺寸；塑件外表面的径向基本尺寸；塑料平均收缩率；塑件外表面径向基本尺寸的公差。(2)型芯径向尺寸的计算 (3-2)式中，模具型芯径向基本尺寸；塑件外内面的径向基本尺寸； 塑件外表面径向基本尺寸的公差；模具制造公差。（3）中心距尺寸计算: (3-3)标注制造公差后得： （3-4）式中，模具中心距基本尺寸塑件中心距基本尺寸塑件未标注的公差可查表3-1得：表3-1 塑件公差数值表

19、公差尺寸（mm）精度等级12345678公差数值（mm）030.040.060.080.120.160.240.320.48360.050.070.080.140.180.280.360.566100.060.080.100.160.200.320.400.6110140.070.090.120.180.220.360.440.7214180.080.100.120.200.240.400.480.8018240.090.110.140.220.280.440.560.8824300.100.120.160.240.320.480.640.9630400.110.130.180.260.360

20、.520.721.0440500.120.140.200.280.400.560.801.2050650.130.160.220.320.460.640.921.4065800.140.190.260.380.520.761.041.60801000.160.220.300.440.600.881.201.801001200.180.250.340.500.681.001.362.001201400.280.380.560.761.121.522.201401600.310.420.620.841.241.682.401601800.340.460.680.921.361.842.701802

21、000.370.500.741.001.502.003.002002250.410.560.821.101.642.203.302252500.450.620.901.201.802.403.602502800.500.681.001.302.002.604.002803150.550.741.101.402.202.804.403153550.600.821.201.602.403.204.803554000.650.901.301.802.603.605.204004500.701.001.402.002.804.005.604505000.801.101.602.203.204.406.

22、40注：标准中规定的数值以塑件成型后或经过必要的处理后，在相对湿度为65%，温度为20OC环境放置 24小时后，以塑件和量具温度为200C时进行测量为准。型芯径向尺寸： 型腔径向尺寸： 中心距尺寸计算：Cmmm3.2 成型部分结构设计3.2.1型芯的结构设计型芯是成型整体内形的模具零件。材料选择Cr12。利用组合式凸模，方便，容易加工、更换，成型制品不会带有现拼接缝的溢料痕迹，但形状复杂时，加工困难，优质模具材料的消耗量较大，主要用于大、中型塑料制品。热处理后硬度应达到5862HRC。其结构形式如图3-1、3-2所示：图3-1 型芯1图3-2 型芯23.2.2型腔结构设计因模具采用一模两件的结

23、构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素，材料选择Cr12。本副模具的型腔结构简单，易于制造，在这里采用整体式型腔结构。这样不仅易于制造，制品上无镶拼结构留下的拼接痕，制品质量较好；而且模具牢固，不易变形，制造中省去了镶拼组合所需的工时和费用。相同的钢寸，比强度较高。热处理后硬度应达到58HRC62HRC。型腔采用整体式如图3-3所示。图3-3 型腔小 结课程设计是学习其中的一个实践环节，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。在完成这次课程设计后，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、塑料注射模结构与设计等专业基础

24、课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在洛阳中国一拖的生产实习，我对于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，而对于模具的制造工艺更是有了更大的突破。在指导老师的协助和讲解下，同时在模具拆装实验中，亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。设计中，充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力完成了本次课程设计。在设计的过程中，虽有一定的困难，但在老师的悉心指导和自己的努力下，圆满的完成本次课程设计任务。

25、在这次塑料模课程设计中，我学到了很多知识，认识到设计模具既是一件简单的事情，又是一件不简单的事情，在设计中会遇到很多模棱两可的事情，有时候都无从下手，但是不要放弃，继续努力做下去，做到这一步的时候，感觉特别轻松，虽然知道设计的模具可能生产不出合格的制件，但是有一种成功感。参考文献1 屈华昌，塑料成型工艺与模具设计，北京：机械工业出版社，2010.2 贾润礼，实用注塑模设计手册，北京：中国轻工业出版社，2000.3 王兴天.注塑工艺与设备M. 北京：化学工业出版社，2009.4 齐卫东.简明塑料模具设计手册M. 北京：北京理工大学出版社，2010.5 中国模具大典编委会.中国模具设计大典（第2卷

26、）M. 南昌：江西科技技术出版社，2003.6 伍先明，张蓉，杨军塑料模具设计指导M .北京：国防工业出版社，2011.7 齐晓杰.塑料成型工艺与模具设计M .北京：机械工业出版社，2010.8 叶久新.塑料模具设计指导M北京：北京理工大学出版社，2009 .9 伍先明，杨蓉.塑料模具设计指导（第2版）M.北京：国防工业出版社，2011.10 宋满仓.注塑模具设计M.北京：电子工业出版社，201011 项尚林，张军，黄健.塑料模具设计课程学生自主学习研究与实践J .南京：中国现代教育装备，2013：36-37.12 文德林，热流道模具加工中的应用J.金属加工(冷加工) ，2013，02：25-

27、28.13 Matin， Ivan，Hadzistevic，A CAD/CAE-integrated injection mold design system for plastic productsJ.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2012，63（5-8）：595-607.14 Park， Hyung-Pil，Cha， Baeg-Soon . A Study on the Occurrence Cause of Flashing in the Thin-Wall Overmolding Using Mold Rapid Heating-Cooling TechnologyJ.Advanced Science Letters.2012，14（1）：54-5915 Musaoi M TOn the training of RBF classifiers JNeural Networks， 2010， 35(4)：595-603