毕业设计（论文）-塑料拉手注塑模具设计（全套图纸） .doc

第1页共27页1引言模具行业是一个高新技术密集型，而且又重视经验的产业。特别是随着近代工业的飞速发展，塑料制品用途日益广泛，注塑模具工艺空前发展，依靠人工经验来设计模具已经不能满足需要，企业越来越多地利用注塑模流分析技术来辅助塑料模具的设计。利用此类CAE软件，设计人员可以仿真出塑料成型过程中的充填、保压、冷却及脱模后的翘曲变形等过程，准确预测塑料熔胶在模腔内的流动状况，温度、压力、剪切应力、体积收缩等变量在整个充填工程中某瞬间的分布情况。利用注塑模流分析技术，能预先分析模具设计的合理性，减少试模次数，加快产品研发，提高企业效率。近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。塑料模热流道技术更成熟，气体辅助注射技术已开始采用。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展上发挥了重要作用。模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展。模具材料方面，第2页共27页由于对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。衡量模具产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。国内外模具产品水平仍有很大差距。目前CAD/CAM系统及数控技术在模具加工领域起着不可缺少的重要作用。当今流行的三维造型软件有Pro/ENGINEER、UG和Solidworks等，其中Pro/ENGINEER的功能强大应用范围广泛。原因是，该工具建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的效果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个浇注系统和冷却系统进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。本课题模具所用软件是Pro/E,该模具的设计过程大致如下：首先用Pro/E进行零件的实体特征造型，特征是Pro/E软件的基本设计单元，用户可以每次创建一个特征的方式进行三维造型，并且零件的数据是关联的，其基础是Pro/E软件采用了单一数据库技术。用Pro/E软件在对零件进行受力分析，以及运动分析、干涉检查。然后用Pro/E的ManufactureMold模块进行模具设计，包括流道及冷却水道设计，然后各部分电极可以在装配块里设计。在此基础上可以很好地控制电极对应零件的位置关系，并利用软件的功能进行干涉检查，极大地减少了设计上的失误。说明书详细介绍了基于CAD技术的塑料拉手注塑模设计的结构及相关工艺。重点介绍了CAD技术和三维立体设计技术Pro/ENGINEER技术在该产品设计中的运用。在该注塑模设计中，对成型零件的设计、合模导向机向机构的设计、推出机构的设计等内容均作了比较详细的介绍。2产品工艺性拉手塑件的材料是聚氯乙烯，聚氯乙烯具有较高的机械强度，流动性好，易于成型，成型收缩率小，理论计算收缩率为0.5%，溢料值为0.04mm，比热容较低，在模具中凝固较快模塑周期短，制作尺寸稳定，表面光泽。产品形状如图一所示，光滑没有棱角，塑件的两侧孔有一定的尺寸要求。为保证产品质量，塑件的制作拟采用注塑成型。第3页共27页塑料的成型工艺主要有注射挤出压缩等。根据产品的材料精度要求和生产效率拟采用注射成型。注射成型是热塑性塑料成型的一种方法，几乎所有热塑性塑料都可以用这种方法成型，某些热固性塑料也可以用注射模成型此法的特点。注射成型能够一次成型十分复杂的形状，满足尺寸精度的要求，能适应品种繁多的塑料材料，成型周期短，生产效率高，易实现全过程电脑控制。塑模注射过程有加料、塑化、充模、保压、冷却和脱模等几个步骤,但从塑料在注射过程中的状态变化来看,只有塑化和熔体模塑两个过程,下面就从这两个方面对注塑工艺过程作一个简要的介绍：（1）塑化是熔料注入模腔前的准备工作。这一过程是指塑料粒加入注射机料斗,经已加热达到预定温度的料筒,在一定的预塑背压下,螺杆输送,融熔塑化定量的溶化均一的称料,其塑化质量和预塑化量由注射工艺参数所决定。（2）熔体模塑过程是:充模,聚合物在模内压实聚合物从模内倒流,浇口处物料凝固,聚合物在模内冷却,制品脱模。为保证产品质量，塑件的制作拟采用注塑成型。3工艺方案及设计方法3.1模具工艺方案第4页共27页根据产品的结构特点，模具设计时考虑如下：（1）模腔数目的确定，从生产率上考虑，模腔数应尽可能地多，在理论上对于相同的制品，模腔数多的模具能和模腔数少的模具动作的一样快。但事情并不总是如此的，模具周期往往会由于模腔数地增加而增加。考虑拉手塑件地结构形状，拟采用一模一腔。（2）分型面的选择，塑件外形较为复杂，且有孔、筋，塑件成型收缩后必然留在型芯上，模具分型面设在塑件截面轮廓最大部位，与开模方向垂直，开模后塑件留于动模一侧有利于脱模机构顶出塑件。此分型面不影响塑件外观以及配合面的质量，且分型面处产生的飞边易于修整加工。（3）浇注系统，针对该塑件的框结构特点，模具设计采用在框内侧的侧浇口。这种浇注系统塑料流程短、流动阻力小、流道存料少、进料快、动能损失小、传递压力好、保压补塑作用强，有利于排气及消除熔接痕，且模具结构简单制造方便。塑件成型后浇口痕迹留在再塑件的内侧，不影响制品的外观质量，在流道的末端开有冷料井，用来储藏注射间隔期间由于喷嘴端温度降低造成的冷料（4）型腔结构，对于拉手塑件模具的型腔结构有两种选择：整体式和瓣合式。整体式型腔是由整块钢材直接加工而成的，这种结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量好。瓣合式型腔是由两个以上零件组合而成的。这种结构改善了加工性，减少了热处理变形，节约了模具贵重钢材，但其结构复杂，装配调整比较麻烦，塑件表面可能留有镶拼痕迹，组合后的型腔牢固性差。对于拉手塑件模具整体考虑，型腔结构拟采用整体式（5）模具的结构为采用三个方向的滑快抽芯结构。（6）冷却系统的设计，注射模冷却系统的设计经常被认为是次要的问题，对于冷却系统的尺寸和结构设计都不予重视，冷却系统的设计不合理，对于小型的塑件会产生内应力，对于壁较薄的大型塑件会产生变形，甚至应力开裂。而且冷却不充分，会导致延长成型周期，从而降低生产效率。拉手塑件是小制品，型芯的冷却系统使用喷流系统是有利的，在型芯中央开孔（盲孔），并插入一根外径比孔径小的管子，温度控制介质（水或油）通过管子通道型芯的顶部，在液体回流过程中控制型芯的温度。（7）标准化设计，模具设计一般不具有唯一性。对于同一产品零件，不同的设计人员设计的模具不尽相同，为了便于实现模具的CAD，减少数据的存储量，在建立模第5页共27页具CAD系统时首先应该解决的问题便是标准化问题，其中包括数据准则的标准化，模具零件和模具结构的标准化。有了标准化的模具结构，在设计模具时可以选用典型的模具组合，调用标准模具零件，需要设计的只是极少数的工作零件。3.2设计方法塑料制品的开发不仅需要对每个塑料制品进行设计，而且必须设计这些制品的模具产品，而模具制造一般价格高并且费时，一旦在加工完成后再进行修改，其代价是很大的。随着计算机软硬件技术的不断提高，在制品的设计分析模具的设计制造方面，应用计算机进行辅助设计分析加工（即模具CAD/CAE/CAM）已成为可能。模具CAD/CAE/CAM要达到的目的是从项目的初始方案到零件设计，直至最后投产，都使用同一数据库和一个不中断的数据流。这一过程从产品设计的实体几何模型开始，对制品进行结构和美学设计并给予评价，再对实体模型进行有限元网格划分，根据流变学原理，分析注射工艺中的充填冷却收缩变形过程。同时，根据制品的实体造型，设计型腔型芯及电极，需要时也可绘制出二维图样，再利用模架数据库，选配模架模板。最后由图形数控软件得到刀位文件，经后置处理后输出数控代码，就可以由数控机床进行加工了。Pro/ENGINEER功能非常强大，包含了零件造型产品装配NC加工模具开发钣金件设计外型设计逆向工程机构模拟应力分析等功能模块，因而广泛应用于机械汽车模具工业设计航天家电玩具等各行业，在国外尤其是制造业发达的地区有着庞大的用户群。因此在这次设计中我准备采用Pro/ENGINEER来做模具造型。4模具设计草案4.1型腔布局以及分型面选择本模具生产的拉手属于小批量生产，且产品精度不是太高，所以采用一模一腔模具结构形式。型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，型腔的的布置应使型腔通过浇注系统从总压力中得所需的足够压力，以保证塑料熔体均匀地充满型腔，使型腔的塑件在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。由于受到塑件结构的限制，所以模具采用一模一腔分布。分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺第6页共27页有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置、形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面是一般应遵循以下几项基本原则：1、分型面应选在塑件外形截面轮廓最大部位。2、确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模。3、保证塑件的精度要求。4、满足塑件的外观质量要求。5、便于模具的加工制造。6、对成型面积的影响。7、对排气效果。8、对侧向抽芯的影响。综合考虑以上的几项基本原则，本模具分型面设在塑件截面轮廓最大部位，与开模方向垂直。4.2排溢系统的设计当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排干净，一方面将会在塑件上产生气泡，接缝表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。由于本模具型腔较小且很简单，所以可以利用推板、活动型芯等活动配合间隙排气，排气间隙应小于聚氯乙烯的溢料间隙（0.04mm）。4.3成型零件的设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生磨擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高第7页共27页的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件应根据塑料的特性、塑件的结构和使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。4.3.1凹模的设计因为塑件较小，而且采用一模一腔，使用凹模形式，采用整体嵌入式，因为采用这种形式各个凹模采用机械加工、冷挤压和电加工等方式加工制成，然后压入模板中，这种结构加工效率高，维护方便，可以保证型腔形状尺寸。它的特点是牢固，使用中不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。它的缺点是加工困难，热处理不方便。4.3.2型芯的设计本模具设计的难度在于侧型芯的设计，由于小型芯结构复杂，如果用手工去设计，那难度是很大的，利用CAD三维软件Pro/ENGINEER去设计，用软件中的型腔设计可以很方便的抽取出小型芯。本方案中直径较小的型芯采用阶梯轴结构，单独制造，在嵌入模板中，用压板固定。型芯采用P20钢，热处理要求硬度HRC50。4.3.3成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸。任何塑件制作都有一定的几何形状和尺寸的要求，在使用中有配合要求的尺寸，则精度要求较高。因此在模具设计时应根据塑件的尺寸精度等级来确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的因数很多。主要有：1.塑件收缩率的影响拉手塑件的材料是聚氯乙烯，聚氯乙烯具有较高的机械强度，流动性好，易于成型，成型收缩率小，理论计算收缩率为0.5%。2.模具成件型零件的制造误差3.模具成型零件的磨损4.模具的安装配合的误差4.3.4模具型腔侧璧和底板厚度计算塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用,应具有足够的强度和刚度,如果型腔侧壁和底板厚度过小,可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚