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基于ProE的接水盒注塑模具设计基于ProE的接水盒注塑模具设计 -- 20 元

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摘要注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一,可以一次成型形状复杂的精密塑件。本次设计中,主要运用到了所学的注射模设计以及相关机械设计等方面的知识。分析了一副注射模的一般设计过程,即注射成型的分析、注射机的选择及相关参数的校核、模具的结构设计、注射模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制等。设计主要包括成型位置及分型面的选择,模具型腔数的确定及型腔的排列布置和流道布局,还有浇口位置的选择,模具工作零件的结构设计,抽芯机构的设计,浇注系统的设计,推出机构的设计,斜导柱的设计等。设计过程主要利用了Pro/E进行三维零件的绘制并根据设计计算绘制出模具的型芯和型腔以及基本模架等,然后用AutoCAD进行二维装配图和零件图的绘制,最后通过对整体结构的校核,提高了其稳定性和可靠性。关键词接水盒注塑模ABS塑料AbstractInjectionmoldingisoneofthemainmethodsforthermoplastics,anditcanonceformdelicateplasticmemberswithsophisticatedshape.Inthisdesign,theknowledgeofinjectionmolddesignandrelatedmechanicaldesignaremainlyused.Thedesignprocessofainjectionmoldisanalyzed,thatis,theanalysisofinjectionmolding,theselectionoftheinjectionmoldingmachineandthecheckoftherelatedparametersofit,thestructuraldesignofthemold,,therelatedcalculationoftheinjectionmolddesign,thedeterminationoftheoverallsizeofthemoldandthedrawingofthesketch,thedrawingoftheassemblydiagramofthemoldstructureandthepartsdiagram,andsoon..thedesignincludesthechoiceofthemoldinglocationandthepartingsurfaces,thedeterminationofthenumberofthemoldcavity,thelayoutarrangementandtherunnerlayoutofthecavity,aswellasthechoiceofthegatelocation,thestructuraldesignofthemoldparts、thecorepullingmechanism、thegatingsystem、theejectionmechanismandsoon.DesignprocessmainlyusesthePro/E3Dpartdrawingandaccordingtothedesigndrawingofthemouldcoreandcavity,andbasicmoldrackandsoon,thenuseAutoCAD2Dassemblydrawingandpartsdrawing,atlast,bycheck,forthewholestructuretoimproveitsstabilityandreliability.KeywordswaterreceiverinjectionmoldABSplastic目录摘要...........................................................................................................................................IIIABSTRACT..................................................................................................................................IV目录............................................................................................................................................V1绪论.............................................................................................................................................11.1塑料模具设计的研究内容和意义......................................................................................11.2塑料模具国内外发展现状..................................................................................................11.3本课题应达到的要求..........................................................................................................22塑件分析.....................................................................................................................................32.1材料的选择..........................................................................................................................32.2塑件的几何形式及结构分析..............................................................................................43设备的选择与校核.....................................................................................................................63.1塑件质量的计算..................................................................................................................63.2型腔数量的确定..................................................................................................................63.3注射机参数的校核..............................................................................................................73.3.1注射量校核...................................................................................................................73.3.2塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核...........................................................73.4开模行程的校核..................................................................................................................83.5脱模力Q..............................................................................................................................84浇注系统和排溢系统的设计.....................................................................................................94.1塑料制件在模具中的位置..................................................................................................94.2浇注系统的设计................................................................................................................114.2.1主流道的设计.............................................................................................................114.2.2主流道尺寸的确定.....................................................................................................124.2.3浇口位置的选择.........................................................................................................125成型零部件的设计与计算.......................................................................................................125.1成型零件的结构设计.........................................................................................................135.1.1型腔(或凹模)的设计.............................................................................................135.1.2型芯(或凸模)的设计.............................................................................................135.2成型零件工作尺寸的计算................................................................................................135.2.1型腔外形尺寸的确定.................................................................................................145.2.2型芯外形尺寸的确定.................................................................................................155.2.3型腔深度和型芯高度尺寸的计算.............................................................................165.2.4型腔侧壁厚度的计算.................................................................................................175.2.5型腔底板厚度的计算.................................................................................................175.2.6中心距尺寸的计算.....................................................................................................186脱模机构的设计.......................................................................................................................186.1脱模力的计算....................................................................................................................196.2推出机构的设计................................................................................................................206.3推出机构的复位与导向....................................................................................................226.4模架的选取........................................................................................................................227侧向分型与抽芯机构...............................................................................................................247.1抽芯距的确定....................................................................................................................247.2抽芯机构设计....................................................................................................................247.2.1斜导柱抽芯的工作原理及设计原则.........................................................................247.2.2斜导柱倾斜角的选择.................................................................................................257.2.3斜导柱直径计算.........................................................................................................257.2.4斜导柱长度计算.........................................................................................................257.3侧滑块的设计....................................................................................................................257.3.1侧滑块形状设计.........................................................................................................257.3.2侧滑块定位装置的设计.............................................................................................267.3.3导滑槽的设计.............................................................................................................267.3.4楔紧块的设计.............................................................................................................278合模导向机构设计...................................................................................................................278.1导柱....................................................................................................................................288.2导套....................................................................................................................................289温度调节系统...........................................................................................................................299.1冷却系统的设计原则........................................................................................................309.2冷却回路的尺寸确定.........................................................................................................309.2.1冷却回路所需的总面积.............................................................................................309.2.2冷却回路的总长度.....................................................................................................3010结论与展望.............................................................................................................................3110.1结论..................................................................................................................................3110.2不足之处及未来展望......................................................................................................31致谢...........................................................................................................................................32参考文献.......................................................................................................................................331绪论1.1塑料模具设计的研究内容和意义研究的内容(1)了解聚合物的物理性能、流动特性,成型过程中的物理、化学变化及塑料的组成分类主性能。(2)了解塑料成型的基本原理和工艺特点,正确分析成型工艺对模具的要求。(3)能掌握各种成型设备对各类模具的要求(4)掌握各类成型模具的结构特点及设计计算方法,能设计中等复杂程度的模具。研究的意义随着科学技术的发展需要,模具已成为现代化不可缺少的工艺装备,它被称为工业产品之母,所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张,被欧美等发达国家誉为磁力工业。模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科,是对我们所学知识的综合运用,通过对模具设计和制造过程有个基本了解,为以后的工作及学习深造打下了坚实的基础。接水盒是日常生活中常用的基本品,对它的注塑模具进行设计和分析,有一定的现实意义和经济价值,是顺应当前模具制造行业发展需要的,具有重大意义。1.2塑料模具国内外发展现状我国塑料模具发展现状我国塑料模工业从起步到现在,历经半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平,而且还采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型收缩造成的齿形误差,达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02~0.05mm,表面粗糙度Ra0.2μm,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达10~30万次,淬火钢模达50~1000万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29~34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了CMOLD气辅软件,取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广,有的厂采用率达20以上,一般采用内热式或外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10,与国外的50~80相比,差距较大。在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer等等。这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来,国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢,如P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响,但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30以下,和国外先进工业国家已达到7080相比,仍有很大差距。国外塑料模具发展现状注塑成型是最大量生产塑料制品的一种成型方法,二十多年来,国外的注塑模CAD技术发展相当迅速。70年代已开始应用计算机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初,人们成功采用有限元法分析三维型腔的流动过程,使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验,在模具制造前对设计方案进行评价和修改,以减少试模时间,提高模具质量。近十多年来,注塑模CAD技术在不断进行理论和试验研究的同时,十分注意向实用化阶段发展,一些商品软件逐步推出,并在推广和实际应用中不断改进、提高和改善。1.3本课题应达到的要求1、熟悉注塑模具发展历程,以及当前模具制造行业的发展现状。2、能综合运用所学的专业知识(如注塑模成型与模具设计)进行中等复杂程度模具的设计和计算。3、熟练掌握CAD/CAM软件Pro/E的三维造型、模具设计的原理和方法。在Pro/E的模具设计模块中设计成型零件。4、熟练掌握利用专家系统EMX设计整套标准模架的流程和方法。5、根据三维模架生成接水盒塑件注塑模的二维工程图。6、论文正文依据充分,论证正确,有一定见解,文字通顺,条理清楚,数据准确,格式符合要求。2塑件分析2.1材料的选择该塑件为接水盒,没有太高的配合精度,所以从塑件使用性能上分析,其必须具备有一定的综合机械性能,包括一定的弹性和耐油性,耐水性,化学稳定性和电气性能。而符合以上性能的塑料材料很多,从材料的来源以及材料的成本和调配颜色来看,ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物)比较适合。ABS是目前世界上应用最广泛的材料,它来源广,成本底,符合该塑件成型的特性。因此制作该塑件选用ABS塑料。表21ABS的主要技术指标密度比容吸水率收缩率热变形温度1.02~1.160.8~0.980.2~0.4130~1600.3~0.883~103抗拉强度拉伸弹性模量弯曲强度冲击强度比体积50Mpa1.8X10780Mpa11HB9.7HB0.86~0.96表22ABS的注射工艺参数注射机类型螺杆转数喷嘴形式喷嘴温度螺杆式50~70直通式180~190料筒的温度模具温度注射压力保压力19020020022017019050~7060~90Mpa30~60Mpa注射时间保压时间冷却时间成型周期3~5S15~30S10~30S30~70S预热温度预热时间计算收缩率80~852~3h0.3~0.8ABS无毒无味,呈微黄色,成型塑料件有较好光泽。密度为1.051.18g/m³。ABS的抗冲击强度极好,且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性,耐寒性,耐油性,耐水性,化学稳定性和电气性能。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。但其缺点是耐热性不高,连续工作温度为70℃左右,热变形温度约为90℃左右。耐气候差,在紫外线作用下易变硬发脆。其成型特点ABS在升温时黏度增高,所以成型压力较高,导致塑料上的脱模斜度稍大。流动性中等,溢边料0.04mm左右。易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力在正常的成型条件下,壁厚,溶料温度及收缩率影响极小19。ABS成型收缩率,拉伸模量,泊松比与刚的摩擦因素见下页表23表23ABS成型收缩率,拉伸模量,泊松比与钢的摩擦因素塑料名称成型收缩率/拉伸模量E/103Mpa泊松比U与钢的摩擦系数fPE1.53.50.2120.980.490.230.5PP1.02.51.66.20.430.490.51PS0.60.81.48.90.380.450.75ABS0.30.81.911.980.380.200.252.2塑件的几何形式及结构分析图21塑件三维图图22塑件二维图1、脱模斜度脱模斜度取决于塑件形状,壁厚及塑料的性能和收缩率。本塑件型腔深度一般,但由于考虑到塑件配合精度不高,所以塑件两侧要有角度,所以采用使塑件强行脱模的方式,而且往外偏有个小角度。该塑件脱模斜度取1°。表24塑料制品的脱模斜度塑料制品材料脱模斜度塑件外表面塑件内表面ABS塑料40′~1°20′35′~1°2、壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素,是设计塑件时必须考虑的问题之一。应该考虑尽量采用均匀壁厚,所以该塑件壁厚取为2.5mm,符合推荐壁厚,且可保证塑件的刚度、强度,可防止塑件产生内应力以及气泡、缩孔等各种质量缺陷。表25塑件壁厚选择塑料种类制件最小壁厚mm一般产品壁厚mm大型产品壁厚mm塑料ABS0.751.752.63~3.53、侧抽芯机构当塑件有侧抽芯时,应尽可能放在动模或下模,避免定模或上模侧抽芯。该塑件外部有侧孔,内部还有凸台,因该塑件材料为ABS,且该孔是通孔,故必须采用侧抽芯机构,侧抽芯机构由滑块和斜导柱等机构组成,采用滑块整面抽芯。3设备的选择与校核为保证注射质量和充分发挥注射设备的能力,应根据注射模一次成型的塑料体积和质量来初步确定注射机的类型。根据理论和在实际生产中的经验得出塑件和浇注道之间材料的总和应该在注射机理论注射量的5080之间。(初步估算浇注系统的质量为25g)初步选定注射机为XSZY25017。3.1塑件质量的计算根据三维软件Pro/E模型分析得体积V180cm³因为ABS的平均密度为ρ1.14g/cm³所以,M175g。图31Pro/E中零件的质量属性3.2型腔数量的确定因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模量等参数有关,因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。一般根据注射机的最大注射量来确定型腔数量n1/mnmKm≤20(3.1)式中K注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8M0注射机允许的最大注射量(g或cm³)m2浇注系统凝量(g或cm³)m1单个塑件的质量或体积g或cm³。由此可求出1175/252500.8≤n故取n1满足设计要求。3.3注射机参数的校核3.3.1注射量校核模具型腔是否能充满与注射机允许的最大的注射量密切相关,设计模具时,应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量范围内。根据生产经验,注射机的最大注射量是其允许最大注射量(额定注射量)的80,由此有02180mmnm≤(3.2)117525≤0.8250即200≤200符合要求3.3.2塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核1、投影面积校核注射成型时,塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素,其数值越大,需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积,则成型过程中将会出现涨模溢料现象。因此,设计注射模时必须满足下面关系17AnA1A2(3.3)式中A1单个塑件在模具分型面上的投影面积,该塑件为37700mm2A2浇注系统在模具分型面上的投影面积,约为A1的0.2~0.5倍,该设计取0.4总的投影面积计算为AnA1A21377000.43770052780mm22、锁模力的校核Fm≥F型AP型(3.4)式中Fm注射机的额定锁模力为1250KNP型模具型腔内塑料熔体平均压力(Mpa),通常为20~40Mpa,此设计中取35Mpa所以F型5278035184.73KN,则Fm≥F型(符合要求)故该注射机符合要求。其技术参数如下17表31XSZY250注射机主要技术参数单位XSZY250额定注射量cm³250螺杆直径mm45注射压力MPa160注射速率g/s110塑化能力g/s18.9锁模力kN1250螺杆转速r/min10~200移模行程mm360模具最大厚度mm550模具最小厚度mm150喷嘴口直径mm3定位孔直径mm160喷嘴球半径mmSR153.4开模行程的校核开模取出塑件所需开模距离必须小于注塑机最大开模行程。对于XSZY250注塑机,其最大开模行程有注塑机曲轴机构的最大行程决定,与模具厚度无关。双分型面注射模,其开模行程按下式校核S≥H1H2a(5~10)mm(3.5)式中S注塑机的最大开模行程(mm)H1塑件脱出距离(也可作为凸模高度)(mm)H2塑件高度(mm)a中间板与定模的分开距离(mm)已知H1120mmH297mma115mm所以H1H2a(5~10)12097115(5~10)337~342(mm)又由于XSZY250卧式注塑机的移模行程为360mm,即342mm﹤360mm所以开模行程也符合要求。3.5脱模力QsincosααfLhpQ(3.6)式中L型芯或凸模被包紧部分的周长(cm)h被包紧部分的深度(mm)p由塑件收缩率产生的单位面积的正压力,一般取7.8~1.8Mpaf摩察系数,一般取0.1~0.2α脱模斜度(º)。而对于不通孔的壳型塑件脱模时,需克服大气压力造成的阻力(QH),即HQ1FF为垂直于推出型芯方向的投影面积(cm2)。并设大气压力为0.09Mpa,则HQF所以,当不塑件对型芯的粘附力时,其总的脱模力(Q总)为Q总QQH(3.7)计算时,为使脱模力(Q总)大于诸因素造成的阻力,须修正以确定脱模力。由零件图得L136cm,h97mm,p7.8Mpa,f1.5,1º。所以Q总136977.8(0.15cos1ºsin1º)0.09≈13636.57N推杆推顶接触总面积a10﹙210﹚21950mm2则接触压力校核为σaQ总195057.13636Mpa≈6.99Mpa﹤ps14Mpa由此,该模具推杆的推顶总面积是可行的。4浇注系统和排溢系统的设计4.1塑料制件在模具中的位置1、型腔排列方法型腔的排列应遵循以下原则13当采用一模多腔时,型腔在模板上通常采用圆形排列,H形排列,直线排列以及复合排列等。在设计时应遵循以下要点19①尽量采用平衡式排列,以构成平衡浇注系统,保证塑件质量均一和稳定。②型腔布置和浇口开设部位力求对称,防止模具承受偏载而产生溢料现象。③尽可能使型腔排列得紧凑些,以便减小模具的外形尺寸。④型腔的圆形排列所占模板的尺寸大,虽然有利于浇注系统的平衡,但加工困难,除圆形制品和一些高精度制品外,在一般情况下常用直线排列和H形排列。由以上计算得出,型腔数为1,即一模一件。又此塑件结构比较对称,故塑件在模具型腔中间位置布局。图41型腔布置图2、分型面的设计将模具适当地分成两个或几个可以分离的部分,这些可以分离部分的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料,当成型时又必须接触封闭,这样的接触表面称为模具的分型面。根据塑件的形状和尺寸,由于此塑件为外观件,选用单一平直分型面。本模具采用平直分型面有以下优点和符合设计基本原则19(1)分型面在塑件外形最大轮廓处(2)便于塑件顺利脱模(3)保证塑件的精度要求(4)满足塑件的外观要求(5)便于模具加工制造(6)减少塑件在合模分型面上的投影面积,可靠锁模避免涨模溢料现象(7)有利于排气(8)保证抽心机构顺利抽芯(9)保证斜销机构顺利退出。4.2浇注系统的设计浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等有很大影响,而且还对塑件所用的塑料的利用率、成型生产效率等有关系,因此这是一个重要环节。浇注系统设计主要包括主流道,分流道,浇口和冷料穴四部分。它的作用是将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔,同时使型腔内的气体能及时顺利排出,将注射压力有效地传递到型腔的各个部位,以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。浇注系统的设计应遵循浇注系统的设计原则。设计浇注系统应注意以下几点13(1)流道应尽量减小弯折,表面粗糙度为Ra1.6到Ra0.8μm(2)应按型腔布局设计,尽量与模具中心线对称(3)应避免在模具的单面开设浇口,否则会造成注射时受力不均(4)设计主流道,避免熔融塑料冲击小直径型芯及镶件而产生弯曲或折断(5)在满足塑料成型和排气良好前提下,选取短的流程,可缩短填充时间(6)能顺利地引导熔融塑料填充各个部位(7)生产成批塑件,在保证产品质量前提下,缩短冷却时间及成型周期。4.2.1主流道的设计主流道俗称浇口套是塑料熔体的流动信道,在卧式注射机上主流道垂直于分型面,由于本塑件在内部开了一个比较大的槽,可让主流道设于该处。主流道的设计要点19(1)浇口套内孔呈圆锥形,锥度2°到6°。锥度过大会造成压力减弱,流速减慢,塑料形成涡流,熔体前进易混进空气,产生气孔锥度过小,使流速增大,热量损耗大,表面粘度上升,造成注射困难。(2)浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径d1大1到2mm。(3)浇口套内孔出料口处应设计成圆角r,一般为0.5到3mm。(4)浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须温和。设模具浇口套球面半径为R,注射机球面半径为r,其关系式如下Rr(0.5~1)mm浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大,接触式圆弧度吻合的好。(5)浇口套长度应尽量短,以减少冷料回收量,减少压力损失和热量损失。(6)浇口套锥度内壁表面粗糙度为Ra1.6到Ra0.8μm,料流顺利,易脱模。(7)浇口套的长度应与定模板厚度一致,它的端部不应凸出在分型面上,否则会造成合模困难,不严密,产生溢料,甚至压坏模具。(8)浇口套热量最集中,为保证注射顺利和塑件质量,要考虑冷却措施。4.2.2主流道尺寸的确定为使凝料能顺利拔出,设计成圆锥形,锥角取2°,选用材料为T10A,热处理要求淬火53~57HRC。其主要尺寸可由以下计算获得主流道小端直径dD0.5~131mm3.5mm(4.1)主流道球面半径SRR11~2151mm16mm(4.2)球面配合高度h=3~5mm,取h=3mm主流道锥角α=2°~6°,取α=2°根据本塑件实际情况确定浇口套的形状和尺寸如下图42浇口套图4.2.3浇口位置的选择浇口形式很多,无论采用什么形式,开设位置对塑件成型性能及成型质量都有很大影响,浇口位置选择不当使塑件产生变形、熔融接痕、凹陷、裂纹等。浇口位置影响模具结构。合理选择浇口开设位置是提高塑件质量的重要设计环节。在选择浇口位置时,需要根据塑件的结构、质量要求与成型工艺条件等综合进行考虑,一般应遵循以下原则(1)尽量缩短熔体的流动距离(2)避免熔体破裂现象引起塑件缺陷(3)浇口应开设在塑件壁厚处(4)减少熔接痕,提高熔接强度。5成型零部件的设计与计算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件即成型零件设计,包括型腔、型芯、镶块和成型杆等。设计成型零件时,应根据塑料的特性和结构及使用要求,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、
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