榨汁机内支架塑料模具设计 毕业论文.doc

天津滨海职业学院毕业设计（论文）榨汁机内支架塑料模具设计 作者： 院系：天津滨海职业学院机电工程系 专业：机电一体化技术 年级：2010级 学号： 20100141321 指导教师： 毕业设计任务书设计题目：榨汁机内支架塑料模具设计完成期限：自 2012 年 11 月 02 日 至 2013 年03 月 05 日止一、 设计原始依据（资料）模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年来，模具一直朝着高质量、高效率、低成本、短周期的方向发展。传统的模具设计中,模具设计者们是利用二维cad软件来进行初步设计的。然而，现在，三维模具设计已经被广泛使用，它使设计过程接近标准化，使初步设计得以迅速实现。在本设计中，将对榨汁机内支架的模具通过pro/engineer软件进行三维设计，并对设计过程进行讲解。二、 设计内容和要求在本设计中，首先对塑件结构、材料特性、用途以及参数进行分析，确定模具采用一模两腔，并使用点浇口填充型腔的总体布局形式。最后通过对注塑机参数校核和生产验证，证明模具结构设计合理性。本人签字： 2013年03月20 日毕业设计内容摘要摘要：模具行业是国民经济的一项重要行业。近年来，模具一直朝着高质量、高效率、低成本、短周期的方向发展。传统的模具设计中,模具设计者们是利用二维cad软件来进行初步设计的。然而，现在，三维模具设计已经被广泛使用，它使设计过程接近标准化，使初步设计得以迅速实现。在本设计中，将对榨汁机内支架的模具通过pro/engineer软件进行三维设计，并对设计过程进行讲解。在本设计中，首先对塑件结构、材料特性、用途以及参数进行分析，确定模具采用一模两腔，并使用点浇口填充型腔的总体布局形式。在模具设计过程中，对侧向抽芯机构，分型面的设计，浇注系统、排气系统、冷却系统、脱模机构，进行了详细的介绍。最后通过对注塑机参数校核和生产验证，证明模具结构设计合理性。通过本次模具设计，可以看出，三维模具设计可以缩短设计周期，提高设计质量，大大的增加工作效率。关键词：榨汁机内支架；注塑模具；一模两腔；侧向抽芯机构目 录第一章 绪论11.1我国模具发展的现状11.2 主要发展方向1第二章 材料与塑件分析22.1 塑料及其工业22.2 塑件分析22.3 塑件材料的选择及材料的工艺特性32.4 塑件体积和质量的计算4第三章 模具设计43.1 确定型腔数及其排列方式43.2 分型面的设计53.3 排气系统的设计63.4 成型零件的结构形式及设计63.4.1 凹模的结构设计63.4.2 凸模的结构设计7第四章 注塑机的选择84.1 注射机的选择84.2 注射机工艺参数的校核94.2.1 最大注射量的校核94.2.2 注射压力的校核104.2.3 锁模力校核104.2.4 开模行程较核104.2.5 模具安装尺寸的校核11第五章 模具设计总图11结 论13参考文献14 第一章 绪论1.1我国模具发展的现状模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。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2934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c-mold气辅软件，取得较好的效果。 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ug、美国parametric technology公司的pro/emgineer、以色列公司的cimatron、美国ac-tech公司的c-mold及澳大利亚moldflow公司的mpa塑模分析软件等等。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，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。1.2 主要发展方向1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。2.在塑料模设计制造中全面推广应用cad/cam/cae技术。cad/cam技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，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良好的条件。3.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。 4.开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 5.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。 6.应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。7.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模cad/cam的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。第二章 材料与塑件分析2.1 塑料及其工业塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，树脂分为天然树脂和合成树脂两大类，塑料大多采用合成树脂。在一定温度和压力下，塑件具有可塑性，可以利用模具将其制成具有一定形状和尺寸精度的塑料制件。塑料按树脂的分子结构及其特性可以分成热塑性和热固性塑料两类。热塑性塑料是由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂制得的塑料。热固性塑料为一次成型塑料，不能反复加热成型，废品不能回收利用。塑料制件在工业生产中已得到广泛应用，是由于它们具有一系列特殊的优点。塑料密度小，质量轻，大多数塑料的密度在1.01.4 g/cm3。塑料的比强度高 (按单位质量计算的强度称比强度),绝缘性能好，介电损耗低。塑料的化学稳定性高，对酸、碱等化学药品都具有良好的耐腐蚀能力。此外，塑料的减振和隔音性能也好，因此，塑料已成为各行业不可缺少的重要材料。2.2 塑件分析图1.1为榨汁机内支架的三维立体图,该产品用于榨汁机上，对榨汁机起支撑作用，该产品形状比较复杂，精度较高，表面不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合精度要求。制品整体有充分的脱模斜度，各处脱模力比较合理。从整体结构分析：制品表面积较小、高度不大但是壁薄、零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困难。从整体工艺性分析：根据制品外观要求与结构要求选择点浇口，制品冷却必须均匀而充分，脱模力合理分布，要求顶出机构顶出均匀。图2.1 塑件三维立体图榨汁机内支架工艺参数表材料脱模斜度（） 尺寸精度壁厚（mm）圆角（mm）收缩率（）pvc1.5it63.5r0.5r30.5该产品结构复杂，有3处侧凹现象，需要设置抽心机构，另外考虑到制件的体积和形状，应采用一模两腔，三板式结构，塑料从4个点浇口进入行腔。2.3 塑件材料的选择及材料的工艺特性塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑来选取合适的塑料进行生产，本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料，热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型，而热塑性塑料还适合注塑成型，本次设计为注塑设计，所以采用热塑性塑料。通过对各种塑料的比较，选用聚氯乙烯（pvc）为塑件材料。下面将对聚氯乙烯（pvc）的特性、成型特点和成型条件进行详细的介绍。1）基本特性：聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一，其价格便宜，应用广泛。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，聚氯乙烯塑件可呈现出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，可制成多种硬质、软质和透明制品。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3,加入增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为1.152.00 g/cm3。硬聚氯乙烯的密度为1.381.42 g/cm3，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用做结构材料，但软化点低。软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度回降低。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。聚氯乙烯的热稳定性和耐光性较差。它的软化温度接近分解温度，因此在加工时要加稳定剂和增塑剂。聚氯乙烯在7080软化，150170时呈熔融态，190以上分解并放出有毒的氯化氢。2）主要用途：硬聚氯乙烯制品有有管及棒、板、焊条、离心泵、通风机、输油管、容器。软聚氯乙烯制品有贮槽、薄板、日用品、电线绝缘层、密封盖等。在日常生活中，聚氯乙烯还用于制造玩具、人造革、日用品、零件等。3）成型特点：聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。因此，在成型时必须加入稳定剂和增塑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。不能用一般的注塞式注射成型机成型聚氯乙烯塑料，因为聚氯乙烯耐热性和导热性不好，而用注塞式注射机需要将料筒内的物料温度加热到166 193，会引起聚氯乙烯分解。所以，应采用带预塑化装置的螺杆式注射机注射成型，模具浇注系统也应粗短，进料口截面宜大，模具应有冷却装置。表2.1 聚氯乙烯（pvc）技术指标pvc技术指标密度（g/cm3）1.152.00比容(cm3/g)0.860.98吸水率0.10.4%收缩率0.40.8%熔点150170冲击强度120mpa拉伸强度218mpa马丁耐热5060表2.2 pvc注射工艺参数注射机类型螺杆式螺杆转速200 30r/min喷嘴形式直通式喷嘴喷嘴温度150170模具温度30 60注射压力80 130mpa保压压力40 60 mpa冷却时间15 40s周期40 90s后处理方法红外线烘箱温度70时间0.3 1h备注原材料应预干燥0.5h以上2.4 塑件体积和质量的计算设计中，材料选用聚氯乙烯（pvc），密度为1.152g/cm3，此处取1.5g/cm3。通过pro/e软件的分析计算功能，分别计算出塑件、浇口的体积v和质量m。通过计算得:v件=18.06cm3；质量为m=18.06x1.5=27.1g。通过计算得:v浇=12.97cm3；质量为m=12.97x1.5=31.0g。第三章 模具设计3.1 确定型腔数及其排列方式根据塑件的三维结构形式，考虑了一模一腔和一模具两腔的两套方案。介绍如下：1如果采用一模一腔，可以通过点浇口上端进料，容易保证零件的质量；同时，模具尺寸小，降低了模具成本，但塑件壁厚较厚，造成塑件充型不均匀，产品质量无法保证；充型时间常，不能适应大批量的生产要求，大大降低了生产效率。 2如果采用一模两腔的布置，虽然模具的尺寸增大，制造成本有所提高，但是保证产品的精度，而且生产效率较高，适应大批量生产的要求。经过对以上两套方案进行比较，由于塑件本身的形状尺寸较小，而且本身结构特殊，考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，所以采用一模两腔的形式。模具的型腔排列方式如下图所示： 图3.1模具的型腔排列方式3.2 分型面的设计为了塑件及浇注系统凝料的脱模和安放嵌件的需要，将模具型腔适当地分为两个或者多个部分，这些可以分离部分的接触表面,即为分型面。分型面形式由塑件的具体情况而定，常见的有水平分型面、斜分型面、阶梯形分型面、曲面分型面及垂直分型面。分型面对制品的表面质量，尺寸精度，脱模，型腔型芯结构和排气以及进料浇口和模具制造都有直接影响。因此，在选择和确定分型面的时候，应该全面分析、比较和考虑，选择较为有利的方案。分型面确定的要点如下：1应选在制品的最大外形尺寸之处，否则，制品无法脱模。同时还应选在使制品留在动模之处，有利于脱模。2不能影响制品外观，尤其是对表面质量有要求的制品。3便于浇口进料，利于成型，易于排气。4利于型腔加工，从而使制品的精度易于得到保证。5利于嵌件的安装以及活动镶件和弹性活动螺纹型芯的安装。在本模具设计当中，分析塑件的结构特点，并根据浇口形式，采用双分型面，三板式注射模具。第一分型面分型取出浇注系统凝料，为辅助分型面；第二分型面为主分型面，分型后取出塑件。在一模两腔的模具布局形式下，首先以塑件的最大面，即中心面为第二分型面，这样分开上下型腔；在定模部分增加一块中间板为第一分型面，取出凝料；塑件外表有凸台和侧孔，增加两个侧抽机构，因为塑件有罗纹和凹槽，制作两个镶件。 图3.2块的形状示意图3.3 排气系统的设计当塑料熔体充填模具型腔时，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模具外边。如果型腔内的气体不能被排出干净，塑件上就会形成气孔、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷，另外，气体的存在还会产生反压力而降低充模速度，影响产品质量,因此设计模具时必须考虑行腔的排气问题。注射模通常有三种排气方法，即在分型面上开设排气槽、利用配合间隙排气以及利用排气塞排气。排气系统的设计要点：1保证迅速、有序、通畅，排气速度应与注射速度相适应。2 排气槽设在塑料流末端。3应设在主分型面凹模一侧：便于加工和修整；若产生气体起边，容易脱模和去除。4 尽量设在塑件较厚的部位。5设在便于清理的位置以免积存冷料6排气方向应避开操作区，以防高温熔料溅出伤人。7 其深度与塑料流动性及注射压力、温度有关。在本模具设计中，并不需要另开设排气槽，而是利用分型面和侧向滑块的间隙、顶杆配合间隙进行排气。由于这些间隙是客观存在的，并不需要刻意加工，故叫自然排气。由于这种方式需另设排气装置，因此结构比较简单，也是注塑模中经常采用的一种排气形式。3.4 成型零件的结构形式及设计成型零件是直接成型塑件的零件，在本设计中主要包括凹模、凸模、型芯、镶块等。成型零件形状复杂、精度高，表面粗糙度低。3.4.1 凹模的结构设计凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件。它一般装在定模固定板上，根据塑件成型的需要和加工与装配的工艺要求，凹模有整体式和组合式两类。而且组合式凹模的组合方式也是多种多样的，常见的有组合方式有以下几种：1.整体嵌入式组合凹模2.局部镶嵌式凹模3.镶拼组合式凹模4.瓣合式凹模在本模具设计中因为是一模两腔，而且有镶件，所以使用的是组合式中的整体嵌入式凹模，凹模的三维图如下图片所示：图3.3凹模的设计示意图 图3.4 镶块的位置示意图3.4.2 凸模的结构设计凸模亦称型芯，是成型塑件外表面的成型零件。凸模同样分为整体式和组合式。跟凹模的设计一样，在本设计中使用的同样是组合式中的整体嵌入式凹模，凸模的三维设计如下图所示： 图3.5凸模设计示意图图3.6镶块的形状示意图 第四章 注塑机的选择注射机的全称应为塑料成型机。注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统及机架等组成。通过计算得:v件=18.06cm3；质量为m=18.06*1.5=27.1g。通过计算得:v浇=12.97cm3；质量为m=12.97*1.5=31.0g。4.1 注射机的选择注射模具是安装在注射机上使用的工艺设备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，方能设计出符合要求的模具。根据设计的要求，查塑料制品及其成型模具设计1，可以初步选定注塑机型号为：sz-60/450。注塑机的参数如下所示：表4.1 注塑机的参数参 数结构类型卧理论注射容积/cm378 螺杆直径/cm30 注射压力/mpa100注射速率/（g/s）60塑化能力/(g/s)5.6 螺杆转速/(r/min)14200锁模力/kn450拉杆内间距/mm280x250移模行程/mm220最大模具厚度/mm300最小模具厚度/mm100锁模形式双曲轴模具定位孔直径/mm100喷嘴球半径/mm13根据塑件的成型特点和要求，以及设计的模具的要求，所以初步选用注塑机型号为：sz-60/450。4.2 注射机工艺参数的校核4.2.1 最大注射量的校核塑件的质量或者体积必须与所选择的注射成型机的最大注射量想适应。不然会影响塑件的产量和质量。若注射量过大，注射机利用率降低，浪费电能，而且可能导致塑件分解。而最大注射量小于塑件的质量，就会造成塑件的形状不完整或者内部组织疏松，塑件强度下降等缺陷。为了保证正常的注射成型，注射机的最大注射量应稍大于塑件的质量或者体积。通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大注射量的80%以内。因此，当塑料注射成型机最大注射量以最大注射容积标定时，按下式校核：0. 8v机v塑件+v浇 （4-1）式中：v机注塑机的最大注塑量v塑件塑件的体积， 该产品v塑件=18.06x2=36.12cm3v浇浇注系统体积， 该产品v浇=12.97cm3（v塑件+v浇）/0.8=（36.12+12.97）/0.8=61.4cm3v机=78cm3故 0.8v机v塑件+v浇因此，通过上面的计算和校核，可以知道注射机的最大注射量满足要求。4.2.2 注射压力的校核注射压力校核的目的是校核注射机的最大注射压力能否满足塑件成型的需要。注射机最大注射压力应该稍微大于塑件成型所需要的注射压力。即p塑机p塑件 （4-3）式中：p塑机注塑机最大注塑压力；p塑件塑件成型所需的注射压力；由于该产品的材料是聚氯乙烯，查表得出：其成型所需得注射压力为80130mpa；注塑机的最大注塑压力为170mpa；p塑机p塑件因此，通过上面的计算和校核，可以知道注射机的最大注射压力满足要求。4.2.3 锁模力校核锁模力又称合模力，是指注射机的合模机对模具所能施加的最大夹紧力。当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面张开，为此，注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积。f锁机p模a （4-4）式中：p模熔融塑料在型腔内的压力，25mpa40mpa；a塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经过计算得出：投影面之和为1.5cm2f锁机注塑机的额定锁模力， 由于f锁机=450 kn；f锁机40 mpa1.5 cm2=60 kn；因此，通过上面的计算和校核，可以知道注射机的锁模力满足要求。4.2.4 开模行程较核塑料注射成型机的开模行程是有限的，开模行程应该满足分开模具取出塑件的需要。因此，注塑机的开模行程应大于取出塑件所需的开模距离。注塑机的开模行程应满足下式：smaxh1+h2+（510）mm （4-5）式中：smax注塑机最大开模行程h1塑件脱模所需顶出距离h2包括浇注系统在内的塑件高度h1+h2+（510）=88+67.5+10=165.5smax=220165.5因此，通过上面的计算和校核，可以知道注射机的锁模力满足要求。4.2.5 模具安装尺寸的校核1模具闭合高度长宽尺寸与注塑机模板尺寸的拉杆间距相适合模具长宽拉杆面积模具的长宽为170x100=17000拉杆的面积为280250=70000由此可知：模具长宽拉杆的面积因此满足要求。2模具闭合高度的校核模具实际厚度,h模=220mm；注塑机的最小闭模厚度,h最小=100mm；即h模h最小因此满足开合模条件。第五章 模具设计总图图 5.1 模具设计的三维图图 5.2 模具设计的装配图结 论毕业设计即将结束，通过本次毕业设计，使我对模具设计知识以及模具行业有了一定的认识。在设计期间，首先是应用pro/e软件的三维造型能力对塑料注塑模具进行总体结构设计。设计之初，先对塑件进行结构