机械模具类毕业设计论文值得一看

南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 单楠 学号 20962P15 系部 专业 模具设计与制造 题目 杯盖塑料注塑模模具设计 指导教师 王苏宁 乔延清 评阅教师 完成时间： 2012 年5 月 10 日 毕业设计(论文)中文摘要杯盖塑料注塑模模具设计摘 要：使用数控技术、数控机床的高效率、高精度进行模具设计和加工已经成为当今社会的主流。本文是关于注塑模的设计，设计的制品是杯盖。首先对制品进行尺寸的选择和性能形状的分析，然后根据分析选择注塑材料和注射机。接着利用PRO/E进行大口杯盖的实体设计，并进行模具设计，也就是对模具的型腔、型芯和浇注系统进行设计，再利用AutoCAD画出整个模具的装配图。最后是型腔的CAM加工设计。关键词：注塑模 ，型腔， 型芯， 浇注系统毕业设计(论文)外文摘要Mold processing technology of the mainAbstract: The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in-depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project. Key words: mold; stamping parts; punch; die; punch and die;目录1 引言11冲压工艺方案的确定1 1.1塑料模具工业的发展现状1 1.2提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平2 零件材料选择及性1 2.1 技术参数：无塌陷，杂质，划痕，变形。表面光滑，平整1 2.2 塑料性能23 注射机的选择3 3.1制品的几何属性4 3.2注射机的选用4 3.3模具闭合厚度的较核54成型零件设计6 3.5凸凹模的结构设计74模具的整体设计9 4.1动模结构设10 4.2定模结构设计10 4.3型腔分型面设计10 4.4成型零件工作尺寸计算11 4.5型腔壁厚与底板厚度的计算115 浇注系统的设计11 5.1主流道设计12 5.2分流道设计12 5.3冷料井设计13 5.4浇口的设计13 5.5排气孔道的设计146 顶出机构设计15 6.1顶出机构15 6.2复位机构17 6.3导向机构设计177 塑料模温控系统20前言1.1模具制造中数控技术的重要性数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，其技术范围覆盖很多领域：(1)模具制造技术；(1)机械加工技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。1.2塑料模具工业的发展现状进几年来，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，模具工业发展迅速，年均增速均为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。表1 国内外塑料模具技术比较表项目注塑模型腔精度型腔表面粗糙度非淬火钢模具寿命淬火钢模具寿命国外0.0050.01mmRa0.010.05m1060万次160300万次国内0.020.05mmRa0.20m1030万次50100万次项目热流道模具使用率标准化程度中型塑料模生产周期在模具行业中的占有量国外80%以上7080%一个月左右3040%国内总体不足10%小于30%24个月2530%在制造技术方面，CADCAMCAE技术的应用水平上了一个新台阶，陆续引进了相当数量的CADCAM系统，如美国UG、美国ParametricTechnology公司的ProEmgineer、美国CV公司的CADS5塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。1.3提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求，以及高生产率要求，必须提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计和制造水平。1.4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。塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用；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。2零件材料选择及性能2.1零件结构分析图1制品零件图2.1.1 技术参数：无塌陷，杂质，划痕，变形。表面光滑，平整。2.1.2 注塑制品大口杯盖其特点如下：（1） 要求材料强度不大，刚度一般。（2）如图（1）及表（1）分析得，该制品精度不高，表面粗糙度要求一般。在注塑制品中，杯盖一般采用聚丙烯（PP）注塑而成。2.2塑料性能查中国模具设计大典表8.3-7得材料PP的特如下：2.2.1使用性能乳白色、无臭、无味、无毒的热塑性塑料。密度为0.91g/cm3,熔点1650C,燃点5900C,弹性模量3500Mpa,不吸水,导热性低,耐酸碱盐腐蚀,有良好的绝缘性能,化学稳定性和良好的物理机械性能及加工性能.2.2.2加工性能1 耐强酸或氧化性酸。2流动性好。3结晶度高。收缩率不大。4不吸水。一般可不用干燥处理。5磨擦系数低，弹性高。6宜用螺杆式注塑机成型。7模具浇注系统以料流阻力要小，进料口小。2.23、物理热性能如下表-2：表2物理热性能表参数密度（g/cm3）熔点（）收缩率数值0.911650.6%-2%3 注射机的选择3.1制品的几何属性利用PRO/ENGNEER2001按图纸的尺寸要求画出零件实体图形，接着利用该软件“分析-模具分析模型质量属性”可以查到该制品的几何属性为：体积 = 3.6110586e+04 毫米3曲面面积 = 1.6286860e+04 毫米2密度 = 9.1000000e-10 公吨 / 毫米3质量 = 3.2860634e-05 公吨 3.2注射机的选用3.2.1射量的计算G nG1+G2n为型腔中的型腔数,这里n=1。G1每个制品的体积量。G2浇注系统的体积量，初步设浇注系统的体积量为30 cm3Gmax为注塑机的最大浇注体积量 =（3.6110586+30）/0.8 =42.01382325 cm3 3.2.2由PP的加工性能得，注塑机选螺杆式。3.2.3由PP的加工性能，查模具设计与制造表8-2得，其成型压力为Pc=25MPa3.2.4锁模力的确定模具的额定锁模力为: F K*Pc*AA为塑料制品与浇注系统在分型面上总的投影面积。（mm2）利用PRO/ENGNEER2001，“分析-测量-面积”可以查到该制品的投影面积为：制品投影面积=2304.91 mm2浇注系统=300 mm2塑料在分型面的投影面积A=2304.91+300=2604.91Pc为熔融塑料在型腔内的平均压力，查模具设计与制造表8-2得 Pc=25MPa K为安全系数，常取K=1.11.2，这里取1.1F=1.1*25*2604.91=71.64(KN)3.2.5注射压力注射压力是成型是柱塞或螺杆施于料筒内熔融塑料上的压力。常取70150 MPa。由塑料的加工性能得注塑压力为80130 MPa.注射机的最大注射压力要大于成型制品所需的注射压力。根据以上的数据，查模具设计与制造表8-3，选用SX-ZY-125注塑机，参数如表3表3 注塑机参数表螺杆直径mm42理论注射容积cm3125注射压力MPa 119锁模力KN900模板最大行程mm300模具最大厚度mm300模具最小厚度mm200拉杆内间距(宽*高)mm538520喷嘴球头半径mmSR18顶出形式mm中心距230模具定位孔直径mm1003.3模具闭合厚度的较核模具闭合时的厚度在注射机动、定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按下式较核Hmin Hm Hmax式中 Hmin注射机允许的最小模具厚度（mm）Hm模具闭合厚度（mm）Hmax注射机允许的最大模具厚度（mm） Hmax=最大模具厚度+模板最大行程其中=600mmHmin=200mm, Hmax =550mm, Hm=235mm .故满足要求。4成型零件设计4.1动模结构设计制品动模可以直接推出脱模。4.1.1模具做成镶件形式，由于顶杆加工简单、更换方便、脱模效果好，因此选用顶杆脱模机构。结构图-2图2 动模装配结构图4.2定模结构设计图3定模的装配结构4.3型腔分型面设计如何确定分型面，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。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3 保证塑件的精度要求。4 满足塑件的外观质量要求。5 便于模具加工制造。6 对成型面积的影响。7 对排气效果的影响。8 对侧向抽芯的影响。根据第（1）、（2）、（5）、（6）选择以下的分型面，如图-4图4 分型面示意图4.4成型零件工作尺寸计算根据制品的尺寸及其公差，查SJ1372标准（中国模具设计大典），知制品的精度为5级。由于模具制造允差和制品尺寸公差间存在对应的关系。查中国模具设计大典表8.5-64，得知模具的制造精度为IT9。4.4.1型腔内径尺寸的计算模具型腔内径计算公式：Dm=（D+DQ-3/4）式中 Dm -型腔的内径尺寸（mm）；z-模具制造公差，取z=（1/61/3），塑件精度等级为5级，型腔尺寸精度为IT6，取1/3D- 制品最大尺寸(mm)；Q- 塑料的平均收缩率1.3%，按经验取1.2%；-制品公差；3/4-系数，可随制品精度变化，一般取0.50.8之间，若制品偏差大则取小值，若制品偏差小则取大值。D顶=（D+DQ-3/4） = （91+91*0.015-3/4*0.22）+00。22=91.15+00.073 mmD基=（D+DQ-3/4） = （72+72*0.015-3/4*0.2）+01/3*0.2=72.42+00.067 mm4.4.2型芯径向尺寸的计算具型芯径向尺寸是由制品的内径尺寸所决定的，与型腔径向尺寸的原理是一样，分为两个部分来计算：dm=（D1+DQ+3/4）式中 dm -型芯的外径尺寸（mm）；D1 - 制品内径最小尺寸(mm)；其余的符号含义同型腔的计算公式。D动=（D1+DQ+3/4） =(15+15*0.015+3/4*0.2)-01/3*0.2 =15.38-00.067 mmD定=（D1+DQ+3/4） =(13.5+13.5*0.015+3/4*0.18)-01/3*0.18 =13.84-00.067 mm4.4.3型腔深度尺寸的计算模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸所决定的，设制品高度名义尺寸为最大尺寸，其公差为负偏差-。型腔深度名义尺寸为最小尺寸，其公差为正偏差+z。由于型腔底部或型芯端面的磨损很小，可以略去磨损量c，在计算中取z=/3，加上制造偏差有：HM =（h1+h1Q-2/3） 式中 HM -型芯的外径尺寸（mm）； h1 -制品高度最大尺寸（mm）。 制品高度最大尺寸为h1=24mm, =0.64 , z=/4=0.16HM1 =（h1+h1Q-2/3） =(24+24*0.015-2/3*0.36)+01/3*0.36=24.3+00.12mmHM2 =（h2+h2Q-2/3） =(10.68+10.68*0.015-2/3*0.36)+01/3*0.36=10.6+00.12mm4.4.4型芯高度尺寸的计算模具型芯的高度尺寸是由制品的深度尺寸所决定的，假设制品深度尺寸H1为最小尺寸，其公差为正偏差+。型芯高度尺寸为最大尺寸，其公差为正偏差-z。根据有关经验公式：hM =（H1+H1Q+2/3）式中 hM -型芯高度尺寸（mm）； H1 -制品深度最小尺寸（mm）。HM定 =（H1+H1Q+2/3）=(10.38+10.38*0.015+2/3*0.36)=10.78-00.12 4.5型腔壁厚与底板厚度的计算确定型腔壁厚的方法有计算法和经验法。计算法又有按强度、按刚度计算两种。经验又有查图法和查表法。目前经验法应用比较多，即直接凭生产经验确定模具结构尺寸，查中国模具设计大典表8.5-78得，镶件壁厚取8mm，模套取15mm。5浇注系统的设计5.1主流道设计5.1.1主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道出口端尺寸为12mm。5.1.2主流道衬套的形式主流道入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。其尺寸如图（5）：5.1.3主流道衬套的固定主流道衬套与定位环设计成整体式。主流道衬套见图-55.2分流道设计5.2.1分流道是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地充到型腔。分流道的截面常常有以下几种：1 圆形2半圆形3矩形4梯形图 5 主流道衬套图在本设计中选择半圆形截面的分流道口。尺寸如图-65.2.2分流道的表面粗糙度由于分流道中与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为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra 并不要求很低，一般取1.6m 左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。5.3冷料井设计冷料井设置在主流道的末端，直径稍大于主流道直径，冷料井可防止冷料进入型腔而影响制品的质量均匀性和外观完美性。采用倒锥形头拉料冷料井结构。冷料井直径取d3= 5mm。5.4浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。本设计采用点浇口。5.4.1浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：1 输管尽量缩短流动距离。2 浇口应开设在塑件壁厚最大处。3 必须尽量减少熔接痕。图6分流道截面图图 7 浇口尺寸图4 应有利于型腔中气体排出。5 考虑分子定向影响。6 避免产生喷射和蠕动。7 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8 注意对外观质量的影响。浇口的尺寸设计。参照模具设计与制造具体尺寸如图（7）5.5排气孔道的设计排气孔道的作用是把型腔和型芯周围空间的气体及熔料所产生的气体排到模具之外。该注射模属于中小型模具，在推杆的间隙和分型面上都有排气效果，已能满足。6 顶出机构设计制品推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则。6.1顶出机构6.1.1推出机构应尽量设置在动模一侧由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。6.1.2保证塑件不因推出而变形损坏为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、凸缘、壳体形制品的壁缘处，尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体形制件及筒形制件多采用推板推出。 从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。6.1.3机构简单动作可靠推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。6.1.4良好的塑件外观推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。6.1.5合模时的正确复位设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位并保证不与其他模具零件相干涉。 分析：根据以上原则，由于顶杆加工简单、更换方便、脱模效果好，因此选用顶杆脱模机构。 脱模力的计算当脱模开始时，阻力最大。推杆刚度及强度应按此时的受力计算。对于厚壁圆形件其中：Q脱模力（N）E塑料的弹性模量，E=3.5*103MPa；u泊桑比，PP取0.42；塑料的平均收缩率，选用=1.2%；L塑料对型芯的包容长度（cm）；r塑料型芯的平均半径cm；k系数，随和变化，查表取k=3.18； f制品与型芯之间的静摩擦系数，常取f=0.10.2,取f=0.2 =15170N脱模机构的设计(1)推杆的长度 顶出行程S顶=h凸+e 式中 e顶出行程余量 h凸型芯成型高度已知h凸=52mm,e=5mmS顶=57mm顶杆选择标准长度为125mm(2) 顶杆直径根据压杆稳定公式计算出顶杆直径：（m）式中 d顶杆直径； 安全系数,常取=1.5； L顶杆长度； n顶杆数目；=3.88mm取标准尺寸d=6mm顶杆直径的强度较核：（MPa）其中， ：顶杆所受应力(Mpa); ：顶杆的材料的许用应力(Mpa);满足条件.由模具设计简明手册查有D=12-0.2 ,L=90+2.0,S=5-0.05设计的顶出机构如图-86.2复位机构脱模机构完成塑料制件顶出后，为了进行下一次循环必须回复到初始位置。采用弹簧复位，弹簧在顶出板与动模板之间，顶出塑料件时，弹簧被压缩。合模时，只要注塑机的顶杆一离开模具顶板，弹簧的回复力就将顶出机构复位。选用4根复位弹簧。分别套在两根顶杆和两根定位杆上。弹簧定位杆与顶杆安装在同一固定定板上，顶杆工作端面与分型面齐平，或低于动模表面不大于0.05mm。图8 顶出杆机构图6.3导向机构设计A. 采用导柱导向 因导柱只起导向作用，不用考虑受压力的作用，所以只需保证导向就行了。选取：直通型（A型）导柱，采用T8淬硬到HRC5055。B.导套与导柱配合使用。图9 导柱机构图7 塑料模温控系统在注射工艺过程中，模具温度直接影响制品质量和注射周期。对于任何塑料制品，模温波动较大都是不利的。过高的模温会使制品在脱模后发生变形。延长冷却时间，使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性，难于充满型腔，增加制品的内应力和明显的溶接痕等缺陷。由中国模具设计大典查得PP在注射成型时所需的模温为100-150度 。PP是要求较高的模温，由于模具不断地被注入的熔融塑料加热，模温升高，单靠模具自然散热不能使其保持较低的温度，因此，必须加冷却系统。7.1型腔上的冷却设计冷却装置的目的，主要是防止塑件在脱模时发生变形，缩短成型周期及提高塑件质量。模具冷却剂用水。水冷，即在模具型腔周围和型芯内开设冷却水通道，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温。水的热容量大，导热系数大，成本低。采用外连结直通式，是最简单的，用塑料管和水管接头从外部连接，可以连接成单路循环或多路循环的方式。冷却装置开设原则如下：1 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。2 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件冷却也就越均匀。3 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，既水孔的排列与型腔形状尽量相吻合，当塑件壁厚不均匀时，厚壁处水孔应靠近型腔，距离要小，一般水孔边离型腔距离不得小于10mm，常用1215mm。4 浇口处加强冷却。一般熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远，温度越低。因此浇口附近应加强冷却，通入冷水，而在温度较低的外侧只需要通过经热交换后的温水即可。5 降低入水与出水的温差，如果入水与出水温差太大，将使模具的温度分布不均匀，尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低。为使整件的冷却速度大致相同，可以改变冷却孔排列的形式。6 要结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水通道的排列形式。例如对于 收缩大的塑件（如聚乙烯）应沿其收缩方向开设冷却通道。冷却流道的设计也要考虑塑件的壁厚。塑件壁厚越大，则所需冷却时间越长。7 冷却水通道要以免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢，影响强度。8 保证冷却通道不泄漏，密封性能好，以免在塑件上造成斑纹。9 冷却系统的设计要考虑尽量避免其与模具结构中其它部分的干涉现象。冷却水通道开设时，受到模具上各种孔（顶杆孔、型芯孔、镶块接缝等）的结构限制，要按理想情况设计是困难的。10 冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表面，既要埋入模板内，以免模具在运输过程中造成损坏。11 冷却水通道要易于加工和清理。一般孔径设计为812mm.具体计算设计如下（假设熔融塑料产出的热量全部传给模具，其热量为:n为每小时注射的次数,由制品的成型条件得，每个周期大概为50S-160S取120S，每小时注射次数n=60*60*60/120=1800次。m为每次注射的塑料质量（千克/次）。根据浇注系统估算 m大概为0.08千克/次。C塑料的比热容（）,查模具设计与制造表8-28得C=1759熔融塑料进入模腔的温度（）。由制品的加工性能得，=90-120，这里取110。制品脱模的温度（），根据制品塑料的特性，取为模温，=80=7598880（J/h）计算用水量（kg/s）M通过模具的冷却水的质量（kg）。为模具单位时间内积累的热量(J/h)。为导热系数()，查模具设计与制造表8-28得=829。为进水温度（），这里取100。为出水温度（。），比脱模温度要低，取50。=183kg根据冷却水处于湍流状态下的流速成与水管直径d的关系，确定模具冷却水管道的直径d.M为冷却水的质量（kg）.为管道内冷却水的流速，一般取(0.8-2.5m/s)这里取2.3m/s.为水的密度（kg/）.=10.6mmL圆整，d=10mm.由于型腔尺寸比较小，因此此把把冷却系统设在模板中。8 标准模架的选择为了提高模具的生产效率和减少模具的制造成本，本设计采用了标准模架，标准模架购买后还要进行必要的加工，中国模具设计大典有标准模架的选择，本设计选用的标准模架为：派生型：P8尺寸：235mm280mm模座结构采用：V1由于制品的模芯为圆形，设两个止转销，选用型号为：6X129 绘制装配图与绘制平面装配图在选定了模架后，就可以着手利用PRO/E进行零件的实体设计，模具设计，然后在PRO/E转成工程图，得到相应的零件图。然后在AUTOCAD中画出装配图，并对零件图进行相应的尺寸标注。图10 装配图1、动模底板 2、内六角螺钉 3、支铁 4、导柱 5、止转销6、顶杆 7、支承导套 8、内六角螺钉 9、动模垫板 10、导套A11、止转销 12、动模芯 13、水嘴 14、导套B 15、静模芯16