毕业设计（论文）-打印机外罩模具设计.doc

汕头职业技术学院机电工程系毕业设计（论文）摘要塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本论文介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计，介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了简单说明。设计成型零部件以及设计合理的推出机构。对设计进行验证主要是对注射机的相关重要参数进行验证，包括模具闭合厚度、模具安装尺寸、等。在校验合格后，进行成型零件加工工艺过程的制定，既要保证塑件的质量，又要兼顾经济性。通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，了解模具结构及工作原理；通过对autocad的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的提高工作效率。关键词：生产工艺 注射模 成型零件 装配 塑料模具 分型面目录1 绪 论11.1 我国塑料模具工业和今后的主要发展方向12外罩材料的成型工艺参数及成型条件22.1 成型工艺参数22.2 成型条件33外罩设计的工艺性要求43.1 外罩几何形状要素43.1.1 外罩壁厚43.1.2 加强筋与增强构支面43.1.3 外罩支承面53.1.4 圆角与孔53.2 外罩的几何形状63.3 模架标准7 4 模具型腔设计7 4.1 型腔数的确定 7 4.2 分型面的确定 8 4.3 成型零件的结构设计 84.3.1 凹模的结构设计84.3.2 型芯的结构设计85 注射机的选择9 5.1注射机的校核95.2注射机锁模力的校核106 模具构件设计与标准106.1 支承件的设计106.1.1 推板导柱和推板导套的结构及其固定形式106.2 定位零件的设计116.2.1 定位圈的设计116.2.2推出机构的选择126.2.3 推出机构的设计采用的设计126.2.4 零部件设计127 浇注系统的设计138 温度调节控制系统的设计158.1 冷却通道的形式159模具的装配169.1 模具的装配16总结17参考文献171绪 论1.1 我国塑料模具工业和今后的主要发展方向(1)提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是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因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 (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；基于网络的cad/cam/cae一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型cad/cam系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；cad/cam软件的智能化程度将逐步提高；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。 (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，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。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。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。(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。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。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。2 外罩材料的成型工艺参数及成型条件2.1 成型工艺参数塑件的成型工艺参数主要是温度、压力和时间三大要素。1 温度。注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。（1） 料筒温度 料筒温度的选择应保证塑料塑化良好，能顺利实现注射，而不会引起塑料分解。（2） 喷嘴温度 料筒和喷嘴温度的选择应与其它工艺条件相配合。料筒和喷嘴温度对成型条件及塑件的物理力学性能影响十分显著。 （3） 模具温度 模具温度对塑件的内在性能和表现质量有很大影响。模具温度根据塑件是否结晶、塑件的尺寸和结构要求等。2. 压力。注射成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种，它们都直接影响塑料的塑化和塑件的质量。（1） 塑化压力 注射过程中塑化压力的大小是随塑杆的设计、塑件质量的要求以及塑件的种类等的不同而异。（2） 注射压力 注射压力的大小取决于注射成型机的类型、模具结构、塑件壁厚、塑件种类和注射成型工艺等。3. 时间。 一次注射成型周期包括注射时间（充模时间和保压时间）、闭模冷却时间和其它时间（开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件、闭模等时间）。（1） 生产中充模时间为35s。注射时间中的保压时间所占比例较大，一般约为20120s。在浇口处熔料凝结之前，保压时间的长短对塑件尺寸精度有直接影响，而浇口处凝结之后则无影响。保压时间以塑件的收缩波动范围最小的时间为准。（2） 冷却时间取决于塑件厚度，塑件的热性能和结晶性能，以及模具温度。冷却时间约为30120s范围内。冷却时间过长会对复杂塑件造成脱模困难。 温度、压力和时间。这三大成型工艺控制因素，都需要根据塑料品种、塑件壁厚和形状以及模具结构来恰当的选定。2.2 成型条件成型条件的选择和控制直接影响塑料的塑化流动和冷却的温度、压力和相应的各个作用时间，是生产优质塑件的主要因素。 外罩的成型条件塑料名称苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物缩写abs注射成型机类型螺杆式堆密度/g-3（不小于）1.05计算收缩率（%）0.5预热温度/80时间/h2料筒温度后段165中段170前段190喷嘴温度/175模具温度/65注射压力/mpa80成型时间/s注射时间55高压时间3冷却时间70总周期128螺杆转速/rmin-130适用注射机类型螺杆、柱塞均可后处理方法红外线灯烘箱温度/70时间/h2说明该成型条件为加工通用级abs料时所用。3外罩设计的工艺性要求3.1几何形状要素外罩的壁厚主要决定于外壳的使用条件，但壁厚的大小对塑件成型影响很大，壁厚过小则成型时流动阻力大，而且不能保证塑件的强度和刚度；壁厚过大则浪费原料，增加塑件的成本，还容易产生气、泡缩孔等缺陷。本外壳属于大型塑件，其高度为100mm，长度为500mm，宽度为200mm。壁厚的设计包括以下几个方面：（1） 有大面向小面的过渡采用光滑过渡。 （2） 浇口处的厚度比其它部位稍厚一些。壁厚3.1.1. 加强筋与增强结构支面为了确保外壳的强度和刚度在外壳的内表面设置设置加强筋结构，同时可以改善成型是塑料熔体的流动状况。设计主要的考虑有五个方面： （1） 尽量减少塑料的局部集中，以免产生缩孔和气泡。 （2） 加强筋的尺寸不宜过大，尽量矮一些、多一些。 （3） 加强筋之间中心距大于两倍壁厚，这样既可以避免缩孔产生，又可以提高塑件的强度和刚度。 （4） 加强筋布置的方向与熔体流动的方向一致，有利于熔体充满型腔，避免熔体流动受到搅乱。 （5） 加强筋的端面与塑件支承面平行，有一定距离。主要数据如下： 加强筋与壁部连接处的圆角半径为：r=1.5 mm。 两加强筋的距离为：l=30 mm。加强筋的高度为；h=3 mm。加强筋的宽度为：t=2 mm，t=1.5 mm。加强筋的布置 3.1.2. 外罩支承面外罩支承面用来配置自攻螺钉孔。与侧壁连接，以提高其强度；与加强筋连接，以避免形成增厚部位。支承面 3.1.3. 圆角与孔 （1） 圆角 本外罩上的转角处采用圆弧过渡，这样不仅避免了应力集中，提高了强度，而且还使塑件变得美观，有利于塑料冲模时的流动。内壁圆角半径是壁厚的一半，外壁圆角半径为壁厚的1.5倍，圆角半径不应小于0.5 mm。本外罩转角的设计尺寸为：r=1.5h=3.75 mm，r=0.5h=1.25 mm。 转角 （2）外罩上的孔有操作按纽孔、数据线孔和散热孔。设计考虑两个方面： a：孔的形状简单，避免增加模具制造的复杂性。 b：孔与孔之间和孔与壁之间保持一定的距离，以保证外壳的强度。a）；数据线孔b）；散热孔c）。 a） 操作按纽孔 b） 数据线孔 c） 散热孔为了减少模具设计以及生产制造的复杂性，数据线孔和散热孔由外罩生产出来后机械加工。 3.2 外罩的几何形状。本外罩几何形状的确定主要考虑三个方面：（1）有利于外罩的成型、简化模具结构、降低成本、提高生产率和保证外罩的质量。为了开模是易于取出塑件，尽量避免侧壁凹槽或与塑件脱模方向垂直的孔。（2）为了提高外罩的强度和刚度，将外罩的上顶面设计成拱形曲面。 （3）由于塑件冷却后产生的收缩，会紧紧地包住模具型芯型腔中凸出的部分。为了塑件容易从模具内脱出，使塑件的外壁具有一定的脱模斜度。由于塑件壁较薄，精度要求较高，所以选择较小的脱模斜度。选为20。 三视图 3.3模架标准 本次设计，根据外罩的结构尺寸，采用大型模架标准（gb/t12555.1-1990）。大型模架组合形式按模具所采用的浇口形式、制作的脱模方法和定模、动模组成数分为基本型和派生型两类。按动模板数，基本型有分为a型和b型两种。 根据外罩顶盖的结构形状，由于顶盖高度较高，型腔较深而采用a型 模架4 模具型腔设计4.1 型腔数的确定 型腔数的确定，主要跟注射机的最大注射量、额定锁模力、塑化速度、制品的精度要求、生产的经济性等因素有关。考虑到本次设计的设计要求，本次设计采用一模一腔结构，配套生产。4.2 分型面的确定分型面的选择受到塑件的形状、壁厚、尺寸精度、及其形状、塑件在模具内的成型位置、脱模方法、浇口的形式及位置、模具类型、模具排气、模具制造及其成型设备结构因素的影响。本次设计，分型面的选择考虑七个方面：（1） 便于塑件的脱模。 （2） 考虑塑件的外观。 （3） 保证塑件的尺寸精度。 （4） 有利于防止溢料，考虑飞边在塑件上的位置。 （5） 有利于排气。 （6） 考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。 （7） 使成型零件便于加工。4.3 成型零件的结构设计成型零件是构成模具型腔的零件，通常包括凹模、凸模、型芯、螺纹型芯、螺纹型环等。由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到塑件的质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，以承受塑料的积压力和料流的摩擦力，达到足够的精度和表面粗糙度。4.3.1凹摸的结构设计 凹模又称阴模，它是成型塑件外表面的零件。凹模的结构形式要根据塑件成型的需要和加工与装配的工艺要求而定。本次设计顶盖采用整体式凹模，因为塑件外壳的结构比较简单而且整体式凹模结构简单牢固、强度高、成型零件的质量比较好。凹模的装配 4.3.2 型芯的结构设计 由于外罩的结构形状比较简单，因而，型芯的结构形式采用整体式，顶盖型芯的结构形式采用型芯与成型杆相结合的镶拼组合式型芯。 型芯材料 选为t8。 表面粗糙度 成型部分为ra0.10ra0.025um；配合部分为ra0.8 um；其余部分为ra6.3ra1.6 um。 热处理硬度 4550hrc。 表面处理 成型部分镀铬，镀铬层深度为0.0150.020mm，镀铬后抛光处理。 配合加工 因为顶盖上有孔，为了达到同心度的要求，顶盖采用配合加工。 型芯的装配5 注射机的选择在模具设计时，必须根据塑件的具体情况，选用合适的注射机。这就要熟悉所选用注射机的技术规范，并对有关参数进行校核。根据外罩的结构形状、工艺要求和我国一些工厂的生产经验：模具的基本模架a一657533gbt12555.11990，其中由于动模板和定模板不能满足本塑件的要求而自行设计；模具的注射机类型初选为fd650型。5.1 注射机的校核根据公式：h= h1 + h2 + h3+a+b+c（其中，a：表示定模厚度；b：表示动模厚度；c：表示垫块高度；h1：表示定模板座厚度；h2：表示动模板座厚度；h3：表示支承板厚度。） （1）模具厚度 h= h1+ h2+a+b+c=25+40+130+100+200=495mmfd650型的注射机的安装模具厚度范围为460980mm.。经校核，所选注射机类型合格。 （2）模具安装尺寸校核该模架外形尺寸为400mmx750mmx495mm。经校核，fd650型注射机的安装尺寸满足要求。 5.2 注射机锁模力的校核 （1）模具注射机锁模力的校核因为，注射压力80mpa，塑件在分型面上的投影面积约为：100500=50000 mm2则总压力为：8050000=4000kn而fd650型注射机的锁模力为6500kn，所以，该注射机满足要求。 因为，注射压力80mpa，塑件在分型面上的投影面积约为： 100500=50000 mm2则总压力为：8050000=4000kn而fd650型注射机的锁模力为6500kn，所以，该注射机满足要求6 模具构件设计与标准6.1 支承件的设计导向零件是保证动模和定模合模时正确定位和导向，并避免模内个零部件发生碰撞和干涉，以保证塑件的形状和精度的重要零件。主要零件包括导柱和导套。对本次导向零件的设计原则是：（1） 导向机构类型的选用。（2） 导柱数量、大小、及其布置。（3） 导向零件的设置注意模具的强度。（4） 导向零件的结构便于导向。（5） 导向准确、运动灵活、平稳，具有足够强度、刚度和耐磨性。6.1.1 推板导柱和推板导套的结构及其固定形式 （1）推板导柱的结构 推板导柱用于推出机构导向的零件，有时可作为支承柱和导柱兼用。 推板导柱 （2）推板导套的结构 推板导套采用带头导套 推板导套 （3）推板导柱和推板导套的固定形式 推板导柱和推板导套之间的配合采用间隙配合h7/f7。 推板导柱和推板导套的固定形式6.2 定位零件的设计定位零件包括定位圈、定距螺钉，限位钉及圆锥定位件等。本外罩模具的定位零件只采用定位圈和限位钉。6.2.1定位圈的设计 定位圈 6.2.2 推出机构的选择推出机构按驱动方式可分为：手动推出机构、机动推出机构、液压推出机构、气动推出机构。机动推出机构是利用注射机的开模动作推出塑件。开模时塑件先随动模一起移动，达到一定位置时，推出机构被注射机上固定不动的顶杆顶住而不再随动模移动时，动模继续移动时，推出机构便将塑件从动模上推出。机动推出机构具有生产效率高、推出力大等优点。因此，本次设计采用机动推出机构。6.2.3 推出机构的设计采用的设计（1） 结构可靠 推出机构工作可靠、运动灵活、制造方便、配换容易，机构本身具有足够的强度和刚度，足以克服脱模阻力。（2） 保证塑件不变形不损坏 正确分析外罩对型腔的附着力的大小和所在部位，选出合适的推出方式和推出位置，使脱模力合理分布。由于塑件收缩时包紧型芯，因此脱模力作用位置靠近型芯。同时脱模力施与塑件刚度和强度较大的位置。在确定推出零件机构及尺寸时，考虑综合因素，以保证塑件顺利脱模。（1） 保证塑件外观良好 推出塑件的位置，选在塑件内部。（2） 塑件留在动模一边 使模具的推出机构较为简单。6.2.4 零部件设计 （1）推杆的设计及固定 推杆形式较多，常用为圆截面推杆。由于外罩面积比较大，为了在脱模时外罩的形状不受到太大的影响，而采用锥面推杆。 推杆 推杆的固定（3）推板和推杆固定板的设计及固定 推板用于塑件加工后塑件的脱模，推杆固定板用于推杆、复位杆在推板上的固定。 a） 推板 b） 推杆固定板 7 浇注系统的设计本浇注系统有主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成。（1）主流道 是从注射机喷嘴与模具的接触部分起到分流道为止的一段流道。（2）分流道 是介于主流道和浇口之间的一段通道，它是熔融塑料由主流道流入型腔的过渡通道，能使塑料的流向得到平稳的转换。（3） 浇口 它是分流道与型腔之间的狭窄部分。这一狭窄短小的浇口能使分流道输送来的熔融塑料产生加速，形成理想的流动状态而充满型腔。（4）冷料穴 是直接对着主流道的孔。其作用是储藏注射间隔期间产生的冷料头，以防止冷料进入型腔而影响塑件质量。浇口是连接分流道和型腔的桥梁，它是整个浇注系统的最薄弱点和关键环节，其形式、尺寸开设在型腔的什么部位对塑件质量影响很大。在大多数情况下，浇口是整个浇注系统中截面最小部分。当熔融塑料通过狭小的浇口时，流速增高，并因摩擦使料温也升高，有利于填充型腔。同时，狭小的浇口适当保压补缩后首先凝固封闭型腔，使型腔内的熔料即可在无压力状态下自由收缩凝固成型，因而塑件内残余力小，可减小塑件的变形和破裂。一般浇口的尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以整修。根据我国一些工厂的经验，浇口的截面面积为分流道截面面具的5%，截面形状为圆形，浇口长度为1mm，表面粗糙度为0.4um。（1）浇口的类型选择注射模的浇口结构形式较多，不同类型的浇口其尺寸稍有不同，特点和适用情况也有所不同。根据塑料的成型特性，外罩的几何形状与尺寸、生产批量、注射机规格等因素，浇口类型选为直接浇口。 浇口类型（2）浇口位置的选择浇口的开设位置对塑件质量的影响很大，因此在确定浇口位置时，根据塑件的几何形状和技术要求，进行全面考虑。主要有以下考虑： 避免引起熔体破裂现象 加大浇口尺寸，以降低流速，平稳地充填型腔，使熔体破裂现象消失。 有利于熔体流动和补缩 浇口位置开设在塑件截面最厚处，以利于熔体填充和补料。 有利于型腔内气体排出 浇口位置设置在塑件表面积最大处的中央。 防止料流将型芯积压变形 控制流速，对称进料，以防止型芯弯曲。 保证流动比在允许范围内 流动比过会因料温下降造成熔体不能充满整个型腔。本外罩属于大型塑件，流动比范围确定为280300l/t。（2）浇口设计浇口设计成圆形横截面、轻微的锥度，并在最大横截面处与塑件连接。熔融塑料通过主流道直接进入型腔，流程短，进料快，流动阻力小，传递压力好，保压补缩作用强，有利于排气和消除熔接痕，且模具结构简单，制造方便。浇口截面尺寸不能太小，过小的浇口压力损失大、冷凝快、补缩困难会造成塑件缺料、缩孔等缺陷。同样，浇口截面尺寸也不能过大，过大的浇口注射速率低，温度下降快，塑件可能产生明显的熔接痕和表面云层现象。浇口直径为主流道大端直径，确定为8mm。 浇口及位置8 温度调节控制系统的设计8.1 冷却通道的形式根据外罩的几何形状和冷却效果，模具的冷却通道形式采用直通式冷却通道，模具的冷却通道形式采用多级式冷却通道。模具的冷却通道9 模具的装配9.1 模具的装配 装配图1 定模板座，2、6、14、24 内六角圆柱头螺钉，3 定模板，4 推杆，5 动模板，7 支承板，8 垫块，9 推杆固定板，10 推板，11 限位钉，12 动模板座，13 浇口套，15 定位环，16 冷却水道，17 导套，18 导柱，19 复位杆，20型芯，21 拉料杆，2