毕业论文---微型音盒端盖塑料模具设计.doc

毕业设计报告(论文)论 文 题 目：微型音盒端盖塑料模具设计作者所在系部：材料工程系作者所在专业：模具设计与制造专业作者所在班级： 作 者 姓 名： 作 者 学 号： 指导教师姓名： 完 成 时 间：2011年6月北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院专科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）微型音盒端盖塑料模具设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。特此声明毕业设计（论文）作者： 指导教师： 年 月 日 年 月 日摘 要本文主要是关于微型音盒端盖塑料模具设计研究。首先，对塑料的原材料进行了结构和尺寸精度分析，确定了最佳成形方案；对整个塑件成形过程进行了模拟分析，预测了成形过程中可能出现的问题。根据分析结果，对模具设计的有关计算，模具闭合高度的确定和注射机有关参数的校核，绘制出模具总装配图和非标零件工作图。关键词 注射模具 CAXA AbstractThis paper is mainly about technique analysis of the music box cover design of injection mold. First, the structure of product and the injection technique scheme were analyzed, and the best molding scheme was decided. After simulating injection process, the problems during injecting were presented. Based on the analysis, the injection mold was designed with softwareCAXAKeywords Injection molds CAXA. II目 录摘 要IAbstractII第1章 概 论11.1 课题背景及意义11.2 我国塑料模具现状及发展方向1第2章 模塑工艺规程的编制42.1 塑件的原材料分析42.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析42.3 计算塑件的体积和重量52.4 确定型腔数目52.5 注射机型号的选定52.6 注射参数的校核62.7 塑件注射工艺参数的确定7第3章 注射模具的结构设计83.1 分型面的选择83.2 确定型腔排列方式83.3 浇注系统的设计93.4 侧抽芯机构的设计103.5 模具排气系统的设计123.6 推出机构与复位机构的设计123.7 开合模导向机构的设计12第4章 模具设计有关计算144.1 有关型腔的工作尺寸计算144.2 型腔壁厚的计算144.3 模具加热和冷却系统的计算15第5章 模具闭合高度的确定17第6章 注射机有关参数的校核18第7章 绘制模具总装配图和非标零件工作图19第8章 设计总结20致 谢21参考文献22第1章 概 论1.1 课题背景及意义随着塑料等非金属材料在工业产品中的广泛应用，模具工业在国民经济中的作用也越来越大。在机械、电子等行业中，有一半以上的产品是采用模具制造的方法。利用模具成型的生产方法很多，其中注塑成型具有制成品精度高、生产效率高和可以用来生产几何形状非常复杂的产品等特点，在整个塑料制品生产行业中具有非常重要的地位。模具是塑料成型加工的重要装备，其设计周期、生产效率和质量直接影响产品的进度、成本和效率。故很有必要利用现有软件技术对其制造前期进行模拟分析及设计。1.2 我国塑料模具现状及发展方向1.2.1 我国塑料模具的发展现状模具工业是国民经济的基础工业，受到国家和企业界的高度重视，发达国家就有“模具工业是进入富裕社会的源动力”之说。当今“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认可。我国模具行业近年来发展很快，据不完全统计，目前模具生产厂点共有2万多家，从业人员约50万人，全年模具产值约360亿元，总量供不应求，出口约2亿美元。进口约l0亿美元。当前，我国模具行业的发展具有如下特征：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平；塑料模和压铸模成比例增长；专业模具厂家数量及其生产能力增加较快；“三资”企业及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。目前发展最快、模具生产最集中的省份是广东和浙江，其模具产值约占全国总产值的60以上。我国模具总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平。（1）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。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5080%相比，差距较大。（2）产品结构方面，我国塑料模具工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大的发展。模具水平有了较大提高，但与国外相比仍有较大差距（表1-1）。项目国外国内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热流道模具使用率标准化程度中型塑料模生产周期0.0050.01mmRa0.010.05m1060万次160300万次80%以上7080%一个月左右0.020.05mmRa0.20m1030万次50100万次总体不足10%小于30%24个月表1-1 国内外塑料模具技术比较表 （3）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/Engineer及澳大利亚Mold flow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，如填充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等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响。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70%-80%相比，仍有很大差距。1.2.2 我国塑料模具的发展方向（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。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的要求。（2）在塑料模模具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了良好的条件;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,而且其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,继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。（4）开发新的塑料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。（6）应用优质模具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2章 模塑工艺规程的编制该塑件是外壳体，其零件图如下所示，本塑件的材料为ABS，生产类型为大批量生产。图2-12.1 塑件的原材料分析塑件的材料为ABS，材料的性能ABS为热塑性塑料，密度1.031.07g/cm，抗拉强度3050Mpa，抗弯强度4176Mpa，拉伸弹性模量15872277Mpa，收缩率0.30.8%，常取0.5%。该材料综合性能好，即冲击强度高，尺寸稳定，易于成型，耐热和耐腐蚀性能也较好，并有良好的耐寒性。属热塑性塑料。结构特点为线性结构非结晶性，使用温度应小于70C,从使用性能上看，该塑料综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性、电性能良好，机械强度较好，有一定的耐磨性。但耐热性较差，吸水性大；从成型性能上看，该塑料的流动性较好，不易分解，成型容易，但吸水性大，成型前原料要干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥，易取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为250）。对精度较高的塑件，模温易取5060，对光线而、耐热塑件，模温易取6080，ABS塑料应用广泛，适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件和电讯零件。2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析1 从零件图上分析，该零件圆柱直筒型外壳，高度为14mm，外壳体侧壁厚度为4mm，且两侧各有三个方形孔因此，模具设计时必须设置双侧向分型抽芯机构。2 尺寸精度分析：该零件要求精度等级为未注故用MT5级及IT11，精度要求较低，相对应的模具相关零件的尺寸加工容易保证，从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为4mm，壁厚均匀，有利于零件的成型。3 注射成型的工艺流程因为ABS即改性聚苯乙烯是一种热塑性是塑料，且塑件批量大，所以我们采用注射成型。注射成型是热塑性塑料的一种主要成型方法；而且它成型周期短，能一次成型外形复杂，尺寸精密的塑料制件，且生产效率高，易于实现自动化生产。注射成型的工艺工程包括：成型前的准备；注射成型过程；塑件的后处理三个阶段。详细的工艺流程如下图2-2所示：图2-22.3 计算塑件的体积和重量计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。计算塑件的体积：V件= 40cm计算塑件的重量：根据手册可查得ABS的密度为P=1.031.07g/cm故塑件的重量为G=VP=40cm1. 05g/cm=42g流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算。m2=0.642=25.2g2.4 确定型腔数目根据制品的生产批量及尺寸精度要求采用多型腔模具，但考虑到模具的制作费用，初步确定为一模两腔。2.5 注射机型号的选定由上述知确定模具为一模两腔，所以注射量为：M=2m1.6=242（1+0.6）=134.4g流道凝料在分型面上的投影面积A,在模具设计之前是个未知值，根据多型腔模具的统计分析，A是每个塑件在分型面上的投影面积A的0.20.5倍。因此可以用0.35 A来进行估算，所以：总的投影面积AA=nA+A单个面上的投影面积A=42*42*3.14=5538.96mm即A=25538.96(1+0.35)=14955.192mm在成型中小型所料制品时，型腔熔体内的压力p常取2040MpP型腔压力，P=30Mpa那么所需锁模力F=AP=14955.1923098KN由以上所计算的注射量和锁模力可知，我们可选用SZ-160/100注射机SZ-160/100注射机的主要技术参数表2-1所示：表2-1 注射机参数螺杆直径mm注射容量160cm3注射压力150MPa锁模力100kN模具厚度最大300最小200mm模板行程325mm喷嘴球半径15mm定位孔直径100mm顶出力15KN2.6注射参数的校核2.6.1 最大的注射量的校核：当注射机的最大注射量以容积标定时，按下式计算：KVV 式中：V注射机的最大注射量(cm) K注射机最大注射量的利用系数，一般取K=0.8 V塑件的总体积(cm)KV=0.8160=128cmV=M/=134.4/1.05=128cm 128128 满足要求2.6.2 注射压力的校核注射压力的校核是校验注射机的额定压力能否满足塑件成型时所需的注射压力。Pp 式中P注射机的额定压力为P=150Mpa P塑件成型时所需的注射压力。表得p=30Mpa故P公p 注射压力可满足条件 1.5.3锁模力的校核FqA 式中F注射机的额定锁模力。查表得F=100KN qA塑件成型所需的锁模力。上以算出为98KN10098满足要求2.6.3 模具型腔数目的确定按注射机的最大注射量确定型腔数n.根据公式n(0.8G- m2)/ m确定式中G注射机最大注射量（g）查表得160g m塑件的质量（g） m2流道凝料的质量（g） n=（0.8160-0.642）/42=2.452所以一模两腔可以满足。2.7 塑件注射工艺参数的确定查找附录A:ABS的成型工艺台数可作为如下选择:注射温度:包括料筒温度和喷嘴温度料筒温度:后段温度t1选用160 中段温度t2选用170前段温度t3选用190喷嘴温度：选用180 模具温度：60注射压力:选用90Mpa 注射时间:选用50S保压时间:选用5S 冷却时间:选用20S第3章 注射模具的结构设计注射模具的结构设计包括：分型面的选择，模具型腔数目的确定，型腔的排列方式，浇口位置，模具工作零件的结构设计，侧向分型和抽芯机构的设计，推出机构的设计内容。3.1 分型面的选择模具设计中分型面的选择很重要，它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件成型的要求来选择分型面。该塑件为圆状，表面质量无特殊要求，为降低模具的复杂程度，降低模具的高度又便于成型出件。分型面的形状如图3-1所示。图3-13.2 确定型腔排列方式模具在注射时采用一模两件两开式模具，即模具需要两个型腔。塑件布局如下图3-2所示。采用这种方式最大的优点：便于设置测向分型抽芯机构又便于注射，降低了模具的生产费用，并且该件也可作为一种装饰品，采用点浇口提高了零件的表面的质量，由于该件体积较大，采用点浇口便于材料的充满型腔。图3-23.3 浇注系统的设计3.3.1 主流道设计根据设计手册查得SZ-160/100型注射机喷嘴的有关尺寸：喷嘴的前端孔径d=3,喷嘴前端球面半径R=15.根据模具主流道与喷嘴的关系：R= R+（12）D=d+（0.51）.取主流道球面半径R=12，取主流道小端直径D=3.5，球面配合高度h=3-5mm 取h=5mm主流道长度 尽量小于70mm，有标准模架结合该模具的结构，取L=40mm浇口套总长 L=65mm为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为13。3.3.2 分流道的设计分流道在多型腔模具中是必不可少的，它起连接主浇道和浇口的作用。分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积，壁厚，形状的复杂程度，注射速度，分流道长度，等因素来确定。塑件外形不算太复杂，熔料填充比较容易，为了加工起见，选用截面形状为半圆形分流道。分流道的直径D=7.2mG制品的重量，L分流道的长度所以D取8mm3.3.3 浇口的设计浇口是连接分浇道和型腔的短浇道。分析塑件可知此模具应采重叠式浇口形式。重叠式浇口的优点：可避免熔体从浇口向型腔产生喷射现象。主流道、侧流道、侧浇口布局如图3-3所示图3-3 主流道、侧流道、点浇口布局3.4 侧抽芯机构的设计由于塑件有侧孔，模具采用侧向分型机构。3.4.1 确定抽芯距：抽芯距一般应大于成型孔（或凸台）深度，塑件孔深为6，另加23安全距离，可取抽芯距S抽=8。3.4.2 确定斜销倾角：斜导柱的倾角是斜抽芯机构主要的技术数据之一，它与抽拔力，抽芯距有直接关系一般取=1525这里抽芯距比较大，可取=20。3.4.3 确定斜销尺寸其安装部分与模板间可采用H7/m6或H7/n6的过渡配合。斜销与滑块间隙（一边）为1。斜销长度为：L=S抽/Sin=20/ Sin10=24。考虑抽拔力不大这里工作部分初定斜导柱直径d=12。3.4.4 滑块与导滑槽设计滑块与侧型芯的连接方式设计：采用相拼式型腔，滑块通过弹簧压紧并通过斜导柱和导滑槽导向，合模时为了保证楔块能压紧以保证零件的形状要求，楔块的角度应该大于斜导柱的角度取角度为25。滑块与侧型芯的连接方式设计本塑件采用的是抽芯机构主要是用于成型塑件的两个侧壁上的方孔，由于侧想的两个圆孔的尺寸较小，综合考虑到型芯的强度和装配以及话快的加工难度，采用组合式的抽芯机构，成型新型和滑块的连接方式采用镶嵌的方式，如零件图所示一是滑块的导滑方式本模具中为使模具的结构紧凑，滑块的导滑槽开设在凹模固定板上上，采用T形槽式的导滑方式，如图3-4所示：图3-4二是滑块的导滑长度和定位装置的设计该塑件的侧抽距较短，故导滑长度只要符合滑块在开模时的定位装置要求即可。滑块的定位装置采用限位挡块来定位，如图3-5所示：图3-53.4.5 成型零件的结构设计：1）凹模的结构设计：模具采用一模两件的两开结构形式，并采用z型拉杆拉料并通过螺纹固定在支撑板上，根据分流道与主流道，浇口在凸模固定板上，这样型腔便于加工。2）凸模结构设计：凸模主要是与凹模相结合构成模具型腔，其凸模和侧型芯的结构形式如装配图所示。3.5 模具排气系统的设计塑件中等，采用一模两腔结构，此套模具业属于小型模具，工件上有侧抽芯结构，注射成型的气体可以通过先抽芯的方孔进行排气，所以不必考虑单独开设排气槽等排气系统。3.6 推出机构与复位机构的设计塑件的脱模力中等，由于模具结构简单所以用推杆推出塑件。考虑到塑件外形和脱模力，由于塑件所需的脱模力中等，推杆直径为10mm，长度较短，因此推杆不必制成阶梯式的。推杆共有6根。推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f8间隙配合。推杆材料采用T8碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗超度为R=0.8合模时采用复位杆复位。3.7 开合模导向机构的设计由于该模具采用的标准模架，但由于该模具是单开式模具所以用模架本身带有导向装置，不必重新设计导向机构，采用标准件导柱导套采用H7/f7间隙配合，以达到上述要求。第4章 模具设计有关计算4.1 有关型腔的工作尺寸计算本塑件的成型零件的工作尺寸计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。ABS的收缩率Q=0.40.6.故平均收缩率为QCP=(0.4+0.6)/2=0.5,考虑工厂的一般加工情况，模具制造公差取z=/3。型腔、型芯的工作尺寸计算型芯和型腔工作尺寸计算，如下表4-1所示：表4-1类别模具零件名称塑件尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸型腔的计算凹模板84LM=（LS+LSSCP%-3/4）44HM=(HS+HSSCP%-2/3) 型芯的计算凸模72HM=(HS+HSSCP%+2/3) 8lM=(ls+lsSCP%+3/4)小型芯54.2 型腔壁厚的计算由公式=st 型腔允许变形量S塑件材料的收缩率（%）查表得S=0.005t塑件的壁厚（）t=6=0.0056=0.03由于模具型腔为组合式，所以按照组合式型腔计算公式h=进行计算h型腔侧壁厚()p溶体内压力p=40Mpaa型腔侧壁受溶体压力部分高度 a=8l1型腔侧壁长边尺寸78E弹性模量，钢材取2.1105Mpa将以上数据代入得h=9.8mm取h=40mm底板厚度的计算：根据公式H=P溶体压力40MPaL1型腔长度40B底板上型腔承压部分的宽度40B底板宽度40E弹性模量，钢材取2.1105Mpa代入数据得3.7mm取30mm4.3 模具加热和冷却系统的计算本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，因而在模具上可不设加热系统，是否需要冷却系统可作如下计算设定模具平均工作温度为40，用常温20的水作为模具冷却介质，其出口温度为30，产量为0.0135Kg/min（初算2min1套）求塑件在硬化时每小时释放的热量Q3查表得ABS的单位热流量为Q2=35104J/KgQ3=WQ2=0.013535104J/Kg=4725J/Kg求冷却水的体积流量V由式3-41得： 4725V=）（203010187.41033-m2/min=1.110-5m3/min由体积流量V查表可知所需的冷却水管直径非常小。由上述计算可知，因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可第5章 模具闭合高度的确定根据3、5、2支承与固定零件的设计中提供的经验数据确定： 定模座板： H1=30mm 型腔板： H2=30mm 凸模固定板： H3=40mm 支承板： H4=50mm 垫块： H5=100mm 动模座板： H6=30mm因而模具的闭合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7 =280mm第6章 注射机有关参数的校核模具的外形尺寸为250350，选用SZ-160/100型，注射机模板最大安装尺寸为354354，允许模具闭合高度最小Hmin=200mm。模具的闭合高度为280，所以模具满足安装条件。由于侧分型抽芯距较短，不会过大增加开模距离，注射机开模行程足够。经验证，SZ-160/100型注射机能满足使用要求，故采用。第7章 绘制模具总装配图和非标零件工作图本模具的工作原理；模具安装在注射机上，定模部分固定在注射机定模板上，动模固定在注射机的动模板上。在模具上，侧型芯滑块安装在模的导滑槽中，合模后，注射机通过喷嘴将熔料注入型腔，经保压，冷却后，塑件成型，开模是动模部分随动模板一起运动逐渐将分型面打开，与塑件相连的主流道的凝料从浇口套中脱出，与此同时，动模板上的中间顶出装置通过推杆向上移动，侧型芯滑块在凹模固定板的导滑槽内分别向两侧移动而脱离塑件，直至斜导柱与它们分开，侧向分型与抽芯才结束。在滑块脱离斜导柱后要设置滑块的限位装置。合模时，随着分型面的