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基于UG的排种器排种盘注塑模具设计,基于,UG,排种器排种盘,注塑,模具设计
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专 业机械设计制造及其自动化学 院工程学院姓 名郭金亮指导教师李玉清论文（设计）题 目基于UG的排种器排种盘注塑模具设计毕业论文（设计）前期工作小结毕业设计开始以后，我主要完成了与课题相关的排种器的排种盘的选择，并查阅的相关的资料，选定了要设计的排种器的排种盘。确定排种盘后，我将有关排种盘的资料整理备用，分析了排种盘的结构和构造情况，并确定了相关的尺寸数据。然后我开始查询与模具设计有关的相关书籍及课题，对设计内容有了初步的了解，并在今后的设计过程中加以注意。在基本掌握了模具设计的步骤后，我开始对有关UG方面的模具设计制作进行学习，了解了相关的注意事项，为进一步的设计制作做好铺垫。毕业论文（设计）中期工作小结在经过前期的准备以后，我开始对塑件的工艺性进行了分析，并对型腔的数目，零件的体积和浇注系统的体积进行了确定，进而确定了浇注系统的设计。然后通过主要零件结构尺寸来选用模架和导向机构的选用，最后开始冷却系统的设计和模具排气槽的设计，完成其中相关的计算，然后开始利用UG进行设计中相关塑件的绘制和模具的绘制，并逐渐进行说明书的制作。指导教师意见指导教师签名：2009 届本科生毕业论文（设计）中期汇报表填表日期：黑龙江八一农垦大学本科生毕业论文（设计）任务书论文题目 基于UG的排种器排种盘注塑模具设计学院名称工程学院姓名郭金亮专业班级设计05 1班指导教师李玉清课题类型毕业设计毕业论文（设计）的内容摘要作出球勺内窝孔精密排种器的排种盘的塑件，利用UG制图软件完成排种器外壳的排种盘模具设计，掌握注塑模具的工作过程，能清晰明了的表达注塑模具具体结构。毕业论文（设计）基本要求及工作量要求1、论文基本要求：毕业论文（设计）按照工程学院基本要求的要求进行撰写，论文字数2万字以上。注意图纸设计的美化和完整性。2、工作量要求：总体爆炸图一张 0号图纸 模具脱模过程动画演示 毕业论文（设计）的主要阶段计划（分前期、中期、后期）前期：2009年3月10日至4月10日根据论文的基本条件进行资料查阅。中期：2009年4月11日至5月14日确定方案，初步计算编辑和设计。后期：2009年5月14日至5月26日论文撰写与修改，准备答辩。任务下发日期2009-3-10完成日期2009-5-26系主任 主管教学院长审批（签字）：黑龙江八一农垦大学毕业设计论文摘 要本设计使用三维软件UG NX 4.0对排种盘进行了曲面造型,并根据UG NX 4.0软件的MOLDWIZARD模块对排种盘的注塑模具进行了设计；该论文对注射成型的基本原理，基本的设计原则进行了分析并介绍了注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，对模具强度要求做了说明。该设计从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核等进行了论述。并对该一模一腔式模具结构的设计方法进行了简述。关键词：塑料；注射模具；设计AbstractThis design use three dimensional software UG the NX 4.0 pair of row of kind of plates have carried on the surface modeling, and modules has carried on the design according to UG NX 4.0 software MOLDWIZARD to the row of kind of plate injection molding mold; This paper to injects the formation the basic principle, the basic principle of design carried on has analyzed and introduced the injection mold casting system, the temperature control system and went against the system the design process, has given the explanation to the mold intensity request.This design from the product mix technology capability, the concrete mold structure embarks, to the mold casting system, the mold formation part structure, went against the system, the cooling system, the injection molding machine choice and the related parameter examination and so on has carried on the elaboration.And has carried on the summary to a this mold cavity type mold structural design method.Key word: Plastic；injection mold；design目录摘 要IAbstractII1绪论- 1 -1.1国内外发展状况- 1 -1.1.1模具工业的概况- 1 -1.1.2我国塑料模具工业和技术现状及地区分布- 3 -1.1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向- 7 -1.1.4注塑模具CAD发展概况及趋势- 7 -1.2研究内容- 10 -1.2.1排种盘制品的外形- 10 -1.2.2最佳成型方法的选择- 11 -1.2.3分析最佳成型工艺- 11 -1.2.4 模具结构分析和确定- 11 -1.2.5模具主要零部件的结构设计- 11 -2 塑件的工艺分析- 12 -2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征- 12 -2.1.1 PP成型各阶段所需压力及熔体流动过程- 13 -2.1.2 结语- 16 -2.2分析塑件的结构工艺性- 16 -2.3工艺性分析- 16 -3模具设计- 17 -3.1概述- 17 -3.2注塑机选型- 18 -3.2.1塑件体积的计算- 18 -3.2.2计算塑件质量的计算- 18 -3.2.3按注射机的最大注射量确定型腔数目- 19 -3.2.4计算浇注系统的体积- 20 -3.2.5注射机的型号选择- 21 -3.3浇注系统的设计- 22 -3.3.1主流道的设计- 23 -3.3.2分流道的设计- 24 -3.3.3分型面的选择设计原则- 26 -3.3.4浇口的设计- 27 -3.3.5冷料穴的设计- 28 -3.4主要零件尺寸及模架的选择- 29 -3.4.1型腔、型芯工作尺寸计算- 29 -3.4.2模架的选择- 31 -3.5导向机构的设计- 34 -3.5.1导柱的设计- 34 -3.5.2导套的结构设计- 34 -3.5.3.推出机构的设计- 34 -3.6冷却系统的设计- 37 -3.7模具排气槽的设计- 38 -3.8相关校核- 38 -结束语- 40 -致谢- 41 -参考文献- 42 - 42 -1.绪论1.1国内外发展状况1.1.1模具工业的概况在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业” ;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力” 。日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。1999年，国内汽车年产量为183万辆，保有量为1500万辆，预计到2005年汽车年产量将达600万辆。仅汽车行业就将需要各种塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量己超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了100万台。家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。1.1.2我国塑料模具工业和技术现状及地区分布在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。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l8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. 2 u m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达50 100万次，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模具。但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的5080%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UG II、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、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，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，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II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70%-80%相比，仍有很大差距。技术比较见表1表1: 国内外塑料模具技术比较表项目国内国外注塑模型腔精度0. 0050. 01mm0.020.05mm型腔表面粗糙度Ra0.010. 05 umRa0.20 um非淬火钢模具寿命10-60万次1030万次淬火钢模具寿命160300万次50100万次热流道模具使用率80%以上总体不足10%标准化程度7080%小于30%中型塑料模生产周期一个月左右24个月目前，全世界模具的年产值约为650亿美元，我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平己取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但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。据统计，我国现有模具生产厂近2万家，从业人员约50万人，“九五”期间的年增长率为13%. 2000年总产值为270亿元，占世界总量的5%。但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具进口比例达40%以上。因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足的进步。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加较快，其能力提高显著；“三资”及私营企业发展迅速，尤其是“三资”企业目前已成为行业的主力军；股份制改造步伐加快，等等。从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面：(1)国内自配率不足80，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60。(2)企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。(3)模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。(4)开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。(5)模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。(6)与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。 早在1989年，在国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从1997年开始对部分模具企业实行了增值税返还70%的优惠政策。所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持。在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。1.1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。模具技术的发展趋势主要是：CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CADCAMCAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；高速、高精加工技术的发展与应用；超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；快速成型与快速制模(RPRT)技术的发展与应用；热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用； 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；优质模具材料的研制及正确选用；模具自动加工系统的研制与应用；虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。1.1.4注塑模具CAD发展概况及趋势计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。三十多年来，国外注射模CAD技术发展相当迅速。70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，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。近十年来，注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。比较有代表性的软件系统有:澳大利亚Moldflow PTY公司的Moldflow系统该系统具有很强的注射模分析模拟功能，包括绘制型腔图形的线框造型软件SHOD，有限元网格生成软件FMESH，流动分析软件FLOW，冷却分析软件COOLING，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可视化显示软件FRES以及翘曲分析模拟软件。美国CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系统该系统包括三维几何形状描述软件OPTIMOLD III，二维注射流动分析软件SIMUFLOW，三维有限元流动分析软件SLMUFLOW 3D，冷却分析软件SIMUCOOL，标准模架(美国DME标准)选择软件OPTIMOLD等部分。美国和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT专家系统，该系统包括材料选择TMC-MS、注射工艺条件和模具费用优化TMC-MCO、注射流动分析TMC-FA、型腔尺寸设计TMC-CSE和模具传热分析TMC-MTA等功能模块。德国IKV研究所的CADMOULD系统，该系统具有注射模流动分析、冷却分析和力学性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系统则采用有限元法进行三维型腔的流动分析。 我国在注射模CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从80年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。同时，某些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。多年来，我国对注射模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，在“八五”期间，这方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”和“实用CAD/CAM技术在精密注射模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目，还安排了国家“八五”重点科技攻关项目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”。这些项目的成果对促进我国注射模CAD技术的迅速发展起到了重要作用，使我国注射模CAD技术的发展和应用水平得到很快提高。我国在注射模CAD技术研究与开发方面较具代表性的工作有:华中理工大学是国内较早自行开发研究注射模CAD/CAE/CAM系统的单位之自80年代中期开始，就在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟方面进行了较深入的研究与开发工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系统HSC-1。该系统包括塑料制品三维形状输入、流动模拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能，在一些企业单位应用取得较好效果，现已实现商品化。浙江大学基于工作站的UG II系统开发出精密注射模CAD/CAM系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。上海交通大学从1983年开始，对注射模CAD进行了多方面的研究。在国内首次将人工智能技术引入注射模CAD系统中，并于1988年开发出集成化注射模智能CAD系统。现在在工作站UG II平台上进一步开发智能CAD/CAE/CAM系统。北京航空航天大学华正模具研究所开发的注射模CAD/CAE/CAM系统具有塑料产品线框造型、曲面造型、分析模拟和数控仿真与数控加工程序生成等功能，具有很高的技术水平与实用价值。合肥工业大学在注射模结构CAD技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后研制出微机注塑模CAD系统PMCAD和微机注塑模CAD三维系统IPMCAD V3.0，取得了较好的成绩。IPMCAD3.0系统在微机上采用三维实体模型、实体造型技术，使系统在设计效率和通用性两方面都得到较好的兼顾。现在以AutoCAD 813.0和MDT作为环境，进一步采用参数化特征模型、特征建模技术和装配模型技术，研制出注射模CAD三维参数化系统IPMCAD V4.0，在技术水平、实用性与通用性方面都达到较高水平。1.2研究内容本文将对排种器的排种盘成型的几个关键问题：排种盘制品外形的建模，最佳成型方法的选择，分析最佳成型工艺，模具设计并进行理论和试验研究。1.2.1排种盘制品的外形本课题利用UG软件对排种盘进行实体建模，UG的图形设计是基于三维的，它与传统的二维绘图有着本质的区别。生成的模型直观，立体感强，可以在任何角度进行观察。另外系统还能计算出实体的表面积、体积、重量、惯性距、重心等。使设计者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立体图生成三视图，大大提高工作的效率和准确性。图1.2.1球勺内窝孔精密排种器的排种盘1.2.2最佳成型方法的选择比较几种可用于成型排种盘这种单分型面制品的常用塑料加工方法，根据产品开发依据和使用要求选择合理的成型方法。1.2.3分析最佳成型工艺排种盘为圆盘状，其表面积大，可能的工艺方案较多，工艺方案的优劣直接影响到产品质量、生产成本以及生产效率。本文在对塑件进行分析的基础上，确定并优化了工艺方案。具体内容如下：(1)对塑件成型工艺性进行分析，对可能的工艺方案进行比较分析，初步得出可能的工艺方案以及其可行的条件。(2)根据产品开发依据及成型要求，确定工艺方案。1.2.4 模具结构分析和确定根据工艺方案和零件的形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便与安全的要求，对模具进行分析，确定模具的合理结构。1.2.5模具主要零部件的结构设计根据模具结构型式和特点，确定模具工作、导向以及固定等并确定模具主要零件的形式以及尺寸。本研究的主要目的是通过一个具有代表性模具的分析研究，从而达到掌握具有复杂曲面模具的设计制造以及加工的方法。2 塑件的工艺分析2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征该塑件材料选用PP。PP 聚丙烯。典型应用范围: 汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP：挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如 剪草机和喷水器等）。 化学和物理特性: PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入14%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。PP的流动率MFR范围在140。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.82.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。 聚丙烯（PP）是常见塑料中较轻的一种，其电性能优异，可作为耐湿热高频绝缘材料应用。PP属结晶性聚合物，熔体冷凝时因比容积变化大、分子取向程度高而呈现较大收缩率(1.0-1.5)。PP在熔融状态下，用升温来降低其粘度的作用不大。因此在成型加工过程中，应以提高注塑压力和剪切速率为主，以提高制品的成型质量。2.1.1 PP成型各阶段所需压力及熔体流动过程PP成型主要包括充模阶段、增密阶段、保压阶段和冷却阶段，每个阶段所需压力各有不同，熔体流动情况也有所不同。A充模阶段PP在注塑机机筒内经预塑受热熔融。注塑开始，螺杆头部产生注塑压力到熔体充满模腔这一阶段是在动压作用下的高压高速充模过程。此时高温熔体在模腔内的流动情况很大程度上决定着制品表面质量和物理性能，而熔体流动情况是受注塑压力和熔体自身影响的。当注塑压力过低时，熔体进入模腔缓慢，紧贴在模腔内壁表面的那一层熔体会因温度急速下降而使粘度增高凝固，并很快向中心波及，使熔体的流动通道在很短时间内变得十分狭窄，大大削弱了进入模腔的熔体流量，结果使制品表面出现波纹、缺料、气泡。当注塑压力过高时，熔体充模过快，在浇口附近以湍流形式进入模腔，且发生自由喷射，模腔内气体来不及排出，于是制品表面呈现云雾斑等缺陷，制品脱模残余应力大，易产生飞边使脱模困难。虽然高的注塑压力在注塑过程中能提高注射速率而获得大的剪切作用。从而降低熔体粘度，但从物理意义上说，过高的压力会使熔体粘度增大，这是因为随着压力的增大，分子链之间的距离被压缩，分子链间的错动更加困难，熔体流动困难，粘度也就增大了。因此，在充模阶段应注意把握高速注塑，即高剪切速率的作用，而不应一味地提高注塑压力。对一些高档的壁厚变化大、有较厚突缘和筋的制品，应采用多级注塑来控制剪切速率。在实际生产中，一般先调成低速低压，使熔体平稳进入模具；再用两级不同的高速高压使熔体接近充满模腔，并防止发生涡流；最后用一级低速中压，避免溢边产生，以便顺利完成充模过程。B增密阶段充模结束后，PP熔体的快速流动停止，模腔压力开始增加，与此同时注塑压力也迅速增加。当注塑压力达到最大值时，模腔压力并没有达到最大值，模腔压力的极值要滞后于最大注塑压力一段时间，此间熔体的流动过程为增密过程。在这段很短的时间内，熔体要充满模腔的各部分缝隙，本身要受到压缩，熔体流速很小，温度变化也不明显，这时注塑压力也被熔体传递到模腔表面，产生模腔压力(传递的难易程度取决于熔体的流动性)。可以说注塑压力的最大值在注塑增密过程中决定了模腔压力所能达到的最大值。随着注塑压力迅速提高，模腔压力也达到最大值，模腔内产生很大的动能冲击，使注塑机合模机构及模具系统发生变形，并微胀开模具。在正常变形条件下，模具微动胀开有放气作用，因此要以偏高的压力注塑，这样既能压紧熔体，又能使从不同方向先后充满模腔的粘流态熔体熔成一个整体。但注塑压力也不能过大，否则会造成制品粘模，出模后制品有溢边、尺寸胀大，影响成型质量。C保压阶段保压阶段PP熔体在模腔内的压力和比容积不断变化(PP的比容积变化为16)，并一直维持到浇口封闭为止。影响保压过程的主要因素是压力。保压压力能使模腔内熔体在完全凝固前始终获得充分的压力和补料，从而出现熔体的流动，特点是流速慢，原因是熔体因降温而收缩。因为PP熔体从注塑温度降低到模具温度时，熔体中大分子会松弛、结晶，体积收缩较大，所以必须以足够大的保压压力来克服浇口阻力以进行补料。保压压力的增大还会令制品的密度增加，出模后的制品表面自由变化程度减小，获得接近模面的表面租糙度，减少成型收缩，增进熔体各部分之间的熔合，提高制品的力学性能。一般保压压力可取最高注塑压力值的60-70，为改善制品成型质量，也可采用分段保压进行压力控制。保压时间是保压过程中的另一重要工艺参数。在保压初期，制品件重随保压时间而增加，达到一定时间不再增加。延长保压时间有助于减少制品的收缩率，但过长的保压时间会使制品的径向收缩率与轴向收缩率程度不同，令制品各个方向上的内应力差异增大，造成制品翘曲、粘模。在保压压力及熔体温度一定时，保压时间的选择应取决于浇口凝固时间。D冷却阶段保压结束后，保压压力解除，流道内的压力随之急剧下降，大大低于模腔内的压力。这时浇口虽然封闭，但尚未完全凝固，在模腔压力的反作用下，模腔内熔体将向浇注系统回流，模腔内压力迅速下降，直至模腔与流道之间的通道被逐渐凝固的熔体阻断(阻断时模腔内的压力和温度称为封口压力和封口温度)，回流方停止。这时，模腔中熔体的物料量虽不再发生变化，但却产生了两个相反效应，一个是熔体的冷却收缩，一个是释压膨胀，两个效应是相互矛盾的。如果收缩占优势，制品很快与模腔表面脱离，在残余热量作用下，制品表面出现雾霾、麻点、无光泽等缺陷；如果膨胀占优势，会造成制品粘模、开模拉伤等缺陷。生产实践证明，当封口温度一定时，封口压力越高，制品密度越大，释压膨胀越明显；当封口压力一定时，封口温度越高，制品密度越小，冷却收缩效应越明显。为了避免这两种效应的产生，应延长保压时间，目的在于控制封口压力，降低封口温度，以获得高质量的制品。随着冷却时间的延长，制品凝固层加厚，模腔内熔体在没有外界压力作用下不再流动，只进行热传导，直到制品有足够的刚度从模具中脱出。2.1.2 结语 (1)充模阶段应注意调整注塑压力和注射速率，使其配合得当，以控制剪切速率，使熔体在模腔推进过程中每点线速度接近一致。 (2)增密阶段是注塑压力向模腔内传递并产生模腔压力的阶段，注塑压力决定模腔压力的大小，用相对偏高的压力注塑，熔体才能被压紧成一整体。 (3)保压阶段要以控制保压压力来达到向模腔补料的目的。保压压力一般可取最高注塑压力值的60-70。 (4)冷却阶段模腔内熔体会发生倒流，模腔压力下降，控制封口压力，降低封口温度，有利于提高制品成型质量2.2分析塑件的结构工艺性该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级：5级。2.3工艺性分析为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。注塑模工艺条件: 干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。 熔化温度：220275，注意不要超过275。 模具温度：4080，建议使用50。结晶程度主要由模具温度决定。 注射压力：可大到180MPA。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。 流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是47mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是11.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP材料完全可以使用热流道系统。3模具设计3.1概述在对排种器的排种盘进行零件工艺性分析的基础上，通过经验设计与数值模拟相结合的方法，最终确定了零件成形的最佳工艺方案。再根据该工艺方案，确定成形最终零件形状，因此，成形模具的设计是本课题的一个比较关键的问题3.2注塑机选型3.2.1塑件体积的计算塑件如下图：图3.2.1塑件图零件塑件的体积：V=384.8cm浇注系统的体积：V2=2.7cm塑件与浇注系统的总体积：V=384.8+2.7=387.5cm3.2.2计算塑件质量的计算查手册取密度=0.904 g/cm塑件体积：V=384.8 cm塑件质量：根据有关手册查得：=0.904 g/cm 所以，塑件的重量为：M=V=384.80.904=347.86 g3.2.3按注射机的最大注射量确定型腔数目根据 得 注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8; 注射机最大注射量，cm或g; 浇注系统凝料量，cm或g； 单个塑件体积或质量，cm或g；根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模1腔 图3.2.33.2.4计算浇注系统的体积其初步设定方案如下 图3.2.4浇注系统示意图根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=2.7cm3.2.5注射机的型号选择查文献得选用CJ380M3型号注射机，其参数如下：图3.2.5 CJ380M3注射机射胶部分：注射重量1328克注射容量1414立方厘米注射压力153Mpa注射行程320mm喷嘴半径20mm喷嘴孔径4mm定位环直径150mm表3.2.5a锁模部分锁模力3800KN锁模行程605mm开模行程1325mm模板尺寸（HXV）1003*1020mm导柱间距（HXV）700*760mm最小容模厚度245mm最大容模厚度720mm顶出力92KN顶出行程185mm表3.2.5b3.3浇注系统的设计3.3.1主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止塑料熔体流动通道。根据选用的CJ380M3型号注射机的相关尺寸得 喷嘴前端孔径：d0=4.0mm； 喷嘴前端球面半径：R0=10mm； 根据模具主流道与喷嘴的关系 取主流道球面半径：R=11mm； 取主流道小端直径：d=4.5mm为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为，此处选用3，经换算得主流道大端直径为7.03mm。图3.3.1 主流道示意图3.3.2分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表所示表3.3.2 流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。 分流道选用圆形截面：直径D=6mm流道表面粗糙度 图3.3.2 分流道示意图3.3.3分型面的选择设计原则分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。分型面的形式该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。分型面的设计原则：由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、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。选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：1. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处2. 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模3. 保证塑件的精度4. 满足塑件的外观质量要求5. 便于模具制造加工6. 注意对在型面积的影响7. 对排气效果8. 对侧抽芯的影响在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。其分型面如图图3.3.3 分型面示意图3.3.4浇口的设计浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口） 该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。该模具采用侧浇口，其有以下特性:形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；试模时如发现不当，容易及时修改；能相对独立地控制填充速度及封闭时间；对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。浇口设计如图图3.3.4 浇口示意图3.3.5冷料穴的设计冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，有影响成型塑件的质量。 其设计如下图图3.3.5冷料穴示意图3.4主要零件尺寸及模架的选择模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，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、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核3.4.1型腔、型芯工作尺寸计算PP塑料的收缩率是1%-2.5%平均收缩率: =（1%-2.5%）/2=1.75% 型腔内径： =224.8mm型腔深度： =40.7mm型芯外径： =210.55mm型芯深度： =33.58mm型腔径向尺寸（mm ）;- 塑件外形基本尺寸（mm）;-塑件平均收缩率；-塑件公差-成形零件制造公差，一般取1/41/6；-塑件内形基本尺寸（mm）;-型芯径向尺寸（mm）;-型腔深度（mm）；-塑件高度（mm）-型芯高度（mm）；-塑件孔深基本尺寸（mm）；图3.4.1a 型腔：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型图3.4.1b 型芯：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型3.4.2模架的选择注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架，型号为：AI5050A70B90。图3.4.2a 模架模型图模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其是对大型模具，这一点尤为重要。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位；动、定模固定板之间通过导向零件定位；脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位；模具通过浇注套定位圈与注射机的中心定位孔定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位；顶出垫板不需与顶出固定板用销钉精确定位。模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。根据以上设计要求，确定出以下模具部件的一些主要尺寸。动模座板（500600，厚35mm）通过4个内六角螺钉和4个销钉与支架连接，通过6根长内六角螺钉分别固定支架，动模垫板，动模板固定。推杆固定板（500320，厚30mm）固定推杆，放置的4根推杆。推板(500320，厚25mm)用内六角螺钉与推杆固定板固定。支架(500120，厚88mm 间距324mm)通过4个销钉与支撑板固定。动模垫板(500500，厚60mm)通过6根长内六角螺钉分别固定支架和动模板固定。动模板(500500，厚90mm)固定导柱，凸模和侧型芯滑块的滑动方向，通过4个内六角螺钉和4个销钉与支架连接，通过6根长内六角螺钉分别固定支架，动模垫板，动模板固定。定模板(500500，厚70mm)固定导柱套和8个带头斜导柱，8个带头斜导柱分别与4部分侧型芯滑块固定。定模盖板（500600，厚35mm）通过6个内六角螺钉和4个销钉与定模板固定，并通过2个销钉与定位圈固定。图3.4.2b 模具爆炸视图1.定模盖板 2.凹模（定模板） 3.侧型芯滑块 4.塑件 5.动模板 6.凸模 7.动模垫板 8.推杆固定板 9.推板 10.支架 11.动模座板 12.16内六角螺钉 13.12内六角螺钉 14.12销钉 15.12内六角螺钉 16.拉料杆 17.12销钉 18.推杆 19.导柱 20.主流道 21.带头斜导柱 22. 浇口套23.导柱套 24.12内六角螺钉 25.定位圈 26.12销钉 27. 6内六角螺钉3.5导向机构的设计导向机构的作用：定位作用；导向作用；承受一定的侧向压力3.5.1导柱的设计长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出812 cm，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。形状 导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。材料 导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为5055HRC。3.5.2导套的结构设计材料 用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。形状 为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，以利于排出孔内的空气。3.5.3.推出机构的设计根据塑件的形状特点， 模具型腔在定模部分，型心在动模部分。其推出机构可采用推杆推出机构、推件板推出机构。为了便于加工，降低模具成本，我们采用推杆推出机构，推杆推出机构结构简单，推出平稳可靠，设了立四个推杆平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。注：推杆推出塑件，推杆的前端应比型腔或型心平面高出0.10.2mm采用推杆推出，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。结合制品的结构特点，这种结构工作过程中精度高，并且在此模具中容易加工得到，这种结构主要是防止推杆在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断，因为产品较小，另外折断后也易于更换。这里采用设计推杆，全部固定在推杆固定板。推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。根据推杆本身的刚度和强度要求，推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.050.1cm.推件力的计算 对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（Q）： 式中 -型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）; -被包紧部分的深度（cm）; -由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取7.811.8MPa； -磨擦系数，一般取0.11.2； -脱模斜度； L=661.13MMH=33.58MM Q=66
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