开题报告-薄盒形件叠层注塑模具设计.pdf

毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 题目 薄盒形件叠层注塑模具设计薄盒形件叠层注塑模具设计 专 业 名 称机械设计制造及其自动化 填 表 日 期 2015 年 3 月 8 日 一、选题的依据及意义：一、选题的依据及意义： 本文主要针对目前普通注塑模具生产效率较低的现状，以薄盒形件为研究对象，分 析并设计薄盒叠层注塑模具，模具结构设计可行，操作方便，塑件能达到规定的技 术要求，锁模力只增加 15左右，而生产效率却能增加几倍。设计思路如下：设计 出制件薄盒形件并且对其工艺特点进行分析，确定浇口位置、分型面、型腔数目和 布置方案，进行模架、导向机构、脱模机构、排气系统、温度调节系统、侧向联动 开模机构、成型零件的结构设计及尺寸计算，并对注射机和模具的工艺参数进行了 校核。设计总结如下：薄盒形件材料选用 PP 料；注射机选用 XS-ZY-350 型；采用双 层叠层式模具，每层模具结构分别按照单分型面结构设计,每层三个型腔;两个型芯 分别安装在定模固定板和动模固定板上，型腔分别位于型腔板的上、下面上；主流 道采用逐级式，选用 Y 形分流道，分流道设计在型腔板两端面上；运用截面形式一 般的矩形侧浇口及热流道通道；运用导柱导向机构；用推板推动推杆使注塑件正常 从型芯中脱出，本文运用垂直开模机构实现上下同时脱模。 二、国内外研究概况及发展趋势：二、国内外研究概况及发展趋势： 2.1 叠层模具在国外研究现状2.1 叠层模具在国外研究现状 早在 1940 年 12 月 KNOWLESER 就取得了叠层式模具的专利权。 今天的叠层式注射模 具，不仅比传统的单层模具成本更低，而且增加了应用叠层式注射模具的灵活性。经过 几十年的研究与发展，叠层式注射模具经历了冷流道双层注射模具、热流道双层注射模 具、3 层或 4 层叠层式注射模具、直角进浇热流道叠层式注射模具、旋转叠层式注射模 具等结构的发展变化。 2.1.1 国外研究现状2.1.1 国外研究现状 国外叠层式注射模具技术起步较早，发展相对成熟，知名的叠层模具公司有 Tradesco、Ferromatik Milacron、Foboha 和 Engel 等。由于热流道技术的应用在国外 发展较快，所以热流道叠层式注射模具技术在国外被广泛使用。此外，发达国家在新型 叠层式注射模具技术处于领先水平， 最近发展起来的旋转叠层式注射模具技术拓宽了叠 层式注射模具的应用能力。 20 世纪 6070 年代，国外一些公司便开始研制叠层式注射模具。瑞士的 Schottli 公司最早开发出工业应用的叠层式注射模具。1980 年德国的 Johnson T.便设计了一款 冷流道双层注射模具，该模具由动模部分、定模部分和中间部分组成，中间部分实际上 就是延续了主流道并具有分流道和两层各自型腔的型腔板， 在动模和定模部分都设置有 脱模机构，用机械、液压或气压等方式来顶出塑件。 1991 年 Tradesco 模具公司的 Rozema H.设计了一款 4 层叠层式注射模具，该模具 是在热流道双层注射模具的基础上，延伸热流道，并增加一套中间部分使成型层数扩展 到 4 层，使生产率提高了 4 倍。但并不是所有的注塑机都能达到 4 倍的工作量，2000 年加拿大的 Olaru George 和 Dewarm Neil 发明了一种分配熔体的装置，克服了注塑机 开模行程不足、注射量不够的缺点，成功地应用到 4 层热流道叠层式注射模具中。同年 Tradesco 模具公司成功开发了一款 3 层热流道叠层式注射模具。 该设计具有在 2 层和 4 层叠层式注射模具之间中等水平的生产效率， 可以使注塑生产商在塑化能力或注射压力 还不足以使用 4 层叠层式模具的情况下，达到高于 2 层叠层式注射模具的生产能力。 新型叠层式模具的开发拓宽了叠层式注射模具的应用能力， 使其具有多种颜色和多 种材料成型的能力。旋转叠层式注射模具由在垂直轴上旋转的中心模板、动模板和定模 板组成， 中心模板可以有2个或4个面， 当模具打开时可旋转90或者180。 如由Engel 公司开发的一种旋转模板设计，其中心模板有 2 个面，每个周期旋转 180。德国的 Keusgen H.设计了一款旋转叠层式注射模具，其成型方式为在模具的一层注射一种材料 进入型腔，冷却后再旋转到另一层再注射第二种材料进入型腔。而由 Ferromatik Milacron 欧洲公司与德国模具制造商 Foboha 公司合作开发的旋转叠层式注射模具有一 个 4 个面的中心模板，每周期旋转 90。如 Foboha 公司申请专利的带有 PET(40g)阻透 层的 HDPE(70g)牙膏管式瓶肩模具，其 464 的旋转叠层系统能在 8.4s 的周期中吐出 64 只双层零件，年产量达 1.75108 件。丹麦的 Gram 技术公司设计的旋转叠层式注射 模具具有多达 4 个边挨着边的小的中心叠层结构，各自又有 4 个面，并且每一周期可旋 转 90。 2.1.2 我国模具工业的现状2.1.2 我国模具工业的现状 自 20 世纪 80 年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的 动力。20 世纪 90 年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在 1990 年仅 60 亿元人民币，1994 年增长到 130 亿元人民币，1999 年已达到 245 亿元人民币，2000 年增至 260270 亿元人民币。今后预计每年仍会以 1015的速度快速增长。 目前，我国 17000 多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂 外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等， 都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。 例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我 国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅 速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。 例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和 外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。 在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分 之一。其中，冲压模具约占 50%（中国台湾：40%） ，塑料模具约占 33%（中国台湾：48%） ， 压铸模具约占 6%（中国台湾：5%） ，其他各类模具约占 11%（中国台湾：7%） 2。 2.2 我国模具技术的现状及发展趋势2.2 我国模具技术的现状及发展趋势 20 世纪 80 年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展 成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业 发展也十分迅速。近年来，每年都以 15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视 技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此 外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是 使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将 依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。 中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，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 48“（约 122CM）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，精密塑料模方 面， 以能生产照相机塑料件模具， 多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。 经过多年的努力， 在模具 CAD/CAE/CAM 技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术， 新型模具材料等方面取得了显著进步； 在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面 做出了贡献 3。 尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量 还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口 10 多亿美元的各类大型、精密、 复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模 具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。 注重开发大型、精密、复杂的模具。随着我国轿车，家电等工业的快速发展， 成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。 加强模具标准件的应用。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具 制造成本而且能提高模具的制造质量，因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。 推广 CAD/CAM/CAE 技术。模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具技术发展的一个重要里 程碑。实践证明，模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模 具设计制造水平。 重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期。随着先进制造技术的不断出现， 模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术。 高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应 用。 2.3 我国叠层式注射模具的发展状况2.3 我国叠层式注射模具的发展状况 1990 年北京塑料十三厂的李书赞撰文对双层型腔塑料注射模具的结构设计进行 了论述，提出用冲切工作原理来分断 2 层型腔之间料道的设计方法。这种结构塑件前后 布置，采用侧浇口进料。但在成型较深型腔或需较大脱模力的塑件时不可靠。 1992 年常州轻工业学校的卜建新介绍了侧浇口和点浇口并用的双层型腔注射模 结构，一层采用侧浇口，另一层采用点浇口进料，利用限位拉板、拉钩等顺序分型，可 成型不相同的塑件。 1995 年江苏省的乙清设计了双层 CD 盒的普通流道模具， 通过链条传动， 带动定 模顶出板顶出塑件。该模具需要将注塑机喷嘴延伸至模具的定模板上注入主流道衬套， 且浇注系统粗大。 自 1995 年起， 郑州轻工业学院的王振保和冯孝中等人致力于研究普通浇注系统 的双层注射模，属河南省科技攻关计划项目，并申请了专利（95202083） ，采用正、反 锥形主流道、卸料板、气压脱模和齿轮齿条分型等机构，结构较简单，但是在第一层塑 件上有流道凝料疤痕，不适于生产外观要求高的制品。2000 年，他们改用潜伏式浇口设 计了白酒杯盖的双层注射模具，由摆钩与挂块的作用顺序分型，可使各层塑件与流道凝 料实现模内分离， 但要求塑件留模可靠性高和主流道衬套为深陷式。 2002 年他们对轻而 薄的塑件设计普通浇注系统的 4 层注射模，采用侧浇口进料，各级主流道依次串连，分 型时自动拉断，由 4 级定距拉板限位。 1998 年，天津轻工业学院的李树以生产汽车密封条的双层热流道注射模为例， 将热流道系统引入到双层注射模结构中。 2003 年， 四川大学的刘廷华和陈剑玲等人与上海克朗宁技术设备有限公司合作， 借鉴国外开发经验，采用热流道技术，设置中心注道杆，该注道杆采用可自解压缩设计 以释放注射完毕后的熔体压力；使用阀式喷嘴避免流涎；采用限位拉杆实现顺序开模， 成功研制出了将CD 牒包装盒单层普通流道模具转变为22的双层叠层式热流道注射模 具 4。 可以看出虽然我国叠层式模具起步较晚，但最近几年发展迅速，关于叠层模具的各 方面研究也雨后春笋般见于各大学术期刊。随着相关技术的不断改进，叠层式模具在塑 料制品加工中的应用将会不断扩大。考虑到这一技术突出的经济性，如何更好地应用叠 层式模具技术将成为各注塑制品生产企业提高效率、 降低成本和增加产品市场竞争力的 重要途径之一，也是模具设计者所应该紧密关注的方向。 本次毕业设计的目的及意义在于通过薄盒形件的结构设计及叠层注塑模具设计， 掌 握一般塑料的产品设计和模具设计的基本理论和方法，进一步提升对 Pro/E、AutoCAD、 UG 等绘图软件的操作能力， 提高塑料模具的设计效率， 增加自己的模具设计方面的知识 的储备量，进一步开阔自己模具设计方面的思路。 三、研究内容及实验方案：三、研究内容及实验方案： 模具整体设计模具整体设计 模具由以下部份组成:成型零部件,合模导向机构,浇注系统,推出机构,加热和冷却 系统,排气系统.要保证生产出合格的产品,各组成部份都应满足设计的技术要求. 为了保证塑件的质量与模具的寿命要求，模具的各组成部分应满足以下技术要求： 成型部件及分型面: 型面粗糙度及尺寸形状，型腔与型芯空间尺寸，脱模斜度必须 达到设计的要求；分型面光滑平整,棱边清晰；镶件组合等符合质量要求，固定结合部 分配合严密,不得有间隙；凹凸模组合后应保持间隙一致，塑件同一表面由上下模或两 半模成型时错位应在允许的范围内。 顶出系统:顶出时动作灵活轻松,顶出行程满足要求,各顶出件无晃动,； 顶出杆等在 塑件上残留的痕迹应在塑件要求范围内(一般允许高出型面 0.1mm)；复位可靠正确，复 位杆卅复位系统装配正确,一般应低于型面 0.05mm。 导向系统:导柱和导套垂直度为 0.02mm/100mm,导套内外孔同轴度 0.01mm；滑动灵 活，无松动现象；保证导向部位和各零件相对位置。 浇注系统:主浇道,分浇道,进料口的尺寸、形状、糙度等均应符合要求;流道平直， 圆滑连接,无死角,缝隙,坑;浇口套的主流道,加工粗糙度,加工痕迹应有利于塑料流动 及浇注系统脱模;不得有与注射横喷嘴R吻合的侧坑,进料端口孔不得有影响脱模的倒锥 模具各零部件的加工应保证精度要求，导柱,导套应保证同轴度要求;加工导柱，导 套孔时应同时加工,以保证同轴度要求,其它有同轴度要求的孔都采用同时加工的方法. 模具在装配时应保证各零件的准确位置精度.模具上,下平面的平行度误差不大于 0.05mm.相邻零件或相邻单元之间的配合与连接均需按装配工艺确定的装配基准进行定 位与固定,以保证其间的配合精度和位置精度。 四、目标、主要特色及工作进度四、目标、主要特色及工作进度 塑料制件的设计原则是保证塑件在满足使用性能、物理性能、力学性能、电器性能 等前提下， 尽量选用价格低廉和成型性能好的塑料。 同时还应力求结构简单、 壁厚均匀、 成型方便。在设计塑件时，还应该考虑其模具总体结构，使模具型腔易于制造，模具抽 芯和推出机构简单。塑件形状有利于模具分型、排气、补缩和冷却。此外，在塑件成型 以后尽量不再进行机加工。 该零件是适合注射成型的。在成型此类注射总量要求小而外观呈扁平状的塑件时， 往往由于塑件的投影面积大，所需的锁模力和模具尺寸大，而不得不使用大型注射机， 结果造成注射能力和能耗方面的浪费。为了充分利用注射机的注射量，提高生产能力， 可使用叠层式模具，这种模具有两层甚至多层型腔，可以有效的解决注射量浪费的问题 且充分利用模具空间和成倍的提高生产率，有效利用了注射机的注射能力。 本设计中采用叠层注射模，有两层型腔，每层 3 个型腔，共六个型腔。因为制件是 中批量生产，原料采用热塑性材料PP，采用热流道浇注系统，凝料可以回收利用以降 低成本。文主要针对目前普通注塑模具生产效率较低的现状，以薄盒形件为研究对象， 分析并设计薄盒叠层注塑模具，模具结构设计可行，操作方便，塑件能达到规定的技术 要求，锁模力只增加 15左右，而生产效率却能增加几倍。 本次毕业设计的目的及意义在于通过薄盒形件的结构设计及叠层注塑模具设计， 掌 握一般塑料的产品设计和模具设计的基本理论和方法，进一步提升对 Solidwroks、 AutoCAD、UG 等绘图软件的操作能力，提升塑料模具的设计效率，使自己更加了解和运 用模具设计方面的知识，提高自己的设计水平，进一步开阔自己模具设计方面的视野， 也在本次设计中培养起了严谨的工作态度，对以后工作及生活都会有很大的帮助和启 示。 五、参考文献五、参考文献 1 冯孝中框板套双层注射模设计J北京：机械工业出版社，2004(7). 2 王旭，王积森机械设计课程设计M北京：机械工业出版社，2008. 3 冯炳尧， 韩泰荣 模具设计与制造简明手册M 上海： 上海科学技术出版社 2008. 4 Huamin Zhou, Dequn Li.Residual stress analysis of the post-filling stage i