专业课程综合设计-水果刀手柄注射模具设计.doc

专业课程综合设计题 目水果刀手柄注射模具设计院(系)别机电及自动化学院专 业材料成型与控制工程级 别2009级学 号姓 名指导老师机电及自动化学院 2012年11月目 录第一章 设计任务41.1塑件的成型工艺性分析51.1.1 塑件材料PP的加工、使用性能51.2 塑件的成型工艺参数确定5第二章 模具的基本结构62.1 模具的基本结构及模架选择.62.1.1 确定成型方法62.1.2 型腔布置62.1.3 确定分型面62.1.4 选择浇注系统72.1.5 确定顶出方式72.1.6 侧向抽芯机构72.1.7 模具的结构形式72.1.8 选择成型设备82.2 选择模架102.2.1 模架的结构102.2.2 模架安装尺寸校核10第三章 模具结构、尺寸的设计计算113.1 模具结构设计计算113.1.1 型腔结构113.1.2 型芯结构113.1.3 斜导柱、滑块结构113.1.4 模具的导向结构123.1.5 结构强度计算 （略）133.2 模具成型尺寸设计计算133.2.1 型腔径向尺寸143.2.2 型腔深度尺寸143.2.3型芯径向尺寸153.2.4型腔芯高度尺寸153.2.5 中心距尺寸163.3 模具冷却系统163.4 脱模力计算17第四章 模具总装图195.1 模具总装图19参考文献21第一章 设计任务1.1塑件的成型工艺性分析产品图零件图如下所示图1 塑件图图2 零件图产品名称：削皮器刀柄产品材料：PP产品数量：较大批量生产塑件尺寸：如图2所示塑件重量：11.81克塑件颜色：橙色塑件要求：塑件外侧表面光滑，下端外沿不允许有浇口痕迹。塑件允许最大脱模斜度0.51.1.1 塑件材料PP的使用、加工性能塑件的材料采用聚丙烯，属于塑性塑料。从使用性能上看，该塑料具有刚度好、耐水、耐热性强，其介电性能与温度和频率无关等优点，是理想的绝缘材料；从成型性能上看，该塑料吸水性能小，熔料的流动性能较好，成型容易，但收缩率大。另外，该塑料成型时易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷，成型温度低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。1.2 塑件的成型工艺参数确定表1.2.1塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度80100成型时间/s注射时间05时间0.5h保压时间2060料筒温度/前段200220冷却时间1550中段1802000总周期35115后段160180螺杆转速/（r/min）48喷嘴温度/170190后处理方法室温空冷模具温度/8090温度/ 2030注射压力/MPa70100时间/h12第二章 模具的基本结构及模架选择2.1 模具的基本结构2.1.1 确定成型方法塑件采用注射成型法生产。为保证塑件表面质量，使用点浇口成型，因此模具应为双分型面注射模（三板式注射模）。2.1.2 型腔布置塑件形状较简单，重量较轻，生产批量较大。所以应使用多型腔注射模具。考虑到塑件的侧面有3.0 mm的圆孔，需侧向抽芯，所以模具采用一模二腔、平衡布置。这样模具尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。其布置如图2所示。图3 型腔布置2.1.3 确定分型面塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，本实例中塑件的分型面选在最大尺寸处。这样的选择使塑件的外表面可以在整体凹模型腔内成型，塑件大部分外表面光滑。同时侧向抽芯容易，而且塑件脱模方便。因此塑件选择如图3（b）所示的分型面。 图4 分型面选择2.1.4 选择浇注系统塑件采用点浇口成型，其浇注系统如图4所示。点浇口直径为0.7mm，点浇口长度为1mm，头部球R1.5 mm。分流道采用半圆截面流道，其半径R为3.5mm。主流道为圆锥形，锥角为3，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径6.97 mm。图5 点浇口浇注系统2.1.5 确定顶出方式由于塑件形状较为简单，不要求过高精度及形状精度，使用顶杆推出，这种方法结构简单、推出力均匀，塑件在推出时变形小，推出可靠。2.1.6 侧向抽芯机构塑件的侧面有3.0mm的圆孔，因此模具应有侧向抽芯机构，由于抽出距离较短，抽出力较小，所以采用斜导柱、滑块抽芯机构。斜导柱装在定模板上，滑块装在动模板上。2.1.7 模具的结构形式 模具结构为双分型面注射模，如图6所示。图6 双分型面注射模模具结构1拉杆2导套3定模板（中间板）4螺钉5推件板6复位杆 7动模板8支承板 9推杆固定板10推板11垫块12动模座板13导柱14导套15导套16定模做板17脱出板18导套19导柱20限位螺钉2.1.8 选择成型设备2.1.8.1 注射机的选用选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量和注射压力初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：式子中，实际塑件 （包括浇注系统凝料）的总体积（）。 由PRO/E质量特性测量，可得塑料手柄的体积为12.98cm3，考虑到设计为1模2腔，加上浇注系统的冷凝料，=12.982+12.9820.3=29.854表2.1 PP相关参数材料密度/（g/）注射成型类型加工温度/模具温度/收缩率/%PP0.91螺杆式160-20080-901.01.5 为了保证注射成型，注射机的注射压力要大于注射时需要的压力。查表得ABS的注射压力为60-100Mpa 取100Mpa查阅塑料模设计手册的国产注射机技术规范及特性，可以选择XS-ZY-125卧式注塑机表2.2 XS-ZY-125型注射机的主要参数主要技术参数项目参数数值主要技术参数项目参数数值最大注射量/ cm3104最大模具厚度/mm300螺杆直径/mm30最大开模行程/mm300注射压力/Mpa150最小模具厚度/mm200注射行程/mm160定位圈直径/mm100注射方式螺杆式喷嘴口直径/mm4锁模力/KN900喷嘴球半径/mm122.8.1.2锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力，即：F锁 P腔xA/1000F锁: 锁模力，kN；P腔: 型腔压力，MPa；A： 塑料件及流道系统在分型面上的面积，；型腔内压力一般为注射机压力的20%-40%左右，查表4-1取型腔压力为150MPa，两个产品加上浇注系统在分型面上投影面积约为68.995，所以；F锁 =900KNP腔xA/1000=124KN所以经校核，锁模力符合要求。2.8.1.3开模行程校核 开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S=300mm。塑件脱模距离H1为6mm,塑件高度H2W为12mm定模座板与定模形腔分开距离a为111.5即可成功完成脱模所需开模行程为：H=H1 + H2+a +（510）=6+12+106.5+（510）=129.5mm-134.5 mm故经校核：开模行程合格。2.2 选择模架 选择模架为龙记生产的细水口模具DCI2375A60B60C80型号。2.2.1 模架的结构图7 模架2.2.2 模架安装尺寸校核 模具外型尺寸为，长350 mm、宽320 mm、高286mm，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便地安装在注射机上。第三章 模具结构、尺寸的设计计算3.1 模具结构设计计算3.1.1 型腔结构见装配图所示，型腔由定模板4、定模镶件26和滑块19共三部分组成。定模板4和滑块19构成塑件的侧壁，定模镶件26成型塑件的顶部，而且点浇口开在定模上，这样使加工方便。3.1.2 型芯结构模具型芯较小，直径仅为3.0mm，为使模仁加工简单，直接在动模仁上开一直径为3.03mm的半圆槽，型芯相映部分加工为半圆槽，成型部分为直径3.0mm的圆柱。图8 型芯结构3.1.3 斜导柱、滑块结构图9 斜导柱结构（1） 计算抽拔力 P1 包紧力，P2 摩擦力，P抽拔力 P1 =C h P0=3310-61107 =282.N P=P2 =P1=0.15 282.2=42.4N=0.0422KN（2） 抽芯距的计算 根据塑件的结构，确定机构的抽芯距s=6mm，取斜导柱的倾斜角度=18。,所以开模的行程至少为H=s cot=6cot18。=18.5mm（3） 确定斜导柱侧抽芯机构的具体尺寸 开模力Fk=P tan=42.4tan18。=13.78N 斜导柱所受的弯曲力 Fw=P/cos=42.4/cos18。=44.58N 查表取斜导柱的工作直径为 D=10mm斜导柱弯曲力臂斜导柱所用材料的许用弯曲应力考虑到结构的设计需要，该侧抽芯机构采用的斜导柱的直径是d=10斜导柱的总长是：+(5-10) =90.7mm-95.7mm所以斜导柱的长度取为91mm，结构图见上。3.1.4 模具的导向结构为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱2和导套3导向定位。推件板13上装有导套34，推出时，导套34在导柱35上运动，保证了推件板的运动精度。定模座板上装有导柱9，为点浇口凝料推板4和定模板5的运动导向。3.1.5 结构强度计算 （略）3.2 模具成型尺寸设计计算该塑件材料为pp其成型零件尺寸计算时均采用平均尺寸,平均收缩率,平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查有关模具设计手册得PP的收缩率为s=1.0%2.5%,故平均收缩率为1.75%。根据塑件尺寸公差要求，模具的制造公差取。 塑件未注公差按照SJ1372中6级精度公差值选取。塑件尺寸如下图所示。图10 型芯结构型腔和型芯工作尺寸计算如下：3.2.1 型腔径向尺寸1）Ls1 =105，=0.88mm， 塑件平均收缩率；Ls1 塑件外形尺寸长边尺寸X 修正系数，尺寸大精度低的塑件为0.5.尺寸小精度高的塑件为0.75； 塑件尺寸的公差 2）Ls2=46.01，=0.56mm，3.2.2 型腔深度尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的1 / 6；模具的制造公差z = /4；取x=2/3。1）Hs1 =6，=0.32mm，2）Hs1 =3.5，=0.28mm， 3.2.3 型芯径向尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的1 / 6；模具的制造公差z = /4；取x=0.75。1）Ls1 =40.01，=0.56mm，2）R7 =0.32mm，3.2.4 型芯高度尺寸 模模具最大磨损量取塑件公差的1 / 6；模具的制造公差z = /4；取x=2/3。1）hs1 =3mm，=0.28mm，3.2.5中心距尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1 / 6；模具的制造公差z = /41）Cs1 =37mm，=0.52mm，上式符号的意义同上3.3 模具冷却系统PP属于低黏度的材料，成型温度是200。C，模具的温度是80-90。C。（1） 浇注系统和塑件总体积V总=30.71cm3，总质量M总=27.95g，（2）塑件壁厚t=3mm，查表得 T冷=25s，取注射时间T注=30s，脱模时间T脱=12s，保压时间T保=25s，故注射周期T=T冷+T注+T脱+T保=90所以每小时的注射次数是N=3600/15=40（3） PP单位热流量是Qs=590J/Kg。设冷却水道入口的水温2=20。C,出水口的温度1=25。C，取水的密度=1000kg/m3，水的比热容是c=4.187kJ/(kg.。c)。所以冷却水的体积流量根据上述数值查表可得水道的直径d=0.006mm（4） 冷却水在管内的速度（5） 计算冷却管壁与水交界面膜传热系数（6） 计算冷却水道的导热总面积A（7） 冷却水道总长度假设每条水道的长度l=150mm,则需要的水道的数目是因模具型芯很小，只有3毫米，模具的冷却主要是型腔的冷却。由上述计算可以看出，一条冷却水道显然是不合理的，所以本模具动模和定模分开冷却，在定模板、动模板上分别开两条直径为6mm的冷却水道具体的水道排布只要是冷却均匀。布图如下：图11定模板冷却水道3.4 脱模力计算本塑件外轮廓是椭圆形，所以为了计算脱模力的方便，将其简化为一个无斜度l=105mm,b=63mm的矩形塑件。（1） 对于矩形塑件：因为所以本塑件为厚壁塑件 （2）两个3小型芯脱模力 因为=r/t=1.5/3=0.510，所以此处为厚壁件，所需的脱模力为： 以上公式符号意义如下：脱模斜度K脱模斜度系数脱模系数l矩形边长b矩形宽度E塑料的拉伸弹性模量（Mpa）；S塑料成型的平均收缩率（%）；T塑件的厚度；被包型芯的长度；塑料的泊松比；脱模斜度；塑料与钢材之间的摩擦系数；型芯的平均半径；由和决定的无因系数；由和决定的无因系数。总脱模力推出方式的确定采用推杆推出，每个塑件有6根2推