毕业设计（论文）-棉签盒注塑成型方案拟定及模具设计.doc

新余学院课程设计说明书不要删除行尾的分节符，此行不会被打印第 I 页 塑料成型工艺与模具设计课程设计说明书题目：棉签盒注塑成型方案拟定及模具设计 二 级 学 院 机 械 工 程 学 院专 业 材料成型与控制工程 学 生 姓 名 班 级 12材料本 学 号 指 导 教 师 郭 国 谊 教 师 职 称 副教授 起 止 日 期 2015年6月15日- 19日 第 2 页 目 录 第1章 绪论.1 1.1国内模具的发展前景.1 1.2 塑料盒在医药行业的发展.2第2章 塑件的工艺分析.32.1 设计任务.3 2.1.1设计课题.3 2.1.2设计数据.3 2.1.3设计要求与任务.32.2 塑件的成型工艺性分析.42.2.1 塑件的原材料分析.52.2.2 塑件材料PS的加工特性.62.3 塑件的成型工艺参数确定.7第3章 注射模具结构设计.8 3.1确定成型方法.8 3.2型腔布置.8 3.3确定分型面.8 3.4模架的选择.8 3.5选择浇注系统.9 3.6选择成型设备.10 3.7注射机的校核.10第4章 模具结构、尺寸的设计计算.12 4.1模具结构设计计算.12 4.1.1型腔、型芯结构.12 4.1.2模具的导向结构.13 4.1.3模具的推出结构.13 4.1.4脱模力计算.13 4.1.5排气机构.14 4.2模具成型尺寸计算.14 4.2.1型腔尺寸.14 4.2.2型芯尺寸.15 4.3模具加热、冷却系统的计算.15第5章 模具的总体设计.175.1 模具的装配示意图及工作原理.175.2 塑件的后处理.17 5.3模具的使用与维护.18 5.3.1模具的使用.18 5.3.2模具的维护.19设计体会.20参考文献.21千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行 第 4 页 绪论11 国内模具的发展前景中国的模具企业大都是中小企业，从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有许多模具企业是作坊式的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出不断。 因此，模具制造企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通过信息化建设，实现模具制造.所谓信息化的模具企业，就是在模具企业应用INTERNET、ERP等信息化技术，把模具企业上下游业务过程，技术沟通过程，以及模具企业内部业务管理过程，以IT形式固定下来，最终提高模具企业的经营管理水平，提高模具企业运转的效率3。目前，CAD/CAM技术的推广已由“甩图板”阶段跨入到了深化应用阶段。CAPP技术的应用，可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性；PDM系统的应用，可以对产品开发数据进行有效的管理；MIS/ERP系统的应用，则可以从根本上降低企业的成本，提高生产和管理效率。这些系统之间实现信息的集成和功能上的配合，并逐步实现企业的全面信息化，已成为CAD/CAM技术深化应用的主题, 是模具发展的第二次变革。网络企业的建立，总的来讲是基于INTERNET技术和计算机管理技术，并融合了EPR、CRM、SCM、PM等技术，以及一些行业标准化的规范。通过INTERNET技术，模具企业可以跟国内外客户建立联系，开拓更广阔的市场；进行企业与国内外客户业务、技术的沟通；建立企业和客户之间的接口。ERP技术帮助企业规范和管理内部业务流程，提升模具企业的管理水平；并且极大地优化和缩短企业内部的流程，提高竞争力。把INTERNET技术和ERP技术结合起来，还可以实现远程异地办公，提高企业的快速反应能力，更加有效地管理企业。CRM技术可以帮助模具企业加强管理客户关系，对客户的需求做出快速反应和处理。SCM技术帮助模具企业加强供应商的管理，进一步降低采购成本和开拓更多的供应渠道，等等3。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括2： 1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平； 2.在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；3.大力发展快速制造成形和快速制造模具技术； 4.在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；5.提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 6.发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 7.逐步推广高速铣削在模具加工的应用； 8.进一步研究开发模具的抛光技术和设备； 9.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； 10.开发新的成形工艺和模具。1.2 塑料制品在医药行业的发展 随着医药行业的不断地发展，塑料在医药行业的应用业开始发展了起来。由于医药行业属于较特殊的行业所以我国对于这个行业的包装技术更是具有严格的要求。无论是对于包装的材质还是包装的参数来说都相当的严格。塑料包装占据包装行业的大半，其次才是玻璃等，然后才是纸质与铝罐。塑料之所以能够在包装行业中站稳脚步除了成本低廉之外最主要的还是在运输方面比较方面。塑料在运输过程中较为方便，一次性能够运输的量也比较大，在地区间的流通性要比玻璃瓶来的好。 此外塑料盒的可塑性高，面对在各种包装产品中，塑料盒可以根据不同的包装特性而改变。特别是在企业要求在塑料盒上可以凸显子企业的文化内涵时。 由于现在市场上的医药塑料盒的市场的比重的越来越高，药用塑料盒优势明显，所以在以后医药塑料盒的发展是一片光明的。据不完全统计，全球的药用行业对于塑料盒包装的需求是相当大的，在以后的医药行业的塑料包装行业里其发展是飞速发展的。但是对于塑料盒的性能的要求也就越来越高，塑料盒必须要符合国家的相关的标准否则的话对于我们的身体建刚就会存在一定的威胁。我们在选择塑料盒的时候还要考虑它的耐用性，更全面的了解他们的质地以及原材料等。第2章 塑件的工艺分析2.1设计任务2.1.1设计课题 棉签盒注塑成型方案拟定及模具设计2.1.2设计数据如图所示为棉签盒塑件图，材料：PS；厚度：2mm；精度等级：5；零件内外表面要求光洁，大批量生产，设计任务如图2-1所示。图2-1 棉签盒零件图 已知技术参数： 材料：聚苯乙烯，即PS；生产批量：大批量生产。2.1.3设计要求与任务本课程设计的任务是针对工程实际课题，要求学生进行注塑成型工艺分析，确定最佳成型工艺方案，并进行理论计算和塑料模具结构设计，以提高综合运用有关专业知识的能力和实际动手能力。在本课程设计中应完成以下的任务要求：1.1塑料模具装配示意图纸一张。1.2成型零部件零件图纸（标准件除外）。1.3绘制塑料制件图。1.4编写课程设计说明书一份（能将设计过程，包括计算等叙述清楚，论证完整，不少于3000字，应包括设计任务、塑件分析、设计计算、模具结构分析与设计等）。2.2塑件的成型工艺性分析塑件上尺寸均无特殊要求，为自由尺寸，可按MT5级塑件精度查取公差值（详见附录1 GB/T14486-1993）。塑件为棉签盒注射模，要求大批量生产且外观美观、表面粗糙度可取Ra1.6,塑件内部没有较高的粗糙度要求。 图2-2 塑件尺寸产品名称：棉签盒盖产品材料：PS产品数量：大批量生产塑件尺寸：如图2-2所示塑件重量： V=35.735cm3 m=V=1.0535.735=37.521g塑件颜色：白色塑件要求：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0.52.2.1塑件的原材料分析 表2-1塑件材料分析材料品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成型特点PS由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物 长期使用温度070 化学稳定性良好,不耐苯.汽油等有机溶剂.会被强酸强碱腐蚀在受到紫外光照射后易变色 电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,着色性耐水性良好。 1.无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力.流动性较好,可用螺杆或柱塞式注射机成型.2.宜用高料温,高模温,低注射压力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔.变形.3.可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去处浇口时损坏塑件.脱模斜度大,顶出均匀.塑件壁厚均匀,最好不带镶件,如有镶件应预热 1.、结构特点：PS一般为头尾结构，主链为饱和碳链，侧基为共轭苯环，使分子结构不规整，增大了分子的刚性，使PS成为非结晶性的线型聚合物。由于苯环存在，PS具有较高的Tg（8082），所以在室温下是透明而坚硬的，由于分子链的刚性，易引起应力开裂。聚苯乙烯无色透明，能自由着色，相对密度也仅次于PP、PE，具有优异的电性能2、热性能：最高工作温度为6080。当加热至Tg以上，PS转变为高弹态，且保持这种状态在较宽的范围内，这就使其热成型提供方便。PS的热变形温度为7080，脆化温度为-30，PS在高真PS的分子量过高，加工困难，所以通常聚苯乙烯的分子量为520万。PS的机械性能，随温度升高，刚性（弹性模量、抗拉强度、冲击强度等下降，而断裂伸长率较大。PS的透明性好，透光率达8892%，仅次于丙烯酸类聚合物，折射率为1.591.60。故可用作光学零件，但它受阳光作用后，易出现发黄和混浊。PS有主要缺点是性脆和耐热性低。空和330380下剧烈降解。3、机械性能：PS的分子量过高，加工困难，所以通常聚苯乙烯的分子量为520万。PS的机械性能，随温度升高，刚性（弹性模量、抗拉强度、冲击强度等下降，而断裂伸长率较大。PS的透明性好，透光率达8892%，仅次于丙烯酸类聚合物，折射率为1.591.60。故可用作光学零件，但它受阳光作用后，易出现发黄和混浊。PS有主要缺点是性脆和耐热性低。4、优异、持久的隔热保温性：挤塑板，导热系数为0.028w/mk,具有高热阻、低线性膨胀率的特性。其导热系数远远低于其他 的保温材料如：EPS板、发泡聚氨酯、保温砂浆、水泥珍珠岩等。同时由于本材料具有稳定的化学结构和物理结构，确保本材料保温性能的持久和稳定5、优越的抗水、防潮性：挤塑板具有紧密的闭孔结构。聚苯乙烯分子结构本身不吸水，板材的正反面又都没有缝隙，因此，吸水率极低，防潮和防渗透性能极佳。5、高强度抗压性：挤塑板由于发泡结构紧密相连且壁间无缝隙，所以其抗压强度极高，即使长时间水泡仍维持不变。因此用作泊车平台、机场跑道、高速公路等领域能受到良好的抗冲击性。6、防腐蚀、经久耐用性：一般的硬质发泡保温材料使用几年后易产生老化，随之导致吸水造成性能下降。而挤塑板因具有优异的防腐蚀、防老化性、保温性，在高水蒸汽压力下，仍能保持其优异性能，使用寿命可达到30-40年。7、轻质、高硬度：挤塑板完全的闭孔发泡结构形成轻质，而均匀的蜂窝结构造成高硬质，但又不像聚氨酯发泡、酚醛发泡那样发脆，因此不易破损，不仅搬运、安装轻便，切割容易，用作屋顶保温时不会影响结构的承受能力。8、高质量环保型：挤塑板不会发生分解和霉变，不会有有害物质挥发，化学性质稳定。同时在生产过程中，利用环保型原料，不产生有害气体，没有废水产生，所形成的固体下脚料，可回收处理再利用，是高质量环保型产品。2.2.2塑件材料PS的加工特性（1）典型应用范围：产品包装，家庭用品（餐具，托盘等），电气（透明容器，光源散光器等）（2）注塑工艺 及模具条件 a干燥 处理 除非储存不当，通常不需要干燥处理，如需干燥，为80度，23h b溶化温度180280度 ，对于 阻燃型材料 其上限为250度 c模具温度4050度， d注射压为2060MPa e注射速度建议使用快速注射（3） 化学物理性质，大多数商业使用PS都是透明 的非 结晶材料。PS具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。它能够抗水、稀释的无机酸，但能够被氧化物如浓硫酸所腐蚀，并且会在一些羧基溶剂中发生溶胀变形。收缩率一般为0.4%0.7%2.3塑件的成型工艺参数确定 表2-2塑件成型工艺参数材料名称聚苯乙烯纯注射机类型柱塞式预热和干燥温度t/ 时间80 8523料筒温度t/后段中段前段140160170190喷嘴温度r模具温度t/3265注射压力P/MPa60110注射时间高压时间冷却时间总周期154503156040120螺杆转速n/(rmin-1)48方法温度t/时间/h红外线灯、烘箱7024第3章 注射模具结构设计3.1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，使用直浇口成型，因此模具应为单分型面注射模。3.2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。考虑到塑件尺寸60x90mm，且较为规则，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3-1所示 图3-1 型腔布置3.3确定分型面分型面应选择在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，有利于排气，保证塑件质量，该零件分型面如图3-2所示，取在塑件的上部，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。 图3-2分型面确定3.4模架的选择可参考简明塑料模具设计手册P418表10-110-6，如图3-3所示 图3-3 模架结构3.2.2 模架安装尺寸的校核 模具外型尺寸为，长315 mm、宽260 mm、高261mm，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。3.5选择浇注系统 塑件采用点浇口成型，其浇注系统如图3-4所示。点浇口直径为1mm，点浇口长度为1mm，头部球R1 mm。分流道采用半圆截面流道，其半径R为3.8mm。主流道为圆锥形，锥角为8，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径8 mm。如图2-2图3-4浇注系统3.6选择成型设备“注射机的选用”可参考简明塑料模具设计手册P133，P128表3-4初选所以初选XS-Z-60式注射机。其各项参数如表3-1所示 表3-1压力机参数型号标称注射量/3柱塞直径/mm注射压力/Mpa注射时间/s注射方式合模力/N最大成型面积/cm2模板最大行程/mmXS-Z-6060381220.7柱塞式5105130180模板最大厚度/mm模板最小厚度/mm模板尺寸/mm合模方式推出形式两侧推出时中心距/mm电动机功率/KW喷嘴定位圈尺寸/mm机器外形尺寸/m球半径/mm孔直径/mm20070200315液压-机械两侧推出11124554.01.41.6 3.7注射机的校核通过试模可以检验出模具结构是否合理；所提供的样件是否符合用户的要求；模具能否完成批量生产。针对试模中发现的问题，对模具进行修改、调整、再试模，使模具和生产出的样件满足客户的要求，即可交付生产使用。XS-1780D型注塑机主要参数如表3-2：参数名称参数值参数名称参数值额定注射量499 cm3螺杆直径55 mm最大开模行程S435 mm注射压力133 Mpa最大装模厚度Hmax500 mm锁模力1780 kN最小装模厚度Hmin190 mm喷嘴圆弧半径15 mm模板最大安装尺寸470470 mm喷嘴孔直径6 mm表3-2 XS-1780D型注塑机主要参数 1、注射量的校核如前所述，塑件和浇注系统的总体积为V=24657.65 mm3, 远远小于注射机的标称注射量499 。2、模具闭合高度的校核 由装配图可知模具的闭合高度为H闭=235 mm。 最小装模高度为Hmin=190 mm，最大装模高度为Hmax=500 mm，能满足HminH闭Hmax的安装条件。3、模具安装部分的校核 该模具的外形尺寸为250250 mm，注塑机模板最大安装尺寸为470470 mm，故能满足安装要求。模具定位圈的直径为50.46 mm注塑机定位孔的直径160 mm，符合安装要求。浇口套主流道球面半径R=16 mm大于注射机喷嘴圆弧半径R15 mm，符合安装要求。浇口套小端孔径7 mm大于喷嘴孔直径6 mm，符合要求。4、模具开模行程的校核模具的开模行程S模=塑件的高度+浇注系统的高度+推出距离+（510）=30+40+35+10=115 mm 注塑机的最大开模行程S=435115 mm，符合要求。 第4章 模具结构、尺寸的设计计算4.1模具结构设计计算4.1.1型腔结构型腔结构如图4-1所示，由中间板所构成，便于脱掉废料；型芯结构如图4-2所示图4-1型腔图4-2型芯 4.1.2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和导套导向定位。推件块上装有滑套，推出时，滑套在导柱上运动，保证了推件块的运动精度。4.1.3 模具的推出结构 由于塑件形状为矩形而且壁厚较薄，使用推杆推出容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用。所以选择推件板块出机构完成塑件的推出，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。4.1.4脱模力计算 F=【82ESlcos（f-tan）】/(1-u)k2=2=1 S收缩率=0.6% E模量=3000Mpa l=90 f静摩擦系数=0.2脱模斜度=0.5 u泊松比=0.35F脱模力=3813N4.1.5排气机构 此模具有分型面以及推板和型芯运动间隙排气，所以不需要开设排气槽。这种利用分型面及型芯与模板的配合间隙排气很简单方便，其排气效果与接触精度有关。4.2 模具成型尺寸的计算 可参考简明塑料模具设计手册P110表2-55取PS的平均成型收缩率为0.6 %，塑件未注公差按照SJ1372中4级精度公差值选取。塑件尺寸如图1所示。4.2.1 型腔尺寸 径向尺寸由零件图分析可知，决定型腔径向尺寸的主要有：90 mm、60 mm, 塑件上尺寸均无特殊要求，为自由尺寸，公差精度为IT10IT15,分别是： 式中，塑件的允许公差； Scp塑料的平均收缩率，取Scp=0.6%； z成型零件制造公差,取塑件公差的1/4； 修正系数，一般中小型塑件取为3/4； Ls塑件外型尺寸。分别代入计算得： 型腔深度尺寸： 式中， 修正系数，一般精度较小型塑件取2/3。4.2.2型芯尺寸： 径向尺寸 式中，塑件的允许公差； Scp塑料的平均收缩率，取Scp=0.6%； 修正系数，一般中小型塑件取为3/4； z成型零件制造公差,取塑件公差的1/4。型芯高度尺寸 式中，塑件的允许公差； Scp塑料的平均收缩率，取Scp=0.6%；z成型零件制造公差,取塑件公差的1/4； 4.3 模具冷却系统的计算模具的冷却分为两部分，一部分是型腔的冷却，另一部分是型芯的冷却。型腔的冷却是由在定模板（中间板）上的两条10mm的冷却水道完成 型芯的冷却如图4-3所示，在型芯内部开有16mm的冷却水孔，中间用隔水板2隔开，冷却水由支承板5上的10mm冷却水孔进入，沿着隔水板的一侧上升到型芯的上部，翻过隔水板，流入另一侧，再流回支承板上的冷却水孔。然后继续冷却第二个型芯，最后由支承板上的冷却水孔流出模具。型芯1与支承板5之间用密封圈3密封。图4-3 型芯的冷却1型芯 2隔水板 3密封圈 4动模板（型芯固定板） 5支承板 第5章 模具的总体设计5.1 模具的装配示意图及工作原理如图5-1所示1动模座板 2螺栓 3动模垫板 4动模板 5型芯6定模座板 7定模 8浇口套 9推件板 10导柱11导套 12拉料杆 13推杆 14支撑块 15推杆固定板 16推板图5-1模具装配示意图工作原理：闭合模具，开机后，注射机的螺杆在机筒内旋转，将料斗来的物料卷入螺槽，并逐步将其向前推送、压实、排气和塑化，同时熔融的物料不断被推到机筒的前部，经喷嘴将物料喷入浇口套8，流进主流道在通过分流道后充入型腔7，经保压后注射机的喷嘴离开浇口套同时定模板7和推件板9第一次分型，然后推件板9在推杆13的推动下与型芯5第二次分型。因为塑件的边口较薄且倒扣厚度很小，综合考虑将塑件强制推出，塑件脱模后经导柱10导套11实现动定模复位合模，进行下一次注塑。5.2 塑件的后处理 对塑料成型的制品进行相应的处理，整个制品进行空冷处理，对制品的合格品与不合格品分开处理，不合格品与浇口凝料进行相应的回收再利用，对合格品进行毛边处理，最后装箱，以便后续的组装程序。 5.3模具的使用与维护5.3.1 模具的使用1.试模试模是模具制造中的一个重要环节，试模中的修改、补充和调整是对于模具设计的补充。试模前要对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与、于注射机的各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要求等要符合所选设备的技术条件。检查模具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活、可靠，起止位置的定位要正确。各镶嵌件、紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整，使之处于正常运转状态。2 .模具的安装及调试 模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全过程。模具安装在注射机上要注意以下方面：1）模具的安装方位要满足设计图样的要求。2）模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。3）当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。4）模具带有液压油路接头、气路接头、热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作一侧，以免操作不方便。模具在注射机上的固定多采用螺钉、压板的形式，如图13所示。一般采用4- 8块压板，对称布置。图13模具固定1压板 2螺钉 3模具 4注射机模板模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活，定位装置是否能够有效作用，要注意以下方面：1）合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。2）活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确、可靠。3）开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。4）冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。3 .试模模具安装调整后即可以进行试模。1）加入原料 原料的品种、规格、牌号应符合产品图样中的要求，成型性能应符合有关标准的规定。原料一般要预先进行干燥。2）调整设备 按照工艺条件要求调整注射压力、注射速度、注射量、成型时间、成型温度等工艺参数。3）试模 采用手动操作，试模注射出样件。5.3.2模具的维护 1.型腔表面要定期进行清洗，注射模具在成型过程中往往会分解出低分子化合物腐蚀模具型腔，使得光亮的型腔面逐渐变得黯淡无光而降低制件质量，因而需要定期擦洗，擦洗完后要及时吹干。2.易损件应适时更换，导柱、导套、推杆等活动件因长时间会有磨损，需定期检查并及时更换，以保证滑动配合间隙不致过大造成模具啃伤，避免塑料流入推杆配合孔内而影响制件质量。3.保护型腔表面，不同的制件有不同的表面粗糙要求，因此