毕业设计（论文）-太阳能灯插管塑料模具设计.doc

浙江纺织服装学院毕业设计太阳能灯插管塑料模具设计摘要：本论文介绍了一种简单的太阳能灯插管塑料模具设计。分析了产品的成形工艺特点，通过塑料产品的材料分析确定其成型条件，根据产品尺寸设计计算确定成型零件的尺寸，阐述了模具的工作过程及模具设计的注意事项。对模具整体结构设计、分型面的选择、材料的选择、定位方式、冷却水道、浇注系统、排气引气系统、温度调节系统等的确定进行了论述和详细的计算。对相应注塑机的选择和模架的确定也做了详细的计算及相关的论述。关键词：ABS 底座 分型面 模具结构 浇注系统 冷却系统 浙江纺织服装学院毕业设计目 录 1绪论11.1 毕业设计的背景、意义11.2 毕业设计所做的工作11.3 模具的基本设计21.4 模具行业的发展方向2 2 塑件的成型工艺特性32.1 收缩率32.2 比体积和压缩率32.3 流动性32.4 吸湿性、热敏性和挥发物含量3 3 初选塑料及性能分析33.1 ABS的性能分析33.2塑料件的尺寸、公差和表面质量的确定43.3 ABS塑料注射成型条件确定4 4 产品模设计54.1产品体积的计算54.2 型腔数目的确定54.3 浇注系统的设计54.31主浇注系统的设计54.3.2 分流道的设计64.4 分型面的确定74.5 模架的选择与设计74.6注射机相关参数的校核74.6.1 锁模力的校核74.6.2 注射压力的校核74.6.3 开模行程校核84.6.4 模厚的校核84.6.5 模具版面尺寸校核8 5 注射模的其它零件设计85.1 拉料杆设计85.2 排气系统设计95.3成型零件的设计95.3.1成型零件的结构设计95.3.2成型零件的工作尺寸计算95.3.3 凹模侧壁厚度的校核95.4冷却系统设计115.4.1 冷却水路的设计115.4.2冷却介质的体积流量计算115.4.3冷却水路导热总面积计算125.4.4确定冷却水道的直径145.4.5管道的总长度的确定145.4.6冷却水路总的条数确定145.5 推出机构设计145.5.1顶出行程的计算及校核145.5.2 顶出力的计算和校核15 6 结论15 参考文献16附录 ：18（1）(总装配图)，18（2）(凹模)，18（3）(产品图)18（4）(凸模)18浙江纺织服装学院毕业设计1绪论1.1 毕业设计的背景、意义现代产品生产中，模具由于其加工效率高、互换性好、节约原材料，所以得到了很广泛的应用。注射成型是最大量的生产塑料制品的一种成型方法。能有效地利用这个成型方法的关键在于模具。要说模具质量的优劣决定了制品的质量和生产效率，这种说法一点也不过分。模具与制品设计有着密切的关系。模具是把制品设计意图化为大批量生产的手段，如在制品设计方面存在不合理之处或缺陷的话，势必制造不出高质量的模具。因此，首先必须在制品设计上全力以赴，对已确定的制品设计从模具结构上弥补制品设计中的不可避免的缺点，或使之大批量生产，这是赋予模具的使命。随着现代化工业和科学技术的发展，模具的作用越来越广泛，其适用性也越来越强，已成为工业国家制造业工艺水平的标志和独立的基础工业体系。模具标准化是发展模具生产技术的关键，包括模具设计、制造、材料、验收和使用等方面，是开展模具计算机CAD/CAM/CAE的前提。国外塑料模具标准化程度很高，从材料、品种、规格、结构、精度、及验收等都实现了标准化，而且还建立了模具标准结构典型组合。标准化是专业化生产的重要前提，也是提高劳动生产率，提高技术水平，提高产品质量，降低生产成本及改善劳动组织的最重要的条件之一。模具的标准化成度越高，专业化生产越强，因而模具生产周期越短，生产成本越低，模具质量越高；同时模具设计简化，交货期限缩短，产品更新换代迅速。我们结合实际情况，已制定出了塑料模具国家标准，塑料穆专业化生产工厂可提供标准件和标准模架，这些为简化设计，缩短制模周期，提高产品质量提供了保证。1.2 毕业设计所做的工作本次设计一个太阳能灯插管塑料模具，其结构比较简单，具体的内容如下：1.收集、分析和消化原始资料，包括产品尺寸的确定，造型的确定。2.材料的选择和性能分析3.产品图的绘制及成型条件的确定。4.注塑机的选择和主要参数的校核5.模具结构的确定6.分型面的选择和确定7.浇注系统、冷却系统、导向机构、脱摸机构的设计8.模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制9.模架的选择10.模具结构总装图和零件工作图的绘制1.3 模具的基本设计 1. 确定制造模具所使用的材料。2. 确定每模型腔的数目。3. 确定主流道、分流道、浇口系统（包括勾料杆形式、浇口的位置、数量等）4. 确定顶出方式。5. 确定型腔结构。6. 确定模具的基本结构（包括侧向成型结构、镶件等的方式与手段）。7. 确定冷却系统。8. 确定排气槽或孔等的详细结构。9. 研究确定加工方法（加工顺序、型腔的连接、镶件的方式、切削与铸造用模型等）。10. 确定价格与制造周期。1.4 模具行业的发展方向提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例，在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术；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。开发新的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。提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。应用优质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。2 塑件的成型工艺特性2.1 收缩率塑件从热的模具中取出并冷却到室温后，其尺寸发生变化的特性称为收缩率。收缩率一般用尺寸相对收缩的百分数来表示。由于金属与塑件的线胀系数不同，收缩率分为实际收缩率和计算收缩率。实际收缩率表示的塑件实际所发生的收缩与计算收缩率相差很小，所以模具设计时采用计算收缩率。2.2 比体积和压缩率比体积是单位质量的松散塑料所占的体积以cm3/g计，压缩率是塑料的体积与塑件的体积之比，其值恒大于1。2.3 流动性塑件在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。每一种品种的塑料通常分为三种不同等级的流动性，以供不同塑件及成型工艺选用。一般来说，塑件面积大、嵌件多、嵌件及型芯细弱、有狭窄深槽及薄壁的复杂形状对填充不利时，应采用流动性好的塑料，挤塑成型也应选用流动性较好的塑件。2.4 吸湿性、热敏性和挥发物含量塑料中水分及挥发物含量在很大程度上直接影响塑件的物理、力学和介电性能。此外水分及挥发物含量过多时会促使流动性过大，容易溢料，成型同期增长，收缩率增大，塑件容易发生翘曲、波纹及光泽不好。热敏性是指某些热稳定性差的塑料，在高温下受热时间较长或浇口截面过小及剪切作用大时，料温增高就易发生变色、降解、分解的倾向。合理设计模具的浇注系统，模具表面镀铬也是一些重要预防措施。3 初选塑料及性能分析3.1 ABS的性能分析ABS是聚苯乙烯的该性产品，一种新型的工程塑料。ABS是由丙乙烯（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）组成的三元共聚物，本次设计采用材料为ABS树脂, ABS具有三种成分的综合性能，这三种组分的比例可按需要任意调整，以使塑料具有所需的性能。突出的力学性能和良好的综合性，坚固，坚韧，坚硬，来源广泛，价格适中，无毒，无味，虽然ABS 具有一定的吸湿性，但由于它的其他方面的优秀的性能，故初选ABS为本产品的使用材料。 本次设计的ABS具体型号和厂家如（表1）： 塑料型号： ABS树脂 产 家： 美国通用电器(GE)公司 商品名称： cycolac ABS 表1 ABS具体型号和厂家材料熔融指数冲击强度热变形温度收缩率压缩率KsDFA-R6.3 g/10min8.3KJ/m2840.5%1.83.2塑料件的尺寸、公差和表面质量的确定由于采用的ABS树脂，本次设计对产品的形状尺寸要求不高，故采用一般精度等级4级。产品的表面要求如下：(1) 产品没有表面花纹、图案、文字的要求。(2) 产品外表面要求光滑，没有毛刺，没有缩孔、气泡等缺陷。故取粗糙度为0.2左右。 (3) 产品内表面没有很高的要求，故取粗糙为1.63.2。3.3 ABS塑料注射成型条件确定 由ABS材料的特性中我们可以看出，由于ABS 材料具有吸湿性，故要求在加工前必须进行干燥处理。干燥条件为8090下至少2小时，材料湿度应保证小于0.1%。查常用热塑性塑料的注射成型工艺性参数表可得成型的条件如下： 熔化温度： 210280 ，这里取 245 模具温度： 5080， 这里取 70 喷嘴温度： 取200 螺杆后段温度： 取180 注射压力： 取110MPa 螺杆中段温度： 取220 螺杆转速： 30 r/min 后处理方法：在温度为70的红外线灯烘箱里烘干处理24小时。4 产品模设计4.1产品体积的计算 由于产品体积涉及到注射量的选择，故在此先计算出产品的体积，以供后面的计算使用。V=3.14*12.12-11.42*100-20*(12.1-11.4)2*100 =4185.2mm3=4.1853cm34.2 型腔数目的确定 因为该产品结构简单，考虑到效益，采用一模四腔的方法。4.3 浇注系统的设计 浇注系统指模具从注塑机开始到型腔为止的塑件流动通道，其由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。 4.31主浇注系统的设计主流道是指由注塑机喷嘴出口至分流道入口处的一段通道。通常主流道设计为圆锥形，以便冲模时溶体能顺利地拔出。而且一般其锥度为24，取3。本模具主浇道的尺寸计算：因为注射机的选择还未开始，这里只能通过计算得到大概的所需要的注射量。ABS的密度为1.05 g/cm3 ,故所需要的注射量估算如下： G=4*5=20 (g)考虑到浇注系统凝料、塑料压缩和塑料收缩的影响，按照表宁波市海达塑料有限公司提供的资料选择注射机型号为HD50,注射机注射量为48g ，初步选择浇口套小端直径为3.5 mm，大端直径为6mm。同时考虑到产品的高度要求，取浇口套长度为25mm。 由注射的容量来看，原先初步估计的重量比较符合要求，故浇口套的大端径仍然取为 6mm,至于小端的直径，那就要看注塑机的喷嘴孔径了。注射机喷嘴孔的直径 D1 =2.5mm注射机喷嘴的球径 R1 = 10mm由于浇口尺寸与喷嘴有如下的关系： 其中：喷嘴口直径（mm） 喷嘴球半径（mm） D2 浇口小端直径（mm） R2 浇口套的球径 （mm）故浇口套的小端直径 D2 = 2.5 + 1 = 3.5浇口套的球径 R2 = 10 + 2 =12mm 。主流道的一端设计成为带凸台的圆盘，其高度为15 mm，并与注塑机固定模 的定位孔间隙配合。衬套的球形凹坑深度取7mm，且一般流道长度可小于或等于60 mm，结合产品高度和型芯固定需要的长度等，取主浇道流道长度为32 mm 其主要尺寸关系如下图=2 mm =13.5 mm =3 mm =3 L=32 mm 图 14.3.2 分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的整个通道。根据本模具的特点采用的是圆形流道。分浇道由于长度和直径对注射机的选择影响不大，估算的分浇道的直径和长度也能够很好的符合要求，其参数如下： 分浇道直径d = 5 mm 分浇道长度l = 36mm分流道直径初步选择为=5 mm ,流道表面积粗糙度为 0.4 m，分流道长为40 mm。4.4 分型面的确定根据塑料底座的结构，同时考虑到分型面基本原则的要求，底座的外型并无采用侧抽芯辅助成型的要求，为简化模具加工难度节约制造成本，故以底座底面为其分型面。4.5 模架的选择与设计由于注射模的结构虽然大有差异，但其共性甚多，使用次数又非常广泛和频繁，故而使用标准模架具有省工、省时和降低生产成本等的重要意义。因此在本模具设计中将会尽量采用标准件。 综合考虑产品的尺寸，模具型腔的布局以及导柱位置。本次设计采用400*315。4.6注射机相关参数的校核4.6.1 锁模力的校核 P型 型腔内熔体的平均注射压力， S塑 塑件的成型面积 F锁 注射机的锁模力 P型 = 34.3 MPa P型 S塑 / 10 = 190 113.5*1000 / 10 =22KN P型故注塑机的注射压力满足要求。4.6.3 开模行程校核 制件高度 H2 = 100 mm 脱模推出距离 H1 = 65 mm C=5 mm 模具闭合高度Hm=360 mm开模行程 S = 260 mm H2 + H1 + C = 100 + 65 +5 = 170 mm S ,故满足要求。4.6.4 模厚的校核Hm = 360 mm注射机的最小模厚Hmin = 180 mm，最大模厚 Hmax = 500 mm, 故Hmin Hm Hmax ,模具能够安装在该注射机上。4.6.5 模具版面尺寸校核模具外形尺寸为 290360mm拉杆内间距为 290240mm故 模具外形尺寸 拉杆内间距尺寸 ,满足要求由以上校核可得，各参数均满足要求，故该注射机满足要求。5 注射模的其它零件设计5.1 拉料杆设计本模采用钩形（Z形）拉料杆形式。5.2 排气系统设计由于本设计的顶杆较多，顶杆的间隙以能够满足排气的要求，故不需要另外开设排气槽。5.3成型零件的设计成型零件是成型产品的重要零件，它的结构和质量的好坏直接影响到注塑产品的质量高低。5.3.1成型零件的结构设计本次设计的凹模采用的是整体式的结构，该结构由整块的钢材直接加工而成。这种结构简单，牢固可靠，不易变形，成型塑件的质量较好。5.3.2成型零件的工作尺寸计算成型零件的制造公差z,一般可取塑件总公差的1/21/4，即 z = /3/4。 精度等级为4级，取z = /4 ，Smin = 0.4%,Smax= 0.7% 故Scp=0.55% Smin 塑件最小收缩率 Smax 塑件最大收缩率 Scp 塑件平均收缩率 z 成型零件的制造公差 型心高度 h=1000-0.015.3.3 凹模侧壁厚度的校核 模板材料为45钢， 取弹性模量E=216 103 MPa； 许用变形量e许 =0.03mm ； 取泊松比=0.26型腔内熔融塑料的压力p = 34.3MPa由于是一模四腔，这里把两个型腔看成为一个整体式的大的矩形。图 2椭圆型腔凹模按矩形计算： l = 16mm ; h = 100; h / l = 16/ 100 = 0.16; 根据表2得 c=0.930表2 系数cH / lch / lc0.30.9300.90.0450.40.5701.00.0310.50.3301.20.0150.60.1881.50.00630.70.1772.00.0020.80.073 式中： c 系数 p 型腔内熔融塑料的压力， Pa h 型腔深度， mm E 弹性模量， Pa e许 许用变形量， mm 代入上式得 1.7mm型腔壁厚为35mm，故能满足要求。由于采用了一模四腔的方法，故把两个型腔作为一个大型腔来考虑，这样，垫块之间的跨距为L=130mm，模板尺寸400 mm315 mm。支撑板允许变形量为0.003cm。由于有四根推板导柱的存在，相当于中间加了一根垫块，故校核公式该成如下：列出已知各值：p=34.3MPa =100cm =12.1cm B=16cm =16cm L=13cm y=0.003cm E = 216将各值代入得 H=2.8cm5.4冷却系统设计一般注射到模具内的塑料温度为200左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时的温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模，提高塑件定模质量的生产效率。冷却介质有冷却水和压缩空气，但普遍用的是冷却水。冷却回路的设计应做到：冷却回路系统内流动介质必须能充分吸收成型塑件所传导给模具的热量，使模具成型表面温度稳定地保持在所需要的温度上。5.4.1 冷却水路的设计根据本模具的结构特点，采用直流式冷却系统。5.4.2冷却介质的体积流量计算 忽略模具因对流、热辐射，与注塑机接触所散失的热量，并假设在模内释放的热量全部由冷却介质带走，则模具冷却时所需的冷却介质的体积流量按下式计算： 式中：冷却介质的体积流量，（） G单位时间内注入模具中的塑料重量，（kg/h） i成型时塑料单位质量释放的热量（查表4-1），（J/kg） 冷却介质的密度，（） 冷却介质的比热容，J/(kg) 冷却介质的出口温度，（） 冷却介质的进口温度（） 其中塑料熔体的单位热流量i可表示为： 式中： P结晶形塑料的熔化潜热（J/kg） 塑料的比热容（J/(kgc)），对于ABS，其=1926 J/(kgc) 取 J/kgABS 注射时间很短，大概就2s左右，加上冷却和保压的时间，开合模的时间，总共也就30s ，塑料的密度为1.05g/cm3,故可估算G的值。计算公式如下所示：G = N v塑/1000N 每小时注射的次数，（次）V 模具型腔能够容纳的塑件的体积，（cm3） 塑 塑件的密度, (g/cm3)G单位时间内注入模具中的塑料重量，（kg/h）G=60*60*1.05*46/（30*1000）5.8 kg/h5.8*3.5*105/(60*4.2*103*1.05*103*5=1.6*10(-3) 5.4.3冷却水路导热总面积计算A 冷却水路导热总面积，m2 G 单位时间内注入模具中的塑料重量，（kg/h） i成型时塑料单位质量释放的热量（查表2），（J/kg） Tw 模具成型零件表面温度，Tq 冷却水平均温度， k 冷却介质在圆直管道内湍流状态时，冷却管道冷孔壁与冷却介质间的传热膜系数， 式中： f 与冷却介质温度有关的物理系数，数值由表 3确定 冷却介质的密度，kg/m3 v 冷却介质的流速，m/s d 冷却管道的直径，m 其值可根据流量查表 3 确定表 3 水温与f的关系平均温度051015202530354.915.308.686.076.456.847.227.60平均温度40455055606570757.988.318.648.979.309.609.9010.20查表 3 得20 时f = 6.45按流量 7.35 10-3 （）查表 3 取冷却水管道的直径d = 12 mm, 流速 v = 1.10 m/s由前面结论可得： G = 5.8 kg/h i = 35 104 J/kg由于本次设计的冷却水道直接开在了动模板上，故取=0.64。 模具温度为 70 冷却水的平均温度为 20 代入数据得 A=2290mm35.4.4确定冷却水道的直径由上知水道直径为12 mm的冷却水体积流量为：，其对应的冷却管道的直径为12mm，故我们选择冷却管道的直径d=12mm。5.4.5管道的总长度的确定 由A = d L 得 故有 L=120 mm5.4.6冷却水路总的条数确定 由于模具尺寸的限制，每一根水路的长度由模具尺寸决定。设每条水路的长度为l ，则冷却水路的条数n为： 本次设计的冷却水路长度为 315mm 故冷却水的条数n=60.8/315=0.2 ,取n =45.5 推出机构设计5.5.1顶出行程的计算及校核在顶出结束，塑件要完全脱出，达到可以方便取出或依靠塑件自重可以自行掉落的程度。所需的顶出行程可用下式进行估算： 式中：所需顶出行程（mm） 型芯成型高度（mm） 顶出行程富裕量（mm） 有已知：=100 mm，=5 mm =100+5=105 mm 因为推板和支撑板的距离为113mm，完全能够满足顶出行程的需要。5.5.2 顶出力的计算和校核塑件因冷却，尺寸缩小，对型芯产生一个包紧力，因此脱模时必须克服这力 。 顶出力可按下式进行计算： 式中：拔模力（N）或脱模力（N） 塑件的收缩应力（）。模内冷却的塑件，外冷却的塑件冷却的塑件。塑件抱紧型芯的侧面积脱模斜度，一般,这里为0.5摩擦系数，一般对底面不带通孔的壳体类塑料，还需要克服大气的压力造成的阻力。 在实际应用中，脱模斜度和摩擦系数f 都较小，故sin 和 f 都接近于零，所以可以简化成如下： B 塑件垂直于脱模方向的投影面积, m2 A = 3.14*12.1*100*4=15197.6 B=3.14*12.1*12.1459.7 F=1176*104*0.015976(0.1*cos0.5-sin0.5)+9.8*1000*0.00045917.7KN由计算可知满足顶出力的要求。6 结论通过本次毕业设计，让我对模具设计的基本过程有了一个具体的了解，虽然设计的产品相对简单，但通过为这个简单产品进行模具设计，我也大概了解了模具设计的一个基本过程，同时通过和书上理论知识的结合，更加深了对模具的认识和对书本知识的很好理解，认识到了模具在整个机械行业中的重要性。模具设计目前正发生着一场设计上的变革，模具设计中的热门技术CAD/CAE/CAM虽然已经在实际中应用的很多了。但是因为本人的能力有限没有在这方面进行过相关的学习。 国内的模具设计虽然有了很大的发展，但是相比发达国家而言，还是存在许多差距的，最主要的一点是国内的模具标准化程度不够高，模具零件的精度相对来说也达不到国外的要求。这样，在与国际同行业竞争当中自然而然的就会处于劣势，生产出来的产品就是比别人低一个等级。而且由于标准化程度不高，缺少专业化生产模具零件的厂家，这样不利于整个行业的成本的降低。 模具工业随着工业文明的发展已经越来越显示出其重要性了，随着塑料产品的应用越来越广泛，塑料产品的新的性能被不断的开发，注射模作为塑料件成型的主要成型方法，它的发展也有越来越火的趋势，新的技术正在不断的被发展，随着计算机的应用，模拟技术的发展，工程材料的开发，塑料产品将凭借其优异的性能，在国民生活中占据一席之地。随着新技术的应用，相信作为五大基础工业之一的模具工业将会发展的越来越好。参考文献 1 邢玉清. 简明塑料大全. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20022 罗河胜. 新编塑料材料手册. 广东: 广东科技出版社, 20023 虞传宝. 冷冲压及模具成型工艺与模具设计资料. 北京: 机械工业出版社,19924 葛正浩. 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