订书机外壳注射模设计毕业论文.doc

订书机外壳注射模设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论1第2章 塑件工艺分析22.1塑件分析22.2塑料材料的成型特性分析22.3 脱模斜度22.4 拟定模具的结构型式32.4.1 型腔数量的确定32.4.2模腔排列形式的确定32.5 注射机型号的确定42.5.1注射量的计算42.5.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需要的锁模力计算52.5.3选择注射机52.6 注射机有关参数的校核62.6.1锁模力的校核62.6.2 型腔数目的校核62.6.3开模行程的校核6第3章 浇注系统的设计83.1 主流道的设计 83.2 主流道衬套的设计93.3分流道的设计93.4冷料穴的设计113.5浇口形式设计123.6分型面的设计133.7排气槽的设计13第4章 成型零部件的设计和计算154.1凹模的结构设计154.2 凸模的结构设计164.3 型芯安装固定形式164.4成型零件工作尺寸的计算164.5型腔壁厚计算194.6 矩形模具动模垫块厚度计算22第5章 模架的确定235.1定模座板235.2 确定定模（固定）板235.3 确定垫块235.4 确定动模座板245.5 确定推板245.6 确定推杆固定板24第6章 对合导向机构零部件设计256.1 导柱对合导向机构256.1.1导柱设计266.1.2 导柱尺寸266.1.3 导柱的布置276.2 导套设计27第7章 脱模机构的设计和计算287.1 脱模机构设计287.2 脱模阻力的计算29第8章 侧向抽芯机构的设计318.1抽芯机构选择318.2 抽芯机构的计算31第9章 温度调节系统的设计和计算349.1 加热系统349.2 冷却系统的设计349.3 冷却系统的简略计算359.4 冷却装置的布置37第10章 排气系统的设计3810.1 排溢的影响3810.2 引气的影响3810.3 排气方式38第11章 标准零件的选取和各零件材料选择3911.1设计中所用标准螺钉3911.2塑料模具成型零件（型腔、型芯）的选材3911.3 模板零件的选材3911.4侧向分型与抽芯机构的选材3911.5 浇注系统零件的选材：3911.6 导向零件的选材4011.7 推出机构零件的选材4011.8 其它零件的选材40第12章 模具工作过程41第13章 数控加工设计4213.1 数控机床程序的编制的内容与步骤4213.2数控加工工艺4213.3 具体加工程序：43结 论48参考文献49- III -第1章 绪论模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率、缩短设计及制造周期、降低生产成本、最大限度地提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。目前国内模具行业的基本情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、寿命短、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，需要每年花几百万、上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。国外的模具发展状况具体表现为以下七个特征5（1） 集成化技术（2）智能化技术（3） 网络技术的应用（4） 多学科多功能综合产品设计技术（5） 虚拟现实与多媒体技术的应用（6） 反求技术的应用（7） 快速成形制造技术。本设计的研究内容：做订书机外壳塑料模具设计，使该塑料模结构简单，型腔、型芯等机构设计合理，并实现侧抽芯脱模。并书写开题报告，和模具说明书。根据说明书画模具CAD图。在注塑成型工艺中，涉及设备和原材料状况，制品设计，工艺条件等多种因素，模具是与这些因素相联的关键环节，模具结构的合理性和质量的好坏，直接影响到制品的质量和整个工艺过程的效率和效益。根据成型制品的材料，批量，形状特点综合考虑模具材料规格，模板规格，校核金属疲劳。本设计主要研究钉书机外壳注射模具，主要包括型腔的布置，浇注系统的设计，排气系统的设计，顶出机构的设计，模具冷却系统的设计。本设计的研究要求：（）此塑件外表面有曲面，并且要光滑。（）要使注射模结构简单，并有侧抽芯。（）流道设计合理，可保证产品质量并且又节约生产原材料。（）了解聚丙烯的性能、特性和设计时的要求。本设计的研究目的：（）检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。（）步掌握进行模具设计的方法、过程，为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科研论文打下基础。( 3 ) 培养自己的动手能力、创新能力、计算机运用能力。( 4 ) 系统实践Pro/E、AuTo-CAD应用，提高这两种软件的操作能力。研究意义：（）对于模具的设计可以从选材到设计到成型有一个完整的了解和初步的掌握。以进一步的熟练掌握AuTo-CAD的运用。（）锻炼自己的独立思考能力和创造能力，为更好更快的适应工作作准备。第2章 塑件工艺分析2.1塑件分析如图2-1所示是订书机外壳，从该塑件的外观可以看出为了要使此塑件的外观光滑，对模具型腔的要求是达到镜面光洁度。可以利用弯销来实现侧抽芯。塑件尺寸比较小，但是有较多的内部弯曲的加强肋，考虑到该塑件注射时要有一定的流动性。从其中的浇口痕迹看，只有一个浇口位置，处于塑件中部。一端有两个圆柱孔、两个半圆柱也及圆柱孔旁边的浅孔，这些可以通过外侧抽芯来实现。而内部的凸台可以通过滑块实现内侧抽芯实现成型。订书机外壳在使用过程中要承受一定的力量，所以塑料应该有足够的刚度、强度、硬度以及抗冲击性等因素，所以选择聚丙烯（PP）做为该订书机外壳的材料 。型腔使用EDM进行最后的精加工，EDM加工时要请注意选择合适的加工工艺，如应用较小的加工电流，保证加工表面粗糙度值较小以方便后续的抛光处理。如果放电加工工艺选择不当，则可能 造成放电白层，抛光时可能没有将该层抛除，就会影响模具的质量。2.2塑料材料的成型特性分析性能特点：化学稳定性好，耐寒性差，光、氧作用下易降解，机械性能比聚乙烯好。成型特点：成型时收缩大成型性能好，易变形翘曲，尺寸稳定性好，柔软性好。有“铰链”特性。该订书机外壳需要与上盖进行配合，所以对其尺寸稳定性也有要求，而选用聚丙稀能达到此要求。模具设计的注意事项：因有“铰链”特性，注意浇口位置设计；防缩孔，变形；收缩率为1.03.0(纯聚丙稀)。在本设计中选用的收缩率为2。使用温度：10120，订书机都是在常温下使用，满足使用温度的要求。主要用途：板、片、透明薄膜、绳、绝缘零件、汽车零件、阀门配件、日用品等。订书机属于日用品。2.3 脱模斜度由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。聚丙烯的脱模斜度是251之间。本设计中的脱模斜度采用1 。2.4 拟定模具的结构型式2.4.1 型腔数量的确定该塑件精度要求一般，生产批量比较大，可以采用一模多腔的形式。根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4；再加上考虑到经济因素，初定为一模二腔的模具形式。2.4.2模腔排列形式的确定 该塑件有侧孔，要使它能顺利的脱模，须设计一套侧抽芯机构，为了不影响脱模等原因，多模腔的排列形式用对称形。图2-1塑件外观图表2-1聚丙烯的力学性能材料性能纯聚丙烯玻纤增强聚丙烯屈服强度/MPa377890拉伸强度/MPa7890断裂伸长率/%200弯曲强度/MPa67132弯曲弹性模量/GPa1.454.5简支梁冲击强度(无缺口)/(kJ/m)7851简支梁冲击强度(缺口)/(kJ/m)3.54.814.1布氏硬度HBS8.659.1- 49 -表2-2聚丙烯的热性能及电性能材料性能纯聚丙烯玻纤增强聚丙烯收缩率1.03.00.40.8 熔点(粘流温度)/170176170180热变形温度/45N/ 180/1021155667127127 线膨胀系数/(10-/)9.84.9 比热容/J/(K)1930 热导率/W/(mK)0.118 燃烧性/(/min)慢 体积电阻/1016 击穿电压/(kV/) 30表2-3聚丙烯的物理性能材料性能纯聚丙烯玻纤增强聚丙烯密度/(g/)0.900.91比体积/(/g)1.101.11吸水性/%(24小时)长时间0.010.03浸水18d0.50.05透明度或透光度半透明表2-4 聚丙烯的工艺参数材料性能纯聚丙烯玻纤增强聚丙烯成型收缩率/%1.03.00.40.8拉伸模量E/*10MPa1.61.73.16.2泊松比0.43与刚的摩擦因数0.490.512.5 注射机型号的确定2.5.1注射量的计算根据PRO/E建模得到塑件的质量为m= 2.94克，密度由表可查得=0.90.91 g/，所以塑件的体积可以得出本课题的塑件体积为： 而流道凝料的质量未知，在此按m的0.6倍来计算。总注射量是：2.5.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需要的锁模力计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积a，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影a的0.20.5倍,因此总的投影面积可计算为：A=na(0.20.5)na式中 a长方型的面积： s此设计中取0.3所以：从而得到锁模力：式中型腔压力P取30。2.5.3选择注射机根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用SZ-100/600立式注射机，如下表所列： 表2-5 注射机主要技术参数理论注射量/75，105螺杆（柱塞）直径/35注射压力/MPa150注射速率/(g/s)60塑化能力/(g/s)7.3螺杆转速/(r/min)14200锁模力/kN600拉杆内间距/440340移模行程/260最大模具厚度/340喷嘴口直径/4定位孔直径/125喷嘴球半径/122.6 注射机有关参数的校核2.6.1锁模力的校核锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具所须施加的最大夹紧力。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。所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀型力，此胀型力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。即： 式中F锁模力，kNp型腔压力，MPaA塑件及流道系统在分型面上的投影面积，已知型腔压力为30MPa；浇注系统的投影面积为1倍的塑件投影面积；塑件及流道系统在分型面上的投影面积为：式中ba流道系统在分型面上的投影面积， n模腔数由于在选择珠注射机的时候就已经计算了锁模力，因此它的锁模力是符合要求的。2.6.2 型腔数目的校核由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数 所以型腔数合格。式中 K注射机最大注射量的利用系数：一般取0.8 M注射机的额定塑化量 T成型周期，取25秒2.6.3开模行程的校核开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。单分型面注射模，其开模行程按下式校核：(510)式中S注塑机的最大开模行程(移动模板台面行程)，H1塑件脱出距离，H2包括流道凝料在内的塑件高度，已知H1=34mm；H2=54mm所以H1+H2+(510)= +34+54+(510)98又由于SZ-100/600立式注塑机的移模行程为260mm98mmd：图6-3 导柱尺寸设计6.1.3 导柱的布置 一副模具最少要用两根导柱，模板外形尺寸大的模具，可最多用4根导柱。本设计用的是四根直径相同的导柱对称布置。6.2 导套设计导向孔可带有导套，也可以不带导套；但无论那种形式，都不能设计为盲孔，因为盲孔会增加模具闭合时的阻力，并使模具不能紧密闭合。在该设计中采用导套的直径为16mm，长度为50mm，根据模具大典得出下图：图6-4 推板导套图6-5 导套第7章 脱模机构的设计和计算7.1 脱模机构设计在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构（或称推出机构、顶出机构）。脱出机构的作用包括脱出、取出两个动作，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。一、 脱模推出机构的设计原则制件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：1）运动灵活顺畅，无卡刹和过分磨损现象；2）接触塑件的配合间隙无溢出现象；3）具有足够强度、刚度，工作稳定可靠；4）对塑件顶推力分布均匀合理，不会引起塑件变形或塑件顶列；5）对塑件外观无明显损害；6）有利于将塑件和浇注道凝料带向动模部分；7）容易制造和装配。二、制品推出的基本方式1.推杆推出：推杆推出是一种基本的也是一种常用的制品推出方式。常用的推杆形式有圆形、矩形、“D”形。2.推件板推出：对于轮廓封闭且周长较长的制品，采用推件板推出结构。推件板推出部分的形状根据制品形状而定。3.气压推出：对于大型深型腔制品，经常采用或辅助采用气压推出方式。三、塑件的推出机构本套模具的推出机构形式较为复杂，全部采用推杆推出，每个塑件由12根推杆出。随塑件结构形状不同，脱模机构的类型和繁简也有很大的差别。形状简单的件从模具内脱出，是在脱模行程中一次动作完成，相应的脱模机构称为一级脱模机构。形状复杂的需要进行二次脱模，甚至要进行第三次脱模。该设计只须一次脱模，常用的一级脱模机构有顶杆机构、顶管机构、推块机构、脱件板机构、拉料板机构及这些机构的某些简单组合机构形式。该塑件的设计如下： 1.采用带肩推杆，每个塑件由14根推杆，共为28个；2.推杆应设在脱模阻力大的地方；3.推杆应均匀布置；4.推杆应设在塑件强度、刚度较大处；5.该推杆的形式（标准形式）；6.推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f7或H8/f8的间隙配合；7.通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐，或高出型腔底面0.050.10mm； 8.推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙（由于该套模具各塑件的8根推杆分布比较紧凑，故采用单边0.25mm的间隙），这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象；9.推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度HRC50，工作端配合部分的表面粗糙度为Ra0.8。该塑件推杆推出机构的示意如图7-1：7.2 脱模阻力的计算塑件在冷却时，将包紧型芯或凸模，产生包紧力。包紧力的大小，与塑件的收缩率、塑件的壁厚和形状及大小所成的塑件刚度，塑件对型芯和型腔表面的粗糙度及加工纹向等因素形成的摩擦阻力、塑件材料及其对型芯及型腔的粘附力、以及注射压力、开模斜度等都有关系。对于不通孔壳形塑件脱模时，还须克服大气压力。但在计算和确定脱模力时，一般只考虑主要因素，进行近似计算，并使确定的脱模力大于上述诸因素所形成的阻力。此阻力在开模的瞬间最大，所以，计算的脱模力为初始脱模力。其计算方法为：图7-1 推出机构示意图对于一般塑和通孔壳形塑件，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)，取240cm;被包紧部分的深度(cm)取1.5cm;由塑件收缩产生的单位面积上的正压力，一般取7.811.8MPa,这里取10MPa磨擦系数，一般取0.10.2，这里取0.15脱模斜度1 按分工计算的脱模力，当考虑塑件材料对型芯的粘附力，以及塑件刚性等因素的影响，加以修正，实际脱模力，从而选用相应的标准推杆的直径及数量和分布。对于不通孔的壳形塑件脱模时，需克服大气压力造成的阻力()，即式中为垂直于推出型芯方向的投影面积(cm2)为100.6 cm2；并设大气压力为0.09MPa,则=1.006KN所以，当不计算塑件对型芯的粘附力是其总的脱模力(Q总)为Q总=Q+QH=35.8KN第8章 侧向抽芯机构的设计当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况可以强制脱模外，一般都必须将成型侧孔或侧凹做成可活动的结构，在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中脱出。完成侧向活动型芯的抽出和复位的这种机构叫做抽芯机构。它应具备以下基本功能：图8-1 抽芯机构图1能够保证不引起塑间件变形的情况下准确地抽芯；2运动灵活动作可靠，无过分磨损现象；3具有必要的强度和刚度；4配合间隙和拼缝线不溢料。8.1抽芯机构选择弯销侧抽芯机构是用的较多的抽芯机构，它结构简单、制造方便、安全可靠等特点。该设计采用的是弯销在定模，滑块在动模的抽芯结构。对靠内的采取的是带滑块的抽芯机构。其抽芯结构图如图8-1。8.2 抽芯机构的计算弯销的长度主要根据抽芯距离和弯销的倾角的大小而确定（参照图8-1）。其长度计算公式如下：L=4/sina=4/sin15=19.3式中：L弯销总长度（mm）； a弯销的倾角（设计为15度）。 S抽芯距离;代入计算过的相关数据：S=5mm取其长度为18.91mm。图8-2 弯销图8-3 斜推杆斜滑块内部抽芯成型高为1 的凸台，而两个凸台之间的距离只有15，再考虑到斜滑块的宽度，所以选择抽芯距离为2.4，倾角为6度。为了方便脱出斜滑块一直延伸到塑件底部，但是比型芯低出0.07，以勉产生干涉。由于推杆的推出距离为23，正好达到抽芯距离的要求。具体形状尺寸见图8-3。第9章 温度调节系统的设计和计算模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率。所以模具上需要添加温度调节系统以达到理想的温度要求。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融的塑料的热量尽快传给模具，以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模。提高塑件定型质量和生产效率。注射模设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成形具有良好的产品质量和较高的生产率。因为水的热容量大，传热系数大，成本低，且低于室温的水容易取得，所以冷却水普遍使用。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道，利用循环水将热量带走。9.1 加热系统 对于某些熔融度高，流动性差的塑料，如聚碳酸酯、聚甲醛、氯化聚醚、聚砜、聚苯醚等，要求有较高的模具温度，此时需要对模具进行加热主。这些塑料若模温过低，则会影响塑料的流动性，产生较大的剪切力，使塑件内应力增大，甚至还会出现冷流痕、银丝、轮廓不清等缺陷。由于该套模具的模温要求在80C以下，又是小型模具，所以无需设置加热装置。9.2 冷却系统的设计 冷却装置的设计要考虑以下几点：（1） 保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。（2） 冷却水孔的数量越多，孔径越大，对塑件冷却也就越均匀。（3） 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即水孔的排列与型腔形状尽量吻合。（4） 浇口出要加强冷却。一般熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低。因此浇口附近应加强冷却，通冷却水，而在温度较低的外側只需通过经热交换后的温水即可。（5） 降低入水与出水的温度。可通过改变冷却孔道排列的形式。（6） 要结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水通道的排列形式。如塑件的收缩率、壁厚等。（7） 冷却水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷却通道的密封性要好，冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表面。 一般注射到模具内的塑料温度为200C左右，而制品固化后从模具型腔中取出时其温度在60C以下。热塑性塑料在注射成形后，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，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。 对于粘度低、流动性好的塑料（例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙66等），因为成形工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却。PP的成形温度和模具温度分别为聚丙烯的塑料温度232.2282.2C，取250C，模具温度4.479.4C,取40C。冷却介质：有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低。用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。9.3 冷却系统的简略计算如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算。（1）求塑料制品在固化时每小时释放的热量查表得PP单位重量放出的热量为，故:式中单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料重量，该模具每分钟注射60/25=2.4次，所以:（2）求冷却水的体积流量 在单位时间内熔体凝固时放出的热