饮水机出水口手把的塑料.doc

本科毕业设计(论文)题目：饮水机出水口手把的塑料注射模具设计系 别： 机电信息系 专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013年05月饮水机出水口手把的塑料注射模具设计摘要本文基于CAD技术对饮水机出水口手把注塑模具进行了设计。通过对塑件的结构分析，确定了可行的总体设计方案。运用Pro.E软件对塑件进行建模，使用并且对模具进行了分析，优化了浇口位置。根据塑件结构，采用侧浇口的双分型面结构，模具采用一模两腔，且模具采用斜导柱抽芯机构以及推件板推出机构。同时，详细地叙述了模具成型零件包括型芯、型腔的尺寸计算过程以及各重要机构的设计过程。设计方案在保证塑件质量与模具结构合理的前提下尽量做到模具的结构简单、成本低、易加工、使用性好。最后则是模具的装配环节，包括制定装配步骤、明确注意事项等。 通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理；通过对AutoCAD的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的提高工作效率。关键词:开关把手；注塑模；CAD；双分型面IIWater cooler outlet handle plastic injection mold designAbstract This article is based on CAD technology for water dispenser outlet handle injection mold design. By analyzing the structure of plastic parts, the feasible overall design scheme is determined. . Using the Pro E software for modeling, plastic parts and the die are analyzed, and optimize the gate location. According to plastic parts structure, use the side gate double parting surface design of mould with one module and two cavities, and the mould adopts the inclined guide pillar core-pulling mechanism and push plate to launch. At the same time, the molding parts are described in detail including the size of the core and cavity calculation process and the design process of the important institutions. Design scheme in guarantee the quality of plastic parts and mould structure is reasonable under the premise of try to do the mould structure is simple, low cost, easy processing and good usability.Key words:Water dispenser switch handle; Injection mold; CAD; Double parting surfaceI目 录1 绪论12 产品工艺性分析32.1 产品材料分析32.2 塑件结构和尺寸精度分析52.2.1 其塑件的产品结构图如下：52.2.2 产品形状分析63 模具结构设计93.1 总体方案拟订93.1.1 型腔数目的确定103.1.2 分型面的设计103.2注射机的选择113.3型腔数目的校核123.4浇注系统设计123.4.1 主流道的设计133.4.2 分流道的设置143.4.3 浇口设计143.4.4 冷料穴设计153.5成型零件的结构设计163.5.1定模板的结构形式163.5.2 动模板的结构形式173.5.3 型芯的结构形式如下：173.6 模具温度调节系统203.6.1 温度调节对塑件质量的影响203.6.2 温度调节对生产力的影响213.6.3 模具加热和冷却系统的计算213.7 顶出系统的设计243.7.1 浇口凝料的顶出243.7.2 塑料件的顶出253.8导向机构的设计263.8.1.导向机构的功用263.8.2、导向机构的设计263.8.3 承受一定的侧向压力273.9排气系统的设计283.10 斜导柱设计283.10.1 斜导柱的形状及技术要求283.10.2 斜导柱的倾斜角293.10.3斜导柱的长度29.3.11滑块设计30.3.12.导滑槽设计31.3.13脱模机构设计323.13.1 设计原则323.13.2 顶出部件324 注射机的校核334.1 锁模力的校核334.2 开模行程的校核335 模具材料的选择35总结36参 考 文 献37致 谢38环保和经济技术型分析39三维装配图42273 模具结构设计设计图纸和说明书联系QQ25766365383 模具结构设计3.1 总体方案拟订对任何塑料件的模具设计都有一定的程序，首先要确定该塑件使用哪一种浇口形式，因为目前浇口的形式很多，并且用不同的浇口形式可以得到不同的塑件效果，得到的塑件表面质量也不同等，因此确定浇口形式也是至关重要的。本次设计选取的是侧浇口。我设计了两种方案如下；表3-1 初级方案图3.1方案一图3.2方案二方案一的弊端在于，当模具分型时，型芯的包紧力太大，有可能造成手柄被拉断，以及模具壁的损坏，方案二因为分型时型芯小，包紧力也小，很容易脱出来，并且哈夫模容易分开，用顶板顶出。因此选方案二。 3.1.1 型腔数目的确定对于一个塑件的模具设计的第一步骤就是型腔数目的确定。单型腔模具的优点是：塑件精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。缺点是：塑件成型的生产率低、成本高。单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。多型腔模具的优点是：塑件成型的生产率高，成本低。缺点是：塑件精度低；工艺参数难以控制。模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。多型腔模具适用于大批量、长期生产的小塑件。由于制品尺寸精度要求不高，且尺寸属于小中型，产量为大批量，所以选择采用一模两腔。3.1.2 分型面的设计 (1) 分型面设计原则分开模具取出塑件的面称为分型面，如何确定分型面位置，需要考虑的因素比较多。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件工艺性、精度、推出方法、模具制造、排气等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较。注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向，分型面的形状有平面和曲面等。 分型面的确定主要应考虑以下几点： 1) 塑料在型腔中的方位在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直的方向避侧凹或侧孔。 2) 分型面与开模方向一般分型面与注射机开模方向垂直的平面，但也有将分型面作减倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工困难，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥面的分型面，自然也是曲面。 3）分型面位置 4）除了应开设在制件中断面轮廓 最大的地方才能使制件顺利地从型腔中脱出外，还应考虑以下几种因素： a. 因分型面 不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不要选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。b. 从制件的顶出考虑分型面 要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁厚较大但内孔较小时，则对型芯的包紧力很小，常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。根据本塑件的结构特点，为了方便塑件浇注后脱模、排气、塑件的外观质量等要求，此次设计我选择了两个分型面，分型面的位置选择如下图所示：图3.3分型面一图3.4分型面二3.2注射机的选择注射机是注射成型热塑性塑料的主要设备，注射成型时，注塑机塑化塑料，并将塑化好的塑料注入模具，并在成型结束时将模件推出，注塑机的类型很多，考虑到塑件的类型选择螺杆型注塑机，此类注塑机，结构稳，操作简单，方便维修，便于现代化管理。初选型号为XS-ZY-500，其主要参数如下：额定注射量500 喷嘴圆弧半径18mm 螺杆（柱塞）直径65mm 喷嘴孔直径7.5mm 注射压力145MPa 顶出形式中心液压顶出，中心距100mm 注射行程/mm 200 动、定模固定板尺寸/mmmm 700850 注射方式 螺杆式 拉杆空间/mm 540440 锁模力/KN 3500 合模方式 液压-机械 最大成型面积1000液压泵流量200(L/min) 模板最大行程700mm 液压泵压力6.5Mpa 模具最大厚度450mm 电动机功率22Km 模具最小厚度300mm 机器外形尺寸/mmmmmm 6500130020003.3型腔数目的校核根据公式：n（kMn-M2）/m 见塑料成型工艺与模具设计k注射机最大注射量利用的系数Mn注射机允许最大的注射量M2浇注系统所需的体积M1单个塑件的体积所以有n（0.8500-4.2）/5.276.1 取整数76由此可知n=2符合要求。3.4浇注系统设计浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流动的一段路径的总称，主要应包括主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。在设计浇注系统时，应考虑塑料成型特性、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等因素。3.4.1 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。由于主流道要与高温塑料熔体及注射要机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套。根据注射机喷嘴的尺寸，选择浇口套如下图：图3.5浇口套为了使塑料熔体按顺序的向前流动，开模时塑料凝料能从主流道中顺利的拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有26的锥角，内壁有Ra=0.8m以下的表面粗糙度，抛光时应沿轴向进行。若沿圆周进行抛光，产生侧相凹凸面，使主流道凝料难以拔出。热塑性塑料的主流道衬套与注射机喷嘴的尺寸：主流道始端直径D=d+（0.51）mm，球面凹坑半径+（0.51）mm，半锥角a为12，尽可能缩短长度L（小于60mm为佳）。本套模具主流道设计要点是： (1) 为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，其锥角=3 ，内壁粗糙度为Ra=6.3um，整个主流道都在衬套中，并未采取分段组合形式。 (2) 主流道大端处呈圆角，其半径R=1mm，以减小料流在转向时过渡的阻力。 (3) 为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注射机的喷嘴紧密接触，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径+(12 )mm，取主流道球面半径 =20mm。其小端直径 +( 0.51 ) mm,取=8mm。凹坑深取h=3.7 mm。图3.6主流道3.4.2 分流道的设置分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道，分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计采用一出二侧入式浇口。分流道布局如图所示：图3.7分流道3.4.3 浇口设计浇口是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度，补料时间及防止倒流等作用。浇口的形状，尺寸和进料位置等对塑件成型质量影响很大，塑件上的一些质量缺陷，如缩孔，缺料，白斑，拼接缝，质脆和翘曲等往往是由于浇口设计不合理而产生的，因此正确设计浇口是提高塑料件质量的重要环节。浇口设计与塑料性能，塑件形状，截面尺寸，模具结构及注射工艺参数等因素有关。总的要求是使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭，因此浇口的截面要小，长度要短，这样可增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。浇口的截面积通常为分流道的截面面积的0.030.09。浇口截面积通常有矩形和圆形两种。浇口长度约为0.52mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步修正。在注塑模具中常用的浇口形式有如下几种：直接浇口、点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重迭式浇口、扇形浇口、平缝式浇口、盘形浇口、圆环形浇口、轮辐式浇口与爪形浇口、护耳浇口。浇口的开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口的位置时应注意以下几点： (1) 浇口应设在能使型腔的各个角落都可以同时填满的位置。 (2）浇口应设置在制品壁厚较厚的部位，使熔体从厚断面流向薄断面，以利于补料。 (3）浇口的部位应选在易于排除型腔内空气的位置。 (4）浇口的位置应选在能避免制品表面产生熔合纹的部位。当无法避免产生熔合纹的产生时，浇口的位置的选择应考虑到熔合纹产生的部位是否合适。 (5）浇口的设置应避免引起熔体断裂的现象。 (6）浇口应设置在不影响制品外观的部位。 (7）不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口，一般制品浇口附近的强度较差。由于设计零件是深腔无底的圆形结构，又是一模两腔为保证塑件表面质量及美观效果，本设计采用侧入式浇口。3.4.4 冷料穴设计主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为12mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的z形式有多种，这里采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。3.5成型零件的结构设计成型零件是构成模具型腔的零件，通常包括定模板、动模、哈夫块、型芯等。由于哈夫块直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到塑件的质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，以承受塑料的积压力和料流的摩擦力，达到足够的精度和表面粗糙度。3.5.1定模板的结构形式图3.8定模板3.5.2 动模板的结构形式图3.9动模板型芯是成型塑件内表面的成型零件。根据型芯所成型零件内表面大小不同，通常又有型芯和成型杆之分。型芯一般是指成型塑件中较大的主要内型的成型零件，又称主型芯，成型杆一般是指成型塑件上较小的成型零件，又称小型芯。3.5.3 型芯的结构形式如下：图3.10型芯1图3.11型芯2 a b图3.13三维图型腔和型芯尺寸的计算 a. 型腔径向尺寸的计算Lm 型腔的最小基本尺寸（mm） Ls 塑件的最大基本尺寸（mm） 塑件公差S 塑件平均收缩率（%） x 综合修正系数取x=3/4。z 模具制造公差，一般为（1/31/6），取1/3。 （3.1） （3.2）型芯2处型腔底 Lm=(32+320.55%-3/40.5) =31.803型芯底部 Lm=(32+320.55%+3/40.5) =32.551型腔上部 Lm=(14+140.55%-3/40.5) =13.703型芯上 Lm=(14+140.55%+3/40.5) =14.452型芯1型腔上部 Lm=(12.4+12.40.55%-3/40.5) =12.093型芯上部 Lm=(12.4+12.40.55%+3/40.5) =12.843型腔底部 Lm=(5.2+5.20.55%-3/40.5) =4.854型芯底部 Lm=(5.2+5.20.55%+3/40.5) =5.6036B型腔高度尺寸的计算 (3.3) (3.4)式中 Hm 型腔的高度最小基本尺寸（mm） Hs 塑件的高度最大基本尺寸（mm） 塑件公差S 塑件平均收缩率（%） x 综合修正系数取x=2/3。z 模具制造公差，一般为（1/31/6），取1/3型芯2处 型腔 (3.5) =（34+340.55%-2/30.5） =33.854型芯 (3.6) =（34+340.55%+2/30.5） =34.520型芯1型腔上部 =（0.5+0.50.55%-2/30.5） =0.169型芯上部 =（0.5+0.50.55%+2/30.5） =0.836型腔底 =（2+20.55%-2/30.5） =1.677型芯底 =（2+20.55%+2/30.5） =2.3443.6 模具温度调节系统塑料模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺不同，模具温度也要求不同。因此在设计注射模具时必须考虑用加热或冷却装置来调节模具的温度。对于一般的热塑性塑料注射成型时只需考虑冷却装置。3.6.1 温度调节对塑件质量的影响主要有以下几个方面 (1) 尺寸精度 利用温度调节系统来保持模具温度的恒定或采取较低的模温，可减少塑件成型收缩率的波动，提高塑件精度。 (2) 形状精度 模具型芯与型腔各部分温差过大，会使塑件收缩不均匀而导致翘曲变形，影响塑件的美观和使用。特别对于壁厚不一致和形状复杂的塑件，经常会出现因收缩不均匀而变形的情况，必须采用合适的冷却回路，使模具型腔各个部位的温度基本上均匀。 (3) 表面粗糙度 模温过低会使塑件轮廓不清晰，产生明显的熔合纹，提高模温可改善塑件的表面状态，使塑件的表面粗糙度降低。 (4) 塑件的力学性能 3.6.2 温度调节对生产力的影响温度调节系统对生产力的影响主要由冷却时间来体现。通常注射到型腔内的塑料熔体的温度为200左右，塑件从型腔中取出的温度在60以下。熔体在成型时释放的热量中约有5%以辐射、对流的形式散发到大气中，其余95%需冷却水带走，否则由于塑料熔体的反复注入将使模温升高。为了保持模温的恒定，在每一循环中，必须由冷却系统把塑料熔体的热量带走。因此模具的冷却时间主要取决于冷却系统的冷却效果。一般的模具的冷却时间占整个注射循环周期的2/3，因此缩短成型周期中的冷却时间是提高生产率的关键。3.6.3 模具加热和冷却系统的计算本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下设计计算。(1) 由于制品为空心，按平板类计算其冷却时间 (3.7)冷却所需的时间s t塑件厚度2mmTm塑料熔体注塑温度查表取170-180Tw模具温度查表取50-80Ts塑料热变形温度查表取83-103塑料的热扩散率9.610-4m2/h 0.267mm2/s =6.79s(2）冷却介质体积流量计算 (3.8)冷却介质的体积流量m3/h单位时间内注入模具的塑料质量kg/h塑料成型凝固时释放的热量40104J/kg冷却介质的比热容J/kg介质的密度1.05g/mm3冷却介质的出口温度30冷却介质的进口温度20设定模具平均工作温度为40C，用常温20C的水作为模具冷却介质，其出口温度为30C，产量为（初算0.5套/min）0.657kg/h.塑件在硬化时每小时释放的热量,查表2-1得ABS的单位热流量为33x104J/kg,即 = 0.657x33x104=21.68X104(J/kg)冷却水的体积流量V (3.9) = ()冷却水的平均流速 (3.10) = =14.53 m/min =0.24 m/s式中 q凹模的冷却水体积流量，q= 0.7310 m/min D冷却水管直径，取d=8 mm (3) 从表查得的资料表明 管径为8的冷却水管所对应的最低流速为1.66 m/s时才能达到湍流状态，但是由于体积流量q没有在表的取值范围内，所以造成了V偏小，如果要达到湍流状态，可以增大体积流量和减小冷却水管直径，但是，冷却的目的就是为了让制品快速冷却，提高生产率，同时改变制品的力学性能，为了达到湍流而增大体积流量是没有意义的，因为在V较小，既层流时就可以达到冷却效果。 (4) 冷却水管壁与水交界面的传热膜系数= (3.11) = =1601 (w/mk)式中 与冷却介质温度有关的物理系数，取7.6。(5）冷却管的传热面积A= (3.12) = =0.0139m 式中 T模具与冷却介质平均温度， T=27.5。 T= T（T+T）/2 =50（20+25）/2 =22.5 (3.13)(6) 冷却水孔总长L L= (3.14)L= =0.55 m (7) 模具上应开设的冷却水孔数 n=L/B=0.550.35 =1.57 (根)取2根式中 哈夫模模具厚度，B=0.34m。(8）冷却水流动状态校核 (3.15) = =1920式中 R雷诺数； 水的运动粘度，=110（m/s）；(9）进出口温差校核TT= (3.16) = =12.44 校核的结果与预期的相差不大，说明实际应用正确。3.7 顶出系统的设计3.7.1 浇口凝料的顶出由于本套模具采用盘形浇口浇注，为了确保分流道的脱落，还应注意脱浇口装置的设计。 对于浇口凝料进行受力分析可知，脱浇口必须克服拉断浇口及凝料对型腔的包紧力，考虑采用拉杆脱料装置。工作过程为：开模时，拉料杆随着动模的下行将浇口凝料拉出，与定模贴和静止不动。当第二次分型开始后，随动模一起运动流道凝料与制件一起被推出，从而使凝料从主流道及拉料杆上脱落，完成脱料动作。主要尺寸的计算： 图3.14 拉料杆拉料杆拉料端采用Z形结构（如上图所示），拉料杆直径为12mm。3.7.2 塑料件的顶出对制件进行受力分析塑料件对凸模的包紧力主要集中在中间型环对型芯的包紧力。鉴于制件为空心无底的圆环形，所以采用推板推出。为防止推板在顶出过程中脱落，本设计采用顶出版和推杆垫板的方法，具体的方法是在顶杆的头部加螺纹，并在推板相应的位置加螺纹孔。顶杆的固定宜采用顶杆轴肩固定在推杆垫板的方式。主要参数计算： 经CAD分析可知：塑料件在脱模方向的投影最大距离为83.25mm，因此开模距离为L=83.25+34+(510)mm。 取L=125mm因为推杆要支撑推板 故直径取的较大 推杆杆直径为d=14mm,推杆间隙为0.05mm.推板及压板按标准选取规格： 推板的厚度为40mm。 压板的厚度为20mm。3.8导向机构的设计3.8.1.导向机构的功用任何一副模具在定动模之间都设置有导向机构。其作用有：1） 定位作用：合模时维持动定模之间的一定方位，合模后保持模腔的正确形状。2） 导向作用：合模时引导动默按序闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧向力。3） 承载作用：采用推件板脱模或三板式模具结构，导柱有承受推件板和定模型腔板的重载荷作用。4） 保持运动平稳作用，对于大中型模具的脱模结构，有保持机构运动灵活平稳的作用。3.8.2、导向机构的设计(1) 导柱 国家标准规定了两种结构形式，带头导柱和有肩导柱。有的导柱开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦，小型模具和生产批量小的模具主要采用带头导柱，大型模具和生产批量大的模具多采用有肩导柱。本次设计选择的是有肩导柱，如图所示 图3.15 导柱(2)导套 直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板须采用带头导套，导套壁厚通常在3-10mm ，视内孔大小而定，大者取大值，带头导套轴向固定容易，此次设计选择的是带头导套，如图所示。图3.16导套3.8.3 承受一定的侧向压力塑料熔体是以一定的注射压力注入型腔的，型腔的各个方向都承受压力，如果塑件是非对称结构或模具设计成非平衡进料形式，就会产生单边的侧向压力，设置导向机构可以承受一定的侧向压力。设计导向机构时应注意：导柱应合理均匀分布在模具分型面的四角，导柱至模具的边缘应有足够的距离，以保证模具的强度；导柱的高度应比型芯端面的高度高出6-8mm，以免在错误定位时，型芯进入凹模型腔相碰而损坏。3.9排气系统的设计模具型腔在塑料的填充过程中，除了型腔内原有的空气外，还有因塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是在高速注射成型时，考虑排气是很必要的。一般是在塑料填充同时，必须将气体排出模外。否则，被压缩的气体产生的高温会引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至阻碍塑件填充等。为了使这些气体能从型腔中及时排出，可采用排气槽等方法。当塑件