镜框塑料模设计与制造.doc

南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计 论文 学院 系 机电工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 指导教师 蔡广宇 教授 完成日期 年 月 南南 阳阳 理理 工工 学学 院院 本本 科科 毕毕 业业 设设 计 论文 计 论文 镜框塑料模设计与制造镜框塑料模设计与制造 Plastic Mold Design and Manufacturing Frame 总计 毕业设计 论文 31 页 表 格 5 个 插 图 19 幅 镜框塑料模设计 南南 阳阳 理理 工工 学学 院院 本本 科科 毕毕 业业 设设 计 论文 计 论文 镜框塑料模设计与制造镜框塑料模设计与制造 Plastic Mold Design and Manufacturing Frame 学 院 系 机电工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 职称 蔡广宇 教授 评 阅 教 师 完 成 日 期 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology 镜框塑料模设计 镜框塑料模设计与制造 机械设计制造及其自动化 李如灿 摘 要 本课题是对镜框塑料模进行设计 通过对镜框零件的分析 记录塑件中 存在的制造缺陷 测量出实体零件各部分的尺寸 从而画出正确的零件图 然而主要 问题是塑料模具的设计 通过对镜框零件的工艺性分析 确定模具用一模一腔形式 并且采用点浇口进行 进料浇注系统 推管推出机构 斜导柱侧向分型抽芯机构 导柱导向结构的合模导向 机构 组合式的成型零件结构形式并对成型零件尺寸进行了计算 对模具安装的注射 机进行的初步选择和校核 最后确定了合理的模具结构设计 关键词 塑料模 工艺分析 结构 镜框设计 Plastic Mould Design Frame Mechanical Design and Manufacturing and Automation major LI Ru can Abstract This topic is on plastic mould design frame Through the analysis of the components of frame Records of plastic parts in manufacturing defects Measuring the size of each part of physical components The main problem is plastic mould design Through the analysis of technology of frame parts Determine exactly a cavity mould with form and a point for incoming gating system Push tube slanting guiding pole launch institutions side parting core pulling mechanism the mould structure column orientation steering mechanism of forming parts and components of molding structure size was calculated the installation of mould injection machine and the preliminary finally the reasonable structure of mould design Key Words Plastic mould Process analysi Structure Frame design 镜框塑料模设计 目目 录录 1 前言 1 1 塑件制品分析 2 1 1 明确制品设计要求 2 1 2 塑件材料分析 2 1 2 1 ABS 成型条件 3 1 2 2 ABS 成型特性 3 1 3 塑件结构工艺性分析 4 1 3 1 塑件尺寸 精度及表面粗糙度 4 1 3 2 壁厚 4 1 4 明确制品批量 5 1 5 计算制品的体积和质量 5 2 注塑机的选用 6 2 1 注塑机两种类型的优 缺点 6 2 2 注塑机的选用 6 3 模具材料的选用 7 3 1 模具材料的选定原则 7 3 2 本设计模具上零件的材料及热处理 7 4 模具结构设计 8 4 1 分型面的确定 8 4 2 浇注系统的设计 9 4 2 1 主流道设计 9 4 2 2 冷料穴设计 10 4 2 3 分流道设计 10 4 2 4 浇口的设计 11 4 3 推出机构的设计 11 4 3 1 推出机构的结构组成 11 镜框塑料模设计 4 3 2 推出机构的设计 11 4 3 3 推出机构的形式 11 4 3 4 设计推出机构必须注意以下满足条件 12 4 4 推出机构的导向与复位 12 4 4 1 导向零件 12 4 4 2 复位零件 12 4 5 侧向抽芯机构设计 13 4 5 1 斜导柱设计 13 1 斜导柱的结构及技术要求 13 2 斜导柱倾斜角 14 4 斜导柱直径的确定 14 5 斜导柱的长度计算 15 4 5 2 滑块设计 15 4 5 3 滑块定位装置设计 15 4 5 4 锁紧楔设计 16 4 6 成形零件的设计 16 4 6 1 凹模的结构 16 4 7 注射模导向结构的设计 17 4 7 1 设计导柱 导套时的注意事项 17 4 7 2 导柱 导套在模板的位置 19 4 8 成型零件工作尺寸计算 19 4 8 1 影响工作尺寸的因素 19 4 8 2 凸 凹模工作尺寸的计算 20 4 9 其他小件的形状及尺寸 22 4 9 1 浇口套的形状及尺寸如图 16 所示 22 4 9 2 复位装置的形状及尺寸如图 17 所示 22 5 模具总体尺寸以及各模板厚度的确定 22 6 注射机参数的校核 23 6 1 最大注射量的校核 23 6 2 锁模力校核 23 6 3 模具与注射机安装部分相关尺寸计算校核 24 镜框塑料模设计 6 4 开模行程校核 24 7 模具装配图及工作原理 25 8 部分模具零件的加工工艺规程的编制 26 结论 28 参考文献 29 附录 30 致谢 31 镜框塑料模设计 1 1 前言 模具工业已被我国正式确定为基础产业 并在 十五 中列为重点扶持产业 由 于新技术 新材料 新工艺的不断发展 促使模具技术不断进步 对人才的知识 能 力 素质的要求也在不断提高 模具是工业产品生产用的重要工艺装备 它是以其自 身的特殊形状通过一定的方式使原材料成形 现代产品生产中 模具由于加工效率较 高 互换性好 节省原材料 所以得到广泛应用 在现代制造业发展的过程中 模具 已经成为衡量国民经济发展水平的重要标志 随着科学技术的进步 计算机技术的迅 速发展 CAD CAM CAE 技术在模具中得到广泛应用 可以用是三维建模软件进行模具设 计 装配 进行材料应力分析 这些都是本设计完成的基础条件 近年来 中国模具市场对精密 大型 复杂型 长寿命模具的需求量有所增长 预计到 2010 年 国内模具市场需求量将在 1 200 亿元人民币左右 专家分析 从 1997 年开始 随着汽车 装备制造业 家用电器的高速增长 中国 国内模具市场的需求开始显著增长 虽然到 2006 年中国模具工业总产值已达 516 亿元 但属 大路货 的冲压模具 压铸模具等约占总量的 80 已经进入中国的少量外资 模具企业开始生产各种高精大多功能模具 但目前仍供不应求 据介绍 目前中国汽车模具潜在市场十分巨大 质量好的冲压模具在汽车整车等 行业供不应求 压铸模具在汽车零部件 装备制造业等行业需求激增 注塑模具在家 用电器等行业发展潜力也很大 另外 特种模具也有较大的发展前景 未来模具技术 的发展趋势可以归结为以下几点 1 全面广泛应用 CAD CAM CAE 技术 2 不断 提高模具标准化程度 3 优质材料及现金表面处理技术 4 模具制造技术的高效 快速 精密化 本次毕业设的题目为镜框塑料模设计与制造 在本次设计中 利用 CAD UG 等软 件进行绘图 设计出各块板块的尺寸 对零件进行模具设计并采用半合式加工方法对 其进行加工 且进行抽芯处理 既要设计抽芯机构 又要计算抽芯距离 以及对抽芯 材料 注射机的选取 典型机构的设计 以满足塑件成型的需要 这些都是完成本设 计的关键 通过对镜框塑料模的设计 使我们能够掌握注塑模具设计的具体步骤 充 分认识到模具设计要与工厂的设备 技术水平 生产纲领相适应 并采取相应的措施 以适应生产环境 培养和提高学生独立设计注塑模具的能力 达到中级注塑模具设计 人员水平 为我们毕业后从事注塑等模具方面的生产 设计 管理工作做好技术准备 前言说明你研究对象和研究方法 镜框塑料模设计 2 1 塑件制品分析 1 1 明确制品设计要求 下图为一镜框塑零件图 图 1 镜框 技术要求 1 零件表面应无毛刺 飞边 划伤 起皮等缺陷 2 未注脱模斜度 1 3 材料 ABS 4 公差等级按未注公差 MT5 B 级精度 该产品精度及表面粗糙度要求 Ra1 6 精度及表面粗糙度要求不高 且有一定的配 合精度要求 1 2 塑件材料分析 该塑件使用材料为苯乙烯 丁二烯 丙烯腈共聚物 ABS 该材料为让热塑性材 料 具有良好的流动性 镜框塑料模设计 3 1 2 1 ABS 成型条件 查 塑料模设计手册 表 1 4 ABS 的成形条件如表 1 表 1 ABS 成形条件 缩写缩写 ABSABS 注射成形机类型螺杆式 密度 g cm 1 03 1 07 计算收缩率 0 3 0 8 预热 温度 80 85 时间 h 2 3 后段150 170 中段165 180 料筒 温度 前段180 200 喷嘴温度 170 180 模具温度 50 80 注射压力 MPa 60 100 注射时间20 90 高压时间0 5 冷却时间20 120 成形 时间 秒 50 220 螺杆转速 r min 30 使用注射机类型螺杆 柱塞均可 方法红外线灯 烘箱 温度 70 后处理 时间 h 2 4 说 明该成形条件为加工通用级 ABS 料时所 用 1 2 2 ABS 成型特性 查 塑料模设计手册 表 1 5 得 ABS 的成形特性 1 无定形料 其品种牌号 很多 各品种的机电性能及成形特性也各有差异 按品种确定成形方法及成形条件 2 吸湿性强 含水量应小于 0 3 必须充分干燥 要求表面光泽的塑件应要长时 间预热干燥 3 流动性中等 溢边料 0 04mm 左右 流动性比聚苯乙烯 AS 差 但 镜框塑料模设计 4 比聚碳醋酯 聚氯乙烯好 4 比聚苯乙烯加工困难 宜取高料温 模温 对耐热 高抗冲击和中抗冲击型树脂 料温更宜取高 料温对物性影响较大 料温过高宜分解 分解温度为 250 左右 比聚苯乙烯易分解 对要求精度较高塑件模温宜取 50 60 要求光泽及耐热型料宜取 60 80 注射压力应比加工聚苯乙烯的高 一般用柱塞式注射机时料温为 180 230 注射压力为 100 140MPa 螺杆式注射 机则取 160 220 70 100MPa 5 模具设计是要注意浇注系统对料流阻力小 浇口处外观不良 易发生熔接痕 应注意选择浇口位置 形式 顶出力过大或机械加 工时塑件表面呈现 白色 痕迹 但在热水中加热可消失 脱模斜度宜取 2 以上 1 3 塑件结构工艺性分析 塑件的结构工艺性事指塑件在满足使用要求的前提下 其结构应尽可能符合成 形工艺要求 从而简化模具结构 降低生产成本 在进行塑件结构设计时 应考虑以 下几方面的因素 1 塑件的物理与力学性能 电性能 耐化学腐蚀性能和耐热性能 等 2 塑件的成形工艺性 如流动性 收缩率等 3 模具的总体结构 特别是 抽芯与脱模的复杂程度 4 模具零件的形状及其制造工艺 5 塑件的外观质量 塑件的结构工艺性的内容很多 现主要叙述如下内容 1 3 1 塑件尺寸 精度及表面粗糙度 1 尺寸 塑件尺寸的大小取决于塑件的流动性 设计模具时要保证塑件零件图 上所标注的基本尺寸 并保证具有精度要求的尺寸 2 精度 ABS 塑料的精度等级 高精度 MT2 一般精度 MT3 该塑件的精 度等级为未注公差尺寸 MT5 3 表面粗糙度 塑件的表面粗糙度 Ra 一般为 0 8 m 0 2 m 而模具的表面粗糙 度数值要比塑件低 1 2 级 所给塑件的表面粗糙度为 Ra1 6 m 故可实现 1 3 2 壁厚 塑件的壁厚主要取决于塑件的使用要求 但壁厚的大小对塑件的成形影响很大 壁厚过小 成形时流动阻力大 难以充型 壁厚过大则浪费材料 还易产生气泡 缩 孔等缺陷 因此必须合理选择塑件壁厚 查 中国模具设计大典 第二卷 表 8 5 10 知 ABS 塑件的最小壁厚为 0 5 mm 最 大壁厚为 2mm 通过测量该塑件的壁厚为 1mm 故该塑件的壁厚符合要求 1 3 4 脱模斜度 脱模斜度是指平行于模具启闭模方向 塑件壁面所应具有的倾斜度 由于塑件在 模塑成形过程中 塑料从熔融状态转变为固体状态 将会产生一定量的尺寸收缩 从 而使塑件紧紧地包在模具型芯 则需在塑件内外壁有足够的脱模斜度 镜框塑料模设计 5 查 中国模具设计大典 第二卷表 8 5 7 知 ABS 塑件外表面脱模斜度为 40 1 20 塑件内表面为 30 1 该塑件选用的脱模斜度为 1 符合设计要求 1 4 明确制品批量 该产品大批量生产 故设计的模具要有较高的注塑效率 浇注系统要能自动脱模 可采用点浇口自动脱模结构 由于该塑件有 3 个小柱 需要半合式侧向抽芯机构 故 模具采用一模一腔结构 浇口形式采用点浇口 由于塑件壁薄且为圆形状 所以采用 三点进料 以利于充满型腔 1 5 计算制品的体积和质量 该产品材料为 ABS 有前面查表可知其密度为 1 03 1 07 g cm 收缩率为 0 3 0 8 计算出其平均密度为 1 05 g cm 平均收缩率为 0 55 通过 UG 建模测量得知该塑件的质量 M 塑件 1 03g 该塑件的体积 V 塑件 M 塑件 4 1 05 0 985 cm 式 1 式中 塑件密度 g cm 浇注系统体积 V 浇注 5 417cm 浇注系统质量 M 浇注 V 浇注 5 417cm 1 05 g cm 5 69g 故 V 总 V 塑件 V 浇注 0 958cm 5 417 cm 6 475g 式 2 M 总 M 塑件 M 浇注 1 03g 5 69g 6 72g 镜框塑料模设计 6 2 注塑机的选用 2 1 注塑机两种类型的优 缺点 采用卧式注射机的优点是注射部分和锁模部分在同一水平线上 工作位置低 操 作方便 稳定性好 顶出后塑件可以自动脱模 是应用广泛的注射机 适用于大 中 小个各型注射机 但唯一的缺点是占地面积大 采用立式注射机的优点是占地面积小 缺点是操作位置高 对于注射量大的注射 机 势必使注射机高度增加 操作台升高 操作不方便 注射机的工作稳定性也减少 因此 立式注射机多限于小型注射机 2 2 注塑机的选用 根据塑件制品的体积或质量 查 模具设计与制造实训 的附录 5 的附表 5 1 选 定注塑机型号为 XS ZY 125 注塑机的参数如表 2 所示 表 2 注塑机参数 螺杆 柱塞 直径 mm 30 42 45 最大理论注射容量 cm 125 注射压力 N cm 12000 14600 11900 10400 锁模力 KN 1000 900 拉杆间距 H V mm mm 487 450 最大注射面积 cm 300 320 最大模具厚度 H mm 300 最小模具厚度 H1 mm 200 145 10 模板最大距离 L mm 600 模板行程 L1 mm 375 300 喷嘴圆弧半径 R mm 12 喷嘴孔径 d mm 3 喷嘴移动距离 mm 210 推出形式两侧顶出 没有推板 机械推出 其他总力 280KN 开模力 8T 顶杆最大距离 190 mm 镜框塑料模设计 7 3 模具材料的选用 3 1 模具材料的选定原则 在选择模具材料时 需要注意一下几点原则 1 机械加工性能良好 易切削 适于深孔 深沟槽 窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工 2 抛光 性能良好 没有气孔等内部缺陷 显微组织均匀 具有一定的使用性能 40HRC 3 良好的表面腐蚀加工性 要求钢材质地细而均匀 适于花纹腐蚀加工 4 耐磨 损 有韧性 可以在热交变荷的作用下长期工作 耐摩擦 5 热处理性能好 具有 良好的淬透性和很小的变形 易于渗氮等表面处理 6 焊接性好 具有焊接性 焊 后硬度不发生变化 且不开裂 变形等 7 热膨胀系数小 热传导效率高 防止变 形 提高冷却效果 8 性能价格比合理 市场上容易买到 供货期短 在选择注射模具钢材时 要综合考虑塑件的批量 尺寸精度 复杂程度体积大小 和外观要求等因素 该塑件的生产批量大 尺寸精度要求高 应选用优质模具钢 3 2 本设计模具上零件的材料及热处理 本设计模具上用到得材料及其处理方法如表 3 所示 表 3 所选用的材料及其处理 零件名称零件名称材料牌号材料牌号热处理热处理硬度硬度 动 定模座板 45 调质230 270HB 推管 T10A 淬火54 58HRC 定模固定板 45 调质230 270HB 动 定模板 45 调质230 270HB 动模镶块 P20 调质50 55HRC 型芯 P20 调质50 55HRC 支承板 45 调质230 270HB 垫块 45 调质 230 270HB 推板 45 调质230 270HB 推杆固定板 45 调质230 270HB 定距拉板 45 调质230 270HB 镜框塑料模设计 8 导柱 导套 T8A 淬火50 55 HRC 螺钉 螺栓 45 淬火43 48HRC 限位销 45 淬火43 48 HRC 推杆 复位杆 45 淬火43 48HRC 弹簧 60Si2Mn 调质230 270HB 浇口套 T8A 淬火50 55HRC 斜导柱 T8A 淬火54 58HRC 锁紧楔 45 淬火43 48HRC 滑块 T10A 淬火54 58HRC 侧型芯 P20 淬火 55HRC 4 模具结构设计 4 1 分型面的确定 选择分型面应考虑的问题是 1 是否能确保塑件的成型质量 2 分型面设 置的部位再清除毛刺及飞边时是否容易 3 是否有利于排除模型腔内的气味 4 动 模与定模分开后 塑件能否留在动模内 分型面选择需遵循以下几个原则 1 分型面应设置在塑件外形最大轮廓处 2 分型面选择应尽可能使塑件留在动模 3 分型面选择应保证塑件的精度要求 4 分 型面选择应考虑塑件外观质量 5 分型面选择应考虑排气效果 6 拔模斜度较小或 塑件较高时 为了便于脱模 可将分型面选在塑件的中间部位 该塑件为圆形 表面质量无特殊要求 塑件的高度为 12mm 分型面选择如图 2 所 示 这样既能降低模具的复杂程度 减少模具的加工难度 又便于成型后的脱模 图 2 分型面选择 镜框塑料模设计 9 4 2 浇注系统的设计 浇注系统是指模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道 浇注系统的作用是 将塑料熔体均匀的送到每个型腔 并将注射压力有效地传送到型腔的各个部位 以获 得形状完整 质量优良的塑件 浇注系统一般由主流道 分流道 浇口和冷料穴等四 部分组成 对于浇注系统设计的要求如下 1 重点考虑型腔布局 2 热量及压力损失要小 则浇注系统流程应尽可能短 截面尺寸尽可能大 弯折尽量少 表面粗糙度要低 3 均衡进料 即分流道尽可能采用平衡式布置 4 塑料耗量要少 满足各型腔充满的前 提下 浇注系统容积尽量小 5 消除冷料 浇注系统应尽能收集温度较低的 冷料 6 排气良好 7 防止塑件出现缺陷 避免熔体出现不足或塑件出现气孔 缩孔 残余应力 8 保证塑件外观质量 9 较高的生产效率 10 充分利用塑件熔 体的流动特性 4 2 1 主流道设计 主流道是指注射机喷嘴与型腔 单型腔 或与分流道连接的这一段进料通道 是 塑料熔体进入模具最先经过的部位 它与注射机喷嘴在同一轴心线上 在卧式注射机 模具中 主流道垂直于分型面 根据 塑料模设计手册 查得 XS ZY 125 型注塑机喷嘴前端孔径 D 4mm 喷嘴前端 球面半径 SR 12mm 根据模具主流道与喷嘴的关系 R R 2 3 mm 及 D D 0 5 1 mm 故取主流道球 面半径 SR 13mm 小端直径 D 3mm 为了便于将凝料从主流道中拔出 将主流道设计成圆锥形 其斜度为 2 6 表面粗糙度 Ra2000 时 K 取 0 07 F 400 cm 2000 cm 时 K 取 0 08 FpA 式 12 F锁 式中 p 熔融型料在型腔内的压力 该产品 p 40 80MPa A 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和 经计算 A 815 44mm 2 锁 F 注塑机的额定锁模力 故 pA 80 815 44 65 2KN 锁 F 选定的注塑机为 900KN 满足要求 镜框塑料模设计 25 6 3 模具与注射机安装部分相关尺寸计算校核 模具闭合高度长度尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合 模具长 宽 拉杆面积 模具的长 宽为 320mm 300mm 故满足要求 模 H min H 6 4 开模行程校核 注塑机的最大行程与模具厚度有关 如全液压合模机构的注塑机 故注塑机的开 模行程应满足下式 5 10 mm 式 13 机 S 模 H min H 1 H 2 H 式中 顶出距离 mm 1 H 包括浇注系统在内的塑件高度 mm 2 H 注塑机最大开模行程 mm 机 S 因为 300mm 250 200 mm 250mm 机 S 模 H min H 5 10 mm 15mm 45mm 5 65mm 1 H 2 H 故满足要求 镜框塑料模设计 26 7 模具装配图及工作原理 经过设计及审核 最后完成的装配图如下所示 图 18 镜框塑料模装配图 1 支承钉 2 内六角螺钉 3 动模座板 4 推板 5 推板固定板 6 弹簧 7 垫块 8 动模垫板 9 中间板10 动模板 11 定模板 12 圆柱销 13 定模垫板 14 内六角 螺钉 15 定距拉板16 滑块 17 锁紧楔 18 斜导柱 19 浇口套 20 导柱1 21 导柱2 22 导套1 23 型芯 24 弹簧止动销 25 导套2 26 推管 27 内六角螺 钉28 内六角螺钉 镜框塑料模设计 27 其工作原理及过程如下 合模时 在导向机构的引导下动模与定模正确对合 并在注塑机提供的锁模力作 用下 动定模紧密贴合 注射时 塑料熔体由模具浇注系统进入型腔 经保压 补缩 和冷却定型等过程后开模 开模时 动模后移 由于斜导柱18的限制作用 滑块16随动模后移时 会在动模 板10的导滑槽内向外侧移动 即实现侧抽芯 直至侧型芯与塑件完全脱开 抽芯动作 完成时 塑件则包紧在大型芯23随动模后移 由于弹簧的作用 迫使定模板与动模板 一起后移 即完成第一次分型 主流道凝料随之拉出 当限位销与定距拉板3接触时 定模板停止移动 动模板继续后移 完成第二次分型面 由于塑料包紧在大型芯23上 浇注系统凝料就在浇口处于塑件分离 然后在第一次分型面处自然脱落或人工取出 动模继续后移 当注塑机的顶杆与推板接触时 推出机构开始工作 塑件由推管26从 凸模上推出 塑件由第二次分型面处取出 合模时 斜导柱使滑块向内移动 推出机构由弹簧6复位 合模结束 侧型芯则完 全复位 最后锁紧楔将其锁紧 准备下一次注塑 8 部分模具零件的加工工艺规程的编制 1 小导柱的加工工艺过程如表 5 所示 图 19 小导柱 由上图 对小导柱进行工艺分析 可得到下表 如表5 镜框塑料模设计 28 表 5 JTF 003 0 20JTF 003 0 20 件件 号号名名 称称数数 量量件件图图 号号29小导柱44 F20 110mm 下 料 工工 序序 简简 图图 序 号 工 种 工 作 内 容 1车粗车外圆20 至18 车端面 2车车18 至16 5 3车车退刀槽 4车车16 5 至14 车14 至12 6 5车车端面倒角 打中心孔 车断调头装夹 车端面倒角 打中心孔 7钳渗碳 淬火 56 60HRC 8修研中心孔 9 与动模座板配磨 靠12 右端面见光 成 06 0 06 0 16 镜框塑料模设计 29 结论 通过这次磨具设计使我对学过的模具设计课程 制造工艺课程 工程制图课程及 CAD软件课程等其他先修课程的理论和实际知识更加深刻更加熟练 UG CAD等软件的 应用使模具设计周期大大缩短 并且可