卷尺外壳的结构及其模具设计说明书

1 毕业设计（论文） 课题名称： 卷 尺外壳 的结构及 其 模具 设计 系 部： 汽车与机电工程系 专 业： 模具 设计与制造 班 级： 模具 班 姓 名： 学 号： 指导教师： 目 录 1 前言 3 2 卷尺外壳的 结构 设计 4 2 2.1 设计任务与要求 4 2.2 结构设计 4 3 塑件工艺分析 10 3.1 分析塑件使用材料及 成型特点 10 3.2 分析塑件的结构工艺性 10 3.3 塑件精度 的 确定 10 4 型腔数目的确定 11 4.1估算塑件的 体积 、 质量 和选择注射机 11 5 确 定模具结构方案 12 5.1 确定成型位置和分型面 12 5.2 脱模机构的设计 12 5.3 浇注系统的设计 12 5.4 冷却系统的设计 13 5.5 选取模架 13 5.6 型芯、型腔 13 5.7 注射及开模过程 13 5.8 取出制件 14 6 校核注射机有关工艺参数 15 6.1锁模力的校核 15 6.2模具厚度 H与注射机闭合高度 15 7 设计小结 15 致谢 辞 16 参考文献 16 1 前言 塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，树脂可分为天然树脂和合成树脂，塑料大都采用合成树脂。塑料具有可塑性 ，密度小，质量轻，可以利用模具将其成型为具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。 3 塑料工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展应运而生的，目前塑料制件几乎已经进入一切 工业部门以及人民日常生活的各个领域。塑料工业又是一个飞速发展的工业领域。世界塑料工业从 20 世纪 30年代前后开始研制到目前的塑料产品系列化，生产工艺自动化，连续化以及不断开拓功能塑料新领域 ， 它经历了初创阶段（ 30年代以前） 、 发展阶段（ 30年代） 、飞跃 发展 阶段（ 50 至 60年代 ） 、 稳定增长阶段（ 70 年代至今）等这样几个阶段。塑料作为一种新的工程 材料，其不断被开发与应用，加之成型工艺的不断成熟 、 完善与发展，极大地促进了塑料成型方法的研究与应用和塑料成型模具的开发与制造。 模具是工业生产中的重要工艺装备。 模具工业是国 民经济 各个 部门发展的重要基础之一，塑料模具是指用于成型塑料制作的模具，它是型腔模的一种类型。随着机械工业（尤其是汽车，摩托车），电子工业，航空工业，仪器仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件的模具开发，设计与制造的水平也越来越高。 采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一，与切削加工相比，具有材料利用率高、耗 能 低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。 塑料成型技术的发展趋势： （ 1） CAD/CAE/CAM 技术的快速发展和 推广应用 随着科学技术 的不断发展和进步，生产与加工自动化的观念也逐渐深入人心，生产与加工过程离不开产品的设计与开发。 Pro/E是美国 PTC公司推出的使用参数化的三维特征造型技术的大型 CAD/CAE/CAM集成软件，现已成为 CAD/CAE/CAM 领域最具有代表性的软件。 （ 2） 各种模具新材料的研制和使用 模具材料的选用直接影响到模具的制造工艺 、 模具的使用寿命 、 塑件的成型质量和模具的加工成本。 （ 3） 塑料制件的微型化 、超大型化 和精密化 为了满足塑料制件在各种工业产品中的使用要求，塑料成型技术正朝着 微型化 、大型化和超大型化和精密化方向发展。 （ 4） 模具 的标准化 目前，国内外已有 许多标准化的注射模架形式可供设计者选用。 由于需要大批量生产，为提高生产效率，降低成本，故采用模具成批注射生产。选用 丙烯腈 、丁二烯、苯乙烯共聚物（ ABS）作为卷尺外壳的材料，浇注系统采用普通流道，进行一模四腔注射。 本课题用 Pro/E对卷尺外壳进行造型设计以及开模。共分 4个部分 ，内容包括卷尺外壳的尺寸设计，塑件工艺分析，型腔数目的确定，模具结构方案的确定。 2 卷尺外壳的 结构 设计 2.1 设计任务与要求 塑件名称： 卷尺上盖 4 塑件材料： 丙烯腈 、丁二烯、苯乙烯 共聚物 （ ABS） 塑件产量： 大批量 工作要求： 质量轻，外观要求光泽度好，手感舒适， 耐腐蚀，化学稳定性好。 设计目标：设计产品的外形结构如图 2 1 所示。 图 a 是卷尺外壳的二维结构图 ；图 b是卷尺外壳的三维结构图。 a）卷尺外壳二维结构图 b）卷尺外壳的三维结构图 图 2 1 设计的产品 2.2 结构设计 进入零件模块， 在名字编辑框中输入“ pingguo”。单击对话框下部的 按钮，进入三维实体建模环境。 1 设置草绘平面并完成草绘剖面绘制。 在草绘平面内绘制如图 01 所示的剖面图，完成后退 出草绘模式 。 输入拉伸实体特征的拉伸深度“ 5” ， 最后生成的拉伸实体特征如图 02所示。 图 01草绘剖面 图 02最后生成的基础实体特征 2 在实体特征上出壳。 根据系统提示输入壳的厚度“ 1”。单击模型对话框上的 按钮，生成壳特征后的实体特征如图 03所示。 5 图 03 出壳后的实体特征 3 拉伸实体特征。 用 曲线在草绘平面内绘制可得到如图 04所示的草绘剖 面图，完成后退出草绘模式。 根据系统的提示输入拉伸实体特征的拉伸深度“ 3”。 在伸出项 对话框中单击按钮， 最后生成的拉伸实体特征如图 05所示。 图 04 草绘剖面 图 05最后生成的基础实体特征 4 拉伸实体特征。 用 曲线在草绘平面内绘制可得到如图 06所示的草绘剖面图，完成后退出草绘模式。 根据系统的提示输入拉伸实体特征的拉伸深度“ 2.5”。 在伸出项 对话框中单击按钮， 最后生成的拉伸实体特征如图 07所示。 图 06草绘剖面 图 07 最后生成的基础实体特征 5 在实体特征上加入倒圆角特征。 （ 1）在 实体 菜单中选取 倒圆角 选项。 （ 2）根据系统提示选取边线 1 和边线 2为圆角特征的放置参照，然后选取 完成 选项根据系统提示输入圆角半径“ 0.2”。然后单击 按钮，生成倒圆角特征如图 08所示。 6 倒圆角特征。 根据系统提示输入圆角半径“ 0.3”。 生成倒圆角特征如图 09所示。 6 图 08生成的倒圆角特征 图 09生成的倒圆角特征 7 倒圆角特征。 根据系统提示输入圆角半径“ 1.5”。 生成倒圆角特征如图 10所示。 图 10生成的倒圆角特征 8 创建扫描轨迹线。 （ 1）在基本工具条上选取 选项，选取一个草绘平面， 进入草绘模式。 （ 2） 在草绘平面内绘制如图 11所示的剖面图，完成后退出草绘模式。 图 11草绘剖面 9 创建轨迹线。 在草绘平面内绘制如图 12的剖面图，完成后退出草绘模式。 图 12草绘剖面 10 插 基准 点。 在基本工具条上选取 选项。选取一个草绘平面， 进入草绘模式。在7 草绘平面内绘制如图 13所示的剖面图，完成后退出草绘模式。 最后生成的特征如图 14。 图 13草绘剖面 图 14生成的曲线和点特征 11 创建切剪扫描混合特征。 在 菜单管理器 中依次选取 零件 /特征 /创建 /实体 选项，在 实体 菜单中选取切剪材料 ，在 实体选项 菜单中选取 高级 选项，然后点 完成 。在 高级特征选项 菜单中选取 扫描混合 ，点 完成 。在 混合选项 菜单中点 完成 。再点 选取轨迹 ，在 链 菜单中选取 依次 选项，选取想要切剪扫描的轨迹，再点 完成 。在 截面定向 菜单中选取自动 /完成 。在 确认选择 菜单中点 接受 ，旋转角度 0 度。截面 1 画一个点。截面 2画直径 0.2的圆，截面 3画直径 0.3的圆，截面 4画直径 0.4的圆，截面 5画 0.5的圆，截面 6画直径 0.5的圆。最后点 确定 。生成特征如图 15。 图 15生成的切剪扫描特征 12 创建切剪扫描 混合特征。 依次把卷尺叶子切剪扫描出来。如图 16 所示。 图 16最后生成特征 13 倒圆角特征。 根据系统提示输入圆角半径“ 0.1”。 生成倒圆角特征后的实体特征如图 17所示。 8 图 17生成的倒圆角特征 14 切剪材料特征。 选取 偏距 选项。 选取 TOP 面 。 输入 值 “ 5”。 然后 选取偏距 按钮，选择要偏距的轮廓，输入值：“ -1“。 。选取 正向 ，盲孔：“ 0.2”最后按 。 15 切剪材料特征。 用圆弧 在草绘平面内绘制可得到如图 18 所示的草绘剖面图， 输入拉伸实体特征的拉伸深度“ 2”。 单击 按钮， 最后生 成的拉伸实体特征如图 19 所示。 图 18草绘剖面 图 19 最后生成的基础实体特征 16 拉伸实体特征。 用圆弧 在草绘平面内绘制可得到如图 20 所示的草绘剖面图， 输入拉伸实体特征的拉伸深度“ 7.5”。最后生成的拉伸实体特征如图 21 所示。 图 20草绘剖面 图 21最后生成的基础实体特征 17 切剪材料特征。 用直线 在 TOP 平面内绘制可得到如图 22 所示的草绘剖面图， 输入拉伸深度 为 穿过所有 。 单击 按钮， 最后生成的拉伸实体特征如图 23 所示。 图 22草绘剖面 图 23最后生成的基础实体特征 9 18 拉伸实体特征。 用直线 在草绘平面内绘制可得到如图 24 所示的草绘剖面图， 输入拉伸深度“ 3”。 在伸出项 对话框中单击 按钮， 最后生成的拉伸实体特征如图 25所示。 图 24草绘剖面 图 25最后生成的基础实体特征 19 拉伸实体特征。 用直线 在草绘平面内绘制可得到如图 26 所示的草绘剖面图， 输入拉伸深度“ 3”。 在伸出项 对话框中单击 按钮， 最后生成的拉伸实体特征如图 27所示。 图 26草绘剖面 图 27 最后生成的基础实体特征 20 拉伸实体特征。 用圆 在草绘平面内绘制 直径为“ 1”的圆 ， 输入拉伸深度“ 6”。 在伸出项 对话框中单击 按钮， 最后生成的拉伸实体特征如图 28所示。 图 28最后生成的基础实体特征 21 至此，卷尺外壳上盖的结构 设计完毕。如图 29a、 b所示 a卷尺外壳上盖正面 b卷尺外壳上盖反面 10 22 卷尺外壳下盖的结构设计结果如图 30所示 23 设计的卷尺外壳上盖和下盖整体组装图如图 31所示。 图 30为卷尺外壳下 盖 图 31为卷尺外壳上下盖组装图 3 塑件工艺分析 3.1 分析塑件使用材料及 成型特点 使用材料： ABS材料是 由 丙烯腈 、 丁二烯 、 苯乙烯 共聚而成的。具有耐腐蚀及表面硬度，坚韧且 有 良好的加工性和染色性能。无毒无味。（ ABS）的容重 r=1.04 g/cm3. 成型特点： ABS在升温时黏度增高， 所以 成型压力较高 ， ABS易吸水， 成型 加 工前应进行干燥处理 ； ABS 易产生熔接痕 。 在要求塑件精度高时，模具温度可控制在 50 60，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度可控制在 60 80， 材料收缩率为 0.6%。 3.2 分析塑件的结构 工艺性 此产品是整体机构 的 简单小型塑件，外观要求光泽度好， 手 感舒适，尺寸要求并不高。 3.3 塑件精度 的 确定 塑件尺寸公差（ SJ1372），选择 公差 等级 8 级。 11 4 型腔数目的确定 4.1 根据塑件的形状估算体积和质量 采用相似取植法来计算： VS=Va Vb = R2H r2h =1.745 cm3 H=5mm h=4mm R=20mm r=19mm 取塑件体积为： VS=1.8 cm3 塑件体重为： Gs=VSr =1.8 1.04=1.872g 式中 r 为塑料容重（ PC 的容重 r=1.04g/cm3） 主流道体积 和冷料穴的体积 ： V1= 1/3 （ 8/2） 2 （ 5/2） 2 80 =0.816 cm3 分流道体积： V2= （ 5/2） 2 20 4/2 =0.785cm3 浇口体积： V3= （ 1.0/2） 2 1.0 =0.000785 cm3 注射 机额定注射量 GB，每次注射量不超过最大注射量的 80% 即 n=(0.8GB Gj)/GS 式中 ： n 型腔数 Gj 浇注系统重量（ g） GS 塑件重量（ g） GB注射机额定注射量（ g） 浇注系统的体积： Vj=0.816+0.785+0.000785=1.6 cm3 Gj =1.6 1.04=1.67g n=(0.8GB Gj)/GS GB （ nGS+Gj） /0.8 设 n=4 =(4 1.872+1.67)/0.8 =11.45g 理论注射量为： 11.45/1.04=11 cm3 根据结果选： SZ 60/450 型注射机。 12 5 确定模 具结构方案 5.1 确定成型位置和分型面 由于塑件外观完整，并没有其他结构，考虑塑件的外观质量，按分型面选择塑件外形最大的轮廓原则，同时考虑分型面有利于塑件顺利脱模的原则。将分型面取在塑件下端最大平面处。 装配图 如图 32 所 示。 图 32 卷尺外壳的模具装配图 注： A-A（主分型面）， B-B（副分型面） 5.2 脱模机构的设计 当从分型面 A A 开模时， 在弹簧和 拉料杆 的 作用下，将塑件留在动模一侧。当开模到一定的距离后 ； B B 分开，在推杆的作用下将塑件顶出 型芯 ， 塑件脱离模具， 推杆采用 复位 杆复位 。 5.3 浇注系统的设计 用点浇口从零件上表面进料 ，因为是一模四腔，所以要设置分流道。 用点浇口可实现脱模时，浇注系统凝料能与塑件自动分离，可从模具中自动推出。 5.3.1主流道的设计 在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成截面为圆形，整体为圆锥型，其锥角为 2 6 。小端直径 d取值为 5mm, 由于小端的前面是球面，其深度为 1-5mm,取值为 2mm。注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大 1-2mm,取 R=21mm. 浇口套设计成整体式，与 模 板间的配合采用 H7/m6的过 渡 配合。 13 5.3.2分流道设计 分流道开设在定模 板 一侧，其截面形状采用半圆形 ， 直径 d=5mm， 长度取值为 mm。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体的流动状态比较理想。因此，分流道表面粗糙度要要求不能太低，一般 Ra取 1.6um,可增加对外层塑料熔体的流动能力，使外层塑料的冷却皮层固定，形成绝热层。因型腔矩形状分布，则分流道一般用“非”字状布 置，即平衡式。 5.3.3浇口的设计 采用点浇口形式，这种浇口截面尺寸很小 。由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热。流动性增加，有利于型腔的充填。 根据经验值，对中小型塑件， 点浇口的尺寸为 d=0.5 1.5mm,取 d=1.0mm。浇口的长度L=0.5 2.0mm,取 L=1mm。 5.4 冷却系统的设计 考虑由于 ABS成型时要求模温在 60-80， 再 加上塑件精度不高，故不设置加热系统，只在定模型腔板上设置 四 个冷却 水 孔 。 5.5 选取模架 通过对定模型腔的侧壁 厚和板厚的尺寸计算 ， 选取国标模架 A2-315 315-16-F1。 其导柱等标准件皆从模架中选取 5.6 型芯 、 型腔 设计的 型芯和型腔模具结构图如图 33 所示。其中 a）图为型芯； b）图是型腔。 a） 型 芯 b） 型腔 图 33 模具的型芯和型腔结构图 5.7 注射及开模过程 当凸模与凹模合并时，熔融的塑料在螺杆的作用下输送至喷嘴附近，堆积到一定量后在螺杆的作用下将熔料通过喷嘴注入温度较低的闭合 模具型腔中，保压一定时间，熔融塑料冷却固化，开合模机构将模具打开。如图 34 所示。 14 图 34为模具开模过程 5.8 取出制件 在推出机构的作用下将制件顶出。如图 35 所示。 图 35注射成型的制件 15 6 校核注射机有关工艺参数 6.1 锁模力的校核 FZ=P(n A +A1)FP =40(4 202+4 100) =216.96 KN FP=450 KN 式中： FP 注射机额定锁模力，按国标 SZ-60/450 型注射机额定锁模力为 450KN A 塑件在分型面上的投影面积（ mm2） A1 浇注系统在分型面上的投影面积（ mm2） P 注射压力 6.2 模具厚度 H与注射机闭合高度 双分型面注射模，其开模行程按下式校核， S H1+H2+a+(510) 式中 S 注射机行程 H1 脱模距离 H2 塑件高度 a浇注系统高度 则： H1+H2+a+(510)=10+5+80+10=105 220 能够满足要求。 7 设计小结 此次毕业设计 是 从模型设计到模具的设计，形成了一条连续的脉络。 本课题 对卷尺外壳进行 结构设计，并对制造该外壳的塑料模进行工艺分析及模具设计。首先采用 Pro/E软件进行三维造型，再通过 分型面 分出模具型芯和型腔。此