水杯注塑模具设计.doc

水杯注塑模具毕业设计 河南工程学院河南工程学院毕业设计水杯注塑模具设计学生姓名： 娄万里 系（部）： 机械系专 业： 计算机辅助设计与制造学 号： 26504118指导教师： 王静 2009年5月25日摘要本设计分析了水杯的模具工艺，根据塑件的结构特点，进行塑件的设计，模具的结构设计，确定塑件成型工艺及设备，选择设备型号及规格，并校核与模具有关的工艺参数，确定模具总体结构方案。选择合适的标准模架，确定模具成型零件的材料及加工方法。整个过程以SolidWorks，Pro-e软件为平台，并利用Pro-e的模具模块生成型腔和型芯，然后生成装配图和零件图，并最终生成所有工程图。关键字：模具，水杯，SolidWorks,Pro-e，AbstractAnalysis of the design of the cup mold process, according to the Plastic Parts structural features, the design of plastic parts, Die structure design, plastics molding technology and equipment, selection of equipment models and specifications, Check and die and the process parameters, to determine the overall structure of the program die. Choose a suitable standard mold, mold components to determine the material and processing methods. The whole process to SolidWorks，Pro-e software for the platform, and the use of Pro-e mold module generation cavity and core, and then generate parts and assembly plans, and the creation of all engineering drawings. Key word:Mold, cup, SolidWorks, Pro-e目录前言.4一、设计任务书5二、塑件的工艺性分析5三、塑件注射工艺参数的确定6四、注塑机的选择.8五、注射模的结构设计.8六、模具设计的有关尺寸9七、注塑机有关参数的校核.12八、成型零件结构设计14九、脱模机构设计.15十、侧向分型与抽芯机构的设计.16十一、模具加热与冷却系统设计.18结束语.20致谢.21参考文献.22前言中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。一 设计任务书本次设计为水杯,其零件图及造型图如下图所示.本塑件的材料选用ABS, 材料密度： 1.03吨/立方米，收缩率0.5%。产品生产量10万件。产品要求：外表面光滑、不能有明显凹痕、毛刺、擦伤等缺陷。二. 塑件的工艺性分析1.原材料分析塑件的材料采用ABS,属于热塑性塑料. 综合性能比较好：机械强度高；抗冲击能力强，低温时也不会迅速下降；缺口敏感性较好；抗蠕变性好，温度升高时也不会迅速下降；有一定的表面硬度，抗抓伤；耐磨性好，摩擦系数低，较小的收缩率，较宽的成型工艺范围。另外,该塑料成型时易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷。因此，在成型时注意控制成型温度，浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。2. 塑件的结构和尺寸精度及零件表面质量分析1）结构分析：通过查阅详细的零件图，该零件总体尺寸为126*86*95。该零件结构比较简单，但是手柄处需要额外的抽心机构。2）尺寸精度分析：该零件结构简单，该零件的尺寸精度为中等，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。 从零件的壁厚上来看，薄壁厚度最大为 4 mm，最小厚度为 3mm ，厚度差为 1mm ，较均匀，有利于零件的成型。3）表面质量分析。该零件要求表面没有缺陷，毛刺，飞边，故比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制的较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。三. 塑件注射工艺参数的确定1. 注塑工艺参数对制品成型的影响1). 塑料材料 在注塑模具的设计过程中，模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出方案的设计，都和塑料本身的性质密切相关。具体材料参数见模具简明手册 2). 注射温度 熔体流入冷却的型腔，因热传导而散失热量。与此同时，由于剪切作用而产生热量，这部分热量可能较热传导散失的热量多，也可能少，主要取决于注塑条件。熔体的粘性随温度升高而变低。这样，注射温度越高，熔体的粘度越低，所需的充填压力越小。同时，注射温度也受到热降解温度、分解温度的限制。 3). 模具温度 模具温度越低，因热传导而散失热量的速度越快，熔体的温度越低，流动性越差。当采用较低的注射速率时，这种现象尤其明显。 4). 注射时间 注射时间对注塑过程的影响表现在三个方面： 1）缩短注射时间，熔体中的剪应变率也会提高，为了充满型腔所需要的注射压力也要提高。2）缩短注射时间，熔体中的剪应变率提高，由于塑料熔体的剪切变稀特性，熔体的粘度降低，为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。 3）缩短注射时间，熔体中的剪应变率提高，剪切发热越大，同时因热传导而散失的热量少,因此熔体的温度高,粘度越低，为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。 三. 计算塑件的体积和重量 计算塑件的重量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。使用SolidWorks可以轻松的计算出塑件的体积：V=102498.51mm，质量：m=102.43 g 四. 注塑机的选择由注射量选定注射机.由Solidworks建模分析得密度=0.91g/mm总体积V=102.51cm；总质量M=102.43g；流道凝料V=0.5V(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；实际注射量为:V=102.511.5=153.8 cm；实际注射质量为M=1.5M=102.431.5=153.6g；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V VV= V/0.8 =192cm 根据注射量、可初步选用的注射机为：XS-ZY-22型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示：理论注射量/cm3500移模行程/mm500螺杆直径/mm65最大模具厚度/mm450注射压力/Mp145最小模具厚度/mm300锁模力/KN3500喷嘴球半径/mm15拉杆内间距/mm540X440喷嘴口孔径/mm3.0五.注塑机有关参数的校核 在支撑与固定零件的设计中，根据经验而定：定模座板H1 =35mm；定模板H2 =120mm动模板H3 =60mm ；动模垫板H4=30，垫块H5 =120mm；动模座板H6 = 35mm;模具闭合高度：H1+H2+H3+H4+H5+H6=35+120+60+30+120+35=400mm1）模具外形尺寸校核本模具的外形尺寸为600mm*550mm*400mm。XS-ZY-500型注塑机模板最大安装尺寸700*850，故能满足模具的安装要求。2）模具的安装尺寸校核由于计算模具的闭合高度H=400mm，XS-ZY-500型注塑机的最小模具厚度Hmin=300mm，最大模具厚度Hmax=450mm，即模具满足Hmin H Hmax的安装要求。3）模具开模行程校核 经查表得，XS-ZY-500型注塑机的最大开模行程S = 500，满足推出塑件要求。4）最大注塑量的校核为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%80%。计算过程如下： V =153.8 cm； V500 cm； x100% =30.8%满足要求。六. 注射模的结构设计1. 分型面的选择模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。打开模具取出塑件或浇注系统的面，称之为分模面。分模面除受排位的影响外，还受塑件的形状、外观、精度、浇口位置、行位、顶出、加工等多种因素影响。合理的分模面是塑件能否完好成型的先决条件。一般应从以下几个方面综合考虑：1)符合塑件脱模的基本要求，就是能使塑件从模具内取出，分模面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。2)确保塑件留在后模一侧，并利于顶出且顶针痕迹不显露于外观面。3)分模线不影响塑件外观。分模面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。4)确保塑件质量，例如,将有同轴度要求的塑件部分放到分模面的同一侧等5)分模面选择应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要行位成形，力求行位结构简单，尽量避免前模行位.。6)合理安排浇注系统，特别是浇口位置。7)满足模具的锁紧要求，将塑件投影面积大的方向，放在前、后模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分模面；另外，分模面是曲面时，应加斜面锁紧。8)有利于模具加工。该零件结构简单，但是手柄处需要向两端进行侧抽芯，所以此分型面有主分型面和砂芯分型面两部分，分型面由PRO-E软件的模具制造的功能将其设计出来。分型面如图所示：2. 确定型腔的排列方式本塑件为轮廓尺寸为126*86*95，零件不大，但是，由于需要侧向抽芯机构，所以模具结构比较复杂，对于该产品，我采用一模一腔。3.主流道设计1）主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸根据注塑机喷嘴直径选为5.0。主流道衬套的形式：主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，主流道衬套的结构如下图所示：2）主流道衬套的固定如图所示 4. 分流道设计 由于此塑件的特殊性我们采用直接浇口，即直接用浇口套注塑到制件上，也就是说不需要分流道。详见工程图。5. 冷料穴的设计 此设计无需冷料穴，由于制件的特殊性以及给予塑件较大的脱模斜度，再者就是制件对型芯有一定的抱紧力，所以当动模和定模分开的时候废料与制件会自动留在型芯上，加工过程中制件上的废料使用人工进行去除。七. 模具设计的有关尺寸根据塑料成型工艺该模具采用A2型中小型注射模模架。模架主要尺寸如图：本模具结构简单，尺寸精度要求不高，故成型零件工作尺寸采用平均收缩率来进行计算。查表得ABS的收缩率为0.5%,在Pro-e中设计出模坯的3D模型，软件会根据设定的收缩率自动计算出成型工作零件的尺寸。型芯，型腔的模坯如下图所示：八.成型零件结构设计模具零件按其作用可分为成形零件与结构零件，成形零件是指直接参与形成型腔空间的结构件，如凹模(型腔)、凸模(型芯)、镶件、行位等；结构零件是指用于安装、定位、导向、顶出以及成形时完成各种动作的零件，如定位圈、唧咀、螺钉、拉料杆、顶针、密封圈、定距拉板、拉勾等等。常用结构零件参见下节。成形零件设计时，应充分考虑塑料的成形收缩率、脱模斜度、制造与维修的工艺性等。1塑料的成形收缩率塑料的成形收缩受多方面的影响，如塑料品种、塑件几何形状及大小、模具温度、注射压力、充模时间、保压时间等，其中影响最显著的是塑料品种、塑件几何形状及壁厚。不同的塑料具有不同的收缩率范围(参见第二章，常用塑料)，具体的收缩率根据推荐值而定，根据模具设计手册，本塑件收缩率为0.5%。2脱模斜度合理的脱模斜度是便于脱模、获取高质量表面要求的必要条件。在塑件设计时，一般都会给出较为合理的脱模斜度。但由于有时考虑不周，塑件选用或形成了不合理的脱模斜度，这将势必影响塑件的表面质量，所以在模具设计时应对塑件的脱模斜度进行检查。常用塑料如ABS、HIPS、PC、PVC等，塑件外表面的脱模斜度参照下述选用：外表面为光面的小塑件，脱模斜度 1；大塑件的脱模斜度 3外表面蚀纹面Ra 6.3，脱模斜度 3；Ra 6.3，脱模斜度 4外表面火花纹面Ra 3.2，脱模斜度 3；Ra 3.2，脱模斜度 4本塑件的脱模斜度选择为1。模具设计时，应力求成形零件具有较好的装配、加工及维修性能。为了提高成形零件的工艺性本模具采用一模一腔的结构形式，考虑到加工的难易程度和材料的利用价值，模具的组装与维修等因素，故凹模采用镶嵌式结构。型芯结构设计型芯主要是与凹模相结合构成模具的型腔，型芯和型腔的结构形式如下图所示： 九脱模机构设计塑件脱模是注射成型过程中最后一个环节，脱模质量好坏将最后决定塑件的质量；当模具打开时,塑件须留在具有脱模机构的半模(常在动模)上，利用脱模机构脱出塑件。脱模设计原则：(1)为使塑件不致因脱模产生变形，推力布置尽量均匀，并尽量靠近塑料收缩包紧的型芯，或者难于脱模的部位，如塑件细长柱位，采用司筒脱模。(2)推力点应作用在塑件刚性和强度最大的部位，避免作用在薄胶位，作用面也应尽可能大一些，如突缘、(筋)骨位、壳体壁缘等位置，筒形塑件多采用推板脱模。(3)避免脱模痕迹影响塑件外观，脱模位置应设在塑件隐蔽面(内部)或非外观表明；对透明塑件尤其须注意脱模顶出位置及脱模形式的选择。(4)避免因真空吸附而使塑件产生顶白、变形，可采用复合脱模或用透气钢排气，如顶杆与推板或顶杆与顶块脱模，顶杆适当加大配合间隙排气，必要时还可设置进气阀。(5)脱模机构应运作可靠、灵活，且具有足够强度和耐磨性，如摆杆、斜顶脱模，应提高滑碰面强度、耐磨性，滑动面开设润滑槽；也可渗氮处理提高表面硬度及耐磨性。(6)模具回针长度应在合模后，与前模板接触或低于0.1mm。(7)弹簧复位常用于顶针板回位；由于弹簧复位不可靠，不可用作可靠的先复位。本模具设计采用顶杆脱模方式，顶杆分布如下图所示： 十.侧向分型与抽芯机构设计侧向分型与抽芯机构用来成型制品上的外侧凸起、凹槽、孔和壳制品内侧局部外侧凸起、凹槽和不通孔。本塑件由于两侧面有凹槽，所以必须设定侧向分型机构。本塑件由于侧向的凹槽比较小，侧向分型距离短，所以侧向分型机构采用斜销侧向分型机构。斜销方向与开模方向的夹角a，要兼顾抽拔力和斜销所受的弯曲力，一般取1525，本设计取15，斜销的直径取25mm。结构与尺寸如下图所示： 滑块是活动零件，滑块和侧型芯可以做成组合式或者整体式，本例使用整体式。滑块的结构如下图所示，详细尺寸见工程图。斜销长度与最小开模行程计算 如上图所示，计算结构：斜销长度L=192mm最小开模行程H=S*cota=34*cot15=32mm十一. 模具加热与冷却系统设计模具温度对塑件的成型质量、成型效率有着较大的影响。在温度较高的模具里，熔融塑料的流动性较好，有利于塑料充填型腔，获取高质量的塑件外观表面，但会使塑料固化时间变长，顶出时易变形，对结晶性塑料而言，更有利于结晶过程进行，避免存放及使用中塑件尺寸发生变化；在温度较低的模具里，熔融塑料难于充满型腔，导致内应力增加，表面无光泽，产生银纹、熔接痕等缺陷。不同的塑料具有不同的加工工艺性，并且各种塑件的表面要求和结构不同，为了在最有效的时间内生产出符合质量要求的塑件，这就要求模具保持一定的温度，模温越稳定，生产出的塑件在尺寸形状、塑件外观质量等方面的要求就越一致。因此，除了模具制造方面的因素外，模温是控制塑件质量高低的重要因素，模具设计时应充分考虑模具温度的控制方法。模具温度一般通过调节传热介质的温度，增设隔热板、加热棒的方法来控制。传热介质一般采用水、油等，它的通道常被称作冷却水道。降低模温，一般采用前模通“机水”(20C左右)、后模通“冻水”(4C左右)来实现。当传热介质的通道即冷却水道无法通过某些部位时，应采用传热效率较高的材料(如铍铜等，模具材料的传热系数详见塑料模具技术手册第219页)，将热量传递到传热介质中去，如图10.1.1，或者采用“热管”进行局部冷却。升高模温，一般采用在冷却水道中通入热水、热油(热水机加热)来实现。当模温要求较高时，为防止热传导对热量的损失，模具面板上应增加隔热板。冷却系统设计原则(1)冷却水道的孔壁至型腔表面的距离应尽可能相等，一般取1525mm，(2)冷却水道数量尽可能多，而且要便于加工。一般水道直径选用6.0，8.0，10.0，两平行水道间距取4060mm。(3)所有成型零部件均要求通冷却水道，除非无位置。热量聚集的部位强化冷却，如浇口处等。(4)降低入水口与出水口的温差。入水，出水温差会影响模具冷却的均匀性，故设计时应标明入水，出水方向，模具制作时要求在模坯上标明。.运水流程不应过长，防止造成出入水温差过大。(5)尽量减少冷却水道中“死水”(不参与流动的介质)的存在。(6)冷却水道应避免设在可预见的塑件熔接痕处。(7)保证冷却水道的最小边距(即水孔周边的最小钢位厚度)，要求当水道长度小于150mm时，边间距大于3mm；当水道长度大于150mm时，边间距大于5mm。(8)冷却水道连接时要由“O”型胶密封，密封应可靠无漏水。(9)对冷却水道布置有困难的部位应采取其它冷却方式，如铍铜、热管等(10)合理确定冷却水接头位置，避免影响模具安装、固定。本例冷却水设置如下图所示： 结束语根据上述设计计算资料，详细设计装配图与工程图，就完成了全部设计。历经近一个半月的毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教各位指导老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。使我对塑料模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺，主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方