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机械毕业设计全套

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MJZ01-071@大油壶盖注塑模具设计,机械毕业设计全套

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毕 业 设 计（论 文）说 明 书 题 目 大油壶盖注塑模具设计 学 生 系 别 机 电 工 程 系 专 业 班 级 材料成型及控制工程 1 班 学 号 指 导 教 师 nts 毕业设计附图 名称： 大油壶盖 材料： HDPE 技术要求 ： 1.大批量生产。 2.自动脱螺纹 3. 采用塑料制件尺寸公差 (SJl372 78) 7 级精度 nts 摘 要 本文是关于 大油壶盖 注塑模具的设计 ，针对的主要是模具成型中的自动脱螺纹方法。在正确分析塑件工艺特点和 HDPE 的性能的基础上，采用了最简单的绝热流道结构 井坑试喷嘴模具。介绍了对螺纹型芯，凹模，浇注系统，脱模机构，选择标准零件，设计非标件的设计过程。涉及模具结构、强度、寿命计算及熔融塑料在模具中流动预测等复杂的工程运算问题；运用了（ CAD）、辅助制造（ CAM）、辅助工程（ CAE）等不同的软件分别对模具的设计、制造和产品质量进行分析。大油壶盖注射模具设计，采用一般精度，利用 CAD、 CAE、 CAM来设计或分析注射模的成型零部件，浇注系统，导向部件和脱模机构等等。综合运用了专业基础、专业课知识设计，其核心知识是 塑料成型模具、材料成型技术基础、机械设计、塑料成型工艺、计算机辅助设计、模具 CADCAMCAE等。 关键词： 熔融塑料 ,绝热流道 , 螺纹型芯 , 长导程螺杆，脱模机构。 nts II ABSTRACT This is the lard on the handle of the plastic injection mold design, which is mainly aimed at the Molding of Automatic Screw methods. I choice the most simple structure must Abstracts - pits trial nozzle mold on the basis of The correct analysis of the characteristics of plastic parts and the performance of HDPE. This article includes the design process of thread core, die, casting system, stripping institutions, the selection criteria parts, and the non-standard pieces . It also involve many Project Operational issues :mold structure, strength, life calculation and forecast the flow of melting plastic in the mold. At the same time, analyses the design, manufacture and product quality of the mold with (CAD), aided manufacturing (CAM), aided engineering (CAE) software in a wide variety. In the design process ,I use CAD, CAE and CAM to design or analysis the injection mold parts of the molding, casting systems, components ,guidance Demoulding institutions and so on ,following the usual precision . I use the expertise integratedly in the design process too,while the Core Knowledge is the plastic mold, molding material and technological foundation for mechanical design, plastic molding technology, computer-aided design, CAD CAM CAE, etc. Key word: Fusing plastic heat insulation flow channel thread core, long lead screw, drawing of patterns organization. nts 目录 中文摘要 英文摘要 第一章 概述 1 1.1 国际塑料模具工业的发展的新动态 1 1.2 我国模具工业发展现状 3 1.3 我国模具设计技术今后发展方向 5 1.4 毕业设计课题资料查询 5 1.4.1 分析塑件结构及工艺技术要求 6 1.4.2 了解塑件的加工性能和工艺性能 6 1.4.3 塑料的适用范围 6 1.4.4 塑件收缩及补缩问题，尽量减少残余内应力和翘曲变形 6 1.4.5 注塑工艺及模具条件 7 1.4.6 模具材料 7 1.4.7 模具的热量损耗，冷却水用量，生产效率 7 1.5 毕业设计思想简述 7 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 9 2.1 成型塑料制件结构工艺性分析 9 2.2 塑件三维 CAD 建模及 CAE 分析 10 2.2.1 利用 CAD 建模，完成三维零件的设计 10 2.2.2 CAE 分析及其结果 10 2.3根据 CAE分析结论进行模具工艺设计 14 2.3.1.型腔数量的决定 14 2.3.2 型腔布置 14 2.3.3 确定分型面 14 2.3.4 主流道和主流道衬套结构设计 16 第三章 选择注射机及注射机工 艺参数校核 19 3.1 注塑机的技术规范 19 3.2 最大注射量的校核 19 3.3 注塑压力的核核 20 3.4 锁模力的校核 20 nts 3.5 模具闭合高度校核 21 第四章 模具设计 22 4.确定标准注塑模架 22 4.2 模具成型零件设计 22 4.2.1 凹模（阴模）的结构设计 22 4.2.2 型芯的结构设计 22 4.2.3 确定模具零件厚度及外形尺寸 23 4.2.4 排气方式及排气孔的设计 23 4.3 型腔成型尺寸计算 24 4.3.1 塑件精度影响误差值的确定 24 4.3.2 按平均收缩率计算成型尺寸 24 4.3.3 型芯径向尺寸计算 25 4.3.4 型腔深度尺寸计算 26 4.3.5 型芯高度尺寸的计算 27 4.4 脱模机构的设计 28 4.5 模具冷却系统设计 30 4.5.1 注射模冷却系统设计的原则 30 4.5.2 模具热平衡计算 31 4.6模具主要连接、定位、导向件设计 33 第五章 绘制模具图 35 第六章 结论 37 参考文献 39 致谢 40 nts四川理工学院毕业设计（论文） 1 第一章 概 述 1.1 国 际 塑料模具工业的发展 的新动态 快速模具 ( Rapid Tooling 以下简称 RT)制造技术是一种快捷、 方便、实用的模具制造技术 , 是传统金属模具所不能涵盖的，亦无法取代的制模手段，它既是模具制造的一个重 要分支 , 又是对传统金属模具的有力补充。 随着社会需要和科学技术的发展，产品的竞争愈来愈激烈，更新的周期越来越短，因而要求设计者不但能根据市场的要求很快地设计出新产品，而且能在尽可能短的时间内制造出产品，进行必要的性能测试，征求用户的意见并进行修改，最后形成能投放市场的定型产品。 用传统方法制作样件时 , 需采用多种机械加工机床 , 以及相应的工卡量具，既费时，成本又高， 根本不适应日新月异的变化。正是基于这样一个背景，快速原型，快速模具，快速样件的快速制作工艺相继涌现。 快速原型制造技 术 (Rapid Prototyping 以下简称 RP)是 80 年代末发展起来的一项高新技术 , 它是集 CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数据控制技术 (CNC)、精密伺服驱动技术和高分子材料合成技术于一体。 RP 技术的原理就是 : 将计算机内的三维实体模型进行分层切片得到各层截面的轮廓 , 计算机据此信息控制激光器有选择地固化一层层的液态光敏树脂 , 形成一系列具有微小厚度的片状实体 , 再逐层聚合堆积 , 形成一个与所设计同样的三维实体模型 , 这就是第一个实物原型。当然 , 原型基材不同 , 成型工艺亦不尽相同 , 但其原理是 一致的。 自 3D SYSTEM 公司 1988年推出的第一台 SLA成型机后 ,Vantico 公司适时推出的一系列光固化树脂 , 在全球所有的 3D公司生产的 SLA成型机上大量使用 , 表现出精度高、韧性好、耐候性强、 适用范围广的特点 , 目前已在众多的 SLA 成型机上得以广泛的使用。 有了原型 , 接下来的后续工序即是快速模具和快速制件 , Vantico 公司拥有三种获取快速制模和快速制件的制作工艺 , 即真空注型工艺 , 低压灌注工艺和高温树脂型腔模具工艺。 真空注型工艺 (Vacuum Casting) 即 用原型来翻制硅胶软模或聚氨酯软模 , 将硅胶或聚氨酯树脂浇入置有原型的容器内 , 待软模完全固化后 , 沿分型面裁切软模 , 取出原型 , 再将软模合模后置于带有真空装置的真空注型机内 , 浇注改性的聚氨酯树脂 , 十几分钟后 , 待树脂固化完毕 (必要时须进行后固化处理 ), 就可以脱模并获得形状与原型一致的塑料制件。由于制件是nts第一章 概述 2 在真空环境下浇注成形 , 故制件不带有气泡 , 精度较高 , 不过由于真空注型设备的尺寸限制 , 一般只适合中小制件的制作。 低压灌注工艺 (Parts In Minutes ) 又叫聚氨酯低压灌注工艺 , 同样是利用原型翻制树脂简易模具 (包括软模、硬模及抽芯活块 )并需考虑浇冒口的位置和流道。将模具夹紧达到规定的合模力 , 再把改性的聚氨酯树脂通过专用设备注入模具内 , 在室温下快速固化 , 十几分钟后即可取出形状与原型一致的制件。这种工艺制作的制件可以大到汽车保险杠大小的制品 , 一般适合中大型制件的制作。 高温树脂型腔模具工艺 (Injection Moulding) 使用高温树脂利用原型来翻制树脂型腔模 , 再将树脂型腔模镶嵌在标准的金属模架内 , 再安装在普通注塑机上 , 使用常规工程塑料 (如 ABS, PP)注 射成形 . 该工艺制模周期大大缩短 , 制模成本明显降低 . 其打出的制件与金属模无异 .目前这一工艺只适用于中小件 , 型腔寿命在几千件范围之内 . 在以上工艺中 , 前两种工艺中用到的塑料制件材料皆为改性的聚氨酯树脂 , 其机械性能非常类似于橡胶、 ABS、 PP、 PE及 HDPE 等工程塑料 , 可以做成各种颜色或透明色 , 制件精度高 , 收缩率极小只有 0.01-0.05%。 RP 技术与 RT 技术的结合可快速实现原型 , 模具 , 样件的单件或小批量生产 , 这一生产模式对新产品研发尤为重要。主要表现在以下几个方面 : 外形设 计 : 很多产品特别是家电产品和汽车产品对外形的美观和新颖性要求极高。传统的做法是将产品效果图显示于电脑终端 , 但经常发生 画出来好看做出来不好看 的现象。采用 RT 技术可以很快作出制件 , 供设计人员和用户审查 , 使得外形设计及检验更直观有效便捷。 检查设计质量 : 以模具制造为例 , 传统的方法是根据几何造型在数控机床上开模 , 这对于一个价值数十万至数百万元的复杂模具来说风险太大 , 设计上任何不慎反映到模具上都是不可挽回的损失。通过 RT 技术 , 设计上的各种细微差错就能在样件上及时反映出来 , 这就大大减少 了开模风险。 功能检测 : 设计人员可以通过样件快速进行功能测试以判断是否最好地满足设计要求 , 从而优化产品设计。 装配干涉检验 : 在有限空间内的复杂系统 , 对其进行装配干涉检验是及为重要的。用样件进行装配模拟 , 可以观察工件之间如何配合 , 如何相互影响。 供货投标及用户评价 : 由于能够及时地将产品样件提供给用户 , 极大地增强了产品竞争力。 nts四川理工学院毕业设计（论文） 3 以上主要介绍了塑料件的快速制模技术 , 实际上威狮模具树脂系统应用领域非常广泛 , 例如塑料件的焊接夹具、陶瓷模具、文物复制及假肢制作等 , 只要是掌握 了材料的性能 , 操作工艺是灵活的 , 就可以在模具制造领域尽情地发挥。另外快速原型制造技术与快速模具制造技术的有机结合 , 为 RT 技术插上了腾飞的翅膀 , 已成为不可阻挡的发展趋势 , 必将迎来一场新的技术革命。 1.2 我国模具工业发展现状 80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为 13%， 1999 年我国模具工业产值为 245 亿，至2002年我国模具总产值约为 360亿元，其中塑料模约 30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提 高。 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，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 英寸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，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可达 0.02mm 0.05mm，表面粗糙度 Ra0.2 m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达 10 30 万次，淬火钢模达 50 100 万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 成型 工艺方面：多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 29 34 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD 气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的 采用率达不到 10%，与国外的 50% 80%相比，差距较大。 在制造技术方面： CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM系统，如美国 EDS的 UG、美国 Parametric Technology公司的 Pro/Emgineer、美国 CV公司的 CADS5、英国 Deltacam 公司的 DOCT5、日本 HZS 公司的 CRADE、以色列公司的 Cimatron、美国 AC-Tech 公司的 C-Mold 及澳大利亚 Moldflow 公司的 MPA 塑模分析软件等等 。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE 技术对成型过程，nts第一章 概述 4 如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。 近年来，我国自主开发的塑料模 CAD/CAM 系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的 CAXA 系统、华中理工大学开发的注塑模 HSC5.0系统及 CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具 CAD/CAM技术创造了良好条件。近年 来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如： P20， 3Gr2Mo、 PMS、 SM、 SM等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在 30%以下，和国外先进工业国家已达到 70% 80% 表 1-1 国内外塑料模具技术比较表 据有关方面预测，模具市场的总体趋势是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高 的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、 PVC 塑料管材接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十五”期 间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。 项目 国外 国内 注塑模型腔精度 0.005 0.01mm 0.02 0.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.01 0.05 m Ra0.20 m 非淬火钢模具寿命 10 60 万次 10 30 万次 淬火钢模具寿命 160 300万次 50 100万次 热流道模具使用率 80%以上 总体不足 10% 标准化程度 70 80% 小于 30% 中型塑料模生产周期 一个月左右 2 4个月 在模具行业中的占有量 30 40% 25 30% nts四川理工学院毕业设计（论文） 5 1.3 我国模具设计技术今后发展方向 1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的2.在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。 CAD/CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题； CAD/CAM 软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 3.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛 应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。 4.开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、 少批量的生产方式。 5.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质6.应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 7.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐 标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 1.4 毕业设计 课题 资料查询 nts第一章 概述 6 1.4.1 分析塑件结构及工艺技术要求 该塑件名为 大油壶盖 ， 机构简单 ， 关键在于自动卸螺纹 ，采用的 材料： HDPE（高压聚乙烯） ，其 技术要求 1.大批量生产 ； 2.自动卸螺纹 。 在设计脱模机构时会比较复杂，而且要实现全自动对传动系统的设计是重点。 1.4.2 了解塑件的加工性能和工艺性能 。 HDPE(高密度聚乙烯 ) High density polyethylene 7 密度 ： 0.941 0.965g/ 3cm 熔料温度 ： 220 280 料筒恒温 ： 220 模具温度 ： 20 60 注射压力 ： 具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力 80 140MPa（ 8001400bar）；一些薄壁包装容器除外可达到 180MPa (1800bar) 保压压力 ： 收缩程度较高，需要长时间对制品进行保压，尺寸精度是关键因素，约为注射压力的 30 60 背压 ： 5 20MPa（ 50 200bar）；背压太低的地方易造成制品重量和色散不均 注射速度 ： 对薄壁包装容器需要高注射速度，中等注射速度往往比较适用于其它类的塑料制品 螺杆转速 ： 高螺杆转速（线速度为 1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前就完成塑化过程就可以；螺杆的扭矩要求为低 计量行程 ： 0.5 4D（最小值最大值）； 4D的计量行程为熔料提供足够长的驻留时间是很重要的残料量 2 8mm，取决于计量行程和螺杆直径 回收率 ： 可达到 100回收 收缩率 ： 1.2 2.5；容易扭曲；收缩程度高； 24h后不会再收缩（成型后收缩） 1.4.3 塑料的适用范围 典型应用范围 电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等。 1.4.4 塑件收缩及补缩问题，尽量减少残余内应力和翘曲变形 。 HDPE是半结晶材料，成型收缩率较大，在 1 5 2.5之间。 HDPE 容易发生环境应力开裂现象。可以通过采用很低流动特性的品种以减小成型塑件的内部应力，从而减轻开裂现象。在温度高于 60的环境中， HDPE 成型的塑nts四川理工学院毕业设计（论文） 7 件很容易在烃类溶剂中溶解，但其抗溶解性比 LDPE还要好一些。 1.4.5 注塑工艺及模具条件 干燥：如果贮 存恰当则无须干燥。 模具温度： 50 95 。 6mm 以下壁厚的塑件应使用较高的模具温度， 6mm 以上壁厚的塑件使用较低的模具温度。塑件冷却温度应当均匀以减小收缩率的差异。为了取得合理的成型周期，冷却回路直径应不小于 8mm，并且距模具表面的距离应在 1 3J 之内 (这里“ J，是冷却回路的直径 )。 注射压力： 70 105MPa 。 注射速度：建议使用高速注射。 流道和浇口：流道直径应在 4 7 5mm 之间，流道长度应尽可能短一些的浇口，浇口长度不要超过 0.75mm。这种树脂特别适十采用热流道。 1.4.6 模具材料 模具多采用 45 钢，各标准模架和凹模也采用 45 钢，部分零件采用 T8A， T10A。 45钢属于低碳碳素钢，强度低，韧度、塑性和焊接性均好，主要用于型腔简单，生产批量较小的塑料模，采用反印法制造模具，然后经渗碳淬火、回火处理，可或的外表高硬度又耐磨，心部韧性好的模具 ，其加工性能较好，脱碳敏锐性较小。该模具的其他各部分零件详见后面章节内容。 1.4.7 模具的热量损耗，冷却水用量，生产效率 模具的热量损耗，冷却水用量，生产效率见 第四章第 5节。 1.5 毕业设计 思想简述 本次模具设计尽量借用计算机来完成复杂的 计算和建模分析，总结前人的设计经验，结合塑件的具体结构和塑料材料的具体性能，尽量设计出高的，科学的，自动化高的先进的模具。在模具的结构设计中，尽量采用标准件，降低模具设计工作量，节约原材料，降低成本，在保证质量的前提下尽量简化模具结构。 大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。 在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业 课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一nts第一章 概述 8 个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。 在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生 水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。 nts四川理工学院毕业设计（论文） 9 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 2.1 成型塑料制件 结构工艺性分析 尺 寸精度分析： 塑料制件图样上未注公差尺寸的允许偏差，采用塑料制件尺寸公差(SJl372 78) 7级精度。用于孔时，取“公差数值表”中数值冠以（ +）号，用于轴时，取“公差数值表”中数值冠以（ -）号。用于长度尺寸时，取“公差数值表”中数值之1/2冠以（）号 7。 根据塑件材料加工精度分析，选用较低精度制造， 经查选用 IT7 级制 造，塑件其他尺寸均按该精度等级制造。 基本尺寸（ mm） 公差数值（ mm） 0 3 0.32 3 6 0.36 6 10 0.40 10 14 0.44 80 100 1.2 表 2-1 (SJl372 78) 7 级精度 公差数值简表 粗糙度：由塑料制件的粗糙度确定模具的粗糙度，模具的粗糙度比塑料制件的粗糙度小一级。 按 制件的使用要求和工艺条件 可选用模具的粗糙度为 0.4 m ， 斜度设计 ： 便于拔 模和留模。 基于本设计，由于是螺纹型芯所以 开模时塑件留在型芯上。 壁厚：壁厚应均匀，薄壁处是否有强度。 本 塑件壁厚均匀且符合材料最小壁厚 要求，也同时能 满足使用要求。 圆角 设计、螺纹设计：该塑件最小圆角 R=2mm 满足加工要求；螺纹 M80 1.5 也能满足工艺要求。 塑件质量的初步估算： 根据 CAE建模分析可得制件的体积和质量如图 2-1-1 V=22.39 3cm 密度取： 0.96 g/ 3cm 质量： M=21.50g nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 10 2.2 塑件三维 CAD 建模及 CAE 分析 2.2.1 利用 CAD 建模，完成三维零件的设计 图 2-2-2 制件三维模型图 2.2.2 CAE 分析及其结果 2.2.2.1最佳浇口位置分布分析 从分析结果图 2-2-3 中可以看到由红到蓝不同的颜色，红色的位置是浇口分布最差的位置，而蓝色的地方却是最佳的浇口位置分布。我们在选折浇口的时候可以根据此图和实际情况（比如：分型面的设计、模具结构等）来确定。在选择好最图 2-1-1 CAE 建模分析体积与质量 图 2-2-3 最佳浇口位置分布分析 nts四川理工学院毕业设计（论文） 11 佳浇口位置后，便可以开始对塑件进行模流分析，包括注射时间分布、注射 质量分布、注射压力分布、注射压力损失分布、注射温度分布、注射 熔接痕 分布、注射气泡分布等。根据模流的分析情况可以对塑件进行设计，并在适当的时候进行可行的修改和优化，达到最佳的效果。 根据最佳交口位置分析，现在提出两种方案： A： 中心点浇口 B： 边缘点浇口。 2.2.2.2注射时间分布分析 在选择好最佳浇口位置后，便可以开始对塑件进行模流分析了。首先看看注射时间的分布情况。 如图 2-2-4红色的地方注射时间最短，而蓝色的地方是注射时间最长的地方， 可根据该图计算 注射的时间差，该时间为塑件的参考注射时间，并不是 塑件的真实的注射时间，但我们可以参考该时间来设计模具。 从图片上看来 A 方案的注塑时间比 B方案短 0.18秒，但是都满足工艺条件。 2.2.2.3注射质量分布分析 A B 图 2-2-5 注射质量分布分析 A B 图 2-2-4 注射时间分布分析 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 12 由质量分布分析图 2-2-5中可以看到有两种不同的颜色，绿色和黄色。其中绿色代表质量最佳的分布情况，而黄色则表示一般质量的分布情况。红色表示质量最差的分布 情况，在图中 A B方案都看不见红色和黄色 ，那么就表示该塑件注射质量可行 。 2.2.2.4注射压力分布分析 由注射压力分布图 2-2-6可以看到由蓝到红的不同颜色，表示不同的压力分布情况。蓝色表示压力最小的分布位置，橘红色表示压力最大的分布位置，蓝色变到橘红色的其他颜色则表示压力的变化位置。我们可以看到离浇口近的位置压力小，随着距浇口距离的变化，压力也逐步变大，这和我们预想是一致的。其压力差为 20.49MPa。 2.2.2.5注射压力损失分布分析 由注射压力损失分布分析 图 2-2-7 也可以看 出 A B 两种方案压力损失都在 5 MP 左右，完全符合工艺条件。都可看到 到由蓝色到红色的不同分布情况，把他和注射压力分布图比较可以看到此二图是相对应的，注射压力小的地方则压力损失大，注射压力大的A B 图 2-2-7 注射压力损失分布分析 A B 图 2-2-6 注射压力分布分析 nts四川理工学院毕业设计（论文） 13 地方压力损失小。其压力损失为 5.14MPa。 2.2.2.6注塑温度分布分析 如图 2-2-8 A B两种方案 分温度分布 都 在允许范围之内 。 其温度差 A： =220 197=23 ，。 B： =220 207=13 ，。 2.2.2.7注射熔接痕 与气泡 分布分析 如图 2-2-9中可知： A 方案 有 较多的 熔接痕 和气泡 ， 大多数的熔接痕分布在 侧壁和螺纹 处。 在不影响塑件本身的强度和装配的前提下，要在熔接痕位置处对塑件壁厚进行适当处理，同时通过适当的工艺调整，尽量减少熔接痕的产生。 那样的话我们就需要设置专门的排气系统，模具结构会复杂许多。 B 方案的 熔接痕 与气泡相对来说比较少了，那样我们就可以完全采用分型面排气就可以解决问题，模具结构也相对简单了很多。 A B 图 2-2-9 注射熔接痕与气泡分布分析 A B 图 2-2-8 注塑温度分布分析 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 14 2.3 根据 CAE 分析结论进行模具工艺设计 2.3.1.型腔数量的决定 （型腔数必需同时满足：交货期、注塑机最 大注塑质量、注塑机的塑化能力、锁模力和模板尺寸） 2.3.1.1由交货期计算型腔数 7 moh c ttt tNn 360005.1(2-1) 式中 1.05 故障系数（以 5计） N 一副模具定货量（件） 20万 件 tc 成型周期（ s） 20秒 （ 注射保压 5s 冷却 10s 开模 5s） to 从定货到交货时间（ 月） 7月 tm 模具制造时间（月） 1月 th 所在厂的每月工作时间计月） 300小时 /月 所以 代入相关数据得： n = 0.975 个 2.3.1.2根据注塑机最大注塑质量求型腔数 普通聚苯乙烯实际注塑量：somm %85（注人模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆逆流量，再考虑安全系数取为机器最大注塑能力的 85。）。 型腔数量计算： qmn (2-2) q ： 1个塑件与均分到的浇注系统的质量质量之和，当 n 不到 1 时则应改用较大的机器 代入数据计算结果得：qmn = 7 8 8 5 % 2 .1 2 525 2.3.2 型腔布置 由于 HDPE 特别适合采用热流道，但热流道模具结构复杂，有一定难度。根据自身情况选用井坑式喷嘴模具又名绝热主流道，它是最简单的绝热式流道，适 用于单型腔模。所以 采用一模 一 腔 。 2.3.3 确定分型面 分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。 2.3.3.1型腔分型面位置的设计 1 外表质量 ：分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处 nts四川理工学院毕业设计（论文） 15 方便脱模，制件留在动模边 ：从制件的推出装置设置方便考虑。 包紧力大的，芯应设在动模边 而将凹模放在定模边 包紧力小且不能确切判断留向的将型芯和凹模的主要部分都设在动模边 对型芯无包紧力，对凹模粘附力较大的，将粘附力较大的设在动模边 同心度要求 ： 要求同心的部分放在模具分型面 的同一侧 。 排气： 当分型面作为主要排气面时 料流的末端应在分型面上以利排气。 2.3.3.2分型面形状的决定 （ 如图 2-3-4） 图 2-3-1 分型面三维图 2.3.3.3确定浇注系统和排气系统 在设计浇注系统时应考虑下列有关因素 1： . 塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。 . 模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。 . 塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结 合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。 . 塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 16 . 注射机安装模板的大小：在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。 . 冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件 质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 . 根据 图 2-2-9 A 可看出气泡分布位置明显且比较 多 ，可在 模具型腔上 加排气系统。 2.3.4 主流道和主流道衬套结构 设计 绝热流道浇注系统 1 这种浇注系统是将流道设计得相当粗大，使其在注射过程中只有周围很薄一层塑料凝固。由于塑料的导热性能差，这层凝固的塑料层便起 着绝热层的作用，使中心的塑料保持熔融状态。这种流道称为绝热流道。 绝热流道有两种常用形式。 本设计采用 井坑式绝热流道这种绝热流道浇注系统只用于单型腔模具，是最简单的绝热流道浇注系统，其结构如 图 2-3-2 所示。用一个直径较大的锥形井坑代替直接浇口的主流道衬套，浇口处按点浇口形式设计，井坑一端与注射机喷嘴连接。正常工作时，井坑锥面有一层塑料凝固层，中心是熔融塑料；这种浇口虽有一定的绝热保温性能，但毕竟只是靠塑料自身的热量保持一定温度，故只适用于每次注射周期较短的模具。如果每次注射间隔时间太长，井坑内的塑料也会凝固而使通道变小或堵塞。 主流道村套结构 ：设计成 井坑式绝热流道 型 ； 设计过程如下： 容积的计算： 12RTVpp = 1.7542 (2-3) p1 熔体在浇道中所受的外部压力（ MPa）； 119 p2 熔体在浇道中所 受 的内压（ MPa）； 34.8 V 熔体在该状态下的容积（ cm3/g）； 1.7542 图 2-3-2 绝热流道浇注系统 1.塑件 2.绝热主流道 3. 喷嘴 nts四川理工学院毕业设计（论文） 17 熔体在 273下的比容（ cm3/g）； 0.956 R 修正的气体常数； 0.271 T 热力学温度（ +273）。 453 容积流率的计算： VWQt= 94.2883 (2-4) Q 容积流率（ cm3/s）； 94.2883 V 熔体在该状态下的容积（ cm3/g）； 1.7542 W 塑件的重量（ g）； 21.5 t 注射时间（ s）。 4 主流道直径的计算： 30 .5 9GGQQ 31.27s sDQ= 5.78 (2-5) Qs 主浇道流率（ cm3/s） ;94.2883 Ds 主流道直径 (mm)。 5.7804 缝隙宽度的计算： 30.49sshQ= 2.23 (2-6) Qs 主浇道流率（ cm3/s）； 94.2883 hs 主浇道缝隙宽度 (mm)。 2.2302 点浇口直径： 30 .4 6 7P G GDQ=2.1 (2-7) GQ 浇口流率（ cm3/s）； 94.2883 PGD 点浇口直径（ mm）。 2.1 根据以 上要求 按 塑料成型模具一书 P76 图 3-4-2 主流道杯主要尺寸设计 主流道 衬套结构如 图 2-3-3 浇口套的固定方式： 定位圈与浇口套为一体，压配于定模板内，能防止从定模板内顶出 。 浇口断面 ： 如图 2-3-4 图 2-3-3 绝热主流道 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构