电动剃须刀外壳模具设计

2017届毕业设计（论文）设计题目：电动剃须刀外壳模具设计分院电子信息工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学号姓名指导教师完成时间2017年05月摘要本次电动剃须刀外壳模具设计，采用了一模两腔的注射模具属多型腔结构。作为现代制造技术中特别重要的组成部分，模具制造技术在近年来得到了迅猛的发展。在进行设计之前先用Pro-E分析软件对设计的零件进行分析，分析的主要目的是分析成型工艺合理性，同时，优化型腔布局形式，根据分析结果来确定更合理的成型工艺和更好的型腔布局形式。本次模具设计着重对塑件进行工艺性分析，并且对各参数进行校核，选择标准模架、设计导向与定位机构、对浇注系统和排气系统进行设计、设计零件成型、设计脱模机构、和侧向分型抽芯系统的设计、温度调节系统等。并使用AutoCAD软件绘制总装配图及模具主要的零件图。通过本次设计，对注塑模具有一个初步了解，从而提高工作效率。关键词：注塑模具；剃须刀外壳；Pro-E；注塑成型；模具设计AbstractMouldmanufacturingtechnologyhasrapidlydevelopedintoanimportantpartofmodernmanufacturingtechnology.Thisdesignintroducesthemoulddesignofelectricshavershell,thisinjectionmoulddesignadoptsamulti-cavitystructure.BeforedesignwithPro-Esoftwaretodesignpartsisanalyzed,themainpurposeoftheanalysisistoanalyzetherationalityofmoldingprocess,atthesametime,optimizationofcavitylayoutform,accordingtotheanalysisresulttodetermineamorereasonablecavitylayoutformofmoldingprocessandbetter.Thispapermainlyintroducesthemanufacturabilityanalysisofplasticparts,thedesignofthegatingsystemandexhaustsystem,orientationandpositioningmechanism,anddemouldingmechanism,sidepartingcore-pullingsystemdesign,moldingpartsdesign,choiceofstandardmouldbase,checktheparametersoftemperaturecontrolsystem,etc.UseAutoCADsoftwaretodrawtheassemblydrawingandthemainpartsdrawing.Throughthisdesign,theinjectionmoldingmodelhasapreliminaryunderstandingtoimprovetheefficiencyofthework.Keywords:injectionmold，Razorshel，ProE，Injectionmolding，Molddesign目录引言.11塑件成型工艺分析.31.1塑件图.31.2塑件工艺分析.31.2.1塑件的分析.31.2.2ABS的性能分析.31.3注塑成型过程及工艺参数.41.3.1注塑成型过程.51.3.2注射成型工艺参数.52确定成型设备的型号和规格.62.1塑件体积和质量的计算.62.2所需注射量的计算.62.1.1塑件体积及质量计算.62.1.2浇注系统凝料体积计算.62.1.3一次注射体积及质量计算.62.3初选注射机.63注射模的结构设计.83.1模具的工作原理.83.2型腔数目的确定和校核.83.3型腔的排列方式的确定.93.4分型面位置的确定.94确定浇注系统与排气系统.104.1注射模浇注系统的设计.104.2主流道设计.104.3分流道设计.104.4浇口的设计.104.5冷料穴的设计.114.2排气系统.115成型零件的结构设计与计算.145.1成型零件的结构设计.145.1.1型腔的结构设计.145.1.2型芯的结构设计.145.2影响工作尺寸的因素.145.2.1模具制造公差.145.2.2塑料的收缩率.155.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算.156注射机的有关工艺参数校核.196.1最大注射量的校核.196.2注射机锁模力校核.196.3开模行程的校核.196.4注射机注射压力校核.207结构零部件的设计.217.1标准模架的选用.217.2合模导向机构的设计.217.3导柱的设计.217.4导套的设计.228推出机构设计.238.1推出机构的分类及选用.238.2推出机构的设计.238.3推杆位置的设置.238.4推杆的形状及固定形式.238.5推出机构的导向与复位.238.6脱模结构的设计.238.6.1脱模机构的设计原则：.238.6.2脱模力的计算.249结论.25谢辞.26参考文献.27第1页共27页前言(一)塑料塑料是以树脂为主要成分，添加增塑剂、稳定剂、填料等辅助材料及其它配合剂配置而成的高聚物。因为塑料的性质；大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀；耐冲击性好；具有较好的透明性和耐磨耗性；绝缘性好，导热性低；一般成型性、着色性好，加工成本低；大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；尺寸稳定性差，容易变形；多数塑料耐低温性差，低温下变脆；容易老化；某些塑料易溶于溶剂所以在工业中的应用日趋普遍。在电子类产品中的应用更加普遍。（二）模具模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。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。近年来，我国各行业对模具的发展都非常重视。它确定了模具工业在国民经济中的重要地位，也提出了振兴模具工业的主要任务。我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。(1)模具市场情况我国的模具工业无论是数量上，还是质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。（2）模具水平状况近年来，我国模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。1、模具CAD/CAM技术状况我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于第2页共27页汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。2、模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。标志模具技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术也得到了应用。3模具的标准化适合大批量生产成品，我们应该加强理论研究，使塑料制件更加的精密化、微型化和超大型化，加快新技术、新工艺的研制、开发和应用全面推广CAD/CAM/CAE技术。第3页共27页1塑件成型工艺分析1.1塑件外观分析随着经济的发展及人民生活水平的提高,人们对电器的使用舒适性及美观的要求越来越来髙外壳，大都趋向于采用大面积的薄壁注塑件，图1.1塑件外形图1.2塑件尺寸分析塑件尺寸如图1-2所示：第4页共27页图1-2塑件尺寸图1.3塑件工艺分析1.3.1塑件的分析1.3.2ABS的性能分析（1）注塑模工艺条件。建议干燥条件为80-90下最少干燥2小时。（2）PA12聚酰胺12或尼龙12注塑模工艺条件对。增加温度将增加材料的结晶度。表1-1ABS的性能指标密度/g3cm1.021.08屈服强度/Mpa50比体积/1-0.860.98拉伸强度/38吸水率（）0.20.4拉伸弹性模量/1.4310熔点/130160抗弯强度/pa80计算收缩率（）0.30.8抗压强度/M53比热容/1)(kgJ1470弯曲弹性模量/1.43101.3注塑成型过程及工艺参数1.3.1注塑成型过程第5页共27页1.3.2注射成型工艺参数表1-2注射成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度：6075时间：12h成型时间S注射时间：1545保压时间：03冷却时间：1560总周期：40120料筒温度后段：140160中段：190210前段：170190螺杆转速in/mr30喷嘴温度140160模具温度3265注射压力Mpa320后处理方法：红外线烘箱温度：100110时间h：812密度（g/cm）31.021.08适合注射机类型螺杆式、柱塞式均可计算收缩率（%）0.30.8第6页共27页2确定成型设备的型号和规格为了设计模具和注塑机的选择。这些参数指定注塑机模具的尺寸。2.1塑件体积和质量的计算（1）计算塑件的体积和质量是为了选用注射机及确定型腔数。零件塑件的体积=7.13cm31V（2）查设参考文献2，塑料ABS的密度为=1.05g/cm3所以，塑件的重量为：M=7.13cm31.05g/cm3=7.49g1（3）塑件在分型面上的投影面积为：234mA塑2.2所需注射量的计算2.1.1塑件体积及质量计算本塑件体积：=7.13cm31V塑件质量：g49.71.052.1.2浇注系统凝料体积计算浇注系统凝料体积：20.627.490.68.5613cm浇注系统凝料质量：M2=1.058.56=8.99gV2.1.3一次注射体积及质量计算总体积：227.498.5623.540V13c总质量：1.0523.5424.72gm02.3初选注射机查参考文献1表4.2选用大于24.72g的螺杆注射机：初步选定XS-ZY-125型。XS-ZY-125（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表：表2-1注塑机的主要参数理论注射容积(cm）125螺杆直径(mm)42注射压力(MPa)120注射行程(mm)170注射方式螺杆式锁模力(kN)900最大成型面积（cm2）320最大开合模行程(mm)180第7页共27页模具最大厚度(mm)300模具最小厚度(mm)200喷嘴圆弧半径(mm)12喷嘴孔直径（mm）4动定模固定板尺寸(mm)428*458拉杆空间(mm)260*290第8页共27页3注射模的结构设计3.1模具的工作原理开模时，动模部分向下移动的塑料袋在小核心与动模下，开启力通过斜对侧型芯滑块导柱，迫使它在溜槽分别在左、右滑出塑件的动态模型，直至斜导柱与他们脱离，完成侧向抽芯动作。3.2型腔数目的确定和校核为使模具跟注塑机的生产力相配合，以提升生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。小批量生产，采用单型腔模具；大批量生产，宜采用多型腔模具。型腔排位原则：型腔排位应有利于各腔同时、均匀进胶。多腔模各型腔间距不小于25mm。一般可以按下面几点对型腔的数目进行确定。（1）按注射机的最大注射量确定型腔数目:（3-mKnp11）式中注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；K注射机最大注射量，g；m浇注系统凝料量，g；1单个塑件的质量，g。（2）按注射机的额定锁模力确定型腔数目:（3-pAFn12）式中注射机的额定锁模力，N；PF塑料熔体在型腔中的成型压力，；aMP浇注系统在分型面上的投影与型腔不重叠部分的面积，；1A2m单个塑件在分型面上的投影面积。（3）按塑件的精度要求确定型腔的数目综合考虑浇注系统，该塑件精度要求不是很高，又是大批量生产，本塑件结构规则。校核：由于模具选择的型腔数目为一模二腔，因此应根据选择的注射机进行校核，这里采用根据注射量校核，查考文献2得：第9页共27页由公式：（3-3）128.0mGn=(0.8125-8.99)/7.49=122式中为注射机的最大注射量，单位gG为单个制件的质量，单位g1m为浇注系统的质量，单位g23.3型腔的排列方式的确定3.4分型面位置的确定如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：.分型面应选在塑件外形最大轮廓处。.分型面尽可能使塑件开模时留在推出机构一侧，便于塑件顺利脱模。.应保证塑件的精度要求。.满足塑件的外观质量要求。.便于模具加工制造。.有利于排气。.应考虑成型面积的影响，尽量减小制件在合模分型面上的投影面积。.有利于侧向抽芯。图3-1分型面位置第10页共27页4确定浇注系统与排气系统4.1注射模浇注系统的设计浇注系统的作用是将塑料熔体平稳得引入型腔，使之按要求填充型腔的每一个角落，使型腔内的气体顺利地排除。浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小。4.2主流道设计喷嘴前端孔径：；4md0喷嘴前端球面半径：；12R根据模具主流道与喷嘴的关系：m2)(1R0.5d取主流道球面半径：；m14取主流道的小端直径；.5d由于小端的前面是球面，其深度为35。(2)主流道长度：图4-1主流道如图所示4.3分流道设计(1)分流道长度(2)分流道的表面粗糙度4.4浇口的设计浇口的设计。浇口设计的原则如下：第11页共27页（1）浇口的位置应使填充型腔的流程最短；（2）浇口的设置应有利于排气和补缩；（3）浇口位置要选择避免塑件变形；(1)浇口的选择。选用侧浇口比较符合模具结构的要求。（2）该模具采用侧浇口，其有以下特性:形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证。试模时如发现不当，容易及时修改。能相对独立地控制填充速度及封闭时间。对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。如图4-2侧浇口所示：图4-2侧浇口示意图4.5冷料穴的设计冷料穴是浇注系统的结构之一。根据制件推出形式，拉料杆是采用常见的Z型，采用7，如图4-3所示结构。第12页共27页图4-3冷料井的设计4.2排气系统（1）。常用塑料的排气间隙表:表4.21常用塑料的排气间隙塑料名称间隙塑料名称间隙PE0.02ASA0.01PP0.010.02POM0.010.03PS0.02PA0.01PB0.03GRPA0.010.02ABS0.03PBTP0.010.03（2）间。排气间隙的取值要小于被注射塑料的溢料值。因此在设计模具时，配合件的配合精度一定要选择合理。常见塑料的溢料值见表4-1。表4-1常见塑料的溢料值塑料名称溢料值塑料名称溢料值聚乙烯0.02聚甲醛0.03聚丙烯0.03聚碳酸酯0.08软聚氯乙烯0.03有机玻璃0.04聚苯乙烯0.03ABS0.06第13页共27页综合考虑到本塑件的顶杆和斜销及成型件，可利用配合间隙排气,可以形成自然的排气系统，不专门设计排溢系统，如在调试中认为必须开设排溢系统，到时也可以开设。第14页共27页5成型零件的结构设计与计算5.1成型零件的结构设计5.1.1型腔的结构设计型腔是成型制品的外表面的成型零件。5.1.2型芯的结构设计。5.2影响工作尺寸的因素5.2.1模具制造公差如表5-1所示：表5-1模具制造公差尺寸表类型塑件转化后的尺寸计算公式制造公差z收缩率%Scp计算结果06.502.765.0.0338.121.04.06.52856.0917.039.429.6542056.01.72.03.034.1.28503.0.42.010.63型芯径向尺寸3.100)4/3()(zzcpsmSll.2502.模具最大磨损量取制件的1/6；模具的制造公差=/3。z01.8第15页共27页034.01.94.05.07538.713.06.902.9型芯深度尺寸34.0500)2/1()(zzcpsmShh1.056.22.6434.01.09352.07.06.419.8455.08.076.092.0.1.896型腔径向尺寸6.073zZscpsMLSL00)4/3()(2.074.051.0432.826.081.0734.0.05型腔深度尺寸6.7ZZSMH0032)1()(12.865.2.2塑料的收缩率5.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算模具型腔壁厚的计算，应以最大压力为准。理第16页共27页762.03lb按强度条件计算得整体式矩形型腔侧壁厚度S为：由于,因此参考文献1中的公式得：41.0.63/71lH()213pHWSas+式中：型腔内熔体的压力，这里取；pMN0承受熔体压力的侧壁高度，这里取；1Hm1抗弯截面系数，如表4.1所示，这里取；w8.矩形成型型腔的边长，型材的许用拉应力，这里取；MPa1表4.1系数的值cW、则有：6261072.8.7103Sm9.在模具的设计中，根据模架的形式选择了作为模具型腔侧壁的厚度。模mS1具型腔底板厚度的计算，1Hl0.30.40.50.60.70.80.91.01.21.52.0c0.9300.5700.3300.1880.1170.0730.0450.0310.0150.0060.002W0.1080.1300.1480.1630.1760.1870.1970.2050.2100.2350.254第17页共27页图4.3整体矩形型腔如果后部没有支承板，直接在模脚上，中间是悬空的那么底板可以看成是周边均匀的矩形板，由于熔体的压力，板的中心将变成最大的变形量，按照强度条件，型腔的底板厚度参考文献1中的公式得：32pbah式中：型腔的底板厚度（在图4.3中为：），mm；h1H由模脚之间的距离和型腔的边长比l/b所决定的系数，由于a有表4.21取=0.383423.1678bla型腔的宽度，这里取；bmb48型材的许用拉应力，这里取。MPa160则有：3621084.0hm7.在模具型腔的设计中，根据模架的形式悬着作为型腔底板的厚度。mh60表4.2系数的值l/b1.01.21.41.61.82.82.8第18页共27页0.30780.38340.42560.46800.48720.49740.5000第19页共27页6注射机的有关工艺参数校核6.1最大注射量的校核它在一定的程度上反映了注塑机的注塑能力，标志着注塑机能成型最大体积的注塑制品6。注射容量以容积（cm3）表示时，塑件体积（包括浇注系统）应小于注射机的注射容量，其关系由参考文献1公式(4.5)得，V件0.8V注式中V件一模中的塑件数与浇注系统的体积（cm3）;V注注射机注射容量（cm3）;0.8最大注射容量利用系数。在这个设计中，V件=7.13cm3V注=8.56cm15.690.8125=10033c所以注射机注射容量完全满足要求。6.2注射机锁模力校核，即：。胀锁F塑件在分型面上的投影面积为：234mA塑这里取=0.2。浇A塑，则：总模具型腔内的胀型力，则=824235N=288470=288.47KN胀F模总胀pA式中是型腔的平均计算压力值。模p模查表13-3可得该注射机的公称锁模力=900KN，锁模安全系数=1.11.2则锁2k1.2288.47=346.164N，所以，注射机锁模力合格。胀Fk2锁6.3开模行程的校核对在液压机械联合锁模的立式、卧式注射机上使用的一般浇口模具，其关系由参考文1公式（4.7）校核：22843.1.0(mAn塑塑塑浇塑总）第20页共27页+510mm1H2S式中脱模距离（mm）；1塑件高度（包括浇注系统）（mm）；2注射机模板行程（mm）。S在这个设计中=5.5mm1H=65.5mm2=300mmS+10=5.5+65.5+10=81mm12显然，81300因此，注射机模板行程也能满足要求。6.4注射机注射压力校核在塑件所需的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力，其关系按下式校核2：p成P注式中p成塑件成形所需的注射压力（Mpa），P注所选注射机的额定注射压力(Mpa)。在本设计中取以下参数p成=80MpaP注=120Mpa由于80Mpa120Mpa，因此，注射压力能够满要求。第21页共27页7结构零部件的设计注射模的结构零部件主要是起支承作用的模架；还包括活动模板座、固定模座板和夹紧机构等。7.1标准模架的选用模架是注塑模具设计制造的基础部分。标准注塑模架可用于注塑模具设计。基本型标准模架分为4个品种。具体结构见图7.1所示，模架的组321A、成、功能及用途见表7.1。表7.1基本型模架的组成、功能及用途1型号组成、功能及用途中小模架型1A（大型模架A型）。中小模架型2（大型模架B型）。中小模架型43A、大型模架型21P、在设计模具时，应该根据塑件图样及技术要求，分析、计算、确定塑件形状类型、尺寸范围、壁厚、孔形及孔位、尺寸精度及表面性能要求以及材料性能等。根根据这些参数，可以计算出塑件的成形过程，并确定进料口的位置、塑件的重量和腔数。注塑机的选择，以满足注塑和成型压力的要求。由以上条件可以确定选用型标准模架。因此，最终确定模架为2963462Am297。m7.2合模导向机构的设计。圆锥导向机构在动定模对准中的应用。设计导柱和导套时应注意以下几点：(1)距离，以保证模具的强度；(2)在碰而损坏；7.3导柱的设计(1)、该模具采用带头导柱，且不加油槽；(6)、导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.80.4m；第22页共27页7.4导套的设计（1）固定部份的粗糙度为Ra0.8m.。导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板；（4）、导柱与导套的配合该模具采用H8/f7的间隙配合。第23页共27页8推出机构设计8.1推出机构的分类及选用由于推力大，自由度大，推杆部分多为圆形，便于制造、维修，易于实现精密推杆和推杆孔模板或芯，在放小运动阻力时，使用最为普遍的方式。根据塑料零件的形状，可以确定推杆横截面的形状，可设计成圆形或矩形。此次我们选择圆形。8.2推出机构的设计推出机构正常由推出，复位和导向三个部件构成。推发射机构的动力源可分为手动发射机构、机动发射机构和液压气动发射机构等。本模具采用直通式推杆推出。塑件的推出机构的设计要求：（1）采用带肩推杆；（2）推杆应设在脱模阻力大的地方；（3）推杆应均匀布置；（4）推杆应设在塑件强度、刚度较大处；（8.3推杆位置的设置（1）推杆应安置在脱模阻力大的区域（2）推杆应均匀布置（3）推杆应安置在塑件强度刚度较大处由于塑料件的脱模力相对较小，但塑料的长度越长，为了保证塑料件的脱模阻力都一样，需要保证塑料件均匀排列出的应力均匀，塑性变形和顺利推出，因此，每个塑料件底部均匀排列4个推杆，共有8个，直径为5；8.4推杆的形状及固定形式推杆一般有以下四种形式（根据参考文献1,图8-1）：推杆的圆形截面，在阶梯状的圆形截面推杆，推杆的整体非圆形截面，推杆的非圆截面插入。本设计选用的推杆形状如图8-1所示：图8-1推杆如图所示8.6脱模结构的设计8.6.1脱模机构的设计原则：(1)尽量使塑件留在动模上；第24页共27页(2)制品在推出过程中不能发生损伤和变形；(3)推出动作稳定，更换推出零件容易；(4)使脱模后的制品有良好的外观。8.6.2脱模力的计算；当机制是从模具介绍，有必要克服摩擦造成的紧密包装。计算推出力的一般公2：脱模力（推出力）；tF塑件包络型芯的面积；A塑件对型芯单位面积上的包紧力；P脱模斜度；塑件对钢的摩擦系数，一般为0.1至0.3。型芯的包络面积为；一般状况下，塑件在模外冷却值为268mAP；塑件在模内冷却值为；此处可知，本Pa77109.34.2Pa77102.8.0设计为模内冷却