毕业设计(论文)-电吹风外壳塑料模具设计-精品

1、南京铁道职业技术学院 毕 业 论 文题 目:外壳塑料模具设计作 者:学 号:系 :专 业:班 级:指导者:评阅者:2011年 6月毕业设计(论文中文摘要 目 录1 绪论 . . 2 1.1 选题背景 . . 21.2 设计内容 . . 22 零件工艺技术分析 . . 3 2.1 塑件原材料特性 . . 3 2.2 塑件原材料成型性能 . . 32.3 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析 . . 43 模具结构设计 . . 5 3.1 注塑模具总体结构的确定 . . 5 3.2 选择注塑机型号及其参数 . . 5 3.3 确定分型面 . . 7 3.4 浇注系统的设计和选择 . . 8 3.5 模

2、具成型部件的设计和计算 . . 9 3.6 排气系统的设计 . . 11 3.7 模架的确定和标准件的选择 . . 11 3.8 与型腔零件有关参数的校核 . . 12 3.9 温度调节系统的设计 . . 13 3.10 推出机构 (脱模 . . 13 3.11 导向机构 . . 14 3.12 射机有关参数的校核 . . 14 3.13 冷却系统设计 . . 153.14 注塑分析 . . 154 模具装配及调试 . . 17 4.1 装配 . . 17 4.2 试模 . . 17 结 论 . . 19 致 谢 . . 20 参 考 文 献 . . 211 绪论1.1 选题背景本课题是来源于

3、企业,是电吹风外壳的成型设计,该零件适用于保护吹风机的内部部 件,并在一定程度上起装饰作用。本课题要求对该零件进行框架设计,利用 UG 对其进行 分模、排样、添加合适的模架及其他标准件,例如导柱、导套、定位圈等等。通过对零件 进行详细的工艺分析确定零件的成型方案并制定部分零件的制造工艺通过这课题能够让 学生掌握中等复杂程度注塑模具设计与制造的一般方法,对零件成型方案的制定、工艺计 算及模具设计有了更深层次的了解,并学会对模具设计资料的检索与整合以及对已有资料 的充分合理的使用,该实践性课题是对学生理论学习水平的实践和检验,可对以后从事类 似的工作有一定的指导性与实践意义。1.2 设计内容该电吹

4、风外壳成型设计,通过对塑件的工艺分析和比较,设计出一套注塑模具。该设 计从产品结构工艺性和具体模具结构出发,对模具的浇注系统、模具成型部件的结构、顶 出系统、冷却系统、注塑机的选择和模架的选用及有关参数的校核、都进行详细设计。 吹风机外壳对内部机件起保护作用,又是外部的装饰件。对于它的选材是很重要的。 要计算出其型芯、型腔等的正确数据,选择合适的注塑机,对计算出的数据进行校核,看 是否正确 , 选择合适的模架等等。2 零件工艺技术分析2.1 塑件原材料特性此电吹风的制造材料是 ABS 材料, ABS 是聚苯乙烯的改进产品,是由丙烯腈丁二烯 苯乙烯三种单体组成的共聚物,它综合了三种成分的特性,具

5、有良好的综合性能。其中 丙烯腈使 ABS 具有良好的表面硬度耐热性及耐化学腐蚀性,丁二烯使 ABS 坚韧,苯乙烯 使 ABS 具有优良的成型加工性和着色性能。加上 ABS 原料易得,价格低廉,因此 ABS 是目 前产量最大应用最广的工程塑料。 ABS 是不透明非结晶型聚合物,无毒无味,密度为 1.021.05g/³,供给原料为微黄色或白色不透明粒料,可燃烧,但燃烧缓慢并伴有特 殊味道。ABS 具有突出的力学性能,坚固坚韧坚硬;具有一定的化学稳定性和良好的介电 性能;具有较好的尺寸稳定性能,易于成型和机械加工;成型塑件表面有较好的光泽,经 过调色可以配成任何颜色,表面可镀铬。其缺点是耐

6、热性不高,连续工作温度为 70左右,热变形温度约为 93左右,但热 变形温度比聚苯乙烯聚氯乙烯尼龙等都高; 耐气候性差, 在紫外线作用下易变硬发脆。 2.2 塑件原材料成型性能可采用注射挤出压延真空成型电镀焊接及表面涂饰等多种成型加工方 法。易吸水,成型加工前应进行干燥处理,表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥。 流动性中等,溢边值为 0.04左右。壁厚熔料温度对收缩率影响极小,塑件尺寸精度高。比热容低,塑化效率高,凝固也快,故成型周期短。表现黏度对剪切速率的依赖性很强,因此模具设计中大都采用点浇口形式。顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹,脱模斜度宜取 2°以上。 易产生熔

7、接痕,模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。宜采用高料温高模温和高注射压力成型。在要求塑件精度高时,模具温度可控制 在 5060;而在强调塑件光泽和耐热时,模具温度应控制在 6080。 ABS 是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的共聚物,价格便宜,原料易得,是目前 产量最大、应用最广的工程塑料之一。 ABS 无毒、无味,为呈微黄色或白色不透明粒料, 成型的塑件有较好的光泽,密度为 1.02-1.05g/cm3。 ABS 是丙烯腈、 丁二烯、 苯乙烯三种单体的共聚物 , 故它有 3种组分的综合力学性能, 而每一组分又在其中其着固有的作用。 具有良好的表面硬度、 耐热性、 耐化学腐蚀、 坚韧

8、、 成型加工性和着色性能。 ABS 的热变形温度比 PS 、 PE 、 PP 、 PVC 都高,尺寸稳定性较好,具有一定的化学稳 定性和良好的介电性能,经过调色可配成任何颜色。根据 ABS 中三种组分之间的比例不同,其性能也略有差异,从而适应各种不同的应 用。耐冲击性能:有高抗冲击强度,电绝缘、防霉、防湿及耐水性能。自然放霉,耐湿、耐酸特性及具有高度防湿、耐高频特性。2.3 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析该产品为吹风机的外壳, 总长度为 183mm , 高度为 25mm, 宽度为 95mm, 采用台湾奇美公 司的 ABS 塑料,成型收缩率为 0.4%-0.7%,其综合性能较好冲击强度较高化学

9、稳定性 和电性能良好。并可表面镀铬喷漆处理,有高抗冲高耐压阻燃性能,柔韧性好。适用 于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件。其体积为 29.519cm ³,壁厚 为 2mm ,其质量为 30.995g. 将吹风机外壳三维图在 UG 中打开,此模具采用侧浇口,一模 两腔来成型。其最大注塑压力为 144Mpa 。如图 2-1所示。该塑件的尺寸精度为 IT3级。综上所述,该塑件的结构比较简单,而且壁厚均匀,成型工艺性好,可以采用注射成 型方法生产。 图 2-1 塑件工程图3 模具结构设计3.1 注塑模具总体结构的确定塑件体积 V=29.519cm³,密度 p=1.0

10、5g/³,其质量为 m=30.995g,塑件的总体尺寸 为小型,尺寸精度不高。为了提高生产效率,简化模具结构,降低模具生产成本,采用一 模两腔,成中心对称的排列方式。如图 3-1所示。 图 3-1 塑件排列方式3.2 选择注塑机型号及其参数塑件的体积 3519. 29mm V =, 塑件的质量 g V m 995. 30=, 此时流道凝料的体积未知, 可按塑件质量的 0.6倍进行估算,所以: 注射量为:gnm m 184. 99995. 3026. 16. 11= 流道凝料的体积314608. 94519. 2926. 16. 1mm nV V =图表 3-1 吹风机外壳成型工艺卡片

11、 流道凝料 (包括浇口 在分型面上的的投影面积 2A , 在此时还是个未知数, 根据经验公 式:12 5. 02. 0(A A -=(A1为每个塑件在分型面上的投影面积 ,用 135. 0nA 进行估算:2111215. 9200234075235. 135. 135. 0mm nA nA nA A nA A =+=+=查塑件所需的注射压力 70-105Mpa ,而型腔的平均压力是注射压力的 30%-65%,因塑件为薄壁塑件,且浇口为点浇口,其压力损失比较大,所以取大一些,则MPa P 54%6090=型N AP F m 496813554.592002=型 根据塑件体积和分析的到最大注塑压力

12、, 初选海天注塑机 SZ1000/ZH,其理论注射量为 145³,注塑压力为 176Mpa ,锁模力为 1000KN. 移模行程为 310,喷嘴球半径为 12, 喷嘴半径为 4,拉杆内间距为 365×365。模具型腔数校核:235. 2519. 29519. 291466. 06. 0>=-=-=V C G n 其中 G 注塑机公称注塑量, C 浇口和流道的总体积, V 单个制品体积。根据计算结果,实际锁模力小于注塑机的名义锁模力,所以符合实际要求。图表 3-2 注塑机参数 3.3 确定分型面本塑件要求外侧表面光滑,下端外沿无浇口痕迹, 。依据分型面的选择原则,该塑件

13、 的分型面应选分型面如下图 3-2所示位置, 这样凹模型腔整体加工成型, 塑件外表面光滑, 且容易脱模。 图 3-2 塑件分型面3.4 浇注系统的设计和选择主流道尺寸根据所选注塑机,其喷嘴半径为 4,则主流道最小端尺寸为:d=注塑机喷嘴球直径 +(0.5-1=4+ 0.5-1 =5为了便于将凝料从主流道中取出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为 2°,经换算得主流道大端直径为 7.8,根据模架定模固定板和型腔固定板的厚度,确定 主流道总长为 82。分流道和浇口的设计由于此产品属于壳类零件,所以选择侧浇口。主流道衬套的形式与浇口套相配合的定位圈的结构如下图 3-3所示。 图 3-3 定位圈

14、由于主流道入口处与注射机喷嘴反复接触,极易损坏,对材料的要求比较高,因而主 流道设计为浇口套,采用 T10A ,热处理为 50HRC -55HRC ,如下图 3-4所示。 图 3-4 浇口套分流道的形状和截面尺寸由于聚乙烯的流动性很好,因此选用加工性能比较好的半圆形流道,查表得 d=10。 分流道的表面粗糙度流道的表面粗糙度的 Ra 并不要求很低,一般为 0.8 1.6, 在此取 1.6。 浇口的设计由于塑件的外观表面质量要求比较高,应没有明显的烧口痕迹,因此采用侧浇口。 注射行程的校核查海天注塑机 SZ1000/ZH0注射注射行程为 310,浇注系统的长度 : 73+50.5+38=161.

15、5<310成立。3.5 模具成型部件的设计和计算分析塑件的结构可知根据尺寸公差可知:塑件在径向上的公差等级为 MT3级 (GB/T14486-1993,对于此塑料此精度为一般。尺寸计算。查其尺寸公差:mm L m 92. 00207+=, 由于尺寸精度为中等,故分别取制造偏差为尺寸公差 1/3,磨损偏差为尺寸公差 1/6,即:11, 36z c =。塑料收缩率范围为:0.3%-0.8%,则平均收缩率为:%55. 0%100%8. 0%3. 0(21%100 (21max min =+=+=S S S 故型芯径向尺寸为:(设计尺寸参见零件图 3-5所示 图 3-5 型芯型芯径向尺寸的计算:

16、 塑件的基本尺寸为 mm L m 092. 0-, 磨损量为 c , 模具型芯的基本尺寸 为 0c m L -, 可得:m mS L L L zCP S s m 03. 00-3. 20992. 043%55. 05. 2075. 207 43(-=+=+= 型芯高度公式m mS h h h zcp s s m 03. 003. 007. 20 92. 032%55. 02020( 32(-=+=+=型腔径向尺寸的计算:塑件的基本尺寸为 0-s L ,磨损量为 c ,则塑件的平均尺寸为 2-s L ,模具的型腔的基 本尺寸为 z m L +0, 则模具型腔的平均尺寸为 2z m L +。当型腔

17、的平均磨损量为 2z 时,考虑到平均收缩率 cp S ,则可列出如下等式:cp s s cz m S L L L 2( 2(22-+-=+ 对于中小型塑料制品,令 6, 3=c z ,并将比其他各项小得多的 cp S 2略去,则有-+=43cp s s m S L L L型腔如图 3-6所示。 图 3-6 型腔标注制造公差后得到的模具型腔的径向尺寸为m mS L L L zcp s s m 3. 003. 000208 92. 043%55. 05. 2075. 207( 43(+=-+=-+=型腔深度公式m mS H H H zcp s s m 3. 003. 0005. 19 92. 03

18、2%55. 02020( 32(+=-+=-+=塑件上凸台之间、凹槽之间或凸台与凹槽之间的中心线的距离称为中心距。由于中心 距的公差都是双向等值公差,同时磨损的结果不会使中心距尺寸发生变化,在计算时不必 考虑磨损量,因此塑件上的中心距基本尺寸 S C 和模具上的中心距基本尺寸 m C 均为平均尺 寸。中心距尺寸公式为:mmC S C zs cp m 15. 08. 14523. 0145%55. 01(2 1(±=±+=±+=3.6 排气系统的设计此塑件为中型逆件,可利用顶针与模板之间的间隙排气,其间隙为 0.03-0.05。3.7 模架的确定和标准件的选择由前面

19、的型腔大布置以及相互的位置尺寸,再根据成型零件尺寸结合模架标准架,选 用结构形式为 HASCO_E型,模架尺寸为 346×396的标准模架,可符合要求。如下图 3-7。 图 3-7 模架3.8 与型腔零件有关参数的校核 型边缘距离的校核m mP r t 109228250019. 201 542245245(621 2(11=-=-=-= 校核合格。为模腔材料的许用应用,查 Cr12MoV 的许用应力为 245MPaP 为型腔的平均压力 腔底板厚度的校核mm mm t r 3825 245462543( 4Pr 3(22= 模具闭合高度的校核计算模具的闭合高度为:mmH H H H

20、H H H 220276627274627654321=+=+=查 SZ1000/ZH 得 mm H mm H 120, 360min max =, 即模具满足 min max H H H 的安装要 求。 模具的外形的校核 :本模具的外形的尺寸为:396×396×220查 SZ1000/ZH 注射机的模板的最大安装尺寸 为 400×400,故能满足模的安装要求。 开模行程的校核:模 具 的 行 程 为 mm s 177 105(1510846=-+=查 SZ1000/ZH的 最 大 开 模行 程 为 670mm>177mm,即能满足注射机的开模要求。3.9

21、温度调节系统的设计查表得 ABS 成型时所需的温度为 50-80,设此模具的温度为 60。 冷却水的体积流量104. 8 5. 235. 26(187. 410104. 6165. 0 (333221m Q Q PC WQ q z -=-=-=冷却水管直径为了使水处于湍流状态,查表得在 d=3。 冷却水在管道内的流速 由式s m d q V v 8. 1960(14. 3104. 844232= 大于最低流速 1.10m/s,达到湍流状态,所以管道直径选用合理。 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数查表得 f=7.22(水温为 30时 ,因此。 C h m kJ d v f h =22. 08

22、. 032. 08. 0(19532( 72. 110(22. 76. 3 (6. 3 冷却管道的总传热面积22240(19532104. 61653. 06060m m m Q h WQ A =-= 3.10 推出机构 (脱模此塑件采用顶杆推出,推杆设计在塑件的台阶处,每个塑件由 6根推杆推出,其结构 如装配图所示。顶杆如图 3-8所示。 图 3-8 顶杆N th T T E f F j f c c 4. 89427. 202 6075(9. 0124. 010 (10=-=-=c f 脱模力系数塑料的线性膨胀系数E 在脱模温度下,塑料的抗拉弹性模量f T 塑料的软化温度j T 脱模时塑件的

23、温度t 塑件的厚度h 型芯脱模方向高度查 SZ1000/ZH 的顶出力为 KN KN KN 129424. 8, 12<即能满足注射机的要求。3.11 导向机构导柱选用模架本身的规格, 其长度与开模行程有关, 必须另行选择计算。 导柱如图 3-9所示。 图 3-9 导柱3.12 射机有关参数的校核由于注射机的额定注射量校核模具的型腔数量:25. 26519. 29519. 296. 010008. 08. 0>=-=-z j g V V V n , 型腔数目校核合格。 式中 j V 为系统凝料和飞边所需的体积,z V 为每个塑件的体积,g V 为注射机的额定注射量。17611790

24、.31' =型 P k P e 注射压力校核合格。式中K为注射压力安全系数一般为 1.25 1.4。KNKN B nA P F 900863 1074035. 0107402(2. 34(=+=+=式中F分型面上的张开力,p型腔内熔体的平均压力,A每个制品在分型面上的投影面积,B流道和浇口在分型面上的投影面积,K为锁模力安全系数,一般取 1.1 1.2。其他尺寸的校核只有待模架选定,结构尺寸确定后才可进行。3.13 冷却系统设计冷却水道采用直流式,其加工简单,成本低。冷却水道分为上下两层,每层到塑件的距离为 30。由于在注塑过程中壳体半圆球部分和浇注部分温度较高,需使水管靠近这 些部分

25、,提高冷却效果。根据塑件尺寸,设定每层冷却水管四根,每根管间距离为 40, 进水管和出水管的温差为 1.03,在 2以内,不会造成冷却不均的情况。3.14 注塑分析从流动分析来看 (如图 3-10所示 ,在注塑过程中存在气穴和熔接痕,其主要原因是ABS 材料吸湿性较强,材料塑化时含有较多水分,导致成型时存在气孔和熔接痕,其解决 方法是材料在材料在塑化之前需进行一定的干燥处理 4h ,是水分含量在 0.2%以内。同时 在模具设计时增加排气系统设计,减少气孔和熔接痕。由于气穴和熔接痕出现的位置很接 近,所以可在此位置设计定出装置,以便排气。 (a气穴; (b熔接痕; (c排气孔;图 3-10 排气

26、系统翘曲是由收缩变化过大引起的制件缺陷,一般情况下,导致收缩变化过大的原因有 3条:不同区域的收缩不均匀冷却不均匀和分子不均匀。从分析结果来看,其翘曲变形 的最大值为 0.17,其中由于冷却引起的变形很小为 3×10¼,由于收缩产生的变形为 0.17,因此是收缩时引起翘曲的主要原因。4 模具装配及调试4.1 装配此模具是单分型面注射模模具,它也称为二板式注射模具,它具有注射模具中最简单 的一种结构形式。模具的装配,就是把他们的组成零件按照图纸的要求连接或固定起来成 为各种组件、部件。最后将所有的零件、组件和部件连接或固定起来成为模具,并能够生 产出合格制品的过程。在装配过程

27、中,既要保证配合零件的配合精度,又要保证零件之间 的位置精度。对于具有相对运动的零部件,还必须保证他们之间的运动精度。因此冲压模 具装配的精度的高低及质量的好坏,直接影响制件的生产能否正常进行,同时还会影响制 件的尺寸精度以及生产的成本。导柱、导套与模板之间一般采用过盈配合,装配时可采用 手动压力机将导柱压入动模板的导柱孔,复位机构的装配复位杆与固定板一般采用过度配 合。模架的装配比较的简单,主要是用螺钉将装有导套的定模板连接起来。4.2 试模模具在装配完成之后,在交付生产时试模,其目的是检查模具在设计制造上是否存在 缺陷,若有,则要求排除;对模具成型工艺条件进行试验以有利于模具成型工艺的确定

28、和 提高。其工作原理:合模时,在导柱和导套的导向定位下,动模和定模闭合。型腔由定模 板上的凹模与固定在动模板上的凸模组成,并由注射机合模系统提供的锁模力锁紧,然后 注射机开始注射,塑料熔体经定模上的浇注系统进入型腔,待熔体充满型腔并经过保压、 补缩和冷却定型后开模。开模时,注射机合模系统带动动模后退,模具从动模和定模分型 面分开,塑件包在凸模上随动模一起后退;同时,动模移动一定距离后,注射机的顶杆接 触推板,推出机构开始动作,使推杆将塑件从凸模中推出,塑件与浇注系统凝料一起从模 具中落下,至此完成一次注射过程。合模时,推出机构靠复位杆复位并准备下一次注射。 模架结构如图 4-1所示。 图 4-

29、1 组件爆炸图装配图如图 4-2所示。 图 4-2 装配图1上模座, 2型腔固定板, 3型芯固定板, 4支撑板, 5垫块, 6推件板, 7顶杆固定板, 8动模座板, 9下模座板, 10固定块, 11螺钉, 12导柱, 13导套, 14浇口套, 15定位圈, 16螺钉, 17限位钉, 18冷却水孔, 19型腔, 20型芯, 21顶杆, 22螺钉。第 19 页 共 23 页 结 论 利用各种 CAD、UG 软件的优势，在设计前将产品设计、模具设计、实验综合全面考虑， 大大减少因设计不合理而造成的时间延误，增加设计的可信度，达到避免设计缺陷，缩短 开发周期的目的。这里注射成型工艺分析过程和应用研究是

30、一个涉及较多工艺参数的应用 性课题，其中对某些参数的研究和认识难免存在一定的误区和不足，对许多工艺相关性方 面有待于做进一步的研究和探索。本课题的难点是由于该零件的曲面较多，所以分模时会 比较困难本次设计与以前所做的课程设计有着很大的不同。在本次设计中，核心零件都是 基于 UG 的优化模块实现优化设计。这是在具体方法上对传统设计的革命。传统设计计算 繁琐且重复率较高， 尤其在试凑计算时对经验要求很高， 然而优化设计只要确定设计变量、 确立优化目标、定好约束条件就可以由计算机去完成复杂的迭代计算。 在完成本次毕业设计的过程中，本人渐渐地熟悉了注塑模具设计的一般过程和步骤。 设计过程中需大量地运用

31、已学过的知识，因此很好地巩固了书本上所学到的知识，配合自 己动手所得到的实践经验，对所学知识（尤其专业知识）掌握得更加牢固。在本次设计过 程中遇到过不少问题，例如对软件的不熟悉，软件的很多功能以前都没有接触过，因此需 从头学起，边学边做，也因为这样，印象特别深刻，掌握得特别牢固。在设计过程中，模 具的分型面的确定是比较难的，在 UG 中分型面的绘制也是比较难的，难点有凸有凹，不 可以用拉伸的方法创建分型面，要用复制的方法创建分型面。又图中的面与面不在同一平 面上，要用拉伸与合并的方法创建分型面。最终确定用复制的方法创建,然后用拉伸的方法 创建平面的分型面，再用合并的方法合并各个创建的分型面，最后用延拓的方法使分型面 到达模芯的边缘。通