毕业设计（论文）-带手柄水杯注塑模设计

摘要本文设计了一种带手柄水杯的注塑模具。首先本次设计从研究背景出发，对塑料成型工艺进行了选择与确定，确定了很多的细节与参数，也明确了需求和功能，选取了聚碳酸脂（PC）材料，水杯的壁厚为4mm，型腔的粗糙度为Ra（3.2~0.2）µm，同时粗略设置了工艺参数。然后就对带柄水杯注塑模具进行了结构设计，将分型面选择在水杯对称线的剖切面上，确定了一模一件的型腔，再完成了浇注系统的设计，然后在成型零件选择了嵌入的结构，设计了凹模和型芯，随后对合模导向机构和推出机构进行了设计，最后设计了模具温度调节系统，并且选用了标准模架。接下来是对注射机的参数进行了校核，经过验证，最大注射量、注射压力的、锁模力和开模行程均满足校核要求。最后对带柄水杯和注塑模具设计三维模型，并完成了注射仿真，获得了比较好的效果。关键词：水杯注塑模具结构设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411AbstractTheChina'splasticmoldstartedlate,inrecentyears,theR&Dandmanufacturingtechnologycontinuestoimprove,inthiscontext,thispaperdesignedakindofinjectionmoldwithhandlewatercup.Firstofall,thisdesignstartsfromtheresearchbackground,summarizestheresearchnecessity,andthensummarizesthetypesofplasticmoldingmold,injectionmoldingequipmentandtypicalstructureofinjectionmold,layingthenecessarytheoreticalfoundationforthefollowingpaper.Thentheplasticformingprocesswasselectedanddetermined,manydetailsandparametersweredetermined,andtherequirementsandfunctionswerealsodefined.Polycarbonate(PC)materialwasselected,thewallthicknessofthewatercupwas3mm,theroughnessofthecavitywasRA(3.2~0.2)µm,andtheprocessparameterswereroughlyset.Then,thefirstmockexamoftheinjectionmoldofthehandlecupwascarriedout.Thepartingsurfacewasselectedonthecuttingsurfaceofthesymmetricallineofthecup,andthecavityofthediewasdetermined.Thenthegatingsystemwasdesigned.Theembeddedstructurewasselectedintheformingpart,andthedieandcoreweredesigned.Thentheclampingmechanismandtheejectingmechanismweredesigned.Finally,themoldtemperatureadjustmentwasdesigned.Sectionsystem,andtheselectionofstandardmoldbase.Next,theparametersoftheinjectionmachinearechecked.Afterverification,themaximuminjectionvolume,injectionpressure,moldlockingforceandmoldopeningstrokeallmeetthecheckingrequirements.Finally,the3Dmodelofwatercupwithhandleandinjectionmoldisdesigned,andtheinjectionsimulationiscompleted,andthebettereffectisobtained.Keywords:watercup;injectionmold;structuredesign目录TOC\o"1-2"\h\u25825摘要 本次设计选择的是平衡式圆形分流道。对于分流道的尺寸的选择，决定因素有很多，一般采用的只直径13mm。（3）各种浇口尺寸的计算表3.3侧浇口和点浇口的推荐值塑件壁厚/mm侧浇口横截面积/mm点浇口直径d/mm浇口长度l/mm深度h宽度b＜0.8~0.5~10.8~1.310.8~2.40.5~1.50.8~2.42.4~3.21.5~2.22.4~3.33.2~6.42.2~2.43.3~6.41.0~3.0本文中选择点浇口，尺寸如表所示h=1mm,b=1mm3.6成型零件设计成型零件与熔融塑料直接接触，主要作用是成型塑件，考虑因素是塑件质量和模具成本。本次设计的注塑模的成型零件设计主要包括凹模和型芯：凹模是外表面成型零件，本次设计选用的是嵌入的结构，制造比较简单，而且便于维护；型芯也称为凸模，是内表面成型零件，处于相同的考虑，也是用嵌入的结构。然后进行成型零件工作尺寸的计算。凹模径向尺寸为：（式3-5）凹模深度尺寸为：（式3-6）型芯径向尺寸为：（式3-7）型芯高度尺寸：（式3-8）以上计算的参数分别是该零件下的设计参数，LM-径向尺寸(mm)，Ls-径向公称尺寸(mm)，Scp-塑料的平均收缩率(%)，Δ-公差值(mm)，δz-制造公差(mm)。然后计算两者的中心距尺寸为：（式3-9）图3-5型腔图3-6型芯3.7合模导向机构设计合模导向机构是合模时用来正确定位导向的零件，一般有导柱和钉面两种，本次设计采用的是导柱，主要起到的作用时：（1）保证合模位置正确，保证尺寸与精度；（2）保证导向正确，避免零件损坏；（3）承受侧向压力，充模过程中依靠导柱承受侧向压力，减小对精度的影响。于是本次设计选择使用直径不对称布置的带头导柱，公称直径d=25mm。图3-7导套图3-8导柱3.8推出机构设计本次设计的推出机构的要求有五个：（1）通过注射机驱动推出机构，所以要将推出机构设置在动模上；（2）结构的设计应简单，使用灵活，方便维护，安全可靠；（3）推杆位置应设在塑件成立较大位置，保证塑件的质量；（4）保证足够的推出力，使塑件匀速推出；（5）推杆孔与推杆配合应适宜。然后开始计算斜导柱抽芯机构的参数。抽芯力为：（式3-10）c为侧型芯成形部分的截面平均周长取值为224.51mm；h为侧型芯成形部分的高度为86mm；p为塑件对侧抽芯的收缩力，取值范围是（0.8～1.2）×107Pa，于是取p＝1.0×107Pa；µ-塑件对钢摩擦系数，取值范围是0.15～0.2，于是取0.18；α是侧抽芯脱模倾余角，取20°。然后计算抽芯距，一般情况下的抽芯距为侧孔深加2～3mm：S=S1+（2+3)mm=37.74mm（式3-11）然后计算斜导柱的倾斜角，应满足：（式3-12）（式3-13）此处开模行程H为125mm，抽芯距S为37.74mm，所以α的计算值为16.8°，本次设计取为15°。所以斜导柱的总长为：（式3-14）斜导柱固定端大端直径D为11mm，固定板厚度h为40mm，所以斜导柱总长计算值为200.17mm，本次设计取200mm。3.9模具温度调节系统设计当塑料熔体全部注入模具后，要在模具中完成冷却与定型，这个过程中，磨具与外界存在热交换，所以需要温度调节系统提高成型速度，这样可以提高生产效率。对于本次毕设，要求的模温并不高，所以仅有冷却功能即可，于是采用的水冷的方式。水冷系统的要注意：进出水的温差不宜过大；浇口处需要强冷却；冷却水管道应与熔接痕保持距离；水道应通畅，且便于清理；水道密封性要好。于是本次设计的模具冷却方案为：型腔冷却通过上方定模板钻孔，通过两条平行水道进行冷却；型芯冷却通过在定模板四周钻孔，在水道内循环进行冷却。（1）冷却介质PC属于中等粘度材料，其成型温度及模具温度分别为200℃和50~80℃，所以模具温度初步选定为50℃，用常温水对模具进行冷却。（2）冷却系统的简单计算1）塑料制品的体积V=V₂=2V+V1=331.76+132.7=464.46cm3塑料制品的质量m=Vρ=1.22×464.46=566.5g塑件壁厚2mm，查表得t冷=12.5s，取注塑时间为t注=2s，脱模时t脱=8s,则注射周期：t=t注+t冷+t脱=（2+12.5+8）=22.5s。由此得每小时注射次数：N=3600/22.5=160次单位时间注入模具总得塑料熔体的总质量：W=Nm=160×565.5=90.6kg/h。（3）单位质量塑件在凝固时释放出得热量Qs查表知道PC得单位热量值范围590kJ/Kg，可取得Qs=590kJ/Kg计算冷却水得体积流量qv，设冷却水道入水口得水温θ2=24℃，出水口温度为θ1=25℃，取水密度为ρ=1000Kg/m3,水得比热容C=4.187KJ/（kg·℃），则根据公式为：确定冷却水道直径d当qv=0.005m3/min,查表可知取模具冷却水孔得直径为d=0.008m。冷却水在管内的流速V冷却管壁与水交界面得膜传热系数因为平均水温度为23.5℃，查表得f=6.7，则有：计算冷却水通道得导热总面积A计算模具所需冷却水管得总长度L根据具体情况，为了提高生产效率，凹模冷却管道为4根，凸模为4根。3.10标准模架的选用标准模架的结构尺寸于形式都已经标准化，于是本次设计选择了一种标准模架，尺寸参数如下表所示。中小型标准模架的选择方法有两种经验法，在这里选择一种计算即可。当型腔带镶件时，根据制品的外形尺寸（平面投影面积与高度）以及制品本身结构，可以确定镶件的外形尺寸，然后再按经验确定模架的大小。表3-1标准模架尺寸参数表模板名称模板尺寸(mm)模板名称模板尺寸(mm)定模座板650×650×35支承板650×550×100定模固定板650×550×40推件板650×370×30定模板650×550×115推件板固定板650×370×25动模固定板650×550×80动模座板650×650×35动模板650×550×60注射机的校核本次设计选择的注塑机为XS-ZY-1000型，额定注射量为1000cm3，注射压力为121MPa，额定锁模力为4500KN，最大开模行程700mm，下面就要对这些量进行校核。4.1开模行程的校核按照本次设计选择的注塑机属于液压机械式，可以根据模具厚度的变化进行调模，最大开模行程与模具厚度无关，应为：（式4-1）其中塑件脱模距离H1的值为125mm，塑件高度H2的值为195mm，所以Smax的值为330mm，小于最大的开模行程700mm，本次设计的开模行程也满足校验要求。第五章带柄水杯三维设计注射仿真分析5.1塑料水杯三维造型及模具设计计算机技术不断发展，出现了许多绘图与建模的软件，机械设计也从单纯的绘图设计，走向了三维制图与动态仿真的发展道路。常见的三维建模仿真软件有solidwors、UG和Pro/E，根据本次设计的需求，选择了Pro/E作为主要的设计软件，因为Pro/E有EMX模架设计专家模块，专门可以为注塑仿真设计提供功能。Pro/e中有自带的料顾问模块（PlasticAdvisor），可以用来分析塑料制品的注塑仿真过程，使用起来非常方便，在使用时可以动态模拟仿真注塑过程，可以查看填充状态、注射压力分布、温度分布等，如果存在设计缺陷可以直接识别。通过Pro/e进行注塑仿真分析的优势为：可以建立三维模型，可以模拟运行的过程，可以预测设计的缺陷，这样的设计方法可以摆脱传统的试验方式，可以在设计阶段就发现问题并进行调整，促进了模具设计行业的发展。不过对于大型的复杂结构进行仿真时，效果很不好，与现实差距较大，而且找到缺陷后，不能找到原因和提供修改意见。但在本次设计中，使用起来非常合适。图5-1所示的带柄水杯模型设计的全过程为：首先选择模具型腔模块，直接导入零件模型，然后考虑到材料的特适性设置收缩率为0.0055，然后自动创建完成毛坯工件；下一步采用裙边定义分型面法，生成模型的侧面影像线后，再利用裙边曲面建立分型面，再拆分成凸模和凹模，然后就能将其转化为零件模型；然后设计铸模的各个零件，并展开模具的零件图如下所示。图5-2模具展开效果图模架设计可以使用EMX4.1模块，首先选择二板式模架，然后填入上模、下模和动模的部分参数，再修改成需要的标准化模架；在顶出机构的设计中，由于选取的模板壳体比较薄，所以不使用托杆，而是单独设计成型零件，通过在支承板上创建沉头螺孔并加载完成；在模架的冷却系统三维设计中，使用的是单个冷却水道。最后设计的模架图如下所示。图5-3模架模型图5.2产生分析结果首先进入Pro/E的塑料顾问模块，创建浇注点在浇口，然后设置分型面的方向，然后分别悬崖注射压力、注射温度和熔接痕作为分析的方式，然后选择材料为PC材料，然后调节一下颜色等显示参数，就可以得到相应的分析结果。5.3分析结果（1）注射压力示意图如下，没有明显的应力过大的位置。图5-4注塑压力示意图（2）注塑温度的示意图如下，由此可见温度达到要求，而且分布非常平均。图5-5注塑温度示意图（3）熔接痕的示意图如下，由此可见并没有明显的熔接痕。图5-6熔接痕示意图（4）气泡的示意图如下，由此可见有少量气泡。图5-7气泡示意图气泡不可能完全消除，存在气泡的原因有很多，后续研究中可以通过排气槽的设计来减少气泡。第六章装配图图6-1二维装配图图6-2三维装配图图7-3三维爆炸装配图第七章总结与展望7.1总结本次设计从研究背景出发，总结了研究必要性，然后对塑料成型模具的种类、注塑成型设备和注射模具的典型结构做了总结，为后文奠定了理论基础。然后在第二章里对塑料成型工艺进行了选择与确定，确定了很多的细节与参数，也明确了需求和功能。然后就对带柄水杯注塑模具进行了结构设计，然后对注射机的参数进行了校核，最后设计三维模型，并完成了注射仿真，展开了分析，获得了比较好的效果。7.2反思在这次设计中，进行了基本的机械设计技能训练，掌握运用了机械工程计算、计算机绘图、经验数据的验算估算和数据处理等，提高了相应的实际工作能力和自身的设计能力，并培养了严肃认真的科学态度与严谨求实的工作作风，强化了机械工程意识，树立了勇于实践、大胆探索和积极开拓的创新精神。也为今后的机械设计打下了坚实的基础。参考文献[1]申开智.塑料成型模具（第二版）[M].北京：中国轻工业出版社.2009[2]欧阳乐.基于Pro/E的注塑模智能设计系统的研究与开发[D].上海交通大学,2012.[3]黄海阔.基于Pro/E的注塑模具的优化设计研究[D].华北电力大学,2014.[4]何政军.基于实例的注塑模具CAD/CAE/CAM技术研究与应用[D].华北电力大学,2014.[5]曲海霞.基于PROE的一模多腔注塑模具结构设计及Moldflow仿真分析[D].山东大学,2013.[6]石鑫.汽车安全气囊盖注塑模具设计与分析[D].安徽理工大学,2019.[7]郭国谊.基于Pro/E的注塑模具的优化设计研究[J].无线互联科技,2016(22):59-60.[8]黎德桂.PE瓶盖多腔注塑模具热流道系统的研究与应用[D].华南理工大学,2018.[9]周天元.笔记本外观塑件注塑模具CAD/CAE技术的应用研究[D].天津大学,2018.[10]黄玉山.选区激光熔化随形冷却模具设计及性能研究[D].华南理工大学,2018.[11]颜志洪.注塑模具随形冷却强化传热的分析与研究[D].湖北工业大学,2018.[12]彭