毕业设计（论文）-飞机尾翼配件注塑模具设计

、绪论1.1来源思路模具行业是现代经济发展重要之一,我们生活中随处可见的塑胶都离不开模具,比如电视机，电饭煲等这些外观塑料。模具的的用处范围很广可以用于很多行业,现在模具行业也在不断增加,相关人士从业50万上下,其产值大约360亿元,市场长有洛阳纸贵的现象,出口约$2亿,进口约$10亿。如今,吾国的模具工业有以下特质:（1）复杂、精密、大型、寿命长中高档的模具以及模具标准件的发展节奏明稳健且势如长虹;(2)压铸模和塑料模有良好的增长势态;有着大批的专业企业在等待这样的机会来临蓄势待发，为经济发展做贡献;(3)另外，从国家的战略方面来说，一种的永恒发展——实体经济的发展，从而建立起扎实的金融基础，为人民的生活，资源的多元化做出贡献，故而模具的行业比重则是不言而喻;(4)从地区分布来看，则在全国的沿海地区发展明显优于其他地区，主要是指资金活跃，丰富的地方，比如长江，珠江三角洲,江浙一带，其模具规模产值已霸占6成。我和发达国家德、美、日、法、意这些国家,相差很远毕竟工业革命都是发达国家兴起，我国在这就几十年模具行业也不断在追赶，相信在不久的时间我国也会达到1.2我国模具行业发展历史及现状市场上的塑胶类产品日益增多，其用途也是非常之广，小到日常用品，脸盆、水桶、排插、开关、玩具之类的；再到工作用品，像鼠标、键盘、圆珠笔、电脑等；医疗、航天之类的塑胶用品也同样广泛。塑胶用品优点很多，轻便，防火，结实耐用，可塑性强，可回收利用。未来模具的发展还是很可观的，模具行业还是大有可为的，作为制造也的核心，即使现在不景气，困难重重，但我们不能否定，新的黄金时间即将到来。1.3我国模具的发展趋势未来模具发展方向：高精度、高效率（高自动化）。加工精度误差不断突破达到零误差，这就是高精端制造不断发展达到质量没问题，加工精度高，生产效率高。我们中国模具行业也出现了一大批专门从事高精密模具制造的公司，要做高精密模具，主要要素有两个，一个是设备，一个是人才。要求各个方面和人员多比较高，大多数国内企业水平还是和国外有差距，随着这几年发展做精密模具不断增加了，也在攻克一些国外的模具问题。国外好模具也在我国做，这说明我国的模具水平在不断提升，在不远的将来追平国外有可能超越，生产也在不断优化和加工工艺，国家开始重视制造业，制造业财是衡量一个国家的标准之一，我国已经自动化开始普及随着各种配合模具生产的自动化设备（主要是机械手）的普及，还有模具内部标准件的智能化程度提升（主要是热流道），模具生产的效率是越来越高了，而且会朝着更高，跟好的境界发展。在这发展中设计人员和各种加工人员需要不断提高自身水平，在设计的过程中，对周期的要求也会越来越高，特别是设计人员需要不断创新，提高效率优化设计结构简单高效，加工要不断的优化提高加工精度和流程。设计和加工相辅相成不可或缺。一个好的设计和加工能为生产减低成本提高效率。正因为如此我国模具行业正在迅速的发展。

2、飞机尾翼配件塑件分析2.1飞机尾翼配件的分析2.1.1塑件飞机尾翼配件结构如图2.1所示。图2.1飞机尾翼配件零件图此篇飞机尾翼配件注塑模具设计细节见上图描述，飞机尾翼配件的模具设计结构表面看似复杂但实际上需要经过细心分析与实验后，其自然显得简单而易懂。本次设计课题目标能够实现飞机尾翼配件的模具顺利制造以及飞机尾翼配件的大批量生产。减少生产成本提高生产效率，打出产品样板完全没有问题。最终顺利生产达到量产成品没有缺陷达到完美2.1.2塑件材料选择该产品设计的塑胶原料为PS塑料，该塑料的密度为:1.05/cm³,塑胶的塑化的温度：205～255℃，原料的缩水比率：0.3～0.8%。

该塑胶原料的物理性能如下：该树脂比较易溶入某些氯代烃，酮，醛等，但是与烃类及醇类的大部分不溶，该塑胶原料应该避免在使用的环境中存在类及醇类物质。该树脂原料在自然界中比较容易提炼，而且它能将PS,PB,PAN等优秀的性能有机结合，具备优良的力学性能比如硬度，韧性，刚性等等都很好，所有在实际生活中应用得非常的广泛。比如空调的外罩，手机的外壳，器材导航的外壳等。该塑胶原料的机械性能以及物理性能也是比较优秀，在比较高的温度以及比较低的温度环境中都能保持形状的稳定和性能的稳定，成型性，半成品的二次加工，后续的喷涂工艺，抗酸腐蚀，抗盐腐蚀比较好，并且不导电的性能是其在电子设备器械中大量使用。2.1.3分析塑件成型工艺（1）模具结构加工工艺制造非常重要，模具设计结构细节做的好在加工中很好体现出来，一个好的加工工内容能够提高模具加工精度，提高加工的效率，降低生产成本，还能提高模具的寿命。（2）产品成型分析影响产品成型有很多因素其中一个重要的因素是产品壁厚，产品的壁厚分主要定模和动模胶位厚度与支撑周边的骨位厚度。一般周边骨位的厚度≤主胶位厚度的0.6倍为佳。产品均匀的壁厚可以节省塑胶原材料的成本。2.2聚苯乙烯（PS）的成型工艺参数注射机类型为螺杆式；螺杆的转数49r/min；料筒的温度分为成型前期200℃～220℃；塑件成型中期180℃～200℃；塑件成型后期160℃～190℃；喷嘴的温度为70℃～190℃；模具的温度为50℃～70℃；注射的压力：80MPa～100MPa；定型的时间分别为注射10s～20s，保压1s～4s，冷却25s～45s，总周期35s～60s。

3、模架的确定模架分为两大类：标准模架和非标准模架。模具设计时优先选择标准模架使用。比如龙记模胚根据塑件可得定模板的尺寸定为330×450×80mm；动模板的尺寸为330×450×90mm；推杆固定板的尺寸为210×450×20mm；推杆垫板的尺寸为210×450×25mm；垫板尺寸为58×450×80mm。因此模架为图3.1所示。图3.1标准模架

4、注射机型号的确定4.1注射机的选择注塑机需根据产品大小，模具大小，及根据模具结构选择，有些产品壁厚薄，可能需要选择高速注塑机成型，有些产品是两次成型，需要选择双色注塑机，有些普通的模具，根据此产品要求，及产品结构要求，我们可以选择普通注塑机即可，成本最低的是普通注塑机。4.2所需注射量的计算（1）塑件的质量以及体积的计算:对于该飞机尾翼配件的设计，使用相关软件建立模型，并且分析和计算得：飞机尾翼配件的体积为V1=196.731cm3；飞机尾翼配件的质量为M1（2）系统凝料体积的估算通过设计软件UG里面的分析实体功能，选择测量凝料测量得出的结果为V2=2.313cm3（3）注塑定型单个本产品需要的原材料体积和质量体积为V0质量为M04.3注射机型号的选定表4.1HTF200注塑机基本参数型号HTF200注塑量最大数据-cm3535机头螺杆的最大直径-mm55注塑的最大压力数据--MPa169注塑时的行程最大数据-mm110一次注塑的周期/s1.2注塑时螺杆回转(r/min)0〜180机器炮筒动作种类螺杆式注塑机锁模力数据-kN2500单次注塑的投影面积-cm2140每次模具打开的最大值540闭模最厚数据-mm570闭模最薄数据-mm220注机格林柱最小空间mm510x510机器闭模的种类液压油泵的流量/(L/min)48压力/MPa14电动机的功率/kW15机器动力频率-Hz4Hz4.4注塑机的参数校核（1）注射容量校核由于以容量计算时V总≤0.8V注(4-1)式中V注为最大注射容量；V总为体积总和，通过软件测量为397cm3所以：V注≥V所以选择的注射机的注射容量达到相关的要求，并且质量要求也是一定的保障，选择这样的注射机确实可以达到很好的效果。（2）注射机相关数据的校核合模力的大小必须满足以下公式：(4-2)式中：P—型腔平均压力，30MPa；Aj—制品在分型面上的投影面积，14341mm2；Ax—凝料在分型面上的投影面积，257mm2；Fs—注射机额定锁模力，2500KN。n—型腔数量,4；由于Fs=2500KN≥30(14341×2+200)=866KN综合以上计算得出该模具选择的合模力、注塑面积均为合理的。（3）模具与注塑机相关长宽校核1）注塑机拉杆与模具长宽尺寸模具的长宽为400×450mm注塑机拉杆间的距离差为510×510mm模具高度方向可以不考虑，因此满足要求。2）模具闭合高度校核模具实际高度H模=331mm；通过查看上表[2]得知该注塑的最大合模厚度为H最大=570mm因此满足要求。3)开模行程校核模具的开模行程符合选择注塑机大小。在选择注塑机的时候，其额定的开模行程要符合该公式：H1+H2+(5～10)(4-3)式中H1—推出距离（mm）（脱模距离）H2—包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）(5～10)—安全距离15+50.25+10=75.25mm因此满足要求。

5、飞机尾翼配件模具结构设计5.1分型面位置的确定当产品的形状确定下来后，分型面的位置就会确定下来，但是分型面的具体设计思路和方法会对整个注塑模具产生很大的影响。这个影响会体现在多个方面，在此做简单的描述：在设计分型面的时候要注意到如下的一些设计原则性的东西：对构成产品的曲面进行开模方向的卸率分析，找出不能顺利出模的位置。分型面原则上要选择产品的最大外形作为分型面位置。这样才能是型腔或者型芯不会存在内扣的情况。在通过分型面将产品分为型腔或者型芯两部分的时候，一定要想办法使产品留在动模的一边，这样才可以通过注塑的推出油缸动作将产品推出模具，至于产品会不会留在动模一侧，这个主要参数是判断产品的摩擦力究竟是那边大，如果型芯的摩擦力，大于型腔的摩擦力，产品就会留到动模一侧了。因此该产品分型面及分型方向如图5.1所示。图5.1分型面5.2确认型腔数量和排列方式根据产品的内表面设计要求和市场需求，以及模具加工成本和结构，该模具选择一模四腔的结构。通过查询相关模具资料[2]，模具型腔布局如图5.2所示。图5.2型腔分布5.3成型零件的设计及尺寸计算5.3.1选择成型零件材料一个零件的设计比较重要的就是它的模具成型设计，设计的问题会侧面反映在产品上，该产品表面质量较高，在查阅模具钢料资料后[8]，选择NAK80来作为模具的成型材料。5.3.2型腔设计及尺寸计算型腔也叫定模，前模等，它的功能在整套注塑模具中作用非常大，用于成型产品的外观形状，属于核心零部件在设计的时候也要特别用心。型腔有几个方面需要注意的，第一个是型腔的表面粗糙度，这个表面粗糙度多少直接反映到成型后产品的表面。第二个是产品的尺寸精度的问题，尺寸精度与机器的加工精度，注塑成型的注塑参数，设计的公差相关，是个综合性的指标，在做注塑模具设计的时候产品的最大外形需要做到下偏差，这样就会比较安全。第三个是型腔使用的钢材型号，目前市场上通用的型腔钢材分为国内钢材和进口钢材，国内比较常用的钢材型号有3Cr2Mo等等，国外的常用NAK80等。第四个是该零件设计好后要方便制造，目前市场上通用的方法是采用相拼结构，这样一来既使得加工简单轻便，而且万一出现制造失误还可以快速更换。主型腔参数的确定型腔一般是固定在炮筒侧，固定不动的，一般是最重要的，需要保护好不被划伤，设计时注意进胶口尽量不要设计在产品前模型腔表面。1.型腔型芯径向的尺寸：型腔型芯径向的尺寸的公式如下：lm=[l上式中指型腔型芯的主要尺寸；指型腔型芯内部形状尺寸；指塑料的缩水，1.005；指修正系数值，设定为：3/4；指尺寸的公差数据；δz指零件制造的公差数据，取。2.型腔型芯径向的尺寸：型腔型芯径向的尺寸的公式如下：hm=[hs+上列公式中：为型腔型芯的主要尺寸；为型腔型芯内部形状尺寸；为收缩率,取为0.5%；为修正系数的数值,取2/3；为尺寸的公差数据； 为零件制造的公差数据，取。PS塑胶，通过查询相关的模具书[2]可得知其缩水率通常取千分之五，其通常采用5级精度要求。前模部分型腔关键尺寸的公差：1.型腔内模成型的主尺寸：L凹式中：L凹塑料制品的外径尺寸要求；至于塑件的缩水，查资料[1]后评估取1.005，PS的尺寸精度相对可以取高一点，因为其成型性比较好，型腔长宽计算公式如下列内容：LL型腔深度计算公式如下列内容：h凹=[hh因此型腔参数确定。5.3.3型芯设计及尺寸计算型芯也叫动模，后模等，它在模具中用于成型产品的内部形状，由于产品内部结构比较多，所以造成型芯的结构特征特别多，由于结构比较多问题就比较多，型芯在设计过程中要注意以下几点：第一个是型芯的加强筋粗糙度，这个表面粗糙度少可以方便产品顺利出模。第二个是产品内部装配结构的尺寸精度的问题，注意在设计的装配位置的时候装配间隙要做到上偏差，这样一来，产品在装配的时候不会因为装配间隙过小，或者产品变形后造成装配间隙小而装不进去，如果后续装配的时候觉得装配间隙大了，也可以通过加一点胶可以迅速的调整过来。第三个是型腔使用的钢材型号，目前市场上通用的型腔钢材分为国内钢材和进口钢材，国内比较常用的钢材型号有3Cr2Mo等等，国外的常用NAK80等。第四个是该零目前市场上通用的方法是采用相拼结构，第五个是型芯的制造加工周期长，在设置加工工艺的时候要优先仔细认真，严格按照设计思路和流程加工，由于加工周期长，在加工的时候尽可能排在前头加工。动模成型长宽的尺寸算法如下：lM通过查询相关资料[2]，上式：Δ前面的系数可取在1/2～3/4之间LL动模成型高度的尺寸算法如下：hM通过查询相关资料[2]，上式：∆前的系数可取在1/2～2/3之间。h因此型芯参数确定。5.4浇注系统的设计设计中要注意遵守下面的一些大概的原则性东西：根据产品成型的需要来选择流道系统类型。比如有外观要求可以选择侧浇口；产品生产批量非常大时采用热流道系统。结合考虑注塑模具的结构，比如有些产品左右侧面都有抽芯机构，如果用侧面进浇流道系统，会与抽芯几个干涉，这个时候就可以选择侧浇口的流道系统。在确定好进浇口位置后，设计的流道距离要最短并兼顾流道的平衡冷料井通常是设置在流道的尾端。进浇口要有利于以最短的距离快速布满所有型腔。流道系统的设计需要尽量提高生产效率，比如在目前实际生产中，设计的流道系统要尽量采用机械手能取出凝料。主流道衬套（也叫浇口套），其的作用是因为经常与注塑机的喷嘴碰撞接触，容易损坏，才会设计成一个单独的零件，这样就可以随时更换。实际生产中，已经将浇口套做成了一个标准件，在各个模具配件店都可以采购到，或者做库存，为注塑生产提供了很好的保障。该零件材质通常采用碳素工具钢,其经过淬火调质处理后硬度是49~55HRC。浇口套设计的主要形状如图5.3所示。图5.3浇口套主流道是主流道衬套（也叫浇口套）里面的一个圆锥形的管道，市场上已经将其设计成一个标准了。本模具主要的参数如下：模具的主流道与注塑机的喷嘴连接的小端尺寸：直径：D=所选注塑机的喷嘴的 (4.1)D=2+1，故D=3mm浇口套与注塑机相连圆面的半径为SR0=注塑机的喷嘴头尺寸+（1～2.0） (4.2)SR0主流道长L=62.5mm主流道大端直径尺寸： (4.3)图5.4浇注口示意图5.5排气系统的设计当模具在生产过程中，高温高压的熔融塑胶极快的速度注入型腔时，型腔有很高的热量，需要做排气让型腔中的空气来需要能够及时的排出，另外有些塑胶由于具有吸水性，水分在注塑料筒内汽化成水蒸气，这些水蒸气也是需要排出型腔之外，假如这些空气和水蒸气未能迅速排出模具型腔，熔融的塑胶会因气体压缩局部迅速产生极高的温度，进而使塑胶局部碳化，也会产生产品空洞，填充不足，气泡等等诸多不良。本产品型腔尺寸较大，可以利用分型面，推杆等空隙排气。5.6温度调节的系统设计5.6.1加热系统该飞机尾翼配件模具会因生产的温度而影响到生产效率，产品的形状和产品的尺寸精度。经过查询相关的资料模具书[3]得出结论该PS塑胶原料的大致注塑成型温度是65～90，通过翻阅相关资料[2]，经过对比确定选择模温为：80℃左右,在此温度内可以不需要在模具上面设计加热装置。5.6.2冷却系统在模具注塑生产过程中，塑胶从注塑机料筒里面加热融化后，以高温高压的状态迅速填满型腔冷却。进入型腔的塑胶开始的温度通常是在200℃左右，这个时候塑胶虽然填满型腔了，但是其状态还是融化状态，需要将冷却水管让温度迅速冷却下来使塑胶凝固这么一个过程，一般需要降到60℃一下，塑胶才能定型。设计原则：在设计模具的冷却系统时，需要注意的原则有：冷却水管道与型腔表面保持一定的安全距离，查相关资料[6],该模具需要保持10mm左右的距离。型腔和型芯的冷却管要分开成两组以上。方便使型腔和型芯保持不同的温度。冷却水的管道与位置需要根据产品的结构来确定，胶位厚的，水管要相应大一些。冷却水管进水处的温度和出水处的温度的相差尽量要不要太大。产品进胶区域温度会特别高，需要水管冷却。（2）设计过程：通过查询资料[2]得知：塑胶原料PS在其产品的设计厚度2mm时，塑胶原料PS的热流量系数为Q1=350kj/kg,s根据PS性能，取t1=10s注射时间t2=2s，保压2s注射周期为t=10+2+2+(5～8)=20s 平均每分钟注射次数N=3600/120=3所以：总热量模具四侧面积 AM1=1565+1587+1818+1587*2=6557mm2分型面面积开模率 所以：散热表面积=8359.2 模温70℃，室温20℃因此对流所散发的热量：辐射所散发的热量： =注塑机所散发的热量：70-20=502根据以上计算在注塑生产过程中模具自身也可以进行散热的。但是在实际生产过程中，绝大部分模具都会设置冷却系统，以便加快冷却从而提高生产效率。（3）布置冷却系统通过计算得出该塑胶壳罩模具在单个注塑循环中释放出来的热量不多。因此考虑到加工生产的实际情况只需要将冷却水布置在模具的四个面周围就可以了，Ф8mm是该模具型腔型芯的冷却水直径均。冷却水管的分布线如图5.5所示。图5.5水路示意图5.7导向机构设计在选用好标准模架后，四个导柱导套用来做模胚的导向。推杆推出的导向由复位杆来完成，导柱导套如下图5.6和图5.7所示。图5.6导柱图图5.7导套图5.8脱模机构的设计产品在注塑冷却环节完成后将产品从模具中取出，这个过程也叫产品的脱模过程，模具完成将产品从型芯中推出产品的机构叫做脱模机构，有叫顶出机构或者叫推出机构。5.8.1脱模推出机构的设计原则脱模系统在注塑模具中是必不可少的，因为产品在注塑，冷却后，模具打开，接下来就是要想办法把产品取出来，根据物体热胀冷缩的原理，塑胶产品冷却后会产生收缩力，使得产品紧紧包住型芯的，型芯的侧面的包紧力矢量方向与产品出模方向接近90度的夹具，意思是这个包紧力是非常大的，靠人的手是无法克服侧面的摩擦力将产品取出的。也不能采用撬棍，或者钳子什么的来取，这样会直接破坏的外形结构。那么就需要在动模方向设置一个专门用来推出产品的结构系统。由于产品是塑胶的，推出系统的硬度不能比塑胶小，所以目前市场上通用的是用推杆或者推板来进行产品的推出。考虑到这个推出系统在每一个注塑成型过程中都要重复一遍推出产品，和推杆复位的动作，对其重要的要求是保证动作的可靠，大量的往复运动也不会出现问题，就需要注意到如下列所说到的原则性问题。由于推杆或者推板需要直接作用到产品上，所以它们的位置一定是放置在产品的上面，这样一来产品就会在推杆位置留下痕迹，比如说圆形的推杆，在产品上面就会留下一个直径和推杆一样大小的圆，并且非常明显。这样一来，推杆一般情况下就需要设置在产品的内部位置，这样产品装配起来后就不会看到推杆的痕迹了。5.8.2选择塑件推出的基本方式在设计塑胶产品推出结构的时候，可以根据产品的结构形状以及要求选择不同的推出方式，常用的推出方式有:顶杆式，顶板式，推板式，套筒式，斜滑块式等等，另外还有推块，气顶等等，也有多种方式并用的情况。根据该产品的结构，最佳方式是采用常见的推杆脱模机构。5.8.3推杆的布局推杆的布局如图5.8所示图5.8推杆的布局示意图5.8.4推杆尺寸计算（1）脱模力 (5-7) (5-7)(5-8) (5-9)φ取1°时，K1=3.556，由PS特性和模具材料得f=0.21φ取1°时，K1=1.0052；=1.75mm；E=1800Mpa；S=2％；μ=0；L=14cm所以:（2）推板的厚度 (5-10)L0=300mm，E=2100Mpa，B=150mm,=1/5*0.28mm所以：（3）推杆的直径K=1.5，L=140，n=7，E=2100000所以:，取d=5mm6、飞机尾翼配件塑件总装工作原理飞机尾翼配件塑件总装配图如图6.1所示图6.1装配图该模具的工作动作步骤为：

打开模具的动作介绍：当注塑机完成好注塑保压，冷却成型工作过程后，接下来就需要将注塑模具打开了，注塑模具打开的动力是来自于注塑的后面部分的液压油缸，当注塑控制系统发出开模指令后，液压油缸开始工作，油缸带动注塑的后面的板开始运动，由于注塑模具的动模部分是固定在注塑后面的板上面的，就会随着注塑后板一起往后面运动，由于注塑模具定模部分固定在注塑前面，开模时是静止不动的。所以模具就会在分型面处将动模和定模分离开来。当动模运动到注塑机的指定位置后，这个时候产品会有足够的取出空间了，这个时候，注塑机后面配置的推出油缸开始接收指令工作，往前进行推出动作，由推出油缸自带的一个圆杆，顶住注塑模具的推杆固定板往前面运动，推杆固定板上面的推杆直接作用到该塑胶产品的内表面上，将产品推出动模型芯。该产品推出后可以由注塑机上部安装的机械臂将产品取出放置在指定的框内，或者由操作人员将产品取出放置到框内。至此完成了整个注塑模具的开模动作。闭合模具的动作介绍：当产品取出后，注塑就要进行闭合过程了，注塑模具闭合的动力同样是来自于注塑的后面部分的液压油缸，当注塑控制系统发出闭模指令后，液压油缸开始工作，油缸带动注塑的后面的板开始向前运动，注塑模具的动模部分跟着注塑后板一起向前面运动，当动模的复位杆碰到定模固定板时，复位杆会带动推杆固定板以及推杆复位，动模继续往前运动到指定位置后，动模和定模的分型面位置紧密贴合在一起，完成了整个模具的闭合动作。

参考文献[1]钟佩思等.模具先进制造技术发展趋势综述[J].模具制造,2015,(3)[2]中国模协技术委员会专家组:第八届国际模展技术综述.电加工与模具[J].2010,(4)[3]周永泰.模具设计和加工技术的发展方向[J].航空制造技术，2014，(5):32～36.[4]陈东军等.宏专家系统模型及其在塑模设计中的应用[J].计算机工程与应用，2011，（14）：142～145.[5]李硕本等.注塑工艺理沦与新技术[M].北京：机械工业出版社，2013.[6]王卫卫.金属与塑料