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南 京 工 程 學 院 畢業(yè)設計說明書 論文 作 者 陳茜 學 號 088811202052 學 院 江蘇財經職業(yè)技術學院 專 業(yè) 數(shù)控加工與模具設計 題 目 摩絲噴嘴的注塑模設計 指導者 評閱者 2013 年 4 月 淮 安 第 2 頁 摘 要 本次設計的是摩絲噴嘴的注塑模具 屬于日常生活用品 所用材料是當前應用較為 廣泛的熱塑性塑料 LDPE 本次設計使用了制圖軟件 AutoCAD 及模具設計軟件 UG 用 UG 繪出實體 清晰的把模具的結構 分模表示出來 關鍵詞 LDPE 模具 摩絲噴嘴 實體 AutoCAD UG Moldflow 目 錄 第 3 頁 前言 第一章 緒論 1 1 產品概緒 1 2 課程介紹 第二章 塑件工藝分析 2 1 塑件材料及工藝特性分析 2 1 1 塑件材料基本特性 2 1 2 成型工藝條件 2 1 3 塑件材料用途 2 2 塑件結構工藝分析 2 2 1 結構分析 2 2 2 尺寸精度分析 2 2 3 表面質量分析 2 2 4 方案確定 第三章 注射機型號的確定 3 1 計算塑件的體積和質量 3 2 塑件注射工藝參數(shù)的確定 第四章 注射模的結構設計 4 1 分型面選擇 4 2 確定行腔的排列方式 4 3 澆注系統(tǒng)設計 4 3 1 澆注系統(tǒng)設計原則 4 3 2 主流道設計與定位圈的設計 4 3 3 分流道設計 4 3 4 點澆口設計 4 3 5 冷料穴設計 4 4 成型零件的結構設計 4 4 1 凹模的結構設計 4 4 2 凸模的結構設計 4 5 合模導向機構設計 4 5 1 導柱的設計 4 5 2 導套的設計 第五章 模具設計的有關計算 5 1 型腔和型芯工作尺寸計算 5 2 型腔模具的厚度 5 3 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計算 5 4 模具閉合高度確定 第六章 注射機有關工藝參數(shù)的校 6 1 鎖模力的校核 6 2 模具閉合高度的校核 6 3 模具安裝部分的校核 6 4 模具開模行程的校核 6 5 注射壓力校核 6 6 鎖模力的校核 6 7 注射機安裝模具部分的尺寸校核 第 4 頁 第七章 繪制模具總裝配圖和非標準工件圖 第八章 注射模主要零件加工工藝規(guī)程的編制 第九章 設計小結 謝辭 參考文獻 附錄 第 5 頁 前言 在 現(xiàn) 代 工 業(yè) 發(fā) 展 的 進 程 中 模 具 的 地 位 及 其 重 要 性 日 益 被 人 們 所 認 識 模 具 工 業(yè) 作 為 進 入 富 裕 社 會 的 原 動 力 之 一 正 推 動 著 整 個 工 業(yè) 技 術 向 前 邁 進 模 具 就 是 高 效 益 模 具 就 是 現(xiàn) 代 化 之 深 刻 含 意 也 正 在 為 人 們 所 理 解 和 掌 握 當 塑 料 品 種 入 其 成 型 加 工 設 備 被 確 定 之 后 塑 料 制 品 質 量 的 優(yōu) 劣 及 生 產 效 率 的 高 低 模 具 因 素 約 占 80 由 此 可 知 推 動 模 具 技 術 的 進 步 應 刻 不 容 緩 塑 料 模 具 設 計 技 術 與 制 造 水 平 常 標 志 一 個 國 家 工 業(yè) 化 發(fā) 展 的 程 度 由 此 可 知 塑 料 模 具 設 計 對 于 產 品 質 量 與 產 量 的 重 要 性 是 不 言 而 喻 的 畢 業(yè) 設 計 這 一 教 學 環(huán) 節(jié) 使 我 獨 立 承 擔 實 際 任 務 的 全 面 訓 練 通 過 獨 立 完 成 畢 業(yè) 設 計 任 務 的 全 過 程 培 養(yǎng) 了 我 的 實 踐 工 作 能 力 另 外 畢 業(yè) 設 計 必 須 具 備 一 定 的 計 算 機 應 用 的 能 力 在 設 計 過 程 中 都 應 結 合 設 計 課 題 利 用 利 用 UG 軟 件 進 行 塑 件 的 3D 塑 件 分 模 同 時 還 具 備 必 要 的 計 算 機 繪 圖 能 力 如 利 用 AutoCAD 進 行 二 維 圖 的 繪 制 在這個過程之中 首先是對零件的分析 消化現(xiàn)有的資料 對設計的目的和要求有 一個大致的了解 然后是大致測量零件的尺寸著手畫出實物的零件圖 利用所學知識分 析出零件的凸模和凹模 查找手頭的資料進行相關數(shù)據(jù)的計算 根據(jù)所得數(shù)據(jù)畫出草圖 檢查和核對之后繪制零件的裝備圖 最后分析總結 寫出自己的設計思路 設計過程和 設計體會 本 設 計 的 課 題 是 摩 絲 噴 嘴 的 注 射 模 設 計 在 此 次 設 計 中 主 要 用 到 所 學 的 注 塑 模 設 計 機 械 設 計 UG 和 Moldflow 等 軟 件 應 用 的 相 關 知 識 需 要 對 注 射 模 設 計 的 一 般 流 程 進 行 分 析 即 注 射 成 型 的 分 析 注 射 機 的 選 擇 及 相 關 參 數(shù) 的 校 核 模 具 的 結 構 設 計 注 射 模 具 設 計 的 有 關 計 算 模 具 總 體 尺 寸 的 確 定 與 結 構 草 圖 的 繪 制 模 具 結 構 總 裝 圖 和 零 件 工 作 圖 的 繪 制 全 面 審 核 投 產 制 造 等 其 中 模 具 結 構 的 設 計 既 是 重 點 又 是 難 點 主 要 包 括 成 型 位 置 及 分 型 面 的 選 擇 模 具 型 腔 數(shù) 目 的 確 定 型 腔 的 排 列 布 局 流 道 布 局 以 及 澆 口 位 置 的 選 擇 模 具 工 作 零 件 的 結 構 設 計 側 向 分 型 及 抽 芯 機 構 的 設 計 推 出 機 構 的 設 計 拉 料 桿 的 形 式 選 擇 排 氣 方 式 設 計 等 要 很 好 的 完 成 畢 業(yè) 設 計 必 須 要 掌 握 模 具 設 計 的 過 程 學 習 如 何 查 閱 相 關 資 料 和 怎 樣 解 決 在 實 際 工 作 中 遇 到 的 實 際 問 題 總 之 這 次 畢 業(yè) 設 計 能 夠 為 我 們 以 后 從 事 模 具 職 業(yè) 打 下 良 好 的 基 礎 第 6 頁 第一章 緒論 1 1 產品概述 塑料是以高分子合成樹脂為主要成分 在一定的溫度和壓力下 可塑制成一定的形狀 并且在一定條件下保持不變的材料 各種合成樹脂都是將低分子化合物的單體通過合成 的方法生產出的高分子化合物 塑料是 21 世紀才發(fā)展起來的一大類新材料 具有質量小 比強度高 電氣性能優(yōu)越 化學穩(wěn)定性好 摩擦系數(shù)小 耐磨性能優(yōu)良 吸振和消聲隔音效果好等特點 同時易成型 易切削 易焊接 能很好地同其他材料相粘接 加之原料來源豐富 因此在汽車 家電 辦 公用品 工業(yè)電器 建筑材料及電子通信等領域得到了廣泛的應用 成為 4 大工業(yè)材料 鋼材 木材 水泥和塑料 中發(fā)展最快的一種材料 塑料制件 塑件 幾乎已經進入一切 工業(yè)部門以及人民日常生活的各個領域 目前 我國的塑料工業(yè)已逐步成為國民經濟的支 柱產業(yè)之一 塑料工業(yè)是隨著石油工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的新興工業(yè) 包含塑料生產和塑件生產兩 大部分 塑料生產是指樹脂或塑料原材料的生產 通常由樹脂廠來完成 塑件生產即塑料 成型加工 是根據(jù)塑料性能 利用各種成型加工手段 使其成為具有一定形狀和使用價值的 物品或定型材料 塑件生產主要包括成型 機械加工 修飾和裝配等 4 個生產過程 成型是將各種形 態(tài) 如粉狀 粒狀 溶液和分散體等 的塑料原料 制成所需形狀的塑件或型坯的過程 是 塑件生產中最重要且必不可少的過程 其他三個過程可視塑件要求而取舍 塑料成型模具塑料成型模具是成型塑件的主要工藝裝備之一 它可使塑料獲得一定的 形狀和所需性能 在塑件生產中約有 95 是依靠模具完成的 塑件的更新都是以成型工藝的改進和模具 的更新為前提的 塑料模具可分為下列幾類 1 注射模注射模又稱注塑模 塑料注射成型是在金屬壓鑄成型原理基礎上發(fā)展起來 的 首先將粒狀或粉狀的塑料原料加入到注射機的料筒中 經過加熱熔融成粘流態(tài) 然后 在注射機螺桿或柱塞 已很少使用 的推動下 熔融塑料以一定的流速通過料筒前端的噴嘴 及模具的澆注系統(tǒng)注入閉合的模具型腔中 經過一定時間的保壓 塑料在模內冷卻 硬化 定形 接著打開模具 從模內脫出成型的塑件 注射成型主要用于熱塑性塑料的成型 近 年來 熱固性塑料的注射成型也在逐漸增加 注射成型具有能成型形狀復雜的塑件及生產 效率高等特點 在塑件的生產中占有很大的比重 注射成型所使用的模具稱為注射模 據(jù) 統(tǒng)計 注射模的產量占世界塑料成型模具產量的一半以上 第 7 頁 2 壓縮模壓縮模又稱壓塑模 壓縮成型是將預熱過的塑料原料直接放在加熱的模具 型腔 加料室 內 凸模向下運動 在熱和壓力的作用下 塑料呈熔融狀態(tài)并充滿型腔 然后 固化成型 壓縮成型多用于熱固性塑料的成型 是塑件成型方法中較早采用的一種方法 該方法成型周期較長 生產效率低 壓縮成型所使用的模具稱為壓縮模 3 壓注模壓注模又稱傳遞模 壓注模的加料室與型腔是通過澆注系統(tǒng)連接起來的 通過壓柱或柱塞將加料室內受熱塑化熔融的塑料經澆注系統(tǒng)壓入被加熱的閉合型腔 最后 固化定型 壓注成型主要用于熱固性塑料的成型 所使用的模具稱為壓注模 4 擠出模擠出模又稱擠出機頭 擠出成型是利用擠出機料筒內的螺桿旋轉加壓的方 式 連續(xù)地將塑化好的呈熔融狀態(tài)的塑料從料筒中擠出 通過特定截面形狀的機頭口模成 型并借助于牽引裝置將擠出的塑件均勻拉出 同時冷卻定型 獲得截面形狀一致的連續(xù)型 材 該方法生產效率高 成本低 適應性強 擠出成型所使用的模具稱為擠出模 5 氣動成型模氣動成型模是指利用氣體作為動力成型塑件的模具 氣動成型模包括 中空吹塑成型模 真空成型模與壓縮空氣成型模等 除了上述介紹的幾類常用的塑料成型模具外 還有泡沫塑料成型模 澆鑄成型模 滾 塑 包括搪塑 成型模 壓延成型模以及聚四氟乙烯冷壓成型模等 塑料成型技術的發(fā)展趨勢 塑料成型技術發(fā)展趨勢在塑件的生產中 高質量的模具設計 先進的模具制造設備 合理的加工工藝 優(yōu)質的模具材料和現(xiàn)代化的成型設備等是成型優(yōu)質塑件的重要條件 一副優(yōu)良的注射模可成型上百萬次 一副好的壓縮模能成型 25 萬次以上 這與上述各種因 素有很大關系 下面從塑料模的設計 制造 模具的材料以及成型技術等方面 簡單介紹 一下塑料成型技術的發(fā)展趨勢 1 CAD CAE CAM 技術的快速發(fā)展和推廣應用隨著模具工業(yè)的發(fā)展 模具型腔形狀和模 具結構越來越復雜 模具制造精度要求越來越高 而生產周期要求越來越短 為了適應這 種發(fā)展趨勢 應用計算機輔助設計 CAD 計算機輔助工程 CAE 和計算機輔助制造 CAM 技術 可以模擬塑料成型過程 優(yōu)化成型工藝參數(shù) 提高模具質量 縮短模具設計與制造周 期 降低生產成本 CAD CAE CAM 技術給模具工業(yè)帶來了巨大的變革 成為模具技術最重 要的發(fā)展方向 模具 CAD CAE CAM 技術及其應用已日趨成熟 模具 CAD CAE CAM 系統(tǒng)是計算機輔助 某一種類型模具的設計 計算 分析 繪圖以及數(shù)控加工 自動編程等的有機集成 采 用模具 CAD CAM 一體化技術 可以構建模具型腔或型芯的三維實體 可以生成刀具軌跡和 數(shù)控加工代碼 進行計算機仿真 通過計算機與數(shù)控加工機床 DNC 的通信接口 使得型腔 或型芯實體的加工程序可以傳遞給數(shù)控加工機床 可在試切成功后 再進行正式的模具加 第 8 頁 工 利用 CAE 技術可以在模具加工制造前 在計算機上對整個成型過程進行模擬分析 準 確預測熔體的填充 保壓 冷卻情況 以及塑件中的應力分布 分子和纖維取向分布 塑 件的收縮和翹曲變形等情況 以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題 及時修改塑件和模具設計 CAE 技術主要應用于塑件設計 模具設計和成型參數(shù)確定等方面 尤其在大型 復雜塑料模 具設計過程中 CAE 技術的應用顯得更為重要 CAD CAE CAM 技術具有更新速度快 綜合性強和效率高的特點 目前 CAD CAE CAM 技 術還在不斷地發(fā)展 它不但可以實現(xiàn)計算機輔助設計中的各個分過程或若干過程的集成 而且可以把生產的全過程集成在一起 2 快速原型制造技術的發(fā)展快速原型制造技術 RapidPrototyping 主流道進口端孔直徑 d d0 0 5 2mm 0 5 mm 取 d 2 5 為了便于將凝料從主流道中拔出 將主流道設計成圓錐形 其斜度取 4 同時為了使熔 料順利進入分流道 在主流道出料端設計 r 5 mm 的圓弧過渡 主流道襯套采用可拆卸更 換的澆口套 其形狀及尺寸按照常用澆口套設計 為了能與注射機的定位圈相配合 采 用外加定位環(huán)的方式 這樣不僅減小了澆口套的總體尺寸 還避免了澆口套在使用中的磨 損 4 3 3 分流道設計 分流道是主流道與澆口之間的通道 分流道要求熔體的阻力盡可能小 轉折處應圓弧 過度 各型腔保持均衡進料 分流道的截面形狀 常用的有圓形 梯形 U 字形和六角形 等 設計是一模兩腔 澆口形狀和截面相同 分流道的平衡 能保證熔體均勻同時充滿 所有型腔 且在保壓期間各型腔的補料條件也相同 由于本設計中型腔對稱分布 屬自 然平衡的澆注系統(tǒng) 本案例采用 U 形斷面分流道 在一塊模板上 切削加工容易實現(xiàn) 且比表面積不大 熱量損失和阻力損失不太大 查有關經驗表格得 PE 的分流道推薦直徑 為 4 8 9 5 mm 取 6 mm 深度 h 3 75 mm 分流道截面形狀及尺寸如圖 3 3 所示 圖 3 3 分流道的設計 4 3 4 點澆口設計 腔型與分流道之間采用一段距離很短 截面積很小的通道相連接 此通道稱為澆口 它是連接分流道與型腔的橋梁 它具有 第 18 頁 兩個功能 第一 對塑料熔體流入型腔控制作用 第二 當注射壓力撤消后 澆口固化 封鎖型腔 使型腔中尚未冷卻固化的塑料不會側流 澆口是澆注系統(tǒng)的關鍵部分 澆口一般分非限制性澆口和限制性澆口 本設計采用限制性澆口 它又 可分為 側澆口系列 點澆口系列 盤環(huán)型澆口系列 點澆口又稱針點澆口或菱形澆口 是一種截面尺寸很小的澆口 俗稱小澆口 這種 澆口由于前后兩端存在較大的壓力差 可較大程度地增大塑料熔體的剪切速率并產生較 大的剪切熱 從而導致熔體的表觀粘度下降 流動性增加 有利于型腔的充填 因而對 于薄壁塑件以及其它有利 由于該塑件外觀質量要求較高 所以澆口的位置和大小塑件 的外質量為前提 同時 也應盡量使模具結構更簡單 根據(jù)對該塑件結構的分析 并結 合已確定的分型面位置 選擇如圖 3 4 所示的點澆口進料方式 根據(jù)塑件外觀質量要求 以及型腔的安放方式 進料位置設計在塑件頂部 點澆口的直徑尺寸可以根據(jù)不同塑料 按塑件平均厚度查表選取應以不影響 圖 3 4 澆口的結構 位置及尺寸 4 3 5 冷料穴設計 在完成一次注射循環(huán)的間隔 考慮到注射機噴嘴和主流道入口這一小段熔體因輻射 散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度 從噴嘴端部到注射機料筒以內約 10 25mm 的深度 有個溫度逐漸升高的區(qū)域 這時才達到正常的塑料熔體溫度 位于這一區(qū)域內的塑料的 流動性能及成型性能不佳 如果這里溫度相對較低的冷料進入型腔 便會產生次品 為 克服這一現(xiàn)象的影響 用一個井穴將主流道延長以接收冷料 防止冷料進入澆注系統(tǒng)的 流道和型腔 把這一用來容納注射間隔所產生的冷料的井穴稱為冷料穴 其類型可分為四大類 第 19 頁 1 底部帶有推桿的冷料穴 這類冷料穴的底部由一根推桿組成 推桿裝于推桿固定板上 因此他常于推桿或推 管脫模機構連用 2 底部帶有拉料桿的冷料穴這類冷料穴的底部有一根拉料桿構成 拉料桿裝于型芯 固定板上 因此它不隨脫模機構運動 3 底部無桿的冷料穴 對于具有垂直分型面的注射模 冷料穴置于左右兩半模的中心線上 當開模時分型 面左右分開 塑件與流道凝料取出 冷料穴底部不必設計桿件 4 分流道冷料穴 當分流道較長時 可將分流道的盡頭沿料流前進方向延長作為分流道冷料穴 以貯 存前鋒冷料 其長度為分流道直徑的 1 5 2 倍 本設計采用 Z 形拉料桿 一次分型時斜孔內凝料使點澆口與塑件分離 同時 Z 形拉料桿 將主流道的凝料拔出 而二次分型時凝料被定模板刮掉落下來 實現(xiàn)澆注系統(tǒng)與塑件的 自動分離與脫出 自動化程度高 勞動強度小 第五章 模具設計的有關計算 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算 查有關手冊得 LDPE 的收縮率為 1 5 3 0 故平均收縮率 SCP 1 5 3 0 2 2 25 0 0225 根據(jù)塑件尺寸公差要求 模具制造公差取 Z 3 成型零件尺寸計算見表 5 1 5 1 型腔和型芯工作尺寸計算 表 5 1 成型零件的尺寸計算 類別 塑件尺寸 計算公式 工作尺寸 480 1 32 Lm L s LsScp 3 4 Z 0 47 94 0 440 340 1 14 Lm L s LsScp 3 4 Z 0 33 91 0 380 420 1 32 Hm H s HsScp 2 3 Z 0 41 865 0 440 260 1 0 Hm H s HsScp 2 3 Z 0 25 918 0 330 160 0 78 Hm H s HsScp 2 3 Z 0 15 84 0 260 100 0 58 Lm L s LsScp 3 4 Z 0 9 79 0 190 型腔尺寸計算 60 0 58 Lm L s LsScp 3 4 Z 0 5 70 0 190 第 20 頁 170 0 78 Lm L s LsScp 3 4 Z 0 16 798 0 260 460 1 32 Lm L s LsScp 3 4 0 Z 47 1750 0 44 320 1 14 Lm L s LsScp 3 4 0 Z 33 5750 0 38 400 1 14 Hm H s HsScp 2 3 0 Z 41 660 0 17 70 0 58 Lm L s LsScp 3 4 0 Z 7 5930 0 19 80 0 58 Lm L s LsScp 3 4 0 Z 8 6150 0 19 dM 大 46 Lm 1 S cp d M 大 中 0 中 47 8050 0 44 dM 中 44 83 Lm 1 S cp d M 中 中 0 中 47 150 0 44 型芯尺寸計算 dM 小 44 05 Lm 1 S cp d M 小 中 0 中 46 360 0 44 5 2 型腔模具厚度 采用經驗數(shù)據(jù)法 依據(jù)尺寸 48 查相關材料 得該型腔的推薦壁厚為 30mm 5 3 模具型腔模板總體尺寸的確定 該模具型腔最大尺寸為 48mm 根據(jù)該尺寸查 塑料模具設計指導與資料匯編 表 9 25 確定的型腔壁厚尺寸 30mm 綜合以上數(shù)據(jù) 查相關資料 確定型腔模板的總體尺寸為 B L H 其中 B 360mm L 300mm H 64mm 5 4 標準模架的確定 本塑件采用點澆口注射成型 根據(jù)模具結構形式 型腔數(shù)量 塑件尺寸 冷卻水道 的分布等因素 查相關資料 選擇 P4 160250 43 Z1 型標注模架 5 5 模具閉合高度的確定 組成模具閉合高度的模板及其他零件的尺寸有 定模座板為 H1 30mm 型腔板為 H2 64mm 推件板為 H3 15mm 型芯固定板為 H4 25mm 支撐板為 H5 65mm 墊塊為 H6 96mm 第 21 頁 則該模具閉合高度為 H H 1 H2 H3 H4 H5 H6 30 64 15 25 65 96 295mm 5 3 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計算 第六章 注射機有關工藝參數(shù)的校 6 1 鎖模力的校核 鎖模力是指注射機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力 注射機鎖模力的校核關系 式為 F kpA 式中 F 注射機鎖模力 查塑料模設計手冊附錄表 8 得 SZ 100 60 型注射機的 鎖模力為 600kN k 壓力損耗系數(shù) 一般取 1 1 1 2 p 型腔內熔體的壓力 本塑件 p 30MPa A 塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 本模具 A 1 456 10 2m2 計算得 kpA 1 2 30 106 1 456 10 2 10 3 524 16kN 故注射機的鎖模力足夠 滿足鎖模要求 6 2 模具閉合高度的校核 由于 SZ 100 60 型注射機所允許的模具最小厚度 Hmin 200mm 模具最大厚度 Hmax 300mm 而計算得模具閉合高度 H 295mm 所以模具閉合高度滿足 Hmin H H max的安裝 條件 6 3 模具安裝部分的校核 該模具的外形最大部分尺寸為 300mm 434mm SZ 100 60 型注射機模板最大安裝尺寸 為 330 mm 450 mm 故能滿足模具安裝的要求 6 4 模具開模行程的校核 開模行程也叫做合模行程 指模具開合過程中動模座板的移動距離 用符合 S 表示 SZ 100 60 型注射機的最大開模行程 Smax 300mm 為了使塑件成型后能順利脫模 并結合 該模具的雙分型面特點 確定該模具的開模行程 S 應滿足 S H 1 H2 a 5 10 10 5 20 42 30 107mm 式中 H1 塑件所用的脫模距離 mm H2 塑件高度 mm a 取出澆注系統(tǒng)凝料所必需的長度 mm 因 Smax 300mm 107mm 故該注射機的開模行程滿足要求 第 21 頁