数控专业毕业设计(论文)-扣盖注射模设计.doc
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1、 系机电工程系 学号 湖南交通职业技术学院湖南交通职业技术学院 毕业设计(论文)审核毕业设计(论文)审核 设计(论文)题目设计(论文)题目:扣盖注射模 作 者 专 业 数控专业 班 级 数控 0803 成 绩 指 导 老 师 2011 年 4 月 12 日 目目 录录 毕业设计(论文)开题报告毕业设计(论文)开题报告 6 6 第第 1 1 章章 绪论绪论 1111 1.1 模具行业发展的现状 .12 1.2 毕业设计选题的背景、目的和意义 .12 1.2.1 毕业设计选题的背景12 1.2.2 毕业设计的目的和意义13 第第 2 2 章章 塑件分析塑件分析 1313 2.1 塑件形状与成分分析
2、 .13 2.2 塑件的体积与质量的计算 .14 2.3 注射机的选择开模行程 .15 2.4 注射机的校核 .15 2.4.1 最大注射量的校核 .15 2.4.2 注射压力的校核 .16 2.4.3 锁模力的校核 .16 2.4.4 安装部分的校核 .17 2.4.4.1 喷嘴尺寸 .17 2.4.4.2 定位孔尺寸 .17 2.4.4.3 最大、最小模具厚度 .17 2.4.4.4 螺孔尺寸 .18 2.4.4.5 开模行程 .18 第第 3 3 章章 各项工艺参数的确定各项工艺参数的确定 1919 3.1 塑件收缩率的计算 .19 3.2 分型面的设计 .19 3.3 型腔数目的确定
3、.20 第第 4 4 章章 浇注系统设计浇注系统设计 2121 4.1 主流道设计 .21 4.1.1 主流道尺寸 .21 4.1.2 主流道衬套的固定 .23 4.2 分流道设计 .23 4.2.1 分流道的截面形状选定23 4.2.2 分流道的尺寸设计 .24 4.2.3 分流道和浇口的连接形式 .24 4.2.4 分流道的布置形式 .25 4.3 浇口设计 .25 4.3.1 浇口形式的选择 .25 4.3.2 浇口位置的选择 .26 4.3.3 冷料穴的设计 .27 第第 5 5 章章 成型零部件设计与加工成型零部件设计与加工 2727 5.1 成型零件的结构设计 .28 5.1.1
4、凹模结构设计 .28 5.1.2 凸模结构设计 .28 5.2 成型零部件的工作尺寸计算 .29 5.2.1 塑件尺寸精度的影响因素 .29 5.2.2 成型零部件的工作尺寸的计算 .30 5.2.2.1 型腔与型芯径向尺寸 .30 5.2.2.2 型腔深度与型腔高度尺寸 .31 5.3 成型型腔壁厚的计算 .31 5.3.1 型腔侧壁厚度的计算 .32 5.3.1.1 定模型腔壁厚计算32 5.3.1.2 动模型腔壁厚计算 .33 5.3.2 型腔底板厚度的计算 .33 5.3.2.1 定模型腔底板厚度 .33 5.3.2.2 动模型腔底板计算 .33 5.3.3 凹模型腔的强度 .33 5
5、.3.4 锁模力的计算 .34 5.3.4.1 注射基本压力 .34 5.3.4.2 锁模力 .34 5.3.5 排气结构设计 .34 第第 6 6 章章 导向及脱模机构设计导向及脱模机构设计 3535 6.1 导柱导向机构的设计 .35 6.1.1 导柱的设计 .35 6.1.2 导套的设计 .36 6.1.3 导柱的数量和分布 .37 6.2 脱模机构的设计 .38 6.2.1 脱模机构的分类及设计原则 .38 6.2.2 脱模力的计算及零件尺寸确定 .38 6.2.2.1 脱模力的计算 .38 6.2.2.2 推出零件尺寸的确定 .39 6.2.3 推出脱模机构 .40 6.2.3.1
6、推杆脱模机构的组成40 6.2.3.2 推杆设计要点40 6.2.4 浇注系统凝料的脱出和自动脱落机构41 第第 7 7 章章 侧向分型与抽芯机构侧向分型与抽芯机构 4141 7.1 斜导柱侧向分型与抽芯机构的设计 .41 7.1.1 主要参数的确定41 7.1.1.1 抽芯距 S 41 7.1.1.2 斜导柱的倾角 .41 7.1.1.3 斜导柱的直径计算42 7.1.1.4 斜导柱的长度计算43 7.1.2 斜导柱侧向分型抽芯机构设计要点44 7.1.2.1 斜导柱44 7.1.2.2 滑块44 7.1.2.3 滑块的导滑槽44 7.1.2.4 滑块定位装置45 7.1.2.5 锁紧块45
7、 结论结论 4646 第 1 章 绪论 1.1 模具行业发展的现状模具行业发展的现状 模具行业是制造业中的一项基础产业,是技术成果转化的基础,同时本身 又是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低,决定着产品的质量、效 益和新产品开发能力,它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。目 前,塑料模具在整个模具行业中约占 30%左右。二十一世纪世界制造加工业的 竞争更加激烈,对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战,产品需求的多 样性要求塑件设计的多品种、复杂化,市场的快速变化要求发展产品及模具的 快速设计制造技术,全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品 质量,创新、精密、复杂、
8、高附加值已成为注塑产品的发展方向,必须寻求高 效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。 当前,国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大,其中发展重点为工程塑 料模具。有关数据表明,目前仅汽车行业就需要各种塑料制品 36 万吨;电冰箱、 洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台;彩电的年产量已超过 3000 万台;到 2010 年,在建材行业,塑料门窗的普及率为 30,塑料管的普及率将达到 50。这 些都会导致对模具的需求量大幅度增长。近来我国模具工业发展迅速,目前已 呈现出市场广阔、产销两旺的局面。深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模 具工业最为发达、科技含量最高的区域,预计有可能在
9、10 年内发展成为世界模 具生产中心。其次,浙江东部的余姚、宁海、黄岩温州等地区的塑料模具工业 发展也非常快。 相当多的发达国家塑料模具企业移师中国,是国内塑料模具工 业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都 是吸引外资的优势,这些是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在,所以中国 塑模市场的前景一片辉煌。 1.2 毕业设计选题的背景、目的和意义毕业设计选题的背景、目的和意义 1.2.1 毕业设计选题的背景 本次设计的方形扣盖是一商品,在日常生活中它有很多的应用。由于它的 生产批量大,精度要求高,且材料为塑料 ABS,适合在塑料模具行业进行生产。 本设计中使用注射模具来
10、生产该产品,其原理是将粒状塑料连续输入到成型机 的料筒中加热熔融,然后由注射杆推进,由喷嘴和模具的浇注系统导入模具中, 然后保压冷却,使之固化成型。为了合理而快速的设计出模具,采用参数化设 计,保证模具的各种数据上有紧密的量的联系。整个设计过程包括工艺条件的 分析、最佳方案的确定、模具结构设计、模具二维和三维图的绘制。使用 PROE 进行三维建模并进行参数化分析,通过 CAD 绘制各种零件图和装配图, 最后整理设计说明书,完成整个设计。 1.2.2 毕业设计的目的和意义 通过本次毕业设计,拟达到以下成果: (1)通过本次设计的过程,了解塑料与成型加工有关的各种性质、塑料 制件的结构分析及其工艺
11、性,为学习认识其性质和塑料的成型工艺性与模具的 设计打下基础。 (2)了解注射成型工艺及模具设计的过程,熟悉模具的结构及特点,熟 悉模具设计的基本方法和步骤,熟悉有关注射模具的相关设备,并能正确选用。 (3)熟练应用计算机绘图软件 Auto CAD、Pro/E 以及专业模流分析软件 Moldfolw 等进行设计工作,掌握相关资料、手册、标准的收集与整理,并熟悉 资料及数据的查询方法。 (4)通过设计过程,进一步巩固所学专业基础知识,并能够理论结合实 践,提高专业技术能力和水平,为以后踏上工作岗位积累经验和方法。 毕业设计是大学阶段最后一个教学环节,通过毕业设计既可以巩固我们在 本阶段学习的理论
12、知识,培养我们运用所学知识分析和解决工程实际问题的综 合能力,又可以使我们初步掌握科学研究的基本方法和撰写符合规范要求的专 业技术文件的能力。 第 2 章 塑件分析 2.1 塑件形状与成分分析 图 1.1 零件所示为某生活用品中的塑料件。该塑料件是扣盖产品。整个塑 料件料厚 2.5mm,材料为 ABS,苯乙烯-丁二烯-丙烯腈。看上去该注塑件形状并 不太复杂,但其具有以下几点需着重考虑: (1)抽芯:从图 1 可以看出,方孔 6x8mm 需抽芯机构才能成型,这就需要 认真考虑选择斜导柱抽芯机构。既要达到抽芯目的,又要确保模具结构紧凑且 加工方便。 (2)该产品材料为 ABS,吸湿性强,含水量应小
13、于 0.3%,必须充分干燥, 要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干。 (3)加工时,宜取高料温、模温,料温对物性影响较大、料温过高易分解 (分解纬度为 250左右),对要求精度较高的塑件模温宜取 50-60,要求光泽 图 1.1 产品图 .产品数量20000件 2.塑料表面光亮无划痕,未注公差按IT14级 3.内表面的脱模 度为10 及耐热料宜取 60-80。 (4)模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小,浇口边外观不良易发生熔 接痕,应注意选择浇口位置、形式,顶出力过大或机械加工时塑件表面“白色” 痕迹(在热水中加热可消失),脱模斜度宜取 2以上。 2.2 塑件的体积与质量的计算 根据公式 m
14、=v (2.1) 式中 m塑件的质量,g; 塑料的密度 g/mm3,查中表 1-4 得 =1.05g/cm3; 2 文献 v塑件的体积,mm3,由 Pro/E 体积填充得出 v=21。mm3 那么塑件的体积 m=1.05*21=22.05g 2.3 注射机的选择 注射机为塑料注射成型的主要设备,按其外形可分为立式、卧式、直角式 三种。如果按照塑料在机筒中的塑化方式分,又可分为柱塞式注射机和螺杆式 注射机。注射成型时,注塑模具安装在注射机的动模板和定模板上,有锁模装 置和模柄锁紧,塑料在料筒内加热呈熔融状态,由注射装置将塑料熔体注入型 腔内,塑料制品固化冷却后由锁模装置开模,并由推出装置将制件推
15、出。注射 机的主要技术参数包括注射、合模、综合性能等三个方面,如公称注射量、螺 杆直径及有效长度、注射行程、注射压力、注射速度、塑化能力、合模力、开 模力、开模合模速度、开模行程、模板尺寸、推出行程、推出力、空循环时间、 机器功率、体积和质量等。该塑件的生产在 XS-ZY-125 注塑机上进行,其参数 如表 2.1 所示: 表 2.1 注塑机 XS-ZY-125 参数表 螺杆直径/mm42模板行程/mm300 注射容量(或 3 cm g) 125 球半径 /mm 12 注射压力/Pa 5 10 1190 喷 嘴孔直径 /mm 4 锁模力/10kN90定位孔直径/mm 0.054 0 100 最
16、大注射面积/ 2 cm 320 中心孔径 /mm 最 大 300 孔 径/mm 22模 具厚度 /mm 最 小 200 推 出两 侧孔 距/mm 230 (资料来源:塑料成型加工与模具2003 年 3 月第一版,附录 6) 2.4 注射机的校核 2.4.1 最大注射量的校核 在模具设计时,必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体的容 量或质量在注射机额定注射量的 80%以内。在一个注射成型周期内需注射的塑 料熔体的容量为塑件的容量和浇注系统容量的总和, (2.2) nj VnVV=+ 式中 一个成型周期内所需注射的塑料质量,;V 3 cm 型腔数目;n 单个塑件的质量,; n V 3 c
17、m 浇注系统凝料的质量,; j V 3 cm 由计算得单个塑件重量为 21 ,浇注系统的质量约为 22.05 ,则 3 cm 3 cm 每次注射所需塑料质量为(按一模 2 腔计算) V=21*22.05=47 3 cm 注射机的最大注射量为 125 3 cm 由此可知,该型号的注射机的一次注射量能满足要求。 2.4.2 注射压力的校核 注射压力的校核是检验注射机的最大注射压力的能否满足制品成型的需要。 只有在注射机的额定注射压力范围内才能调整出某一制品所需的注射压力,因 此,注射机的最大注射压力要大于成型该制品所需的最大注射压力。 制品成型时所需的注射压力一般很难确定,它与塑料品种、注射机类型
18、、 喷嘴形式、制品形状的复杂程度以及浇注系统等因素有关。在确定制品成型所 需的注射压力时可利用类比法或参考各种塑料的注射成型工艺参数等,一般制 品的成型注射压力在70MPa至150MPa的范围内。 P成 P注 (2.3) 式中 P成 为塑料成型时所需的注射压力,MPa; P注 为注射机的额定注射压力,MPa。 由前述可知 P成 =60100MPa, P注 =1190 MPa;显然有 P成 =60100MPaP注 =1190MPa 因此,该螺杆式注射机的注射压力满足要求。 2.4.3 锁模力的校核 当高压的塑料熔体充满型腔时,会产生一个沿注射机轴向的很大的推力, 其大小等于制品与浇注系统在分型面
19、上的垂直投影面积之和乘以型腔内塑料熔 体的平均压力。该推力应小于注射机的额定锁模力T合,否则在注射成型时会因 锁模不紧而发生溢边跑料现象。 型腔内塑料熔体的推力T推可按下式计算: T推=Ap平均Ap=Akp0 (2.4) 式中 T推 型腔内塑料熔体沿注射机轴向推力,N; A 塑料与浇注系统在分型面上的投影面积,mm2; p平均熔体内塑料熔体的平均压力,Mpa; p型腔内塑料熔体压力,Mpa; p0 注射压力,Mpa; k压力损耗系数,随塑料品种、注射机形式、喷嘴阻力、流道阻力等 因素变化,可在 0.2 到 0.4 的范围内选取。 这里 A=3900mm2 ,我们取 p0 =100MPa,k=0
20、.3,那么 T推=Akp0=39000.3100=117KN900KN 可见,锁模力符合要求。 2.4.4 安装部分的校核 为了使注塑模能够顺利地安装在注射机上并生产出合格的产品,在设计模 具时必须校核注射机上与模具安装有关的尺寸,因为不同型号和规格的注射机, 其安装模具部分的形状和尺寸各不相同。一般情况下设计模具时应校核的部分 包括喷嘴尺寸、定位孔尺寸、最大模厚、最小模厚、模板上的螺孔尺寸等。 2.4.4.1 喷嘴尺寸 注射机喷嘴头部的球面半径R1应与模具的主流道始端的球面半径R2吻合, 以避免高压塑料熔体从缝隙处溢出。一般R2 应比R1大12mm,主流道小端直径 D取比注射机喷嘴直径d大0
21、.51 mm,否则主流道内的塑料凝料将无法脱出。本 注射机喷嘴头部的球面半径为12mm,喷嘴直径d=3 mm,而模具的主流道始端的球 面半径为13mm,主流道小端直径D=4.5mm,所以喷嘴尺寸是合理的。 2.4.4.2 定位孔尺寸 本模具选用的浇口套与定位环是一体的。为了使主流道的中心线与注射机 喷嘴的中心线相重合,模具定模板上凸出的定位环应与注射机固定模板上的定 位孔呈松动的间隙配合。定位环直径D为与注射机定位孔配合直径,应按选用注 射机的定位孔直径确定,定位环与注射机定模固定板定位孔相配合,配合精度 为H11/b11,以便于装模。定位环用内六角螺钉固定在定模座上。 本注射机的模板定位孔径
22、为100 , 模具定模板上凸出的定位环直 0.054 0 + 径为,因此,它们是间隙配合,符合要求。 0 0.22 100- 主流道中心对称由压板和定模板的配合,因而喷嘴和浇口套的配合可以得 到保证。 2.4.4.3 最大、最小模具厚度 在模具设计时应使模具的总厚度位于注射机可安装模具的最大模厚与最小 模厚之间。同时应校核模具的外形尺寸,使得模具可从注射机的拉杆之间装入。 本设计所选用的注射机的最大模厚为 300mm,最小模厚为 200mm, 查文献,依 6 据 GB/T12556.1-90塑料注射模中小型模架及技术条件 ,选择模架系列为 (BL)250mm315mm,闭合高度为 230mm,
23、所以模具的外型尺寸满足要求。 2.4.4.4 螺孔尺寸 注射模具的动模和定模的固定板上的螺孔尺寸应分别与注射机动模板和定 模板上的螺孔尺寸相适应。模具在注射机上的安装方法有用螺栓固定和用压板 固定两种。当用螺栓直接固定的时候模具固定板与注射机模板上的螺孔要完全 吻合;而用压板固定的时候,只要在模具固定板需要安放压板的外侧附近有螺 孔就能固紧,因此压板方式有较大的灵活性。对于重量较大的大型模具,采用 螺栓直接固定较为安全。本模具属小型模具,但考虑到安装的灵活性,采用的 是压板固定方式,故在动、定模的固定板上无需设计螺孔。 2.4.4.5 开模行程 模具开模后为了便于取出塑件,要求有足够的开模距离
24、,而注射机的开模 行程是有限的,因此必须进行注射机的开模行程校核。对于不同型式的锁模机 构的注射机,其最大开模行程与模具厚度有关,有的与模具厚度无关。该模具 中选择的注射机其最大行程与模具厚度无关,且模具为单分型面注射模。所以 注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件所需的开模距离,即满足下式: (2.5) max12 (510)SHH+: 式中 注射机最大开模行程,mm; max S 塑料脱模所需要的顶出距离,mm; 1 H 塑件厚度(包括浇注系统凝料) ,mm; 2 H 那么,由塑件的结构可知=13mm,由塑件和浇注系统凝料结构可知 1 H =59mm。 2 H 则 =300 max S 1
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