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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
設(shè)計(論文)題目：TBQ-51滾輪注塑模具設(shè)計
學(xué)生姓名：
學(xué) 院： 機械與電氣工程學(xué)院
專 業(yè)： 材料成型及控制工程
班 級： 學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
年 5 月 10 日
摘要
本文主要介紹TBQ-51滾輪塑料模具設(shè)計。設(shè)計中采用UG進行分模和型芯、型腔設(shè)計。查閱相關(guān)資料，根據(jù)我國最新工程（模具）標(biāo)準(zhǔn)以及歐美國家設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行模架的選擇和設(shè)計。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)重新設(shè)計相關(guān)板的結(jié)構(gòu)和增設(shè)相關(guān)零件。工件的材料為POM+30%GF。設(shè)計完畢，使用UG進行三維模具實體裝配。選用XS-ZY-125注塑機并校核相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)。使用AUTOCAD軟件完成模具的2D總裝圖和若干零件圖的繪制。編制塑料成型加工工藝參數(shù)。設(shè)計過程中研究分析模具的經(jīng)濟性和合理性。模具設(shè)計主要內(nèi)容包括：一模四腔，型芯采用小型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計，推出方式采用推桿推出，進料方式采用點澆口進料等。
關(guān)鍵詞：注塑模具；POM+30%GF；TBQ-51滾輪；
Abstract
This paper mainly introduces TBQ-51 roller plastic mold design. UG is used in the design to separate die and core, cavity design. Refer to relevant information, according to the latest engineering (mold) standards in China and the European and American national design standards for the selection and design of mold frames. Re-design the structure of the related plate according to the plastic part structure and add the related parts. POM 30%GF. material of workpiece design finished, use UG for 3d mold solid assembly. Choose XS-ZY-125 injection molding machine and check relevant design data. use AUTOCAD software to complete the drawing of 2 D assembly drawings and several parts drawings of the mold. Compilation Process parameters of plastic molding. The economy and rationality of the die are studied and analyzed during the design process. The main contents of die design include: four cavities, the core is designed with small core structure, the push rod is used to push out, and the feed way is point gate feed, etc.
Keywords: TBQ-51 roller; POM + 30% GF; injection mold;
目錄
摘要 1
Abstract 1
第一章 緒論 1
1.1、本課題國內(nèi)外研究動態(tài) 1
1.2、本課題的選題依據(jù)和意義 1
第二章 塑件成型工藝性分析 2
2.1 TBQ-51滾輪的三維圖 2
2.2 塑件的工藝性分析 3
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析 3
2.2.2 成型分析 3
2.3 POM+30%GF的材料特性及成型工藝 3
2.3.1POM+30%GF的材料特性 3
2.3.2 POM+30%GF的成型性能 3
2.3.3 POM+30%GF的性能及成型參數(shù) 3
第三章 利用UG模具設(shè)計 5
3.1 UG的注塑模向?qū)Чδ芙榻B 5
3.2 模具設(shè)計過程 5
第四章 注塑機的確定 5
4.1 注射機型號的選擇 5
4.2 型腔數(shù)量的確定 6
4.3最大注射量的校核 6
第五章 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 8
5.1排位及分型面的設(shè)計 8
5.1.1 塑件在模具中的位置 8
5.1.2 分型面的設(shè)計 8
5.2 成型零部件的設(shè)計及尺寸的計算 9
5.3 標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇 11
5.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 13
5.4.1 流道的設(shè)計 13
5.4.2 澆口的設(shè)計 13
5.5 推出和復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 13
5.5.1 推出機構(gòu) 13
5.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 14
5.7 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 14
第六章 模具經(jīng)濟性分析 15
第七章 結(jié)論 16
參考文獻 17
第一章 緒論
1.1、本課題國內(nèi)外研究動態(tài)
目前，我國經(jīng)濟仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向也十分明顯［1］。
1.2、本課題的選題依據(jù)和意義
塑料工業(yè)是發(fā)展歷史短但發(fā)展速度驚人的新興工業(yè)之一。現(xiàn)今，塑料已成為四大工業(yè)基礎(chǔ)材料（鋼鐵、木村、水泥和塑料）之一，21世紀(jì)跨入塑料工業(yè)迅猛發(fā)展的時代。
選題意義
（1）通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我能夠真正的鞏固所學(xué)的專業(yè)知識。
（2）在這次畢業(yè)設(shè)計中，使我運用到許多繪圖和分析軟件，培養(yǎng)我在此基礎(chǔ)上掌握運用專業(yè)軟件解決實際問題的能力。
（3）通過本課題的研究，培養(yǎng)我綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識、基本技能和專業(yè)知識，聯(lián)系生產(chǎn)實際以及自我分析和解決問題的能力。
1
第二章 塑件成型工藝性分析
2.1 TBQ-51滾輪的三維圖
該零件為TBQ-51滾輪，原材料為POM+30%GF，批量較大。該制件在使用過程中起支撐作用，要求有較高的致密度，如圖2.1。
圖2.1 TBQ-51滾輪
2.2 塑件的工藝性分析
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析
塑件上下端面平行對稱。上部下部開有十個通孔。上端面壁厚不均且伴有小凹槽以及通孔。整體呈柱狀且質(zhì)量分布均勻。作為支撐部件，要求一定的強度。
2.2.2 成型分析
考慮到塑件上下端部壁厚，中間壁薄，若采用測澆口，熔料由下至上流動則可能造成塑件整體致密度不夠，達不到塑件本身結(jié)構(gòu)上的支撐作用；采用點澆口，熔料由上而下流動則可因重力作用，對致密度的影響較小。
2.3 POM+30%GF的材料特性及成型工藝
2.3.1POM+30%GF的材料特性
POM+30%GF聚甲醛熱塑性結(jié)晶聚合物。被譽為“超鋼”或者“賽鋼”，又稱聚氧亞甲基。英文縮寫為POM。通常甲醛聚合所得之聚合物，聚合度不高，且易受熱解聚?？捎米饔袡C化工、合成樹脂的原料，也用作藥物熏蒸劑。
2.3.2 POM+30%GF的成型性能
一般情況下，熔融的POM+30%GF粒料冷卻成型的時間較短，若是采用冷澆道的注塑模具，其澆注系統(tǒng)流道應(yīng)該首先考慮短且較粗的尺寸，最好可以設(shè)置冷料穴，澆口也應(yīng)該考慮尺寸較大的，一般常采用扇形澆口或者直接澆口等。
2.3.3 POM+30%GF的性能及成型參數(shù)
POM+30%GF的主要性能參數(shù)如表2.1。
表2.1 POM+30%GF的主要性能參數(shù)
第3章 利用UG模具設(shè)計
3.1 UG的注塑模向?qū)Чδ芙榻B
UG注塑模向?qū)K支持經(jīng)典的塑料模具設(shè)計的全部工作，包括從讀取塑件模型的參數(shù)的初始化項目開始，到確定和調(diào)整塑件的開模方向、根據(jù)材料設(shè)定塑件的收縮率、設(shè)置模坯工件、塑件的分型面、定義塑件型芯與型腔，到模架選擇、加載標(biāo)準(zhǔn)件（如定位圈、澆口套、復(fù)位桿、頂桿等），再到設(shè)計頂塊、滑塊，最后到冷卻水路、流道設(shè)計等。
3.2 模具設(shè)計過程
（1）UG讀取塑件模型參數(shù)，進行初始化項目。
（2）定義模具坐標(biāo)系，調(diào)整塑件開模方向。
（3）設(shè)置合適尺寸和形狀的模坯工件，以便于后期處理生成的模具型芯與型腔。
（4）根據(jù)塑件尺寸，合理設(shè)置模腔布局。
（5）進行模型表面的修補與分型，觀察型芯與型腔。
（6）加載并選擇合適模架(本文根據(jù)實際需要選擇三板模）。
第四章 注塑機的確定
4.1 注射機型號的選擇
前文提到POM+30%GF材料進行注射成型時，多用螺桿式注塑機，依據(jù)實際情況，綜合考慮，初選XS-ZY-125型號注射機。其主要的性能、技術(shù)參數(shù)如表4.1。
表4.1 XS-ZY-125注射機主要技術(shù)參數(shù)
項目
性能參數(shù)
最大開合模行程/mm
300
注射行程/mm
115
注射方式
螺桿式
模具最小厚度/mm
200
螺桿直徑/mm
42
注射壓力/MPa
120
模具最大厚度/mm
300
鎖模力/kN
900
額定注射量/cm3
12
噴嘴孔直徑/mm
125
拉桿空間/mm
260*290
4.2 型腔數(shù)量的確定
型腔數(shù)量的確定是模具進行模架選擇和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計首先需要考慮的問題，而型腔數(shù)量的確定方式多種多樣。有先根據(jù)現(xiàn)有注塑機的情況下，選擇型腔數(shù)量；即按如下公式確定數(shù)量：
（4.1）
式中， n——型腔數(shù)量；
m1——單個塑件的體積，單位g；
m2——澆注系統(tǒng)凝料的塑料體積，單位g；
K——注射機的最大注射量的有效系數(shù)，通常取0.8左右，依據(jù)設(shè)備老舊程度選值。
M——注射機的額定塑化量，單位g/h；
T——成型周期，單位s。
通過UG分析，塑件質(zhì)量約為8.7g，如圖4.1所示。依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，初步估計澆注系統(tǒng)凝料為7g左右。又根據(jù)表2.2、表4.1，初選成型周期為40s，額定塑化量為35000g/h。代入式4.1，發(fā)現(xiàn)注塑機型號偏大，但考慮到上一章節(jié)中所選模架的尺寸，注塑機型號不變。
綜合考慮，本次設(shè)計采用一模兩腔的設(shè)計方式。
4.3最大注射量的校核
最大注射量就是用來滿足一次成型過程中所需要的所有熔料體積或質(zhì)量，其中一般包括塑件用料和澆注系統(tǒng)的用料、注塑機本身設(shè)備相關(guān)用料等。即注塑機的最大注射量應(yīng)滿足：
（4.2）
式中 mn——注射機最大注射量（cm3）；
m——單個塑件的體積（cm3）；
mj——澆注系統(tǒng)凝料的體積（cm3）；
n——型腔數(shù)量（取2）。
k——注射機最大注射量的利用系數(shù)，取0.8。
經(jīng)UG分析，單個塑件體積約為8.3cm3，澆注系統(tǒng)凝料約為2.5cm3，通過計算，校核通過。
第五章 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計
5.1排位及分型面的設(shè)計
5.1.1 塑件在模具中的位置
由于該塑件起支撐結(jié)構(gòu)作用，要求具有一定的致密度和強度，物理與力學(xué)性能盡可能均衡穩(wěn)定，所以模具型腔在分型面上的排布形式采取平衡式布置形式，
平衡式排布形式，其主要優(yōu)勢是從主流道到各個型腔的澆口的分流道長度、截面形狀和大小均對應(yīng)相同，這樣就可以促使熔料均勻地進入各個型腔并且同時充填完畢，從而使所成型的產(chǎn)品質(zhì)量分布均勻，內(nèi)在各處物理與力學(xué)性能一致。
5.1.2 分型面的設(shè)計
經(jīng)過綜合考慮，且結(jié)合分型面一般設(shè)計原則，即設(shè)置在塑件外形最大截面處、模具加工工藝性良好、保證塑件相關(guān)技術(shù)要求、脫膜方式可靠易行等，設(shè)計如圖5.2。
圖5.1 分型面選擇
5.2 成型零部件的設(shè)計及尺寸的計算
在凸模設(shè)計中，采用小型芯的結(jié)構(gòu)。這是因為一方面考慮到塑件的底部有一薄壁管狀結(jié)構(gòu)，在模具加工制造過程中難以直接加工成型。另一方面，塑件四周的柱狀通孔較深且有臺階，在澆注過程中，這樣的型芯部分容易受到熔料的沖擊破壞。如圖5.4和圖5.5。
圖5.2型芯
圖5.3 小型腔嵌入凸模中
5.3 標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇
根據(jù)參考文獻[6] 式8-15 模板長公式:
L=L1+2×L2+2×L3
式中 L —— 模板長度
L1 —— 型腔長度 L1
L2 —— 導(dǎo)柱離型腔距離 L2
L3 —— 導(dǎo)柱孔離模板邊距離 L3
代入公式計算得模板長230mm。
根據(jù)參考文獻[6] 式8-16 模板寬公式:
B=B1+2×B2+2×B3
式中 B —— 模板寬度
B1 —— 型腔寬度 B1
B2 —— 導(dǎo)柱離型腔距離 B2
B3 —— 導(dǎo)柱離模板邊距離 B3
代入公式計算得模板寬250mm。
根據(jù)以上計算，所以選擇DCI2325。
根據(jù)參考文獻[6] 式8-17 定模板高度尺寸公式:
hA=h1+h2+h3
式中 hA —— 定模板高度
h1 —— 型腔高度 h1
h2 —— 冷卻孔離型腔距離 h2
h3 —— 冷卻孔離定模板底距離 h3
代入公式：所以定模板高度60mm。
根據(jù)參考文獻[6] 式8-18 動模板高度尺寸公式:
hB=h1+h2+h3
式中 hB —— 動模板高度
h1 —— 型芯高度 h1
h2 —— 冷卻孔離型芯距離 h2
h3 —— 冷卻孔離動模板底距離 h3
代入公式：所以動模板高度50mm。
根據(jù)參考文獻[6] 式8-19 墊塊高度尺寸公式:
hC=h1+h2+h3+h4
式中 hC —— 墊塊高度
h1 —— 推出行程 h1
h2 —— 推板厚度 h2
h3 —— 推板固定板厚度 h3
h4 —— 安全高度 h4=5~10mm 這里h4=5mm
代入公式：得墊塊高度80mm。
綜上所述，選擇模架DCI2325-A60-B50-C80
模具結(jié)構(gòu)采用三板模，模架結(jié)構(gòu)如圖5.9。
圖5.4 模架結(jié)構(gòu)圖
5.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
5.4.1 流道的設(shè)計
本次設(shè)計采用將主流道到布置于澆口套中，并采取澆口套和定位圈為整體式的結(jié)構(gòu)設(shè)計。主流道的始端直徑為3mm，末端直徑為6mm，錐角約為3°，長度約為52mm。
本次設(shè)計采用圓形截面的分流道，其截面的比表面積較小，可以減少熔料流動過程中的熱量損失，更好的充型。其截面直徑設(shè)計為6mm，結(jié)構(gòu)形式如圖5-5
5-5流道
分流道如圖所示，全部在定模側(cè)
5.4.2 澆口的設(shè)計
澆口的設(shè)計和位置的選擇恰當(dāng)與否，直接影響著塑件的成型質(zhì)量?？紤]塑件最佳澆口的位置（詳見后文7.1節(jié)），模具的澆口形式采用點澆口，且一個塑件上采用多個點澆口環(huán)型布置的形式。其結(jié)構(gòu)形式簡圖，
5.5 推出和復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計
5.5.1 推出機構(gòu)
本次設(shè)計采取推桿推出機構(gòu)，推桿數(shù)量設(shè)計為一個塑件2個，每個推桿高度h為5mm，總長度為122mm，尾部臺肩直徑為6mm，工作部分直徑為4mm，其形狀設(shè)計如圖5.12所示。
圖5.6 推桿形狀
5.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
本次設(shè)計采用直流式冷卻水道，每個塑件型芯中心處、距離塑件內(nèi)表面12mm處布置兩條水路，水路直徑為10mm。
5.7 排氣系統(tǒng)的設(shè)計
在本次模具設(shè)計中，將模具中的氣體排出的方式主要為利用模具中各個零件之間存在裝配間隙，將氣體從這些間隙中排出。
第六章 模具經(jīng)濟性分析
本次設(shè)計從設(shè)計之初，就考慮到成本和經(jīng)濟性、環(huán)境性問題，前文中多有提及，這里簡單總結(jié)。
從生產(chǎn)角度，因為產(chǎn)品要求大批量，一模一腔固然使模具結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計成本低，但顯然生產(chǎn)周期過長，占用的資源過多，影響其他產(chǎn)品計劃部署，所以一開始就否定了此方案。后又結(jié)合注塑機選擇和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，最終采用一模兩腔的形式。此方案也是兼顧了提高塑件的成型效率和設(shè)計周期，有效地降低生產(chǎn)成本。同時設(shè)計較為合理的模具結(jié)構(gòu)和選擇合理的工藝參數(shù)有效地提升生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟效益。
總之，模具的設(shè)計不能忽略經(jīng)濟性和環(huán)境性問題，一味地只強調(diào)結(jié)構(gòu)的可行性和設(shè)計方便。本次設(shè)計更多地從長遠出發(fā)，用發(fā)展地眼光，充分地進行模具的經(jīng)濟性分析并將之付諸于實際。
第七章 結(jié)論
本次設(shè)計的模具為散熱風(fēng)扇外殼塑料模具設(shè)計。散熱風(fēng)扇外殼外形較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)上起支撐作用?？傮w思路是先進行分析塑件的最佳澆口位置，再對比分析選擇澆口的類型，確定為點澆口后，優(yōu)先考慮三板模設(shè)計。確定模具類型后，對塑件進行工藝性分析，合理設(shè)計和布局型芯、型腔。確定注塑機型號和型腔數(shù)量后，用UG初步選擇模具的標(biāo)準(zhǔn)模架，開始對模具整個結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。
在設(shè)計的同時，大量軟件的熟練使用，包括UG、CAD、等，也為我以后的工作提供了大量的幫助和信心。畢業(yè)設(shè)計在檢驗我的學(xué)力水平時，也為我更好邁向職場，做了良好的鋪墊。
參考文獻
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