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XXXXX學院 畢業(yè)設計開題報告 院系： XXXX學院 專業(yè)： XXXX 設計題目：導輪注塑成型工藝及模具設計 學生姓名： XXXX 學號： XXXX 報告提交日期： 設計地點： XXX工程學院 指導教師： XXX 2014 年 月 日 畢業(yè)設計開題報告 1.文獻綜述 1.1選題背景 一直以來，國內外導輪產品技術工藝研發(fā)動態(tài)與發(fā)展趨勢分析是一份嚴格按照導輪產品具體情況編寫的資料，其中數據都是來自國家權威機構，并有專業(yè)研究員整理而成，因此這是一份導輪產品相關企業(yè)不可缺失的輔助材料，對企業(yè)發(fā)展，把握市場有一定的引導作用！同時導輪需要具有優(yōu)良的安全性能。例如：防電擊危險、防著火危險、防機械危險等作用。經久耐用，在長時間的使用過程中，依舊能夠保持良好的使用性能。等等一系列，都要求塑料導輪在材料的選擇，生產方法及成型工藝上精益求精。塑料導輪的制造都是通過模具完成，目前最普遍使用的是注塑成型。 此塑料導輪屬于塑料的重要保護部分，所使用的材料為PS（聚苯乙烯系塑料）是指大分子鏈中包括苯乙烯基的一類塑料，包括苯乙烯及其共聚物，具體品種包括普通聚苯乙烯（GPPS）、高抗沖聚苯乙烯（HIPS）、可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）和茂金屬聚苯乙烯（SPS）等，流動性隨著溫度的升高而增大，適合注塑成型。 生產此導輪使用的注塑成型工藝技術具有以下優(yōu)點： 1) 注射成型又稱為注射模塑或注塑成型，是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。除極少數幾種熱塑性外，幾乎所有熱塑性塑料均可用此法成型塑件。注塑成型可成型各種形狀、滿足眾多要求的塑件。 2) 注塑成型的生產周期短，生產率高，采用注塑成型可以生產形狀復雜，尺寸要求高及帶有各種嵌件的塑件，這是其他塑料成型方法都難以達到的；其次，注塑成型在生產過程實現自動化，如注射、脫模、切除澆口等操作過程都可實現自動化，因而注塑成型得到了廣泛的應用。 3) 塑料導輪材料是PS塑料。塑料PS也可以說是聚苯乙烯的改性，比HIPS有較高的抗沖擊強度和更好的機械強度，是一種加工性能優(yōu)良的熱塑性塑料，可用通用的加工方法加工。綜合考慮，選用注塑成型工藝制造產品。 1.2課題意義 本課題主要針對塑料導輪的模具設計。結合大學所學的理論知識，以及在過去的實習經驗，完成零件相關技術資料的查閱，收集與課題相關的信息，在設計過程中對零件進行成型工藝分析與比較。通過二維軟件CAD及UG三維造型畫出零件圖，從零件結構工藝性、具體模具結構出發(fā)對模具的澆注系統(tǒng)、成型零部件、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、選擇注塑機等等方面進行設計。運用Moldflow軟件進行成型工藝模擬分析，優(yōu)化成型工藝、解決技術難點，綜合考慮材料、成本、工藝等，設計出一副合理的模具，繪制出完整的模具設計圖（裝配圖、零件圖）。通過此次設計，鞏固和加強專業(yè)軟件CAD，UG，Moldflow的使用水平、提高模具知識。 1.3注塑成型工藝國內外現狀 模具工業(yè)是制造業(yè)中一項基礎的產業(yè)，是技術成果轉化的基礎，同時其本身又是高新技術產業(yè)中的重要領域，在歐美等工業(yè)發(fā)達的國家被稱為是“點鐵成金”的“磁力工業(yè)”。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”；德國則認為是所有工業(yè)中的“關鍵工業(yè)”；日本模具協會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力”。同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力”。日本模具產業(yè)的年產值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已經超過新興的電子工業(yè)。全世界模具的年產值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產值在國際上排名為第三位，僅次于美國和日本。雖然，近幾年來我國模具工業(yè)的技術水平已經取得了很大的進步，但總體上與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。模具技術水平的高低決定著產品的質量、效益、和新產品的開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。 我國注塑模具工業(yè)概況： 1) 我國雖然很早就開始制造和使用模具，但長期難以形成高技術含量的產業(yè)。直到10世紀年代后期，隨著科技的進步，國家政策的支持，才進入快速發(fā)展階段。近年來，我國模具工業(yè)發(fā)生了巨大的變化。在我國模具生產企業(yè)中，數字化設備比較齊全，模具CAD/CAE/CAM技術已經被廣泛的應用，采用高速加工的先進技術的企業(yè)也逐漸增多。 2) 我國塑料模工業(yè)從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星Ⅰ.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 3) 我國塑料模具工業(yè)和技術在未來主要的發(fā)展方向是，提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例；推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術；開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經濟模具，以適應多品種、少批量的生產方式，提高塑料模標準化水平和標準件的使用率；研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。 2. 設計內容 2.1制件分析 1) UG三維造型，畫出塑料導輪三維立體圖。利用UG測量功能測出零件體積，計算出其質量，選擇注塑機。分析尺寸精度和表面質量。 （1）塑料導輪二維圖 2) 零件結構分析 此導輪尺寸直徑12Mmmm總高7.2MM，外徑挖空一個寬度為3.6Mm的皮帶槽.中間挖空圓孔尺寸直徑2.4MM， V（制件）=2652.5mm3。制件薄，主體厚度2.5mm，內表面各有四個不同高度的凸臺以。外表面光滑且沒有任何缺陷，設計模具時應重點考慮。結合以上特點，生產該零件的模具應采用一模二腔。該塑料導輪形狀對稱，壁厚不均。 3) 零件成型材料（PS）分析 ①. PS的吸濕性較強，含水量高的原料制得的塑件光澤度不強，內在質量也不好，因此應進行干燥處理，使含水量不大于0.3%。 ②. PS熔體有較明顯的非牛頓性，提高成型壓力可以使熔體粘度明顯減小， 粘度隨溫度升高也會明顯下降。 ③. PS具有較小的成型收縮率，收縮率變化的范圍為0.3%~0.8%，因此塑件精度較高 ④. PS的成型加工性能良好，對注塑機并無特殊要求，通用的螺桿式和柱塞式注塑機均可使用，但多用螺桿式注塑機，產品質量較好。 ⑤. PS熔料的粘度中等，比PC、PVC好，但比PP要差，以采用直通式噴嘴較好。 ⑥. PS模具的主流道以圓錐形為好，主流道應以短為宜，一般為50mm左右，最長也不要超過100mm。 ⑦. PS的頂出機構的頂出力不宜過大，否則塑件表面易產生白化現象。雖然PS的成型收縮率較小，但它易產生內應力，因此塑件一般要進行熱處理，可將塑件置于70℃的熱空氣中處理2~4h。 4) 設計模具 ①. 考慮零件的形狀、外觀、精度等，選擇分型面在零件外形最大輪廓處。 ②. 根據零件結構和經濟性考慮，確定型腔數量，采用一模一件。 ③. 設計模具的澆注系統(tǒng)，盡可能保證高溫塑料平穩(wěn)的進入型腔，使之充滿型腔各個角落。 ④. 設計成型零件，根據成型材料的特性和零件結構特征及使用要求，選擇脫模方式及脫模斜度，設計排氣系統(tǒng)、模架等，確定型腔型芯的整體結構。 ⑤. 設計和選擇其他零部件：導柱、導套、緊固螺釘、銷釘、密封圈等。 ⑥. 完成模具裝配圖及零件圖，提出相關的技術要求。 ⑦. 撰寫畢業(yè)設計論文。 2.2本課題技術難點 本設計課題所設計的塑料導輪是根據零件樣本進行自由曲面建模，通過觀察發(fā)現在完成該零件三維圖的過程，其內表面復雜，分布有較多的加強筋，不易建模。零件的尺寸厚度小投影面積大，結構復雜有較多的小孔需成型。在設計澆注系統(tǒng)及脫模機構有很大的難度，加工難度大不易脫模。對注塑工藝及注塑機精度要求高。這些技術難點具體包括： 1) 塑料導輪結構較復雜，零件進行建模時曲面難以構造。 2) 該導輪零件薄厚不統(tǒng)一，尺寸在1~2mm左右。且分布有較多不一樣的加強筋，在設計澆注系統(tǒng)時，難度大。 3) 該導輪零件有較多的孔與槽，對型芯產生較大的包緊力。注射模抽芯機構設計困難。 4) 零件為塑料導輪，表面光滑不允許出現脫模痕跡，壁厚小。脫模難，容易產生白熱化等問題。 2.3技術難點解決方案 根據以上的技術難點，擬定的解決方法如下所示： 1) 針對塑料導輪的實物仔細觀察，考慮在建模時先從大平面結構開始構造，再向兩邊造型。進而構造圓柱四周以及凹槽內的加強筋。新建多個基準面繪圖，獲得零件外輪廓。 2) 根據零件的設計要求，零件表面需光滑沒有成型痕跡，兼顧經濟性的要求。分流道斷面結構設計為圓形橫截面，效率最高，即具有最小的壓力降和熱損失。將澆口設計在背部，采用彎鉤式潛伏式澆口進澆，脫模時實現澆口與塑件自動分離，表面質量好。 3) 對成型孔以及脫模問題，在設計脫模機構時，選用多根頂桿脫模。重點在加強筋及孔附近設計頂桿，保證脫模的完成。 4) 將設計出來的方案通過Moldflow，對整個PS塑料成型過程分析。解決設計過程忽略的問題，完善注塑模具。 2.4注射工藝條件 PS的主要注塑成型條件 ①. 料筒溫度。PS屬無定形塑料，無明顯熔點，熔融流動溫度不太高，160℃以上即有充分的流動性，但溫度過高并不會使流動性增加。PS的品種較多，不同品種的料筒溫度有所不同，通用PS的料筒溫度為180~230℃;耐熱PS為190~240℃；阻燃PS為170~220℃。噴嘴溫度較料筒溫度前部溫度低20~30℃ 。 ②. 模具溫度。模溫的高低對塑件質量影響甚大，在成型加工時應將模溫控制在允許的范圍內，一般模溫控制在50-70℃。 ③. 注射壓力。注射壓力的大小主要取決于塑件的結構及壁厚。通常，通用PS的注射壓力為50-70MPa;耐熱PS的注射壓力為60~85MPa;阻燃PS的注射壓力為60-100MPa。如充模時的流動阻力大，則選用較高的注射壓力；反之，選用較低的注射壓力。 2.5預期結果 1) 熟悉注塑模具設計的流程，掌握注塑模具設計的基本原理和設計方法，能應用UG軟件完成塑料導輪三維模型的建模，并用Moldflow軟件分析成型零件的合理性； 2) 使用UG軟件完成塑料導輪的三維模型的建模，完成三維圖。 3) 合理分析PS塑料成型工藝，進行塑料導輪的注塑模具結構設計，并且應用AutoCAD畫出二維的裝配圖與成型零件圖。 4) 了解國內外塑料導輪注塑模具行業(yè)現狀，閱讀注塑模最新研究資料并翻譯一篇英文資料。 5) 結合塑料導輪注塑模具設計的設計過程，完成一篇畢業(yè)論文。 3.進度安排 起 迄 日 期 工 作 內 容 備 注 2014.02.28~2014.03.15 完成開題報告 2013.03.16~2013.04.22 完成塑件產品的工藝分析及模具結構方案的確定以及二維圖及三維圖的繪制 2014.04.23~2014.05.5 對所確定的工藝進行Moldflow軟件分析，看是否合理 2014.05.6~2014.05.13 畫出模具裝配圖草圖 2014.05.14~2014.05.31 完成模具裝配圖及零件圖 2014.06.1~2014.06.10 撰寫畢業(yè)設計論文 2014.06.11~2014.06.15 準備畢業(yè)設計答辯 4.參考文獻 [1]葉久新.《塑料成型工藝及模具設計 》，北京：機械工業(yè)出版社，2012.8 [2]俞芙芳.《塑料成型工藝與模具設計》，華中科技大學出版社，2007.9 [3]劉瓊.《塑料注射Moldflow實用教程》，機械工業(yè)出版社，2008.10 [4]甄瑞麟.《模具制造技術》，機械工業(yè)出版社，2005.6 [5]李志剛.《中國模具設計大典》，機械工業(yè)出版社，2000.5 [6]田光輝,林紅旗.《模具設計與制造》，北京大學出版社，2009.9 [7]王剛.《Moldflow模具分析應用實例》，清華大學出版社，2004.8 [8]陳志剛.《塑料模具設計》，機械工業(yè)出版社，2002. 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