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買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 11970985機電工程學院畢 業(yè) 設 計 說 明 書設計題目: 滾輪注塑模具及其工藝設計 學生姓名：學 號：專業(yè)班級：指導教師：買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 11970985目 錄第一章 緒論 11.1 塑料模具行業(yè)現(xiàn)狀 11.2 模具行業(yè)今后的發(fā)展趨勢 2第二章 塑料制品的結(jié)構設計及其工藝性分析 3第三章 注塑工藝設計 33.1 材料工藝性能分析 33.2 ABS 的注射成型過程及工藝參數(shù) 4第四章 注塑機的選擇與校核 54.1 注射量的計算 54.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 54.3 選擇注塑機 64.4 注射機的相關參數(shù)的校核 7第五章 注塑模具設計 85.1 分型面的選擇 85.2 澆注系統(tǒng)的設計 85.3 成型零部件的設計 155.4 導向定位機構的設計 185.5 脫模機構的設計 195.6 推出機構的形式 215.7 排氣系統(tǒng)的設計 215.8 冷卻系統(tǒng)的設計 225.9 模架的選擇 22第六章 模具的失效分析 246.1 模具的失效分析 246.2 模具裝配 246.3 模具的安裝 266.4 塑料成型計算機模擬（CAE)的內(nèi)容及方法 .266.5 塑料成型 CAE 的發(fā)展情況 276.6 Moldflow 技術的作用 .296.7 塑件 CAE 分析 30設計總結(jié) 42致謝 43參考文獻 44買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709850第一章 緒論1.1 塑料模具行業(yè)現(xiàn)狀模具是制造業(yè)的重要基礎工藝裝備，工業(yè)產(chǎn)品大批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)都離不開模具，用模具生產(chǎn)制件所達到的高精度，高復雜程度，高一致性，高生產(chǎn)率和低耗能、低耗材，使模具工業(yè)在制造業(yè)中的地位越來越重要。模具品種繁多，共有 10 大類，包括沖壓、塑料、橡膠、鑄造、鍛壓等，用于制造業(yè)中幾乎所有產(chǎn)品的生產(chǎn)，可見模具的服務范圍已包括國民經(jīng)濟的許多方面，現(xiàn)在模具技術已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一，沒有高水平的模具就沒有高水平的產(chǎn)品已成為共識。塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709851買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709852買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709853現(xiàn)代模具制造業(yè)已成為技術密集型和資金密集型的產(chǎn)業(yè)，它與高新技術已形成相互依托的關系。一方面，模具是直接為高新技術產(chǎn)業(yè)化服務的不可缺少的裝備；另一方面，模具生產(chǎn)本身又大量采用高新技術及裝備，因此，模具制造已成為高新技術產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。模具成形零件時實現(xiàn)快速、優(yōu)質(zhì)、低耗是國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。從 20 世紀年 80 代后期開始，中國模具工業(yè)發(fā)展十分迅速。由于國民經(jīng)濟的發(fā)展對模具的需求越來越大，原有的國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，而三資和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、個體模具企業(yè)的發(fā)展更為迅速。例如廣東省和浙江省，原來模具生產(chǎn)規(guī)模不大，在國內(nèi)未占重要地位，但目前，主要依靠三資企業(yè)的廣東省全省有多家模具生產(chǎn)企業(yè)和主要依靠鄉(xiāng)鎮(zhèn)、個體企業(yè)的浙江省全省有多家模具生產(chǎn)企業(yè)，其模具年產(chǎn)值已在全國占有重要地位。在模具產(chǎn)值產(chǎn)量和進出口迅速發(fā)展的同時，近年來中國在模具行業(yè)技術進步和模具水平的提高方面也取得了可喜的成績?，F(xiàn)在，在大型塑料模具方面，我國已能生產(chǎn) 43 英寸(109cm)大屏幕彩電和 65 英寸(165cm)背投式電視的塑殼模具、10kg 大容量洗衣機全套塑料件模具以及汽車保險杠、整體儀 100t。我國模具企業(yè) CAD、CAM、CAE、CAPP、PDM、PLM、ERP 等數(shù)字化、信息化技術的使用面正在不斷擴大，水平也在不斷提高。1.2 模具行業(yè)今后的發(fā)展趨勢雖然中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但仍不能滿足我國制造業(yè)發(fā)展的需求，特別是中高檔模具，在精密、大型、復雜、長壽命類型的模具仍舊供不應求。由于在精度、壽命、制造周期及能力等方面中國與國際水平相比尚有較大差距，所以每年尚需大量進口。由于中國模具價格比較低廉，水平也在不斷提高，因此出口發(fā)展很快。近年來每年出口增長幅度比行業(yè)增長幅度大得多。目前，我國模具總量雖然已達到相當大的規(guī)模，模具水平也已有了很大提高，但在總體上，我國模具生產(chǎn)的商品化、專業(yè)化、標淮化程度還較低，商品化模具只占左右，模具標準件使用覆蓋率還不到，專業(yè)模具企業(yè)只占模具生產(chǎn)廠點的少數(shù)，而且裝備也比較落后。由于資金缺乏，我國的模具企業(yè)大都只能買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709854購買較低檔的國產(chǎn)設備和來自我國臺灣的設備，而少用歐美和日本的高檔設備，設備數(shù)控化程度遠低于國際水不少原先只是附屬于大廠、大公司、大集團的模具生產(chǎn)單位，經(jīng)調(diào)整、改革、改制，變成了獨立的企業(yè)法人，面向社會，自負盈虧，充分發(fā)揮了人才和技術優(yōu)勢以及設備能力，在模具行業(yè)中發(fā)揮了很好的作用。以上這些都使模具企業(yè)結(jié)構越來越適應于市場經(jīng)濟。在企業(yè)結(jié)構正在不斷改善的同時，我們也看到許多專業(yè)模具廠還仍舊保持“大而全” 、 “小而全”的組織形式，國外大多呈現(xiàn)“小而?！?、 “小而精”的特點，歐洲某些模具企業(yè)已有向大型跨國集團發(fā)展的趨向。隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展以及工業(yè)產(chǎn)品對輕量化提出越來越高的要求，在模具的產(chǎn)品結(jié)構中，塑料模具及鋁、鎂合金的鑄造模具比例逐步上升，在十大類模具中，塑料模具已成為總量最多的模具。隨著近年來汽車工業(yè)的高速發(fā)展，為汽車制造配套的模具比例也逐步上升。隨著技術的不斷進步，市場對模具的要求越來越高，以大型、精密、復雜、長壽命模具為主要代表的高技術含的模具在模具總量中的比例也在逐年提高，近年來每年平均約提高一個百分點。模具技術水平的提高和技術結(jié)構的改善，一年一度的國際模具展中得到了比較充分全面的展現(xiàn)。第二章 塑料制品的結(jié)構設計及其工藝性分析本次設計的內(nèi)容是滾輪，其形狀如圖 2-1，塑料制件的壁厚主要為2.5mm 左右，屬于中等壁厚制件。材料是 ABS 樹脂，ABS 樹脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）是一種強度高、韌性好、易于加工成型的熱塑型高分子材料。成型工藝性好，可注塑成型。買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709855圖 2-1 滾輪零件圖并且制件結(jié)構形狀較為簡單，不存在側(cè)向抽芯等形狀，但型腔較多。因而總體來說，該制件的結(jié)構形狀比較簡單，易于成型。第三章 注塑工藝設計3.1 材料工藝性能分析采用的材料是 ABS 樹脂，ABS 樹脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）是一種強度高、韌性好、易于加工成型的熱塑型高分子材料。3.1.1 流動性：ABS 樹脂流動性中等（溢邊值0.04mm）易產(chǎn)生熔接不良，需采用高料溫、高模溫、較高壓力（70--100MPa）成型。其是假塑性流體，即是指在外力作用下，其粘度會因剪切速率的增大而變稀薄的流體。3.1.2 收縮性 ：尺寸的準確性；收縮對塑件的應力和變形的影響；ABS是一種無定形聚合物收縮比較??；如果收縮大的材料必須從結(jié)構設計、模具設計上考慮收縮對制品形狀和性能的影想。3.1.3 熱敏性： 丙烯腈使 ABS 具有良好的耐熱性，并具有優(yōu)良的化學穩(wěn)買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709856定性。3.1.4 吸濕性：該材料具有吸濕性，因此成型前一定要干燥，否則塑件表面以出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。3.1.5 該材料可燃燒但很緩慢，并發(fā)出特殊的刺激性氣味。3.1.6 ABS 的主要性能指標，其性能指標見表 3-1表 3-1 ABS 的性能指標密度/ 3cmg??1.02--1.08 屈服強度/MPa 50比體積/ 10.86--0.98 拉伸強度/MPa 38吸水率(%) 0.2--0.4 拉伸彈性模量/MPa1.4 310?熔點/ C?130--120 抗彎強度/MPa 80收縮率/(%) 0.4--0.7 抗壓強度/MPa 53比熱容/ 1)kgJ???（ 1470 彎曲彈性模量/MPa1.4 310?3.2 ABS 的注射成型過程及工藝參數(shù)3.2.1 注射的成型過程1）成型前的準備。對 ABS 的色澤、粒度、均勻度等進行檢驗，由于其吸水性較大，因此成型前一定要干燥。2）注射過程。塑件在注塑機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可分為沖模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。3）塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為 60--75 ，處理時C?間為 10--20s。1.2.2 注射工藝參數(shù)1） 注射機：螺桿式2） 料筒溫度（ ）：前段 180--200；C?中段 165--180；買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709857后段 150--170.3） 噴嘴溫度（ ）:170--180 。C?4） 模具溫度（ ）：50--80 。?5） 注射壓力（ ）：60--100。MPa6） 成型時間（s）：30第四章 注塑機的選擇與校核 4.1 注射量的計算 通過三維軟件 UG 建模分析得塑件體積： =6.146cm塑V3塑件質(zhì)量： =6.15 1.02=6.273g塑塑m???式中 取 1.02，參考表 3-1.?4.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 其體積在設計前不能準確確定值，可根據(jù)經(jīng)驗取塑件體積的 0.2-1 倍估算，由于本次設計流道較長且塑件體積較小，因此按塑件體積的 0.4 倍計算。故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為= （1+0.4） 12=6.146 1.4 12=103.25cm總V塑 ??34.3 選擇注塑機 根據(jù)第二步計算得出一次注入模具型腔的塑料總體積 =103.25，為了?？俈證正常的注射成型，模具每次需要的實際注射量小于或等于注射機公稱注射量的 80%，則買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 119709858/0.8=103.25/0.8=129.06cm總V3根據(jù)以上計算，初步選定公稱注射量為 160cm ，注射機型號為 SZ-160/100 臥式注射機，其主要技術參數(shù)見表 4-1 表 4-1 注射機主要技術參數(shù)理論注射容量/cm 3160 移模行程/mm 325螺桿柱塞直徑/mm 40 最大模具厚度/mm 300注射壓力//MPa 150 最小模具厚度/mm 200注射速率/ 1sg??105 鎖模形式 雙曲肘塑化能力/ 45 模具定位孔直徑/mm 125螺桿轉(zhuǎn)速/ 1min??r0--200 噴嘴球半徑/mm 12所模力/kN 1000 噴嘴口孔徑/mm 3拉桿內(nèi)間距/mm 345x3454.4 注射機的相關參數(shù)的校核4.4.1 注射壓力校核 查表可知，ABS 所需注射壓力位 80--110.取P =100MPa，該注射機公稱注射壓力 =150MPa，注射壓力安全系數(shù) =1.25--0 公P1k1.4，取 =1.3 則：1k=1.3x100=130S/2=14.1，S5.4 導向定位機構的設計 在模具進行裝配或成型時，合模導向機構主要用來保證動模和定模兩大部分或模內(nèi)其他零件之間準確對合，以確保塑料制件的形狀和位置精度，并避免模內(nèi)各零部件發(fā)生碰撞和干涉。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式。對于本次設計采用標準模架，其導向定位結(jié)構為導柱導向。導向定位機構的作用：⑴ 定位作用；⑵ 導向作用；⑶ 承受一定的側(cè)向壓力；導柱的結(jié)構形式如圖 5-9 所示：買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 1197098521圖 5-9 導柱導套導柱的安裝固定部分按 H7/m6 配合，導柱與導套按 H7/n6 配合。導套采用套筒式結(jié)構，為了使導柱能夠比較順利的進入導套孔。材料：導柱應具有堅硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內(nèi)芯，采用碳素工具鋼 20 鋼，硬度為 55HRC 以上，導套采用 T8A，淬火處理。5.5 脫模機構的設計5.5.1 推出方式⑴ 設計推出機構時應盡量使塑件留于動模一側(cè)；⑵ 塑件在推出過程中不發(fā)生變形和損壞；⑶ 不損壞塑件的外觀質(zhì)量；⑷ 合模時應使推出機構正確復位；⑸ 推出機構應動作可靠。由于塑件型腔較多，為防止塑件變形，采用中心推桿和推快綜合推出方式。5.5.2 脫模力的計算買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 1197098522薄壁制件系指塑件壁厚與其內(nèi)孔直徑之比小于 1/20 即 t/D≤1/20 的制件，故我本次所設計的塑件屬厚壁制件。制件的橫截面為不規(guī)則形狀，所需的脫模力為 21K)(tanSEFf??????（其中 F 是脫模力（N） E-塑料的拉伸模量（MPa）塑料成型的平均收縮率?-塑料的泊松比?-模具型芯的脫模斜度?S 塑件包裹型芯面積f-塑件與型芯的摩擦系數(shù)S=18.7x15=280mm E=1.8 x10 =0.0055 =1 =3 23???27.1??45.0?f91.054.27cossK21 ??????1in2?f則 = =543.1N21)(taSEFK?????（ 91.0307.45.8.0?????）（則總脫模力 F =543.1x8=4344.8N總校核推出機構作用在塑件單位壓應力（1）推出面積A =1 222 5.196).5.7(4dD4m?????）（A =2 2221 8.).0(）（（2）推出應力買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 1197098523= = =16.8MPa53MPa（抗壓強度） 合格?21AF?總 4.625.9835.6 推出機構的形式一方面，由于設置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，制造修配方便，容易達到推桿和型芯上推桿孔的配合精度。另一方面所以在設計中采用推桿推出機構較合理。直通式推桿尾部采用臺階固定是最常用的形式，工作端部為圓形。在設計過程中要考慮到推桿要有足夠的剛性，以承受推出力，否則就可能在推出使變形。推桿的結(jié)構形式如下圖所示：圖 5-10 推桿推桿工作部分與推桿固定板上的推桿孔配合采用 H8/f7—H8/f8 的間隙配合。推桿的材料采用 T10A 碳素工具鋼，硬度為 50—54HRC，推桿工作端部分的粗糙度 Ra 一般取 0.8 m 。?5.7 排氣系統(tǒng)的設計塑料模具的注射過程其實就是熔融塑料將型腔中的空氣置換出來的過程,如買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 1197098524果氣體不能被順利地排出,塑件就會因填充不足而產(chǎn)生接縫或表面輪廓不完整等缺陷.而排氣系統(tǒng)的作用就是把模具型腔內(nèi)的空氣,熔料所產(chǎn)生的氣體排放到模具之外,保證熔體在充模過程中的正常流動.模具排氣的形式主要有以下三種:⑴ 利用配合間隙排氣;⑵ 利用分型面排氣;⑶ 利用粉末合金燒結(jié)塊排氣。對于我本次設計的屬于中小型模具,完全可以利用模具分型面的間隙來排除氣體,不需要再另外開設排氣槽。5.8 冷卻系統(tǒng)的設計 塑料注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的好壞,直接影響到塑件的質(zhì)量,而且也決定著生產(chǎn)率的高低,塑件在型腔內(nèi)的冷卻力求做到均勻快速,以減少塑件的內(nèi)應力,使塑件的生產(chǎn)做到優(yōu)質(zhì)高效.冷卻系統(tǒng)的設計原則:⑴冷卻水孔的數(shù)量盡量多,孔徑盡量大;⑵ 冷卻水孔至型腔表面的距離相等;⑶ 澆口處加強冷卻；⑷ 降低進出口水的溫差；⑸ 冷卻水孔避開熔接縫；⑹ 便于加工清理；⑺ 密封可靠。塑料模冷卻系統(tǒng)的結(jié)構形式取決于塑件形狀的尺寸，模具的結(jié)構，澆口位置，型腔表面溫度分布要求等，主要包括凹模的冷卻和型芯的冷卻。5.9 模架的選擇我國對塑料注射模模架的國家標準分為《塑料注射模中小型模架》(GB/T 12556.1—90)和《大型模架》(GB/T 12555.1—90)兩種。其中中小型模架的結(jié)構形式按品種型號分，即基本型 4 種，派生型 9 種，以定模、動模座板有肩、買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 1197098525無肩劃分，又增加 13 個品種，共 26 個模架品種。以模板的每一寬度尺寸為系列主參數(shù)，各配以一組尺寸要素，組成 12 個尺寸系列。按照同品種、同系列所選用的模板厚度 A、B 和墊板高度 C 再來劃分每一系列的規(guī)格。在我本次的設計中，所選模架的主體部分墊塊以上由擋板、定模板、支承板和定模套板組成，模具的型芯和型腔都采用了整體式結(jié)構，澆口套安裝在定模板和定模座板上。根據(jù)模具型腔的布局的中心距和塑件尺寸大小可計算出其所占平面尺寸為 100mm x 240mm ，又考慮到凹模的最小壁厚，導柱，導套的布置等，同時參考中小型標準模架的選型，初步選擇（W x L = 180 x 350 mm).模架結(jié)構為 型。2A模架結(jié)構如下圖所示：圖 5-11 模架各個模板尺寸的確定1） A 板尺寸。A 板定模型腔板，塑件高度為 20mm。凹模嵌入深度為 10mm，買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 1197098526考慮到模板上還要開設冷水道，需要留夠足夠距離，故 A 板厚度取 30mm。2) B 板尺寸。B 板是型芯固定板，按模架標準板厚度 30mm。3） C 板尺寸。墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5-10）=25+20+15+5-10=65-70mm 初步選為 70mm。第六章 模具的失效分析6.1 模具的失效分析包括模具零件在內(nèi)的任何機件，都有其一定的功能，機件在服役中產(chǎn)生了過量變形，斷裂破壞，表面損傷等現(xiàn)象，將喪失原有的功能，達不到預期的要求，或變的不安全可靠，以致不能繼續(xù)正常的服役，這種現(xiàn)象稱之為失效。判斷失效性質(zhì)，分析失效原因，研究防止失效的措施等一系列的技術活動稱之為失效分析。其主要目的是避免或減少同類失效現(xiàn)象的重復發(fā)生，延長產(chǎn)品的使用壽命，提高經(jīng)濟效益。常用的失效形式，大致可以分為以下幾類：⑴ 過量變形⑵ 斷裂⑶ 表面損傷防止模具早期失效的措施及效果：⑴ 適當提高模具的回火溫度，增加回火保溫時間，可明顯減少堆塌，起皺，拉毛等現(xiàn)象；⑵實際采用兩段回火工藝，使模具回火充分，在保持較高硬度的同時改善韌性。6.2. 模具裝配熱塑性塑料注塑模，其裝配要求如下：⑴模具上下平面的平行度偏差不小于 0.05mm，分型面需密合；⑵頂件時頂桿與卸料板動作必須保持同步。買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號交流 197216396 或 1197098527裝配時以分型面密合作為該模具的裝配基準，裝配順序如下：按圖檢驗主要工作零件及其他工作零件尺寸↓修磨動定模并用紅粉對研，檢查分型面的密合程度↓將定模、墊板和支承板一起夾緊鏜導柱導套孔，在孔內(nèi)壓入工藝定位銷加工側(cè)面的垂直基準↓利用定模的側(cè)面垂直基準確定定模上實際的型腔中心作為以后加工的基準。修磨定模型腔部分并壓入鑲塊組裝↓利用定模型腔的實際中心加工型芯固定型孔的線切割穿絲孔，并線切割型孔↓在定模、墊板和支承板分別壓入導柱導套，保持導向可靠，滑動靈活↓用螺釘復印法緊固型芯于定模板上↓過型芯引鉆、鉸定模板上的頂桿孔↓加工限位螺釘孔，復位彈簧孔，并組裝頂桿固定板↓組裝模腳與支承塊↓定模座板上加工螺釘孔和導柱孔并將澆口套壓入定模座板↓裝配定模部分