1、 南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)全套图纸，加 153893706作 者： 学 号： 学 院： 专 业： 数控加工与模具设计 题 目： 摩丝喷嘴的注塑模设计 指导者： 第 II 页评阅者： 2013 年 4 月 淮 安第 - 3 -页摘 要本次设计的是摩丝喷嘴的注塑模具。属于日常生活用品，所用材料是当前应用较为广泛的热塑性塑料 LDPE。本次设计使用了制图软件 AutoCAD 及模具设计软件 UG。用 UG绘出实体，清晰的把模具的结构，分模表示出来。关键词 LDPE；模具；摩丝喷嘴；实体；AutoCAD；UG；Moldflow目 录第 - 4 -页前言第一章 绪论1.1 产品概绪1
2、.2 课程介绍第二章 塑件工艺分析2.1 塑件材料及工艺特性分析2.1.1 塑件材料基本特性2.1.2 成型工艺条件2.1.3 塑件材料用途2.2 塑件结构工艺分析22.1 结构分析2.2.2 尺寸精度分析2.2.3 表面质量分析2.2.4 方案确定第三章 注射机型号的确定3.1 计算塑件的体积和质量3.2 塑件注射工艺参数的确定第四章 注射模的结构设计4.1 分型面选择4.2 确定行腔的排列方式4.3 浇注系统设计4.3.1 浇注系统设计原则4.3.2 主流道设计与定位圈的设计4.3.3 分流道设计4.3.4 点浇口设计4.3.5 冷料穴设计4.4 成型零件的结构设计4.4.1 凹模的结构设
3、计4.4.2 凸模的结构设计4.5 合模导向机构设计4.5.1 导柱的设计4.5.2 导套的设计第五章 模具设计的有关计算5.1 型腔和型芯工作尺寸计算5.2 型腔模具的厚度5.3 模具加热和冷却系统的计算5.4 模具闭合高度确定第六章 注射机有关工艺参数的校6.1 锁模力的校核6.2 模具闭合高度的校核6.3 模具安装部分的校核6.4 模具开模行程的校核6.5 注射压力校核6.6 锁模力的校核6.7 注射机安装模具部分的尺寸校核第 - 5 -页第七章 绘制模具总装配图和非标准工件图第八章 注射模主要零件加工工艺规程的编制第九章 设计小结谢辞参考文献附录第 - 6 -页前言在 现 代 工 业
4、发 展 的 进 程 中 ， 模 具 的 地 位 及 其 重 要 性 日 益 被 人 们 所 认 识 。 模 具工 业 作 为 进 入 富 裕 社 会 的 原 动 力 之 一 ， 正 推 动 着 整 个 工 业 技 术 向 前 迈 进 ！ 模 具 就是 “高 效 益 ”， 模 具 就 是 “现 代 化 ”之 深 刻 含 意 ， 也 正 在 为 人 们 所 理 解 和 掌 握 。当 塑 料 品 种 入 其 成 型 加 工 设 备 被 确 定 之 后 ， 塑 料 制 品 质 量 的 优 劣 及 生 产 效 率 的 高低 ， 模 具 因 素 约 占 80 。 由 此 可 知 ， 推 动 模 具 技 术
5、 的 进 步 应 刻 不 容 缓 ！ 塑 料 模具 设 计 技 术 与 制 造 水 平 ， 常 标 志 一 个 国 家 工 业 化 发 展 的 程 度 。 由 此 可 知 ， 塑 料 模具 设 计 ， 对 于 产 品 质 量 与 产 量 的 重 要 性 是 不 言 而 喻 的 。毕 业 设 计 这 一 教 学 环 节 使 我 独 立 承 担 实 际 任 务 的 全 面 训 练 ， 通 过 独 立 完 成 毕业 设 计 任 务 的 全 过 程 ， 培 养 了 我 的 实 践 工 作 能 力 。 另 外 ， 毕 业 设 计 必 须 具 备 一 定的 计 算 机 应 用 的 能 力 ， 在 设 计
6、过 程 中 都 应 结 合 设 计 课 题 利 用 利 用 UG 软 件 进行 塑 件 的 3D 塑 件 分 模 ， 同 时 还 具 备 必 要 的 计 算 机 绘 图 能 力 ， 如 利 用AutoCAD 进 行 二 维 图 的 绘 制 。在这个过程之中，首先是对零件的分析，消化现有的资料，对设计的目的和要求有一个大致的了解；然后是大致测量零件的尺寸着手画出实物的零件图，利用所学知识分析出零件的凸模和凹模；查找手头的资料进行相关数据的计算，根据所得数据画出草图，检查和核对之后绘制零件的装备图；最后分析总结，写出自己的设计思路，设计过程和设计体会。本 设 计 的 课 题 是 摩 丝 喷 嘴 的
7、 注 射 模 设 计 ， 在 此 次 设 计 中 ， 主 要 用 到 所 学 的 注 塑模 设 计 、 机 械 设 计 、 UG 和 Moldflow 等 软 件 应 用 的 相 关 知 识 。 需 要 对 注 射 模 设 计 的一 般 流 程 进 行 分 析 ， 即 注 射 成 型 的 分 析 、 注 射 机 的 选 择 及 相 关 参 数 的 校 核 、 模 具 的 结构 设 计 、 注 射 模 具 设 计 的 有 关 计 算 、 模 具 总 体 尺 寸 的 确 定 与 结 构 草 图 的 绘 制 、 模 具 结构 总 装 图 和 零 件 工 作 图 的 绘 制 、 全 面 审 核 投 产
8、 制 造 等 。 其 中 模 具 结 构 的 设 计 既 是 重 点又 是 难 点 ， 主 要 包 括 成 型 位 置 及 分 型 面 的 选 择 、 模 具 型 腔 数 目 的 确 定 、 型 腔 的 排 列 布局 、 流 道 布 局 以 及 浇 口 位 置 的 选 择 、 模 具 工 作 零 件 的 结 构 设 计 、 侧 向 分 型 及 抽 芯 机构 的 设 计 、 推 出 机 构 的 设 计 、 拉 料 杆 的 形 式 选 择 、 排 气 方 式 设 计 等 。 要 很 好 的 完 成毕 业 设 计 ， 必 须 要 掌 握 模 具 设 计 的 过 程 ， 学 习 如 何 查 阅 相 关
9、 资 料 和 怎 样 解 决 在 实 际 工作 中 遇 到 的 实 际 问 题 ， 总 之 ， 这 次 毕 业 设 计 能 够 为 我 们 以 后 从 事 模 具 职 业 打 下 良 好的 基 础 。第 - 7 -页第一章 绪论1.1 产品概述塑料是以高分子合成树脂为主要成分,在一定的温度和压力下,可塑制成一定的形状、并且在一定条件下保持不变的材料。各种合成树脂都是将低分子化合物的单体通过合成的方法生产出的高分子化合物。 塑料是 21 世纪才发展起来的一大类新材料,具有质量小、比强度高、电气性能优越、化学稳定性好、摩擦系数小、耐磨性能优良、吸振和消声隔音效果好等特点,同时易成型、易切削、易焊接
10、,能很好地同其他材料相粘接,加之原料来源丰富,因此在汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料及电子通信等领域得到了广泛的应用,成为 4 大工业材料(钢材、木材、水泥和塑料)中发展最快的一种材料。塑料制件(塑件)几乎已经进入一切工业部门以及人民日常生活的各个领域。目前,我国的塑料工业已逐步成为国民经济的支柱产业之一。 塑料工业是随着石油工业的发展而发展起来的新兴工业,包含塑料生产和塑件生产两大部分。塑料生产是指树脂或塑料原材料的生产,通常由树脂厂来完成。塑件生产即塑料成型加工,是根据塑料性能,利用各种成型加工手段,使其成为具有一定形状和使用价值的物品或定型材料。 塑件生产主要包括成型、机械加工、
11、修饰和装配等 4 个生产过程。成型是将各种形态(如粉状、粒状、溶液和分散体等)的塑料原料,制成所需形状的塑件或型坯的过程,是塑件生产中最重要且必不可少的过程,其他三个过程可视塑件要求而取舍。 塑料成型模具塑料成型模具是成型塑件的主要工艺装备之一,它可使塑料获得一定的形状和所需性能。 在塑件生产中约有 95%是依靠模具完成的,塑件的更新都是以成型工艺的改进和模具的更新为前提的。 塑料模具可分为下列几类: (1)注射模注射模又称注塑模。塑料注射成型是在金属压铸成型原理基础上发展起来的。首先将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中,经过加热熔融成粘流态,然后在注射机螺杆或柱塞(已很少使用)的推动下
12、,熔融塑料以一定的流速通过料筒前端的喷嘴及模具的浇注系统注入闭合的模具型腔中,经过一定时间的保压,塑料在模内冷却、硬化定形,接着打开模具,从模内脱出成型的塑件。注射成型主要用于热塑性塑料的成型。近年来,热固性塑料的注射成型也在逐渐增加。注射成型具有能成型形状复杂的塑件及生产效率高等特点,在塑件的生产中占有很大的比重。注射成型所使用的模具称为注射模。据统计,注射模的产量占世界塑料成型模具产量的一半以上。 第 - 8 -页(2)压缩模压缩模又称压塑模。压缩成型是将预热过的塑料原料直接放在加热的模具型腔(加料室)内,凸模向下运动,在热和压力的作用下,塑料呈熔融状态并充满型腔,然后固化成型。压缩成型多
13、用于热固性塑料的成型,是塑件成型方法中较早采用的一种方法。该方法成型周期较长、生产效率低。压缩成型所使用的模具称为压缩模。 (3)压注模压注模又称传递模。压注模的加料室与型腔是通过浇注系统连接起来的,通过压柱或柱塞将加料室内受热塑化熔融的塑料经浇注系统压入被加热的闭合型腔,最后固化定型。压注成型主要用于热固性塑料的成型,所使用的模具称为压注模。 (4)挤出模挤出模又称挤出机头。挤出成型是利用挤出机料筒内的螺杆旋转加压的方式,连续地将塑化好的呈熔融状态的塑料从料筒中挤出,通过特定截面形状的机头口模成型并借助于牵引装置将挤出的塑件均匀拉出,同时冷却定型,获得截面形状一致的连续型材。该方法生产效率高
14、、成本低、适应性强。挤出成型所使用的模具称为挤出模。 (5)气动成型模气动成型模是指利用气体作为动力成型塑件的模具。气动成型模包括中空吹塑成型模、真空成型模与压缩空气成型模等。 除了上述介绍的几类常用的塑料成型模具外,还有泡沫塑料成型模、浇铸成型模、滚塑(包括搪塑)成型模、压延成型模以及聚四氟乙烯冷压成型模等。 塑料成型技术的发展趋势：塑料成型技术发展趋势在塑件的生产中,高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。一副优良的注射模可成型上百万次,一副好的压缩模能成型 25 万次以上,这与上述各种因素有很大关系。下面从塑料模的
15、设计、制造、模具的材料以及成型技术等方面,简单介绍一下塑料成型技术的发展趋势。 1.CAD/CAE/CAM 技术的快速发展和推广应用随着模具工业的发展,模具型腔形状和模具结构越来越复杂,模具制造精度要求越来越高,而生产周期要求越来越短。为了适应这种发展趋势,应用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)技术,可以模拟塑料成型过程,优化成型工艺参数,提高模具质量,缩短模具设计与制造周期,降低生产成本。CAD/CAE/CAM 技术给模具工业带来了巨大的变革,成为模具技术最重要的发展方向。 模具 CAD/CAE/CAM 技术及其应用已日趋成熟。模具 CAD/CAE/
16、CAM 系统是计算机辅助某一种类型模具的设计、计算、分析、绘图以及数控加工、自动编程等的有机集成。采用模具 CAD/CAM 一体化技术,可以构建模具型腔或型芯的三维实体,可以生成刀具轨迹和数控加工代码,进行计算机仿真。通过计算机与数控加工机床 DNC 的通信接口,使得型腔或型芯实体的加工程序可以传递给数控加工机床,可在试切成功后,再进行正式的模具加第 - 9 -页工。利用 CAE 技术可以在模具加工制造前,在计算机上对整个成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、保压、冷却情况,以及塑件中的应力分布、分子和纤维取向分布、塑件的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题,及时修改塑件和模具设
17、计。CAE技术主要应用于塑件设计、模具设计和成型参数确定等方面。尤其在大型、复杂塑料模具设计过程中,CAE 技术的应用显得更为重要。 CAD/CAE/CAM 技术具有更新速度快、综合性强和效率高的特点,目前 CAD/CAE/CAM 技术还在不断地发展,它不但可以实现计算机辅助设计中的各个分过程或若干过程的集成,而且可以把生产的全过程集成在一起。 2. 快速原型制造技术的发展快速原型制造技术(RapidPrototyping主流道进口端孔直径 d=d0+0.5=2mm+0.5 mm，取 d=2.5 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度取 4；同时为了使熔料顺利进入分流道，在
18、主流道出料端设计 r=5 mm 的圆弧过渡。主流道衬套采用可拆卸更换的浇口套，其形状及尺寸按照常用浇口套设计；为了能与注射机的定位圈相配合，采用外加定位环的方式，这样不仅减小了浇口套的总体尺寸，还避免了浇口套在使用中的磨损。4.3.3 分流道设计分流道是主流道与浇口之间的通道。分流道要求熔体的阻力尽可能小，转折处应圆弧过度，各型腔保持均衡进料。分流道的截面形状，常用的有圆形、梯形、U 字形和六角形等。设计是一模两腔，浇口形状和截面相同，分流道的平衡，能保证熔体均匀同时充满所有型腔，且在保压期间各型腔的补料条件也相同，由于本设计中型腔对称分布，属自然平衡的浇注系统。本案例采用 U 形断面分流道，
19、在一块模板上，切削加工容易实现，且比表面积不大，热量损失和阻力损失不太大。查有关经验表格得 PE 的分流道推荐直径为 4.89.5 mm，取 6 mm，深度 h=3.75 mm。分流道截面形状及尺寸如图 3-3 所示:图 3-3 分流道的设计4.3.4 点浇口设计腔型与分流道之间采用一段距离很短，截面积很小的通道相连接，此通道称为浇口，它是连接分流道与型腔的桥梁。它具有 两个功能，第一、对塑料熔体流入型腔第 - 19 -页控制作用；第二、当注射压力撤消后，浇口固化，封锁型腔，使型腔中尚未冷却固化的塑料不会侧流，浇口是浇注系统的关键部分。浇口一般分非限制性浇口和限制性浇口，本设计采用限制性浇口，
20、它又可分为:侧浇口系列；点浇口系列；盘环型浇口系列。点浇口又称针点浇口或菱形浇口，是一种截面尺寸很小的浇口，俗称小浇口。这种浇口由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观粘度下降，流动性增加，有利于型腔的充填，因而对于薄壁塑件以及其它有利。 由于该塑件外观质量要求较高，所以浇口的位置和大小塑件的外质量为前提。同时，也应尽量使模具结构更简单。根据对该塑件结构的分析，并结合已确定的分型面位置，选择如图 3-4 所示的点浇口进料方式。根据塑件外观质量要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在塑件顶部。点浇口的直径尺寸可以根据不同塑料按塑件平均厚
21、度查表选取应以不影响图 3-4 浇口的结构、位置及尺寸4.3.5 冷料穴设计在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约 1025mm 的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。其类型可分为四大类第 - 20 -页1.底部带有推杆的冷料穴这类冷料穴的底部
22、由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上，因此他常于推杆或推管脱模机构连用。2.底部带有拉料杆的冷料穴这类冷料穴的底部有一根拉料杆构成，拉料杆装于型芯固定板上，因此它不随脱模机构运动。3.底部无杆的冷料穴 对于具有垂直分型面的注射模，冷料穴置于左右两半模的中心线上，当开模时分型面左右分开，塑件与流道凝料取出，冷料穴底部不必设计杆件。4.分流道冷料穴 当分流道较长时，可将分流道的尽头沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴，以贮存前锋冷料，其长度为分流道直径的 1.52 倍。本设计采用 Z 形拉料杆，一次分型时斜孔内凝料使点浇口与塑件分离，同时 Z 形拉料杆将主流道的凝料拔出；而二次分型时凝料被定模板刮掉
23、落下来，实现浇注系统与塑件的自动分离与脱出，自动化程度高，劳动强度小。第五章 模具设计的有关计算该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册得 LDPE 的收缩率为1.5%3.0%，故平均收缩率 SCP=（1.5+3.0）/2%=2.25%=0.0225，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取 Z=/3,成型零件尺寸计算见表 5-1。5.1 型腔和型芯工作尺寸计算表 5-1 成型零件的尺寸计算类别 塑件尺寸 计算公式 工作尺寸480-1.32 Lm=（L s+LsScp-3/4） +Z 0 47.94+0.440340-1.14 Lm=（L s+LsScp-3/4） +Z 0 33.91+0
24、.380420-1.32 Hm=（H s+HsScp-2/3） +Z 0 41.865+0.440260-1.0 Hm=（H s+HsScp-2/3） +Z 0 25.918+0.330160-0.78 Hm=（H s+HsScp-2/3） +Z 0 15.84+0.260100-0.58 Lm=（L s+LsScp-3/4） +Z 0 9.79+0.190型腔尺寸计算60-0.58 Lm=（L s+LsScp-3/4） +Z 0 5.70+0.190第 - 21 -页170-0.78 Lm=（L s+LsScp-3/4） +Z 0 16.798+0.260460+1.32 Lm=（L s+L
25、sScp+3/4） 0-Z 47.1750-0.44320+1.14 Lm=（L s+LsScp+3/4） 0-Z 33.5750-0.38400+1.14 Hm=（H s+HsScp+2/3） 0-Z 41.660-0.1770+0.58 Lm=（L s+LsScp+3/4） 0-Z 7.5930-0.1980+0.58 Lm=（L s+LsScp+3/4） 0-Z 8.6150-0.19dM 大 =46 Lm=（1+S cp）d M 大 + 中 ） 0- 中47.8050-0.44dM 中 =44.83 Lm=（1+S cp）d M 中 + 中 ） 0- 中47.150-0.44型芯尺寸计
26、算dM 小 =44.05 Lm=（1+S cp）d M 小 + 中 ） 0- 中46.360-0.445.2 型腔模具厚度采用经验数据法，依据尺寸 48 查相关材料，得该型腔的推荐壁厚为 30mm。5.3 模具型腔模板总体尺寸的确定该模具型腔最大尺寸为 48mm，根据该尺寸查塑料模具设计指导与资料汇编表 9-25 确定的型腔壁厚尺寸 30mm，综合以上数据，查相关资料，确定型腔模板的总体尺寸为BLH，其中 B=360mm,L=300mm,H=64mm。5.4 标准模架的确定本塑件采用点浇口注射成型，根据模具结构形式、型腔数量、塑件尺寸、冷却水道的分布等因素，查相关资料，选择 P4-160250
27、-43-Z1 型标注模架。5.5 模具闭合高度的确定组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有：定模座板为 H1=30mm；型腔板为 H2=64mm；推件板为 H3=15mm；型芯固定板为 H4=25mm支撑板为 H5=65mm；垫块为 H6=96mm；第 - 22 -页则该模具闭合高度为：H=H 1+H2+H3+H4+H5+H6=30+64+15+25+65+96=295mm5.3 模具加热和冷却系统的计算第六章 注射机有关工艺参数的校6.1 锁模力的校核锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。注射机锁模力的校核关系式为：FkpA式中 F注射机锁模力，查塑料模设计手册附录表 8
28、得 SZ-100/60 型注射机的锁模力为 600kN；k压力损耗系数，一般取 1.11.2； p型腔内熔体的压力，本塑件 p=30MPa;A塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，本模具 A=1.45610-2m2计算得kpA=1.2301061.45610-210-3=524.16kN故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。6.2 模具闭合高度的校核由于 SZ-100/60 型注射机所允许的模具最小厚度 Hmin=200mm,模具最大厚度Hmax=300mm，而计算得模具闭合高度 H=295mm,所以模具闭合高度满足 HminHH max的安装条件。6.3 模具安装部分的校核该模具的外形最大部
29、分尺寸为 300mm434mm,SZ-100/60 型注射机模板最大安装尺寸为 330 mm450 mm，故能满足模具安装的要求。6.4 模具开模行程的校核开模行程也叫做合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，用符合 S 表示。SZ-100/60 型注射机的最大开模行程 Smax=300mm.为了使塑件成型后能顺利脱模，并结合该模具的双分型面特点，确定该模具的开模行程 S 应满足SH 1+H2+a+(510)=(10+5)+20+42+30=107mm式中 H1塑件所用的脱模距离，mm;H2塑件高度，mm; a取出浇注系统凝料所必需的长度，mm。因 Smax=300mm107mm，故该注射机的开模行程满足要求。第 II 页
