畢業(yè)設(shè)計（論文）-龍骨架注塑模設(shè)計

課程設(shè)計說明書目錄TOC\o"1-3"\u1引言 11.1注塑成型工藝的原理與特點 11.1.1注塑成型工藝的原理 11.2注塑模具的分類與結(jié)構(gòu)組成 11.2.1注塑模具的分類 11.3課題的來源和主要研究內(nèi)容 11.3.1課題的意義及來源 11.3.2課題的研究內(nèi)容 22工藝性能分析和結(jié)構(gòu)方案的確定和所需設(shè)備的校核 32.1工藝性能分析和模具方案的確定 32.1.1工藝性能分析 32.2注射機型號的選定及校核 52.2.1注射量的計算 5:2.2.2鎖模力的計算 52.2.3選擇注射機 63澆注系統(tǒng)的設(shè)計和排溢系統(tǒng)的設(shè)計 83.1主流道的設(shè)計和定位圈的設(shè)計 83.1.1主流道的設(shè)計 83.1.2澆口的設(shè)計 83.1.3排氣系統(tǒng)的設(shè)計 94成型零部件的設(shè)計和校核 104.1凹模（型腔）的設(shè)計和校核 10凹模尺寸的計算 104.2凸模（型芯）的設(shè)計及其校核 10凸模尺寸的計算 105導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 125.1導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合和固定 125.1.1導(dǎo)柱導(dǎo)套的選用 125.1.2導(dǎo)柱的設(shè)計 125.1.3導(dǎo)套的設(shè)計 136推出機構(gòu)的設(shè)計及校核 146.1推出系統(tǒng)的確定 146.1.1澆注系統(tǒng)凝料的脫出 146.1.2推出方式的確定 146.1.3推出零件的設(shè)計 146.1.4推桿機構(gòu)導(dǎo)向的設(shè)計 156.2半模側(cè)向分型機構(gòu)的確定 157冷卻系統(tǒng)的設(shè)計和校核 167.1冷卻水道的設(shè)計 167.1.1冷卻水道的選擇 167.1.2冷卻水的體積流量 167.1.3冷卻管道直徑的確定 167.1.4冷卻水在管道中的流速 167.1.5冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱模系數(shù) 167.1.6冷卻管道的總傳熱面積 178模架的設(shè)計 188.1模架的選擇 188.2定模固定板的設(shè)計和校核 188.3型芯固定板的設(shè)計和校核 18結(jié)論 20參考文獻 21全套圖紙加V信153893706或扣3346389411 1引言1.1注塑成型工藝的原理與特點1.1.1注塑成型工藝的原理注塑成型（injectionmolding），又稱注射成型，是將顆粒狀或粉狀塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔體塑化成為粘流態(tài)熔體，在注塑機柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經(jīng)過一定時間的保壓、冷卻定型后，獲得模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件的塑料成型方法。注塑成型過程一般包括加料、塑化、注射、冷卻和脫模幾個步驟。1.2注塑模具的分類與結(jié)構(gòu)組成1.2.1注塑模具的分類注塑模具是注塑成型生產(chǎn)中必不可少的工藝裝備，是一種可以重復(fù)的大批量生成塑料制品的一種工具，是利用一個或多個型腔來成型所需要的塑料制品。注塑模具的分類方法有很多。根據(jù)結(jié)構(gòu)特征不同，注塑模具可分為二板式注塑模具和三板式注塑模具。二板式注塑模具，也稱單分型面模具，以分型面為界將模具分為動模和定模兩部分。一部分型腔在動模，一部分型腔在定模。主流道在定模，分流道開設(shè)在分型面上。開模后，制品和流道留在動模，制品和澆注系統(tǒng)凝料從同一分型面內(nèi)取出。動模部分設(shè)有推出系統(tǒng)，開模后將制品推出模具。二板式注塑模具是注塑模中最簡單、應(yīng)用最普及的一種模具。三板式注塑模具，也稱雙分型面模具。三板式注塑模具比兩板模增加了一塊流道推板，模具開模后分成三部分。開模后，制品和澆注系統(tǒng)凝料從不同的分型面內(nèi)取出。這種模具采用點澆口，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜些，需要增加定距分型機構(gòu)。三板式注塑模具適用于制品的四周不準有澆口痕跡或投影面積較大、需要多點進膠的場合。1.3課題的來源和主要研究內(nèi)容1.3.1課題的意義及來源注塑模具占整個塑料模具的90%左右，是所有塑料模具中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，設(shè)計、制造和加工精度最高，應(yīng)用最普遍的一種模具。通過設(shè)計注塑模具，能夠進一步鞏固所學(xué)的知識，了解塑料及有關(guān)成型原理、工藝特點，以及注塑成型工藝對塑件質(zhì)量的影響，掌握注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理、基本方法以及加工工藝等，提高綜合應(yīng)用知識的能力和解決實際生產(chǎn)中關(guān)鍵技術(shù)的能力，還能進一步熟悉UGNX和MoldFlow軟件的應(yīng)用。另外，學(xué)習注塑模具的設(shè)計，對學(xué)習其他塑料成型模具，乃至學(xué)習金屬壓鑄模具都有幫助和指導(dǎo)意義。本課題來源于工作企業(yè)的實際項目，塑件是某龍骨架，塑件如圖1-1所示。圖1-1龍骨架1.3.2課題的研究內(nèi)容1.注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計課題將完成龍骨架的注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括成型零件的設(shè)計、半模機構(gòu)的設(shè)計、模架的選用、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計、推出系統(tǒng)的設(shè)計等。2.注塑成型分析研究模具澆口的位置、冷卻水路的形式，以及確定合理的澆口尺寸和壓射工藝參數(shù)。2工藝性能分析和結(jié)構(gòu)方案的確定和所需設(shè)備的校核2.1工藝性能分析和模具方案的確定2.1.1工藝性能分析形狀：該制件為龍骨架，最大外形尺寸直徑為38mm，總高為42mm，側(cè)面有螺紋。2-1二維零件圖ABS塑料主要的性能指標密度g/cm1.03-1.05收縮率%0.3-0.8熔點℃130-160熱變形溫度℃100彎曲強度Mpa80拉伸強度MPa35-49拉伸彈性模量GPa1.8彎曲彈性模量Gpa1.4壓縮強度Mpa18-39缺口沖擊強度kJ/㎡11-20硬度HRR62-86體積電阻系數(shù)Ωcm1013擊穿電壓Kv.mm-115介電常數(shù)60Hz3.72.1.2確定模具結(jié)構(gòu)方案成型方式的確定由于ABS為非結(jié)晶性塑料，成型工藝性好，所以采用注射成型。確定分型面塑件的分型面應(yīng)位于截面尺寸最大的部位，如圖2-2，這樣選取會使得塑件的外表面可以在整體的定模型腔內(nèi)成型，表面質(zhì)量好，而且塑件脫模方便。圖2-2分型面確定型腔數(shù)目通過UGNX建模設(shè)計分析得塑件質(zhì)量屬性如圖2-3所示圖2-3塑件質(zhì)量屬性塑件體積：V塑=5.2cm3塑件質(zhì)量：m塑=ρV塑=5.21.03g=5.35g式中，ρ取1.03g/cm3?？紤]到塑件形狀不利于分模和取件的問題，在此采用一模一腔。2.2注射機型號的選定及校核2.2.1注射量的計算澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計之前是不能確定準確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2～1倍來估算。由于本次采用流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3倍來估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為：V總=V塑（1+0.3）=5.21.3=6.76cm3:2.2.2鎖模力的計算（1）注射壓力校核：查閱參考文獻[2]表4-1可知，PA所需注射壓力為90~140MPa，這里取P0=110MPa，該注射機的公稱注射壓力P公=180MPa，注射壓力安全系數(shù)k1=1.25~1.4，這里取k1=1.3，則k1P0=1.3110=143MPa<P公，所以，注射機注射壓力合格。（2）鎖模力校核①塑件在分型面上的投影面積A塑=361π=1133.5mm2②澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆，即澆道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A澆數(shù)值，可以按照多型腔模具的統(tǒng)計分析來確定。A澆是每個塑件在分型面上的投影面積A塑的0.2~0.5倍。由于本次設(shè)計的澆道較簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以適當取小。這里取A澆=0.3A塑③塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積，則A總=n（A塑+A澆）=n（A塑+0.3A塑）=11.3A塑=1473.5mm2④模具型腔內(nèi)的脹型力F脹，則：F脹=A總P模=1473.560=88413N=88KN式中，P模是型腔的平均壓力值。P模是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20%~40%，大致范圍為36~72MPa。對于粘度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值。PA屬于低粘度塑料及有精度要求的塑件，故取P模=60MPa。查表可得該注射機的公稱鎖模力F鎖=400kN，鎖模力安全系統(tǒng)為k2=1.1~1,2，這里取=1.2，則k2F脹=1.288=105.6<F鎖，所以注射機鎖模力合格。對于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進行。2.2.3選擇注射機根據(jù)每一周期的注射量和鎖模力的計算值，可選用選用XS-ZY-125臥式注射機，因為螺桿在注射機中既可旋轉(zhuǎn)又可前后移動，能夠勝任塑料的塑化、混合和注射工作，這一點遠勝于柱塞式注射機。所選用注射機的型號為XS-ZY-125。表2-1注射機主要技術(shù)參數(shù)理論注射量/cm3125拉桿內(nèi)向距/mm220300螺桿直徑/mm30移模行程/mm250注射壓力/MPa180最大模具厚度/mm250注射速率/g.s-170最小模具厚度/mm150塑化能力/kg.h35模具定位孔直徑/mmΦ80螺桿轉(zhuǎn)速/r.min-10~200噴嘴球半徑/mmSR10鎖模力/KN400噴嘴孔直徑/mm4注射量的校核M=nmn+mj≤0.8mgV總=V塑（1+0.3）=5.21.3=6.76cm3<0.8×125=100cm33澆注系統(tǒng)的設(shè)計和排溢系統(tǒng)的設(shè)計3.1主流道的設(shè)計和定位圈的設(shè)計3.1.1主流道的設(shè)計主流道通常設(shè)計成圓錐形，其錐角α=2°~4°，可以取為3°。內(nèi)壁表面粗糙度一般為Ra=0.63μm。為防止主流到與噴嘴處溢料，主流道對接處制成半球形凹坑，其半徑 R2=R1+（1~2）=11.2㎜，其小端直徑d2=d1+（0.5~1）=4㎜。凹坑深取h=2.4㎜。圖2-1主流道為減小料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力，主流道大端呈圓角過渡，其圓角半徑取r=2㎜。在保證塑料良好成型的前提下，主流道L應(yīng)盡量短，否則將增多流道凝料，且增加壓力損失，使塑料降溫過多而影響注射成型。一般L≤60㎜，可初定L=57mm。由于主流道與塑料熔體及噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，因此常將主流道制成可拆卸的主流道襯套，便于用優(yōu)質(zhì)鋼材加工和熱處理。3.1.2澆口的設(shè)計根據(jù)塑件的外觀尺寸和塑件的形狀，形腔的布置為一模四腔，故選用點澆口，澆口截面形狀簡單，易于加工。如圖2.2圖3-2澆口位置尺寸的確定H=0.6mm,取L=1mm3.1.3排氣系統(tǒng)的設(shè)計成型型腔體積比較小，采用的是點澆口，塑料溶體先充滿型腔上部，然后充滿周邊與下部，型腔不會造成憋氣現(xiàn)象，氣體會沿著分型面的間隙向外排出。4成型零部件的設(shè)計和校核4.1凹模（型腔）的設(shè)計和校核凹模尺寸的計算塑件結(jié)構(gòu)簡單，所以采用整體式凹模。為了便于塑件的脫模，將凹模做成階梯式。這樣有利于排氣，便于模具的維修。而且凹模結(jié)構(gòu)簡單，牢固，不易變形，塑件無拼縫痕跡。塑件收縮率0.3％～0.8％，平均收縮率為0.55%.1）凹模直徑按平均值法：取凹模按IT9制造公差δz=0.062㎜，Δ=0.26mmLm1=[（1+Scp）Ls－Δ1]+0δz=[（1+0.55%）×38－×0.26]0+0.062=380+0.062㎜Lm2=[（1+Scp）Ls－Δ2]+0δz=[（1+0.65%）×15－×0.24]0+0.062=14.90+0.062㎜Lm3=[（1+Scp）Ls－Δ2]+0δz=[（1+0.65%）×22－×0.24]0+0.062=21.90+0.062㎜再校核塑件最大尺寸Lm+δz+δc－LsSmin≤Ls因此凹模內(nèi)徑為38+00.062㎜，14.9+00.062㎜2）凹模深度按平均值法取凹模制造公差δz=0.025mm,Δ=0.12Hm1=[（1+Scp）Hs－Δ1]+0δz=[（1+0.0065）×2－×0.12]+00.025=1.93+00.025㎜Hm2=[（1+Scp）Hs－Δ2]+0δz=[（1+0.0065）×37－×0.20]+00.043=37.07+00.043㎜校核Hm－Hs·Smax+Δ≥Hs因此凹模高為1.93㎜,37.07+00.043㎜4.2凸模（型芯）的設(shè)計及其校核凸模尺寸的計算成型塑件φ13通孔的固定型芯的尺寸計算1）凸模直徑型芯制造公差按IT9級精度，δz=0.052㎜，Δ=0.22按平均值法計算lm=[（1+Scp）ls+Δ]-0δz=[（1+0.0065）×13+×0.22]–00.052=13.24–00.052㎜校核可能出現(xiàn)的最小尺寸，設(shè)磨損余量δc=1/6Δ=0.037㎜lm－（δz+δc）－Smaxls≥ls故取型芯內(nèi)直徑為13.24–00.052㎜。2）凸模高度型芯高度制造公差按IT9級精度，即δz=0.052㎜，Δ=0.24㎜按平均值法計算hm=[（1+Scp）hs+]–00.052=[（1+0.0065）×42+×0.22]–00.052=42.38–00.052㎜校核hm－h(huán)sSmin-Δ≤hs故型芯高度為42.38–00.052㎜。圖4-1型腔5導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計5.1導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合和固定5.1.1導(dǎo)柱導(dǎo)套的選用1）根據(jù)模具形狀及尺寸，需要4個導(dǎo)柱，導(dǎo)柱直徑可選用d=25㎜。2）導(dǎo)柱固定端的直徑與導(dǎo)套固定端的外徑應(yīng)相等，便于孔的加工，有利于保證同軸度和尺寸精度3）導(dǎo)柱的先導(dǎo)部分應(yīng)做成球狀或錐度，導(dǎo)套的前端應(yīng)有倒角，以便導(dǎo)柱能順利進入導(dǎo)套。導(dǎo)柱的導(dǎo)向部分應(yīng)比型芯稍高，以便型芯進入型腔時與型腔相碰而損壞.4）導(dǎo)柱和導(dǎo)套的導(dǎo)向表面應(yīng)硬而耐磨，而中心具有足夠的韌性，因此可采用T8碳素工具鋼，經(jīng)淬火50～55HRC，滲碳0.5~0.8㎜，淬硬56~60HRC處理。其中導(dǎo)套的硬度低于導(dǎo)柱的硬度，這樣可以改善摩擦，以防止導(dǎo)柱或?qū)桌?。此外，?dǎo)柱導(dǎo)套的導(dǎo)向部分表面粗糙度值要小。5）導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔通常采用間隙配合H7/f6,與安裝孔采用過度配合H7/k6,配合部分表面粗糙度Ra=0.8μm6）導(dǎo)套外徑按H7/m6過度配合5.1.2導(dǎo)柱的設(shè)計選用帶肩導(dǎo)柱Ⅰ型，如圖5-1圖5-1導(dǎo)柱5.1.3導(dǎo)套的設(shè)計選用帶頭導(dǎo)套Ⅰ型，如圖5-2圖5-2導(dǎo)套6推出機構(gòu)的設(shè)計及校核6.1推出系統(tǒng)的確定6.1.1澆注系統(tǒng)凝料的脫出可按安裝方式，型腔數(shù)目和結(jié)構(gòu)特征以及所選用的矩形側(cè)澆口確定注射模具選用二板式單分型面。它是注射模具中最簡單而有最常用的一類。單分型面注射模具，型腔的一部分（型芯）在動模板上，另一部分（凹模）在定模板上。主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上。開模后由于動模上拉料桿的拉料作用以及塑件因收縮包緊在型芯上，制品連同流道內(nèi)的凝料一起留在動模一側(cè)，動模上設(shè)置有推出機構(gòu)，用以推出制件和流道內(nèi)的凝料[5]。6.1.2推出方式的確定由于龍骨架屬于厚壁制件，件小、質(zhì)量輕，故選用推桿強制推出，這種推桿脫模機構(gòu)運動平穩(wěn)，且結(jié)構(gòu)簡單。推桿應(yīng)設(shè)在端面或靠近側(cè)壁的部位，但也不應(yīng)和型芯距離太近，以免影響凸模或凹模的強度。當塑件各處脫模阻力相同時，推桿應(yīng)均衡布置，使塑件脫模時受力均勻。推桿脫模機構(gòu)屬于一次推出脫模機構(gòu)，是指開模后，用一次動作將塑件推出的機構(gòu)。他是最常見的結(jié)構(gòu)類型，包括推桿脫模、推管脫模、推板脫模、氣動脫模及利用活動鑲件或型腔脫模和多元件聯(lián)合脫模等機構(gòu)。推桿脫模機構(gòu)是最常用的脫模機構(gòu)，主要由推出導(dǎo)向部件和復(fù)位部件等所組成。6.1.3推出零件的設(shè)計脫模力的計算制件為矩環(huán)形斷面時，所需脫模力為F===101.49KNA=0K1——無量綱系數(shù)，其值隨λ與φ而異，λ=r/δ,K1從表中選取為3.56K2——無量綱系數(shù)，其值隨f與φ而異，K2從表中選取為1E——塑料的彈性模量，從附錄中選取為2.1×105MPaS——塑料的平均成型收縮率，從相關(guān)材料中選取為0.65%L——制件對型芯的包容長度為50f——制件與型芯之間的摩擦因數(shù)查為0.21φ——模具型芯的脫模斜度為1o45′r——型芯的平均半徑為13——塑料的泊松比查表的為0A——盲孔制品型芯在垂直與脫模方向上的投影面積推桿直徑的確定根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式，推桿的直徑d=k(L2F/nE)1/4=1.51/4=11.03mm取d=12mmk——安全系數(shù)，查表得k=1.5L——推桿的長度，取L=63－25+50+25=103mmF——脫模力，上述求得F=101.76KNn——推桿數(shù)目，n為4根E——鋼材的彈性模量為210000MPa對于推桿直徑進行強度校核σ=4F/nπd2=4×76490/8π×122=84.54MPa﹤119MPa所以推桿直徑校核合格6.1.4推桿機構(gòu)導(dǎo)向的設(shè)計為使推出過程平穩(wěn)，推出零件不至彎曲和卡死，推出機構(gòu)中選用導(dǎo)柱和導(dǎo)套起推出導(dǎo)向作用。6.2半模側(cè)向分型機構(gòu)的確定本方案采用半模側(cè)向分型，采用滑塊導(dǎo)滑，開模時，推桿推動半模，通過彈簧的作用分開，在推出的同時向兩側(cè)分開，從而使塑件脫離型芯。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。其中側(cè)向行程為2/3零件高度。7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計和校核7.1冷卻水道的設(shè)計7.1.1冷卻水道的選擇塑料模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，要得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，模具必須進行溫控。但對于ABS來說，模具溫度在40~60℃，可利用熔融塑料傳給模具的余熱來解決。在模具上不需設(shè)置加熱裝置，但必須設(shè)置冷卻裝置，縮短成型冷卻時間，提高生產(chǎn)效率。7.1.2冷卻水的體積流量qv=WQ1/ρC1(θ1-θ2)=42240×2×400/1000×4.187×(27-20)=1.15×10-3m3/minqv——冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/mmW——單位時間（每Min）內(nèi)注入模具內(nèi)的塑料質(zhì)量（kg/min）Q1——單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量，查表得：400kJ/kgρ——冷卻水的密度（1000kg/m3）C1——冷卻水的比熱容（4.187kJ/kg.℃）θ1——冷卻水的出口溫度（27℃）````θ2——冷卻水的入口溫度（20℃）7.1.3冷卻管道直徑的確定為了使冷卻水處于湍流狀態(tài)，有考慮到塑件尺寸以及推出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)查表得：d=12mm7.1.4冷卻水在管道中的流速V=4qv/πd2=4×1.15×10-3/3.14×60×(12/1000)2=0.17m/s大于最低流速0.17m/s,達到湍流狀態(tài)，所選管道直徑合格。7.1.5冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱模系數(shù)查表10-5取f=7.22(水溫為30℃)，因此h=4.187f(ρv)0.8/d0.2=4.187×7.22×(996×0.17)0.8/0.0120.2=4440kJ/(m2h.℃)7.1.6冷卻管道的總傳熱面積A=60Wθ1/hΔt=60×33.8/[11150×(40-23.5)]=0.03mm27.1.7模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻水孔數(shù)n=A/πdL=0.03/3.14×0.02×0.25≈0.00005由于模具尺寸太小，所以不必設(shè)置冷卻水道。8模架的設(shè)計8.1模架的選擇考慮到型腔的最小厚度和導(dǎo)柱、導(dǎo)套及連接螺釘布置應(yīng)占的位置和采用推桿推出等各方面問題，確定選用模架序號08號（320×L=320×252）模架結(jié)構(gòu)為A4的形式。8.2定模固定板的設(shè)計和校核A板是定模型腔板，塑件高度55mm,還要加上型芯高出塑件的高度，因此A板厚度取57mm,定模