《塑料模课程设计--硬纸筒盖塑料模设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《塑料模课程设计--硬纸筒盖塑料模设计.docx（29页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、题目:硬纸筒盖塑料模设计系：机电工程系专业：模具设计与制造第1章绪论11.l课题背景11.2塑料及塑料工业的发展11.3塑料成型工业在生产中的重要地位2第2章塑件的工艺分析32.1任务要求32.2原料聚乙烯(PE)的成型特性和工艺参数41.1.1 2.1PE的成型特性51.1.2 塑件的表面质量分析61.1.3 塑件的结构工艺性分析6第3章注塑设备的选择73.1 注塑成型工艺条件71.1 .1模具所需塑料熔体注射量71.2 .2分型面上的投影面积及所需锁模力73. 2选择注射机8第4章分型面设计与型腔布局94. 1分型面选择94.1.IUGMoldWizard创建分型面94.2型芯、型腔的确定
2、104.3型腔的布局12第5章浇注系统的设计145.1 主流道的设计145.2 分流道的设计155.3 浇口的设计165.4 排气系统设计18第6章冷却系统及推出机构196.1冷却系统设计196. 2推出机构设计206.1.1 推出机构设计要求216.1.2 推出力计算21设计总结24主要参考文献和书目25第1章绪论1.1 课题背景塑料是以树脂为主要成分的高分子有几化合物，树脂可以分为天然树脂和合成树脂两大类，塑料大多采用合成树脂。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高分子化合物，一般相对分子质量都大于10000,有的甚至可达百万级。在一定温度和压力下，塑料具有可塑性，可以
3、利用模具将其成型为具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。塑料制件之所以能够在工业生产中得到广泛应用，是由于它们本身具有一系列的特殊优点所决定的。塑料密度小、质量轻。大多数熟料密度在1.0L4gcm3之间，其中4-甲基丁烯T的密度最小，大约0.83gc?,相当于钢材密度的11%和铝材密度的50%左右。如果采用发泡成型，则塑料制件密度可以小到0.010.5gcm3,这就是“以塑代钢”的明显优点所在。塑料的比强度高，按单位质量计算的强度成为比强度。由于塑料的密度小，所以其比强度比较高。钢单位质量的拉伸强度为160MPa,而玻璃纤维增强的塑料单位质量的拉伸强度可高达170400MPa。塑料的绝缘性能好
4、，介电损耗低。由于塑料原子内部没有自由电子和离子，所以大多数塑料都具有良好的绝缘性能以及很低的介电损耗，所以，塑料是现代电工行业和电器行业中不可缺的原材料。在众多的塑料品种中，其中以聚四氟乙烯（PTFE）的化学稳定性最高，对酸、碱和许多化学药品都具有良好的耐腐蚀能力，“王水”对它也不能腐蚀，甚至连原子工业中的强腐蚀剂五氟化铀对它都不起作用，因此有“塑料王”之称。还有很多其他塑料也有较强的化学稳定性，因此，塑料己成为各行各业不可缺少的一种重要材料。1.2 塑料及塑料工业的发展塑料工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展应运而生的，目前塑料制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。塑料
5、工业又是一个飞速发展的工业领域。世界塑料工业从20世纪30年代前后开始研制到目前的塑料产品系列化、生产工艺自动化、连续化以及不断开拓功能塑料新领域，它经历了初创阶段（30年代以前）、发展阶段（30年代）、飞跃发展阶段（50至60年代）和稳定增长阶段（70年代至今）等这样几个阶段。塑料作为一种新的工程材料,其不断被开发与应用，加之成型工艺的不断成熟、完善与发展，极大地促进了塑料成型方法的研究与应用和塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，这些产品更新换代的周期越来越短，因此对塑料的品种、产量和质量都提出了越来越高的要求。1.3 塑料成型工业在生产中的重要地
6、位模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。塑料模具是指用于成型塑料制品的模具，它是型腔模的一种类型。随着机械工业（尤其是汽车、摩托车工业）、电子工业（尤其是家电工业）航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求量越来越多，产量和质量也越来越高，这就要求成形塑件模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。因此，模具设计水平的高低、模具制造能力的强弱以及模具质量的优劣，都直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着各种产品的质量、经济效益的增长以及整体工业水平的提高。事实上，再仪器仪表、家用电器、交通、通信等各行各业中，有70%以上的产
7、品使用模具来加工成型的。工业发达国家，其模具工业年产值早已超过机床工行业的年产值。在日本、韩国等国家，其生产塑料模与生产冲压模的企业数量差不多相等；而在新加坡等国家，其生产塑料模的企业数量己大大超过了生产冲压模的企业。我国的香港与深圳等地区，其模具工业主要是从事塑料模具的制造与塑料制件的生产。在江苏省、浙江省、上海市及其以南地区，尤其在浙江省，从事塑料模制造和塑料制件开发的个体企业也日益增多。综上所述，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响显得日益重要。2.1任务要求按照图2T的要求,硬纸筒盖塑件造型及注射模具型腔、型芯零件设计。材料：PE,收缩率L05%,尺寸精度MT7,大批量生产
8、。图2-1图2-2硬纸筒盖三维立体图2. 2原料聚乙烯(PE)的成型特性和工艺参数聚乙烯(PE)是塑料工业生产中产量最大的品种。聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。密度为0.91-0.96gcm3,为结晶型塑料。聚乙烯成型时，再流动方向和垂直方向的收缩率差异较大。注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生形变，并使塑件浇口周围部位的脆性增加；聚乙烯收缩率的绝对值较大，成型收缩率也较大，易产生缩孔，冷却速度慢。质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强性脱模。聚乙烯(PE)主要的性能指标如表2.1所示表2.1性能单位数值密度g/cm30.91-0.96收缩率%1.5-3.6熔点92热变形温度65-98弯曲强度M
9、Pa8拉伸强度MPa35-49屈服强度MPa18-39硬度HR62-86(1) .1PE的成型特性(I)PE易吸水，成型加工前应进行干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预热。(2)流动性中等，溢边值0.04mm左右。(2) 壁厚、熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高。(4) PE比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。(5) PE的表观黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。(6)顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度宜取2以上。(7)易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。(8)易采用高料温、高模温、高注射压力成型。在要求
10、塑件精度高时，模具温度可控制在5060,而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080o2. 2.2塑件的表面质量分析该塑件表面没有特殊要求。一般情况下，外表面要求光洁，表面粗糙度Ra可以取0.8Um,没有特殊要求的塑件内表面粗糙度Ra可取3.2um03. 2.3塑件的结构工艺性分析(1)从图纸上看，该塑件的外形为圆柱壳，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。(2)由于该塑件无侧孔和内凸，所以不用考虑侧向分型抽芯装置。(3)为使塑件顺利脱模，可在塑件内部处增设12。的拔模斜度。综上所述，该塑件可采用注射成型加工。由于该塑件的生产类型是大批量生产，考虑到经济效益问题，可以采用一模两腔设计。第3章注塑
11、设备的选择3.1 注塑成型工艺条件3.1.1 模具所需塑料熔体注射量该产品材料为PC,查书本得知其密度为0.91-0.96gcm3,收缩率为L5%-3.6%o一副模具所需塑料体积：V=匕+匕=1.2匕=36.8的3式中匕一单个塑件的体积（由计算得单个塑件体积为15.3c疝）匕一浇注系统的体积（在学校设计时=。-2K）n一初步设定的型腔数量（取1）M=PV=38.2g3.1.2 分型面上的投影面积及所需锁模力塑件和流道凝料在分型面上的投影面积：A=nAi+A2=14.5cm2式中a一单个塑件在分型面上的投影面积；A2一流道凝料在分型面上的投影面积（分流道暂定为半圆形直径为8mm,长度为60mm）
12、o所需锁模力：fm=（M1+4）%=786RN式中心一塑料熔体对型腔的平均压力4. 2选择注射机采用一模两腔模具设计考虑其外形尺寸、塑料品种、生产批量及注射工艺参数等因素，参考设计手册初步选用注射机为XS-ZYT25。表3.1XS-ZY-125型螺杆式注射机的主要技术参数序号主要技术参数项目参数数值1最大注射量C71252注射压力/MPo1193锁模力/4N9004最大模具厚度/加3005最小模具厚度/mm2006最大开模行程/加九3007最大成型面积c/3208注射行程/mm1159螺杆转速/(min)43、56、69、83、101第4章分型面设计与型腔布局5. 1分型面选择分型面是指分开模
13、具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关。我们常见的形式有如下五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面分型面的选择原则：a）、便于塑件脱模：I、在开模时尽量使塑件留在动模内II、应有利于侧面分型和抽芯HI、应合理安排塑件在型腔中的方位；b）、考虑和保证塑件的外观不遭损坏c）、尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）d）、有利于排气e）、尽量使模具加工方便6. 1.1UGMoldWiZard创建分型
14、面如图3.1所示,利用MoIdWiZard分型工具创建硬纸筒盖的分型面一.1rJ一一_h图4-1利用MoldWiZard功能创建型芯和型腔区域抽取型腔型芯区域图4-2图4-3型腔图4-4型芯图4-5型腔布局利用MoldWiZarel功能调出标准模架如图4-6图4一6该模架采用MoIdWiZard模架标准件中Cl型如图4-7大水口系统SIDEGATESYSTEMCI型图4-7图4-8面分析图第5章浇注系统的设计7. 1主流道的设计主流道是从注塑机喷嘴开始到分流道止的熔融塑料的流动通道。选用图5-1所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。衬套与定模板的配合可采用/人。图5-1
15、主流道各尺寸如图5-25.2分流道的设计在注射或传递模塑的多模腔或多浇口模具中，连接主流道末端和浇口之间的一段流道。在多型腔的模具中分流道必不可少，而在单型腔的模具中，有的则可省去分流道。在分流道的设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽量可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小流道的容积。常用的分流道截面有圆形、梯形、半圆形、U型及矩形等几种形式。本次设计采用半圆形截面形式。截面尺寸如图5-3图5-3浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积
16、约为分流道截面积的0.030.09,浇口的长度约为0.5mm2mm,浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨榛加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。浇口位置的选择：浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质都要注意到这些适当值。2浇口设置应有利于排气和补塑。浇口位置的选择要避免塑件变形。采
17、侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长,熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽
18、，是冷料进入溢溜槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图5-4所示的矩形截面浇口。浇口设计Il=ImmL=5mmB=3mm创建好的浇口和分流道立体图形如图5-5图5-55. 4排气系统设计塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满。因该模具为小型模具，且分型面适宜，可利用分型面排气，所以无需设计排气槽。第6章冷却系统及推出机构6.1冷却系统设
19、计在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期的约80%,然而，由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求也不尽相同。因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上也决定了塑件的质量和生产成本。冷却系统设计原则、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡、冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。、浇口处加强冷却。、应降低进水与出水的温差。、合理选择冷却水道的形式。、合理确定冷却水管接头位置。、冷却系统的水道尽量避免与
20、模具上其他机构发生干涉现象。、冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。本设计采用冷却系统布局如图6T,具体尺寸如图6-2图6-1图6-2冷却管道具体尺寸6. 2推出机构设计注射成型后的塑料及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为推出机构，推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆和液压缸完成的。由于单分型面注射模以一次推出机构为主，所谓一次推出机构又称简单推出机构，它是指开模后在动模一侧用一次推出动作完成塑件的推出。一次推出机构包括推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、活动镶件及凹模推出机构和多元推出机构等，这类推出机构最常见，应用也最广泛。推杆推出机构是整个推出机构中
21、最简单、最常见的一种形式。由于设置推杆的自由度较大，而且推杆截面大部分为圆形，制造、修配方便，容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换，因此在生产中广泛应用，推杆推出机构如图3-47所示。但是因为推杆的推出面积一般比较小，易引起较大局部应力而顶穿塑件或使塑件变形，所以很少用于脱模斜度小和脱模阻力大的管类或箱类塑件。推管是一种空心推杆，推管推出机构适于圆筒形、环形或带有孔的塑件的推出，其推出方式和推杆相同。由于推管整个周边接触塑件，故推出塑件的力量均匀，塑件不易变形，也不会留下明显的推出痕迹。推件板推出机构是由一块与型芯按一定配合精
22、度相配合的模板和推杆(亦可起复位杆作用)所组成。随着推出机构开始工作，推杆推动推件板，推件板从塑件的端面将其从型芯上推出。因此，推件板推出机构的特点是推出力大，且推出力的作用面积大而均匀，运动平稳，塑件上没有推出的痕迹。推件板推出机构适用于薄壁容器、壳形塑件以及表面不允许有推出痕迹的塑料制件，但对于非圆截面的塑件，推件板与型芯的配合部分加工比较困难。对比以上三种方案本次设计采用推杆推出机构。6.2.1推出机构设计要求(1)设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧。由于推出机构的动作是通过注射机的动模一侧的顶杆或液压缸来驱动，所以，在一般情况下，模具的推出机构设在动模一侧。(2)塑件在推出过程中不
23、发生变形和损坏。为了使塑件在推出过程中不发生变形和损坏，设计模具时应仔细进行塑件对模具包紧力和粘附力大小的分析和计算，合理选择推出方式、推出零件等。(3)不损坏塑件外观质量。对于外观质量要求较高的塑件，塑件外表面尽量不选择推出位置，即推出塑件的位置尽量设在塑件内部。(4)和模时应使推出机构正确复位。设计推出机构时，应考虑合模时推出机构的复位。(5)推出机构应动作可靠。推出机构在推出和复位过程中，结构应尽量简单，动作可靠、灵活，制造容易。6.2.2推出力计算塑件注射成型后，塑件在模内冷却定型，由于体积收缩，对型芯产生包紧力,当其从模具推出时就必须先克服因包紧力而产生的摩擦力，塑件刚开始脱模时，所
24、需的脱模力最大,其后，推出力的作用仅仅是为了克服推出机构移动的摩擦力。即推出力定义为将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。包括：1、成型收缩的包紧力；2、不带通孔的壳体类塑件的大气压力；3、机构运动的摩擦力；4、塑件对模具的粘附力；影响脱模力的大小主要有以下几点：(1)主要与塑件包络型芯侧面积的大小有关。型芯的侧面积越大，所需的脱模力也越大。（2）与型芯的脱模斜度有关。脱模斜度越大，所需的脱模力越小。（3）与型芯的表面粗糙度有关。表面粗糙度值越低，型芯表面越光洁，所需的脱模力就越小。（4）与塑件的结构有关。塑件厚度越大、形状越复杂，冷却凝固时所引起的包紧力和收缩应力越大，则所需的脱模力越大。（5
25、）与注射工艺有关。注射压力越大，则包紧型芯的力越大，所需脱模力越大；脱模时模具温度越高，所需的脱模力越小；塑件在模内停留时间越长，所需的脱模力越大。（6）与成型塑件的塑料品种有关。不同的塑料品种，由于分子的结构不一样，因而它们的脱模力也不一样。推出力（脱模力）计算公式：2居=。FHIcosa-Ft-Fbsma=0兄=（居一耳Sina）_（cos-Sina）=:1+/cosasnaFt=FiIQlcosex.sina）=Apcosasina）图6-3Fm一脱模时型芯受到的摩擦阻力；Fb塑件对型芯的包紧力；Ft一脱模力；A一脱模斜度；一塑件对钢的摩擦系数，一般为0.10.3A一塑件包络型芯的面积；
26、P-塑件对型芯单位面积上的包紧力，一般情况下：模外冷却的塑件，p取（2.43.9X107Pa;模内冷却的塑件,p取（0.8-1.2）107Pao根据计算结果采用推杆直径d为4,推杆中心距圆心半径R为20,推杆排放位置如图5-4Zg-9圉设计总结大学三年即将过去,学习生涯可能将告一段落，作为模具专业的学生,课程设计是我们即将迈入社会的个人作业，也是对我们这三年以来学习的一次总结与检验。经过两个多星期的忙碌之后，设计最终完成，心理有一种说不出的轻松，设计过程中遇到了许多的问题，在老师及朋友的帮助下予以解决。首先要感谢老师对我的指导和督促，给我指出了正确的设计方向，使我加深了对知识的理解，同时也避免
27、了在设计过程中少走弯路。但是,在设计的过程中还是有较多朦胧的地方，比如模板厚度的选择,在确定其厚度的过程中，不可能一味地按公式计算出来,那么只能按照书上的经验或者自己的意识来选取；水道的设计可能也有些不是好很合理；还有就是模温的控制方面不足等,这对我们来说可能要将来工作后，有工作经验才会比较好解决。但总的来说通过本次毕业设计还是收益匪浅。首先，我对模具基本设计步骤以及相关参数的选用、计算及校核有了进一步的加深；其次，本次设计是对我们前面所学的知识的一次巩固与复习过程，使我们对以前所学知识有了更深一步的认识及运用；最后，本次课程设计为我们以后走上工作岗位后的设计工作打下了一定的基础。主要参考文献
28、和书目1张荣清.模具设计与制造ML北京：高等教育出版社，2003.2付宏生，刘京华.注塑制品与注塑模具设计M.北京：化学工业出版社，2003.3屈华昌.塑料成型工艺与模具设计（修订版）M.北京：高等教育出版社,2007.4杨占尧.模具设计与制造M.北京：人民邮电出版社，2009.5宋满仓.模具制造工艺M.北京：电子工业出版社，2010.6任秉银.模具CDCECMML哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2006.7蔡娥,吴纬纬，徐勤雁.塑料模具设计与成型分析M.杭州：浙江大学出版社，2008.8许洪斌.模具制造技术.M.北京：化学工业出版社，2007.9王文平，池成忠.塑料成型工艺与模具设计M.北京：北京大学出版社,2005.10赵昌盛.实用模具材料应用手册M.北京：机械工业出版社，2005.
