畢業(yè)設計（論文）-塑料拉手注塑模具設計（全套圖紙） .doc

第1頁共27頁1引言模具行業(yè)是一個高新技術(shù)密集型，而且又重視經(jīng)驗的產(chǎn)業(yè)。特別是隨著近代工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料制品用途日益廣泛，注塑模具工藝空前發(fā)展，依靠人工經(jīng)驗來設計模具已經(jīng)不能滿足需要，企業(yè)越來越多地利用注塑模流分析技術(shù)來輔助塑料模具的設計。利用此類CAE軟件，設計人員可以仿真出塑料成型過程中的充填、保壓、冷卻及脫模后的翹曲變形等過程，準確預測塑料熔膠在模腔內(nèi)的流動狀況，溫度、壓力、剪切應力、體積收縮等變量在整個充填工程中某瞬間的分布情況。利用注塑模流分析技術(shù)，能預先分析模具設計的合理性，減少試模次數(shù)，加快產(chǎn)品研發(fā)，提高企業(yè)效率。近幾年來，我國模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。塑料模熱流道技術(shù)更成熟，氣體輔助注射技術(shù)已開始采用。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)相當廣泛地得到應用，并開發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAE軟件。電加工、數(shù)控加工在模具制造技術(shù)發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。模具標準件應用更加廣泛，品種有所擴展。模具材料方面，第2頁共27頁由于對模具壽命的重視，優(yōu)質(zhì)模具鋼的應用有較大進展。衡量模具產(chǎn)品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的復雜程度、模具的使用壽命和制造周期等。國內(nèi)外模具產(chǎn)品水平仍有很大差距。目前CAD/CAM系統(tǒng)及數(shù)控技術(shù)在模具加工領域起著不可缺少的重要作用。當今流行的三維造型軟件有Pro/ENGINEER、UG和Solidworks等，其中Pro/ENGINEER的功能強大應用范圍廣泛。原因是，該工具建立在相對準確的數(shù)學模型基礎之上，從而可以近似獲得實際指導生產(chǎn)實踐的效果，此外，計算的快捷性使得在實際試模前，可以對于多個澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進行評估直至優(yōu)化，從而達到縮短設計和制造周期，提高質(zhì)量的目的。本課題模具所用軟件是Pro/E,該模具的設計過程大致如下：首先用Pro/E進行零件的實體特征造型，特征是Pro/E軟件的基本設計單元，用戶可以每次創(chuàng)建一個特征的方式進行三維造型，并且零件的數(shù)據(jù)是關聯(lián)的，其基礎是Pro/E軟件采用了單一數(shù)據(jù)庫技術(shù)。用Pro/E軟件在對零件進行受力分析，以及運動分析、干涉檢查。然后用Pro/E的ManufactureMold模塊進行模具設計，包括流道及冷卻水道設計，然后各部分電極可以在裝配塊里設計。在此基礎上可以很好地控制電極對應零件的位置關系，并利用軟件的功能進行干涉檢查，極大地減少了設計上的失誤。說明書詳細介紹了基于CAD技術(shù)的塑料拉手注塑模設計的結(jié)構(gòu)及相關工藝。重點介紹了CAD技術(shù)和三維立體設計技術(shù)Pro/ENGINEER技術(shù)在該產(chǎn)品設計中的運用。在該注塑模設計中，對成型零件的設計、合模導向機向機構(gòu)的設計、推出機構(gòu)的設計等內(nèi)容均作了比較詳細的介紹。2產(chǎn)品工藝性拉手塑件的材料是聚氯乙烯，聚氯乙烯具有較高的機械強度，流動性好，易于成型，成型收縮率小，理論計算收縮率為0.5%，溢料值為0.04mm，比熱容較低，在模具中凝固較快模塑周期短，制作尺寸穩(wěn)定，表面光澤。產(chǎn)品形狀如圖一所示，光滑沒有棱角，塑件的兩側(cè)孔有一定的尺寸要求。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，塑件的制作擬采用注塑成型。第3頁共27頁塑料的成型工藝主要有注射擠出壓縮等。根據(jù)產(chǎn)品的材料精度要求和生產(chǎn)效率擬采用注射成型。注射成型是熱塑性塑料成型的一種方法，幾乎所有熱塑性塑料都可以用這種方法成型，某些熱固性塑料也可以用注射模成型此法的特點。注射成型能夠一次成型十分復雜的形狀，滿足尺寸精度的要求，能適應品種繁多的塑料材料，成型周期短，生產(chǎn)效率高，易實現(xiàn)全過程電腦控制。塑模注射過程有加料、塑化、充模、保壓、冷卻和脫模等幾個步驟,但從塑料在注射過程中的狀態(tài)變化來看,只有塑化和熔體模塑兩個過程,下面就從這兩個方面對注塑工藝過程作一個簡要的介紹：（1）塑化是熔料注入模腔前的準備工作。這一過程是指塑料粒加入注射機料斗,經(jīng)已加熱達到預定溫度的料筒,在一定的預塑背壓下,螺桿輸送,融熔塑化定量的溶化均一的稱料,其塑化質(zhì)量和預塑化量由注射工藝參數(shù)所決定。（2）熔體模塑過程是:充模,聚合物在模內(nèi)壓實聚合物從模內(nèi)倒流,澆口處物料凝固,聚合物在模內(nèi)冷卻,制品脫模。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，塑件的制作擬采用注塑成型。3工藝方案及設計方法3.1模具工藝方案第4頁共27頁根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，模具設計時考慮如下：（1）模腔數(shù)目的確定，從生產(chǎn)率上考慮，模腔數(shù)應盡可能地多，在理論上對于相同的制品，模腔數(shù)多的模具能和模腔數(shù)少的模具動作的一樣快。但事情并不總是如此的，模具周期往往會由于模腔數(shù)地增加而增加。考慮拉手塑件地結(jié)構(gòu)形狀，擬采用一模一腔。（2）分型面的選擇，塑件外形較為復雜，且有孔、筋，塑件成型收縮后必然留在型芯上，模具分型面設在塑件截面輪廓最大部位，與開模方向垂直，開模后塑件留于動模一側(cè)有利于脫模機構(gòu)頂出塑件。此分型面不影響塑件外觀以及配合面的質(zhì)量，且分型面處產(chǎn)生的飛邊易于修整加工。（3）澆注系統(tǒng)，針對該塑件的框結(jié)構(gòu)特點，模具設計采用在框內(nèi)側(cè)的側(cè)澆口。這種澆注系統(tǒng)塑料流程短、流動阻力小、流道存料少、進料快、動能損失小、傳遞壓力好、保壓補塑作用強，有利于排氣及消除熔接痕，且模具結(jié)構(gòu)簡單制造方便。塑件成型后澆口痕跡留在再塑件的內(nèi)側(cè)，不影響制品的外觀質(zhì)量，在流道的末端開有冷料井，用來儲藏注射間隔期間由于噴嘴端溫度降低造成的冷料（4）型腔結(jié)構(gòu)，對于拉手塑件模具的型腔結(jié)構(gòu)有兩種選擇：整體式和瓣合式。整體式型腔是由整塊鋼材直接加工而成的，這種結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，不易變形，成型的塑件質(zhì)量好。瓣合式型腔是由兩個以上零件組合而成的。這種結(jié)構(gòu)改善了加工性，減少了熱處理變形，節(jié)約了模具貴重鋼材，但其結(jié)構(gòu)復雜，裝配調(diào)整比較麻煩，塑件表面可能留有鑲拼痕跡，組合后的型腔牢固性差。對于拉手塑件模具整體考慮，型腔結(jié)構(gòu)擬采用整體式（5）模具的結(jié)構(gòu)為采用三個方向的滑快抽芯結(jié)構(gòu)。（6）冷卻系統(tǒng)的設計，注射模冷卻系統(tǒng)的設計經(jīng)常被認為是次要的問題，對于冷卻系統(tǒng)的尺寸和結(jié)構(gòu)設計都不予重視，冷卻系統(tǒng)的設計不合理，對于小型的塑件會產(chǎn)生內(nèi)應力，對于壁較薄的大型塑件會產(chǎn)生變形，甚至應力開裂。而且冷卻不充分，會導致延長成型周期，從而降低生產(chǎn)效率。拉手塑件是小制品，型芯的冷卻系統(tǒng)使用噴流系統(tǒng)是有利的，在型芯中央開孔（盲孔），并插入一根外徑比孔徑小的管子，溫度控制介質(zhì)（水或油）通過管子通道型芯的頂部，在液體回流過程中控制型芯的溫度。（7）標準化設計，模具設計一般不具有唯一性。對于同一產(chǎn)品零件，不同的設計人員設計的模具不盡相同，為了便于實現(xiàn)模具的CAD，減少數(shù)據(jù)的存儲量，在建立模第5頁共27頁具CAD系統(tǒng)時首先應該解決的問題便是標準化問題，其中包括數(shù)據(jù)準則的標準化，模具零件和模具結(jié)構(gòu)的標準化。有了標準化的模具結(jié)構(gòu)，在設計模具時可以選用典型的模具組合，調(diào)用標準模具零件，需要設計的只是極少數(shù)的工作零件。3.2設計方法塑料制品的開發(fā)不僅需要對每個塑料制品進行設計，而且必須設計這些制品的模具產(chǎn)品，而模具制造一般價格高并且費時，一旦在加工完成后再進行修改，其代價是很大的。隨著計算機軟硬件技術(shù)的不斷提高，在制品的設計分析模具的設計制造方面，應用計算機進行輔助設計分析加工（即模具CAD/CAE/CAM）已成為可能。模具CAD/CAE/CAM要達到的目的是從項目的初始方案到零件設計，直至最后投產(chǎn)，都使用同一數(shù)據(jù)庫和一個不中斷的數(shù)據(jù)流。這一過程從產(chǎn)品設計的實體幾何模型開始，對制品進行結(jié)構(gòu)和美學設計并給予評價，再對實體模型進行有限元網(wǎng)格劃分，根據(jù)流變學原理，分析注射工藝中的充填冷卻收縮變形過程。同時，根據(jù)制品的實體造型，設計型腔型芯及電極，需要時也可繪制出二維圖樣，再利用模架數(shù)據(jù)庫，選配模架模板。最后由圖形數(shù)控軟件得到刀位文件，經(jīng)后置處理后輸出數(shù)控代碼，就可以由數(shù)控機床進行加工了。Pro/ENGINEER功能非常強大，包含了零件造型產(chǎn)品裝配NC加工模具開發(fā)鈑金件設計外型設計逆向工程機構(gòu)模擬應力分析等功能模塊，因而廣泛應用于機械汽車模具工業(yè)設計航天家電玩具等各行業(yè)，在國外尤其是制造業(yè)發(fā)達的地區(qū)有著龐大的用戶群。因此在這次設計中我準備采用Pro/ENGINEER來做模具造型。4模具設計草案4.1型腔布局以及分型面選擇本模具生產(chǎn)的拉手屬于小批量生產(chǎn)，且產(chǎn)品精度不是太高，所以采用一模一腔模具結(jié)構(gòu)形式。型腔模具設計的重要問題之一就是澆注系統(tǒng)的布置方式，型腔的的布置應使型腔通過澆注系統(tǒng)從總壓力中得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體均勻地充滿型腔，使型腔的塑件在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，同時采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。由于受到塑件結(jié)構(gòu)的限制，所以模具采用一模一腔分布。分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝第6頁共27頁有密切關系，并且直接影響著塑料熔體的流動充填特性及塑件的脫模，因此，分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵。如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置、形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面是一般應遵循以下幾項基本原則：1、分型面應選在塑件外形截面輪廓最大部位。2、確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模。3、保證塑件的精度要求。4、滿足塑件的外觀質(zhì)量要求。5、便于模具的加工制造。6、對成型面積的影響。7、對排氣效果。8、對側(cè)向抽芯的影響。綜合考慮以上的幾項基本原則，本模具分型面設在塑件截面輪廓最大部位，與開模方向垂直。4.2排溢系統(tǒng)的設計當塑料熔體填充型腔時，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排干凈，一方面將會在塑件上產(chǎn)生氣泡，接縫表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會導致塑件局部碳化或燒焦，同時積存的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設計型腔時必須考慮排氣問題。由于本模具型腔較小且很簡單，所以可以利用推板、活動型芯等活動配合間隙排氣，排氣間隙應小于聚氯乙烯的溢料間隙（0.04mm）。4.3成型零件的設計模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，承受塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生磨擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高第7頁共27頁的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。設計成型零件應根據(jù)塑料的特性、塑件的結(jié)構(gòu)和使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結(jié)構(gòu)設計，計算成型零件的尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。4.3.1凹模的設計因為塑件較小，而且采用一模一腔，使用凹模形式，采用整體嵌入式，因為采用這種形式各個凹模采用機械加工、冷擠壓和電加工等方式加工制成，然后壓入模板中，這種結(jié)構(gòu)加工效率高，維護方便，可以保證型腔形狀尺寸。它的特點是牢固，使用中不易變形，不會使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡。它的缺點是加工困難，熱處理不方便。4.3.2型芯的設計本模具設計的難度在于側(cè)型芯的設計，由于小型芯結(jié)構(gòu)復雜，如果用手工去設計，那難度是很大的，利用CAD三維軟件Pro/ENGINEER去設計，用軟件中的型腔設計可以很方便的抽取出小型芯。本方案中直徑較小的型芯采用階梯軸結(jié)構(gòu)，單獨制造，在嵌入模板中，用壓板固定。型芯采用P20鋼，熱處理要求硬度HRC50。4.3.3成型零件工作尺寸的計算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來構(gòu)成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸。任何塑件制作都有一定的幾何形狀和尺寸的要求，在使用中有配合要求的尺寸，則精