<4D F736F F D20C3DCC2EBCBF8C3E6BFC7D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC65F E646F63>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F D20C3DCC2EBCBF8C3E6BFC7D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC65F E646F63>"

昙潮萧
5 years ago
Views:

1 深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 题目 : 姓名 : 专业 : 学院 : 密码锁面壳注塑模具设计何松兰机械设计制造及其自动化机电与控制工程学院学号 : 指导教师 : 职称 : 黄桂坚工程师 2009 年 05 月 01 日

2 深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 诚信声明本人郑重声明 : 所呈交的毕业论文 ( 设计 ), 题目密码锁面壳注塑模具设计是本人在指导教师的指导下, 独立进行研究工作所取得的成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体, 均已在文中以明确方式注明除此之外, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果本人完全意识到本声明的法律结果毕业论文 ( 设计 ) 作者签名 : 日期 : 年月日

3 目录摘要 ( 关键词 )...1 第一章前言...2 一选题意义...2 二国内外模具发展状况...2 三研究内容...3 第二章塑件的设计与分析...4 一塑件模型...4 二参数设计...5 三模流分析...7 第三章塑件建模...9 一分型面...9 二分割体积块...10 三开模...10 第四章注塑设备和模架选择...11 一注塑设备选择...11 二注塑机重要参数校核...13 三模架选择...15 第五章浇注系统设计...16 一主流道设计...16 二分流道设计...16 三浇口设计...17 第六章顶出机构设计及加工工艺的制定...19 一顶杆顶出机构...19 二顶出机构的布局...19 三加工工艺方案制订...20 第七章冷却系统设计...22 一冷却管道的工艺计算...22 二冷却水道的结构设计...23

4 第八章模具装配图和零件图...24 一模具 3D 图形绘制...24 二模具及其零件 2D 图形绘制...29 第九章模具设计特点总结...32 第十章设计存在的问题与解决设想...33 参考文献...34 致谢...35 Abstract(keywords)...36 附录模具装配图定模型腔图动模型芯图塑件产品图

5 密码锁面壳注塑模具设计机电与控制工程学院机械设计制造及其自动化何松兰学号 : 摘要通过对密码锁面壳注塑模具的设计分析, 设计出该塑件的模具在整个模具设计过程中, 涉及到了塑件的结构设计对塑件进行模流分析注塑机和模架的选择及注塑机的一些重要工艺参数的校核, 并详细叙述了模具设计中的分型面设计浇注系统设计成型零件设计顶出机构设计和冷却系统设计, 最后还对成型零件制订加工工艺方案在模具设计过程中, 采用了 Moldflow4.1 Pro/ENGINEER3.0 AutoCAD2004 等常用的设计分析软件, 采用这些软件进行设计分析, 优化了设计的参数和缩短了设计时间, 提高了设计效率通过整个模具设计, 本人已经能够熟练地使用当前常用的设计分析软件, 学会了根据计算或者依据经验选择一些参数, 增加了对注塑模具的了解关键词模架 ; 模具设计 ; 模流分析 ; 工艺分析 ; 分型面 1

6 第一章前言一选题意义在当代的工业生产中, 模具生产技术水平的高低, 已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一, 因为模具在很大程度上决定着产品的质量效益和新产品的开发能力而且模具工业是制造业中的一项基础产业, 是技术成果转化的基础, 同时本身又是高新技术产业的重要领域, 在欧美等工业发达国家被称为点铁成金的磁力工业美国工业界认为模具工业是美国工业的基石 ; 德国则认为是所有工业中的关键工业 ; 日本模具协会也认为模具是促进社会繁荣富裕的原动力, 同时也是整个工业发展的秘密, 是进入富裕社会的原动力由此可见模具行业的在一个工业链中重要性由于我国模具的发展水平与发达国家相比较还存在较大的差距, 主要表现在高端产品的开发和设计上面然而在科技发展的过程中, 人是第一因素因此我们要改变现状就必须注重人才的培养, 实现产学研相结合, 培养出更多的高级模具人才, 提高我国模具产业中的开发和设计制造水平此次毕业设计的选题是一个关于密码锁面壳注塑模具的设计通过对该塑料模具的设计可以培养我们对模具设计的整体技能, 提高对模具设计中所涉及的二维和 3D 等软件的操作水平, 同时也有利于我们对模具结构的进一步深入了解及增强对模具的分析能力二国内外塑料模具的发展状况本次所选的课题对密码锁面壳注塑模具的设计, 其属于塑料模具工艺, 故在此将对国内外塑料模具的发展史做一概述 1 国外塑料模具的发展状况 : 工业发达国家的模具工业已经发展成为独立的行业, 把模具技术水平作为国家机械制造工艺水平的重要标志之一美日等的模具总产值都大于机床总产值, 而且迅速发展.74 一 80 年美国模具产值平均年增长率为 9.3%. 日本从 57 年成立了模具工业会, 颁发了振兴措施采取扶植政策后,57 一 84 年总产值增长了 100 倍. 国外模具行业人均产值很高. 如 80 年瑞士日美西德等国分别为和 8.8 方美元美日等发达国家模具总数的 50~70% 由模具专业厂供应, 模具标准化生产达 70%, 这样可减少 30 一 50% 工作量, 降低成本 50%. 由于标准化水平高, 一般可以开展大规模工艺协作和专业化生产, 形成了厂点多人数少规模小专业性强的企业布局,20 人以下的厂家占了大部份. 如日本 9 人以下的厂占 82.4%, 产值占了 32.3%;100 人以下的厂占 %. 这样厂小便于管理, 一般都有特点. 积累了丰富经验, 形成产品专业化生产, 且有固定几家客户稳定供求关系, 经济效益很高, 交货快而及时. 工业发达国家制造一般模具只需 10 一 30 天, 复杂大型模具为 3 一 6 个月 ; 采用计算机辅助设计和制造其效率可提高 3 一 10 倍, 成本降低 1 2 一 4 倍. 而工人收人比一般机械工人高 1 一 3 倍. 2 国内塑料模具的发展状况 : 2

7 近年来, 中国塑料模具发展速度相当快目前, 塑料模具在整个模具行业中所占比重约为 30% 随着中国汽车家电电子通讯各种建材迅速发展, 预计在未来模具市场中, 塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高, 且发展速度将快于其他模具以汽车工业为例, 随着汽车产销量高速增长, 汽车模具潜在市场十分巨大据介绍, 在生产汽车时, 各种功能性零部件都要靠模具成型, 仅制造一款普通轿车约需 200 多件内饰件模具, 而制造保险杠仪表盘油箱方向盘等所需的大中型塑料模具, 从模具行业生产能力看, 目前满足率仅约 50% 在建筑领域, 塑料建材大量替代传统材料也是大势所趋, 预计 2010 年全国塑料门窗和塑管普及率将达到 30%~50%, 塑料排水管市场占有率将超过 50%, 都会大大增加对模具的需求量应该说, 塑料模具的应用潜力是不可低估的专家预测, 大型精密设计合理的注塑模具将受到市场普遍欢迎而目前全国塑料模具加工主要集中分布在珠三角长三角等地区, 数据显示浙江江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例约占到 70 % 虽然塑料模具在我国得到了较为迅速的发展, 但也存在了不少问题以下是与国外水平相比较之时我国塑料模具行业所存在问题 : (1) 发展不平衡, 产品总体水平较低虽然个别企业的产品己达到相当高的水平, 个别企业的部分产品已达到或接近国际水平, 但总体来看, 模具的精度型腔表面粗糙度生产周期寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有 10 年以上的差距 (2) 工艺装备落后, 组织协调能力差虽然部分企业经过近几年的技术改造, 工艺装备水平己比较先进, 但大部分企业工艺装备仍比较落后更主要的是我们的企业组织协调能力差, 难以很好整合或调动社会资源为我所用, 从而就难以承接比较大的项目 (3) 大多数企业开发能力弱一方面是技术人员比例低水平不够高, 另一方面是科研开发投入少, 更重要的是观念落后, 对开发不够重视 (4) 管理落后更甚于技术落后技术落后往往容易看到, 管理落后有时却难以意识到国内外模具企业管理上的差距十分明显, 管理的差距所带来的问题往往比技术上的差距更为严重 (5) 市场需求旺盛, 生产发展一时还难以跟上, 供需矛盾一时还难以解决, 供不应求的局面还将持续一段时间, 特别是在中高档产品方面矛盾更为突出 (6) 体制和人才问题的解决尚待时日在社会主义市场经济中, 在经济全球化的过程中, 竞争性行业, 特别是像模具这样依赖于特殊用户, 需单件生产的行业, 许多企业目前的体制和经营机制仍旧很难适应多变的市场人才的数量和素质水平也跟不上行业的快速发展虽 2 然各地都在努力解决这两个问题, 但要得到较好解决尚待时日由此可见, 我国模具行业虽然得到了较快的发展, 但是也有不少需要提高和改进的地方, 如人才的培养和装备的更新等等三研究内容 : 根据一个密码锁面壳为模版, 在老师的指导下由学生自己完成密码锁面壳的设计和模具分析等 3

冷却系统与计算 : 冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系, 在确定时, 应尽可能地靠近型腔和尽可能地多, 但不能干涉 6. 模具结构件设计 : 设计合理的结构零件, 并确定模腔的数量和排列方式 ; 7 零部件加工工艺制订: 为零部件制定合理的加工工艺程序 ; 8 注射设备选择: 根据当地情况选择合适的注塑机 ; 9.

8 图 1-1 零件图下面是一些具体的设计内容 : 1. 密码锁面壳塑件设计 : 采用美国 PTC 公司的软件 Pro/ENGINEER3.0 设计出该产品的 3D 图, 并导出 2D 图 ; 2. 产品工艺性分析 CAE: 采用 moldflow4.1 软件对塑料件是否能顺利完成注射冷却脱模, 成型强度刚度以及使用寿命等进行分析, 再根据分析数据找出不足之处, 并进行相应的改进 3. 确定收缩率和分型面 : 根据塑料件的几何形状选择合适的分型面, 而收缩率则根据所选用材料查表确定 ; 4. 浇注系统设计 : 确定浇道口和流道的位置 ; 5. 冷却系统与计算 : 冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系, 在确定时, 应尽可能地靠近型腔和尽可能地多, 但不能干涉 6. 模具结构件设计 : 设计合理的结构零件, 并确定模腔的数量和排列方式 ; 7 零部件加工工艺制订: 为零部件制定合理的加工工艺程序 ; 8 注射设备选择: 根据当地情况选择合适的注塑机 ; 9. 绘制 2D 模具图纸, 包括模具的装配图纸和成型件图纸第二章塑件设计分析一塑件模型本毕业设计所采用的塑料件原型来源于东莞锁业有限公司提供的密码锁面壳, 毕业设计参考市场上密码锁的面壳设计出经过改进的面壳产品, 并且通过绘图软件绘制出这个面壳的 3D 图和 2D 图 ( 一 ) 模型 3D 图塑料模型绘制采用由 PTC 公司提供的 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0, 而最终绘制出的 3D 3 结构图如 2-1 所示 : 4

9 图 2-1 塑件模型 3D 图 ( 二 ) 塑件 2D 图技术条件本模型 2D 图由 Pro/E 3D 图转换而来, 并在软件 AutoCAD 上进行整理绘制出来的 2D 图如图 2-2 所示, 如果需要更加详细的塑件尺寸, 请参照附件中的塑件的 2D 图 1. 塑件精度等级及尺寸公差塑件采用采用的精度等级为 5 级精度, 部分尺寸的公差标注如图 2-2 所示, 由于该塑件的结构有些复杂, 在这里只是标注一些重要的尺寸公差 2. 塑件的表面质量该塑件要求外形美观, 色泽鲜艳, 外表面没有斑点及熔接痕, 粗糙度可取 Ra0.4μm 而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求二参数设计 ( 一 ) 材料选择密码锁面壳为一般的零件, 属于壳体类, 没有特别的要求, 根据以上的依据, 本次设计选用材料 ABS 为塑料件的材料 ABS 材料说明 : 中文名称 : 苯乙烯 - 丁二烯 - 丙烯腈共聚物性能 : 综合性能好, 冲击韧, 力学强度高, 尺寸稳定, 耐化学性, 电性能良好, 易于成型和机械加工, 用途 : 适于制作一般的机械零件, 各类壳体, 汽车配件, 日用品, 管材及文具等 5

10 图 2-2 塑件 2D 图 ( 二 ) 塑件收缩率根据以上选用的材料为 ABS, 查相关资料可知,ABS 的收缩率为 0.004~0.007, 这里选择偏中值, 为 ( 三 ) 塑件的壁厚一般说来, 塑件的厚度越厚就越能满足产品的强度和刚度的性能要求, 但是从塑件的成型过程看来, 塑件的壁厚越厚, 冷却的时间就越长, 整个塑件的成型周期就要延长, 提高了生产的成本, 降低了生产的效率, 同时, 塑件的壁厚越厚, 收缩率就增大, 这样使的得产品的尺寸不稳定性增加, 降低了产品的质量因此产品的厚度必须得适中, 根据材料的的特性, 查阅相关的资料, 查得 ABS 制品的壁厚通常为 mm 而本次塑件设计当中, 塑件的壁厚为 2mm, 属于该材料的壁厚范围之内 ( 四 ) 塑件的拔模斜度拔模斜度是为了便于脱模, 防止塑件表面在脱模是划伤, 擦毛, 在设计塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度塑件的脱模斜度大小跟塑件的性质收缩率摩擦因素塑件的壁厚和几何形状有关在设计时, 可以参考一些资料来确定塑件的脱模斜度, 一般以塑件的材料为选择依据, 而 ABS 塑料的脱模斜度为 40 ~ , 本设计选择的拔模斜度定为 2 ( 五 ) 确定型腔数量以及排列方式由于密码锁面壳是一种箱体组件, 比较讲求外观优美, 故塑件的上表面不能因为存在浇口的痕迹而影响美观, 同时在对独立塑件的最佳浇口分析当中我们可知浇口的最佳位置和最差位置, 再者我们就是为了提高生产效率, 因此本次模具设计采用的是一模两腔和侧浇口, 型腔的分布如图 2-3 所示 : 6

图 2-3 型腔数量及其排列方式三模流分析模流分析采用的是 Moldflow4.1 软件, 分析的结果如下 : ( 一 ) 分析的总体结果表 2-1 总体参数 Match ratio 87 % Total projected area 21.8805 cm^2 Melt temperature 360.

11 图 2-3 型腔数量及其排列方式三模流分析模流分析采用的是 Moldflow4.1 软件, 分析的结果如下 : ( 一 ) 分析的总体结果表 2-1 总体参数 Match ratio 87 % Total projected area cm^2 Melt temperature C Ideal cavity-side mold temperature C Ambient temperature C Fill time s Time to freeze s Polymer Lexan PPC4501 : GE Plastics (USA) 表 2-2 填充流动和保压分析 Maximum injection pressure (at s) = MPa Time at the end of filling s Total weight g Maximum Clamp force - during filling tonne Bulk temperature - maximum C Bulk temperature - minimum C Wall shear stress - maximum MPa Frozen layer fraction - maximum Frozen layer fraction - minimum Shear rate - maximum E+05 1/s Clamp force - maximum (at s) = tonne Time at the end of packing s 7

12 分析结果图片如图 2-4~2-11 所示 : 图 2-4 最佳浇口位置图 2-5 填充时间图 2-6 填充压力图 2-7 注射压力图图 2-8 溶接痕图 2-9 气泡 8

图 1-10 冷却时间图 1-11 锁模力图 ( 二 ) 模流分析结论 1. 浇口位置选择 : 本设计实际的浇口位置 ( 图 2-4) 并非是模流分析中最佳浇口的位置, 而是处于最佳与最差浇口位置中间的某个位置, 之所以选择在这里是因为塑件外表要求确定浇口位置选择在这里对塑件的填充有一定的影响, 塑件仍然能够完成填充 2.

13 图 1-10 冷却时间图 1-11 锁模力图 ( 二 ) 模流分析结论 1. 浇口位置选择 : 本设计实际的浇口位置 ( 图 2-4) 并非是模流分析中最佳浇口的位置, 而是处于最佳与最差浇口位置中间的某个位置, 之所以选择在这里是因为塑件外表要求确定浇口位置选择在这里对塑件的填充有一定的影响, 塑件仍然能够完成填充 2. 注射的可信度 : 模流分析过多次, 并且试过不同的零件做分析和同一个零件在不同条件下进行分析, 注射的可信度颜色依然为空, 根据 MPA 的帮助可以知道, 出现这个问题的原因是未能填充而造成但是拿简单的零件分析仍然是这个结论, 直到完成毕业设计前此问题仍然不能解决, 很可能是由于对此软件的使用不当而造成 3. 填充预测 : 填充的预测跟注射的可信度存在的问题一样, 其颜色仍然为无色 4. 困气 : 注射过程中会存在一些气体不能够很好的排除而困在模腔里面, 使得流体不能 4 够填充满整个模腔, 因此需要在某些位置开设排气槽, 图 2-9 为模流分析中出现困气的地方, 绿色圈圈围住的地方表示需要开设排气槽的地方, 其他地方之所以不用是因为他们位于分型面上或者位于镶件的边缘 5. 填充分析 : 在分析过程中出现了短射和迟滞现象, 通过提高模温料温和注射压力, 改善流道设计, 短射现象得到解决, 迟滞现象得到有了很大的改善第三章塑件分模一分型面分型面的设计是模具设计的关键, 利用分型面分割模具工件是 Pro/E 环境下进行模具成型零件设计最为简洁的方法, 也是最为关键的步骤之一本次设计是通过 Pro/E 自动创建分型面, 再做修改的, 分型面如图 3-1 所示 ; 9

14 图 3-1 分型面二分割体积块分割体积块是续分型面后又一关键步骤, 是建立在分型面的基础上而建立的, 它沿着分型面分为上下两块体积块, 体积块如图 3-2 所示 ; 图 3-2 体积块三分模在各项工序都做好后, 最后进行分模分模操作是点视图下面的分解视图便可分开模视图如图 3-3 所示 10

图 3-3 分模第四章注塑设备和模架选择一注塑设备选择选取宁波海天国际集团股份有限公司 (http://www.

15 图 3-3 分模第四章注塑设备和模架选择一注塑设备选择选取宁波海天国际集团股份有限公司 ( 生产的海天 MA900/260 注塑机如图 4-1 所示为注塑机的图片图 4-1 注塑机的外形图 11

16 表 4-1 注塑机的一些参数注射装置 INJECTION UNIT A B C 螺杆直径 Screw Diameter mm 螺杆长径比 Screw L/D Ratio L/D 理论容量 Shot Size (Theoretical) cm 注射重量 Injection Weight (PS) g 注射速率 Injection Rate g/s 塑化能力 Plasticizing Capacity g/s 注射压力 Injection Pressure Mpa 螺杆转速 Screw Speed rpm 0~230 合模装置 CLAMPING UNIT 合模力 Clamp Tonnage KN 900 移模行程 Toggle Stroke mm 320 拉杆内距 Space Between Tie Bars mm 360x360 最大模厚 Max. Mold Height mm 380 最小模厚 Min. Mold Height mm 150 顶出行程 Ejector Stroke mm 100 顶出力 Ejector Tonnage KN 33 顶出杆根数 Ejector Number Piece 5 其它 OTHERS 最大油泵压力 Max. Pump Pressure Mpa 16 油泵马达 Pump Motor Power Kw 11 电热功率 Heater Power Kw 6.2 外形尺寸 MachineDimension (LxWxH) m 4.20x1.23x1.86 重量 Machine Weight t 3.46 料斗容积 Hopper Capacity Kg 25 油箱容积 Oil Tank Capacity L

17 二注塑机重要参数校核 ( 一 ) 注塑容量校核国产标准注塑机的标准规定, 以注塑聚苯乙烯时在对空注塑的条件下, 注塑机螺旋杆或 3 柱塞做一次最大行程时所能达到的最大容量 ( cm ) 注塑容量是选择注塑机的重要参数它在一定的程度上反映了注塑机的注塑能力, 标志着注塑机能成型最大体积的注塑制品 [5] 以容量计算时, 必须使得在一个注塑成型周期内所需的注塑塑料熔体的容量在注塑机额定注塑量的 80% 内, 也就是 V 0.8V 塑注 (1) 式中 V 注为注塑机最大注塑容量, 3 cm ; V 塑为成型塑件与浇注系统体积的总和, 3 cm ; 0.8 为最大注塑容量的利用系数本次模具设计中, 计算如下 : (2) 式中, V 模为成型塑件的体积, 乘以 2 是因为本次的模具是一模两穴 ; V 流为浇注系统的体积和, 包括主流道, 分流道, 浇口, 冷料穴的体积和所以, 而注塑机的注塑容量为 121cm 3, 所以注塑机的注塑容量符合要求 ( 二 ) 注塑压力校核 (3) 13

18 注塑压力的校核是校验注塑机的最大注塑压力能否满足制品成型的需要只有在注塑机额定的注塑压力内才能调整出某一制件所需的要的注塑压力, 因此注塑机的最大压力要大于该制件所要求的注塑压力制件成型时所需的注塑压力, 与塑料的品种, 注塑机的类型, 喷嘴形式, 制件的复杂程度以及浇注系统等因素有关在本次模具设计中, 参考了制件的材料 ABS 的一些参数以及 Mold flow 分析的结果, 确定制品所需的注塑压力为 120MPa 而注塑机的注塑压力可以达到 219MPa, 也就是注塑机的注塑压力符合要求 ( 三 ) 锁模力校核当高压的塑料熔体充满型腔时, 会产生一个沿注塑机轴向的很大的推力 T 推, 其大小等于制件与浇注系统在份型面上的垂直投影之和乘与型腔内塑料熔体的平均压力该推力应该小于注塑机额定的锁模力 T 合, 否则在注塑成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象型腔内塑料熔体的推力 T 推 (N) 可按下式计算 T = Aip AiP= Aikp 推平均 0 (4) 式中 T 推型腔内塑料熔体沿注塑机轴向的推力,N; A 塑料与浇注系统在份型面上的投影面积, mm 2 ; p 平均型腔内塑料熔体的平均压力, MPa ; P 型腔内塑料熔体的压力, MPa p 0 注塑压力 ; K 素变化, 压力损耗系数, 随塑料品种, 注塑机形式, 喷嘴阻力, 流到阻力等因可在的范围选取计算如下 A = p 平均 =

19 T 推 (5) 也就是型腔内的塑料熔体沿注塑机轴向的推力为 KN, 而注塑机的锁模力为 900KN, 所以, 注塑机的锁模力符合要求 ( 四 ) 开模行程校核模具开模后为了能取出塑胶件, 要求有足够的开模距离, 本次模具使用的注塑机的开模行程是给定的, 不受模具厚度的影响, 当模具的厚度变化时, 可由其调模装置调整只要使得注塑机最大开模行程大于模具所需的开模距离就符合注塑的要求即 : Smax S (6) 式中 S 为注塑机最大开模距离,mm; max S 为模具所需的开模距离,mm; S =16+105=121mm (7) S =320 max 也就是 Smax S 三模架选择根据型腔排列的方式以及初步确定的壁厚, 选择龙记模架, 型号为 LKM CI2035,A 板壁厚为 50mm,B 板厚度为 100mm 其结构如图所示 : 图 4-2 模架 1 图 4-3 模架 2 15

=52mm, 直径为 d 3 =10mm 图 5-1 浇口套 ( 二 ) 浇口套的固定形式本次设计中, 浇口套的端部设计一个与注塑机定位孔相配的定位环,

20 第五章浇注系统设计一主流道设计 ( 一 ) 浇口套设计在本次设计中的浇口套如图 5-1 所示, 其中主流道采用 α = 2 o 6 的圆锥孔, 浇口套的圆锥孔的小端直径 d =3mm, 大端直径 D =4mm, 接触球面直径 d =22mm, 套口环直径 d 1 2 =35mm, 浇口套的才长度 L =52mm, 直径为 d 3 =10mm 图 5-1 浇口套 ( 二 ) 浇口套的固定形式本次设计中, 浇口套的端部设计一个与注塑机定位孔相配的定位环, 然后由定位环固定浇口套, 注塑机的定位孔是给定的, 定位环的直径选择 100mm, 定位环如图 5-2 所示 : 图 5-2 定位环二分流道设计 ( 一 ) 分流道的形状 16

21 分流道的截面形状常用的有圆形, 梯形, 和矩形, 其中圆形截面的分流道效率最高, 也 7 就是分流道流过相同的塑料流量, 其分流道的内表面积最小这样可以减少注塑过程中散热面积, 即熔料的温度降低最小, 同时使得摩擦力变小, 减少压力损失其缺点就是制造起来比较麻烦, 应为它必须将分流道分设在模板的两侧, 在对合时容易产生错口现象当分型面为平面时候, 常采用圆形截面流到, 本次设计中, 分型面基本为平面, 综上所述, 采用圆形截面的分流道 ( 二 ) 分流道的布局本次模具设计为一模两腔, 分流道的布局对塑料件的成型影响也较大的, 由于前面已经将型腔的布局确定, 设计分流道的布局既要跟型腔的布局协调, 同时还应该注意一些分流道布局的设计要点 : 分流道和型腔的分布原则是排列紧凑, 间距合理, 应该采用轴对称或者中心对称, 使其平衡, 尽量缩小成型区域的总面积最好使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心和锁紧力的中心重合 ; 在可能的情况下, 分流道的长度尽可能的缩短, 以减少压力损失, 避免模体压力过大的影响成本在多型腔模具中, 各型腔的分流道长度应该尽量相等, 以达到注塑时压力传递的平衡分流道的布局如图 5-3 所示 : 图 5-3 分流道布局 ( 三 ) 分流道的长度根据分流道的布局, 通过计算得出分流道的长度总长 L=40mm; 分流道的直径 : 对于壁厚小于 3mm, 质量 200g 以下的以 ABS 作为材料的塑料制品, 其常用的分流道直径为 4.8~9.35mm 之间, 这里选 6mm 为分流道的直径三浇口设计本次设计采用的浇口为梯形侧浇口, 其优点有 : 侧浇口多为扁平状, 可以缩短浇口的冷却时间, 从而缩短成型周期 ; 17

22 易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观 ; 可根据塑胶件的形状特点灵活地设置浇口的位置 ; 浇口位于分型面上, 易于加工 ; 适用一模多腔的模具, 提高注塑效率 ( 一 ) 侧浇口的尺寸根据经验的数据, 一般的侧浇口的厚度为 0.5~1.5mm, 这里选 1.2mm; 宽度为 1.5~5.0mm, 这里选上宽为 1mm, 下宽为 2mm; 而浇口的长度大约为 1.5mm ( 二 ) 浇口位置选择根据模流分析的结果和塑件份型面, 浇口的位置如图 5-4 所示, 图中, 颜色越深的代表越适合作为浇口的位置最终浇口的位置选择为如图 5-5 所示图 5-4 模流分析 - 浇口分析图 5-5 浇口位置示意图 18

23 第六章顶出机构设计本次模具设计当中的顶出系统采用的是顶杆顶出机构一顶杆顶出机构采用圆柱型顶杆优点 : 由于圆柱形状的顶杆和顶杆孔最容易加工, 而且很容易保证其配合精度, 易于保 8 证其互换性, 并且易于更换, 而且它还具有滑动阻力小, 不易于卡滞等顶杆结构形式如图 6-1(a) 所示 ; 顶杆的固定形式如图 6-1(b): (a) (b) 图 6-1 顶杆结构形式二顶出机构的布局顶杆的布局如图 6-2 所示, 这个图只是整个顶出机构的一半图 6-3 为模具中的顶杆示意图图 6-2 顶出机构的布局 19

3D 图如图 2-22 所示型腔依靠四个面和上表面分别和凹模及定模座板相配合, 而跟定模座板的固定采用四个对称的螺钉固定, 螺钉的直径为 8mm

24 图 6-3 顶出机构立体示意图三加工工艺方案制定 ( 一 ) 型腔的设计采用整体式型腔, 也就是由整块材料加工而成的型腔整体式型腔的优点是, 强度和刚度相对较高, 且不易变形, 对塑件的上表面不会产生拼模缝的痕迹, 缺点为切削量大, 模具成本高, 同时给热处理和表面处理带来一定的困难, 型腔的 3D 图如图 2-22 所示型腔依靠四个面和上表面分别和凹模及定模座板相配合, 而跟定模座板的固定采用四个对称的螺钉固定, 螺钉的直径为 8mm 型腔的外形尺寸为 :76*32*12mm ( 二 ) 型腔加工工艺方案图 2-22 型腔示意图塑料模具的加工方法大体上可以分为切削机床加工钳加工和特殊加工三大类切削机 20

25 床加工是指采用不同的切削机床, 如车床铣床磨床等进行粗加工或精加工等钳加工是指采用锉铲研等手工措施去除切削机床所预留的加工余量, 将模具半成品加工成符合蓝图的要求尺寸, 形状以及表面粗糙度的合格零件, 并通过组装总装成符合要求的模具当模具零件使用普通机床或人工的传统的方法很难加工或者耗时很大时, 则往往采用特殊加工的 9 方法, 如电火花, 线切割以及等图 2-23 型腔加工说明图表 2-1 型腔的加工工艺方案工序内容设备 1 铣削端铣坯料的六个端面铣床 2 钻削钻镶件孔浇口套孔螺孔钻床 3 CNC 粗加工粗加工成型面 CNC 4 热处理调质 5 磨削磨上下端面磨床 6 CNC 精加工精加工成型面 CNC 7 钳工抛光成型面倒角, 攻丝 ( 三 ) 型芯加工工艺方案制订图 2-24 型芯加工说明图 21

26 表 2-2 型芯加工工艺方案工序内容设备 1 铣削端铣坯料的六个端面铣床 2 钻削钻顶料孔螺孔钻床 3 CNC 粗加工粗加工成型面 CNC 4 热处理调质 5 磨削磨下端面磨床 6 CNC 精加工精加工成型面 CNC 7 EDM 电火花加工四个方的镶件孔 EDM 加工 8 钳工抛光成型面倒角, 攻丝第七章冷却系统设计模具的冷却是将注塑成型过程中产生的并传导给模具的热量尽可能迅速并最大程度地导出, 以使塑件以较快的速度冷却固化因此, 冷却的效果直接决定着塑件的质量和注塑效果调节模具温度的主要目的是 : 缩短成型周期 ; 提高塑件质量模具的冷却主要采用的是循环水冷却方式, 而此次设计中采用的冷却方式就是采用的循环水冷却方式一冷却管道的工艺计算已知条件 : 塑件材料为 ABS 塑件的成型周期为 36.88s; 成型周期内塑件的质量为 w1 =23.76g; 3 3 水的密度为 Kg m ; ( 一 ) 冷却管道的直径计算 1. 求塑件在固化时没小时释放的热量 Q 3600 塑件的产量为 W = w1 t = = 2.32 kg/ h (15) 由表查得 ABS 的单位热流量 3 Q1 = KJ Kg 22

27 所以 : Q= W Q = = KJ h (16) / 2. 求冷却水的体积流量由公式得 : q v 3 Q = = = ρc θ θ 3 1( 1 2) m / min (17) 3. 求冷却水在管道直径 d, 可查表, 为了使冷却水处于湍流状态, 取 d = 8 mm ( 二 ) 冷却水管道的孔数所以模具上开设的冷却管道孔数为 2, 一进一出型, 如图 7-1 图 7-2 所示二冷却水道的结构设计 ( 一 ) 冷却形式 10 冷却系统的水道形式大概分为沟道式冷却管道式冷却导热杆式冷却本次设计采用的式较普通的沟道式冷却, 就是直接在模具或者模板上钻孔, 通人冷却介质特点是冷却介质直接接触模体, 导传热量, 结构简单, 冷却效果好 ( 二 ) 定模水道结构设计如图 7-1 为定模的冷却水道布局设计图 7-1 定模水道 ( 三 ) 动模冷却水道结构设计动模的水道结构如图 7-2 所示 23

图 7-2 动模水道第八章模具装配图和零件图 - 模具 3D 图形绘制 ( 一 ) 绘图方法及过程本次模具设计中的模件建模装配图等 3D 模型图均是采用野火版 Pro/ENGINEER3.

28 图 7-2 动模水道第八章模具装配图和零件图 - 模具 3D 图形绘制 ( 一 ) 绘图方法及过程本次模具设计中的模件建模装配图等 3D 模型图均是采用野火版 Pro/ENGINEER 软件绘制, 而 2D 图则采用 autocad2004 软件绘制制图及建模大概步骤, 首先必须选绘制好模件 ; 然后是建模, 即建立模芯模腔等 ; 最后进行装配而具体的绘制过程及方法如下图所示 : 建立零件 3D 图, 收缩率为

29 自动创建分型面自动创建体积块分解分模 1 25

30 分解分模 2 调入标准模架的图 1 调入标准模架的图 2 26

31 完成装配图 1 完成装配图 2 图 8-1 模具立体图的绘制流程图 ( 二 ) 模具 3D 爆炸图 27

32 图 8-2 模具的立体爆炸图 28

33 二模具及其零件 2D 图形绘制 (a) (b) 29

34 (c) 图 8-3 模具装配图 2D 图的绘制并非传统的画法, 而是直接采用 Pro/ENGINEER3.0 直接从三维图形直接转化成为 AutoCAD 图形, 这个大大缩短了绘图的时间, 提高了绘图的效率, 只是在转化生成的 2D 图效果时会存在一些瑕疵, 需要经过人为的修整图 8-3 为模具的 2D 图, 而图 8-4~8-6 则为成型零件定模型腔动模型芯的 2D 图 (a) (b) 30

35 (c) (d) 8-4 零件图图 8-5 定模型腔 31

36 图 8-6 动模型芯第九章模具设计的创新与特色总结本次毕业设计的课题为密码锁面壳注塑模具设计, 属于塑料模具设计的范畴整个设计过程约为期两个月, 它涉及到模具的模型材料力学分析性能分析加工工艺成型工艺以及注塑机等方面的知识而且整个过程都离不开计算机, 如 autocad Pro/ENGINEER moldflow 等软件, 这也正和我所学的计算机课程设计辅助设计的课程相同, 体现和巩固了所学专业的知识本次设计有如下几个方面的创新和特色 : 1 在整个的模具核心设计过程中, 全程采用在计算机上完成通过使用 autocad2004 Pro/ENGINEER3.0 moldflow4.1 等著名软件, 有效的提高了设计效率和设计的质量, 极大的缩短了绘图的时间和大大的降低了出错或者不合理设计的概率, 同时为设计者提供了直观彩色的 3D 图 ; 2 通过 Pro/ENGINEER 绘图软件绘出零件图后, 便采用 moldflow4.1 软件对零件图进行初步简单的模拟注塑分析, 检测其注塑过程中所存在的问题, 比如零件的壁厚和最佳浇口等若发现问题方便即时更改, 有效的避免了以后的设计工序也出现同样错误而导致整个设计的失败, 也为以后设计提供很好的参考参数 3 在确定了模具的模腔排列以及数量主流道分流道等后, 将再次采用模流分析软件 Moldflow4.1 对整个模具进行模流分析和优化从而确保模具设计方案的可行性和准确性, 同时也可以通过分析得出注塑周期锁模力和注塑体积等有效参数为后面的设计计算如注塑机的选择及其校核浇注系统的设计和冷却系统的设计提供了有效的参数依据 32

37 4. 理论与实践达到有效结合在课堂上所学的东西 ( 软件操作与模具理论 ) 通过本次毕业设计得到了很好的应用和巩固, 而本次的毕业设计也加深了对专业知识的掌握和理解第十章设计存在的问题与解决设想在此次的模具设计中, 存在了不少的问题, 而这种种的问题可能是由于时间或是能力的不足, 而导致不能在较短的时间内得到有效的解决, 但却不容忽略, 其主要问题体现在如下几点 : 1. 没有充分发挥出模流分析软件的功效问题 : 在理论上, 模流分析软件可以分析和优化模具设计的各个方面, 例如浇口位置塑件壁厚锁模力注塑温度浇注系统平衡优化冷却系统优化等等而在本次的模架设计当中, 并没有使用模流分析软件的各个分析和优化功能, 而是只参考了其中的一部分参数, 如锁模力, 注塑体积和浇口位置等原因 : 我们以前并没有真正学习过模流分析软件, 故对该软件的使用并不熟悉 ; 另外它毕竟属于供模具设计者参考的一种模拟分析软件, 所分析出来的结果与实际参数会有一定的出入, 这也就造成了我们并不能完全依赖模流分析软件分析出来的参数解决设想 : 一是加深对模流分析软件的认识和使用 ; 二需要开发出更加准确可靠的模流分析软件 2. 绘图与绘图软件之间的转换效果不佳问题 : 从 Pro/ENGINEER3.0 的 3D 图转换成 AutoCAD2004 的二维平面图时, 转化的效果极其不佳如该为圆的地方却在 AutoCAD 中显示为多方形, 显示效果差, 虽然通过一些人为的修改并重新生成后质量相对变好, 但仍然存在较差的显示效果原因 : 软件与软件之间在数据的函接上不能有效准确的解码和相互匹配解决设想 : 开发出集两者之所长的综合软件, 例如 Pro/ENGINEER 擅长于三维, 而 AutoCAD 的二维功能则更强大, 如果能够把他们两者的功能整合到同一软件当中, 便可避免了因不同软件之间的转换问题 33

38 参考文献 [1] 于华 ; 陈洪勋 ; 宋宝玉 ; 国外注塑模具及注塑成形的发展动向. 出版社 : 哈尔滨工业大学出版社.1990 [2] 陈家文. 国内外模具工业发展概况 ( 上 ). [3] 龙坤唐骏编著 Pro/ENGINEER 野火版 3.0( 中文版 ) 范例练习. 出版社 : 清华大学出版社, [4] 关绍阁, 模具 CAD/CAM, 北京 : 北京邮电大学出版社,2007 [5] 颜智伟. 塑料模具设计与机构设计 [Z]. 北京 : 国防工业出版社,2006. [6] 叶屋臣一, 注射模具设计和应用 [Z]. 北京 : 轻工业出版社,1989. [7] 朱光力, 万金保等. 塑料模具设计 [Z]. 北京 : 清华大学出版社,2002. [8] 黄虹主编塑料成型加工与模具 [M]. 北京 : 化学工业出版社,2003. [9] 钱泉森主编塑料成型工艺及模具设计 [M]. 济南 : 山东科学技术出版社,2004. [10] 李奇朱江峰江莹主编模具构造与制造 [M]. 北京 : 清华大学出版社, [11] 葛正浩,Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 注塑模具 NC 加工, 出版社 : 化学工业出版社,

39 致谢在整个毕业设计的过程中, 一直得到了指导老师黄桂坚老师以及整个模具组的老师们和一起做模具毕业设计的同学们的帮助特别是黄桂坚老师的悉心细心和耐心的指导以及陈蓉老师和庄严雄同学的指点, 在此, 对关心和指导过我的各位老师以及帮助过我的各位同学表示最衷心的感谢! 谢谢老师和同学们! 35

40 Injection mould design for the front cover of the coded lock Abstract The plastic mould is designed after the design and analysis of the plastic part the front cover of the coded lock. In the whole process, the design of the doorbell s back cover, mould flow analysis, the choosing of the injection machine and mould base, and the checkout of some important technics parameters of the injection machine are all referred to. In this process, parting surface design, injection system design, moulding parts design, ejection system design and cooling system design are discussed detailedly. Finally the moulding parts technics projects are established. In the mould design process, the design or analysis softwares including Moldflow, Pro/ENGINEER, AutoCAD are used. Using these softwares optimizes the parameters cuts down the design time and makes the process efficient. Through the whole design process, I can use the popular design or analysis softwares proficiently. I learn how to choose some parameters by calculating or by means of some experiences, and I learned the more knowledge of the plastic mould. Key words die carrier; mould design; moldflow analysis; technics; parting surface 36

<4D F736F F D20C3DCC2EBCBF8B2E5BFDBBFC7D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC62E646F63>

<4D F736F F D20C3DCC2EBCBF8B2E5BFDBBFC7D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC62E646F63> 深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 题目 : 密码锁插扣壳注塑模具设计姓名 : 专业 : 学院 : 陈坚智机械设计制造及其自动化机电与控制工程学院学号 : 2005111241 指导教师 : 职称 : 黄桂坚工程师 2009 年 05 月 10 日深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 诚信声明本人郑重声明 : 所呈交的毕业论文 ( 设计 ), 题目密码锁插扣壳注塑模具设计是本人在指导教师的指导下,