塑料带轮模流分析及模具设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 塑料带轮模流分析及模具设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923263 学生姓名： 曹 振 指导教师： 高汉华 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 塑料带轮模流分析及模具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 96 学 号： 0923263 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 塑料带轮模流分析及模具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 课题来源于生产实际。 随着工业生产和科学技术的发展，市场需求的增加以及环保的需要，塑料零件的使用越来越广泛。塑料产品生产正向多产品、高质量和交货期段的方向发展，这就要求模具设计和生产具有更短的周期、更低的成本和更高的质量。依赖传统经验和手工技能进行模具设计与制造方式远不能满足这种要求，应用计算机软件进行模具设计和制造是解决这一矛盾的有效途径。 本设计采用 件对塑料塑料 带轮进行模拟分析和模具设计，可以节约试模费用，提高设计和生产效率，提高产品的设计质量，降低模具制造成本，并延长模具的使用寿命。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 型工艺 和主要部件的参数计算。 件图 10 张以上。 张。 计算正确完整，文字简洁通顺，书写整齐清晰。 论文中所引用的公式和数据应注明出处。 论文字数不少于 字。 四、接受任务学生： 机械 96 班 姓名 曹振 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 摘 要 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注射模具是其中发展较快的种类。塑料注射成型模具的特点是：能一次成型外形复杂、尺寸精密的塑料制品，对各种塑料的适应性强，成型周期短，生产效率高，产品质量稳定，易于实现生产自动化。因此，应用计算机辅助塑料模具设计，对缩短模具设计时间，提高塑料制品质量和生产效率有很大意义。 本设计主要针对塑料带轮零件，应 用计算机辅助模具设计 。设计中首先根据塑料制品要求 拟定成型工艺方案、初选成型设备、确定模具结构方案， 设计浇注系统并进行模流分析、选用模架、选择和校核注射机，完成模具型腔设计并对模具主要零件设计计算，然后 用 软件，完成整副模具的三维设计，并对模具进行了虚拟装配和试模，针对其中出现的问题，对模具进行了修改，最后导出模具二维工程图。 通过本设计，我对注塑模具设计有一个比较全面的认识，加深了对模具结构及工作原理的理解 ， 了解了模具设计中应注意的一些具体细节问题， 学会了查阅和收集资料的方法 ；学会了如何应用 软件，完成注射模设计，从而有效地提高了设计工作效率。 关键词： 塑料制品；注射模具；计算机辅助设计； he is in of is of of of a of is to of of is to of of is of of IV of E to of a of to to of to to E to of of E 目 录 摘 要 . . 录 . 绪论 . 1 料工业的发展及用途 . 2 料模具在塑料制品生产中地位 . 3 文主要研究内容 . 4 2 塑件成型工艺分析 . 4 述 . 4 V 件的材料和注塑工艺 . 5 料 . 5 射成型工艺分析 . 5 定模具温度及冷却方式 . 6 件的三维图和二维图 . 6 轮的结构与精度分析 . 6 料制品的几何形状 . 7 射机的选择 . 7 件图及其尺寸公差 . 8 3 模具总体结构设计及零部件的设计 . 8 腔数目的确定 . 8 型面的设计 . 9 注系统的设计 . 10 流道 . 10 流道 . 11 口 . 12 却及排气系统设计 . 12 气系统的设计 . 12 却系统的设计 . 12 响塑件尺寸精度的因素 . 12 具零件工作尺寸的计算 . 13 模底板厚的确定 . 14 4 合模导向机构的设计 . 14 向机构的总体设计 . 15 柱设计 . 15 套设计 . 15 板导柱 与导套设计 . 16 5 脱模推出机构的设计 . 16 模推出机构的设计原则 . 17 管推出机构 . 17 出机构的导向与复位 . 18 6 侧向分型与抽芯机构的设计 . 19 向分型与抽芯机构的工作原理 . 19 芯距和抽芯力的计算 . 19 导柱侧向分型与抽芯机构 . 20 向分型与抽芯机构尺寸计算 . 23 7 利用 进行分模 . 25 建模具模型 . 25 择模架 . 28 建 分型面 . 29 割工件获取成型零件 . 30 建浇注系统 . 31 模及模流分析 . 31 架概述 . 33 架的分类 . 33 架的选择 . 33 8 注塑机的校核 . 35 模力的校核 . 35 大注射压力的校核 . 35 模行 程的校核 . 36 9 结论与展望 . 37 论 . 37 足之处及未来展望 . 37 致 谢 . 38 参考文献 . 40 塑料 带轮模流分析及模具设计 1 无锡太湖学院学士学位论文 2 1 绪论 料工业的发展及用途 塑料 带轮模流分析及模具设计 3 塑料工业是世界上增长最快的工业之一。自 1909 年实现以纯粹化学合成方法生产塑料算起，塑料工业已有 100 余年的历史。 1927 年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的 发展，各种性能的塑料，特别是聚酰胺、聚甲醛、 碳酸酯、聚砜、聚苯醚、氟塑料等工程塑料发展迅速，其速度超过了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯与聚苯乙烯等四种通用塑料，使塑件在工业产品与生活用品方面获得广泛的应用，以塑料代替金属的实例，比比皆是。塑料有着一系列金属所不及的优点，诸如：重量轻、耐腐蚀、电气绝缘性好、易于成型、生产效率高与成本低廉等。但也存在许多自身的缺陷，诸如：抗老化性、耐热性、抗静电性、耐燃性及比机械强度低于金属。但随着高分子合成技术、材料改性技术及成型工艺的进步，愈来愈多的具有优异性能的塑料高 分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。 塑料品种众多，新的工程塑料品种的增加，塑料成型设备、成型工艺技术和模具技术水平的发展，为塑料制品的应用开拓了广阔的领域。目前，塑料制品已深入到国民经济的各个部门中。特别是在办公机器、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、航空、交通、通信、轻工、建材业产品、日用品以及家用电器行业中零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现全塑产品。据报道，美国塑料工业已成为全美第四个最大的工业，每年的塑料消耗量已经超过钢材。在全世界按照体积和重量计算塑件的消耗量也超过了钢材。我国的塑料工 业发展也很快，特别是近 20 年，产量和品种都大大增加，许多新颖的工程塑料也已投入批量生产，塑料产量 1990 年达到了 吨，居世界第四位。如今，我国塑料工业已形成了相当规模的完整体系，它包括塑料的生产，成型加工，塑料机械设备，模具加工以及科研、人才培养等。塑料工业在国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。 料模具在塑料制品生产中地位 塑料模具设计与制造技术的发展与塑料工业的发展息息相关。由于塑料制品的制造是一项综合性技术，围绕塑料制品成型生产将用到有关成型物料、成型设备，成型工艺、成型模具及模 具制造等方面知识。特别是作为塑料必备成型工具的塑料注射模具，由于它成型效率高，易成型形状复杂的制品，并可实现自动化生产，得到迅速的发展，在我国其发展速度之快、需求量之大也是前所未有的。同时，其技术水平也得到了迅速发展和提高，新的设计结构层出不穷，传统的设计理念不断更新。 塑料制品的制造包括四个环节：产品设计、塑料的选择、塑料制品的成型、模具的设计与制造。 1产品设计 产品质量源于设计，任何产品设计都要满足用户提出的产品性能、使用寿命、可靠性、安全性和经济性等方面的要求。 2塑料品种的选择 塑料品种的合理 选择是保证塑料制品的质量重要环节。首先要从塑料品种和性能着手，根据需要选择。 3塑料制品的成型 塑料制品的成型加工是根据各种塑料的固有特性，采用不同的摸塑工艺，成型所使用的模具即塑料模具。 无锡太湖学院学士学位论文 4 4模具的设计与制造 模具是塑料制品生产的重要工艺设备。随着国民经济领域的各个部门对塑料制品的品种和产量需求愈来愈大、产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑料制品质量的要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展，从而也推动了塑料工业生产高速发展，可以说 ，模具设计与制造水平标志着一个国家工业化发展的程度。 文主要研究内容 本课题来源于生产实际，属于某公司塑料带轮产品。 本文首先利用 软件设计塑件并对塑件进行模流分析，然后应用 软件完成整副模具的三维设计，并对模具进行了虚拟装配和试模，针对其中出现的问题，对模具进行了修改，最后利用 件导出模具二维工程图。 2 塑件成型工艺分析 述 注塑件的设计是注塑制品加工工序中必不可少的一个步骤。但不同的模具公司，不同塑料 带轮模流分析及模具设计 5 的设计人员，采用不同的 件进行模具辅助设计，都有自己的一套设计过程。本毕业设计主要是应用 件 进行模具的设计的。 件的材料和注塑工艺 料 设计任务书可知该塑件产量 50 万件，生产类型属中批量生产，塑件材料为 聚苯乙烯的改性产品，是目前产量最大、应用最广的工程塑料。 不透明非结晶聚合物，无毒、无味，密度 3/2.1 。 有突出的力学性能，坚固、坚韧、坚硬； 具有一定的化学稳定性和良好的介电性能；具有较好尺寸稳定性，易于成型和机械加工，成型塑件表面有较好光泽，经过调色可配成任何颜色，表面可镀铬。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为 700C 左右，热变形温度约为 930C 左右，但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高；耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等多种成型加工方法。成形性能如下 3： 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干燥。 2流动性中等，溢边值 左右。 3壁厚、熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高。 4 热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 5 表观粘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 02 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。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在 650 ，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在 860 。 射成型工艺分析 根据产品三维模型，分析塑件的工艺性对模具设计的要求。开始设计之前，应根据塑件的技术图样和使用要求对其进行仔细地分析研究，并结合注射成型的工艺程序综合考虑成型的难易程度，以便能在保证塑件质量和使用要求的前提下尽量选用比较简单的模具结构，以便减小模具制造难度和降低加工成本。如果塑件的工艺性确实有问题，或者塑件成型需要极为复杂的模具结构，并因此导致模具制 造非常困难或经济上极不利时，则应和塑件设计部门及时协商解决有关问题。 根据该塑件的结构特点和 成型性能，查有关资料初步确定注射成型工艺参数如表 示。 表 塑件的注射成型工艺参数 工艺参数 规 格 工艺参数 规 格 预热和干燥 800 90 C 成型时间 注射时间 3 5 时间 2h 保压时间 15 30 无锡太湖学院学士学位论文 6 料筒温度 / C 后段 180 200 /S 冷却时间 15 30 中段 210 230 总周期 40 70 前段 200 210 螺杆转速 /r 0 60 喷嘴温度 / C 180 190 后处理 方法 红外线灯烘箱 模具温度 / C 60 80 温度 70 C 注射压力 /0 90 时间 2 4 h 定模具温度及冷却方式 非结晶塑料，流动性中等，壁厚一般，因此，在保证顺利脱模的前提下，应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产效率。所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在 060 。 件的三维图和二维图 图 件图 由图 以看出 塑件是对称的图形。 轮的结构与精度分析 带轮的总体形状为圆盘形，无特别明显的卡、勾等需要特殊处理的结构；塑件的带槽壁及中间孔壁相对比较厚，因此，熔体在模腔内的流动应比较顺畅。总体而言，该带轮的塑料 带轮模流分析及模具设计 7 结构相对简单。 带轮的精度方面，中间的 轴孔有上偏差 外，矩形沉槽的深度 0 有下偏差 ，其余尺寸均为自由公差；因此，该带 轮的精度要求不要，比较容易实现精度要求。 带轮的表面质量方面，要求 V 型带槽无无明显流纹、凹陷等不良现象；表面粗糙度均为为成型后直接达到 总体而言，带轮的表面质量要求比较容易实现。 料制品的几何形状 1脱模斜度 为了便于塑料制品脱模，以防止脱模时摩擦制品表面，与脱模方向平行的制品表面一般应具有合理的脱模斜度。其大小主要取决于塑料的收缩率、塑料制品的形状和壁厚以及制品的部位。在一般情况下，脱模斜度为 30 1030，但应根据具体情况而定。当制品 有特殊要求或精度要求较高时，应该用较小的斜度；较高、较大尺寸选用较小的斜度；塑料制品斜度；塑料制品形状复杂的，不易脱模的，应取较大的脱模斜度，制品上有凸起或加强筋，单边应有 2030 的斜度；塑料制品壁厚打的应选用较大的斜度；在开模时，为了让制品留着芯片上，内表面斜度比外表面斜度小，相反，为了让制品留在行腔一边，选用内表面脱模斜度为 30，外表面脱模斜度稍大为 为了使塑件在开模时留在动模上及顺利脱模，带轮轴套孔以及筒壁都应具有一定的脱模斜度。由于齿为工作部分，其强度要求高，所以不能有脱模斜度，以免影响 带轮工作性能。带轮尺寸虽然小，但精度要求较高，所以脱模斜度要选择小一点。带轮周边不存在对脱模产生影响的结构，所以脱模斜度选为：筒壁部分，外壁 30，内表面 10；带轮部分外壁10。 2塑料制品圆角 塑料制品上所有转角应尽可能采用圆弧过渡。采用圆弧过渡的好处在于避免应力集中，提高强度，改善熔体在型腔，便于脱模。在制品结构上无特殊要求时，制品的各连接处的圆角半径应不小于 于使用要求必须以尖角过渡或分型面处和型芯与型腔配合不便制成圆角时，侧仍以尖角过渡。 带轮的棱角主要有轴套部分，如果采用圆弧过渡， 则型腔型芯不易加工，所以没有需要采用圆弧过渡部分。 射机的选择 根据创建好的实体模型，利用 的分析功能，从中快速计算出带轮的体积为170 3浇注系统凝料和废料按塑件注射量的 0%60%2 计算，即浇注系统凝料的体积为34 3因带轮的年产量仅为 5000 件，且制件轴孔有一定的尺寸精度要求 ( )，综合考虑带轮的 结构及精度要求，采用一模一腔的模具结构。带轮的材料为 其密度为1 02 3则模具每次所需的注射量为： 4170( 根据一次注射量分析，以及考虑到塑料的品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、无锡太湖学院学士学位论文 8 注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册 2，初选 螺杆式注射机，记录下注射机的主要技术参数如表 示。 表 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 /00 2 注射压力 /45 3 锁模力 /500 4 拉杆内向距 /40 440 5 最大模具厚度 /50 6 最小模具厚度 /00 7 最大开模行程 /00 8 喷嘴前端球面半径 /8 9 喷嘴孔直径 / 10 定位圈直径 /50 件图及其尺寸公差 标注尺寸在绘制图纸中是非常重要的一步。传统的模具设计需要计算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通过公式 )1( 塑件模具 计算基本尺寸， S 指塑件的平均收缩率。而在使用 行模具设计的过程中，塑件已经定义了其收缩率，则不需要通过繁琐的计算而直接可以标注出成型零部件的基本尺寸。 但尺寸标注还有一个公差的问题，这是无法从软件自动导出的，需要设计者设定。由于塑料收缩率范围和稳定性各有差异，首先必须合理化确定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收缩率范围较大或收缩率稳定性较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。否则就会出现大量尺寸超差的废品，为此，各国对塑料件的尺寸公差制订了国家标准 和行业标准。中国也曾制订了部级专业标准，但大都无相应的模具型腔的尺寸公差。对于小于 尺寸的地方就要注意，由于精度比较高，建模时就应该沿减料方向适当加大基本尺寸或者增加脱模斜度以便试模后可以修改达到合乎要求的尺寸精度。 综上分析，该塑件可采用注射成型加工，考虑采用一模一件、快速脱模以及成型周期不太长的模具，同时模具造价要适当控制。在注射成型生产时，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。 3 模具总体 结构设计及零部件的设计 腔数目的确定 按注塑机的最大注射量确定型腔数目，型腔数目 n 根据公式 nj 可得 塑料 带轮模流分析及模具设计 9 式中 k 注射机最大注射量利用系数，一般取 注射机最大注射量 3 g ; 浇注系统凝料量 , 3 g ; m 单个塑件的体积或质量 3 g 。 本课题考虑模具分型取出塑料的难易程度， n 取 1，即型腔数目为 1。 型面的设计 分型面的设计在注射模的设计中占有相当重要的位置，分型面的设计合理与否直接影响 塑件质量、模具的整体结构及工艺操作难度及模具的制作成本。分型面可以为一个也可以为多个。 分型面选择的原则： (1)分型面应选择在塑件外形最大轮廓处，以利于塑件从定模顺利脱模。 (2)应有利于塑件脱模，一般模具的脱模机构通常设置在动模一侧，模具开模后塑件应该停留在动模一边，以便于模具顺利脱模。 (3)要保证塑件的精度要求，塑件光滑表面不能作为分型面，以避免影响外观质量，塑件中要求同轴度的部分要放在分型面的同一侧，以保证塑件同轴度的要求。 考虑模具的侧向抽拔距都比较小，选择分型面时应将抽芯和分型距离长的方向置于 开合模的方向，将小抽拔距的方向作为分型和抽芯方向。 作为主要大气排气渠道，应将分型面设置在熔融料的流动末端，以利于模具型腔内气体的排除。 考虑模具加工难度，要使模具利于加工，工艺要力求简单。 图 型面选择 从带轮的结构上分析可知只需要一个分型面。带轮零件图上并没有标明带轮各个表面要光滑，而且它的主要功能是传动，只要保证精度以及同轴度要求，分型面的位置可以任意选择，遵照分型面的设计原则应设置在最大投影面上，以便于带轮顺利脱模，有两种方案可供选择：一个是分型面 1，另一个分型面 2，如图 示。 当 选择 2 作为分型面时，浇口的设置可以是上端面，也可以是分型面 1。如果浇口设置在分型面 1，则塑料流动到上端面时，由于筒壁间隙较小，里面的空气有可能会受到压缩而不能排出，造成冲模不到位。同时在注射力的压缩下，空气会发热，导致 分解，甚至发生意外事故。如果将浇口位置设在上端面，就可以避免这一问题。因为塑料在冲模过程中，不能一下子将分型面 1 冲满，所以空气完全有空间排除。但是上端面横截面小，无锡太湖学院学士学位论文 10 当型芯固定之后，浇口就无法放置，因为型芯和浇口会发生干涉。 所以选择 2 作为分型面时，浇口的正确位置应该设在上端面。虽然筒壁部 分的缝隙很小，但是塑件的体积很小，可以利用模具的缝隙顺利排气。 在