毕业设计（论文）-导航仪前盖板注射工艺及其注射模设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 第 29 页 1 绪论 在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。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，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。 随着社会经济的发展，人们对工业产品的品种、数量、质量及款式的要求越来越高。为了满足人类的需要，世界上各工业发达的国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。模具技术已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志之一。随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。也可以看到模具工业地位之重要。 塑料模塑成型工艺及塑料模技术的发展与整个塑料工业的发是分不开的。塑料工业是新兴的产业之一。自1909年实现以纯粹化学合成方法生产酚醛塑料算起，世界塑料工业的崛起仅仅有90余年的历史。塑料工业发展历史虽然很短，但发展速度相当惊人。据统计，1935年全世界塑料产量只有20 万t，1950年为150万t，1960年达677万t，1970年达3000万t,1981年达6000多万t，1990年猛增至9896.4万t，1998年达到14000万t。预计今后将以每8年翻一番的增长速度持续高速发展。随着塑料产量的提高和品种的增多以及应用范围的扩大，促进了塑料成型工艺、塑料成型设备和塑料模具的不断发展。塑料成型模具是塑料模塑成型关键的工艺装备。这是因为在现代塑料制品生产中，正确的加工工艺、高效率的设备、先进的模具是影响塑料制品生产的三大重要因素，而塑料模对塑料模塑工艺的实现，保证塑料制品的形状、尺寸及公差起着极重要的作用，高效率全自动的设备只有配备了适应自动化生产的塑料 模才可能发挥其效能；产品的更新也是以模具的制造和更新为前提。目前，对塑料制品 的品种、质量和产量的要求愈来愈高，因而对塑料模的需求也愈来愈迫切。可见塑料模在模具工业中是极其重要，塑料模成型发展动向主要有以下几个方面： 1）模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展； 2）模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展； 3）快速经济制模技术； 4）模具材料及表面处理技术发展迅速； 5）模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同。 本设计的总体思路是从导航仪前盖板塑件的结构形状及使用性能要求， 选择材料并计算塑件体积和质量，分析塑件的成型工艺，设计注射模具及模具工作零件，选择注射机并校核计算，最后试模。2 塑件的工艺分析2.1 塑件材料的选择 该塑件材料选用ABS塑料（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）。ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.021.05g/cm。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70C左右，热变形温 表2.1 热物理性能密度(g/ cm)1.02105比热容(Jkg-1K-1)12551674导热系数(Wm-1K-110-2)13.831.2线膨胀系数(10-5K-1)5.88.6滞流温度(C)130表2. 2 力学性能屈服强度（MPa）50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率()35拉伸弹性模量(GPa)1.8抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa)1.4抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)24冲击韧度(简支梁式)无缺口261布氏硬度9.7R121缺 口11度为93C左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS塑料在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。ABS塑料热物理性能、力学性能及电气性能分别见表2.1、表2.2及表2.3所示。 表2.3 电气性能表面电阻率（）1.21013体积电阻率（m）6.91014击穿电压（KV/mm）介电常数（106Hz）3.04介电损耗角正切（106Hz）0.007耐电弧性(s)50852.2 塑件结构工艺性分析 该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级：5级。 为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。 塑件的工艺参数如下：1）干燥条件：80-90 ，2小时；2）成型收缩率:0.4-0.7%； 3）模具温度：50-70（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）；4）融化温度：210-280（建议温度：245）；5）成型温度：200-240 ；6）注射速度：中高速度；7）注射压力：500-1000bar 。2.3 初步确定型腔数目根据产品结构特点，此塑料在模具中的布置方式有两种：一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。这里拟采用第一种方式，即1模2腔的结构布局。3 注射机的选择3.1 塑件体积的计算 导向仪前盖板塑件的三维立体图如图3.1所示，该塑件大致为长方板形件，一端内开有方孔，中部有两排圆孔，每排有三个孔均布。 图3.1导航仪前盖板的三维立体图计算得知塑件的体积V1=61.2cm；浇注系统的体积 V2=2.4cm。塑件与浇注系统的总体积为V=61.2*2+2.4=124.8cm。3.2塑件质量的计算 查手册取ABS塑料的密度=1.05g/cm； 塑件体积V=61.2cm；故塑件的质量为： M=V=61.2cm1.05=64.26g。3.3 确定型腔数目 根据 得 式中，注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； 注射机最大注射量，cm3或g； 浇注系统凝料量，cm3或g； 单个塑件体积或质量，cm3或g；根据塑件的结构及尺寸精度要求,考虑到注射量与注射时间的关系（见表3.1），该塑件在注射时采用一模二腔的布局形式，如图3. 2所示。 3.4注塑机选择 注塑机的分类方法很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法。常用分类方法有: 1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机； 2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。 此外，还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。 本设计选用国产注射机 CJ150NC,其主要技术参数如表3.2所示。 图3.2塑件在模腔的分布 表3.1 CJ150NC 注射机的主要技术参数 表3.2注射量与注射时间的关系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 54 浇注系统的设计设计浇注系统时，浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。4.1主流道的设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止塑料熔体流动通道，如图4.1所示。根据选用型号注射机的相关尺寸得： 喷嘴前端孔径：d0=4.0mm； 喷嘴前端球面半径：R0=10mm。 根据模具主流道与喷嘴的关系： 取主流道球面半径：R=11mm； 取主流道小端直径：d=4.5mm。 为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为2-6，此处选用2，经换算得主流道大端直径为7.42MM。4.2 分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料，图4.2所示为分流道示意图。常用分流道断面尺寸推荐如表4.1所示。 图4.1 主流道示意图图4.2分流道示意图 分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为7mm。 分流道选用圆形截面：直径D=7mm； 流道表面粗糙度 。 表4.1流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.8-9.5 1.6-9.5 1.6-9.5 3.5-10 8-10 8-12.5 5-10 5-10 8-10聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.5-10 3.5-10 6.5-16 6.5-8.0 3.5-8.0 6.5-10 6.5-10 2.4-10 6.5-134.3分型面选择的原则 分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。 4.3.1分型面的形式 该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。 4.3.2分型面的设计原则 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则： 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模； 3）保证塑件的精度； 4）满足塑件的外观质量要求； 5）便于模具制造加工。 此外，还应注意对在型腔面积的影响及对排气效果和对侧抽芯的影响。在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。本塑件的分型面选择在塑件最大截面处较为合理，如图4.3所示。 图4.3 分型面示意图 4.4浇口的设计 根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口） 该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。该模具采用侧浇口，具有以下优点:1）形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；2）试模时如发现不当，容易及时修改；3）能相对独立地控制填充速度及封闭时间；4）对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。浇口位置如图4.4所示。 图4.4 浇口示意图4.5冷料穴的设计 冷料穴（见图4.5）是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，有影响成型塑件的质量，另外还便于在该处设置主流道拉料杆的功能。注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。 图4.5 冷料穴示意图5 模具工作零件的设计5.1 型腔、型芯工作尺寸计算 ABS塑料的收缩率是0.3%-0.8% 平均收缩率: =（0.3%-0.8%）/2=0.55% 型腔内径： =150.75mm 型腔深度： =15.08mm 型芯外径： =144.72mm 型芯深度： =12.06mm式中，型腔径向尺寸（mm ）； - 塑件外形基本尺寸（mm）； -塑件平均收缩率； -塑件公差； -成形零件制造公差，一般取1/41/6； -塑件内形基本尺寸（ mm）； -型芯径向尺寸（mm）； -型腔深度（mm）； -塑件高度（mm）； -型芯高度（mm）； -塑件孔深基本尺寸（mm）。 型腔： 材料选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型； 型芯： 材料选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型。5.2 侧抽芯机构设计5.2.1 抽芯距的计算与抽拔力的确定1、 抽芯距的计算 抽芯距由下式计算： 式中 ，S抽芯距，mm； S1取出塑件最小尺寸，mm； R最外尺寸，mm； r滑块内径，mm。 S=2.01+2.99=5mm2、抽拔力的确定 采用的抽拔力为1250KN即可满足要求。5.2.2 斜导柱分型抽芯机构的设计 斜导柱分型抽芯是应用最广的分型抽芯机构，它借助开模力完成侧向抽芯，结构简单，制造方便，动作可靠。其结构如图5.1所示，瓣合模滑块装在T型导滑槽内，可沿着抽拔方向平稳滑移，驱动滑块的斜导柱与开模运动方向成斜角安装，斜导柱与滑块上对应的孔呈松动配合，开模时斜导柱与滑块发生相对运动，斜导柱对滑块产生一侧向分力，斜导柱的斜角一般为1520，最大不得超过25，本设计采用15，斜导柱材料采用优质钢材T8A，淬火硬度HRC5560。 当滑块抽出的方向与开模方向垂直，斜导柱的长度计算公式如下： 式中 , L斜导柱的总长度，mm； D大端的直径，mm； S抽拔距，mm； d导滑段的直径，mm； h固定模板厚度，mm； 斜导柱的倾斜度，15。 故 L=72mm。图5.1 斜导柱分型抽芯机构 6模架的选择注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架，如图6.1所示， 图6.1 模架模型图其型号为：CI-3340-A60-B70-C90。7 导向机构的设计 导向机构的作用：1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力。7.1导柱的设计 1）长度 ：导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出812 cm，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。 2）形状 ：导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。 3）材料 ：导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为5055HRC。7.2导套的结构设计 1）材料： 用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。 2）形状 ：为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，以利于排出孔内的空气。 7.3推出机构的设计注塑模中的脱模机构可以在注塑的每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动的脱出模外。推杆脱模机构在生产实际中应用广泛，是脱模机构的典型型式，它一般包括推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板等组成，当开模到一定距离时，注塑机推出装置推动推板并带动所有推杆、拉料杆和复位杆一道前进，将塑件和浇注系统一起推出模外。合模时复位杆首先与定模边的分型面相接触，而将推板和所有的复位杆一道推回原位。 采用推杆推出，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。结合制品的结构特点，模具型腔的结构采用了整体式型腔板，这种结构工作过程中精度高，并且在此模具中容易加工得到， 在推出机构中采用厂组合式推杆，如图中，这种结构主要是防止推杆在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断，因为产品较小，另外折断后也易于更换。这里采用设计推杆，全部固定在顶杆固定板。 推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。根据推杆本身的刚度和强度要求，推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.050.1cm.7.3.1推件力的计算 对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（Q）： 式中 ， -型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）； -被包紧部分的深度（cm）； -由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取7.811.8MPa； -磨擦系数，一般取0.11.2； -脱模斜度； L=771.41MM； H=12.06MM； Q=771.41MM*12.06MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5)*2 =1860.64(N)。7.3.2 推杆的设计 d=（） 式中，d圆形推杆直径cm 推杆长度系数0.7 l推杆长度cm n推杆数量 E D=7MM = 取320N/mm 推杆应力合格，硬度HRC5065。8 冷却系统的设计注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大，一般注入模具的塑料熔体的温度为200300，而塑件固化后从模具中取出的温度为6080以下，视塑料品种不同有很大差异。为了调节型腔的温度，需在模具内开设冷却水通道，通过模温调节机构调节冷却介质的温度。高温塑料熔体在模具型腔内凝固并释放热量，模具内存在着一个合适的温度分布，使制品的质量达到最佳。模具温度调节对制品质量的影响主要表现在以下几个方面：1）变形，模具温度稳定、冷却速度均衡可以减小制品的变形；2)尺寸精度，利用模具温度调节系统保持模具温度的恒定，能减小制品成形收缩率的波动，提高制品尺寸精度的稳定性；3）力学性能，从减小制品应力开裂的角度出发，降低模温是有利的；4）表面质量，提高模具温度能够改善制品表面质量，过低的模温会使制品轮廓不清晰并产生明显的融接痕，导致制品表面粗糙度过大。冷却水回路布置的基本原则：a) 冷却水道应尽量多，b) 截面尺寸应尽量大； c) 冷却水道离模具型腔表面的距离应适当；d) 适当布置水道的出入口；e) 冷却水道应畅通无阻；f) 冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位； 由以上原则我们可以确定冷却水道的布置情况，以及冷却水道的截面积。浇注系统中的分流道布置如图所示，采用非平衡式布置，从主流道末端到每个浇口的距离不相等，但是分流道的截面形状和尺寸大小完全相同，这样的设计可以使进人每型腔的流程最短，减少了热量散失，缩小了模具的体积，对于该小型什的注射成型来说，并不影响制品的使用性能。分流道的横截面形状为梯形，浇口的类型采用侧浇口。冷却系统的设计对于成型小型件的1模多腔模具来说是十分重要的。如果冷却不好或冷却不均匀，必然导致收缩不均匀，特别是非平衡式分流道的结构。放为了使冷却效果好，在模具的定模型腔板和动模利腔板内开没了如图所示的水道，横向穿过这两块模板，这样使塑件各处的冷却均匀，模具的模温均匀设定模具平均工作温度为，用常温的水作为模具冷却介质，其出口温度为。8.1 确定冷却水道直径 ABS塑料熔体的单位流量为，依据塑件体积可知所需的冷却水管径较小，如图8.1所示。设计冷却水道直径为8mm，符合要求。 图8.1冷却系统图8.2模具排气槽的设计 当塑料熔体充填型腔时，必须顺序地排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热而产生的气体。如果气体不能被顺利排出，塑料会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。特别是对大型塑件、容器类和精密塑件，排气槽将对它们的品质带来很大的影响，对于在高速成行中排气槽的作用更为重要。我们的塑件并不是很大，而且不属于深型腔类零件，因此本方案设计在分型面之间、推杆预模板之间及活动型芯与模板之间的配合间隙进行排气，间隙值取0.04。9 注射机校核9.1注射机锁模力的校核 注射机锁模力： 式中，-注射时型腔压力，113MPa -塑件在分型面上的投影面积（）； -浇注系统在分型面上的投影面积（）； -注射机额定锁模力，按注射机额定锁模力为1500。故符合要求。 9.2模具厚度H与注射机闭合高度 注射机开模行程应大于模具开模时，取出塑件（包括浇注系统）所需的开模距离 即满足下式： 式中，-注射机最大开模行程，mm； -推出距离（脱模聚居），mm； -包括浇注系统在内的塑件高度，mm； Sk=45mm+98.73mm=143.73mm； SkS=800mm ，故满足要求 。结 论 在这次设计中我始终结合计算机进行设计，提高我对PRO/E,CAD等软件的应用能力。通过本次设计我初步了解到工程设计人员的指导思想，掌握了模具的相关知识，已经基本能完成一套模具的设计与制造。通过这次毕业设计进一步的充实自己、增强自我能力、提高自我水平。总而言之，我认为，这次别业设计虽然存在这样那样的错误和缺陷，但通过这次毕业设计，把自己的工作能力提高到一个新的层次。致 谢 虽然大四的生活多半时间还是呆在学校里，但是论文致谢语写就的那一刻也真正标志着我与这所学