毕业设计（论文）-轮毂的注塑模设计.doc

河南职业技术学院毕业设计（论文） 题 目 轮毂的注塑模设计系（分院） 机械电子工程系学生姓名 邵羽 学 号 08116090 专业名称 模具设计与制造指导教师 李晓东 2011年03月31日河南职业技术学院机械电子工程系（分院）毕业设计（论文）任务书姓 名邵羽专 业模具设计与制造班 级0 8 2毕业设计（论文）题 目轮毂的注塑模设计毕业设计（论文）选题的目的与意义通过轮毂的注塑模具设计，增强了我的综合分析能力和应用能力，掌握了分析塑料成型工艺和注射模结构设计的基本技能，了解了塑料成型过程中的主要特性，提高了应用基本知识解决生产实际问题的综合能力。毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）1、史铁梁：模具设计指导，机械工业出版社，2003年8月；2、阎亚林：塑料模具图册，高等教育出版社，2009年12月；3、屈华昌：塑料成型工艺与模具设计，高等教育出版社，2006年7月；4、孙凤勤、阎亚林冲压与塑压成型设备，高等教育出版社，2003年12月；5、何冰强、高汉华：塑料模具设计指导与资料汇编，大连理工大学出版社，2009年7月。毕业设计（论文）工作进度计划2010年11月4号开题； 2010年12月15日前完成题目分析，资料收集列出提纲；2011年3月1日前完成初稿，指导教师审查； 2011年3月31日前完成修改定稿打印；2011年4月1日正式提交论文。接受任务日期 2010年11 月 04 日要求完成日期2011年 04月 01 日学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名：年 月 日 系（分院）主任（院长）签名：年 月 日16毕业设计（论文）指导教师评阅意见表姓 名邵羽学 号08116090性 别男专 业模 具 设 计 与 制 造班 级0 8 2毕业设计（论文）题 目轮毂的注塑模设计评阅意见成绩指导教师签字年 月 日毕业设计（论文）答辩意见表姓 名邵羽学 号08116090性 别男专 业模具设计与制造班 级082毕业设计（论文）题 目轮毂的注塑模设计答辩时间地 点答辩小组成员姓 名职 称学 历从事专业组 长成 员秘 书答辩小组意见 答 辩 成 绩：答辩小组组长签名：年 月 日轮毂的注塑模设计邵羽摘要：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作的模具，它是型腔模的一种类型，其模具型腔由凹模和凸模所组成。在塑料成型生产中，先进的模具设计、高质量的模具制造、优质的模具材料、合理的加工工艺和现代的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。 关键词：型腔模 塑料成型 模具设计 加工工艺一、设计任务书 轮毂的技术要求是：1、未注公差按MT5级；2、一模四件。成品图如下图所示二、塑件的结构工艺性分析（一）、塑件原材料的成型特性分析 黑色ABS是聚苯乙烯的改性产品，是目前产量最大，应用最大的工程塑料。黑色ABS是不透明非结晶性聚合物，无毒、无味，密度1.021.05g/cm3。黑色ABS具有突出的力学性能，坚固、坚韧、坚硬；具有一定的化学稳定性和良好的介电性能；具有较好的尺寸稳定性，易于成型和机械加工。成型塑件表面有较好的光泽，经过调色可配成任何颜色，表面可镀鉻。其缺点是耐热性差，连续工作温度为70左右，热变形温度为93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。黑色ABS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。黑色ABS的成型性能如下：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干燥；1、 流动性中等，溢边值为0.04mm左右；2、 比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短；3、 表面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；4、 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；5、 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；6、 宜采用高料温、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5060；而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080。(二) 、塑件的结构工艺性分析1、塑件的尺寸精度分析 图上均为未标注公差的自由尺寸，依据图中要求按MT5级查取公差，塑件主要尺寸的公差如下表所示部位尺寸尺寸公差部位尺寸尺寸公差外形尺寸210.22内形尺寸40.12200.2240.1260.123.50.12内形尺寸160.191.60.10140.160.80.10120.162.50.10100.140.50.1080.122、塑件的表面质量分析对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0.8m；没有特殊要求的塑件内部表面粗糙度可以取3.2m。3、塑件的结构工艺性分析（1）从图纸上看该塑件外形为梯形圆台。（2）塑件型腔较小，有尺寸不等的孔，如8，4，它们均符合最小孔径要求。（3）内部有六个均布的加强肋，可增强塑件的强度，减小塑件的变形。肋的侧设有1左右的斜度。（4）为使塑件顺利脱模，可在塑件内部及加强肋处增设12的拔模斜度。综上所述，该塑件可采用注射成型加工。（三）、塑件的生产批量该塑件采用一模四件，故可采用一模多腔、快速脱模以及成型周期不宜太长的模具，同时模具造价要适当控制。（四）、初选注射机1、计算塑件体积或重量通过三维造型可获得该塑件的体积V=1489.0951mm3=1.489cm3黑色ABS的密度为1.03g/cm3所以塑件的质量为w=1.03x1.489=1.53367g=1.53g2、根据塑件本身的几何形状及生产批量确定型腔数目由于该塑件已给出了要求，要求一模四件，故采用一模四腔，型腔平衡布置在型腔板四侧，以方便浇口排列和模具的平衡。3、确定注射成型的工艺参数根据该塑件的结构特点和黑色ABS的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见下表 塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度8090 时间2h成型时间/s注射时间 35保压时间 1530冷却时间 1530总周期 4070料筒温度/后段 180200中段 210230前段 200210螺杆转速/(r/min)3060喷嘴温度/ 180190后处理方法 红外线灯烘箱模具温度/ 6080温度/ 70注射压力/MPa 7090时间/h 24（4）、确定模具温度及冷却方式黑色ABS为非结晶型塑料，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6080。（5）、确定成型设备由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为W=4w+w废料=4x1.53+1.53x20%=6.426g根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选XS-ZY-125型螺杆式注射机。记录下XS-ZY-125型螺杆式注射机的主要参数，见下表序号主要技术参数项目参数数值1最大注射量/cm31252注射压力/MPa1203锁模力/KN9004动、定模模板最大安装尺寸/(mmxmm)428x4585最大模具厚度/mm3006最小模具厚度/mm2007最大开模行程/mm3008喷嘴前端球面半径/mm129喷嘴孔直径/mm410定位圈直径/mm100三、分型面及浇注系统的设计（一）、分型面的选择为保证塑件能顺利分型，主分型面应考虑选择在塑件外形的最大轮廓处，故此塑件的分型面应选择在零件的上表面。（二）、浇注系统的设计浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。1、主流道和定位圈的设计主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，采用优质钢材制作，并经热处理提高硬度，定位圈与浇口套分开设计。查资料得到XS-ZY-125型注射机与喷嘴的有关尺寸：喷嘴前端球面半径SR0=12mm，喷嘴孔直径d0=4mm,定位圈直径 100mm。为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料，主流道与喷嘴的关系为：SR=SR0+(12)，d=d0+0.5。因此取主流道球面半径SR=14mm（取标准值），主流道小端直径d=4.5mm。为了便于将凝料从主流道中拔出，应将主流道设计成圆锥形，其斜度为24，计算其大端直径约为 10mm；为避免模内的高压塑料产生过大的反压力，配合段直径D不宜过大，取D=25mm；同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R2的圆弧过渡；为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形，将浇口套的长度设计得比模板厚度短0.02mm；浇口套外圆盘轴肩转角半径R宜大一些，取R=3mm，以免淬火开裂和应力集中。定位圈是安装模具时做定位用的，查资料的XS-ZY-125型螺杆式注射机的定位圈直径为100mm，一般定位圈高出定模座板表面510mm。2、分流道的设计该塑件设计时采用U形断面分流道，在一块模板上，切削加工容易实现，且比表面积不大，热量损失和阻力损失不太大。查有关经验表格得黑色ABS的分流道推荐直径为4.89.5mm,取8mm。3、浇口的设计根据塑件的要求及型腔分布情况，选用侧浇口，从塑件的大端边上进料。4、冷料穴的设计 采用带Z形头拉料杆的冷料穴，将其设置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼起开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧，稍作侧向移动便可取出凝料的作用。四、模具设计方案论证（一）、型腔布置对于一模多件的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。本案例的模具采用一模四腔，型腔平衡布置在型腔板四周。（二）、成型零件的结构确定该塑件的材料为ABS工程塑料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理以使其具备5055HRC的硬度。1、型腔设计采用整体嵌入式型腔，放在动模一侧，主要是从节省优质模具钢材料、方便热处理、方便日后的更换维修等方面考虑。2、型芯设计 型芯结构设计也应采用组合式，可节省贵重模具钢、减少加工工作量。成型塑件内孔8、4的大型芯装在动模上，成型16的部位的型芯装在定模上，方便型芯的制作、塑件的飞边去除以及塑件内部冷却水道的排布。（三）、导向定位机构设计 由于塑件基本对称且无单向侧压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模后的定位。（四）、推出机构设计 根据塑件的特点，其推出机构可采用推件板推出或推杆推出。其中推件板推出机构可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但制造困难，成本高；推杆推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件表面留下顶出痕迹，但对塑件的外观影响不大，所以采用推杆推出机构。（五）、冷却系统设计 采用冷却水冷却，凹模冷却水道采用环绕型腔布置的两层式冷却回路，水道开设时注意避开安装在动模上的型芯；大型芯采用隔板式管道冷却，在型芯上开设两个孔，孔内插上纵向隔板，与开在动模支撑板上的横向管路形成循环冷却回路。五、主要零部件的设计计算（一）、成型零件的成型尺寸该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册得黑色ABS的收缩率为0.4%0.7%，故平均收缩率Scp=（0.4+0.7）%/2=0.55%=0.0055，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取z=/3，成型零件尺寸计算如下1、 基本型腔径向尺寸计算公式为Lm=(1+Scp)Ls -0.750+z基本型腔高度尺寸计算公式为Hm=(1+Scp)Ls-0.67 0+z 210-0.44 20.7860+0.147 200-0.44 19.780+0.14760-0.245.8720+0.082、 基本型芯径向尺寸计算公式为lm=(1+Scp)ls +0.750-z基本型芯高度尺寸计算公式为hm=(1+Scp)hs+0.67 0+z80+0.288.2540-0.0933.50+0.203.6530-0.06740+0.244.2020-0.0820+0.202.1450-0.0673、 其余尺寸的计算160.1916.0880.063140.1614.0770.053120.1612.0660.053100.1410.0550.04740.124.0220.0471.60.101.6090.0330.80.100.8040.0330.50.100.5030.033（二）、推出机构的设计 采用推杆推出机构，由于该塑件的脱模力不是太大，推杆的布置空间足够，所以无需用繁琐的计算方法确定推杆的尺寸大小，可以根据经验选取d=1.5mm的国标推杆，注意保证推出距离略大于型芯的突出长度23mm，即推出距离大于6mm。（三）、标准模架的确定 综合考虑本塑件采用一模四腔的平衡布置、侧浇口一次分型结构、塑件尺寸大小、冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸，查塑料模具设计指导与资料汇编表8-1选取标准模板的尺寸为200mmX200mmX30mm，选用A2型标准模架。六、成型设备的校核计算（一）、注射机注射压力校核 经校核得知注射机的额定注射压力大于成型时所需的注射压力，故可选用此注射机。（二）、注射量的校核 设计模具时，应保证成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，即nm+m1Kmp式中，mp注射机允许的最大注射量，g或cm3。计算得4x1.53+6.426=12.546g0.8X125X1.03=103g所以此注射机可以用。（三）、锁模力的校核注射机锁模力的校核关系式为FkpA式中F注射机锁模力，查塑料模设计手册附录表8得XS-ZY-125型螺杆式注射机的锁模力为900KN。 k压力损耗系数，一般取1.11.2； p型腔内熔体的压力，本塑件为9030%=30MPa； A塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，本模具A=43.14(21/2) (21/2)=1384.74mm2=1.38X10-2m2。计算得kpA=1.2301061.38X10-210-3=49.68KNF=900KN。故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。（四）、安装尺寸的校核本模具的外形尺寸为200mm250mm，模具闭合高度为H=100+A+B+C=100+40+30+60=230mm,查资料得XS-ZY-125型注射机动、定模模板最大安装尺寸为428mm458mm，允许模具的最小厚度Hmin=200mm，最大厚度Hmax=300mm，即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装尺寸，模具闭合高度满足Hmin HH1+