毕业设计（论文）-水箱端盖进行工艺分析和模具设计.doc

北华航天工业学院毕业论文摘 要本次设计要对水箱端盖进行工艺分析和模具设计，首先介绍了立项背景与设计主要技术条件及参数，然后介绍了设计的整体思路。第三章成型水箱端盖模具设计是本次设计的重点，在这章里先对塑件进行了模流分析，各方面分析结果表示设计方案是可行的，然后对整套模具进行了全面的设计，最后对注射机的有关参数进行了校核，各个参数均能满足要求。根据塑件结构特点，模具采用单分型面注塑模，一模四腔，利用斜导柱导出侧型芯，顶杆顶出塑件，能够满足实际中大批量生产，有很高的生产效率。关键词： 水箱端盖 注塑模具 模流分析 一模四腔 单分型面 侧抽芯 AbstractThis design will analyze the process and will design injection mold for the Cistern cover. In this paper, it introduce the background of setting up the project and main engineering factors and parameters firstly, and then it introduce the whole idea. The third section which is about the designing injection mold for the Cistern cover is the key of this paper, in this section , firstly, it analyze the Cistern cover by using moldflow and all the result show that the design is reasonable ;secondly design all parts of the injection mold; at last, check the parameters about the injection machine, and all parameters could meet the require.According to the trait of the Cistern cover, the injection mold has one parting surfaces、four cavities. Using the oblique guide column derived side coresand take out the Cistern cover by mandril. The mold is efficient and could be used to realize volume-produce.Key words: Cistern cover injection mold moldflow four cavities one parting surfaces core目 录摘要 Abstract 第1章 绪论 11.1 立项背景 11.2 设计主要技术条件及参数 2第2章 总体设计思路及总体技术方案设计 4第3章 成型水箱端盖注塑模具设计 53.1 塑件结构工艺性分析 53.2 塑件精度及公差确定 63.3 塑件体积及质量计算 6 3.4.1 单个塑件 6 3.4.2 四个塑件和浇注系统凝料 6 3.4 初选注塑成型机的型号和规格 6 3.5确定型腔数量及排列方式 73.6 模具结构形式的确定 83.7 注射模详细设计93.8.1 分型面位置的确定93.8.2 确定浇注系统尺寸9 3.8.3 成型零件尺寸计算10 3.8.4 合模导向及定位机构的设计11 3.8.5 确定型腔、型芯的结构和固定方式13 3.8.6 确定顶出机构13 3.8.7 排气机构的设计14 3.8.8 温度调节系统设计14 3.8.9 注射机有关参数的校核15结论 16致谢 17参考文献18第1章 绪 论 本设计题目是水箱端盖塑料模具设计，塑件材料是ABS，精度等级为一般精度(4级精度)，制品要求外观表面光泽，无杂色，无收缩痕迹，生产批量为大批量生产，试设计注射成型模具。ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。这三种组分的各自特性，使ABS塑料具有“硬韧刚”的综合力学特性。ABS无毒、无味，成型塑件光泽性好。密度为1.021.05g/cm3。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。其尺寸稳定性好，易于成型加工。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响。根据ABS塑料中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的用途。根据应用不同，ABS塑料可分为超高抗冲击型、高抗冲击型、中抗冲击型、抵抗冲击型和耐热型等。ABS为热塑性材料，密度为，抗拉强度，抗弯强度，拉伸弹性模量，弯曲弹性模量，收缩率为，常取。该材料综合性能好，即冲击强度高，尺寸稳定，易于成型，耐热和耐腐蚀性能也较好，并有较好的耐寒性。从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有120年的历史。塑料制品发展历史短，但发展速度惊人。2006年，中国塑料产量为2801.9万吨，比上年同期增长18.65%。现在塑料已成为在钢铁、木材、水泥之后的第四大工业基础材料。近年来无论在注塑理论和实践方面，还是在注塑工艺和成型设备方面都有较深的研究和进展。注塑时，首先遇到的是注塑的可成型性，这是衡量塑料能否快速和容易地成型出合乎质量要求的产品。并希望能在满足质量要求的前提下，以最短注塑周期进行高效率生产。目前，注塑成型技术是塑料加工中最常用的方法之一，可用来生产间几何形状非常复杂的塑料制件。近年来，各种注塑成型技术取得了显著的进步，其发展总趋势是不断满足高分子制品向高度集成化、高精密化、高产量等方面发展的要求，实现对制品材料的聚集态、相形态、组织形态等方面的控制，或实现对制品进行异质材料的复合，最大程度地发挥聚合物的特性，达到制品高性能的目的。深入研究塑料注塑成型技术与注塑成型设备，克服制品中的缺陷，对科技进步与人们高标准的生活要求有重要意义。 随着国民经济的发展，人们对塑料制品的需求日益提高，作为塑料制品成型加工中最为普遍的注塑成型工艺技术，在不断注入高新技术的基础上，今年来获得了长足的进步，塑料注塑制品已成为国民经济建设、国防建设和人们日常生活中不可短缺的用品，且对其需求程度越来越大。1.1 立项背景在我们的日常生活中，塑料端盖随处可见，如水箱端盖、轴承端盖、电机端盖、滤芯端盖、太阳能端盖等等这次毕业设计的塑件如图所示，外形小巧，结构不算复杂，有一个侧孔，方便人们日常生活，故设计生产此塑件的注塑模具有很大的现实意义。1.2设计主要技术条件及参数塑料成型工艺与模具设计是我们最主要的专业课之一，对理论知识的扎实掌握为本次设计打下了良好的基础。我们还学习了有关注塑模具设计的各种软件，如CAXA、proe、UG、moldflow、cimatron等。四年来的学习，我们已经掌握了足够的专业知识。为了更好的完成本次毕业设计，每位同学都有经验丰富的指导老师全程指导，同时学校实验室有各种设备和仪器可供我们参考，如注塑机、线切割机床等。学校图书馆有大量的资料可供我们参考。总之，在指导老师的细心指导下，在学院提供各种资源的环境下，我们根据所给塑件设计出结构合理的、适用的注塑模具。所给塑件的材料是ABS, ABS为热塑性材料，该材料综合性能好，即冲击强度高，尺寸稳定，易于成型，耐热和耐腐蚀性能也较好，并有较好的耐寒性。 其吸湿性强，塑件在成型前必须充分预热干燥，其含水量应小于。对于要求表面光泽的零件，塑料在成型前更应该进行长时间预热干燥。流动性中等，溢边值。塑料的加热温度对塑件的质量影响较大，温度过高易于分解（分解温度为250）。成型时宜采用较高的加热温度（模温5080）和较高的注射压力（柱塞式注射机：料温180230，注射压力；螺杆式注射机：料温160220，注射压力）。本毕业设计设计的产品为水管接头（如图1-1 ），水管接头的工作环境比较恶劣，设计时必须考虑到选材，尺寸等问题的重要性，首先根据零件图分析该水管接头的结构，要充分考虑其工作环境和工作方式。表1-1 ABS工艺参数 参数数值密度（g/cm3）1.031.07收缩率（%）预热温度/0.30.87090预热时间/h3料筒后段温度/160180料筒中段温度/180230料筒中段温度/210260模具温度/注射压力/MPa408070100第2章 总体设计思路及总体技术方案设计 由于我们所设计的模具是适用于大批量生产，要求有较高的生产效率，所以要采用多腔的设计思路。根据塑件本身的结构特点和一模多腔的设计思路，采用侧浇口（如果采用一个侧浇口进料方式，塑件出现严重的质量问题）。塑件上有一个侧孔，为了成型侧孔需要侧型芯，这就需要设计相应的侧抽芯机构。塑件壁厚基本均匀，但较薄，且高度方向上较高，你采用顶杆顶出，保证制件的成型质量和较小的生产周期。第3章 成型水箱端盖注塑模具设计3.1塑件结构工艺性分析 图 3-1 水箱端盖二维图图3-2 水箱端盖三维图塑件的二维图和三维图分别如图3-1和图3-2所示，由图可见塑件的内外形状基本为圆柱形，结构较为简单，塑件壁厚基本均匀，成型过程中各部分的收缩率不会相差很大。该塑件有一个侧孔，成型时需要有侧抽芯机构。3.2 塑件精度与公差确定塑料制品的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料性能及成型工艺的特点，过高的精度要求是不恰当的。本次设计中的塑件不是用在要求很高的场合，采用一般精度等级即可，材料为ABS塑料，精度等级为一般精度(4级精度)，制品要求外观表面光泽，无杂色，无收缩痕迹，查教材表3-14的各个尺寸的公差如下：塑件A类尺寸： mm mm塑件B类尺寸： mm mm mm mm3.3 塑件体积及质量计算3.3.1 单个塑件根据Pro/E三维软件模型分析功能，直接求得塑件的体积为：单个塑件：体积= 质量= 3.3.2 四个塑件和浇注系统凝料经估算，四个塑件和浇注系统凝料的总体积总质量3.4 初选注塑成型机的型号和规格从实际注射量应在额定注射量的20%80%之间考虑，初选额定注射量为160注射机，其型号为，主要技术参数如表3-3所示。 表3-3 SZ-60/40注射机的主要技术参数项目注射装置螺杆直径/mm40螺杆转速/（r/min）0220理论注射容量/160注射压力/MPa150注射速率/(g/s)105塑化能力/(kg/h)45锁模装置锁模力/kN200拉杆间距(HV)/(mmmm)345345模板行程/mm325模具最小厚度/mm200模具最大厚度/mm300定位孔直径/mm100定位孔深度/mm10喷嘴伸出量/mm20喷嘴球半径/mm15顶出行程/mm100顶出力/kN153.5 确定型腔数量及排列方式前面已经确定，本设计采用一模四腔，故型腔数量为4个。为了保证每个塑件的注塑条件是相同的，型腔的排列方式采用平衡式布置，其布置方式如图3-4所示 图3-4 型腔布置方式3.6 模具结构形式的确定该塑件有一个侧孔，成型时必须采用侧向外抽芯，采用组合式斜导柱抽芯机构，结构简单并且可以有利于节约优质钢材而且机械加工容易。可以适用的模具结构有两种，即单分型面注射模和双分型面注射模。方案一 单分型面注射模型腔（凹模）在定模上，主流道设在定模的一侧，分流道设在分型面上，开模后塑件连同流道内的凝料一起留在动模一侧；动模上设有顶出机构，用以顶出塑件和流道内的凝料。可能的浇口形式有：直接浇口、侧交口、扇形浇口、重叠式浇口和潜伏式浇口等。该类模具采用侧向斜导柱抽芯机构（斜导柱在定模，滑块在动模）。方案二 双分型面注射模 它从不同的分型面分别取出流道内的凝料和塑件，又称三板式注射模具。与单分型面注射模相比，三板式注射模具增加了一个可移动的中间板（又名浇口板）。中间板适用于采用点浇口进料的单型腔和多型腔模具。在开模时由于定距拉杆的限制，中间板与定模板作顶距离分开，以便取出这两块板之间流道内的凝料，利用推板或推杆将型芯上的塑件脱出，适合的浇口形式有：点浇口、直接浇口、侧浇口、扇形浇口、重叠式浇口等。该零件为水箱端盖，要求外表面光滑，无痕迹，可选用的浇口形式有侧浇口、点浇口和潜伏式浇口，其中潜伏式浇口去除浇口留下的痕迹可选在制品内侧，对制品的外观无任何影响，但浇口的制造较为复杂；点浇口去除浇口留下的痕迹在制品的外表面，对制品的外观有一定的影响，而且必须采用结构复杂的三板模；侧浇口制造最为简单，去除浇口留下的痕迹不会过多影响到制品的外观，该零件为大批量生产，要求模具简单，费用低廉。 综上，选择单分型面注射模，型腔布置采用平衡式布置，采用侧浇口，流道和浇口道在动模上，其形状均为半圆形。根据塑件的特点确定采用顶杆顶出的方式使塑件与模具分离。 3.7 注射模详细设计3.7.1 分型面位置的确定模具闭合式，型腔与型芯相接触的表面称之为分型面。分型面的总体选择选择原则是保证塑件质量、便于制品脱模、简化模具结构，分型面位置设置在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔。本塑件的分型面见图3-5: 3-5分型面位置3.7.2 确定浇注系统尺寸如图所示，浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料井四部分组成。其作用是使来自注射机喷嘴的塑料熔体稳定而顺利地流入并充满全部型腔，同时，在充模的过程中将注射压力传递到型腔的各个部位，以保证塑件的完整成型。3.7.2.1 主流道 上端直径d=注射机喷嘴尺寸+0.5mm=4.5mm，R=喷嘴球半径+1mm=16mm，下端直径D=8mm。3.7.2.2 分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道。在多模型腔中，一般均设置分流道，为了制造，本模具分流道为半圆形，只设在动模一侧，分流道宽度同主流道直径D=8mm，高度h=6mm。3.7.2.3 浇口 采用半圆形浇口，考虑给零件的使用场合及外观要求。浇口高可取最小壁厚T的1/32/3 h=1mm。浇口宽度b可取（510）h，浇口长度l可取（0.72.0）mm3.7.2.4 冷料穴 本模具采用倒锥形冷料穴，适用于全自动生产的模具，C=D=8mm，深度为 812mm。3.7.2.5 浇口套 根据注射机模板中心孔尺寸，浇口套公称直径为mm。 3.7.3 成型零件的尺寸计算3.7.3.1型腔径向尺寸的计算：式中，x是工作尺寸的制造与使用修正系数。塑件尺寸很大、精度很低时，可忽略不计，x=1/2；塑件尺寸较小、精度较高时，=/3，x=3/4，故x的取值范围为1/23/4。这里x取2/3。3.7.3.2 型腔高度尺寸的计算：3.7.3.3型芯径向尺寸的计算3.7.3.4型芯高度尺寸的计算3.8.4 合模导向及定位机构的设计合模导向及定位机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。导向机构的主要作用有：定位、导向和承受一定侧压力。定位作用：为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向作用。动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而坏零件。为了便于加工导柱导套，获得较好的技术经济效益使用有肩导柱，导柱设在动模一侧。由于模具是对称的，所以导柱对称布置。3.8.4.1 导柱的设计（1）长度及尺寸 导柱的长度必须比凸模端面要高出812mm，以避免出现导柱未导正方向而凸模先进入型腔与其相碰而损坏。标准中导柱的直径规定为1263mm，本设计中选标准导柱20mm。（2）形状 导柱的端部做成锥形或球形的先导部分，使导柱能顺利进入导柱孔。（3）材料 导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢渗碳处理并淬火，经淬火处理硬度5055HRC，导柱固定部分表面粗糙度Ra 为0.8m，导向部分表面粗糙度Ra 为0.80.4m。（4）数量及布置 导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心到模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度（导柱中心到模具边缘距离为导柱直径的11.5 倍）。（5）配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6的过渡配合；导柱的导向部分通常采用H7/f7 的间隙配合。本设计中导柱采用标准件，根据QJ842866-84 选用带头导柱。材料选用T8A，淬火低温回火HRC55。如图3.8.4.2导套的设计(1) 分类 导套有直导套和带头导套，直导套结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫板的场合；带头导套结构较复杂，用于精度较高的场合，导套的固定孔便于与导柱的固定孔同时加工。也可以直接在模板上开设导向孔，而不用独立的导套，这种形式的孔加工简单，适用于生产批量小，精度要求不高的模具。(2) 形状 为了使导柱进入导套比较顺利，在导套的前端倒圆角，导柱孔最好打通，否则导柱进入未打通的导柱孔时，孔内空气无法逸出而产生压力，给导柱的进入造成阻力。(3) 材料 可用淬火铜或铜等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱硬度，这样可以改善磨擦，以防止导柱或导套拉毛。导套的选择应根据模板的厚度来确定，材料为20钢渗碳0.50.8mm厚，淬硬到HRC5660。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8m。本设计导套采用标准件，根据QJ842866-84选用带头导套，装在定模板上，其材料选用T10A，淬火低温回火HRC60。如图3.8.5 确定型腔、型芯的结构和固定方式3.8.5.1 型腔、型芯的结构设计为了便于热处理和节约优质模具钢，型芯整体采用镶块式。3.8.5.2固定方式型芯采用台阶式固定方式固定3.8.6确定顶出机构顶出机构的结构因塑件的脱模要求的不同而有所变化，但对顶出机构所应达到的基本要求是一致的：使塑件在顶出过程中不会损坏变形；保证塑件在开模的过程中留在设置有顶出机构的动模内；若塑件需要留在定模内，则要在定模上设有顶出机构。其中，一次顶出机构3.8.6.1 推杆的数量及结构形式根据推杆布置的许可空间，每个制品设有3根推杆，共有12根；推杆头部直径为4.5mm，尾部直径为8mm3.8.6.2 复位装置设计顶出机构在完成塑件顶出动作后，为进行下一步循环必须回到其初始位置。常用的复位机构有弹簧复位机构和复位杆复位机构，由于弹簧复位机构不可靠，所以在此选用复位杆复位机构3.8.6.3 斜导柱直径及长度斜导柱材料选用T8A，淬火硬度HRC5055。塑件对斜导柱的影响：单位面积压力P=10Mpa 面积A=f=0.10.2 方案中f=0.1则压力F=PA=11800N 抽力=Ff=1180N 弯力P=/cos20=1256N直径斜导柱的长度 3.8.6.3 滑块的设计采用压板固定式，导滑槽采用T字形槽，设在动模固定板上，导滑槽与滑块之间采用H7/f7或H8/h8的间隙配合。3.8.7 排气机构的设计 因为该塑件较小，而且能够利用分型面及顶杆之间的缝隙排气，所以不必单独考虑排气方式。3.8.8 温度调节系统设计模具温度对收缩率的影响很大，要保持模具温度的恒定，温度过高易于分解（分解温度250。成型时要控制模温在5080根据塑件结构及模具结构，模具上模布置两条直通式冷却水道，冷却水道直径为8mm，具体布置方式请参见装配图。3.8.9 注射机有关参数的校核3.8.9.2最大注塑量的校核 注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是小于注塑机的最大注塑量的80%。所以选用的注塑机最大注塑量应满足：0.8 V机 V塑 式中 V机 注塑机的最大注塑量， 250 cm3 V塑塑件的体积及浇注系统凝料体积，该产品V塑77.45cm30.8V机 77.45cm3，故能满足要求。3.8.9.2注射压力的校核 塑件材料为ABS,所需注射为70-100MPa，而所选注射机压力为150MPa，所以注射压力符合要求。3.8.9.3 锁模力校核 公式： F锁qA式中 q熔融型料在型腔内的压力，取q=30Mpa A塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=6388 mm2 F锁注塑机的额定锁模力，为200kN。 F锁qA=30 Mpa6380 mm2 =191.64kN，故选定的注塑机满足要求。3.8.9.4 模具闭合高度校核 模具的闭合高度H =240mm又知： Hmin-注塑机允许最小模厚=200mmHmax-注塑机允许最大模厚=300mm HmaxHHmin，故满足要求。3.8.9.5 开模行程校核 注塑机的最大行程与模具厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式：SH1H2(510) S注塑机最大开模行程，为325mm; H1顶出距离，为13mm； H2包括浇注系统在内的塑件高度，91mm; SH1H2(510)=13+91+10=114mm，故能满足要求。结论 这次毕业设计中，我全面的利用了所学知识，把最基础的二维制图运用到塑料模具的整体设计，在这个过程中我巩固了以前所学的专业知识、熟练的掌握了各种应用软件，使自己的专业技能有了很大的提高。现在已经掌握了CAXA电子图板及塑料模具设计的整体过程在整个设计的过程中也遇到了一些问题，如第一次的设计方案考虑不够周全，适用性差，后经过老师指点及自己认真的考虑、仔细的分析，修改方案后得到了老师的认可。有时候作图不够认真谨慎，经过各位老师的细心指导和自己不懈的努力最终设计出了符合要求的、适用性强的模具。也正是这些问题使我认识到了自己对知识的掌握还不够，同时也促进了我的成长与进步，这次毕业设计让我受益匪浅。致 谢经过半年的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，在此，我要感谢每一个帮助过我的人。首先,我要感谢的是我的导师王敏老师。在整个设计过程中，王老师都细致耐心的指导我。当我遇到问题时，王老师都能很快做出准确的解答。我在外试工期间一直与王老师保持联系，由于试工能用来做毕业设计的时间少，王老师经常提醒我要充分利用时间、工作之余做做毕业设计，而且关于毕业设计学校有什么动态王老师都及时通知我，这令我深深感动，利用工作之余的时间我初步完成了装配图。回学校后开始全心全意进行毕业设计，一遇到问题就会及时与王老师沟通，不管问题是大是小，王老师在给其他班同学上课、指导其他年级课程设计的同时，还要准确高效的指导我们的毕业设计，王老师的敬业让我很佩服。从王老师身上得到的不仅是对毕业设计的指导，还让我看到了一种高尚的工作态度，这是值得我学习的，而且会让我受益终身。再次，我要感谢帮助过我的其他老师，如等老师。在设计过程中，我还请教过其他老师，每位老师都会细心的指导我，指出我设计中存在的不合理的地方并启发我找到合理的方案。这次毕业设计是在老师全面指导下完成的，里面融入了包括王老师在内的各位老师的孜孜教导，也融入了他们的大量心血。正因为各位老师在这段时间尽心尽责的指导帮助，我才能顺利完成这次设计，才能有如此大的提高，在此再次对各位老师表示由衷的感谢，并祝福他们桃李满天下！参考文献1罗河胜. 塑料材料手册. 广东: 广东科技出版社, 2006: 304.2付宏生,刘京华. 塑料制品与塑料模具设计. 北京: 化学工业出版社, 2007.7: 1.3张玉龙,张子钦. 塑料注射制品配方与加工实例. 北京: 国防工业出版社,