卷尺外壳的结构及其模具设计

课题名称：卷尺外壳的结构及其模具设计 目 录1 前言32 卷尺外壳的结构设计42.1 设计任务与要求42.2 结构设计43 塑件工艺分析103.1 分析塑件使用材料及成型特点103.2 分析塑件的结构工艺性 103.3 塑件精度的确定 104 型腔数目的确定114.1估算塑件的体积、质量和选择注射机 115 确定模具结构方案125.1 确定成型位置和分型面125.2 脱模机构的设计 125.3 浇注系统的设计 125.4 冷却系统的设计 135.5 选取模架 135.6 型芯、型腔 135.7 注射及开模过程 135.8 取出制件146 校核注射机有关工艺参数 156.1锁模力的校核 15 6.2模具厚度H与注射机闭合高度 157 设计小结 15致谢辞 16参考文献 161 前言塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，树脂可分为天然树脂和合成树脂，塑料大都采用合成树脂。塑料具有可塑性，密度小，质量轻，可以利用模具将其成型为具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。塑料工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展应运而生的，目前塑料制件几乎已经进入一切工业部门以及人民日常生活的各个领域。塑料工业又是一个飞速发展的工业领域。世界塑料工业从20世纪30年代前后开始研制到目前的塑料产品系列化，生产工艺自动化，连续化以及不断开拓功能塑料新领域，它经历了初创阶段（30年代以前）、发展阶段（30年代）、飞跃发展阶段（50至60年代）、稳定增长阶段（70年代至今）等这样几个阶段。塑料作为一种新的工程材料，其不断被开发与应用，加之成型工艺的不断成熟、完善与发展，极大地促进了塑料成型方法的研究与应用和塑料成型模具的开发与制造。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个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。随着机械工业（尤其是汽车，摩托车），电子工业，航空工业，仪器仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件的模具开发，设计与制造的水平也越来越高。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一，与切削加工相比，具有材料利用率高、耗能低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。塑料成型技术的发展趋势：（1） CAD/CAE/CAM技术的快速发展和推广应用随着科学技术的不断发展和进步，生产与加工自动化的观念也逐渐深入人心，生产与加工过程离不开产品的设计与开发。Pro/E是美国PTC公司推出的使用参数化的三维特征造型技术的大型CAD/CAE/CAM集成软件，现已成为CAD/CAE/CAM领域最具有代表性的软件。（2） 各种模具新材料的研制和使用模具材料的选用直接影响到模具的制造工艺、模具的使用寿命、塑件的成型质量和模具的加工成本。（3） 塑料制件的微型化、超大型化和精密化为了满足塑料制件在各种工业产品中的使用要求，塑料成型技术正朝着微型化、大型化和超大型化和精密化方向发展。（4） 模具的标准化目前，国内外已有许多标准化的注射模架形式可供设计者选用。由于需要大批量生产，为提高生产效率，降低成本，故采用模具成批注射生产。选用丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物（ABS）作为卷尺外壳的材料，浇注系统采用普通流道，进行一模四腔注射。本课题用Pro/E对卷尺外壳进行造型设计以及开模。共分4个部分，内容包括卷尺外壳的尺寸设计，塑件工艺分析，型腔数目的确定，模具结构方案的确定。2 卷尺外壳的结构设计2.1设计任务与要求塑件名称：卷尺上盖塑件材料：丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物（ABS）塑件产量：大批量工作要求：质量轻，外观要求光泽度好，手感舒适，耐腐蚀，化学稳定性好。设计目标：设计产品的外形结构如图21所示。图a是卷尺外壳的二维结构图；图b是卷尺外壳的三维结构图。 a）卷尺外壳二维结构图 b）卷尺外壳的三维结构图图21 设计的产品 2.2 结构设计进入零件模块，在名字编辑框中输入“pingguo”。单击对话框下部的按钮，进入三维实体建模环境。1 设置草绘平面并完成草绘剖面绘制。在草绘平面内绘制如图01所示的剖面图，完成后退出草绘模式。输入拉伸实体特征的拉伸深度“5”，最后生成的拉伸实体特征如图02所示。 图01草绘剖面 图02最后生成的基础实体特征 2 在实体特征上出壳。根据系统提示输入壳的厚度“1”。单击模型对话框上的按钮，生成壳特征后的实体特征如图03所示。 图03出壳后的实体特征 3 拉伸实体特征。用曲线在草绘平面内绘制可得到如图04所示的草绘剖面图，完成后退出草绘模式。根据系统的提示输入拉伸实体特征的拉伸深度“3”。在伸出项对话框中单击按钮，最后生成的拉伸实体特征如图05所示。 图04草绘剖面 图05最后生成的基础实体特征 4 拉伸实体特征。用曲线在草绘平面内绘制可得到如图06所示的草绘剖面图，完成后退出草绘模式。根据系统的提示输入拉伸实体特征的拉伸深度“2.5”。在伸出项对话框中单击按钮，最后生成的拉伸实体特征如图07所示。 图06草绘剖面 图07最后生成的基础实体特征5 在实体特征上加入倒圆角特征。（1）在实体菜单中选取倒圆角选项。（2）根据系统提示选取边线1和边线2为圆角特征的放置参照，然后选取完成选项根据系统提示输入圆角半径“0.2”。然后单击按钮，生成倒圆角特征如图08所示。6 倒圆角特征。根据系统提示输入圆角半径“0.3”。 生成倒圆角特征如图09所示。 图08生成的倒圆角特征 图09生成的倒圆角特征7 倒圆角特征。根据系统提示输入圆角半径“1.5”。 生成倒圆角特征如图10所示。 图10生成的倒圆角特征 8 创建扫描轨迹线。（1）在基本工具条上选取选项，选取一个草绘平面，进入草绘模式。（2）在草绘平面内绘制如图11所示的剖面图，完成后退出草绘模式。 图11草绘剖面9 创建轨迹线。在草绘平面内绘制如图12的剖面图，完成后退出草绘模式。 图12草绘剖面10 插基准点。 在基本工具条上选取选项。选取一个草绘平面，进入草绘模式。在草绘平面内绘制如图13所示的剖面图，完成后退出草绘模式。最后生成的特征如图14。 图13草绘剖面图14生成的曲线和点特征11 创建切剪扫描混合特征。在菜单管理器中依次选取零件/特征/创建/实体选项，在实体菜单中选取切剪材料，在实体选项菜单中选取高级选项，然后点完成。在高级特征选项菜单中选取扫描混合，点完成。在混合选项菜单中点完成。再点选取轨迹，在链菜单中选取依次选项，选取想要切剪扫描的轨迹，再点完成。在截面定向菜单中选取自动/完成。在确认选择菜单中点接受，旋转角度0度。截面1画一个点。截面2画直径0.2的圆，截面3画直径0.3的圆，截面4画直径0.4的圆，截面5画0.5的圆，截面6画直径0.5的圆。最后点确定。生成特征如图15。 图15生成的切剪扫描特征12 创建切剪扫描混合特征。依次把卷尺叶子切剪扫描出来。如图16所示。图16最后生成特征13 倒圆角特征。根据系统提示输入圆角半径“0.1”。 生成倒圆角特征后的实体特征如图17所示。图17生成的倒圆角特征14 切剪材料特征。选取偏距选项。选取TOP面。输入值“5”。然后选取偏距按钮，选择要偏距的轮廓，输入值：“-1“。选取正向，盲孔：“0.2”最后按。15 切剪材料特征。用圆弧在草绘平面内绘制可得到如图18所示的草绘剖面图，输入拉伸实体特征的拉伸深度“2”。单击按钮，最后生成的拉伸实体特征如图19所示。 图18草绘剖面 图19最后生成的基础实体特征16 拉伸实体特征。用圆弧在草绘平面内绘制可得到如图20所示的草绘剖面图，输入拉伸实体特征的拉伸深度“7.5”。最后生成的拉伸实体特征如图21所示。 图20草绘剖面 图21最后生成的基础实体特征17 切剪材料特征。用直线在TOP平面内绘制可得到如图22所示的草绘剖面图，输入拉伸深度为穿过所有。单击按钮，最后生成的拉伸实体特征如图23所示。 图22草绘剖面 图23最后生成的基础实体特征18 拉伸实体特征。用直线在草绘平面内绘制可得到如图24所示的草绘剖面图，输入拉伸深度“3”。在伸出项对话框中单击按钮，最后生成的拉伸实体特征如图25所示。 图24草绘剖面 图25最后生成的基础实体特征19 拉伸实体特征。用直线在草绘平面内绘制可得到如图26所示的草绘剖面图，输入拉伸深度“3”。在伸出项对话框中单击按钮，最后生成的拉伸实体特征如图27所示。 图26草绘剖面 图27最后生成的基础实体特征20 拉伸实体特征。用圆在草绘平面内绘制直径为“1”的圆，输入拉伸深度“6”。在伸出项对话框中单击按钮，最后生成的拉伸实体特征如图28所示。 图28最后生成的基础实体特征21 至此，卷尺外壳上盖的结构设计完毕。如图29a、b所示 a卷尺外壳上盖正面 b卷尺外壳上盖反面22 卷尺外壳下盖的结构设计结果如图30所示23 设计的卷尺外壳上盖和下盖整体组装图如图31所示。 图30为卷尺外壳下盖 图31为卷尺外壳上下盖组装图3 塑件工艺分析3.1 分析塑件使用材料及成型特点使用材料：ABS材料是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。具有耐腐蚀及表面硬度，坚韧且有良好的加工性和染色性能。无毒无味。（ABS）的容重r=1.04 g/cm3.成型特点：ABS在升温时黏度增高，所以成型压力较高，ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理； ABS易产生熔接痕。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，模具温度可控制在6080，材料收缩率为0.6%。3.2 分析塑件的结构工艺性此产品是整体机构的简单小型塑件，外观要求光泽度好，手感舒适，尺寸要求并不高。3.3 塑件精度的确定塑件尺寸公差（SJ1372），选择公差等级8级。4 型腔数目的确定4.1 根据塑件的形状估算体积和质量采用相似取植法来计算：VS=VaVb=R2Hr2h=1.745 cm3H=5mm h=4mm R=20mm r=19mm取塑件体积为：VS=1.8 cm3 塑件体重为： Gs=VSr =1.81.04=1.872g 式中r为塑料容重（PC的容重r=1.04g/cm3）主流道体积和冷料穴的体积： V1= 1/3（8/2）2（5/2）280 =0.816 cm3分流道体积： V2=（5/2）2204/2 =0.785cm3浇口体积：V3=（1.0/2）21.0 =0.000785 cm3注射机额定注射量GB，每次注射量不超过最大注射量的80%即 n=(0.8GBGj)/GS 式中： n型腔数 Gj浇注系统重量（g） GS塑件重量（g） GB注射机额定注射量（g）浇注系统的体积：Vj=0.816+0.785+0.000785=1.6 cm3 Gj =1.61.04=1.67g n=(0.8GBGj)/GSGB（nGS+Gj）/0.8 设n=4 =(41.872+1.67)/0.8 =11.45g 理论注射量为：11.45/1.04=11 cm3 根据结果选：SZ60/450型注射机。5 确定模具结构方案5.1 确定成型位置和分型面由于塑件外观完整，并没有其他结构，考虑塑件的外观质量，按分型面选择塑件外形最大的轮廓原则，同时考虑分型面有利于塑件顺利脱模的原则。将分型面取在塑件下端最大平面处。装配图如图32所示。图32卷尺外壳的模具装配图注：A-A（主分型面），B-B（副分型面）5.2 脱模机构的设计当从分型面AA开模时，在弹簧和拉料杆的作用下，将塑件留在动模一侧。当开模到一定的距离后；BB分开，在推杆的作用下将塑件顶出型芯，塑件脱离模具，推杆采用复位杆复位。5.3 浇注系统的设计用点浇口从零件上表面进料，因为是一模四腔，所以要设置分流道。用点浇口可实现脱模时，浇注系统凝料能与塑件自动分离，可从模具中自动推出。5.3.1主流道的设计在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成截面为圆形，整体为圆锥型，其锥角为26 。小端直径d取值为5mm, 由于小端的前面是球面，其深度为1-5mm,取值为2mm。注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大1-2mm,取R=21mm.浇口套设计成整体式，与模板间的配合采用H7/m6的过渡配合。5.3.2分流道设计分流道开设在定模板一侧，其截面形状采用半圆形， 直径d=5mm，长度取值为mm。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体的流动状态比较理想。因此，分流道表面粗糙度要要求不能太低，一般Ra取1.6um,可增加对外层塑料熔体的流动能力，使外层塑料的冷却皮层固定，形成绝热层。因型腔矩形状分布，则分流道一般用“非”字状布置，即平衡式。5.3.3浇口的设计采用点浇口形式，这种浇口截面尺寸很小。由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热。流动性增加，有利于型腔的充填。根据经验值，对中小型塑件，点浇口的尺寸为d=0.51.5mm,取d=1.0mm。浇口的长度L=0.52.0mm,取L=1mm。5.4 冷却系统的设计考虑由于ABS成型时要求模温在60-80，再加上塑件精度不高，故不设置加热系统，只在定模型腔板上设置四个冷却水孔。5.5选取模架通过对定模型腔的侧壁厚和板厚的尺寸计算，选取国标模架A2-315315-16-F1。其导柱等标准件皆从模架中选取5.6 型芯、型腔设计的型芯和型腔模具结构图如图33所示。其中a）图为型芯；b）图是型腔。a）型芯 b） 型腔图33 模具的型芯和型腔结构图5.7 注射及开模过程当凸模与凹模合并时，熔融的塑料在螺杆的作用下输送至喷嘴附近，堆积到一定量后在螺杆的作用下将熔料通过喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中，保压一定时间，熔融塑料冷却固化，开合模机构将模具打开。如图34所示。图34为模具开模过程5.8 取出制件在推出机构的作用下将制件顶出。如图35所示。 图35注射成型的制件6 校核注射机有关工艺参数6.1 锁模力的校核 FZ=P(n A +A1)FP =40(4202+4100) =216.96 KN FP=450 KN式中：FP注射机额定锁模力，按国标SZ-60/450型注射机额定锁模力为450KN A塑件在分型面上的投影面积（mm2） A1浇注系统在分型面上的投影面积（mm2） P注射压力6.2 模具厚度H与注射机闭合高度双分型面注射模，其开模行程按下式校核， SH1+H2+a+(510) 式中 S注射机行程 H1脱模距离 H2塑件高度a浇注系统高度则：H1+H2+a+(510)=10+5+80+10=105220 能够满足要求。7 设计小结此次毕业设计是从模型设计到模具的设计，形成了一条连续的脉络。本课题对卷尺外壳进行结构设计，并对制造该外壳的塑料模进行工艺分析及模具设计。首先采用Pro/E软件进行三维造型，再通过分型面分出模具型芯和型腔。此套卷尺外壳塑料模具实现了机械操作半自动化，实现了