透明圆珠笔筒注射模具设计与制造工艺(全套图纸)

设计〔论文〕题目诱明圆珠笔筒模具设计与制造工艺学院：机电工程学院学生姓名：专业班级：模具设计与制造学号：指导教师：2014年5月17日TOC\o"1-5"\h\z摘要1...Abstract2..1概论3..2塑件的设计4..塑料的材料选择4.透明塑料的工艺特性4.透明塑料的注塑成型工艺4结构分析5..工艺性分析5..精度等级5..3注射成型模具的设计.6.确定型腔数目6.型芯、型腔工作部位尺寸确实定于计算6确定分型面位置7..确定浇口形式及位置7..型腔位置的排布8.初步设计主流道及分流道形状和尺寸84标准模架的选用9.型腔强度和刚度的计算9.初选注射机10注射量1.0注射压力10锁模力1.0选择注射机型号1.0主流道衬套形式1.1模架的选择11模仁尺寸确实定12凹凸模版尺寸确实定1.25合模导向机构的设计1.3定义1.3合模导向机构的总体设计1.36抽芯系统的设计14定义1.4.侧抽芯的组成.14影响侧抽芯胶力的因素1.5侧抽芯脱模力〔抽拔力〕确实定15抽芯距离确实定1.5侧抽芯机构的分类1.67推出机构的设计16推出机构1.6顶出机构的设计1.68温度调节系统的设计1.8

定义1.8温度调节对塑件质量的影响18对温度调节系统的要求19冷却系统设计.199排气系统的设计20结论21.参考文献22本说明书是透明圆珠笔筒注射模设计的详细设计过程,包括分析,说明,与计算过程.说明书由九章节组成,主要阐述了此模具设计的全过程.对模具的浇注系统、模具的成型局部的结构、顶出系统、冷却系统、注射机的选择及有关参数的校核,都有详细的设计说明.本次毕业设计课题来源于生活,应用广泛,成型难度较大,模具结构较为简单.它能增强对塑料模具成型原理的理解,同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力.此次设计以透明圆珠笔筒注射模具设计为主线,综合了成型工艺分析,模具结构设计,最后到模具零件的加工方法,模具总的装配等一系列模具生产的所有过程.能很好的学习致用的效果.在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤,模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件.把以前学过的根底课程融汇到综合应用本次设计当中来,所谓学以致用.在设计中除使用传统方法外,同时引用了CADUG画图技术,使用Office软件排版说明书,力求到达减小劳动强度,提升工作效率的目的.【关键词】塑料材料；塑料成型；参数；透明圆珠笔；有机玻璃;ugAbstractThismanualistransparentYuanZhupencontainerinjectionmoulddesigndetaileddesignprocess,includinganalysis,illustration,andcalculationprocess.Manualcomposedbyninechapters,mainlyexpoundsthedesignprocessofthemold.Toolinggatingsystem,dieformingpartofthestructure,ejectionsystem,coolingsystem,injectionmachineselectionandchecktherelatedparameters,therearedetaileddesigndescriptions.Thegraduationdesigntaskoriginatesfromlifeandwideapplication,formingdifficultybigger,diestructureissimple.Itcanstrengthentheprincipleofplasticmolds,whileexercisingtheunderstandingofplasticmoldingdesignandmanufacturingcapabilities.ThisdesigninatransparentYuanZhupencontainerinjectionmoulddesignasthemainline,integratedmoldingprocessanalysis,themouldstructuredesign,finallytomouldpartsprocessingmethods,mouldgeneralassemblyandsoonaseriesofmoldproductionofallprocess.Canbeaverygoodlearningtooleffect.Themouldindesignandsummarizesthegeneralmethodofpreviousmoulddesign,molddesign,thestepsoftheincommonuseintheformula,data,diestructureandparts.Puthadlearnedbasiccoursetointegratedapplicationofthisdesigngrad,so-calledamongknowledge.Indesigninadditiontotraditionalmethods,andusethequotedtheCAD,UGdrawingtechnology,usingOfficesoftwarepublishingmanuals,strivetoachievethereducelaborintensity,improveworkefficiencypurpose.Keywords:Plasticmaterials;Plasticmolding;parameters;Transparentballpointpen；Organicglass;ug1概论模具是工业生产的重要工艺装备,它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品.模具成型已成为当代工业生产的重要手段,成为多种成型工艺中最具潜力的开展方向.尤其是塑料模具,在所有模具的总产量中所占的比例越来越大,对经济的开展起着十分重要的作用.如今,塑料模具越来越多地被使用,其原因有两点：首先随着数控加工中央的不断改良和开展使形状复杂的塑料模具被广泛应用成为可能；其次,随着塑料品种的不断丰富,塑料性能的不断改良,及塑料的应用场合越来越多也使塑料模具被广泛的应用.随着模具设计与制造技术的迅猛开展,塑料成型模具将趋向于高效率、自动化、大型、精密、长寿命的方向开展.本设计的主旨是通过设计透明圆珠笔筒模具来阐述塑料模具的设计过程.本次设计的题目是“透明圆珠笔筒模具设计〞,其内容为：1〕学会观察制品,判断制件是否符合塑料件的成形条件,还特别要留意制件影响开模的细部特征；2〕研究制件的排位方式和进浇方式,画草图确定模具的整体结构,保证结构能循环工作,稳定可靠；3〕在深入研究制件的根底上确定开模的分型面；4〕用UG根据上步的结果把模具核心的局部,凸凹模分割出来；5〕进一步完善凸凹模和各细微结构；6〕利用UG导出透明笔筒的产品二维图和模仁图；7〕在通过计算调用CAD^适合的模架完成模架设计绘制各组件出工程图；8〕利用CADI成整套模具的设计.2塑件的设计塑料的材料选择通用塑料如聚丙烯PP,聚乙烯PEE,聚氯乙烯PVCM有应用范围广、加工性能良好,价格低廉的优点,但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不选用,而本产品是透明的圆珠笔,所以本次塑料设计材料为有机玻璃.有机玻璃有机玻璃是一种通俗的名称,从这个名称看,你未必能知道它是一种什么样的物质,也无从知道它是由什么元素组成的.这种高分子透明材料的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯,英文简称PMMA是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的.PMM是以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯,相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料,其中以聚甲基丙烯酯甲酯应用最广泛.聚甲基丙烯酸甲酯缩写代号为PMMA俗称有机玻璃,是迄今为止合成透明材料中质最优异.透明塑料的工艺特性PMMA勺工艺特性PMMA占度大,流动性稍差,因此必须高料温、高注射压力注塑才行,其中注射温度的影响大于注射压力,但注射压力提升,有利于改善产品的收缩率.注射温度范围较宽,熔温度为160C,而分解温度达270C,因此料温调节范围宽,工艺性较好.故改善流动性,可从注射温度着手.冲击性差,耐磨性不好,易划花,易脆裂,故应提升模温,改善冷凝过程,去克服这些缺陷.透明塑料的注塑成型工艺透明塑料注塑成型工艺参数表2-1:塑料名称PMMA温度〔C〕180-200压力〔mpa190-210转速(rpm)200-230射咀180-200均化段40-90压缩段]70-150加料段40-60模具200-300注射14.5-40保压20-40表2-1

透明塑料性能比拟表2-2材料PMMA密度1.18抗拉强度75缺口冲击200透明度92艾形温度95允许含水量0.04收缩率0.5耐磨性差抗化学性良表2-2透明塑料的枯燥工艺表2-3:材料PMMA枯燥温度70-80枯燥时间(h)2-4料层厚度(mm)30-40表2-3塑料结构与工艺分析结构分析塑件为透明圆珠笔筒,外表粗糙度要求高.工艺性分析该塑件尺寸小,一般精度等级,采用一模两腔,并要对制品进行后加工.为方便加工和热处理,型腔与型芯局部采用拼镶结构.采用侧浇口进浇方式.精度等级采用6级精度.塑件结构如图2-1图2-1透明圆珠笔筒(用UG设计完成的制品图)3注射成型模具的设计确定型腔数目注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目确实定时主要考虑以下几个有关因素：(1)塑件的尺寸精度；(2)模具制造本钱；(3)注塑成型的生产效益；(4)模具制造难度；根据塑件生产批量及尺寸精度要求为提升生产效率采用一模二腔.根据塑件三维造型图经UG软件测量计算可得到.塑件体积Vs=1360.445506045mmA3=1.36cm3.查表6-1塑料PMM的密度为1.18kg/cm3,那么塑件重量：Ms=1.36X1.18=1.60kg型芯、型腔工作部位尺寸确实定于计算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸.凹、凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度.成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法,即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便,但不适合精密塑件的模具设计,后一种复杂,但能较好的保证尺寸精度.本设计采用平均值法.确定分型面位置分型面的选择原那么一般为：(1)便于塑件脱模；(2)在开模时尽量使塑件留在动模；(3)外观不能遭到破坏；(4)有利于排气和模具的加工制造；(5)要有利于排气；(6)保证侧向型芯的放置容易及抽芯机构的动作顺利;(7)有利于加工.本设计的分型面,如图3-1图3-1透明圆珠笔分行面示意图确定浇口形式及位置浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道,它是浇注系统的关键局部,浇口的形状,数量,尺寸和位置对塑件的质量影响很大,浇口的主要作用有两个,一是塑料熔体流经的通道,二是浇口的适时凝固可限制保压时间,同时还起着封闭型腔预防塑料溶体倒流,并便于浇口凝料与塑件别离的作用.浇口的类型有很多,有点浇口,侧浇口,直接浇口,潜伏式浇口等,各浇口的应用和尺寸按塑件的形状,尺寸和外表质量要求而定.适合PMMA勺浇口有：直接浇口、侧浇口、点浇口、潜伏浇口、盘形浇口这几种.为了不影响塑件外表质量,简化模具结构,提升成型效率,确定采用侧浇口.如图3-2图3-2透明圆珠笔进胶品示意图侧浇口又称为边缘浇口,国外称为标准浇口.侧浇口一般开设在分型面上,塑料溶体于型腔的侧面充模,其截面形状多为矩形狭缝,调节截面的厚度和宽度,可以调节溶体充模时的剪切速率及浇口封闭时间.这种浇口加工容易,修整方便,并且可以根据塑件的形状特征灵活的选择进料位置,因此它是广泛使用的一种浇口形式.型腔位置的排布该制件模具结构采用一模两腔的结构形式,那么浇注系统的设计应尽量采用从主流到到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸不相同(即对称平衡式布置)型腔布置形式,如下图图形3-3图形3-3产品图的排位初步设计主流道及分流道形状和尺寸(1)主流道主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道,通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,有一定的锥度,目的是便于冷料的脱模,同时也改善料流的速度,由于要和注塑机相配,所以其尺寸与注塑机有关.主要参数：锥角不二3:内外表粗糙度Ra=0.63“m；小端直径D=d+(0.5-1),半径R2=R1+(1~2)mm材料T8A;由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞,所以主流道局部常设计成可拆卸的主流道浇口衬套形式(俗称浇口套、唧咀),以便选用优质的钢材单独加工和热处理.(2)分流道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.该制件采用PMM流动性较好,但主流道尺寸较长,为减少流道内的压力损失,因此分流道截面设计成圆形截面,圆形截面热量损失与压力损失均不大,为常用形式,根据经验分流道直径d取4mm(3)冷料穴冷料穴一般位于主流道对面的动模板上,或处于分流道末端,其作用是存放料流前端的冷料,预防冷料进入型腔而形成冷接缝,止匕外,开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出,冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径,长度约为主流道大端直径.主流道图如3-44标准模架的选用型腔强度和刚度的计算为了方便加工和节省材料,型腔采取镶拼结构,因此,型腔的强度和刚度按型腔为镶拼结构计算.由于型腔壁厚计算比拟麻烦,也可参考经验推荐数据.初选注射机一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机.中等型号的占大局部,小型和大型的只占一小局部.所以我们不必过多的考虑注射机型号.这里由公称注塑量选定注射机.注射量由UG造型可查得塑件的总体积V;流道的体积Vl=TtR2L+冗RL+冗RL应满足注射量网出彳^/0.8式中V机一一额定注射量〔cm3V塑件一一塑件与浇注系统凝料的体积和〔cm3V塑件/0.8=2.762/0.8cm3=3.45cm3注射压力P注=P成型查设计指导表6-5可知PMM感型时的注射压力P成型=100--200Mpa锁模力P锁模力pF式中p机一塑料成型时型腔压力,PMMA型腔压力p=30MpaF机一浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和〔mr2j〕,由计算的投影面积F=7974.570967025〔m冷pF=240KN选择注射机型号根据以上分析、计算、查①P107表4-1初选注射机型号为：XS-ZY-125;注射机XS-ZY-125有关技术参数如下：

工程r.4型号—XS--ZY125额定注射量cm3125注射压力Mpa120注射行程mm115注射时间s1.6注射方■式螺杆式合模力KN900最大成型面积CM320最大开(合)模行程mm300模具最大厚度mm300模具最小厚度mm200机器外形尺寸mm3340X750X1550喷嘴圆弧半径mm12喷嘴孔直径mm4主流道衬套形式主流道衬套形式具结构尺寸参考下表4-2所示:符号名称尺寸结果d主流道小端直径注射机喷嘴直径+(0.5~1)=Xmmd=3.5mmSR主流道球面半径喷嘴球面半径+(1~2)=X+1=XmmSR=16mmh球面配合高度3~5mm取3mmh=3mma主流道锥角2〜6°取2a=2L主流道长度L=86mmD主流道大端直径d+2揄/2M9mmD=6mm表4-2其固定方式采用螺钉固定.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开展,现在在全国的局部地区形成了自己的标准,本设计采用龙记标准模架CI-1525-A60-B50-C60..如图4-3所示

模仁尺寸确实定由于采用的是整体式凹模和整体式凸模,所以模仁的大小可以任意制定,模仁所承受的力最终是传递到凸、凹模上,从节约材料和见效模具尺寸出发,模仁的值取的越小越好,但实际中由于要考虑冷却因素,又由于经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高,所以为了给冷却系统留有足够的空间,本设计取模仁84x168x25mm,84x168x25mm凹凸模版尺寸确实定由于各快模板的厚度已经标准化,所需要的只是选择适宜的,这里有两个尺寸需要注意：(1)凸凹模板的厚度：这两快板除要有足够的强度外还要考虑留有一定空间给冷却水路.(2)垫块的高度：在分模时塑件一般是黏结在型芯上,需要推出机构推出一定的距离才能脱离型芯,该塑件高为118mms结在型芯上白^尺寸高度为0mm所以推出距离要大于118mm根据以上的分析、查表、计算,可确定模架的结构和尺寸,本设计选龙记模架(LKM型号规格为：CI-1525-A60-B50-C60.模具装配图图4-4一一喈图4-4透明圆珠笔模具装配图示意图5合模与向机构的设计定义为了保证注塑模准确合模和开模,在注塑模中必须设有导向机构.导向机构主要起定位、导向以及承受一定侧当采用标准模架时,因模架本身带有导向装置,一般情况下,只要根据模架规格选用即可.假设需采用精密导向定位装置,那么需根据模具结构进行具体设计.合模导向机构的总体设计(1)导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位,其中央至模具边缘应有足够的距离,以保证模具的强度,预防压入导柱和导套后变形.(2)该模具采用4根导柱,其布置由标准模架决定.(3)该模具导柱安装在支承板上,导套安装在定模板上.(4)为了保证分型面很好的接触,导柱和导套在分型面处应制有承屑槽,即可削去一个面或在导套的孔口倒角,该模具采用后者.

(5)在合模时,应保证导向零件首先接触,预防凸模先进入型腔,导致模具损坏动定模板采用合并加工时,可保证同轴度要求.6抽芯系统的设计定义当产品侧面(不与开模方向垂直的面)带有凹坑、凸坑行结构时,产品注塑成型后,成型产品凹坑、凸坑的零件会阻碍产品从模具内顶出,为此,在顶出产品前必须将成型凹坑、凸坑的零件先行退出,这一动作叫抽芯,完成侧抽芯的抽出和复位动作的装置叫侧抽芯机构.侧抽芯的组成滑块、侧型芯、驱动装置：导柱、弯销、T形块、油缸等.定位装置压紧装置导向装置.如图6-1所示影响侧抽芯胶力的因素影响侧抽芯胶力的因素如下：(1)塑为和特性,包括缩水率的大小、材质软硬、自润滑性的好坏等因素；(2)塑件成型局部的包容面积及断面形状,面积大胶模力大,形状越复杂脱模力就越大(圆形为最小)；(3)塑件的壁厚,厚度越大收缩就越大,包紧力就越大,脱模力就越大；(4)型芯的脱模斜度及外表粗糙度；(5)塑件侧面抽芯型芯的数量多少,型芯越多,脱模力越大；(6)成型工艺的影响,压力低,冷却时间少,收缩水,脱模力小.侧抽芯脱模力(抽拔力)确实定侧抽芯脱模力确实定公式：F=LHP(Ucosa-sina)式中L----侧抽芯被包紧的断面周长(mmH----侧抽芯被包紧的深度(mmP----单位面积包紧力,一般取8-12Pa/mmA2;a----脱模斜度(o);U----摩擦系数,取0.15-0.20.抽芯距离确实定(1)侧孔的抽芯距,侧抽芯从成型位置侧抽芯至不阻碍塑件顶出的位置时,侧抽芯所移动的抽芯距(S)抽芯距(S)二侧孔深(S1)+平安余量(2-3)(2)圆形骨架的抽芯距,两瓣对合形式如图8.3所示(注塑模具设计方法与经验第83页)由图8.3可知：OA=ROB=R1R=D/2;R1=D"2根据直角三角形边长计算公式得出S1=AB=R1A2+R2A2抽芯距：S=S1平安余量〔2-3〕多瓣(N)对合式抽芯距,如图8.4所示.由图8.4可知：a=180o/n;S1=AC=BD,OA=R;OC=R1;R=D/2;R1=D1/2在AOAEfr,OB=OA.cosa=R.cosa;AB=OA.sina=r.sina;在AOCLfr:CD=AB=R.sina;OD=OCA2-CDA2=R1A2-(R.sina)A2S1=BD=OD-OB=R1A-(R.sina)A2-r.cosa;S=S1平安余量(2-3)mm侧抽芯机构的分类1〕手动侧抽芯机构：依靠人工完成侧抽芯的动作；2〕机动侧抽芯机构：开模时,依靠依靠注塑机的开模动作完成侧抽芯,如斜导柱抽芯、弯销抽芯等.3〕液压或气动侧抽芯机构：它是依靠液压系统或气动装置完成侧抽芯动作.7推出机构的设计推由机构由于设置推杆位置的自由度大,因而推杆推出机构是最常用的推出机构.推杆的截面形状设计为圆形,较容易到达推杆和模板或型芯上推杆孔的配合精度,另外圆形推杆还具有减少运动阻力,预防卡死现象等优点,损坏后还便于更换,且要均匀布置.按顶出形式不同可分为：顶针顶出,司筒顶出,顶块顶出,直顶〔斜顶〕顶出,推板顶出,强制顶出等几种形式；按模具结构不同可分为：一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、复合顶出.顶由机构的设计设计原那么(1)应保持产品外观整洁美观,为预防顶出痕迹影响产品外观,顶出装置应设在产品的隐蔽面或非装饰外表.对于透明产品尤其要注意顶出位置及顶出形状的选择；(2)应预防产品顶出变形,为了预防产品顶出变形,顶出受力点应尽量均匀分布,尽量设在难于脱模和刚性好的部位处,如壁厚、骨位筋部、柱位处等；(3)应保证顶出机构运动平稳、顺畅、灵活可靠,为保证顶出机构运动平稳、顺畅、灵活可靠,顶出零件应有足够的强度和耐磨性,设计时应注意和其他机构的干预,在非封胶部位应尽量设计避空；(4)应考虑顶出机构的本钱和加工性,为了便于加工,便于维修,节约本钱,应尽量采用标准件的顶出形式.而本次设计是采用直顶顶出的方式,如图7-1(a)、7-1(b)图7-1(a)

图7图7-1(b)8温度调节系统的设计8.1定义在注塑成型过程中,模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率.由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同,模具的温度要求也不同.普通的模具通入常温的水进行冷却,通过调节水的流量就可以调节模具的温度,为了缩短成型周期,还可以把常温的水降低温度后再通入模内,可以提升成型效率.对于高熔点,流动性差的塑料,流动距离长的制件,为了预防填充缺乏,有时也在水管中通入温水把模具加热.PS推荐的成型温度为170-28OC,模具温度为20~70C.温度调节对塑件质量的影响(1)采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率；(2)模温均匀,冷却时间短,注射速度快可以减少塑件的变形;(3)提升模温可大大改善塑件的外表质量.设计时要根据材料特性和使用要求偏重温度对塑件质量的影设计时要根据材料特性和使用要求偏重对温度调节系统的要求(1)根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式；(2)希望模温均一,塑件各部同时冷却,以提升生产率和提升塑件质量;(3)采用低的模温,快速,大流量通水冷却效果一般比拟好；(4)温度调节系统应尽可能做到结构简单,加工容易,本钱低廉；从成型温度和使用要求看,需要对该模具进行冷却,以提升生产率.冷却系统设计设计原那么：(1)尽量保证塑件收缩均匀,维持模具的热平衡；(2)冷却水孔的数量越多,孔径越大,那么对塑件的冷却效果越好；(3)浇口处增强冷却,冷却水从浇口处进入最正确；(4)应降低进水和出水的温差,进出水温差一般不超过5C；(5)冷却水的开设方向以不影响操作为好,对于矩形模具,通常沿宽度方向开设水孔；(6)预防与模具的其他机构发生干预.由于冷却水道的位置、结构形式、孔径、外表状态、水的流速、模具材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递,精确计算较困难,时间生产中通常都是根据模具的结构确定冷却水路,通过调节水温,流速来满足要求.受模具结构的限制,冷却水路布置如图8-1所示图8-1透明圆珠笔的水路示意图9排气系统的设计在塑料熔体填充注射模腔过程中,模腔内除了原有的空气外,还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽,塑料局局部解产生的低分子挥发气体,塑料助剂挥发(或化学反响)所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔,将在制件上形成气孔,接缝,外表轮廓不清,不能完全充满型腔,同时,还会由于气体被压缩而产生的高温灼伤制件,使之产生焦痕,色泽不佳等缺陷.模具的排气可以利用排气槽排气,分型面排气,利用型芯,推杆,镶件等的间隙排气.模具的排气可以利用排气槽排气,分型面排气,利用型