薄壁PE桶氣動(dòng)脫模的注射模具設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】
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模具與設(shè)計(jì)制造項(xiàng)目
設(shè)計(jì)說(shuō)明書
題目：薄壁PE桶氣動(dòng)脫模的注射模具設(shè)計(jì)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
成 績(jī)
2006年 1月 25 日
目錄
封面……………………………………………………………1
目錄……………………………………………………………2
（一） 設(shè)計(jì)指導(dǎo)…………………………………………….4
（二）進(jìn)度表………………………………………………..5
（三）說(shuō)明書正文……………………………………………6
1、塑料零件工藝的分析……………………………….6
2、分型面的選擇……………………………………..9
3、澆注位置的確定…………………………………..9
4、抽芯機(jī)構(gòu)的確定…………………………………..9
5、脫模機(jī)構(gòu)的確定…………………………………..9
6、成型零件的工作尺寸的計(jì)算………………………10
7、模具側(cè)壁厚與底板厚的確定………………………10
8、模架的選擇……………………………………….12
9、注射機(jī)參數(shù)的選擇………………………………..12
10、體會(huì)………………………………………………14
11、參考資料…………………………………………14
12、附圖……………………………………………..14
（一）設(shè)計(jì)指導(dǎo)
1. 課程目的和意義：
《模具設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目》課程是作為《成型技術(shù)與模具》理論課之外的一門重要補(bǔ)充課程，由于模具結(jié)構(gòu)的多樣性、復(fù)雜性及其巧妙性，走馬觀花式的結(jié)構(gòu)介紹顯然難以達(dá)到對(duì)該門課程真正的理解和掌握。如結(jié)構(gòu)也許可行，但是否合理；結(jié)構(gòu)雖然巧妙，但能否更佳？結(jié)構(gòu)即使科學(xué)，但是否經(jīng)濟(jì)等等，這些單憑書本知識(shí)是難以做出直觀判斷的。作為社會(huì)需求量極大的熱門技術(shù)，必須真正地全面領(lǐng)會(huì)其基本結(jié)構(gòu)原理，并對(duì)各類變形、延伸結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、合理性融會(huì)貫通，才能真正做到舉一反三，完全掌握，滿足社會(huì)的需要。
正是基于上述目的，開設(shè)了《模具設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目》課程，期望學(xué)生們能在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，將書本內(nèi)容與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，鞏固和加深對(duì)理論知識(shí)的理解，并充分發(fā)揮同學(xué)們的想象力、創(chuàng)造力，形成一種科學(xué)的發(fā)散性思維。舉一反三，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2. 實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和方法：
本課程的開設(shè)是一種新的嘗試，是適應(yīng)當(dāng)前本科教學(xué)改革而進(jìn)行的一項(xiàng)前沿性探索。課程學(xué)習(xí)過程中，同學(xué)們可以從網(wǎng)上、期刊上、工廠搜集一些實(shí)際模具的設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、研究并吸收消化。完全了解其結(jié)構(gòu)，掌握其工作原理，同時(shí)如有可能的話，給出更佳的替代機(jī)構(gòu)，完成模具設(shè)計(jì)。
課程學(xué)習(xí)中學(xué)生一人一題 。學(xué)生在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)完成對(duì)某一模具機(jī)構(gòu)的分析。首先分析塑料制品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定自己的模具方案，如二板?；蛉迥?，強(qiáng)脫或旋脫等等；其次對(duì)照實(shí)物或平面圖，研究他人模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；最后對(duì)比分析二者差異，從中獲得感性的設(shè)計(jì)知識(shí)。
3. 完成步驟：
1) 搜集模具資料，現(xiàn)場(chǎng)觀看模具實(shí)物、搜集模具設(shè)計(jì)圖紙；
2) 分析塑料制品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬定自己的模具方案；
3) 分析研究他人模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，與自己方案對(duì)比，從中細(xì)細(xì)體會(huì)他人模具設(shè)計(jì)的科學(xué)性合理性，或提出自己的不同見解；
4) 進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，包括模具三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，演示模具工作過程；
5) 老師定期為學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)和答疑工作；
6) 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；
7) 打印報(bào)告書，提交電子文檔。若干個(gè)同學(xué)合一個(gè)光碟，以姓名為文件夾的名稱。應(yīng)交材料：
①報(bào)告書；②塑料產(chǎn)品三維圖電子文檔；③模具三維圖電子文檔；④模具動(dòng)作Flash動(dòng)畫電子文檔。
8) 進(jìn)行答辯和評(píng)定成績(jī)。
4. 撰寫報(bào)告內(nèi)容包括驟：
①塑料制品結(jié)構(gòu)分析；
②模具結(jié)構(gòu)分析、模具各部件功能和用途；
③以圖文形式論述，附塑料制品、模具三維圖和工作原理動(dòng)畫圖等。
（二）進(jìn)度表
學(xué)年度 專業(yè) 班級(jí)： 學(xué)生人數(shù)：
課程名稱：模具設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目 總學(xué)時(shí)：72 共 1 頁(yè) 第 1 頁(yè)
周次
講授主要內(nèi)容
學(xué)時(shí)分配
備注
講課
實(shí)驗(yàn)
上機(jī)
19
布置任務(wù)，提出設(shè)計(jì)要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)
分發(fā)資料，閱參考書、查資料；
2
2
19
制品工藝分析、模具的方案分析、模具結(jié)構(gòu)分析；
模架選型、成型設(shè)備選定，基本尺寸參數(shù)確定、繪二維草圖。
20
設(shè)計(jì)指導(dǎo)
20
模具的方案確定、模具結(jié)構(gòu)確定；
確定模架及模具結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)、繪制模具三維圖。
24
設(shè)計(jì)指導(dǎo)
21
模具三維圖繪制。
檢查設(shè)計(jì)質(zhì)量，撰寫報(bào)告
16
設(shè)計(jì)指導(dǎo)
21
模具動(dòng)畫繪制
整理材料。
準(zhǔn)備答辯
8
說(shuō)明：1、本表由主講教師編制，經(jīng)教研室主任審閱，系主任批準(zhǔn)執(zhí)行；
2、本表須在該課程開課后第一周內(nèi)送交教務(wù)科一份，本院系(部)一份和發(fā)給學(xué)生班一份。
教學(xué)主管： 教研室主任： 主講教師：
（三）說(shuō)明書正文
一、 塑料零件工藝的分析
目前,市場(chǎng)上采用薄壁塑料桶進(jìn)行食品包裝十分廣泛,如盛放0.5kg、1kg家庭裝冰淇淋的包裝桶。一般材料為較軟的高壓聚乙烯(LDPE) ,壁厚在0. 6～1 mm 之間,所選用的工藝為注射成型,雖然制品形狀簡(jiǎn)單,但由于側(cè)面積大,壁薄,料軟,塑件和型芯之間易形成真空,脫模較困難,下面以某廠家生產(chǎn)的1 kg 裝冰淇淋包裝桶為例,來(lái)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)如下所示：
（一）、材料的選擇:由于高壓聚乙烯具有如下這些特性所以非常適合用于制造薄壁塑料桶。因?yàn)榫垡蚁┯⑽拿麨镻olythylene或Pdythene,簡(jiǎn)稱PE，所以此塑料桶又稱為PE桶。
A聚乙烯英文名為Polythylene或Pdythene,簡(jiǎn)稱PE.PE為乳白色半透明至不透明的熱塑性樹脂.
B以密度的大小分為:低密度聚乙烯LDPE,高密度聚乙烯HDPE,線性低密度聚乙烯LLDPE,中密度聚乙烯MDPE,超高分子量聚乙烯HMW-HDPE,甚低密度聚乙烯VLDPE等
LDPE密度為0.910-0.925,因其為高壓法(ICI)聚合所得的聚乙烯,也稱為高壓聚乙烯.
LDPE是一種具有蠟感的白色樹脂,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是非線型的,分子量一般為100000~500000.因此,與中密度,高密度聚乙烯相比,它具有較低的結(jié)晶度和軟化點(diǎn),有較好的柔軟性,伸長(zhǎng)率,電絕緣性,透明性以及較高的耐沖擊強(qiáng)度.LDPE機(jī)械強(qiáng)度差,耐熱性低,此外一個(gè)明顯的弱點(diǎn)是耐環(huán)境應(yīng)力開烈性較差.
低密度聚乙烯可與其它聚合物共混以改進(jìn)性能,通過共混可以改善性能的聚合物有PC.PA,PP,HDPE和LLDPE.
特性
1.??? 物理、機(jī)械特性:PE拉伸強(qiáng)度隨結(jié)晶地的增大而提高,其值為7-40MPa.伸長(zhǎng)率隨結(jié)晶度的增大而減小,其值為800%-50%.沖擊強(qiáng)度隨結(jié)晶地增加而增大,其值為0.02-1KJ/m.軟而柔韌的PE不易被破壞,沖擊時(shí)呈彎曲狀.PE的硬度隨結(jié)晶度增加而增高,其值為洛氏D41-65.
交聯(lián)PE拉伸強(qiáng)度與拉伸彈性模量均較中密度聚乙烯為大,伸長(zhǎng)率下降.
2.??? 溫度特性、熱性能:PE結(jié)晶度不同,熱變形溫度也有差異.低密度聚乙烯在0.46MPa的負(fù)荷下為40-50℃,中密度與高密度可達(dá)88℃.交聯(lián)聚乙烯耐熱性較未交聯(lián)聚乙烯為好.
PE耐熱性能良好,在-20℃時(shí),其性能仍無(wú)顯著變化.
PE遇火易燃,產(chǎn)生石蠟味并產(chǎn)生低級(jí)碳?xì)浠衔?
3.??? 電氣特性:PE因?yàn)椴缓瑯O性基團(tuán),電氣特性極為良好,具有低介電系數(shù),在較寬的頻率下,介電損耗低,尤其是高頻電氣絕緣性優(yōu)注射成型異.
4.????? 化學(xué)特性:耐藥品性良好,在常溫下幾乎不受有機(jī)藥品的侵蝕
吸水性:吸濕率幾乎等于零,耐水性別極好.濕氣、空氣、碳酸氣幾乎不透過,較能透過氧氣.
在紫外光、太陽(yáng)光線的影響下,漸漸老化,出現(xiàn)變色與產(chǎn)生裂紋
粘接性與印刷性很差,當(dāng)需要印刷時(shí),需要進(jìn)行表面處理,使印刷油墨對(duì)PE的親和性提高.
應(yīng)用
低密度聚乙烯LDPE,主要的用途是用于薄膜產(chǎn)品.
1.??? 農(nóng)業(yè)用薄膜,地面覆蓋膜,農(nóng)膜,蔬菜大篷膜
2.??? 包裝用膜:如糖果,蔬菜冷凍食品等包裝
3.??? 液體包裝用:如吹塑薄膜,重包裝袋,收縮包裝袋等
4.??? 還可用于注塑制品,擠塑管材,電線電纜,吹塑中空容器.
中密度聚乙烯MDPE,用途不如低密度聚乙烯LDPE和高密度聚乙烯HDPE廣泛,適合擠塑管材,蒸煮袋的內(nèi)襯薄膜和包裝等制品.
成型
PE加熱后,形成粘度適中的熔融體,加工容易,能成型各種尺寸的制品.但超高分子量PE的熔融粘度太高,樹脂的流動(dòng)性極差,當(dāng)MFR值在0.01以下時(shí),采用注射成型很困難.
PE注射成型的概要如下:
1.選用標(biāo)準(zhǔn)注射成型機(jī)為宜,不需特殊的成型機(jī).
2.收縮率大,在注射方向?yàn)?%-4%,垂直于注射方向?yàn)?.5%-2%,制品易產(chǎn)生形變,特別是薄壁制件.
3.由于吸濕性極小,幾乎不必干燥.當(dāng)表面附著水分時(shí),可進(jìn)行熱風(fēng)干燥.
4.可采用干混著色或擠壓發(fā)法著色.
（二）、塑料桶結(jié)構(gòu)的分析：如下圖所示塑件,桶壁為0.8mm ,材料為低壓聚乙烯,塑件要求圓度好,并且要有一定的剛度,為了桶的穩(wěn)定性,底部中心設(shè)計(jì)成內(nèi)凹。
二、 分型面的選擇
為了減少模具的加工難度很增加模具的精度，避免在桶口產(chǎn)生飛邊和側(cè)向分型抽芯。應(yīng)把分型面設(shè)在桶頂部的桶口面上，且與桶口面平行。
三、 澆注位置的確定
澆口位置選擇的一般原則是：澆口位置應(yīng)盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時(shí)澆口的清理；澆口位置距型腔各個(gè)部位的距離應(yīng)盡量一致，并使其流程為最短；澆口的位置應(yīng)保證塑料流入型腔時(shí)，對(duì)著型腔中寬敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔時(shí)直沖型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能盡快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件變形;盡量避免使制件產(chǎn)生熔接痕,或使其熔接痕產(chǎn)生在之間不重要的位置;澆口位置及其塑料流入方向,應(yīng)使塑料在流入型腔時(shí),能沿著型腔平行方向均勻的流入,并有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
而對(duì)于此注塑模具，由于制品是一個(gè)薄壁深腔的結(jié)構(gòu)，其為繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體，所以要把澆注口設(shè)在桶底的中心位置上。這樣設(shè)置的有點(diǎn)有：1、能使熔料均勻的流向桶的各個(gè)位置，不易產(chǎn)生注塑不完全。2、能沿著型腔平行方向均勻的流入,并有利于型腔內(nèi)氣體的排出。3、使其熔接痕產(chǎn)生在之間不重要的位置即桶底位置，不會(huì)影響精度和美觀。
四、 抽芯機(jī)構(gòu)的確定
由于分型面與桶的脫模方向垂直，所以此模具不用設(shè)置側(cè)向分型抽型機(jī)構(gòu)。
五、 脫模機(jī)構(gòu)的確定
由于桶口的壁較薄,而且也不希望產(chǎn)品在桶口有飛邊,因此不適宜采用推件板脫模,本設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)脫模推出塑件,模具簡(jiǎn)單,脫模力大,塑件受力平穩(wěn),變形小,氣動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)非常適用于深腔、薄壁、軟材塑件的脫模。
脫模力的計(jì)算
將制品從包緊的型芯上脫出時(shí)所需克服的阻力稱為脫模力。如果塑件為不帶通孔的殼體,脫模力主要是由塑料成型收縮而產(chǎn)生的對(duì)型芯包緊力和克服大氣壓力兩部分組成。塑件脫模時(shí),由塑料成型收縮而產(chǎn)生的對(duì)型芯包緊力,型芯的受力分析如圖3 所示。
圖3 型芯受力分析
根據(jù)平衡原理,可列出平衡方程為:
ΣFx = 0
F′t + Fbsinα= Fcosα
式中:F′t —塑件由成型收縮對(duì)型芯的包緊力;
F —脫模時(shí)型芯由于成型收縮所受的摩擦阻力;
Fb —脫模力;
α—型芯的脫模斜度。
又F = Fbμ
所以F′t = Fb (μcosα- sinα)= Ap (μcosα- sinα)
式中:μ—塑料對(duì)鋼的摩擦系數(shù),LDPE 為0. 23 ;
A —塑件包容型芯的面積,A =πd ;
p —塑件對(duì)型芯的單位面積上的包緊力,一般模內(nèi)冷卻的塑件p 約取0. 8～1. 2 Mpa 。
總的脫模力應(yīng)為:Ft = F′t + Fk
式中:Ft —塑件對(duì)型芯的包緊力;
Fk —脫模時(shí)型芯由于大氣壓所受的摩擦阻力,據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般取0. 1A1 (A1為塑件的底面積) 。
將塑件尺寸代入后,得:Ft = 3305Mpa
閥桿的直徑
閥桿的直徑可按下式計(jì)算:
d′=4Ftπp′
(由 Ft = p′(л/ 4) d′2得出
式中:p′—壓縮空氣的氣壓;d′—閥桿頭部的直徑。)
按壓縮空氣的氣壓為0. 6 MPa ,并將塑件尺寸代入后,得:d′= 83 mm。
六、 成型零件的工作尺寸的計(jì)算
七、 模具側(cè)壁厚與底板厚的確定（強(qiáng)度和剛度的校核）
（1）、側(cè)壁厚度的計(jì)算 當(dāng)型腔側(cè)壁受高壓塑料熔體作用時(shí)，其內(nèi)徑增長(zhǎng)量為δ，因此在側(cè)壁和底之間產(chǎn)生一縱向間隙，間隙過大將輝發(fā)生溢料，其最大值為：
式中 P—型腔內(nèi)壓力，MPa
E—彈性模量，炭鋼為2.1*10^5MPa
r—內(nèi)半徑，mm
R—外半徑，mm
μ—泊松比，碳鋼取0.25
所以
或壁厚：
（1）
作強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，按第三強(qiáng)度理論計(jì)算，其計(jì)算公式為：
(2)
查得：高壓聚乙烯得注射壓力為600～1500bar。取900bar，即90MPa。所以其塑料壓力p=90MPa/3=30MPa.取允許變形量為δ＝0.005mm.
所以，作剛度計(jì)算時(shí)，將上述數(shù)據(jù)代入（1）式得側(cè)壁厚S=15.15mm.
作強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，將上述數(shù)據(jù)代入（2）式得側(cè)壁厚S=17.75mm.
取其中大者S=17.75mm.
（2）、底板厚的計(jì)算
底板固定在中空的園環(huán)形支座上，設(shè)計(jì)時(shí)取支座上的內(nèi)圓直徑近似等于型腔內(nèi)徑。這時(shí)該底板可視為周邊簡(jiǎn)支的圓板最大撓度發(fā)生在圓板的中心，其值為：
式中 S-----底板厚度，mm
R―――圓環(huán)形支座內(nèi)半徑，mm
設(shè)允許變形為，可得
（3）
按最大應(yīng)力作強(qiáng)度計(jì)算，最大應(yīng)力也發(fā)生在圓板中心，其值為：
故：
（4）
所以，作剛度計(jì)算時(shí)，將數(shù)據(jù)代入（3）式得底板厚S=29.93mm.
作強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，將數(shù)據(jù)代入（4）式得底板厚S=27.44mm.
取其中大者S=29.93mm.
八、 模架的選擇
如下圖所示：選用單腔模具，定模由兩塊模板組成，其中無(wú)可移動(dòng)模板，動(dòng)模也可由兩塊模板組成。
由制品的投影面積S=(134/2)^2*3.14=14095mmXmm
得：動(dòng)定模座尺寸B1XL=250mmX200mm
動(dòng)定模板尺寸BXL=200mmX200mm
九、 注射機(jī)參數(shù)的選擇
1．塑件的體積計(jì)算
在solidworks軟件中繪制零件三維圖，在菜單欄點(diǎn)擊：工具――質(zhì)量特性。跳出的對(duì)話框中顯示零件的體積=44021.94立方 毫米
2．計(jì)算塑件的質(zhì)量
根據(jù)“塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)”查得LDPE的密度為：ρ=0.92g/cm3，根據(jù)塑件形狀及尺寸，采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu),
塑件和澆注系統(tǒng)的質(zhì)量:W總=ρ（Vz件+Vj）
=0.92×(4.4022+1)
=5.062g
g
3.注塑機(jī)的選擇
查手冊(cè),由塑料特性以及零件要求,取注塑壓力P=90MPa,
（1） 塑件投影面積計(jì)算A’=π×6.72=140.95cm2
（2） 澆注系統(tǒng)投影面積計(jì)算A’’=8.5 cm2
(3) 型腔壓力計(jì)算p腔=30Mpa
（4）鎖模力計(jì)算F=0.1p腔×A=0.1×30×（140.95＋8.5）=448.35KN
查手冊(cè),選擇SYS-30（立式）注塑機(jī)
SYS-30（立式）型注射機(jī)的主要參數(shù)
注射容量
30g
定位孔直徑
Φ55mm
最大開模行程S′
80mm
噴嘴球頭直徑
Φ12mm
最大裝模高度Hmax
200mm
噴嘴孔直徑
Φ3mm
最小裝模高度Hmin
70mm
頂出中心孔徑
Φ50
注射壓力
150 Mpa
鎖模力
500KN
十、 體會(huì)
模具課程設(shè)計(jì)是塑料成型模具課程以后第一次對(duì)模具知識(shí)的綜合運(yùn)用，在設(shè)計(jì)的過程中涉及多方面的知識(shí)，是對(duì)以往學(xué)習(xí)成果的綜合檢驗(yàn)，也是對(duì)知識(shí)的深化，使我對(duì)模具方面的知識(shí)有了進(jìn)一步的體會(huì)和掌握。
本次設(shè)計(jì)因?yàn)槌醮卧O(shè)計(jì)較復(fù)雜的模具，在設(shè)計(jì)中有不少錯(cuò)誤，但是我覺得更多的是收獲，聯(lián)系了計(jì)算機(jī)輔助繪圖，扎實(shí)了基本功.也練習(xí)了資料、圖冊(cè)等的查閱. 通過本次設(shè)計(jì)我覺得我們的設(shè)計(jì)功底有了更進(jìn)一步的提高，為即將進(jìn)入工作崗位的我們打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
十一、參考資料：
1、塑料成型模具 . 申開智主編 .第二版 . 北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社 . 2006
2、SolidWorks2005 .胡仁喜編著 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . 2003
3、塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè) .《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組編著.機(jī)械工業(yè)出版社 。1982
4、模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)（第二版） （電子版）
5、模具標(biāo)準(zhǔn)（電子版）
十二、附圖：
模具圖（1）
模具圖（2）
模具爆炸圖
16
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