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編 號 20101135 江西農業(yè)大學 工學院 畢 業(yè) 設 計 材 料 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 陸 智 鵬 材 料 目 錄 序號 附 件 名 稱 數量 備注 1 畢業(yè)設計任務書 1 2 畢業(yè)設計說明書 1 3 A0 圖紙 1 4 A1 圖紙 5 5 A3 圖紙 2 6 A4 圖紙 3 二 一四年五月 題 目 報警器盒蓋注射模具設計 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 論 文 設 計 題目 報警器盒蓋注射模具設計 學 院 工 學 院 姓 名 陸 智 鵬 學 號 20101135 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年 級 機制 1004 指導教師 蔣育華 職 稱 高級實驗師 二 0 一四 年 五 月 報警器盒蓋注射模具設計 報警器盒蓋的注射模設計 摘要 本文是關于報警器盒蓋模具的設計 在正確分析塑件工藝特點和 ABS 材料 的性能后 采用了直接澆口形式進行澆注 詳細介紹了對凸模 凹模 澆注系統 脫模機構 選擇標準零件 設計非標件的設計過程 涉及模具結構 強度 壽命計 算及熔融塑料在模具中流動預測等復雜的工程運算問題 本課題主要運用 Pro ENGINEER 5 0 及其 EMX7 0 模塊和 Auto CAD2008 來完成整個設計工作 在整個 過程中綜合運用了專業(yè)基礎 專業(yè)課知識設計 其核心知識是塑料成型模具 材料 成型技術基礎 機械設計 塑料成型工藝 計算機輔助設計 模具 CAD 等 關鍵詞 模具設計 報警器盒蓋 Pro ENGINEER 5 0 EMX7 0 塑件 報警器盒蓋注射模具設計 The design of alarm shell injection mold Abstract this paper is about the design of alarm shell injection mold in the correct analysis of plastics technology characteristics and ABS material performance using drop gate form to pouring It is about concave die gating system mold emptier choose standard parts the process of design non standard parts This paper is about the mould structure strength life calculation and molten plastic in the mold of prediction on the flow complicated engineering computation problem This subject mainly use Pro e 5 0 and EMX7 0 module and Auto CAD2008 to complete the whole design work in the whole process of the comprehensive use of professional basis professional class design knowledge its core knowledge is the plastic molding mould material molding technology base mechanical design plastic injection molding process computer aided design mould CAD etc Keywords die design alarm shell Pro e 5 0 EMX7 0 plastics 報警器盒蓋注射模具設計 目錄 1 緒論 1 1 1 前言 1 1 2 設計內容及設計目的 2 1 2 1 設計內容 報警器盒蓋的注射模具設計 2 1 2 2 設計的目的 3 2 確定塑料件的有關參數及注射機選擇 4 2 1 塑件特性分析 4 2 1 1 ABS 塑料的材料特性 4 2 1 2 ABS 塑料的成型工藝參數 4 2 2 注射機的選擇 5 3 型腔的排布 8 4 分型面的確定 9 5 澆注系統和排溢系統設計 10 5 1 主流道設計 10 5 2 分流道設計 11 5 3 澆口設計 11 5 4 排溢系統 11 6 型腔 型芯設計 12 6 1 設計型芯和型腔的結構形式 12 6 2 模具型腔側壁和底板厚度計算 12 6 2 1 整體式矩形型腔厚度計算 12 6 2 2 型腔 型芯工作尺寸的計算 12 6 3 型腔壁厚計算 13 7 模架的設計 16 7 2 脫模與復位機構設計 17 7 3 冷卻系統設計 17 8 整體設計 19 9 總結致謝 21 參考文獻 22 報警器盒蓋注射模具設計 1 1 緒論 1 1 前言 現在中國經濟形勢越來越好 咱們中國的制造業(yè)也在不斷的加速發(fā)展 如今 很多人都認為模具制造業(yè)已經成為一個國家制造水平體現的重要標志 模具制造業(yè) 不僅能促進工業(yè)產品的飛速發(fā)展 還能提高工業(yè)產品的質量 而且模具制造業(yè)能給 我們帶來巨大的經濟效益 現在已經引起很多人的重視 在日本 模具被稱做 進 入富裕的原動力 德國更說是 金屬加工業(yè)的帝王 而在羅馬尼亞更為直接 模具就是黃金 所以說模具工業(yè)給我們帶來很大的經濟效益 現在我國對模具工 業(yè)的發(fā)展也非常重視了 早在 1989 年 3 月頒布的 關于當前國家產業(yè)政策要點的決 定 中 就把模具技術的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務 最近這些年 塑料模具的產量和水平發(fā)展相當快速 效率越來越高 更多的實現 自動化生產 生產規(guī)模也越來越大 產品的使用壽命越來越長 精密模具在模具產 量中所戰(zhàn)比例也越來越大 注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內 塑料受熱熔化后 在注塑機的螺桿或活塞的推動下 經過噴嘴和模具的澆注系統進 入模具型腔內 塑料在其中固化成型 這次課程設計的主要任務是報警器盒蓋的注射模具的設計 就是設計一副注射模 具來生產報警器盒蓋的塑件產品 以實現自動化生產來提高生產產量 針對報警器 盒蓋的具體結構 通過此次設計 讓我對直接澆口模具的設計有了比較深的認識 同時 在設計的過程中 通過查閱大量資料 手冊 標準 期刊等 并結合教材上 的知識也對注塑模具的組成結構 成型零部件 澆注系統 導向部分 推出機構 排氣系統 模溫調節(jié)系統 有了系統的認識 拓寬了我的視野 豐富了知識 為將 來獨立完成模具設計積累了一定的經驗 報警器盒蓋注射模具設計 2 1 2 設計內容及設計目的 1 2 1 設計內容 報警器盒蓋的注射模具設計 一 報警器盒蓋的成型工藝參數和成型條件 包括成型溫度 成型壓力 成型保持 時間和成型的條件的選擇 二 報警器盒蓋設計的工藝性要求 主要兩個方面 1 外殼幾何形狀的要素 如 孔 支撐面 壁厚 加強筋 與圓角設計等 2 外殼的尺度精度 包括影響外殼 尺度精度的因素和外殼的尺度公差 三 本模具型腔的設計與計算 主要包括型腔的數量 分型面的確定 成型零部件 結構形式 動模與定模工作尺寸的計算 四 本模具零件強度的設計與校核 確定模具型腔時 應保證使其在高壓熔體的作 用下具有足夠的剛度和強度 但模具也不會太笨重 五 注射機的選擇 九個方面需要考慮 1 注射量的校核 2 合模力的校核 3 注射壓力的校核 4 模具高度與注射機閉合高度關系校核 5 開模行程 6 推 出裝置的校核 7 模具外型與注射機拉桿間距的關系 8 定位孔的直徑 9 噴 嘴前端孔徑和球面半徑 六 本模具設計采用的標準 包括中小型模架標準和零件標準 七 本模具構件設計及標準 需要四個方面的設計 1 模具構件設計與標準 構件 包括導向副 定位零件和支撐件 其設計與標準查表 2 模具附加機構設計與標 準 3 澆注系統的設計 4 加熱與冷卻系統的設計 圖 1 1 報警器盒蓋 報警器盒蓋注射模具設計 3 1 2 2 設計的目的 學習注射模設計的一般方法 了解模具加工方法 進一步掌握設計的一般方法 精通設計的一般過程 報警器盒蓋注射模具設計 4 2 確定塑料件的有關參數及注射機選擇 2 1 塑件特性分析 所設計產品為報警器盒蓋 使用的材料為 ABS 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 該材料的綜合 性能較好 耐化學性 電性能良好 具有超強的易加工性 外觀特性 低蠕變性 優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度 該報警器盒蓋產品 圖 1 1 的體積為 5 836 103mm3質量為 6 13g 都是通過 pro e 軟件分析模型得出的 查閱 塑料模 具設計手冊 得知該材料密度為 1 05g cm3 收縮率為 0 5 由于該塑件形狀較為簡單 其表面沒有復雜的曲面 型芯不需要鑲件結構 2 1 1 ABS 塑料的材料特性 1 使用 ABS 塑料成型塑件時 由于溶體的黏度值較高 注射成形的壓力值高 所以塑件對型芯的包緊力較大 為了便于脫模 塑件應采用較大的脫模斜度 2 ABS 塑料的溶體黏度高 制品容易出現熔接痕 設計模具時應減少澆注系 統對材料的流動阻力 流道長度應盡量短 3 ABS 塑料吸濕性強 所以成型前應進行干燥處理 4 在正常成型條件下 ABS 塑件的尺寸穩(wěn)定性好 2 1 2 ABS 塑料的成型工藝參數 ABS 塑料的成型工藝參數如表 2 1 所示 表 2 1 ABS 塑料的成型工藝參數 報警器盒蓋注射模具設計 5 參數 取值范圍 選取數值 密度 1 02 1 05g cm 1 05g cm 收縮率 S 0 3 0 8 0 5 噴嘴 180 190 180 料筒 210 230 220溫度 模具 50 70 60 注射 70 90 80壓力 MPa 保壓 50 70 60 注射 3 5 3 保壓 15 30 20 冷卻 15 30 25時間 S 總計 40 70 48 2 2 注射機的選擇 該產品的質量為 6 13 克 根據以下公式 選擇注射機的最大注射量 K G 公 NG 件 G 廢 公式中 K 0 8 N 為型腔數量 G 公 為注射機公稱注射量 G 件 為產品重量 G 廢 為各部分冷料的質量 由于 N 1 通過 pro e 得到 G 廢 1 2g 得 G 公 1 6 13 1 2 1 25 9 16 g 也就是說注射機的注射量要大于 9 16 克 參照 模具設計與制造簡明手冊 選 擇公稱注射量為 20 30 3 的注射機 機型為 XS ZS 22 XS ZS 22 注射機參數如下 螺桿直徑 25 理論注射容量 20 30 3 注射壓力 75Mpa 鎖模力 250KN 模具厚度 最大 180 最小 60 報警器盒蓋注射模具設計 6 注射行程 130 噴嘴圓弧半徑 12mm 孔直徑 2mm 頂出形式 機械頂出 合模方式 液壓 機械 動定模固定板尺寸 250X280 注射量 KG 公 0 8 20 16 g NG 件 G 廢 6 13 1 1 2 7 33 g 很明顯 KG 公 N G 件 G 廢 符合條件 注射壓力校核 P 公 75MPa 產品要求注射壓力 P 注在 70 90MPa 之間所以滿足 鎖模力校核 F 鎖 K 損 P 注 A 分 式中 F 鎖 注射機額定鎖模力 N P 注 塑件所須的實際注射壓力 Pa K 損 注射壓力達到型腔的壓力損失系數 一般取 0 34 0 67 A 分 塑件及澆注系統等在分型面上的投影面積 通過計算得 A 分 7350mm2 0 007350 F 鎖 250KN K 損 P 注 A 分 0 4 80 106 0 007350 235 2KN 所以 F 鎖 K 損 P 注 A 分 符合條件 模板安裝尺寸 250 x280 的最大安裝尺寸可以安裝 250 x250 的模具厚度 所設計的模具厚度為 105 小于模具的最大厚度 180mm 大于模具的最小厚度 報警器盒蓋注射模具設計 7 60mm 開模行程校核 S H H a 5 10 max12 S 注塑機最大開模行程 mm ax H 塑件脫模距離1 H 包括澆注系統在內的塑件高度2 已知 S 160 H 16 H 20 a 取 20 明顯符合條件 max12 報警器盒蓋注射模具設計 8 3 型腔的排布 本次設計采用一模一腔 具體排布見下圖 2 圖 3 1 型腔排布 報警器盒蓋注射模具設計 9 4 分型面的確定 設計分型面 模具上用來取出塑件和凝料的可分離的接觸表面稱為分型面 分型面的設計在 注射模的設計中占有相當重要的位置 分型面的設計是否合理直接影響塑件的質量 模具的具體結構 工藝操作的難易程度和模具的制造成本 分型面的形式 注塑模具有的只有一個分型面 有的有多個分型面 分型面的 形狀應該盡可能簡單 以便于模具制造和塑件的脫模 此模具只有一個分型面 分型面的形狀 主要有曲面 平面 斜面 階梯面等等 選擇分型面的一般原則 選擇分型面時一般要遵循以下幾項原則 為了便于塑 件開模 分型面一般使塑件在開模時留在動模一側 且分型面應選在塑件外形的最 大輪廓處 選擇分型面時 應盡量只采用一個分型面并且與開模方向垂直 還要盡 量避免側向抽芯與側向分型 分型面的選擇應有利于防止溢料 如果塑件在分型面 上的投影面積接近于注射機的最大面積 那就有可能會產生溢料 分型面的選擇應 該有利于排氣 所以 一般分型面都是和熔體流動的末端重合的 總結 該產品為了能順利的出模 使塑件能留在動模一側 分型面就設置在該產品的 中間曲面上 如圖 4 1 圖 4 1 分型面 報警器盒蓋注射模具設計 10 5 澆注系統和排溢系統設計 5 1 主流道設計 主流道是澆注系統中從注射機噴嘴與模具相接觸的部位開始 到分流 道為止的塑料熔體的流道通道 主流道位于模具的中心 由于選的是臥 式注塑機 主流道垂直于分型面 為使凝料能從其中順利拔出 把其設 計成圓錐形 錐角為 1 其表面粗糙度為 Ra1 6 圖 5 1 主流道設計圖 報警器盒蓋注射模具設計 11 5 2 分流道設計 由于該產品結構較簡單 這里采用的是直接澆口 所以沒有分流道 設計 5 3 澆口設計 澆口亦稱進料口 本模具采用的是直接澆口 澆口處的尺寸確定 因為產品尺寸比較小 所需要的塑件熔體比較 少 所以 選擇澆口深 b 3mm 為了使塑件熔體能快速的充滿型腔 澆口表面粗糙度要很小 一 般取 Ra0 4 以下 現取 Ra0 4 作為澆口的表面粗糙度 這樣不致產生較大 的摩擦阻力 這樣有利于充型 5 4 排溢系統 排溢是指將充模冷料中的前鋒冷料和模具內的氣體排出來 廣義 上的注射模排溢系統應包括澆注系統部分的排溢和成型部分的排溢 通 常指的排溢是指成型部分的排溢 模具排氣的主要形式有 1 利用配合間隙排氣 2 利用分型面排氣 3 利用粉末燒結合金塊排氣 模具充型過程程中 除了要考慮型腔內原有的空氣 和塑料受熱 或凝固而產生的低分子揮發(fā)氣體以外 特別要考慮的是在高速注射成型 時 如何將多余的氣體排出模外 否則被壓縮的氣體產生高溫而引起塑 件局部炭化 或使塑件產生氣泡的工藝缺陷 然而 因為本次要做的塑 件體積比較的小 所以要排出的氣體體積比較小 并且分型面位于熔體 流動的末端所以這里采用分型面排氣 報警器盒蓋注射模具設計 12 6 型腔 型芯設計 6 1 設計型芯和型腔的結構形式 型腔結構設計 這里采用的是一模一腔 這種結構形式具有以下優(yōu)點 加工效率高 減少裝配難度 可節(jié)約優(yōu)質鋼材 減少加工量 6 2 模具型腔側壁和底板厚度計算 6 2 1 型腔厚度的計算 由以上公式經計算符合要求 于該產品不是透明的 所以型芯的表面粗糙度要求 不需要那么高 一般取 Ra1 6 在機床上加工就可以直接使用 不需要經過其它的特 殊加工 考慮模具的修模以及型芯的磨損 在精度范圍內 型芯尺寸盡量取大值 而型腔則取小值 型腔的表面粗糟將決定產品的外觀 因此型腔的表面粗糙度則要 求較高 一般取 Ra1 6 0 4 在本次設計中 型腔取 R1 6 4 X 綜合修正系數 考慮塑料收縮率的偏差和波動 成型零件的磨損等因素 塑件精度低 批量較小時 X 取 1 2 塑件精度高 批量比較大 X 取 3 4 所以此 次設計取 X 為 0 5 6 2 2 型腔 型芯工作尺寸的計算 報警器盒蓋注射模具設計 13 要計算型芯 型腔的工作尺寸 必先確定塑件的公差及模具的制造公差 根 據要求塑件精度取五級精度 根據塑料制件公差數值表 SJ1372 78 塑件在五級 精度下 基本尺寸對應的尺寸公差如下 由于此塑件是報警器盒蓋所以對尺寸精度要求不是很高 所以計算時只需考慮塑料 的收縮率 所以 型腔 l 57 取 0 5 s 型腔深度 H 17 X 0 4 表 6 1 塑料制件公差數值表 精度等級 1 2 3 4 5 6 7 8基本尺寸 mm 公差數值 mm 3 0 04 0 06 0 08 0 12 0 16 0 22 0 32 0 48 3 6 0 05 0 07 0 08 0 14 0 18 0 28 0 35 0 56 6 10 0 06 0 08 0 10 0 16 0 20 0 32 0 40 0 61 10 14 0 07 0 09 0 12 0 18 0 22 0 36 0 44 0 72 1 4 18 0 08 0 10 0 12 0 20 0 24 0 40 0 48 0 80 18 24 0 09 0 11 0 14 0 22 0 28 0 44 0 56 0 88 24 30 0 10 0 12 0 16 0 24 0 32 0 48 0 64 0 96 30 40 0 11 0 13 0 18 0 26 0 36 0 52 0 72 1 0 40 50 0 12 0 14 0 20 0 28 0 40 0 5 6 0 80 1 2 50 65 0 13 0 16 0 22 0 32 0 46 0 64 0 92 1 4 65 80 0 14 0 19 0 26 0 38 0 52 0 76 1 0 1 6 80 100 0 16 0 22 0 30 0 44 0 60 0 88 1 2 1 8 100 120 0 18 0 25 0 34 0 50 0 68 1 0 1 4 2 0 120 140 0 28 0 38 0 56 0 76 1 1 1 5 2 2 140 160 0 31 0 42 0 62 0 84 1 2 1 7 2 4 160 180 0 34 0 46 0 68 0 92 1 4 1 8 2 7 180 200 0 37 0 50 0 74 1 0 1 5 2 0 3 0 6 3 型腔壁厚計算 1 型腔的強度及剛度要求 在本設計中按強度條件計算 報警器盒蓋注射模具設計 14 對矩形定模底板厚度 h b 1 22 p1 式中 h 整體式矩形底板厚度 mm p 型腔內半徑 mm b 材料彎曲許用應力 材料為 45 鋼 取 100Mpa 矩形板短邊與長邊長度之比 即 b L 經計算符合強度要求 由于型芯為一凸臺結構 現確定型芯為 20mm 可以滿足型芯的強度要求 表 6 2 確定型腔的壁厚 腔內壁直徑 2r 整體式型腔壁厚 s R r 40 20 40 50 25 50 60 30 60 70 35 70 80 40 80 90 45 90 100 50 100 120 55 120 140 60 140 160 65 如未用淬硬鋼 應乘以系數 1 2 1 5 由于在生產中 兩型腔同時充滿塑料熔體 受到大小相等的壓力 形成作用力與反作 用力 現取型腔中心到定模板的中心的距離為 20mm 是可以滿足型腔的強度要求 報警器盒蓋注射模具設計 15 7 模架的設計 7 1 導向機構的設計 導向機構主要包括導套 導柱 主要作用是在動模與定模合模時保證型芯與型 腔的精確定位 導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位 其中心 至模具邊緣應有足夠的距離 以保證模具的強度 防止壓入導柱和導套后發(fā)生變形 根據模具的形狀和大小 一副模具一般采用 2 到 4 根導柱 在此設計中采用了 4 根導 柱 圖 7 1 帶頭導套 報警器盒蓋注射模具設計 16 7 2 脫模與復位機構設計 脫模機構設計 塑件冷卻后由于有少量的收縮 塑件會緊抱在型芯上 所以我們必須設計推出機 構將塑件頂出 推出機構設計時我們考慮的是要使塑件各部分受力均勻 在此設計中 我們是利用推桿把產品推出 結合產品的精度要求 在加工推桿時其強度足夠 光滑 采用調質 HB230 270 如圖 7 2 圖 7 2 頂桿 復位機構設計 頂針頂出塑件后 必須回到頂出前的初始位置 才能進行下一循環(huán)的工作 本模具采 用的是復位桿回程 報警器盒蓋注射模具設計 17 7 3 冷卻系統設計 冷卻系統對產品成型周期有很大的關系 對產品質量也有比較大的影響 所以要 對模具的冷卻系統加以計算 使之有利于成型要求 考慮到模具的具體結構 安裝冷 卻水通道是一個既實惠又簡單的解決方法 在此設計中 每次所要注射的量只有 7 33g 由此可以得到注射一次所放出的熱 量 Q GH 焓 式中 Q 熔融塑料所放出的熱量 J G 每次注射的塑料量 包括澆注系統在內 H 焓 塑料從熔融狀態(tài)進入型腔的溫度到塑件冷卻后的脫模溫度的焓之 差 Q 0 00733x1470 x 190 60 1400 7 J h 由此可以看出該每次所放出來的熱量是很少的 模具本身就可以散發(fā)出 但為了防止 型腔受熱變形 在動定模板加兩跟水道 如圖 7 3 這樣可以保證產品精度 圖 7 3 定模板的兩根水道 報警器盒蓋注射模具設計 18 8 整體設計 模具整體設計也就是模體的設計 隨著現代工業(yè)的發(fā)展 模體設計已接近標準化 可以從市場上購買相應的模體 標準模體一般包括定模板 動模板 墊塊 頂出固定 板 頂板 導柱 導套 復位桿等 在本次設計中 導柱 導套 o 型環(huán) 水嘴都采用 的標準件 可以外購 該模具總體結構如下圖所示 圖 8 1 模具裝配實體圖 報警器盒蓋注射模具設計 19 圖 8 2 報警器盒蓋注射模具設計 20 9 總結致 在這次的畢業(yè)設計當中 我學到了很多東西 從一開始的不明白方向 于是不斷 的去請教我的知道老師 以及其他時間自己的努力查閱資料的整個學習過程 讓我 漸漸掌握了本次模具設計的整個過程 通過運動大學四年所學的理論知識以及 CAD proe 軟件技能 我一步步認認真真的去完成我的設計 雖然整個設計過程有些艱辛對我來說 但是最終我還是做到了 本次設計給了我 很多鍛煉的機會 我學會了如何去運用自己已經學過的理論知識到實踐當中去 我 明白了認認真真 吃苦耐勞的科學精神 我體會到了值得回味與尊敬的師生情誼 當然 對于我來說 本次設計讓我發(fā)現自己很多問題 發(fā)現自己的理論知識不過 扎實 發(fā)現自己的實踐經驗嚴重不足 發(fā)現自己很難單獨的去完成整個設計 所以 在此我要鄭重感謝我的指導老師蔣育華先手 感謝他對我的悉心指導 感 謝他的誨人不倦 讓我受益良多 同時我也要感謝各位辛苦的評審老師 感謝你們 的指導與指正 謝謝各位老師和同學 報警器盒蓋注射模具設計 21 參考文獻 1 塑料模設計及制造 中國機械工業(yè)教育協會 組編 機械工業(yè)出版社 2 塑料模具設計制造與應用實例 許發(fā)樾 主編 機械工業(yè)出版社 3 模具設計與制造手冊 謝昱北 主編 北京大學出版社 4 塑料制品與模具設計 徐佩弘 主編 中國輕工業(yè)出版社 5 塑料模具設計與機構設計 顏智偉 主編 國防工業(yè)出版社 6 型腔模具設計與制造 章飛 陳國平主編 化學工業(yè)出版社 7 塑料成型工藝與模具設計 屈華昌 主編 高等教育出版社 8 互換性與測量技術基礎 陳于萍主編 北京 機械工業(yè)出版社 9 模具設計與制造簡明手冊 韓泰榮 將文森主編 上?？茖W技術