滚轮注塑模具及其工艺设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985机电工程学院毕 业 设 计 说 明 书设计题目: 滚轮注塑模具及其工艺设计 学生姓名：学 号：专业班级：指导教师：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985目 录第一章 绪论 11.1 塑料模具行业现状 11.2 模具行业今后的发展趋势 2第二章 塑料制品的结构设计及其工艺性分析 3第三章 注塑工艺设计 33.1 材料工艺性能分析 33.2 ABS 的注射成型过程及工艺参数 4第四章 注塑机的选择与校核 54.1 注射量的计算 54.2 浇注系统凝料体积的初步估算 54.3 选择注塑机 64.4 注射机的相关参数的校核 7第五章 注塑模具设计 85.1 分型面的选择 85.2 浇注系统的设计 85.3 成型零部件的设计 155.4 导向定位机构的设计 185.5 脱模机构的设计 195.6 推出机构的形式 215.7 排气系统的设计 215.8 冷却系统的设计 225.9 模架的选择 22第六章 模具的失效分析 246.1 模具的失效分析 246.2 模具装配 246.3 模具的安装 266.4 塑料成型计算机模拟（CAE)的内容及方法 .266.5 塑料成型 CAE 的发展情况 276.6 Moldflow 技术的作用 .296.7 塑件 CAE 分析 30设计总结 42致谢 43参考文献 44买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709850第一章 绪论1.1 塑料模具行业现状模具是制造业的重要基础工艺装备，工业产品大批量生产和新产品开发都离不开模具，用模具生产制件所达到的高精度，高复杂程度，高一致性，高生产率和低耗能、低耗材，使模具工业在制造业中的地位越来越重要。模具品种繁多，共有 10 大类，包括冲压、塑料、橡胶、铸造、锻压等，用于制造业中几乎所有产品的生产，可见模具的服务范围已包括国民经济的许多方面，现在模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，没有高水平的模具就没有高水平的产品已成为共识。塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709851买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709852买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709853现代模具制造业已成为技术密集型和资金密集型的产业，它与高新技术已形成相互依托的关系。一方面，模具是直接为高新技术产业化服务的不可缺少的装备；另一方面，模具生产本身又大量采用高新技术及装备，因此，模具制造已成为高新技术产业的重要组成部分。模具成形零件时实现快速、优质、低耗是国家可持续发展战略的要求。从 20 世纪年 80 代后期开始，中国模具工业发展十分迅速。由于国民经济的发展对模具的需求越来越大，原有的国有模具企业有了很大发展，而三资和乡镇、个体模具企业的发展更为迅速。例如广东省和浙江省，原来模具生产规模不大，在国内未占重要地位，但目前，主要依靠三资企业的广东省全省有多家模具生产企业和主要依靠乡镇、个体企业的浙江省全省有多家模具生产企业，其模具年产值已在全国占有重要地位。在模具产值产量和进出口迅速发展的同时，近年来中国在模具行业技术进步和模具水平的提高方面也取得了可喜的成绩。现在，在大型塑料模具方面，我国已能生产 43 英寸(109cm)大屏幕彩电和 65 英寸(165cm)背投式电视的塑壳模具、10kg 大容量洗衣机全套塑料件模具以及汽车保险杠、整体仪 100t。我国模具企业 CAD、CAM、CAE、CAPP、PDM、PLM、ERP 等数字化、信息化技术的使用面正在不断扩大，水平也在不断提高。1.2 模具行业今后的发展趋势虽然中国模具工业发展迅速，但仍不能满足我国制造业发展的需求，特别是中高档模具，在精密、大型、复杂、长寿命类型的模具仍旧供不应求。由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面中国与国际水平相比尚有较大差距，所以每年尚需大量进口。由于中国模具价格比较低廉，水平也在不断提高，因此出口发展很快。近年来每年出口增长幅度比行业增长幅度大得多。目前，我国模具总量虽然已达到相当大的规模，模具水平也已有了很大提高，但在总体上，我国模具生产的商品化、专业化、标淮化程度还较低，商品化模具只占左右，模具标准件使用覆盖率还不到，专业模具企业只占模具生产厂点的少数，而且装备也比较落后。由于资金缺乏，我国的模具企业大都只能买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709854购买较低档的国产设备和来自我国台湾的设备，而少用欧美和日本的高档设备，设备数控化程度远低于国际水不少原先只是附属于大厂、大公司、大集团的模具生产单位，经调整、改革、改制，变成了独立的企业法人，面向社会，自负盈亏，充分发挥了人才和技术优势以及设备能力，在模具行业中发挥了很好的作用。以上这些都使模具企业结构越来越适应于市场经济。在企业结构正在不断改善的同时，我们也看到许多专业模具厂还仍旧保持“大而全” 、 “小而全”的组织形式，国外大多呈现“小而专” 、 “小而精”的特点，欧洲某些模具企业已有向大型跨国集团发展的趋向。随着塑料工业的快速发展以及工业产品对轻量化提出越来越高的要求，在模具的产品结构中，塑料模具及铝、镁合金的铸造模具比例逐步上升，在十大类模具中，塑料模具已成为总量最多的模具。随着近年来汽车工业的高速发展，为汽车制造配套的模具比例也逐步上升。随着技术的不断进步，市场对模具的要求越来越高，以大型、精密、复杂、长寿命模具为主要代表的高技术含的模具在模具总量中的比例也在逐年提高，近年来每年平均约提高一个百分点。模具技术水平的提高和技术结构的改善，一年一度的国际模具展中得到了比较充分全面的展现。第二章 塑料制品的结构设计及其工艺性分析本次设计的内容是滚轮，其形状如图 2-1，塑料制件的壁厚主要为2.5mm 左右，属于中等壁厚制件。材料是 ABS 树脂，ABS 树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。成型工艺性好，可注塑成型。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709855图 2-1 滚轮零件图并且制件结构形状较为简单，不存在侧向抽芯等形状，但型腔较多。因而总体来说，该制件的结构形状比较简单，易于成型。第三章 注塑工艺设计3.1 材料工艺性能分析采用的材料是 ABS 树脂，ABS 树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。3.1.1 流动性：ABS 树脂流动性中等（溢边值0.04mm）易产生熔接不良，需采用高料温、高模温、较高压力（70-100MPa）成型。其是假塑性流体，即是指在外力作用下，其粘度会因剪切速率的增大而变稀薄的流体。3.1.2 收缩性 ：尺寸的准确性；收缩对塑件的应力和变形的影响；ABS是一种无定形聚合物收缩比较小；如果收缩大的材料必须从结构设计、模具设计上考虑收缩对制品形状和性能的影想。3.1.3 热敏性： 丙烯腈使 ABS 具有良好的耐热性，并具有优良的化学稳买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709856定性。3.1.4 吸湿性：该材料具有吸湿性，因此成型前一定要干燥，否则塑件表面以出现斑痕、云纹等缺陷。3.1.5 该材料可燃烧但很缓慢，并发出特殊的刺激性气味。3.1.6 ABS 的主要性能指标，其性能指标见表 3-1表 3-1 ABS 的性能指标密度/ 3cmg1.02-1.08 屈服强度/MPa 50比体积/ 10.86-0.98 拉伸强度/MPa 38吸水率(%) 0.2-0.4 拉伸弹性模量/MPa1.4 310熔点/ C130-120 抗弯强度/MPa 80收缩率/(%) 0.4-0.7 抗压强度/MPa 53比热容/ 1)kgJ（ 1470 弯曲弹性模量/MPa1.4 3103.2 ABS 的注射成型过程及工艺参数3.2.1 注射的成型过程1）成型前的准备。对 ABS 的色泽、粒度、均匀度等进行检验，由于其吸水性较大，因此成型前一定要干燥。2）注射过程。塑件在注塑机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3）塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为 60-75 ，处理时C间为 10-20s。1.2.2 注射工艺参数1） 注射机：螺杆式2） 料筒温度（ ）：前段 180-200；C中段 165-180；买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709857后段 150-170.3） 喷嘴温度（ ）:170-180 。C4） 模具温度（ ）：50-80 。5） 注射压力（ ）：60-100。MPa6） 成型时间（s）：30第四章 注塑机的选择与校核 4.1 注射量的计算 通过三维软件 UG 建模分析得塑件体积： =6.146cm塑V3塑件质量： =6.15 1.02=6.273g塑塑m式中 取 1.02，参考表 3-1.4.2 浇注系统凝料体积的初步估算 其体积在设计前不能准确确定值，可根据经验取塑件体积的 0.2-1 倍估算，由于本次设计流道较长且塑件体积较小，因此按塑件体积的 0.4 倍计算。故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为= （1+0.4） 12=6.146 1.4 12=103.25cm总V塑 34.3 选择注塑机 根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积 =103.25，为了保总V证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量小于或等于注射机公称注射量的 80%，则买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709858/0.8=103.25/0.8=129.06cm总V3根据以上计算，初步选定公称注射量为 160cm ，注射机型号为 SZ-160/100 卧式注射机，其主要技术参数见表 4-1 表 4-1 注射机主要技术参数理论注射容量/cm 3160 移模行程/mm 325螺杆柱塞直径/mm 40 最大模具厚度/mm 300注射压力/MPa 150 最小模具厚度/mm 200注射速率/ 1sg105 锁模形式 双曲肘塑化能力/ 45 模具定位孔直径/mm 125螺杆转速/ 1minr0-200 喷嘴球半径/mm 12所模力/kN 1000 喷嘴口孔径/mm 3拉杆内间距/mm 345x3454.4 注射机的相关参数的校核4.4.1 注射压力校核 查表可知，ABS 所需注射压力位 80-110.取P =100MPa，该注射机公称注射压力 =150MPa，注射压力安全系数 =1.25-0 公P1k1.4，取 =1.3 则：1k=1.3x100=130S/2=14.1，S5.4 导向定位机构的设计 在模具进行装配或成型时，合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间准确对合，以确保塑料制件的形状和位置精度，并避免模内各零部件发生碰撞和干涉。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。对于本次设计采用标准模架，其导向定位结构为导柱导向。导向定位机构的作用： 定位作用； 导向作用； 承受一定的侧向压力；导柱的结构形式如图 5-9 所示：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098521图 5-9 导柱导套导柱的安装固定部分按 H7/m6 配合，导柱与导套按 H7/n6 配合。导套采用套筒式结构，为了使导柱能够比较顺利的进入导套孔。材料：导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，采用碳素工具钢 20 钢，硬度为 55HRC 以上，导套采用 T8A，淬火处理。5.5 脱模机构的设计5.5.1 推出方式 设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧； 塑件在推出过程中不发生变形和损坏； 不损坏塑件的外观质量； 合模时应使推出机构正确复位； 推出机构应动作可靠。由于塑件型腔较多，为防止塑件变形，采用中心推杆和推快综合推出方式。5.5.2 脱模力的计算买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098522薄壁制件系指塑件壁厚与其内孔直径之比小于 1/20 即 t/D1/20 的制件，故我本次所设计的塑件属厚壁制件。制件的横截面为不规则形状，所需的脱模力为 21K)(tanSEFf（其中 F 是脱模力（N） E-塑料的拉伸模量（MPa）塑料成型的平均收缩率-塑料的泊松比-模具型芯的脱模斜度S 塑件包裹型芯面积f-塑件与型芯的摩擦系数S=18.7x15=280mm E=1.8 x10 =0.0055 =1 =3 2327.145.0f91.054.27cossK21 1in2f则 = =543.1N21)(taSEFK（ 91.0307.45.8.0）（则总脱模力 F =543.1x8=4344.8N总校核推出机构作用在塑件单位压应力（1）推出面积A =1 222 5.196).5.7(4dD4m）（A =2 2221 8.).0(）（2）推出应力买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098523= = =16.8MPa53MPa（抗压强度） 合格21AF总 4.625.9835.6 推出机构的形式一方面，由于设置推杆的自由度较大，而且推杆截面大部分为圆形，制造修配方便，容易达到推杆和型芯上推杆孔的配合精度。另一方面所以在设计中采用推杆推出机构较合理。直通式推杆尾部采用台阶固定是最常用的形式，工作端部为圆形。在设计过程中要考虑到推杆要有足够的刚性，以承受推出力，否则就可能在推出使变形。推杆的结构形式如下图所示：图 5-10 推杆推杆工作部分与推杆固定板上的推杆孔配合采用 H8/f7H8/f8 的间隙配合。推杆的材料采用 T10A 碳素工具钢，硬度为 5054HRC，推杆工作端部分的粗糙度 Ra 一般取 0.8 m 。5.7 排气系统的设计塑料模具的注射过程其实就是熔融塑料将型腔中的空气置换出来的过程,如买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098524果气体不能被顺利地排出,塑件就会因填充不足而产生接缝或表面轮廓不完整等缺陷.而排气系统的作用就是把模具型腔内的空气,熔料所产生的气体排放到模具之外,保证熔体在充模过程中的正常流动.模具排气的形式主要有以下三种: 利用配合间隙排气; 利用分型面排气; 利用粉末合金烧结块排气。对于我本次设计的属于中小型模具,完全可以利用模具分型面的间隙来排除气体,不需要再另外开设排气槽。5.8 冷却系统的设计 塑料注射模温度调节系统的好坏,直接影响到塑件的质量,而且也决定着生产率的高低,塑件在型腔内的冷却力求做到均匀快速,以减少塑件的内应力,使塑件的生产做到优质高效.冷却系统的设计原则:冷却水孔的数量尽量多,孔径尽量大; 冷却水孔至型腔表面的距离相等; 浇口处加强冷却； 降低进出口水的温差； 冷却水孔避开熔接缝； 便于加工清理； 密封可靠。塑料模冷却系统的结构形式取决于塑件形状的尺寸，模具的结构，浇口位置，型腔表面温度分布要求等，主要包括凹模的冷却和型芯的冷却。5.9 模架的选择我国对塑料注射模模架的国家标准分为塑料注射模中小型模架(GB/T 12556.190)和大型模架(GB/T 12555.190)两种。其中中小型模架的结构形式按品种型号分，即基本型 4 种，派生型 9 种，以定模、动模座板有肩、买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098525无肩划分，又增加 13 个品种，共 26 个模架品种。以模板的每一宽度尺寸为系列主参数，各配以一组尺寸要素，组成 12 个尺寸系列。按照同品种、同系列所选用的模板厚度 A、B 和垫板高度 C 再来划分每一系列的规格。在我本次的设计中，所选模架的主体部分垫块以上由挡板、定模板、支承板和定模套板组成，模具的型芯和型腔都采用了整体式结构，浇口套安装在定模板和定模座板上。根据模具型腔的布局的中心距和塑件尺寸大小可计算出其所占平面尺寸为 100mm x 240mm ，又考虑到凹模的最小壁厚，导柱，导套的布置等，同时参考中小型标准模架的选型，初步选择（W x L = 180 x 350 mm).模架结构为 型。2A模架结构如下图所示：图 5-11 模架各个模板尺寸的确定1） A 板尺寸。A 板定模型腔板，塑件高度为 20mm。凹模嵌入深度为 10mm，买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098526考虑到模板上还要开设冷水道，需要留够足够距离，故 A 板厚度取 30mm。2) B 板尺寸。B 板是型芯固定板，按模架标准板厚度 30mm。3） C 板尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5-10）=25+20+15+5-10=65-70mm 初步选为 70mm。第六章 模具的失效分析6.1 模具的失效分析包括模具零件在内的任何机件，都有其一定的功能，机件在服役中产生了过量变形，断裂破坏，表面损伤等现象，将丧失原有的功能，达不到预期的要求，或变的不安全可靠，以致不能继续正常的服役，这种现象称之为失效。判断失效性质，分析失效原因，研究防止失效的措施等一系列的技术活动称之为失效分析。其主要目的是避免或减少同类失效现象的重复发生，延长产品的使用寿命，提高经济效益。常用的失效形式，大致可以分为以下几类： 过量变形 断裂 表面损伤防止模具早期失效的措施及效果： 适当提高模具的回火温度，增加回火保温时间，可明显减少堆塌，起皱，拉毛等现象；实际采用两段回火工艺，使模具回火充分，在保持较高硬度的同时改善韧性。6.2. 模具装配热塑性塑料注塑模，其装配要求如下：模具上下平面的平行度偏差不小于 0.05mm，分型面需密合；顶件时顶杆与卸料板动作必须保持同步。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098527装配时以分型面密合作为该模具的装配基准，装配顺序如下：按图检验主要工作零件及其他工作零件尺寸修磨动定模并用红粉对研，检查分型面的密合程度将定模、垫板和支承板一起夹紧镗导柱导套孔，在孔内压入工艺定位销加工侧面的垂直基准利用定模的侧面垂直基准确定定模上实际的型腔中心作为以后加工的基准。修磨定模型腔部分并压入镶块组装利用定模型腔的实际中心加工型芯固定型孔的线切割穿丝孔，并线切割型孔在定模、垫板和支承板分别压入导柱导套，保持导向可靠，滑动灵活用螺钉复印法紧固型芯于定模板上过型芯引钻、铰定模板上的顶杆孔加工限位螺钉孔，复位弹簧孔，并组装顶杆固定板组装模脚与支承块定模座板上加工螺钉孔和导柱孔并将浇口套压入定模座板装配定模部分