车窗扣座模具CAD设计-注塑模设计.doc

学校代码： 11059 学 号：1006031033Hefei University 课程设计（论文）BACHELOR DISSERTATION论文题目： 车窗扣座模具CAD设计 学位类别： 工学学士 学科专业： 材料成型及控制工程 作者姓名： 王 浩 浩 导师姓名： 邢 文 静 完成时间： 2014.9. 14 目录摘 要2第一章 车窗扣座塑件工艺性分析21.1 塑件工艺分析21.1.1外形尺寸分析21.1.2. 塑件精度等级分析31.1.3脱模斜度31.2ABS的性能分析1性能11.2.2 注射工艺参数2第二章 模具结构设计32.1 确定分型面的位置32.2 确定型腔的排列方式32.3 确定注射机型号32.3.1 塑件体积和重量的计算42.3.2 注射机型号的确定42.3.3 校核注射机的相关参数4第三章 浇注、冷却系统的确定63.1 浇注系统的设计63.1.1主流道的设计63.1.2 分流道设计73.1.3 浇口的设计73.1.4校核主流道的剪切速率73.1.5冷料穴的设计83.2冷却系统的设计83.2.1冷却介质83.2.2冷却系统的简单计算83.2.3动定模冷却水道的设置10第四章 成型零件的结构设计及计算104.1成型零件的结构设计104.2成型零件钢材的选用104.3成型零件工作尺寸的计算114.3.1凹模尺寸计算114.3.2型芯尺寸计算124.3.3嵌件距离计算13第五章 模具相关机构的设计145.1模架的确定145.1.1各模板尺寸的确定145.1.2模架各尺寸的校核165.2排气槽的设计175.3设计脱模推出机构175.3.1确定推出方式175.3.2脱模力的计算175.3.3脱模方案的分析与确定185.4导向与定位机构的设计18参考文献21致 谢22摘 要在设计车窗扣座的注塑模具中，通过分析塑件结构，对本塑件注射模的成型工艺过程进行了简单的介绍，模具的分型面为塑件的底面，模具的机构脱模采用推板结构，简单实用的结构，使得加工调试变得容易，注射成型后塑件的脱模问题得到解决。通过公式及查表计算，确定注塑机型号、模架尺寸、浇注冷却系统尺寸等。运用模具CAD/proe辅助设计制造出三维图，把ProE三维如到如绘图模块，绘制二维图。关键词： 车窗扣座；CAD设计；ABS；PROE；第一章 车窗扣座塑件工艺性分析1.1 塑件工艺分析1.1.1外形尺寸分析 图1 车窗扣座塑件图从图1-1分析可得，塑件的壁厚比较均匀，棱边出有圆角，塑件有比较小的外形尺寸，孔边间隙合理，有课本表2-23得嵌件周围料后满足要求，所以比较适合用注塑成型。1.1.2. 塑件精度等级分析塑件尺寸精度、塑件形位公差等级可按附录A“常用塑料模塑件公差等级和选用（摘自GB/T 144862008）”以及附录B “模塑件尺寸公差表（摘自GB/T 144862008）”8。通过查表可以把塑件的精度等级取为MT3，这属中等精度的塑件，未注公差尺寸均按MT5等级来取。1.1.3脱模斜度ABS材料结构属于非结晶型线型结构，有很小的成型收缩率，查表2-10选取凹模均为1的统一脱模斜度。几种常见的热塑性塑件脱模斜度2：ABS：塑件外表面40120，塑件内表面301；聚乙烯：塑件外表面2045，塑件内表面；2545；聚碳酸酯：塑件外表面351，塑件内表面3050；氯化聚醚：塑件外表面2545，塑件内表面3045；聚苯乙烯：塑件外表面35130，塑件内表面301。尼龙（通用）：塑件外表面2040，塑件内表面2540；1.2 ABS的性能分析 ABS材料的学名为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物，这种热塑性工程塑料是机械强度高，有一定的耐磨性但耐热性较差，吸水性较大。成型前原料要干燥，成形性能好。ABS的其他性能指标：密度: 1.021.16g/cm； 收缩率：0.40.7%；吸水率: 0.20.4%；比容: 0.860.98cm/g ； 成型抗弯强度：80 Mpa；抗拉屈服强度：50 Mpa；拉伸弹性模量：1800 Mpa；性能（1）PC的抗蠕变性好，尺寸的稳定性好,但是内应力不容易消除。（2）PC在高温下遇到水容易降解，所以成型要求的水分含量低于0.02%。（3）融化温度在210-280，建议温度245。（4）ABS属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差；热稳定不太好，耐候性较差，紫外线可使变色；热变形温度为70107，制品经退火处理后还可提高10左右。对温度，剪切速率都比较敏感；ABS在40时仍能表现出一定的韧性，可在 -40到80的温度范围内长期使用。1.2.2 注射工艺参数1.注射机：螺杆式，螺杆转数为30r/min。2.料筒温度（）：后段 150170； 中段 165180； 前段180200。3.喷嘴温度（）：170180。4.模具温度（）：5080。5.注射压力（Mpa）：60100。6.保压压力（Mpa4）：60-70。7.注射时间（s）： 2090。8.高压时间（s）： 05。9.冷却时间（s）： 2012010.总周期（s）： 50220第二章 模具结构设计2.1 确定分型面的位置分型面选择原则：a)分型面应选在合模方向上投影面最小的面上；b）应尽量避免侧抽芯；c）应选在合模方向投影最大面的边缘；d）塑件留在动模一侧，利用推杆推出痕迹不显露与外观面。综上所述，模具分型面选在如图红色区域所在面上。 图2-分型面位置2.2 确定型腔的排列方式一模多腔模具的排列布置应该尽量采用要求紧凑且与开设的浇口位置对称的平衡式，因为该设计选择的型腔数量为一模两腔，故可以采用平衡式直对称排列的流道。 2.3 确定注射机型号 喷嘴球半径：12 mm；喷嘴孔直径：4 mm；拉杆内间距：260360 mm；理论注射容量：104 ；定位孔直径：100mm。2.3.1 塑件体积和重量的计算用ProE三维软件可测得塑件体积：V塑=25734.68=11469.36mmABS的密度为1.021.16 g/cm，取1.05g/cm3所以塑件的重量 ： 由上式可得：m125.734681.05g12.042g2.3.2 注射机型号的确定浇注系统凝料体积的计算： 因为是采用一模两腔，所以n =2，由上式可得：V总V塑（1+0.2）25.734681.2213.764 V总/0.817.205由上述计算可选择有104的公称注射量、900KN的最大锁模力、150Mpa的注射压力，注射机型号为XS-ZY-125的卧式注射机。 2.3.3 校核注射机的相关参数1）、注射压力校核ABS所需的注射压力为60100Mpa,在这里取，的注射机公称压力，为注射压力安全系数，这里取，则： ,故，注射压力校核合格。2)、锁模力校核（1）塑件在分型面上的投影面积：=823.422mm（2）浇注系统在分型面上的投影面积 ：流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积就是。由多型腔模的统计分析来确定，是每个塑件在分型面上投影面积的0.20.5倍9。本次设计中的流道较为简单，有相对较短的分流道，因此可以适当取小一点的流道凝料投影面积，这里取。（3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积：n（）1976.2mm（4）模具型腔内的胀形力： F胀P模3026638N=29.64KN 上式中型腔的平均压力值，通常取注射压力的20%40%。塑料制品的粘度较小，应取较小的，低粘度塑料ABS塑料，可取为30Mpa。F锁=900KN为注射机的公称锁模力， ，这里锁模力的安全系数取1.2，则k2F胀1.229.6435.568KNF锁。注射机锁模力的校核合格。综上可选择型号为XS-ZY-1252的注射机，下面是它的主要技术参数：锁模力：900 kN； 合模方式：液压-机械；注射压力：150 Mpa；注射行程：160 mm；最小模厚：150mm；最大模厚：200 mm；注射时间/s：1.8；注射方式：螺杆式；螺杆直径：42 mm；螺杆转速：10140 r/min；第三章 浇注、冷却系统的确定3.1 浇注系统的设计3.1.1主流道的设计1.主流道长度取。选择XS-ZY-125型注射机，其喷嘴前端孔径，喷嘴前端球面半径。2.主流道小端直径： 3.主流道大端直径： ,式中=2 4.主流道球面半径： 5.球面的配合高度：6.主流道的凝料体积： =1687.75.5=1.69 7.主流道当量半径： 8.主流道浇口套的形式主流道直接由浇口套形成，为标准件的主流道衬套。由于主流道的小端入口和注射机的喷嘴接触反复，属于易磨损零件。所以对于材料的要求比较严格，所以模具的主流道衬套部分经常会设计为可更换拆卸的形式。一般采用45钢，进行局部热处理，球面硬度达到38-45HRC。3.1.2 分流道设计1、分流道的布置形式参照分流道的设计原则，本设计中分流道的布置形式在分型面上开设平衡式单排分流道，这样的设计，可以尽可能的使流道内的压力损失减小并尽量避免了熔体温度的降低，同时还尽可能的减小了分流道的压力平衡与容积。2、分流道长度 该塑件的型腔结构设计为一模两腔，采用圆形横截面分流道查表4-7取截面直径为8mm。长度为15mm3.1.3 浇口的设计采用薄片侧浇口，开设在定模一侧，进料从塑件的底部进入。根据塑件的壁厚选用薄片形侧浇口,查手册表2-57的浇口尺寸为：Babl6mm1mm51mm3.1.4校核主流道的剪切速率主流道体积、分流道体积、塑件的体积以及主流道的当量半径前面已经求出，故而可以根据相关公式校核主流道熔体的剪切速率。1、主流道的体积流量的计算2、主流道的剪切速率的计算 为主流道与分流道的最佳剪切速率，即校核主流道的剪切速率的结果合格。3.1.5冷料穴的设计主要作用是收集熔体前锋的冷料，防止熔体型腔被冷料进入，保证制品的表面质量不受其影响的是冷料穴，它位于主流道正对面的动模板上。本次设计只有主流道冷料穴。为便于注射成形工艺过程中熔体前锋冷料的收集，且开模后，能将主流道拉出留在动模上，然后再由顶料杆顶出脱模，本设计中的主流道末端采用Z形的冷料穴。查手册表2-62可得起详细尺寸。3.2冷却系统的设计3.2.1冷却介质低粘度材料ABS，成型温度与模具温度分别是200-260和40-90.因而模具温度可以初步选定位70，模具的冷却可用常温水进行。3.2.2冷却系统的简单计算1单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W（1）塑料制品的体积1.69+2*5.73468=13.16（2）塑件制品的质量g=0.01382kg（3）塑件壁厚为2mm，通过查表得。1.8s注射时间, 8s脱模时间，故注射周期=1.8+49+8=58.8s。（4）每小时注射的次数N=3600/t=3600/58.8=61次（5）单位时间内注射入模具中的塑料熔体总质量： 2确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 ABS的单位热量Qs的值查表直接可知为400kJ/kg3计算冷却水的体积流量设冷却水道为出水口的水温，为入水口的水温为，取为水的密度，为水的比热容。由公式计算得：4确定冷却水路的直径由冷却水的体积流量，查表可知模具冷却水孔的直径d=8mm。5.冷却水在管内的流速v6.冷却壁与水交界面得膜传热系数因为平均水温为22.5，查表4-31可得则有：7冷却水道导热总面积的计算 8.模具所需冷却水管总长度的计算9.冷却水路的根数假设150mm为每条水路的长度，则冷却水的根数为1根。在型芯和型腔中各设置一个冷却水道。从上面的计算可以看出，对于模具来说，一条冷却水道很明显是不合适的，所以应该根据具体的情况进行修改。型芯和凹模得到充分的冷却，可以使得生产效率得到提高。3.2.3动定模冷却水道的设置可直接在动模板上开设动模的循环冷却水道，定模部分的循环冷却水道则由定模座板引入定模型腔镶件开设。为防止漏水，应加“O”型密封圈密封定模座板与定模型腔。第四章 成型零件的结构设计及计算4.1成型零件的结构设计该设计主要由动、定模型腔镶件和型芯、嵌件组成模具的型腔部分。动模板固定动模型芯和嵌件，定模板固定定模型腔镶件。4.2成型零件钢材的选用对成型零件进行综合的分析，这个塑件的成型零件应的强度、刚度及耐磨性，应该得到保证，且其抗疲劳性能应较为良好。材料均采用型号为45#的模具用合金钢，这种材料经过热处理以后可以使得型腔表面达到6065HRC的硬度。抛光后可达到Ra0.4m的表面粗糙度，成型后塑件外表面光洁度要求可以得到满足。4.3成型零件工作尺寸的计算成型零件的尺寸可参照表4-15中的平均尺寸法计算，并按照精度MT3查表得出的公差来计算塑件的尺寸公差。4.3.1凹模尺寸计算按平均计算法计算，根据凹模径向尺寸计算公式： 凹模深度计算公式: 式中，是塑件的平均收缩率，由表1-2知ABS收缩率为0.40.7，其平均收缩率；是系数，由表4-15得知一般范围为0.50.8，此处取；分别是塑件上相应尺寸的按相应精度差取的公差（下同）；是塑件上相应的尺寸制造公差，小中型塑件取（下同）。尺寸计算如下：1）横向尺寸：=mm=mmR=mmR=mm深度方向尺寸：凹模镶件加工最终尺寸如下图：型腔镶件4.3.2型芯尺寸计算根据型芯平均尺寸计算公式：径向 高度 尺寸计算如下： 1 ）径向尺寸：=mm=mm2）高度尺寸：型芯加工最终尺寸如下图: 型芯4.3.3嵌件距离计算型芯三维效果图第五章 模具相关机构的设计5.1模架的确定5.1.1各模板尺寸的确定1）.A板尺寸A板为定模板，用来固定凹模尺寸。查手册选取BL=150mm250mm。加工后最终尺寸如图：.2）.B板尺寸。 B板是型芯固定板,查手册选取BXL=150X250尺寸如图：3）.C板（垫块）尺寸根据垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm =60mm。厚28mm。形状如图：经过尺寸的计算，模架板面尺寸为250mm200mm。其外形尺寸：宽长高=250mm250mm170mm。模架结构形式为A1型的标准模架，如图6-1所示。图6-1 模架结构4）.标准模架上其他相应尺寸动定模座板20mm；导柱间距214114mm；动定模座板螺钉8*M10，间距156*120mm；推板螺钉4*M8，间距232*72mm；复位杆直径12mm，间距150mm；推杆直径10mm，2根，详细尺寸查表得出。5.1.2模架各尺寸的校核根据所选注射机的参数来校核模具设计的尺寸。1.模具平面尺寸250mm150mm598mm520mm,校核合格。2.模具高度尺寸170mm，150mm170mm200mm，校核合格。3.模具的开模行程 。因此，可知校核合格。5.2排气槽的设计模具内的气体可以从型芯与滑块的配合间隙排出。5.3设计脱模推出机构5.3.1确定推出方式分析塑件的结构特点，用穿过两型芯的推杆推出。5.3.2脱模力的计算10mm，所以，此处视为厚壁塑件，根据式4-27，脱模力为=298.2N 无量纲系数，随r和而异。，此处，t为壁厚；塑料的弹性模量（由2附录2查得1440）；塑料平均成型收缩率，取0.65%；制件对型芯的包容长度，=98；制件与型芯之间的摩擦因数（查1附录2取0.31）；模具型芯的脱模斜度（取1，tan0.0175）；塑料的泊松比（塑料泊松比无法查找时允许取0.35）；塑件在垂直于脱模方向上的投影面积（）。5.3.3脱模方案的分析与确定常见的脱模类型有气动脱模、推管脱模、推杆脱模、推板脱模和利用活动镶件或型腔脱模以及多元件联合脱模等机构。最常用的一种脱模机构是由推出部件、推出导向部件和复位部件等组成推杆脱模机构。它的设计要点主要有：为避免推杆在推出时出现弯曲或折断，应选择具有足够的强度和刚度的推杆来承受推出力。为避免凸模或凹模的强度受影响，应在脱模阻力大的地方设置推杆。当塑件各处的脱模力相同时，为使塑件在脱模时受力均匀，防止变形，推杆应均衡布置。推出耳形式用于塑件上不允许有推出痕迹的时候，脱模后将推出耳剪掉即可。为避免飞边的产生，推杆与推杆孔的配合一般为H8/f8或H9/f9，且配合间隙不大于所用塑料的溢料间隙。应与型腔在同一平面，或者型腔平面比其要低0.050.10的推杆的端面，不应该有轴向蹿动。模具带有侧向抽芯的推杆，为避免和侧抽芯发生干涉，其位置应尽量的去避免侧向型芯，不然要设置推杆先复位装置。模具开有冷却水道，为保证加工的顺利，设计时应先设计冷却系统，与冷却水道保持一定距离再设计推出机构。为避免出现漏水的现象，推杆穿过冷却水道的情况要防止。5.4导向与定位机构的设计模具中用来导向、定位以及承受一定的侧压力的导向机构，可以保证注塑模准确的开模和合模以及脱模机构运动导向。按作用导向机构可分为模内定位和模外导向。通过导柱导套进行合模定位的是模内定位，而模外定位则是通过定位圈使模具浇口套能与注射机喷嘴精确定位。注射模一般采用四个导柱和导套。导柱可安装在动、定模任意一侧，但是为保护型芯，主型芯的四周通常会设导柱。本次模具设计所成型的塑件较为简单，要求的模具定位精度不高，所以可以用所选模架所带有的导向定位机构。第六章 总装图 装配图下面是模具的工作过程：模具合模后安装到卧式注塑机上。在成型之前，要调节好成型工艺所要求的工艺参数。塑料熔体在一定的注射压力作用下注射到模具的型腔中，是通过喷嘴沿浇注系统注射。开设在分型面上的排气槽以及型芯与滑块的配合间隙将型腔中的气排出，注射成型工艺过程完成。开模时，动模部分向后移动，定模部分不动，固定在注塑机的定模连接板上。在这个过程中，要求其后的顶出脱模不受塑件上侧孔的影响。然后塑件从动模型腔镶件中被模具上的顶针顶出机构顶出脱模。模具重新合模时，复位则由复杆顶出机构完成。以上一次成型周期完成。参考文献1 王兴天. 注塑工艺与设备J. 化学工业出版社，2009,11.2 叶久新，王群. 塑料成型工艺及模具设计J.北京： 机械工业出版社，2010,1.3 单岩.Mlodflow模具分析技术基础J.清华大学出版社，2009,7.4 高军，李熹平，高田玉. 注塑成型工艺分析及模具设计指导J.化学工业出版社, 2008.5 阎亚林.塑料模具图册M.北京：高等教育出版社，2004.6 杨占尧，塑料模具标准件及设计手册M.化学工业出版社，2008,6. 7 王鹏驹，张杰.塑料模具设计师手册M.北京：机械工业出版社，2008,8.8 石世銚.注塑模具设计与制造300问M. 北京：机械工业出版社，2010,7.9 单岩，王蓓等.Moldflow模具分析技术基础M. 清华大学出版社，2004.10 贾润礼，程志远. 实用注塑模设计手册M. 北京：中国轻工业出版社，2000.11 刘琼. 塑料注射Moldflow实用教程M. 北京：机械工业出版社，2008,10.12 王刚，单岩.Moldflow模具分析应用实例M. 清华大学出版社，2004.13 中国模具设计大典编写组.中国模具设计大典M.江西科技出版社，2003.14 冯炳尧, 蒋文森.模具设计与制造简明手册（第二版）M.上海科学技术出版社.2001,5.15 模具设计与制造技术教育丛书编委会编.模具常用机构设计M. 北京：机械工业出版社，2006.16 邱斌，李伟等.注射成型中保压曲线对制品表面质量的影响J. 工程塑料应用,2007,3.17 黄虹塑料成型加工与模具M北京：化学工业出版社，2002.18 申开智. 塑料模具设计与制造M.北京：化学工业出版社，2006.19 傅建军模具制造工艺M北京：机械工业出版社,200620 张克惠塑料材料学M西安：西北工业大学出版社，2000 致 谢寒假前几周时间里我都在忙碌于注塑模设计的工作中，回顾过去几周进行课程设计的艰辛历程，一切仿佛历历在目。教室、图书馆、寝室电脑前都留下了我们忙碌的身影。这期间，我们利用了教科书、设计手册、设计图册、网络资源等一系列有助于毕业设计的力量和工具。每个星期我会准时准确地向我的指导老师邢文静老师汇报我的工作情况，老师也会给我一些宝贵的建议和意见，现在课程设计已近尾声，在此，要特别感谢导师赵茂俞老师的精心指导，是她不辞辛劳的悉心指导，帮我们解决了很多关键性技术难题，为我们指引了正确的设计思路，并详细的给我们讲解了设计中用到的实际工程设计经验，从而使我们在设计过程中始终保持着清晰的思维。此外，也使我们学会了综合应用所学知识，提高了分析和解决问题的能力，为以后走上工作岗位从事实际工作奠定了扎实的理论基础和实践经验。另外，我还要感谢我的同学们，遇到困难时我们聚在一起讨论，经过我们的讨论和争辩之后，得到最好的方案。在一起我们像一家人一样，无话不说无话不谈。他们是我在大学生涯中一笔最宝贵的的财富，我们用心相处，用心交流。她们是我一生中不可缺少的美好。最后，我要感谢我的学校，我所有的老师，是你们让我在大学这个大家庭里感觉到了温暖的家的味道，是你们教会了我们努力学习，也是你们给我指明了人生的方向，谢谢你们，已经生活了三年的学校，千言万语汇成一句话：愿大家一切安好，谢谢你们，我一生中最美好的事，就是在人生中最美的时光里遇见你们。 王浩浩 2014年9月13于合肥学院