畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-塑料拉手注塑模具設(shè)計(jì)（全套圖紙） .doc

第1頁(yè)共27頁(yè)1引言模具行業(yè)是一個(gè)高新技術(shù)密集型，而且又重視經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)業(yè)。特別是隨著近代工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料制品用途日益廣泛，注塑模具工藝空前發(fā)展，依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)模具已經(jīng)不能滿足需要，企業(yè)越來(lái)越多地利用注塑模流分析技術(shù)來(lái)輔助塑料模具的設(shè)計(jì)。利用此類CAE軟件，設(shè)計(jì)人員可以仿真出塑料成型過(guò)程中的充填、保壓、冷卻及脫模后的翹曲變形等過(guò)程，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)塑料熔膠在模腔內(nèi)的流動(dòng)狀況，溫度、壓力、剪切應(yīng)力、體積收縮等變量在整個(gè)充填工程中某瞬間的分布情況。利用注塑模流分析技術(shù)，能預(yù)先分析模具設(shè)計(jì)的合理性，減少試模次數(shù)，加快產(chǎn)品研發(fā)，提高企業(yè)效率。近幾年來(lái)，我國(guó)模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。塑料模熱流道技術(shù)更成熟，氣體輔助注射技術(shù)已開(kāi)始采用。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)相當(dāng)廣泛地得到應(yīng)用，并開(kāi)發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAE軟件。電加工、數(shù)控加工在模具制造技術(shù)發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用更加廣泛，品種有所擴(kuò)展。模具材料方面，第2頁(yè)共27頁(yè)由于對(duì)模具壽命的重視，優(yōu)質(zhì)模具鋼的應(yīng)用有較大進(jìn)展。衡量模具產(chǎn)品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的復(fù)雜程度、模具的使用壽命和制造周期等。國(guó)內(nèi)外模具產(chǎn)品水平仍有很大差距。目前CAD/CAM系統(tǒng)及數(shù)控技術(shù)在模具加工領(lǐng)域起著不可缺少的重要作用。當(dāng)今流行的三維造型軟件有Pro/ENGINEER、UG和Solidworks等，其中Pro/ENGINEER的功能強(qiáng)大應(yīng)用范圍廣泛。原因是，該工具建立在相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上，從而可以近似獲得實(shí)際指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的效果，此外，計(jì)算的快捷性使得在實(shí)際試模前，可以對(duì)于多個(gè)澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估直至優(yōu)化，從而達(dá)到縮短設(shè)計(jì)和制造周期，提高質(zhì)量的目的。本課題模具所用軟件是Pro/E,該模具的設(shè)計(jì)過(guò)程大致如下：首先用Pro/E進(jìn)行零件的實(shí)體特征造型，特征是Pro/E軟件的基本設(shè)計(jì)單元，用戶可以每次創(chuàng)建一個(gè)特征的方式進(jìn)行三維造型，并且零件的數(shù)據(jù)是關(guān)聯(lián)的，其基礎(chǔ)是Pro/E軟件采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。用Pro/E軟件在對(duì)零件進(jìn)行受力分析，以及運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查。然后用Pro/E的ManufactureMold模塊進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，包括流道及冷卻水道設(shè)計(jì)，然后各部分電極可以在裝配塊里設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上可以很好地控制電極對(duì)應(yīng)零件的位置關(guān)系，并利用軟件的功能進(jìn)行干涉檢查，極大地減少了設(shè)計(jì)上的失誤。說(shuō)明書(shū)詳細(xì)介紹了基于CAD技術(shù)的塑料拉手注塑模設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及相關(guān)工藝。重點(diǎn)介紹了CAD技術(shù)和三維立體設(shè)計(jì)技術(shù)Pro/ENGINEER技術(shù)在該產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。在該注塑模設(shè)計(jì)中，對(duì)成型零件的設(shè)計(jì)、合模導(dǎo)向機(jī)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容均作了比較詳細(xì)的介紹。2產(chǎn)品工藝性拉手塑件的材料是聚氯乙烯，聚氯乙烯具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，流動(dòng)性好，易于成型，成型收縮率小，理論計(jì)算收縮率為0.5%，溢料值為0.04mm，比熱容較低，在模具中凝固較快模塑周期短，制作尺寸穩(wěn)定，表面光澤。產(chǎn)品形狀如圖一所示，光滑沒(méi)有棱角，塑件的兩側(cè)孔有一定的尺寸要求。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，塑件的制作擬采用注塑成型。第3頁(yè)共27頁(yè)塑料的成型工藝主要有注射擠出壓縮等。根據(jù)產(chǎn)品的材料精度要求和生產(chǎn)效率擬采用注射成型。注射成型是熱塑性塑料成型的一種方法，幾乎所有熱塑性塑料都可以用這種方法成型，某些熱固性塑料也可以用注射模成型此法的特點(diǎn)。注射成型能夠一次成型十分復(fù)雜的形狀，滿足尺寸精度的要求，能適應(yīng)品種繁多的塑料材料，成型周期短，生產(chǎn)效率高，易實(shí)現(xiàn)全過(guò)程電腦控制。塑模注射過(guò)程有加料、塑化、充模、保壓、冷卻和脫模等幾個(gè)步驟,但從塑料在注射過(guò)程中的狀態(tài)變化來(lái)看,只有塑化和熔體模塑兩個(gè)過(guò)程,下面就從這兩個(gè)方面對(duì)注塑工藝過(guò)程作一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹：（1）塑化是熔料注入模腔前的準(zhǔn)備工作。這一過(guò)程是指塑料粒加入注射機(jī)料斗,經(jīng)已加熱達(dá)到預(yù)定溫度的料筒,在一定的預(yù)塑背壓下,螺桿輸送,融熔塑化定量的溶化均一的稱料,其塑化質(zhì)量和預(yù)塑化量由注射工藝參數(shù)所決定。（2）熔體模塑過(guò)程是:充模,聚合物在模內(nèi)壓實(shí)聚合物從模內(nèi)倒流,澆口處物料凝固,聚合物在模內(nèi)冷卻,制品脫模。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，塑件的制作擬采用注塑成型。3工藝方案及設(shè)計(jì)方法3.1模具工藝方案第4頁(yè)共27頁(yè)根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮如下：（1）模腔數(shù)目的確定，從生產(chǎn)率上考慮，模腔數(shù)應(yīng)盡可能地多，在理論上對(duì)于相同的制品，模腔數(shù)多的模具能和模腔數(shù)少的模具動(dòng)作的一樣快。但事情并不總是如此的，模具周期往往會(huì)由于模腔數(shù)地增加而增加?？紤]拉手塑件地結(jié)構(gòu)形狀，擬采用一模一腔。（2）分型面的選擇，塑件外形較為復(fù)雜，且有孔、筋，塑件成型收縮后必然留在型芯上，模具分型面設(shè)在塑件截面輪廓最大部位，與開(kāi)模方向垂直，開(kāi)模后塑件留于動(dòng)模一側(cè)有利于脫模機(jī)構(gòu)頂出塑件。此分型面不影響塑件外觀以及配合面的質(zhì)量，且分型面處產(chǎn)生的飛邊易于修整加工。（3）澆注系統(tǒng)，針對(duì)該塑件的框結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具設(shè)計(jì)采用在框內(nèi)側(cè)的側(cè)澆口。這種澆注系統(tǒng)塑料流程短、流動(dòng)阻力小、流道存料少、進(jìn)料快、動(dòng)能損失小、傳遞壓力好、保壓補(bǔ)塑作用強(qiáng)，有利于排氣及消除熔接痕，且模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便。塑件成型后澆口痕跡留在再塑件的內(nèi)側(cè)，不影響制品的外觀質(zhì)量，在流道的末端開(kāi)有冷料井，用來(lái)儲(chǔ)藏注射間隔期間由于噴嘴端溫度降低造成的冷料（4）型腔結(jié)構(gòu)，對(duì)于拉手塑件模具的型腔結(jié)構(gòu)有兩種選擇：整體式和瓣合式。整體式型腔是由整塊鋼材直接加工而成的，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固可靠，不易變形，成型的塑件質(zhì)量好。瓣合式型腔是由兩個(gè)以上零件組合而成的。這種結(jié)構(gòu)改善了加工性，減少了熱處理變形，節(jié)約了模具貴重鋼材，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配調(diào)整比較麻煩，塑件表面可能留有鑲拼痕跡，組合后的型腔牢固性差。對(duì)于拉手塑件模具整體考慮，型腔結(jié)構(gòu)擬采用整體式（5）模具的結(jié)構(gòu)為采用三個(gè)方向的滑快抽芯結(jié)構(gòu)。（6）冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，注射模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)常被認(rèn)為是次要的問(wèn)題，對(duì)于冷卻系統(tǒng)的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都不予重視，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理，對(duì)于小型的塑件會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，對(duì)于壁較薄的大型塑件會(huì)產(chǎn)生變形，甚至應(yīng)力開(kāi)裂。而且冷卻不充分，會(huì)導(dǎo)致延長(zhǎng)成型周期，從而降低生產(chǎn)效率。拉手塑件是小制品，型芯的冷卻系統(tǒng)使用噴流系統(tǒng)是有利的，在型芯中央開(kāi)孔（盲孔），并插入一根外徑比孔徑小的管子，溫度控制介質(zhì)（水或油）通過(guò)管子通道型芯的頂部，在液體回流過(guò)程中控制型芯的溫度。（7）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)一般不具有唯一性。對(duì)于同一產(chǎn)品零件，不同的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的模具不盡相同，為了便于實(shí)現(xiàn)模具的CAD，減少數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，在建立模第5頁(yè)共27頁(yè)具CAD系統(tǒng)時(shí)首先應(yīng)該解決的問(wèn)題便是標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，其中包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)化，模具零件和模具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。有了標(biāo)準(zhǔn)化的模具結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)模具時(shí)可以選用典型的模具組合，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模具零件，需要設(shè)計(jì)的只是極少數(shù)的工作零件。3.2設(shè)計(jì)方法塑料制品的開(kāi)發(fā)不僅需要對(duì)每個(gè)塑料制品進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且必須設(shè)計(jì)這些制品的模具產(chǎn)品，而模具制造一般價(jià)格高并且費(fèi)時(shí)，一旦在加工完成后再進(jìn)行修改，其代價(jià)是很大的。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷提高，在制品的設(shè)計(jì)分析模具的設(shè)計(jì)制造方面，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)分析加工（即模具CAD/CAE/CAM）已成為可能。模具CAD/CAE/CAM要達(dá)到的目的是從項(xiàng)目的初始方案到零件設(shè)計(jì)，直至最后投產(chǎn)，都使用同一數(shù)據(jù)庫(kù)和一個(gè)不中斷的數(shù)據(jù)流。這一過(guò)程從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)體幾何模型開(kāi)始，對(duì)制品進(jìn)行結(jié)構(gòu)和美學(xué)設(shè)計(jì)并給予評(píng)價(jià)，再對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，根據(jù)流變學(xué)原理，分析注射工藝中的充填冷卻收縮變形過(guò)程。同時(shí)，根據(jù)制品的實(shí)體造型，設(shè)計(jì)型腔型芯及電極，需要時(shí)也可繪制出二維圖樣，再利用模架數(shù)據(jù)庫(kù)，選配模架模板。最后由圖形數(shù)控軟件得到刀位文件，經(jīng)后置處理后輸出數(shù)控代碼，就可以由數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工了。Pro/ENGINEER功能非常強(qiáng)大，包含了零件造型產(chǎn)品裝配NC加工模具開(kāi)發(fā)鈑金件設(shè)計(jì)外型設(shè)計(jì)逆向工程機(jī)構(gòu)模擬應(yīng)力分析等功能模塊，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械汽車模具工業(yè)設(shè)計(jì)航天家電玩具等各行業(yè)，在國(guó)外尤其是制造業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)有著龐大的用戶群。因此在這次設(shè)計(jì)中我準(zhǔn)備采用Pro/ENGINEER來(lái)做模具造型。4模具設(shè)計(jì)草案4.1型腔布局以及分型面選擇本模具生產(chǎn)的拉手屬于小批量生產(chǎn)，且產(chǎn)品精度不是太高，所以采用一模一腔模具結(jié)構(gòu)形式。型腔模具設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題之一就是澆注系統(tǒng)的布置方式，型腔的的布置應(yīng)使型腔通過(guò)澆注系統(tǒng)從總壓力中得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體均勻地充滿型腔，使型腔的塑件在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，同時(shí)采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。由于受到塑件結(jié)構(gòu)的限制，所以模具采用一模一腔分布。分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝第6頁(yè)共27頁(yè)有密切關(guān)系，并且直接影響著塑料熔體的流動(dòng)充填特性及塑件的脫模，因此，分型面的選擇是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置、形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面是一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)基本原則：1、分型面應(yīng)選在塑件外形截面輪廓最大部位。2、確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模。3、保證塑件的精度要求。4、滿足塑件的外觀質(zhì)量要求。5、便于模具的加工制造。6、對(duì)成型面積的影響。7、對(duì)排氣效果。8、對(duì)側(cè)向抽芯的影響。綜合考慮以上的幾項(xiàng)基本原則，本模具分型面設(shè)在塑件截面輪廓最大部位，與開(kāi)模方向垂直。4.2排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)塑料熔體填充型腔時(shí)，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排干凈，一方面將會(huì)在塑件上產(chǎn)生氣泡，接縫表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦，同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須考慮排氣問(wèn)題。由于本模具型腔較小且很簡(jiǎn)單，所以可以利用推板、活動(dòng)型芯等活動(dòng)配合間隙排氣，排氣間隙應(yīng)小于聚氯乙烯的溢料間隙（0.04mm）。4.3成型零件的設(shè)計(jì)模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，承受塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時(shí)與塑件間還發(fā)生磨擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高第7頁(yè)共27頁(yè)的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。設(shè)計(jì)成型零件應(yīng)根據(jù)塑料的特性、塑件的結(jié)構(gòu)和使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的尺寸，對(duì)關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。4.3.1凹模的設(shè)計(jì)因?yàn)樗芗^小，而且采用一模一腔，使用凹模形式，采用整體嵌入式，因?yàn)椴捎眠@種形式各個(gè)凹模采用機(jī)械加工、冷擠壓和電加工等方式加工制成，然后壓入模板中，這種結(jié)構(gòu)加工效率高，維護(hù)方便，可以保證型腔形狀尺寸。它的特點(diǎn)是牢固，使用中不易變形，不會(huì)使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡。它的缺點(diǎn)是加工困難，熱處理不方便。4.3.2型芯的設(shè)計(jì)本模具設(shè)計(jì)的難度在于側(cè)型芯的設(shè)計(jì)，由于小型芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果用手工去設(shè)計(jì)，那難度是很大的，利用CAD三維軟件Pro/ENGINEER去設(shè)計(jì)，用軟件中的型腔設(shè)計(jì)可以很方便的抽取出小型芯。本方案中直徑較小的型芯采用階梯軸結(jié)構(gòu)，單獨(dú)制造，在嵌入模板中，用壓板固定。型芯采用P20鋼，熱處理要求硬度HRC50。4.3.3成型零件工作尺寸的計(jì)算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來(lái)構(gòu)成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸。任何塑件制作都有一定的幾何形狀和尺寸的要求，在使用中有配合要求的尺寸，則精