塑料花盆的設(shè)計與制造

1、模具設(shè)計畢業(yè)論文課 題： 塑料花盆的設(shè)計與制造 系 別： 機電工程系 班 級： 姓 名： 學 號： 完成日期： 2011年5月30日 1摘要本課題主要是針對塑料盆的模具設(shè)計,通過對塑件進行工藝的分析和比較,最終設(shè)計出一副注塑模。該課題從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核、都有詳細的設(shè)計，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過整個設(shè)計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的加工工藝。根據(jù)題目設(shè)計的主要任務(wù)是盒蓋注塑模具的設(shè)計。也就是設(shè)計一副注塑模具來生產(chǎn)塑料盆塑件產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對塑料盆的具體結(jié)構(gòu)，該

2、模具是點澆口的雙分型面注射模具。由于塑件內(nèi)側(cè)有四個小凸臺，無法設(shè)置斜導(dǎo)柱，固采用活動鑲件的結(jié)構(gòu)形式。其優(yōu)點在于簡化機構(gòu)，使模具外形縮小，大大降低了模具的制造成本。通過模具設(shè)計表明該模具能達到塑料盆的質(zhì)量和加工工藝要求。2目錄論文封面（1）摘要（2）目錄（3）一設(shè)計任務(wù)要求.（4）二塑件的選材及性能分析.（4）2.1塑件材料的性能分析（4）2.2塑件材料的加工特性（5）三模具詳細設(shè)計.（6）3.1注射機的選擇.（6）3.1.1.注射量的計算.（7）3.1.2.最大注射壓力與模腔壓力的計算.（7）3.1.3.鎖模力的計算.（8）3.1.4.確定注射劑型號.（8）3.1.5.注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校核

3、.（9）3.2確定分型面（9）3.3確定型腔數(shù)（10）3.4確定澆注系統(tǒng).（10）3.5成型零件設(shè)計（11）3.5.1.注射模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計.（11）3.5.2.注射模具型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計.（12）3.6導(dǎo)向與定位機構(gòu)設(shè)計（13）3.6.1.導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計.（13）3.6.2.導(dǎo)柱設(shè)計.(14)3.6.3.導(dǎo)柱的校核.(14)3.6.4.導(dǎo)套設(shè)計.(15)3.7脫模推出機構(gòu)得設(shè)計(16)3.8確定冷卻和排氣系統(tǒng)(17)四總結(jié).(17)參考文獻.(29)3一設(shè)計任務(wù)要求本課題是塑料盆的注射模具設(shè)計。采用proe三維設(shè)計軟件實現(xiàn)模具的設(shè)計。完成該注射模具裝配圖的設(shè)計和全部零件的設(shè)計，模具成型零件pr

4、oe三維造型設(shè)計。二塑料的選材及性能分析這個塑料制品是日常生活所需，對外觀要求較為嚴格。主要尺寸如圖1所示。其材料選用聚丙烯（PP），其材質(zhì)為PP。圖 1 塑料盆的尺寸要求21塑件材料的性能分析聚丙烯密度小，強度、剛性、硬度、耐熱行均優(yōu)于HDPE,可在100左右使用。具有優(yōu)良的耐腐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響，但低溫變脆，不耐磨，易老化。適于制作一般機械零件、耐 4腐蝕零件和絕緣零件。22 塑件材料的加工特性（1）結(jié)晶性塑料，吸濕性小，可能發(fā)生熔體破裂，長期余熱金屬接觸已發(fā)生分解；（2）流動性極好，溢邊值0.03mm左右；（3）冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的散熱應(yīng)適度；（4）成型收縮

5、范圍大，收縮率大，已發(fā)生縮孔、凹痕、變形，取向性強；（5）注意控制成型溫度，料溫低時取向性明顯，尤其低溫高壓時更明顯，模具溫度低于50以下塑件無光澤，已產(chǎn)生熔接痕、流痕；90以上時易發(fā)生翹曲、變形；塑件應(yīng)壁厚均勻，避免缺口、尖角，以防止應(yīng)力集中。塑件材料PP的物理性能、熱性能密度 g/cm30.900.91質(zhì)量體積 cm3/g1.101.11吸水率 24h0.010.03熔點 170176熔融指數(shù) g/10min230維卡針入度 140150熱變形溫度 102115線膨脹系數(shù) 10-59.8比熱容 J/(kgK)1930熱導(dǎo)率 W/(mK)0.1265塑件材料PP的成形條件 注塑成型機類型螺桿

6、式 密度 g/cm30.900.91 計算收縮率 %1.02.5預(yù)熱 溫度 80100時間 h12料筒溫度 后段 160180中段180200前段200220模具溫度 8090 注塑壓力 MPa70140成形時間 s注塑時間2060高壓時間03冷卻時間2090總周期50160 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min48后處理方法-溫度 -時間 h-三模具詳細設(shè)計3.1注射機的選取注射機的選取是至關(guān)重要的，因為注射機的眾多參數(shù)需要和模具的相互匹配，否則無法正常使用，這也是我們選擇注射機的重要依據(jù)。需要計算的參數(shù)很多，有注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離。

7、下面通過對一些參數(shù)的計算來選取注射機的型號。63.1.1注射量的計算注射量是指注射機在對空注射的條件下，一次注射聚苯乙烯時所能達到的最大注射體積（或質(zhì)量）螺桿式注射機注射其他塑料時的注射量計算 nV+V 單個塑件的容積（cm） 澆注系統(tǒng)和飛邊所需要塑件的容積（cm） 注射機額定注射量（cm） 模具型腔數(shù) 對于規(guī)則的圖形可以通過相關(guān)的體積公式來實現(xiàn)，而對于一些復(fù)雜或不規(guī)則的實體圖形我們可以通過相關(guān)軟件（如UG、PRO/E）來實現(xiàn)體積計算。對于該制品來說屬于不規(guī)則實體，因此，不能通過體積公式來計算體積，必須要借助相關(guān)軟件來實現(xiàn)體積計算。這里，借助了PRO/E來實現(xiàn)體積計算。經(jīng)軟件計算得：424cm

8、 暫取型腔數(shù)為1.=26cm所以V=（ 424+26）/0.8= 562cm3.1.2最大注射壓力與模腔壓力的計算最大注射壓力是指注射過程中位于柱塞或螺桿前端的熔融塑料的壓力，用P表示 。由于注射機類型、噴嘴形式、塑料流動特性、澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和型腔的流動阻力等影響因素，熔料進入模腔時的壓力遠小于最大注射壓力。 有效注射壓力 ：K：壓力損失系數(shù)。一般取值范圍為 （1/4-1/2）。7選注射機注射機的最大注射壓力為: P（模腔壓力）熔融型料在型腔內(nèi)的壓力（20MP40MP）在此取30MP。3.1.3鎖模力的計算鎖模力是指注射過程中注射機能夠提供的防止模具打開的最大鎖緊力，用F表示 注射模從分型面漲開

9、的力應(yīng)小于注射機的額定鎖模力即式中F注射機的額定鎖模力（N） A、A塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積 （mm）P塑料熔體在模腔中的平均壓力（Mpa）在此取30Mpa。模具型腔數(shù) 為1。3.1.4確定注射劑型號根據(jù)以上的參數(shù)選取注射機型號為： SZ-3200/8000注射機參數(shù)型號SZ-3200/8000拉桿內(nèi)間距/mm理論注射容積/cm3200最大模具厚度/mm1050螺桿直徑/mm105最小模具厚度/mm450注射壓力/165注射方式螺桿式螺桿轉(zhuǎn)速/（r/min）1674模板最大開距/mm2025鎖模力/KN8000最大成型面積/mm3800注射質(zhì)量/g2855塑化能力 g/s75噴嘴

10、球頭半徑/mmSR18模具定位孔直徑mm200H7定位孔直徑/mm250定位孔深度/mm50注射速率g/s600模板行程mm10003.1.5注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校核由于選取注射機型號是根據(jù)注射量，最大注射壓力和鎖模力三個參數(shù)來選取的。它們均滿足要求。下面分別對其他參數(shù)進行校核。（1）模具與注塑機安裝部分相關(guān)尺寸校核模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸的拉桿間距相適應(yīng)：模具長寬拉桿面積 即 700900故滿足要求。（2）模具閉合厚度校核本模具的閉合高度為H=708mm，SZ-3200/8000型注射機所允許模具的最小閉合厚度為450mm，最大厚度為1050mm， 即模具滿足 的安裝條件。（3

11、）開模行程校核注射機的開模行程應(yīng)滿足分開模具取出塑件的需要。所選注塑機為SZ-3200/8000型，其最大行程與模具厚度無關(guān)，故注塑機的開模行程應(yīng)滿足下式（510）mm 式中 注塑機最大開模行程，。H推出距離，mm；由模架可知，大小為185mmH包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，大小為470mm；因為S1100mmHH（510mS故開模行程滿足要求。3.2確定分型面9分型面的選擇關(guān)乎到整個模具的設(shè)計，所以需要慎重，由于此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，只需要選擇一個分型面。在此選擇塑料盆最大的切面為分型面。分型面如2圖所示，紅色粗線部分為分型面。圖2 分型面示意圖3.3確定型腔數(shù)考慮到塑件的

12、體積和注射機的鎖模力范圍，在這里選擇一模一腔結(jié)構(gòu)。3.4確定澆注系統(tǒng)注射模的澆注系統(tǒng)是指塑料從注射機噴嘴進入模具開始到型腔入口為止(不包括型腔)的塑料流動通道。 鑒于產(chǎn)品外觀的要求，我們選擇主流道澆口形式。從塑料盆底進料，雖然可能會產(chǎn)生痕跡，但是在盆底不影響正常使用。 主澆道的形狀 一般為圓錐形，并取錐角 =25。這個斜度比一般的脫模斜度大，主要是為了減少主澆道凝料的脫模阻力。這里取=4。主澆道入口直徑d1應(yīng)比噴咀孔徑d大些 。為了避免噴嘴與澆口套之間造成死角而積存冷料 ，影響澆注系統(tǒng)凝料脫出。10在這里取d1=5mm，d2=6mm。 在主澆道出口處設(shè)置圓角，有利于熔料的平穩(wěn)轉(zhuǎn)向，同時還可減小

13、料流阻力。其取值范圍為：在這里取r1=2mm 。 為了保證注射機噴嘴頭部與澆注系統(tǒng)進料處的良好吻合避免由于積存冷料而影響脫模，一般，要求澆口套凹球面半徑R比噴咀球面半徑r大12mm，即通過注射機的參數(shù)可知r=18mm，取R=20mm。為了減少澆注系統(tǒng)的凝料消耗，減小熔料的壓力損失，同時結(jié)構(gòu)上沒有特別需要，主澆道長度應(yīng)盡可能短些，一般mm，這里取 H=50mm。定位環(huán)尺寸由上面的注射機可知 ：定位孔直徑為250mm,定位孔深度為50mm，尺寸如圖3。圖3 定位圈尺寸圖3.5成型零件設(shè)計3.5.1注射模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計型腔大體有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：a）整體式整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)

14、點是：強度和剛度都相對較高，且不易變形，塑件上不會產(chǎn)生拼模縫痕跡。適用于形11狀較為簡單的中、小型模具。b）整體組合式型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工。c）局部組合式型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多用于型腔較深或形狀較為復(fù)雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。d）完全組合式完全組合式是由多個螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點是，便于機加工便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。由于本模具結(jié)構(gòu)簡單，總體考慮選用整體式結(jié)構(gòu)。型腔的成型尺寸計算計算公式如下： 參數(shù)

15、確定K平成形尺寸計算中所用的材料為PP，查參考文獻得PP的收縮率為S1.02.0，故平均收縮率S（1.02.0）/21.5，即K平=0.015；x由參考文獻查得修正系數(shù)為x=1/23/4，取x=0.5；由參考文獻查得模具的制造公差=（1/61/4）（），取=0.2；塑件外形基本尺寸型腔的工作尺寸按公式得：3.5.2注射模具型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計12型芯是用來形成制品的內(nèi)表面。結(jié)合制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用整體式型芯結(jié)構(gòu)。型芯尺寸計算計算公式如下： 參數(shù)確定K平成形尺寸計算中所用的材料為PP，查參考文獻得PP的收縮率為S1.02.0，故平均收縮率S（1.02.0）/21.5，即K平=0.015；x由參考文獻查得

16、修正系數(shù)為x=1/23/4，取x=0.5；由參考文獻查得模具的制造公差=（1/61/4）（），取=0.2；塑件外形基本尺寸型芯的工作尺寸按公式得：3.6導(dǎo)向與定位機構(gòu)設(shè)計注射模的導(dǎo)向機構(gòu)用于動定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機構(gòu)的運動導(dǎo)向。定位機構(gòu)分模外定位和模內(nèi)定位。模內(nèi)定位是通過定位圈使模具易于在注射機上安裝以及模具的澆口套能與注射機噴嘴精確定位。而模內(nèi)定位則通過錐面定位機構(gòu)用于動、定模之間的精密對中定位。3.6.1 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)是利用導(dǎo)柱和導(dǎo)套之間的配合來保證模具的對合精度。導(dǎo)向機構(gòu)的作用：1）導(dǎo)向； 2）定位 ；3）承受一定的側(cè)向壓力；4）承載作用；5）保持機構(gòu)運動平穩(wěn)；133

17、.6.2 導(dǎo)柱設(shè)計導(dǎo)柱是與安裝在另一半上的導(dǎo)套相配合，用以確定動、定模的相對位置，保證模具運動導(dǎo)向精確的圓柱形零件。導(dǎo)柱有兩種形式，一種是帶頭導(dǎo)柱，另一種是帶肩導(dǎo)柱。帶肩導(dǎo)柱用于采用導(dǎo)套的大批量生產(chǎn)并高精度導(dǎo)向的模具。裝在模具另一邊的導(dǎo)套安裝孔，可以和導(dǎo)柱安裝孔以同一個尺寸一次加工而成，易于保證同軸度。導(dǎo)柱可以通過標準模架進行選取。設(shè)計要求大致如圖4所示：圖4 導(dǎo)柱尺寸圖尺寸為：d=63mm d=80mm 3.6.3 導(dǎo)柱的校核 由參考資料得校核公式如下所示： 式中 導(dǎo)柱導(dǎo)向段直徑（mm）；大小為63mm型腔板重力（N）；導(dǎo)柱導(dǎo)向段長度（mm）；大小為310mm導(dǎo)柱數(shù)目；大小為3鋼材的彈性模量

18、，E=2.1105；導(dǎo)柱允許的變形量，其值應(yīng)不影響順利合模為準，建議用f714的公差（mm）。大小為0.09已知型腔模板的材料為45鋼，它的密度為7.8g/cm3,它的BL=為40mm，則它的重力為W=.89.810-6=1926N，由式得：故可以滿足條件。3.6.4 導(dǎo)套設(shè)計導(dǎo)套用于安裝在另一半模上的導(dǎo)柱相配合，用以確定動、定模相對位置，保證模具運動導(dǎo)向精度的圓套形零件。導(dǎo)套分為兩種，一種是不帶軸向定位臺階的導(dǎo)套，稱為直導(dǎo)套，另一種是有軸向定位臺階的導(dǎo)套，稱為帶頭導(dǎo)套。直導(dǎo)套多用于較薄的模板，比較厚的模板采用帶頭導(dǎo)套。導(dǎo)套的壁厚在310mm，視內(nèi)孔大小而定。因為大型模架較多使用直導(dǎo)套。其尺寸

19、如圖5所示。圖5 導(dǎo)套尺寸圖它的基本尺寸為L為200mm，d為63mm，d1為80mm，d1與模板的孔是采用過盈配合，d與模板的孔采用的是間隙配合，該導(dǎo)套與導(dǎo)柱之間采用的是間隙配合。153.7脫模推出機構(gòu)得設(shè)計脫模機構(gòu)主要由推出零件、推出零件固定板和推板、脫模機構(gòu)的導(dǎo)向和復(fù)位部件等組成。其設(shè)計原則包括：保證制件不因頂出而變形損壞及影響外觀；脫模機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)；機構(gòu)簡單動作可靠；合模時能正確復(fù)位。脫模機構(gòu)通常包括四種：推桿推出機構(gòu)、推管推出機構(gòu)、推件板推出機構(gòu)、推塊推出機構(gòu)、聯(lián)合推出機構(gòu)及其他特殊推出機構(gòu)。本制品為薄壁的容器塑件，故采用推桿推出機構(gòu)。其中推桿推出機構(gòu)具有脫模力大而均勻，

20、運動平穩(wěn)，無明顯的推出痕跡等特點，且本制品為薄壁容器器件，故采用推桿推出機構(gòu)，其推出效果如6圖所示。圖6 開模效果圖163.8 確定冷卻和排氣系統(tǒng) 由于PP塑料成型時的模具溫度為8090度，故模具不需要專門設(shè)置加熱裝置，只要設(shè)置冷卻冷卻系統(tǒng)即可，但注塑前要對模具進行預(yù)熱，使模具溫度達到80度左右再注塑。因聚丙烯（PP）料對溫度較敏感，該產(chǎn)品成型在動模部分又較少，所以模具定模部分將不考慮設(shè)冷卻系統(tǒng)；定模冷卻系統(tǒng)設(shè)計為串聯(lián)冷卻方式，利用銅管鑲?cè)肽＞呃鋮s孔內(nèi)串聯(lián)冷卻（如圖7水線分布圖所示）。圖7 水線分布圖排氣主要是通過分型面間隙排出，而不必再開設(shè)專門的排氣。模具溫度是否合適、均勻與穩(wěn)定，對塑料熔體

21、的充模流動、固化定型、生產(chǎn)效率及塑件的形狀、外觀和尺寸精度都有重要的影響。 同時本塑件本身壁厚較薄，利用模具本身也有一定的冷卻作用。四.總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計，歷時三周，借閱圖書二十余本。這樣的畢業(yè)設(shè)計類似于課程設(shè)計，而又難于課程設(shè)計，因為需要三維軟件來輔助，由于三維軟件運用不熟練，使得整個設(shè)計過程十分坎坷，但是，最終還是獨立的完成了此次畢業(yè)設(shè)計。當然無可否認其中有些許欠考慮的地17方，不過這次的大作業(yè)讓我詳細的了解了整個模具設(shè)計過程，并且對其中的一些知識得到了新的認識，比如上課時一直在講模具厚度，我一直認為是模具的壁厚，最后查資料終于明白了它是指模具合模后的厚度，也叫合模高度。再者在選擇注射機型號

22、時，參考論文中給的是通過注射量來初選注射機，而我感覺應(yīng)該先把盡量多的參數(shù)計算出來而后再選擇型號，本文就是先通過計算三個參數(shù)而后選擇注射機，通過模具設(shè)計，最后達到對注射機的校核。再者參考論文中出現(xiàn)了致命的錯誤，如下在模具與注塑機安裝部分相關(guān)尺寸校核中模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸的拉桿間距相適應(yīng)：模具長寬拉桿面積 （3-1-4）即 450500260360在這個校核中像450500260360這樣的錯誤是不能犯的。因為這個校核不正確，就應(yīng)該重新選擇注射劑型號，而后重新校核。除此之外還有如：在計算注射量的時候，混淆了體積和質(zhì)量。 根據(jù)： 0.8MMM 式中： M注塑機的最大注塑量，g；M塑

23、件的體積，g，該零件M25.64M澆注系統(tǒng)體積，g，該零件M13.32。故 M像上面的錯誤在設(shè)計人員手中因該是完全可以避免的。除了在課程中學到的專業(yè)知識，在與楊老師的交流中也收獲頗豐，對于我們今后的工作有很重要的指導(dǎo)意義，這也是一筆意外的財富。也希望以后能跟楊老師經(jīng)常交流。眼看著學生生涯結(jié)束了，但是學海無涯，我自揚帆起航。18參考文獻1 魁葵 黃麗.模具實用技術(shù)設(shè)計綜合手冊. 廣州：華南理工業(yè)大學出版社，2002 2 史鐵梁.模具設(shè)計指導(dǎo).北京：機械工業(yè)出版社， 20033 全國模具編輯委員會.模具鉗工工藝. 機械工業(yè)出版社， 2003；4 全國模具編輯委員會.模具制造工藝裝備及應(yīng)用. 機械工

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