便携饭盒塑料模具设计毕业设计.doc
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毕业设计
中文题目
便携式饭盒塑料模具设计
英文题目
Portablelunchboxplasticmoulddesign
闽南理工学院教务处制
年月日
毕业设计诚信声明书
本人郑重声明:
在毕业设计工作中严格遵守学校有关规定,恪守学术规范;我所提交的毕业设计是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果,设计中所引用他人的文字、研究成果,均已在设计中加以说明;在本人的毕业设计中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,未篡改实验数据。
本设计和资料若有不实之处,本人愿承担一切相关责任。
学生签名:
年月日
便携式饭盒塑料模具设计
【摘要】模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
通过对注塑模具设计原理理解及各个具体系统零件进行详细的计算和校核,使设计出的结构可靠的便携式饭盒塑料模具,并通过软件设计最后绘制整套模具的装配图和零件图。
【关键词】塑料;模具;饭盒;CAD绘制二维图;PROE绘制3D图;注射机的选择;
Theportablelunchboxofplasticmolddesign
【Abstract】Thetechnicallevelofmouldproductionhasbecomeanimportantsymbolofmeasuringthelevelofacountry'sproductmanufacturing.Throughdetailedcalculationandcheckingpartsofthedesignoftheinjectionmouldfortheunderstandingoftheprincipleandthevariousspecificsystems,sothedesignofstructureandreliableportablelunchboxplasticmouldandthroughthedesignofthesoftwarefinallydrawtocompletethemoldassemblydrawingandpartsdrawing.
【keywords】Plastics;Mold;boxes;CADdrawingtwo-dimensionalmap;PROE3Drendering;Thechoiceofinjectionmachine;
目录
1.绪论 1
1.1塑料模具的简介 1
1.2我国塑料模具工业发展现状 2
1.3本课题的技术要求和材料选择 3
1.3.1技术要求:
3
1.3.2材料选择:
3
2.注塑机的选择 3
2.1注塑机型号选取 3
2.1.1注塑机的主要参数 3
2.1.2注塑量的计算 4
3.塑件成型方案设计 6
3.1分型面的设计 6
3.1.1考虑塑件质量 6
3.1.2确保塑件表面质量 6
3.1.3考虑模具结构 6
3.2型腔数的确定 6
3.2.1根据所用注射机的最大注塑量确定型腔数目 6
3.2.2根据注射机最大锁模力确定型腔数 7
3.2.3根据塑件的精度确定型腔数目 8
3.2.4根据经济性确定型腔数目 8
3.3凸模设计 8
3.4凹模设计 9
3.5成型零件工作尺寸的计算 10
3.5.1凹模的內形尺寸 10
3.6型腔壁厚的计算 12
3.6.1型腔的强度及刚度要求 12
3.6.2型腔壁厚计算 13
4.浇注系统的设计 16
4.1浇注系统的组成及设计原则 16
4.1.1浇注系统的组成 16
4.1.2浇注系统的设计原则:
16
4.2主流道的设计 17
4.2.1主流道分析 17
4.2.2主流道的结构设计 17
4.2.3主流道浇口套设计 18
4.3分流道的设计 19
4.3.1分流道的形状和尺寸 19
4.3.2分流道的分布设计 21
4.4浇口的设计 21
4.4.1浇口位置的选取原则 21
4.4.2浇口形式的设计 21
4.5冷料穴的设计 22
4.5.1冷料穴的结构 22
4.5.2拉料方式 22
4.6排气及引气系统设计 22
4.7排溢系统设计 23
5.脱模机构设计 24
5.1脱模机构的构成与功能 24
5.2取出机构的方式 24
5.3脱出机构设计原则 24
5.3.1脱出机构设计基本考虑 24
5.3.2脱出机构的结构 25
5.3.3所需顶出行程、开模行程计算 25
5.3.4顶出力、抽拔力,开模力计算 25
5.4塑件的脱出机构设计 27
5.4.1顶杆的长度计算 27
5.4.2顶杆直径d的设计 28
5.4.3顶杆应力校核 28
5.4.4顶杆在塑件上的布局 29
5.4.5顶杆固定及配合 29
5.4.6顶出机构中附属零部件 29
6.冷却系统的设计及校核 31
6.1冷却装置设计分析 31
6.2传热面积计算 32
6.2.1注射周期的确定 32
6.2.2冷却水计算 33
6.2.3计算单位时间内所释放的热量 34
6.2.4冷却水的导热总面积 34
6.2.5确定冷却水路的直径d 35
6.2.6冷却水孔的总长度 35
6.2.7系统的其它零件 35
6.3注塑机参数的校核 36
6.3.1最大注塑量的校核 36
6.3.2注塑压力的校核 36
6.3.3锁模力的校核 36
7.便携式饭盒的三维模具设计 38
7.1Proe系统软件的介绍 38
7.2便携式饭盒三维模具造型 39
结论 42
致谢 43
参考文献 44
1.绪论
1.1塑料模具的简介
模具工业是制造业的重要组成部分,也是国民经济的基础产业,是政府和企业的高度重视,具有广阔的前景。
塑料模具是工业生产的特殊形状的今天,它属于以一定的方式..模具型腔的范畴根据产品使用的原材料,不同的成型方法,模具一般分为塑料模具,金属冲压模具,金属压铸模具,橡胶模具,玻璃,等。
因为人们对产品及各种机械部件的日常生活中,大多数通过模具对成品成型,所以模具制造已成为一个大产业。
在高分子材料加工领域的塑料成型模具,称为塑料成形模具,简称塑料模具。
塑料模具的优化设计是在高分子材料加工领域的一个主要问题是当代。
一般来说,塑料制品的质量和生产效率的高低,模具因素约占80%。
然而,质量的模具直接与模具的设计和制造有很大的关系。
随着国民经济和生产品种的需求越来越多,塑件各部门领域,产品的更新越来越短,对越来越高,模具设计和制造周期和质量提出了更高的要求,要求塑件的用户,这促使了塑料模具的设计和制造技术的不断移动前进,从而促进塑料行业和机械加工行业的快速发展。
模具设计、模具制造和过程的关键部分,通过合理设计制造的模具不仅能够成功地形成高质量的塑料件,而且简化了模具的加工工艺和高效生产的塑料件实现,从而降低生产成本,提高产品的附加值。
1.2我国塑料模具工业发展现状
自上世纪80年代以来,在国家产业政策的支持、指导和支持一系列的国家经济政策,中国的模具工业发展迅速,年均增长率为13%。
1999,中国模具工业产值245亿,2000中国的总产值模具预计260-270亿元,其中塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高。
中国塑料模具制造业现在开始,半个多世纪以来,许多发展,模具水平有了较大的提高。
在大型模具已能生产48英寸大屏幕彩电的注塑模具,6.5公斤大容量洗衣机全套塑料模具,以及汽车保险杠和整体仪表板塑料模具,精密塑料模具,已能生产照相机塑料模具型腔和小模数齿轮模具和塑料模具材料。
在制造技术,一个新的水平的CAD/CAM、CAE技术的应用水平,以家用电器为代表的企业生产,先后介绍了CAD/CAM系统的相当多,如美国EDS的UGⅡ的参数化技术的公司,简历CADS5,英国公司的公司级日本HZS公司等级,以色列Cimatron公司,美国AC-Tech公司C-MOLD和澳大利亚Moldflow公司的MPA模具分析软件等。
这些系统和软件的介绍,虽然花了很多钱,但在我国模具行业的CAD/CAM一体化,实现和支持CAE技术,形成过程,如充模和冷却计算机仿真,具有一定的技术经济效益,促进和推动发展中国模具CAD/CAM技术。
近年来,中国自主开发的塑料模具CAD/CAM系统有了很大的发展,主要分布在中国北方是软件工程研究所开发的CAXA系统,华中的注塑模CAE软件等技术的发展,适应和大学,这些软件是适应国内模具的具体情况,在计算机应用和较低的价格等特点,创造了良好的条件,为进一步普及模具CAD/CAM技术。
近年来,中国已广泛采用一些新的塑料模具钢,如:
P20,3Cr2Mo,PMS,SM和SMII和模具的质量和使用寿命有直接的显著影响,但总的使用量仍较少。
标准塑料模架和标准推杆,弹簧,等越来越广泛的应用,一些国内的热流道系统组件化的出现。
然而,在中国的标准化和商品化的模具程度一般在30%以下,和国外先进工业国家已达到70%—80%,仍有很大的差距。
1.3本课题的技术要求和材料选择
1.3.1技术要求:
(1)材料选用PP;
(2)完成年产量10万个;
(3)在口部不能有飞边;
(4)产品口部与底部属于与其他件配合部分,椭圆度不能超过1mm;
图1.1便携式饭盒示意图
1.3.2材料选择:
通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据。
对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等。
综合各项因素最后选择PP塑料作为本次设计所使用的材料最为适合。
PP性能 PP无毒、无味,外观呈象牙色半透明,或透明颗粒或粉状。
密度为1.05~1.18g/㎝3,收缩率为0.4%~0.9%,弹性模量值为0.2Gpa,泊松比值为0.394,吸湿性<1%,熔融温度217~237℃,热分解温度>250℃。
力学性能 聚丙烯具有良好的力学性能,优良的抗冲击强度,在极低的温度下可以正常使用;PP具有高的耐磨性,尺寸稳定性好,良好的耐油和中等负荷和转速的轴承。
PP的耐蠕变性比PSF和PC强,但比它小的POM和PA。
PP塑料的弯曲强度和抗压强度不是很好。
PP的力学性能受温度的影响,容易
热学性能 PP的热变形温度为93~118℃,制品经退火处理后还可提高10℃左右。
PP在-40℃时仍能表现出一定的韧性,可在-40~100℃的温度范围内使用。
电学性能 PP的电绝缘性较好,并且几乎不受温度、湿度和频率的影响,可在大多数环境下使用。
PP成型工艺 PP也可以说是聚苯乙烯的改性,比HIPS有较高的抗冲击强度和更好的机械强度,具有良好的加工性能,可以使用注塑机、挤出机等塑料成型设备进行注塑、挤塑、吹塑、压延、层合、发泡、热成型,还可以焊接、涂覆、电镀和机械加工。
PP的吸水性比较高,加工前需进行干燥处理,干燥温度为70~85℃,干燥时间为2~6h;PP制品在加工中容易产生内应力,如应力太大,致使产品开裂,应进行退火处理,把制件放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h,再冷却至室温即可,PP在升温时粘度增高,所以成型压力较高,故塑件上的脱模斜度宜稍大,PP易吸水,成型加压前应进行干燥处理,PP易产节痕,模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力,在正常的成型条件下壁厚,熔料温度对收缩率影响极小,在要求塑件精度高时,模具温度可控制在50~60°c,而在强调塑件光泽和耐热时,模具温度应控制在60~80°c。
PP注塑工艺 PP是最常用的工程塑料,广泛应用于制造齿轮、轴承、把手、泵叶轮、电视机、计算机、打字机壳体、键盘、电器仪表、储电池槽、冰箱部件等及机械工业部件、各种日用品、消费品包装等制品。
PP注塑成型温度160~220℃之间,注射压力在70~130Mpa之间,模具温度为55~75℃。
3
2.注塑机的选择
2.1注塑机型号选取
2.1.1注塑机的主要参数
1、注塑机的主要参数有注塑量、注塑压力、注塑速度、塑化能力、锁模力等,这些参数是设计、制造、购买和使用注塑机的主要依据。
(1)注塑量:
指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反应了注塑机的加工能力。
(2)注塑压力:
为了克服熔料流经喷嘴、浇道和型腔时的流动阻力,螺杆或柱塞对熔料必须施加足够的压力,此压力即为注射压力。
(3)注塑速率:
为了使熔料及时充满型腔,除了有必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,此参数即为注塑速率。
常用的注塑速率如表所示。
表为注塑量与注塑施加的关系
表2-1注塑机的参数
注塑量/cm3
125
250
500
1000
2000
4000
6000
10000
注塑速率/cm/s
125
200
333
570
890
1330
1600
2000
注塑时间/s
1
1.25
1.5
1.75
2.25
3
3.75
5
塑化能力:
单位时间内所能塑化的物料量。
塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期。
锁模力:
注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。
2.1.2注塑量的计算
1)塑件的体积计算:
经计算(计算过程略)得到塑件的体积为。
2)塑件的质量计算:
查有关手册,取聚丙烯的密度为,所以塑件的质量为
浇注系统重量的计算,根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积
主浇道部分体积
分浇道部分体积
=4691.3+2268≈6959.3
粗略计算浇注系统重量
Mj=Vj×ρ≈7.03g
总质量M=126.40+7.03g≈133.43g
PP的密度为1.03~1.05g/cm³。
满足注射量
≥/0.80=140.45/0.8=175.563cm³
式中:
V机——额定注射(cm³)
——与浇注系统凝料体积和(cm³)
或满足注射量≥/0.8
≥/0.8=133.43g/0.8=166.788g
注射压力:
≥
查《模具设计指导》表6-5
PP塑料成型时的注射压力=70~100Mpa.
锁模力:
≥
式中P—塑料成型时型腔压力PP塑料的型腔压力P=30Mpa
F—浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和分型腔及浇住引流及型腔在分型面上的投影面积;
s=6327.8
PF=30×6327.8=2378946N≈18.98KN
根据以上分析与计算.查《模具设计指导》表2-2
初选注塑机的型号为:
SZ-500/160
表2-2 注塑机主要技术规格
项目
SZ-500/160
螺杆直径/
55
螺杆转速/
0~180
理论注塑容量/
500
注塑压力/
150
注塑速率/
173
塑化能力/
110
锁模力/
220
拉杆间距
570570
模板行程/
500
模具最小厚度/
280
模具最大厚度/
500
定位孔直径/
160
定位孔深度/
25
喷嘴伸出量/
30
喷嘴球半径/
20
顶出行程/
90
顶出力/
53
3.塑件成型方案设计
3.1分型面的设计
分型面是为了将塑件浇注系统凝料等从密闭的模具内取出,以及为了安放嵌件,将模具适当地分成两个或若干个主要部分,这些可以分离部分的接触表面,通称为分型面。
分型面位于模具动模和定模的结合处,在塑件最大外形处。
3.1.1考虑塑件质量
对于有轴度要求的塑件要使其全部动模或定模中成型,防止由于模具合模不准确造成塑件尺寸的误差。
对于外观无严格要求的塑件,可将分型面选在塑件中部,这样可以用较小的脱模斜度有利于脱模。
3.1.2确保塑件表面质量
分型面尽可能选择在不影响外观的部位以及分型面处产生的飞边容易加工修整部位。
3.1.3考虑模具结构
(1)尽量简化脱模部件。
为便于塑件脱模,应使塑件在开模时尽可能留于动模部分。
(2)尽量方便浇注系统布置。
(3)便于排溢。
为了有利于气体的排出,分型面尽可能与料流的末端重合。
(4)模具总体结构简化,尽量减少分型面的数目,尽量采用平直分型面。
综合以上考虑,可选择分型面结构如下图3-1:
3.2型腔数的确定
根据所用注射机的最大注塑量确定型腔数目
根据公式n=(3-1)
图3-1单分型面注射模的分型面
式中n——型腔数
——注射机公称注射量的利用系数0.7~0.85,此处取0.8.
——注射机的质量公称注射量(g)
——浇注系统及飞边等的塑料质量(g)
——单个型腔中塑件质量(g)
n==2
3.3凸模设计
凸模用于成型塑料的内表面,又称型芯、阳模或成型杆。
结构分整体式和组合式两种。
为了便于加工和有利于排气,运用整体式的型芯结构。
图3-2凸模设计
3.4凹模设计
凹模用于成型塑件的外表面,又称阴模、型腔。
按照结构的不同可以分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌式和四壁镶嵌式五种。
该设计采用整体嵌入式结构,由整块金属材料直接加工成母模仁
图3-3凹模设计
3.5成型零件工作尺寸的计算
3.5.1凹模的內形尺寸
式中:
L凹为型腔內形尺寸(mm);
L塑为塑件外径基本尺寸(mm),即塑件的实际外形尺寸;
K为塑料平均收缩率(%),此处取0.3%
Δs为塑件公差,查表知PP塑件精度等级取5级;塑件基本尺寸在3~6mm范围内取0.24mm;18~24mm范围内取0.24mm;80~100mm范围内取1.00mm;在100~120mm公差取1.14mm;在140~160mm公差取1.44mm;在200~225mm公差取1.92mm;在280~350mm公差取2.5mm;在315~355mm公差取2.8mm
所以型腔尺寸如下:
尺寸类型
塑件尺寸
计算公式
型腔或型芯工作尺寸
型腔的径向尺寸
型腔深度的尺寸计算:
h=[h(1+k)-(3/4)Δ]
式中:
h凸模/型芯高度尺寸(mm);
h为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸;
Δs、K含义如式中。
H1==55
3.5.2凸模的外形尺寸计算
L=[L(1+k)+(3/4)Δ]
式中:
L凸模/型芯外形尺寸(mm);
L为塑件內形基本尺寸(mm),即塑件的实际內形尺寸;
Δs、k含义如式中。
由于该塑料的收缩率不大为0.3%,故只需在型腔尺寸比较大的考虑其收缩率,在尺寸小的地方不用考虑由收缩率引起的尺寸偏差。
所以型芯的尺寸如下:
型芯的径向尺寸
型芯的深度尺寸计算:
h=[h(1+k)+(2/3)Δ]
式中:
h为凸模/型芯高度尺寸(mm);
h为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸;
Δs、k含义如式中。
型芯的高度为:
H==5
3.6型腔壁厚的计算
3.6.1型腔的强度及刚度要求
塑件模具的型腔侧壁和底壁厚度的计算是模具设计中经常遇到的问题,尤其对大型模具更为突出。
目前许多单位都是凭经验决定的,但常因估计不准确而造成模具报废和浪费材料,为此建立科学的计算方法是实属必要的。
目前常用的计算方法有按刚度和强度两大类,但是实际的塑料模具却要求既并不允许因刚度不足而影响变形,甚至破坏,也不允许因刚度不足而发生过大变形。
因此,要求刚度和强度加以合理考虑。
在注塑成型过程中,型腔所受的力有塑件熔体的压力,合模时的压力,开模时的拉力等,其中最主要的是熔体的压力,在塑料熔体压力作用下,型腔将产生有应力及变形。
如果型腔侧壁和壁厚不够,当型腔中产生的内应力超过材料的许用应力时,型腔即发生强度破坏。
与此同时,刚度不足侧壁发生过大的弹性变形,从而产生溢料和影响塑件尺寸及强度的要求并非同时兼顾。
对于大尺寸型腔,刚度不足是主要问题,应按强度计算。
强度计算的条件是满足各种受力状态下的许用应力。
刚度计算的条件则因模具性,从几个方面考虑:
1.要防止益料
模具型腔的某些配合面当高压塑料熔体注入时,会产生足以益料的间隙。
对于PS而言,间隙为0.05mm.
2.应保证塑件精度
塑件均有尺寸要求,这就要求模具塑腔具有良好的刚性,即塑件注入时不产生过大的弹性变形。
最大的弹性变形值可取塑件的允许公差的1/5。
常见中小塑件公差为0.13mm~0.25mm。
因此允许弹性变形量为0.025mm~0.05mm,可按塑件大小和精度等级选取。
3.应利于脱模
当变形量大于塑件冷却收缩时,塑件的周边将被型腔紧紧的包住而难以脱模,强制顶住易使塑件划伤或损坏,因此型腔允许弹性变形量小于塑件的收缩值。
型芯的强度、刚度相当于杆类零件的校核计算。
3.6.2型腔壁厚计算
在注射成型过程中,型腔承受塑料熔体的高压作用。
因此模具型腔应该有足够的高度。
型腔强度不足,将发生塑性变形,甚至破裂,刚度不足将产生过大的弹性形变,导致型腔的向外膨胀,并产生溢流间隙。
型腔厚度的计算
本塑件中的型腔为矩型壳类形状,其厚度算法可用矩形型腔厚度公式计算。
1.型腔侧壁厚度计算
刚度条件(3-2
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