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摘 要
塑料在當(dāng)今世界上無(wú)處不用，因此塑料模具有很大的發(fā)展前景，特別是注塑模具。由此可知，研究注塑模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的意義。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是帶金屬嵌件的圓珠筆管注塑模，即設(shè)計(jì)一個(gè)用來(lái)生產(chǎn)圓珠筆管的注塑模具。本文詳細(xì)記錄了模具的設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程包括塑件材料的工藝性分析、擬定模具的結(jié)構(gòu)形式、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和注塑模主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中讓我可以綜合運(yùn)用到以前的學(xué)習(xí)到的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，加深我對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)原理的理解，并提高了我將理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合的能力，為我以后走向工作崗位打下了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中除了應(yīng)用傳統(tǒng)的計(jì)算方法，我還使用了Pro/E、AutoCAD軟件對(duì)設(shè)計(jì)出的模具進(jìn)行了三維建模及二維圖的繪制。
關(guān)鍵詞：注塑模具 Pro/E AutoCAD
ABSTRACT
Plastic is nowhere in the world today, so the plastic mold has great prospects for development， especially the injection mold. Thus we can see, It is of great significance to study the injection molds to understand the production process of plastic products and improve the quality of the products. The subject of this graduation project is injection molded mold with ball - point pen with metal insert, that is, the design of a ballpoint pen for the production of injection mold. This paper records the design process of the mold in detail. The design process includes the technical analysis of the plastic parts, the design of the mold, the design of the pouring system and the design of the main structure of the injection mold.
In this graduation design so that I can be integrated into the previous study to the professional knowledge, deepen my understanding of the principles of injection mold design, and improved my ability to combine theoretical knowledge with practical design. For me to work later laid the foundation. In addition to the application of the traditional design method, I also use the Pro / E, AutoCAD software on the design of the mold for three-dimensional modeling and two-dimensional map drawing.
Key words: Injection mold Pro/E AutoCAD
目 錄
第一章 緒論 1
1.1注塑模具 1
1.2我國(guó)模具發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3模具發(fā)展趨勢(shì) 1
1.4本次課題的意義 2
第二章 塑件成型工藝性分析 3
2.1塑件的分析 3
2.2 ABS的性能分析 4
2.3 ABS注射成型過(guò)程及工藝參數(shù) 5
2.4 第二章小結(jié) 5
第三章 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6
3.1 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式 6
3.1.1 分型面位置的確定 6
3.1.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 6
3.2 注射機(jī)型號(hào)的確定 7
3.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9
3.3.1主流道的設(shè)計(jì) 9
3.3.2 分流道的設(shè)計(jì) 10
3.3.3 澆口的設(shè)計(jì) 12
3.3.4校核主流道的剪切速率 12
3.4冷料穴的計(jì)算 13
3.5本章小結(jié) 13
第四章 注塑模主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 14
4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 14
4.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
4.1.2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（型芯） 14
4.1.3成型零件鋼材的選用 15
4.1.4成型零件工作尺寸的計(jì)算 15
4.1.5成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算 17
4.2 模架的確定 18
4.2.1 各模板尺寸的確定 18
4.3 排氣槽的設(shè)計(jì) 18
4.4 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
4.4.1推出方式的確定 18
4.4.2脫模力的計(jì)算 18
4.4.3校核推出機(jī)構(gòu)作用在塑件上的單位壓應(yīng)力 19
4.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
4.5.1 冷卻介質(zhì) 19
4.5.2 冷卻系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算 19
4.5.3 凹模嵌件和型芯冷卻水道的設(shè)置 20
4.6 導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
4.7 本章小結(jié) 21
第五章 總裝圖及二維圖的繪制 22
謝 辭 23
參考文獻(xiàn) 24
大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒論
1.1注塑模具
注塑模具是近代化發(fā)展的生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的一種塑膠制品生產(chǎn)的工具。它影響著塑膠制品的完整結(jié)構(gòu)和精確尺寸。注塑成型則是批量生產(chǎn)塑膠制品的一種加工的方式，即將受熱融化的塑料由注射劑射入模腔，經(jīng)冷卻固化后獲得成形品。注塑成型可以對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑料制品實(shí)現(xiàn)一次成型，是一種高效率的生產(chǎn)方式。而注塑模具的好壞將直接影響注塑成型的質(zhì)量。在模具行業(yè)中，想要加工出高精度、高質(zhì)量的模具來(lái)，必須借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造軟件，這是保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)量的有效途徑。
1.2我國(guó)模具發(fā)展現(xiàn)狀
目前來(lái)說(shuō)我國(guó)模具行業(yè)一直在突飛猛進(jìn)，近10年來(lái)的增長(zhǎng)速度都達(dá)到了15%,甚至猶有過(guò)之。目前我國(guó)有3W多家模具生產(chǎn)廠商，80W人從事模具行業(yè)。出現(xiàn)了一批模具行業(yè)的領(lǐng)頭羊，如一汽、海爾、圣都等。甚至在重慶、大連等地區(qū)出臺(tái)了扶持當(dāng)?shù)啬＞咝袠I(yè)的政策。
但是我國(guó)模具行業(yè)在地域分布上純?cè)诓黄胶庑詵|南沿海快于中西部，南方的發(fā)展快于北方。
1.3模具發(fā)展趨勢(shì)
1、模具全球化，模具生產(chǎn)周期進(jìn)一步縮短
模具市場(chǎng)全球化是當(dāng)今模具工業(yè)最主要的特征之一，模具的購(gòu)買(mǎi)者和生產(chǎn)商遍布全世界，模具工業(yè)的全球化發(fā)展使生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、精度低的模具加工企業(yè)向技術(shù)相對(duì)落后、生產(chǎn)率較低的國(guó)家遷移，發(fā)達(dá)國(guó)家的模具生產(chǎn)企業(yè)則定位在生產(chǎn)高水準(zhǔn)的模具上，模具生產(chǎn)企業(yè)必須面對(duì)全球化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)模具生產(chǎn)廠家不得不千方百計(jì)地加快生產(chǎn)進(jìn)度，努力簡(jiǎn)化和廢除不必要的生產(chǎn)工序，模具的生產(chǎn)周期將進(jìn)一步縮短。
2、模具產(chǎn)品將向大型、精密、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展
一方面模具成型零件日漸大型化和為提高生產(chǎn)效率開(kāi)發(fā)的“一模多腔”造成了模具日趨大型化，另一方面電子信息產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)的迅猛發(fā)展帶來(lái)了零件微型化及精密化有些模具的加工精度公差就要求在1μm以下另外多功能復(fù)合模具將得到進(jìn)一步發(fā)展，新型多功能復(fù)合模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負(fù)疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率一般為80％左右，隨著我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展，模具標(biāo)準(zhǔn)化工作必將加強(qiáng)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將進(jìn)一步提高，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用和生產(chǎn)在“十一五”期間必將得到較大的發(fā)展? ?
3、模具行業(yè)將得到政府愈來(lái)愈多的重視和支持，大力發(fā)展模具城，使模具行業(yè)進(jìn)行更快更好的發(fā)展
4模具協(xié)會(huì)承擔(dān)起模具企業(yè)與政府之間的橋梁，組織技術(shù)交流會(huì)，召開(kāi)專(zhuān)題研討會(huì)，幫助企業(yè)尋找出路和辦法應(yīng)付市場(chǎng)，促進(jìn)模具技術(shù)的交流、發(fā)展，進(jìn)行數(shù)字化管理的推廣。
1.4本次課題的意義
畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說(shuō)是檢驗(yàn)我們?cè)诖髮W(xué)所學(xué)知識(shí)的一次測(cè)試，培養(yǎng)我們將理論知識(shí)與實(shí)際情況結(jié)合的能力進(jìn)一步提高我們的知識(shí)素養(yǎng)，鍛煉我們獨(dú)立處理事務(wù)的能力，為我們以后走向工作崗位打下基礎(chǔ)。
第二章 塑件成型工藝性分析
2.1塑件的分析
（1）外形尺寸 該塑件壁厚為1.5mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔體流程不太長(zhǎng)，適合于注塑成型，如圖2-1所示。
圖2-1 帶金屬嵌件的圓珠筆管
（2）精度等級(jí) 每個(gè)尺寸的公差不一樣，有的屬于一般精度，有的屬于高精度，就按實(shí)際公差進(jìn)行計(jì)算。
（3）脫模斜度 ABS屬于無(wú)定型塑料，成型收縮率較小，參考表2-1選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°。
表2-1 ABS的性能與用途
塑料品種
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
使用溫度
化學(xué)穩(wěn)定性
性能特點(diǎn)
成型特點(diǎn)
主要用途
ABS
線型結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型
小于70°
較好
機(jī)械強(qiáng)度較好，有一定的耐磨性，但耐熱性較差，吸水性較大
成型性能很好，成型前原料要干燥
應(yīng)用廣泛，如電器外殼、汽車(chē)儀表盤(pán)、日用品等。
2.2 ABS的性能分析
（1） 使用性能
綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好：易于成型和機(jī)械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)零件。
（2） 成型性能
1） 無(wú)定型塑料。其品種很多，各品種的機(jī)電性能以及成型特點(diǎn)也有所差異，應(yīng)按品種確定成型方法及成型條件。
2） 吸濕性強(qiáng)。含水量小于0.3%（質(zhì)量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干燥。
3） 流動(dòng)性中等。溢邊料0.04mm左右。
4） 模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)口料位置、形式。推出力過(guò)大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈現(xiàn)白色痕跡。
（3）ABS主要性能指標(biāo)如表2-2：
表2-2 ABS的性能指標(biāo)
密度/g·cm-3
1.02~1.08
屈服強(qiáng)度/MPa
50
比體積、cm3·g-1
0.86~0.98
拉伸強(qiáng)度/MPa
38
吸水率（%）
0.2~0.4
拉伸彈性模量/MPa
1.4×103
熔點(diǎn)/℃
130~160
抗彎強(qiáng)度/MPa
80
計(jì)算收縮率（%）
0.4~0.7
抗壓強(qiáng)度/MPa
53
比熱容/J·（kg·℃）-1
1470
彎曲彈性模量/MPa
1.4×103
2.3 ABS注射成型過(guò)程及工藝參數(shù)
（1）注射成型過(guò)程
1）成型前的準(zhǔn)備。對(duì)ABS光澤、粒度和均勻度進(jìn)行檢驗(yàn)，由于ABS吸水性較大，成型前應(yīng)該充分干燥。
2）注射過(guò)程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過(guò)程可分為沖模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。
3）塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為60~75℃，處理時(shí)間為16~20s。
（2）注射工藝參數(shù)
1）注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為30r/min。
2）料筒溫度（℃）：后段150~170；
中段165~180；
前段180~200。
3）噴嘴溫度（℃）：170~180.。
4）模具溫度（℃）：50~80。
5）注射壓力（MPa）：60~100。
6）成型時(shí)間（s）：30（注射時(shí)間取1.6，冷卻時(shí)間20.4，輔助時(shí)間8）。
2.4 第二章小結(jié)
本章主要進(jìn)行了塑件的簡(jiǎn)單分析，并通過(guò)查閱相關(guān)資料了解了所選材料（ABS）的性能、注射成型工藝過(guò)程及工藝參數(shù)。
第三章 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式
3.1.1 分型面位置的確定
通過(guò)對(duì)塑件結(jié)構(gòu)的分析，分型面應(yīng)選在端蓋截面積最大且利于開(kāi)模取出塑件的上平面上，其位置如圖3-1所示。
圖3-1 分型面的選擇
3.1.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定
（1）型腔數(shù)量的確定 該塑件采用的精度一般在2-3級(jí)之間，且為大批量生產(chǎn)，可采取一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，考慮到塑件尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，以及制造費(fèi)用的和各種成本費(fèi)等因素，初步定為一模四腔結(jié)構(gòu)形式。
（2）型腔排列形式的確定 多型腔模具盡可能采用平衡式排列布置，且要力求緊湊，并與澆口開(kāi)設(shè)的部位對(duì)稱(chēng)。由于該設(shè)計(jì)選擇的是一模四腔，故采用中心對(duì)稱(chēng)排列，如圖3-2所示。
圖3-2 型腔數(shù)量的排列分布
（3）模具結(jié)構(gòu)形式的確定 從上面的分析可知，本模具設(shè)計(jì)為一模四腔，中心對(duì)稱(chēng)排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形式，推出機(jī)構(gòu)擬采用推桿推出的推出形式。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，留到采用對(duì)稱(chēng)平衡式，澆口采用點(diǎn)澆口，且開(kāi)設(shè)在分型面上。因此，定模部分不需要單獨(dú)開(kāi)設(shè)分型面取出凝料，動(dòng)模部分需要添加托板。由以上綜合分析可確定選用單分型面注射模。
3.2 注射機(jī)型號(hào)的確定
（1）注射量的計(jì)算 通過(guò)三維軟件建模設(shè)計(jì)分析計(jì)算得
塑件體積：V塑=2.424cm3
塑件質(zhì)量：m塑=ρV塑=2.424×1.02g=2.472g
其中ρ參考表2-2可取1.02gcm3。
（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步計(jì)算 澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2~1倍來(lái)估算。雖然本次采用的流道簡(jiǎn)單并且較短，但因?yàn)榱慵捏w積較小，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的1倍來(lái)計(jì)算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和4個(gè)塑件體積之和）為
V總=V塑1+1×4=2.424×2×4=19.392cm3
（3）選擇注射機(jī) 根據(jù)第二步計(jì)算得出一次注入模具型腔的塑料總質(zhì)量V總=19.392cm3，并結(jié)合式V公=V總0.8則有：V總0.8=19.3920.8=24.24cm3。根據(jù)以上的計(jì)算，初步選定公稱(chēng)注射量為60cm3，注射機(jī)型號(hào)為XS-ZY-60臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2-3。
表2-3 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
理論注射量/cm3
60
移模行程/mm
270
螺桿柱塞直徑/mm
V注射壓力/MPa
35
最大模具厚度/mm
350
135
最小模具厚度/mm
150
注射速率/g?s-1
70
鎖模形式
液壓
塑化能力/g?s-1
45
模具定位孔直徑/mm
80
螺桿轉(zhuǎn)速/r?min-1
0~200
噴嘴球半徑/mm
4
鎖模力/KN
400
噴嘴口半徑/mm
10
拉桿內(nèi)間距/mm
330×330
（4）注射機(jī)相關(guān)參數(shù)的校核
1）注射壓力校核。ABS所需注射壓力為80~100MPa，這里取p0=100MPa，該注射機(jī)的公稱(chēng)注射壓力p公=150MPa，注射壓力安全系數(shù)k1=1.25~1.4，這里取k1=1.3則：
k1p0=1.3×100=130
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