旋钮塑料模具设计大学本科毕业论文.doc
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1、北华航天工业学院毕业论文摘 要本次设计要对塑件旋钮进行工艺分析和模具设计,首先介绍了立项背景与设计主要技术条件及参数,然后介绍了设计的整体思路。第三章成型旋钮注塑模具设计是本次设计的重点,在这章里先对塑件进行了模流分析,各方面分析结果表示设计方案是可行的,然后对整套模具进行了全面的设计,最后对注射机的有关参数进行了校核,各个参数均能满足要求。根据塑件结构特点,模具采用双分型面注塑模,一模四腔,弹簧弹出侧型芯,顶杆顶出塑件,能够满足实际中大批量生产,有很高的生产效率。关键词: 旋钮 注塑模具 模流分析 一模四腔 双分型面 侧抽芯 AbstractThis design will analyze
2、the process and will design injection mold for the plastic knob. In this paper, it introduce the background of setting up the project and main engineering factors and parameters firstly, and then it introduce the whole idea. The third section which is about the designing injection mold for the knob
3、is the key of this paper, in this section , firstly, it analyze the knob by using moldflow and all the result show that the design is reasonable ;secondly design all parts of the injection mold; at last, check the parameters about the injection machine, and all parameters could meet the require.Acco
4、rding to the trait of the knob, the injection mold has two parting surfaces、four cavities.Loose the cores by spring,and take out the knob by mandril. The mold is efficient and could be used to realize volume-produce.Key words: knob injection mold moldflow four cavities two parting surfaces core目 录摘要
5、 Abstract 第1章 绪论 11.1 立项背景 11.2 设计主要技术条件及参数 2第2章 总体设计思路及总体技术方案设计 3第3章 成型旋钮注塑模具设计 43.1 塑件结构工艺性分析 43.2 对塑件进行模流分析 4 3.2.1 对塑件进行网格划分 4 3.2.2 进行最佳浇口位置分析 5 3.2.3 对单个塑件进行填充分析 5 3.2.4 调入另外三个塑件 5 3.2.5 创建浇口 6 3.2.6 创建分流道 6 3.2.7 创建主流道 63.2.8 进行填充性分析 63.2.9 创建冷却水道 73.2.10 进行冷却分析 73.2.11 进行冷却、填充、翘曲分析73.2.12 生成
6、模流分析报告73.3 塑件精度与公差确定183.4 塑件体积及质量计算183.4.1 单个塑件 183.4.2 四个塑件和浇注系统凝料 193.5 初选注塑成型机的型号和规格 193.6 确定型腔数量及排列方式193.7 模具结构形式的确定203.8 注射模详细设计203.8.1 分型面位置的确定203.8.2 确定浇注系统尺寸21 3.8.3 成型零件的设计与加工工艺21 3.8.4 合模导向及定位机构的设计22 3.8.5 脱模机构的设计22 3.8.6 侧向抽芯机构的设计23 3.8.7 排气系统的设计23 3.8.8 温度调节系统设计23 3.8.9 注射机有关参数的校核23结论 25
7、致谢 26参考文献 27附录 28第1章 绪 论 本设计题目是旋钮塑料模具设计,塑件材料是高密度聚乙烯,所采用的工艺方法是注塑成型。 密度在0.940.97g/cm3的聚乙烯称为高密度聚乙烯(HDPE),HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。HDPE较之低密度聚乙烯提高了耐热性和机械强度(如拉伸强度、弯曲强度、压缩强度、剪切强度),并且提高了对水蒸汽和气体的阻隔性能。HDPE用注塑成型法不仅可以生产旋钮,还可以生产各种机械部件、手柄、紧固件、衬套、周转箱、托盘等各种制品、日用品和工业用品。 从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起,塑料工
8、业迄今已有120年的历史。塑料制品发展历史短,但发展速度惊人。2006年,中国塑料产量为2801.9万吨,比上年同期增长18.65%。现在塑料已成为在钢铁、木材、水泥之后的第四大工业基础材料。 随着国民经济的发展,人们对塑料制品的需求日益提高,作为塑料制品成型加工中最为普遍的注塑成型工艺技术,在不断注入高新技术的基础上,今年来获得了长足的进步,塑料注塑制品已成为国民经济建设、国防建设和人们日常生活中不可短缺的用品,且对其需求程度越来越大。1.1 立项背景 图1-1 旋钮在我们的日常生活中,塑料旋钮随处可见,如各种开关、按钮等,扁形旋钮、五角星旋钮、圆形旋钮等,音箱旋钮、收音机旋钮、吉他旋钮、各
9、种机床、仪器上的旋钮等等这次毕业设计的塑件如图1-1所示,外形小巧,结构不算复杂,有一个侧孔,最大外圆上小的半圆柱凹槽,应该是为了使用时增大摩擦力而设计的,由此推断,这个塑件应该是用在各种机床或仪器上的,并且与机床或仪器上的相应的钮配套。故设计生产此塑件的注塑模具有很大的现实意义。1.2设计主要技术条件及参数塑料成型工艺与模具设计是我们最主要的专业课之一,对理论知识的扎实掌握为本次设计打下了良好的基础。我们还学习了有关注塑模具设计的各种软件,如CAXA、proe、UG、moldflow、cimatron等。四年来的学习,我们已经掌握了足够的专业知识。为了更好的完成本次毕业设计,每位同学都有经验
10、丰富的指导老师全程指导,同时学校实验室有各种设备和仪器可供我们参考,如注塑机、线切割机床等。学校图书馆有大量的资料可供我们参考。总之,在指导老师的细心指导下,在学院提供各种资源的环境下,我们根据所给塑件设计出结构合理的、适用的注塑模具。所给塑件的材料是高密度聚乙烯(HDPE),是聚乙烯(PE)的一种。PE具有较高的化学稳定性,室温下它能耐稀硝酸、稀硫酸、任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等。但PE 不耐强氧化酸的腐蚀,如发烟硫酸、浓硝酸、铬酸及硫酸混合液等,在室温下能对PE产生缓慢的作用,在90100摄氏度下浓硫酸和浓硝酸能迅速毁坏PE。PE按合
11、成方法不同分为低压、中压和高压三种。低压聚乙烯的分子链支链较少,相对分子质量、结晶度和密度均较高(故又称为高密度聚乙烯),所以比较刚硬、耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好,并且提高了对水蒸汽和气体的阻隔性能。原态HDPE的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。HDPE用注塑成型法不仅可以生产旋钮,还可以生产各种机械部件、手柄、紧固件、衬套、周转箱、托盘等各种制品、日用品和工业用品。 HDPE的主要性能指标如表1-1所示。表1-1 HDPE的主要性能指标密度/(g/cm3)0.940.97屈服强度/MPa2230体积质量/( cm3/ g)1.031.06拉伸强度/MPa27吸水率24h/(%
12、)0.01拉伸弹性模量/GPa0.840.95玻璃化温度/-120-125抗弯强度/MPa2740熔点/105137弯曲弹性模量/GPa1.11.4计算收缩率/(%)1.53.0抗压强度/MPa22比热容/(J/(kgK)2310抗剪强度/MPa第2章 总体设计思路及总体技术方案设计 由于我们所设计的模具是适用于大批量生产,要求有较高的生产效率,所以要采用多腔的设计思路。根据塑件本身的结构特点和一模多腔的设计思路,采用侧浇口(如果采用一个侧浇口进料方式,塑件出现严重的质量问题,将采用自干扰流动的两个浇口进料)。塑件上有一个侧孔,为了成型侧孔需要侧型芯,这就需要设计相应的侧抽芯机构。塑件壁厚基本
13、均匀,但较薄,且高度方向上较高,你采用顶杆顶出,保证制件的成型质量和较小的生产周期。第3章 成型旋钮注塑模具设计3.1塑件结构工艺性分析 图 3-1 旋钮二维图 图3-2 旋钮三维图 塑件的二维图和三维图分别如图3-1和图3-2所示,由图可见塑件的内外形状基本为圆柱形,结构较为简单,塑件壁厚基本均匀,成型过程中各部分的收缩率不会相差很大。该塑件有一个侧孔,成型时需要有侧抽芯机构。3.2 对塑件进行模流分析为了更好的进行本次设计,要综合利用所学知识及各种软件,用moldflow对塑件进行模流分析是为了更好的指导设计,能够避免设计出的模具生产的塑件出现浇不到等严重缺陷。用moldflow对塑件进行
14、分析,在使用过程当中,需要对塑件进行网格划分,从而对塑件进行模流分析,分析过程需要大量时间,并且需要网格划分合理,压力选用合理,各方面参数符合实际使用值。3.2.1 对塑件进行网格划分对塑件划分网格,有三种方法,主要包括表面划分、中间层划分、体积划分三种,他们的分析效果依次增加,由于在设计当中本塑件不是壁非常厚的件,所以不采用体积划分,采用中间层划分就可以达到效果。本塑件壁厚基本均匀,大多在1.5mm左右,根据经验,设置为网格线条长度值为默认值的三分之二左右,经过多次分析发现,当网格线长度为1.15mm时匹配率最高,达到86.7%,所以最终决定网格线长度为1.15mm。网格划分好后要修改不合理
15、的网格,使网格的最大纵横比在15左右。目前纵横比最大值为33.29,先找出纵横比大于20的网格,然后进行节点合并,使最大纵横比小于20。一般的分析最大纵横比小于20方可,但考虑到一模多腔的设计方案,为了让将来的分析更顺利的进行,在此特意修改网格的最大纵横比小于15。找出纵横比大于15的网格,进行节点合并,此时最大纵横比达到13.39。这时相关的数据合理,主要数据分析结果为自由边数为零,无交叠边,没有定向单元数,各方面参数都满足要求,可以进行模流分析。3.2.2 进行最佳浇口位置分析最佳浇口位置是保证塑件有非常好的内部质量和表面质量的一个重要方面,选择好最佳浇口位置,可以有效的减少熔接痕,有效的
16、增加塑件的均匀程度,使得塑件质量整体水平提高。在试验中,通过软件的最佳浇口位置分析,gate location 的结果表明,最佳浇口的位置在塑件的内部,对于成型时的浇口位置不合理,无法实现,同时不利于分型面的设计,因此为了满足最佳浇口位置的设计,选择最贴近的浇口的位置,最为最佳浇口位置,根据分析结果在变蓝位置都可宜采用。因此,将浇口初步定在塑件最大外圆处的上面、与侧孔的中心线在一条直线上且选择与侧孔距离较远的一端,这样可以满足浇口、分型面和侧型芯的合理布置,同时所在位置不会影响塑件的使用,表面质量也不会影响很大。3.2.3 对单个塑件进行填充分析为了检验所选的浇口位置是否合适,需要对单个塑件进
17、行填充分析,若能填充满则可以进行下一步分析,若不能填满则需要修改所选浇口的位置。将分析类型改为fill,把浇口设在所选位置,材料选择HDPE 12450N,经分析能够填充满整个塑件,可以进行下一步分析。3.2.4 调入另外三个塑件经过整体考虑,为在生产中提高效率,在设计中采取一模四腔,因此需要再调入另外三个塑件,在前一部分的过程当中已经将塑件进行了网格划分,因此可以直接进行复制。全部选中第一个塑件,在软件选用modeling 中的cavity duplication wizard,在弹出的对话框中选择column,并输入2,在与column spacing相对应的栏中输入距离78,执行后得到第
18、二个塑件。但这时两个塑件侧孔方向是相反的,需要调整一下。全部选中其中一个塑件,执行modeling、move/copy、rotate,旋转轴选择z轴,角度为180,这时两个塑件侧孔的方向一致,可以进行下一步操作。全部选中刚才的两个塑件,选用modeling 中的cavity duplication wizard,在弹出的对话框中选择row,并输入2,在与row spacing相对应的栏中输入距离78,执行后得到需要的四个塑件。3.2.5 创建浇口在创建浇口位置时,由于软件的本身造型能力差。因此,对于浇口的制作是一项非常复杂的事情。首先在初选的最佳浇口位置点处创建一点,并以此点为基础,以偏置的方
19、式创建另一个点,两点之间的长度作为浇口的长度。在初选位置选中后,将以此点为基础向Y轴负方向偏2毫米,然后创建一点,依据两点创建线,此时一个重要环节就是,将自动创建对话框关闭,采用手动创建,在手动常见的编辑当中,选择cold gate,浇口的选择,我们可以选择各种不同形状浇口,包括圆浇口、半圆形浇口、锥形浇口梯形浇口等,在设计时采用普通的半圆浇口作为本次设计的浇口形状。长度为2mm,直径为2mm,创建线的目的是给创建浇口提供一个路径,因此在创建线的同时就要把浇口创建出来,为了使更好的把浇口进行网格划分,同时便于在以后的修改过程中调出,而不影响其他部分,将浇口创建在一个新的层进行显示。对于另外的浇
20、口采用同样的方法,进行设计完成设计浇口。浇口的网格长度为1mm。3.2.6 创建分流道在软件当中,分流道的英文为cold runner ,分流道的设计与浇口的设计相同,都是先创建点,此时创建点要用中点的方式,分别选中上一步中创建的两个点,然后应用,就创建出了所需要的点。在点的基础上创建线,并以线为导向选择cold runner 来选择半圆形状的流道,进行流道的创建,同样是为了以后的修改和调用,将分流道创建在一个新的层,在创建将分流道时要注意的是,由于采用一模四腔的设计方案,分流道有两种类型,与主流道相连的分流道形状为半圆,直径是5mm,与浇口相连的分流道形状为半圆,直径是4mm。分流道创建时需
21、要严格的尺寸,否则,在以后的注射过程当中,两个型腔的压力不同。分流道的网格长度是5mm。3.2.7 创建主流道在创建主流道的过程当中,其过程于与创建浇口的相同,分流道的中点为基点向Z方向偏置一定的距离,实际模具主流道的长度有一定的要求,因此主流道不能创建太长。设计时选择偏置距离为65mm,主流道的英文cold spure ,主流道当中也有很多的创建方式,有不变的直浇道,还有以尺寸变化的锥浇道等,本次设计,采用锥形浇道,浇道上口尺寸为2.5mm,下端设计为6.8mm。整体设计完之后,我们需要双击浇口把浇口加上,其形状为注射器状。然后要进行的是连通性分析。选择主浇口上的一段,选择mesh 中的me
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