基于ProE的水果籃注塑模具設(shè)計與仿真

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1、編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 基于Pro/E的水果籃注塑模具 設(shè)計與仿真 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學(xué) 號： 　　　 0923238　　　　 學(xué)生姓名： 吳洋洋 指導(dǎo)教師： 　 曹亞玲 （職稱：講師 ） （職稱： ） 2013年5月25日 I 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重

2、聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）基于Pro/E的水果籃注塑模具設(shè)計是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械95 學(xué) 號： 0923238 作者姓名：

3、 2013 年 5月25日 無錫太湖學(xué)院 　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目　　基于Pro/E的水果籃注塑模具設(shè)計與仿真 2、專題　 二、課題來源及選題依據(jù) 模具是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備，用模具生成制件所表現(xiàn)出來的高精度、高一致性、高生產(chǎn)率和低能耗是其他加工制造方法所不能比擬的。在江浙滬地區(qū)模具制造企業(yè)占有相當(dāng)大的比例，近年來，中國模具工業(yè)將繼續(xù)朝著信息化、數(shù)字化、精細化、自動化的方向發(fā)展。Pro

4、/E作為CAD/CAM技術(shù)的主流軟件，其模具解決方案涉及模具的設(shè)計、制造的整個流程，從而在這些模具企業(yè)當(dāng)中獲得廣泛的應(yīng)用。作為區(qū)域經(jīng)濟所亟需的機械（模具）類專業(yè)人才，應(yīng)用型本科高校畢業(yè)生掌握此類的CAD/CAM軟件是相當(dāng)重要的一項技能。 本課題旨在通過對水果籃產(chǎn)品的模具設(shè)計，鞏固模具設(shè)計和模具計算能力；通過對三維實體模型的模具設(shè)計使學(xué)生掌握設(shè)計方法，建立一套與產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的三維實體模具，使學(xué)生能夠利用所學(xué)知識獨立分析與解決設(shè)計過程的實際問題，為今后工作打下一定的基礎(chǔ)。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： ① 熟悉注塑模具發(fā)展歷程，以及當(dāng)前模具制造行業(yè)的發(fā)展

5、現(xiàn)狀。 ② 能綜合運用所學(xué)專業(yè)知識進行中等復(fù)雜程度模具的設(shè)計和計算。③ 熟練掌握CAD/CAM軟件Pro/E的三維造型、模具設(shè)計的原理和方法。在Pro/E的模具設(shè)計模塊中設(shè)計成型零件。 ④ 熟練掌握利用專家系統(tǒng)EMX設(shè)計整套標(biāo)準模架的流程和方法。 ⑤ 根據(jù)三維模架生成水果籃塑件注塑模的二維工程圖。 ⑥ 論文依據(jù)充分，論證正確，文字通順，條理清楚，格式符合要求。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械95 班 　　姓名 吳洋洋 五、開始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月

6、25日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學(xué)科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年11月12日 I 摘 要 本論文就是將塑料水果籃作為設(shè)計

7、模型，將大學(xué)所學(xué)理論知識、課外專業(yè)參考資料及相關(guān)知識網(wǎng)站作為設(shè)計注射模具的理論依據(jù)，闡述塑料注射模具的設(shè)計過程。 通過對塑料水果籃成型工藝的正確分析，設(shè)計了一副一模一腔的塑料模具。模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零部件稱為成型零件，包括前模板、前模、后模板、后模仁等的設(shè)計與加工工藝過程。成型零部件在工作時直接與塑料接觸，在一定的溫度下承受熔體的高溫和高壓，因此必須要有合理的結(jié)構(gòu)、較高的強度和剛度、較好的耐磨性、正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度。重要零件的工藝參數(shù)的選擇與計算，推出機構(gòu)與澆注系統(tǒng)以及其它結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程。 設(shè)計成型零部件時，應(yīng)根據(jù)塑料的特性、塑件的結(jié)構(gòu)和使用要求，

8、確定型腔的總體布局，選擇分型面，確定脫模方式，設(shè)計澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)等，然后根據(jù)加工工藝和裝配工藝的要求進行成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算成型零部件的工作尺寸校核。最后使用MPI軟件可以全面模擬注塑成型過程，并以圖形的方式直觀地顯示分析結(jié)果。 關(guān)鍵詞：水果籃；工藝分析；注射模；MPI Abstract This thesis is to plastic fruit basket as a design model, the university learned theory knowl

9、edge, extracurricular resources and related professional knowledge site as the theoretical basis of the design of injection mould of plastic injection mold design process. Through the correct analysis of plastic fruit basket molding process, designed a pair of one module and one cavity plastic mold

10、. Mold in geometry and size of the plastic parts called molding parts, including former templates, template, back mould kernel, etc before mold, after the design and machining process. Molding parts in direct contact with the plastic at work, at a certain temperature melt under high temperature and

11、high pressure, so there must be a reasonable structure, high strength and stiffness, good abrasion resistance and correct geometry, high dimensional accuracy and low surface roughness. Important parts of the process parameters selection and calculation, and the extrusion outfit, inject system and ot

12、her structures of the design process. Design of molding parts, should according to the characteristics of plastic and plastic parts structure and use of the requirements, determine the overall distribution of cavity, choose the parting surface, parting ways, for sure, design of gating system and ov

13、erflow system, etc., and then according to the requirement of the machining process and assembly process for molding parts structure design, dimension checking calculation of molding parts work. Finally using the MPI software can be fully simulated injection molding process, and intuitively display

14、the results of the analysis in the form of graphics. Key words: fruit basket; process analysis; injection mold;MPI; III 目 錄 摘 要 III Abstract IV 目 錄 VI 1 緒論 1 1.1 設(shè)計目的與意義 1 1.2 塑料制品的發(fā)展前景 1 1.3 我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.4 采用注射模成形產(chǎn)品的優(yōu)點 2 1.5本次設(shè)計需達到的要求： 2 2 總體方案的確定 3 2.1 塑件的選擇 3 2.2 尺寸精度 3 2.

15、3 尺寸計算 3 2.4 塑件的材料性能 3 2.5 注塑機的確定 4 2.6 塑件分型面的選擇 4 2.7 型腔數(shù)目 6 3 理論分析及設(shè)計計算 7 3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 7 3.2 脫模機構(gòu)的設(shè)計 8 3.3 復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 11 3.4 排氣系統(tǒng) 12 3.5 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 12 3.6 定位圈的設(shè)計 13 3.7 成形零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 3.8 成型零件工作尺寸的計算 14 3.9 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 16 3.10 模具總裝圖和爆炸圖 17 4 塑料注射機的校核 20 4.1 最大注射量的校核 20 4.2 最大注射壓力校核 20 4.3 鎖模

16、力的校核 21 4.4 模具厚度H與注射機閉合高度的校核 21 4.5 開模行程校核 21 5 制造工藝分析 23 5.1 最佳澆口地位置 23 5.2 MPI的FLOW仿真分析 23 5.2.1 填充時間 23 V 5.2.2 最大壓力 23 5.2.3 平均速度 24 5.2.4 熔料的最高溫度 24 5.2.5 體積收縮率 24 5.3 MPI的COOL仿真分析 24 5.3.1 冷卻管道的液流量 24 5.3.2冷卻管道的最高溫度 25 5.3.3 模腔平均溫度和冷卻時間 25 5.4 翹曲（Warp）分析結(jié)果 25 6 結(jié)論與展望 26 致

17、 謝 27 參考文獻 28 VII 基于Pro/E的水果籃注塑模具設(shè)計與仿真 1 緒論 1.1 設(shè)計目的與意義 此次設(shè)計的目的： （1） 加深對PROE軟件的理解和應(yīng)用； （2） 了解塑料的組成、特性及其成型的基本原理，學(xué)會分析成型工藝對注塑模具的要求； （3） 掌握注塑模具的特點和技術(shù)要求； （4） 可以具有初步分析和解決有關(guān)注塑模具方面問題的能力。 此次設(shè)計的意義： 注塑模設(shè)計是一門實踐性很強的學(xué)問，若想對其有更深層次的了解和運用，需要長期的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。在畢業(yè)設(shè)計中，需要對大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識進行鞏固和綜合應(yīng)用，這樣不僅可以加深對已學(xué)知識的理

18、解，又可以從中發(fā)現(xiàn)自己的不足，同時也可以加強創(chuàng)新和實踐能力的培養(yǎng)，加強獨立分析和解決問題的能力，所以綜上所言，此次PROE水果籃注塑模設(shè)計具有非常重要的現(xiàn)實意義。 1.2 塑料制品的發(fā)展前景 塑料制品已經(jīng)成為人們的一個生活必須品中的重要部件的材料選擇，塑料材料的選擇會降低產(chǎn)品的重量，增加產(chǎn)品外觀多樣型！且由于塑料制品自身的特殊性，其具有很好的回收性能，進過各種程序的處理之后就會被再次利用。不僅能降低成本，還可以減少對壞境的污染！ 由于現(xiàn)在工藝的發(fā)展，對塑料制品的研制加深，工業(yè)上逐漸展現(xiàn)出代鋼伐木，代替?zhèn)鹘y(tǒng)建材等趨勢。這將使得塑料制品的需求大大增加！故塑料制品發(fā)展前景無限！ 1.3 我國

19、模具的發(fā)展現(xiàn)狀 模具，是以特定的結(jié)構(gòu)形式通過一定方式使材料成型的一種工業(yè)產(chǎn)品，同時也是能成批生產(chǎn)出具有一定形狀和尺寸要求的工業(yè)產(chǎn)品零部件的一種生產(chǎn)工具。大到飛機、汽車，小到茶杯、釘子，幾乎所有的工業(yè)產(chǎn)品都必須依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高一致性、高生產(chǎn)率是任何其它加工方法所不能比擬的。模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力。所以模具又有“工業(yè)之母”的榮譽稱號。 在改革開放以后, 我國模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展, 年模具生產(chǎn)總量僅次于日、美之后位居世界第三位。但目前我國模具生產(chǎn)廠點多數(shù)是自產(chǎn)自用的工模具車間(分廠),商品化模具僅占1/3 左右。

20、從模具市場來看, 國內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求, 約20%左右靠進口, 特別是精密、大型、復(fù)雜和長壽命的高檔模具進口比例高達40%。由此可見, 雖然我國模具總量目前已達到相當(dāng)規(guī)模,模具水平也有很大提高, 但在不管在數(shù)量還是質(zhì)量上我們與發(fā)達國家的水平還相差甚遠, 主要表現(xiàn)在模具精度、壽命、復(fù)雜程度、設(shè)計、加工、工藝裝備等方面與發(fā)達國家有較大的差距。國內(nèi)模具的使用壽命只有國外發(fā)達國家的1/2 至1/10, 甚至更短, 模具生產(chǎn)周期卻比國際先進水平長許多。此外, 模具的標(biāo)準化、專業(yè)化、商品化程度低, 模具材料及模具相關(guān)技術(shù)比較落后, 也是造成與國外先進水平差距大的重要原因。這造成我國每年都需要花費大量資金

21、從發(fā)達國家引進各種先進模具及其生產(chǎn)技術(shù)，所以模具發(fā)展對我們而言任重而道遠！ 1.4 采用注射模成形產(chǎn)品的優(yōu)點 （1） 注射成形工藝可由機床自動按照一定的程序完成，便于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)效率較高，適于大批量生產(chǎn)。 （2） 注射一般可一次成形，減少了制品再加工程序。 （3） 可以制作形狀較復(fù)雜的塑料制品。 （4） 模具通用簡單，制品成本較低。 （5） 注射成形后的廢品及廢料可以重新加熱注射，故節(jié)約材料。 （6） 操作易于掌握，不需要等級較高的技術(shù)操作。 1.5本次設(shè)計需達到的要求： （1） 熟悉注塑模具發(fā)展歷程，以及當(dāng)前模具制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。

22、 （2） 能綜合運用所學(xué)專業(yè)知識進行中等復(fù)雜程度模具的設(shè)計和計算。 （3） 熟練掌握CAD/CAM軟件Pro/E的三維造型、模具設(shè)計的原理和方法。在Pro/E 的模具設(shè)計模塊中設(shè)計成型零件。 （4） 熟練掌握利用專家系統(tǒng)EMX設(shè)計整套標(biāo)準模架的流程和方法。 （5） 根據(jù)三維模架生成水果籃塑件注塑模的二維工程圖。

23、 （6） 論文依據(jù)充分，論證正確，文字通順，條理清楚，格式符合要求。 2 總體方案的確定 2.1 塑件的選擇 本設(shè)計所選擇的中型的水果籃。 2.2 尺寸精度 塑件尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品要求尺寸的符合程度，即所獲得塑件尺寸的準確度。影響塑件尺寸精度的因素蛇粉復(fù)雜，首先模具制造的精度和塑料收縮率的波動，其次是模具的磨損程度。另外在成型時工藝條件的變化、塑件飛邊等都會影響塑件精度。因此，塑件尺寸精度的確定應(yīng)該合理選擇，盡可能選擇低精度等級。[11] 2

24、.3 尺寸計算 （1） 主體直接使用Pro/E 的測量功能，測出體積V＝18.35cm3 重量M=18.351.15＝21.1g （材料采用PC/ABS，查找網(wǎng)頁得知其密度為1.15cm3。[12]） 圖2.1 水果籃三維圖 2.4 塑件的材料性能 PA66應(yīng)用領(lǐng)域主要用于汽車工業(yè),電氣電子工業(yè),交通運輸業(yè),機械制造工業(yè).制造各種軸承,齒輪,圓齒輪、凸輪、傘齒輪、輸油管,儲油器,保護罩,支撐架,車輪罩蓋,導(dǎo)流板,風(fēng)扇,空氣過濾器外殼,散熱器水室,制動管,發(fā)動機罩,車門把手.軸承、齒輪、滑輪泵葉輪、葉片、高壓密封

25、圈、墊、閥座、襯套、輸油管、貯油器、繩索、傳動帶、砂輪膠粘劑、電池箱、電器線圈、電纜接頭各種滾子、滑輪、泵葉輪、風(fēng)扇葉片、蝸輪、推進器、螺釘、螺母、耐油密封墊片、耐油容器、外殼、軟管、電纜護套、剪切機、滑輪套、牛頭刨床滑塊、電磁分配閥座、冷陳設(shè)備、襯墊、軸承保持架、汽車和拖拉機上各種輸油管、活塞、繩索、傳動皮帶，紡織機械工業(yè)設(shè)備零霧料等等。 PA66在聚酰胺材料中有較高的熔點，在較高溫度也能保持較強的強度和剛度。PA66 對許多溶劑具有抗 溶性，但對酸和其它一些氯化劑的抵抗力較弱。PA66 廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖 擊性和高強度要求的產(chǎn)品。 PA66 成型前如果加工前材

26、料是密封的，可以不要干燥。如果儲存容器被打開，建議在 90℃干燥 10 小 時。PA66 的流動性很好，它的粘度對溫度變化很敏感。PA66 的收縮率在 1%-2%之間，加入玻璃纖維-可以 將收縮率降低到 0.2%-1% 。收縮率在流程方向和與流程方向相垂直方向上的相異是較大的。PA66 熔化溫度 約 260-290℃，對玻纖增強的產(chǎn)品為 275-280℃，熔化溫度應(yīng)避免高于 300C。模具溫度約 80℃。 PA66（聚酰胺66或尼龍66），同PA6相比，PA66更廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強度要求的產(chǎn)品。 PA66又稱尼龍66，俗稱尼龍雙6；聚己二酰己二胺；英文

27、名：Polyamide 66，縮寫 nylon 66。 CAS編號：32131-17-2 2.5 注塑機的確定 本設(shè)計中，產(chǎn)品的體積為18.35 cm3，確定注塑機如下表： 表2-1 注射機技術(shù)參數(shù) 型號 柱塞直徑/mm 注射容量/cm3 注射壓力/ 105Pa 鎖模力/ 104N 最大注射面積/cm2 模具厚度/mm 模具行程/mm 噴嘴(球半徑)/mm 定位孔直徑/mm 最大 最小 Xs-zy1000/120 Φ85 1000 118 4500 120 700 300 700 18 150 2.6 塑件分型面的選擇 遵循確定

28、分型面的一般原則： （1） 分型面應(yīng)選擇在制品的最大截面處。 （2） 盡可能使制品留在動模一側(cè)。 （3） 有利于保證制品的尺寸精度。 （4） 有利于保證制品的外觀質(zhì)量。 （5） 盡可能滿足制品的使用要求。 （6） 有利于排氣。 （7） 盡量減少制品在合模方向上的投影面積。 （8） 長型芯應(yīng)置于開模方向。 （9） 有利于簡化模具結(jié)構(gòu)。 （10）在選擇非平面分型面時，應(yīng)有利于型腔加工和制品的脫模方便。 要滿足制品的主要要求，為保證工件的表面精度要求，以及簡化模具設(shè)計，便于脫模等要求，把分型面設(shè)置為如圖2.2（a）和2.2（b）所示位置。 圖2.2 （a）分型

29、面 圖2.2 （b）分型面 由以上的圖可以看出分型面方法，都是由一個主分型面組成。該產(chǎn)品側(cè)面孔利用斜面分型來解決產(chǎn)品合模及脫模，這樣的分型面的選擇可以去掉抽芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計加大了設(shè)計和模具制造周期，提高生產(chǎn)效率。節(jié)約模具材料成本！在模具設(shè)計中廣泛使用！ 2.7 型腔數(shù)目 此設(shè)計為單型腔設(shè)計，主要優(yōu)點有：塑件的形狀和尺寸始終一致，單型腔模具機構(gòu)簡單緊湊，設(shè)計自由度大，工藝參數(shù)易于控制，分型面設(shè)計較方便，制造成本低，制造簡單。 3 理論分析及設(shè)計計算

30、 3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 注射模的澆注系統(tǒng)是指塑料溶體從注射機噴嘴進入模具開始到型腔為止，所流經(jīng)的通道。它的作用是將溶體平穩(wěn)地引入模具型腔，并在填充和固化定型過程中，將型腔內(nèi)氣體順利排出，且將壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得組織致密，外形清晰，表面光潔和尺寸穩(wěn)定的塑件。 該產(chǎn)品壁薄。所以采用點膠口系統(tǒng)。 主流道是塑料熔融體進入模具型腔時最先經(jīng)過的部位，是指從注射機噴嘴與模具接觸處開始，到有分流道支線為止的一段料流通道，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動，開模時主流道凝料又能順利地拉出來，錐角通常取2～4，在此取2。由于主流道要與高溫塑料

31、和注塑機噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開在定模板上，而是將它單獨設(shè)計成主流道襯套(即是澆口套)鑲?cè)攵０鍍?nèi)。 澆口套的計算: 進料口直徑：D=d+(0.5～1)mm=2.5＋0.5＝3mm 式中d為注塑機噴嘴口直徑。 球面凹坑半徑：R=r+(1～2)mm=9+2＝11mm 式中r為注塑機噴嘴球頭半徑。 主流道長度L根據(jù)定模座板厚度確定，在能夠?qū)崿F(xiàn)成型的條件下盡量短，以減少壓力損失和塑料耗量。 本設(shè)計取L=95mm 。 主流道大端與分流道相接處又過度圓角，以減小料流轉(zhuǎn)向時的阻力，其圓角半徑取r=2 mm。 所選澆口套的立體圖如圖3.1所示。 圖3.1 澆口套及其二維圖 分

32、流道是主流道與型腔進料口之間的一段流道，主要起分流和轉(zhuǎn)向作用，是澆注系統(tǒng)的斷面變化和溶體流動轉(zhuǎn)向的過渡通道。 分流道截面采用最常用的梯形截面形狀，優(yōu)點為熱量損失較少，加工比較容易，流動阻力較小，屬于比較常用的截面形式。 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道，是整個澆注系統(tǒng)的最薄弱點和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 一般情況下，澆口采用長度很短而截面很窄的小澆口。當(dāng)熔融塑料通過狹小的澆口時，流速增高，并因摩擦使料溫也增高，有利于填充型腔。同時，狹小的澆口適當(dāng)保壓補縮后首先凝固封閉型腔，使型腔內(nèi)的熔料即可在無壓力狀態(tài)下自由收縮凝固成型，因而塑件內(nèi)殘余應(yīng)力小，可減小塑件的變形和破裂。狹小的澆口便于

33、澆道凝料與塑件的分離，便于修整塑件，成型周期較短。但是，澆口截面尺寸不能過小。過小的澆口，壓力損失大，冷凝快、補給困難，會造成塑件缺料、縮孔等缺陷，甚至還會產(chǎn)生熔體破裂形成噴射現(xiàn)象，使塑件表面出現(xiàn)凹凸不平。 此設(shè)計采用 ，它是一種尺寸很小截面為圓形的直接澆口的特殊形式。特點是進料口小，去澆口后殘留痕跡小，可減少熔接不良現(xiàn)象，澆口可自動拉斷，塑件光澤，表面清晰。適用于成型熔體粘度隨剪切速度提高而明顯降低的塑料和粘度較低的塑料，如各種塑料的殼、盒、蓋等塑件。 3.2 脫模機構(gòu)的設(shè)計 在注射成型的每一循環(huán)中，塑件必須由模具的型腔或型芯上脫出，脫出塑件的機構(gòu)稱為推出機構(gòu)，也常稱為脫模機構(gòu)。 該

34、模具我們用點膠口的結(jié)構(gòu)設(shè)計，它的注射及脫模，頂出如圖3.2所示。（該圖僅供參考） 圖3.2 （a） 頂出圖 圖3.2 （b）頂出圖 脫模機構(gòu)的設(shè)計原則: （1） 盡量使塑件留在動模一邊。 （2） 保證塑件不因推出而變形和損壞。 （3） 保證塑件外觀良好。 （4） 結(jié)構(gòu)可靠。 脫模力是指將塑件從動模一側(cè)的主型芯上脫出時所需要的外力，是設(shè)計推出機構(gòu)的主要依據(jù)之一。 塑件在模具冷卻定型時，由于體積收縮，其尺寸逐漸縮小而將型芯包緊而產(chǎn)生的力，叫做型芯包緊力。對于不帶通孔的殼體類塑件，脫模時所要克服大氣壓力，叫做真

35、空吸力。此外，還要克服機構(gòu)本身運動的摩擦阻力及塑料與鋼材之間的粘附力。 開始脫模的瞬間所要克服的阻力最大，稱為初始脫模力，以后脫模所需的力稱為相續(xù)脫模力，后者要比前者小。所以在計算脫模力的時候，總是計算初始脫模力。影響脫模力大小的因素很多，如型芯成型部分的表面積及其形狀；塑料的收縮率以及對于型芯的摩擦系數(shù)；塑件的壁厚及同時包緊型芯的數(shù)量；成型時的工藝參數(shù)等。根據(jù)這些因素來精確計算脫模力是相當(dāng)困難的，所以下面根據(jù)主要影響因素進行粗略計算。 當(dāng)塑件包緊型芯時，由于型芯一般具有脫模斜度，故在脫模力的作用下，塑件對型芯的正壓力降低了sinɑ，這時摩擦阻力為： = ( -sinɑ ) 式中 —

36、—摩擦阻力（N）； ——摩擦系數(shù),查表得 = 0.6 ； ——因塑件收縮產(chǎn)生對型芯的正壓力（N）； ——脫模力（N）； α ——脫模斜度，因為材料是PC/Abs，所以取α=2 根據(jù)受力圖列出力的平衡方程式為： = 0 圖3.3 零件脫模的受力圖 即 cosɑ--sinɑ= 0 將上式代入= ( -sinɑ ) 可得： = 其中 ——因塑件收縮產(chǎn)生對型芯的正壓力（N），=pA P ——因塑件收縮對型芯產(chǎn)生的單位正壓力（MPa）,一般p=12～20MPa,薄壁件取小值，厚壁件取大值，所要

37、生產(chǎn)的塑件比較薄，故取p=14MPa； A ——塑件包緊型芯側(cè)面積。 （1）直接使用Pro/E 的測量功能，測出塑件包緊型芯側(cè)面積 A＝6984 mm2 所以，=6926.79 N 本設(shè)計采用頂桿脫模機構(gòu)，選用了直徑為10的頂桿，如圖3.4所示： 圖3.4 頂桿 計算公式如下： 推桿直徑計算 直徑確定公式： d=K(l2Qe/nE)1/4 直徑校核公式：sc=4 Qe/n∏d2≤ss 式中 d——推桿的直徑(mm) ； K——安全系數(shù)； l——推桿長度(mm) ； Qe——脫模阻力(N) ； E—

38、—推桿材料的彈性模量(Mpa) ； n——推桿的數(shù)目； sc——推桿所受的壓應(yīng)力(Mpa) ； ss——推桿材料的屈服點(Mpa) ； 查（塑料模具設(shè)計師手冊2008版）[1]得： K=1.6 l=215.6 Qe=6.283103N E=209203MPa ss=453MPa 將數(shù)據(jù)代入公式得：d=10mm 用公式sc=4 Qe/n∏d2校核得：sc=31.25MP

39、設(shè)計采用彈簧復(fù)位，利用彈簧的彈力使脫模機構(gòu)復(fù)位。由于本設(shè)計中的模具尺寸較大，故所使用的彈簧應(yīng)為彈力較強的方彈簧。如下圖所示： 圖3.5 復(fù)位桿與復(fù)位彈簧 3.4 排氣系統(tǒng) 型腔內(nèi)氣體的來源，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有因塑料受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。塑料溶體向注射模型腔填充過程中，必須要考慮把這些氣體順利排出，否則，不僅會引起物料注射壓力過大，溶體填充型腔困難，造成充不滿模腔，而且，氣體還會在壓力作用下滲進塑料中，使塑件產(chǎn)生氣泡，組織疏松，熔接不良。 由于該產(chǎn)品比較大，所以它們都采用排氣槽排氣，排氣槽一般開設(shè)在型腔最后被填充的地方，同時也利用型芯、頂桿、鑲拼件、

40、分型面等的間隙排氣，達到充分排氣的目的。 3.5 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 合模導(dǎo)向裝置是保證動模和定模合模時正確定位和導(dǎo)向的裝置，本設(shè)計采用導(dǎo)柱導(dǎo)向裝置，主要零件為導(dǎo)柱和導(dǎo)套。 導(dǎo)向機構(gòu)的作用 （1）導(dǎo)向作用。 （2）定位作用。 （3）承受一定的側(cè)壓力。 （4）承載作用。 （5） 持機構(gòu)的運動平穩(wěn)。 導(dǎo)柱是與安裝在另一半模上的導(dǎo)套相配合，用以確定動模和定模的相對位置，保證模具運動導(dǎo)向精度的圓柱形零件。 導(dǎo)套是與安裝在另一半模上的導(dǎo)柱相配合，用以確定動模和定模的相對位置，保證模具運動導(dǎo)向精度的圓套形零件。 因為前蓋與后蓋的體積相差不大，所以它們采用相同的模架，因此，它們采用相同的導(dǎo)

41、向機構(gòu)。由于模架的尺寸為600550，所以本設(shè)計選用直徑為40的導(dǎo)柱，然后選用相對應(yīng)的導(dǎo)套，其結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。 圖3.6 導(dǎo)柱與導(dǎo)套 3.6 定位圈的設(shè)計 為了便于模具在注射機上安裝以及模具澆口套與注射機的噴嘴孔精確定位，應(yīng)在模具上（通常在定模上）安裝定位圈，用于與注射機定位孔匹配。定位圈除了完成澆口套與噴嘴孔的精確定位之外，還可以防止?jié)部谔讖哪?nèi)滑出。 3.7 成形零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 由于產(chǎn)品面積大，在注射過程中要承受較大的注射壓力故選用整體式，這種結(jié)構(gòu)的凹模是將直接數(shù)控加工和采用電火花，可以直接成型

42、。其結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。 圖3.7 凹模 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計: 對于形狀復(fù)雜的凸模，為了便于機加工，也可采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的凸模是將四壁分別加工研磨后壓入到模板之中，側(cè)壁都是利用CNC數(shù)控加工直接數(shù)銑成型保證連接的準確性。其結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。 圖3.8 凸模 3.8 成型零件工作尺寸的計算 所謂成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸、型腔的深度尺寸或型芯的高度尺寸等等。 成型零件工作尺寸的計算方法一般按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。 成型零件的公差等級越低，其制造公差也越大，因而成型的塑件公差等級

43、也就是越低。實驗表明，成型零件的制造公差，一般可取塑件總公差的1/3，即是＝△/3。 查表得PA66的平均收縮率為=1.15%。[13] 由于在成型過程中的磨損，型腔尺寸將變得越來越大，型芯或凸模尺寸越來越小。對于中小型塑件，最大磨損量可取塑件總公差的1/6，即是＝△/6。 (1) 型腔徑向尺寸 對于中小型塑件，計算公式為： =+ - △ 式中 ——型腔徑向尺寸； ——塑件尺寸； ——平均收縮率； △ ——塑件公差。 標(biāo)注制造公差后得： = (2) 型芯徑向尺寸 對于中小型塑件，計算公式為： =+

44、 ＋ △ 式中 ——型芯徑向尺寸； ——塑件尺寸； ——平均收縮率； △ ——塑件公差。 標(biāo)注制造公差后得： = (3) 型腔深度尺寸 = 式中 ——型腔深度尺寸； ——塑件尺寸。 (4) 型芯高度尺寸 = 式中 ——型芯高度尺寸； ——塑件尺寸。 根據(jù)如上幾個公式，得表如下： 表3-1 水果籃的工作尺寸 尺寸 計算公式 工作尺寸 型腔 長300 = 303.45 寬189.1 191.27 上圓弧44.38 44.89 深度74.71 = 75.57 凸起7.2 7.

45、28 型芯 長300 = 303.45 寬189.1 191.27 上圓弧42.9 43.39 總高度73.71 = 73.94 分型面以上的高度 65.83 66.62 分型面以下的高度8.14 8.23 3.9 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 在注射過程中，開始注射時模具是冷的，由于注入型腔內(nèi)的塑料溫度的影響，模具溫度逐漸升高。根據(jù)注射的成型材料不同，模具的溫度也不同。由于成型要求模具有一定的溫度，模溫過高或過低都會影響塑件質(zhì)量，產(chǎn)生縮孔，變形等缺陷。所以，模具設(shè)計時必須考慮冷卻或加熱裝置來調(diào)節(jié)模具的溫度。成型時若料溫不足，為了使模具達到成形要求的模溫，一般應(yīng)考慮加熱

46、裝置；當(dāng)料溫使模溫超過成形要求時，則應(yīng)考慮冷卻裝置。 在模具設(shè)計中，設(shè)置冷卻裝置的目的，一是防止塑件脫模變形；二是縮短成型周期；三是使結(jié)晶性塑料冷凝形成較低的結(jié)晶度，以得到柔軟性、擾曲性、伸長率較好的塑件。 冷卻形式一般在型腔、型芯等部位合理地設(shè)置通水冷卻水路，并通過調(diào)節(jié)冷卻水流量及流速來控制模溫。 本設(shè)計采用直通式冷卻水路，對型腔和型芯的冷卻。由于模板和模仁以及頂桿孔的限制所以我們盡量的把水孔位置放置在中間，因為如果距離太近的話冷卻不易均勻，太遠的話效率就近。水孔直徑設(shè)計為8mm。計算如下： 根據(jù)熱平衡計算： 在單位時間內(nèi)熔體凝固時放出等熱量等于冷卻水所帶走的熱量，故有公式 qv

47、＝WQ1/rc1（q1-q2） qv——冷卻水的體積流量（m3/Min）； W——單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料重量（Kg/Min）； Q1——單位的重量的塑料制品在凝固時所放出的熱量（KJ/kg）； r——冷卻水密度； c1——冷卻水的比熱容； q1——冷卻水出口溫度； q2——冷卻水入口溫度； （1）求塑料制品在固化時每小時釋放的熱量Q 設(shè)注射時間為2s，冷卻時間為20s，保壓時間為15s，開模取件時間為3 s.，得注射成型周期為40S。 設(shè)用20℃的水作為冷卻介質(zhì)，其出口溫度為28℃，水呈湍流狀態(tài)， 一個小時成型次數(shù)n＝3600/40＝90 W＝M

48、n＝66.6490＝5997g/h=6Kg/h 查手冊得PP單位重量放出的熱量Q1＝5.9102KJ/h 故 Q=WQ1＝65.9102KJ/h＝3.54103KJ/h （2）水的體積流量 由公式qv＝WQ1/rc1（q1-q2）＝(3540/60)/（1034.187(28-20)）m3/Min＝1.810-3m3/Min （3）求冷卻水道直徑d 根據(jù)水的體積流量查手冊得d=8mm[14] 3.10 模具總裝圖和爆炸圖 模具總裝圖如圖3.9所示。 圖3.9 模具三維圖 模具爆炸圖如圖3.10所示。 圖3.10 爆炸圖 模具平面裝配圖如圖

49、3.11所示 圖3.11模具總裝圖 4 塑料注射機的校核 4.1 最大注射量的校核 塑件的體積（包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)）應(yīng)小于注射機的最大注射容量，其關(guān)系按下式校核： ——塑件和澆注系統(tǒng)的體積總和（cm3） ——注射機最大注射量（cm3） 計算出注射機的最大注射量 式中 ——注射機理論注射量（cm3） ——射出系數(shù)，實際生產(chǎn)中常取0.7～0.9，本設(shè)計取0.8。 所以， 塑件的體積：＝18.35cm3 澆注系統(tǒng)的體積等于澆口套里面的澆道體積加上型腔內(nèi)的澆道體積。 因為澆口套式由

50、一個短圓柱和一個長圓柱組成的，所以很容易算得兩個圓柱得體積總和為11.97 cm3，利用Pro/E的測量功能，測得澆口套的體積為11.52 cm3，所以澆口套里面的澆道體積為＝10.3－8.6＝ 1.7cm3。 型腔內(nèi)的體積可以由鑄模的體積減去塑件的體積，所以，算得體積為＝8－5.3＝2.7 cm3 則澆注系統(tǒng)體積＝+＝1.7＋2.7＝4.44 ， 所以塑件和澆注系統(tǒng)的體積總和＝＋＝22.79 4.2 最大注射壓力校核 注射機的額定注射壓力即為它的最高壓力，應(yīng)該大于注射機成形時所需調(diào)用的注射壓力，即 ， 式中，——注射機的額定注射壓力，查表得，＝1500Mpa —

51、—塑件成形時所需的注射壓力，查表得，＝900Mpa ——安全系數(shù)，一般?。?.25～1.4，本設(shè)計?。?.3。 代入數(shù)字，算得 ＝1500Mpa ＝9001.3＝1170Mpa 所以，最大注射壓力符合要求。 4.3 鎖模力的校核 鎖模力是注射機的合模裝置對模具的最大鎖緊力，其作用是防止注射成形時，模具分型面張開。 注射機的鎖模力應(yīng)大于模腔內(nèi)塑料熔體的壓力產(chǎn)生的張開模具的力，即 式中 F——鎖模力，其大小為F＝4500 KN； ——模腔內(nèi)熔體的壓力（MPa），一般取40～50MPa A——所有塑件及澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影

52、面積之和。利用Pro/E的測量功能，測得面積A≈2167.52 mm2， 所以 均小于注射機鎖模力4500kN，所以符合要求。 4.4 模具厚度H與注射機閉合高度的校核 可按下式校核： ﹥ H ﹥ 式中 ——注射機允許最大模厚（=700mm）； ——注射機允許最小模厚（=300mm）。 其中， ＝60+40+120+120+120+35＝495mm 式中 為定模板厚度， 為定模套板厚度 ， 為動模套板厚度 為動模支撐板厚度， 為墊塊厚度， 為動模板厚度 因為700﹥495 ﹥ 300，所以能滿足要求。 4

53、.5 開模行程校核 注射機開模行程應(yīng)大于模具開模時取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距，即滿足下式： ≥++（5～10） 式中 ——注射機模板行程（=700mm）； ——脫模距離；=76mm ； ——包括流道凝料在內(nèi)的制品高度，前蓋和后蓋均約為=60mm 。 則 ++10=76+60+10=136﹤700，所以能滿足要求。 5 制造工藝分析 本設(shè)計使用Moldflow Plastics Insight 5.0對塑件進行注塑工藝仿真。MPI是一款應(yīng)用廣泛的模擬仿真軟件，使用

54、該軟件可以全面模擬注塑成型過程，并以圖形的方式直觀地顯示分析結(jié)果，為設(shè)計參的確定和優(yōu)化提供理論依據(jù)，可以幫助設(shè)計者進一步修改模具設(shè)計方案。其結(jié)果如下： 5.1 最佳澆口地位置 使用MPI這個軟件，我們可以很容易就找出最佳澆口地位置。 藍色位置就是澆口的最佳位置，如圖5.1所示。 圖5.1 澆口最佳位置 5.2 MPI的FLOW仿真分析 5.2.1 填充時間 填充時間為t＝1.03s； 5.2.2 最大壓力 查看仿真結(jié)果可知型腔壓力隨填充體積的增加而變化，填充完成后，壓力的最大值為：135.7MPa，如圖5.2所示。 圖5.2 型腔仿真結(jié)果 5.

55、2.3 平均速度 由仿真結(jié)果可知，注射的平均速度為； V＝96cm/s 5.2.4 熔料的最高溫度 查看仿真結(jié)果可知，無論是前蓋，還是后蓋，熔料在成型過程中的最高溫度均為240.02。 圖5.3 仿真結(jié)果 5.2.5 體積收縮率 收縮不均勻是制品變形的一個重要原因，由仿真結(jié)果可知以下數(shù)據(jù)： （1） 收縮率的最大值為10.73％ （2） 收縮率的最小值為0.1080％ （3） 收縮率的平均值為5.420％ 5.3 MPI的COOL仿真分析 5.3.1 冷卻管道的液流量 冷卻液流量的大?。蠢字Z數(shù)）應(yīng)大于或等于10000，以保證液流為絮流。查看仿真結(jié)果可知

56、，前后蓋的冷卻管道的液流量均為4.234L/min，雷諾數(shù)均為10000，所以，流體在管道中的流動狀態(tài)是絮流，因而冷卻管道設(shè)置效果良好。 5.3.2冷卻管道的最高溫度 由仿真結(jié)果得出，冷卻管道的最高溫度為30。 5.3.3 模腔平均溫度和冷卻時間 由仿真結(jié)果得出： 模腔內(nèi)的最高溫度為55.43。 模腔內(nèi)的最低溫度為25.31。 模腔內(nèi)的平均溫度為40.37。 完全冷卻時間為5.230s。 5.4 翹曲（Warp）分析結(jié)果 如圖5.4所示，由仿真結(jié)果可以看出

57、： 前蓋：總體變形量：0.1235mm～0.8673mm X 方向變形量：-0.2507mm～0.2958mm Y 方向變形量：-0.4499mm～0.5831mm Z 方向變形量：-0.4191mm～0.7934mm 后蓋：總體變形量：0.1471mm～0.7628mm X 方向變形量：-0.2840mm～0.2487mm Y 方向變形量：-0.4557mm～0.5383mm Z 方向變形量：-0.4091mm～0.6320mm 圖5.4 翹曲分析結(jié)果 6 結(jié)論與展望 本設(shè)計針對

58、塑料模具的設(shè)計，展示了塑料模具設(shè)計個整個流程。其中包括了利用力學(xué)原理建立的斜分型面，省去了抽芯的機構(gòu)。運用了proe進行模具的3D分型裝配！又使用了Moldflow Plastics Insight 5.0對注塑過程進行仿真分析。 只有綜合使用這些軟件，才能快速地，提高設(shè)計工作，提高生產(chǎn)效率，降低模具的設(shè)計周期，在軟件的輔助下，加上我們的創(chuàng)新能力會有更多了新模具結(jié)構(gòu)技術(shù)出現(xiàn)，這是現(xiàn)代模具設(shè)計的必然趨勢。 今后的模具從結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料選用、制造工藝及模具修復(fù)和報廢，以及模具的回收和利用等方面，都將越來越考慮其節(jié)約資源、重復(fù)使用、利于環(huán)保，以及可持續(xù)發(fā)展這一方向。

59、 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計是在導(dǎo)師曹亞玲老師的精心指導(dǎo)之下完成的。在畢業(yè)設(shè)計期間，從資料的收集，水果籃的模具設(shè)計，到最后的畢業(yè)論文的完成，無不凝聚著曹老師的心血。在我碰到困難的時候，老師的細心開導(dǎo)和指引，讓我很快就找到解決問題的方法。如果沒有老師的指導(dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計就不會那么順利的完成。同時，曹老師嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，平易近人的性格，讓我從中學(xué)到了很多做人的道理，同時也為即將走進社會的我樹立了一個好榜樣。在此，謹向?qū)煵軄喠崂蠋熤乱宰钫嬲\的感謝。 在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，我碰到了許許多多的問題，除了老師們的指導(dǎo)之外，同組的同學(xué)們也給予了我很

60、多幫助。雖然他們也在努力地做著他們地畢業(yè)設(shè)計，但是每當(dāng)我向他們求助地時候，他們總會積極地幫助我。所以，在此對那些無私幫助過我的同學(xué)們致以崇高的敬意。 由于知識水平的關(guān)系，設(shè)計中必然會存在著很多的不足之處，在此希望各位老師同學(xué)們給予批評指導(dǎo)!最后，再次感謝在設(shè)計過程中幫助過我的每一位老師和同學(xué)。謝謝！ 參考文獻 [1] 李德群，黃志高.塑料注射成型工藝及模具設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009. [2] 陳劍鶴.模具設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社.2007. [3] 李德群，唐志玉.

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