車窗扣座模具CAD設(shè)計-注塑模設(shè)計.doc

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學校代碼： 11059 學 號：1006031033 Hefei University 課程設(shè)計（論文） BACHELOR DISSERTATION 論文題目： 車窗扣座模具CAD設(shè)計 學位類別： 工學學士 學科專業(yè)： 材料成型及控制工程 作者姓名： 王 浩 浩 導師姓名： 邢 文 靜 完成時間： 2014.9. 14 目錄 摘 要 2 第一章 車窗扣座塑件工藝性分析 2 1.1 塑件工藝分析 2 1.1.1外形尺寸分析 2 1.1.2. 塑件精度等級分析 3 1.1.3脫模斜度 3 1.2 ABS的性能分析 1 性能 1 1.2.2 注射工藝參數(shù) 2 第二章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 2.1 確定分型面的位置 3 2.2 確定型腔的排列方式 3 2.3 確定注射機型號 3 2.3.1 塑件體積和重量的計算 4 2.3.2 注射機型號的確定 4 2.3.3 校核注射機的相關(guān)參數(shù) 4 第三章 澆注、冷卻系統(tǒng)的確定 6 3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 6 3.1.1主流道的設(shè)計 6 3.1.2 分流道設(shè)計 7 3.1.3 澆口的設(shè)計 7 3.1.4校核主流道的剪切速率 7 3.1.5冷料穴的設(shè)計 8 3.2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 8 3.2.1冷卻介質(zhì) 8 3.2.2冷卻系統(tǒng)的簡單計算 8 3.2.3動定模冷卻水道的設(shè)置 10 第四章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 10 4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 4.2成型零件鋼材的選用 10 4.3成型零件工作尺寸的計算 11 4.3.1凹模尺寸計算 11 4.3.2型芯尺寸計算 12 4.3.3嵌件距離計算 13 第五章 模具相關(guān)機構(gòu)的設(shè)計 14 5.1模架的確定 14 5.1.1各模板尺寸的確定 14 5.1.2模架各尺寸的校核 16 5.2排氣槽的設(shè)計 17 5.3設(shè)計脫模推出機構(gòu) 17 5.3.1確定推出方式 17 5.3.2脫模力的計算 17 5.3.3脫模方案的分析與確定 18 5.4導向與定位機構(gòu)的設(shè)計 18 參考文獻 21 致 謝 22 摘 要 在設(shè)計車窗扣座的注塑模具中，通過分析塑件結(jié)構(gòu)，對本塑件注射模的成型工藝過程進行了簡單的介紹，模具的分型面為塑件的底面，模具的機構(gòu)脫模采用推板結(jié)構(gòu)，簡單實用的結(jié)構(gòu)，使得加工調(diào)試變得容易，注射成型后塑件的脫模問題得到解決。通過公式及查表計算，確定注塑機型號、模架尺寸、澆注冷卻系統(tǒng)尺寸等。運用模具CAD/proe輔助設(shè)計制造出三維圖，把ProE三維如到如繪圖模塊，繪制二維圖。 關(guān)鍵詞： 車窗扣座；CAD設(shè)計；ABS；PROE； 第一章 車窗扣座塑件工藝性分析 1.1 塑件工藝分析 1.1.1外形尺寸分析 圖1 車窗扣座塑件圖 從圖1-1分析可得，塑件的壁厚比較均勻，棱邊出有圓角，塑件有比較小的外形尺寸，孔邊間隙合理，有課本表2-23得嵌件周圍料后滿足要求，所以比較適合用注塑成型。 1.1.2. 塑件精度等級分析 塑件尺寸精度、塑件形位公差等級可按附錄A“常用塑料模塑件公差等級和選用（摘自GB/T 14486—2008）”以及附錄B “模塑件尺寸公差表（摘自GB/T 14486—2008）”[8]。通過查表可以把塑件的精度等級取為MT3，這屬中等精度的塑件，未注公差尺寸均按MT5等級來取。 1.1.3脫模斜度 ABS材料結(jié)構(gòu)屬于非結(jié)晶型線型結(jié)構(gòu)，有很小的成型收縮率，查表2-10選取凹模均為1的統(tǒng)一脫模斜度。 幾種常見的熱塑性塑件脫模斜度[2]： ABS：塑件外表面40′～120′，塑件內(nèi)表面30′～1； 聚乙烯：塑件外表面20′～45′，塑件內(nèi)表面；25′～45′； 聚碳酸酯：塑件外表面35′～1，塑件內(nèi)表面30′～50′； 氯化聚醚：塑件外表面25′～45′，塑件內(nèi)表面30′～45′； 聚苯乙烯：塑件外表面35′～130′，塑件內(nèi)表面30′～1。 尼龍（通用）：塑件外表面20′～40′，塑件內(nèi)表面25′～40′； 1.2 ABS的性能分析 ABS材料的學名為丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物，這種熱塑性工程塑料是機械強度高，有一定的耐磨性但耐熱性較差，吸水性較大。成型前原料要干燥，成形性能好。 ABS的其他性能指標： 密度: 1.02～1.16g/cm； 收縮率：0.4～0.7%； 吸水率: 0.2～0.4%； 比容: 0.86～0.98cm/g ； 成型抗彎強度：80 Mpa； 抗拉屈服強度：50 Mpa； 拉伸彈性模量：1800 Mpa； 性能 （1）PC的抗蠕變性好，尺寸的穩(wěn)定性好,但是內(nèi)應(yīng)力不容易消除。 （2）PC在高溫下遇到水容易降解，所以成型要求的水分含量低于0.02%。 （3）融化溫度在210-280℃，建議溫度245℃。 （4）ABS屬于無定形聚合物，無明顯熔點；熔體粘度較高，流動性差；熱穩(wěn)定不太好，耐候性較差，紫外線可使變色；熱變形溫度為70—107℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。對溫度，剪切速率都比較敏感；ABS在－40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在 -40℃到80℃的溫度范圍內(nèi)長期使用。 1.2.2 注射工藝參數(shù) 1.注射機：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.保壓壓力（Mpa4）：60-70。 7.注射時間（s）： 20～90。 8.高壓時間（s）： 0～5。 9.冷卻時間（s）： 20～120 10.總周期（s）： 50～220 第二章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 確定分型面的位置 分型面選擇原則：a)分型面應(yīng)選在合模方向上投影面最小的面上；b）應(yīng)盡量避免側(cè)抽芯；c）應(yīng)選在合模方向投影最大面的邊緣；d）塑件留在動模一側(cè)，利用推桿推出痕跡不顯露與外觀面。 綜上所述，模具分型面選在如圖紅色區(qū)域所在面上。 圖2-分型面位置 2.2 確定型腔的排列方式 一模多腔模具的排列布置應(yīng)該盡量采用要求緊湊且與開設(shè)的澆口位置對稱的平衡式，因為該設(shè)計選擇的型腔數(shù)量為一模兩腔，故可以采用平衡式直對稱排列的流道。 2.3 確定注射機型號 噴嘴球半徑：12 mm；噴嘴孔直徑：4 mm； 拉桿內(nèi)間距：260360 mm；理論注射容量：104㎝ ； 定位孔直徑：100mm。 2.3.1 塑件體積和重量的計算 用ProE三維軟件可測得塑件體積：V塑=25734.68=11469.36mm ABS的密度為1.02～1.16 g/cm，取1.05g/cm3 所以塑件的重量 ： 由上式可得：m1＝25.734681.05g＝12.042g 2.3.2 注射機型號的確定 澆注系統(tǒng)凝料體積的計算： 因為是采用一模兩腔，所以n =2，由上式可得： V總＝V塑（1+0.2）2＝5.734681.22＝13.764 ㎝ V總/0.8＝17.205㎝ 由上述計算可選擇有104㎝的公稱注射量、900KN的最大鎖模力、150Mpa的注射壓力，注射機型號為XS-ZY-125的臥式注射機。 2.3.3 校核注射機的相關(guān)參數(shù) 1）、注射壓力校核 ABS所需的注射壓力為60～100Mpa,在這里取，的注射機公稱壓力，為注射壓力安全系數(shù)，這里取，則： ,故，注射壓力校核合格。 2)、鎖模力校核 （1）塑件在分型面上的投影面積： =823.422mm （2）澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 ： 流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積就是。由多型腔模的統(tǒng)計分析來確定，是每個塑件在分型面上投影面積的0.2～0.5倍[9]。本次設(shè)計中的流道較為簡單，有相對較短的分流道，因此可以適當取小一點的流道凝料投影面積，這里取。 （3）塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積： ＝n（＋）＝1976.2mm （4）模具型腔內(nèi)的脹形力： F脹＝P模＝30＝26638N=29.64KN 上式中型腔的平均壓力值，通常取注射壓力的20%～40%。塑料制品的粘度較小，應(yīng)取較小的，低粘度塑料ABS塑料，可取為30Mpa。 F鎖=900KN為注射機的公稱鎖模力， ，這里鎖模力的安全系數(shù)取1.2，則k2F脹＝1.229.64＝35.568KN＜F鎖。注射機鎖模力的校核合格。 綜上可選擇型號為XS-ZY-125[2]的注射機，下面是它的主要技術(shù)參數(shù)： 鎖模力：900 kN； 合模方式：液壓-機械； 注射壓力：150 Mpa；注射行程：160 mm； 最小模厚：150mm；最大模厚：200 mm； 注射時間/s：1.8；注射方式：螺桿式； 螺桿直徑：42 mm；螺桿轉(zhuǎn)速：10～140 r/min； 第三章 澆注、冷卻系統(tǒng)的確定 3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 3.1.1主流道的設(shè)計 1.主流道長度取。 選擇XS-ZY-125型注射機，其噴嘴前端孔徑，噴嘴前端球面半徑。 2.主流道小端直徑： 3.主流道大端直徑： ,式中=2 4.主流道球面半徑： 5.球面的配合高度： 6.主流道的凝料體積： = =1687.75.5=1.69 7.主流道當量半徑： 8.主流道澆口套的形式 主流道直接由澆口套形成，為標準件的主流道襯套。由于主流道的小端入口和注射機的噴嘴接觸反復，屬于易磨損零件。所以對于材料的要求比較嚴格，所以模具的主流道襯套部分經(jīng)常會設(shè)計為可更換拆卸的形式。一般采用45鋼，進行局部熱處理，球面硬度達到38-45HRC。 3.1.2 分流道設(shè)計 1、分流道的布置形式 參照分流道的設(shè)計原則，本設(shè)計中分流道的布置形式在分型面上開設(shè)平衡式單排分流道，這樣的設(shè)計，可以盡可能的使流道內(nèi)的壓力損失減小并盡量避免了熔體溫度的降低，同時還盡可能的減小了分流道的壓力平衡與容積。 2、分流道長度 該塑件的型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計為一模兩腔，采用圓形橫截面分流道查表4-7取截面直徑為8mm。長度為15mm 3.1.3 澆口的設(shè)計 采用薄片側(cè)澆口，開設(shè)在定模一側(cè)，進料從塑件的底部進入。根據(jù)塑件的壁厚選用薄片形側(cè)澆口,查手冊表2-57的澆口尺寸為： B a b l 6mm 1mm 5 1mm 3.1.4校核主流道的剪切速率 主流道體積、分流道體積、塑件的體積以及主流道的當量半徑前面已經(jīng)求出，故而可以根據(jù)相關(guān)公式校核主流道熔體的剪切速率。 1、主流道的體積流量的計算 2、主流道的剪切速率的計算 ～為主流道與分流道的最佳剪切速率，即校核主流道的剪切速率的結(jié)果合格。 3.1.5冷料穴的設(shè)計 主要作用是收集熔體前鋒的冷料，防止熔體型腔被冷料進入，保證制品的表面質(zhì)量不受其影響的是冷料穴，它位于主流道正對面的動模板上。本次設(shè)計只有主流道冷料穴。為便于注射成形工藝過程中熔體前鋒冷料的收集，且開模后，能將主流道拉出留在動模上，然后再由頂料桿頂出脫模，本設(shè)計中的主流道末端采用Z形的冷料穴。查手冊表2-62可得起詳細尺寸。 3.2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 3.2.1冷卻介質(zhì) 低粘度材料ABS，成型溫度與模具溫度分別是200-260℃和40-90℃.因而模具溫度可以初步選定位70℃，模具的冷卻可用常溫水進行。 3.2.2冷卻系統(tǒng)的簡單計算 1．單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量W （1）塑料制品的體積 1.69+2*5.73468=13.16 （2）塑件制品的質(zhì)量 g=0.01382kg （3）塑件壁厚為2mm，通過查表得。1.8s注射時間, 8s脫模時間，故注射周期=1.8+49+8=58.8s。 （4）每小時注射的次數(shù) N=3600/t=3600/58.8=61次 （5）單位時間內(nèi)注射入模具中的塑料熔體總質(zhì)量： 2．確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量 ABS的單位熱量Qs的值查表直接可知為400kJ/kg 3．計算冷卻水的體積流量 設(shè)冷卻水道為出水口的水溫，為入水口的水溫為，取為水的密度，為水的比熱容。 由公式計算得： 4．確定冷卻水路的直徑 由冷卻水的體積流量，查表可知模具冷卻水孔的直徑d=8mm。 5.冷卻水在管內(nèi)的流速v 6.冷卻壁與水交界面得膜傳熱系數(shù) 因為平均水溫為22.5℃，查表4-31可得則有： 7．冷卻水道導熱總面積的計算 8.模具所需冷卻水管總長度的計算 9.冷卻水路的根數(shù) 假設(shè)150mm為每條水路的長度，則冷卻水的根數(shù)為1根。在型芯和型腔中各設(shè)置一個冷卻水道。從上面的計算可以看出，對于模具來說，一條冷卻水道很明顯是不合適的，所以應(yīng)該根據(jù)具體的情況進行修改。型芯和凹模得到充分的冷卻，可以使得生產(chǎn)效率得到提高。 3.2.3動定模冷卻水道的設(shè)置 可直接在動模板上開設(shè)動模的循環(huán)冷卻水道，定模部分的循環(huán)冷卻水道則由定模座板引入定模型腔鑲件開設(shè)。為防止漏水，應(yīng)加“O”型密封圈密封定模座板與定模型腔。 第四章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 該設(shè)計主要由動、定模型腔鑲件和型芯、嵌件組成模具的型腔部分。動模板固定動模型芯和嵌件，定模板固定定模型腔鑲件。 4.2成型零件鋼材的選用 對成型零件進行綜合的分析，這個塑件的成型零件應(yīng)的強度、剛度及耐磨性，應(yīng)該得到保證，且其抗疲勞性能應(yīng)較為良好。材料均采用型號為45#的模具用合金鋼，這種材料經(jīng)過熱處理以后可以使得型腔表面達到60～65HRC的硬度。拋光后可達到Ra0.4μm的表面粗糙度，成型后塑件外表面光潔度要求可以得到滿足。 4.3成型零件工作尺寸的計算 成型零件的尺寸可參照表4-15中的平均尺寸法計算，并按照精度MT3查表得出的公差來計算塑件的尺寸公差。 4.3.1凹模尺寸計算 按平均計算法計算，根據(jù)凹模徑向尺寸計算公式： 凹模深度計算公式: 式中，是塑件的平均收縮率，由表1-2知ABS收縮率為0.4～0.7，其平均收縮率；是系數(shù)，由表4-15得知一般范圍為0.5～0.8，此處??；分別是塑件上相應(yīng)尺寸的按相應(yīng)精度差取的公差（下同）；是塑件上相應(yīng)的尺寸制造公差，小中型塑件取（下同）。 尺寸計算如下： 1）橫向尺寸： =mm =mm R=mm R=mm 深度方向尺寸： 凹模鑲件加工最終尺寸如下圖： 型腔鑲件 4.3.2型芯尺寸計算 根據(jù)型芯平均尺寸計算公式：徑向 高度 尺寸計算如下： 1 ）徑向尺寸： =mm =mm 2）高度尺寸： 型芯加工最終尺寸如下圖: 型芯 4.3.3嵌件距離計算 型芯三維效果圖 第五章 模具相關(guān)機構(gòu)的設(shè)計 5.1模架的確定 5.1.1各模板尺寸的確定 1）.A板尺寸 A板為定模板，用來固定凹模尺寸。查手冊選取BL=150mm250mm。 加工后最終尺寸如圖： . 2）.B板尺寸。 B板是型芯固定板,查手冊選取BXL=150X250尺寸如圖： 3）.C板（墊塊）尺寸 根據(jù)墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5～10）mm =60mm。厚28mm。形狀如圖： 經(jīng)過尺寸的計算，模架板面尺寸為250mm200mm。其外形尺寸：寬長高=250mm250mm170mm。模架結(jié)構(gòu)形式為A1型的標準模架，如圖6-1所示。 圖6-1 模架結(jié)構(gòu) 4）.標準模架上其他相應(yīng)尺寸 動定模座板20mm；導柱間距214114mm；動定模座板螺釘8*M10，間距156*120mm；推板螺釘4*M8，間距232*72mm；復位桿直徑12mm，間距150mm；推桿直徑10mm，2根，詳細尺寸查表得出。 5.1.2模架各尺寸的校核 根據(jù)所選注射機的參數(shù)來校核模具設(shè)計的尺寸。 1.模具平面尺寸250mm150mm﹤598mm520mm,校核合格。 2.模具高度尺寸170mm，150mm﹤170mm﹤200mm，校核合格。 3.模具的開模行程 。因此，可知校核合格。 5.2排氣槽的設(shè)計 模具內(nèi)的氣體可以從型芯與滑塊的配合間隙排出。 5.3設(shè)計脫模推出機構(gòu) 5.3.1確定推出方式 分析塑件的結(jié)構(gòu)特點，用穿過兩型芯的推桿推出。 5.3.2脫模力的計算 <10mm，所以，此處視為厚壁塑件，根據(jù)式4-27，脫模力為 =298.2N ——無量綱系數(shù)，隨r和而異。 ，此處，t為壁厚； ——塑料的彈性模量（由[2]附錄2查得1440）； ——塑料平均成型收縮率，取0.65%； ——制件對型芯的包容長度，=98； ——制件與型芯之間的摩擦因數(shù)（查[1]附錄2取0.31）； ——模具型芯的脫模斜度（取1，tan0.0175）； ——塑料的泊松比（塑料泊松比無法查找時允許取0.35）； ——塑件在垂直于脫模方向上的投影面積（）。 5.3.3脫模方案的分析與確定 常見的脫模類型有氣動脫模、推管脫模、推桿脫模、推板脫模和利用活動鑲件或型腔脫模以及多元件聯(lián)合脫模等機構(gòu)。 最常用的一種脫模機構(gòu)是由推出部件、推出導向部件和復位部件等組成推桿脫模機構(gòu)。它的設(shè)計要點主要有： ①為避免推桿在推出時出現(xiàn)彎曲或折斷，應(yīng)選擇具有足夠的強度和剛度的推桿來承受推出力。 ②為避免凸模或凹模的強度受影響，應(yīng)在脫模阻力大的地方設(shè)置推桿。當塑件各處的脫模力相同時，為使塑件在脫模時受力均勻，防止變形，推桿應(yīng)均衡布置。推出耳形式用于塑件上不允許有推出痕跡的時候，脫模后將推出耳剪掉即可。 ③為避免飛邊的產(chǎn)生，推桿與推桿孔的配合一般為H8/f8或H9/f9，且配合間隙不大于所用塑料的溢料間隙。應(yīng)與型腔在同一平面，或者型腔平面比其要低0.05～0.10的推桿的端面，不應(yīng)該有軸向躥動。 ④模具帶有側(cè)向抽芯的推桿，為避免和側(cè)抽芯發(fā)生干涉，其位置應(yīng)盡量的去避免側(cè)向型芯，不然要設(shè)置推桿先復位裝置。 ⑤模具開有冷卻水道，為保證加工的順利，設(shè)計時應(yīng)先設(shè)計冷卻系統(tǒng)，與冷卻水道保持一定距離再設(shè)計推出機構(gòu)。為避免出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象，推桿穿過冷卻水道的情況要防止。 5.4導向與定位機構(gòu)的設(shè)計 模具中用來導向、定位以及承受一定的側(cè)壓力的導向機構(gòu)，可以保證注塑模準確的開模和合模以及脫模機構(gòu)運動導向。按作用導向機構(gòu)可分為模內(nèi)定位和模外導向。通過導柱導套進行合模定位的是模內(nèi)定位，而模外定位則是通過定位圈使模具澆口套能與注射機噴嘴精確定位。 注射模一般采用四個導柱和導套。導柱可安裝在動、定模任意一側(cè)，但是為保護型芯，主型芯的四周通常會設(shè)導柱。本次模具設(shè)計所成型的塑件較為簡單，要求的模具定位精度不高，所以可以用所選模架所帶有的導向定位機構(gòu)。 第六章 總裝圖 裝配圖 下面是模具的工作過程： 模具合模后安裝到臥式注塑機上。在成型之前，要調(diào)節(jié)好成型工藝所要求的工藝參數(shù)。塑料熔體在一定的注射壓力作用下注射到模具的型腔中，是通過噴嘴沿澆注系統(tǒng)注射。開設(shè)在分型面上的排氣槽以及型芯與滑塊的配合間隙將型腔中的氣排出，注射成型工藝過程完成。 開模時，動模部分向后移動，定模部分不動，固定在注塑機的定模連接板上。在這個過程中，要求其后的頂出脫模不受塑件上側(cè)孔的影響。然后塑件從動模型腔鑲件中被模具上的頂針頂出機構(gòu)頂出脫模。模具重新合模時，復位則由復桿頂出機構(gòu)完成。以上一次成型周期完成。 參考文獻 [1] 王興天. 注塑工藝與設(shè)備[J]. 化學工業(yè)出版社，2009,11. 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