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畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
系 別 電信息系系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 B070203
姓 名 李 勇
學(xué) 號 B0706011
外文出處 ScienceDirect International
Journal of Machine Tools &
Manufacture 47 (2007) 740–747
附 件 1. 原文； 2. 譯文
分析快速成型注塑模具加工程序
Sadegh Rahmati, Phill Dickens
摘要
隨著全球市場競爭的日益激烈，企業(yè)壓力增加，不斷調(diào)低產(chǎn)品生產(chǎn)周期。由于交貨時間和工具加工成本趨于下降的趨勢,所以現(xiàn)代工具制造廠必須在壓力下快速、準(zhǔn)確、以較低成本來生產(chǎn)產(chǎn)品?？s短生產(chǎn)原型產(chǎn)品是時間加快新產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵?？焖俪尚湍＞呱a(chǎn)當(dāng)中，特別使用快速成型技術(shù)制造注塑模具裝配可節(jié)約生產(chǎn)成本并減少時間。在本文中,快速成型技術(shù)是用來直接生產(chǎn)快速注射模這種短期生產(chǎn)工具。對快速成形工具成功注射的數(shù)量及其性能進行評價分析。快速成型環(huán)氧工具能抵抗注射壓力、注射溫度以及500次注射次數(shù)。對注射過程中工具失效機制調(diào)查得知工具的失效是由于過度的彎曲應(yīng)力或是因為由于剪切應(yīng)力過大而造成的。
2006年愛思唯爾出版社有限公司版權(quán)所有。
介紹
設(shè)計降低生產(chǎn)新部件時間的方法,因為產(chǎn)品的交貨時間拖很久的話無法滿足客戶需求[1,2]。設(shè)計能力提高、產(chǎn)品品種增加、交貨時間縮短，以及產(chǎn)量降低，均是快速模具技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動力,生產(chǎn)期間，加工時間和生產(chǎn)成本明顯有所降低[3 - 5]。與此同時,快速成型模具加工技術(shù)正在不斷提高,并在制造商企業(yè)內(nèi)越來越受歡迎 [6 - 8]。在諾丁漢大學(xué)研發(fā)的快速成型注塑模具工具方面占有兩種優(yōu)勢。
第一種是在在應(yīng)力和溫度的極端條件下針對工具的設(shè)計可提供資料數(shù)據(jù),并能從不同的測試中獲取數(shù)據(jù), 類似于真實情況[9]。第二種是研發(fā)一種理論分析快速成型注塑模具過程的方法 [10]。這證明可使用少量的快速成型注塑模具成功生產(chǎn)五百個以上數(shù)量的工具零件。
作者：S. Rahmati的郵箱，rahmati@rapidtoolpart.com。英國拉夫堡大學(xué)快速生產(chǎn)研究小組的負(fù)責(zé)人和教授。
實驗方法
在構(gòu)建快速成型注塑模具工具過程當(dāng)中，根據(jù)光固化快速成型250型號快速成型機上的CAD數(shù)據(jù)，直接將環(huán)氧樹脂殼層嵌入到模具當(dāng)中。這些嵌入物正好通過鋼框架插入到鋼模具當(dāng)中，模具背面用鋁粉或是鋁薄片和環(huán)氧樹脂的混合物填充(圖1)。這些混合物額外增加了嵌入物力量并使模具具有散熱特點。使用50噸的巴頓菲爾注塑機測試快速成型工具，生產(chǎn)聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯零件。如圖2
彈簧澆注系統(tǒng)
快速成型模具
上內(nèi)模
腔鋼框架
模后填充材料
鐵心用鋼框架
頂出
針
快速成型模具下內(nèi)膜
圖1：快速成型模具工具鑲件橫截面
圖2：從快速成型工具取出后的模具狀態(tài)
模具加工過程當(dāng)中，測出型腔模具溫度和壓力，利用不同的熱電偶控制熔體溫度，以盡可能地確保型腔狀態(tài)保持一致。使用光學(xué)顯微鏡或是掃描電子顯微鏡檢測兩種模具斷裂樣本。裂縫的立方體用于橫截面和斷裂面的研究。裂縫當(dāng)中嵌入模具材料的立方體，使用鑄造材料鑄好，切割然后使用光學(xué)顯微鏡將其拋光，以便于檢測?？墒?，使用掃描電子顯微鏡研究立方體斷裂面和模心，導(dǎo)致快速成型模具工具出現(xiàn)失效機理。
注射壓力分析
在噴射器底部放上測壓軟件來檢測壓力剖面（如圖3）。
澆道套
模制
澆鑄道
噴射器內(nèi)角
模腔邊
噴射器中間
噴射器
測壓元件
模蕊側(cè)
噴射器中間
測壓元件電纜
圖3：噴射器和測壓元件的位置
在頂針施加的壓力將轉(zhuǎn)移到放置在噴射器另一末端的測壓元件上。取五個頂針其中的三個,其中一放在噴射器中間，另外兩個放在噴射器拐角處，測量壓力。所有的測壓元件與數(shù)據(jù)記錄器連接，并用電腦操作。在注射過程中記錄的變化電壓轉(zhuǎn)換成為壓力。結(jié)果如圖4描繪所示，在噴射器中間達(dá)到最大噴射壓力1650 psi （11.4兆帕), 在噴射器拐角壓力下降到約1300psi(9兆帕)。
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個地方的壓力剖面
Corner Pressure 1
Middle Pressure
Corner Pressure 3
0 3 6 9 12 15 18 21 24
時間 (秒)
圖4. 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個地方的壓力剖面。
快速成型環(huán)氧樹脂模具工具相關(guān)溫度和材料的研究
圖5記錄了在周期時間內(nèi)的典型實際溫度，在開始下一次注射前，溫度達(dá)到451攝氏足夠在規(guī)定時間內(nèi)完成使模具冷卻過程。為了計算抗?jié)q強度和剪切應(yīng)力，需準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)實驗樣品，規(guī)格按照ISO527測量剪切應(yīng)力，按照ISO179檢測沖擊強度。
120
100
80
60
40
模心1
模心2
模心3
模心4
型腔1
型腔2
型腔3
型腔4
20
0
0 100 200 300 400 500 600
時間 秒)
圖5：環(huán)氧樹脂模具工具內(nèi)逐次循環(huán)溫度變化
沖擊強度平均值被測定為28.4 kJ/m2 ，不同溫度平均值如圖6描繪所示。環(huán)氧樹脂拉力和剪切力測試結(jié)果如圖7所示。
100
90
沖擊強度
80
70
60
50
40
30
20
10 20 30 40 50 60 70 80 90
溫度 (攝氏度)
圖6：飽和環(huán)氧樹脂的不同溫度下相關(guān)的沖擊強度。
70 70
60 60
抗拉強度(MPa)
50 剪切應(yīng)力(MPa) 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
溫度 (°C)
圖7：快速成型環(huán)氧樹脂5170型號模具的相關(guān)溫度下的最大抗拉強度和最大剪切應(yīng)力
失效機理分析
當(dāng)塑膠被注入到在型腔時,型腔內(nèi)突然壓力上升, 在成型周期期間內(nèi)腔壓力達(dá)到最高(圖4)。這種壓力表現(xiàn)出核心特征,這可能導(dǎo)致工具斷裂,如果超過材料的極限抗拉強度極限抗撓曲強度，圖8顯示了在注塑期間各種可能發(fā)生的情況,。在8(a),沒有失敗,8(b)中出現(xiàn)一個彎曲故障，8(c)有一個剪切破壞。瞬間彎曲應(yīng)力會導(dǎo)致過程失敗,或是裂紋擴展，疲勞失效。
立方體 模制
流動方向
旋轉(zhuǎn)點
熔體壓力傳感器 熔體壓力傳感器
(a) (b) (c)
圖8：注射期間發(fā)生不同情況下示意圖，(a) 沒有失敗; (b) 玩去破壞; (c) 剪切失敗.
在注射過程中抗彎失敗
觀察到絕大多數(shù)失敗的情況是在彎曲應(yīng)力上。出現(xiàn)彎曲故障時注射壓力克服了工具的抗彎強度,致使繞軸點旋轉(zhuǎn),最終導(dǎo)致斷裂(圖8(b))。如果注射壓力超出了快速成型模具工具的抗彎強度這種情況可能會出現(xiàn),但通常抗彎失敗是由于使用次數(shù)過多 (圖9)。表1記錄了快速成型模具立方體的抗彎強度的相關(guān)理論計算。
Z
Y
X軸方向的彎曲應(yīng)力
X
a
h
Y
Y
中性軸
塑性流動
圖9立方體壓力參量和迎風(fēng)氣流示意圖
表 1
快速成型模具立方體彎曲應(yīng)力
慣性矩 力矩 彎曲應(yīng)力 40 1攝氏度
撓曲強度
（m4) (N m) (Mpa) (Mpa)
立方體1 108 x 10—12 1.687 46.85 65.0
然而,在實踐當(dāng)中,產(chǎn)生了數(shù)以百計的快速成型模具工具零件失效情況,過高地估計理論模型的彎曲應(yīng)力。這兩個理由，第一，最小寬高比為10時彎曲應(yīng)力方可承擔(dān),而實驗當(dāng)中高寬比為四。第二, 在注射過程中注射壓力施加應(yīng)該在在立方體的前面,但是現(xiàn)實中這種壓力施加在熔壓方塊的后面。
疲勞裂紋擴展
圖10是一幅拍攝在實際故障發(fā)生前的制模斷面圖，圖中顯示的是在后續(xù)注射制模時真實的逆裂紋方向，也就是裂紋產(chǎn)生的相反方向。圖11顯示了一個簡單的立方體的抗彎失敗圖,而圖10是經(jīng)過大量的鏡頭拍攝得到的。在快速成型模具工具在設(shè)置應(yīng)力集中時發(fā)生裂紋萌生,如尖銳的角度和階梯(此為快速成型模具工具零件固有性質(zhì))。
圖10：制模過程失敗前產(chǎn)生的多余的裂紋
圖11：抗彎失敗后裂紋擴展圖
裂縫破壞的跡象如圖12所示,能看到在破裂面條紋形式排列,每條裂紋都代表裂紋擴展?fàn)顟B(tài)。
圖12 掃描式電子顯微鏡下觀察到的斷裂面上的真實條紋
剪切破壞
剪切破壞在熔體流動的方向剪切時出現(xiàn)。圖13展示了快速成型模具立方體的剪切斷面圖。值得注意的是,快速成形模具立方體是通過塑料流動堆積而成的表2記錄了剪切應(yīng)力的計算結(jié)果, 在操作期間產(chǎn)生快速成型工具的最大剪切應(yīng)力，均低于快速成型工具工具的抗剪強度。此外, 在表2最后一列所示注射溫度超過401攝氏度時快速成型工具可以被制做成功。圖14,描繪立方體各點最大剪切應(yīng)力的剪切應(yīng)力與平均剪切應(yīng)力比較，以及最大剪切應(yīng)力各點拋物曲線情形。
表 2
快速成型模具立方體個點剪切應(yīng)力
剪切面積 AS (mm2)
剪切力 V (N)
剪切應(yīng)力 tave (Mpa)
剪切強度（40 1攝氏度） (Mpa)
最高溫度 (1C)
立方體1
36
421.64
11.71
24.3
65.3
立方體2 2
30
421.64
14.05
24.3
61.5
立方體3 3
24
421.64
17.57
24.3
55.9
立方體4
18
421.64
23.42
24.3
46.4
?
?
N.A.
圖14：最大立方體底部剪切壓力分布圖
結(jié)論
該技術(shù)成功的關(guān)鍵是快速成形工具必須有極低的導(dǎo)熱系數(shù)和較短的注射時間 (圖15)。這兩個因素是快速成型注塑模具成功的關(guān)鍵, 可大多情況下都被忽略了。
圖15：注射期間壓力與溫度相關(guān)分布圖
工作的結(jié)果可歸納如下:
?使用環(huán)氧樹脂過以生產(chǎn)超500個零件，并且使用外間空氣冷卻型腔到451攝氏度。
?在注射過程中工具的失效歸因于塑料溫度。
?在注射過程中在工具韌性不好,或在工具溫度過高時可能會出現(xiàn)失敗。
?經(jīng)驗和理論計算確認(rèn),在注射過程中大多是由于抗彎曲應(yīng)力失效而失敗。減少了長寬比的特征會降低工具抗彎曲失敗的現(xiàn)象。
?在注射過程中很少可能由于彎曲破壞而導(dǎo)致剪切應(yīng)力失效，由于快速成形工具要求特定條件，溫度超過401攝氏度才能注射。
參考文獻(xiàn)
1. [1] D. Chen, F. Cheng，《工業(yè)技術(shù)一體化的產(chǎn)品和工藝開發(fā)過程使用快速成型和工作細(xì)胞仿真技術(shù)雜志》16(1)(2000)。
2. J.A. McDonald, C.J. Ryall, D.H. Wimpenny快速原型個案資料，專業(yè)工程出版，英國，2001。
3. M.A. Evans, R.I. Campbell，使用快速成型模型比較評估工業(yè)設(shè)計和加工技術(shù)研討會，快速樣機成型雜志 9（5）（2003）
4. A. Venus, S. Crommert,快速成型注塑模具工業(yè)生產(chǎn)，快速原型法，容積2（2）。美國迪爾伯恩市1996。
5. Y. Li, M. Keefe, E.P. Gargiulo,研究直接加工快速成型模具工具，第六快速成形制造方法歐洲會議，諾丁漢,英國,1997年7月,ISBN:0-9519759-7-8，頁數(shù)：253-266。
6. P. Decelles, M. Barritt, AIM原型工具,三維系統(tǒng),1996年P(guān) / N 70275/11-25-96。
7. T. Greaves, (Delphi-GM),研究:利用快速成型技術(shù)發(fā)展注塑模制模工具，生產(chǎn)廠家會議,1997年。
8. P. Jacobs,快速成型模具進展,快速成型會議，10月，美國馬里蘭大學(xué),1996年。
9. S. Rahmati, P.M. Dickens,快速成型注塑模具工具,第六個快速成形及其制造方面的歐洲會議，諾丁漢,英國,ISBN:0-9519759-7-8,1997年,第213-224頁。
10. S. Rahmati, P.M. Dickens,注塑模具的失效分析,第八年度固體成形技術(shù),德克薩斯州,1997年,頁數(shù)295-305。
表A-2金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)課題開題報告
課題名稱
開關(guān)泵大蓋塑料模具設(shè)計
學(xué) 院
機電工程學(xué)院
專業(yè)/班級
模具062
學(xué)生姓名
陳聰
聯(lián)系電話
15958962569
指導(dǎo)教師
王志明
胡建林
單位/職稱
金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院/講師
浙江亞輪塑料模架有限公司/工程師
開題報告：
一、課題研究的背景和意義
近年來,我國塑料模具業(yè)發(fā)展相當(dāng)快，目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中約占30%左右，而在整個塑料模具市場以注塑模具需求量最大。隨著模具制造行業(yè)的發(fā)展，許多企業(yè)開始追求提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率,縮短設(shè)計周期及制造周期,降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力等目標(biāo)。
世界多極化使我們的競爭越來越激烈，對塑料模具制造要求不斷提高，設(shè)備的不斷更新，軟件技術(shù)的應(yīng)用，給我們模具專業(yè)的學(xué)生帶來了新的技術(shù)。隨著時代的潮流，我們學(xué)生要自主創(chuàng)新，畢業(yè)設(shè)計就給我們有了一次自己開發(fā)設(shè)計，獨立創(chuàng)新的機會，設(shè)計出來必須符合國標(biāo)，這就給我們帶來的合作精神。使我們對PRO軟件的應(yīng)用進一步提高，對開發(fā)產(chǎn)品設(shè)計也有一定的思維能力。同時也給我們帶來了更加豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容，增加了學(xué)習(xí)的興趣，大大提高了學(xué)習(xí)的效率。主要是塑料材料的選擇，塑件的設(shè)計（塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸精度與表面質(zhì)量），塑料注射模具設(shè)計（注射模設(shè)計程序、塑件在模具中的位置設(shè)計、普通澆注系統(tǒng)設(shè)計、成型零件設(shè)計、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計、脫模機構(gòu)設(shè)計、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計、熱流道的設(shè)計、結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計等），注射成型工藝（工藝過程和工藝參數(shù)），設(shè)備的選擇，還有注射機各參數(shù)的選擇等等。設(shè)計時以Pro/ENGINEER軟件設(shè)計為主，包括三維造型、分模、澆注系統(tǒng)設(shè)計、模架設(shè)計、元件裝配等等。
二、課題任務(wù)的主要內(nèi)容
對圖紙進行分析，確定需要進行開關(guān)泵大蓋模架制品的結(jié)構(gòu)特征及注塑成型工藝分析，模具成型零件的設(shè)計，注塑模以及模架的選擇。
三、已具備條件
1.pro3.0和AUTOCAD2006軟件各一套。
2.pro3.0和AUTOCAD2006參考書各一本。
3.產(chǎn)品實物一個。
4.個人電腦一臺。
四、課題研究初步思路與方案
（一）分析設(shè)計任務(wù)書
（二）分析塑件制品圖及實祥
1. 析制件原料的工藝性
2. 析制品的結(jié)構(gòu)、尺寸精度及表面質(zhì)量
（三）確定注射機型號
（四）確定模具結(jié)構(gòu)
1. 確定型腔數(shù)目及布置
2. 選擇分型面
3. 確定澆注系統(tǒng)
（五）脫模機構(gòu)的設(shè)計
（六）確定排氣方式
（七）冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
（八）模具設(shè)計計算與驗算
（九）繪制模具的裝配圖
裝配圖盡量按國家制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制，裝配圖中要清楚的表明各零件的裝配關(guān)系以便裝配。裝配圖上應(yīng)包括必要的尺寸，并附有技術(shù)條件和使用說明、零件明細(xì)表等。
（十）模具零件圖
（十一）核對設(shè)計圖紙
五、預(yù)期目標(biāo)
根據(jù)零件，在規(guī)定時間內(nèi)繪制出三維圖，分析零件的工藝，在五月份完成畢業(yè)設(shè)計。
六、完成課題的進度安排
1. 2009年2月22日—3月13日：查閱文獻(xiàn)資料，完成開題報告
2. 2009年3年14日—3月29日：開關(guān)泵大蓋的三維造型
3. 2009年3月30日—4月10日：分模，生成開關(guān)泵大蓋的模具型腔，型腔的排布安排
4. 2009年4月11日—5月3日：EMX塑料模具的設(shè)計，工程圖的創(chuàng)建修改完善
5. 2009年5月4日—5月10日：論文整理
6. 2009年5月11日—5月15日：論文修改，并上交
七、參考文獻(xiàn)
1. 趙旭.PRO/ENGINEER模具設(shè)計基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社. 2007，9
2. 杜智敏.Pro/ENGINEER野火版塑料注射模具設(shè)計實例[M].北京:機械工業(yè)出版社.2005
3．中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編.塑料模設(shè)計與制造[M].北京:機械工業(yè)出版社.2005第1 版
4．林清安.Pro/E零件設(shè)計基礎(chǔ)篇(上,下) [M].北京:清華大學(xué)出版社,2004第3版
5. 王群，鄭衛(wèi)鑫.注塑模具設(shè)計實例教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.8
6．楊占堯.注塑模具典型結(jié)構(gòu)圖例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005
7. 羅曉嘩.塑料模成型工藝與模具設(shè)計[M].浙江：浙江大學(xué)出版社，2006
8. 王鵬駒.塑料模具技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004
指導(dǎo)教師審定意見：
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
- 4 -
開關(guān)泵大蓋塑料模具設(shè)計
題 目 開關(guān)泵大蓋塑料模具設(shè)計
學(xué) 院
專 業(yè)
班 級
學(xué) 號
姓 名
指導(dǎo)教師
2009年 5月 15日
目 錄
摘要 ………………………………………………………………………………………1
英文摘要 …………………………………………………………………………………1
引言 ………………………………………………………………………………………2
1 分析設(shè)計任務(wù)書………………………………………………………………………3
2 分析塑件制品圖及實祥………………………………………………………………3
2.1 分析制件原料的工藝性……………………………………………………………3
2.2 分析制品的結(jié)構(gòu)、尺寸精度及表面質(zhì)量…………………………………………3
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析…………………………………………………………………………3
2.2.2 表面質(zhì)量分析……………………………………………………………………4
3 確定注射機型號………………………………………………………………………4
4 確定模具結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………………4
4.1 確定型腔數(shù)目及布置 …………………………………………………………4
4.2 選擇分型面 ……………………………………………………………………5
4.3 確定澆注系統(tǒng) …………………………………………………………………7
4.3.1 主流道設(shè)計 …………………………………………………………………8
4.3.2 澆口的設(shè)計 …………………………………………………………………8
5 脫模機構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………………………9
6 確定排氣方式…………………………………………………………………………11
7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計………………………………………………………………………11
8 模具設(shè)計計算與驗算…………………………………………………………………12
9 繪制模具的裝配圖……………………………………………………………………13
10 模具零件圖 …………………………………………………………………………15
結(jié)論 ………………………………………………………………………………………20
謝辭 ………………………………………………………………………………………21
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………21
附件：模具裝配圖與零件圖
開關(guān)泵大蓋塑料模具設(shè)計
摘要：本塑料件是開關(guān)泵大蓋，此件為圓筒狀，用于連接香水噴頭的活塞泵體和香水瓶，主要是連接和固定作用。內(nèi)部有螺紋，用于和香水瓶旋合。頂部有臺階，用于口住泵體。本人利用兩個多月的時間設(shè)計關(guān)于這個塑件的造型與畢業(yè)論文，所花時間極多，設(shè)計比較復(fù)雜。利用了有關(guān)參考資料，同時運用了PEO/ENGINEER和CAD軟件進行輔助設(shè)計，使我基本掌握了模具的設(shè)計與加工的大概流程。
關(guān)鍵詞：模具、分析、設(shè)計。
Abstract： This plastic object is called Pump Switch Cover. We can also call it scent-bottle cover. It is an object like a cylinder with the function of connecting the scent-bottle and the piston pump. Connecting and locking-up is the main function. Pump Switch Cover has lace outside. It can help to amend the friction of the whirler. It has screw thread inside, which has the function of screwing to shut the scent-bottle. It has sidesteps on head, which can be used to button up the pump. It takes the designer 2 months to design the plastic object and to write the article. The design is complex. The designer spent much time to find the relative materials and write it. The designer also uses the “PEO/ENGINEER” and “CAD” software as assistants to design. The process makes the designer master the procedure to design and machining a mould.
Key words: mould, analyze, design
引言
1 課題研究的背景和意義
科學(xué)的進步，社會的發(fā)展，人們生活水平日益提高，模具行業(yè)的發(fā)展也隨著它們的改變而更新，模具在日常生活用品中應(yīng)用重多，而模具中絕大多數(shù)都是塑料模，它的使用非常廣，所以我選擇了塑料模作為我的畢業(yè)設(shè)計，因為我對塑料模有很大的興趣。
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。
近年來,我國塑料模具業(yè)發(fā)展相當(dāng)快，目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中約占30%左右，而在整個塑料模具市場以注塑模具需求量最大。隨著模具制造行業(yè)的發(fā)展，許多企業(yè)開始追求提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率,縮短設(shè)計周期及制造周期,降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力等目標(biāo)。
世界多極化使我們的競爭越來越激烈，對塑料模具制造要求不斷提高，設(shè)備的不斷更新，軟件技術(shù)的應(yīng)用，給我們模具專業(yè)的學(xué)生帶來了新的技術(shù)。隨著時代的潮流，我們學(xué)生要自主創(chuàng)新，畢業(yè)設(shè)計就給我們有了一次自己開發(fā)設(shè)計，獨立創(chuàng)新的機會，設(shè)計出來必須符合國標(biāo)，這就給我們帶來的合作精神。使我們對PRO軟件的應(yīng)用進一步提高，對開發(fā)產(chǎn)品設(shè)計也有一定的思維能力。同時也給我們帶來了更加豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容，增加了學(xué)習(xí)的興趣，大大提高了學(xué)習(xí)的效率。主要是塑料材料的選擇，塑件的設(shè)計（塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸精度與表面質(zhì)量），塑料注射模具設(shè)計（注射模設(shè)計程序、塑件在模具中的位置設(shè)計、普通澆注系統(tǒng)設(shè)計、成型零件設(shè)計、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計、脫模機構(gòu)設(shè)計、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計、熱流道的設(shè)計、結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計等），注射成型工藝（工藝過程和工藝參數(shù)），設(shè)備的選擇，還有注射機各參數(shù)的選擇等等。設(shè)計時以Pro/ENGINEER軟件設(shè)計為主，包括三維造型、分模、澆注系統(tǒng)設(shè)計、模架設(shè)計、元件裝配等等。
所以本次畢業(yè)設(shè)計，選擇塑料模具。通過此次設(shè)計，希望能進一步提高自己設(shè)計塑料模具的能力。使自己多一份設(shè)計的心得與體會。
1 分析設(shè)計任務(wù)書
任務(wù)書條理清晰，適合我們學(xué)生的設(shè)計步驟，引導(dǎo)學(xué)生合理的設(shè)計模具，為我們提供了良好的起步，按照任務(wù)書的要求，我們經(jīng)過幾天的分析與思考說明書的技術(shù)要求，制品的生產(chǎn)批量及所用注射機的型號和規(guī)格已經(jīng)基本定型。
2 分析塑件制品圖及實祥
2.1 分析制件原料的工藝性
制品的材料采用聚乙烯（PE），是使用較早、應(yīng)用范圍很廣、消費量很大的塑料。在世界上聚乙烯的產(chǎn)量居各種塑料產(chǎn)量之首。用高壓法生產(chǎn)的塑料叫高壓聚乙烯（低密度聚乙烯）；用低壓或中壓法生產(chǎn)的塑料叫低壓聚乙烯（高密度聚乙烯），其中高壓聚乙烯的用途量較大。
聚乙烯的比重一般為0.91～～0.97g/cm3，軟化點在120度以上，制品能在80～100度范圍內(nèi)使用。在負(fù)70度的條件下仍有柔軟性。耐化學(xué)腐蝕和抗有機溶解度能力很強，但質(zhì)地柔軟，機械強度不高，成型收縮率大（1.5%～3.6%）。
2.2 分析制品的結(jié)構(gòu)、尺寸精度及表面質(zhì)量
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析
此件為圓筒狀，用于連接香水噴頭的活塞泵體和香水瓶，主要是連接和固定作用。外表有蕾絲邊，能改善手旋的摩擦力。內(nèi)部有螺紋，用于和香水瓶旋合。頂部有臺階，用于口住泵體。。塑件如下圖1、圖2所示
圖1零件圖 圖2零件圖
2.2.2 表面質(zhì)量分析
該制件的表面質(zhì)量要求較高，因是化妝瓶外殼的一部分，故Ra取1.6um，內(nèi)表面質(zhì)量要求稍低，沒有外觀的要求，所以可以降低要求Ra取3.2um。
3 確定注射機型號
計算塑件的體積：V=2.8cm3
計算塑件的重量：塑料材料PE，根據(jù)有關(guān)手冊查得ρ=0.97 kg.cm3
所以，塑件的重量為：W=ρ*V＝0.97kg.cm3×2.8cm3＝2.7g
本產(chǎn)品采用一模十六腔：W總=W制 + W澆 =2.7*16+2.7*10%=43.47g
W機 = W總/0.8=54.4g
注射機的選用應(yīng)根據(jù)基本參數(shù)進行校核，即注射模的安裝、注射量的樣核、最大注射壓力的校核、安裝部分的尺寸校核、開模行程的校核、頂出裝置的校核等等。經(jīng)過計算與分析，得出最后結(jié)論，注射機型號為XS—ZY—125，字母S表示塑料機械，Z表示注射機，X表示成型，Y表示螺桿等，它的各參數(shù)如下如示：
一次注射量為：125cm3
螺桿直徑為：42mm
注射壓力：119MPa
注射方式：螺桿式
鎖模力：900KN
最大注射面積：320cm2
最大開合模行程：300mm
最大模具厚度：300mm
最小模具厚度：200mm
4 確定模具結(jié)構(gòu)
4.1確定型腔數(shù)目及布置
型腔數(shù)目的選擇應(yīng)根據(jù)鎖模力、最大注射量、制品精度要求、經(jīng)濟性等確定型腔數(shù)。由于塑件體積較小，而且生產(chǎn)數(shù)量龐大，所以模具的型腔數(shù)定為一模十六腔，排列方式如下圖3所示。
圖3一模十六型
型腔的布置實質(zhì)上是模具結(jié)構(gòu)總體方案的規(guī)劃和確定。因為一但型腔布置完畢，澆注系統(tǒng)的走向和類型便已確定，同時可協(xié)調(diào)布置冷卻系統(tǒng)和推出機構(gòu)。而當(dāng)型腔、澆注系統(tǒng)和推出機構(gòu)的初步布置決定后，模板的基本上就確定了。所以型腔的布置也是相當(dāng)關(guān)鍵的。型腔的布置如上圖。
4.2選擇分型面
分型面的選擇原則為：分型面應(yīng)選擇在塑件外形的最大輪廓處，分型面的選擇有利于塑件的留模方式，便于塑件順利脫模，保證塑件的精度要求，滿足塑件外觀的要求，便于模具的制造，減小成型面積，增加排氣效果，分型面的選擇非常重要，它關(guān)系到模具的結(jié)構(gòu)。根據(jù)制品的成型要求，外形美觀等方面選擇分型面。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原因，有臺階，臺階以上只能設(shè)計在型腔上。但是臺階上面部分又斜度，所以脫模是會受影響或者難以脫模塑料制品損壞。所以上模型腔必須要有一個活動的沖頭，才能順利的讓塑件脫離上模型腔，讓產(chǎn)品開模具的時候留在動模具上。如圖4、圖5、圖6、圖7。
臺階
螺紋
有斜度
圖4
下型芯
上型腔
塑件
圖5 分型面的選擇
由塑件的結(jié)構(gòu)，臺階和斜度的存在，必須有一個采用塑料的塑性變形脫模。首先初步可以確定分型面。在初步確定分型面后，對分型面進行分析和驗證是否合理。本塑件的分型面選擇在塑件的下部，下模采用螺紋沖頭，開模時塑件可以留在螺紋沖頭上（下型芯）。當(dāng)對分型面進行校核是否合理時，由于塑件本身的結(jié)構(gòu)原因，有臺階，如果把臺階設(shè)計在下模的沖頭上，那么開模時，塑件留在沖頭上，但是接下來脫模時，沖頭旋轉(zhuǎn)解決了螺紋的脫模，但是沖頭前面的臺階起到了自鎖塑件的反作用，使得脫模工作無法正?；蛘哳A(yù)先假設(shè)的進行。如果改變脫模方式，采用強制脫模，可能會對螺紋和臺階都損傷，使得塑件的質(zhì)量得不到保證。從而，臺階設(shè)計在下模沖頭不可行。所以只有將臺階設(shè)計在上模型腔，但是臺階上面部分有斜度，由于塑件的螺紋，開模塑件任然留在下模上，但是有斜度部分開模是必定向外塑性變形，當(dāng)是外部是型腔，所以限制了它向外塑性變形。如果這樣開模，將會拉斷或者拉冒斜度部分，從而使塑件質(zhì)量得不到保證。而且上面這種假設(shè)的上型腔由于結(jié)構(gòu)原因?qū)㈦y以加工或者根本無法加工出來。所以在上模型腔里采用了一個活動沖頭，把臺階設(shè)計在這個活動沖頭上。當(dāng)開模時，沖頭由于彈簧，順著開模的方向下彈一段距離，從而使有斜度部分脫模時向外擴張的時候不會被型腔卡住，解決了脫模問題。塑件斜度部分壁厚相對較薄，開模時一定的塑性變形不會影響到塑件的質(zhì)量。沖頭的設(shè)計示意如下圖6、圖7。
上模沖頭設(shè)計示意
下模型芯
上模型腔
塑件
上模沖頭
圖6（合模狀態(tài)）
上模型腔
彈簧
下模型芯
塑件
沖頭下彈
圖7（開模狀態(tài)）
開模時，上模沖頭向下彈，塑件由于螺紋在下模型芯上
4.3確定澆注系統(tǒng)
普通澆注系統(tǒng)是由主流道、分流道、澆口、和冷料井組成，它的設(shè)計原則是：排氣性良好，流程短，防止型芯變形，塑件在成型后的整修方便，防止因澆注系統(tǒng)位置不當(dāng)而造成制品變形或開裂，澆注系統(tǒng)的容積，在保證工作順利的條件，應(yīng)取最小值，以減小材料損失。在難以全部兼顧的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮能保證塑件制品質(zhì)量和尺寸精度的幾項。
4.3.1主流道設(shè)計
在臥式或立式注射機使用的模具中，主流道大多都垂直于模具分型面。為了便于拉出流道中的冷凝料，通常將主流道設(shè)計成圓錐形，錐角a為2—6度，內(nèi)壁粗糙值為0.08um。圓錐孔小頭直徑為4—8mm，但必須比注射噴嘴大0.5—1mm主流道的長度由定模板的厚度來確定。由于主流道要與高溫的塑料和噴嘴長時間和碰撞，最好讓這一部分的材質(zhì)優(yōu)于定模。所以采用了襯套的形式，澆口套口如下圖4所示：
圖8 澆口
4.3.2 澆口的設(shè)計
澆口是分流道連通型腔的門戶，也是整個澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的形狀和尺寸對塑料質(zhì)量影響很大。澆口的作用：
（1） 料通過狹小的澆口前后兩端形成較大的壓力差。這樣可以明顯地降低某些塑料熔體的表面黏度，使充模容易，從而得到外形清晰的制品。
（2） 塑料熔體通過狹小澆口時，由于摩擦阻力，一部分能量轉(zhuǎn)變成摩擦熱，使塑料熔體的溫度有所升高，表觀黏度降低，這對成型薄壁制品或有精細(xì)花紋圖案的制品有利。
（3） 澆口部位的塑料冷凝得快，當(dāng)型腔充滿后，澆口因塑料冷凝而封閉，使型腔內(nèi)還處于熔融狀態(tài)下的塑料回流。
（4）在分流道成非平衡式布置的多型腔模中，狹小的澆口可以平衡各型腔的進料時間。
（5） 澆口處的冷凝料與塑料相連，若澆口狹小，則成型后可用手工快速切除澆注系統(tǒng)冷凝料，或利用模具的脫模機構(gòu)自動切除，而且留在塑料上的疤痕微小，一般不影響外觀。本模具設(shè)計為點澆口。如下圖9。
圖9
本模具澆口設(shè)計為點澆口，澆口設(shè)在塑件側(cè)邊蕾絲邊上，這樣能改善留在塑料上的疤痕對塑件外型的影響。澆注系統(tǒng)冷凝料用模具的脫模機構(gòu)自動切除。
5 脫模機構(gòu)設(shè)計
由于產(chǎn)品有螺紋，所以一般的脫模機構(gòu)不適合使用。所以采用齒輪傳動，帶動下摸型芯（螺紋沖頭）轉(zhuǎn)動，塑件下部有齒套固定使其不隨型芯一起轉(zhuǎn)動，在型芯轉(zhuǎn)動的同時，動模板由于彈簧隨塑件慢慢向外運動，從而有效防止了型芯轉(zhuǎn)動的時候塑件慢慢脫落時遠(yuǎn)離齒套，使產(chǎn)品脫落，最后為防止有部分塑件仍留在螺紋沖頭上，由頂桿推動動模板由肋板套推出剩余的塑件。如圖10、11、12、13所示
由注塑機油馬達(dá)通過鏈條帶動住動輪，通過齒輪傳動，使下摸型芯（螺紋沖頭）旋轉(zhuǎn)
圖10（螺紋沖頭傳動裝置內(nèi)部）
肋板套
齒套
齒套 齒套安裝位置
圖11
彈簧推動模板向外移動
齒套隨動模板和肋板套隨塑件慢慢外移動
螺紋沖頭轉(zhuǎn)動，但軸向固定不動
圖12
脫模時螺紋沖頭轉(zhuǎn)動，塑件外移，同時動模板也隨塑件外移，使齒套能很好的起到防止塑件隨沖頭轉(zhuǎn)動的作用。從而塑料件慢慢脫離螺紋沖頭。動模板有四顆限位螺釘限位。模板行程略微小于螺距。以免防止拉冒塑件，或者長時間的工作，損壞螺紋沖頭的螺紋。由于齒套的齒具有一定的長度，所以在最后一段距離，模板由于限位螺釘不再外彈，齒套從而也不隨塑件外移，但是齒套由于有一定的齒長，仍然能防止塑件隨螺紋沖頭旋轉(zhuǎn)。從而不會影響
推桿推動動模板
肋板套隨模板向外移動，使未脫落的塑件脫落
注塑機推桿推動推板
當(dāng)沖頭停止旋轉(zhuǎn)，未防止仍有部分塑件在沖頭上，用肋板再次脫模
圖13
6 確定排氣方式
由于上模有活動沖頭,沖頭和上模型心之間有一點點間隙，再利用分型面間隙進行排氣即可
7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
因制件外形較規(guī)則，且型芯型腔較小，排布較規(guī)則。由于型芯型腔結(jié)構(gòu)原因，無法在型芯型腔內(nèi)設(shè)計冷卻水道。故直接在模板上打冷卻水孔。管道直徑Φ6，上下模各兩條，如圖14
圖14
8 模具設(shè)計計算與驗算
（1） 查相關(guān)表可得PE的收縮率1.5%——3.6%，根據(jù)塑料的平均收縮率法計算型腔、型芯的工作尺寸計算。各工作部位的尺寸計算結(jié)果如下表
結(jié)構(gòu)類型
塑件尺寸（mm）
模具尺寸（mm）
型腔徑向尺寸
Dm=19.70（1+2.5%）-3/4*0.18]+0.18/4=
Dm=[20.58 （1+2.5%-3/4*0.19]+0.19/4=
Dm=[25.60（1+2.5%）-3/4*0.24]+0.24/4=
Dm=[28.76（1+2.5%）-3/4*0.53]+0.53/4=
Dm=[29.79（1+2.5%）-3/4*0.59]+0.59/4=
Dm=[31.20（1+2.5%）-3/4*0.29]+0.29/4=
型腔高度尺寸
Hm=[16.71(1+2.5%)-3/4*0.16]0.16/4=
Hm=[17.20(1+2.5%)-3/4*0.16]+0.16/4=
Hm=[18.00(1+2.5%)-3/4*0.17] +0.17/4 =
Hm=[19.20(1+2.5%)-3/4*0.17]0.17/4=
Hm=[19.66(1+2.5%)-3/4*0.17]0.17/4=
Hm=[20.60(1+2.5%)-3/4*0.19]0.19/4=
型芯徑向尺寸
dm=[20.00(1+2.5%)+3/4*0.19]-0.19/4=
dm=[28.20(1+2.5%)+3/4*0.10]-0.10/4=
型芯高度尺
寸
hm=[18.80(1+2.5%)+2/3*0.20] +0.20/4 =
hm=[17.70(1+2.5%)+2/3*0.20] +0.20/4=
hm=[3.00(1+2.5%)+2/3*0.20] +0.20/4 =
9 繪制模具裝配圖
裝配圖應(yīng)盡量按國家制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制，裝配圖中要清楚地表明各個零件的裝配關(guān)系，以便于裝配，并附有技術(shù)條件和使用說明、零件明細(xì)表等。
圖15 裝配圖
圖16 （三維裝配圖）
肋板套
齒套
軸承
下模螺紋沖頭
限位螺釘
導(dǎo)套
上模型腔
彈簧
上模型腔沖頭
齒輪
鏈輪
推桿
軸承
導(dǎo)柱
三維剖切圖
圖17
剖切視圖由PRO/E中的視圖管理器創(chuàng)建X截面進行剖切得來。剖視圖由兩個剖切面剖切而成。由剖視圖可以清楚的看到上模型腔、下摸型芯、齒套、肋板套的裝配關(guān)系和螺紋沖頭（下摸型芯）的安裝和傳動機構(gòu)，還有模具的限位機構(gòu)（限位螺釘）和脫模機構(gòu)。
10 模具零件圖
定模座板：加工時必須保證它的平行度，孔中心距，且配合尺寸精度要高。模板長寬高分別為380mm×330mm×45mm如圖18
圖18定模座板
定模板:定模板導(dǎo)套孔為35mm，板大小為330mm×330mm×40mm,加工時表面要有一定的粗糙度要求1.6um.孔心距誤差±0.02mm如圖19
圖19定模板
推件板:板大小為330mm×330mm×30mm,加工時表面要有一定的粗糙度要求1.6um. 孔心距誤差±0.02mm如圖20
圖20推件板
動模板:定模板導(dǎo)套孔為35mm，板大小為330mm×330mm×25mm,加工時表面要有一定的粗糙度要求1.6um. 孔心距誤差±0.02mm如圖21
圖21動模板
齒套固定板: 齒套固定板導(dǎo)柱孔為25mm，板大小為330mm×330mm×15mm,加工時表面要有一定的粗糙度要求1.6um孔心距誤差±0.02mm如圖22
圖22齒套固定板
型心固定板: 型心固定板導(dǎo)柱孔為35mm，板大小為330mm×330mm×50mm,加工時表面要有一定的粗糙度要求1.6um孔心距誤差±0.02mm如圖23
圖23型心固定板
支承板: 支承板板導(dǎo)柱孔為35mm，板大小為330mm×330mm×40mm,加工時表面要有一定的粗糙度要求1.6um孔心距誤差±0.02mm如圖24
圖24支承板
模腳：大小為330mm×90mm×53mm，平面光滑，保證平行度。如圖25
圖25模腳
推板固定板:推板固定板的作用是固定頂桿、復(fù)位桿等。推板尺寸為330mm×220mm×20mm加工時沉孔底面最好是平面，有利于跟頂桿配合。
圖26推板固定板
推板:推板尺寸為330mm×220mm×20mm
圖27推板
定模座板：加工時必須保證它的平行度，孔中心距，且配合尺寸精度要高。模板長寬高分別為380mm×330mm×25mm如圖28
圖28定模座板
結(jié)論
經(jīng)過兩個月的畢業(yè)設(shè)計，給我?guī)砹司薮蟮倪M步，充足了自己學(xué)習(xí)的時間，不僅在模具設(shè)計上取得了更大的進步，而且對Pro/ENGINEER軟件各個模塊的畫圖方法也有一定的收獲，可以這么說，三年以來，這次的畢業(yè)設(shè)計所學(xué)到的東西是最為廣泛應(yīng)用的，所學(xué)的軟件也是最可靠的經(jīng)濟來源，目前軟件以普及發(fā)達(dá)地區(qū)，作為我們畢業(yè)生那是非學(xué)不可的，但如果沒有這次的畢業(yè)設(shè)計，我想應(yīng)該沒有緊迫感，也就沒有心思去學(xué)，雖然在這次設(shè)計中還存在著很多問題，比如說計算的過程不詳細(xì)，圖紙不夠清晰的表達(dá)，在實踐中應(yīng)用還是有一點缺點，但對我們剛剛畢業(yè)的學(xué)生來說，至少我自己認(rèn)為還是比較滿意的。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我掌握了AutoCAD及Pro/ENGINEER的應(yīng)用，了解了模具在社會中的重要性，模具的組成，加工方法，設(shè)計步驟等等。大大提高了學(xué)習(xí)的效率，增長了專業(yè)知識，了解了模具行業(yè)在社會上的發(fā)展趨勢，同時也給我們走向社會之前奠定了基礎(chǔ)。
謝辭
這次的畢業(yè)設(shè)計非常順利，我感謝王志明老師的細(xì)心指導(dǎo)，感謝各位任課老師平時的教導(dǎo)，感謝模具實習(xí)期間各位老師的指點，也感謝謝同學(xué)們平時的關(guān)懷與幫助，如果沒有你們的細(xì)心幫助，我的畢業(yè)設(shè)計也就不會那么成功。沒有你們的引導(dǎo)，我也許不會這么用功的學(xué)習(xí)，也不會有我今天的成績，在此，我表示忠心的感謝！謝謝大家！
由于本人的能力有限，有不足的地方請各個老師評點！
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