基于proE的电视机底座的注塑模具设计毕业设计.docx
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基于proE的电视机底座的注塑模具设计毕业设计
密级：
NANCHANGUNIVERSITY
学士学位论文
THESISOFBACHELOR
（2005—2009年）
题目基于pro/E的电视机底座的注塑模具设计
学院：
机电工程学院系机械工程系
专业：
材料成型与控制工程
班级：
材成051班
基于pro/E的电视机底座的注塑模具设计
摘要
现在塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。
塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。
随新塑料的研发，以塑代钢的推广，塑料模具具有更加广阔的前景。
本次设计是根据毕业设计任务书的要求，完成电视机底座的一模一腔注塑模具设计。
根据塑件的结构、技术要求，应用三维设计软件Pro/E进行电视机底座的注塑模具设计。
设计内容包括：
运用Pro/e2.0软件来分析塑件的注塑工艺性，利用Pro/e2.0软件来计算及设计模具各系统的结构，对浇注系统、分型面的选取、脱模推出机构设计、冷却结构设计等，并通过型腔压力和锁模力的计算，选择注塑机，给出了相关工艺参数。
为降低模具成本，提高生产效率,对于有国家标准的零部件，本设计均采用标准件，其中包括：
注塑模标准模架；标准导柱、导套等。
对于有推荐尺寸的零件，均选用推荐值设计。
运用EMX4.0软件来选用模架，用autoCAD软件来绘制模具装配图和工作零件图，用Word软件来编写设计说明书等。
关键词：
注塑模；底座；分型面；冷却结构；推出机构；
TelevisionfoundationInjectionMoldDesignBasedonPro/E
Abstract
Plasticsarenowintheautomotive,electricalandmechanical,instrument,aviationandspaceindustriesandothercountriesandwithpeople'sdailylivesinvariousfieldsrelatedtoawiderangeofapplicationsreceived.ThemethodofformingplasticsAlthoughmany,butthemostimportantmethodisinjectionmolding,theworldproductionofplasticmoldformingmorethanhalfofaboutinjectionmold.Withthedevelopmentofnewplasticstothepromotionofplasticinsteadofsteel,plasticmoldwithamorebroadprospects.
Thedesignisbasedonthegraduationprojectbookofthetask,tocompletetheTVbaseofacavityofamoldinjectionmolddesign.Accordingtothestructureofplasticparts,technicalrequirements,tousethethree-dimensionaldesignsoftwarePro/EforTVchassisdesignoftheinjectionmold.Designelementsinclude:
theuseofsoftwaretoanalyzePro/e2.0plasticpartsoftheinjectionmoldingprocess;usingPro/e2.0softwaretocalculateanddesignthestructureofthemold;gatingsystemdesign,selectthesurface;demouldingdesignintroduced;coolingstructuredesign.Andthroughthecavitypressureandclampingforcecalculation,toselecttheinjectionmoldingmachine,givetherelevantprocessparameters.Inordertoreducetoolingcosts,increaseproductivityandnationalstandardsforthecomponents,thedesignoftheuseofstandardparts.Include:
injectionmoldmoldstandards;standardguidecolumns,suchasleadsets.Forthosewhohaverecommendedthesizeofparts,thedesignoftherecommendedvaluesareselected.MakinguseofEMX4.0softwarestochoosetouseamold,usingautoCADsoftwaretodrawdiagramandworksparepartsofthemoldingtoolassemblediagram,usingWordsoftwaretowritedesignmanualetc..
Keywords:
Injectionmold;base;sub-surface;coolingstructure;
introductionagencies;
第一章绪论
1.1注塑模研究现状
我国注塑模CAD/CAM研究始于70年代末,发展也很迅速.“八五”期间,由北航空航天大学、华中理工大学、四川联合大学等单位联合进行了国家重点科技攻关课题“注塑模CAD/CAE/CAM集成系统”,并于1996年通过鉴定,部分成果已投入实际应用,使我国的注塑模CAD/CAE/CAM研究和应用水平有了较大提高。
国内部分科研单位、大专院校也在塑料行业开展了CAD/CAE/CAM技术的研制和开发工作。
华中理工大学国家重点实验室研制成功了“实用化注塑模CAD/CAE/CAM微机系统HSC1.1”；北京化工学院进行了注塑冲模过程计算机仿真；其他部分企业科研单位也做了一些探讨工作，并且收到了一定的经济效益。
60年代中期,英国、美国、加拿大的学者就开始了有关塑料熔体在模具型腔内流动和冷却的基础研究.塑料流变学、几何造型技术、数控加工及计算机技术的发展有力地推动了注塑模CAD/CAE/CAM研究的深入,由最初的CAD技术和CAM技术以图纸为媒介传递信息向CAD/CAM一体化方向发展.80年代中期注塑模CAD/CAE/CAM进入实用阶段,出现了许多商品化注塑模CAD/CAE/CAM软件,比较著名的有澳大利亚MOLDFLOW公司研制的注塑流动和冷却分析软件MOLDFLOW;德国IKV公司CADMOULD系统,可用于注塑模流动分析、冷却分析、力学性能校核;美国PSP公司的IMES专家系统,能帮助模具设计人员用专家的知识解决注塑模的质量问题;美国AC2Tech公司的C2MOLD等等.
1.2国内外注塑模的发展趋势
随着人类社会的进步和高新技术的不断发展，世界各国不惜投入重金研究开发塑料模具设计与制造新技术。
塑料模技术包括设计技术、材料选择、加工技术、管理与维修技术等多种领域。
随着塑料模具应用领域的不断扩大，地位的不断提高，国家己非常重视并制定了明确的奋斗目标。
我国塑料模今后的发展趋势体现在以下几点:
1、注塑模CAD实用化和CADC/AMC/AE集成化
Moldflow或C一flow及Moldeool等软件己经商品化。
美国ACT公司推出了新版本C一Mold系统软件，注塑模CAD实用化进入了新的里程碑。
我国政府对注塑模CAD实用化进程亦非常重视，投巨资开发出了注塑模CAD/CAMC/AE集成系统软件。
该系统由8个部分组成:
①复杂曲面几何造型图像软件;②多轴数控加工编程软件;③注塑级塑料物性数据库软件;④流动仿真模拟分析软件;⑤模温分析模拟软件;⑥模具应力应变计算分析软件;⑦CAD/CAMC/AE集成系统软件;⑧注塑模设计专家系统软件。
目前，美国PSP公司的IMES专家系统，能帮助模具设计人员用专家知识解决注塑模的设计质量问题。
德国IKV研究所的CADMoULD系统，可用于注塑模的流动、冷却分析、力翘曲和应力分析功能。
计算机能大量储存和方便地查找各种设计数据（数据库）和标准件的图形（图形库），并能绘出模具的零件和装配图，提高了设计质量，加快了设计速度。
2、塑料模标准化
模具标准化程度，标志着一个国家和地区的工业化程度。
使用标准模架及其标准件，可节省金属材料约30%，降低成本约25%，缩短模具开发周期，减轻劳动强度，提高设计质量，对模具工业的发展具有十分重要的战略意义。
目前发达国家模具标准化程度达到70%以上，并有完善的标准系列，包括零件和模架标准，国际标准化组织己制定了国际模具系列标准，标准件品种多，规格全，质量高，且全部均己商品化。
但我国模具标准化程度在30%以下，远远落后于发达国家。
3、推广应用热流道、气体辅助注射和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产质量和效率，并能大幅度节省原材料和能源，所以广泛应用技术是塑料模具的一大变革。
制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。
目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。
气体辅助注射成型比传统的注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。
另一方面为了确保塑件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。
4、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CADC/AM的关键技术之一。
研究和应用多样、先进、价廉的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
5、开发新的成型工艺和快速经济模具以适应多品种、少批量的生产方式，应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
1.3本次课题的主要研究目标及内容
本次注塑模设计是应用计算机来辅助完成注塑模的设计与制造，其应用的重点是注塑制品的几何造型、零件分模、模架及结构件设计等。
塑料制品应根据使用要求及美学要求来进行设计，同时要考虑塑料性能、成型工艺、模具结构、成型设备、生产批量及生产成本等各方面的要求。
由于诸多因素的影响，一个合理的塑料产品设计方案来之不易，即使有丰富经验的设计师也很难取得十分满意的设计结果。
基于特征的三维造型软件的应用，为我们提供了强大的设计编辑平台，使用参数化特征造型技术，能很方便地生成制品的三维参数化模型，调整参数值即可实现设计模型快速修改，强大的曲面功能可构造外形非常复杂的设计模型。
所有的设计过程真正做到所想即所得，逼真的显示效果使设计者可以非常自由地表现自己的设计意图。
而且制品的质量、体积等各种物理参数能自动进行计算，为后续的模具设计与分析计算打下良好的基础。
产品模型用Pro/E进行CAD设计，并对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计；根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，已经初步确定相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等；采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数，同时也检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。
第二章塑件的结构及成型工艺分析
2.1塑件分析
1、塑件模型
图2.1塑件模型
2、塑件材料：
选用ABS（即苯乙烯－丁二烯－丙烯腈共聚物）。
3、塑件颜色：
黑色。
4、生产批量：
中批量。
5、塑件尺寸：
（见塑件图）
6、塑件要求：
（1）结构分析
该塑件尺寸中等大小，最大外径为128.1mm，最大高度25.7mm，最大宽度115.22mm，最大厚度9.9mm，最小厚度2mm。
形状结构较简单，无需侧抽芯。
（2）工艺性分析
塑件外侧表面和配合面光滑，且无浇口推杆痕迹，内表面没有要求。
该塑件为电视机底座，对表面粗糙度要求不高。
脱模斜度：
凹模（型腔）：
40´—1°20´取1°
凸模（行芯）：
35´—1°取40´
精度等级：
采用5级低精度（《塑料成型工艺与模具设计》P53）
2.2ABS材料注塑成型工艺分析
塑件材料性能：
1、成型性能：
①无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。
②吸湿性强，含水量应小于0.3％，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
③流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。
④比聚苯乙烯加工困难，宜取高温料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗击型树脂，料温更宜取高），料温对物性影响较大，料温过高易分解（分解温度为250℃左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件模温宜50—60℃，要求光泽及耐热型料宜60—80℃，注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射机时料温为80—230℃，注射压力为100—140MPa，螺杆式注射机则取160—220℃、70—100MPa为宜。
⑤模具设计时要注意浇注系统选择进料口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹（单在热水中加热可消失），脱模斜度宜取2°以上
2、使用性能：
综合性能较好，冲击韧性、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的焊接性良好，可作双色成型塑料，且表面课镀鉻。
适于制作一般机械零件，减磨零件，传动零件和电信结构零件。
3、ABS主要技术指标：
热物理性能
密度（g/cm³）
1.02—1．05
比热容（J·kg-1K-1）
1255—1674
导热系数
（W·m-1·K-1×10-2）
13.8—31.2
线膨胀系数
（10-5K-1）
5.8—8.6
滞流温度（°C）
130
力学性能
屈服强度（MPa）
50
抗拉强度（MPa）
38
断裂伸长率（﹪）
35
拉伸弹性模量（GPa）
1.8
抗弯强度（MPa）
80
弯曲弹性模量（GPa）
1.4
抗压强度（MPa）
53
抗剪强度（MPa）
24
冲击韧度
（简支梁式）
无缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺口
11
电气性能
表面电阻率（Ω）
1.2×1013
体积电阻率（Ω·m）
6.9×1014
击穿电压（KV/mm）
\
介电常数（106Hz）
3.04
介电损耗角正切（106Hz）
0.007
耐电弧性（s）
50—85
4、ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：
主要缺陷：
缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70°C左右热变形温度约为93°C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。
消除措施：
加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。
2.3塑件的成型工艺参数确定
ABS成型工艺参数：
密度（g/cm3）：
1.03—1.07，取1.05
注射成型机类型：
螺杆式
计算收缩率：
0.3—0.8%，取0.5%
预热：
温度（℃）：
80—85
时间（h）：
2—3
料筒温度（℃）：
后段：
150—170
中段：
165—180
前段：
180—200
模具温度（℃）：
50—80
注射压力（MPa）：
60—100
喷嘴温度（℃）：
170—180
成型时间（s）：
注射时间：
20—90
高压时间：
0—5
冷却时间：
20—120
总周期：
50—220
螺杆速度（r/min）：
30
后处理：
方法：
红外线灯，鼓风烘箱
温度（℃）：
70
时间（h）：
2—4
适用注射机类型：
螺杆、柱塞均可
说明：
该成型条件为加工通用ABS料时，所用苯乙烯-丙烯腈共聚物（即AS）成型条件与是上相似。
第三章注塑机的确定
除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。
3.1塑件的相关计算
经计算（Pro/E）：
1、体积=106.02264（cm³）
曲面面积=513.10618（cm2）
密度=1.05（g/cm³）
质量=111.32377（g）
3.2注射机型号的确定
根据塑件的体积初步选定用XS-ZY125/90型注射机。
G54-S200型注塑机的主要技术规格如下：
注射容量（cm³）250螺杆直径（mm）50
注射压力（MPa）127锁模力（kN）1600
移模行程（mm）350顶出行程（mm）220
定位孔径（mm）100注射方式螺杆式
模具最大厚度（mm）400模具最小厚度（mm）200
喷嘴移出量（mm）20喷嘴球半径（mm）18
2.3注射机有关工艺参数的校核
1、型腔数量的确定和校核
型腔数量的确定是模具设计的第一步，行腔数量与注射剂的塑化速率，最大注射量及锁模力等参数有关，另外，型腔数量还直接影响塑件的精度和生产的经济性。
下面根据注射机的最大注射量确定型腔的数量n
式中K——注射机的最大注射量的得用系数，一般取0.8；
mN——注射机允许的最大注射量；
m2——浇注系统所需塑料的质量或体积（g或cm³）；
m1——单个塑件的质量或体积（g或cm³）。
所以需要
n=1符合要求
2、最大注射量的校核
最大注射量是指注射剂对空注条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大的注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。
设计模具时，应满足注射成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量。
即
nm+mj≤Kmn
式中m——一单个塑件的体积或质量（cm³或g）；
n——型腔数目；
mj——浇注系统的凝量（cm³或g）；
mn——注射机的最大注射量（cm³或g）；
k——注射机最大注射量利用系数，一般取0.8.柱塞式注射机的允许最大注射量是以一次注射聚苯乙烯的最大克数（g）为标准；螺杆式注射机是以体积（cm³）表示最大注射量。
根据体积计算：
106+4.055=110.055≤0.8
250
可见注射机的注射量符合要求
3、塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核
注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。
如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。
因此，设计注射模时必须满足下面关系：
nA1+A2﹤A
式中式中A——注射机允许使用的最大成型面积（mm2）
A1——塑件的投影面积（mm2）
A2——浇口的投影面积（mm2）
其他符号意义同前。
注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：
（nA1+A2）p﹤F
F——注射机的额定锁模力（kN）
P——型腔内的压力（cm2/MPa）
所以需要
119.247+2.66697=121.914cm2﹤A
由proe算得A2=266.697mm2A1=11924.7mm2
查得ABS的平均成型压力为30（cm2/MPa）
121.914×30=365.742kN﹤F
符合要求
4、最大注射压力校核
注射压力的校核是核定注射机的额定功率注射压力是否大于成型时所需的注射压力。
查得ABS成型时的注射压力70—100MPa小于注射机的额定功率注射压力127MPa，符合要求。
5、开模行程校核
开模行程s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。
注射机的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模：
Smax≥s=H1+H2+5—10mm
式中H1——推出距离（脱模距离）（mm）；
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。
开模距离取H1=18
包括浇注系统凝料在内的塑件高度取H2=104
余量取8
则有：
Smax≥s=18+104+8=130
符合要求。
6、注射模安装尺寸的校核
1喷嘴尺寸：
注射模主流道衬套始端凹坑的球面半径R2应大于注射机喷嘴球头半径R1，以利于同心和紧密接触，通常取R2＝R1+（0.5—1）mm为宜，否则主流道内凝料无法脱出，如下图所示。
主流道孔始端直径d2应大于注射机喷嘴孔直径d1，通常取d2＝d1+（0.5—1）mm,以利于塑料熔体流动。
设计的主流道始端球面半径19mm，XS-ZY250/180型注塑机喷嘴球半径18mm符合要求。
2定位圈尺寸
注射机固定模板台面中心有一规定尺寸的空，称之为定位孔。
注射模端面凸台径向须与定位孔呈间隙配合，便于模具安装，并使主流道与喷嘴同心，模具端面凸台高度，应小于定位孔深度。
定位环与注塑机定模固定板上的定位孔呈间隙配合。
该型号注塑机定位孔径100mm，定位环高度为15mm。
3模具外形尺寸（模具长度与宽度（mm））
注射模外形尺寸应小于注射机工作台面的有效尺寸，模具长度方向的尺寸要与注射机拉杆内间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装固在注射机工作台面上。
模具（350×350）<拉杆间距（370×370）符合要求。
4模具厚度（闭合高度）必须满足下式：
Hmin≤Hm≤Hmax（mm）
其中：
Hm:
所设计的模具厚度（mm）
Hmin：
注射机允许的最小模具厚度（mm）
Hmax：
注射机允许的最大模具厚度（mm）
注射机允许厚度
200﹤270﹤400符合要求。
5模具装固尺寸
注射机移动，固定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔和（或“T”型槽，用于装固模具，模具装固方法有两种：
采用螺钉直接固定（如图（a）所示）时（大型注射模多用此法），模具动定模座板上的螺钉过孔及其间距，必须与注射机模板台面上对应得螺孔相一致，采用压板固定（如图（b）、（c）所示）时（中、小模具多用此法），只须在模具动定模座板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。
这里采用第二种安装
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