学士学位论文圆珠笔笔头注塑模设计.docx
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学士学位论文圆珠笔笔头注塑模设计
设计（论文）题目
圆珠笔笔头注塑模设计
学院：
机电工程学院
学生姓名：
专业班级：
模具设计与制造
（2）班
学号：
2011120133
指导教师：
2014年6月20日
摘要
本论文主要阐述了圆珠笔笔头的注射成型工艺的详细过程，对类似的塑料制品的成型方法及模具设计有一定的借鉴作用，通过某生产企业的实际塑胶产品，利用实体模型测量产品的尺寸，对实体进行建模，并对塑件的模具进行设计，包括塑件成品的设计、工艺参数的分析与计算、工作部分的设计、模具结构的设计和加工方案的制定，其中重点介绍了模仁的设计与注塑模具的设计与计算，本文主要运用CAD及其UG6.0模块来完成整个设计工作。
从中学习到了许多的模具设计的知识和对在校所学知识的深化，设计的整个过程实现了无纸化，有利于提高模具的生产效率和节约了生产成本，并大大缩短了生产的周期。
通过本次毕业设计使我不仅掌握了塑料模具设计的一般流程，更学习到了好多课本上没有学习到的知识，通过这次想学习，在以后的工作中必定会更加得心应手。
【关键词】模具的设计；AutoCAD；UG6.0。
Abstract
Thispaperdescribesthedetailedprocessofthedisplaycoveroftheinjectionmoldingprocess,thedetailedprocessofsimilarplasticsmoldingmethodandthemoldisofcertainreferencetothedesignandproductionofenterprise'sactualbyusingsolidmodel,plasticproducts,tothesizeofthemeasurementproducts,andthemodelofthemoulddesign,includingproductdesign,plasticcraftparameteranalysisandcalculation,theworkingpartsofthestructuredesign,molddesignandprocessingprojects,includingmainlyintroducescavitiesanddesignoftheinjectionmoulddesignandcalculation,thispapermainlyusingCADandUG4.0moduletocompletethewholedesignwork.Learntomanyofthemoulddesignknowledgeandontheknowledgeofthewholeprocessofdesign,realizedthepaperless,improvetheproductionefficiencyandsavethemoldproductioncost,andshortentheproductioncycle,Makemenotmerelygraspthegeneralprocedureofplasticmolddesignthroughgraduationprojectonce,studytotheknowledgenotlearningtogetonmanytextbooksevenmore,benefitmeagreatdeal.
[keywords]Moulddesign,Displaycover,AutoCAD,UG6.0,plastic.
第一章前言
1.1国内模具相关技术发展和现状
1.1.1国内模具市场现状
1.高档次产品缺乏
目前国内的模具制造企业相当一部分为民营企业或个体户，受资金、场地、技术、信息交流等诸多因素的局限，相当一部分是依靠传统设备和手工加工制造完成，以至难以形成规模，只能生产一些中、低档模具，很难引进先进的制模技术及先进的制模设备。
这就造成了中低档模具市场竞争加剧。
有些模具企业为了揽活，不惜互相降低价格，而低价格必然影响产品质量，结果是坑了客户，误了同行，也害了自己。
模具企业应该通过协作、整合等方式，化单打独拼、恶性竞争为竞合共赢，打破"同行是冤家"的狭隘思想，通过行业自律来维持模具市场的公平、良性竞争。
2.没有行业流程标准
技术上的落后往往容易看到，管理落后有时却难以意识到。
国外较先进的模具企业一般按生产流程进行管理，但国内一些模具企业仍然沿用那种一个师傅带几个徒弟，实行从头到尾的"包工制"。
还有的模具企业属家庭作坊，企业管理比较粗糙，而且目前国内的模具生产还没有一个工艺流程的行业标准。
现代模具工业早已走出以前手工制模的时代，进入了数字化时代，实现了无图化生产，靠电脑设计，通过电脑输入数据加工制作模具。
而国内大多数模具生产企业沿用的生产模式，依靠传统设备加工制造，依靠实物测绘代替模具设计，依靠老师傅的技术经验培养人才，依靠作坊式经营打天下，依靠低价竞争求生存、求市场。
3．利润相对偏低
国内模具工业的落后，也与政府相关部门对模具在现代制造业中的重要性认识不够有关。
国家自1997年起，对达到一定规模的专业模具生产企业给予了一定的扶持政策，但能够享受的企业毕竟有限，而且今年是政策执行的最后一年，模具行业目前迫切需要一个长久的扶持政策。
国家对工业产品实行的是增值税制，模具的原材料价格低，而成品模具的售价却很高，增值率惊人，因而缴纳的增值税也高得很。
据国家税务局的统计，模具行业的实际税负比其他行业要高出5.07个百分点。
但模具在人力、技术、设备等方面却需要高投入，加上是单件生产，形不成批量，因此，模具的净值虽高，所获的真正利润却不高。
因此，政府对模具行业的扶持十分重要。
政府部门可通过协调划出部分土地，由行业内部自筹资金，在各地建立一些模具加工区。
这种加工区可引入三类企业。
一是潜力大、发展速度快的企业；二是基础差、在加大投入中促变化、求发展的企业；三是具有专业设备加工能力的原材料设备供应商。
通过提供相关服务达到整合资源，互相配套的目的。
这样才有可能使模具业走出目前的不利境地。
1.1.2国内模具的发展前景
中国的模具企业大都是中小企业，从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有许多模具企业是作坊式的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出不断。
面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技术人员只有疲于奔命。
因此，模具制造企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。
通过信息化建设，实现模具制造.所谓信息化的模具企业，就是在模具企业应用INTERNET、ERP等信息化技术，把模具企业上下游业务过程，技术沟通过程，以及模具企业内部业务管理过程，以IT形式固定下来，最终提高模具企业的经营管理水平，提高模具企业运转的效率。
目前，CAD/CAM技术的推广已由“甩图板”阶段跨入到了深化应用阶段。
CAPP技术的应用，可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性；PDM系统的应用，可以对产品开发数据进行有效的管理；MIS/ERP系统的应用，则可以从根本上降低企业的成本，提高生产和管理效率。
这些系统之间实现信息的集成和功能上的配合，并逐步实现企业的全面信息化，已成为CAD/CAM技术深化应用的主题,是模具发展的第二次变革。
网络企业的建立，总的来讲是基于INTERNET技术和计算机管理技术，并融合了EPR、CRM、SCM、PM等技术，以及一些行业标准化的规范。
通过INTERNET技术，模具企业可以跟国内外客户建立联系，开拓更广阔的市场；进行企业与国内外客户业务、技术的沟通；建立企业和客户之间的接口。
ERP技术帮助企业规范和管理内部业务流程，提升模具企业的管理水平；并且极大地优化和缩短企业内部的流程，提高竞争力。
把INTERNET技术和ERP技术结合起来，还可以实现远程异地办公，提高企业的快速反应能力，更加有效地管理企业。
CRM技术可以帮助模具企业加强管理客户关系，对客户的需求做出快速反应和处理。
SCM技术帮助模具企业加强供应商的管理，进一步降低采购成本和开拓更多的供应渠道等。
未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：
1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；
2.在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；
3.大力发展快速制造成形和快速制造模具技术；
4.在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；
5.提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；
6.发展优质模具材料和先进的表面处理技术；
7.逐步推广高速铣削在模具加工的应用；
8.进一步研究开发模具的抛光技术和设备；
9.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；
10.开发新的成形工艺和模具。
1.3毕业设计选题的意义
随着科技的不断发展，人们对塑料件的要求也越来越高，如何缩短成型周期、降低生产成本、提高制件精度，也直接关系到科学技术的发展，近20年来注射成型工艺及模具新技术发展很快，新的工艺和结构也层出不穷，同时也因为计算机技术的发展，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAE）也促进模具行业的发展。
目前深圳周边及珠江三角洲地区已经成为我国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。
据业内人士估计，今后几年，随着全球制造业重心加快向我国转移，这一地区可能在10年内发展成为世界模具生产中心。
就以上的分析而言，显示器后壳这类超薄件注塑模具在国内及国外都有很广阔的前景，而且技术也是相对要求较高的，而且在深圳，此类零件的模具不但在地区内需求量大，而且出口量也是可观的，在深圳的各个产业链的支持下，相信超薄件的注塑模具的生产周期可以缩短、成本可以降低、技术也可以得到更好的发展。
1.4毕业设计任务
参考所给圆珠笔笔头立体图（如图1-1所示），首先设计该注塑件结构。
为满足大批量自动化生产的需要，为该塑件设计注塑模具。
图1-1圆珠笔笔头立体图
1.5圆珠笔笔头模具的设计流程
1.塑件设计，利用软件UG6.0进行塑件的立体建模，再在软件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技术要求的标注，并输出工程图。
2.工艺性分析。
3.注塑设备选择，确定塑件的型腔数，并计算塑件的投影面积，通过注射量的校核、注射力的校核、锁模力的校核、安装部分的尺寸校核、开模行程的校核、顶出装置的校核，结合注塑设备的资料确定注塑设备的型号。
4.确定收缩率和分型面，首先由塑件性能的要求等，确定塑件的塑料，通过查资料确定塑件的收缩率。
根据圆珠笔笔头的工艺及结构特点，确定具体的分形面，大致应为笔头的底面。
5.模架，通过塑件的大小及型腔数、浇注系统、导向部件、推出机构、，确定使用模架的型号。
6.浇注系统设计，此塑件外形较小点，浇注距离较长，为实现批量生产采用一模八腔浇注系统的平衡性设计。
7.成型件（模腔、模芯），确定型腔数和分型面。
对模腔和模芯进行结构设计。
计算成型部件的工作尺寸。
8.顶出机构的设计，根据圆珠笔笔头的结构特点，设计顶出机构。
9.冷却系统，温度调节对塑件质量、生产效率有很大的影响，还针对型腔与型芯冷却回路的形式进行设计。
10.零部件加工工艺制定，结合现代加工手段，利用数控CNC，电火花，线切割等方法，制定最符合经济效益的加工工艺。
11.完成整套模具的三维立体图和二维工程图的绘制。
第二章塑件成品、注塑模具设计与构型
2.1概述
注塑件的设计是注塑制品加工工序中必不可少的一个步骤。
但不同的模具公司，不同的设计人员，采用不同的CAD软件进行模具辅助设计，都有自己的一套设计过程。
本毕业设计主要是应用UG6.0进行模具的设计的。
2.2模具设计环境和应用软件
2.2.1UG6.0
UG6.0是一个优秀的软件，在模具的设计与制造领域，UG6.0在广东深圳、东莞、广州以及华东一带得到广泛应用，由于它的应用，可以大大缩短模具设计与制造周期，提高模具质量，降低生产成本，而UG6.0的新特点主要表现在：
1.高效的操作方法；
2.更利于产品创新的新技术；
3.互操作性的革新；
4.功能更问广泛。
2.2.2其它软件AutoCAD2004和燕秀工具箱
AutoCAD是著名的工程图画图软件，用以绘制二维工程图。
还有燕秀工具箱的插件，可以直接调出模架，使用起来更灵活。
2.3零件的三维图和二维工程图建模
2.3.1零件的立体图建模
分析所给零件的外形和尺寸，利用UG6.0的建模方法，根据圆珠笔笔头的形状绘出3D图形。
（如图2-1所示）。
立体图2-1圆珠笔笔头
2.3.2零件的二维工程图绘制
工程图是在设计的最后用作指导生产的三视图图样。
工程图图样的制作可以说是正式将零件或装配模型的设计归档的过程，其正确与否，直接影响到生产部门的生产制作。
而本设计利用UG4.0绘出3D图后，再利用UG4.0导出零件的二维工程图，然后在AutoCAD2004中进行修改和标注。
2.4零件的基本数据
2.4.1零件工艺性分析
根据产品三维模型，分析塑件的工艺性对模具设计的要求。
开始设计之前，应根据塑件的技术图样和使用要求对其进行仔细地分析研究，并结合注射成型的工艺程序综合考虑成型的难易程度，以便能在保证塑件质量和使用要求的前提下尽量选用比较简单的模具结构，以便减小模具制造难度和降低加工成本。
如果塑件的工艺性确实有问题，或者塑件成型需要极为复杂的模具结构，并因此导致模具制造非常困难或经济上极不利时，则应和塑件设计部门及时协商解决有关问题。
2.4.2零件材质
俗称：
ABS塑料；
中文学名：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；
英文学名：
AcrylonitrileButadieneStyrene；
英文简称：
ABS；
ABS塑料如图2-2所示。
图2-2ABS塑料
2.4.2.1ABS的特性
1.工作压力高
常温状态下工作压力可达1.0Mpa。
2.抗冲击性好
ABS塑料具有良好的机械强度和较高的冲击韧性。
无缺口冲击强度30Mpa：
缺口冲击强度3MPa。
3.流体阻力小
内壁光滑，转弯处呈圆弧形，流动摩擦力小，减小液流阻力。
4.化学性能稳定
ABS具有耐酸、碱性能。
由于化学性能稳定．无毒无味，可广泛应用于食品、饮料、啤酒等行业。
5.耐温范围广
使用温度为-30°～+70°。
6.质轻
ABS程塑料比重为钢材的1/7，因此减轻结构重量，降低原料消耗。
同时，减轻安装工人劳动强度。
7.安装简便，密封性好
安装多采用承插式连接，使用溶剂型粘合剂粘接密封。
施工简便、效果好、固化速
度快。
8.使用寿命长
本产品在室内使用一般可达三十年以上。
9.价格低
仅为不锈钢的五分之一左右。
2.4.2.2ABS的注塑工艺条件
1.干燥处理：
ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。
建议干燥条件为80～90°C下最少干燥2小时。
材料温度应保证小于0.1%。
2.熔化温度：
210～280°C；建议温度：
245°C。
3.模具温度：
25～70°C（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。
4.注射压力：
500～1000bar。
5.注射速度：
中高速度。
2.4.3零件结构分析
2.4.3.1开模方向
由零件的三维图分析，作为外壳类产品，外表面的表面质量是比较重要的，再根据模具的结构分析得到，产品的外表面应该在定模上，在产品的内表面设置顶出机构，所以开模方向应沿零件的Z轴。
2.4.3.2收缩率
ABS的收缩率为0.3%～0.8%，在设计本产品时，结合产品的结构工艺特点和材料的特性，在本设计中，零件的收缩率为0.5%。
2.4.3.3零件壁厚
本产品的壁厚设置为1mm，是根据零件的工作要求、摆放位置和ABS的化学和流动特性确定的。
2.4.3.4脱模机构
根据产品的外型，结合产品的工作条件、工艺特点，为提高产品的生产效率和表面质量，用司筒顶出。
2.4.3.5分型面
结合零件的使用要求，应保证其外表面的注塑质量，零件的内表面应留在动模侧，开模的时候，零件的外表面应与定模分离，所以零件的分型面应设置在沿零件的外表面上，并根据流道等条件进行设置，具体设定在后文中表述。
2.4.4零件体积与质量
由材料的性能特点，可以知道ABS的密度为1.05g/cm3，由UG6.0可以算出零件的体积和质量。
则可计算零件的体积为：
=53.755319492cm3
零件质量为：
=42.418099176g
2.5零件图及其尺寸公差
标注尺寸在绘制图纸中是非常重要的一步。
传统的模具设计需要计算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通过公式
计算基本尺寸，S指塑件的平均收缩率。
而在使用UG4.0进行模具设计的过程中，塑件已经定义了其收缩率，则不需要通过繁琐的计算而直接可以标注出成型零部件的基本尺寸。
但尺寸标注还有一个公差的问题，这是无法从软件自动导出的，需要设计者设定。
由于塑料收缩率范围和稳定性各有差异，首先必须合理化确定不同塑料成形塑件的尺寸公差。
即由收缩率范围较大或收缩率稳定性较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。
否则就会出现大量尺寸超差的废品，为此，各国对塑料件的尺寸公差制订了国家标准和行业标准。
中国也曾制订了部级专业标准，但大都无相应的模具型腔的尺寸公差。
德国国家标准中专门制订了塑件尺寸公差的DIN16901标准及相应的模具型腔尺寸公差的DIN16749标准。
此标准在世界上具有较大的影响，因而可供塑料模具行业参考。
由于本人没能收集到这个标准，则就按照惯例考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取
，Δ指塑件的尺寸公差。
本套模具的装配图和非标准件零件图如附录所示。
塑件的尺寸为高：
20mm、底面外圆直径：
12mm、底面内直径10mm、顶端外直径：
5mm、厚度1mm。
尺寸公差为
。
对于小于
的尺寸的地方就要注意，由于精度比较高，建模时就应该沿减料方向适当加大基本尺寸或者增加脱模斜度以便试模后可以修改达到合乎要求的尺寸精度。
零件的三维图如图2-4所示，零件二维图如图2-5所示。
图2-4零件三维图（内表面）
图2-5零件二维图示意图
第三章工艺参数分析与计算
3.1模流分析
3.1.1浇口的选择
根据零件的具体使用要求，提高生产效益，降低模具成本，应使用侧进胶。
3.2成型方案
结合生产成本和生产效率问题，可以确定成型的方案，该产品的成型方案采用一模八腔，浇注形式采用冷流道，浇口为侧边进胶。
分型面位置如图。
（如图3-1）
图3-1流道设计
3.3模架型式及规格
3.3.1模架概述
模具设计主要是形成产品外形的凹、凸模零件以及开模和脱模方式的设计，模具上的大部分零部件可以直接选购由专门厂家生产的标准件，尤其是模架的直接选购，大大节约了模具制造时间和费用。
现在，厂家设计制造出一套中等复杂程度的注塑模具10天左右的时间即可完成。
模具标准件在不同的国家和地区有小小的差别，主要是在品种和名称上有区别，但所具有的结构基本上是一样的。
这次设计的模具标准是流行于广东珠江三角洲地区的港台标准，与国家的标准结构基本上是一样的，在型号命名及品种分类上有些不同。
3.3.2模架的分类
按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的模具（二板式模具）所选用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式）所选用的模架。
大水口模架共有A、B、C、D四种型式；小水口共有DA、DB、DC、DD、EA、EB、EC、ED八种型式，其中以D字母开头的四种型号适用于自动断浇口模具的模架。
3.3.3模架的选择
模具的设计采用侧浇口，冷流道，所以选择龙记公司的模架库。
而模架的大小是由模芯的大小来确定的，有前面的模流分析后可以知道，模芯的布置如图3-2所示，模芯的大小是200×190mm，根据经验数据和模架库的选择，选取模架大小为330×350mm，型号为3335的龙记模架。
模架的型式采用CI型如图3-3所示。
图3-2模芯布局示意图
图3-3龙记CI型
3.4注塑机
注塑机的选择是根据塑料制品的体积或质量等参数来确定的。
因此，在选择注塑机之前要对型腔内塑料的体积和质量进行估算。
由前面塑件分析已知单个塑件体积：
=53.755319492cm3，质量
42.418099176g
则
=2×
≈107cm3，
=2×
≈83
3.4.1注塑机的选择
查《塑料成型加工与模具》教材附录6，初选取型号为XS-ZY-500的注塑机，参数如表3-2所示。
表3-2：
注塑机XS-ZY-125的参数
注塑机最大注塑量：
500cm3
注塑机最大注塑质量：
500g
注塑压力：
1450MPa
最小模厚：
300mm
最大开距：
500mm
注塑机定位孔直径：
Φ35mm
喷涂前端孔径：
Φ5mm
锁模力：
3500KN
3.4.2最大注塑量校核
由于以容量计算时
≤0.8
（1）式中：
—注射机最大注射容量cm3；
—成型塑件与浇注系统体积总和cm3；
0.8—最大注射容量的利用系数。
∴
≥
/0.8=4/0.8=133.75cm3
以质量计算时
≤0.8
（2）式中:
—注射机最大注射质量g；
—成型塑件与浇注系统质量总和g；
0.8—最大注射容量的利用系数。
∴
≥
/0.8=4.2/0.8=5.25g
注塑机符合要求。
3.4.3合模力及注塑面积和型腔数的校核
合模力的大小必须满足下式Fs≥Fz=P（nAx+Aj）=PA
（3）式中：
A—塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；
Ax—塑件型腔在模具分型面上的投影面积；
Aj—塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积；
Fz—胀模力；
Fs—合模力；
P—模腔压力取35MPa。
通过使用软件计算面功能自动得出A=5540mm2
由于Fs≥35×5540mm2=193.9KN
注塑机符合要求。
3.4.4模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
1.模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适
模具的长×宽为330mm×350mm
2.模具闭合高度校核
模具实际高度H模=291mm；
3.开模行程校核
注塑机的开模行程应满足下式：
S机-（H模-H最小）>H1＋H2＋（5～10）mm
即S机-（H模-H最小）>H1＋H2＋（5～10）＝42+10=52mm
（4）式中：
H1——推出距离，单位mm；
H2——包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；
S机——注塑机最大开模行程。
注塑机符合要求。
第四章工作部分的设计
4.1分型面的设计
4.1.1分型面的设计原则
分型面设计应遵循以下原则：
1.分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向；
2.分型面一般开设在产品的最大截面处；
3.尽量使塑件留在动模一侧；
4.有利于保证塑件的尺寸精度和外观
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