操作手柄塑料件模流分析及模具设计材料专业毕业设计.docx

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操作手柄塑料件模流分析及模具设计材料专业毕业设计

操作手柄塑料件模流分析及模具设计--材料专业毕业设计

操作手柄塑料件模流分析及模具设计--材料专业毕业设计XXXX大学XXXXXXUniversity毕业设计专业：

材料成型及控制工程班级学号：

学生姓名：

指导教师：

二〇一七年六月XXXX大学本科生毕业设计操作手柄塑料件模流分析及模具设计TheMoldFlowAnalysisandMoldDesignoftheOperatingHandle专业班级：

学生姓名：

指导教师：

学院：

机械工程学院2017年6月摘要本次设计的是“塑料操作手柄”，主要介绍了塑料操作手柄的设计思路和加工过程，主要设计的是操作手柄的注塑模的设计，塑料操作手柄具有重量轻、耐腐蚀老化、强度高、使用寿命长，制作方便、价格低廉等特点，是值得人们信赖、喜欢用的产品，它具有非常大的发展前途。

本次设计采用的是注射成形，注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。

本课题就是将操作手柄作为设计模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。

本设计对塑料操作手柄进行的注塑模设计，利用UG软件对塑件进行了实体造型，对塑件结构进行了工艺分析，并用moldflow软件进行相关的模流分析。

明确了设计思路，确定了注射成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。

如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。

最后用autoCAD绘制了一套模具装配图和零件图。

本课题通过对塑料操作手柄的注射模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。

关键词：

塑料模具；注射成型；模具设计ABSTRACTThedesignofplasticoperatinghandle,mainlyintroducestheplasticoperatinghandledesignideasandprocess,themaindesignoftheoperatinghandleoftheinjectionmolddesign,plasticoperatinghandlehavearelightweight,orrosion-resistantaging,highstrength,longservicelife,productionandlowprices,isworthyoftrust,liketousetheproduct,ithasaverylargefuturedevelopment.Plasticinjectionmoldingmoldingisanimportantmethod,whichisprimarilyapplicabletothermoplasticplasticmolding,Moldingcanbeacomplexshapeofprecisionplasticparts.IsthetopicofOperatinghandleplasticasadesignmodel,theinjectionmold-relatedknowledgeasabasisforelaborateplasticinjectionmolddesignprocess.ThedesignofOperatinghandleplasticfortheinjectionmolddesign,theuseofsoftwareUGplasticpartsforthesolidmodeling,PlasticPartsofthestructureanalysisfortheprocess，andmoldflowanalysis.Definedthedesign,determinetheinjectionmoldingprocessaswellassomespecificdetailsofthecalculationandverification.ThedesignofsuchastructurecanbeusedtoensurereliableDieworktoensurethattheotherpartsofthetie.Finally,asetofautomappingmoldpartsandassemblyplans.ThesubjectofOrangedrumsCupinjectionmolddesign,andtoconsolidateanddeepenthelearning,hasbeenfairlysatisfiedwiththeresults,achievedthedesireddesignintent.KeyWords：

plasticmold;injectionmolding;molddesign目录1绪论11.1模具工业的概述11.2我国塑料模具发展的现状11.3参数化技术慨述21.4选题目的以及意义32塑件材料性能选择42.1零件42.2ABS材料分析43塑料成型工艺性能分析54塑料件的结构工艺74.1塑料件的尺寸精度分析74.2塑料件的使用性能分析74.3塑料件的表面质量分析74.4塑料件的结构分析75成型设备的选择和成型工艺的制定95.1成型参数的确定95.2塑件的体积和重量的计算95.2.1利用Pro/E进行体积的计算95.2.2操作手柄重量的计算95.3模具所需塑料熔体注射量105.4锁模力的计算105.5设备选择115.6塑料成型工艺卡116注射模设计136.1可行性分析136.1.1可注塑性分析136.1.2可制造性分析146.1.3型腔数目的确定146.2确定模具的类型146.3确定模具的主要结构156.3.1模具型腔布局、浇口的选择156.3.2分型面的设计166.3.3浇注系统的设计166.3.4排气系统186.3.5导向机构的设计197确定模具的主要结构218模架的选择229开模行程的校核与推出距离2310推出方式的确定2411斜顶机构的设计2512冷却系统的设计2713计算成型零件工作尺寸2914模具工作过程31结论32设计心得33参考文献34致谢35II天津职业技术师范大学2012届本科生毕业设计1绪论1.1模具工业的概述模具行业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。

模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。

目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。

当今世界制造加工业的竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战，产品需求的多样性要求塑件设计的多品种、复杂化，市场的快速变化要求发展产品及模具的快速设计制造技术，全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品质量，创新、精密、复杂、高附加值已成为注塑产品的发展方向，必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。

当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。

有关数据表明,目前仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量已超过3000万台；到2010年,在建材行业,塑料门窗的普及率为30％,塑料管的普及率将达到50％。

这些都会导致对模具的需求量大幅度增长。

近来我国模具工业发展迅速，目前已呈现出市场广阔、产销两旺的局面。

深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达、科技含量最高的区域，预计有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。

相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。

中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，这些是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国塑模市场的前景一片辉煌。

1.2我国塑料模具发展的现状虽然近几年来，我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。

例如，在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求，然而精密加工设备还很少，一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。

许多先进的技术如ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技术的普及率还不高，我国塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。

现在国外发达国家模具标准化程度为70％～80％，而我国只有30％左右。

如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期25％～40％，并可减少由于使用者自制模具件而造成的工时浪费。

现在应用模具CAD／CAM技术设计模具已较为普遍，随着通用机械CAD/CAM技术的发展，塑料注射模CAD/CAM已经不断的深化。

从上世纪60年代基于线框模型的CAD系统开始,到70年代以曲面造型为核心的CAD/CAM系统，80年代实体造型技术的成功应用，90年代基于特徵的参数化实体/曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用CAD/CAE/CAM技术提供了可靠的保证。

目前在国内外巿场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的CAD/CAE/CAM系统。

而且通过推广使用模具标准件，实现了部分资源共享，这样就大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展CAD／CAM技术、提高模具的精密度有重要意义。

因此，模具成为国家重点鼓励与支持发展的技术和产品。

现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。

1.3参数化技术慨述参数化技术是当前CAD技术重要的研究领域之一，通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动。

在设计过程中，系统自动地捕获用户的设计意图，并把各个设计对象以及对象之间的关系记录下来，当用户修改图纸中的设计参数时，系统能够自动地更新图纸，使图纸中反映用户设计意图的设计对象之间的关系依旧可以维持。

参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，极大地改善了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在慨念设计、初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，并体现出很高的应用价值，能否实现参数化目前已成为评价CAD系统优劣的重要技术指标。

UG集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、自动量测、机构仿真、应力分析等功能于一体。

是塑料模具实现参数化的一个必备的软件。

HB_MOULD（V5）是UG系统中的一个外挂模块，专门用来建立各种标准模架及模具标准件和滑块、斜销等附件，能够建立冷却水管，能够自动产生模具工程图和明细表，还可以模拟模具开模过程进行动态仿真和干涉检查，并可将仿真结果输出成视频文件，是个功能非常强大且使用非常方便的模具设计工具。

本设计结构和模架设计是利用模架设计专家系统设计的。

型腔和型芯设计可以在HB_MOULD（V5）里设计，也可以事先在UG的建模里完成。

本设计有一部分是在HB_MOULD（V5）里完成。

在模架调入之后可以根据需要添加、删除各种模具零件。

也可以修改现成的标准件使之满足自身设计。

完全的参数化设计，使用非常方便。

UG参数化设计的特性：

（1）3D实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外，借助于系统参数，还可以随时计算出产品的体积、面积、重心、重量、惯性大小等，可极大的减少设计人员的计算时间。

（2）UG可随时由3D实体模型产生2D工程图，且可自动标示工程图尺寸。

不论在3D还是2D图形上作尺寸修正。

其相关的2D图形或3D实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，如此可确保数据的正确性，并避免反复修正的耗时性。

（3）以特征作为设计的单位。

可随时对特征做合理、不违反几何顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。

1.4选题目的以及意义毕业设计将总结专业基础和专业技术的学习成果,锻炼和开发学生的综合运用能力。

本课题要求跟据图纸以及任务书设计出结构优化的模具。

这个课题能充分体现专业知识，对模具设计能力有一定的锻炼。

通过对操作手柄的注射模具的设计，可以巩固专业知识为以后从事本专业实际工作和研究工作奠定了重要的思想基础，也同时具有一定的初步开发模具能力。

另外加深了对机械基础知识的应用。

提高了整体的设计能力。

2塑件材料性能选择2.1零件图2-1零件图2.2ABS材料分析ABS材料是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。

这三种组分各自的特性，使ABS具有良好综合力学性能。

丙烯晴使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性。

ABS属于热塑性塑料，外观为粒状或粉状,呈微黄色,不透明但成型的塑件具有较好的光泽。

ABS无毒，无味。

密度1.02～1.05g/cm3成型温度范围（180℃--240℃）,成型时有较好的流动性。

ABS材料具有较高的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降（抗寒性）；有良好的的机械强度和一定的耐磨性，耐油性，化学稳定性和电气性能。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，且易着色。

ABS几乎不受酸、碱、盐、及水和无机化盐的影响，溶于酮、醛、酯、氯代烃中，不溶于大部份醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。

ABS塑料表面不可接触受冰醋酸，植物油等化学药品，否则会引起应力开裂。

此外，ABS的缺点是耐热性不高，低介电强度，低拉伸率，热变形温度为93℃，脆化温度为-27℃,使用的温度范围为-40℃～100℃，而且ABS的耐气候性也差，紫外线作用下容易氧化降解，从而会导致制件变硬发脆。

3塑料成型工艺性能分析塑料成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质，下面对注塑材料ABS工艺特性进行分析：

1、收缩性塑料从温度较高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。

收缩性的的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。

一般对于大型模具的收缩率计算，我们采用实际收缩率进行计算：

SS=a-b/b×100%（SS:

实际收缩率；a:

模具或塑件在成型温度时的尺寸；b：

塑件在室温时的尺寸；c：

模具在室温时的尺寸）对我所设计的零件属于小型的模具，所以采用SJ=c-b/b×%（Sj：

为计算收缩率）由于本次毕业设条件的原因，没有办法自己去测量出：

cb值。

于是我们通过查找资料《塑料成型工艺与模具设计》（附录B）常用塑料的收缩率，可得：

ABS塑料成型收缩率为：

0.003-0.008，由于塑件的结构，模具的结构，成型工艺条件等都会影响塑料的收缩率变化。

可以取一个相对平均值：

0.005。

2、流动性塑料在一定的温度、压力作用充填模具开腔的能力，称为塑料的流动性。

塑料的流动性差，就不容易充满开腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷。

但流动性太好，又会在成型时主生严重的飞边。

ABS材料属于热塑性塑料，分子成线型，具有良好的流动性。

其次：

料温，压力，模具结构都会影响塑料的流动及充模能力。

3、吸湿性吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。

按吸湿或粘附水分能力的大小分类，ABS塑料属于吸湿性塑料，吸水率为:

0.05%-0.5%。

在注塑成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡，银丝与斑纹等缺陷。

因此，在成型前必须进行干燥处理。

一般干燥温度取80-90℃，干燥时间为两小时。

4、热敏感性塑料的化学性质对热量的敏感程度称为热敏性。

热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，从而影响到塑件的性能，色泽和表面质量等，另处，塑料熔体发生热分解或热降解时，会释放出一些挥发性气体，这些气体一般具有腐蚀性，或有毒，不管是对人，还是模具都会造成一定的影响。

ABS塑料成型温度为210℃-250℃，经查中国人力资源专家网提供的材料编经验值得，到达260℃变色，于料温达到280℃时，塑料出现分解。

于是注塑成型是，一般取210℃-250℃。

综上所述：

ABS收缩比较大，成型收缩后，对型芯具有比较大的包裹力，为方便塑件顺利脱模，应将脱模斜度设计为较大值：

型腔40′～1°40′型芯30′～１°ABS溶融时具有良好的流动性；较低的热敏性；属于吸湿性塑料。

于是在成型是需要控制好，成型温度，压力，注射前的干燥处理等。

表3-1ABS材料性能、工艺参数表密度1.05拉伸强度33～49收缩率0.004～0.009拉伸弹性模量1.8熔点130～160弯曲强度80热变形温度（45N/cm2）65～98℃弯曲弹性模量1.4压缩强度18～39模具温度50～80℃缺口冲击强度11～20喷嘴温度180～190℃硬度R62～86中段温度210～230℃外观微黄色或白色不透明后段温度200～220℃吸水率0.05～0.5干燥温度70～80℃特点耐热、表面硬度高，尺寸稳定、耐化学、易成型加工，可渡鉻注射压力70～100MPa塑化形式螺杆式柱塞式干燥时间2H保压压力30-80MPa背压压力3-20MPa比重1.05注塑时间3-5s保压时间10-30s4塑料件的结构工艺4.1塑料件的尺寸精度分析按塑件的尺寸精度要求,未标注公差为自由，按ABS材料模塑件公差等级（GB/T14486-1993）选取一般精度要求TG8。

其主要尺寸公差如下（单位均为mm）成型零件的外形尺寸：

、、、、、、0.3°成型零件的外形尺寸：

、、成型零件的其他尺寸：

4.2塑料件的使用性能分析塑件外表面光亮耐磨，平整，卡位孔处需要有良好的力学性能。

卡位孔配合精度不高，需要适当的强度和弹性，不容易产生的变形，整体无变形即可。

4.3塑料件的表面质量分析该塑件要求外形美观，内、外表面表面光滑，没有斑点及熔接痕现象，内、外表面粗糙度均可取Ra0.4μm。

塑件制品内、外表面成型后方不可见边缘有缺陷，边缘面要求平整。

4.4塑料件的结构分析1、塑件形状比较复杂，内部有三个卡扣。

如图4-1所示图4-1塑件三维图2、塑件整体结构适中，平均壁厚为1.45mm，超过ABS塑料的最小成型壁厚。

可注塑成型。

综上所述，从精度上看，ABS注塑成型可满足尺寸要求，表面粗糙度要求（ABSRa可达到0.025～1.6/μm）。

从结构上看，可考虑整体边缘为最大分型面，内部卡扣结构考虑斜顶结构。

从塑件的表面质量要求看，浇口选择在塑件的底部，提高它们的力学性能。

由于塑件整体结构较小，生产批量大等。

我们可以考虑使用一模多腔的注塑成型，提高生产效率。

5成型设备的选择和成型工艺的制定5.1成型参数的确定查《中国模具设计大典》、《塑料成型工艺与模具设计》得ABS塑料的有关注塑成型参数：

密度：

1.01～1.05g/mm³收缩率：

0.004～0.009预热温度：

70℃～80℃，预热时间2～3h料筒温度：

前段200℃～210℃,中段210℃～230℃，后段200℃～220℃喷嘴温度：

180℃～190℃模具温度：

50℃～80℃注射压力：

60～100MPa注射时间：

注射时间0.7s，保压时间5～15s，冷却时间10～25s.成型周期：

16～40S5.2塑件的体积和重量的计算5.2.1利用Pro/E进行体积的计算根据产品图纸，利用Pro/E分析指令对操作手柄进行体积的计算。

36如图5-1所示，体积V=2511.25mm35.2.2操作手柄重量的计算根据分析ABS材料ρ=1.05g/cm3W=ρV=1.05×2511.25×10-3=2.64g图5-1塑件体积分析结果5.3模具所需塑料熔体注射量根据生产批量为大批量生产，由于注塑件的尺寸比较大，初步选择采用一模二腔，按《塑料模具设计指导》有如下模具所需塑料熔体注射量的计算公式：

M=NM1+M2式中，M——副模具所需塑料的质量或体积（g或cm3）N——初步选定的型腔数量M1——单个塑件的质量或体积（g或cm3）M2——浇注系统的质量或体积（g或cm3）M2：

注系统的质量或体积，它与注塑件的质量和塑料的流动性能有一定的关系，是一个不定值，但据注塑厂的统计资料，M2取15%-20%。

在这里我们选用M2=0.6NM1则有：

M=1.6NM1=1.6×4×2.64=16.87g5.4锁模力的计算FM=（NA1+A2）P型式中，FM——模具所需要的锁模力（N）N——初步选定的型腔数量A1——单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）A2——流道凝料在分型面上的投影面积（mm2）P型——塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）其中，A2按分型面上投影面积A1的0.2～0.5倍。

取中间值0.3，利用Pro/E进行注塑件投影面积分析，如图5-2所示，A1投影面积为：

814.156mm2。

图5-2塑件投影面积分析结果根据资料《塑料模具设计指导》P7常用塑料注射成型时型腔平均压力（表2-2）中，ABS属于中等黏度塑件及有精度要求的塑件，P型取35KN。

FM=（NA1+A2）P型=（4×814.156+0.3×4×814.156）×35=（3256.624+976.9872）×35=148176.4N5.5设备选择根据塑化塑化温度，额定注射量，注射压力，锁模力要求，参考《塑料成型工艺设计与模具设计》P105（表4.2）常用国产注塑机的规格和性能。

初步选择采用注射机型号：

G54-S200/400XS-Z-30，其有关的参数为：

额定注射量30cm³注射压力119MPa锁模力250KN最大注射面积90cm2最大开合模行程160mm最大模具厚度180mm最小模具厚度60mm动定模板尺寸250×280mm拉杆间距235mm5.6塑料成型工艺卡表5-1塑料成型工艺卡塑料成型工艺卡片资料编号车间共1页第1页零件名称操作手柄材料牌号ABS设备型号XS-Z-30装配图号材料定额每模件数4零件图号单件重量2.637g工装号材料干燥设备温度/℃70～