本科毕业设计机械设计制造及自动化毕业论文.docx
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本科毕业设计机械设计制造及自动化毕业论文
TianjinUniversityofTechnologyandEducation
毕业设计
专业：
机械设计制造及自动化
班级学号：
机自–0542
*************
指导教师：
蔡玉俊副教授
二〇〇七年六月
天津工程师范学院本科生毕业设计
榨汁机内支架塑料模具设计
PlasticmoulddesignofJuice-extractorpart
专业班级：
机自0542
*******
指导教师：
蔡玉俊副教授
系别：
机械工程系
2007年6月
摘要
模具行业是国民经济的一项重要行业。
近年来，模具一直朝着高质量、高效率、低成本、短周期的方向发展。
传统的模具设计中,模具设计者们是利用二维CAD软件来进行初步设计的。
然而，现在，三维模具设计已经被广泛使用，它使设计过程接近标准化，使初步设计得以迅速实现。
在本设计中，将对榨汁机内支架的模具通过Pro/ENGINEER软件进行三维设计，并对设计过程进行讲解。
在本设计中，首先对塑件结构、材料特性、用途以及参数进行分析，确定模具采用一模两腔，并使用点浇口填充型腔的总体布局形式。
在模具设计过程中，对侧向抽芯机构，分型面的设计，浇注系统、排气系统、冷却系统、脱模机构，进行了详细的介绍。
最后通过对注塑机参数校核和生产验证，证明模具结构设计合理性。
通过本次模具设计，可以看出，三维模具设计可以缩短设计周期，提高设计质量，大大的增加工作效率。
关键字：
榨汁机内支架；注塑模具；一模两腔；侧向抽芯机构
ABSTRACT
Thedieandmouldindustryisanimportantindustryofthenationaleconomy.Inrecentyears,mouldisdevelopingtowardshighquality,highefficient,lowcostandshort-period.Intraditionalmoulddesign,moulddesignerswasusing2DCADSoftware&Toolstoproceedthepreliminarydesign.However,3Dmoulddesignalreadyhasbeenusedextensivelynowadays,whichmakesmoulddesignapproachtostandardizationandmakespreliminarydesignquicklyrealize.Inthisarticle,itpresents3Dmoulddesignforjuice-extractorpartbyPro/E,andexplainsitsdesignprocessindetail.
Inthisdesign,atfirst,ithaveanalyzedtheplasticpartstructure,materialproperties,use,andparameters,ascertainedthemouldlayoutformofOnetoTwocavities,andadoptedthegeneraldistributionformofpin-pointgatefillingwithcavity.Inthismoulddesignprocess,ithasintroducedindetailforsideCore-Pullingmechanism,thedesignofpartingsurface,gatingsystemandventingsystem,coolingsystem,ejectionmechanism.Finally,throughcheckingandproductionproofingformoldingmachineparameters,themouldstructureisprovedtobereasonability.
Throughthismoulddesign,itmayfindoutthat3Dmoulddesigncanshortendesigncycle,raisedesignqualityandlargelyincreasetheworkingefficiency.
Keywords:
Juice-extractorpart;Plasticinjectionmould;Onemouldtwocavities;
SideCore-Pullingmechanism
附录1.英文资料40
附录2.中文翻译51
致谢58
三维图59
第1章绪论
1.1我国模具发展的现状
模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。
中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。
直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。
近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。
在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。
在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。
成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。
在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。
这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
1.2主要发展方向
1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。
2.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件。
3.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术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率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源。
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。
4.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。
5.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。
6.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。
7.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CAD/CAM的关键技术之一。
研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
第2章材料与塑件分析
2.1塑料及其工业
塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，树脂分为天然树脂和合成树脂两大类，塑料大多采用合成树脂。
在一定温度和压力下，塑件具有可塑性，可以利用模具将其制成具有一定形状和尺寸精度的塑料制件。
塑料按树脂的分子结构及其特性可以分成热塑性和热固性塑料两类。
热塑性塑料是由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂制得的塑料。
热固性塑料为一次成型塑料，不能反复加热成型，废品不能回收利用。
塑料制件在工业生产中已得到广泛应用，是由于它们具有一系列特殊的优点。
塑料密度小，质量轻，大多数塑料的密度在1.0～1.4g/cm3。
塑料的比强度高（按单位质量计算的强度称比强度）,绝缘性能好，介电损耗低。
塑料的化学稳定性高，对酸、碱等化学药品都具有良好的耐腐蚀能力。
此外，塑料的减振和隔音性能也好，因此，塑料已成为各行业不可缺少的重要材料。
2.2塑件分析
图1.1为榨汁机内支架的三维立体图,该产品用于榨汁机上，对榨汁机起支撑作用，该产品形状比较复杂，精度较高，表面不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合精度要求。
制品整体有充分的脱模斜度，各处脱模力比较合理。
从整体结构分析：
制品表面积较小、高度不大但是壁薄、零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困难。
从整体工艺性分析：
根据制品外观要求与结构要求选择点浇口，制品冷却必须均匀而充分，脱模力合理分布，要求顶出机构顶出均匀。
图2.1塑件三维立体图
榨汁机内支架工艺参数表
材料
脱模斜度（°）
尺寸精度
壁厚（mm）
圆角（mm）
收缩率（﹪）
PVC
1.5
IT6
3.5
R0.5~R3
0.5
该产品结构复杂，有3处侧凹现象，需要设置抽心机构，另外考虑到制件的体积和形状，应采用一模两腔，三板式结构，塑料从4个点浇口进入行腔。
2.3塑件材料的选择及材料的工艺特性
塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑来选取合适的塑料进行生产，本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。
根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料，热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型，而热塑性塑料还适合注塑成型，本次设计为注塑设计，所以采用热塑性塑料。
通过对各种塑料的比较，选用聚氯乙烯（PVC）为塑件材料。
下面将对聚氯乙烯（PVC）的特性、成型特点和成型条件进行详细的介绍。
1）基本特性：
聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一，其价格便宜，应用广泛。
聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。
根据不同的用途可以加入不同的添加剂，聚氯乙烯塑件可呈现出不同的物理性能和力学性能。
在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质和透明制品。
纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3,加入增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为1.15～2.00g/cm3。
硬聚氯乙烯的密度为1.38～1.42g/cm3，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用做结构材料，但软化点低。
软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度回降低。
聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用作低频绝缘材料，其化学稳定性也较好。
聚氯乙烯的热稳定性和耐光性较差。
它的软化温度接近分解温度，因此在加工时要加稳定剂和增塑剂。
聚氯乙烯在70～80℃软化，150～170℃时呈熔融态，190℃以上分解并放出有毒的氯化氢。
2）主要用途：
硬聚氯乙烯制品有有管及棒、板、焊条、离心泵、通风机、输油管、容器。
软聚氯乙烯制品有贮槽、薄板、日用品、电线绝缘层、密封盖等。
在日常生活中，聚氯乙烯还用于制造玩具、人造革、日用品、零件等。
3）成型特点：
聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。
因此，在成型时必须加入稳定剂和增塑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。
不能用一般的注塞式注射成型机成型聚氯乙烯塑料，因为聚氯乙烯耐热性和导热性不好，而用注塞式注射机需要将料筒内的物料温度加热到166～193℃，会引起聚氯乙烯分解。
所以，应采用带预塑化装置的螺杆式注射机注射成型，模具浇注系统也应粗短，进料口截面宜大，模具应有冷却装置。
表2.1聚氯乙烯（PVC）技术指标
PVC技术指标
密度（g/cm3）
1.15~2.00
比容（cm3/g）
0.86~0.98
吸水率
0.1~0.4%
收缩率
0.4~0.8%
熔点
150~170℃
冲击强度
120Mpa
拉伸强度
218Mpa
马丁耐热
50~60℃
表2.2PVC注射工艺参数
注射机类型
螺杆式
螺杆转速
200~30r/min
喷嘴形式
直通式喷嘴
喷嘴温度
150~170℃
模具温度
30~60℃
注射压力
80~130Mpa
保压压力
40~60Mpa
冷却时间
15~40s
周期
40~90s
后处理方法
红外线烘箱温度70℃时间0.3~1h
备注
原材料应预干燥0.5h以上
2.4塑件体积和质量的计算
设计中，材料选用聚氯乙烯（PVC），密度为1.15～2g/cm3，此处取1.5g/cm3。
通过Pro/E软件的分析计算功能，分别计算出塑件、浇口的体积V和质量M。
通过计算得:
V件=18.06cm3；质量为M=18.06x1.5=27.1g。
通过计算得:
V浇=12.97cm3；质量为M=12.97x1.5=31.0g。
第3章模具设计
3.1确定型腔数及其排列方式
根据塑件的三维结构形式，考虑了一模一腔和一模具两腔的两套方案。
介绍如下：
1．如果采用一模一腔，可以通过点浇口上端进料，容易保证零件的质量；同时，模具尺寸小，降低了模具成本，但塑件壁厚较厚，造成塑件充型不均匀，产品质量无法保证；充型时间常，不能适应大批量的生产要求，大大降低了生产效率。
2．如果采用一模两腔的布置，虽然模具的尺寸增大，制造成本有所提高，但是保证产品的精度，而且生产效率较高，适应大批量生产的要求。
经过对以上两套方案进行比较，由于塑件本身的形状尺寸较小，而且本身结构特殊，考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，所以采用一模两腔的形式。
模具的型腔排列方式如下图所示：
图3.1模具的型腔排列方式
3.2分型面的设计
为了塑件及浇注系统凝料的脱模和安放嵌件的需要，将模具型腔适当地分为两个或者多个部分，这些可以分离部分的接触表面,即为分型面。
分型面形式由塑件的具体情况而定，常见的有水平分型面、斜分型面、阶梯形分型面、曲面分型面及垂直分型面。
分型面对制品的表面质量，尺寸精度，脱模，型腔型芯结构和排气以及进料浇口和模具制造都有直接影响。
因此，在选择和确定分型面的时候，应该全面分析、比较和考虑，选择较为有利的方案。
分型面确定的要点如下：
1．应选在制品的最大外形尺寸之处，否则，制品无法脱模。
同时还应选在使制品留在动模之处，有利于脱模。
2．不能影响制品外观，尤其是对表面质量有要求的制品。
3．便于浇口进料，利于成型，易于排气。
4．利于型腔加工，从而使制品的精度易于得到保证。
5．利于嵌件的安装以及活动镶件和弹性活动螺纹型芯的安装。
在本模具设计当中，分析塑件的结构特点，并根据浇口形式，采用双分型面，三板式注射模具。
第一分型面分型取出浇注系统凝料，为辅助分型面；第二分型面为主分型面，分型后取出塑件。
在一模两腔的模具布局形式下，首先以塑件的最大面，即中心面为第二分型面，这样分开上下型腔；在定模部分增加一块中间板为第一分型面，取出凝料；塑件外表有凸台和侧孔，增加两个侧抽机构，因为塑件有罗纹和凹槽，制作两个镶件。
图3.2块的形状示意图
3.3排气系统的设计
当塑料熔体充填模具型腔时，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模具外边。
如果型腔内的气体不能被排出干净，塑件上就会形成气孔、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷，另外，气体的存在还会产生反压力而降低充模速度，影响产品质量,因此设计模具时必须考虑行腔的排气问题。
注射模通常有三种排气方法，即在分型面上开设排气槽、利用配合间隙排气以及利用排气塞排气。
排气系统的设计要点：
1．保证迅速、有序、通畅，排气速度应与注射速度相适应。
2．排气槽设在塑料流末端。
3．应设在主分型面凹模一侧：
①便于加工和修整；②若产生气体起边，容易脱模和去除。
4．尽量设在塑件较厚的部位。
5．设在便于清理的位置以免积存冷料
6．排气方向应避开操作区，以防高温熔料溅出伤人。
7．其深度与塑料流动性及注射压力、温度有关。
在本模具设计中，并不需要另开设排气槽，而是利用分型面和侧向滑块的间隙、顶杆配合间隙进行排气。
由于这些间隙是客观存在的，并不需要刻意加工，故叫自然排气。
由于这种方式需另设排气装置，因此结构比较简单，也是注塑模中经常采用的一种排气形式。
3.4成型零件的结构形式及设计
成型零件是直接成型塑件的零件，在本设计中主要包括凹模、凸模、型芯、镶块等。
成型零件形状复杂、精度高，表面粗糙度低。
3.4.1凹模的结构设计
凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件。
它一般装在定模固定板上，根据塑件成型的需要和加工与装配的工艺要求，凹模有整体式和组合式两类。
而且组合式凹模的组合方式也是多种多样的，常见的有组合方式有以下几种：
1.整体嵌入式组合凹模
2.局部镶嵌式凹模
3.镶拼组合式凹模
4.瓣合式凹模
在本模具设计中因为是一模两腔，而且有镶件，所以使用的是组合式中的整体嵌入式凹模，凹模的三维图如下图片所示：
图3.3凹模的设计示意图
图3.4镶块的位置示意图
3.4.2凸模的结构设计
凸模亦称型芯，是成型塑件外表面的成型零件。
凸模同样分为整体式和组合式。
跟凹模的设计一样，在本设计中使用的同样是组合式中的整体嵌入式凹模，凸模的三维设计如下图所示：
图3.5凸模设计示意图
图3.6镶块的形状示意图
第4章浇注系统的设计
浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴到型腔之间的的进料通道。
浇注系统的作用：
浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部位，并在充填保压过程中，将注塑压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、内在质量优良的塑料制品。
对浇注系统设计的具体要求是：
1．腔的填充迅速有序:
2．时充满各个型腔;
3．量和压力损失较小;
4．能消耗较少的塑料;
5．使型腔顺利排气:
6．系统凝料容易与塑料分离或切除;
7．使冷料进入型腔;
8．痕迹对塑件外观影响很小;
浇注系统的基本组成是四部分：
主流道，分流道，浇口，冷料穴。
4.1主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。
4.1.1主流道衬套设计
在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。
主流道通常设计在模具的浇口套中，如图。
为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，锥角a为1°～6°。
由于小端的前面是球面，其深度为3～5mm，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大1～2mm。
在本模具设计中，浇口套和定位圈设计成两个零件的形式，并以台阶的形式固定在定模板上。
图4.1道形状及浇口套形状
设计效果如下图所示：
图4.2浇口套形状及主流道形状
4.1.2定位圈设计
定位环主要是用来固定浇口套，并且是连接模架和注塑机的零部件。
浇口套与定位圈采用H7/f9的配合。
定位圈在模具安装调试时应插入注射机定模板的定位孔内，用于模具与注射机的安装定位。
定位圈外径比注射机定模板上的定位孔径小0.2mm以下。
在本模具设计中，定位环的设计效果如下图所示：
图4.3定位形状圈示意图
4.2分流道设计
在设计多型腔或者多浇口的单型腔的浇注系统时，应设置分流道。
分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。
分流道开设在动定模分型面的两侧或任意一侧，其截面形状应尽量使其比表面积（流道表面积与其体积之比）小，在温度较高的塑料熔体和温度相对较低的模具之间提供较小的接触面积，以减少热量损失。
分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。
常见分流道的截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式。
其尺寸大小要根据浇口套和注塑机的尺寸进行确定。
分流道的布置取决于型腔的布局，两者互相影响。
分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。
1．平衡式布置
平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。
因此各个型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡进料。
2．非平衡式布置
非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同。
为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔的浇口尺寸必定不相同。
在本模具设计当中，分流道采用U形平衡式布置，而且本模具的一次分流道长85mm,二次分流道长为28.7mm，一次和二次分流道的直径为7mm，其分流道的布置如下图所示：
图4.4分流道的设计示意图
4.3浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。
浇口的设计与位置的选择的恰当与否，直接关系到塑件能否被完好地高质量的注射成型。
也是注射模具浇注系统的最后部分，熔融的塑料经过浇口进入型腔。
浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类。
限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体产生突变的流速增加，提高剪切速率，降低粘度，使其成为理想的流动状态，从而迅速均衡地充满型腔。
另外，限制性浇口还起着较早固化防止型腔中熔体倒流的作用。
非限制性浇口是整个浇口系统中截面尺寸最大的部位，它主要是对大中型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。
浇口的位置选择：
如前所述，浇口开设的位置对塑件的成型性能和成型质量影响都很大，因此，合理选择浇口位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。
选择时，需要根据塑件的结构与工艺特性和成型的质量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态、成型的工艺条件，综合进行考虑。
1．尽量缩短流动距离；
2．避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷；
3．浇口应开设在塑件壁厚处；
4．减少熔接痕提高熔接强度；
5．初始值应取较小，为试模时必要的修正留有余地。
时必要的修正留有余地。
浇口的结构形式较多。
按照浇口形状、大小、位置的不同，浇口的形式是多种多样的，但通常的浇口，其种类大致分为以下几种：
（1）直接浇口
（2）盘形浇口
（3）分流式浇口
（4）轮辐式浇口
（5）爪形浇口
（6）点浇口
（7）侧浇口
（8）环形浇口
（9）潜状式浇口
在本模具设计当中，根据塑件的使用材料和形状尺寸以及厚度要求，采用点浇口。
因为这种浇口由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观粘度下降，流动性增强，有利于型腔的充填。
而且在制品成
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