收音机外壳毕业设计.doc
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南京工程学院
毕业设计说明书（论文）
作者：
潘腾飞学号：
205040122
学院（系、部）：
材料工程学院
专业：
材料成型及控制工程
题目：
收音机外壳注射成型工艺与注射模具设计
指导者：
评阅者：
2008年6月南京
第III页
毕业设计说明书（论文）中文摘要
本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是侧向分型与抽芯机构的结构与工作原理，并对注塑产品提出了基本的设计原则。
详细介绍了注射模具的材料及工艺分析，浇注系统、主要零部件、侧向分型与抽芯机构、推出机构、温度调节系统和排气系统的设计过程，并对模具各参数选取和校核做相应说明。
本设计利用AutoCAD和三维CAD/CAM软件UG及UG的Moldwizard模块，对导柱、导套及各标准件和标准模架进行了参数化设计。
关键词：
塑料模具；参数化；镶件；分型面；成型；ABS
毕业设计说明书（论文）外文摘要
TitleDesignforradiooutercoveringplasticmold
Abstract
Thisdesignintroducedtheinjectiontakesshapethebasicprinciple,speciallysingleisdividedtheprofiletoinjectthemoldthestructureandtheprincipleofwork,tocasttheproducttoproposethebasicprincipleofdesign;Introducedindetailthecoldflowchannelinjectionevilspiritmoldpoursthesystem,thetemperaturecontrolsystemandgoesagainstthesystemthedesignprocess,andhasgiventheexplanationtothemoldintensityrequest;FinallyintroducedAutoCADandUGMoldwizard,andledthewraptotheguidepillartocarryontheparametrizationdesign.
Keyword：
Theplasticmold；theparametrization;；inlays；dividestheprofile；Model；ABS
目录
前言 1
第一章绪论 2
1.1模具介绍 2
1.2模具在加工工业中的地位 2
1.3模具的发展趋势 2
1.4设计在学习模具专业中的作用 4
第二章产品三维造型及MOLDFLOW分析 5
2.1产品三维造型 5
2.2CAE介绍 6
2.3CAE分析 8
第3章塑件材料及工艺性 14
3.1材料分析 14
3.2工艺分析 14
3.3制件的成型方法及参数 15
3.4确定型腔数目 15
第4章浇注系统的设计 16
4.1制件在模具中的位置 16
4.2确定浇口形式及位置 17
4.3主流道的设计 17
4.4分流道设计 18
4.5冷料穴设计 20
第5章成型零部件的设计 21
5.1成型零部件的结构设计 21
5.2成型零部件工作尺寸计算 22
5.3成型零部件的强度与刚度计算 23
第6章结构零部件的设计 24
6.1选用标准注射模架 24
6.2定模板与动模板的设计 26
6.3合模导向机构的设计 27
第七章推出及抽芯机构的设计 28
7.1推出机构设计 28
7.2外侧抽芯机构设计 29
7.3内侧抽芯机构设计 30
第八章模具的工作原理 32
结论 35
致谢 36
参考文献 37
南京工程学院毕业设计说明书（论文）
前言
模具制造业是重要的基础装备，在国家发展中占有重要地位。
塑料制品占模具中的80%以上，所以对塑料模具进行设计具有重大的意义。
设计模具能够综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，亦检验出自己对模具设计的水平。
也为今后工作中设计各种模具奠定良好的基础。
本课题来自日常生活中常见的塑料制品。
所选课题是高灵敏度收音机的外壳。
包含了模具的基本结构，并有侧向分型和抽芯机构，属于中等难度的塑料模具。
本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是侧向分型与抽芯机构的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则。
还分别介绍了塑料模具的一般设计方法、设计步骤、材料的选取、材料性能、结构和用途的分析等。
详细介绍了注射模具的材料及工艺分析，浇注系统、主要零部件、侧向分型与抽芯机构、推出机构、温度调节系统和排气系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明，以及模具的各种工艺参数的确定与校核等。
亦介绍了模架选取的方法和校核注射机的各种工艺参数等。
在模具制造中运用了现代先进的线切割、电火花成型加工和数控加工等加工技术。
综合利用三维UG和二维AutoCAD进行设计并绘制各种非标准零件图纸。
在设计中附有大量的模具结构图和各种说明图片。
说明书已详细地阐述设计的全过程。
此次设计除文字叙述外，其计算公式及相关设计原则等资料均来自教材和图书馆丛书中查取，并采用国家标准。
由于水平有限，本设计难免有不当和错误之处，恳请各位老师批评指正！
第一章绪论
1.1模具介绍
模具的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。
用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具主要类型有：
冲模、锻摸、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模等。
除部分冲模以外的上述各种模具都属于腔型模，因为它们一般都是依靠三维的模具型腔是材料成型。
其中塑料模约占模具总数的35％，分额最大而且有继续上升的趋势。
塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。
塑料模具是随着塑料工业的发展而发展的。
近年来,人们对各种设备和用品轻量化要求越来越高,这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。
塑料制品要发展,必然要求塑料模具随之发展。
汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行,发展迅速,塑料模具也快速发展。
1.2模具在加工工业中的地位
模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一，是国际上公认的关键工业。
模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。
模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。
振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。
1.3模具的发展趋势
20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。
改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。
近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。
许多模具企业十分重视技术发展。
加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。
此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。
模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。
今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。
中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进步,但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比,差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时,一些低档塑料模具却供过于求,市场竞争激烈,还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
我国塑料模具行业和国外先进水平相比,主要存在的问题:
（1）发展不平衡,产品总体水平较低。
虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平,但总体来看,模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。
包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。
（2）工艺装备落后,组织协调能力差。
虽然部分企业经过近几年的技术改造,工艺装备水平已经比较先进,有些三资企业的装备水平也并不落后于国外,但大部分企业的工艺装备仍比较落后。
更主要的是我们的企业组织协调能力差,难以整合或调动社会资源为我所用,从而就难以承接比较大的项目。
（3）大多数企业开发能力弱,创新能力明显不足。
一方面是技术人员比例低、水平不够高,另一方面是科研开发投入少,更重要的是观念落后,对创新和开发不够重视。
模具企业不但要重视模具的开发,同时也要重视产品的创新。
（4）供需矛盾一时还难以解决。
近几年,国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%,其中大型、精密、长寿命模具满足率还要低,估计不足60%。
同时,工业发达国家的模具正在加速向我国转移,国际采购越来越多,国际市场前景看好。
市场需求旺盛,生产发展一时还难以跟上,供不应求的局面还将持续一段时间。
（5）体制和人才问题的解决尚待时日。
在社会主义市场经济中,竞争性行业,特别是像模具这样依赖于特殊用户,需单件生产的行业,国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。
人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。
虽然各地都在努力解决这两个问题,但要得到较好解决尚待时日。
（6）近几年,原材料、能源、人工等成本持续上升,而模具价格却持续下降,因此模具企业的总体利润率不断下滑。
为了发展,模具企业必须在改善管理、提高生产效率,特别是在创新上下功夫才行。
从以前的经验型和模仿型设计向自主创新设计方向发展,以及积极采用高新技术已然成为一种趋势。
尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。
与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。
今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。
（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。
（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。
因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。
（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。
（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
1.4设计在学习模具专业中的作用
通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在成型过程中对模具的工艺要求，掌握模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。
在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，结合模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。
毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。
第二章产品三维造型及MOLDFLOW分析
2.1产品三维造型
如图2-1所示塑料制件,材料为ABS,收缩率0.3%～0.8％。
大批量生产。
收音机外壳作为模具毕业设计产品，目的是通过本产品综合锻炼模具设计与制造的能力。
图2.1塑件三维图
2.2CAE介绍
CAE（ComputerAidedExecution）技术即计算机辅助工程技术,它是计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术向纵深方向发展的要求。
注塑成型CAE技术是根据高分子流变学、弹性力学、计算机技术,采用有限元计算方法来模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品质量的影响,它可以模拟塑料制品在注塑成型过程中的流动,保压和冷却过程以及预测制品中的应力分布、分子取向、收缩和翘曲变形等,帮助设计人员及早发现问题,及时修改模具设计,提高一次试模成功率,帮助企业缩短产品上市周期,增强市场竞争能力。
美国上市公司Mudflow公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司,Mudflow公司是塑料成型分析软件的创造者,自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来,一直主导着塑料成型CAE软件市场。
近几年,在汽车、家电、电子通讯、化工、日用品等领域得到了广泛应用。
现代注塑成型CAE技术的作用在于:
（1）优化塑料制品设计
塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等对于塑料制品的成败和质量关系重大。
以往全凭制品设计人员的经验来设计,往往费力、费时,设计出的制品也不尽合理。
利用Mudflow软件,可以快速地设计出最优的塑料制品。
（2）优化塑料模设计
由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性,传统的模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。
利用mudflow软件,可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸、冷却系统等进行优化设计,在计算机上进行试模、修模,可大大提高模具质量,减少试模次数。
（3）优化注塑工艺参数
由于经验的局限性,工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数,选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。
Modflow软件可以帮助程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等,以注塑出最佳的塑料制品来近年来,CAE技术在注塑成型领域中的重要性日益增大,采用CAE技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题,由于计算机化的流动分析方法的出现使得更多的产品可以选择注塑成型作为生产的手段,计算机软件技术的进步也不断更新和提高流动分析的模型及其精确程度。
CAE分析技术能成功地应用于三组不同的生产过程:
制品设计、模具设计、注塑成型。
（1）制品设计,制品设计者能用流动分析解决下列问题:
1）制品能全部注满吗?
这一古老的问题仍为许多制品设计人员所注目,尤其是大型制件如盖子、容器、家具等的设计者。
2）制件实际最小壁厚是多少?
如能使用薄壁制件,就能大大降低制件的材料成本。
减小壁厚还可大大降低制件的循环时间,从而提高生产效率,降低塑件成本。
3）浇口位置合适吗?
采用CAE分析可使产品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地,确保设计的审美特性。
（2）模具设计和制造,CAE分析可在以下诸方面辅助设计者和制造者,以期得到良好的模具设计。
1）良好的充填形式对于任何的注塑成型来说,最重要的是控制充填的方式,以使塑件的成型可靠、经济。
单向充填是一种好的注塑方式,它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。
这种填充形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形。
2）最佳浇口位置与浇口数量为了对充填方式进行控制,模具设计者必须选择能够实现这种控制的浇口位置和数量,CAE分析可使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响做出评价。
3）流道系统的优化设计实际的模具设计往往要反复权衡各种因素,尽量使设计方案尽善尽美。
通过流动分析,可以帮助设计者设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系统,还可对流道内剪切速率和摩擦热进行评估,如此,便可避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度。
4）冷却系统的优化设计通过分析冷却系统对流动过程的影响,优化冷却管路的布局和工作条件,从而产生均匀的冷却,并由此缩短成型周期,减少产品成型后的内应力。
5）减小返修成本提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的一大优点。
反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱,此外,未经反复修模的模具,其寿命也较长。
（3）注塑成型,注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到CAE技术的帮助。
1）更加宽广更加稳定的加工”裕度”流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势,通过流动分析,注塑者便可估定各个加工参数的正确值,并确定其变动范围。
会同模具设计者一起,他们可以结合使用更经济的加工设备,设定最佳的模具方案。
2）减小塑件应力和翘曲,选择最好的加工参数使塑件残余应力最小。
通常残余应力会使塑件在成型后出现翘曲变形,甚至发生失效。
3）省料和减少过量充模,流道和型腔的设计采用平衡流动,有助于减少材料的使用和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。
4）最小的流道尺寸和回用料成本流动分析有助于选定最佳的流道尺寸。
对于注塑者来说,这就意味着减少浇道部分塑料的冷却时间,就能缩短整个注射成型的时间,以及减少浇道部分塑料的体积。
2.3CAE分析
（1）最佳浇口位置分析
本文分析的制品为收音机外壳，首先在UG中创建实体模型，保存为IGS格式,再导入到MPI（MoldflowPlasticsInsight）中。
先用Moldflow软件能根据几何模型自动地生成网格。
只需输入模型划分网格的平均边长，系统就能自动地划分。
该产品采用fusion格式进行网格划分,输入平均边长为5mm。
网格划分结果如图2.2所示。
选择ABS材料后单击分析，电脑会对塑件的浇口位置进行分析。
图2.3就是生成报告里面的最佳浇口位置的图片。
图2.2网格划分
图2.3最佳浇口分析
由图片可以看出适合本塑件模具的最佳浇口应该在蓝色的部位，即中间地带。
（2）模拟充填分析
1）充填时间
它主要通过不同的颜色显示了熔体流动时的形状变化以及充模过程，查看该结果可以知道型腔是否充满，充填过程是否平衡等。
图2.4/2.5分别表示单浇口和双浇口充填时间的分析结果。
图2.4单浇口充填分析
图2.5双浇口充填分析
分别比较单浇口和双浇口的充填时间可以发现单浇口的时间是1.130秒，双浇口的充填时间为1.275秒。
单浇口的时间稍微少了一点。
2）平均速度单浇口和双浇口的平均速度分别如图2.6和2.7
图2.6单浇口平均速度分析
图2.7双浇口平均速度分析
通过比较单浇口和双浇口的平均流动速度可以看到单浇口的速度快。
但是ABS材料的流动并不均匀，容易导致充填不均匀使塑件达不到成型的效果。
3）速度压力切换时的压力
单浇口和双浇口的速度压力切换时的压力图分别如图2.8和2.9
图2.8单浇口速度压力切换时的压
图2.9双浇口速度压力切换时的压力分析
从分析的到得结论以及综合考虑来看采用双浇口的方式更适合此塑件的成型。
4）锁模力如图2.10/2.11所示
图2.10单浇口锁模力
图2.11双浇口锁模力
采用注射模CAE技术,在模具制造前对塑件的填充和冷却过程进行模拟,并进行翘曲分析,以便及时改进设计方案和工艺方案,从而有效提高了模具的设计效率和质量,降低了试模修模的费用和生产成本。
第3章塑件材料及工艺性
3.1材料分析
该产品的成型材料是ABS。
基本特性：
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。
这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。
丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。
ABS无毒、无味，呈微黄色，成形的塑料件有较好的光泽。
密度为1.02～1.05g/cm³。
ABS有极好的抗冲压强度，且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、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。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70°C左右，热变形温度为93°C左右。
耐气候性差，在紫外线作用下变硬变脆；主要用途：
ABS广泛用于水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具等；成型特点：
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力比较高，塑料上的脱模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇口对流道的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60°C，要求塑件光泽和耐用时，应控制在60～80°C。
3.2工艺分析
（1）该塑件尺寸不大，一般精度等级。
属于中等难度的塑料模具。
包括了模具的基本结构，其中有一处外侧抽芯，内侧抽芯五处（五处内侧抽芯基本尺寸及结构均一致）。
（2）为满足制品表面质量要求与提高成型效率采用侧浇口。
（3）为了节约成本和方便加工与热处理，型腔和型芯均采用整体镶嵌式结构。
（4）ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大，要有足够的脱模斜度防止顶角；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力，要注意浇口位置防止和减少熔接痕；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。
模具温度应控制在60°～80°。
3.3制件的成型方法及参数
热塑性塑料指定采用注射成型，本设计选用热塑性塑料ABS，可用注射成型。
根据制品结构特点及选定的原料ABS，可拟定如下工艺参数）。
塑料名称：
ABS密度（g/cm³）：
1.02～1.05
计算收缩率（%）：
0.5
模具温度（℃）：
50～60
注射压力（MPa）：
60～100
成型时间（s）：
注射时间15～60；加压时间0～3；
冷却时间20
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