塑料模具设计及三维建模(遥控器).doc
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本科毕业设计论文
题目塑料模具设计及三维建模（遥控器）
专业名称机械设计制造及其自动化
学生姓名陈天祺
指导教师雷玲
毕业时间2014年6月
-36-
设计
论文
毕业任务书
一、题目
塑料模具设计及三维建模
二、指导思想和目的要求
（1）综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行塑料模具设计的实际训练，从而培养学生独立工作的能力，提高学生的实际分析能力和创新意识。
（2）加深学生对塑料模具设计基本理论的理解，培养学生设计和实践能力的重要环节和必要手段，培养学生设计塑料模具的能力。
其目的是使学生全面了解与掌握注射模具的组成、结构、动作原理及其设计方法与步骤等。
（3）培养学生将所学的模具知识、零件设计、制图、工艺、公差与技术测量等知识有机地结合在一起，提高学生对模具零件设计、制图、等知识与技能的综合掌握与应用能力，培养其严谨的实验态度和分析解决问题的能力。
（4）掌握零件设计与加工的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等
三、主要技术指标
（1）模具的结构设计
（2）用CAD软件绘制装配图和部分零件的2D图；
（3）用UG软件绘制装配图和零件的3D图；
（4）毕业论文撰写规范、论述清楚、文字精炼、计算准确，还应附有必要的插图
四、进度和要求
第1～2周收集资料，分析并绘制遥控器底壳图且确定其注塑工艺方案，并完成开题报告
第3周完成设计的总目录
第4～5周对零件工艺分析确定零件尺寸与工艺参数
第6～7周模具结构设计及其模具设计
第8～9周基本完成理论设计
第10～12周绘制相关二维图，三维总装图，及其动态仿真。
第13～15周完成论文，并对论文进行修改完善
第16周准备好PPT进行答辩。
五、主要参考书及参考资料
[1]张荣清模具设计与制造。
高等教育出版社，2003.8
（1）
[2]彭建声模具设计与加工速查手册。
机械工业出版社，2012.7
（2）
[3]熊建武，吴林峰，龙华模具零件工艺设计项目教程。
北京理工大学出版社，2011.12
（1）
[4]陈晓东UGNX8.0模具设计完全学习手册。
电子工业出版社，2012.5
（1）
[5]李奇，朱江峰，江莹模具构造与制造。
清华大学出版社，2004.9
（1）
[6]李波AutoCAD2011机械设计完全自学手册。
机械工业出版社，2011.6
（1）
[7]李志国UGNX6中文版基础教程。
清华大学出版社，2009.5
（1）
[8]田光辉林红旗模具设计与制造。
北京大学出版社，2009.9
（1）
学生___陈天祺____指导教师___雷玲____系主任__魏生民_____
摘要
本次毕业设计的课题为遥控器底壳的注射成型模具设计，主要从遥控器底壳材料特性、成型性能及遥控器底壳的形状、型腔结构等多角度详细分析了遥控器底壳注塑加工工艺性。
因产品为大批量生产，且零件体积较大、结构较为简单，故采用“一模2件”的生产方式。
初步选择注塑机的型号和规格，分析遥控器底壳结构及生产方式宜采用单分型结构，对浇注系统、成型零部件、导向及定位机构、脱模机构、冷却系统、模架各部件零件都进行了相关的计算和选择。
最后，在参照遥控器底壳的体积、重量等参数后对注塑机的相关主要参数进行校核，以判断所选的注塑机能否满足注塑要求。
关键词：
注射成型，一模两件，单分型面，注塑机
ABStract
Thegraduationdesignsubjecttocovertheinjectionmoldingdesign,mainlyfromtheplasticmaterialcharacteristics,formingperformanceandplasticparts,die-cavitystructureisanalyzedindetailfrommultipleperspectives,suchasplasticinjectionmoldingprocesstechnology.Becausethereisnobatchproductionrequirements,andsmallparts,simplestructure,amoldpieceofthemeansofproduction.Preliminaryselectionoftypeandspecification,injectionmoldedpartsstructureanalysisandproductionmode,appropriateUSESdoubletypestructure,gatingsystem,formingparts,orientationandpositioninganddemouldingmechanism,coolingsystem,formworkcomponentspartsaremadeofcalculationandchoice.Finally,inthereferenceofthevolume,weightafterinjectionparameterssuchasthemainparametersrelatedtotesttodeterminewhethermeettheselectedinjectionmoldingrequirements.
Keywords：
Injectionmolding;MoldOne;Duplexprofile;Injectionmoldingmachine;
目录
第一章绪论 -7-
第二章遥控器底壳的工艺性分析 -9-
2.1遥控器底壳的原材料分析 -9-
2.2成型特性及条件 -9-
2.3遥控器底壳的结构和尺寸精度及表面质量分析 -10-
2.3.1结构分析 -10-
2.3.2尺寸精度分析 -11-
2.3.3表面质量分析 -11-
2.4计算遥控器底壳的体积和重量 -11-
2.5最大注射量的校核 -11-
2.6注射压力的校核 -12-
2.7开模行程相关尺寸校核 -12-
2.8锁模力的校核 -13-
第三章初选注射成型机的型号和规格 -14-
3.1注射成型机的型号和规格 -14-
3.2遥控器底壳注射工艺参数的确定 -15-
第四章注射模的结构设计 -16-
4.1分型面的选择 -16-
4.2确定型腔数目及排列方式 -17-
4.3浇注系统设计 -17-
4.3.1主流道设计 -18-
4.3.2分流道设计 -18-
4.3.3浇口设计 -19-
4.3.4浇口套及定位环设计 -19-
4.4成型零件结构设计 -19-
4.4.1型腔工作尺寸的计算 -20-
4.4.2型腔侧壁厚度和底板厚度计算 -21-
4.5导向及定位机构设计 -22-
4.5.1导向机构的设计 -22-
4.5.2导柱导套材料的选择和热处理 -23-
4.6脱模机构设计 -23-
4.6.1脱模力计算 -23-
4.6.2脱模机构的选择与设计 -24-
4.6.3推出机构的复位 -25-
4.7冷却系统设计 -25-
4.7.1冷却系统的设计原则 -25-
4.7.2冷却回路的设计 -25-
4.8模架 -26-
第五章注射机有关参数的校核 -27-
5.1模具外形尺寸的校核 -27-
5.2模具厚度校核 -27-
5.6注射机定位孔与模具浇口套外圈配合的校核 -27-
总结 -38-
参考文献 -39-
谢辞 -41-
毕业设计小结 -42-
第一章绪论
注塑成型是高分子材料成型加工中一种重要的方法，热塑性塑料注塑占注塑成型工艺主导地位，热固性塑料和结构泡沫塑料注塑也占有一定份额。
特别是为适合特殊性能要求的塑料注塑，在传统热塑性塑料注塑成型技术的基础上开发了专用注塑成型技术，如气体辅助注塑成型（GAIM）、反应注塑成型（RIM）、增强反应注塑成型（RRIM）、结构发泡注塑成型、电磁动态注塑成型和精密注塑成型等，通过各种注塑成型可以获得各种结构形状复杂的塑料制品。
如今各种复杂塑料注塑成型的结构件、功能件以及特殊用途的精密件已广泛的应用到交通、运输、包装、储运、邮电、通讯、建筑、家电、汽车、计算机、航空航天、国防尖端等国民经济的所有领域，已成为不可缺少的重要的生产资料和消费资料。
进入90年代，我国国民经济的持速增长，带动了塑料工业的快速增长。
塑料机械产业明显的跃升，促使注塑产品的应用领域从一般日用、民用行业向国民经济几乎所有的部门拓展，而且具有较高技术含量和高附加值的注塑产品开发应用不断增多，提高了我国注塑行业的整体水平。
企业技术装备、市场开发能力、产品应用范围和参与市场竞争的能力等方面与以往相比均有了较大提高，沿海工业发达地区的注塑产品档次接近港台同类产品的水平。
到2000年全国注塑产品耗用量约287万吨；其中农用注塑品2.65万吨、包装储运注塑品6.5万吨、建筑注塑管件22.6万吨、工业配套注遥控器底壳127万吨、日用注塑制品128.2万吨。
注塑行业主要生产加工配套产品，服务于国民经济各行各业，市场需求量大，2000年家电行业洗衣机、冰箱、小家电产品等约需50万吨；电子电器、电视机、电脑等产品需塑料配件产品约50万吨；250万辆汽车需注塑配件约30万吨；包装储运物流产品约6.5万吨。
沿海经济发达地区，由于经济高速增长，急需注塑产品的配套服务，给注塑行业发展带来机遇。
目前国内经济发达地区广东、浙江、上海、江苏和山东等省市注塑产品产量约占全国总产量65%，且从过去劳动密集型逐渐转向技术、资本密集型发展，生产力布局日趋合理。
目前注塑行业年加工能力350万吨以上，单机注塑加工容量可从4克--5万克，甚至将有6万克注塑机问世。
注塑行业存在的主要问题
1、我国注塑行业专业化生产企业，大多数是原国家轻工业部管辖下五、六十年代建的塑料制品厂，其特点生产规模小、分散广、科技力量不强、市场开发应变能力薄弱、中低档产品偏多、企业老负担重、资金缺乏。
而国内一些原料生产基地和大型家电集团、汽车制造厂、建材厂自己投资搞注塑配件、其生产规模、科学技术水平和产品市场拥有率大大超过原有企业水平，市场竞争的地理化和本土化，这种上游产品往下发展，而下游产品往上发展，使我国处于中间状态的注塑企业发展空间越来越小，注塑产品单一，企业生存和发展越来越难，濒临破产倒闭。
2、我国注塑行业市场存在混乱状况。
个别乡镇私人企业，由于其负担轻、税赋低、劳动成本低、偷工减料以低档次、低价格倾销产品冲击市场，阻碍我国注塑行业的健康有序发展。
3、注塑行业重复建设、产能过剩、产品互相削价，致使经济效益大幅度滑坡。
4、国内多数注塑产品企业整体技术、装备、水平与发达国家比还处于较落后状态、产品开发能力差，创新少、深度加工跟不上市场需求。
5、注塑制品加工离不开注塑设备和模具，而目前国内能制造的最大注塑机锁模力只有3600吨左右，注塑量未超过5万克。
同时全国模具厂缺乏龙头企业，模具开发能力尚不及先进发达国家。
6、原材料供应方面。
国内自己生产原料品种牌号少，选择余地小，不能满足加工厂需求，每年还需大量进口原材料。
国内原材料供需矛盾突出。
第二章遥控器底壳的工艺性分析
2.1遥控器底壳的原材料分析
遥控器底壳的材料采用ABS，属热塑性塑料。
ABS密度1.05～1.07g/cm3，抗拉强度35～63MPa，抗弯强度62～97MPa，拉伸弹性模量1587～2277MPa，弯曲弹性模量1380～2690MPa，收缩率0.3%～0.8%，常取0.55%，成型温度200～240℃。
ABS塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。
ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件。
2.2成型特性及条件
1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的遥控器底壳须长时间预热干燥80-90度。
2、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。
3、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。
4、流动性中等，溢边值0.04mm。
5、塑料的加热温度对遥控器底壳的质量影响较大，温度过高易于分解（分解温度为250℃）。
成型时宜采用较高的加热温度（模温50～80℃）和较高的注射压力（柱塞式注射机：
料温180～230℃，注射压力100～140MPa；螺杆式注射机：
温度160～220℃，注射压力70～100MPa）。
2.3遥控器底壳的结构和尺寸精度及表面质量分析
2.3.1结构分析
从零件图上分析，遥控器底壳的形状较复杂，带有一个侧面孔，侧抽芯给模具的加工带了很大的难度。
遥控器底壳的注塑材料选用ABS，遥控器底壳的铰链的决定了遥控器底壳的重心的位置的所在。
所以我们必须很好多处理遥控器底壳壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。
由于遥控器底壳的主体作用是起固定保护作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。
主要是它孔的壁厚相对壁厚有一定的差距，势必会在注塑的时候到来很大的牛顿减力，造成遥控器底壳填充不满的缺陷，可以考虑采用单浇口，但应用了UG的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后，发现会给遥控器底壳的表面带来更多的熔接痕和气孔。
也可以利用模具的可靠的精度来定位，但是这样的话成本太高，而且易造成模具损坏。
因为考虑到凹凸模形状的复杂，用整体形式是不利于损坏后的维修，适当的使用嵌件就可以解决这些问题，但不能利用过多的嵌件，不然的话就会造成型腔的强度与刚度不够。
图2-1遥控器底壳
2.3.2尺寸精度分析
图4-2浇注系统
4.3.1主流道设计
根据设计手册查得XS-ZY-125型注射机喷嘴的有关尺寸如下：
喷嘴前端孔径：
=Φ3mm；
喷嘴前端球面半径：
R1=16mm；
根据模具主流道与喷嘴关系：
R=R1+（1～2）mmd=+（0.5～1）mm
取主流道球面半径：
R=16mm；
取主流道的小端直径：
d=Φ3mm；
为便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1°～3°，取α=2°，经换算的主流道大端直径7.6故D取Φ8mm。
4.3.2分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道。
在多腔模中，一般都设置分流道。
本模具分流道为半圆形，只设在定模一侧。
分流道宽度为6mm,高度为3mm，长度l=36mm。
4.3.3浇口设计
考虑该零件的外观要求，采用侧浇口，宽为2mm，长为0.75mm,,与分流道圆弧连接。
4.3.4浇口套及定位环设计
根据注塑机的要求，选取定位环直径为Φ100mm，浇口套公称直径为Φ16mm。
其他尺寸根据相关情况选定。
浇口套各部分尺寸如图5-3所示：
图4-3浇口套
4.4成型零件结构设计
考虑到加工的工艺性，型腔采用整体式凹模，强度高、刚性好，不会使遥控器底壳产生拼接缝痕迹，便于模具装配，并缩小整个模具的外型尺寸；型芯采用整体嵌入式型芯，其优点是方便加工和热处理，节省贵重模具材料，可将其成型部分和安装部分分开加工好后，再连接起来，整体式凸模与凸模固定板用螺钉联接。
4.4.1型腔工作尺寸的计算
（1）型腔径向尺寸计算。
遥控器底壳尺寸精度4级，其公差值查表得：
mm、mm，ABS塑料的平均收缩率=0.55%，模具制造公差，型腔尺寸计算如下
（4-1）
=（106+106*0.0055-0.75*0.62）
=
（4-2）
=（44+44*0.0055-0.75*0.22）
=
（2）型腔高度尺寸计算。
遥控器底壳尺寸精度4级，其公差值查表得：
，型腔高度尺寸计算如下
（4-3）
=（10+10*0.0055-2/3*0.32）
=
型芯计算按照如上方法进行，故得出尺寸如下表：
类型
遥控器底壳尺寸
计算公式
计算结果
型腔
型芯
4.4.2型腔侧壁厚度和底板厚度计算
（1）从刚度的观点出发，型腔最小侧壁厚为：
（4-4）
=
=23mm
式中p——型腔压力取30Mpa；
a——受熔体压力部分的高度，a=10mm；
L——型腔侧壁长边尺寸，L=64mm；
E——模具材料的弹性模量（MPa），E取2.1×105；
H——型腔高度，取h=11mm；
[δ]——刚度条件，即允许变形量，取[δ]=0.03mm。
（2）从刚度的观点出发，型腔最小底板壁厚为
（4-5）
=
=24.75mm
（3）从强度的观点出发，型腔最小底板壁厚为
（4-6）
=
=26mm
4.5导向及定位机构设计
注射模导向与定位机构，主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确配合和可靠的分开，以避免模内个零件发生碰撞和干涉，并确保遥控器底壳的形状和尺寸精度。
导向机构的主要形式有导柱导向和锥面定位两种，这里选用的是运用极为广泛的导柱导向。
4.5.1导向机构的设计
导柱导向机构是利用导柱与导柱孔之间的间隙配合来保证模具的对合精度。
导柱应合理布置在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离以保证模具强度。
为了确保动模和定模只能按一个方向合模，导柱布置方式常采用等直径导柱的不对称布置，或不等直径导柱的对称布置方式。
导柱工作部分长度应比型芯端面高出6～8mm，以确保其导向与引导作用。
导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，导柱固定部分配合精度采用H7/n6。
另外，导柱既可设置在动模也可设置在定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于遥控器底壳脱模。
综上所述，本模具选用公称直径为Φ20mm的有肩导柱共4根，长度为126mm，将其对称布置在定模一边；导套选用带头导套，公称直径也为Φ20mm，它与动模板的配合精度为H7/n6。
4.5.2导柱导套材料的选择和热处理
导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，导套应有足够的耐磨度因此采用碳素工具钢（T8A）经淬火处理，硬度为50～55HRC。
导柱和导套配合部分的表面粗糙度要求为R0.8µm。
4.6脱模机构设计
4.6.1脱模力计算
脱模机构运动的动力一般来自注塑机的推出机构，故脱模机构一般设置在注塑模的动模内。
开始脱模时的瞬间所要克服的阻力最大，称为初始脱模力，以后脱模所需的力为相继脱模力，后者要比以者小，所以计算脱模力的时候，总是计算初始脱模力。
所以，脱模力的计算公式为：
（4-7）
=41025N
式中——遥控器底壳平均壁厚（mm），取=1.5mm；
E——塑料的弹性模量（Mpa），取E=3000MPa；
S——塑料平均成型收缩率（%），取S=0.5%；
——遥控器底壳对型芯的包容长度（mm），取m=90mm；
——模具型芯的脱模斜度（º），=2º；
——遥控器底壳与型芯之间的静摩擦系数，取=0.2；
——塑料的泊松比，ABS没有泊松比；
——无因次系数，取=1；
A——遥控器底壳型芯在脱模方向上的投影面积。
4.6.2脱模机构的选择与设计
由于推杆加工简单，更换方便，脱模效果好，适合中小型遥控器底壳，所以这里选择推杆脱模机构。
在推杆的众多形式中选用结构简单作用面积最大，应用最广泛的圆推杆。
圆推杆直径不宜过细，应有足够的刚度来承担推力，一般推杆直径为Φ2.5～Φ12mm，尽量避免Φ2mm以下的推杆。
推杆直径d的确定可根据压杆稳定公式求得：
（4-8）
=
=5.78mm
式中d——推杆直径；
Ψ——安全系数，取Ψ=1.5；
L——推杆长度（mm）；
F——脱模力（N）；
n——推杆的数量6根；
E——推杆材料的弹性模量，取E=2.1×105Mpa。
为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为：
（4-9）
即
=
=0.8mm
式中，—推杆材料的许用压应力，=150Mpa；是推杆所受的应力（Mpa）。
实际推杆直径为Φ6mm，故满足强度要求。
4.6.3推出机构的复位
脱模机构完成遥控器底壳的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置。
本设计采用推杆复位，推杆复位精确可靠，一般为4根，对称分布在推板的四周，其基本尺寸为Φ15mm，长度为116mm，固定在推杆固定板上。
4.7冷却系统设计
4.7.1冷却系统的设计原则
1.冷却系统的布置应先于脱模机构。
2.合理地确定冷却管道的直径中心距以及型腔壁的距离。
3.降低进出水的温度差。
4.浇口处应加强冷却。
5.应避免将冷却水道开设在遥控器底壳熔接痕处，并注意干涉及密封等问题。
6.冷却水道应便于加工和清理。
4.7.2冷却回路的设计
本模具属于中小型模具，而且是薄壁结构，为了冷却更快，根据遥控器底壳的形状、型腔内温度分布及浇口位置等情况，选择Φ6mm为孔的直径，在型腔设置冷却回路。
采用直流冷却回路。
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