榨汁机的结构设计和模具设计毕业作品.docx
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榨汁机的结构设计和模具设计毕业作品
榨汁机的结构设计和模具设计
专业:
机械设计制造及其自动化
摘要
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。
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。
在本次设计中,将对榨汁机的模具通过Pro/E软件进行三维设计。
首先对塑件结构、材料特性、用途以及参数进行分析,以便合理选择分型面,确定型腔数。
还要根据塑件的使用材料和几何形式,合理选择浇注系统,使塑件成型后达到所要求的力学性能和外观表面,最终确定模具的总体结构形式,使塑件能够顺利地成型和脱模。
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。
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。
关键词:
榨汁机;产品设计;结构设计;模具设计
Abstract
Inrecentyears,mouldisdevelopingtowardshighquality,highefficient,lowcostandshort-period.Intraditionalmoulddesign,moulddesignerswasusing2DCADSoftware&Toolstoproceedthepreliminarydesign.However,3Dmoulddesignalreadyhasbeenusedextensivelynowadays,whichmakesmoulddesignapproachtostandardizationandmakespreliminarydesignquicklyrealize.
Inthisdesign,itpresents3Dmoulddesignforjuice-extractorpartbyPro/E,ithaveanalyzedtheplasticpartstructure,materialproperties,use,andparameters,toareasonablechoicepartingsurface,todeterminethecavitynumber.Alsoaccordingtotheuseofplasticpartsmaterialandgeometricalform,Reasonablechoicegatingsystem,Afterplasticpartsmoldingtherequiredmechanicalperformanceandappearancesurface,Ultimatelydeterminetheoverallstructure,mouldplasticpartstobeablesmoothlyshapedandbosses.Inthismoulddesignprocess,ithasintroducedindetailforsideCore-Pullingmechanism,thedesignofpartingsurface,gatingsystemandventingsystem,coolingsystem,ejectionmechanism.Finally,throughcheckingandproductionproofingformoldingmachineparameters,themouldstructureisprovedtobereasonability.
Throughthismoulddesign,itmayfindoutthat3Dmoulddesigncanshortendesigncycle,raisedesignqualityandlargelyincreasetheworkingefficiency.
Keywords:
juicer,productdesign,structuraldesign,molddesign
第1章绪论
1.1选题背景
家电产品是人们日常生活必不可少的生活用品,人们对电器产品的要求从实用性、可靠性己经提高到对舒适性、美观性、安全性、实用经济性等方面的考虑。
当今家电产品的设计趋势正朝着个性化方向发展,时尚、外形美观的产品在市场上更具竞争优势。
对电器产品的这种不断提出的新要求,促使电器产品的外观不断的改进,零件的生产技术也不断得到新的发展,使家电产品外壳零件成形技术在成形领域中占有越来越重要的地位。
目前,电器产品的外形设计及加工技术日益受到了国内外的高度重视,德国、美国、日本等发达国家在这方面的研究已经取得相当的进展。
他们的电器产品外观美观,让人赏心悦目,而且设计高效快捷,产品更新换代加快。
目前,国内在电器产品外观零件设计制造方面的研究还处于发展阶段,与发达国家的差距很大。
由于家电产品美观性的要求,零件外形多为复杂曲面,传统的设计方法在对零件成形过程分析以及对产品存在缺陷的处理方面显得无能为力,产品成形过程数值模拟技术跟不上的现状己经成为制约产品开发和生产的一个瓶颈。
面对日益激烈的国际竞争,必须紧跟国际先进水平,不断提高电器产品外观零件的质量,降低设计和生产成本,加快生产周期。
因而,小家电产品成形技术的研究与开发具有相当重要的理论意义和实用价值。
本课题以一款新颖的榨汁机材料成型作为一个突破口,运用CAD/CAM/CAE软件进行产品设计到模具设计的产品开发过程,从而带动和促进相关电器产品外观零件成形技术的发展和技术创新。
1.2国内外注塑模具技术现状及发展趋势
我国塑料模具工业从起步到现在,历经了半个多世纪,有了很大的发展。
模具水平有了较大提高。
在大型模具方面,已经能生产大屏幕彩电塑壳注塑模具等。
精密塑料模具方面,可生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
用这些模具生产的一些塑料制品制件达到了国外同类产品的水平。
塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术,已有相当规模的开发和应用。
但与国外塑料模具的先进水平相比,依然存在一定差距。
在设计技术和制造技术上与发达国家和地区相比差距较大,我国塑料模具目前的设计、分析与制造主要依赖设计人员的经验和工艺人员的技巧,设计合理与否、制品有无缺陷只有通过试模才知道,使得模具的制造周期长、成本高。
而采用计算机辅助设计、分析与制造(CAD/CAE/CAM)一体化技术,可以极大的提高塑料模具的设计制造水平及制品质量。
在模具材料方面,专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。
模具标准化程度不高,系列化、商品化尚待规模;独立的模具工厂少;专业与柔性化相结合尚无规划;企业大而全居多,多属劳动密集型企业。
具体的说,就模具材料和标准件看。
国内大多数冶金设备、工艺较落后,大多采用电炉冶炼,钢的纯度差,表而脱碳层深、碳化物级别高、疏松超标。
钢材的冶金质量低、成材率低,一般质
量的模具钢多,高质量的模具钢材少。
而国外模具钢生产80%以上采用真空精炼和电渣重熔生产,钢材纯度、等向性高。
而国内通过电渣重熔生产的模具钢所占的份额很少,大约1/10。
国外发达国家的模具钢成材率在85%一90%,而国内成材率仅为70%。
与国外相比存在很大差距。
从加工设备、模具制造工艺和测量技术上,
(1)德国、日本模具企业的加工设备先进,基本都是数控、高速切削、单向走丝线切割或4轴一5轴联动的高速加工机床,能实现模具型而的镜而加工。
而国内模具企业的4轴一5轴联动的高速加工机床占的比例有限,高光模具的加工与国外相比差距较大。
(2)德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化,制品精度高、制造周期短。
精密模具零件的加工均采用在线测量,这方而国内至少差15-20年。
(3)德国的精密品牌产品,除了加工过程中的在线检测外,手机类、剃须刀类的产品,全部通过可靠性测试、耐候性测试、寿命测试、剃刀表而和间隙的微观显微放大测试、主要零件外形和装配后外形的激光3D测试等。
这些重要数据为产品的更新换代提供了非常重要的依据。
对于我国在这方面的检测还未跟上。
因此,努力提高模具设计与制造水平,提高国际竞争能力,是刻不容缓的。
我国多所研究部门和许多高校也在积极地开展具有自主知识产权的CAG/CAE/CAM软件的探索研究,在一定已取得了可喜的研究成果。
1.2.1注塑模具技术的发展趋势
(1)出于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度的要求,而适应高生产率而发展的一模多腔的原因,今后应该重点提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。
(2)在模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
(3)推广应用热流道技术,气体辅助注射成型技术和高压注射成型技术。
(4)开发新的成型工艺和快捷经济模具,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。
(6)应用优质材料和先进的表面处理技术来提高模具寿命和质量。
1.2.2Pro/E软件介绍
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。
Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。
是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念,并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
另外,它采用模块化方式,用户可以根据自身的需要进行选择,而不必安装所有模块。
Pro/E的基于特征方式,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。
它不但可以应用于工作站,而且也可以应用到单机上。
Pro/E采用了模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
1.参数化设计相对于产品而言,我们可以把它看成几何模型,而无论多么复杂的几何模型,都可以分解成有限数量的构成特征,而每一种构成特征,都可以用有限的参数完全约束,这就是参数化的基本概念。
2.基于特征建模 Pro/E是基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
3.单一数据库(全相关) Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。
换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。
这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合,使得一件产品的设计结合起来。
1.3研究内容
本论文主要对榨汁机的外形设计、建模方法、模具设计及其主要塑件的成型方法、模具结构进行设计。
首先对塑件结构、材料特性、用途以及参数进行分析,以便合理选择分型面,确定型腔数,还要根据塑件的使用材料和几何形式,合理选择浇注系统,使塑件成型后达到所要求的力学性能和外观表面,最终确定模具的总体结构形式,使塑件能够顺利地成型和脱模。
第2章榨汁机的造型及结构设计
2.1榨汁机设计概念
随着人们生活水平的提高,小巧、精致、功能实用的小型家电产品受到大众人群的推崇。
榨汁机也经历了大型到小型的过渡,追随潮流的人们需要绿色、健康、便携型的产品,榨汁机不仅要满足使用要求,而且也希望能成为具装饰的一道风景。
本课题设计的榨汁机在建模上运用了主流软件Pro/E的强大曲面功能,使产品更流线感,整体形状小巧简洁,在主色彩上采用了绿色黄色与透明,充分体现了时尚与健康的完美结合。
如图2.1所示为本次榨汁机设计的外观图。
图2.1榨汁机的外观图
2.2榨汁机结构设计
产品不单在外观上要引人入胜,在结构、功能方面也要有独到之处。
2.2.1榨汁机功能结构设计
每个产品的功能要求都不同,要根据产品的实际情况而定,本课题的榨汁机中,最基本的功能是利用马达的动力带动螺旋刀具的高速旋转实现对蔬果类的榨汁。
1、杯弧嘴的设计
为了实现榨汁后,果汁能顺利从弧嘴倒出,要求既要美观大方,又要曲线流畅,成型模具不用设置抽芯机构。
如图2.2与2.3所示。
图2.2榨汁机杯身图2.3榨汁机杯盖
2、底座散热孔的设计
为使马达工作时散发的热量能及时排走,增加产品的寿命,在榨汁机底座设置了圆
形的散热孔,如图2.4所示。
图2.4榨汁机的底座
2.2.2榨汁机内支架塑件设计
图2.5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2.5榨汁机内支架
表2.1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
2.3塑件材料的选择及材料的工艺特性
该榨汁机为中小批量,面向普通家庭,要求造价成本低,实用程度高。
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2.2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2.3PVC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塑件制件的结构工艺性
塑料制件成型工艺性对结构的要求主要包括:
形状、壁厚、斜度、加强筋、圆角等。
1.塑件的的表面粗糙度一般取Ra0.8~0.2um之间,为满足美观性要求,塑件的外表面要求比较光滑,取Ra0.4um;为了降低成本,内表面可以取稍大的表面粗糙度,取Ra0.8um。
2.塑件的壁厚是重要的结构要素,如果塑件的壁太薄,在脱模,使用,装配中会发生变形,影响塑件的使用和装配的准确性;塑件的壁太薄,还会造成模腔通道狭窄,流动阻力大。
3.塑件加强筋其作用有增加强度、固定底面壳、支撑架、按键导向等。
由于加强筋与胶件壳体连接处易产生外观收缩凹陷;所以,要求加强筋厚度应小于等于0.5t(t为塑件壁厚),一般加强筋厚度在0.8~1.2mm范围。
4.为了便于塑件脱模,防止脱模时擦伤塑件,建立模型时必须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度α,在模具上称为脱模斜度。
根据榨汁机塑件的形状、壁厚及PP的收缩率,取塑件产品的拔模斜度为30′~1°30′。
建立模型后,可以利用3D软件对塑件进行拔模分析,检查拔模斜度是否满足成型的需要。
5.在塑件能设计成圆角的地方都应设计为圆角;这样,在塑件成型时溶料流动阻力小,有助于改善流动充模特性。
其结果可以防止因塑件收缩而导致的塑料变形,或者因钝角而引起的应力集中,使塑件的强度增大。
模具使用寿命延长,塑件的外形也因圆弧过渡而显得更为美观。
同时,与塑件相对应的模具成型零件在热处理时不易裂口,强度大为增加。
6.基于各种各样的功能要求,塑件上需要设置各种各样的孔眼。
设计时应满足塑件的使用要求,使孔的形状,位置要有利于塑件成型,还有保证有足够的使用强度。
注射法成型塑件,孔的长度与孔直径比为:
通孔到4为止,盲孔应在4以下为妥。
设计孔时,应注意以下问题:
(1)加厚措施。
(2)为了确保塑件的使用强度,应使孔间,孔与边壁间,孔的端部至塑件表面要有足够的塑料层厚度。
第3章榨汁机模具设计
3.1确定型腔数
本次榨汁机的模具设计选取榨汁机内支架来说明模具设计的过程。
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。
方案一:
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。
方案二:
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,所以采用一模一腔的形式。
3.2注射机的选择
注射机的全称应为塑料成型机。
注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统及机架等组成
注射模具是安装在注射机上使用的工艺设备,因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范,方能设计出符合要求的模具。
根据设计的要求,查《塑料制品及其成型模具设计》,可以初步选定注塑机型号为:
SZ-60/450。
注塑机的参数如下表3-1所示:
表3-1注塑机的参数
参数
结构类型
卧
理论注射容积/cm3
78
螺杆直径/cm
30
注射压力/Mpa
100
注射速率/(g/s)
60
塑化能力/(g/s)
5.6
螺杆转速/(r/min)
14~200
锁模力/KN
450
拉杆内间距/mm
280X250
移模行程/mm
220
最大模具厚度/mm
300
最小模具厚度/mm
100
锁模形式
双曲轴
模具定位孔直径/mm
100
喷嘴球半径/mm
13
根据塑件的成型特点和要求,以及设计的模具的要求,所以初步选用注塑机型号为:
SZ-60/450。
3.2.1最大注射量的校核
塑件的质量或者体积必须与所选择的注射成型机的最大注射量想适应。
不然会影响塑件的产量和质量。
若注射量过大,注射机利用率降低,浪费电能,而且可能导致塑件分解。
而最大注射量小于塑件的质量,就会造成塑件的形状不完整或者内部组织疏松,塑件强度下降等缺陷。
为了保证正常的注射成型,注射机的最大注射量应稍大于塑件的质量或者体积。
通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大注射量的80%以内。
因此,当塑料注射成型机最大注射量以最大注射容积标定时,按下式校核:
0.8V机≥V塑件+V浇(3-1)
式中:
V机—注塑机的最大注塑量
V塑件—塑件的体积,该产品V塑件=18.06X2=36.12cm3
V浇—浇注系统体积,该产品V浇=12.97cm3
(V塑件+V浇)/0.8=(36.12+12.97)/0.8=61.4cm3
V机=78cm3
故0.8V机≥V塑件+V浇(3-2)
因此,通过上面的计算和校核,可以知道注射机的最大注射量满足要求。
3.2.2注射压力的校核
注射压力校核的目的是校核注射机的最大注射压力能否满足塑件成型的需要。
注射机最大注射压力应该稍微大于塑件成型所需要的注射压力。
即P塑机≥P塑件(3-3)
式中:
P塑机—注塑机最大注塑压力;
P塑件—塑件成型所需的注射压力;
由于该产品的材料是聚氯乙烯,查表得出:
其成型所需得注射压力为80~130MPa;注塑机的最大注塑压力为170MPa;
P塑机>P塑件
因此,通过上面的计算和校核,可以知道注射机的最大注射压力满足要求。
3.2.3锁模力校核
锁模力又称合模力,是指注射机的合模机对模具所能施加的最大夹紧力。
当熔体充满型腔时,注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面张开,为此,注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积。
F锁机>P模A(3-4)
式中:
P模—熔融塑料在型腔内的压力,25Mpa~40Mpa;
A—塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和,经过计算得出:
投影面之和为1.5cm2
F锁机
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