剃须刀上盖零件模具设计及主要模具零件数控加工.docx
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剃须刀上盖零件模具设计及主要模具零件数控加工
毕业设计
剃须刀上盖零件模具设计及主要模具零件数控加工
RazorsuperstructurepartsmolddesignandCNCmachiningofthemainmoldparts
系 别:
机电工程系
专业名称:
机械设计制造及其自动化
学生姓名:
陈子成
学 号:
06090209
指导教师姓名、职称:
刘渭博副教授
完成日期2013年4月19日
吉林大学珠海学院毕业设计任务书
姓名
陈子成
学号
06090209
班级
09级02班
系别
机电工程系
专业
机械设计制造及其自动化
毕业设计题目
剃须刀上盖零件模具设计及主要模具零件数控加工
指导教师
刘渭博
所在单位
吉林大学珠海学院机电工程系
任务:
从书本各处找出本零件所需的各样工艺参数、测量工件的尺寸大小,通过查阅表格得出该零件合适的结构尺寸,确定所要选用的标准模架类型和注塑机。
再通过软件对所加工零件进行三维造型、创建前后模和加载模架,最后画出它的总体装配图和主要零件的零件图。
时间安排:
2012年10月-12月选好题目,并且完成开题报告与开题报告的外文翻译。
2013年1月-2月进行数据处理、设计模架和准备装配图的绘制。
2013年2月-4月进行零件装配图的绘制和毕业设计说明书的写作。
参考资料:
[1]占向辉.UGNX4.0CAD详细教程[M].北京:
清华大学出版社.2009.7
[2]申开智.塑料成型模具[M].北京:
中国轻工业出版社.2006.7
[3]孙波.机械专业毕业设计宝典[M].西安:
西安电子科技大学出版社.2008.3
[4]徐宏海.数控加工工艺[M].北京:
化学工业出版社.2008.2
[5]杨占尧.塑料模具标准件及设计应用手册[M].北京:
化学工业出版社.2008.4
[6]李铭杰.模具结构设计[M].北京:
机械工业出版社.2003.10
[7]章飞.型腔模具设计与制造[M].北京:
化学工业出版社.2003.7
[8]齐卫东.简明塑料模具设计手册[M].北京:
北京理工大学出版社.2008.2
[9]宋丽华.UGNX6磨具设计与加工经典学习手册[M].北京:
兵器工业出版社.2009.1
[10]党根茂.模具设计与制造.西安电子科技大学出版社.2004.7
系专家组审核意见:
吉林大学珠海学院机电工程系
年月日
摘要
如今在国内有很多生产模具的标准,指南,推杆推管,弹性元件等,但质量较差,品种规模较少。
这些产品在国内有着大量的需求,出口前景也很不错,继续大力发展对国内的工业推动很有好处。
氮气缸和热流道元件没有正规的专业厂生产,主要依靠进口,应提高水平在现有基础上,形成标准,并组织规模化生产。
随着大规模生产和新产品开发,模具是不可缺少的工具。
没有高水平的模具,就不会有高水平,高质量的工业产品,模具的重要性是不言而喻的。
模具工业快速发展,注塑模具的方向朝着高效率,低成本发展。
为了跟上这种节奏,除了利用应用文学,自主设计和应用知识,在设计过程中提升解决问题的能力,还应该注重设计的开发能力和软件的使用并能投入到生产实践中去。
注塑模具的设计方法和流程:
首先根据塑件零件模型的材料分析其工艺特点,然后采用UG软件分型面设计,并确定型腔数目,然后选择注塑机,注塑机工艺参数的检查,包括注射体积,夹紧力,注射压力,关闭模具的厚度和注塑机的高度。
定稿形成解决方案:
浇注系统的设计,整体结构设计,的拉动机制设计,冷却系统设计,然后使用UG软件,数控加工成型件,确定刀具路径和加工方法来模拟加工过程。
[关键词]注塑模、数控加工、模具设计、UG
Abstract
Domesticproductionmoldstandard,guide,Pushtube,elasticcomponents,butthequalityispoor,thesmallscaleofvarieties.Theseproductsnotonlydomesticsupportingalotofdemand,isalsoverygoodexportprospects,shouldcontinuetovigorouslydevelop.Nitrogencylinderandhotrunnercomponentsnoformalprofessionalproductionplants,mainlyrelyonimports,shouldraisethelevelontheexistingbasis,theformationofthestandard,andorganizelarge-scaleproduction.
Withthemassproductionandnewproductdevelopmentisanindispensabletool.Withouthighlevelsofmold,therewillbehigh-level,high-qualityindustrialproducts,moldimportanceisself-evident.Moldrapidindustrialdevelopment,injectionmoldtowardthehigh-efficiency,low-costdevelopment.Inordertocatertothistrend,inadditiontothefocusonfindinggraduatedesign,literature,independentdesignandapplicationofknowledge,theabilitytosolveproblemsinthedesignprocessshouldfocusontheabilitytodevelopdesignsoftwareshortenthegraduationdesignandproductionpracticeproficient.
Injectionmolddesignmethodsandprocesses.First,accordingtotheplasticpartstheUGsoftwarepartmodelanalysisofmaterialsandprocesscharacteristics,thenpartingsurfacedesign,anddeterminethenumberofcavities,andthenselectthecheckofinjectionmoldingmachines,injectionmoldingmachineprocessparameters,includinginjectionvolume,theclampingforceinjectionpressure,closethemoldthicknessandtheheightoftheinjectionmoldingmachine.ThefinalizedformSolution:
gatingsystemdesign,theoverallstructureofthedesignthepullingmechanismdesignofthecoolingsystemdesign,andthenusetheUGsoftware,CNCmachiningmoldedparts,todeterminethetoolpathandprocessingmethodstosimulatetheprocess.
[keywords]injectionmold、cncmachining、molddesign、UG
1、绪论
在现代生产中,模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备,以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。
由于模具成型具有优质、高产、省料和成本低等特点,现已在国民经济各个部门,特别是汽车、拖拉机、机械制造、仪器仪表、航天航空、家用电器、石油化工、轻工日用品等部门得到极其广泛的应用。
模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备,模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍,因此模具工业是国民经济的基础工业,模具的生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。
由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在,因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。
塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时,专业和追求精度仍旧是一个必然的发展趋势。
从技术上来说,为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“质量好”、“精度高”、“价格低”的要求。
本课题是通过对塑件材料、质量、体积的分析与计算,合理选用注塑机,并对各个参数进行了校核,设计出一副合理,经济,适用的塑料注塑模具。
1.1设计题目:
如图1所示的塑件实物为一个剃须刀上盖零件,该零件要求具有一定的刚度与强度,上表面平整光滑该零件不透明,其形状主要由曲面与平面构成,左右对称,具有良好的受力性能。
长=110mm宽=50mm厚=2mm
密度=1.06×10-6g/mm3
质量=11.65g
设计要求:
(1)确定塑件所用塑料品种;
(2)设计和选择成型塑件的注塑模具;
(3)塑件的数控加工编程。
图1-1塑件三维图
1.2任务分析
分析设计题目、设计要求,设计前应该先确定塑件所用塑料的种类,从而确定塑件的精度等级,获取塑料的基本工艺参数。
通过对塑件结构进行观察可知:
塑件上表面光滑平面,其厚度均匀,在设计是应注意浇口位置及其尺寸的设计,以避免变得不光滑与弯曲变形。
2、塑件塑料种类的选择和结构工艺性
2.1塑料品种的确定
所给塑件实物为不透明制件,根据塑件的要求,初步确定所用塑料应是工程塑料。
在工程塑料中有很多品种满足塑件的使用要求,如ABS、聚甲醛、聚碳酸酯等。
从成型工艺性和成本方面考虑聚甲醛的热稳定性较差,加工工艺要求较高;聚碳酸酯成型时的粘度较大,分子链较刚硬要求较高,制品中容易产生内应力等,加之两者的原料价格也较高,最后还是选择用ABS塑料。
2.2ABS塑料的性能
2.3塑料精度
塑件公差等级的选用与塑料的品种有关:
模具塑件尺寸公差的代号为MT,公差等级分为7级,每一级又可分为A、B两部分,其中A为不受模具活动部分影响尺寸的公差,B为受模具活动部分影响尺寸的公差。
塑件尺寸精度的确定应合理选择,尽可能选用低精度等级。
材料为ABS时,选取一般精度等级为MT3,未注公差尺寸的公差等级为MT5。
参考书目[3]P68注塑制品表面粗糙度
2.4塑件的表面粗糙度
塑件的表面粗糙度除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外,主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。
一般模具的表面粗糙度要比塑件的低1~2级,塑料制件的表面粗糙度Ra值一般为0.8~0.2μm,在模具使用中,由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大,应随时给以抛光复原。
透明制件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同;而不透明制件则根据使用情况而定,非配合表面和隐藏面可取较大的表面粗糙度值,除塑件外表面有特殊要求外,一般型腔的表面粗糙度要低于型芯的表面粗糙度。
ABS塑料表面粗糙度的取值范围为0.025μm~1.6μm。
在本设计中表面粗糙度采用1.6μm。
参考书目[3]P71注塑制品表面粗糙度
3、分型面及型腔的设计
3.1分型面选择
分型面很重要,是模具结构中的基准面,它会直接影响成型塑件的质量、注射成型的效率以及模具加工的工艺性等等。
所以确定模的分型面是模具设计中的重要环节之一。
3.1.1选择模具分型面的基本原则:
1、符合胶件脱模的基本要求,就是能使胶件从模具内取出,分模面位置应设在胶件脱模方向最大的投影边缘部位。
2、确保胶件在后模的一侧,有利于顶出且顶针痕迹不显露于外表面。
3、分模线不影响胶件外观。
分模面应尽量不破坏胶件光滑的外表面。
4、确保胶件质量,好像把有同轴度要求的胶件部分放到分模面的同一侧等
5、分模面选择应尽量避免形成侧孔、侧凹,若需要行位成形,力求行位结构简单,尽量避免前模行位。
6、必须合理地安排浇注系统,特别是在浇口位置。
7、必须满足模具的锁紧要求,将胶件投影面积大的方向,放在前、后模的合模方向上,而将投影面积小的方向作为侧向分模面;另外,分模面是曲面时,应加斜面锁紧。
8、要有利于模具的加工。
9、要保持塑料零件的外观整洁。
3.1.2分型面的确定
产品的分型面如图3—1所示。
图3-1产品的分型面图
3.2型腔的确定
型腔数的确定,与所要求的塑件质量、塑件的几何形状、塑件成本及交货期等因素有关。
从经济的角度出发,订货量大时可选用多型腔模具,对小型制件,型腔数量可由经验决定。
当尺寸精度和重复性精度要求很高时,应尽量减少型腔的数目,在满足其他要求的前提下尽量采用单型腔模具。
针对于本设计的塑件,由于尺寸精度和重复性精度要求不高,因而拟采用以模具中心对称的一模两腔较为合适。
4、凹模、凸模厚度尺寸设计
凹模用于产品外表面的成型,精度要求高、材料耐热、耐冲击、耐磨、硬度高、耐腐蚀、抛光性能好;前模不容许烧焊。
因此选用钢材718S为加工材料。
其特点是抛光性好,耐磨性好,抗拉强度高,常用于高抛光度及高要求的内模镶件,适合PA、POM、PS、PE、PP和ABS等塑料模。
凸模用于产品内表面的成型,后模的材料比较硬,表面质量一般情况下比前模要求低一些,所以采用跟前模一样的材料。
由于此零件需一模两出,因此需要对零件进行排位,由于此零件厚2mm,根据型腔至内膜镶件边经验数值(表1)可得型腔至内膜镶件边数值为20mm。
表1型腔至内膜镶件边经验数值
型腔深度
型腔至内膜镶件边数值/mm
型腔深度
型腔至内膜镶件边数值/mm
≦20mm
15~20
30~40
30~35
20~30mm
25~30
﹥40
35~50
注:
1.凸模和凹模的宽度和长度尺寸一般情况下是相同的。
2.内模镶件的长、宽尺寸应取整数,宽度应尽量和标准模架的推杆板宽度相等。
内模镶件包括凹模和凸模,厚度与制品高度及制品在分型面上的投影面积有关,一般制品可参考下述经验数值选定。
①凹模厚度A一般在型腔深度基础上加Wa=10~20mm,当制品在分型面上的投影面积大于200cm2时,W。
宜取25~30mm。
见图4-1。
图4-1
②凸模厚度B见图3,分以下两种情况。
一是凸模无型腔:
见图8(a),此时应保证凸模有足够的强度和刚度,凸模厚度取决于凸模的长宽尺寸。
二是凸模有型腔:
图8(b),凸模的厚度B=型腔深度a+封料尺寸b(最小8mm)+钢厚14mm左右。
如果型芯镶通,则不用加14mm;如果按上式计算得到的厚度小于表2中凸模厚度B,则以表2中的厚度为准。
表2凸模厚度经验确定法
内模镶件的长×宽
凸模厚度B
内模镶件的长×宽
凸模厚度B
≦50×50
15~20
150×150~200×200
30~40
50×50~100×100
20~25
≧200×200
40~50
100×100~150×150
25~30
注意事项:
①凹模厚度应该尽量取小一点,以减小主流道的长度。
②凸模厚度是指分型面以下的厚度,不包括凸模型芯的高度。
③凸模型腔越深,封料尺寸的值就越要取小点;反之,则可以取大些。
由于零件长×宽为110×50。
因此,根据凸模厚度经验确定法(表2)可以确定凸模厚度为25mm,凹模厚度A为15mm。
当确定了型腔至内膜镶件边数值和凹凸模厚度,就可以定义一个毛坯,再通过分型面的裁剪就可以得到凹模(图4-2)、凸模(图4-3)。
图4-2产品的凹模图
图4-3产品的凸模图
5、注塑机的选择
塑件采用一模两腔形式,注塑量为1.48×103×2=3×103mm3。
要求注射成型时的总注射量应是注射机最大注射量的80%以下。
G≤80%Gmax(3-1)
代入数据得:
Gmax=G/0.8=(3×103)/0.8=3.75cm3
公式引自参考书目[4]P156公式(8-3)
初选注射机为XS-Z-30技术参数如表3:
表3XS-Z-60注塑机技术参数
理论容量/cm^3
30
柱塞直径/mm
28
注射压力/MPa
119
注射行程/mm
130
锁模力/KN
250
最大注射面积/cm^2
90
模具最大厚度/mm
180
模具最小厚度/mm
60
最大开合模行程/mm
160
动、定模固定板寸/mm
250x280
喷嘴圆弧半径/mm
12
喷嘴孔径/mm
2
拉杆空间/mm
235
顶出形式
四侧设有顶杆,机械顶出
6、注射机有关参数的校核
6.1最大注射量的校核
最大注射量应满足以下关系:
NM+Mj≤KMn(4-1)
其中N--------型腔数量;
M--------单个塑件的体积或质量,cm3或g
Mj-------浇注系统的凝量,cm3或g;
Mn-------注射机最大注射量,cm3或g;
K---------注射机最大注射量利用系数,一般取0.8;
M=1.5cm3,Mj=12cm3,KMn=0.8×30=24cm3
将已知数据带入可得:
NM+Mj=15cm3≤KMn=24cm3
所以校核最大注射量满足要求。
公式引自参考书目[3]公式P101(4.3)
6.2锁模力的校核
锁模力F应满足:
kAp≤F(4-2)
公式中:
k--------锁模力安全系数,一般取k=1.1;
A--------塑件与浇注系统在分型面上的投影面积,约为21cm2;
P--------型腔的平均压力,通常取20~40MPa,对该模具取30MPa。
经计算所需锁模力为60KN,小于注塑机的锁模力,符合要求。
公式引自参考书目[3]公式P102(4.6)
6.3注射压力的校核
注射压力P应满足:
k'P0≤P
式中:
k'--------安全系数,一般取k=1.25~1.4;
P0--------塑件与成型时所需注塑压力,对ABS塑料,常取60~100MPa。
由于所用塑件尺寸较小,平均壁厚为2mm,所用注塑压力取80MPa,在安全系数去1.4时,经计算型腔成型压力为112MPa。
注射机的注射压力为119Mpa,即注射压力>型腔成型压力
所以注射压力满足要求。
公式引自参考书目[2]P142
6.4模具闭合高度的确定
本设计模具初步拟采用A1模架。
根据参考书目[1]P418表10-2和P419表10-8、P431表10-13查得:
定模座板h1=25mm;定模板A=50mm;动模板B=25mm;动模底版h1=30mm;垫块C=80mm;推杆固定板=15mm;推板=20mm
模具闭合高度:
H=250mm。
6.5模具安装部分的校核
模具外型尺寸校核:
该模具外形尺寸为110mm×50mm,一模两腔外形尺寸为75mm×120mm,而XS-Z-30型注射机模板最大安装尺寸为250mm×280mm,所以能满足模具安装要求。
模具厚度校核:
XS-Z-30型注射机所允许模具的最小厚度为=60mm,最大厚度为=180mm,模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax安装条件。
6.6开模行程的校核
S>H1+H2+(5~10)mm(4-3)
代入数据得S=3+57+8=70mm
所以S=160mm>70mm,开模行程足够.
S——注塑机最大开模行程,(mm)
H1——塑件脱模距离(mm)
H2——包括流道凝料在内的塑件高度,(mm)
数据引自参考书目[3]
7、浇注系统的设计
7.1主流道的设计
主流道的设计原则:
一.尽量减小浇注系统的断面及缩短其长度
二.要能够保证塑件的质量(避免常见的充填问题)
三.尽可能做到同步填充
主流道是直接与注射机的喷嘴连接的部分。
主流道和高温塑料及喷嘴会经常反复接触,很容易会损坏,所以为了方便更换,常常设计成可拆卸的主流道衬套结构。
主流道衬套的进口端在注射时承受很大的喷嘴压力,同时,其出口端与分流道、浇口也承受型腔的反压力,所以主流道衬套应代凸缘,使之固定在定模上。
主流道为一圆锥孔,其小头正对注射机的喷嘴,因喷嘴外形为球面,所以主浇道小头孔端的外形应为一凹球面,为了配合紧密,防止溢料,凹球面的半径应比喷嘴的球面半径略大2~3mm,主流道的个部分尺寸如图6-3:
图7-1浇道的形式
衣架模具主流道的尺寸:
d1=喷嘴孔径+1(mm)=2.4+1=3.4mm
R=喷嘴圆弧半径+(1~2)(mm)=12+(1~2)=13~14mm
=2°~6°本设计中取2°
r=1~3(mm)取2mm
H=16mm
d2为6.4mm,L=59mm
7.2流道的设计
流道的设计准则:
一、要保证熔体迅速而均匀地充满型腔
二、分流道的尺寸要尽可能短
三、要便于加工及刀具的选择
四、每一节流道要比下一节流道大10~20%
流道是指主流道与浇口的通道,其作用是使熔融塑料过度和转向。
本设计采用圆形截面。
本设计当中分流道的d取4mm。
参考引自参考书目[3]P117
在一模多腔时,主流道的截面面积应不小于分流道面积的总和,分流道的表面粗糙度应高于主流道表面的粗糙度,从增大外层料流的阻力,降低流速以获得中心料流有相对速度差,有利于熔融塑料冷皮层固定,起到保温作用。
7.3冷料穴和拉料杆的设计
工程中常常在主流道或者一级分流道的转弯末端设置冷料穴
冷料井的直径稍大于主流道大端直径d2,冷料井与拉料杆头部结构紧密相连。
本设计采用反锥形拉料杆冷料井,这种结构形式有足够大的冷料井,在成型韧性好的塑料制品时,应用比较广泛。
在取出主流道凝料时无需作侧向移动,易于实现自动化操作。
如图6-5
图7-3冷料井的结构形式
因为主流道直径d2=12mm,所以冷料井的直径D=14mm。
参考数据引自参考书目[4]。
7.4浇口的设计
7.4.1浇口的形式:
浇口也叫作进料口,浇口的设计和位置的选择是否合理,直接影响到塑件能否被高质量地注射成型,它是连接型腔与分流道的通道。
除了直接浇口以外,它是浇注系统中截面积最小的部分。
常用的浇口形式有直接浇口、侧浇口、扇形浇口、轮辐浇口、潜伏浇口、环行浇口、点浇口、盘形浇口等。
侧浇口也叫标准浇口或边缘浇口。
侧面浇口的分型面的塑料熔体从填充模腔的内部或外部,它的横截面形状和矩形形状的选择可以根据它的形状特征的塑料
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