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小电机外壳造型和注射模具设计(论文 DWG图纸).rar

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    编号:20180802233208238    类型:共享资源    大小:2.27MB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    电机 外壳 造型 注射 模具设计 论文 DWG 图纸
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    南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 1 页 共 34 页目 录1 引言 ---------------------------------------------------------------------------------------------------31.1 塑料简介 ------------------------------------------------------------------------------------31.2 注塑成型及注塑模 ------------------------------------------------------------------------32 塑料材料分析 ---------------------------------------------------------------------------------------52.1 塑料材料的基本特性 ---------------------------------------------------------------------52.2 塑件材料成型性能 ------------------------------------------------------------------------62.3 塑件材料成型条件 ------------------------------------------------------------------------73 塑件的工艺分析 ------------------------------------------------------------------------------------73.1 塑件的结构设计 ---------------------------------------------------------------------------83.2 塑件尺寸及精度 ---------------------------------------------------------------------------93.3 塑件表面粗糙度 ---------------------------------------------------------------------------93.4 塑件的体积和质量 ----------------------------------------------------------------------104 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定 ----------------------------------------------104.1 注射成型工艺过程分析 ----------------------------------------------------------------104.2 浇口种类的确定 -------------------------------------------------------------------------114.3 型腔数目的确定 -------------------------------------------------------------------------114.4 注射机的选择和校核 -----------------------------------------------------------------114.4.1 注射量的校核 ---------------------------------------------------------------------124.4.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 -----------------------------124.4.3 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 --------------------------------135 注射模具结构设计 -------------------------------------------------------------------------------145.1 分型面的设计 ----------------------------------------------------------------------------145.2 型腔的布局 -------------------------------------------------------------------------------155.3 浇注系统的设计 -------------------------------------------------------------------------155.3.1 浇注系统组成 -----------------------------------------------------------------155.3.2 确定浇注系统的原则 --------------------------------------------------------165.3.3 主流道的设计 -----------------------------------------------------------------165.3.4 分流道的设计 -----------------------------------------------------------------175.3.5 浇口的设计 ---------------------------------------------------------------------185.3.6 冷料穴的设计 -----------------------------------------------------------------195.4 注射模成型零部件的设计 -------------------------------------------------------------195.4.1 成型零部件结构设计 --------------------------------------------------------195.4.2 成型零部件工作尺寸的计算 -----------------------------------------------205.5 排气结构设计 ----------------------------------------------------------------------------205.6 脱模机构的设计 -------------------------------------------------------------------------215.6.1 脱模机构的选用原则 --------------------------------------------------------21南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 2 页 共 34 页5.6.2 脱模机构类型的选择 --------------------------------------------------------215.6.3 推杆机构具体设计 -----------------------------------------------------------215.6.4 脱模动作原理 ----------------------------------------------------------------225.7 模具总装图 -------------------------------------------------------------------------------235.8 注射模温度调节系统 -------------------------------------------------------------------245.8.1 温度调节对塑件质量的影响 -----------------------------------------------245.8.2 冷却系统之设计规则 -------------------------------------------------------245.9 模架及标准件的选用 -------------------------------------------------------------------255.9.1 模架的选用 ---------------------------------------------------------------------255.9.2 标准件的选用 -----------------------------------------------------------------256 模具材料的选用 ------------------------------------------------------------------------------------266.1 成型零件材料选用 ----------------------------------------------------------------------266.2 注射模用钢种 ----------------------------------------------------------------------------267 注射成型工艺过程模拟分析 ---------------------------------------------------------------------27总结 -------------------------------------------------------------------------------------------------------32致谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------------32参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------------------33南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 3 页 共 34 页1 引言模具制造是国家经济建设中的一项重要产业,振兴和发展我国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。 “模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中,60%~80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器” ,用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。模具工业是制造业中的一项基础产业,是技术成果转化的基础,同时本身又是高新技术产业的重要领域。1.1 塑料简介塑料是以树脂为主要成分的高分子材料,它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸,并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能,广泛应用于现代工业和日常生活,它具有密度小,质量轻,比强度高,绝缘性能好,介电损耗低,化学稳定性高,减摩耐磨性能好,减振隔音性能好等诸多优点。另外,许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能 [1]。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料,在国民经济中,塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。1.2 注塑成型及注塑模将塑料成型为制品的生产方法很多,最常用的有注射,挤出,压缩,压注,压延和吹塑等。其中,注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外,几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短,能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中,其产口占目前塑料制件生产的 30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高,不适合单件及批量较小的塑料件的生产。要了解注射成型和注射模,首先得了解注射机的一些基本知识,注射机是注射成型的主要设备,依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备,按其外形可分为立式、卧式、直角式三种,由注射装置、锁模装置、脱模装置,模板机架系统等组成。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 4 页 共 34 页注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的,其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化,使之成为粘流态熔体,然后在柱塞或螺杆的高压推动下,以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中,经过一段保压冷却定型时间后,开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。注射成型生产中使用的模具叫注射模,它是实现注射成型生产的工艺装备。注射模的种类很多,其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关,其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上,动模部分安装在注射机的移动模板上,在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成 [2] 。注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体,并把它注射到型腔中去,在控制条件下冷却定型,使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后,注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。注射成型有三大工艺条件,即:温度、压力、时间。在成型过程中,尤其是精密制品的成型,要确立一组最佳的成型条件决非易事,因为影响成型条件的因素太多,有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。塑料模具的设计不但要采用 CAD 技术,而且还要采用计算机辅助工程(CAE)技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段,即开发/设计阶段(包括产品设计、模具设计和模具制造)和生产阶段(包括购买材料、试模和成型) 。传统的注塑方法是在正式生产前,由于设计人员凭经验与直觉设计模具,模具装配完毕后,通常需要几次试模,发现问题后,不仅需要重新设置工艺参数,甚至还需要修改塑料制品和模具设计,这势必增加生产成本,延长产品开发周期。目前国际市场上主要流行的,运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的 MOLDFLOW、美国的 CFLOW、华中科技大学的 H-FLOW 等。其中 MOLDFLOW 软件包括三个部分:MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS (产品优化顾问,简称 MPA) ,MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT (注射成型模拟分析,简称 MPI) ,MOLDFLOW PLASTICS XPERT 南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 5 页 共 34 页(注射成型过程控制专家,简称 MPX) 。采用 CAE 技术,可以完全代替试模,CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案,在模具制造加工之前,在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、保压、冷却情况,以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题,及时修改制件和模具设计,而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破,而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等,都有着重大的技术经济意义 [3]。2 塑料材料分析2.1 塑料材料的基本特性中国目前小孩比例甚多,市场也看中了这一点,为了适应小孩的需要,很多厂家开始生产以小孩为主要消费者的各种玩具,本次设计就是以此为基点,设计生产一套小电机外壳造型的注射模具,该电机外壳类似电吹风,玲珑小巧,握在掌心,在炎热夏季做清凉解暑之用,颇受小孩子喜欢,具有广阔的市场前景。设计中利用 CAD/CAE技术进行模具设计和成型工艺分析。首先,在三维高端软件 UG·NX 上进行产品 3D 造型,然后使用 Auto CAD 绘制注射模具总装图和模具零件图,最后将产品三维图转入MOLDFLOW 软件中进行注射工艺过程模拟分析,确定最佳的注射工艺参数,同时分析制品缺陷的原因及解决办法。图(1)塑件三维造型图塑件三维造型如图(1)所示,显示的是塑件的三维等轴侧视图,外壳分为左右两部分,整体上呈对称结构,边侧开个小孔,用于伸出小电动机的转轴部分,近侧壁一方装有类似肋板的电机固定装置,下部伸出部分各有一个锪平孔,用于装配玩具风扇南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 6 页 共 34 页手柄。且一方开一小槽,用于电池与电机的联接。外壳两部分互设有配合边缘,四周设有四个导向装置,便于快速装配使用。该电机外壳外表光滑,呈透明状。故选用材料为聚苯乙烯 PS,它是一种优良的热塑性工程材料。2.2 塑件材料成型性能塑件材料对注射工艺和模具结构的适应能力叫做注射成型性能,注射成型性能的好坏直接影响到成型加工的难易程度和制品质量的优劣,同时还影响生产效率的高低和设备的辐射能损耗等。PS 成型性能主要有:聚苯乙烯(Polystyrene)简称 PS。其世界产量仅次于 PE、PVC、PP 居世界第四位,后来高抗冲级的 PS 产生(简写 HIPS)拓宽了 PS 的用途范围。PS 为无定型、非极性线性高聚物。由于在分子链上有苯环取代基,分子的不对称性增加,内旋转受到限制,为此,呈现刚性,性脆。玻璃化温度较高,为80~100 ,分子量一般在 5 万~20 万。CPS 的密度为 1.054 ,为无色透明粒状热塑性树脂。具有良好的化学稳定3/cmg性,它能溶解于苯、四氯化碳、甲苯、氯仿、除丙酮以外的酮类、酯类等。能耐一般酸、碱、盐的腐蚀。热稳定性好,成型温度范围宽,在粘流态下温度的少许波动不会影响注射过程。吸湿性极小,只有 0.02%~0.06%,所以在加工前,可以不干燥,又其比热较低,所以塑化效率高,在模具中固化快,成型周期短。PS 收缩率低,只有 0.4%~0.7%,对模制品影响不大。PS 具有一定的力学强度,化学稳定性及电气性能都较优良,透光性好,达88%~92%,仅次于有机玻璃,折光率为 1.59~1.60,具有优良的电绝缘性能,一般不受温度、湿度的影响。着色性佳,并易于成形。它的特点是差不多完全能耐水。缺点是耐热性较低,而且其制品由于内应力容易碎裂,仅能于低负荷和不高的温度(60~75℃)下使用,所以在成型中一定要注意这个问题,清除内应力除调节工艺参数、模具结构等之外,还可将制品进行后处理以消除内应力,如将其置于 60~75℃热水浴中或烘箱中, “退火”处理 1~3 小时。冷却定型温度应小于 50℃,可使制品表面光亮、平滑。处于粘流态的聚苯乙烯,其粘度对剪切速率和温度都比较敏感,在注射成型中无南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 7 页 共 34 页论是增大注射压力或升高温度都会使熔融粘度显着下降。因此,聚苯乙烯既可用于螺杆式也可用于柱塞式注射机成型。在此选用柱塞式注射机。料筒温度控制在140~260℃之间,喷嘴温度为 170~190℃,注射压力为 60~150MPa,为了使制品顺利脱模,模壁斜度应增大至 1~2 度。PS 主要用于各种仪表外壳,骨架,仪表指示灯,灯罩,汽车灯罩,化工贮酸槽、酸输送槽(特别如氢氟酸),化学仪器零件,电讯零件,由于透明度好,还可用于制造光学仪器零件及透镜 [4]。2.3 塑件材料成型条件确定注射工艺条件时,需要根据塑料品种选择适当的工艺参数,知道了塑料的工艺参数还能选择合适的注射机,使机型的规格大小及性能参数的范围尽量与注射工艺参数接近,只有这样才能在保证制品质量的前提下,获得最高的生产效率和经济效益。PS 的注射工艺条件参数见表 1、2 和 3。表 1 PS 的注射工艺参数料筒温度℃注射机类型预热温度℃ 喷嘴温度℃前段 后段模具温度℃柱塞式 60~75 160~170 170~190 140~160 20~60表 2 PS 的注射工艺参数注射压力 MPa成型时间 S冷却时间 S成型周期S后处理介质后处理温度℃后处理时间 S60~10015~45 15~30 40~90 热水浴或鼓风烘箱70 2~4表 3 PS 的热处理条件塑料 热处理介质 处理温度℃ 制件厚度 mm 处理时间 min60~70 630~60PS 空气或水70~77 7120~360南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 8 页 共 34 页3 塑件的工艺分析在模具设计之前需要对塑伯的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析,只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。电动机外壳如图(2)所示,具体结构和尺寸详见图纸,该塑件结构并不太复杂,只是几何形状有点不规则,外轮廓线由圆弧和直线组成。图(2)玩具小电动机外壳平面视图3.1 塑件的结构设计(1) 、脱模斜度由于注射制品在冷却过程中产生收缩,因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模,防止因脱模力过大拉伤制品表面,与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小,不仅会使制品尺寸困难,而且易使制品表面损伤或破裂,斜度过大时,虽然脱模方便,但会影响制品尺寸精度,并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取 0.5~1.5 ,根据文献[1],塑件材料 PS 的型腔脱模斜度为 35 ~1 30/ ,型芯 /脱模斜度为 30/~1(2) 、塑件的壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素,是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响,它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下,塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大,生产成本提高,更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度,使成型周期延长,另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差,在脱南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 9 页 共 34 页模、装配、使用中会发生变形,影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀,以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在1~4 ,最常用的数值为 2~3 。该小电机外壳壁厚均匀,周边和底部壁厚均为mm2 。壳内凸出部件的壁厚均为 1(3) 、塑件的圆角为防止塑件转角处的应力集中,改善其成型加工过程中的充模特性,增加相应位置模具和塑件的力学角度,需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时,塑件的各连接角处均有半径不小于 0.5~1 的圆角。一般外圆弧半径大m于壁厚的 0.5 倍,内圆角半径应是壁厚的 0.5 倍。该小电机外壳表面圆角半径为 2 ,内部转弯处圆角半径为 1(4) 、孔塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔,原则上讲,这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时,会使熔体流动困难,模具加工难度增大,生产成本提高,困此在塑件上设计孔时,应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用,所以在孔成型时周围易产生熔接痕,导致孔的强度降低,故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径,孔的周边应增加壁厚,以保证塑件的强度和刚度。本设计中孔都在侧面或边缘,能采用型芯直接加工成型。3.2 塑件尺寸及精度塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格,在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品,反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发,只要能满足制品的使用要求,一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑,以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为PS,流动性较好,适用于不同尺寸的制品。塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本,在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大,所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平,塑件尺寸公差可以参照文献[2]表 3-2 塑件的尺寸与公关(SJ1372-1978)的塑料制件公差数值标准来确定。根据文献[2],选用一般精度等级,PS 的精度等级一般为四级,可在文献中查到相应的公差值。 南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 10 页 共 34 页3.3 塑件表面粗糙度塑件的表面要求越高,表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外,主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为 Ra 0.02~1.25 之间,模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的 1/2,即 Ra m0.01~0.63 。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加,所以应随时给以抛光复原。该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高许多,为 Ra0.4 ,内部为 0.8 。m外部接手柄区域粗糙度加大,主要是为了装配牢固和方便,且增加摩擦力以便小孩拿紧该小电扇。3.4 塑件的体积和质量用 UG·NX 软件对该小电机外壳进行三维实体造型,然后用分析模块对其进行质量特性分析,输入材料密度( 的密度为 ) ,即可以得出该塑件制品上半PS054.13/cmg部分的体积为 ,质量为 克。下半部分体积为 ,质量为 克。2.33cm9. 27.3c45.4 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定4.1、注射成型工艺过程分析 [5]根据塑件的结构、材料及质量,确定其成型工艺过程为:第一步:为使注射过程顺利和保证产品质量,应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。(1) 、成型前对原材料的预处理根据注射成型对物料的要求,检验物料的含水量,外观色泽,颗粒情况并测试其热稳定性,流动性和收缩率等指标,对原材料进行适当的预热干燥,PS 材料吸水率极低,成型前一般不必进行干燥处理。如有需要,可在 70 ~ 80 ℃下干燥 2~4 h。(2) 、料筒的清洗在初用某种塑料或某一注射机之前,或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时,都需要对注射机(主要是料筒)进行清洗或拆换。柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难,因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动,清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆式通常是直接换
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