折頁盒塑料成型工藝及模具設計-注塑模具【含9張cad圖紙+文檔全套資料】
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河南機電高等??茖W校
畢業(yè)設計任務書
系 部: 材料工程系
專 業(yè): 模具設計與制造
學生姓名: 張綠杰 學 號: 110211156
設計題目 : 折頁盒塑料成型工藝及模具設計
起 迄 日 期: 2013年 11月 2日~2014年4月13日
指 導 教 師: 楊占堯
日期: 2013年11月2 日
畢 業(yè) 設 計 任 務 書
1.本畢業(yè)設計課題來源及應達到的目的:
該課題來源于楊占堯老師主編的《課程設計課題匯編》折頁盒注塑模設計與制造
在完成該課題之后,應對注塑工藝生產較為熟悉,能熟練掌握相關設計手冊的使用,能獨立完成一套模具的設計及模具工作零件加工工藝的編制,能夠運用模具設計軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。
2.本畢業(yè)設計課題任務的內容和要求(包括原始數據、技術要求、工作要求等):
圖1:折頁盒
原始資料: 材料:ABS 生產批量:大批量
(1)了解目前國內外塑料模具的發(fā)展現狀;
(2)塑件的結構工藝分析;
(3)折頁盒注塑模設計,并編寫設計說明書一份;
(4)繪制模具總裝圖一張,并畫出非標準零件的零件圖;
所在專業(yè)審查意見:
負責人:
年 月 日
系部意見:
系領導:
年 月 日
型芯加工工序
工序名稱
粗銑磨
工序號
02
零件名稱
型芯
零件號
00-01
零件重量
同時加工零件數
1
材 料
毛 坯
牌 號
硬 度
型 號
重 量
45
60-64HRC
設 備
夾 具
名 稱
輔 助
工 具
名 稱
型 號
銑床
虎鉗
游標卡尺
安 裝
工 步
安裝及工步說明
刀 具
量 具
走 刀
長 度
走 刀
次 數
切 削 深 度
進給量
主 軸
轉 速
切 削
速 度
基 本
工 時
一次
1
銑上平面
φ75面銑刀
游標卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
一次
1
銑下平面
φ75面銑刀
游標卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
一次
2
銑輪外廓面
φ20立銑刀
游標卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min
300r/min
一次
2
銑輪外廓面
φ20立銑刀
游標卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min
300r/min
設 計 者
張綠杰
指 導 教 師
楊占堯
共 1 頁
第1頁
型芯工藝加工過程
機 械 加 工 工 藝 過 程 卡
零件號
零 件 名 稱
8
凸模
工序號
工 序 名 稱
設 備
夾 具
刀 具
量 具
工 時
名 稱
型 號
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
01
下料:390mmx260mmx140
鋸床
虎鉗
鋸條
直尺
02
退火
熱處理爐
火鉗
03
粗加工毛胚:銑六面,互為直角,單邊留余量0.5mm
銑床
虎鉗
銑刀
卡尺
04
粗磨:磨六面,互為直角,單邊留余量0.3mm
磨床
磁力夾具
砂輪
卡尺
05
精磨:磨上下平面
磨床
磁力夾具
砂輪
游標卡尺
06
鉆床打孔攻螺紋
鉆床
虎鉗
鉆頭
游標卡尺
07
按工藝要求淬火回火使硬度達到43~48HRC
熱處理爐
火鉗
08
線切割:按圖紙要求進行線切割
線切割機床
復式支撐夾具
銅絲
游標卡尺
09
鉗工:精修、拋光
拋光機銼刀等
游標卡尺
編制 張綠杰 校對 審核 楊占堯 批準
型腔加工工序
工序名稱
粗銑磨
工序號
02
零件名稱
型芯
零件號
00-02
零件重量
同時加工零件數
1
材 料
毛 坯
牌 號
硬 度
型 號
重 量
45
60-64HRC
設 備
夾 具
名 稱
輔 助
工 具
名 稱
型 號
銑床
虎鉗
游標卡尺
安 裝
工 步
安裝及工步說明
刀 具
量 具
走 刀
長 度
走 刀
次 數
切 削 深 度
進給量
主 軸
轉 速
切 削
速 度
基 本
工 時
一次
1
銑上平面
φ75面銑刀
游標卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
一次
1
銑下平面
φ75面銑刀
游標卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
一次
2
銑輪內廓面
φ20立銑刀
游標卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min
300r/min
一次
2
銑輪內廓面
φ20立銑刀
游標卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min
300r/min
設 計 者
張綠杰
指 導 教 師
楊占堯
共 1 頁
第1頁
型腔工藝加工過程
機 械 加 工 工 藝 過 程 卡
零件號
零 件 名 稱
8
凸模
工序號
工 序 名 稱
設 備
夾 具
刀 具
量 具
工 時
名 稱
型 號
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
01
下料:390mmx255mmx145mm
鋸床
虎鉗
鋸條
直尺
02
退火
熱處理爐
火鉗
03
粗加工毛胚:銑六面,互為直角,單邊留余量0.5mm
銑床
虎鉗
銑刀
卡尺
04
粗磨:磨六面,互為直角,單邊留余量0.3mm
磨床
磁力夾具
砂輪
卡尺
05
精磨:磨上下平面
磨床
磁力夾具
砂輪
游標卡尺
06
鉆床打孔攻螺紋
鉆床
虎鉗
鉆頭
游標卡尺
07
按工藝要求淬火回火使硬度達到43~48HRC
熱處理爐
火鉗
08
線切割:按圖紙要求進行線切割
線切割機床
復式支撐夾具
銅絲
游標卡尺
09
鉗工:精修、拋光
拋光機銼刀等
游標卡尺
編制 張綠杰 校對 審核 楊占堯 批準
河南機電高等專科學校畢業(yè)設計
第1章 緒 論
模具是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備,隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品在航空、航天、電子、機械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應用,產品對模具的要求越來越高,傳統(tǒng)的模具設計方法已無法適應產品更新換代和提高質量的要求。
1.1國內模具發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢
1.1.1國內模具的現狀
隨著我國經濟的迅速發(fā)展,采用模具的生產技術得到愈來愈廣泛的應用。近年來,隨著我國產品制造業(yè)蓬勃發(fā)展,模具制造業(yè)也相應進入了高速發(fā)展時期。據中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,1995年我國模具工業(yè)總產值約為145億,而2003年已達450億左右,年均增長14%。另據統(tǒng)計,我國(不含臺灣、香港、澳門地區(qū))現有模具生產廠點已超過20000家,從業(yè)人員有60萬人,模具年產值在一億以上的企業(yè)已達十多家??梢灶A見,我國經濟的高速發(fā)展將對模具提出更為大量、迫切的需求,特別需要發(fā)展的大型、精密、復雜、長壽命的模具。同時要求模具設計、制造和生產周期要達到全新的水平。
1.1.2國內模具的發(fā)展趨勢
我國模具制造業(yè)面臨著發(fā)展的機遇,但同時也面臨著更大的挑戰(zhàn)。雖然我國模具行業(yè)發(fā)展迅速,但還遠遠不能適應國民經濟發(fā)展的需要。我國模具行業(yè)尚存在很大的不足,主要表現在以下幾個方面:
第一、體制不全,基礎薄弱?!叭Y”企業(yè)雖然已經對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用,私營企業(yè)近年來發(fā)展較快,國企改革也在進行之中,但總體來看,體制和機制尚不適應市場經濟,再加上國內模具工業(yè)基礎薄弱,因此,行業(yè)發(fā)展還不盡如人意,特別是總體水平和高新技術方面。
第二、開發(fā)能力較差,經濟效益欠佳。我國模具企業(yè)技術人員比例低,水平較低,且不重視產品開發(fā),在市場中經常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產值約合1萬美元,國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15~20萬美元,有的高達25~30萬美元,與之相對的是我國相當一部分的模具企業(yè)還沿用過去的作坊式管理,真正實現現代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
第三、工藝裝備水平低,且配套性不好,利用率低。雖然國內許多企業(yè)采用了先進的加工設備,但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多,特別是設備數控化率和CAD/CAM應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因,引進設備不配套,設備與附配件不配套現象十分普遍,設備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低,帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
第四、專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差。由于長期以來受“大而全”“小而全”影響,許多模具
企業(yè)觀念落后,模具企業(yè)專業(yè)化生產水平低,專業(yè)化分工不細,商品化程度也低。目前國內每年生產的模具,商品模具只占45%左右,其余為自產自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好,難以完成較大規(guī)模的模具成套任務,與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低,標準件使用覆蓋率低也對模具質量、成本有較大影響,對模具制造周期影響尤甚。
第五、模具材料及模具相關技術落后。模具材料性能、質量和品種往往會影響模具質量、壽命及成本,國產模具鋼與國外進口鋼相比,無論是質量還是品種規(guī)格,都有較大差距。塑料、板材、設備等性能差,也直接影響模具水平的提高。
根據國內和國際模具市場的發(fā)展狀況,有關專家預測,未來我國的模具經過行業(yè)結構調整后,將呈現十大發(fā)展趨勢:一是模具日趨大型化;二是模具的精度將越來越高;三是多功能復合模具將進一步發(fā)展;四是熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高;五是氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將有較大發(fā)展;六是模具標準化和模具標準件的應用將日漸廣泛;七是快速經濟模具的前景十分廣闊;八是壓鑄模的比例將不斷提高,同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求;九是塑料模具的比例將不斷增大;十是模具技術含量將不斷提高,中高檔模具比例將不斷增大,這也是產品結構調整所導致的模具市場未來走勢的變化。
1.2國外模具的現狀和發(fā)展趨勢
在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產品中,60%~80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生產制作表現出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性,是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產技術水平的高低,已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志,并在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。
隨著科學技術的發(fā)展,國外一些掌握和運用高新技術的人才。如模具結構設計、模具工藝設計、高級鉗工及企業(yè)管理人才,他們的技術水平比較高。故人均產值也較高。我國模具標準件使用覆蓋率只有45%,而國外先進國家模具標準件使用覆蓋率卻已達70%以上。
綜觀模具行業(yè)發(fā)展現狀,國外模具發(fā)展趨勢主要表現在以下幾個方面:理論研究的加強和模具的標準化;模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網絡化方向發(fā)展;模具檢測、加工設備向精密、高效和多功能方向發(fā)展;快速經濟制模技術;模具材料及表面處理技術發(fā)展迅速;模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認同。
第2章 塑件成型工藝性分析
本設計實例為一折頁盒,如圖2-1所示。
圖2-1 折頁盒塑件圖
2.1 塑件成型工藝性分析
(1)外形尺寸
該塑件壁厚6mm,塑件外形尺寸,體積不大,塑料熔體流程不太長,適合注射成型。
(2)建立三維模型
利用塑件的主要尺寸在NX UG軟件的造型界面下完成折頁盒塑件的三維造型,圖2-2為折頁盒塑件的三維立體圖.
圖2-2 塑件三維立體圖
經NX UG軟件里的質量分析功能測得產品的體積v塑=767082.87mm3 表面積 S表=266301.16mm2。
2.2 塑件材料的選用
本次材料選用ABS
中文學名:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯
英文學名:Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer簡稱(ABS)
2.2.1 脫模斜度
ABS屬無定型塑料成型收縮率小參考表2-1選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°
表2-1 常用塑件的脫模斜度
2.2.2 ABS的性能分析
(1)使用性能
綜合性能好,沖擊強度力學強度較高,尺寸穩(wěn)定,耐化學穩(wěn)定性,電氣性能好,易于成型和機械加工其表面,可鍍鉻適合制作一般機械零件,減摩零件,傳動零件和結構零件
(2)成型性能
1)無定型塑料。其品種多,各品種的機電性能及成型特性也各有差異,應按品種來確定成型方法及成型條件。
2)吸濕性強。水的質量分數應小于0.3%,必須充分干燥,要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。
3)流動性中等。溢邊料004mm左右。
4)模具設計時要注意澆注系統(tǒng),選擇好進料口的位置,進料方式。當推出力多大或者機械加工時塑件表面易呈現白色痕跡。
(3)ABS的主要性能指標
其性能指標見表2-2。
表2-2 ABS的性能指標
2.2.3 ABS的注射成型過程及工藝參數
(1)注射成型過程
1)成型前的準備對ABS的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗,由于ABS吸水性較大,成型前應進行充分的干燥。
2)注射過程。塑件在注射機料筒內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后,由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔。成型其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻5個階段。
3)塑件的后處理。處理的介質為空氣和水,處理溫度為60~75°C,處理時間為16~20s 。
(2)注射工藝參數
1)注射機:螺桿式,螺桿轉速為30r/min。
2)料筒溫度(°C):后段150~170;中段165~180;前段180~200。
3)噴嘴溫度(°C):170~180。
4)模具溫度(°C):50~80。
5)注射壓力(MPa):60~100。
6)成型時間(s):95(注射時間30s,冷卻時間50s,輔助時間15s)。
第3章 注射機型號的選用
(1)注射量的計算
通過NX UG三維建模設計分析計算得,
塑件體積:
v塑=767082.87mm3≈767.038cm3
塑件質量:
m塑件=pv=767.038*1.05g=805.44g
式中,p參考表2-2,取p=1.05g/cm3。
(2)澆注系統(tǒng)凝料體積的初步計算
根據經驗按照塑件體積的0.2~1倍來估算。本次設計中取0.2,則
V總塑 =v(1+0.2)=767.038*1.2cm3=902.5cm3
(3) 選擇注射機
根據第二步計算得出一次注入模具型腔的塑料總體積V總=902.5cm3,依公式(V公總=v/0.8),則有
V公總=v/0.8=902.5/0.8cm3=1128.13 cm3
因此,查工具書初步選定公稱注射量為2000cm3,注射機型號為XZY-2000臥式注射機,
(4)注射機相關參數的校核
1)注射壓力校核。查工具書,ABS所需注射壓力為60~100MPa,而注射機公稱注射壓力P公= 90MPa,即P公>P總, 所以注射機注射壓力合格。
2)鎖模力校核
① 塑件在分型面上的投影面積為:
② 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆,即流道凝料(包括澆口)在分型面上的投影面積,通常A澆是每個塑件在分型面上的投影面積A塑的0.2~0.5倍,這里取A澆= 0.3A塑,則
③ 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積為:
④ 模具型腔內的脹型力為:
式中,P模是型腔的平均計算壓力值,通常取注射壓力的20%~40%,大致范圍為25~40MPa。對于黏度較大且精度要求較高的塑料制品應取較大值,ABS屬于中等黏度塑料且塑件有一定的精度要求,故P模取35MPa。
查表3-1可得該注射機的的公稱鎖模力F鎖= 6000kN,則
所以該注射機鎖模力合格
第4章 標準模架及其相關模板尺寸的確定
4.1 模架的確定
中小型標準模架的選擇方法有兩種,均是經驗法。這里根據其中一種方法,即模板有效使用面積(型腔在模板上的平面尺寸)來選擇標準模架。
模具的大小主要取決于塑件的大小和結構。對于模具而言,在保證足夠強度和剛度的條件下,結構越緊湊越好,可以以塑件布置在推桿推出的范圍之內及復位桿與型腔保持一定距離為原則來確定模架大小。
:
即推板寬度W2≥210mm,查《塑料注射模中小型標準模架的尺寸組合》表,可得W2= 225mm,對應的標準模架的寬度B 355mm。復位桿的直徑d 20mm。
根據經驗公式(4-2)有:
即復位桿在長度方向上的間距l(xiāng)、≥400mm,查《塑料注射模中小型標準模架的尺寸組合》表,可得l、 =429mm,對應的標準模架長度L =500mm。故所選模架為《塑料注射模中小型標準模架的尺寸組合》表中第10號A3型標準模架,其規(guī)格為W×L =355×500mm
4.2 各模板尺寸的確定
(1)A板尺寸。A板是定模型腔板,塑件高度為116mm,考慮在模板上開設冷卻水道,還需流出足夠的距離,故A板厚度取145mm 。
(2)B板尺寸。B板是型芯固定板,由于塑件尺寸較大,按照模架標準,板厚取60mm 。
(3)C板尺寸。C板即為墊塊,其厚度為:
墊塊厚度+推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+(5~10)mm
=[120+30+30+(5~10)]mm
=185~190mm
這里初步選定C板厚度為185mm。
經上述尺寸的計算,模架尺寸已確定為模架序號為10號,板面為355×500mm,模架結構形式為A3型的標準模架。其外形尺寸為W×L×H=355mm×500mm×610mm。
4.3模架各尺寸的校核
根據所選注塑機來校核模具設計的尺寸。
(1)模具平面尺寸W×L=355mm×500mm<760 mm×550 mm (拉桿間距),校核合格。
(2)模具高度尺寸610mm,因為500mm(模具的最小厚度)<610mm< 890mm(模具的最大厚度)校核合格。
(3)模具的開模行程:
校核合格。
第5章?折頁盒注射模設計
5.1 澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道的始端到型腔之間的熔體進料通道。
5.1.1主流道和冷料穴的設計
由于主流道要與高溫塑料熔體及注塑機噴嘴反復接觸,所以在注射模中主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套 。
在設計中,主流道垂直于模具分型面。為了使塑料凝料能從主流道中順利拔出,需將主流道設計成圓錐形具有2°~6°的錐角,內壁表面粗糙度小端直徑常為4~8mm。同時,為了使主流道中的凝料能夠順利拔出,將小端直徑設計為大于注射機噴嘴直徑的1mm左右;凹坑半徑R也應比注射機噴嘴頭半徑大1~2mm。由于尖銳的拐角不利于熔體的流動,因此在主流道的根部拐角處增加1~2mm的圓角。
(1)主流道尺寸的確定
1)主流道的長度:通常,中型模具l、應盡量小于100mm,本次設計l、初取 90mm。
2)主流道小端直徑d= 注射機噴嘴尺寸+(0.5~1)mm,通常小端直徑為4~8mm,本次設計中取d =6mm。
3)主流道大端直徑:式中a為主流道的錐角,通常取2°~6°,本次設計取4°,則D=(6+2×90×tan4°)mm=18mm 。
4)主流道凹坑半徑:SR0 =注射機噴嘴球頭半徑=(1~2)mm=(18+2)mm=20mm 。
5)凹坑的配合高度:h=5mm。
(2)主流道的凝料體積
根據公式:
(3)主流道的當量半徑
(4)主流道澆口套形式
主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸,易磨損,設計中通常采用碳素工具鋼,本次設計選用T10A,熱處理淬火表面硬度為5055HRC,如圖5-1所示。
圖5-1 主流道澆口套的結構形式
(5)冷料穴的設計 冷料穴的作用是貯存因兩次注射間隔而產生的冷聊頭以及熔體流動的前鋒冷料,以防止熔體冷料進入型腔。常見的冷料穴有以下兩種結構 :
1)帶Z頭拉料桿的冷料穴
在冷料穴底部有一根Z頭的拉料桿,這是最常用的冷料穴形式。拉料桿頭部的側凹能將主流道凝料鉤住,開模時滯留在動模一側。拉料桿是固定在推件板上的,故凝料與拉料桿一道被推出機構從模具中推出,開模后將制品稍許作側向移動。即可將制品連凝料一道從拉料桿上取下。
同類型的還有帶頂桿的倒錐形冷料穴和圓環(huán)槽形冷料穴在開模時靠冷料穴的倒錐或側凹起拉料作用,使凝料脫出主流道襯套并滯留在動模一側,然后通過推出機構強制推出凝料。這兩種形式宜用于彈性較好的塑料制品。由于在取出主流道凝料時無需作側向移動,故采用倒錐形和圓環(huán)槽形這兩種冷料穴形式易實現自動化操作。
2)帶球形頭拉料桿的冷料穴
這種拉料桿專用于借助推件板將制品脫模的模具中。前鋒冷料靜茹冷料穴,后緊包在拉料桿的球形頭上,開模時便可將主流道凝料從主流道中拉出。球頭拉料桿固定在動模一側的型芯固定板上,并不隨推出機構移動,所以當推件板從型芯上推出制品時,也將主流道凝料從球頭拉料桿上硬刮下來,如圖(5-3a)。所示蘑菇形拉料桿圖(5-3b)和錐形拉料桿圖(5-3c)均是球形拉料桿的變異形式。其中錐形拉料桿無儲存冷料的作用,它依靠塑料收縮的包緊力將主流道凝料拉出,故可靠性差。但尖錐的分流作用好,常用在成型帶中心孔的制品上,如塑料齒輪等。
圖5-3 用于推件板脫模的拉料桿
a球形 b蘑菇形 c錐形
通過對塑件的分析本次設計中選擇圖5-3a所示的倒錐形帶球形頭的冷料穴
5.1.2分流道的設計
(1)分流道的長度和布置形式
雖然該模為一模一腔,但由于塑件表面積較大,故選擇兩個點澆口,同時為了減少在流道內的壓力損失并盡可能避免熔體溫度降低,減小分流道的容積和壓力平衡,本次設計中采用平衡式分流道。由于流道設計簡單,根據模件的體積大小,設計時可適當選小一些,單邊分流道長度取L= 45mm 。
(2)分流道的當量半徑
查表可知,ABS的分流道直徑為4.8~9.5mm 。
在本次設計中由于塑件的質量不能運用經驗公式進行確定,這里初定選取 d=7mm。
(3)分流道截面形狀
常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、六角形等。如圖5-4所示。在流道設計中要減少在流道內的壓力損失,則希望流道的截面積大;要減少傳熱損失,則希望流道的表面積小,因此可用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率,比值大則流道的效率高。根據經驗,圓形和正方形截面的效率最高,但是正方形截面流道不易將凝料頂出;且當分型面為平面時,常采用圓形截面的流道,故在本次設計中,采用圓形截面分流道。根據前面的計算,分流道的直徑
圖5-4 流道的截面形狀與效率
(4)凝料體積
1)分流道的長度
2)分流道截面積
3)凝料體積
(5)校核剪切速率
1)確定注射時間:查注射機公稱注射量表可取t=4.0s
2)計算分流道體積流量
3)計算剪切速率:
根據公式
式中,q—體積流量(cm3/s)
R—表征流道截面尺寸的當量半徑(cm)
代入數據
該分流道的剪切速率處于分流道的最佳剪切速率之間,所以分流道內熔體的剪切速率合格,同時,分流道直徑也符合設計要求。
(6)分流道的表面粗糙度和脫模斜度
分流道的表面粗糙度要求不是很低,一般取Ra1.25~2.5μm,即可此處取Ra1.6μm。另外,其脫模斜度一般在5°10°之間,本次設計中取脫模斜度為8°。 5.1.3澆口的設計
澆口是連接流道與型腔之間的一段細短通道。它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分,但它卻是最關鍵的部分。它的位置、形狀和尺寸對塑件的成型有著很大的影響。澆口的主要作用有以下幾點:
a 熔體充模后,首先在澆口處凝固,當注射機螺桿抽回時可防止熔體向流道回流。
b 熔體在流經狹窄的澆口時產生摩擦熱,使熔體升溫,有助于充模。
c 易于切除澆口尾料,二次加工方便。
d 對于多型腔模具,澆口能用來平衡進料;對于多澆口單型腔模具,澆口既能用來平衡進料,又能用以控制融合紋在制品中的位置。
澆口的理想尺寸很難用手工的方法計算出來,除了可使用式(5-2)作初步計算外,一般可根據經驗,澆口截面尺寸約為分流道面積的3%~9%,截面形狀為矩形或圓形,澆口的長度約為1~1.5mm。設計時,一般先取較小的尺寸值,以便在試模時逐步加以修正。
(1)澆口類型的選擇
1)直接澆口 直接澆口由主流道直接進料,故熔體的壓力損失小,成型容易,適用于任何塑料,常用于成型大而深的塑料制品。但由于澆口處固化慢,故易造成成型周期長,導致產生殘余應力過度填充,澆口處易產生裂紋,澆口凝料切除后制品上的疤痕較大。
2)矩形側澆口 矩形側澆口一般開在模具的分型面上,從制品的邊緣進料。其廣泛用于中小制品的多腔注射模。其優(yōu)點是截面形狀簡單、易于加工、便于試模后修正、缺點是在制品的表面留有澆注痕跡。
3)扇形澆口 扇形澆口是矩形側澆口的一種變異形式。在成型大平面板狀及薄壁制品時宜采用此澆口。
4)膜狀澆口 該澆口用于成型管狀制品及平板狀制品,其特點是將澆口的厚度減薄,而把澆口的寬度同制品的寬度做成一致,故這種澆口又稱為平面澆口或縫隙澆口。
5)點澆口 點澆口又稱為針狀澆口,是一種在制品中央開設澆口時使用圓形限制性澆口,常用于成型各種殼類、盒類。制品其優(yōu)點是:①澆點前后存在較大反差,增大熔體的剪切速率,產生剪切熱,從而使熔體的表面黏度下降,流動性增加,有利于填充型腔。②澆口疤痕小。③易達到澆注系統(tǒng)的平衡。④當制件尺寸較大時,可以從幾個點同時進料,縮短流程,加快進料速度,降低流動阻力,減少翹曲變形。⑤澆口凝料便于脫落,有利于自動化生產。其缺點是由于澆口的截面積小,流動阻力大,需提高注射壓力。點澆口宜用于成型流動性好的塑料。采用點澆口時,為了取出流道凝料,必須使用三板式雙分型面模具,或兩板式熱流道模具成本較高。
其它還有環(huán)形澆口、盤形澆口、輪輻澆口、爪形澆口、潛伏澆口和護耳澆口等。
本次設計的塑件是盒類制品制品,尺寸較大需要大,批量生產,因此,本次設計選用點澆口作為澆注系統(tǒng)的澆口。
(2)澆口直徑的確定
一般地,點澆口的截面積取矩形側澆口截面的0.5~0.7倍。這里取05,設點澆口的直徑為d(mm),根據公式:
式中,n—與塑料品種有關的關系
T—制品壁厚(mm)
A—制品外表面積(mm2)
在本次設計中,t= 6mm,A= 266301.16mm2,對于ABS,n= 0.7。
代入數據
(3)澆口長度的確定
對于點澆口的長度L一般選用0.5~2mm,這里取L= 1mm。為了防止在切除澆口凝料時損壞制品表面,在不影響使用的前提下,將澆口對面的壁厚加厚并以圓弧R過度 。
(4)澆口位置的確定
澆口開設的位置對制品的質量影響甚大,設計原則如下。
a.澆口應設置在能使型腔各個角落同時充滿的位置。
b.澆口應設置在制品壁厚較厚的部位,使熔體從厚截面,流向薄截面以利于補料。
c 澆口的位置應選擇在有利于排出型體中氣體的部位。當制品的壁厚不均勻時,由于流體在型腔內較厚位置的流速比較薄的位置快,更應仔細分析困氣的可能性。
d.澆口位置應選擇在能避免制品表面產生熔合紋的部位。
e.對于帶有細長型芯的模具,澆口位置不當會使型芯受到熔體的沖擊而產生變形。
f.澆口的設置應避免產生噴射現象。
g.澆口應設置在不影響制品外觀的部位。
h.不要再制品中承受彎曲載荷或沖擊載荷的部位設置澆口,一般,制品澆口附近的殘余應力較大而強度較差。
本次設計的折頁盒,結構較簡單,將澆口的位置設置在折頁盒箱體的底部外表面中間位置為佳。
(5)校核澆口的剪切速率
a.確定注射時間:查表5-2,t= 4.0s
b.計算澆口的體積流量
c.計算澆口的剪切速率:
根據公式(5-2),
代入數據,有
該點澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率之間,所以,該點澆口的剪切速率合格,同時,點澆口直徑d=6mm也符合設計要求。
5.1.4校核主流道的剪切速率
根據前面已設計計算出的塑件體積、主流道體積、分流道體積以及主流道的當量半徑,對主流道熔體的剪切速率進行校核,同時也主流道當量半徑進行校驗。
(1)主流帶體積流量的計算:
2)主流道剪切速率的計算
根據公式(5-2),
代入數據,有
主流道內熔體的剪切速率處于其最佳剪切速率之間,所以,主流道的剪切速率合格,同時,主流道當量半徑也符合設計要求。
5.2 模具成型部分的設計及計算
5.2.1型腔數目的確定
根據塑件的生產實際,塑件的體積、表面積大小以及工藝精度,確定本次設計的模具為一模一腔。
5.2.2分型面的確定
(1)分型面形狀的確定
分型面的形狀應盡可能簡單,以便于制品脫模和模具的制造。分型面可以是平面、階梯面或者曲面,本次設計中選擇平面作為分型面的形狀。
1)分型面位置的確定
分型面位置的選擇原則:
a.分型面必須開設在制品截面輪廓最大的部位才能使制品順利的脫模。
b.因為分型面不可避免地要在制品上留下痕跡,所以分型面最好不選在制品光滑的外表面或帶圓弧的轉角處。
c.在注射成型時因推出機構一般設置在動模一側,故分型面應盡量選在能使制品留在動模內的地方。
d.對于同軸度要求較高的制品如雙聯齒輪等,在選擇分型面時,最好把要求同軸的部分放在分型面同一側。
e.一般側向分型抽芯機構的側向抽拔距離都較小,故選擇分型面時應將抽芯或分型距離長的一邊放在動、定模的方向上,而將短的一邊作為側向分型的抽芯。
f.因側向合模緊鎖力較小,故對于投影面積較大的大型制品,應將投影面積大的分型面放在動、定模的合模主平面上,而將投影面積較小的分型面作為側向分型面。
g.當分型面作為排氣面時,應將分型面設計在料流的末端,以利于排氣。
h.不能有分型面與開模方向平行,應當盡量使分型面與開模方向垂直或有較大角度。這樣才能保證在導向間隙下動模與定模正確接觸形成封閉型腔。
i.分型面應避免使模具上產生尖角等強度薄弱的部位。
5.2.3成型零件的結構設計
(1)凹模的結構設計
按凹模結構的不同可將凹模分為:
1)整體式凹模
整體式凹模由整塊材料加工制成。其特點是牢固,不會使制品產生拼接縫痕跡,常用于中、小型簡單模具。但由于整體式凹模加工困難,熱處理不方便,因此不適宜作復雜形狀制品的模具。
2)整體嵌入式凹模
在多型腔的凹模常被單獨加工為鑲件,其外形多采用帶臺階的圓柱體或矩形鑲件,從下部嵌入到凹模固定板中。如果制品不是旋轉體,圓形鑲件還需用銷釘或螺釘定位。
3)局部鑲嵌式凹模
為了加工方便,或者因為凹模的某一部分容易損壞,常使用局部鑲嵌式凹模。
4)大面積鑲嵌式凹模
對于形狀復雜的凹模,最常用的方法是將凹模做成通孔式的,在鑲以底板;或者是將宗門壁做成鑲嵌塊。采用大面積鑲嵌式結構時應仔細將各個結合面磨平、拋光這種結構的特點是便于加工和熱處理,但增加了工時。
5)四壁拼合式凹模
對于大型和形狀復雜的凹模,可將四壁和底板分別加工經研磨后壓入模套之中,側壁之間用扣鎖連接以保證連接的準確性,這種結構牢固、受力大,因此常被采用。
根據對制品的結構分析,本設計選用整體嵌入式凹模。
(2)凸模的結構設計
型芯分為整體式和組合式兩種。因為型芯的加工比凹模相對容易一些,所以大多數型芯常做成整體式。在小型模具中常常將型芯和模板做成一體,而在大、中型模具中型芯常采用組合式結構。
根據對制品的結構分析,本設計選用組合式凸模。
根據對制品的結構分析可知,該模有三個型芯,一個是成型折頁盒深桶的內表面。一個是折頁盒蓋的內表面還有一個就是蓋前端扣子的內表面由于制品尺寸較大、包緊力較大,所以前兩個型芯均設在動模部分,第三個型芯和斜推桿裝在一起,同制品一起推出。
5.2.4模具零件材料的選用及處理
作為用于模具的鋼材,特別是用作成型部位的鋼材,應具備以下性能:
a.可加工性好,熱處理變形小,可淬透性好。
b.拋光性能好,加工后的成型部位表面應該光滑美觀。
c.耐磨性好以便延長模具的壽命。
d.具有足夠的機械強度。
e.耐腐蝕性好,在使用中不易生銹。
根據對成型塑件的綜合分析,該塑件的成型零件要有足夠的剛度、強度、耐磨性及良好的抗疲勞性能,同時考慮它的機械加工性能和拋光性能。又因為該塑件為大批量生產,所以構成型腔的嵌入式凹模選用P20(美國牌號)。對于三個型芯,由于脫模時與塑件的磨損嚴重,同時在推出時型芯B和型芯C之間還會相互摩擦,因此,三個型芯的材料也選用P20。
為了提高模具成型零件的耐磨性,一般的成型零件都要進行淬火處理,要求達到的硬度為52~57HRC。導柱、導套、復位桿等為了延長使用壽命,同時保證具有一定的韌性,通常進行高頻感應加熱淬火處理。為了防銹、耐磨、修補尺寸、降低塑料制品的表面粗糙度值、便于制品脫模,模具零件的成型面常采用鍍鉻處理。
模具零件材料的選擇和熱處理詳見零件圖紙。
5.2.5成型零件工作尺寸的計算
(1)凹模和型芯尺寸的計算
1)塑件深桶凹、凸模尺寸的計算
①深桶凹模徑向尺寸(長×寬)的計算
塑件深桶外部徑向尺寸的轉化: 相應塑件制造公差相應塑件制造公差相應塑件制造公差 應 相應塑件制造公差
根據表5-4中所列公式,有
② 深桶凹模深度尺寸的計算
塑件深桶外部高度方向尺寸的轉換:塑件高度的最大尺寸
相應的
根據表5-4中所列公式,有
③深桶型芯徑向尺寸(長×寬)的計算
塑件深桶內部徑向尺寸的轉化: 相應塑件制造公差
相應塑件制造公差
根據表5-4中所列公式,有
④深桶型芯高度的計算
塑件深桶內部高度方向尺寸的轉換:塑件高度的最大尺寸
相應的
根據表5-4中所列公式,有
2)塑件蓋體凹凸模尺寸的計算
①蓋體凹模徑向尺寸(長×寬)的計算
塑件蓋體外部徑向尺寸的轉化: 相應塑件制造公差
相應塑件制造公差 相應塑件制造公差 應塑件制造公差 相應塑件制造公差
根據表5-4中所列公式,有
② 蓋體凹模深度尺寸的計算
塑件蓋體外部高度方向尺寸的轉換:塑件高度的最大尺寸 相應的
根據表5-4中所列公式,有
③蓋體型芯徑向尺寸(長×寬)的計算
塑件蓋體內部徑向尺寸的轉化: 相應塑件制造公差
相應塑件制造公差
根據表5-4中所列公式,有
④蓋體型芯高度的計算
塑件蓋體內部高度方向尺寸的轉換:塑件高度的最大尺寸
相應的
根據表5-4中所列公式,有
5.2.6凹模壁厚及底板厚度的計算
凹模和底板均應有足夠的厚度,厚度過薄將會導致模具的剛度不足或強度不夠。一般情況下,對于大、中型模具,剛度不足是主要矛盾;對于小型模具,強度問題更為重要。
強度不夠會使模具發(fā)生塑性變形甚至破裂;剛度不夠將會使模具產生過大的彈性變形,導致凹模尺寸擴大并產生溢料的間隙,當變形量大于制品收縮量時,制品成型后模具型腔的彈性恢復會使凹模緊緊包住制品而造成開模困難。
(1)凹模側壁厚度的計算
凹模側壁厚度與型腔內壓強及凹模的深度有關,從剛度的觀點出發(fā),根據凹模最小壁厚t(mm)的公式
在本次設計中取p=30MPa,L1=199.1mm,a=6mm,E=2.1×105MPa,h=116.6mm。
凹模最小壁厚為t=19.4m,根據所選標準模架的尺寸進行凹模的設計,就可以完全滿足剛度和強度要求。
(2)底板厚度的計算
底板厚度和所選模架的兩個墊塊之間的跨度有關,假定型腔的長度等于墊塊的跨度。根據型腔布置及型芯對底板的壓力計算出底板的厚度,即
此底板計算尺寸相對于中、小型模具來說還可以再小一些,可以增加2根支撐柱來進行支撐,可近似得到底板厚度為:
在本次設計中底板厚度取t=60mm。
5.2.7排氣槽的設計
該塑件通過兩個點澆口進料,熔體經塑件的深桶底部充滿型腔,模具的兩邊有兩塊嵌件,其與凹模之間有間隙,可作為氣體排出的方式;由于熔體是從下至上的充滿整個型腔的,則不會在頂部產生憋氣現象,只需在分型面附近設計排氣槽即可;三塊型芯是分開加工的,它們之間也有間隙;模具中的氣體沿著推桿的配合間隙、兩塊嵌件與凹模的間隙、型芯之間的間隙、分型面和型芯與型芯固定板之間的間隙向外排出。
5.3模具導向和推出機構的設計
5.3.1導向機構的設計
導向機構主要起定位、導向以及承受一定側壓力的作用:其主要有兩種形式,即導柱導向和錐面定位。注射模一般采用四個導柱和導套,通常設在主型芯四周,其保護型芯的作用。
本次設計中采用導柱導向機構。
設計導柱和導套時應注意以下幾點:
導柱應合理均布在模具分型面四周,導柱中心至模具外緣應有足夠的距離,以保證模具的強度。
②導柱的長度應比型芯端面的高度高出6~8mm,以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。
③導柱和導套應有足夠的耐磨性和強度。
④為了使導柱能順利的進入導套,導柱頭部應做成錐形或半球形,導套的前端也應倒圓角。
⑤導柱設在動模一側可以保護型芯不受損壞,設在定模一側便于塑料制品脫模卸出,因此需根據具體情況來確定導柱是倒裝還是正裝。
⑥一般導柱滑動部分的配合精度按H8/f8,導柱固定部分的配合精度按H8/s7,導套外徑的配合精度按H8/s7。
⑦除在動模和定模之間設置導柱導、導套外,一般還在動模座板和頂出板之間設置導柱和導套,以保證推板順利的實現推出運動。
⑧導柱直徑應根據模具的尺寸來選取,選取時刻參考國內外注射模標準模架數據,采用類比的方法選取。
本次設計的導柱如圖5-7所示。
圖5-7 D型導柱
5.3.2推出機構的結構設計
(1) 推出機構的典型結構
從模具中推出塑料制品及其澆注系統(tǒng)凝料的機構稱為推出機構。
推出機構的結構因模具的結構和用途不同而有所變化,但對推出機構應達到的基本要求是一致的,即:
使制品在推出過程中不致變形損壞。
②使制品盡可能滯留在動模的一側。
③使脫模后的制品有良好的外觀。
④推出動作可靠更換推出零件容易。
(2) 推出機構類型的確定
推出機構的類型取決于制品的形狀、塑料的性能及注射機的推出結構。推出機構常用的類型有:一次推出機構、二次推出機構、動定模雙向推出機構。
本次設計中,由于塑件形狀結構簡單,推出動作能一次完成,故采用一次推出機構。
本次設計中,由于塑件為矩形制品,且結構簡單,故采用推桿推出機構。
5.3.3脫模力的計算及推出零件尺寸的確定
(1)脫模力的計算
將制品從抱緊的型芯上脫出時所需克服的阻力稱為脫模力。計算脫模力時應考慮:
a由收縮包緊力造成的制品與型芯的摩擦阻力,應由試驗確定。
b由大氣壓造成的阻力。
c由塑料的粘附力造成的脫模阻力。
d推出機構運動摩擦阻力。
在注射模設計時,通常使用以下公式對脫模力作初步計算;
1) 厚壁制品(t/d>0.05)
制品為圓形截面時所需脫模力F(N)為
②制品為矩形截面時所需脫模力F(N)為
2) 薄壁制品(t/d≤0.05)
制品為圓形截面時所需脫模力F(N)為
②制品為矩形截面時所需脫模力F(N)為
2)推出零件尺寸的確定
本設計采用的是推桿一次推出機構,根據壓桿穩(wěn)定公式,可得推桿直徑d(mm) 的公式為
5.3.4推出零件的設計
本次設計中,由于制品形狀結構簡單,故采用圖a所示推桿。本次設計的推桿如5-11所示。
圖5-11 推桿
5.4模具溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計
在塑料注射成型過程中,模具型腔及熔體溫度場的變化直接影響生產效率和制品的質量,成型溫度與制品的應力、應變及翹曲有著直接的關系。對于ABS,由于其要求的模具溫度較低(一般低于80°C),通過調節(jié)水的流量就可以達到調節(jié)模具溫度的目的。
5.4.1冷卻系統(tǒng)的設計原則
為了提高冷卻系統(tǒng)的效率和使型腔表面溫度分布均勻,在冷卻系統(tǒng)的設計中應遵守如下原則:
a.在設計時冷卻系統(tǒng)應先于推出機構。
b.注意凹模和型芯的熱平衡。
c.對于簡單的模具,可先設定冷卻水出入口的溫差,然后計算冷卻水的流量、冷卻通道直徑、保溫湍流的流速以及維持這一流速所需的壓力降便已足夠。
d.普通模具和精密模具在冷卻方式上應有差異。
f.模具中冷卻水溫度升高會使熱傳遞減小精密模具中出入口水溫相差應在2°C以內普通模具也不要超過5°C。
g.由于凹模與型芯的冷卻情況不同,一般應采用兩條冷卻回路分別冷卻凹模和型芯。
h.當模具僅設一個入水接口和一個出水接口時,應將冷卻通道進行串聯連接。
i.采用多而細的冷卻通道,比采用獨根大冷卻通道好。
j.在收縮率大的塑料制品模具中,應沿其收縮方向設置冷卻回路。
k.合理的確定冷卻通道的中心距以及冷卻通道與型腔壁的距離。
l.盡可能使所有冷卻通道孔分別到各處型腔表面的距離相等。
m.應加強澆口處的冷卻。
n.應避免將冷卻通道開設在制品熔合紋的部位。
o.注意水管的密封問題,以免漏水。
p.進出口水管接頭的位置應盡可能設在模具的同一側。
q.以冷卻效果來選取模具材料。
5.4.2冷卻回路形式的確定
(1)凹模冷卻回路
冷卻回路應盡可能按照型腔的形狀布置,在本次設計中,由于型腔側壁較厚、凹模較厚且為矩形截面,對于凹模的冷卻系統(tǒng),通過分層設置布局相同的矩形冷卻回路,對型腔側壁進行冷卻,如圖5-13所示。
(2)型芯冷卻回路
在實際生產中,常用的型芯冷卻方法有:
1)臺階式通道冷卻法。
2)斜交叉通道冷卻法。
3)直孔隔板式通道冷卻法。
4)噴流式冷卻法。
5)襯套式冷卻法。
6)銅棒冷卻法。
在本次設計中,采用直孔隔板式通道冷卻法。作為型芯冷卻方法
5.4.3冷卻介質
ABS屬中等黏度材料,其成型溫度及模具溫度分別為200°C和50~80°C。所以,模具溫度初步選定為50°C,用常溫水對模具進行冷卻。
5.4.4冷卻管道的簡單工藝計算
(1)冷卻時間的計算
制品在模具內的冷卻時間,通常是指塑料熔體從充滿型腔時起到可以開模取出制品的這一段時間??梢蚤_模的標準是制品已充分固化,具有一定的強度和剛度,在開模時不致變形開裂。
本設計中,由于制品屬于無定型塑料的薄壁制品,則其已充分固化的標準為:制品截面內的平均溫度已達到所規(guī)定的制品的出模溫度。
其冷卻時間可根據下面公式粗略得出,即
表5-7 常用塑料的熱擴散率
(2)冷卻通道傳熱面積及通道數目的簡易計算
1)單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量W
①塑料制品的體積:
②塑料制品的質量:
③塑件厚為6mm,注射時間t注= 20~90s,這里取t注=30s,保壓時間t保=5s,冷卻時間t冷=30s,脫模時間t脫=10s。則注射周期:
由此可知每小時注射次數N=3600/75(次)=48(次)。
④ 單位時間內注如模具中的塑料熔體的總質量:
2)冷卻水體積流量qv的計算
忽略模具因空氣對流、熱輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量,則模具冷卻時所需冷卻介質的體積流量可按下式計算:
3) 確定冷卻水路的直徑d
4)冷卻水在管內的流速v
5)冷卻管壁與水交界面的傳熱系數h
6)冷卻水通道導熱率總面積A
7)模具所需冷卻水管總長度L
8)模具上應開設的冷卻通道孔數
n模具的寬度為355mm,則
在本次設計中,共采用了8根冷卻水管。
第7章 總結
在本次的畢業(yè)設計中,設計了一個比較常見的折頁盒塑件的模具。在完成本次畢業(yè)設計的過程中,本人漸漸地熟悉了注塑模具設計的一般過程和步驟。設計過程中需要自學大量地模具設計相關知識,配合老師介紹的實際生產經驗和自己動手所得到的實踐經驗,對所學的相關知識掌握得更加牢固。在本次設計過程中遇到過不少問題,例如對軟件的不熟悉,軟件的很多功能不能熟練運用,模具設計相關知識之前沒有接觸學習過等,因此需從頭學起,邊學邊做,也因為這樣,現在印象特別深刻,掌握得特別牢固。通過這次模具設計,加深了我模具方面的認識。在這個過程中,培養(yǎng)了我自學、獨立思考問題、解決問題的能力。
由于本人在模具設計方面的設計經驗不足,本畢業(yè)設計的模具存在著很多不足和有待改進的地方,例如模具結構設計存在不合理之處、生產出來的產品可能會存在溶解痕等問題,希望在以后積累更多的經驗,解決可能出現的缺陷問題。
致 謝
首先感謝本人的導師楊占堯老師,他對我的仔細審閱了本文的全部內容并對我的畢業(yè)設計內容提出了許多建設是性建議。楊占堯老師淵博的知識,誠懇的為人,使我受益匪淺,在畢業(yè)設計的過程中,特別是遇到困難時,他給了我鼓勵和幫助,在這里我向他表示真誠的感謝!
感謝母校——河南機電高等??茖W校的辛勤培育之恩!感謝材料工程系給我提供的良好學習及實踐環(huán)境,使我學到了許多新的知識,掌握一定的操作技能。
感謝和我在一起進行課題研究的同窗志方同學,和他在一起討論、研究使我受益非淺。
最后,我非常慶幸在三年的的學習、生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學,并感激師友的教誨和幫助!
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