塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計
塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計,塑料,齒輪,注塑,模具設計
塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計
任務書
題目 塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計
專業(yè) 機械設計制造及其自動化 學號 201250616218 姓名 魏璞
主要內容:以塑料雙聯(lián)齒輪為設計對象,從塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程考慮,基于計算機軟件平臺完成對產(chǎn)品的造型、模具設計、成型工藝、成型質量預測等工作。
基本要求:
1.查閱文獻資料不少于15篇(列入?yún)⒖嘉墨I中),其中外文文獻不少于2篇。根據(jù)查閱的文獻資料情況,寫出文獻綜述,字數(shù)不少于3000字;翻譯外文文獻一篇,譯文字數(shù)不少于3000字,并分別單獨裝訂成冊。
2.應安排一定量的計算機應用,使學生掌握現(xiàn)代研究手段,提高畢業(yè)設計(論文)質量;
3.畢業(yè)設計(論文)分設計(說明書)或論文兩類,畢業(yè)設計的學生必須獨立完成一定數(shù)量的工程圖,其中工程圖至少要有1張是計算機繪圖,一份12000字以上的設計說明書(論文);畢業(yè)論文篇幅一般為2萬字左右。
主要參考資料:
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完 成 期 限:
指導教師簽名:
專業(yè)負責人簽名:
年 月 日
目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
1 緒論 1
1.1 塑料、塑料齒輪及塑料模具的特點 2
1.1.1 塑料的特點 2
1.1.2 塑料雙聯(lián)齒輪的特點 2
1.1.3 塑料模具的特點 3
1.1.4 我國注塑模具發(fā)展趨勢 3
2 塑件分析 4
2.1 塑料件和塑料件材料的選取 4
2.1.1 塑料件的選取 4
2.1.2 塑件材料選取 4
2.2 POM材料的性能 5
2.2.1 POM物理性質 5
2.2.2 POM一般性能 5
2.2.3 POM應用范圍 6
2.3 工藝性分析 6
3 模具結構分析 7
3.1 型腔數(shù)確定 7
3.2 型腔的布局 7
I
塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計
3.3 分型面的選擇 8
3.3.1 分型面的基本形式 8
3.3.2 分型面的確定 8
3.3.3 動模板與定模板作用 9
4 成型零部件設計 10
4.1 注塑模具型腔的結構設計 10
4.2 模具體的基本結構 11
4.3 導向機構設計 14
5 澆注系統(tǒng)的設計 16
5.1 主流道設計 16
5.2 分流道設計 17
5.3 冷料井設計及澆口設計 18
6 頂出系統(tǒng)的設計 20
6.1 頂出系統(tǒng)設計原則 20
6.2 塑件的頂出機構基本方式選擇 20
6.3 限位機構設計 21
7 冷卻系統(tǒng)的設計 23
7.1 加熱系統(tǒng) 23
7.2 冷卻系統(tǒng) 23
7.3 模具開模順序 25
結束語 29
塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計
致 謝 30
參考文獻 31
附錄 32
塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計
摘 要
隨著中國當前的經(jīng)濟形勢的日趨好轉,中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展;而模具技術已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一,因而引起了各國的高度重視和贊賞。本文主要介紹了塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具的設計,首先先對塑件進行分析,選取塑件材料;然后根據(jù)塑件特點確定模具分型面和型腔布局,確定好模仁尺寸以后再根據(jù)模仁結構確定模架型號;最后確定好模架以后,在開始依次設計模具的導向機構、澆注系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)。模具最后一步是裝配注意事項,在本設計過程中利用了計算機軟件如AutoCAD和Pro/E進行制圖,大大提高了生產(chǎn)效率。
關鍵詞:塑料雙聯(lián)齒輪;注塑模具;塑件分析
PLASTIC INJECTION MOLD DESIGN DOUBLE GEAR
ABSTRACT
With the increasing improvement in the economic situation of China, the manufacturing sector of China is also booming development. The mold technology has become the measure of an important indicator of the level of national manufacturing, so it attracted many attention and appreciation. This paper introduced the design of the double gear plastic-injection mold. At first, did the analysis of the part, choose the material. Then determined the parting surface and layout of cavities which based on the characteristics of the part. After determining the size of the core, determined the type of mold model according the structure of the core. Then design the guide mechanism, the gating system, the ejection system and the cooling system. The last step is the precautions of mold assembling. The efficiency of producting has great improve by using computer software such as AutoCAD and Pro/Engineer in the design process.
KEYWORDS: Plastic double gear; injection mold;analysis of plastic parts
II
1 緒論
社會科學技術不斷發(fā)展,使得人們對制造業(yè)所使用的材料要求越來越高。而塑料正好具有的輕質量、高強度,耐腐蝕、絕緣性能好以及良好的可塑性,并易于成型的特點,使得塑料得到了廣泛的運用,成為各領域里經(jīng)常采用的結構件材料。
模具作為基礎工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備,其生產(chǎn)制件所表現(xiàn)的高精度高復雜程度,和低耗能低耗材的特點,是一般機械加工不可比擬的。模具設計與制造技術已越來越引起各產(chǎn)業(yè)部門的重視,國外將模具比喻為“金鑰匙”,“進入富裕社會的原動力”。許多發(fā)達國家模具工業(yè)的產(chǎn)值早已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。模具已經(jīng)成為十分重要的裝備工業(yè)。但是,在我國模具市場,技術含量較高的模具還供不應求,因此我國應大力發(fā)展高技術高精度的模具。
模具是一種制造工具,它主要是利用其特定形狀制造出形狀和他一樣的產(chǎn)品,成型模具制品的模具就叫塑料模具。我國模具發(fā)展技術逐漸由單一,具體細節(jié),及各道工序的加工過程向設計制造技術的現(xiàn)代化,系統(tǒng)化轉變,已成為現(xiàn)代先進技術的重要組成部分。正是因為有了模具,所以能使大批量的生產(chǎn)產(chǎn)品可以進行復制,這就是利用模具成型來加工產(chǎn)品,這樣可以減少材料浪費,提高了生產(chǎn)效率,保證了產(chǎn)品的質量統(tǒng)一,這極大的滿足了現(xiàn)代社會對商品的巨大需求,所以模具工業(yè)自動化的技術水平的高低,已成為衡量一個國家的制造業(yè)水平高低的重要標志。根據(jù)有關資料統(tǒng)計,注塑制品占所有模具塑料總產(chǎn)量的三分之一,注塑模具占到塑料成型模具數(shù)量的二分之一以上,所以各國現(xiàn)在都非常注重模具的設計,大力發(fā)展模具工業(yè),因此注塑成型制品的應用已經(jīng)十分廣泛[1]。隨著塑料原材料的不斷改進,密度的相對低,可以回收利用,且質量不變,塑料產(chǎn)品逐步在工業(yè)產(chǎn)品中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬和非金屬材料的產(chǎn)品。在我們的日常生活中,塑料制品得到了很多應用,發(fā)揮了很大的經(jīng)濟效益,而塑料齒輪因為成本低,慣性好,成型工藝方便,所以廣泛用于各種家電的機械傳動中,而模具的設計很好的縮短了生產(chǎn)周期,因此模具發(fā)展日益迅速。
塑料注塑模具是模具中得最重要的內容之一,完善和提高模具的設計水平和自動化生產(chǎn)過程具有重要作用。隨著科學技術的發(fā)展,微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向工業(yè)機器人的滲透所形成的機電一體化,更大程度化的使機械手自動化程度更高,這就讓注塑模具產(chǎn)品的取出和使用更加機械一體化,很大程度的減少了生產(chǎn)成本,提高了經(jīng)濟效益,更好的促進了模具的發(fā)展。
1.1 塑料、塑料齒輪及塑料模具的特點
1.1.1 塑料的特點
塑料制品是采用塑料作為主要原料加工而成的生活用品、工業(yè)用品的統(tǒng)稱。相比于金屬制品、石材或木材制品,塑料制品具有重量輕,成本低、可塑性強等優(yōu)點,所以從開始使用便在國民經(jīng)濟、日常生活中大力發(fā)展起來。塑料主要是以樹脂為成分,樹脂是一種在常溫下能保持既定形狀的高分子有機材料,它在一定的高溫和壓力下可以塑造出一定的形狀,塑料憑借其優(yōu)異的性能,使其在許多領域得到了廣泛的應用。
塑料具有以下特點:
(1) 相對密度低:塑料的密度一般在0.8~2.2范圍內。
(2) 具有高的化學穩(wěn)定性:某些塑料的耐腐性優(yōu)異,耐腐蝕性僅僅次于玻璃及陶瓷材料。
(3) 一般塑料都具有很好的絕緣性:有些塑料具有優(yōu)良的光、電、聲、磁特性。
(4) 自潤性好:大部分塑料的摩擦因數(shù)小,有些塑料具有很好的自潤滑性。
(5) 塑料的來源豐富:價格低廉,可以使用高效率的工藝方法進行成型加工。
(6) 比強度高:比強度為材料的強度與材料的相度密度比值。在各種材料中,塑料材料具有最高的比強度,甚至比特種合金鋁還要高。
(7) 加工性能好,塑料材料具有優(yōu)異的加工性能,除少數(shù)塑料以外。
(8) 具有防震、隔熱、隔音性能[2]。
1.1.2 塑料雙聯(lián)齒輪的特點
齒輪傳動是傳遞機械動力和運動的一種主要形式,為達到齒輪的小型化和輕型化,提高現(xiàn)有齒輪的承載能力,保證傳動效率,塑料齒輪成為齒輪工業(yè)的最大變化。與金屬齒輪相比,塑料齒輪成型工藝好,成本低,生產(chǎn)效率高,并且具有傳動平穩(wěn),質量輕,耐磨等優(yōu)點。塑料雙聯(lián)齒輪的應用,可以降低傳動機構的重量,而它能批量生產(chǎn)也能很大程度降低生產(chǎn)成本。
1.1.3 塑料模具的特點
塑料注塑成型工藝的最大的特點是復制,能夠復制出所需的任意數(shù)量的直接使用或者稍做處理即可使用的制品,是一種適宜大批量生產(chǎn)的工藝。雖然在設備和模具上投入較大,但是可以生產(chǎn)制品的數(shù)量非常之大,實屬一種經(jīng)濟快捷的生產(chǎn)方式,因而廣泛的得以應用和快速的發(fā)展。
1.1.4 我國注塑模具發(fā)展趨勢
我國模具工業(yè)的技術水平近年來也取得了長足的進步。大型、精密、復雜、長壽和高效模具上了一個新臺階。大型復雜沖模以汽車覆蓋件模具為代表,已能生產(chǎn)部分新型轎車的覆蓋件模具體現(xiàn)高水平制造技術的多工位級進模的覆蓋面,已從電視、電子槍零件、空調器散熱片等家電零件模具。在大型塑料模具方面,已經(jīng)能生產(chǎn)48英寸電視的塑殼模具、大容量洗衣機全套塑料模具,以及汽車保險杠等模具。在精密塑料模具方面,已能生產(chǎn)照相機塑料模具、多腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復雜壓鑄模方面,國內已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模。其他類型的模具,如子午線輪胎活絡模具、鋁合金和塑料門窗異性材擠出模等,也都達到了較高的水平,并可替代進口模具[3]。
根據(jù)國內和國際模具市場的發(fā)展狀況,有關專家預測,為來我國的模具經(jīng)過行業(yè)調整后,將呈現(xiàn)十大發(fā)展趨勢:
(1) 模具日趨大型化;
(2) 模具的精度將越來越高;
(3) 多功能復合模具將進一步發(fā)展;
(4) 熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高;
(5) 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;
(6) 模具標準化和模具標準件的應用將日漸廣泛;
(7) 快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊;
(8) 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;
(9) 塑料模具的比例將不斷增大;
(10) 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(chǎn)品結構調整所導致的模具市場未來走勢的變化。
2 塑件分析
2.1 塑料件和塑料件材料的選取
2.1.1 塑料件的選取
本次設計的題目是塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計,設計參數(shù)如表2-1所示。塑件形狀如圖2-1,2-2所示。
表 2-1 雙聯(lián)齒輪參數(shù)
名稱
大齒輪齒數(shù)
小齒輪齒數(shù)
模數(shù)
拔模角度
塑料雙聯(lián)齒輪
50
16
0.5mm
10
圖2-1 塑料雙聯(lián)齒輪三維圖 圖2-2 塑料雙聯(lián)齒輪二維圖(單位:mm)
2.1.2 塑件材料選取
塑料的種類繁多,按不同的分類形式可以有很多種分法。通常注塑成型的塑件材料一般都選用熱塑性材料。塑料的突出性能如下:
(1)相對密度低 塑料材料的相對密度在0.83~2.2的范圍內。
(2)比強度高 比強度為材料的強度與材料的相對密度比值。在各材料中,塑料材料具有很高的比強度,甚至比特種合金鋁還要高。
(3)耐腐蝕性高 塑料具有很高的耐腐蝕性其耐腐蝕性僅僅低于玻璃及陶瓷材料。
(4)加工性能好 塑料材料具有優(yōu)異的加工性能,可以加工出復雜形狀的制品。
(5)具有防震、隔熱、隔音性能
通過比較塑料的綜合性能,選取POM(聚甲醛)比較合適。因為POM摩擦系數(shù)較低,幾何穩(wěn)定性好,又比較耐高溫,抗沖擊性強,因此是一種堅韌有彈性的材料,所以特別適合于制作齒輪。
2.2 材料POM性能
POM材料特性 (聚甲醛POM)-概述:
POM(聚甲醛樹脂)定義:聚甲醛是一種沒有側鏈、高密度、高結晶性的線型聚合物。按其分子鏈中化學結構的不同,可分為均聚甲醛和共聚甲醛兩種。兩者的重要區(qū)別是:均聚甲醛密度、結晶度、熔點都高,但熱穩(wěn)定性差,加工溫度范圍窄(約10℃),對酸堿穩(wěn)定性略低;而共聚甲醛密度、結晶度、熔點、強度都較低,但熱穩(wěn)定性好,不易分解,加工溫度范圍寬(約50℃),對酸堿穩(wěn)定性較好。是具有優(yōu)異的綜合性能的工程塑料。有良好的物理、機械和化學性能,尤其是有優(yōu)異的耐摩擦性能。俗稱賽鋼或奪鋼,為第三大通用塑料。 適于制作減磨耐磨零件,傳動零件,以及化工,儀表等零件。
2.2.1 POM物理性質
聚甲醛的拉伸強度達70MPa,吸水性小,尺寸穩(wěn)定,有光澤,這些性能都比尼龍好,聚甲醛為高度結晶的樹脂,在熱塑性樹脂中是最堅韌的。具抗熱強度,彎曲強度,耐疲勞性強度均高,耐磨性和電性能優(yōu)良。聚甲醛的性能: 比重 1.43, 熔點175°C,伸強度(屈服)70MPa,伸長率(屈服)15%,(斷裂)15% 。
2.2.2 POM一般性能
聚甲醛是一種表面光滑、有光澤的硬而致密的材料,淡黃或白色,薄壁部分呈半透明。燃燒特性為容易燃燒,離火后繼續(xù)燃燒,火焰上端呈黃色,下端呈藍色,發(fā)生熔融滴落,有強烈的刺激性甲醛味、魚腥臭。聚甲醛為白色粉末,一般不透明,著色性好, 比重1.41-1.43克/立方厘米,成型收縮率1.2-3.0%,成型溫度170-200℃ ,干燥條件80-90℃ 2小時。POM的長期耐熱性能不高,但短期可達到160℃,其中均聚POM短期耐熱比共聚POM高10℃以上,但長期耐熱共聚POM反而比均聚POM高10℃左右??稍?40℃~100℃溫度范圍內長期使用。POM極易分解,分解溫度為240度。分解時有刺激性和腐蝕性氣體發(fā)生。故模具鋼材宜選用耐腐蝕性的材料制作[4]。
2.2.3 POM應用范圍
POM屬結晶性塑料,熔點明顯,一旦達到熔點,熔體粘度迅速下降。當溫度超過一定限度或熔體受熱時間過長,會引起分解。POM具有較好的綜合性能,在熱塑性塑料中是最堅硬的,是塑料材料中力學性能最接近金屬的品種之一,其抗張強度、彎曲強度、耐疲勞強度,耐磨性和電性都十分優(yōu)良,可在-40°--100°之間長期使用。
2.3 工藝性分析
因為本產(chǎn)品為塑料雙聯(lián)齒輪,塑件尺寸較小,整體結構相對比較簡單,表面精度要求較高,所以為了滿足制品的要求,采用點澆口形式,三板模設計。
3 模具結構分析
3.1 型腔數(shù)確定
型腔數(shù),即每次注射成型所能完成的塑件的數(shù)量,型腔的數(shù)量將直接關系到本次模具設計的效率成本問題。由于塑料件為塑料雙聯(lián)齒輪,故設計重點在于齒輪型腔確定。在設計型腔數(shù)量時,有時是考慮到注塑機的型號等問題,有時是根據(jù)產(chǎn)品要求的精度,數(shù)量以及體積問題等。一般來說,大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構,但對于精度要求不高的小型塑件(沒有配合精度要求),形狀簡單,又是大批量生產(chǎn)時,若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件,使生產(chǎn)效率大為提高??紤]到塑料雙聯(lián)齒輪的體積較小以及精度要求較低,形狀相對簡單,質量較輕,生產(chǎn)批量又較大,所以模具設計為三板式,故由此可以實現(xiàn)一模多腔結構,在本設計中,采用一模六腔結構。
3.2 型腔的布局
對于一模多腔的模具結構,在設計時要綜合考慮型腔的布局,包括模具的整體結構,型腔里的壓力溫度,澆注系統(tǒng)等各個因素,保證能夠平衡進料。
型腔的排布有兩種形式;平衡式排布和非平衡是排布。根據(jù)需要,本設計采用的是平衡式進料,這樣的排布比較緊湊,壓力分布均勻,對稱布局,不容易產(chǎn)生溢料,如圖3-1所示。
圖3-1 型腔排布(單位:mm)
3.3 分型面的選擇
3.3.1 分型面的基本形式
分型面是塑件和凝料分離的一個接觸平面,分型面能夠實現(xiàn)模具型腔的分開和閉合,分型面的形式大體有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。分型面的合理性決定了塑件的表面質量,模具難易程度還有模具結構等,所以合理選擇分型面可使模具結構簡單方便好操作。
3.3.2 分型面的確定
在塑件設計初階段,就應考慮成型時分型面的形狀和位置,否則無法用模具成型。所以在模具設計階段,應首先確定分型面的位置,然后才選擇模具的結構。分型面的設計是否合理,對塑件質量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都由很大影響。因此,分型面的選擇是注塑模具設計中的一個關鍵因素。
分型面的選擇原則:
(1)有利于保證塑件的外觀質量;
(2)分型面應選擇在塑件的最大截面處;
(3)盡可能使塑件留在動模一側;
(4)有利于保證塑件的尺寸精度;
(5)盡可能滿足塑件的使用要求;
(6)盡量減少塑件在合模方向上的投影面積;
(7)長型芯應置于開模方向;
(8)有利于排氣;
(9)有利于簡化模具結構[5];
因為要保證齒輪的傳動精度,所以兩個齒輪最好在一個型腔內注射成型,所以將雙聯(lián)齒輪全部設計在動模仁上。又由于如果小齒輪在下,大齒輪在上,在脫模時整個設備就需要旋轉推出,非常麻煩和不合理,所以采用小齒輪在上大齒輪在下的結構,因為塑件為雙聯(lián)齒輪,產(chǎn)品中心有通孔,所以在塑件成型時,中間是空的,為了更好的確定分型面,也為了分型面更好的封膠,所以在選擇分型面以及確定模仁時,設置了鑲件。鑲件設置成了一個可拆凹臺,設計在了動模仁上,因為塑件結構比較復雜,設計可拆鑲件,方便加工易于維修。 設計鑲件有助于成品很好的排氣,也能使塑件在脫模時避免出現(xiàn)真空粘膜的現(xiàn)象,因為塑料雙聯(lián)齒輪中間軸是空的,所以鑲件可以加強模具的結構,延長模具壽命。根據(jù)分型面的選擇原則,在選擇分型面時,要考慮到不影響外觀質量,便于剔除毛刺,利于排出腔內氣體,該模具在設計時充分考慮了以上原則,故分型面設計如圖3-2所示。
圖3-2 模具分型面
3.3.3 動模板與定模板作用
模具主要有動模板定模板組成,動模板和定模板的作用分別如下:
定模板的主要作用:
(1)成型鑲塊和安裝導向零件的固定載體;
(2)設置澆口套,形成澆注系統(tǒng)的通道;
(3)能承受注塑壓力的沖擊,但不產(chǎn)生型腔變形;
動模板的主要作用是:
(1)固定成型鑲塊型芯和導向零件的載體;
(2)設置塑件脫模的定出元件,如頂桿、頂管以及復位桿等;
(3)在不通孔的模具體機構中,起到支撐板的作用[6] 。
4 成型零部件設計
成型零部件指的是構成模具型腔的所有零件,包括型腔型芯等,成型零部件的質量決定了塑件的質量,所以我們對成型零部件的設計有一定的要求。
4.1 注塑模具型腔的結構設計
型腔大體有以下幾種結構形式:
(1)整體式
整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)點是:強度和剛度都相對較高,且不易變形,塑件上不會產(chǎn)生拼??p痕跡。適用于形狀簡單的中、小型模具。
(2)整體組合式
型腔由整塊材料制成,用臺肩或螺栓固定在模板上。它的優(yōu)點是便于加工。
(3)局部組合式
型腔由整塊材料加工制成,但是局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多用于型腔較深的或形狀較為復雜的,整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。
(4)完整組合式
由多個螺栓拼塊組合而形成的型腔。它的特點是:便于機加工、便于拋光研磨和局部熱處理,節(jié)約優(yōu)質鋼材。這種形式多用于不容易的型腔或成型面積大的塑件的大型型腔上[7]。
型腔的設計要注意一定的事項,盡量用少的拼塊,拼塊之間最好用凹凸槽嵌接,易損壞不易維修的部分最好設計成鑲件,方便維修,由于本塑件的結構簡單,所以綜合上述的原則,本次選用局部組合式型腔。
對于模仁固定,一般有開框固定和螺釘固定兩種形式,開框固定又分為避空角固定和R角固定,本次設計中模仁的固定,選擇的是嵌入式螺釘固定,選用的是模仁是R角式的,R取值8mm,因為這樣容易加工成型,模仁尺寸長130mm,寬130mm,模仁夾緊均勻分布螺釘,螺釘中心距為160mm,螺釘直徑為8mm,選用M8。
直接與塑料接觸構成塑件形狀的零件稱為成型零件,其中構成塑件外形的成型零件成為凹模,構成塑件內部形狀的成型零件成為凸模(型芯)。在塑料模過程中,型腔主要承受塑料熔體的壓力,型腔型芯如圖4-1,4-2所示。
圖4-1 動模模仁
圖4-2 定模模仁
4.2 模具體的基本結構
一般情況下,模具設計會根據(jù)模板的長寬以及厚度來確定模架,而模板的長寬厚度又由模仁型腔決定,所以在選擇模架時關鍵是先確定模仁的尺寸。
根據(jù)注塑模具的結構特點,模具體的結構的基本類型有如下幾種。
(1)二板式結構
定模板和動模板由整體形成,成型的定模鑲塊型腔和動模鑲塊型芯分別鑲在定模板和動模板的盲孔內,用螺栓緊固。模具體由兩模板組成。開模時從主分型面分開。由頂桿頂出塑件,由復位桿復位。
它的特點是:結構緊湊,組成零件少,模具體強度較高,是中、小型模具廣泛采用的結構。加工的工藝性好,可以采用線切割等現(xiàn)代設備加工,易于保證組裝質量,這種形式的多用在組合式結構和多腔模具。
(2)帶推件板的結構
在二板結構的基礎上,增設推出塑件的推板件。動模部分由推桿板和動模板、支撐板組成。開模時,首先從主分型面,使塑件脫落型腔后,頂板推動推桿、推件板以及頂桿共同作用,使塑件脫模。和模具時定模板推動推件板及推桿帶動頂出機構復位,不必另設復位桿。推件板由于推出力均衡,塑件再脫模時不易變形,是薄壁塑件常用的脫模形式。
圖4-3 典型模具圖
(3)二次分型的三板式結構
在注塑機上采用點澆口時,為了取出澆口凝料,必須設置可移動的模板,即在主分型面前,在塑件包緊力的作用下,模具從輔助分型面處分型。動模板和澆口凝料與動模板一起后移。繼續(xù)開模,限位桿阻止定模板的移動而拉斷澆口凝料,從主分型面處分型,并且使塑件脫模,為了支撐定模板,硬設置定模導柱。
(4)多次分型的多板結構
當一次分型面不能使塑件完全脫模,應該采取二次分型或多次分型的結構。
考慮到塑件為塑料雙聯(lián)齒輪,采用點澆口設計,型腔為整體嵌入結構,凝料與產(chǎn)品需要兩次開模,因為分流道不能開設在推板上,故本次設計采用三板模設計。由于塑件的尺寸小,數(shù)量又多,一模六腔結構,所以模架選擇參照的是標準模架工字型細水口模架。因為本次設計把分流道單獨開在一個板上,所以在模架中,把水口推板分為兩塊,一塊用來單獨開分流道以及模仁的固定,一塊用來移動。因為細水口模架比簡化型細水型模架多了導柱導套水口邊釘,所以它的導向強度要比簡化型細水口模架要好得多。本設計選用細水口三模板式結構[8]。
一般來說,確定好模架的基本結構以后,會根據(jù)模仁的尺寸來確定模架的基本型號,一般模架單邊要比模仁長邊寬邊多50mm,本設計中,模仁的長寬均為130mm,所以設計初期基本確定模架的邊為130+50×2=230mm,可以先調用長寬均為230mm的模架,代號為2323。
在調用過程中,不可能一次就能調用到合適的模架,所以我們需要通過檢查來選擇模架型號。
(1)在檢查模架是否合適時,首先會檢查模架頂針板的寬度是否大于等于模仁寬度,如果小于模仁寬度,則此模架不合適,不能調用。但頂針版寬度也不必比模仁寬大多,否則也是不合理的。
(2)其次是測量模架的頂出距離,,一般來說,模架的頂出距離要比產(chǎn)品高5mm,如果不符合要求,則不能調用。
(3)復位針上距模仁的距離要保證在10mm以上。
根據(jù)以上情況,我們選擇2325模架基本合適,確定模架代號以后,就要確定模架的A,B板的高度了。
A板的高度=前模仁高度+25mm或者35mm。
B板的高度=后模仁高度+35mm。
根據(jù)計算,發(fā)現(xiàn)標準模架與本設計有些出入,主要因為本設計中,因為流道需要單獨開設在一個板上,所以在水口推板與前模板之間單獨加一個模板用來開設流道,故本設計參照基本模架DCI-2325-A25-B35-C80-L140進行修改。如圖4-4所示。
圖4-4 三板模結構圖
4.3 導向機構設計
導向機構是保證模具動定模合模時正確定位和導向的部件,導向機構最常用的零件就是導柱導套。導向機構在設計時會遵循一定的原則:
(1)導柱導套均勻對稱分布,離邊緣有一定的距離。
(2)導柱導套的選擇要保證有足夠的強度,配合模架選擇。
(3)導柱導套要具有耐磨性。
(4)導柱要與導套的直徑相等,保證配合精度。
(5)導柱最好裝在定模上,方便脫模。
在三板模中導柱導套是不可缺少的,導柱又叫水口邊釘,在三板模中,導柱往往是倒裝的,導柱是與安裝在另一半上的導套相配合,用以確定動、定模的相對位置,保證模具運動導向精確的圓柱形零件,并且因為有導套所以在開模閉模的過程中,導柱只于導套相摩擦,這樣就減少了模具的損壞。導柱有兩種形式,一種是帶頭導柱,另一種是帶肩導柱。帶肩導柱用于采用導套的大批量生產(chǎn)并高精度導向的模具。裝在模具另一邊的導套安裝孔,可以和導柱安裝孔以同一個尺寸一次加工而成,易于保證同軸度。導柱可以通過標準模架進行選取。
在設計中,優(yōu)先選擇的是圓形帶頭導柱,還有水口邊釘,水口邊釘?shù)闹饕饔檬欠乐顾谶呩斉c模板間的摩擦,在進行開模時水口邊釘在導套里移動,水口邊釘用來固定前模底板,水口推板以及A板,而導柱用來固定A板和B板,水口邊釘有一定的導向長度,主要是為了防止前模板滑出水口邊釘,水口邊釘?shù)膶С藾=大拉桿限位距離+小拉桿限位距離+安全量(2~5mm)。
導套與安裝在另一個半模上的導柱相配合,用以確定動、定模的相對位置,保證模具運動導向精度的圓套形零件。導套常用的結構形式有兩種:直導套(GB/T4169.2-1984)、帶頭導套(GB/T4169.3-1984)。
(1)結構形式。采用帶頭導套(I型)。
(2)導套的端面應倒圓角,導柱孔最好做成通孔,利于排出孔內剩余氣體[9]。
水口鉤針大多倒裝在三板模里,水口鉤頂結構圖如圖4-5所示。
圖4-5 水口鉤頂(單位:mm)
5 澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)可分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)兩大類 。澆注系統(tǒng)控制著塑件成型過程中沖模和補料兩個重要階段,對塑件質量關系極大。澆注系統(tǒng)是指從注射機噴嘴開始,到型腔入口為止的塑件熔體的流動通道,或在此通道內的冷凝的固體塑料。澆注系統(tǒng)主要的作用是引導熔體順利流入型腔,確保熔體能按要求填滿型腔,也能使型腔內的氣體很好的排出,在熔體逐漸凝固的過程中,還能傳遞壓力至各個部分,保證外觀清晰美觀以及尺寸準確。
澆注系統(tǒng)設計是否合理直接影響到塑件的質量以及模具的效率,所以在設計中要遵循一下原則:
(1)注意流道盡量少的彎曲。
(2)模具是一模多腔的時候,要對稱分布分流道。
(3)盡量保證澆注系統(tǒng)不影響塑件表面。
(4)在滿足塑件成型以及排氣良好的情況下,應盡量減小澆注系統(tǒng)截面積。
一般普通模具的澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料井幾部分組成。
5.1 主流道設計
主流道又叫進料口,主流道尺寸太大太小都會影響熔體的流動,所以在設計主流道截面尺寸時要充分考慮熔體的粘性,流動性,以及塑件的尺寸大小等因素,因為本設計是三板模模具,澆口套算是標準件,而設計主流道即確定兩人澆口套的尺寸以及相關規(guī)格和標準,主流道是熔體流入模具型腔的第一個通道,因此通常位于模具的入口處,形狀為圓錐形,錐度為2~4,有利于塑料熔體的流動及流道凝料的拔出。一般情況下,我們會將澆口套和定位環(huán)一起使用,澆口套要做一定的斜度,斜度為10度,澆口套的截面形狀為梯形,澆口套的流道開設在A板上,斜面膠封為8mm,做斜度的作用主要是防止?jié)部谔着c水口推板發(fā)生摩擦磨損以及漏膠等情況,定位環(huán)澆口套以及模具中心線對齊,定位環(huán)我選擇了錐形的,防止?jié)部谔装l(fā)生倒滑,方便使用,如圖5-1所示。
圖5-1 澆口套形狀
圖5-2 主流道襯套和定位環(huán)(單位:mm)
5.2 分流道設計
由于該模具采用的是六腔,需設計分流道。
分流道是主流末端與型腔進料口之間的一段距離,分流道是一個熔體進入型腔的橋梁,一般情況下為了保證成型的效果,我們會盡量的保證熔體流經(jīng)過程中的壓力損失和溫度損失,根據(jù)本設計的需要,充分結合分析了產(chǎn)品的形狀,塑件的結構和情況,我們將此模具分流道選的是半圓形截面,如下圖所示:因為半圓形截面有利于熔體流動和傳遞壓力,而流道走向選擇了平衡式,因為一模多腔中,需要確保熔體進入型腔的時間相等,所以平衡式流道,可以保證熔體均勻充滿整個型腔。三板模的流道單獨開設在一個板上,所以流道取出有一個專門的機構,水口邊釘只導正前模,即前模底板推板a板,導柱導正a板b板和中推板,一般外面是水口邊釘,里面是導柱導套,細水口模具模板上模沒有螺釘固定,因為每個模板都需要開模,流道一般不開設在水口推板上,只開設在A板上,所以在設計時把分流道單獨開設在了一個隔板上,即水口推板的下面一個板,這樣方便凝料直接從流道口脫離,分流道布置如圖5-3所示。
圖5-3 分流道形式(單位:mm)
5.3 冷料井設計及澆口設計
主流道的冷料井位于主流道末端,主流道冷料井需要做一定斜度,而分流道冷料井也位于分流道的末端,冷料井底部形狀取決于拉料桿的頭部形狀[10]。因為本設計是三板模設計,所以在設計時需要設計水口鉤針,水口鉤針類似于二板模的拉料桿,在設計水口鉤針時,水口鉤針的尺寸要幾乎和分流道保持一致,分流道直徑我設計的為4mm,所以本設計選擇了圓頭鉤針,直徑為4mm.它的主要作用是把澆注凝料從分流道抓住使其脫出分流道.
水口鉤針要與流道平齊或者在流道上方0.5mm—1mm處,為的是防止水口鉤針影響熔體流動,從而影響充滿質量,并且水口鉤針的中心線要對著點澆口的中心線,點澆口穿過定模板和定模仁,在加工時容易產(chǎn)生誤差,為了防止?jié)部诶怀鰜砟?,所以在加工時要做偏移處理,一般偏移0.2mm左右,所以水口鉤針如圖5-4所示。
圖5-4 水口鉤針(單位:mm)
根據(jù)以上分析的塑件形狀以及一模六腔的模具設計,考慮到產(chǎn)品外觀的要求,優(yōu)先選擇點澆口形式,點澆口是一種截面形狀小如針點的澆口,其優(yōu)點是去除澆口后,塑件上留下的痕跡不明顯,不影響外觀,開模后可自動拉斷,成型時可減少熔接痕。點澆口在設計時要遵循以下原則,澆口盡量選在塑件比較厚的部位,這樣可以方便熔體填充,澆口不要讓熔體直接進入型腔,容易產(chǎn)生漩渦,澆口的設計要盡量的不影響產(chǎn)品外觀美觀,澆口的位置選擇要盡量使流道最短,能減少壓力損失[11],所以從齒輪側面進料,所產(chǎn)生的痕跡在側面不影響正常使用。如圖5-5所示。
圖5-5 點澆口結構圖(單位:mm)
6 頂出系統(tǒng)的設計
模具的頂出系統(tǒng)一般由推出,復位和導向等零件組成,模具最后一步就是考慮怎樣把制品從模具里完好無損的取出來,所以在設計時要考慮頂出系統(tǒng),保證制品能從模具中合理無損傷的取出來,另外還要保證部影響下一個加工成型[12]。
6.1 頂出系統(tǒng)設計原則
頂出系統(tǒng)主要包括開模然后頂出,頂出系統(tǒng)的頂出結構有頂針頂出,頂板頂出,還有司筒頂出,在設計頂出系統(tǒng)時需要考慮產(chǎn)品精度外觀,受力均勻,等要求,合理安排頂出過程。頂出過程算是模具設計的最后一個步驟,我們不僅要要求產(chǎn)品能夠安全順利無損壞的頂出,還有盡可能的保證頂出系統(tǒng)的簡單靈活實用可靠。所以我們在設計頂出系統(tǒng)時要計算頂出行程以及要考慮頂板的順利復位,只有這樣才能保證模具的循環(huán)使用。因此,塑件的頂出系統(tǒng)設計是不可忽視的。在設計推出脫模機構時,應遵循下列原則。
(1)盡可能把頂出系統(tǒng)設置在動模一側;
(2)保證塑件能安全無損壞的頂出;
(3)頂出結構盡可能簡單實用;
(4)能保證塑件的外觀要求;
(5)保證頂出板的準確復位[13]。
6.2 塑件的頂出機構基本方式選擇
因為塑料雙聯(lián)齒輪脫模無特殊要求,考慮到均勻分布力到塑件上,所以該設計采用一般的頂針頂出,選擇的是最常用的圓頂針,每一個齒輪由六根頂針頂出,選擇圓形頂針可以滿足頂出要求,又方便加工。頂針尺寸為3mm,分布如圖6-1,6-1所示。
圖6-1 圓頭頂針(單位:mm)
圖6-2 頂針排布(單位:mm)
6.3 限位機構設計
本設計為三板模設計,所以需要設計一套限位機構來精確控制各板的移動距離,確保產(chǎn)品和凝料能順利脫出。保證模具正常開模順序,模具限位機構一般用大小拉桿確定,在本設計中用了限位銷和定距拉板還有尼龍塞來控制模具開模順序。限位銷和定距拉板安裝在模具側面,定距拉板上有兩個定位銷,尼龍塞安裝在動定模板之間。
其限位小拉桿限位板作用為:當注塑機帶動動模板部分后移,流道板與定模板會先分開,因為針點澆口與產(chǎn)品的連接力遠小于澆注系統(tǒng)凝料對水口鉤針的包裹力,也小于尼龍扣的摩擦力,分流道凝料隨即從澆道里拉出來。當動模移動到一定的距離以后,固定在流道板上的限位銷與安裝在模板上的定距拉板下端接觸,所以流道板停止移動,動模板繼續(xù)移動,水口推板與定模底板分開,這時澆注系統(tǒng)凝料從水口鉤針上撥出去。動模繼續(xù)移動,因為開模力遠大于尼龍扣的摩擦力,所以最終模具在分型面處打開,然后注塑機推動頂針將產(chǎn)品頂出,最后可以取出產(chǎn)品和澆注凝料。這就是模具的工作過程。在此處,定距拉板和限位銷就相當于大小拉桿的作用,限位裝置如下圖6-3,6-4所示。
圖6-3 限位小拉桿(單位:mm)
圖6-4 限位板(單位:mm)
7 冷卻系統(tǒng)的設計
注塑模具的型腔,在熔體的填充過程中除了空氣,還會有塑料受熱而產(chǎn)生的氣體,因為這些氣體的存在,會一定程度上影響沖模的速度和塑件的局部變形等問題,所以在設計模具時,要考慮到排氣系統(tǒng)的設置。該套模具是屬小型模具,因其排氣量不大,可直接利用分型面排氣。因為不管分型面配合的多好都會有間隙。許多模具的頂桿或型芯與模具的配合間隙均可起到排氣作用,而且澆口形式采用點澆口本身就有利于排氣,此時就不必另外開設排氣溝槽[14]。
7.1 加熱系統(tǒng)
由塑料模具的溫度直接影響到塑件的成型質量和生產(chǎn)率。POM材料的注塑成型溫度為50℃~80℃ ,所選塑件材料模具溫度為:100℃,所以可以不設置加熱裝置[15]。
7.2 冷卻系統(tǒng)
一般注射到模具內的塑料溫度為200℃左右,而塑件固化后從模具性強中取出時其溫度在60℃以下。為了保證制品盡快冷卻至頂出溫度,而且保證模具最快恢復到一定溫度,所以要設計冷卻系統(tǒng),冷卻系統(tǒng)的形式一般會在型腔以及模仁等部位設置冷卻水通道,并通過可調節(jié)的水溫水速等來保證模具模溫,這樣可以提高效率縮短時間,也可使塑料快速冷卻定型并脫模。
設計原則:
(1)冷卻水孔數(shù)量盡可能的多,孔徑盡可能大;
(2)冷卻水孔至型腔表面的距離應盡可能相等;
(3)冷卻水孔道不應穿過鑲塊或其接縫部位,以防漏水;
(4)冷卻水孔應避免設在塑件的熔接痕處;
(5)進出口水管接頭的位置應盡可能設在模具的同一側,通常應設在注塑機的背面[16]。
所以模具靠自身可以散熱。但為更加安全和提高效率,仍添加冷卻系統(tǒng),所以冷卻水管,設置階梯式水路,階梯式水路的特點就是從模板一端進入,穿過模板進入模仁,然后繞一周,然后再從模板的另外一端水嘴出來,為了保證水路構成循環(huán)回路,所以在模仁里的水路用擋水圈來密封隔水,達到好的冷卻效果。
在設計水路時要充分考慮方便水路加工,拆裝水嘴方便,模具冷卻效果要分布均勻,為保證部出現(xiàn)生銹堵住水道,還要保證水路里不留有死水,為了方便加工和設計,水路一般都設計為直來直通的,不要設計成斜水路,所以本設計最終定的階梯式水道。
冷卻系統(tǒng)的水路通常會要求距離型腔的距離為10~18mm,因為在冷卻系統(tǒng)中,水路中心距距離太遠冷卻效果會不佳,距離太近會影響模具強度,所以我設計的水路中心距距離型腔的距離為12mm,水路間的中心間距為106mm,水路直徑為6mm,選擇的麻花鉆加工。水路設計成階梯狀水路,在模具冷卻系統(tǒng)里如圖7-1,7-2所示。
圖7-1 階梯水路(單位:mm)
圖7-2 水路布局(單位:mm)
7.3 模具開模順序
因為本設計為三板模設計,所以為保證模具能夠按次序開模,保證各個板間的移動距離,以及產(chǎn)品的脫出和凝料的脫出,本模具有一定的限位裝置確保模具的順序開模,該設計限位裝置采用限位板和限位小拉桿來保證模具開模順序。本設計需三次開模才能保證塑件完整脫出,第一次開模時流道板與前模板的開模,第二次開模是推板與前模底板的開模,第三次開模是分型面的開模,頂出產(chǎn)品,脫出凝料[17]。
三板模的工作原理,為清晰起見,本設計對模具圖打開順序做了簡要介紹,以便突出模具的依次分開面[18]。模具在打開時,會有三個可能分開的面,分別為下圖1,2,3處,尼龍扣對前模板的摩擦阻力很大,所以3分型面的打開非常困難,除非有足夠的拉力克服它;所以相對而言,1,2處就容易打開。由于點澆口與產(chǎn)品的連接力相對于澆注系統(tǒng)凝料對水口鉤針的的包緊力要更小些,所以模具開模先從1處打開,如圖7-3所示。模具第一次分開,后模移動到限位板的最大限位距離后,由于尼龍扣的摩擦力要遠大于澆注系統(tǒng)對水口鉤針的包緊力,故二次分開從2處分開,此時水口推板在限位板的帶動下,把澆注系統(tǒng)凝料從水口鉤針上撥出去,如圖7-4所示。模具最后一次開模如圖7-5所示,水口推板上鎖有一個限位小拉桿,它將限制水口推板的移動位置和距離,當水口推板把澆注凝料從水口鉤針上剝落后,小拉桿的限位臺階將會碰到前模底板,而前模底板是固定不變的,因而小拉桿不再運動,若小拉桿不動,則跟它相連的水口推板也不會動,同樣道理,水口推板不動,限位板就不再動,所以與限位板相連的前模板也將不再隨后模移動,經(jīng)過這一串反應,模具最終在3處打開,要知道開模力要遠大于尼龍扣的摩擦力。所以模具從3處分開,注塑機頂棍頂動頂出板,將產(chǎn)品頂出,此時可將產(chǎn)品和凝料一起取出。然后模具閉合,周而復始,循環(huán)生產(chǎn)。
模具的開模順序依次如下圖7-3,7-4,7-5所示。模具總裝配圖如圖7-6,7-7所示。
圖7-3 模具第一次開模
圖7-4 模具第二次開模
圖7-5 模具第三次開模
圖7-6 模具三維圖
圖7-7 模具二維圖
結束語
通過本次塑料模的設計,對注射模有了更多的了解。第一,對模具行業(yè)有了更加全面的認識,初步了解了模具設計制造行業(yè)的前沿科學。第二,在畢業(yè)設計中,不但提高了專業(yè)理論知識與實踐能力,而且還提高了分析問題,解決問題及動手操作的能力。第三,在畢業(yè)設計的過程中,培養(yǎng)了積極主動完成任務的責任心與團隊協(xié)作的精神,并深入體會了設計的整個過程,為以后的設計工作提供了一套完整的思路。
畢業(yè)設計是對大學四年所學知識的總體檢驗,是對生產(chǎn)實踐的總結,也是d大學生踏入社會的開始。通過畢業(yè)設計,對模具設計的具體環(huán)節(jié)及過程有了更深入的了解,提高了在實際中調查研究,收集、分析、整理個方面資料的能力。
在設計中,本設計利用計算機輔助設計CAD/Pore來進行塑料模的設計,計算機輔助設計,比動手畫圖更省時和省力,清晰明了。這次設計得到老師很大的的幫助和輔導,在這里向老師表示衷心的感謝。這次設計使我們明白了CAD/Proe在模具設計時的總體流程,順利完成了塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設計。
回顧整個畢業(yè)設計的過程,在整個畢業(yè)設計的過程中,理論知識有了很大的提高,不但彌補了設計中的很多不足,而且學到許多新的知識,畢業(yè)設計讓我對整個模具設計過程有了重新的認識。在本次畢業(yè)設計中,也有很多不足之處,繪圖能力分析能力的不足,還有模具事項的了解不透徹,以及裝配出現(xiàn)的問題,今后都需要不斷學習改善。萬事開頭難,最初不知道從何入手,通過查閱相關資料,然后結合老師的指導,確定了最初的方案。在指導老師的耐心指導下,本設計最終確定了方案并將其完善。整個的設計過程就在不斷的學習之中完成的,專業(yè)知識得到了很大提高。
畢業(yè)設計結束了,我發(fā)現(xiàn)自己了解了模具設計創(chuàng)新的整個過程及要注意的問題,對這個行業(yè)也有了更大的信心。最后,希望我在以后的工作當中能夠完善自己,成為有創(chuàng)新能力的模具設計人員。
致 謝
大學時期的最后一次設計徐徐落下帷幕,我的大學生活也隨著即將結束。在這短短幾個月的時間里,留下的不僅有辛勤的汗水和忙碌的身影,也為我的人生道路奠定了一定的基礎。
本設計是在河南工程學院機械工程學院王鑫老師的精心指導下完成的。在課題準備、研究和完成的各個階段,王老師在理論分析、研究方法、搜集資料等方面都給予了我詳細的指導和無私的幫助;在做畢業(yè)設計期間,老師不但在工作、學習和生活上給予我無私的幫助,而且培養(yǎng)了我認真踏實的工作作風和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度,這一切都將使我受益終生、獲益匪淺,在此我向王鑫老師致以最誠摯的感謝!
在我大學生活期間,河南工程學院的老師給予了我很多的幫助和關懷,在這里我也向他們表示最衷心的感謝!
此外,在整個大學生活期間,河南工程學院的許多同學在生活上和學習上都給予了我許多無私的幫助,在此我也向他們表示最誠摯的感謝!同時也向所有曾給予過我?guī)椭完P心的朋友們表以衷心的感謝。
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