毕业设计（论文）-涡旋压缩机动蜗盘塑料模设计.doc

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1、 涡旋压缩机动蜗盘塑料模设计 毕业设计标 题： 涡旋压缩机动蜗盘塑料模设计学生姓名： 系 部： 机械工程系 专 业： 模具设计与制造 班 级： 高模具0803 指导教师： 株洲职业技术学院毕业设计评审表学生姓名学号所在系部机械工程系所学专业模具设计与制造所在班级高模具0803毕业设计题目涡旋压缩机动蜗盘塑料模设计指导教师审查意见指导教师签字：年 月 日评阅教师评阅意见评阅教师签字：年 月 日答辩记录毕业设计（论文）标题带把手塑料杯模设计答辩日期 年 月 日答辩地点用简洁语言记录答辩过程，答辩委员会提出的问题和学生回答情况：答辩委员会记录人（签字）：答辩委员会评语与成绩答辩委员会对毕业设计（论文

2、）的学术评（论文选题意义，所用资料和数据的可靠性，写作的规范化与逻辑性，实用性与创新性；主要不足之处，答辩情况及成绩）：答辩委员会主席（签字）： 年 月 日本毕业设计（论文）成绩毕业设计（论文）任务书学生姓名学号所在系部机械工程系所学专业模具设计与制造所在班级高模具0803班E-mail联系电话毕业设计（论文）题目涡旋压缩机动蜗盘塑料模设计指导教师姓 名职 称工作单位及所从事专业联系方式本设计选题根据（欲解决的问题及其实用价值）： 随着塑料工业的发展，塑料制品已深入到国民经济的各个部门中，特别是在办公用品、照相器材、汽车、仪器仪表、机械、航空、交通、通信、建材产品、日用品以及家用电器行业中的零

3、件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现以塑代金属的全塑产品。动涡盘的材质多为合金材料，本设计通过对各种塑料进行了详细的分析，由于ABS的综合性能良好，符合制品的质量和使用要求，故选取ABS作为制品材料，采用注塑成型。专业方向、基本理论及设计内容（设计要求和设计步骤要求详细到章节）：一 、 专业方向模具设计与制造专业目前可以分为设计方向和制造方向。设计方面是用一些软件来进行设计的，结合模具的知识用与设计各种产品的模具。制造方面是用模具制造的知识、现代模具制造生产设备加工、装配和调试产品的模具。 基本理论 本模具要用到如下几点基本理论1. 塑料模具成型及模具加工技术的新技术、最新工艺知识。2. 塑料

4、的工艺性能及模具成型工艺方法与步骤。3. 注射摸的结构与设计的方法。4. 注射摸的零件结构图纸。二、 设计要求 独立完成设计要求的各项任务。要求：1. 用手工绘制装配和零件的2D图.2. 用Pro/E等相关软件绘制出模具的总装2D、3D图.3. 该塑料模具的零件和重要摸具零件的3D图.4. 工艺计算.5. 其他零件的设计与选用.6. 模具的装配与校核.主要参考文献：【1】齐卫东 塑料模具设计与制造 .北京：高等教育出版社，2005【2】李学锋 塑料模具设计及制造 .北京：机械工业出版社，2002【3】冯炳尧等 模具设计与制造简明手册 .上海：科学技术出版社，1998【4】机械制图 .北京：机械

5、工业出版社，1999【5】王谟金等 AutoCAD2000(中文版)机械制图教程 .北京: 机械工业出版社, 2003【6】詹友刚Pro/ENGINEER中文野火版3.0模具设计教程 .北京:机械工业出版社,2007【7】詹友刚Pro/ENGINEER中文野火版3.0模具实例教程 .北京:机械工业出版社,2006教研室审批意见专业教研室主任签字：（盖章）系部审批意见系部主任签字： （盖章）毕业设计开题报告1 课题的目的及意义动涡盘模具设计随着塑料工业的发展，塑料制品已深入到国民经济的各个部门中，特别是在办公用品、照相器材、汽车、仪器仪表、机械、航空、交通、通信、建材产品、日用品以及家用电器行业

6、中的零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现以塑代金属的全塑产品。动涡盘的材质多为合金材料，本设计通过对各种塑料进行了详细的分析，由于ABS的综合性能良好，符合制品的质量和使用要求，故选取ABS作为制品材料，采用注塑成型。本设计阐述了动涡盘模具设计的设计全过程，应用CAD/CAE/CAM技术，提高了模具的使用寿命和制造技术。根据产品零件图，使用Pro/ENGINEER软件进行零件的分析、分型面的选择、成型零件的设计、NC数控加工。针对脱模困难，采用不等距推杆推出；根据动涡盘的结构特点，对动、定模采取不同的冷却水道以加强冷却效果。2课题任务、设计内容、实现途径课题任务：了解相关塑料的性能 掌握塑料

7、模具设计的全过程 在规定是时间内完成毕业设计的步骤及相关事宜设计内容： 1塑料材料的分析2.塑料成型分析3.模具分型面的设计4.浇注系统的设计5.零件图及总装图的绘制. 实现途径 ： 根据产品（零件）的使用要求，把模具结构用计算机设计软件设计出来，绘出图纸然后组装调试，直到能生产出合格的的产品，运用所学知识，在老师的指导下，通过上网查阅和利用学院现有的图书馆的资源查找，将这次毕业设计圆满完成。3进度安排：第一周：设计准备工作，包括设计的工件及任务书，和拟订设计方案。第二，三周： 零件工件图的绘制。第四，五，六周： 工件的注塑分析和装配图的的绘制。第七 八周： 编写说明书。第九，十周：准备辩答。

8、报告人签名： 2010-11-12 4指导老师意见 指导老师签名 年 月 日目 录1对塑件结构的分析 111.1塑件的工艺性分析111.1.1尺寸精度 111.1.2表面质量 111.1.3壁厚及其均匀性 121.1.4圆角 131.1.5脱模斜度 131.2 涡旋线的介绍 131.2.1涡旋型线的基本参数 141.2.2 涡旋型线的生成 141.2.3塑件模型分析 152塑料的选用 162.1塑料的选用 162.2 ABS的一般性能 162.3 ABS的加工要求 172.4 ABS在相关范围中的应用 173注塑机的选定 183.1概述 183.2 注射机的选用83.2.1 注射量的计算 83

9、.2.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积几所需锁模力的计算 83.2.3 选择注射机 83.2.4 注射机有关参数的校核94分型面及型腔数目的确定114.1 分型面 114.1.1 分型面的类型114.1.2 分型面的选择原则114.1.3 分型面的设计114.2 型腔数目的确定 115浇注系统设计 135.1 浇注系统概述 135.2 主流道设计 135.2.1主流道的尺寸 135.2.2 主流道衬套形式 145.2.3 主流道凝料体积 145.2.4主流道剪切速率校核 145.3 分流道设计 145.3.1 分流道的形状及尺寸 145.3.2 分流道的长度155.3.3 分流道凝料体积

10、155.3.4分流道剪切速率校核155.3.5分流道的表面粗糙度155.4 浇口的设计 165.4.1浇口位置的选择165.4.2浇口尺寸的计算165.4.3浇口剪切速率校核175.5 冷料穴的设计 175.5.1主流道的冷料穴设计175.5.2分流道的冷料穴设计176排气系统设计187成型零件设计197.1成型零件的结构设计197.1.1上模的设计 197.1.2下模的设计 197.2 成型零件工作尺寸计算 207.2.1 影响工作尺寸的因素 207.2.2 上模成型零件的工作尺寸计算217.2.3 下模成型零件的工作尺寸计算227.3成型零件强度及支承板厚度计算238导向机构设计258.1

11、 导柱 258.1.1导柱的结构形式258.1.2 导柱的结构形式258.2 导套 268.2.1导套的结构形式268.2.2 导套结构和技术要求279脱模机构设计 289.1脱模机构的分类 289.2 脱模机构的设计原则 289.3 脱模力的计算 289.4推出机构的设计299.4.1 推杆的设计要点309.4.2 推杆的截面形状359.4.3 推杆的尺寸计算379.5 推出机构的导向和复位 389.5.1 导向零件409.5.2 复位零件4110模架的选定 4110.1 模架概述 4210.2 模架的选定 42参考文献结束语前 言1 概述模具工业是国民经济的基础工业，被成为“工业之母”。而

12、塑料模具又是整个模具行业中的一枝独秀，发展极为迅速。自从1927年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术、材料改性技术的进步，愈来愈多的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。在现代化工业生产中，69%90%的工业产品需要使用模具加工，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。我国自改革开放以来，塑料工业发展很快，表现在不仅塑料增加而且其品种更为增多，其产量已上升到居世界第四位，由此可见，塑料工业已在我国国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。在模具方面，我国模具

13、总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的1/31/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，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化；CAD、CAE、Flow Cool软件等应用比例不高；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

14、多，多属劳动密集型企业。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。近年来，随着科学技术的进步以及对塑件质量要求的提高，塑料模塑成型技术正向高精度、高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的方向发展，具体表现在以下几个方面：（1）塑料成型理论研究的进展。（2）新的成型方法不断涌现。（3）塑件更趋向精密化、微型化及超大型化。（4）开发出新型模具材料。（5）模具表面强化热处理新技术应用。（6）模具CAD/CAM/CAE技术发展迅速。（7）模具大量采用标准化。在工业发达的国家，模具工业已经从机床工业中分离出来，并发展成为一个独立的工业部门，而且其产值已经超过机床工业的产值。目前国

15、内模具行业的基本情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、寿命短、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，需要每年花几百万.上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。2本课题的研究内容、要求、目的及意义本次动涡盘模具设计采用Proe辅助设计，运用CAD技术能有效地对整个设计制造过程预测评估通过计算机数据模拟和仿真技术来完善模具结构，再现能力强，整体水平容易控制，能够迅速获得样品，有利于争取定单，赢得客户；同时节省大量的模具试制材料费

16、用，减少模具返修率，缩短生产周期，大大降低了模具成本。本课题的研究内容及基本要求（1）独立拟定动涡盘塑件的成型工艺，正确选用成型设备。（2）合理地选择模具结构。根据塑件图及技术要求，提出模具结构方案，并使其结构合理，质量可靠，操作方便。必要时可根据模具设计和加工的要求，提出修改塑件图纸的要求。（3）正确的确定模具成型零件的形状和尺寸。（4）所设计的模具应当制造方便、造价便宜。（5）充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工。（6）设计的模具应当效率高，安全可靠，如要求浇注系统充型快，冷却系统效果好，脱模机构灵活可靠，自动化程度高。（7）要求模具零件耐磨、耐用、使用寿命长。本课题的研究目的及意义（1）

17、熟悉拟定塑料成型工艺和模具设计原则、步骤和方法。（2）学会查阅有关技术文献、手册和资料。（3）培养分析问题和解决问题的能力。1对塑件结构的分析塑件制品的结构工艺性不仅要满足使用要求，而且要符合塑料的成型工艺特点，同时还要尽使模具结构简单化。在进行制品结构工艺时，必须遵循以下原则：（1）在保证制品的使用性能、物理性能与力学性能、电气性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能的前提下，尽量选用价廉且成型性能又好的塑料。并力求制品结构简单、壁厚均匀，而且成型方便。（2）在设计塑料制品时应同时考虑模具的总体结构合理，使模具型腔易于制造，模具的抽芯和推出机构简单。（3）在设计制品时，、应考虑塑料原料的成型工艺性，如

18、流动性、收缩性等；同时其制品形状应有利于模具的分型、排气、补缩和冷却。（4）当制品的外观要求较高时，应先通过造形而后逐步绘制出样图。该塑件是一涡旋压缩机上动涡盘，外形结构如图1-1所示。塑件壁厚属中等壁厚塑件，生产批量很大，材料为丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS），成型性能较好，可以注射成型。塑件具体数据见塑件图。 图111.1塑件的工艺性分析塑件结构工艺性主要包括尺寸精度、表面粗糙度、脱模斜度、壁厚及其均匀性、加强筋、支承面、圆角、孔、工艺圆角、成型孔的分布、嵌件的安置等结构特征，还有外观质量要求是否能满足成形工艺要求。在此只进行简单的几个方面的分析。1.1.1尺寸精度 此塑件的两个重要结构

19、尺寸为涡旋体的高度，圆环形内孔的直径，见塑件图1，从这两个数据可以看出，该塑件的尺寸精度较高。1.1.2表面质量制品的表面质量包括表面粗糙度和外观质量等。制品的外观要求越高，表面粗糙度值应越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷来保证外，主要取决于模具型腔表面粗糙度。一般模具表面粗糙度要比制品的要求低12级。动涡盘涡旋体内盘表面粗糙度Ra1.6m，涡旋体外表面粗糙度Ra0.8m，涡旋体端平面粗糙度Ra0.8m，涡旋体壁侧表面粗糙度Ra0.8m。1.1.3壁厚及其均匀性涡旋体壁厚均匀一致为6mm，涡旋盘盘体的厚度为15 mm，用于装配传动轴的型腔壁厚均匀一致为10 mm。就整个塑件

20、而言，最大厚度为15 mm，最小厚度为6 mm，壁厚差为9 mm，塑件整体壁厚不是很均匀，但由于尺寸较大，塑件的成型问题仍然不大。1.1.4圆角塑料制品设置圆角，能使其成型时流动性能好，成形顺利进行。因为当制品带有尖角时，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时发生破裂，因此须在塑件各个转角处或内部联接处，均采用圆角过渡。当圆弧半径大于塑件壁厚1/4时，应力集中系数小于2；当这个比值增大为1/2时，其应力集中系数可减至 1.51.1.5脱模斜度由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面

21、具有合理的脱模斜度。制品上的脱模斜度大小，与制品的性质、收缩率大小、摩擦系数大小、制品壁厚和几何形状有关。硬质塑料比软质塑料斜度大；形状愈复杂或成型孔较多时取较大的脱模斜度；制品高度愈高、孔愈深则取较小脱模斜度；内孔包住型芯，应取较大斜度。一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内，否则应在图样上加以注明。在制品图上标注时，内孔以小端为基准，斜度由扩大方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得。表11 常用塑料的脱模斜度塑料名称 脱模斜度 型 腔 型 芯聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、聚酰胺 2545 2045硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜 3040 3050聚苯乙烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛 3

22、5130 3040热固性塑料 2540 20501.2 涡旋线的介绍(1)对于动涡盘或静涡盘上位于压缩腔内的任一给定点，在静涡盘或动涡盘上，必有一点且只有一点与之相啮合，并且内侧壁面上的点相啮合。(2)当涡旋型面上一对共轭点相啮合（接触）时，动、静涡旋盘涡旋型线特征形状几何中心之间的距离，不随主轴转角而变化。这里的特征形状，是指能够反映涡旋型线类型的几何形状，对于圆渐开线涡旋型线，是指基圆。(3)一对啮合点相啮合时，啮合点所在涡旋型面的切向相互平行，并且与通过涡旋型线特征形状几何中心之间连线方向相垂直。本次设计选用以圆的渐开线为涡旋线的动涡盘，主要原因是：(1)圆的渐开线容易加工。(2)与其它

23、类型的渐开线型线相比，圆的渐开线涡旋压缩机具有更加紧凑的结构与良好的工作性能。1.2.1涡旋型线的基本参数其基本参数如下：基圆半径 r渐开线的节距 p=2r渐开线的发生角 涡旋体的壁厚 t=2r涡旋体的高度 h涡旋线圈数 N渐开线的渐开角 =2N+/2动静涡盘基圆中心距离 D=p/2-t(1) r实际上是一个涡旋压缩机的重要结构参数。涡旋压缩机工作时，由于动涡盘的基圆中心是绕静涡盘的基圆中心作半径为r的圆周轨道运动，故r又称为转动半径。理论上偏心轴的中心线（不同于曲柄销的中心线），应与静涡盘通过基圆中心的中心线相重合，曲柄销的中心线，应与动涡盘通过基圆中心的中心线相重合，故r又称为偏心轴的偏心

24、量。满足动静涡盘基圆中心距离r的涡旋型线组合，可构成封闭的容积腔。一般情况下r的取值范围是r= 1.26.5mm。由附图1，已知： r3.5mm。（2）渐开线的节距p：p=2r，由公式可知，p是关于r的一次函数，当r发生变化时，p也随之发生改变。（3）渐开线的发生角：是关联渐开线基圆半径r和涡旋体的壁厚t的一个几何参数，它自身并没有什么特殊意义。根据经验，的取值范围是=15o 75o。取=49o。（4）涡旋体的壁厚t：涡旋体的壁厚t根据涡旋体工作时的受力情况而定，以保证刚度和强度为前提。一般情况下t在210 mm范围内取值，压缩机功率小时取较小的值；当涡旋体顶部设置密封槽时，t的取值应考虑密封

25、槽和密封条的加工工艺，一般取较大的值。由公式：t=2r 得t=6 mm。(5) 渐开线圈数N：当涡旋压缩机的行程容积Vs、渐开线基圆半径、发生角、吸气结束角确定后，N由直接可以求出。N的取值不能太大，否则涡旋体的加工质量很难保证。一般情况下N=24圈为宜。取 N=4。（6）涡旋体的高度h：涡旋体的高度是一个重要的几何参数。h的大小与涡旋盘的直径、轴向间隙的泄漏线长度、以及涡旋体加工时的难易程度等因数有关。一般情况下，h=1080 mm。取h=26 mm。1.2.2 涡旋型线的生成涡旋压缩机型线主要是采用圆的渐开线，其内壁面参数方程为：x= rcos（+）+sin（+）y= rsin（+）-co

26、s（+）式中 r 基圆半径；展开角；渐开线的发生角。其外壁面参数方程为：x= rcos（）+sin（-）y= rsin（-）-cos（-）式中 r 基圆半径；展开角；渐开线的发生角。将数据代入式子中有，内型线方程为：x内=3.5cos（49o）sin（49o）y内=3.5sin（49o）cos（49o）外型线方程为：x外=3.5cos（49o）sin（49o）y外=3.5sin（49o）cos（49o）由此可得到如图11所示的涡旋线。图121.3 塑件模型分析体积 = 7.6187012e+05 毫米3曲面面积 = 1.5996886e+05 毫米2密度 = 1.0900000e+00 公吨

27、/ 毫米3质量 = 8.3043843e+05 公吨 根据_007坐标边框确定重心:X Y Z 1.2122787e-01 4.8345040e+00 -2.9178042e+00 毫米相对于_007坐标系边框之惯性. (公吨 * 毫米2)惯性张量Ixx Ixy Ixz 2.1797262e+09 1.3086919e+06 3.4475157e+07Iyx Iyy Iyz 1.3086919e+06 3.9708100e+09 -7.3508636e+06Izx Izy Izz 3.4475157e+07 -7.3508636e+06 2.1804621e+09重心的惯性(相对_007 坐标

28、系边框) (公吨 * 毫米2)惯性张量Ixx Ixy Ixz 2.1532468e+09 1.7953924e+06 3.4181415e+07Iyx Iyy Iyz 1.7953924e+06 3.9637278e+09 -1.9065141e+07Izx Izy Izz 3.4181415e+07 -1.9065141e+07 2.1610405e+09主惯性力矩 (公吨 * 毫米2)I1 I2 I3 2.1226337e+09 2.1914509e+09 3.9639305e+09从_007 定位至主轴的旋转矩阵: 0.74510 0.66696 -0.00079 -0.00763 0.

29、00734 -0.99994 -0.66691 0.74506 0.01056从_007 定位至主轴的旋转角(度):相对 x y z 的夹角 89.395 0.000 -41.833 相对主轴的回旋半径：R1 R2 R3 5.0557293e+01 5.1370306e+01 6.9089062e+01 毫米2塑料的选用2.1塑料的选用由于动涡盘在工作受到较大的摩擦力，工作温度为6080，而且还要承受一定的离心力和剪切力，所以只能选择相应的工程塑料。可供选择的塑料品种有：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物等。综合比较待选塑料品种的综合性能，其中，聚甲醛的收缩率过大；聚酰胺的线胀

30、系数较高；聚碳酸酯耐磨性差，易产生残余应力，甚至裂纹；ABS符合制品的质量和使用要求，故确定其为塑件材料。2.2 ABS的一般性能丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，英文名称为acrylonitritle-butadiene-styrene copoly，简称ABS。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的确综合性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工和染色性能。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。有极好的冲击强度，且在低温温下也不迅速下降。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部

31、分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高。ABS的综合性能较好，冲击韧性、机械强度较高，尺寸稳定，化学性稳定性较好；易于成型和机械加工，与有机玻璃的熔接性良好，可做双色成型塑件，表面可镀铬。主要性能数据见表2-1。表2-1 ABS的性能项 目 ABS相对密度 kgdm3 1.021.16比体积 dm3kg1 0.860.98吸水率 % 0.20.4成型收缩率 % 0.40.7熔点 130160热变形温度 90108抗拉屈服强度 MPa 50拉伸弹

32、性模量 MPa 1.8103抗弯强度 MPa 80冲击韧性 kJm2 261硬度 HB 9.7 R1212.3 ABS的加工要求成型时宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度250），对精度较高的塑件，模温宜取5060，对光泽、耐热塑件，模温宜取6080。注射压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180230，注射压力为（10001400）105帕。用螺杆式注射机成型时，料温为160220，注射压力为（7001000）105帕。分流道及浇口截面要大，注意浇口的位置，防止熔接纹；为避免塑件出现银丝及气泡，成型前必须充分干燥，表面要求光泽的塑件必须经长时间的预热干燥；保压及冷却时间不宜太长；为消除塑件的内应力，防止开裂，应对塑件进行退火处理。其他工艺参数见表2-2。表2-2 ABS塑料的注射工艺参数项 目