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产品实图 《CAD应用技术》课程设计说明书 产品实图
一、设计内容及要求
以塑料制品为设计对象，根据塑件的工艺和结构要求，利用计算机辅助设计软件（AutoCAD或Pro/E等）对注射模具进行设计与绘图，并计算模具各部件的尺寸与分析其结构的合理性。
本次以水桶盖制件为对象进行浇注设计，水桶盖制件要有一定的强度和刚度，产品三视图如右图所示，基本尺寸是直径Φ=100mm,厚度t=2.2mm，高度H=25mm。

二、材料的选用
本次塑料模具选用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），以下是有关于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料的性能特点及应用介绍。
聚甲基丙烯酸甲脂，又叫有机玻璃，代号PMMA。具有塑料中最高的透明性，强度中等，韧性较好，但表面硬度较低，用于飞机、汽车窗玻璃，机械、电子、建筑上需要一定透明度和强度的零件。容易燃烧，强裂花果臭。
PMMA密度为1.18-1.19g/ cm3，折射率较小，约1.49，透光率达92%，雾度不大于2%，是优质有机透明材料，收缩率：0.5~0.7%，注射压力：80~130MPa,脱模斜度：50’~2°,塑件厚度：2.2mm，塑件的各连解处均应有半径不小于0.5~1mm的圆角，公差值：0.44mm，本设计选用精度等级为4级。
1、聚甲基丙烯酸甲脂的性能
①力学性能
聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的综合力学性能，在通用塑料中居前列，拉伸、弯曲、压缩等强度均高于聚烯烃，也高于聚苯乙烯、聚氯乙烯等，冲击韧性较差，但也稍优于聚苯乙烯。浇注的本体聚合聚甲基丙烯酸甲酯板材（例如航空用有机玻璃板材）拉伸、弯曲、压缩等力学性能更高一些，可以达到聚酰胺、聚碳酸酯等工程塑料的水平。
一般而言，聚甲基丙烯酸甲酯的拉伸强度可达到50-77MPa水平，弯曲强度可达到90-130MPa，这些性能数据的上限已达到甚至超过某些工程塑料。其断裂伸长率仅
2%-3% ，故力学性能特征基本上属于硬而脆的塑料，且具有缺口敏感性，在应力下易开裂，但断裂时断口不像聚苯乙烯和普通无机玻璃那样尖锐参差不齐。40℃ 是一个二级转变温度，相当于侧甲基开始运动的温度，超过40℃ ,该材料的韧性，延展性有所改善。聚甲基丙烯酸甲酯表面硬度低，容易擦伤。
聚甲基丙烯酸甲酯的强度与应力作用时间有关，随作用时间增加，强度下降。经拉伸取向后的聚甲基丙烯酸甲酯（定向有机玻璃）的力学性能有明显提高，缺口敏感性也得到改善。
聚甲基丙烯酸甲酯的耐热性并不高，它的玻璃化温度虽然达到104℃，但最高连续使用温度却随工作条件不同在65℃-95℃之间改变，热变形温度约为96℃（1.18MPa），维卡软化点约113℃。可以用单体与甲基丙烯酸丙烯酯或双酯基丙烯酸乙二醇酯共聚的方法提高耐热性。聚甲基丙烯酸甲酯的耐寒性也较差，脆化温度约9.2℃。聚甲基丙烯酸甲酯的热稳定性属于中等，优于聚氯乙烯和聚甲醛，但不及聚烯烃和聚苯乙烯，热分解温度略高于270℃，其流动温度约为160℃，故尚有较宽的熔融加工温度范围。聚甲基丙烯酸甲酯的热导率和比热容在塑料中都属于中等水平，分别为0.19W/CM.K和1464J/Kg.K
②电性能
聚甲基丙烯酸甲酯由于主链侧位含有极性的甲酯基，电性能不及聚烯烃和聚苯乙烯等非极性塑料。甲酯基的极性并不太大，聚甲基丙烯酸甲酯仍具有良好的介电和电绝缘性能。值得指出的是，聚甲基丙烯酸甲酯乃至整个丙烯酸类塑料，都具有优异的抗电弧性，在电弧作用下，表面不会产生碳化的导电通路和电弧径迹现象。20℃是一个二级转变温度，相应于侧甲酯基开始运动的温度，低于20℃，侧甲酯基处于冻结状态，材料的电性能比处于20℃以上时会有所提高。
③耐化学试剂及耐溶剂性
聚甲基丙烯酸甲酯可耐较稀的无机酸，但浓的无机酸可使它侵蚀，可耐碱类，但温热的氢氧化钠、氢氧化钾可使它浸蚀，可耐盐类和油脂类，耐脂肪烃类，不溶于水、甲醇、甘油等，但可吸收醇类溶胀，并产生应力开裂，不耐酮类、氯代烃和芳烃。它的溶解度参数约为18.8(J/CM3)1/2 ，在许多氯代烃和芳烃中可以溶解，如二氯乙烷、三氯乙烯、氯仿、甲苯等，乙酸乙烯和丙酮也可以使它溶解。聚甲基丙烯酸甲酯对臭氧和二氧化硫等气体具有良好的抵抗能力。
④耐候性
聚甲基丙烯酸甲酯具有优异的耐大气老化性，其试样经4年自然老化试验，重量变化，拉伸强度、透光率略有下降，色泽略有泛黄，抗银纹性下降较明显，冲击强度还略有提高，其它物理性能几乎未变化。
⑤燃烧性
聚甲基丙烯酸甲酯很容易燃烧，有限氧指数仅17.3。
2、聚甲基丙烯酸甲酯的应用
聚甲基丙烯酸甲酯作为性能优异的透明材料广泛应用在以下各方面：
①灯具、照明器材，例如各种家用灯具、荧光灯罩、汽车尾灯、信号灯、路标。
②光学玻璃，如制造各种透镜、反射镜、棱镜、电视机荧屏、菲涅耳透镜、相机透光零。
③制备各种仪器仪表表盘、罩壳、刻度盘。
④制备光导纤维。
⑤商品广告橱窗、广告牌。
⑥飞机座舱玻璃、飞机和汽车的防弹玻璃（需带有中间夹层材料）。
⑦各种医用（储血容器等）、军用、建筑用玻璃。
⑧工业应用（影碟、灯光散射器），电子产品的按键(特别是透明的）。
⑨日用消费品（饮料杯、文具等）。
3、聚甲基丙烯酸甲酯的成型加工
（1）工艺特性
①聚甲基丙烯酸甲酯含有极性侧甲基，具有较明显的吸湿性，吸水率一般在0.3%-0.4%，成型前必须干燥，干燥条件是80℃-85℃下干燥4-5h 。
②聚甲基丙烯酸甲酯在成型加工的温度范围内具有效明显的非牛顿流体特性，熔融粘度随剪切速率增大会明显下降，熔体粘度对温度的变化也很敏感。因此，对于聚甲基丙烯酸甲酯的成型加工，提高成型压力和温度都可明显降低熔体粘度，取得较好的流动性。
③聚甲基丙烯酸甲酯开始流动的温度约160℃，开始分解的温度高于270℃，具有较宽的加工温度区间。
④聚甲基丙烯酸甲酯熔体粘度较高，冷却速率又较快，制品容易产生内应力，因此成型时对工艺条件控制要求严格，制品成型后也需要进行后处理。
⑤聚甲基丙烯酸甲酯是无定形聚合物，收缩率及其变化范围都较小，一般约在0.5%-0.8%，有利于成型出尺寸精度较高的塑件。
⑥聚甲基丙烯酸甲酯切削性能甚好，其型材可很容易地机加工为各种要求的尺寸。
（2）加工工艺
聚甲基丙烯酸甲酯可以采用浇铸、注塑、挤出、热成型等工艺。
①浇铸成型
浇铸成型用于成型有机玻璃板材、棒材等型材，即用本体聚合方法成型型材。浇铸成型后的制品需要进行后处理，后处理条件是60℃下保温2h， 120℃下保温2h
②注塑成型
注塑成型采用悬浮聚合所制得的颗粒料，成型在普通的柱塞式或螺杆式注塑机上进行。注塑制品也需要后处理消除内应力，处理在70-80℃热风循环干燥箱内进行，处理时间视制品厚度，一般均需4h左右。
③挤出成型
聚甲基丙烯酸甲酯也可以采用挤出成型，用悬浮聚合生产的颗粒料制备有机玻璃板材、棒材、管材、片材等，但这样制备的型材，特别是板材，由于聚合物分子量小，力学性能、耐热性、耐溶剂性均不及浇注成型的型材，其优点是生产效率高，特别是对于管材和其它用浇注法时模具。难以制造的型材。
④热成型
热成型是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形状制品的过程，将裁切成要求尺寸的坯料夹紧在模具框架上，加热使其软化，再加压使其贴紧模具型面，得到与型面相同的形状，经冷却定型后修边即得制品。加压可采用抽真空牵伸或用对带有型面的凸模直接加压的方法。热成型温度可参照表3推荐的温度范围。采用快速真空低牵伸成型制品时，宜采用接近下限温度，成型形状复杂的深度牵伸制品时宜采用接近上限温度，一般情况下采用正常温度。

三、塑件的工艺性与结构分析
塑件的尺寸精度主要取决于塑件收缩率的波动和模具制造误差，结合塑料的特性，根据《塑料模设计手册》可以分别确定以下各尺寸的精度。
1. 脱模斜度：
由P28表2－1 各种材料推荐的脱模斜度，可以选定脱模斜度为1°。
2. 塑件壁厚：
由P29表2－3 热塑性塑料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值，可以选定塑件壁厚为t=2.2mm。
3. 圆角尺寸：
由P33 图2－4分析可查出，内表面半径r＝0.5t＝1.1mm，外表面半径R=1.5t ＝3.3mm。
4. 塑件尺寸精度等级：
由P45表2－20 精度等级的选用，可选定塑件尺寸精度为4级。

四、分型面的选择
分型面设计的原则：
1、有利于脱模。
2、有利于保证塑件外观质量和精度要求 。
3、有利于成型零件的加工制造 。
4、有利于侧向抽芯 。

五、注射机的选择
1、注射机型号的预选
本设计采用一模一件的加工方式，在一个注射成型周期内需要注射入模具内的塑料熔体的容量为：V＝nVz＋Vj
式中 n—— 一模中含有的产品件数
Vz——单位塑件体积
Vj——浇注系统的凝料和飞边所需的塑料容量，一般Vj=(6％～30％)×Vz
V——一个周期注射模具的塑料熔体
根据计算可得，
若取Vj =20% Vz ，则V＝nVz＋Vj =（1+20%）Vz=
根据规定，V≤0.8Vg，即Vg≥V/0.8=31.2/0.8=39（其中Vg为注射机额定注射量），由于PMMA密度为1.18g/，故注射模料质量为m=ρV=46.02g，根据相关模具设计手册，可预选注射机的标准型号为XS－ZY－125。
注射机标签：
最大注射量125g
最大成型面积320cm
最大注射压力1460kgf/ cm
锁模力900KN
最小模厚200mm
最大模厚300mm
2、注射机锁模里的校核
为了防止模具分型面被模腔压力顶开，注射机必须对模具施以足够的锁模紧力。根据所需锁模力与总注射压强的关系，故校正锁模力为：F＝1.5×P×A×0.1
式中 F——所需锁模力（kN）
P——型腔单位面积的注射压力(MPa)
A——型腔（包括浇注系统）的投影面积(cm)
①查阅《塑料模设计手册》得，P=PB·Kc·Ks
式中 PB——基本压力
Kc——材料种类的系数
Ks——根据塑件几何形状复杂程度而定，一般去Ks＝1～1.5
由塑件的厚度t=2.2mm得：
最大流程：L＝40+25+10=75mm
流程比：L/t=75/2.2=34.1
根据手册图5-53得PB=20MPa，由表5-25取Kc=1.15；由于此设计塑件形状较为简单，故取Ks=1.0。
故型腔单位面积的注射压力 P=PB·Kc·Ks=20×1.15×1.0=23MPa
②型腔投影面积的计算
A=π＝3.14×＝7850=78.5cm
故校正锁模力F＝1.5×P×A×0.1=1.5×23×78.5×0.1=270.825KN
因为注射机的锁模力900KN大于该校正锁模力，故选用该型号注射机符合技术要求。

六、模架的选择
1、模架基本尺寸计算
根据《塑料注射模中小型模架》GB/T12556.1～12556.2-1990规定,中小型标准模架的模板尺寸B×L≤500×900mm，只要根据型腔的长宽尺寸不大于模架的长度和宽度的60%，深度不超过其长度的10%，即可确定模架的型号，不需要对模具强度进行校核。本次设计的塑件尺寸为B×L×H=100×100×25mm, 则所需模具最小尺寸为B×L×H=167×167×250mm。根据相关资料，最终确定模架的基本尺寸为B×L=200×200mm，选用A4标准模架型。
2、开模距离的计算
开模距离S=2×H+2～3mm
由于塑件的高度H=25mm，故Smax=2×25+3=53mm
由《CAD应用技术》课程设计指导书附录选用200×L,A4型24号，相关数据如下：
定模座板长×宽×厚：250×200×25mm
定模板长×宽×厚：200×200×40mm
顶出板长×宽×厚：200×200×20mm
动模板长×宽×厚：200×200×32mm
支承板长×宽×厚：200×200×32mm
推板长×宽×厚：200×118×20mm
推板固定板长×宽×厚：200×118×16mm
垫板长×宽×厚：200×40×63mm
动模座板长×宽×厚：250×200×25mm
模具总高度等于237mm
所以模具最大距离＝237＋53＝290mm，没有超出注射机的最大模厚300mm，因此选用XS－ZY－125型注射机符合技术要求的。

七、浇注系统的设计
主流道的设计：水桶盖采用直接进料的方式，以主流道最为直接进料口。由设计手册表5-40以及图5－76可得：
D=6.5mm
d=喷嘴孔径＋1mm=3＋1mm＝4mm（其中孔径=3～5mm，本设计取3mm）
R＝喷嘴球面半径＋（2～3）mm
＝12＋（2～3）
＝(14～15)mm（本设计取15mm）
r=（1～3）mm（本设计取2mm）
α=2°～4°（本设计取4°）
H=（1/3～2/5）R＝5～6mm＝5mm
L=34mm
如右上图所示：

八、推出机构的选取
推出机构尺寸由实体情况进料而定，查表5-10可选用推杆的外观参数及尺寸，如下：

外观形状、尺寸如右图所示：

九、复位机构的选取
结合本次设计的实际情况，复位机构的实体尺寸由表5-10查得

尺寸如右图所示：

十、成型零件的工作尺寸计算
工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸、型芯的高度尺寸和型腔的深度尺寸、中心距等。本次设计采用PMMA材料，精度等级为4级，根据基本尺寸，查表5-33可得其公差尺寸。结合本次设计的实际情况，由手册可查得PMMA材料收缩率为:Scp=0.5%～0.7%，本设计取0.5%。以下公式所使用的相关字母含义如下：——塑件基本尺寸
——塑件收缩率，由材料特性以及使用情况决定
△——塑件公差
——制造公差，由塑件进度决定（=△/8）
1、型腔径向尺寸：

＝
＝mm
＝＝mm
2、型腔深度：

3、型芯加强筋槽宽：

4、型芯加强筋高度：

5、型芯径向尺寸：

6、型芯高度：

十一、模具温度调节系统设计
本设计注射模冷却系统用水道冷却方式冷却，水道布置方式是串联方式，根据单位面积的注射压力，查表得模具冷却系统基本尺寸如下：
水管直径d＝8mm
中心距b＝48mm
与型腔壁距离a＝2mm。
十二、塑料模具零件材料及热处理的选用
零件名称
材料
热处理方法
硬度
型腔
CrWMo9Mn2V
淬火
HRC54～58
型芯
40Cr
淬火
HRC54～58
动、定模座板
45
淬火
HRC43～48
动、定模板
45
调质
HB230～270
导柱
T8A
淬火
HRC50～55
导套
T8A
淬火
HRC50～55
垫块
45
淬火
HRC43～48
浇口套
45
淬火
HRC50～55
推杆
T8A
淬火
HRC54～58
复位杆
T10A
淬火
HRC43～48
推杆固定板
45
调质
HB230～270
支承板
45
淬火
HRC43～48
推板
45
淬火
HRC43～48
推件板
45
调质
HB230～270
螺钉
45
淬火
HRC34～40
定位圈
45
淬火
HRC34～40
冷却水管
45

冷却管接口
45

十三、其他标准尺寸选用
1、 导柱尺寸
根据所选用A4型标准模架的基本尺寸，查表5-2可得带头导柱基本尺寸：
d=20mm d1=20mm D=25mm
S=6mm L1=25mm L=90mm
导柱平面图如下：

2、 导套尺寸
根据所选用A4型标准模架的基本尺寸，由表5-5可得导套基本尺寸：
d=20mm
d1=28mm
d2=28mm
D=32mm
s=6mm
L=40mm

3、 定位圈尺寸
d=125mm
H=12mm

十六、小结
经过为期两个星期的CAD应用技术课程设计，我深刻的认识到作为一名设计者必须要具备许多素质，例如要有较厚的知识基础，要有熟练的计算机绘图技术，要细心、耐心等等，以致能够高质量、高速度的完成设计任务。
在老师的指导下，利用《塑料模设计手册》、《画法几何与机械制图》等工具书，运用自己肤浅的知识和不熟练的计算机绘图技术，独立的完成了本设计。在这次课程设计过程中，我遇到了很多问题，例如对于参数的选用和绘图过程中的修改等。由于对于这方面知识不够了解，导致很多参数取得都不是很准确；也由于思维不够紧密，导致在设计过程中出现遗漏，直到在后面的设计过程中才发现，或者在不断的检查中才发现遗漏或者小错误，这样很多工作都要反复的做，十分费时。
不过，经过反复的检查与修改之后，终于完成了设计书与计算机绘图操作。
通过这次课程设计，让我的思维更加紧密了，也让我认识到，无论做什么事都不能鲁莽，一定要仔细，要有耐心，要深思熟虑，这样才会减少错误，同时，完成之后一定要检查，以避免遗漏。我的AutoCAD绘图技术也更加熟练了，也学会了一些平时不懂的操作，例如熟练的掌握镜像技术对于很多对称的图形非常有用。有了这次设计的基础，我想在下次冲压课程设计中一定会更加顺利，更快的完成。
不过，我也深知自己设计方面的知识依然很肤浅，今后一定加强这方面知识的学习，同时还要加强计算机绘图操作技术，为今后就业做好充分的准备。

十七、参考文献
1、 《模具设计》徐炜炯编.北京：中国轻工业出版社，1997：170-242.
2、 《塑料模设计手册》.塑料模设计手册.北京：机械工业出版社，2002，8
3、 《AutoCAD2005练习宝典》胡仁喜，赵力航，郭军编，北京理工大学出版社，2003.8
4、 《中国模具设计大典数据库（电子版）》夏巨谌，李志刚. 中国机械工程学会
5、 《画法几何与机械制图》冯开平、左宗义主编. 广州: 华南理工大学出版社, 2001.9
6、 《机械设计与机械设计基础课程设计》王昆、何小柏、汪信远主编.北京:高等教育出社,1996
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