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1、.word格式.塑料叉子的设计制造小组分工：王晖（s20120856）：产品检测标准及检测试验方法曹旭东（s20120764）：叉子的设计及三维实体建模江丽英（s20120800）：叉子的有限元分析张翼（s20120903）：材料的选择刘晓明（g20128204）：模具型腔设计赵凯（s20120909）：模具型腔表面处理虞川一（s20120886）：注塑机参数校核，试模时可能出现的缺陷及解决方法李健（g20128240）：注塑成型加工过程豆凤铅（s20120780）：去毛刺及后期处理魏俊楠（g20108105）：叉子的包装及回收1叉子的设计1.1设计背景餐具时人们日常生活中不可缺少的日用品，随
2、着人们生活水平的提高，生活方式和消费观念也发生了改变，与家人朋友一同去餐馆下馆子聚餐、叫外卖、吃排挡成为越来越多现代人的饮食习惯，一次性餐具因为方便简单，用后不用洗，成本低廉，越来越受“吃客”们的喜爱，需求持续旺盛。作为餐具中的代表，叉子具有广阔的市场前景。1.2设计要求及特点（1）选材要求安全，无毒无味、耐酸耐碱、高温（120）不变形，且稳定。（2）所设计产品需要有一定的强度；结构要求美观大方简单实用，便于制造和消毒；同时兼顾经济性原则。1.3叉子的三维建模叉子的三维建模如图1-1图1-1叉子的三维模型图1-2叉子的体积1.3有限元分析有限元法能够很好地模拟物体的实际形状、结构、受力和约束，
3、其计算结果更精确，也更接近实际，是作为设计、改进零部件的依据。在本设计题中主要是在CAE软件ansys的workbench界面下，建立一次性塑料叉子的有限元模型进而进行静力学分析的。1.3.1有限元模型的建立将已经建立好的实体模型导入workbench中，对整体结构进行网格划分，由于四边形单元的计算精确度比三角形单元高，故采用四边形单元，取去网格大小为4mm，如图1-3所示。图1-3叉子结构模型的有限元网格图 对结构模型施加约束和载荷：如下图所示在A处和B处约束约束铅垂方向和横向两个方向的位移；对整体结构施加重力载荷即图中的力C，对叉子背面加一向下的力即图中的D。图1-4叉子模型的约束和受力图
4、1.3.2求解及结果分析图1-5叉子模型结构的应力云图图1-6最大应力发生位置的应力局部放大图图1-7勺子结构的位移云图 由上面的应力以及位移云图可以看出，最大应力发生在叉子齿的根部；而在叉柄的中部偏下的弯曲部位位移最大，同时在该部位也存在的较大的应力。需要对结构的上述部位做进一步的改进，又由于该叉子是一次性的结合制造成本与可靠性的整体因素考虑，可以通过增加叉齿的厚度和在叉柄背面加加强筋来进一步优化设计。2材料的选择在选择塑件材料时，通常要考虑一下因素：力学性能、使用性能、加工工艺性能、耐热性和经济性等等。本塑件为叉子，由于是直接和口腔接触的，所以在选择材料的时候，要首先选用无毒安全、卫生程度
5、高的材料。由于叉子使用频率较大，所以也要具有一定的力学性能，有较大的轻度和刚度，屈服轻度高，弯曲疲劳寿命高，不易变形折损等。与此同时，由于叉子属于日常生活用品，所以经济性也是一个很重要的因素，所以选材时也要注意其价格。各种塑件材料的比较材料优点缺点ABS（丙烯腈、丁二烯、苯乙烯）无毒无味，吸水性低，易加工成型，可电镀、喷涂，坚硬有强度，钢性好，尺寸稳定性好，收缩小，价格中等。易熔于氧化性酸，尺寸稳定性较差PP耐冲，韧性好，透明度高，耐蠕变，尺寸稳定性好（温度、深度、环境变化时不会随之变化），吸水性小，有良好的阻燃性和电绝缘性。易熔于氧化性酸，尺寸稳定性较差PA（聚酰胺、尼龙）耐磨、强韧、无毒、
6、耐寒、耐腐蚀、磨擦系数小易成型，电绝缘性好，耐温可达180易熔于氧化性酸，尺寸稳定性较差聚甲醛POM结晶度高，刚性大，耐冲击和蠕变性优良，耐疲劳性好，具有突出的自润滑性、耐磨性和耐化学药品性易熔于氧化性酸，尺寸稳定性较差聚酯有较大的强韧性，薄膜拉伸强度较大，有较宽的温度范围内保持优良的物理和机械性能，摩擦系数小。易熔于氧化性酸，尺寸稳定性较差综合上表和塑件的具体要求，选取PP材料。PP具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性；具有弹性和较高的冲击强度；它具有优良的介电性能及成型加工性性能等综合的优良性能，且价格便宜，原料易得。而且作为一次性用品应该对环境的破环不是那么大，聚丙烯就具有对环境不
7、是那么的有害，她具有在光氧作用下易分解老化的性能比聚乙烯好，且成形性比较好所以选择聚丙烯比较好。 另外我还得到了PP（聚丙烯）的成型特性：（1）结晶性料，吸湿性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属接触易发生分解（2）流动性极好，溢边值0.03mm左右（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢（4）成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强（5）注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90以上时易发生翘曲、变形（6）塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以避免应力集中3模具的设计3.1模具型腔设计3.1.1分型面
8、的设计动模和定模想接触的面叫做分型面，分型面的形状多种多样，有平面、曲面和阶梯面等等。具体的选用要根据实际情况来确定。对于叉子来说，塑件本身是弯曲的，故其分型面也应该是曲面。同时，分型面的选取还要利于取模，所以要取在塑件尺寸最大的地方。鉴于以上要求，我们选取的分型面如图3-1所示：图3-13.1.2浇注系统的设计(1)主流道的设计主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬
9、套镶入定模板内。浇口套的选用：进料口直径：D=d+(0.51)mm=30.53.5mm式中d为注塑机喷嘴口直径。球面凹坑半径：R=r+(0.51)mm=10+0.510.5mm式中r为注塑机喷嘴球头半径。所选浇口套的立体图如图3-2所示：图3-2(2)冷料井设计选用底部带有推杆的的冷料井，倒锥孔冷料井的底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上，因此它常与推杆或推管脱模机构连用。(3)分流道的设计分流道的布置：选用平衡式的圆形分流道布局，即分流道到各型腔浇口的长度、断面形状、尺寸都相同。(4)浇口设计浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，其截面积约为分流道的0.030.09，长度
10、约为0.5mm2mm。图3-33.1.3排气系统的设计由于本模具属小型模具，可利用型芯、顶杆、镶拼件、分型面等的间隙排气对于叉子这类生活用品来说，普遍采用大批量生产，也就要求一次注塑可以出多数产品。结合以上设计，实际的模具如图3-4所示：图3-4实际模具图3.2模具型腔表面处理据统计模具由于内表面损伤而失效的占到80%以上,如果表面工程应用于模具制造领域,将会在很大程度上弥补模具材料的不足。随着传统表面工程技术的进步，纳米科技的发展和纳米材料研究的深入，具有特异性能的许多低维、小尺寸功能化的纳米结构表面层，能够显著改善模具材料的组织结构或赋予模具材料新的性能，便出现了模具纳米表面工程。3.2.
11、1纳米表面工程的内涵及表面纳米化的实现途径纳米表面工程是将纳米材料和纳米技术与表面工程交叉、复合、综合并开发应用，以纳米材料和其它低维非平衡材料为基础，通过特定的加工技术、加工手段，对固体表面进行强化、改性、超精细加工，赋予表面新功能的系统工程。实现模具型腔金属材料表面纳米化有三条途径：1. 表面涂覆或沉积。利用纳米粉体制备技术获得具有纳米尺度的颗粒，通过表面技术将纳米颗粒固结在材料的表面，形成一个与基体化学成分相同或相异的纳米结构表层，但表层与基体之间存有明显的界面。通常所用的技术有PVD、CVD、电解沉积；2. 表面自身纳米化。对于多晶材料，采用非平衡处理方法增加材料表面的自由能，可以使粗
12、晶体组织逐渐细化至纳米量级；3. 表面混合纳米涂覆法。利用热喷涂、电刷镀和粘涂等技术制备涂覆层、在制备材料中添加纳米颗粒以改变涂覆层本身的综合性能或制备出特殊功能的涂层，此技术已较成熟，因此我们将纳米复合电刷镀应用于本次设计的模具腔体表面的处理，这样能够能够显著增加镀层厚度与硬度，提高耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性，从而提高模具的使用寿命，降低模具维修率，进而降低成本。3.4.2纳米复合电刷镀介绍电刷镀采用专门的直流电源，电源正极接镀笔，负极接工件。纳米复合电刷镀是纳米技术与传统表面工程复合电刷镀技术相结合的方法，将一种或数种纳米尺度的不溶性固体颗粒加入镀液中进行充分的分散，使这些颗粒能够均匀悬浮
13、在溶液中，并与金属或合金共沉积，使工件基体中弥散固体微粒结构的复合镀层的工艺。近年来，纳米级颗粒材料在电刷镀技术中的应用，使复合电刷镀技术在高温耐磨及抗接触疲劳载荷领域有很大的提升，并被广泛应用于机械零件表面修复与强化。腔体是模具中成型塑料制品的空间，将纳米复合电刷镀运用于注塑模具腔体表面处理将有效的提高耐磨性、抗腐蚀性与模具寿命，并能有效提高塑料制品的质量。常用的纳米复合电刷镀溶液的基质镀液主要包括镍系、钴系、铁系、铜系等单金属电刷镀溶液，以及镍钴、镍钨、镍铁、镍铁钴、镍铁钨等二元或三元合金电刷镀溶液。比较成熟的纳米复合电刷镀溶液是由镍作为基质镀液加入铜、三氧化二铝、二氧化硅、碳化硅或金刚石
14、纳米颗粒的镀液体系。图3-5纳米复合电刷镀示意图图3-6电刷镀一般工艺过程3.3注塑机参数校核3.3.1最大注塑量校核注塑机的最大注塑里应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑里好在注塑机的最大量的80%。所以，选用的注塑机最大注塑量应：08M机M塑件M浇式中：M机注塑机的最大注塑里，g;M塑件塑件的体积，g，该产品M塑件9.54g;M浇浇注系统体积，g,该产品M浇12.72g。故M机（M塑件M浇）0.8（89.5412.72）0.8111.3g此处选定的注塑机注塑量为672g，所以满足要求。3.2.2锁模力校核式中：P模熔融型料在型腔内的压力（20MPa40M
15、Pa）；A通过Pro/E软件计算过塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和为61042；F锁机注塑机的额定锁模力，kN。故F锁机P模A406104244.16kN此处选定的注塑机为2500kN。满足要求！3.3.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核（1）模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆问距相适合：模具长宽拉杆面积；模具的长宽为500450（mmmm）注塑机拉杆的间距560510（mmmm）故满足要求。（2）模具闭合高度校核：模具实际厚度H模300mm;注塑机最小闭合厚度H最小220mm；即H模H最小，故满足要求。3.3.4开模行程校核所以选注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机开模行程应满足下式：S机（H模H最小）H1H2（510）mm因为S机（H模H最小）830（300220）750mmH1H2（510）1511510140mm故满足要求。式中：H1推出距
