手机壳注塑模的设计说明书 - 图文
更新时间:2024-06-14 21:15:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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安徽机电职业技术学院
毕业设计说明书
无线电话上盖注塑模的设计
系 (部) 数控工程系 专 业 数控技术 班 级 数控3115 姓 名 胡昆峰 学 号 1401113037 指导教师 杨萍老师
2011~ 20013学年第2学期
安徽机电职业技术学校
摘要
在现在这个高速发展日新月异的的社会,电话,已是人们沟通必不可少的通讯设施,就无线电话而言,人们的消费水平提高后,开始了对精神上的满足提出了要求,要求其既要符合人们的要求,也要美观,给人赏心悦目的感觉,所以设计者就人们提出的要求和意见,设计符合大众的消费,这样才会有共同的利益。
无线电话的材料主要来自塑料,即大部分的零件都是以注塑模而制造的,特别是无线电话的后壳,因此,注塑模在电子电话行业中显得尤为重要。
这几年,模具的发展十分迅速,高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比例越来越大,而注塑模也是其中比例占的很大,从模具设计和制造角度来看,注塑模具有能一次成型结构复杂、尺寸精确、精度较高的产品。因此,适用于高效率、大批量生产制品的方式。
国内发展模具的年代比较短,为了能跟上国际社会的脚步,必须借鉴国外的技术,加以改进,能运用到国内的需求发展,同时,也要自主创新,走自己发展的道路,能符合国内经济需求的道路。
注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一,可以一次成型形状复杂的精密塑件。本设计是无线电话上壳塑料模具的设计,对零件结构进行了工艺分析,采用ABS作为塑件的材料。采用单分型面,根据模具的型腔数目以及最大注塑量、注射压力、锁模力、模具的安装尺寸等因素选择了注射机,选择成型零部件的尺寸;采用扇形浇口;利用直导柱导向,斜滑顶杆顶料,斜滑顶杆侧抽,同时完成侧抽和顶出完成脱模,并对模具的材料进行了选择,如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。对模具结构与注射机的匹配进行了校核。用UG绘制出模具三维图形及AutoCAD绘制了一套模具装配图和零件图,最后利用UG对型腔进行了加工仿真,制定了符合要求的数控加工工艺过程。
关键词:无线手机上壳; UG; ABS;注塑模具;数控加工;
In the high-speed development of the ever-changing society now, phone calls, is already people communication indispensable communication facilities, in the case of wireless phone, people's consumption levels
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increase, demand began to mental satisfaction, ask its should accord with the requirement of people already, also want to beautiful, give a person feel cheerful and pleasing to the eye, so the designer put forward opinions and demands of the people, the design conforms to the mass consumer, such ability can have a common interest.
Wireless telephone materials mainly from plastic, that is, most of the parts are manufactured in injection mold, especially after wireless phone shell, therefore, injection mold is particularly important in the electronic telephone industry.
In recent years, the development of the mould is very rapid, high efficiency, automation, large, miniature, high precision, the life of the mold in the mold production and the proportion of more and more big, and is also accounted for a large proportion of injection moulds, from the Angle of mold design and manufacturing, injection molding has to a molding complex structure, precise size, high precision products. Therefore, suitable for high efficiency and mass production products.
S domestic development mold is shorter, in order to keep up with the pace of the international community must draw lessons from foreign technology, improved, can apply to the development of domestic demand, at the same time, also want to independent innovation, following the path of their own development, can meet the demand of the domestic economy.
Injection molding is one of the key ways of thermoplasticity plastic molding which can mold precise plastic part with complex shape. The design is a plastic mould design of the back over of mobile, which analysis part structural with ABS as the material of plastic part. The design adopt single parting surface, choose injection machine, the dimension of molding parts according to the factors of the number of molding die cavity and the maximum injection, injection pressure, locking force and so on, adopt fan gate, use straight guide pillar guiding, slanting ejector to eject materials and side core pulling to side core pulling and ejecting, and choose the materials of mold, which can ensure the reliability of molding. This paper check the matching of the structure of molding and injection machine, draw the three dimension of molding with UG a set of molding assembly drawing and part drawing with AutoCAD, utilize UG to simulate machining of mould core and mould cavity and make qualified working process of numerical control.
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Key words: Wireless mobile phone shell; UG; ABS; Injection mould; Nc machining;
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目录
目录.......................................................1 第1章 概述.............................................1
1.1 本课题研究的现状 1.2 本课题研究的内容 1.3 第2章 2.1 2.2 2.3 2.4 第3章 3.1 3.2 3.3 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 第5章 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 本课题研究的的意义
产品工艺性分析
材料性能 成型特性及条件 塑料制品结构分析 零件体积及质量估算
产品建模的概述
产品建模的介绍 产品建模的主要特征 产品建模的选用理由
模具结构形式的拟定
型腔数量的分析 模具厚度 模具的长度与宽度 收缩率
注塑机的参数校核
注塑机的参数校核 最大注塑量校核 注射压力校核 锁(合)模力校核 模具安装尺寸的校核 开模行程的校核
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图1 图2
图3则是产品的尺寸
图3
塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑来选取合适的塑料进行生产,本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。
根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料,通过比较分析可以看出热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型,而热
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塑性塑料还适合注塑成型,本次设计为注塑设计,所以采用热塑性塑料。
热塑性塑料还分为很多种,如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS等等,为了选到合适的塑件材料,通过对塑件的分析和查阅有关资料可选择以下材料见表1
表1 塑料名称 材料特性 成型工艺 特点 ABS 较大的机械强度和良好的综合性能。 ABS的吸湿性和对水分子的聚乙烯 结晶部分多时,塑料硬度高、韧性大、抗拉强度高,但整体尺寸变小,耐冲击强度及断裂强度底。 聚乙烯制件最显著的特点是收缩敏感性较大,在加工前必须进率大,这与材料的可结晶性和模行充分的干燥和预热。原料控具温度有关。定型后塑件在强的制水分在0.3%以下。 收缩牵引作用下,可令制件变形和翘曲。 聚乙烯的注射温度一般在120~ 注射温度 ABS塑料的温度与熔融粘度的关系比较独特,在达到塑化310℃之间,温度超过300℃时,温度后在继续盲目升温,必将收缩率会明显增大。 ABS的热降解。 注射速度及压力 ABS采用中等注射速度效果注射压力,其溢边料为0.04mm左右。并需要调配好保压压力和保压时间。 聚乙烯的注射压力一般选择在不易过快,以保证结晶程度高。 较好,注射时需要采用较高的68.6~137.2Mpa之间。注射速度 模具温度 ABS的模具温度相对较高,一由于模具温度对收缩率影响很般调节在75~85℃。 大,因此要经常保持模具相对恒定的温度,一般在40~80℃之间。 经以上两种备选材料的性能对比,并考虑到制件的使用环境,本设计采用ABS
材料。由于材料的吸湿性强,含水量应小于0.3% ,所以原料应充分干燥。ABS的技术指标、注射工艺参数具体看表2和表3.
表2
ABS技术指标 密度 吸水率 熔点 1.02~1.05 0.2~0.4% 130~160℃ 12
比容 收缩率 硬度 0.86~0.98 0.4~0.7% 9.7 HB 安徽机电职业技术学校
拉伸弹性模量 拉伸屈服强度 表3
1.8×10Mpa 50Mpa 3弯曲强度 温度传导系数 80Mpa 1.3×10m/s 30 ~ 60r/min 180~190℃ 60 ~100Mpa 5 ~ 15s ?72注射机类型 喷嘴形式 模具温度 保压压力 周期 后处理方法 备注
螺杆式 直通式喷嘴 50 ~ 70℃ 5 ~ 10 Mpa 15 ~ 30s 螺杆转速 喷嘴温度 注射压力 冷却时间 红外线烘箱温度70℃时间0.3 ~ 1h 原材料应预干燥0.5h以上 2.2 成型特性及条件
本设计采用ABS材料,如表2
表4
中文名称: 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 英文全称: Acrylonitrile-Butadiene-Styrene 典型应用范围: 汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒等),电冰箱,大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工机,割草机等),电话机壳体,打字机键盘,娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 注塑模工艺条件: 干燥处理: ABS材料具有吸湿性,要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条 件为80~90C下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度: 210~280C;建议温度:245C。 模具温度: 25?70C。(模具温度将影响塑件光洁度,温度较低则导致光洁度较低)。 注射压力: 500~1000bar。 注射速度: 中高速度。 流道和浇口: 性质: 化学和物理特性: 缩小率: 0.5~0.6 密度(g/cm): 1~1.2 13
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ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性:丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看,ABS是非结晶性材料。三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性,并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性,例如从中等到高等的抗冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性,外观特性,低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度 2.3 塑料制品结构分析
该塑件为无线手机上壳,零件的结构模型如图3所示,该产品的尺寸精度和表面粗糙度要求为一般精度,但在加工制造过程中要求各部分有一定的配合精度关系。产量为大批量生产,所以采用一模两腔结构,浇口形式采用扇形浇口,采用两点进料,以利于均匀充满型腔。使塑件的外表面不受损伤,冲模效果好。塑件材料为APS。
图3
2.4 零件体积及质量估算
由于制品实体为无线手机上壳,所以需要大批量生产,表面粗糙度设定在Ra=0.6即可,根据设计任务书的要求,确定其长度方向尺寸精度小于0.05mm,厚度方向小于0.10mm,选用的测量器具为千分尺、螺旋测微器、平台、高度尺、天平称等,并根据测量的基本原理进行多次测量求平均值,这样可测得制品长度方向最大尺寸为L=154.95mm,宽度方向最大尺寸为D=49.2mm,高度方向最大尺寸为H=15mm,制品重量m=5mg,测得的结果参见图1图2图3所示手机后盖零件图。
第3章 产品建模的概述
3.1 产品建模的介绍
UG是Unijraphics的缩写,这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统,它功能强大,可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在
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诞生之初主要基于工作站,但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长,在PC上的应用取得了迅猛的增长,已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。
UG的开发始于1969年,它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三维空间无结构网络上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。
一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而,所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂,以至于超出了一个人能够管理的范围。一些非常成功的解偏微分方程的技术,特别是自适应加密(adaptivemeshrefinement)和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究,同时随着计算机技术的巨大进展,特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。
UG的目标是用最新的数学技术,即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算,为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。
3.2 产品建模的主要特征
NX 包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。 NX 具有高性能的机械设计和制图功能,为制造设计提供了高性能和灵活性,以满足客户设计任何复杂产品的需要。 NX 优于通用的设计工具,具有专业的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。
NX 允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能,制造商可以改善产品质量,同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建,以及对变更周期的依赖。
UG NX加工基础模块提供联接UG所有加工模块的基础框架,它为UG NX所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境,用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改:如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能,可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁,并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化,以减少使用培训时间并优化加工工艺。UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序,并保持与实体模型全相关。
UG NX的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序,该模块适用于目前世界上几乎所有主流 NC机床和加工中心,该模块在多年的应用实
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践中已被证明适用于2~5轴或更多轴的铣削加工、2~4轴的车削加工和电火花线切割。
3.3 产品建模的选用理由
UG是当今较为流行的一种模具设计软件,主要是因为其功能强大。
模具设计的流程很多,其中分模就是其中关建的一步。分模有两种:一种是自动的,另一种是手动的,当然也不是纯粹的手动,也要用到自动分模工具条的命令,即模具导向。
自动分模的过程
MoldWizard(注塑模向导)是基于NX开发的,针对注塑模具设计的专业模块,模块中配有常用的模架库和标准件,用户可以根据自己的需要方便的进行调整用,还可以进行标准件的自我开发,很大程度上提高了模具设计效率。
MoldWizard(注塑模向导)模块提供了整个模具设计流程,包括产品装载、排位布局、分型、模架加载、浇注系统、冷却系统以及工程制图等。整个设计过程非常直观、快捷,它的应用设计让普通设计者也能完成一些中、高难度的模具设计。
1.分析产品,定位坐标,使Z轴方向和脱模方向一致。 2.塑模部件验证,设置颜色面。 3.补靠破孔 4.拉出分型面
5.抽取颜色面,将其与分型面和补孔的片体缝合,使之成为一个片体。 6.做箱体包裹整个产品,用5缝好的片体分割。
7.分出上下模具后,看是那个与产品重合,重合的那边用产品求差就可以了。 手动分模的步骤如上所述,手动分模具有很大的优势,是利用MOLDWIZARD分模所达不到的,在现场自动分模基本上是行不通。但是里面的命令是比较的好用的,我们可以用的有关命令来提高我们的工作效率。
第4章 模具结构形式的拟定
4.1 型腔数量的分析
该产品为大批量生产,故设计的模具要有一定的注塑效率,由于塑件长宽度小,所以采用一模两腔结构,浇口形式采用扇形浇口,采用两点进料,以利于均匀充满型腔。如图4,型腔的的排列设计模具尺寸、浇注系统的尺寸、浇注系统的平衡、滑块机构的设计、镶件及型芯的设计以及冷却系统的设计,所以设计排位的时候,就如图5。
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图4
图5
4.2 模具厚度
在模具设计时应使模具的总厚度位于注塑机可安装模具的最大模厚和最小模厚之间.同时
应校核模具的外形尺寸,使得模具能从注塑机拉杆之间装入.
模具闭合后的厚度(闭合厚度)Hm应在注塑机允许的最大模具厚度Hmax 和最小模具厚度Hmin 之间,即 :
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Hmin<Hm<Hmax
式中: Hmax=最大模具厚度 Hmin=最小模具厚度 Hm=模具闭合高度 4.3 模具的长度与宽度
模具外形尺寸要与注塑机拉杆间距相适应,校核其安装时能否穿过拉杆空间在动、定模固定板上固定。模具在注塑机动、定模固定板上安装的方式有两种:用螺钉直接固定(大型注塑模多用此法)和用螺钉、压板固定(中、小型模具多用此法)。采用第一种方法时,动、定模座板上的螺钉孔尺寸及间距应与注塑机对应模板上所开设的螺孔相适应(注塑机动、定模安装板上开着许多不同间距的螺钉孔,只要保证与其中一组相适应即可);若采用后一种方法,灵活性大,只需在模具动、定模固定板附近有螺孔就行。
4.4 收缩率
前人已经为我们总结了常用的塑料常用收缩率,对于生产性的塑件,实际已经证明,这些数据已经能够应付实际的生产要求了。即使对于精密塑件也给予了其它方面的补偿。故而,对于实际的生产只要按照经验数据就可以满足生产要求了。表5出常见塑料的收缩率,以备查询:
表5
塑料名称 缩写 计算收缩率 聚乙烯 PE 1.5-3.6 聚丙烯 PP 1.0-2.5 聚氯乙烯 PVC 0.6-1.5 聚苯乙烯 PS 0.6-0.8 聚碳酸脂 PS 0.5-0.8 尼龙 N6 0.8-2.5 ABS ABS 0.3-0.8 聚甲醛 POM 1.2-3.0 第5章 注塑机的参数校核
5.1 注塑机的参数校核
注塑机的全称应为塑料成型机。注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统及机架等组成。如图6所示,工作时模具的动、定模分别安装于注射机的移动模板和定模固定板上,由合模机构合模并锁紧,由注射装置加热、塑化、注射、待融料在模具内冷却定型后由合模机构开模,最后由推出机构将塑件推出。
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图6
注射机的工作原理:注塑机的工作原理与打针用的注射器相似,它是借助螺杆(或柱塞)的推力,将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内,经固化定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环的过程,每一周期主要包括:定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模,进行下一个循环。
注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机;按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压—机械(连杆)式;按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。其特点如表6
表6 形式 立式 容量一般为30~60g 卧式 热塑性塑料注射机 柱塞式螺杆式上 固性塑料注射机 100~500g 30~60g 60cm3以直角式 容量一般为20~45g 结构特性 注射装置一般机械式锁模机机械顶出 注射装置以螺杆为除塑化加热注射装置与轴线互相成垂直排列,优点介于立卧两种注射机之间 为柱塞式、液压主,液压机械式锁系统外,其他合模装置的模,顶出系统采用机与热塑性塑注射机相似 构、顶出系统为械、液压或两者兼备 料用螺杆式优点 1.拆装方便 动型芯方便 1.开模后,塑件自动落下便于实现自1.开模后,塑件自动落下 2.塑化能力大、均匀,注射压力大,2.使用双模,注射压力损失小,塑件内应力,定向可以减小循性小,可减小变形,开裂倾向 环周期,提高3.螺杆式可采用不同的螺杆,调节螺生产力 19
2.安装嵌件、活动化操作 安徽机电职业技术学校
杆转数、背压等用来加工不同的塑料及不同要求的塑件 缺点 1.人工取件 2.注射压力损度塑料薄壁塑件时要求成型1.装模麻烦,安放嵌件及活动型芯不1.嵌件、活动便,易发生分解 型芯安放不失大,加工高粘2.螺杆式加工低粘度塑料,薄壁,形便,易倾斜落状复杂塑件时易发生回流,螺杆不易下 清洗,贮料清洗不净,易发生分解 2.有柱塞式结构的缺点 压力高,塑件内3.柱塞式结构也有立式结构所具有应力大,注射速的特性 度均匀,塑化不均匀 适用范围 1.易于加工小,1.螺杆式适应加工各种塑料,小型设1.适用加工中型及分两次进行双色注射加工的塑件 2.柱塞式不宜热敏性、对应力敏感的塑料及大面积,薄壁塑件,宜加工流动性好的中小性塑件 备易加工薄壁、精密塑件 着色料的直接加工 3.柱塞式也具有立式注射机中柱塞小型塑件,并模具 2.适用加工塑件中心部位不允许有浇口痕迹的平面塑件 2.螺杆式适应于掺和料、有填料,干装有侧浇口加工流动性差,式结构具有的加工特点 5.2 注射机的选择
本次设计已计算出塑件的总体积为13.509cm3,总质量为14.6 g。根据塑料制品的体积或质量查有关手册选定XS-ZY-125卧式注射机。
表7
注射量(cm3) 螺杆直径(mm) 注射压力(MPa) 注射行程(mm) 125 42 120 115 模具最大厚度(mm) 模具最小厚度(mm) 拉杆空间(mm) 模具定位孔径(mm) 20
300 200 290 Ф150
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锁模力(KN) 最大成型面积(cm2) 模板最大行程(mm) 5.3 注塑机的参数校核
900 320 300 喷嘴孔直径(mm) 喷嘴球孔径(mm) Ф4 12 为使注塑成形过程顺利进行,须对以下工艺参数进行校核。
我们通过学习知道注塑机的最大注塑量应大于制件的质量或体积(包括流道及浇口凝料和飞边),通常注塑机的实际注塑量最好为注塑机的最大注塑量的80%,所以,本次设计选用注塑机最大注塑量应
0.8V机≥V塑件+V浇
式中:V机—注塑机的最大注塑量cm3
V塑—塑件的体积,cm3该产品V塑件=8.37cm3 V浇—浇注系统体积,cm3该产品V浇=5.535cm3
故V机≥(V塑件+V浇)/0.8=(8.37+5.535)/0.8=17.3812cm3 在此选顶的注塑机注塑量为125cm3,所以满足本次设计的要求。
所选用的注射机的注射压力必须大于成型塑件所需的注射压力。成形所需注射压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸、注射机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。根据经验,现在对塑件的流动性和黏度做比较,可知道成形所需注射压力大致如下:
1.塑料熔体流动性好,塑件形状简单,壁厚者所需注射压力一般小于70MPa。 2.塑料熔体粘度较低,塑件形状一般,精度要求一般者,所需注射压力通常选为70至100 MPa。
3.塑料熔体具有中等粘度(PS、PE等),塑件形状一般,有一定精度要求者,所需注射压力选为100至140 MPa。
4.塑料熔体具有较高粘度(PMMA、PPO、PC、PSF等),塑件壁薄、尺寸大,或壁厚不均匀,尺寸精度要求严格的塑件,所需注射压力约在140至180 MPa。
本次的产品设计为手机后盖的塑件,整体结构为小型零件,对粘度的要求不高,所以本次注射机的注射压力为120MPa,应能满足此项要求。
5.1 锁(合)模力校核
高压塑料熔体充满模腔时,会产生使模具沿分型面分开的胀模力,此胀力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。胀模力必须小于注射机
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额定锁模力,常用塑料品种及塑件复杂程度不同,或精度不同,可选用的型腔压力也不同。型腔压力可根据经验取值,常取型腔压力为20~40Mpa,常用塑料品种及塑件复杂程度不同,或精度不同,现在为了方便我们对锁模力校核,对一些树脂平均压力作简单的比较。
表8
树脂名称 硬质PVC 软质PVC ABS PC PP 一般成型 30 25 30 40 30 重视表面质量的成型 40 35 40 55 40 根据上表,本塑件的材料为ABS,可选择型腔压力Pc=40Mpa,型腔平均压力Pc=40MPa决定后,可以按下式校核射机的额定锁模力:
T?KPcA
式中 T——注射机额定锁模力;
A——塑件和流道系统在分型面上的总投影面积(mm2); K——安全系数,通常取1.1—1.2 本次设计所选注射机T=900KN;
两个塑件在分型面上的投影面积为6049.092mm2; 流道系统在分型面上的总投影面积为552.4157mm2;
A=6049.092+552.4157=6497.114mm2 K=1.2;
6-6KPcA=1.2×40×10×6497.114×10
=311861.472N=311.86KN T=900KN >311.86KN;
故所选注射机满足此项要求。 5.3.4模具安装尺寸的校核
模具厚度(闭合高度)必须满足下式: Hmin?Hm?Hmax
式中:Hmin——注射机允许的最小模具厚度(mm); ; Hm——所设计的模具厚度(mm)
; Hmax——注射机允许的最大模具厚度(mm)
Hmin= 200mm, Hm= 290mm,Hmax= 300mm
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200<290<300
所选本次选用的注射机满足此项要求。 5.6 开模行程的校核
注射机的最大开模行程必须大于开模取出塑件所需的开模距离。本设计所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关,故注塑机的开模行程满足下式:
Smax≥H1+H2+(5~10)mm单分型面 式中:Smax——注射机最大开模行程,mm H1——塑件脱模所需顶出距离,mm H2——塑件脱模所需顶出的距离,mm 本设计的塑件高度H1=5mm,H2=80mm, 所以 H1+H2+(5~10)=5+80+10=95mm, Smax=300mm≥95mm 所选注射机满足此项要求。
通过对以上工艺参数的校核,本次设计所选用的注射机满足要求。
第6章 浇注系统的设计
6.1 概述
浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道,由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。
设计浇注系统应注意:1,浇注系统力求距型腔距离近、一致,并首先进入制品的厚壁部位,不宜直冲型芯镶嵌件。2,其位置力求在分型面上,便于加工并易于快速、均匀、平稳地充满型腔;主流道入口应在模具中心位置。3,有利于制品的外观,并易于清除。4,排气良好。
本次设计中的材料ABS属于非牛顿流体,在流动过程中,其表观粘度随剪切速率的变化而发生显著的变化,对假塑性流体而言,剪切速率增大时,表观粘度会降低,温度对ABS的表观粘度也有很大影响,跟普通液体相比,ABS又具有很大的可压缩性,当压力增高时,其表观粘度增加,由于塑料在注射模浇注系统中和型腔内的温度、压力和剪切速率是随时变化的,在设计浇注系统时,综合加以考虑,以期在充模以尽可能低的表观粘度和较快的速度充满型腔,在保压阶段,又能通过浇注系统使压力充分传递到型腔各部分,此外,制件的外形、尺寸和对外观的要求也影响整个浇注系统的形状和尺寸,本制件上表面要求光滑,所以,不宜在表面开设浇道,而应采用内浇口。
6.2 流道设计
1浇注系统主要由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成
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主流道是指熔融塑料由注射机喷嘴喷出后最先经过的部位,与注射机喷嘴同轴,因为与熔融塑料、注射机喷嘴反复接触、碰撞,一般不直接开设在定模板上,为了制造方便,都制成可拆卸的浇口套,用螺钉或配合形式固定在定模板上。
熔料注入模具最先经过的一段流道,直接影响到填充时间及流动速度。其浇口选择不能太大和太小。浇口太小,熔料流动过程中冷却面相对增大,热量消耗大,注射压力损失也大,但浇口太大,会造成材料的浪费。因此,合理的主浇道参数,一般情况下取值如下:
(1)d=d1+(0.5~1) 式中 d1—注射机喷嘴孔直径(mm)
d—主流道口直径(mm)
所以本设计采用d1为4mm,得出d取为5mm。 (2)α=2o~4о对流动性较差的塑料可取3о~6о。 本设计采用α=3°。 α—主流道锥角
(3)H—按具体情况选择,一般取3~8mm,H取为5mm。 H—球面配合高度 (4)R=R1+(1~3)
式中R1—注射机喷嘴球面半径(mm), R1为6mm,R取为8mm。
(5)r—为主浇道与分浇道过渡处采用的圆角半径, 按具体情况选择,一般取1~3mm,现在选择其为1.5mm。
(6)L应尽量缩短,本设计取75mm。
在UG设计中主流道在浇口套里,在选择浇口套时候就已经选择了主流道了,如步骤:
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2分流道是主流道与浇口之间的通道。多型腔模具一定设置分流道,大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。
分流道的设计要点是:
(1)流经分流道的熔体温度和压力的损失要少。为此,分流道一要短,二要使粗
糙度降到最低,三是容积要小,四是少弯折。
(2)要使分流道的固化时间稍慢于制品的固化时间,以利保压、补缩和压力传递; (3)要使熔料能迅速而又均匀地进入各型腔,故在多型腔设计时,在保证模具结
构强度前提下,力求采用平衡进料,而且在保证模具结构强度前提下,力求紧凑、集中。
(4)便于加工,便于使用标准刀具,免于制造专用刀具。
分流道的截面类型有圆形、梯形、U形、半圆形等,根据塑件的材料流动性较好,长度较短,可以采用圆形分流道且呈直线布置。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想,因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低,一般取1.6μm左右即可,这样表面稍不光滑,有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定,从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差,以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
3分流道的布置取决于型腔的布局,两者互相影响。分流道的布置形式分平衡
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式和非平衡式两种。 (1)平衡式布置
平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道,其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等,达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。因此各个型腔的浇口尺寸可以相同,达到各个型腔同时均衡进料。
(2)非平衡式布置
本塑件的分流道采用了平衡式布置,扇形结构。
非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同(或加上型腔大小不同)。为了使各个型腔同时均衡进料,各个型腔的浇口尺寸必定不相同。
在UG中的步骤:
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3冷料穴在塑件模架设计中起到重要作用。
本次设计冷料穴的位置:模具的冷却道设在上下型腔所在的动定模板上,主流道的末端(主流道正对面的动模板上)或分流道的末端。起到了储存注射间歇期间喷嘴前端的冷料,以防其进入流道,阻塞或减缓流料或进入型腔,在塑件上形成冷疤或冷斑和将主流道凝料拉出的作用。其设计尺寸是:直径稍大于主流道大端直径,长度约为主流道大端直径。
本次设计采用的的拉料杆头部的型腔处有一圆形凹环槽,凹环槽在主流道凝料上形成凸环,分模时即可将该凝料从主流道里拉出。
在UG中步骤
6.3 浇口设计
浇口是主流道、分流道和型腔之间的连接部分,是浇注系统的最终端,很短,截面积很小。当熔融的料流在高压下经过浇口时,因截面积小而流速加快,因摩擦作用而温度升高,黏度降低,流动性提高,有利于充满型腔。故浇口是浇注系统的关键部位,其位置、形状及尺寸等决定着塑件质量、注射效果及注射效率。
浇口的作用:⑴快速充型,保压补缩;⑵防止热料回流;⑶使塑件与浇注系统分离。
浇口截面形状和尺寸的确定要根据制品的尺寸大小、壁的厚薄、塑料的品种以及制品的结构和相应的浇口形式而定。先取小值,试模后根据情况在修正。总的要求是使熔料以较快的速度进入并充满型腔,同时在充满后能适时的冷却封闭,因此,
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浇口的截面要小,长度要短,这样可增大料流速度,快速冷却封闭,且便于塑件与浇口凝料分离,不留明显的浇口痕迹,保证塑件外观质量。
浇口的形式和特点
浇口也称进料口,是连接分流道和型腔的熔体通道。浇口分为限制性浇口和非限制性浇口,一般采用限制性浇口,限制性浇口特点: 第一,所受剪切速率大,使熔体粘度降低。 第二,熔体通过时受到摩擦力,可以提高自身温度。
第三,熔体通过小浇口时,压力损失大,可以有效降低型腔压力,有利于模具的锁
紧。
第四,浇口处截面尺寸小,熔体凝固快,减少了由于长时间补料造成的内应力。 第五,浇口痕迹小,不影响塑件外观。
第六,由于阻力大,易于实现各浇口处的平衡进料。
注射模具的浇口形式较多,其形式和安放位置有直接浇口、盘形浇口(或中心浇口)、侧浇口、点浇口等,具体采用的形式可以综合各种影响因素,本设计采用扇形浇口。扇形浇口:流动速度快,比较容易进浇,但增加熔接痕.
在UG中的步骤:
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第7章 冷却系统的设计
7.1 冷却时间计算
注射模实质上是一种热交换器。确定恰当的热交换(冷却)时间,是模具设计者的重要任务。为此,首先分析影响冷却时间的因素。
1.模具材料
本次设计选用的模具材料为钢材。如只考虑材料的冷却效果时,若热率越高,从熔融塑料吸收热量越迅速,冷却得越快。
2.冷却介质温度及流动状态
本塑件采用冷却水做冷却介质。我们知道水的比热大,以冷却水出、入处口温差小为好,一般控制在5?C以内。冷却水在通道中的流速,以尽可能高为好,其流动状态以湍流为佳,即雷诺系数Re>104为宜。 3.模塑材料(塑料)
塑料的热性能,对冷却时间有重大影响。绝大多数塑料的热导率和热扩散率都很低,但可通过加入添加剂、改性剂加以改善。
根据表9确定冷却时间(表9见《塑料模具技术手册》221页表3-42)
表9
制件厚度(mm) 0.5 0.8 1.0 1.3 1.5 1.8 2.0 2.3 2.5 3.2 冷却时间?` (s) ABS 1.8 2.9 4.1 5.7 7.4 9.3 11.5 13.7 20.5 PA 2.5 3.8 5.3 7.0 8.9 11.2 13.4 15.9 23.4 HDPE 1.8 3.0 4.5 6.2 8.0 10.0 12.5 14.7 17.5 25.5 LDPE 2.3 3.5 4.9 6.6 8.4 10.6 12.8 15.2 22.5 PP 1.8 3.0 4.5 6.2 8.0 10.0 12.5 14.7 17.5 25.5 PS 1.0 1.8 2.9 4.1 5.7 7.4 9.3 11.5 13.7 20.5 PVC 2.1 3.3 4.6 6.3 8.1 10.1 12.3 14.7 21.7 29
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根据上表,本塑件材料为ABS,壁厚为1.2mm,故冷却时间为2.9-4.1s。 7.2 冷却参数计算 1.计算所需冷却水体积流量:
应用公式:V=
G?i 来计算;
60C?(t1?t2)式中: V—冷却水的体积流量(m3/min)
G——单位时间内注入模具的塑料质量(kg/h)
?i——塑料成型时在模内释放的热量(J/kg)
C——冷却水的比热容(J/kg·K)
?——冷却水的密度(kg/m3)
t1——冷却水的出口温度(℃) t2——冷却水的进口温度(℃)
塑件质量M塑=8.788g,用UG作出浇注系统的三维图,计算出浇注系统的总质量为5.812g,每小时注射240次,
G=(8.788+5.812)?240/1000=3.504Kg;
计算得 V=
G?i=2.13×3×105/60/103/4200/(25-20)=
60C?(t1?t2)=0.834?10-3(m3/min)
参考《塑料模具技术手册》,选定冷却水道直径为8mm 。 2.求冷却水在水孔内的传热速度v 4Vv=2=4×0.834×10-3/3.14/(6/1000)2/60=0.23(m/s) ?d3.求冷却水孔与冷却水间的传热系数?
?(?v)0.80.80.2
=8.4×(996×0.61)/0.002 ?=0.2d =1.04×103(W/m2·K) (?=8.4) 4.传热水孔总传热面积的计算:
公式 A=
G?i
3600?(Tw?T?)式中:A——冷却水孔总传热面积(m2)
G——单位时间内注入模具的塑料质量(kg/h) ?——冷却水的传热系数(W/m2·K) C——冷却水的比热容(J/kg·K)
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?——冷却水的密度(kg/m) TW——模具温度(℃)
3
T?——冷却水的平均温度(℃)
计算得: A =
G?i
3600?(Tw?T?)=3.504×3×105/3600/1.04/103/「40-(25-20)/2」 =0.009(m2)
则传热水孔总传热面积应为0.009m2 5.冷却水孔总长度计算
公式 L=
G?i
3600??(?vd)0.8(Tw?T?)式中 L——冷却水孔总长度(m)
L=
G?i=1.51m
3600??(?vd)0.8(Tw?T?)则冷却水孔总长度应为1.51m 6.冷却水道孔数计算:
A公式 n=
?dlA计算 n==0.0024/3.14/0.002/0.29=1.32
?dl因为模具采用的设计是一模两腔设计,选用铜管以防止漏水,会降低冷却作用故采用14根水道。
7.3 冷却回路的设计 冷却系统的设计原则:
(1)冷却水道数量尽量多、截面尺寸尽量大,以尽快使塑件凝固,防止产生
残余应力。
(2)浇口处加强冷却,因为浇口附近温度最高,距离浇口越远温度越低。 (3)冷却水道至型腔表面距离应尽量相等厚壁处冷却水道要靠近型腔,间距要
小,一般水道孔至型腔表面的距离大于10mm,此处采用12mm。
(4)冷却水道排列形式,由于手机后盖成型面积较大,为使加工方便,采用并
联式直接循环式水道,冷却管道中心距约为管径的3—5倍。 (5)冷却水道出、入口温差要尽量小。
根据本次设计的塑件形状及其所需冷却温度分布要求以及浇口位置等,设计出冷却回路。冷却通道之间也可采用内部钻孔法沟通,用堵头使之形成规定的冷却回
31
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路。
冷却回路的水孔数量尽可能多、孔径尽可能大,一般的来说,冷却水孔中心线与型腔的距离应为冷却通道直径的1—2倍(通常为12—15mm),冷却通道之间的中心距约为水孔直径的3—5倍,通道一般在8mm左右以上。
冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等当塑件壁厚均匀时,冷却水孔与型腔壁厚不均匀时,应在厚壁处强化冷却。
合理确定冷却水接头位置,进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧面。为了不影响操作,通常应设在注射机的背面,水管接头多采用自动密封接头。 综合以上冷却水孔的布置要点同时还要兼顾水道与其它件是否产生干涉,本次设计的冷却水道采用直通式,不会与其他零件产生干涉,水道中插入铜管防止漏水。
第8章 顶出和导向机构的设计
8.1 顶出机构的分类
顶出机构按驱动形式分为:手动顶出、机动顶出、气动顶出。按模具结构形式分为:一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。
8.2 顶出机构的设计原则 顶出设计的设计原则:
(1)顶出机构应设置在动模一侧:因塑件一般均留在动模一侧以便顶出。 (2)顶出时与塑件的接触应为塑件内表面及其他不明显的位置,以保证塑件外观。
(3)顶出装置均匀分布,顶出力作用在塑件承受力最大的部位。以防变形和损伤。
(4)顶出机构应平稳顺畅,灵活可靠,足够的强度、耐磨性,平稳顺畅无卡滞,并且制造方便,易于维修。
8.3 顶出机构的基本形式 1顶杆顶出机构和计算
基本形式:常用断面形状有圆形、矩形、腰形、半圆形、弓形和盘形等。本设计选用斜滑顶杆,因为它有两方面作用既能做顶杆还能起内部侧抽的作用,能保证配合精度及互换性,滑动阻力最好,不卡滞,应用很广。斜滑顶杆的结构形式如图7。本次设计主要采用下面的顶出形式,顶杆端部的端面要求抛光以符合塑件的粗糙度的要求。
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图7
斜顶杆行程=斜顶杆角度tanθ(3°- 22°)×顶出行程 本设计的斜顶杆角度为15°,行程为7mm 最后得出:斜顶杆行程= tan15°×7=1.8756mm 2.推件板顶出机构
推件板顶出机构是由一块与凹模按一定配合精度相配合的模板和推杆组成应用在比较有规则的薄壁塑件。
根据本次设计的需要从塑件的结构特点,以及表面粗糙度等多原因考虑,选择推杆顶出机构作为本次设计的顶出机构,镶嵌在模架的推杆固定板上,并利用小导
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柱对顶杆进行导向。
在UG中的设计步骤:
8.4 导柱和导套的设计
1导柱导向机构主要包括导柱和导套,其设计原则如下:
(1)导柱应合理的均布于分型面的四周,其中心至模具外缘应有足够的距离,以保证模具强度,防止模板变形。
(2)若模具凹凸模合模有方位要求,则应采用等直径导柱不对称或不等直径对称的布置方式。
(3)导柱和导套应有足够的耐磨性。
(4)最好装在定模上以便脱模(特殊情况如推板由导柱导向推出塑件时,装在动模)。
(5)各导柱、导套、导向孔的轴线应保证平行以确保合模准确性。
(6)导柱导向:有导柱和导套组成,导柱的导向部分的长度要应比型芯端面高出8—12mm,以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔与型腔发生碰撞而损坏。 (7)导柱前端要作成锥形或半圆形,以顺利进入导向孔。
(8)导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤,设在定模一侧可以让塑件顺利脱模卸出。此课题模具导向柱设在动模部分,以便于塑件顺利脱模卸出。
(9)因为模具的形状为方形,设置四个导柱在模具的四周均匀分布,保证动定模按照同一方向合模,不致在合模时将方位弄错,导柱的布置通常有等直径不对称布
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置和不等直径对称布置。导柱固定部分、导套与模板之间的配合为过盈配合,导柱和导套之间的配合为间隙配合。
(10)动模板和推杆之间也要设置导柱和导套。
(11)锥面定位机构的结构是型芯模块环抱型腔模块,不致于在分型面上形成间隙。
2导柱与导套的配合具有导向作用、定位作用、承受一定的侧向压力。导柱的结构形式:注射模具常用导柱的结构形式有两种:带头导柱和带肩导柱。导柱的结构形式也可以分为:
(1)储油槽导柱:用于小型模具,小型生产。
(2)有储油槽导柱:用于大型模具,大批量生产。有储油槽的导柱结构,此种导柱加工方便、制造容易,常用于中、小型模具和塑料制件生产批量不大的场合。
(3)短导柱:用于深型腔注射模具,并于凹凸模的斜面定位联合使用,也用于大型塑料注射模以增加刚度。
(4)直通式导柱:用于小型模具单件生产。
(5)顶柱式导柱:为增加动模垫板刚度,简化模具结构,兼作顶柱。用于塑件投影面积大的情况。
由于本设计是小型模具设计,但是是深型腔注射模具,所以采用带头短导柱,并且带有储油槽。
导套可分为直导套和带头导套。带头导套轴固定容易,而直导套装入模板后,应有防止被拔出的结构。本设计中导套选为带头的导套,并且带油槽。导套的形式如图8所示。
图8
8.5 导柱和导套在模板上的布置
导柱和导套在模板上的布置一般遵循以下几点:
(1) 二导柱(用于小型模具):合模无方位要求时:二导柱直径相同对称分布;有方位要求时:二导柱直径不同或直径相同不对称分布。
(2)三导柱:用于中小型模具。
(3)四导柱:用于深腔大型模具,在圆模板上,在矩形模板上。
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(4)八导柱:四短(增强导向刚性)四长,用语深腔、薄壁,要求壁厚均匀的模具。
根据以上要求本设计选择了四导柱。具体布置参看装配图。 8.6 复位杆复位
复位杆复位制造简单,易安装调节,动作稳定可靠,应用广泛。 复位杆的设计要点:
(1)位置对称,分布均匀,以保证复位过程中顶板的移动平衡。一般设四根,均布,同顶杆固定方式。
(2)复位杆对顶杆固定板兼起导向作用,故复位杆间距、跨度尽量大,直径尽量大。
(3)为避免合模时与定模板发生干扰而合模不严,安装时复位赶应低于动模分型面0.25mm。
(4)与动模的配合精度H7/e6,配合长度尽量大些以保证复位移动的稳定性。 (5)材料为T10A,头部淬火硬度HRC 43~48。
8.7 弹簧复位和顶杆兼作复位 图9
弹簧复位:用于结构简单的小型模具。弹簧弹力应足以使顶出机构复位。但弹簧易失效,故应尽量选长些并及时更换。
顶杆兼作复位:用于顶杆间距、直径较大并设置在塑件周边的大型塑件的注射模具。
通过比较,本设计利用弹簧进行推杆的复位。
第9章 模具的设计
9.1 产品的模具设计初始化
1用UG打开产品,然后在“标准”工具栏上选择“开始”-“所有应用模块”-“注塑模向导”命令,打开“注塑模向导”工具栏。
2单击初始化如图6,材料为ABS,默认收缩率为1.006.然后单击确定
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图10
3在“注塑模向导”工具栏中,单击“模具CSYS”图标,系统默认,单击“确定”
图11
4定义工件,在“工件”对话框中,采用系统默认,单击“确定”
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图12
9.2 型腔的布局
1在“注塑模向导”工具栏中,单击“型腔布局”图标,指定矢量为“Y轴”方向,然后单击“开始布局”
图13
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2在“型腔布局”对话框中,单击“自动校准中心”图标,然后单击“编辑插入腔”,弹出“插入腔体”对话框,定义R为15,“类型”为1,然后单击“确定”
图14
9.3 分型面位置的确定
1在“注塑模向导”工具栏中,单击“分型”图标,在“分型对象”树形列表框中,取消Work piece Wireframe工件线框,以隐藏工件线框。
2在“分型管理器”对话框中,单击左边的“设计区域”图标,然后系统默认,单击“确定”,则会弹出“塑模部件验证”对话框。
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图15
3在“塑膜部件验证“对话框中,单击“置区域颜色”按钮,由“塑料部件验证”对话框中的“型腔区域”和“型芯区域”颜色设置,在该对话框中的“未定义的区域”选项中,选择“交叉竖直面”,并在“用户定义区域”选项组下选择“型腔区域”,单击“应用”。
9.4 分型面位置的确定
1在“分型管理器”对话框中单击单击“创建/删除曲面补片”图标,弹出“自动孔修补”对话框,选择“内部环边缘”选项组中的“区域选项”,然后单击“自动修补”按钮,最后单击“后退”
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