本科毕业论文-塑料基座的注射模设计.doc

摘要 I 摘摘 要要 随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应 用越来越广泛，质量要求也越来越高。在塑料制品的生产中，高质量的模具设计、 先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成型设备等都 是成形优质塑件的重要条件。在我们日常的生活中可以见到各种各样的塑料制品， 它丰富了我们的生活也方便了人们，我们甚至说已经离开不了塑料制品了。塑料的 普及带动了塑料模具的发展，随着工业的继续发展，塑料制品一定会在工业、农业、 日常生活中发挥出越来越重要的作用！ 本课题的设计任务是一个塑料基座，对其进行模具开发，包括对这个任务制作 的一系列详细过程，涉及塑件的工艺分析、塑件的体积和重量、塑件工艺参数的确 定、注塑模具的设计、成形零件结构设计等，并运用 CAD 制作模具的装配图及各 个零件图。 关键词关键词：注塑模具设计、结构设计、工艺分析、工艺参数 目 录 II 目目 录录 摘摘 要要I 目目 录录II 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 我国模具工业的现状1 1.2 塑料模具的发展前景1 1.3 问题提出及方案选择1 1.4 注射模设计要求与程序2 1.4.1 基本要求与注意事项.3 1.4.2 设计程序.3 第二章第二章 注塑件的设计注塑件的设计.5 2.1 功能设计5 2.2 材料选择5 2.3 结构设计6 2.4 注塑成型的准备6 2.4.1 注塑成型工艺简介.6 2.4.2 注塑机的选择.8 2.4.3 注塑机的校核.10 第三章第三章 成型零件结构设计成型零件结构设计.11 3.1 凹凸模的结构形式及设计11 3.2 凹模工作尺寸的计算12 3.2.1 型腔和型芯工作尺寸计算.12 3.2.2 型腔侧壁厚度和底板厚度的的计算.13 第四章第四章 浇注系统的设计浇注系统的设计.15 4.1 主流道的设计15 4.2 分流道的设计15 4.3 浇口的设计16 第五章第五章 导向机构设计导向机构设计.17 第六章第六章 推出机构设计推出机构设计.19 6.1 脱模力的计算19 6.2 推板推杆脱模机构设计20 第七章第七章 抽芯机构设计抽芯机构设计.23 7.1 确定抽芯机构形式23 7.2 斜导柱抽芯的结构尺寸23 第八章第八章 温度调节系统设计温度调节系统设计.25 8.1 模具的加热25 8.2 模具的冷却25 第九章第九章 注射机的相关校核注射机的相关校核.27 摘要 III 结论结论.28 致致 谢谢.29 参考文献参考文献.30 第 1 章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 我国模具工业的现状我国模具工业的现状 目前，我国 17000 多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专 业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企 业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和 浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体 企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活 力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其 产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康 佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模 具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。 1.2 塑料模具的发展前景塑料模具的发展前景 塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，树脂可分为天然树脂和合 成树脂两大类，塑料大多采用合成树脂。在一定温度和压力下，塑料具有可塑 性，可以利用模具将其定型为一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。塑料制件 之所以能够在工业生产中得到广泛应用，是由于它们本身具有的一系列特殊优 点所决定。塑料密度小、质量轻。塑料的比强度高。塑料的绝缘性能好，介电 损耗低。塑料的化学稳定性高。塑料减磨耐磨性能好。塑料的减振和隔音性能 好。透光性能和绝热性能以及防水、防透气和防辐射等特殊性能。因此，塑料 已成为各行各业不可缺少的一种重要的材料。 塑料是新兴的工业，是随着石油工业的发展应运而生的，目前塑料制件几 乎进入一切工业部门及人民日常生活的各个领域。塑料工业又是一个飞速发展 的工业领域。塑料作为一种新的工程材料，不断被开发和利用，加之成型工艺 的不断成熟、完善和发展，极大地促进了塑性成型方法的研究和塑料成型模具 的开发和制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求日益加大，塑 料会在我们的生活和生产中发挥越来越重要的作用！ 本文即介绍了基座的注射模具设计详细过程。当然，很多人或许对基座并 不是太了解，但是作为我的课题，我会认认真真的完成，来检验我的模具的相 关知识到底学的怎么样，是不是还停留在纸上谈兵的阶段。也同时检验我的动 手动脑能力，并提高自己对周边事物的观察力度和创新意识以及与老师同学的 互通学习的能力。 1.3 问题提出及方案选择问题提出及方案选择 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 图 1-1 基座结构 塑料成型模具的种类繁多，按模塑方法分类有压缩模、压注模、注射模、 挤出机头。在实际生产中，则要根据具体零件的特点和成型要求具体分析，选 择适当的方案，以达到最佳效果。在此次设计中，我负责的是塑料基座的外型 及其模具的设计。在设计过程中，我要解决的问题是根据基座的用途及美观性， 在满足基座使用功能的前提下，设计出美观、实用的基座，以及完成基座整套 注塑模具的设计及主要成型零件的加工工艺。 工艺分析：零件如图 1-1 基座所示，最大壁厚为 5.5mm,最小壁厚为 0.875mm 壁厚差为 4.625mm。壁厚差较大，塑件不够均匀。浇口应设置在最厚 处，便于熔融塑料能充满型腔，使塑件成型。下面对零件的表面质量进行分析， 该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有杂质外，没有特别的表面质 量要求， 。但是在安装、使用中其表面与人的手指接触较多，因此表面自然形成 圆角。 在这里要设计的是一塑料基座，综合成型特点等采用注射模具设计较为适 宜。 注射模又称为注塑模。系在液压机上采用注射工艺来成型塑件的模具，它 主要用于热塑性塑件的成型，也可以用于热固性塑件的成型。 根据对注塑模种类的比较，这里我所设计的塑料基座，结构属于中等复杂 程度的零件，从零件图上进行分析，该零件总体形状为长方形，侧面有 5 个 8mm*5.5mm 的的方孔，所以在模具设计时必须考虑设置侧向分型抽芯机构；上 面有 5 个凸台，凸台中间各有两个直径为 5.5 的通孔。从零件的尺寸精度来看， 该零件的重要尺寸有：5.5mm、8mm*5.5mm、11mm 等，精度为 3 级，其余为 次要尺寸，尺寸精度为 5 级。该零件的尺寸精度中等偏上，对应的模具零件的 尺寸精度要求较高。具体的设计方法和步骤在下面的内容当中我将逐一介绍。 第 1 章 绪论 3 1.4 注射模设计要求与程序注射模设计要求与程序 1.4.1 基本要求与注意事项基本要求与注意事项 合理地选择模具结构 正确地确定模具成型零件的尺寸 设计的模具应当制造方便 充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工 设计的模具应当效率高、安全可靠 模具零件应耐磨耐用 模具结构要适应塑料的成型特性 1.4.2 设计程序设计程序 1.调研、消化原始资料。 2. 选择成型设备 3. 拟定模具结构方案 4方案的讨论与论证 5绘制模具装配草图 6绘制模具装配图 7编写设计说明书 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 第 2 章 注塑件的设计 5 第二章第二章 注塑件的设计注塑件的设计 2.1 功能设计功能设计 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是 一基座,承受外力冲击载荷,振动,摩擦等相对较大，塑件的工作温度是室温,这使得在 材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;该零件生产批量应该是大 批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素。 2.2 材料选择材料选择 通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料 厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的 力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等。要考虑到材料的注塑特性， 在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种 材料的性能和成型特性比较，如表 2-1 所示。 表2-1 材料的性能和成型特性比较 塑料 品种 性 能 特 点成 型 特 点模具设计 注意事项 使用温度主要用途 聚 苯乙烯 （ 非结晶 型） 透明性 好，电性能 好，抗拉强 度高，耐磨 性好，质脆， 抗冲击强度 差，化学稳 定性教好 成型性能 好，成型前可 不干燥，但注 射时应防止溢 料，制品易产 生内应力，易 开裂 因流动 性好，适宜 用点浇口， 但因热膨胀 大，塑件中 不宜有嵌件 3080 装饰 制品，仪 表壳，绝 缘零件， 容器，泡 沫塑料， 日用品等 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 聚 丙烯 质轻坚韧， 良好的耐热 性能，机械 性能很高， 室温和低温 下抗冲击性 能较差，耐 寒性和染色 性较差。化 学稳定性良 好在常温下 不溶于一般 溶剂 耐应力开 裂性异常优越， 流动性差，易 产生流痕，缩 孔，易分解， 成型前要干燥， 注射时速度不 能太高 合理设 计浇注系统， 便于充型， 脱模斜度尽 可能大，严 格控制料温 与模温，以 防分解 收缩率 取0.35 12 0 齿轮、 轴承、管 道、及电 线外皮等 构件 聚 碳酸酯 （非结 晶型） 介电性 能好，吸水 性小，力学 性能好，抗 冲击，抗蠕 变性能突出， 但耐磨性差， 不耐碱，酮， 酯 耐寒性好， 熔融温度高， 黏性大，成型 前需干燥，易 产生残余应力， 甚至裂纹，质 硬，易损模具， 使用性能好 尽可能 使用直接浇 口，减小流 动阻力，塑 料要干燥， 不宜采用金 属嵌件，脱 模斜度2 130 脆化温度 为 100 在机 械上做齿 轮，凸轮， 蜗轮，滑 轮等，电 机电子产 品零件， 光学零件 等 经过上述的分析比较，在这里的基座塑料选择中，材料选择聚丙烯，属于 热塑性塑料。从使用性能上看，该塑料具有刚度好、耐水、耐热性强、其介电 性能与温度和频率无关，是理想的绝缘材料；从成型性能上看，该塑件吸水性 好，熔料的流动性较好，容易成形，但收缩率较大。另外，该塑件成形时易产 生缩孔、凹痕、变形等缺陷，成行温度低时，方向性明显，凝固速度较快，易 产生内应力。因此，在成形时应注意控制成形温度，浇注系统应较缓慢散热， 冷却速度不宜过快。 2.3 结构设计结构设计 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料生 产过程中,一方面成型会对塑件的结构、形状、尺寸精度等诸方面提出要求,以便 降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品；另一方面,模 具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设 计和制造提供依据，在前面的分析当中已经涉及到。 2.42.4 注塑成型的准备注塑成型的准备 2.4.1 注塑成型工艺简介注塑成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成 型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔 第 2 章 注塑件的设计 7 体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射 进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以 从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。 （1）物料准备。成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行 检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应 根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌 件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料 制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。 （2）注塑过程。塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流 动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段。 （3）制件后处理。由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非 常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，脱模后除引起时 效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。 故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力；调湿处理是一种调整制件 含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料 制件。 2.4.2 注塑成型工艺条件 1）温度。注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温 度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度；模具温度一般通过冷却系统来 控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的 翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PP 料与温度的经验数据如表 2-1 所示。表 2-1 温度的经验数据 料筒温度 /喷嘴温度/模具温度 / 热变形温度 / 后段中段前 段 1.82MPA0.45MPA 1502101702301902 50 24025 0 5756596 2）压力。注射成型过程中的压力包括注射压力和塑化压力。注射压力用以 克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。塑化 压力又称背压，是指采用螺杆式注射机时，螺杆头部熔料在螺杆转动后退时所 受到的压力。一般操作中，在保证塑件质量的前提下，塑化压力应越低越好， 一般为 6Mpa。 3）时间。完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时 间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭 模等） ，在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率， 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为 35 秒， 保压时间一般为 20120 秒，冷却时间一般为 30120 秒（这三个时间都是根 据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长） 。 初步确定成型工艺参数，初定制品成型工艺参数如表 2-2 所示。 表 2-2 制品成型工艺参数初步确定 特性 内容 特性 内容 注塑机类型 螺杆式 螺杆转速（r/min） 48 喷嘴形式 直通式 模具温度 50 喷嘴温度() 后段温度() 150210 230 中段温度() 前段温度() 190250 170230 注射压力 MPa 保压力 MPa 80 90 注射时间 s 保压时间 s 5 1.5 冷却时间 s 其他时间 s 3 20 成型周期 s 成型收缩(%) 0.6 30 干燥温度() 干燥时间() 13 6080 后处理温度 70，保温时间 2 小时 2.4.2 注塑机的选择注塑机的选择 注塑机的主要参数有公称注射量，注射压力，注射速度，塑化能力，锁模 力，合模装置的基本尺寸，开合模速度，空循环时间等。这些参数是设计，制 造，购买和使用注塑机的主要依据。 (1)公称注塑量。指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行 程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。 (2)注射压力。为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱 塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。 (3)注射速率。为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料 还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。 常用的注射速率如表 2-3 所示。 表 2-3 注射量与注射时间的关系 注射量/CM 3 第 2 章 注塑件的设计 9 6000 10000125250500100020004000 注射速率/CM/S 1600 2000 1252003335708901330 注射时间/S 3.75 5 11.251.51.752.253 (4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成 型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长 ，则不能发挥塑化装置的 能力,反之则会加长成型周期。 (5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用 下模具不应被熔融的塑料所顶开。 (6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的 行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺 寸范围。 (7)开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损 坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到 停。 (8)空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成 一次循环所需的时间。 选择注塑机： （1）由公称注射量选定注射机 由注射量选定注射机。 （材料密度取 0.9kgcm） 总体积=10.22cm ； 总质量 M=V=10.63g； （2）初选注射机 结合上面的计算，初步确定注塑机，采用一模两件的模具结构。查国产注 射机主要技术参数表取 XS-Z-60,主要技术参数如下表 2-4 所示。 表 2-4 国产注射机 XS-Z-60 技术参数表 特性内容特性内容 结构类型立式拉杆内间距 (mm) 190300 理论注射量 （cm ） 3 60 移模行程(mm) 180 螺杆(柱塞)直 径(mm) 38 最大模具厚度 (mm) 200 注射压力(MP ) a 122 最小模具厚度 (mm) 70 电动机功率 (kw) 11 锁模形式(mm)液压-机 械 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 加热功率(kw) 2.7 最大成形面积 (cm) 130 螺杆转速 (r/min) 喷嘴球半径 (mm) 12 锁模力(KN) 500 喷嘴口直径 4 （3）分型面的选择。在模具设计中，分型面的选择很重要，它决定了模具 的结构。应根据分型面的选择原则和塑件的成形要求来选择分型面，本设计选 用如下 2-5 的分型面较合理。 分型面 2-5 分型面的选择 2.4.32.4.3 注塑机的校核注塑机的校核 1最大注塑量的校核 为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在 公称注塑量的范围内。 即（0.8-0.85）VV 公 实 式中 V 注射机的公称注射量，cm ; V 每模的塑料体积量， 塑件的体积 v=10.22 cm ，流道凝料 V=0.2V (流道凝料的体积(质量)是个 3 未知数,根据手册取 0.3V(0.3M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)； V =10.22+0.3*10.22=13.28 cm ； V 60 cm 实 3 公 3 ； 考虑一模两腔的要求 V 应为 13.28cm *2=26.57 cm ；满足要求。 3 2 锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模 力： FAP 70 分 型 1304970 445.9 （KN）式中 F 注塑机额定锁模力 500KN ， 第 2 章 注塑件的设计 11 A 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和 P 型腔压力，取 P =49MPa 满足要求。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 第三章第三章 成型零件结构设计成型零件结构设计 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作 尺寸的精度直接影响塑件的精度。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一 种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一 种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不 适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采 用平均值法。 对于小型塑件来说，成型模具的制造误差是主要影响因素，而对于大塑件， 成型收缩率则是主要影响因素。经分析取塑件精度 3 到 5 级，查手册知对应的 模具精度应为 IT8(GB1800-79)。 3.1 凹凸模的结构形式及设计凹凸模的结构形式及设计 凹模是成型塑料制品外表面的零件，它一般装在定模板上。其形式有整体 式和组合式两种类型。这里我的模具采用一模两件的结构形式，考虑到加工的 那易程度和材料的价值利用等因素，也就是型腔采用的是整体式设计，拟采用 镶嵌式结构，由模具总装图中的下成形块、上成形块和斜滑块组成塑件成形型 腔。其结构形式如下图 3-1 所示： 图 3-1 凸凹模 凸模是成型塑料制品内表面的零件。它一般装在动模版上。这里的凸模和 动模版就连接在了一起。为了便于加工制造，凸模的结构多数是整体的。在加 工中和凹模的要求一样，本次设计的凸模主要由型芯和侧型芯组成。其结构形 式如下图 3-2 所示： 第 3 章 成型零件结构设计 13 图 3-2 凸模 3.2 凹模工作尺寸的计算凹模工作尺寸的计算 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中 凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余 地，以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取 上偏差。 3.2.13.2.1 型腔和型芯工作尺寸计算型腔和型芯工作尺寸计算 聚丙烯的收缩率为 s=0.40.8，平均收缩率为 s=0.6，模具制造公差 z=4 类 型 模具零件名称塑件尺寸计算公式计算结果 530 -0.46LM=(LS+LSSCP-3/4) +0 52.970+0.115 220 -0.28LM=(LS+LSSCP-3/4)0 + 21.920+0.07 下成形块 12-00.22HM=(HS+ HSSCP-2/3) 0+11.930+0.055 R4.50-0.18 LM=(LS+LSSCP-3/4) 0+ 4.390+0.045 R30-0.16 LM=(LS+LSSCP-3/4)0 + 2.90+0.04 型 腔 上成形块 5.50-0.18HM=(HS+ HSSCP-2/3)0 +5.41+00.045 5.50-0.18 LM=(LS+LSSCP+3/4)0 -5.59-00.02 主型芯 7.50+0.2M（ssScp）0-7.680-0.05 80+0.1LM=(LS+LSSCP+3/4) 0-8.120-0.025 5.50+0.08LM=(LS+LSSCP+3/4) 0-5.590-0.02 型 芯侧型芯 11+00.22M（ssScp）0-11.210-0.055 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 中 心 距 孔距 11+/-0.06CM=(CS+CS Scp)+/- z1/211.07+/-0.015 式中 塑料制品公差； Scp塑料平均收缩率，查表得 Scp =0.6% 3.2.2 型腔侧壁厚度和底板厚度的的计算型腔侧壁厚度和底板厚度的的计算 下凹模成形块型腔侧壁厚度计算。下凹模成形块型腔为组合式矩形型腔， 根据组合式矩形侧壁厚度计算公式 h= e EH phl 许 32 3 4 根据塑料种类、塑件的结构复杂程度、模具温度等因素选择型腔内熔体的 平均压力 p=35MPa、型腔深度 h=12mm、型腔长度 l=53mm、模具钢弹性模量 E=2.1105 Mpa、H=35mm（初定） 、模具钢 e 许=0.035mm，代入公式计算得 h= 7.02mm e EH phl 许 32 3 4 考虑到下成形块还需安放侧型芯机构，故取下凹模镶块的外形尺寸为 80mm50mm。 下凹模成形块底板厚度计算。根据组合式型腔底板厚度计算公式 t= B pbL 4 3 2 型腔内熔体压力 p=35Mpa、底板受压宽度 b=22mm、型腔长度 L=53mm、底板总宽 B=50mm，底板材料选定为 45 钢， =160 Mpa.代入公式 计算得 t= 14.24mm B pbL 4 3 2 考虑到模具的整体结构协调，取 t=28mm。 上凹模型腔侧壁厚度的确定。上凹模成形块型腔为矩形整体式型腔，其 尺寸要根据下凹模成形块的外形尺寸来确定。 第 3 章 成型零件结构设计 15 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 第四章第四章 浇注系统的设计浇注系统的设计 注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔 体的流动通道。浇注系统的设计是注射模具设计中最重要的问题之一，它对于 获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接影响，所以浇 注系统是模具设计中的主要内容之一。 浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。 浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响 很大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此，浇注系 统的设计应能使冲模过程快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好， 且凝料易于与制品分离或切除。 4.1 主流道的设计主流道的设计 主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同 一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善 料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，查表得 XS-Z-60 型注射机喷嘴的有关尺寸为喷嘴前端孔径 d0=4mm；喷嘴前端球面半径 R0=12mm。 根据模具主流道与喷嘴的关系 R= R0+（12）mm 及 d= d0+（0.51） mm，取主流道球面半径 R=13mm，小端直径 d=4.5mm。 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为 13，经换算得主流道大端直径 D=8.5mm。为了使熔料顺利进入分流道，可 在主流道出料端设计半径 r=5mm 的圆弧过渡。如图 4-1 所示： 图 4-1 主流道设计相关尺寸 4.2 分流道的设计分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向 作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应 尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。 第 4 章 浇注系统的设计 17 分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。要减少流道内的 压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用 流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。分流道的形状及尺寸，应根据 塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道长度因素来确定。塑 件的形状不算太复杂，熔体填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流 道的长度较短，为了便于加工，选用截面形状为半圆形分流道，查表取 R=4mm。参考常用分流道参考尺寸形状尺寸如上图 4-2 所示： 图 4-2 分流道形状 4.3 浇口的设计浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分， 浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两 个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的 类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和 尺寸按塑件的形状和尺寸而定，并结合其所用塑料的成型工艺特性。根据塑件 基座的成形要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想，设计时考虑选择从 壁厚为 5.5mm 处进料，料由厚处往薄处流，与分型面同面，有利于填充、排气。 侧浇口截面采用矩形，初选尺寸为 1mm0.8mm0.6mm（bLh） ，试模时 修正。 浇口的位置对塑件的成型性能及成型质量影响较大。其位置的确定，需要 根据塑件的结构工艺及特征、成型质量和技术要求，并综合分析塑料熔体在模 内的流动特性、成型条件等因素。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 第五章第五章 导向机构设计导向机构设计 导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。导向具 有如下功能。定位作用：模具闭合后，保证动定模或上下模位正确，保证型腔 的形状和尺寸精确。导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和 调整；导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭 合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏；承受一定的侧向压力：塑料熔体 在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱 承受了一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。 带头导柱使模具在开模和闭合时，起导向作用，使定模和动模相对处于正 确位置，同时承受由于在塑料注射时塑料注射机运动误差所引起的侧压力，以 保证塑件精度。拟选 20mm25mm6mm（DD1h）结构如下图 5-1 所示： 图 5-1 带头导柱的结构形式 合理布置导柱的位置：导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度； 导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的 1/3 处最为 安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。 第 5 章 导向机构设计 19 第 6 章 推出机构设计 第六章第六章 推出机构设计推出机构设计 在注射成型的每一次循环中，都必须使塑件由模具型腔中或型芯上托出， 模具中这种脱出塑件的机构称为推出机构，或称脱模机构。 在设计脱模机构时一般要综合考虑以下选用原则：1.尽可能让塑件留在动模， 使脱模机构易于实现；2.不损坏塑件，不因脱模而使塑件质量不合格；3.塑件被 顶出位置应尽量在塑件内侧，以免损伤塑件外观；4.脱模零件配合间隙合适，无 溢料现象；5.脱模零件应有足够的强度和刚度；6.脱模零件要工作可靠，运动灵 活，制造容易，配换方便。另外，为实现注塑生产的自动化，必要时不但塑件 要实现自动坠落，还要使浇注系统凝料能脱出并自动坠落。 本设计使用简单的推杆推板脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也 不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。 在对脱模机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。 6.1 脱模力的计算脱模力的计算 脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。它是设计推出机构的 主要依据之一。通常包括型芯包紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运 动阻力。对大多数的塑件来说，对脱模力的精确计算和测量较为复杂，因此， 只能通过简单的估算法对基座的脱模力进行分析计算。 图 6-1 脱模力的分布分析 当塑件收缩包紧型芯时，其受力情况如图 6-1。由于型芯一般具有脱模斜 度，故在脱模力的作用下，塑件对型芯的正压力降低了，这时摩擦力 F脱 sinFa 为 6-1 (sin )Ff FFa 正摩脱 式中 摩擦阻力（N） ； F摩 第 6 章 推出机构设计 21 摩擦系数，一般取=0.15-1.0； ff 因塑件收缩产生对型芯的正压力（N） ； F正 脱模力（N） ； F脱 脱模斜度，一般取- a1o2o 根据受力图可列出力的平衡方程： 0 X F 即 6-2 cossin0FaFFa 正摩脱 将式（6-1）代入式（6-2）可得 ： cos (tan ) 1sincos Fa fa F faa 正 脱 而 6-3 FPA 正 式中 P因塑件收缩对型芯产生的单位正压力，一般取 12-20MPa A塑件包紧型芯的侧面积 由上式可以看出：脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱 模斜度的增加而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动 时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成形工艺条件的波动等， 因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值，所以上述只能 是粗略的分析和估算。 6.2 推板推杆脱模机构设计推板推杆脱模机构设计 高壳、薄壁类塑料制品（如罩子、壳体等）和小型多孔塑料制品常用推板 推杆脱模机构。 可以直接设计成如下图 6-2 形式： 图 6-2 塑件的推出设计 推杆与塑件的接触部分一般需有一定的硬度和表面粗糙度要求，若采用整 体全部淬硬，会因淬火变形而影响推板上孔的位置精度，因此对批量较大、精 度要求较高的塑件成型，还要将推板设计成局部镶嵌的组合形式。对于圆筒形 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 塑件，其推板一般采用同心圆周分布的数根推杆推动。本模具中就采用了 12 根 推杆，推板的厚度可根据刚度计算来确定，则推板厚度可按下式计算。 式中 推板的厚度（mm） 脱模力（N） 推杆轴线到推板中心距离（mm） K与 R/r 相关的系数，查表可取 K=0.0877。 E推板钢材弹性模量（MPa） 推板中心所允许的最大变量（mm）一般取塑件在被推出方向上 尺寸公差的 1/101/5 经计算得 11.0637mm 在这里取得 =12mm。 第 6 章 推出机构设计 23 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 24 第七章第七章 抽芯机构设计抽芯机构设计 当塑件有侧凸、侧凹或侧孔时，模具中成型侧凸、侧凹、侧孔的零部件必 须制成可移动的，开模时，必须使这一部分构件先行离开，塑件脱模才能顺利 进行。为此模具中要设置斜导柱侧向分型与抽芯机构。这里的基座塑件的侧壁 有 5 个方孔，它们均垂直于脱模方向阻碍成形后塑件从模具脱出。因此成形模 必须设置抽芯机构。 7.1 确定抽芯机构形式确定抽芯机构形式 根据塑件的制造要求，故设计的侧抽芯机构应首先考虑可靠耐磨，灵活方 便。根据模具的结构形式、抽芯部位的结构特点（抽芯距、抽芯成型面积等） ， 综合分析比较后，采用斜导柱抽芯和斜滑块抽芯都可以，但在次模具结构中， 为使模具结构简单，便于加工制造，采用斜导柱抽芯较合适。 斜导柱抽芯机构是由与开模方向成一定角度的斜导柱和滑块所组成。为了 保证抽芯动作平稳可靠，必须有滑块定位及闭锁装置等。 在一般情况下斜导柱固定在定模上，但有时根据塑料制品的结构形状、分 型面及浇注系统等各方面的要求，斜导柱也有固定在动模上的。在本模具设计 中，根据上述分析就采用将斜导柱固定在定模上的方案。斜导柱固定在动模上 的抽芯机构如下 7-1 所示： 图 7-1 斜导柱固定在动模上 7.2 斜导柱抽芯的结构尺寸斜导柱抽芯的结构尺寸 确定抽芯距。抽芯距一般应大于成形孔的深度，塑件孔深为 22mm，且 是通孔，所以采用两边对称抽芯，则孔深为 11mm。 S=h+（23）=14mm 确定斜导柱倾角。斜导柱的倾角是斜抽芯机构的主要技术数据之一，它 与抽拔力以及抽芯距有直接关系，一般取 =1520，这里选取 =20。 第 7 章 抽芯机构设计 25 确定斜导柱的尺寸。斜导柱的直径取决于抽芯力及其倾斜角度。抽芯力 6KN。查表得侧向抽芯时的弯曲力 =7kN,查表得斜sincos ChPFc k F 导柱的直径 d=16mm，导柱台肩直径 D=22mm。 斜导柱的长度根据抽芯距、固定端模板的厚度、斜销直径及斜角大小确定。 计算得 L75mm。 滑块与导槽设计。侧向抽芯机构主要用于成形塑件的侧孔，由于侧孔较 多，考虑到型芯强度和装配问题，采用左右两边 5 个方孔组合式结构。侧型芯 与滑块的连接采用镶嵌方式。 为使模具结构紧凑，降低模具装配的复杂程度，采用整体式滑块和整体导 向槽的形式。为提高滑块的导向精度，装配时可对导向槽或滑块采用配磨、研 磨的装配方法。滑块的定位装置采用弹簧、钢珠与台阶的组合方式。 图 7-2 斜导柱工作长度与抽芯距的关系 图 7-3 滑块的设计 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 26 第八章第八章 温度调节系统设计温度调节系统设计 注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状 和尺寸精度都有很重要的影响。注射模中设置温度调节系统的目的，就是要通 过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。温度调节 对塑件质量的影响： 1）采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率； 2）模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形 3）对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度，提 高模温能大大改善塑件的表面状态； 温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方，设计时要根据材料特性和使用 要求偏重于主要要求。 8.18.1 模具的加热模具的加热 根据热能来源，模具加热的方法有：蒸汽加热法、电阻加热法、工频感应 加热法等。 最常用的加热法在模具外部用电阻加热，即用电热板，电热框和电热棒加 热。本塑件在注射成形的时候不要求有太高的模温，因而在模具上可以不设加 热系统。 8.28.2 模具的冷却模具的冷却 对于热塑性塑料模具，当遇到成型流动性差的塑料，如成型高结晶度的塑 料制品或采用热流时均需要对模具进行加热，对热固性塑料注射模具也需要加 热。在本模具设计中选用的塑料聚丙烯就是热塑性的塑料。注射成型时，模具 温度直接影响塑料的填充和塑料制品的质量，也影响到注射周期。因此在使用 模具时必须对模具进行有效的冷却，使模具保持在一定范围内。对于冷却系统 可作如下设计计算。 设定模具平均工作温度为 40，用常温 20的水作为模具冷却介质，其出 口温度为 30，聚丙烯注射成形周期为 40120s，选定成形周期为 90s，确定 注射次数为 18 次h，塑件质量为 10.63kg，塑件体积为 V V 料 =111.051.1=12.7cm，加上浇注系统每次注入模具塑料质量约为 45g，冷却 水的密度为 1gcm，比热容为 4.210Jkg. ，聚丙烯塑料的密度 为 1.05g gcm，比体积 为 1.1cmg，单位热流量为 59104 Jkg，计算塑 料注射模冷却时所需要的冷却水量 V 第 8 章 温度调节系统设计 27 V= = =0.19m/min 21 60ttc hnm min/ 20302 . 41060 1059045 . 0 18 3 3 4 m 因为模具每分钟所需要的冷却水体积流量较小，所以可不设冷却系统，依 靠空冷的方式冷却模具就可以达到冷却效果。 结论 28 第九章第九章 注射机的相关校核注射机的相关校核 模具闭合高度的确定。确定定模固定板的高度 H1=25mm；定模板高度 H2=25mm；下成形块高度 H3=40mm；支承板高度 H4=20mm；动模固定板的高度 H6=25mm；根据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫板高度 H5=60mm。因而模 具的闭合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=(25+25+40+20+60+25)mm=195mm 注射机有关参数的校核。本模具的外形尺寸 280 mm 270mm210mm，XS-Z-60 型的注射机模板最大安装尺寸为 350mm280mm，所以能满足模具的安装要求。 由上述计算模具的闭合高度 H=195mm，XS-Z-60 型的注射机所允许模具的最 小厚度 Hmin=70mm，最大厚度 Hmax=200mm，即模具满足 HminHHmax 的安 装条件。 经查资料 XS-Z-60 型注射机的最大开模行程 S=180mm，满足出件的要求。由 于侧分型抽芯距较短，不会过大的增加开模距离，注射机的开模行程足够。 经过校核 XS-Z-60 型注射机能满足使用要求，所以可以使用。 第 9 章 注射机的相关校核 29 结论结论 本设计首先说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状，随着经济的发 展，塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势。在这次设计过程中，我掌握了注塑模具设 计的方法与步骤及制造。如计算、绘图、查阅设计资料和手册、熟悉标准和规范， 提高了自身的设计能力，认识自我所学的知识在实际中的应用，对模具产品设计开 发有一定的了解，在大脑里形成一个比较系统化的概念。通过这次实践，培养了我 们的实际动手能力，将我们所学的课程与实际生产有机地结合起来，巩固所学的专 业知识，从而真正掌握计算机辅助模具设计制造的技能 设计过程中又让我重新温习了书本上的内容，我明白了不论什么时候不管干什 么事总是离不开书本，书本上的东西是基础的，而基础正是向更深的领域迈进。这 次的设计我基本上是满意的，在此之前，我总是莫名其妙感到茫然，不知道从何下 手，后来我明白了一个良好的设计思路往往可以节省掉一大半的时间，所以我觉得 不管以后再设计什么，一定要在设计思路上下功夫。还有在绘制各种零件图和装配 图的时候，一定要细心不能马虎一点，因为这些图比较繁琐，所以必须一步步来， 不可贪图方便。当然在设计过程中还暴露了许多问题，最后我都找到了解决对策。 但是金无足赤，人无完人，设计可能做的还有瑕疵，但我会努力改正，争取做到更 完美。总之，设计即突出了自己的长处，也发现了自己的不足，使我在以后的学习 工作中扬长避短。 参考文献 30 致致 谢谢 在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师*表示衷心的感 谢并致以崇高的敬意！ 在论文工作中，遇到了不少的问题，一直得到卢老师的亲切关怀和悉心指 导，使我在论文的进展中能够顺利完成。 在学校的学习生活即将结束，回顾两年多来的学习经历，面对现在的收获， 我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢! 特别感谢我的师兄们以及师姐们对我的学习和生活所提供的大力支持和关 心!还要感谢一直关心帮助我成长的室友们！ 在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！ 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授! 希望你们在以后的工作中顺顺利利！ 致谢 31 参考文献参考文献 1. 塑料模设计手册编写组编著.塑料模设计手册.北京:机械工业出版社, 1997 2. 陈锡栋,周小玉编著.实用模具技术手册.北京:机械工业出版社,2003 3. 胡石玉主编.模具工实用技术手册.江苏科学技术出版社,2000 4. 冯炳尧,韩泰荣,蒋文森,葛伟杰等编著.模具设计与制造技术简明手册. 上海:上海科学技术出版社,2008 5. 张应龙主编.模具制造技术.北京:化工工业出版社,2008 6. 陈志刚主编.塑料模具工艺与设备.北京:机械工业出版社,2005 7. 徐其金主编.塑料模塑工艺与塑料模设计.北京:机械工业出版社,