塑胶模具毕业设计论文福建.doc

毕业设计（论文） 题 目：左铰链盖注射成形工艺及模具设计 学 生： 李 金 荣 指导老师： 范有发 副教授 系 别： 材料科学与工程系 专 业： 模具设计与制造 班 级： 模具 061 学 号： 1506203118 2008 年 6 月 I 目录 目录 .1 1 选题背景 .0 1.1 塑料模具的发展状况及地位0 1.2 选材及性能分析 .1 1.2.1 聚碳酸脂（PC） .1 1.2.2 ABS 塑料 1 1.3 设计内容2 2 塑件成型工艺性分析 .2 2.1 塑件模塑成型工艺参数3 2.2.1 ABS 塑料成型工艺参数 3 2.2.2 PC 成型工艺参数 .4 2.2 表面质量 .4 2.3 尺寸和精度 .4 2.4 结构特点 .4 2.5 塑件注射工艺性 .5 3 塑件成型方案设计 .5 3.1 分型面选择 .5 3.2 型腔数确定6 3.3 浇注系统类型与位置选择 .6 3.3.1 浇口的选择 .6 3.3.2 浇口尺寸的确定 .7 3.4 成型零件结构设计 .8 3.5 脱模结构设计 .9 3.5.1 脱模力计算 .9 3.5.2 脱模机构的选用及布局 .9 3.5.3 凝料脱出机构的设计 10 II 3.6 导向、定位机构设计 10 3.6.1 导向机构的作用 10 3.6.2 导向机构结构及设计 11 3.7 侧向分型抽芯结构设计 12 3.8 模具冷却系统设计 13 3.8.1 制品所需冷却时间的计算 .13 3.8.2 冷却介质一边所需传热面积的设计计算 .13 3.9 模架选用 14 4 模具结构设计 15 4.1 模具成型零部件设计 15 4.1.1 成型零件重要工作尺寸计算 15 4.1.2 成型零件结构设计 16 4.1.3 排气方式及排气槽的设计 20 4.2 模具强度与刚度计算 20 4.2.1 型腔(上模)的侧壁和底板厚度计算 .20 4.3 模具结构总图绘制 22 4.4 成型零件的加工工艺 24 4.4.1 选材 24 4.4.2 注射模主要零件加工工艺规程的编制 .24 5 注射机的选用及相关参数的校核 25 5.1 塑件基本参数 25 5.2 注塑机参数校核 25 5.2.1 最大注塑量 25 5.2.2 锁模力校核 26 5.2.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 26 5.2.4 开模行程校核 27 致谢 28 参考文献 29 0 1 选题背景 1.1 塑料模具的发展状况及地位 模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重 视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080% 的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高 一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大 器” ，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生 产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上 决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 现代工业的飞速发展为素有“工业之母”美誉的模具工业带来前所未有的发展机遇， 而模具材料的应用在模具制造中起举足轻重的作用。塑料，作为重要的模具材料之一， 随着家电、汽车、电子、电器、通讯产品的迅猛发展而得到更为广泛的应用。塑料模具， 成为时下模具品种之“关键词” 。近年来,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具 在整个模具行业中约占 30%左右。当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其 中发展重点为工程塑料模具。我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要 求，仅汽车行业将需要各种塑料制品 36 万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台；彩电的年产量己超过 3000 万台。家电行业近期家电业所需模具量年增长率 为 10%。一台电冰箱约需模具 350 副，价值约 400 万元；一台全自动洗衣机约需模具 200 副，价值 3000 万元；一台空调器仅塑料模具就有 20 副，价值 150 万元；单台彩电 大约共需模具 140 副，价值约 700 万元。则仅彩电模具每年就有约 28 亿元的市场。随 着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、 壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品） 的注塑模具将得到市场的欢迎。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将 逐步提高，且发展速度将高于其他模具。 塑料成型模具的发展方向包括：模具 CAD/CAE/CAM 技术应用的普及，以提高模具 制造精度，缩短制造周期；模具零件加工和装配朝着“零公差”要求发展；模具结 构设计往“免试模”方向发展；精密注射成型设备向超高速、全电动、智能化等方向 1 发展。 在此背景下，如何更深入地认识塑料模具的发展状况并把握其市场走向，成为重要 课题。而站在塑料制件模具的设计生产去探求此课题的实质与内涵，成为最佳视角。 1.2 选材及性能分析 1.2.1 聚碳酸脂（PC） （1）使用性能 聚碳酸脂力学性能好，其拉伸和弯曲强度与聚酰胺和聚甲醛相当，抗冲击和抗蠕变 性能突出，尤其抗蠕变性能优于聚酰胺和聚甲醛，制品尺寸稳定。但是聚碳酸脂的疲劳 强度低，使用中容易产生应力开裂，与多数工程塑料相比，聚碳酸脂的摩擦系数较大， 耐磨性较差。 聚碳酸脂的耐热性能好，长期使用温度可达 130C，并且有良好的耐寒性，脆化温 度为-100C；聚碳酸脂具有一定得化学稳定性，耐水、稀酸、油、脂肪烃等，但不耐 碱、酮、酯等，在光的作用下会老化；聚碳酸脂吸水性较小，透光率很高，介电性能良 好。 （2）成型性能 聚碳酸脂的熔融温度高（220-230C） ，熔体粘度大，流动性较差；当冷却速度较 快时，其制品容易产生内应力；虽然聚碳酸脂塑料吸水性小，但在成型过程中即使含有 0.2%的水分也会使制品产生气泡、银丝和斑痕，所以成型前仍需要烘干；聚碳酸脂成型 收缩率小，容易得到精度高的零件。 模具温度应较高，注射成型时，浇注系统尺寸应粗大，其制品还应进行退火处理。 1.2.2 ABS 塑料 ABS 是丙烯 、丁二烯和苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型的高聚物。 （1）ABS 的使用性能 由于 ABS 是三种单体聚合而成的，因此它具有三种组成物的综合性能。丙烯 可使 ABS 具有较高的强度、硬度，耐热性及耐化学稳定性；丁二烯可使 ABS 具有弹性和较高 的冲击强度；苯乙烯可使 ABS 具有优良的介电性能和成型加工性能。 2 ABS 塑料在一定得稳定范围内具有较高的冲击强度和表面硬度及耐磨性；热变形温 度：100C 左右，比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺都高；还具有一定得化学稳定性和良 好的介电性能；此外，它还能与其它塑料和橡胶混溶等特性；其制品尺寸稳定性好，表 面光泽，可以抛光和电镀。但 ABS 塑料的耐热性并不高，耐低温性和耐紫外线性能也不 好。 （2）ABS 的成型性能 ABS 塑料成型性较好。它的流动性较好，成型收缩率小；比热容较低，在料筒中塑 化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短。但 ABS 吸水性大，成型前必须充分干燥， 表面要求光泽的制品应进行较长时间的干燥。 1.3 设计内容 本课题是在给定二维产品图纸的基础上，对塑料件进行注射成型分析，确定模具结 构，选择注塑机型号，完成模具设计。 基本内容包括： (1) 根据产品的二维图纸利用三维建模平台建立三维模型： 主要是根据二维图纸利用 PROE 软件进行造型，并利用软件测得本产品的体积和重 量； (2) 利用二维绘图软件平台设计出完整的模具装配图和零部件图： 主要是利用所学的知识对塑料件进行注射成型分析确定合理的模具结构，并利用 AutoCAD 软件进行绘制出完整的模具装配图和零件图，并打印出来； (3) 编制模具主要零件的制造工艺和模具装配工艺； (4) 完成设计说明书：应包括所有的说明、分析和计算。 2 塑件成型工艺性分析 零件名称：左铰链盖 生产批量：大批量 材料：PC+ABS 未注公差取 MT5 级精度 3 要求设计左铰链盖模具 技术要求： 1）成型收缩率：5/1000 2）未注圆角 R0.20.3； 3）外形轮廓应与主体塑件外形吻合； 4）外表面 Ra0.8；内表面 Ra1.63.2。 图 21 2.1 塑件模塑成型工艺参数 2.2.1 ABS 塑料成型工艺参数 工艺参数规格工艺参数规格 预热和干燥温度 t：8085C 成型时间/s 注射时间 t/s 2090 4 时间 T：23h 保压时间 t/s 05 后段 150170 冷却时间 t/s 20120 中段 165180 总周期 50220 料筒温度 t/C 前段 180200 螺杆转速 n/（rmin） 30 喷嘴温度 t/C 170180 方法 红外线灯 烘 箱 模具温度 t/C 5080 温度 t/C 70 注射压力 p/MPa 60100 后处理 时间 T/h 24 2.2.2 PC 成型工艺参数 工艺参数规格工艺参数规格 温度 t：110120C注射时间 2090 预热和干燥 时间 T：812h保压时间 05 后段 210240 冷却时间 2090 中段 230280 成型时间/s 总周期 10190 料筒温度 t/C前段240285螺杆转速 n/（rmin）28 喷嘴温度 t/C 240250 方法红外线灯 模具温度 t/C 70（90）120温度 t/C 100110 注射压力 p/MPa 80130 后处理 时间 T/h 812 2.2 表面质量 该塑件要求，轮廓清晰，过渡圆角均匀、外形美观外表面没有斑点及熔接痕，粗糙 度为 Ra0.8，塑件内表面粗糙度为 Ra1.6-3.2。 2.3 尺寸和精度 尺寸： 这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小。由于受塑料流动性的影响，对流动性差的塑 料或薄壁制件，在注射或压住成型时塑件的尺寸不能太大，以免塑料容体充不满模具型腔或使产生 的熔接痕强度过差，从而使塑件不能正常成型或对塑件的外观和强度产生影响。此外，塑件尺寸还 受现有的成型设备规格，参数等的影响。 该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按 MT5 查取公差。 5 2.4 结构特点 （1）从图纸上分析，该塑件壁厚均匀，且符合最小壁厚的要求。 （2）塑件的型腔较小，在塑件内壁有三个凸台，分别为高 0.45，长 3.51，高 0.45，长 3.42 及高 0.6，长 6。且塑件的一面是斜面，因此塑件不易取出，需要考虑侧 抽装置及斜导杆装置。 （3）塑件内表面有一个加强肋板。 （4）配合曲面要求光滑过渡，具有流线造型。 结论：采用普通热塑性塑料注射模成型即可，塑件精度 MT5 级；模具精度 IT11 以 上。 2.5 塑件注射工艺性 制件各尺寸如上面图形标注所示，塑件基本参数为： 面积（mm2）：1003.6mm2 体积（mm3）：611.56mm3 3 塑件成型方案设计 3.1 分型面选择 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型 位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的 制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几 种方案中优选出较为合理的方案。根据参考文献1P90-P93 选择分型面时，为保证制件 能顺利地从型腔中脱出且便于模具加工，一般应考虑以下几种因素： 第一，分型面必须开设在制件断面轮廓最大的地方。 第二，分型面处不可避免地会在塑件上留下溢料痕迹，故分型面最好不要选择在制 品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。 第三，从制件的推出装置考虑，分型时要尽可能地使制件留在动模。 第四，为保证制件相关部位的同心度出发，同心度要求高的塑件，取分型面时最好 6 把要求同心的部分放在分型面的同一侧。 第五，有侧凹或侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯时，一般将抽芯或分型距离 较长的一边放在动定模开模的方向上。 第六，为了便于模具加工制造，应尽量选择平直且易于加工的分型面，且分型面的 位置要有利于制品排气、脱模。 该塑件为左铰链盖，外形要求美观，无斑点和熔接痕，表面质量要求较高。结合课 题中制件实际情况决定选择如图 31 所示分型面： 图 31 3.2 型腔数确定 （1）设备注射量一模多件不成问题； （2）生产批量较大可考虑一模两件或四件； （3）ABS 料成型性能和塑件精度要求一模多件也不成问题； （4）塑件结构、模具复杂程度一模两件较合适； 综合考虑：选用一模两件 3.3 浇注系统类型与位置选择 3.3.1 浇口的选择 根据制品的形状可考虑点浇口、侧浇口及潜伏式浇口； 便于充模、排气； 减小模具高度，简化模具结构 ； 7 便于抽芯且不影响制品成形； 综合考虑：选择侧浇口 制件及浇注系统的排布如图 32： 图 3-2 浇注系统 3.3.2 浇口尺寸的确定 根据参考文献2，主流道与喷嘴接触处做成半球形的凹坑，凹球半径比喷嘴大 12mm，设置为 10.5 mm，使喷嘴与凹球严密地配合，避免高压塑料熔体溢出。主流道 小端尺寸应比喷嘴孔直径约大 0.51 mm 以上，一般在 48mm 范围内。本课题制件 为普通大小的尺寸，将小端尺寸设为 4mm，锥角取 2 度。如图 3-4 所示： 图 33 主流道尺寸 分流道指主流道末端到浇口的整个通道。分流道的功能是使融体过渡和转向，分流 道截面尺寸应根据塑件的体积、形状、壁厚、分流道的长度等因素来确定。对于壁厚小 于 3 毫米，质量在 200 克以下的塑件可以用下面的经验公式来确定分流道的直径： (3-1) 1/4 0.2654/2DWL 8 其中，D-分流道直径（mm） W-塑件的质量（g） L分流道长度（mm） 该制件质量约为 10g，由此可计算分流道直径 D=M 塑件+M 浇式中： M 机注塑机的最大注塑量，单位 g。 M 机=(M 塑件+M 浇)/0.85=（211.29+4.23）/0.8531.54g M 机=75g31.54g 所以满足要求。 5.2.2 锁模力校核 锁模力是注射机锁模装置施加于模具的最大夹紧力。锁模力的作用在于平衡和克服 模腔压力产生的使模具沿分型面张开的力，保持模具紧密锁合，防止溢料。注射机锁摸 力与模腔压力的关系可用下式表示： F0 kP0A (5-1) F0注射机锁模力； k安全系数，一般取 1/32/3； P0注塑机料筒内螺杆或柱塞施于塑料熔体的压力（30Mpa50MPa） ； A塑件和浇注系统在分型面上的投影之和； A=223.8915.15+650=1023.9mm2 FOkP0A=2/3501023.9=34.13KN 因为 F0=450KN34.13KN，满足要求。 5.2.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 a.模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合。 即模具长宽H 模Hmin，故满足要求。 27 5.2.4 开模行程校核 注射机的开模行程为 220mm，其中 H1=10.4mm，H2=63.35mm， 由校核公式： SH1+H2+（5-10）mm (5-2) H1推出距离，单位 mm； H2包括浇注系统在内的塑件高度，单位 mm； S机注塑机最大开模行程。 S机=220mm10.4+63.35+10=83.75mm 故开模行程满足要求 综上可得该注射机选择合理。 28 致谢 毕业设计已经到了收尾阶段，在这近三个月的设计过程中，首先感谢范有发老师的 精心指导，范老师给我提出了许多宝贵的意见，从课题选择、设计框架、内容体系的安 排直至成文后一次又一次的修改。范老师热