摩托车尾灯罩注射模设计.doc

摘 要本文详细地阐述了盖注射模具的设计过程。设计了注射模具中的各个系统，如浇注系统、导向与定位机构、侧向分型与抽芯机构，并对塑料材料性能进行了分析。根据塑件的产品数量要求，以及结构要求，该模具采用一模一腔。整个设计过程都是用cad软件进行参数化设计，使整个模具设计过程简单明了。利用mpa软件进行模流分析，为模具设计和成型工艺的指定提供参照依据。使用cad软件设计成型零件以及非标零件，从而进行全方面的参数化设计，即对模具进行分模、生成元件、装配、试模、开模等设计。调用标准模架以及标准件，从而完成模具的整体设计。直接指导生产。针对塑件的特点，本模具设计了侧抽芯滑块机构，也构成了本次模具设计的主要内容。关键词 ：注射模，参数化设计，侧抽芯和滑块，灯罩i 目录摘 要i第一章 前言11.1模具行业发展的现状11.2我国模具发展的现状11.3参数化技术慨述21.4 选题目的以及意义3第二章 塑件成型工艺性分析42.1摩托车尾灯罩二维图42.2结构特征分析及成型工艺性分析42.2.1结构特征分析42.2.2成型工艺性分析42.2.3 塑件材料的基本性能52.2.4 塑料的成型收缩率52.2.5 塑件材料的流动性5第三章 塑件成形工艺与设备63.1注塑成型工艺条件63.1.1 温度63.1.2 压力63.1.3 时间73.2 注射机型号的确定83.2.1 由公称注射量选择注射机83.2.2 由锁模力选择注射机83.3 型腔数量以及注射机有关工艺参数的校核93.3.1型腔数量校核93.3.4 注射压力校核103.3.5 安装尺寸校核11第四章 注射模具结构设计134.1型腔的确定134.2制品成型位置及分型面的选择134.3 浇注系统设计134.3.1 主流道设计144.3.2 冷料穴的设计154.3.3 分流道设计164.3.4 浇口的位置、数量的确定174.3.5剪切速率的校核18（1）主流道剪切速率校核184.3.6 排气系统设计194.4 成型零部件设计194.4.1凹模结构设计与计算204.4.2 型芯结构设计与尺寸计算214.5模架的选用234.5.1 型腔侧壁以及底板厚度尺寸234.5.2模具高度尺寸的确定244.6导向与定位机构254.7脱模机构的设计254.7.1脱模力的计算264.7.2推件板脱模机构设计264.8侧向分型与抽芯机构设计274.8.1斜导柱的设计274.8.2滑块的设计304.8.3楔紧块的设计314.8.4斜导柱抽芯机构中的干涉现象314.9.2.冷却系统的设计原则344.10模具成型零部件材料的选择344.12模具的装配过程354.13 模具运动分析过程36模具运动分析过程36第五章 试模365.1试模过程365.2 试模过程中可能产生的缺陷、原因以及调整方法375.3 试模过程记录38第七章 总结38参考文献：40致谢41 第一章 前言1.1模具行业发展的现状模具行业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。二十一世纪世界制造加工业的竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战，产品需求的多样性要求塑件设计的多品种、复杂化，市场的快速变化要求发展产品及模具的快速设计制造技术，全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品质量，创新、精密、复杂、高附加值已成为注塑产品的发展方向，必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。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。有关数据表明,目前仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量已超过3000万台；到2010年,在建材行业,塑料门窗的普及率为30,塑料管的普及率将达到50。这些都会导致对模具的需求量大幅度增长。近来我国模具工业发展迅速，目前已呈现出市场广阔、产销两旺的局面。深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达、科技含量最高的区域，预计有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。其次，浙江东部的余姚、宁海、黄岩温州等地区的塑料模具工业发展也非常快。 相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，这些是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国塑模市场的前景一片辉煌。1.2我国模具发展的现状虽然近几年来，我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求，然而精密加工设备还很少，一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。许多先进的技术如技术的普及率还不高，我国塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。现在国外发达国家模具标准化程度为7080，而我国只有30左右。如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期2540，并可减少由于使用者自制模具件而造成的工时浪费。现在应用模具cadcam技术设计模具已较为普遍，随着通用机械cad/cam技术的发展，塑料注射模cad/cam已经不断的深化。从上世纪60年代基于线框模型的cad系统开始, 到70年代以曲面造型为核心的cad/cam系统，80年代实体造型技术的成功应用，90年代基于特徵的参数化实体/曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用cad/cae/cam技术提供了可靠的保证。目前在国内外巿场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的cad/cae/cam系统。而且通过推广使用模具标准件，实现了部分资源共享，这样就大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展cadcam技术、提高模具的精密度有重要意义。因此，模具成为国家重点鼓励与支持发展的技术和产品。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。1.3参数化技术慨述参数化技术是当前cad技术重要的研究领域之一，通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动。在设计过程中，系统自动地捕获用户的设计意图，并把各个设计对象以及对象之间的关系记录下来，当用户修改图纸中的设计参数时，系统能够自动地更新图纸，使图纸中反映用户设计意图的设计对象之间的关系依旧可以维持。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，极大地改善了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在慨念设计、初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，并体现出很高的应用价值，能否实现参数化目前已成为评价cad系统优劣的重要技术指标。cadngineer 集合了零件设计、产品组合、模具开发、nc加工、钣金件设计、铸造件设计、自动量测、机构仿真、应力分析等功能于一体。是塑料模具实现参数化的一个必备的软件。emx（expert moldbase extension）是cad系统中的一个外挂模块，专门用来建立各种标准模架及模具标准件和滑块、斜销等附件，能够建立冷却水管，能够自动产生模具工程图和明细表，还可以模拟模具开模过程进行动态仿真和干涉检查，并可将仿真结果输出成视频文件，是个功能非常强大且使用非常方便的模具设计工具。本设计结构和模架设计是利用模架设计专家系统设计的。型腔和型芯设计可以在emx里设计，也可以事先在cad的制造模块里完成。本设计有一部分是在emx里完成。在模架调入之后可以根据需要添加、删除各种模具零件。也可以修改现成的标准件使之满足自身设计。完全的参数化设计，使用非常方便。cadngineer参数化设计的特性：(1)3d实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外，借助于系统参数，还可以随时计算出产品的体积、面积、重心、重量、惯性大小等，可极大的减少设计人员的计算时间。(2)cadngineer可随时由3d实体模型产生2d工程图，且可自动标示工程图尺寸。不论在3d还是2d图形上作尺寸修正。其相关的2d图形或3d实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，如此可确保数据的正确性，并避免反复修正的耗时性。(3)以特征作为设计的单位。可随时对特征做合理、不违反几何顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。1.4 选题目的以及意义毕业设计将总结专业基础和专业技术的学习成果,锻炼和开发学生的综合运用能力。本课题要求跟据图纸以及任务书设计出结构优化的模具。该塑件为摩托车尾灯罩，它是配在摩托车上用的一种灯罩子，批量很大，为大批量生产。其结构有点复杂，有1个侧抽芯，因而该塑件的模具有一个典型结构侧抽芯滑块机构。这个课题能充分体现专业知识，对模具设计能力有一定的锻炼。通过对摩托车尾灯罩的注射模具的设计，可以巩固专业知识为以后从事本专业实际工作和研究工作奠定了重要的思想基础，也同时具有一定的初步开发模具能力。另外加深了对机械基础知识的应用。提高了整体的设计能力。第二章 塑件成型工艺性分析2.1摩托车尾灯罩二维图、 塑件的材料ps204图2.2 摩托车尾灯罩二维图2.2结构特征分析及成型工艺性分析2.2.1结构特征分析该塑件为灯罩，其二维图尺寸如图2-2所示，塑件的壁厚为2mm,为大批量生产，材料为聚苯已烯，成型工艺性好，可以注射成型。2.2.2成型工艺性分析 根据塑件的用途以及塑料的性质分析其表面质量，确定塑件的精度等级要求为：it4；其中塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。为了便于塑件从模腔中脱出或从塑件中抽出型芯，塑件设计时须考虑其内外壁面应该有足够的脱模斜度。最小脱模斜度与塑料性能、塑件几何形状有关。该塑件壁厚约为2mm，大开口处有5的斜角，小开口处有3的倾角，这样足以使型芯很容易抽出。为了容易使大的侧抽芯容易抽出可以查参考文献中的表2-19 ，脱模斜度（型芯）：1。2.2.3 塑件材料的基本性能 成型本零件使用聚苯乙烯（ps），该材料为热塑性塑料，聚苯乙烯无色，透明，有光泽，无毒无味，落地时有清脆的金属声比重小，具有高的强度、刚性、硬度，耐腐蚀、性耐热性、电绝缘性优良，可以与熔融的石英相媲美，密度为1.054g/cm3 ，取1.054g/cm3成型收缩率为0.88.5,可在100左右使用。该塑料为无定形高聚物，注射时一般不需要进行干燥。流动性好，它的流变特性是黏度对剪切速率的依赖性比温度的依赖性大。因此，在注射充模时，通过提高注射压力或注射速度来增大熔体的流动性比通过提高温度有利。其结晶能力较强，提高模具温度将有助于制件结晶度的增加，甚至能提前脱模。同时，聚苯乙烯质软易脱模，塑件有浅的倒凹模时可强行脱模。聚苯乙烯（ps）在工业上主要用做仪表外客，灯罩化学仪器零件，透明模型等；在电气方面做良好的绝缘材料，接线盒等；在日用品方面用于包装材料等，各种容器玩具等。 2.2.4 塑料的成型收缩率 塑件从模具中取出到冷却至室温会发生尺寸收缩，这种性能称收缩性。查参考文献1中的表2-16该塑料的成型收缩率（%）：0.88.5；由于收缩不仅与树脂的热胀冷缩有关，还和各成型因素有关，所以将成型后塑件的收缩称成形收缩。影响收缩的因素主要有：1.塑料品种 2.塑料特性 3.模具结构 4.成形工艺。 这里取计算成型收缩率为0.8%。2.2.5 塑件材料的流动性塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。这是模具设计时必须考虑的一个重要工艺参数。流动性大易造成溢料过多，填充型腔不密实，塑件组织疏松，树脂、填料分头聚积，易粘模、脱模及清理困难，硬化过早等弊病。但流动性小则填充不足，不易成形，成形压力大。所以选用塑料的流动性必须与塑件要求、成型工艺及成形条件相适应。聚苯已烯的流动特性属非牛顿流体。查参考资料可以知道聚苯已烯流动性良好等。影响塑料流动性的因素一般有1.温度 2.压力 3.模具结构。第三章 塑件成形工艺与设备3.1注塑成型工艺条件3.1.1 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，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；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。聚苯已烯塑料与温度的经验数据查参考资料如表3-1所示。表3-1 温度的经验数据料筒温度 /喷嘴温度/模具温度/后 段中 段前 段701001301702002201802452070资料来源： 陈志刚主编塑料模具设计北京：机械工业出版社，2003年2月，第36页3.1.2 压力注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。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。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于像聚苯已烯流动性一般的塑料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.427.5mpa。3.1.3 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，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）。确定成型周期的经验数值如表3-2所示。表3-2 成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 资料来源：黄虹主编 塑料成型加工与模具 北京：化学工业出版社，2003年3月，第87页经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-3所示。表3-3 制品成型工艺参数初步确定内容特性内容特性注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）50喷嘴形式直通式模具温度()50喷嘴温度()175后段温度()180210中段温度()210230前段温度()200210注射压力(mpa)80保压力（mpa）60注射时间(s)4保压时间 （s）25冷却时间(s)25其他时间（s） 2成型周期(s)60成型收缩(%)0.8预热干燥温度()8095预热干燥时间(h)45资料来源： 陈志刚主编塑料模具设计北京：机械工业出版社，2003年2月，第67页3.2 注射机型号的确定注射模具是安装在注射机上使用的。在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用的注射机有关技术参数有全面了解，才能生产出合格的塑料制件。注射机为塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种。注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置和模并锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。3.2.1 由公称注射量选择注射机利用cad测量工具可以测得塑件体的体积为（1）单个塑件 体积：v1=2.085104mm3=20.85cm3, 质量m=20.851.054=21.98g。（2）两个塑件和浇注系统凝料 由于本模具采用一模两腔的结构，取浇注系统的质量为塑件质量的80，则： v总=58.38cm3，总质量m总=61.53g。 模具设计时，塑件成型所需的塑料熔体的总容量或质量需在注射机额定注射80%内。由此可得注射机所需体积最小为：58.38 /80%=72.8cm3。3.2.2 由锁模力选择注射机塑料制件在分型面上的投影面积为a1=1589.6mm2。流道凝料（包括浇口）在分型面上的上的投影面积a2， a2 =2079.6 mm2 ； a= a1+ a2=1589.6+2079.6=3689.2 mm2查参考文献ff=ap （3.1）=3689.2mm2 30mpa=3689.2 mm23010pa=110.7.（kn）式中 f注射机的公称锁模力（n）；a塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；p为型腔内熔体压力，查参考文献表5-1，取p=30mp ； 结合上面两项的计算，查参考文献中的表4-2，初步确定注塑机为 xs-zy-250型注射机。该注射机的主要技术参数如下所示：表4-2 注射机xs-zy-250技术参数表特性内容特性内容结构类型卧式拉杆内间距/mm448370理论注射容积/ cm250模板最大行程/mm500螺杆直径/ mmf50最大模具厚度/mm350注射压/ mp130最小模具厚度/mm200注射速率/ g/s200锁模形式/mm液压注射行程/ mm160模具定位孔直径/mm125+0.060螺杆转速/ r/min2589喷嘴球半径/mm18塑化能力/ g/s喷嘴孔直径/mmf4锁模力/ kn1800模板尺寸（mm）598520资料来源： 陈志刚主编塑料模具设计北京：机械工业出版社，2003年2月，第98页3.3 型腔数量以及注射机有关工艺参数的校核3.3.1型腔数量校核为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度，模具设计前应合理的确定型腔数目。按注射机的最大注射量校核型腔数量 （3.2）其中 注射机最大注射量，； 浇注系统凝料量，； 单个塑件的容积，；通过上面3.2.1可知算单个塑件的质量为103.62g；浇道凝料的质量为 51.81g。而凝料的容量和最小注射量应不小于注射机额定最大注射量的20%，故可得， n=1.43，所以型腔的数目取：n=1。3.3.2最大注射量的校核 由于=250cm3,故满足使用要求。3.3.3锁模力的校核式中：熔融塑料在分型面上的涨开力（n）；型腔数目，为2；a塑件在分型面上的投影面积，为1589.63mm2；a1浇注系统在分型面的投影面积，为490.96mm2；p型腔内塑料熔体的平均压力，为40mpa；其中，a塑件和浇注系统在分型面上的投影面积，为3670.22mm2；压力损失系数，随塑料品种注射机类型喷嘴阻力流道阻力的不同而变化，可在0.20.4的范围内选取；注射压力，即料桶内柱塞或螺杆施于熔体上的压力，为150mpa；算得=146808.8n，f=220213.2n，满足。3.3.4 注射压力校核注射压力的校核是检验注射机的最大注射压能否满足制品成型的需要。为此注射机的最大注射压力应大于或等于塑件成型时所需要的注射压力，即 pmaxp式中 pmax为注射机的最大注射压力，该注射机的pmax为130mpa;p为塑件成型时所需要的注射压力,一般取p=40200mpa.制品成型时所需的注射压力一般很难确定，它与塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、制品形状的复杂程度以及浇注系统等因素有关。在确定制品成型所需的注射压力时可利用类比法或参考各种塑料的注射成型工艺参数等，聚丙烯的成型注射压力在78.4mpa至150mpa的范围内，考虑本塑件平均厚度为3mm，所以注射压力可p取为100mpa,可见螺杆注射压力满足要求。3.3.5 安装尺寸校核3.3.5.1 喷嘴尺寸校核 为了使注塑模能够顺利地安装在注射机上并生产出合格的产品，在设计模具时必须校核注射机上与模具安装有关的尺寸，因为不同型号和规格的注射机，其安装模具部分的形状和尺寸各不相同。一般情况下设计模具时应校核的部分包括喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模板上的螺孔尺寸等,这里先对喷嘴尺寸进行校核，其他的校核需要在模具结构设计进行完以后进行校核。注射机喷嘴前端的球面半径r和孔径d与模具浇口套始端的球面半径r及小孔径d应吻合,以避免高压塑料熔体从缝隙处溢出。它们一般应满足下列关系: 如果11mm可满足要求，为了安全，取底板厚度为15mm，。凹模的底板因为是与注塑机的工作台接触的，所受的力传递到工作台上，所以凹模底板的厚度同样只要留有走冷却系统的空间就可以，该设计取凹模底板厚度为35 mm。（2）推杆推出距离；在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为75mm左右，黏结在型芯上的尺寸约75mm左右，所以当推出距离为25 mm时就能使塑件和型芯分离。 完成了以上的工作，确定模架的长宽具体尺寸为330250 mm。各模板的确定如下：（a）a板的尺寸本模具中a板既为定模型腔固定板又为上模座，因为塑件上型芯固定在a板上，而且斜导柱固定部分也在a板上，根据下面斜导柱计算的公式可知，a板的厚度可取为40mm。 (c)垫块尺寸如果垫板（即模脚）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯，需要满足下面关系式：hh1h2h3h0 式中 h垫板高度；h1挡销高度，一般取(35)mm，这里取挡销的高度为4mm；h2推板厚度；h3推杆固定板厚度； h推出距离；h4+10+20+30=60mm取垫板的高度大 于60mm即可，这里取垫板的厚度为73mm。完成了以上的工作，确定该模具可用板面尺寸为250330mm，其中a板厚度40 mm，垫板厚度73mm的模架，为了保证凸、凹模不碰伤，动板和定板之间取1 mm间隙。4.6导向与定位机构导柱导向机构是利用导柱和导向孔之间的配合来保证模具的对合精度。注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构内容包括：导柱和导套的典型结构；导柱和导向孔的配合以及导柱的数量和布置。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。这里用导柱导向机构导向开合模，用复位杆来导向脱模机构的运动。设计导柱和导套需要注意的事项有：1）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。2）导柱工作部分长度应比型芯