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模具设计与制造技能训练设计说明书 设 计 题 目 ： 设 计 者： 班 级： 指 导 教 师： 哈尔滨理工大学 2013 年 12 月 26 日 要 论文根据工程实际的需要完成 锁盖 的注射模设计。 塑料制品已在工业，农业，国防和日常生活中的方面得到广泛应用。特别是在电子业中则为突出。电子产品的外客大部分是塑料制品，产品性能的提高要求高素质的塑料模具和塑料性能。成型工艺和制品的设计。 塑料制品的成型方法很多。其主要用于是注射，挤出，压制，压铸和气压成型等和气压成型等。而注射模，挤出约占成型总数的 60%以上。注射成型分为加料，熔融塑料，注射制件冷却和制件脱模等五个步骤。当然如利用电气控制。可实现半自动化或自动化作业。 塑料注射模主要用于热塑料制品的成型，已成功的用于成型热固塑性塑料制品，它是塑料制品生产中十分重要的工艺装置。注射模的基本组成是：定模机构，动模机构，浇注系统，导向装置，顶出机构，芯机构，冷却和加热装置，排气系统。 因注射模成型的广泛适用，正是我这个设计的根本出发点。 关键字： 注射模具 ， 浇注系统 ， 脱模机构 ， 冷却系统 目 录 摘 要 . 录 . 1 章 前言 . 1 第 2 章 塑件的工艺分析 . 2 件的工艺性分析 . 2 件的结构和尺寸精度及表面质量分析 . 3 构分析 . 3 寸精度分析 . 3 面质量分析 . 3 算塑件的体积和质量 . 4 射机的初选 . 4 第 3 章 分型面选择和浇注系统设计 . 6 射模具分型面的选择 . 6 分型面的基本形式 . 6 分型面选择的基本原则 . 6 分型面的选择 . 6 注系统的设计 . 7 注系统的组成 . 7 注射模具主流道的设计 . 7 第 4 章 成型零件的设计 . 11 具型腔的结构设计 . 11 芯的结构设计 . 12 型零件的尺寸确定 . 13 5 章 顶出机构的设计 . 17 第 6 章 冷却系统的设计 . 20 第 7 章 排气系统 . 21 第 8 章 成型设备有关参数校核 . 22 第 9 章 模具特点和工作原理 . 24 总 结 . 25 参考文献 . 26 1 第 1 章 前言 近年来，由于模具技术的迅速发展。模具设计与制造已成为一个行业越来越引起人们的关注。成为生产各种工业产品不可缺少的工艺装备。 作为二十一世纪的大学生，综合方面的素质越来越显得重要，特别要从事模具专业，毕业设计是培养综合运用所学理论知识和技能解决实际问题的一个重要环节，这是对我们大学阶段智 力的一次总检验。更是我们受到集中培养和综合设计能力，科研能力，创新能力的一次难得的机会。 毕业设计的主要目的有两个：一，让学生撑握查阅资料与手册的能力，能够熟练运用 ，掌握模具设计方法和步骤，了解模具的工艺过程。 此次本人设计的课题是： 锁盖 注塑模的设计。此注塑件是电风扇开关旋纽，本人通过了参考实际产品，了解塑件的特点。在设计过程中查了很多资料。在设计过程中得到了老师的精心指导和广大同学的帮助，在此表示感谢。 2 第 2 章 塑件的工艺分析 该塑件是 锁盖 产品，其零件图如图所示。本塑件的材料采用 黑色酚醛塑料 ，生产类型为大批量生产。 图 盖 图 件的工艺性分析 材料：黑色酚醛树脂（ 固体酚醛树脂为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶第 2 章 塑 件的工艺分析 3 剂中。苯酚与甲醛缩聚而得。它包括：线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂。工艺条件 注射机类型：柱塞式 螺杆转速：40嘴温度： 90 料筒前端温度：70 料 筒后端温度：40 模具温度：160 注射压力：98压： 射时间 2压时间： 3化时间： 15型周期： 45型收缩率： 成型温度：146 成型压力： 7件的结构和尺寸精度及表面质量分析 构分析 因此 ,模具设计 ,该零件属于中等复杂程度 . 本次设计制品的用途是锁盖，结构简单，对称分布，对精度无太大要求，强度要求适中 。 寸精度分析 从塑件的壁厚上 来看 ,壁厚最大处为 5厚均匀 ,，在制件的转角处设计圆角，防止在此处出现缺陷，由于制件的尺尺寸中等 。 面质量分析 该零件的表面除要求没有缺陷毛刺，内部不得有 杂质外，没有什么特别的表面质量要求，故比较容易实现。 综上分析可以看出 ,注塑时在工艺控制得较好的情况下 ,零件的成型 4 要求可以得到保证 . 算塑件的体积和质量 计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。 计算塑件的体积： V= 单个） 计算塑件的质量：根据设计手册可查得密度为 = 塑件质量： M= 过 3 射机的初选 根据塑件的计算重量或体积，选择设备型号规格，确定型腔数当未限定设备时，须考虑以下因素： 采用一模四腔的模具结构，考虑其外形尺寸，注塑时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注塑机 由分析，可得锁盖件的体积为 虑到设计为 4腔，加上浇注系统的冷凝料，查阅塑料膜设计手册的国产注射机技术 规范及特性，可以选择 下为其技术规格 理论注射容积(60 螺杆直径 (38 注射压力 (180 注射速率 (g/s) 70 塑化能力 (g/s) 35 螺杆转速 (r/0200 锁模力 (500 拉杆有效距离 (220*300 移模行程 (180 模具最大厚度 (200 模具最小厚度(70 锁模形式 双曲肘 模具定位孔直径 55 喷嘴球半径 ( 2 章 塑 件的工艺分析 5 (喷嘴口空孔径(4 模板尺寸 (160*250 6 第 3 章 分型面选择和浇注系统设计 射模具分型面的选择 分型面的基本形式 分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面。 分型面选择的基本原则 选择分型面的基本原则：（ 1）保持塑料外观整洁；（ 2）分型面应有利于排气；（ 3）应考虑开模是塑料留在动模一侧；（ 4）应容易保证塑件的精度要求；（ 5）分型面应力求简单适用并易于加工；（ 6）考虑侧向分型面与主分型面的协调；（ 7）分型面应与 成型设备 的参数 相适应；（ 8）考虑脱模斜度的影响 11。 分型面的选择 1、 确定成型位置 由于塑件结构简单 ,所以不用设计小型心 ,型腔直接开设在定模板和中间板上 两排各 4个型腔分布 . 2、 确定分型面 采用单分型面注射模 ,从 型面一次分型 ,如下图所示 : 7 图 分型面 注系统的设计 注系统的组成 浇注系统是将熔融的塑料从 成型设备 喷嘴进入模具型腔所经的通道，它包括主流道、分流道、浇口及冷料。在设计注射模具的浇注系统应注意以下几项原则。 （ 1）根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。 （ 2）根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸多因素，并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置。 （ 3）应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把 ，以节省原料，提升注射效率。 （ 4）应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性能，选择浇注系统的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物流的流动。 注射模具主流道的设计 流道通常设计成圆锥形，其锥角 42 ，内壁表面粗糙度一般为 R 。这里取 4 ； 8 防止主流道与喷嘴处溢料，喷嘴与主流道对接处紧密对接，主流道对接处应制成半球形凹坑，且 半径： 1212 ）（）（ 小端直径： 42 ）（）（ ； 凹坑深： h=35里取 h= 减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径13 保证塑料良好成型的前提下，主流道长度 L 应尽量短。通常由模板厚度确定，一般取 ；这里上标准模架，并考虑塑件厚度，取 L = 43 于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此将主流道制成可拆卸的主流道衬套，便于优质钢材加工和热处理 ,这里取 A 型衬套，如图三，且衬套大端高出定模端面 H = 510定位环作用； 冷料穴 为储存两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷料，防止熔体冷料进入型腔，设计冷料穴。 主流道冷料穴设计成带有拉料杆的冷料穴，冷料穴的孔设计成倒锥形，凝料推杆固定在推出固定 板上。开模时靠倒锥起拉料作用，然后由推杆强制推出，这种冷料穴取凝料不需要侧向移动，易实现自动化操作，如图四。 9 图四 图五 图六 分流道 流道截面形状 为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用圆形截面； 流道截面尺寸 制品壁厚大于 3不能采用课本公式 6行计算。根据： 产品最外壁D ，且酚醛树脂流动性不佳，取分流道截面直径10 流道直径 分流道长度应尽量短，且少弯折，这里取 30 流道表面粗糙度 分流道表面不要求太光洁，表面粗糙度通常取 R ，可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层，有利于保温； 流道的布置 10 模具为一模 4 腔，采用平衡式布置，在动模板和定模板上均开有分流道，如图五； 浇口 浇口是连接流通与型腔之间 的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着调节控制料速、补料时间及防止倒流等作用，如图六。 根据浇口的设计原则，选择矩形侧浇口。其广泛应用于中小型塑件的多型腔注射模，截面形状简单，便于修正。一般侧浇口的厚度为 度为 口长度为 据经验公式计算： 侧浇口厚度 ，其中 n 为系数，参考课本表 6 n = t 为塑件壁厚，这里取 t = 5 h=显大于通 常尺寸，这里取 h = 1.5 由经验数据可得，侧浇口宽度与厚度的比例大致是 3:1，则宽度 b = 4.5 浇口长度这里取 2 11 第 4 章 成型零件的设计 具型腔的结构设计 型腔大体有以下几种结构形式：整体式、整体组合式、局部组合式和完全组合式。 型腔由整块材料制成，用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工，特别是在多型腔模具中，型腔单个加工后，在分别装入模板，这样容易保证各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件进行处理等。 型腔由整块材料制成，但局部 镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多于型腔较深或形状较为复杂，整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。 完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是，便于机加工，便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上。这里选择整体式型腔。 在塑料注射模具的注射过程中，型腔从合模到注射保证过程中受到高压的冲击力，因此模具型腔应该有足够的硬度和刚度，总的来说，型腔所承受的力大体有合模时的压应力、注射过程中塑料流动的注射压力、浇口封闭前一瞬间的压力保证和开模时的压应力，但型腔所承受的力主要是注射压力和保证压力，并在注射过程中总是在变化。在这些压力作用下，当型腔的刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度。所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中产生超过规定限 度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板的计算和选择是 12 十分重要的。 （ 1）型腔侧壁厚度的计算 按强度计算 其壁厚 S 按下列公式计算 12 式中 型腔材料的许用应力， =p 型腔内单位平均压力， P=r 型腔内半径， r=10入公式得： S=4 2）底板厚度的计算 按强度计算 其壁厚 H 按下面公式计算 式中 型腔材料的许用应力， =p 型腔内单位平均压力， P=r 型腔内半径， r=10入公式得： H=芯的结构设计 型芯的结构形式大体有：整体式、整体复合式、局部组合式、完全组合式。 13 型零件的尺寸确定 成型零部件尺寸计算 平均收缩率 制品原料为 缩率为 则： 平均收缩率 %m a ）（ 塑件轴向公差 根据塑件轴向尺寸 5度等级 表 7模具制造公差为 标准公差 模具制造误差 ； 凹模深度 塑件高度 5公式： 2 （得：型腔深度 H ； 凸模高度 塑件高度 5公式： 0 ）（ 芯高度 ； 塑件径向公差 根据塑件长度 58度 30均径向尺寸 44度等级表 7模具制造公差为 标准公差 模具制造误差 ； 型腔径向尺寸 14 塑件长度 58度 30公式： 3 （得：长度方向 L 宽度方向 L 两孔中心距 根据塑件尺寸 40 塑件尺寸精度等级为 ，查表 7，查标准公差 ，由公式： 21 得：两孔中心距 C 标准模架选用 图七 160*L 标准模架 15 根据塑件尺寸及型腔排布方式，选择 160*L 标准模架，如图七； 查阅 定各部件尺寸如下： 定模座板 尺寸 200*200，厚度 20流道衬套固定孔与其为 H7/渡配合；通过 4 个 10 的内六角螺钉与定模固定板连接； 定模板 尺寸 160*200，厚度 20 面的型腔为整体式；其导体固定孔与导柱为 H7/渡配合； 动模板 尺寸 160*200，厚度 20柱孔与导柱采用 H7/合； 动模垫板 尺寸 160*200，厚度 32板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板，它的作用是防止型腔、型芯、导柱或顶杆等脱出固定板，并承受型腔、型芯或顶杆等的压力，因此它要有较高的平行度和硬度。一般采用 45 钢，经热处理 2350 钢、 4040调质 235结构钢 275。还起到了支撑板的作用，其要承受成型压力导致的模板弯曲应力； 垫块 尺寸 32*200，厚度 50出固定板 16 尺寸 94*200，厚度 定推杆； 推板 尺寸 94*200，厚度 16模座板 尺寸 200*200，厚度 20于固定型芯（凸模）、导套。为了保证凸模或其他零固定稳固，固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用 45 钢或 成，最好调质 230270套孔与导套为 H7/ H7/合；型芯孔与其为 H7/渡配合。 成型型腔壁厚校核 由于酚醛塑料需要早酚醛树脂中加入填料以改性，因此粘度不易确定，参考课本表 7里取许用 溢料间隙 ； 型腔侧壁厚校核 由侧壁厚计算公式： 34式中： h 型腔内壁受压部分高度， p 塑料熔体对型腔的压力， E 型腔材料的弹性模量，这里取 ； C 常数，查表 7里取 计算得： S = 强度进行校核时： 17 221w 2 ； l 计算得： P ，满足要求； 型腔底板厚度计算 刚度计算时，底板厚度为： 3432中： L 支脚间距， B 底板总宽度， 计算得： t = 强度条件计算时，底板厚度为： 4算得： t = 足条件 第 5 章 顶出机构的设计 顶出机构的分类：按驱动方式分类可分为：手动顶出、机动顶出、启动顶出。 按模具结构分类可分为：一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。 （ 1）推出机构的结构组成 在注射成形的每个周期中，将塑料制品及浇注系统凝料从模 具巾脱出的机构称为推出机构，也叫顶出机构或脱模机构。推出机构的动作通 18 常是由安装在 成型设备 上的机械顶杆或液压缸的活塞杆来完成的。 结构组成：由推出、复位和导向零件组成。 （ 2）结构分类 手动推出、机动推出、液压或气动推出。 （ 3）结构设计要求 塑件留在动模 ,塑件在推出过程中不变形、不损坏 ,不损坏塑件的外观质量 ,合模时应使推出机构正确复位 ,动作可靠。 （ 4）结构设计 （ a）推杆推出机构 推杆推出机构是整个推出机构中最简单、最常见的一种形式。由于设置推杆的自由度较大，而且推杆截面大部分为圆形，容易达到推杆与模板或 型芯上推杆孔的配合精度推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，因此在生产中广泛应用。 但是因为推杆的推出面积一般比较小，易引起较大局部应力而顶穿塑件或使塑件变形，所以很少用于脱模斜度小和脱模阻力大的管类或箱类塑件。 （ b）推管推出机构 推管推出机构是用来推出圆筒形、环形塑件或带有孔的塑件的一种特殊结构形式，其脱模运动方式和推杆相同。由于推管是一种空心推杆，故整个周边接触塑件，推出塑件的力量均匀，塑件不易变形，也不会留下明显的推出痕迹。 （ c）推件板的推出机构 凡是薄壁容器、壳形塑件以及表面不允许有推出痕 迹的塑料制品，可采用推件板推出推件板推出机构义称顶板顶出机构，它由一块与型芯按一定配合精度相配合的模板和推杆组成。 19 特点：推件板推出的特点是顶出力均匀，运动平稳，且推出力大。但是对于截面为非圆形的塑件，其配合部分加工比较困难。 （ d）活动嵌件及凹模推出机构 有一些塑件由于结构形状和所用材料的关系，不能采用推杆、推管、推件板等简单推出机构脱模时，可用成形嵌件或型腔带出塑件。 （ 5）顶出机构的设计原则： 塑件在成型顶出后，一般都留有顶出痕迹，但应尽量使顶出的残留痕迹不影响塑件的外观，这是在 选择顶出形式和顶出位置时必须考虑到的问题。一般顶出机构应设在塑件的内表面以及不显眼的位置。 注射设备的顶出装置都设计在动模一侧，因此，在一般情况下开模时，尽量设计使塑件留在动模一侧，以便于顶出塑件。这在分型面的选择时就应充分考虑。 在实践中如果出现塑件并没有留在动模侧的情况时，可设法增加动默一侧的阻力，一是将型芯的脱模斜度变小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影响塑件使用的前提下，在型芯侧面人为的开设横凹槽、凹窝等脱模障碍，以增大动模的阻力。在特殊情况下必须使塑件留在定模时可采用定模顶出机构。 塑件 在成型顶出后，一般都留有顶出痕迹，但应尽量使顶出的残留痕迹不影响塑件的外观，这是在选择顶出形式和顶出位置时必须考虑到的问题。一般顶出机构应设在塑件的内表面以及不显眼的位置。 顶出零件应有足够的机械强度和耐磨性能，使其在相当长的运作周期内平稳顺畅，无卡滞现象，并力求制造方便，容易维修。 顶出装置力求均匀分布，顶出力作用点应在塑件承受顶出力最大的部件，尽量避免顶出力作用于最薄的部位，防止塑件在顶出过程中 20 的变形和损伤。 顶出零件应有足够的机械强度和耐磨性能，使其在相当长的运作周期内平稳顺畅，无卡滞现象，并 力求制造方便，容易维修。 第 6 章 冷却系统的设计 塑料注射成型是将熔融状态的塑料向模腔高压注射，其后这些熔料在摸腔中冷却到塑料变形温度以下固化成型。在塑料固化成型过程中，由熔融状态冷却到固化状态是由熔料温度和模具的温差来实现的，而且一般说来，模具温度应在塑料热变形温度以下才能达到迅速固化成型的目的。但是模具的温度既不能过高也不能过低。模具温度过高会造成溢料，脱模困难，并使塑件固化时间延长，延长注射成型周期，降低生产效率；模温过低则会影响注射熔料的流动性，使塑料应力增大，并可能出现熔接痕及缺料等制品缺陷 ，影响塑件质量。模具温度不均匀会使塑件变形，以及收缩率偏差等诸多问题影响塑件的质量。为此，控制模具温度是塑件注射成型中的重要环节。 冷却系统设计 查阅资料得， 00g400g，取350g； 冷却水的体积流量：m i n/ 0 0 3 5 2 ）（）（ 查课本表 10却水管道直径，取 d = 8 21 冷却水在管道中流速： s/ 0 0/0542 ）（ ； 冷 却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数：）（）（）（ ； 冷却管道总传热面积：341 4 5 ）（ 模具上应开设的冷却管道孔数： 第 7 章 排气系统 在注塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进入模具型腔内， 在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气， 气体如 不能及时排出会使制件的内部有气泡， 除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满 甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。 排气方式有两种：开排气槽排气和利用合模间隙排气。 由于 锁盖 注塑模是小型镶拼式模具，可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气，而不需在模具上开设排气槽。 排气是注射模设计中不可忽略的一个问题。在注射成型过程中，若 22 模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻 止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热量可能使塑料烧焦。这里利用模具的分型面以及推杆和型芯与模具的配合间隙排气，不需开设排气槽。 第 8 章 成型设备 有关参数校核 注射压力校核 98 180 P 注 满足条件 这里选130、锁模力校核 锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射剂的额定锁模力必须大于该胀型力，即： 型分胀锁 锁F 注射机的额定锁模力（ N）； 型P 模具型腔内塑料熔体平均压力（ 常取 20里选 型P =40 分A 塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和（ 2；由分析，可得投影面积 70
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