扳手的注塑模设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 毕 业 论 文 题 目 扳手的注塑模设计 院 系 机电与信息工程学院 专 业 模具设计与制造 班 级 07 模具（ 1）班 姓 名 指导教师 需要购买对应 纸 咨询 14951605 扳手的注塑模设计 摘要 ： 扳手在日常生活中应用是很广的。设计塑料模时，确定了模具结构之后即可对模具的各部分进行详细设计，即确定各模 板和零件的尺寸，型腔和型芯尺寸等。首先要对塑件制品进行工艺分析与研究；其次，进行分型面的选择；为了使塑件表面不留有浇口及推出痕迹，采用潜伏式浇口，推件板推出，考虑到该塑件材料为聚丙烯，收缩率相当高，故成型后需均匀充分的冷却，结构简单，耐用，便于加工部件，生产效率高。 关键词 ： 扳手 注塑模 单分型面 推板推出 目录 论 1 料工业的发展 1 料成型 工业在生产中的重要地位 1 料成型技术的发展趋势 1 2 件材料的性能及应用 2 P 的特性 2 P 的成型工艺 4 P 的用途 4 料制件分析 4 件的结构分析 4 型方法的确定 5 射工艺 5 品的公差 5 件注射工艺参数的确定 6 3. 模具的结构设计 6 型面的选择 7 具型腔数目的确定 8 注系统的设计 9 注系统的分析 10 口的设计 10 流道衬套的 设计 11 排气系统的设计 12 成型零件结构设计 12 顶出系统的设计 15 冷却孔的设计 16 模板厚度的确定 16 4. 注射机有关工艺参数的校核 17 最大注射量的校核 17 注射压力的校核 18 锁模力的校核 18 设计 总结 19 参考 文献 20 1 绪 论 料工业的发展 塑料工业是新兴的工业 ,是随着石油工业的发展应运而生的 ,目前塑件几乎已经进入一切工业部门以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。世界塑料工业从 20 世纪 30 年代 前后开始研制到目前的塑料产品系列化，生产工艺自动化，连续化以及不断开拓功能塑料新领域，它经历了初创阶段（ 30 年代以前），发展阶段（ 30 年代 ） ,飞跃发展阶段（ 50 至 60 年代）和稳定增长阶段（ 70 年代至今）等这样几个阶段。塑料作为一种新的工程材料，其不断被开发与应用，加之成型工艺的不断成熟，完善与发展，极大地促进了塑料成型方法的研究与应用和塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，这些产品的更新换代的周期愈来愈短， 因此对塑件的品种，产量和质量都提出了越来越高的要求。 料成型工业在生产中的重要地位 模具是工业生产中的重要工艺设备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。塑料模具是指用于成型塑料制作的模具，它是型腔模的一种类型。随着机械工业（尤其是汽车，摩托车工业），电子工业（尤其是家电工业），航空工业，仪器仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件模具的开发，设计与制造额的水平也必须越来越高。因此，模具设计水平的高低，模具制造能力的强弱以及模具质 量的优劣，都直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着各种产品的质量，经济效益的增长以及整体工业水平的提高。 料成型技术的发展趋势 在塑料成型生产中，先进的模具设计，高质量的模具制造，优质的模具材料，合理的加工工艺和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。一副优良的注塑模具可以成型上百万次，一副优良的压缩模具可以成型 25万次以上。考察国内外模具工业的现状及我国国民经济和现在工业品生产中模具的地位，从塑料成型模具的设计理论，设计实践和制造技术出发，塑料成型技术大致有以下几方面的发展趋势。 （ 1） 术在模具设计与制造中的应用 应用模具 统后，模具设计借助计算机完成传统设计中各个环节的设计 工作，大部分设计与制造信息由系统直接传送，图纸不再是设计与制造环节的分界线，也不再是制造，生产过程中的唯一依据，图纸将被简化，甚至最终消失。 （ 2） 大力发展快速原型制造 （ 3） 研究和应用模具的快速测量技术与逆向工程 （ 4） 发展优质模具材料和采用先进的热处理和表面处理技术 （ 5） 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率 （ 6） 模具的复杂化，精密化与大型化 2 产品分析 件材料的性能及应用 料化学名称 :聚丙烯 ； 英文名称 :称 。聚丙烯无味、无色、无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明、更轻。g/不吸水、光泽好、易着色。聚丙烯的屈服强度、抗拉强度、抗压强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后的聚丙烯可制作铰链，其具有特别高的抗弯曲疲劳强度。聚丙烯的熔点为 164170，其耐热性好，能在 100以上的温度下进行消毒灭菌。聚丙烯耐低温的使用温度可达 在低于 会脆裂。聚丙烯的高频绝缘性能好，而且由于其不吸收水，绝缘性能不受温度的影 响。 表格 1 一般参数 比重 /立方厘米 成型收缩率 熔化温度 220 成型温度 160 模具温度 40 加工 温度 200 300 特性 1 一般性能 所有合成树脂中密度最小的，仅为 度的 60%左右。这意味着用同样重量的原料可以生产出数量更多同体积的产品。 表面硬度在五类通用塑料中属低等，仅比 一些。当结晶度较高时，硬度也相应增加一些，但仍不及 。 2 力学性能 拉伸强度和刚性都比较好，但冲击强度较差，特别是低温时耐冲击性差。此外，如果制品成型时存在取向或应力，冲击强度也会显著降低。虽然抗冲击强度差，但经过填充或增强等改性后，其机械性能在许多领域可与成本较高的工程塑料相竞争。 3热学性能 在五大通用塑料中， 耐热性是最好的。 料制品可在 100 下长时间工作，在无外力作用时， 品被加热至 150 时也不会变形。在使用成核剂改善 结晶状态后，其耐热性还可进一步提高，甚至可以用于制作在微波炉中加热食品 的器皿。 4电学性能 于非极性聚合物，具有良好的电绝缘性，且 水性极低，电绝缘性不会受到湿度的影响。 介电常数、介质损耗因数都很小，不受频率及温度的影响。 介电强度很高，且随温度上升而增大。这些都是在湿、热环境下对电气绝缘材料有利的。另一方面 表面电阻很高，在一些场合使用必须先进行抗静电处理。 5环境性能 子中存在叔碳原子，在光和热的作用下极易断裂降解。未加稳定剂的 150 下被加热半小时以上，或在阳光充足的地方曝晒 12 天就会明显变脆。未加稳定剂的 料在室内避光放置 4 个月也会严重降解，散发出明显的酸味。在 料造粒之前加入 上的抗氧剂可以有效地防止 加工和使用过程中的降解老化。抗氧剂分为游离基链反应终止剂（也称主抗氧剂）和过氧化物分解剂（也称辅抗氧剂）两大类，主、辅两类抗氧剂的合理配合，将会发挥良好的协同效果。目前推荐使用的 氧剂就是主抗氧剂 1010（酚类）和辅抗氧剂 168（亚磷酸酯）按 1： 2 的比例复配而成的。为防止光老化需要在 加入紫外线吸收剂，它可将波长 290400紫外线吸收激化转化为没有破坏性的较长波长的光线。对于埋在土壤中或在 室内避 光使用的 料制品仅加入主辅抗氧剂即可，无须加入紫外线吸收剂。 成型工艺 吸湿性小 ,易发生融体破裂 ,长期与热金属接触易分解 ； 但收缩范围及收缩值大 ,易发生缩孔 变形 ； 浇注系统及冷却系统应缓慢散热 ,并注意控制成型温度 ，料温低温高压时容易取向 ,模具温度低于 50 度时 ,塑件不光滑 ,易产生熔接不良 ,流痕 ,90 度以上易发生翘曲变形 ； 避免缺胶 ,尖角 ,以防应力集中 。 用途 聚丙烯可用于制作各种 机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件；可作水、蒸气、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层；可制造盖和本体合一的箱体，各种绝缘零件，并用于医药工业中。 料制件分析 件的结构分析 图 1 零件图 1 该 塑 件厚度为 4侧面拔模斜度 3 ， 内侧面拔模斜 度 5 ； 2 该塑件为 塑料扳手 ， 对表面的 光洁度 要求不是很高 ，内表面的精度 要求 也 不高； 型方法的确定 从塑件外形结构分析，塑件的 结构还算简单。 在确定分 型面时，应考虑此特征，在脱模时采 用推板推出制品。鉴于塑件结构和注射位置，该模以单分型面、一模四腔为佳。 图 2 型腔分布 射工艺 该塑件模具为单分型面，一摸四腔部分精度要求不高，只有小型芯和推板配合公差要求较高因此生产成本低，适于一般中小型模具厂生产。 品的公差 参考模具手册公差等级表，该零件为中等精度 料塑件，零件各尺寸公差选取按图表。 件注射工艺参数的确定 该塑件尺寸、体积属于中小型塑件，为适应大多中小型模具厂商，而初步确定采用较为普遍螺杆式注射机： 主要参数如下： 一次注射量 厘米 125 螺杆直径 毫米 42 注射压力 兆帕 120 注射行程 毫米 110 锁模力 千牛 900 最大注射面积 厘米 320 最大开合模行程 毫米 300 模具最大厚度 毫米 300 模具最小厚度 毫米 200 喷嘴圆弧半径 毫 米 12 注射机与安装模具的关系 ,必须了解以下几点： （ 1）机床拉杆间隔 考虑模具的最大外形尺寸安装时应不受拉杆的影响。 ; （ 2）定位孔的直径 模具安装用的定位圈尺寸应与机床定位孔直径相配合，小型机床一般只在定模部分设置定位孔，大型机床则定、动模板都设置定位孔 . （ 3）顶出杆的位置 设计模具时 ,必须了解机床顶出杆的直径及位置 ,并应将顶出杆的行程和模具顶出装置动作一起考虑 . （ 4）喷嘴前端的孔径笔球面的半径，是浇口套的孔径和球面尺寸的依据。 （ 5）安装螺孔的位置及妃径，机床定、动模板 上设有一系列螺孔，以供安装模具压装所用。 安装形式如下： 1） 用螺钉直接固定模具； 2） 用螺钉固定模具形式； 3 模具的结构设计 图 3 装配图 模具设计要点： 熔体的流动情况 :流动阴力，速度，引程 ,重新融合 ,排气。 熔体冷却收缩与补缩。 模具的冷却与加热。 模具的相关尺寸与注射机关系。 模具的总体结构与零部件的结构 ,考虑模具安装与加工强度、精度 型面的选择 . 分开模具能取出塑件的面，称作分型面，其 它的面称作分离面或称分模面，注射模只有一个分型面。 分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向，形状有平面，斜面，曲面。选择分型面的位置时： 1 分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处 2 使塑件留在动模一边，利于脱模 3 将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度 4 轴芯机构要考虑轴芯距离 5 分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。 从塑件形状结构分析塑件厚度为 2侧面拔模斜度 3度，又前面为外形 面，要求保证光洁，不能留下浇口和顶杆痕迹，根据分型面必须开设在制件断面轮 廓最大的地方的基本原则，并综合以下几点分析： 1 因为分型面不可避免地要在制件上留下溢料痕迹，或拼合缝痕迹，故分型面不选在制件光滑的外表面或带圆弧的转角处； 2 从制件的顶出考虑分型面要尽可能留在动模这一边； 3 为避免使用侧抽型芯，分型面的选择也要充分考虑。 具型腔数目的确定 . 图 4 凸模 模具中的型腔数目的确定是一项综合项目，首先应考虑注射机的各项规格及工作性能，以及考虑制品的精度要求，模具制造的费用等 。 确定合适的成型型 腔数，应考虑以下几个因素： 1以机床注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的 80%，按公式计算： 件浇W N 型腔数： S 注射机的注射量（ g）： 浇g） ; 件g） ; 初定注射机为 注射机的注射量为 104g，即 S=104g，初估浇注系统的重量为 65g，即 浇W=65g，塑件的重量件W=4g。 计算得 N=4 因此，模具的型腔数初定为 4 2根据塑件的精度考虑： 一般单型腔时制造精度高，塑件精度也高。 该制品的表面精度要求不是很高，可以采用多型腔，在精度要要求前提的情况下，采用一模四腔。 制品为扳手，制品体积比较小，结构比较简单，为提高效率可以采用一模四腔。 综合以上 3 个方面的因素，该模具的型腔数确定为 4个。 注系统的设计 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料 熔体的流动通道。 作用： 1输送流体 2传递压力 浇注系统的组成及设计原则： 1 组成：由主流道，分流道，内浇口，冷料穴等结构组成。 2 浇注系统的设计原则： 1考虑塑料的流动性，保征流体流动顺利、快、不紊乱。 2避免熔体正面冲出小直径型芯或脆弱的金属镶件。 3一模多腔时，防止大小相差悬殊的制件放一模内。 4进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定。 5流道的进程要短，以减少成型周期及减少废料。 注系统的分析 浇注系统对塑件的质量和成型效率有直 接影响，是整套模具设计的重要环节。对该塑件分析，具体设计时主要考虑以下因素： 1 塑件成形特性，浇注系统需适应 保证塑件质量； 2 塑件的大小及形状，根据该塑件的大小、形状、壁厚及技术要求等因素，前面已拟定了分型面的位置，同时也考虑了设置浇注系统的形式，进料口数量及位置。保证塑件的正常成形，防止流料直接冲击嵌件和受力不均，进料不匀。 3 塑件型腔数目，该注塑模具是一模四腔，主流道放置中间。 4 塑件外观质量，为了便于去除，修整进料口，浇口选在不影响制件外观的位置。 5 成形效率，批量生产 时在保证成形质量的前提尽量缩短填充及冷却时间和成形时间，同时还节约了塑料。 6 冷料，喷嘴端部的冷料必须去除，在主流道底端设有流道冷料推板。 口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。 （ 1） 作用： a、使熔体快速进入型腔，按顺序填充。 b、冷却材料作用 （ 2）浇口参数： a、形状一般为圆形或矩形。 b、面积与分流道比为 c、浇口长度 :65 （ 2） 小浇口的优点： a、 改变塑料非牛顿流体的表观粘度，增剪切速率。 b、 小浇口改变流体流速，产 生热量，温度升高。 c、 易冻结，防止型腔内熔体的倒流。 d、便于塑件与浇注系统的分高。 由于该塑件为扁平而较薄的塑件，故采用侧浇口中的扇形浇口，扇形浇口是一种沿浇口方向宽度逐渐增加，厚度逐渐减小的呈扇形的侧浇口。这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置。加工和修整方便，且对各种塑件的成型适应性均较强。由于浇口截面较小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且不留明显痕迹。 侧浇口直径也可用下面经验公式计算 ： 30/) t=( b 侧浇口的宽度， A 采用扇形浇口，使熔体在宽度方向上的流动得到更均匀的分配，塑件的应力因之较小，还可避免流纹及定向效应所带来的不良影响，减少带入空气的可能性。 流道衬套的设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑 料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响。主流道衬套位于模具的入口部，其作用是将塑化熔融的树脂导入流道或型腔，主流道垂直于分型面。注流道衬套内孔呈圆锥形、圆弧 R 处为锥孔的小端。锥孔的锥度越大，及内壁的粗糙度在 上，主流道越容易脱出。主流道衬套的设计要点如下几点： 1) 主流道衬套的圆弧半径 2) 锥孔的小端直径比喷嘴孔直径大 1) 尽可能缩短长度 本浇注系统采用最 为常用的 v 形浇道，这种浇道易于机械加工，且热量损失和阻力损失均不太大。此浇注系统有四个型腔，应设置分流道。分流道开设在动 定模分型面的两侧或任意一侧，其截面形状应尽量使其比表面积小，在温度较高的塑料熔体和温度较低的模具之间提供较小的接触面积，以减少热量损失。 气系统的设计 排气槽的设计原则 : 1 如果型腔中产生乞阻现象 ,将直接影响制品的外观 必须考虑排气问题 ,如发生气阻 ,型腔中排不出的空气会因高压而燃烧 ,使制品的局部被烧蚀 ,影响制品的质量 . 2 简单模具气阻的准确位置易确定 ,对于复 杂的模具 ,可以通过试模来确定气阻位置 . 3 找出气阻位置 ,便可设置排气槽 , 一般在分型面凹模一侧开设一条深 4 该套模具的排气槽设置在分型面处及镶块的啮合处 . 塑件外形尺寸较小，对于此类小型模具，可利用分型面间隙排气，分型面位于熔体流向的末端，可达到很好的排气效果，因而本模具不另外设计排气系统，直接由分型面间隙，镶件缝隙，推杆间隙等进行排气。 型零件结构设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工 作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压，料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能 . 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式，排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。 成型零件型腔计算： 凹模是成型塑件 的主要零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。本设计中采用整体式凹模（如图），其特点是牢固，不易变形。型芯是成型塑件的内表面的零件，型芯按结构可分为整体式和组合式两种。本设计中采用整体式，特点是结构牢固，但不便加工，消耗的模具钢多，这种结构是将型芯单独加工， 再镶入模板中。 图 5 凹模 凸模图 图 6 凸模 成型零件工作尺寸的确定：成型零件的工作尺寸指直接成型塑件的尺寸。 成型零件尺寸计算的基本公式是 )1( 考虑塑件公差、模具制造公差、模具磨损量等，其计 算公式如下： 1型腔径向尺寸的计算 00 43)1( 式中 2 2 代入数据得 ： D 2型心径向尺寸计算 00 431 代入数据 d 3型腔高度尺寸计算 00 21 般取 31或 41代入数据得 H 4型心高度尺寸计算 00 21 式中 4) 代入数据得 ： h= 出系统的设计 在注射成型中，制品的顶出对制品的质量以及是否可以自动成型等起着重要的作用。顶出方法由使用塑料的种类，制品形状，浇口的种类，制品的商品价值，模具的制作周期及价格等所决定，原则上必须能够在不使制品产生变形和损坏的情况下，可靠而迅速地脱模，故障要少，维修要简单。 推出机构的设计原则： 1推出机构应尽量设置在动模一侧 2保证塑件不因推出而变形 3机构简单，动作可靠 4良好的塑件外观 5合模时的正确复位 顶出方式的种类有很多种， 本设计中由于制品是扁平而较薄的塑件，直接用推板推出即可。 为了防止推板刮伤型芯，推板和型芯之间最少应留有 板内侧边缘斜角应在 10 左右选取，顶板应设有导向装置。 本设计中，脱模时顶板带动顶杆，顶杆顶出推板，向前把塑件推出。顶出行 程一般是被顶出制品高的32，该扳手的厚度为 4，所以不要将顶出行程做得过长。 脱模力的计算 塑料成型工艺及模具设计 注射成型后 ，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力，塑件要从模腔中脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦阻力，对于不带通孔的壳类塑件，脱模时还要克服大气压力。一般而论，塑料制件刚开始脱模时，所需克服的阻力最大，即所需的脱模力最大。 s s 式中塑料对钢的摩擦系数约为 P 般情况下，模外冷却的塑件， 4 39内冷却的塑件 12零件的厚度较薄，塑件包裹型芯的面积较小，有两部分，故对脱模的影响较小。 却孔的设计 模具设计中，温度调节系统部分的设计是必不可少的， 因为模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率，这要求我们的设计冷却系统时必须让模具迅速均匀地使模具和塑件冷却下来，以缩短成型周期，同时能使塑料的收缩率小，变形小，尺寸稳定，耐应力、开裂性好、表面光洁。 模具设置冷却装置的目的： 1防止塑件脱模变形 2缩短成型周期 3使结晶性塑料快速冷却水道孔径的选 择 冷却水道的直径采用 8低流速是 孔位置设计 板厚度的确定 对于模具中各模板的厚度 (包括顶出固定板、垫板、动定模固定板、支撑板等 )，在满足强度要求的前提下，应尽量采用标准模架。 根据标准模架及一些尺寸的要求，初步确定模架的尺寸如下： (单位： 定模座板 25300350 推板 25300180 定模板 40300300 推板固定板 20300180 动模板 25300300 凹模板 12184184 凸模板 24184184 顶出固定板 20300180 支撑板 25300300 动模固定板 23250290 模具用钢 选择模具零件的材料应按其用途而定 ,对成形零件的用料应考虑以下因素 : 1 要承受在高温、高压下长期工作。因此应有足够的机械强度、耐疲劳性能及耐热性。 2 用于成批大量生产的模具应具有良好的热处理性能。对形状复杂的零件及易变形零件则还应要求材料在热处理时变形小。 3 对成型零件尺寸精度要 求较高的 ,应考虑使用尺寸稳定性好的材料 . 4 模具钢要便于加工 ,易抛光 . 根据以上要求，模具的材料分别为 :动模板、定模板等模板使用 45 钢；推板材料为 料杆、支撑板、复位杆为 45 号钢；推杆、推板固定板为 4 注射机有关工艺参数的校核 大注射量的校核 对于螺杆式注射机，其最小注射能力以螺杆在料筒内最大推进容积 M(示，因此最大注射量就是该体积的塑料熔体在料筒内的温度及压力下的重量： *g)式中， M 注射机规定注射容积 D 注射塑料在常温下的比重 g/C 料筒温度在塑料体积膨胀率校正系数，结晶塑料取 结晶塑料取 塑件体积小，压力对塑件比重影响很小，可忽略不记。 g) 塑件质量使用 分析模组计算得， G 塑件 =4g 所以，此注射机最