带金属嵌件的圆珠笔管注塑模模具设计【毕业论文+CAD图纸全套】

摘要 塑料在当今世界上无处不用，因此塑料模具有很大的发展前景，特别是注塑模具。由此可知，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大的意义。本次毕业设计的课题是带金属嵌件的圆珠笔管注塑模，即设计一个用来生产圆珠笔管的注塑模具。本文详细记录了模具的设计过程。设计过程包括塑件材料的工艺性分析、拟定模具的结构形式、浇注系统的设计和注塑模主要结构的设计。 在本次毕业设计中让我可以综合运用到以前的学习到的专业知识，加深我对注塑模具设计原理的理解，并提高了我将理论知识与实际设计相结合的能力，为我以后走向工作岗位打下了基础。设计中除了应用传统的计算方法，我还使用了、 关键词： 注塑模具 is in so we t is of to to of of of is of a of of in of of of of of In so be to my of of my to me to In to of I E, on of 目录 第一章绪论 . 1 . 1 . 4 . 1 . 2 第二章塑件成型工艺性分析 . 3 . 3 . 4 . 5 二章小结 . 5 第三章拟定模具的结构形式及浇注系统的设计 . 6 定模具的结构形式 . 6 型面位置的确定 . 6 腔数量和排列方式的确定 . 6 射机型号的确定 . 7 浇注系统的设计 . 9 . 9 流道的设计 . 10 口的设计 . 12 . 12 . 13 . 13 第四章注塑模主要结构的设计与计算 . 14 . 14 . 14 芯） . 14 . 15 . 15 . 17 架的确定 . 18 模板尺寸的确定 . 18 气槽的设计 . 18 模推出机构的设计 . 18 . 18 . 18 . 19 却系统的设计 . 19 却介质 . 19 却系统的简单计算 . 19 模嵌件和型芯冷却水道的设置 . 20 向与定位结构的设计 . 20 章小结 . 21 第五章总装图及二维图的绘制 . 22 谢辞 . 23 参考文献 . 24 1 第一章绪论 塑模具 注塑模具是近代化发展的生产过程中不可或缺的一种塑胶制品生产的工具。它影响着塑胶制品的完整结构和精确尺寸。注塑成型则是批量生产塑胶制品的一种加工的方式，即将受热融化的塑料由注射剂射入模腔，经冷却固化后获得成形品。注塑成型可以对结构复杂的塑料制品实现一次成型，是一种高效率的生产方式。而注塑模具的好坏将直接影响注塑成型的质量。在模具行业中，想要加工出高精度、高质量的模具来，必须借助先进的计算机辅助设计和制造软件，这是保证加工质量，提高生产效率，减轻劳动量的有效途径。 国模具发展现状 目前来说我国模具行业一 直在突飞猛进，近 10年来的增长速度都达到了 15%,甚至犹有过之。目前我国有 3W 多家模具生产厂商， 80W 人从事模具行业。出现了一批模具行业的领头羊，如一汽、海尔、圣都等。甚至在重庆、大连等地区出台了扶持当地模具行业的政策。 但是我国模具行业在地域分布上纯在不平衡性东南沿海快于中西部，南方的发展快于北方。 具发展趋势 1、模具全球化，模具生产周期进一步缩短 模具市场全球化是当今模具工业最主要的特征之一，模具的购买者和生产商遍布全世界，模具工业的全球化发展使生产工艺简单、精度低的模具加工企业向技术相对落后、生产率较低的国家迁移，发达国家的模具生产企业则定位在生产高水准的模具上，模具生产企业必须面对全球化的市场竞争，同时模具生产厂家不得不千方百计地加快生产进度，努力简化和废除不必要的生产工序，模具的生产周期将进一步缩短。 2、 模具产品将向大型、精密、标准化方向发展 一方面模具成型零件日渐大型化和为提高生产效率开发的“一模多腔”造成了模具日趋大型化，另一方面电子信息 产业、医学的迅猛发展带来了零件微型化及精密化有些模具的加工精度公差就要求在 1 m 以下另外多功能复合模具将得到进一步发展，新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，生产效率进一步提高。国外发达国家模具标准件使用覆盖率一般为 80左右，随着我国模具工业的发展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件的应用和生产在“十一五”期间必将得到较大的发展 3、模具行业将得到政府愈来愈多的重视和支持，大力发展模具城，使模具 2 行业进行更快更好的发展 4模具 协会承担起模具企业与政府之间的桥梁，组织技术交流会，召开专题研讨会，帮助企业寻找出路和办法应付市场，促进模具技术的交流、发展，进行数字化管理的推广。 次课题的意义 毕业设计可以说是检验我们在大学所学知识的一次测试，培养我们将理论知识与实际情况结合的能力进一步提高我们的知识素养，锻炼我们独立处理事务的能力，为我们以后走向工作岗位打下基础。 3 第二章塑件成型工艺性分析 件的分析 （ 1）外形尺寸 该塑件壁厚为 件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合于注塑成型，如图 2 图 2带金属嵌件的圆珠笔管 （ 2） 精度等级 每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有的属于高精度，就按实际公差进行计算。 （ 3）脱模斜度 型收缩率较小，参考表 2。 4 表 2塑料品种 结构特点 使用温度 化学稳定性 性能特点 成型特点 主要用途 型结构非结晶型 小于 70 较好 机械强度较好，有一定的耐磨性，但耐热性较差，吸水性较大 成型性能很好，成型前原料要干燥 应用广泛，如电器外壳、汽车仪表盘、日用品等。 性能分析 （ 1） 使用性能 综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好：易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。 （ 2） 成型性能 1） 无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能以及成型特点也有所差异，应按品种确定成型方法及成型条件。 2） 吸湿性强。含水量小于 质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。 3） 流动性中等。溢边料 4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进口料位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。 （ 3） 表 2性能指标 密度 /g 服强度 / 50 比体积、 伸强度 / 38 吸水率（ %） 伸 弹 性 模 量/ 103 熔点 / 130160 抗弯强度 / 80 计算收缩率（ %） 压强度 / 53 比热容 /J（ ）470 弯 曲 弹 性 模 量/ 103 5 射成型过程及工艺参数 （ 1）注射成型过程 1）成型前的准备。对 泽、粒度和均匀度进行检验，由于 水性较大，成型前应该充分干燥。 2）注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 3）塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为 6075，处理时间为 1620s。 （ 2）注射工艺参数 1）注射机：螺杆式，螺杆转数为 30r/ 2）料筒温度（）：后段 150170； 中段 165180； 前段 180200。 3）喷嘴温度（）： 170180.。 4）模具温度（）： 5080。 5）注射压力（ ）： 60100。 6）成型时间（ s）： 30（注射时间取 却时间 助时间 8）。 二章小结 本章主要进行了塑件的简单分析，并通过查阅相关资料了解了所选材料（ 性能、注射成型工艺过程及工艺参数。 6 第三章 拟定模具的结构形式及浇注系统的设计 定模具的结构形式 型面位置的确定 通过对塑件结构的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的上平面上，其位置如图 3 图 3分型面的选择 腔数量和排列方式的确定 （ 1）型腔数量的确定 该塑件采用的精度一般在 2之间，且为大批量生产，可采取一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用的和各种成本费等因素，初步定为一模四腔结构形式。 （ 2）型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模四腔，故采用中心对称排列，如图 3 7 图 3型腔数量的排列分布 （ 3）模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计为一模四腔，中心对称排列，根据塑件结构形式，推出机构拟采用推杆推出的推出形式。浇注系统设计时，留到采用对称平衡式，浇口采用点浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加托板。由以上综合分析可确定选用单分型面注射模。 射机型号的确定 （ 1）注射量的计算 通过三维软件建模设计分析计算得 塑件体积： 塑 = 3 塑件质量 ： 塑 = 塑 = 中 参考表 2取 3 。 （ 2）浇注系统凝料体积的初步计算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的 倍来估算。虽然本次采用的流道简单并且较短，但因为零件的体积较小，因此浇注系统的凝料按塑件体积的1倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和 4个塑件体积之和）为 8 总 = 塑 (1+1)4 = 24 = 3 （ 3）选择注射机 根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总质量总 = 3 ，并结 合式 公 = 总 则有： 总 = =3。根据以上的计算，初步选定公称注射量为 603，注射机型号为主要技术参数见表 2 表 2注射机主要技术参数 理论注射量 /3 60 移模行程 /70 螺杆柱塞直径 / 注射压力 / 35 最大模具厚度 /50 135 最小模具厚度 /50 注射速率 /g;1 70 锁模形式 液压 塑化能力 /g;1 45 模 具 定 位 孔 直 径/0 螺杆转速 /r;1 0200 喷嘴球半径 / 锁模力 /00 喷嘴口半径 /0 拉杆内间距 /30 330 （ 4）注射机相关参数的校核 1）注射压力校核。 需注射压力为 80100，这里取 0 = 100，该注射机的公称注射压力 公 = 150，注射压力安全系数 1 = 里取1 = 10 = 00 = 130 公 ，所以这涉及合格。 2）锁模力校核 1塑件在分型面上的投影面积 塑 ，则 塑 = 4(12) = 2 2浇注系统在分型面上的投影面积 浇 ，即流道凝料（ 包括浇口 ）在分型面上的投影面积 浇 数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。 浇 是每个塑件在分型面上的投影面积 塑 的 。由于本次设计流道简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一些。这里取 浇 =塑 3塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积 总 ，则 总 = (塑 +浇 ) = (塑 +塑 ) = 4塑 = 42 9 -4模具型腔内的胀形力 胀 ，则 胀 = 总 模 = 5 = = 式中， 模 是型腔的平均计算压力值。 模 是模具型腔内的压力，通常取注射压力的 20%40%，大致范围为 2540。对于粘度大的精度较高的塑料制品应取较大值。 模 取 35。 查表 2得该注射机的公称锁模力 锁 = 400，锁模力安全系数为2 = 里取 2 = 2胀 = 胀 = 锁 ，所以注射机锁模力合格 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。 浇注系统的设计 流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。 （ 1） 主流道的尺寸 1) 主流道的长度：小型模具 主 应尽量小于 60次设计中初取 50行设计。 2) 主流道小端直径： d=注射机喷嘴尺寸 +（ ） 4+) 主流道大端直径： d=d+2 主 2 ） 中 = 4) 主流道球面半径： 0 = 注射机喷嘴球头半径 +(12) = (10 +2) =12 5) 球面的配合高度： h=5 （ 2） 主流道的凝料体积 主 = 3主 (主2 +主2 +主 主 ) = 50( 3 = 3 （ 3） 主流道当量半径 = 4，经主流道校核算出 4当量半 10 径过大，故 取 4） 主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采用碳素钢（ 10A），热处理淬火表面硬度为 50 55图 3 图 3主流道浇口套的结构形式 流道的设计 （ 1）分流道的布置形式 在设计时应考虑劲量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要 考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。 （ 2）分流道的长度 由于流道设计简单，根据四个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可适当选小一些。单边分流道长度 分 取 35 （ 3）分流道的当量直径 因为该塑件的质量为 塑 = 塑 = 200，根据式 D=4 ，分流道的当量直径为 分 = 4 = 54 = 选 分 = 4 （ 4）分流道截面形状 常用的分流道截面形状有圆形、梯形、 角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。本设计采用梯形截面，其加工工艺性能好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。 （ 5 ） 分 流 道 截 面 尺 寸 已知 分 = 4可以算出H= B=分流道截面形状如图 3 11 图 3分流道截面尺寸 （ 6）凝料体积 1）分流道定的长度 分 = 354 = 140 2）分流道截面积 分 = 2 3）凝料体积 分 = 分 分 =1402 2 （ 7）校核剪切速率 1）确定注射时间： t=1s。 2）计算分流道体积流量 :分 = 分 :塑 = 3 3)剪切速率 分 =分 分3 =3 = 03 3 ;1 该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率 51025103;1之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。 （ 8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般去 处取 外，其脱模斜度一般在 5 10之间，这里取脱模斜度为 8 。 口的设计 该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模四腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于试模后矫正，且开设在分型面上从型腔的边缘进料。 （ 1） 侧浇口尺寸的确定 1） 计算侧浇口的深度。侧浇口的深度 12 h=式中， 里 t=于 n= 在工厂进行设计时，浇口深度通常先取小值，以便在今后试模时发现问题进行修模处理， 此处浇口深度 2)计算侧浇口的宽度。 测浇口宽度 B=30 = 1 式中 等于塑件的外表面积）。 2） 计算浇口的长度。测浇口的长度 浇 一般选用 这里取浇 = 。 （ 2） 测浇口的剪切速率 1计算浇口的当量半径。由面积相等可得 浇2 = 此矩形浇口的当量半径 浇 = 2计算浇口的体积流量 ： 浇 = 塑 =3 = 03 3 3计算浇口的剪切速率： 浇 = 主3= 04;1 该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口和分流道最佳剪切速率 51035104;1之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。 核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积（浇口的体积太小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样可以校核主流道熔体的剪切速率。 （ 1）计算主流道的体积流量： q 主 =（ V 主 +分 + ） /t=（ /1s=s （ 2） 计算主流道的剪切速率 = / R 主 =625流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 5 1010之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。 料穴的计算 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑 13 件表面要求没有印痕，采用推杆推出塑件，故采用与 Z 型拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。 章小结 本章对模具的结构形式进行了简单的设计，选择了注射机型号，并对浇注系统进行了简单的计算。 第四章注塑模主要结构的设计与计算 型零件的结构设计与计算 模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计采用整体嵌入式凹模。如图 4示 14 图 4型腔镶件 模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析，选用整体式凸模。 图 4型芯 型零件钢材的选用 15 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型塑件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件是大批量生产，所以构成腔的嵌入式凹模钢材选用 型零件工作尺寸的计算 - 表 4差数值的选用 材料 代号 塑件种类 建议采用的精度 高精度 一般精度 低精度 烯腈 3 5 16 烯 （ 1+ z 凹模径向尺寸（ 塑件径向基本尺寸（ 塑料的平均收缩率（ %） 塑件公差值（ 凹模制造公差（ （ 1）凹模径向尺寸的计算 由： 表得： =（ 1+ z= 2）凹模深度尺寸的计算 （ 1+ z 凹模深度尺寸 z 凹模深度制造公差 由： 5表得 =（ 1+1+ z= 3）型芯径向尺寸的计算 （ 1+- z 型芯径向尺寸 z 型芯径向制造公差 由 5表得： =M=（ 1+- z=60+中， 表 4处取 X= （ 4）型芯高度尺寸的计算 （ 1+- z 型芯高度尺寸（ z 型芯高度制造公差（ 由 5表得： =M=（ 1+- z=中， 表 4处取 X= 17 型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 （ 1）凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选355450厚度根据表 4 S=(32E p） 1/3=76中， h=W， h=45模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品种。 于型腔采用直线、对称结构布置，故四个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了。型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定，根据估算模板平面尺寸选用250250比型腔布置的尺寸大的多，所以完全满足强度和刚度的要求。 架的确定 根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸 ， 又考虑凹模最小壁厚，导柱、导套的布置等，再同时参考 中小型标准模架的选型经验公式和表 4确定选用模架序号为 6号（ W L=250 250），模架结构为 模板尺寸的确定 1） A 板是流道板， 0 2） B 板尺寸。 B 板是型腔固定板，考虑到件高 85又考虑在模板上还要开设冷却水道， 故 按模架标准板厚取 100经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定为模架序列号为 1号 ， 板面为 25015模架形式为 外形尺寸：宽 长 高 =2501563气槽的设计 该塑件由于采用 中心 进料， 熔体充满型腔， 其间 使用分型面排气方法进行排气，气体会沿着 分型面排出而不会产生憋气现象 模推出机构的设计 出方式的确定 该模具为推杆脱模机构，既方便推动减少充气吸力，又不易使塑料制品变形。在注塑成型后，定模板与动模板分型，推动推板 23，并有连接推板上的推杆使塑 18 料制品脱离型芯出模，并手动取出。 模力的计算 型芯脱模力因为 =r/t=60/4 10所以，此处视塑件为薄壁塑件，根据式（ 4模力为 F=8（ 1K+8 4 3000 300 （ /（ （ 1+ =中， F 是脱模力 （ N） ； E 是塑料的弹性模量（ 查表 4S 是塑料成型的平均收缩率（ %），查表 4 是塑料的泊松比（查表 4 是脱模斜度（ ）； f 是塑料与钢材之间的摩擦因数，查表 4r 是型芯的半径（ A 是塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（ 当塑件底部有通孔时， 核推出机构作用在塑件上的单位压应力 （ 1）推出面积 A= /4（ D = /4（ 140 =4082（ 2）推出应力 =0822781压强度）合格 却系统的设计 却介质 于中等黏度材料， 其成型温度及模具温度分别为 200 和 5080 。 所以，模具温度初步选 50 ，用常温水对模具进行冷却。 却系统的简单计算 （ 1）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量 W 1）塑料制品的体积 19 V=主 +n塑 =2）塑料制品的质量 m=）塑件壁厚为 注射时间 1s， 脱模时间 8s，则注塑周期： t= + + =1+= 由此得每小时注射次数：N=(3600/ =245 次。 4 ）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=45 h （ 2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 表 4接可知 s 的值的范围在 310kJ/间， 故可取 370kJ/ （ 3）计算冷却水的体积流量 24 ,出水口的水温为 1=25，取水的密度 =1000kg/的比热容为 C=)。 则根据公式可得： 0 c（ 1） =370/60 1000 （ 25 =定冷却水路的直径 当 查表 4知，为了使冷却水处于湍流状态， 取模具冷却水孔的直径 d= （ 5）冷却水在管内的流速 v V=40 d=4 0 s （ 6） 求冷却管壁与水交界面的膜传热系数 h， 因为平均水温为 查表 4f=有： v） 0.8/104m h） （ 7）计算冷却水通道的导热总面积 A A=h =计算模具所需冷却水管的总长度 L L=A/ d=3 9）冷却水路的根数 X 设每条水路的长度为 l=100则冷却水路的根数为 X=93/100 1根 由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，因此应根据具体情况加以修改。 为了提高生产效率， 凹模和型芯都应得到充分的冷却。 模嵌件和型芯冷却水道的设置 型芯的冷却系统的计算与凹模冷却系统的计算方法基本上是一样的，因此不再重复。尤其需要指出的是型芯的冷却方式。由于塑件上有四条肋板，大型芯设计时要在型芯上开四条沟槽，同时考虑推杆要通过大型芯推出塑