机械毕业设计（论文）-按键塑料模具设计（全套图纸） .pdf

毕业设计用纸 共 17 页 第 1 页 常常常常州州州州轻轻轻轻工工工工职职职职业业业业技技技技术术术术学学学学院院院院 题 目 按键塑料模具设计 姓 名 学 号 班 级 04 模设 631 指导教师 职 称 日 期 2007- 6- 12 c c z z i i l l i i 毕业设计毕业设计(论文论文) 毕业设计用纸 共 17 页 第 2 页 引 言 本次设计首先要注意塑件的设计要求，注塑工艺的条件，塑件的尺寸精度、 几何形状，要明确塑件的生产批量及体积质量，本产品的分型面的选择，再次 要注意注塑机的选择及安装，了解注射机的形式及其参数的校核和模具的关系， 总体知道模具结构的设计，如何运用浇注系统、推出机构、温度调节系统和排 气系统，最后完成相关的设计计算。 关键词：关键词： 热塑性塑料，定模，动模，拉料杆，浇口设计。 全套图纸，加 153893706 毕业设计用纸 共 17 页 第 3 页 目 录 第一章 概述 第二章说明书正文 2.1 塑件的原材料及结构工艺分析 2.2 零件的工作尺寸 2.3 浇注系统的设计 2.4 分型面的选择 2.5 脱模机构的设计10 2.6 注射模的结构设计11 2.7 校核12 2.8 冷却系统的设计13 2.9 热塑性制品的设计原则13 3.1 装配图14 第三章 模具制造业的优缺点15 第四章 小结16 参考文献 17 毕业设计用纸 共 17 页 第 4 页 第一章第一章 概概 述述 一般说来，模具企业都是中小企业，大都是从作坊式的企业成长起来，甚 至目前仍有许多模具企业是作坊式的的管理，在模具交货期、成本、质量的控 制方面问题层出不断。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具 企业中的管理和技术人员只有疲于奔命，企业投巨资引进的 cad/cam 系统和高 档数控加工设备也难以发挥出应有的效率和水平，企业缺乏活力和竞争力。这 些问题已经引起了许多有志向国际先进水平看齐的模具企业经营者的高度重 视，如何提高企业管理水平，增强企业的竞争力已成为我国模具制造行业参与 国际市场竞争迫切需要解决的问题。 因此，模具制造企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能 力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通过信息化建 设，实现模具制造企业的集成化管理，是促进企业提高经营管理水平的一个有 效途径。 我国塑料模工业从起步到现在,历经多世纪,有了很大的发展,模具水平有 了较大的提高,但与国名经济发展需求和世界先进水平相比,差距仍然很大,并 且随着近来这些行业的迅速发展,对模具的要求越来越迫切,精度越来越高,结 构越来越复杂,同模具生产的制件所表现出来的高精度,高复杂性,高一致性,高 生产效率和低消耗,是其它加工制造方法所不能比拟的。 毕业设计用纸 共 17 页 第 5 页 第二章第二章 说明书正文说明书正文 2.1 塑件的原材料及结构分析 .塑料的分析 材料： pc 热塑性塑料 结构特点： 线性结构非结晶型 使用温度： 小于 120 度 化学稳定性：较好比较稳定 性能特点： 机械强度较好,有一定的耐磨性，耐热性好，但塑件易开裂。 收缩率： 0.50.8% 成型特性： 可采用注射，挤出，吹塑和真空成型等加工方法。 非结晶塑料，收缩率较小，可制得精度高的塑件，热稳定性好，成型温 度范围宽。 吸水性小，但水敏性强，吸收微量水分，就会使塑件质量显著下降，因 此成型前必须干燥处理。 熔融温度高，熔体黏度大，宜采用敞开式延伸喷嘴，熔体流动性差，溢 边值约为 0.06um，流动性对温度变化敏感，流动性对剪切速率不太敏感，冷却 速度快，易产生应力集中，因此流道应粗和短，采用截面较大的直接浇口，环 行浇口，扇形浇口或护耳浇口等。应设冷却穴，防止出现熔接痕。 塑件壁厚不宜太厚，应均匀，避免尖角，缺口或带有嵌件，防止应力集 中引起开裂，为减少应力开裂，应进行退火处理。 一般采用高温，高压力及快速成型，并采用模温加热，提高模温，以减 低塑件成型中产生的内应力。 塑件的尺寸精度分析 该塑件上几个定位尺寸位置精度要求较高。 其它尺寸均无特殊要求，为自由尺寸，可按塑件的技术要求取 mt6 级，查 模具设计指导书表 6-6 的塑件公差数值表（sj-1372-1978）来选取公差。 毕业设计用纸 共 17 页 第 6 页 塑件表面质量分析 该塑件要求外表美观，无气泡、银丝、明显缩凹及熔接痕。塑件表面及内 部有较高的粗糙度要求，表面粗糙度可取 ra1.6。 .塑件结构工艺性分析 此塑件外形为规则的方形壳类零件，塑件的定位公差为 0.1。塑件的尺寸 不大，结构简单，壁厚要求均匀，均为 3mm。这样可以避免产生收缩，凹痕和裂 纹等质量问题，设计较合理。尖角处 r=3 的圆角过渡，防止应力集中，会影响 塑件的强度，同时还会出现气泡，影响塑件外观质量，过渡圆角有利于塑件充 模时的流动。 塑件尺寸精度如图 1-1 所示： 图 1-1 塑件精度 2.2 成型零件的工作尺寸 .计算平均收缩率，查教科书公式 6.4： s=(smax+smin)/2100% =0.65% .型芯的径向尺寸： lm-z/2=scp(ls+/2)+(ls+/2) =scpls+scp/2+ls+/2 装 订 线 毕业设计用纸 共 17 页 第 7 页 lm=(1+scp)ls+/2+z/2+c/2 当 z=1/3 c =1/2z lm=(1+scp)ls+/2+/6+/12 =(1+scp)ls+3/4 =(1+0.65%)30+30.52/4 =30.585 0 -0.17 mm .型腔的径向尺寸： lm+z/2=scp(ls-/2)+(ls-/2) =scpls+scp/2+ls-/2 lm=(scp+1)ls-/2-z/2-c/2 当 z=1/3 c =1/2z lm=(1+scp)ls-/2+/6-/12 =(1+scp)ls+3/4 =(1+scp)ls-3/4 =(1+0.65%)30-3/40.52 =29.805 0 -0.17 mm .型腔的深度尺寸： hm+z/2=hs-/2+scp(hs-/2) =hs-/2+scphs-scp/2 =hs(1+scp)- /2 hm=hs(1+scp)- /2-z/3 当取 z=1/3 hm=hs(1+scp-2/3) =21+(1+0.65%)-20.44/2 = 21.710 +0.15 mm .型心的高度尺寸： 毕业设计用纸 共 17 页 第 8 页 hm-z/2=hs+/2+scp(hs+/2) =hs+/2+scphs+scp/2 =hs(1+scp)+ /2 hm=hs(1+scp)+ /2+z/2 当取 z=1/3 hm=(hs+hsscp+2/3) =(21+210.65%+2/30.44) =21.43 0 -0.15 mm 2.3 浇注系统的设计 1）浇注系统的组成： 主浇道，分浇道，浇口和冷料穴等几部分组成。 2）设计原则： (1)流程要短，减少压力和热量损失及塑件消耗量，同时缩短充模时间。 (2)排气良好，使料流平稳，顺利充满型腔。 (3)防止型心变形和嵌件位移，应避免料流之冲较小的型心和嵌件。 (4)防止塑件翘曲变形和表面形成冷疤，冷癍等缺陷，应减轻浇口附近应力 集中。 (5)合理选择冷料穴。 a 分浇道的设计： 要点：(1)分浇道的断面和长度设计，应在保证顺利充模的前提下，尽量取 小，尤其对小型塑件更为重要。 (2)分浇道的表面不必很光滑，表面粗糙度一般为 ra1.6 即可，这样可以使 熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。 (3)当分浇道较长时，在分浇道末端应开设冷料穴，以容纳冷料，保证塑件 的质量。 (4)分浇道与浇口的连接处要以斜面或圆弧过渡，有利于熔料的流动及填 充，否则会引起反压力，消耗动能。 布置形式如图 2-1 所示： 毕业设计用纸 共 17 页 第 9 页 图 2-1 分浇道布置形式 b 浇口设计： 浇口是熔料注入模具最先经过的一段流道，直接影响到填充时间及流动速 度，浇口太小，熔料流动过程中冷却面相对增大，热量消耗大，注射压力损失 大，但浇口太大则会造成塑料损耗大，冷却时间长，发生口。一般情况下，其 参数通取数值如下： （1）d=注射机喷嘴孔直径+（0.51）mm （2）=（对流性差的塑料等情况也有取） （3）d浇口的宽度（mm） （4）h 按具体情况选择，一般为(38)mm （5）r=注射机喷嘴球面半径+（23）mm （6）=2d/3 （7） （8）按具体情况选择，一般取 13mm （9）l 应尽量缩短，若 l 值大，使塑料降温过多，损耗大，一般不超过 60 mm ，如需要很长时则应采用热延长喷嘴等措施 （10）值按具体情况决定，不宜过长或过短，一般可取（12.5）d，并 不宜小于 8 mm （11）1 可取，对大型塑件 h 值可取大，取小，以利于增大 分流道截面，料温下降缓慢，注射压力损失小 （12）一般取 12 mm （13）一般取（2/31）d （14）1 按塑件形状选择旋涡及紊流，要求机床可塑化能力增大。因此， 必须选择恰当尺寸的浇口。 该塑件为壳类零件，中心有型孔，且塑件四角壁厚较均匀。为提高成型效 率采用侧浇口。如图 2-2 所示： 毕业设计用纸 共 17 页 第 10 页 图 2-2 浇道 c 主浇道设计： 要点：(1).为便于凝料从直浇道中拔出,主浇道设计成圆锥形,其锥角 =24. (2)主浇道与分浇道结合处采用圆角过渡 ,其半径 r 为 13mm,以减小料流转向过渡时的阻力. (3)在保证塑件成型良好的前提下,主浇道的长度 l 尽量短. (4)设置主浇道忖套. 主浇道的形状如图 2-3 所示: 图 2-3 主浇道的形状 2.4 分型面的选择 根据分型面选择原则分型面选择遵循以下原则： （1） 保持塑件外观整洁。 （2） 分型面应有利于排气。 （3） 应考虑开模时对塑件留在动模一侧。 （4） 应容易保证塑件的精度要求。 （5） 分型面应该简单实用并容易加工。 （6） 考虑侧面分型面与主分型面的协调。 （7） 分型面应与注射机的参数相适应。 （8） 考语脱模斜度的影响。 所以分型面应选择在塑件中心面的平面上，该零件的分型面如图 2-4 所示： 毕业设计用纸 共 17 页 第 11 页 图 2-4 分型面 2.5 脱模机构的设计 制品的顶出是注射机成型过程中的最后一个环节，顶出质量的好坏将最后 决定制品的质量，因此制品的顶出是不可忽视的 在设计脱模机构时应遵循下列原则： 1） 为使制品不致因顶出产生变形，推力点应尽量靠近型心或难于脱模的部 分，推力点的布置应尽量均匀。 2） 推力点应作用在制品刚性好的部分，如筋部，突源，壳体行制品的壁缘 等处。 3） 尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制品破裂，穿孔等，如壳 体行制品及筒行制品多采用推件板脱模。 4） 为避免顶出痕迹影响制品外观，顶出位置应设在制品的隐蔽面或非装饰 面，对于透明件由于要注意顶出位置及顶出形式的选择。 5） 为使制品在顶出时受力均匀，同时避免因真空吸附而使制品产生变形， 往往采用复合顶出顶出或特殊形式的顶出系统，如推杆和推件板和推管复合顶 出，或采用进气式推杆，推块等顶出装置必要时哈应设置进气阀。 脱模斜度的设计： 由于塑件在模腔内产生冷却收缩的现象，使塑件紧抱模腔中的型心和型腔 中的凸出部分，使塑件取出会导致塑件表面擦分，拉毛，为了方便脱模，塑件 设计时必须考虑与脱模（及型心）方向平行的内，外表面，设计足够的脱模斜 度。一般取 1130 一般型心斜度要比型腔大，型心长度及型腔深度越大，则斜度不减。 2.6 注射模的结构设计： 型腔数目的确定，选择注射机及工艺参数的校核。 1） 根据塑件的形状估算其体积和重量。 塑件的体积：v=32.12.2-1.61.82.4-3.140.250.25 =6.75cm 塑件的重量：pp 的密度为 1.2g/cm 毕业设计用纸 共 17 页 第 12 页 wj=v =6.751.2 =8.1g 浇注系统的凝料：分浇道.v1=0.20.67.5+（1.20.60.2）4 =1.476cm 主浇道.v2=rh=3.140.34.4 =1.243cm 凝料的重量.wa=v=(v1+v2)1.2=3.24g 2）根据塑件的计算重量和体积,选择设备型号规格.确定型腔数,当未限定 设备时须考虑 a.注射机的额度注射量 mg,每次注射量不超过最大注射量的 80% 即 n=(0.8wa/b-wa)/wj =(0.8601.2/1.05-3.24)/8.1 =6.4 式中：n-型腔的数目。 kl-注射机的最大注射量，一般取 kl=0.8 wma-注射机的最大注射重量。 wa-浇铸系统凝料的重量 wj-单件塑件的重量 -塑件的密度 b-聚碳酸脂的密度 从计算结果并根据塑料的注射机技术的规格，应选用 xs-zy-60 型号的注射 机。 根据塑件的精度，由于该塑件精度一般，故采用多腔，即一出四。由于六 腔不好分布，选择一出四，同时并不影响塑件的大体质量。 3） 额定注射量 国产标准的注射机均用塑料的容量（cm ）表示一次注射量。因聚苯乙烯塑 料密度是 1.05 近似于 1，因此以聚苯乙烯为基准来确定注射机的额定注射量。 但是由于过去的习惯，目前对注射机的注射量也还是采用克来表示。所以选择 注射机的注射量时可以同下面的公式计算。 以容量计算时 0.8v注v件 式中 v 注注射机的最大注射容量，cm ； v 件成形塑件及注浇系统所需塑料的容量，cm ； 0.8系数，一般要求成形塑件的容量不得超过注射机容量的 80。 以克量计算时 0.8cg 毕业设计用纸 共 17 页 第 13 页 式中 c注射机的最大注射克量，g； g成形塑件及注浇系统所需塑料的克量，g=v件，g； 成形塑件的密度，g/cm ； 0.8系数，一般要求成形塑件的容量不得超过注射机容量的 80。 4） 额定锁模力 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要 分开而产生溢料。注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大， 所以型腔压力为注射压力的 4070；而有预塑装置的注射机及螺杆式注射 机压力损失较小，所以型腔压力较大。另外对不同流动性的塑料，不同喷嘴和 模具结构形式，其压力损失特不一样。一般熔料经喷嘴时其注射压力达 60 80mpa，经浇注系统入型腔时则型腔压力一般为 2550 mpa。 锁模力和成形面积的关系由下式确定： p锁p腔a/1000 p锁锁模力，kn； p腔型腔压力，一般取 4050mpa； a浇道、进料口和塑件的投影面积，mm 。 2.7 校核 1） 注射压力的的校核 注射压力校核的目的是校核注射机的最大注射压力能否满足塑件成型 零件的需要，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的注射 压力。 即 pmaxp 示中：pmax-注射机的最大注射压力（mpa）xs-zy-60 的 pmax 为 122mpa. p-塑件成型时所需的注射压力（mpa）它的大小与注射机的类型，喷嘴形 式，塑件的流动性，浇注系统及型腔阻力等因素有关，一般取 p=40200mpa 2）根据以上分析、计算，查模具设计指导表 6-24 初选注射机型号为： xs-zy-60。注射机有关技术参数如下： 最大开合模行程 s 180mm 模具最大厚度 200mm 模具最小厚度 70mm 喷嘴圆弧半径 12mm 喷嘴孔直径 4mm 动,定模板尺寸 250250mm 拉杆空间 190300mm 2.8 冷却系统的设计： 1原则： 冷却水管应尽量多，孔径应尽量大。本塑料模采用两道冷却水孔，均匀 的分布在塑件的两边， 冷却水道至型腔表面的距离应尽量相等，一般冷却水孔的孔壁至型腔表 面的距离应大于 10mm，常取 1215mm. 浇口处加热冷却。 毕业设计用纸 共 17 页 第 14 页 减低入水与出水的冷却温度。 冷却水道要避免接近溶接痕部位。 冷却水道的大小要易于加工和清理，一般孔径为 810mm，本次用 8mm， 对于冷却水管的排布不可小看，必须在设计塑件排布时考虑好，以便后面的设 计。 2. 冷料穴 冷料穴用来储藏在注射间隔时期内由于喷嘴部位温度低而构成的所谓冷料 渣，以及用它拉出凝固在浇口内的塑件对与该模具我采用。 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或者位于分流道的末端。其作用是 收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。冷料穴分为两 种，一种专门用于收集，贮存冷料，另一种除贮存冷料外还兼有拉出流道浇色 料的功用 根据需要，不但在主流道的末端，而且可在个分流道转向的位置，甚至 在型腔的末端开设冷料穴。冷料穴应设在熔体流动方向的转折位置，并迎着上 游的熔体流向。 兼有拉料作用的冷料穴 在圆管形冷料穴底部有根 z 形的拉料杆称为钩形拉料杆，这是最常用的冷 料穴形式 同类型的还有倒锥形和圆环槽形的冷料穴。在开模时靠冷料穴的倒锥或侧 凹起拉料作用，使主流道凝料脱出浇口套并滞留在动模一侧，然后通过脱模机 构强制推出凝料。这两种形式宜用于韧性较好的塑料制品。故采用倒锥和圆环 槽形冷料穴易实现自动操作。 冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，从而避免这些冷料 注入系统。主流道末端的冷料穴还有便于在该处设置主流道拉料杆的功能。 9 热塑性制品的设计原则 .尺寸 主要满足使用要求及安装要求，同时要考虑模具的加工制造，设 置的性能，还好考虑塑料的流动性。 .精度 影响因素很多，有模具制造精度，塑料的成分和工艺条件等 .表面粗糙度 由模具表面的粗糙度决定，故一般模具表面粗糙度比制品要低一级，模具 表面要进引研磨抛光，透过制品要求模具型腔与型心的表面光洁度要一致. .壁厚 根据塑件使用要求（强度，刚度）和制品结构特点及模具成型工艺的确定， 壁厚太小，强度及刚度不足，塑件填充困难，壁厚太大，增加冷却时间，减低 生产率，产生气泡，缩孔等。要求壁厚尽可能均匀一致，否则由于冷却和固化 速度不一样易产生内应力，引起塑件的变形和开裂。 .温度 注射过程的温度主要是指溶胶温度和模具温度，因为两者都对整个注射过 程有重要影响，要同时有最高的填充速度，又能保证塑件的特性，就需要有适 当的溶胶温度，模温越高，填模速度越快，模温控制塑料的充填速度，成品冷 却时间和成品的结晶度。 .导向机构的设计 一般导向分为动，定模之间的导向，推板的导向，一般导向装置由于受加 毕业设计用纸 共 17 页 第 15 页 工精度的限制或使用一般时间之后，其配合精度降低，会直接影响制品的精度， 因此对精度要求教高的制品必须另行设计精密导向定位装置。 当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只 要按模架规格选用即可，若需采用精密导向定位装置时，则须由设计人员根据 模具结构进行具体设计。 3.1 装配图如图 3-1 所示： 图总装图 毕业设计用纸 共 17 页 第 16 页 三、模具制造业的优缺点三、模具制造业的优缺点 （1）发展不平衡，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到相当高 的水平，个别企业的部分产品已达到或接近国际水平，但总体来看，模具的精 度、型腔表面粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差 距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有 10 年以上的差距。 （2）工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造， 工艺装备水平已比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大 部分企业工艺装备仍比较落后。更主要的是我们的企业组织协调能力差，难以 整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。 （3）大多数企业开发能力弱。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方 面是科研开发投入少，更重要的是观念落后，对开发不够重视。模具企业不但 要重视模具开发，而且要重视产品开发。 （4）管理落后更甚于技术落后。技术落后往往容易看到，管理落后有时却难以 意识到。国内外模具企业管理上的差距十分明显，管理的差距所带来的问题往 往比技术上的差距更为严重。同一个企业，设备不变，人员不变，管理一变， 立竿见影，这样的例子并不少见。 （5）供需矛盾一时还难以解决。2004 年，国产塑料模具国内市场满足率不足 74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率还要低，估计不足 60%。同时，工业 发达国家的模具正在加速向我国转移，国际采购越来越多，国际市场前景很好。 市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。 （6）体制和人才问题的解决尚待时日。在社会主义市场经济中，竞争性行业， 特别是像模具这样依赖于特殊用户，需单件生产的行业，国有和集体所有制原 来的体制和经营机制已越来越显得不适应。人才的数量和素质水平也跟不上行 业的快速发展。虽然各地都在努力解决这两个问题，但要得到较好解决尚待时 日。 展望未来，由于国际、国内宏观环境良好，国内塑料模具各主要用户行业 仍将以较快速度发展，塑料模具也必将持续高速发展。目前存在的主要问题通 过国内外交流与合作。全行业的共同努力和各方面的支持，不久的将来，定会 得到较好的解决。 发展展望 在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到 成绩，又要重视落后，要抓住机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的 情况下，尽快提高塑料模具的水平，把自己带入到国际市场中去，促进我国整 个模具行业的快速发展。 随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对 模具的要求也一定会越来越高。为了满足市场的需要，未来的塑料模具无论是 品种、结构、性能还是加工技术都必将会有较快发展，而且这种发展必须跟上 时代发展步伐。展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用 和推广。当然，这是需要开拓、创新和做出艰苦努力的。 1)超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。 2)多样材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。 3)各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的 rp/rt 技术将得到快速 发展。 4)模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展，cad/cam/cae/capp 毕业设计用纸 共 17 页 第 17 页 及 pdm 等将向智能化、集成化和网络化方向发展。 5)更加高速、更加高精度、更加智能化的各种模具加工设备将进一步得到发展 和推广应用