毕业设计（论文）-塑料盖塑料模设计.doc

塑料模设计系 部：机械工程系专 业：模具设计与制造班 级：083模具四班设 计 者： 指导老师： 目 录设计任务书2摘 要3第1章 模具设计概念.4第2章 产品工艺分析.52.1 产品材料的分析.2.2 塑件结构和尺寸精度的分析.2.3 塑件体积的计算.第3章 模具结构设计3.1 型腔数目的确定.3.2 型腔的布置及模仁的确定.3.3 分型面的选择.3.4 斜销机构的设计.3.5 浇注系统的设计.3.6 顶出系统的设计.3.7 排气系统的设计.3.8 导向系统的设计.3.9 冷却系统的设计.第4章 模架的选择4.1 模架的选择.4.2 模具材料的选择.第5章 注塑机参数的校核5.1 最大注射量的校核.5.2 模具与注塑机安装部分相关的校核.5.3 锁模力的校核.5.4 开模行程的校核.第6章 总装图的绘制.第7章 注塑机的选择.设计总结参考文献 设计任务书产品3d图产品名称：塑料盖产品材料：abs产品数量：50万件型腔数目：一模四穴摘 要本次设计主要是对盖类零件的结构特点进行了工艺分析，详细介绍了模具机构的组成、结构特点以及设计要点。介绍了浇注系统，排气系统，冷却系统和顶出系统的设计过程，以及对注射模结构与注射机、成型零部件的设计、结构零部件的设计、推出机构的设计等做了重要介绍。关键词：注塑模具 盖类零件 斜销第1章 模具设计概论 21世纪模具设计制造业发展突飞猛进,我国的塑料工业亦在飞速发展，塑料制品的应用已深入到国民经济的各个部门。塑料是20世纪才发展起来的新型材料，目前世界上塑料的体积产量已经赶上和超过了钢材，成为当前人类使用的一大类材料。塑料工程通常是指塑料制造与改性，塑料成型与制品加工。塑料制品与模具设计是塑料工程中的重要部分，是塑料工业中不可少的环节。随着新世纪的步伐，模具已是工业生产中的重要工艺装备，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，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，如金属制品成型的压铸模，锻压模，浇铸模，非金属模制品成型的玻璃模，陶瓷模，塑料模等。塑料工艺是新兴工业，是随着石油工业的发展应运而生的，目前塑料制件几乎已经进入一切工艺部门以及人们日常生活得各个领域。塑料工业又是一个飞速发展的工艺领域。在机械工业（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的同时，塑料成型制件的需求量已越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件模具的开发、设计与制造的水平也越来越高。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。采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切屑少，节能源和原材料，成本低等一系列优点，模具成型已成为当代工业的重要手段，成为多种成型工业中最具有潜力的发展方向，模具是机械、电子行业的基础行业，它对国民经济起着越来越重要的作用。一个国家模具生产能力的强弱，水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品开发和老产品更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。我国为了优先发展模具工业，制订了一系列优惠政策，并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位。对塑料模具的全面要求就是能高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品。塑料成型模具是成型塑料制品的工具。塑料成型模具应能生产并满足给定的形状、尺寸、外观和内在性能要求的制品。要求模具能被高效率的应用，且操作简便，并达到自动化水平。要求模具有合理的结构，制造容易且成本低廉。也要求模具有足够的使用寿命。近年来塑料成型模具的产量和水平发展十分迅速，高效率，自动化，大型，精密，长寿命模具总产量中所占比例越来越大，在各种塑料模具中来看，注射模具在生产中占的比例是最大的，在生产中起着重要的作用。注射成型模具是塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔融后，在注射机的螺杆式活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料在模具型腔内固化定型，这就是注塑成型的简单过程。注塑成型所用的模具叫注塑模具。注塑模具主要用于热塑性塑料制品的成型，但是近几年来也越来越多的用于热固性塑料成型。注塑成型在塑料制件成型中占有很大的比重，世界塑料成型模具产量中的约半数以上为注塑模具。在本次设计中充分运用了本专业所学的知识，将所学的知识运用到实际中来，塑料件的设计是利用注射模具来成型的，本套设计说明书主要放在塑件结构和模具设计这一环节，如分型面的选择、模具的结构设计、浇注系统、冷却系统的设计、注射机的选择和校核、脱模机构的设计等方面。在设计过程中主要用到的设计软件有pro/enginee、和autocad。首先用pro/enginee进行产品的结构设计，进行三维造型，通过autocad来标注尺寸和各个图的绘制。设计经验尚浅有许多不足之处，敬请原谅，并给予指正。谢谢！第2章 产品工艺性分析2.1 产品材料分析 该塑件材料选用的是工程塑料abs。abs属于热塑性塑料，由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚而成的。这三种组分各自的特性，使abs具有良好的综合力学性能。它具有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐水性、化学稳定性和电器性能。abs主要用于制造各种壳体、结构件以及家具等。2.1.1其成型特点为： (1) abs在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大； (2) abs易吸水，含水量小于3%，成型加工前应进行干燥处理； (3) abs易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力； (4) 在正常成型的条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小； (5) 在要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060,而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080。 (6) 为了获得内应力较小的制品，要求保力不宜过高。abs树脂注射压力对于薄壁、长流程、小浇口的制品或耐热、阻燃等品级，要求较高些；对于厚壁、大浇口的制品则可低些。 (7) abs的流动性较好，溢边值为0.04mm左右，易于充模。abs的最大流动长度与制品的厚度之比为190:1。2.1.2 注射成型工艺参数，查模具设计指导表6-5:射机类型：螺杆式螺杆转速：3060r/min喷嘴形式：直通式喷嘴温度：180190预热和干燥：8085 料筒温度： 前部200210中部210230后部180200模具温度：5070 注射压力：7090mpa保压压力：5070mpa 注射时间：35s保压时间：1530s 冷却时间：1530s总周期：4070s2.1.3 其它参数：相对密度：1.021.06 密度：1.021.05g/cm3收缩率：0.30.8 查塑料成型与模具设计表2-1比热容单位热流量导热率注射压力1047 j/kg30-40 104 j/kg1055 j/mh60-100 m pa表2-2工艺参数注射机类型螺杆式密度1.03-1.07kg/dm3收缩率0.3-0.82.2 塑件结构和尺寸精度分析 塑件结构图塑件结构工艺性，直接关系到其成形模具结构、类型、生产周期与成本。只有符合模塑工艺要求塑件设计，才能顺利成形，确保内在与外观质量，达到高效率生产和低成本的目地。其塑件的产品结构图如下： 图2-1塑件结构图2.2.1 产品工艺分析从产品图图2-1可以看出该产品外形简单，塑件为壳类零件，只有两个倒勾，需要用到斜pin机构，没有特殊结构，没有加芯子，设计时无特殊要求。2.2.2 脱模斜度由于制品在冷却后产生收缩，会紧紧包住型心或行腔突出的部分，为了使制件能够顺利从模具中取出或者脱模，必须对塑件的设计提出脱模斜度的要求，要求在塑件设计时或者在模具设计时给予充分的考虑，设计出脱模斜度。目前并没有精确的计算公式，只能靠前人总结的经验资料。塑件的脱模斜度与塑料的品种，制件形状以及模具结构均有关，一般情况下取0.5度，最小为15分到20分。下表为常用的脱模斜度：表2-3 几种塑料的常用脱斜度制品斜度聚酰胺通用聚酰胺增强聚乙稀聚甲基丙稀酸甲脂聚丙烯聚碳酸脂abs塑料脱模斜度型腔20-4025-4525-4520-4025-4535-4035-130型心25-4020-4520-4530-120-4530-5030-40由塑料制品的产品图可知，塑件四壁均有1的自带斜度，此结构本身就在常用的脱模斜度范围内，此结构本身就有利于脱模，且此塑料制品的材料为abs，故我们在脱模1的自带斜度在经验的35-130和301之间，故无需另行设计。2.2.3 塑件壁厚 塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件几何尺寸以及成型工艺等众多因素的制约。根据成型工艺的要求，应尽量使制件各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或者太薄，否则成型后会因收缩不均匀而使制品变形或产生缩孔，凹陷烧伤或者填充不足等缺陷。热塑性塑料的壁厚应该控制好。太厚，会产生气泡和缺陷，同时也不易冷却。由产品图可知，其形状较为规则，结构不太复杂：从产品的壁厚上来看，壁厚最大处为1.5mm，最大处为3 mm，壁厚较均匀，有利于零件的成型；为便于脱模，产品内表面设1的脱模斜度，因此外表面不需设脱模斜度，符合要求。2.2.4 圆角与圆弧 该塑件的边缘和边角带有圆角部有圆弧，可以增强塑件某部位或者整个塑件的机械强度从而改善成型时塑料在模腔内流动条件，也有利于塑件的顶出和脱模。因此塑件除了使用上的要求采用尖角或者不能出现圆角外，应该尽量采用圆角特征。塑件上采用圆角特征还可以使模具成型零部件加强，排除成型零部件热处理或使用时可能产生的应力集中问题。由塑件的产品图可知：产品的边缘均带有圆角特征，所有圆角均为r1.002.2.5 尺寸精度分析 塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程度。一般而言，塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小，模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。而模具的某些结构特点又在相当大程度的影响塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度应尽量选择的低些。对于本产品，图纸未注明尺寸精度，我们取it6级精度。it6=0.04mm.查模具设计指导表6-7：表6-7 精度等级的选用类别塑料品种建议采用的精度等级高精度一般精度低精度未注公差1聚苯乙烯、abs、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、分醛塑料、氨基塑料、30玻璃纤维增强塑料34562聚酰胺6、66、610 、9、1010，氯化聚醚、聚氯乙烯（硬）45663聚甲醛、聚丙烯、聚乙烯（高密度）56774聚氯乙烯（软）、聚乙烯（低密度）6788由于没有规定制品尺寸精度，查表6-7取4-5级精度2.2.6 表面质量分析 该零件的表面除要求没有流纹、缺陷、毛刺，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。2.3 塑件体积的计算 经pro/e三维造型后测得塑件实际体积约为7.62cm3，材料密度约为1.02 g/cm31.05 g/cm3取1.03g/cm3,塑件的质量为7.85g,因此一次注射时浇注系统所需塑料的质量约为20g。第3章模具结构设计3.1 型腔数目的确定 该塑件采用多型腔模具多型腔模具的优点是：塑件成型的生产率高，成本低。缺点是：塑件精度低；工艺参数难以控制。模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。多型腔模具适用于大批量、长期生产的小塑件。由于该产品外观质量要求高，尺寸精度要求一般，且装配精度要求高，考虑了本产品的生产批量（大批量生产）和自己的注射机型号，因此我们设计的模具为多型腔的模具，即一模四穴。3.2 型腔的布置及模仁的确定3.2.1 型腔的布置考虑到模具成型零件以及顶出方式的设计，采用顶针顶出的方式。模具的型腔排列方式如图3-1所示：3.2.2 模仁的确定 根据产品的尺寸，模仁的设计要求，确定模仁的大小；具体如图3-1所示：图3-13.3 分型面的选择分型面的设计在注射模的设计中占有相当重要的位置，分型面的设计可以对塑件的质量、模具的整体结构、工艺操作的难易程度及模具的制造等都有很大的影响。跟据该塑料制品的形状特点及以上原则，其分型面设计在塑件外形最大轮廓处。如图3-2所示： 图3-23.4 斜销机构的设计斜销设计如图3-3： 图3-33.5 浇注系统的设计 3.5.1 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。由于主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套。根据注射机喷嘴的尺寸，选择浇口套如图3-4所示： 图3-4 浇口套3.5.2 主流道衬套的固定因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为99.8mm，内径70mm。具体固定形式如图3-5所示： 图3-53.5.4 浇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。浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否完好、高质量地注射成型。该产品浇口的进浇位置如图3-6所示：图3-6由于浇口与型腔相连是有一定角度，形成了能切断浇口的刃口，这以刃口在脱模或分形时形成剪切力可将浇口自动切断，不过对于较强韧的塑料则不宜采用。3.5.5冷料穴设计冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是贮存因两次注射间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，以防止熔体冷料进入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，又影响成型塑件的质量。冷料穴一般设在主流道的末端，当分流道较长时，在分流道的末端也要开设冷料穴。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还有便于在该处设置主流道拉料杆的功能。主流道拉料杆有两种基本形式：一种是推杆形式的拉料杆，其固定在推杆固定板上，z字形拉料杆是最常用的一种形式；另外一种拉料杆是仅适于推件板脱模的拉料杆，其典型的形式是球字头拉料杆。考虑到产品采用一模四穴，选择侧向进料，故冷料穴设在主流道末端，采用端部为z字形拉料杆。祥见图3-7：图3-7 拉料杆3.6顶出系统的设计3.6.1 设计原则(1)因为塑件收缩时抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模；(2)顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，作用面积也尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏；(3)为保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位；(4)若顶出部位需设在塑件使用或装配的基面上时，为不影响塑件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.1；否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。3.6.2 顶出机构的选择本套模具采用顶针直接将产品顶出。顶针形式如图3-8所示： 图3-8顶针3.6.3顶针的排列考虑到塑件的尺寸壁厚等因素，每一件产品由六根顶针顶出，该模具一模四腔。顶针排列方式如图3-9所示： 图3-9 顶针排列图3.7排气系统的设计考虑该塑件尺寸，属于中小型简单型腔模具，因分型面位于熔体流动末端，故可以利用分型面的间隙进行排气，间隙值为0.04m。如图3-10所示： 图3-10排气槽3.8导柱、导向机构的设计该模具采用导柱导向形式。根据标准模架选择导柱导套，如图3-11所示图3-11 导柱3.9冷却系统的设计根据该套模具的特点，综合以上多项因素，本套模具共设置4根冷却水管，母模板、公模板各两根，如图3-12所示：图3-1第4章 模架的选择4.1模架的选择为适应大规模成批量生产塑料成型模具，提高模具精度和降低模具成本，根据本套模具的设计要求，选用两板模架，综合多项考虑本套模具选用的标准模架，如图4-1、所示： 图4-2模架序号名称数量材料1上模座板1ht2002母模板145钢3公模板145钢4上顶针板145钢5下顶针板145钢6间楔块245钢7下模座板1ht2008限位块145钢9定位环145钢10浇口套1crwmn4.2模具材料的选择上模座板、下模座板选用ht200；母模板、公模板选用45号钢，调质，2530hrc；顶针选用t8a；模仁材料选用h13；浇口套选用crwmn，淬火加低温回火，硬度5560hrc；拉料杆选用t10a，端部淬火加低温回火，硬度5560hrc；限位块选用45号钢，硬度3035hrc；导柱、导套选用t10a，渗碳，硬度5560hrc。第5章 注塑机参数的校核5.1最大注射量的校核 最大注射量是指注射机一次注射塑料的最大容量。设计模具时，应保证成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，即：n m+m1k mp 式中 n 型腔数量； m 单个塑件的质量，g ； m1浇注系统所需塑件的质量,g ； k 注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； mp注射机允许的最大注射量,g或cm3。因聚苯乙烯塑料的密度是1.05g/ cm3,近似于1 g/ cm3，因此规定注塞式注射机的允许最大注射量是以一次注射聚苯乙烯的最大克数为标准的；而螺杆式注射机是以体积表示最大注射量的，与塑料的品种无关。因为 n m + m1 = 27.85 + 20 = 35.7 cm3k mp = 0.8100 = 80 cm3 所以 35.7 80即n m+m1k mp因此选择注塑机的注塑量为100cm3符合条件。5.2锁模力的校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力，这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力，它应小于注射机的额定锁模力fp，才能保证注射时不发生溢料现象，即：按注射机的额定锁模力进行校核fz=p(n a+ a1)fp 式中fp为注射机的额定锁模力，n； a 为单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2； a1 为浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2； p 为塑料熔体对型腔的成型压力，其大小一般是注射压力的80%，mpa； fz熔融塑料在分型面上的涨开力，n。fz=p(n a+ a1) = 1008*(5000+312)/100+5126knfp=6000kn 因此选择注塑机的锁模力为6000kn5.3模具与注塑机安装部分相关的校核为了使注射模具能顺利地安装在注射机上并生产出合格的塑件，在设计模具时必须校核注射机与模具安装有关的尺寸。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、模具的最大和最小厚度及模板上的安装螺孔尺寸等。（1）喷嘴尺寸 设计模具时，主流道始端的球面必须比注射机喷嘴头部球面半径略大一些，如图5-1所示，即r比r大12mm。主流道小端直径要比喷嘴直径略大，即d比d大0.51mm，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。角式注射机喷嘴多为平面，模具的相应接触处也是平面。（2）定位圈尺寸 为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，模具定模板上凸出的定位圈应与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。（3）最大、最小模厚 在模具设计时，应使模具的总厚度位于注射机可安装模具的最大模厚与最小模厚之间。同时应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注射机的拉杆之间装入。模具闭合高度的校核模具实际厚度 h模=340mm注塑机最小闭合厚度 h最小=170mm即 h模h最小，故满足要求 （4）安装螺孔尺寸 模具在注射机上的安装方法有两种：一种是用螺钉直接固定；另一种是用螺钉、压板固定。当用螺钉直接固定时，模具固定板与注射机模板上的螺孔应完全吻合；当用压板固定时，只要在模具固定板需安放压板的外侧附近有螺孔就能紧固，因此压板固定具有较大的灵活性。对于重量较大的大型模具，采用螺钉直接固定则较为安全。5.4开模行程的校核注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出时的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。由于所选模具属于单分型面注射模具，其开模行程可按下式校核：sh1+h2+(510)mm 式中 s 为注射机最大开模行程，mm； h1 为推出距离（脱模距离），mm； h2 为包括浇注系统在内的塑件高度，mm。 h1+h2+6=42+105+6=153mms=260mm 故选用最大注射行程为260mm第6章 总装图的绘制 本章主要加付在整套设计过程中的所有图，如结构图、零件图、排样图、主力图、各标准件等一系列拆版图；附图：零件图（未标注） 零件图（已标注）结构图排样图模架图组立图 （带3d模具图）模架拆板图模仁3d图 及2d图（带部分标注）部分结构零件图（导柱、导套、小拉杆、顶针、拉料杆等）第7章 注塑机的选择根据计算出的塑件体积或质量大致确定模具的结构，初步确定注塑机型号，方法如下：在选用注塑机时，根据产品所需的实际注塑量，并考虑一模型腔数量，再留有一定余量去选定注塑机的注塑量（注塑机标牌注明的注塑量）。通常根据下式选取： m