毕业论文-塑料圆盒的模具结构及工艺设计.doc

塑料圆盒模具设计摘 要 本次毕业毕业设计谈论的是塑料圆盒的模具结构及工艺设计。具体内容包括模具结构设计模具型腔数量和布局的确定、注射机选择，浇注系统设计、温度控制系统设计、模架及其标准件的选用、脱模、成型部件的设计；工艺设计注塑工艺、主要模具零件机加工艺及模具装配工艺设计。最后的装配与公差配合要很好的达到要求对设计者也是一个很大难度的挑战。因此。设计过程中经过了多次计算和修改，使论文与设计达到预定的使用要求。从中学习到了许多的模具设计的知识和对在校所学知识的深化，有利于提高模具的生产效率和节约了生产成本，并大大缩短了生产的周期。关键词：圆盒；模具结构；工艺分析；目 录第一章 诸论 .(5)1.1塑料模具现状及发展趋势 .(5)1.1.1模具制造技术现状及其发展 .(6)1.1.2我国塑料模的现状 .(6)1.2塑料模具的分类 .(6)第二章 塑件的结构分析与成型工艺设计 . (8)2.1塑件的结构分析 . (8)2.1.1塑件的外型分析 . (8)2.1.2塑件材料(PP)分析 . (8)2.1.3聚丙烯（PP）的性能和成型特点 . (9)2.1.4确定塑件收缩率 .(10)2.1.5壁厚的确定 .(10)2.1.6塑件的脱模斜度 .(10)2.1.7圆角的设计 .(10)2.1.8孔的设计 .(10)2.2注射模设计与成形工艺 .(10)2.2.1注射模简介 .(11)2.2.2注射模组成 .(11)2.3注射成形工艺 .(11)2.3.1注射成形前的准备 .(11)2.3.2注射过程 .(12)2.3.3塑件的后处理.(12)2.4塑件的工艺分析 .(13)2.4.1注射成型原理 .(13)第三章 塑料注射模具的结构设计 .(14)3.1注射模结构选取和注射机的选择 .(14)3.1.1型腔数目的确定 .(14)3.1.2分型面的设计 .(14)3.1.3型腔的配置 .(15)3.2注射机的选择 .(15)3.2.1注射量的计算 .(15)3.2.2浇注系统凝料体积的初步计算 .(16)3.2.3选择注射机 .(16)3.2.4注射机的相关参数的校核 .(17)3.3浇注系统的设计 .(17)3.3.1浇注系统的简介 .(17)3.3.2浇注系统的分类及组成 .(17)3.3.3浇注系统设计的原则 .(18)3.3.4主流道的设计 .(18)3.4推出机构设计 .(19)3.5脱模机构的设计原则与选用 .(19)3.6合模导向机构设计 .(20)3.7导柱导向机构的设计 .(20)3.8排溢系统的设计 .(21)3.9成型零件的结构设计及计算.(21)3.9.1成型零件的结构设计.(22)3.9.2成型零件钢材的选用 .(24)3.9.3成型零件工作尺寸的计算.(26)3.9.4模具型腔侧壁和底板厚度的计算.(26)3.10支撑零部件的设计 .(27)第四章 塑料注射模其它设计 .(28)4.1选标准模架 .(28)4.2成型零件材料选用.(28)4.3注射模钢种的选用 .(29)4.4最大注射压力的校核 .(29)4.5最大注塑量的校核 .(29)4.6模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 .(30)4.7开模行程校核 .(30)4.8脱模力的计算 .(30)4.9模具冷却系统的设计 . (31)4.9.1冷却装置的设计原则 . (31)4.9.2冷却装置的选用 . (31)第五章 模具安装和试模.(32)结语 .(34)参考文献 .(35)第一章 绪论1.1 塑料模具现状及发展趋势1.1.1 模具制造技术现状及其发展（一） 现状 模具的特点决定了模具工业的快速发展，模具制造水平是衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。 我国已经具备制造大型、精密、复杂、长寿命模具的能力。如：硬质合金多工位级进模，步距精度0.005mm,成型表面粗糙度达0.4-0.1um，镶件的重复定位精度10的16次方击穿电压（千伏/毫米） 20-26（二）主要用途聚丙烯可用于制造各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件；可作水、蒸汽、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壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。（三）成型特点聚丙烯成型收缩范围大，易发生缩孔、痕凹及变形；聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路；聚丙烯成型的适宜模温为80摄氏度左右，不可低于50摄氏度，否则会造成成型塑件表面光泽差或产生熔接痕等缺陷，且温度过高会产生翘曲现象。2.1.4 确定塑件收缩率 模具型腔和型芯的加工尺寸除了计算基本尺寸之外，还有一个加工公差的问题。按照惯例，模具的加工公差为塑料公差的1/4。但由于塑料收缩率范围和稳定性各有差异，首先必须合理化确定不同塑料所成形塑件的尺寸公差。PP的收缩率为1% - 3%，在设计本产品时，结合产品的结构工艺特点和材料的特性，在本设计中，零件中，零件的收缩率为2%。2.1.5 壁厚的确定塑件壁厚对成形工业的影响很大，合理的去顶塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先决定于塑件的使用要求，壁厚过小，成型时流动阻力大，大型复杂塑件难以充满型腔。设计要求本产品的壁厚设置为2.0mm，是根据零件的工作要求、摆放位置和化学和流动特性确定。2.1.6塑件的脱模斜度根据产品的外型，结合的工作条件、工艺特点，为提高产品的生产效率和表质量，脱模斜度设置为32.1.7 圆角的设计在塑件的设计过程中，为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的流动情况和便于脱模，在塑件各内外表面的转角连接处，均应采用圆弧过渡。此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不致应力集中而开裂。一般内外圆弧半径R1均为壁厚1的1.5至2.5倍。2.1.8 孔的设计在设计塑件中孔的位置时，应不致影响到塑件的强度，并应尽量不增加模具制造的复杂性。此塑件上没有成型孔，所以不用考虑设计孔的要求。2.2注射模设计与成形工艺2.2.1 注射模简介塑料注射成型所用的模具称为注射成形模具，简称注射模。塑料的注射成形过程是借助注射剂内的螺杆或柱塞的推力，将已塑化的塑料熔体以一定得压力和速率注射到闭合的模具型腔内，经冷却、固化。定型后开模面获得制品。2.2.1 注射模组成注射模由动模和定模两部分组成。动模安装在注射机的移动工作台上，定模安装在注射机的固定工作台面上。动模和定模闭合后已塑化的塑料通过浇注系统注入到模具型腔中冷却、固化和定型。通常要求注射模分开后，制品滞留在动模一侧，由设置在动模内的脱模机构将制品从模内推出。（1）成形零部件：指构成模具型腔、直接与塑料熔体想接触并成形制品的模具零件或部件。（2）浇注系统（3）导向和定位机构（4）脱模机构（5）侧向分型抽芯机构（6）温度调节系统（7）排气系统2.3注射模设计与成形工艺包括成形前的准备、注射过程和制品的后处理。2.3.1 注射成形前的准备（一）原料的检验和预处理根据塑料工艺性能要求，检验其各种性能指标，如含水量等。对于该塑件材料PP，查本节参考文献得聚丙烯PP吸水率0.03%,允许水含量为0.05%-0.20%。由于该塑料不易吸水，估可以不进行干燥处理。（二）料筒的清洗在注射成型过程中，当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒。通过，柱塞式料筒可拆卸清洗，而螺杆式料筒可采用对空注射法清洗。2.3.2 注射过程注射的过程包括：加料、塑化、注射、保压、冷却、脱模。但就塑料注射成型中的实质变化来说，分为塑料的塑化、熔体充满型腔和冷却定型三大过程。（一） 加料由注射机的料斗落入一定量的塑料，以保证操作稳定、塑料塑化均匀，最终获得良好的塑件。通常其加料量由注射机计量装置来控制.（二） 塑化塑化是指塑料在料筒内经加热达到熔融流动状态，并具有良好可塑性的全过程就生产的工艺而论，对这一过程的总要求是：在规定时间内提供足够数量的熔融塑料，塑料熔体在进入型腔之前要充分塑化，既要达到规定的成型温度，又要使塑化料各处的温度尽量均匀一致，还要使分解物的含量达到最小值。这些要求与塑料的特性、工艺条件的控制及注射机塑化装置的结构等密切相关。（三） 注射注射机用柱塞或螺杆推动具有流动性和温度均匀的塑料熔体，从料筒中经过喷嘴、浇注系统，直至压入模腔。（四） 保压保压是自注射结束到柱塞或螺杆开始后移的这段过程，即压实工序。保压的目的一方面是防止注射压力杰出后，如果浇口尚未冻结，发生型腔中溶料通过浇口流向浇注系统，导致熔体倒流；另一方面则是当型腔内熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆可迫使浇口附近的溶料不断补充进模具中，使型腔中塑料能成型出形状完整而致密的塑件。（五） 冷却定型 当浇注系统的塑料已经冷却凝固。继续保压已不再需要，此时可退回柱塞或螺杆，由于通入的冷却水或空气德国冷却介质，对模具进一步冷却，这一阶段称冷却定型、实际上冷却定型过程从塑料注入型腔起就开始，它包括从注射完成、保压到脱模前这一段时间。（六） 脱模塑件冷却到一定温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。2.3.3塑件的后处理塑件经注射成型后，除出浇口凝料。修饰浇口出余料及飞边毛刺外，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后处理主要指退火和调湿处理。2.4塑件的工艺分析2.4.1注射成型原理 注射成型过程是将粒状或粉状的塑料从注射机料斗中加入到塑化料筒内，经受热而熔融化成粘流态然后在注射机螺杆的推动下熔融塑料经料筒前端的喷嘴及模具浇注系统而被注入模具的闭合型腔，经过一定时间的冷却或保压，待塑料在模具型腔内凝固定型后，注射机开合模机构动作，开启模具推出塑件。第三章 塑料注射模具的结构设计3.1注射模结构选取和注射机的选择注射模的分类方法很多，安注射模结构特征进行分类，可分为10种类型：（1）单分型面注射模；（2）双分型面注射模；（3）带有活动镶件的注射模；（4）斜滑块侧向抽芯注射模；（5）斜导柱侧向分型与抽芯注射模；（6）自动卸螺纹的注射模；（7）定模设置推出机构的注射模；（8）无流道注射模；（9）带定距分型拉紧机构的注射模；（10）层叠注射模本设计采用：单分型面注射模。因为塑件没有外螺纹，也没有侧向抽芯。3.1.1型腔数目的确定确定型腔数目的方法有很多，如根据锁模力、根据最大注射量、根据制品的精度要求、根据经济性等等。这里选用根据最大注射量来确定型腔数目。由于该塑件的精度要求高，塑件尺寸较大，所以采用一模一腔的结构形式。3.1.2分型面的设计分型面的选择与塑件的几何形状及尺寸精度、脱模方法、后处理工序、模具类型、排气条件、嵌件位置、浇口形式有关。分型面的选择有以下8原则：（1） 分型面应便于塑件制品的脱模（2） 分型面的选择应有利于侧面分型和抽芯（3） 分型面的选择应保证塑件制品的质量（4） 分型面的选择应有利于防止溶料的流出（5） 分型面的选择应有利于排气（6） 分型面的选择使成型零件便于加工（7） 分型面的选择必须考虑注射机的技术参数（8） 分型面的选择必须考虑对成型面积的影响为了使塑料制品的脱模和安装嵌件的需要，模具型腔由两部分或更多部分组成，这些可分离部分的接触表面称为分型面。分型面可能是垂直于合模方向，也可能平行于合模方向。分型面的形状有平面和斜面，还有阶梯面和曲面，现采用平面型分型面。其分型面结构图3.1如下：如图3.13.1.3型腔的配置 这是模具结构总体方案的规划和确定。因为一旦型腔布置完毕，浇注系统的走向和类型就已确定。在此基础上可以选择合适的标准模架。这里采用一模一腔，因此型腔一般在标准模架的中央。3.2 注射机选择3.2.1 注射量的计算通过pro/e建模分析得塑件质量属性如图所示。塑件的体积为：V塑=128.453cm3塑料质量：m塑=p V塑=128.453*0.91=116.9gPP塑料的密度为0.91g/ cm33.2.2 浇注系统凝料体积的初步估算由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2倍1倍来估算。V总=1.3n V塑=1.3*1*128.453=167 cm33.2.3 选用注射机根据总体积V= 167cm3，初步选取XY-ZY-250型螺杆式注射成型机。XY-ZY-250型螺杆式注射成型机主要参数如下表所示项 目参 数项 目参 数理论注射量250 cm3移模行程500mm注射压力130MPa定位孔的直径125锁模力1800kN喷嘴球半径SR18mm最大模具厚度350mm喷嘴口孔径4最小模具厚度200mm3.2.4注射机的相关参数校核（1）锁模力校核，塑件在分型面上的投影面积，A塑=13478 mm2A浇=0.2A塑=0.2*13478=2695.6mm2塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总= n（A塑+0.2A塑）= 16173.6mm2F胀=A塑*P模=16173.6*30=485.208KNP模是型腔内的平均压力值为30MPa，可知该注射机的公称锁模力F锁=1800KN，锁模力安全系数K1=1.11.2，这里取K1=1.2，则K1F锁=1.2*485.208=582.25KNF锁，所以注射机锁模力满足要求。（2）开模行程校核由于该模具是单分型面注射机模具，即S总=H1+H2+（510）mm，我们这里取最大值10mm，S总=132.5+（132.5+33）+10=305mm，又因为S注=500mm，所以S总86mm时按刚度条件计算型腔壁厚；反之按强度条件计算型腔壁厚。如图3.53.10支撑零部件的设计塑料模的支撑零件包括动模板、定模板、动模固定板、定模固定板、垫块等。动模底座和定模底座：是动模和定模的基底，也是固定式塑料模具与成型设备连接的模板。因此，底板的轮廊尺寸和固定孔必须与成型设备上模具的安装相适应。另外还必须具有足够的强度和刚度。1. 动模板和定模板：其作用是固定型腔、导柱等零件；2. 支承板：是垫在固定板背面的模板。作用是防止型腔、导柱的脱出，增强零件的稳定性。支承板连接用螺钉紧固；3. 垫块：其作用是使动模支承板与动模座板之间形成用于推出机构运动空间和调节模具总高度以适应成型设备上模具安装空间对模具总高的要求。第四章 塑料注射模其它设计4.1选标准模架根据选择的注射机XS-ZY-250，以及型腔侧壁厚、型腔尺寸及型腔位置尺寸可确定模架的结构形式和规格：BI-3030-125-Z2 GB/T 12556.1-1990定模板厚度：A=140mm；动模板厚度：B=40mm；垫块厚度：C=160mm；模具外形尺寸：300mm*300mm*340mm；模具厚度：H模=125+A+B+C=125+140+40+160=465mm4.2成型零件材料选用成型零件材料选用要求（1） 机械性能良好（2） 抛光性能良好（3） 耐磨性和抗疲劳性能好（4） 具有耐磨性成型零件选用预硬钢5NiSCa，不用进行热处理直接可以进行切削加工。硬度在37-42HRC为宜。因为成型零部件强度高、耐磨性好、热处理变形小，而且塑件形状简单，尺寸不大。4.3注射模钢种的选用零件名称材料牌号热处理方法硬度型腔、型芯Cr12淬火HRC5458垫板（支承板）45钢淬火HRC4348动模板45调质HB230270定模板45调质HB230270动定模座板45调质HB230270固定板45调质HB230270顶板T10A、T8A淬火HRC5458浇口套T10A、T8A淬火HRC5055导柱20渗碳淬火HRC5055导套T10A、T8A淬火HRC5055斜导柱T10A、T8A淬火HRC5458锁紧块T10A、T8A淬火HRC5458顶杆T10A、T8A淬火HRC5458复位杆T10A、45淬火HRC5458垫块Q235、45锻压退火或调质HB123235喷嘴45、A34.4最大注射压力的校核 塑件的原料为PP，所需注射为40-80MPa，而所选注射机压力为130MPa。所以注射压力符合要求。4.5最大注塑量的校核注射机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注射量的80%，所以选用的注射机最大注塑量应满足：nV塑+V浇0.8V机式中 V机注射机的最大注射量，250 cm3 V塑塑件的体积，该产品V塑=167cm3 V浇浇注系统体积，该产品V浇=0.56cm3 故 1*167+0.56=167.560.8*250=200cm34.6模具与注塑机安装部分相关尺寸校核（一）模具闭合高度校核HMin 注射机允许最小模厚=200mm；HMax 注射机允许最大模厚=350mm；H 模具闭合高度=340mm；故满足HMax H HMin4.7开模行程校核由于该模具主要是液压和机械联合作用的锁模机构，故开模行程的校核是属于注射机最大开模行程SMax 与模厚无关的校核。对于单分型面注射模，注射机的开模行程应满足下式： HH1 +H2 +（5-10） H注射机最大开模行程=500mm；H1推出距离（脱模距离）H2包括浇注系统在内的塑件高度（mm）500132.5+（132.5+33）+10 满足条件。4.8脱模力的计算该制件为圆环形截面，脱模力计算公式为式中 r型芯平均半径 r=62mmK2无量纲系数，其值随f和而异，查表得，K2=1.0087 K1无量纲系数，其值随和而异，查表得，K1=21.85 S塑料平均成型收缩率 S=2% E塑料的弹性模量，MPa，查表得E=1500MPa L塑件对型芯的包容长度，mm，L=131.89mm f塑件与型芯之间的摩擦因数，f=0.5 模具型芯的脱模斜度，=1 塑料的泊松比，=0.33 A塑件型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，A=13471.385mm2由上可得，脱模力4.9模具冷却系统的设计（一）模具温度对塑件制品质量的影响模具温度及其波动对制品的收缩率、尺寸稳定性、力学行为、变形、应力开裂和表面质量均有影响。模温过低使熔体流动性差，制品轮廊不清晰，甚至不充满型腔或形成熔接痕，制品表面不光泽，缺陷多，力学性能降低。（二）模具温度对模塑周期的影响注射模具的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、塑件的尺寸精度、力学性能都有影响。适当降低模具温度，有利于缩短冷却时间，提高生产效率，提高生产效率。冷却系统的目的是通过控制模具的温度，使注射成型具有良好的质量。4.10.1冷却装置的设计原则（1） 在满足冷却所需的传热面积和模具结构允许的前提下。冷却回路应尽量地多。冷却管道的直径与间距直接影响模温分布。冷却通孔要尽量地大，以便型腔散热均匀。（2） 冷却通道