机械毕业设计（论文）-复印机小端盖注塑模具设计[抽芯].pdf

1 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 题目的背景和意义题目的背景和意义 在现代生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形 状通过一定的方式使原材料成型。由于模具成型具有优质，高产，省料和低成本 等特点，现已广泛应用于汽车，航空航天，仪器仪表，家电，机械制造，石化， 轻工日用品等工业部门。美国是世界上超级经济大国，也是世界模具工业的领先 国家，日本经济之所以能飞速发展，并在国际市场上占有一定优势，模具工业的 迅猛发展是重要原因之一1。一个国家的模具设计,制造水平反映了这个国家的 机械制造水平2。 塑料模具是现代塑料工业生产中最重要的工艺装备， 塑模工业是国民经济的 基础工业之一3。用塑模成型零件的主要优点是制造简便，材料利用率高，产品 的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效 果。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.2 国内外模具工业的发展状况国内外模具工业的发展状况 中国塑料机械虽然发展很快、生产品种也较多,基本上能供给国内塑料原料 加工与塑料制品加工、 成型所需的一般技术装备,个别产品也进入世界前列,但与 工业发达国家如德国、日本、意大利相比,中国塑料机械还有一定差距,主要表现 在品种少、能耗高、控制水平低、性能不稳定等方面。目前中国塑料机械产品主 要集中在通用的中小型设备上,技术含量低,20 世纪80- 90年代的低档产品供大 于求,机械制造能力过剩,企业效益下降。 有的品种特别是超精大型高档产品还是 空白,仍需进口4。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 2 欧美许多模具企业的生产技术水平，在国际上是一流的。将高新技术运用于 其中已成为快速制造优质模具的有力保证。cad/cae/cam 的广泛运用，显示 了用信息技术带动和提升工业的优越性，在欧美，这些已经达到了广泛应用5。 cae 技术在欧美也逐渐成熟，在注射模具设计中应用 cae 分析软件，预测成型 过程中可能发生的缺陷。cae 技术在模具设计中的作用越来越大，意大利 conau 公司应用 cae 技术后，试模时间减少了 50%以上。为了缩短制模周期、 提高市场竞争力，普遍采用高速切削加工技术。在欧洲模具展上，成型技术与快 速制模技术占据了十分突出的位置，有 sla、sls、fdm 和 lom 等各种类型的 快速成型设备，也有专门提供原型制造服务的机构和公司6。 毕业设计（论文） 3 1.3 塑料模具发展走势塑料模具发展走势 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越 来越高。为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工 都必将有较快发展，而且这种发展必须跟上时代步伐。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。 a. 超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。 b. 多种材质、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。 c. 为各种快速经济模具，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。 d. 模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化、网络化方向发展。 e. 更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展 和推广应用。 f. 更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些 特殊的和更为先进的加工方法。 g. 各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会 不断得到发展。 h. 逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。 i. 热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所 发展。 j. 模具标准化程度将不断提高。 k. 在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天， “绿色模具” 的概念已逐渐 被提到议事日程上来。即，今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及 模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重 复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。 1.4 课题研究的意义及主要研究内容课题研究的意义及主要研究内容 结合大学四年所学的理论知识，以及将来所从事的专业，通过这次设计能够 正确设计中等复杂程度的塑料模具和常见的塑料制品， 能正确的分析与判断塑料 制品成型过程中出现的常见缺陷，将理论知识运用到实践中，并能解决工程中到 的实际问题。 本设计主要研究内容如下： a. 熟悉端盖的图样和技术条件，然后对其进行工艺分析。 毕业设计（论文） 4 b. 确定模具型腔的数目、选择分型面、确定型腔的布置方案。 c. 确定成型零件、浇注系统、侧向分型与抽芯、脱模方式、定位与支承机 构、导向机构。 d. 对注塑模的主要零件尺寸进行设计计算。 e. 选择合理的塑压设备，确定成型机的技术参数。 f. 确定模具结构,然后选用标准模架，并完成端盖注射模具设计。 g. 最后绘制端盖注射模的装配图及主要零件图，零件图标注尺寸、公差及 技术条件，并对主要零件进行强度校核。 h. 根据课题研究过程，撰写毕业设计说明书，要求 15000 字以上。 2 复印机小端盖的工艺性分析 5 2 复印机小端盖的工艺性分析复印机小端盖的工艺性分析 2.1 塑件的材料与结构分析塑件的材料与结构分析 2.1.1 塑件的体积及质量计算塑件的体积及质量计算 体积及质量的计算也利用 pro/engineer 的分析模块自动计算获得（塑 件密度由塑料模设计手册表 14 查得：=1.2g/cm3） ，如图 2.1 所示： 图 2.1 塑件三维图 结果如下： 体积 = 3.9154560e+04 mm3 曲面面积 = 3.3292011e+04 mm2 密度 = 1.2000000e+00 公吨 / mm3 质量 = 4.6985471e+04 公吨 故注塑件体积为： v=39.15cm3 质量为：m=39.15x1.2g=46.98g （注：此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内） 毕业设计（论文） 6 2.1.2 塑件的结构与材料塑件的结构与材料 塑件的三维造型如图 2.2，二维如图 2.3 所示。 图 2.2 塑件三维图 毕业设计（论文） 7 图 2.3 塑件二维图 零件尺寸如图 2.2 所示，该塑件名称为复印机小端盖，塑件形状类似为平板 薄壳结构，盒盖长 110mm,宽 85mm，高 26mm，壳盖壁厚为 3mm，最薄壁厚为 1mm。结构对称。要求具有一定的强度、刚度、耐热和耐磨损等性能。abs 合成 塑料以其很好的韧性、密封性，很高的机械强度，耐化学腐蚀，加工适应性好， 注射成型，挤出成型等所有的加工方法都可以，而且尺寸稳定性好，耐碱性，耐 应力开裂性也好，根据以上特点以及经济因素，采用 abs 塑料。 毕业设计（论文） 8 2.2 塑件的尺寸精度及表面质量塑件的尺寸精度及表面质量 2.2.1 塑件的尺寸精度塑件的尺寸精度 a. 尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然 而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以 便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配 情况来确定尺寸公差，该塑件是一般办公用品，所以精度要求为一般精度即可， 根据精度等级选用表，abs的高精度为mt3级，一般精度为mt4级。根据塑件尺 寸公差表，在公称尺寸在6580范围内，mt4a级的公差值为0.64 mm， mt4b 级的公差数值为0.84 mm。 b. 尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： （2.1） 式中： d制件总的成型误差； ds塑料收缩率波动所引起的误差； dz模具成型零件制造精度所引起的误差； dc模具磨损后所引起的误差； da模具安装，配合间隙引起的误差。 影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。 模具 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素； 塑料材料 主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大； 成型工艺 成型工艺条件的变化直接造成材料收缩，从而影响尺寸精度。 2.2.2 塑件的表面质量塑件的表面质量 该塑件是复印机小端盖，表面粗糙度为细橘皮状，除要求没有凹陷，无毛 刺，内部无缩孔，没有特别得表面质量要求，故比较容易实现。综以上分析 可知，注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型质量很容易得到保 证。 2.3 工艺性分析工艺性分析 为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。 浇口隐藏在塑件 的内部。结合塑件实际情况，采用从顶杆侧面进浇方式。从塑料件侧面进料，因 而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。 塑件的工艺参数： 干燥条件：80- 90 2小时。 aczs ddddd+= 毕业设计（论文） 9 成型收缩率:0.4- 0.7% 。 模具温度：40- 90（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度 较低） 。 注射压力：56- 176mpa 。 注射速度：中高速度。 3 注塑模具结构设计 10 3 注塑模具结构设计注塑模具结构设计 3.1 分型面的确定分型面的确定 分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系 统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺的有关，因此，分型面的选择是注射模 设计中的一个关键。 根据分型面的选择原则： a. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处； b. 在开模时尽量使塑件留在动模； c. 分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量； d. 有利于排气和模具的加工方便； e. 有助于避免侧抽芯或便于侧抽芯。 由以上因素决定，有三种分型面方案，如图 3.1 方案一 毕业设计（论文） 11 方案二 方案三 图 3.1 方案的选择 如图3.1中方案一分型面的选择使得在浇注过程中， 动模和定模上都有侧挖， 不利于散热，设计复杂，不利于简化模具设计，设计不合理。方案二有侧挖，分 型面较大，侧挖结构简单，有利于制品推出，简化模具结构，设计合理。方案三 分型面处，将主要结构全部放入动模中，有侧挖，同时也影响本身的美观。设计 不合理。 该塑件为端盖不太要求过于美观，无斑点和熔接痕，表面质量要求一般高。 在选择分型面时，塑件开模后会包在动模型芯上，模具结构也较为简单。所以， 选塑件大端底平面作为分型面较为合适，故选择分分型面方案二。 3.2 浇口的确定浇口的确定 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。是浇注系统的关键部分，浇 口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响最大。 常用的浇口形式有：1）直接浇口；2）侧浇口；3）扇形浇口；4）平缝浇口； 毕业设计（论文） 12 5）环形浇口；6）轮辐浇口；7）爪形浇口；8）点浇口；9）潜伏浇口；10）护 耳浇口。 本次设计复印机小端盖，该塑件属于外观件，端盖表面质量要求无斑点和熔 接痕，进浇入潜在外面影响美观，所以要把进浇口隐藏在塑件的内部。结合塑件 实际情况，采用从顶杆侧面进浇方式，见下图 3.2: 图 3.2 进浇方式 3.3 型腔数目的确定型腔数目的确定 注射模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔，在型腔数目的确定 时主要考虑以下几个有关因素： a. 塑件的尺寸精度； b. 模具制造成本； c. 注射成型的生产效益； d. 模具制造难度。 考虑到该塑件是一般办公用品，查手册得塑件的经济精度推荐 4 级，塑件的 尺寸中等，考虑其浇注方式为潜伏式测浇结构，为保证其主浇道浇注不发生偏移 的情况至少采用一模 2 腔结构。考虑其经济性能，降低模具制造成本低，所以本 次设计采用一模 2 腔结构比较合适，装配也方便。 毕业设计（论文） 13 3.4 浇注系统设计浇注系统设计 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔 体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传料， 传热， 传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难 易程度和模具设计及加工的复杂程度， 所以浇注系统是模具设计中的主要内容之 一。 3.4.1 主流道主流道 主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道， 通常和注射机的喷嘴在同 一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料 流的速度，因为要和注射机相配，所以根据选用的 xs-zy250 型号注射机的相关 尺寸得 喷嘴前端孔径：d0=4.0mm； 喷嘴前端球面半径：r0=16mm； 根据模具主流道与喷嘴的关系 () () 0 0 12 0.51 rrmm ddmm =+ =+ 取主流道球面半径：r=16mm； 取主流道小端直径：d=4.5mm 为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为26o 此处选用 2，经换算得主流道大端直径为 6.4mm。如图 3.3 所示。 毕业设计（论文） 14 图 3.3 主浇道 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞， 所以主流道部分常 设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。 3.4.2 分流道分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作 用， 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可 能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。分流道如图 3.4 所示。 图 3.4 分流道 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却， 只有中心部位的塑料熔体的 流动状态较为理想，因此里面分流道的内表面粗糙度 ra 并不要求很低，一般取 0.4m 左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定， 从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差， 以保证熔体流动时具有适宜的剪 切速率和剪切热。 毕业设计（论文） 15 3.4.3 浇口的设计浇口的设计 a. 浇口类型及位置的确定浇口类型及位置的确定 该模具是小型塑件的型腔模具，同时从所提供塑件图样中可看出，在底部顶 杆上的设置潜伏式侧浇口比较合适。 该模具采用侧浇潜伏式浇口， 其有以下特性: (1) 形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； (2) 试模时如发现不当，容易及时修改； (3) 能相对独立地控制填充速度及封闭时间； (4) 对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 如图 3.5 所示。 图 3.5 浇口 3.4.4 浇口套的形式及固定方式浇口套的形式及固定方式 而对于浇口套的固定则采用定位圈压紧浇口套外肩，并用四个螺钉把定位圈 固定在定模座板上的方式， 定位圈一般高出定模座板 510mm的距离。 其具体定 位如图 3.6 所示。直径为 100mm。 图 3.6 浇口套固定方式 毕业设计（论文） 16 3.5 成型零部件设计成型零部件设计 成型零件工作时直接与塑料熔体接触，要承受熔融塑料流的高压冲刷、脱模 摩擦等。因此，成型零件不仅要求有正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的 表面粗糙度值，而且还要求有合理的结构和较高的强度、刚度及较好的耐磨性。 设计注射模的成型零件时，应根据成型零件的塑料性能、使用要求、几何结构， 并结合分型面和浇口位置的选择、 脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体 结构；根据塑件的尺寸计算成型零件型腔的尺寸；确定型腔的组合方式；确定成 型零件的机械加工、热处理、装配等要求；对关键部位进行强度和刚度校核。由 此可见，注射模的成型零部件设计是注射模设计的一个重要组成部分。 3.5.1 成型零部件结构设计成型零部件结构设计 成型零件是决定塑件几何形状和尺寸的零件。它是模具的主要部分，主要包 括凹模、凸模及镶件、成型杆等。 a. 端盖凸模结构设计端盖凸模结构设计 凸模即成型塑料制品内表面的大型芯， 而成型制品上的孔的是小型芯或称成 型杆。 凸模分为整体结构的凸模、整体镶入结构的凸模和镶拼组合结构的凸模三 种。此次设计采用整体结构凸模。型芯结构如图 3.7 所示。 毕业设计（论文） 17 图 3.7 型芯镶块 b. 凹模的结构设计凹模的结构设计 凹模是成型制品外表面的成型零件（型腔） ，是制品外表面形状、结构的复 制。结合制件的结构特性和模具的制造要求，采用整体结构凹模。对于易损部分 容易更换。如图 3.8 所示。 毕业设计（论文） 18 图 3.8 型腔镶块 3.5.2 成型零件工作尺寸计算成型零件工作尺寸计算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸， 主要有型腔和 型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺 寸。影响塑件尺寸精度的因素很多，概括地说，有塑料原材料、塑件结构和成型 工艺、模具结构、模具制造和装配、模具使用中的磨损等因素。塑料原材料的影 响主要是指收缩率。 常用按平均收缩率、平均磨损量和平均制造公差为基准的计算方法。该塑料 的平均收缩率s 为： %55 . 0 %100 2 minmax = - = ss s (3.1） 式中 s塑料平均收缩率； max s塑料最大收缩率； min s塑料最小收缩率。 a. 型芯尺寸的计算型芯尺寸的计算 (1) 型芯径向尺寸的计算型芯径向尺寸的计算 毕业设计（论文） 19 型芯径向尺寸计算公式如下： 0 00 0 ) 4 3 ()( ss- d+=sdddt （3.2） t d =168+1680.0055+(3/4)0.66 =169.420_0.22 式中 t d 型芯的径向基本尺寸； 0 d 塑件的径向基本尺寸； s制造公差； d塑件公差； s 塑料的平均收缩率。 表 3.1 型芯径向尺寸表 塑件的径向尺寸 0 d 平均收缩率s 制造公差s 塑件公差d 型芯的径向尺寸 t d 16 0.0055 0.13 0.40 16.380_0.13 40 0.0055 0.19 0.56 40.780_0.19 101 0.0055 0.22 0.66 101.890_0.22 b. 型芯高度尺寸的计算型芯高度尺寸的计算 型芯高度尺寸的计算公式如下： () 0 00 0 3 2 s s - - d+=shhht (3.3) t h =50.79+50.790.0055+(2/3)0.56 =51.440_0.19 式中 t h 型芯深度基本尺寸； 0 h 塑件内形深度尺寸； s制造公差； d塑件公差； s 塑料的平均收缩率。 (1) 型腔尺寸的计算型腔尺寸的计算 1) 型腔径向尺寸计算公式如下： () s s + + d-+= 0 000 4 3 sddda (3.4) a d =109.94+109.940.0055+(3/4)0.46 =110.89 0+0.15 毕业设计（论文） 20 式中 a d 型腔径向基本尺寸； 0 d 塑件径向的基本尺寸； s制造公差； d塑件公差； s 塑料的平均收缩率。 表 3.3 型腔径向尺寸表 塑件的径向尺寸 0 d 平均收缩率 s 制造公差s 塑件公差d 型腔的径向基本尺寸 a d 28 0.0055 0.09 0.28 27.94 0+0.09 85 0.0055 0.15 0.46 85.07 0+0.15 110 0.0055 0.15 0.46 110.09 0+0.15 2) 型腔深度尺寸计算公式如下： () s s + + d-+= 0 000 3 2 shhha (3.5) a d =9.55+9.550.0055+(2/3)0.2 =9.74 0+0.07 式中 a h 型腔深度基本尺寸； 0 h 塑件内形深度尺寸； s制造公差； d塑件公差； s 塑料的平均收缩率。 表 3.4 型腔深度尺寸表 塑件内形深度尺寸 0 h 平均收缩率s 制造公差s 塑件公差d 型芯深度基本尺寸 a h 25.45 0.0055 0.11 0.34 25.74 0+0.11 17.6 0.0055 0.11 0.34 17.370+0.11 4 0.0055 0.07 0.2 3.990+0.07 毕业设计（论文） 21 3.6 导向零件的设计导向零件的设计 导向零件是保证动模与定模或上模与下模合模时正确定位和导向的重要零 件。其主要零件包括导柱和导套。导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定为 两种。导向装置有以下作用： a. 导向作用； b. 定为作用； c. 承受一定的侧向压力。 在设计导向装置时，必须合理选择装置的类型，确定导柱数量、大小及布 置位置，考虑导向装置的加工工艺性，设置时还得注意模具的强度，最后达到 良好的导向效果。本次设计选择注射模最常用的四导柱对称分布的形式。 3.7 抽芯机构和顶出机构的设计抽芯机构和顶出机构的设计 3.7.1 抽抽芯机构的设计芯机构的设计 当塑件上与开合模方向不同的内侧或外侧具有孔、 凹穴或凸台式塑件不能直 接从模具中脱出。此时须将成型塑件侧孔或侧凹等的模具零件做成活动的，即侧 型芯。抽芯机构一般可分为：手动、机动、液压或气动三大类。本次设计采用机 动抽芯机构，其优点有：抽拔力大，生产效率高，操作方便，动作可靠，容易实 现自动化等特点。由于本塑件有内侧凹槽，综合各种抽芯机构的优点，应采用斜 顶抽芯机构，抽芯机构图如图 3.9 所示。 毕业设计（论文） 22 图 3.9 斜顶抽芯机构 毕业设计（论文） 23 3.7.2 顶出机构的设计顶出机构的设计 a. 潜伏式浇口凝料自动推出。潜伏式浇口凝料自动推出。 顶出时，潜伏式浇口在顶杆顶出力作用下，被剪切掉，留在顶杆上随产品一 起顶出。后续再处理掉。如下图 3.10 图 3.10 凝料推出方式 开模时，使凝料留在定模一侧，动模移动，由于限位钉和定距板的共同作 用，凝料从浇口套中拔出，完成凝料脱出动作。 毕业设计（论文） 24 b. 塑件推出方式塑件推出方式 由于塑件的特殊结构，斜顶成型结构的作用，斜滑块不但是成型零件还兼做 推出机构。这样设置有以下优点： (1) 推套推出机构设置在动模一侧； (2) 推出力均匀，保证塑件推出过程中不变形； (3) 机构简单，动作可靠，斜顶强度、硬度、刚度足够； (4) 有良好的外观质量，推出塑件的位置隐蔽。 3.8 脱脱模结构的设计模结构的设计 机构采用推杆推出的典型结构，推杆直接作用于塑件的内表面不会影响到外 观。此机构由 7 个零件组成分别为推杆，推板，推杆固定板，拉料杆，复位杆， 限位钉， 推板导柱。 推杆直接作用于塑件表面， 将塑件推出模外， 推杆需要固定， 因此设推杆固定板和推板，两板间螺钉连接；注塑机上的顶杆作用在推板上；为 了确保推出板平行移动，推出零件不致于弯曲卡死，设有推板导柱和导套；推板 的回程是靠复位杆实现的，最后一个零件是拉料杆，它的作用是勾着浇注系统的 冷料使整个浇注系统随同塑件一起留在动模，在推板与定模底板间设限位钉，限 位钉有两个作用，一是使推板与底板间形成间隙，一但落入废料屑，也不会影响 推板复位。 另一个作用是在模具制造时可调节限位钉头部的厚度来控制推杆返回 的位置。 脱模动作由注塑机液压系统来完成，有利于提高生产效率。推杆直径 56mm,推杆和推杆固定板采用轴肩连接，在推杆固定板上同时安装四根复位杆 和四根导柱起复位和导向作用。由于塑件的特殊结构，斜顶成型结构的作用，斜 顶杆不但是成型零件还兼做推出机构。 3.8.1 脱模力的计算脱模力的计算 对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（q） ： ()cossinqlhp faa=- （3.6） =2481010（0.1cos0.5- sin0.5）2 =4526.9（n） 式中 l-型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）; 毕业设计（论文） 25 h-被包紧部分的深度（cm）; p -由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取7.8 11.8mpa； f -磨擦系数，一般取0.11.2； a-脱模斜度( ) o ； 3.9 顶杆的设计顶杆的设计 a. 推杆的强度计算 查塑料模设计手册之二由式 5-97 得 d=（q en 3 22 l64 p f ） 4 1 (3.7) d圆形推杆直径cm f 推杆长度系数0.7 l推杆长度cm n推杆数量 e推杆材料的弹性模量n/ 2 cm (钢的弹性模量e=2.1 10 7n/2 cm ) q总脱模力 取 d=6mm。 b. 推杆压力校核 查塑料模设计手册式5-98 s= s dn q s p 2 4 (3.8) s s 取320n/mm s s s 推杆应力合格，硬度hrc5065 c. 顶杆形式如图3.11所示。在本设计有顶杆有14个，全部d=6mm。 毕业设计（论文） 26 图 3.11 顶杆 4 冷却设计及排气系统 27 4 冷却设计及排气系统冷却设计及排气系统 4.1 冷却水冷却水道道热传热传面积面积 4.1.1 塑料塑料传给传给模具的模具的热热量量 q c1 (t1t2)+u (4.1) 式中： 1 c- - 塑料的比热容，kj/()； 1 t- - 塑料熔体进入模具时的温度，； 2 t- - 塑件脱模时的温度，； u- - 结晶型塑料的融化潜热，kj/。 查表得： 1 c=1.759；u= 2 1063 . 1 。 q= 3 10681 . 3 kj/。 4.1.2 冷却水冷却水的体积流量的体积流量 v )( 21 1 ttc wq -r (4.2) =（1.252.5）/604.451（25c- 20c） =0.35m3/min 式中 v- - 冷却介质的体积流量（m 3/min） ； w- - 单位时间内注入模具中的塑料重量（kg/min） ； q1- - 塑件在凝固时所放出的热量（j/kg） ； - - 冷却介质的密度（/mm 3） ； c- - 冷却介质的比热容j/（c） ； t1- - 冷却介质的出口温度（） ； t2- - 冷却介质的进口温度（） ； 毕业设计（论文） 28 4.1.3 冷却水道热传面积冷却水道热传面积 tk wq d = 60 a (4.3) 式中：a- - 冷却水道总传热面积，； k- - 冷却水道孔壁与冷却介质之间的传热模系数，kj/(h )； t- - 模温与冷却介质之间的温差，。 水道直径 d 取 8 。 k= 3 10.57 则 5105 . 7 60/1045 . 4 25 . 1 60 a 3 2 = =0.018 图 4.1 冷却系统分布示意图 4.2 排气排气系统的设计系统的设计 排气系统对确保制品成型质量起着重要的作用，排气方式一般有利用排气 槽，利用型芯、镶件、推杆等的配合间隙，利用分型面上的间隙。 本次设计的任务量和模具工艺的成本考虑， 利用分型面上的间隙就能够满足 排气的需求，所以就不用再设计排气槽了。 5 注塑机的选择及校核 29 5 注射机的选择及校核注射机的选择及校核 5.1 选择选择注注射射机机 a. 由公称由公称注注射射量量选选定注定注射射机机 由 注 射 量 选 定 注 射 机 。 由pro/e建 模 分 析 得 （ 材 料 密 度 取 1.05g 3 2 . 1 - =cmgr） ： 总体积 v=39cm 3；总质量 m=47 g ； 流道凝料 v/=0.5v (流道凝料的体积(质量)是个未知数，根据手册取 0.5v(0.5m)来估算，塑件越大则比例可以取的越小)；因为此为一模两腔结构。 所以： 实际注射量为： 实 v =2v+0.5v=239+391.5=97.5cm 3 ； 实际注射质量为 实 m=2.5m=472.5=117.5g； 根据实际注射量应小于 0.8 倍公称注射量原则，即： （5.1） 式中 0 v 注射机的最大注射量，cm 3； v 制品的体积（包括制品、浇注系统及飞边在内） ，cm 3； 浇 v 浇道及浇口凝料和飞边体积，cm 3； i v 个制品的体积，cm 3； i型腔数； k注射机最大注射量的利用系数，取 k=0.8。 0 vv/k=（392+19.5）/0.8=122cm 3。 b. 由锁由锁模模力选力选定注定注射射机机 (5.2) 式中： d 取的是塑件的平均直径； 0 f 注射机的公称锁模力； 模 p模内压力（型腔内熔体的压力） ，pa； 浇 vvvkv n i i+ = =1 0 kn pkaf 3 .482 1040 4 8014. 3 22 . 1 6 2 模分 毕业设计（论文） 30 分 a 制品、流道、浇口在分型面上的投影面积之和， 2 m 。 k- - 压力损失系数，随塑料品种、注射机类型、喷嘴阻力、流道阻力等因 素变化，可在 1.11.2 范围内选取，在设计中取 1.2； 结合上面两项重要技术参数，初步确定注射机为 xs- zy250 型，其主要技术 参数如下： 额定注射量/cm3 250 锁模力/kn 1800 螺杆直径/mm 50 注射压力/mpa 147 最大开模行程/mm 500 注射行程/mm 160 模具最大厚度/mm 350 注射速率/(g/s) 114 模具最小厚度/mm 200 注射方式 螺杆式 模板尺寸/mm 315 500 结构形式 卧式 合模方式 液压 定位圈直径/ mm 100 电动机功率/kw 24 喷嘴 球半 径/mm 18 孔直径/mm 4 5.2 注射机的校核注射机的校核 5.2.1 注注射压力射压力的的校核校核 p0p 式中：p- - 塑件成型所需的压力； p0- - 注射机最大注射压力。 查资料知 p0=147mpa； abs 注射成型压力位 p=56176mpa,取 100mpa。 满足要求。 毕业设计（论文） 31 5.2.2 最大注射量的校核最大注射量的校核 最大注射量和制品的重量或者体积有直接关系，两者必须相适应，不然会影 响产品的产量和质量。若最大注射量小于制品重量，就会造成制品的形状不完整 或者是内部组织疏松，制品强制下降等缺陷；若注射量过大，注射机利用率低， 浪费电能，可导致塑料分解。为确保塑件质量，注射模一次成型的塑件质量（包 括流道凝料质量）应在公称注射量的 35%75%范围内，最大可达 80%，最小不 小于 10%。为了保证塑件质量，选择范围通常在 30%70%。 满足要求。 5.2.3 锁模力的校核锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后， 可以按下式校核注射机的额定锁模力： （5.3） 式中 f 注射机额定锁模力：1800kn； k 安全系数，通常取 1.11.2，取k =1.2；满足注射机的锁模力要求。 5.2.4 喷嘴尺寸校核喷嘴尺寸校核 注射机喷嘴前端孔径和球面半径与模具主流道衬套的小端直径和球面半径 一般应满足下列关系，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模所以，注射机喷嘴 尺寸是标准，模具的制造以它为准则。 满足要求。 %39%100 250 5 . 97 250 5 . 97 3 3 = = = 公 实 公 实 v v cmv cmv kn pkaf 3 .482 1040 4 8014. 3 22 . 1 6 2 模分 mmdd mmrr ) 15 . 0( )21 ( += += 毕业设计（论文） 32 5.2.5 注射机固定模板定位孔与模具定位圈的关系注射机固定模板定位孔与模具定位圈的关系 注射机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注射模端面 凸台径向尺寸须与定位孔两者按 h7/f9 配合， 以保证模具主流道的轴线与注射机 喷嘴轴线相重合，否则将产生溢料并造成流道凝料脱模困难，定位圈的高度 h， 小型模具为 810mm，大型模具为 1015mm。满足要求。 5.2.6 模具外形尺寸校核模具外形尺寸校核 开模时，推板随动模部分向开模方向移动当达到开模行程时就停止。 开合模的过程中， 模具总的开模行程=mm28(塑件推出距离)+mm26(塑件高 度)mmmmmm500)6459()105(=+ (注射机最大开模行程)，合格；当动模 开模行程足够，顶板移动带动推杆，推杆推动推板将制品从动模板上脱落，完成 开模过程。合模时，推板复位带动推杆和顶板复位。 各参数校核均合格，所以本模具所选注射机完全满足使用要求。在此注塑机 上可以完成制品的制作。 5.2.7 模具的安装紧固模具的安装紧固 注射机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“t”形槽，用于 安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接 固定时（大型模具常用这种方法） ，模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与 注射机模板台面上对应的螺孔一致； 采用压板固定时 （中， 小模具多用这种方法） ， 只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。该模具外形尺寸为 450350，属中小型模具，所以采用压板固定法（一般认为当尺寸在 500500 内 为中、小模具） 。 5.3 本章本章小结小结 本章根据注射机的相关参数并结合产品的成型要求，选择了型号为 xs-zy250 型的注射机。重点对所选注射机的最大注射量、锁模力、喷嘴尺寸、 模具外形尺寸等参数做了校核，验证了 xs- zy2505 注射机满足要求，为注射成 型设计奠定了基础。 6 模具材料的选择 33 6 模具材料的选择模具材料的选择 现有的模具模架已经标准化， 所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特 性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料。如何选择合理的模具钢，是关系到模 具质量的前提条件，如果选材不当则所有的精密加工和所投入的工时，设备费用 将浪费。 在选择模具钢时，首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能，从使用性能考 虑：硬度是主要指标之一，模具在高应力作用下欲保持尺寸不变，必须有足够的 硬度。当承受大强度载荷时还要考虑磨损，断裂等问题，所以韧性也是一重要指 标，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，从 abs 特性看，这三项指标是必须满 足的，此外还有红硬性，抗压，屈服强度，抗弯强度和热疲劳能力的指标。 对塑料模具提出如下要求： a. 钢料纯净，要求夹杂物少、偏析少，表面光洁度高； b. 表面耐磨抗蚀，并要求有一定的表面硬化层，表面硬度一般在 hrc45 以 上； c. 足够的强度和韧性； d. 热处理变形小，以保证互换性和配合精度。塑料模具的制造成本高，材 料费用只占模具成本的极小部分。 因此选用钢材时，应优先选用工艺性能好，性能稳定和使用寿命较长的种。 从工艺性能考虑：要热加工工艺好，加工温度范围宽，冷加工性能如切削、 铣削、抛光等加工性能好，此外还要考虑淬透性和淬硬性，热处理变形和氧化脱 碳等性能。另外从经济考虑，要求材料来源广，价格低。加工工艺路线；锻造- 退火- 粗加工- 调质或高温回火- 精加工- 淬火- 回火- 钳工抛光- 镀铬- 抛光装配。 查手册选择型芯的材料是cr12mov， 该材料机械加工性能较好， 经热处理(淬 火及回火)后，具有优良的耐腐蚀性能，抛光性能，较高的强度和耐磨性，适于 制造承受高负荷， 高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具， 透明塑料制品模具等， 其他部件选用 45#，t8a，q235 等。 t8a 优质碳素工具钢；主要成分 c0.75%- 0.8%；mn0.4% ；si0.4% ,淬火 780- 800 摄氏度； 冷却:水,最终热处理硬度(hrc):56- 62；用途:木工用铣刀, 钻头圆锯片;钳工用工具,铆钉冲模。 45#是优质碳素结构钢 45#含碳量 0.45%；45#弹性模量取 e=210 gpa ；抗 拉强度取 600mpa ；屈服强度取 355mpa； 这些在机械设计手册里面有查。 7 模具装配图及制造工艺 34 7 模具装配图及制造工艺模具装配图及制造工艺 7.1 模具模具装配装配图图 1.定模座板 2.定模板 3.型腔 4.型芯 5.动模板 6.斜顶 1 7.斜顶 2 8.推杆固定板 9.推杆底板 10.动模座板 11.顶杆 12.斜顶座 1 13.斜顶座 2 14.螺钉 15.螺钉 16.拉料杆 17.垃圾钉 18. 复位杆 19.复位弹簧 20.浇口套 21.螺钉 22.螺钉 23.定位圈 图 7.1 模具装配图 毕业设计（论文） 35 图 7.2 模具三维图 图 7.3 模具三维图爆炸图 小端盖模具工作过程： 将模具合模后安装到卧式注射机上，调整好成型参数，注塑模在合模锁紧 后， 注塑机与浇口套之间进行连接。在一定的注射压力下注塑机开始向浇口套内 注塑熔融塑胶，使塑化的 abs 熔料注入模具型腔中，熔融塑胶注满型腔后，停 止射胶， 完成注射过程。 在冷却循环系统的作用下， 塑件在模腔内冷却固化成型。 一定时间后，注塑机机台打开，动模侧随机抬向后运动，模具分型面打开，塑件 毕业设计（论文） 36 因为包紧力包在型芯上留在动模侧。 开模过程中浇口套中的料在拉料杆的作用力 下，拉出浇口套留在动模侧。 机台顶杆向前顶在模具顶针板上。顶针板向前运动，顶针板上的 13 支顶杆 和 8 个斜顶一起向前运动。斜顶一边运动，一边向开模方向垂直侧移动完成侧抽 芯。产品在顶杆作用力下顶出型芯，完成脱模动作。 产品和流道完全脱离后，注塑机台移动侧向前运动，模具复位杆顶到定模 板上，把顶针板向后推回初始位置，导柱导套对准定位，模具合模，机台锁紧开 始下一个动作循环。 7.2 模具制造工艺模具制造工艺 7.2.1 塑料模塑料模制造技术制造技术要要求求 模具精度是影响塑料成型件精度的重要因素之一。为了保证模具精度，制造 时应达到如下主要技术要求： a. 组成塑料模具的所有零件，在材料、加工精度和热处理质量等方面均应 符合相应图样的要求。 b. 组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如， 并达到规定的平行度和垂直度要求。 c. 模具的功能必须达到设计要求。 d. 抽芯滑块和推顶装置的动作正常等。 e. 为了鉴别塑料成型件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并 根据试模存在的问题进行调整，直至试出合格的成型件为止。 7.2.2 塑料模的塑料模的装配装配和和试试模模 a. 型芯和支撑板板通常采用过渡配合或采用埋入式，而型腔部分则采用镶 嵌或拼块形式，为了保证导向作用，动、定模的导柱、导套孔的孔距精度应控制 在 0.001mm以内。 b. 试模前，必须对设备的油路、水路以及电路进行检查，并按规定保养设 备，做好开机前准备；原料应该合格；在开始试模时，原则上选择在低压、低温 和较长的时间条件下成型，然后按压力、时间、温度这样的先后顺序变动；注射 成型是可选用高速和低速两种工艺；对粘度高和热稳定性差的塑料，采用较慢的 螺杆转速和略低的背压加料和预热，相反则采用较快的螺杆转速和略高的背压。 试模过程中应作详细记录，将结果填入试模记录卡，并注明模具是否合格。试模 后，将模具清理干净，涂上防锈油，然后分别入库或返修。 8 模具可行性分析 37 8 模具可行性分析模具可行性分析 8.1 本本模具的模具的特点特点 a. 模具的要模具的要求求 本模具结构合理、紧凑，符合客户的生产要求； b. 模具模具所解决所解决的的问问题题 模具的设计不仅解决了一些形状复杂的塑胶零件无法加工成型的问题，还 使得生产实现自动化，提高了生产效率，降低了生产成本，在精度方面也有一 定的提高； c. 模具的加工方模具的加工方法法 在制造的过程当中，采用线切割，放电，磨，铣等多种加工方法，减少生 产周期。 8.2 市场效益市场效益及及经济效益经济效益分析分析 首先，该产品的市场需求量很大，有着广阔的市场前景；其次，采用注塑 成型不仅可以实现自动化生产，提高生产效率，节约劳动力，降低成本；最后， 该产品的材料为 abs，吸水后可以降解，不会对人体和环境造成污染。 综上所述，该设计方案是一个可行的经济合理的方案。 9 总结 38 9 结论结论 毕业设计是一种综合性较强的专业实践环节，它具知识面宽、学科广、综 合性强，通过这次毕业设计，我巩固了以前学过的知识，提高了查阅资料的能 力，使我更加认识到毕业设计的重要性，从而提高了我理论联系实际的设计能 力和动手能力。为我今后走向工作岗位打下了一定的基础。 在本次设计中，我设计了复印机小端盖注射模具设计，通过这次设计，我 学到了许多的东西。首先，先对零件进行工艺分析与计算，其中包含工艺分析 与设计方案的确定，确定分型面，计算锁模力与选择注塑设备。零件