注射器塞杆注塑模模具设计

摘 要 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一 ,而注塑模具时期 中发展较快的种类 ,因此 ,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 . 本设计介绍了注射成型的基本原理 ,特别是单分型面注射模具的结构与工作原理 ,对注塑产品提出了基本的设计原则 ;详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程 ,并对模具强度要求做了说明 ; 通过本设计 ,可以对注塑模具具有一个初步的认识 ,注意到设计中的某些细节问题 ,了解模具结构及工作原理 . 关键词 : 塑料模具 分型面 标准 he in of in is to to of of is to of of of of of to to to a in of 目 录 第一章 绪 论 .题的来源和意义 .内发展状况 .外发展状况 .设计的目的和意义 . . . 二章 塑件成型工艺分析 .件及材料的分析 .定模具的结构形式 .注系统的设计 .三章 结构设计及计算 .型零件的结构设计 .型零件刚才的选用 .型零件工作尺寸的确定 .架的确定 .模板尺寸的确定 .气槽的设计 .膜推出机构的设计 .却系统的设计 .向与定位机构的设计 .四章 整体设计及小结 .体设计 15 结 16 谢辞 .考文献 .连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）1 第一章绪论 题的来源和意义 模具工业是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的高度重视。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；在日本，模具被誉为“模具工业是进入富裕社会的源动力”，在联邦德国模具被冠之以“金属加工业中的帝王”之称；在罗马尼亚，有“模具就是黄金”之说；新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业”，中国模具权威经理称为“模具是印钞机”。可见其受重视的程度，当今“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所接受 1。 本次的毕业设计可以使我掌握注射模的模具结构机构的设计，对 一系列造型软件的应用熟练，让我们能更快适应未来的生产，工作。培养自己综合运用所学基础和专业基本理论、基本方法分析和解决测量与控制及其它相关工业实际问题的能力，在独立思考、独立工作能力方面获得培养和提高。随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业、等各个行业广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经一个国家制造业水平的重要标志之一，也成为民族工业的支柱行业之一 2。 内发展状况 我国在注塑模技术开发研究与应用方面起步较晚。从 20 世纪 80 年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模系统。同时，某些高等学校和科研院所也开始了注塑模系统的研制与开发工作，我国注塑模 究始于 07 年代末，发展较为迅速多年来 ,我国对注塑模设计制造技术及其开发应用十分重视，在 “八五 ”期间 ,由北京航空航天大学、华中理工大学、四川联合大学等单位联合进行了国家重点科技攻关课题 “注塑模成系统 ”，并于 1996 年通过鉴定，部分成果己投入实际应用，使我国的注塑模研究和应用水平有了较大提高 【 3】 。目前拥有自主版权的软件有，华中理工大学开发的塑料注塑模 统 州工业大学研制的 2 一 析软件等 待在试用中逐步完善。这些项目的成果对促进我国注塑模技术的迅速发展起了重要作用，使我国注塑模技术及应用水平很快提高 4。目前，我国经济仍处于高大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）2 速发展阶段。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具 采购 趋向也十分明显 5。因此，放眼未来，模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。这对我们新时代的年轻人来说是一个巨大的机会也是一次强大的挑战 6。 外发展状况 国外注塑模具制造行业的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品质量及生产效率。国外发达国家模具标准化程度达到 70% 80%，实现部分资源共享，大大缩短设计周期及制造周期，降低生产成本 满足用户需求 7。模具企业在技术上实现了专业化，在模具企业的生产管理方面，也有越来越多的采用以设计为龙头、按工艺流程安排加工的专业化生产方式，降低了对模具工人技术全面性的要求，强调专业化 8。 国外注塑成型技术在也向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。因此，模具向高精度复杂、多功能的方向发展。例如：组合模、即钣金和注塑一体注塑铰链一体注塑、活动周转箱一体注塑；多色注塑等；向高效率、高自动化和节约能源，降低成本的方向发展。例如：叠模的大量制造和应用，水路设计的复杂化、装夹的自动化、取件全部自动化 9。 近二十多年间，国外注塑模技术发展相当迅速。 70 年代许多研究者对一维流动进行了大量研究，由最初的 术和 术以图纸为媒介传递信息向体化方向发展。 80 年代初开展三维流动与冷却分析并把研究扩展到保压分子取向以及翘曲预测等领域。 80 年代中期注塑模进入实用阶段，出现了许多商品化注塑模 件，比较著名的有 :司的统； 司的 件； G 公司的统等等 此，未来的一段时间内，他们将朝着大型、精密、复杂与长寿命模具的方向发展 10。 设计的意义和目的 本设计以社会实际产品为课题，熟练使用 绘图软件设计一副能 够生产所给工件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的模具。2使学生在工件结 构设计、塑料注射模基本原理、塑料注射模设计基本方大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）3 法，以及资料检索、英文翻译等 方面获得综合训练，为缩短工作适应期奠定坚实的基础。 意义：培养我们设计、创新能力，提高对模具设计基本原理，工艺设计过程、方法 的理解和认识。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）4 第二章塑件工艺性分析 件及材料的分析 件性能分析 本设计实例为一注射器塞杆，塑件比较简单，塑件的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷；脱模斜度为 2 度；塑件材料为聚丙烯，生产批量为大批量，塑件公差按模具设计基本要求进行转换。 图 件 件的分析 （ 1）外形尺寸 该塑件壁厚 3件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合于注射成型。 （ 2）精度等级 每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有 的属于较高精度。按实际公差进行计算。 （ 3）脱模斜度 于结晶型热塑性塑料。成型收缩率较小。 故模具型芯和型腔取统一脱模斜度 1. 丙烯性能分析 （ 1）使用性能 综合性能较好。抗拉强度大，屈服强度高，有较 高的弯曲疲劳寿命，耐热温度高；耐磨性高，有良好的耐应力裂开性。较好的抗化学药品侵蚀性。密度小，强度刚度硬度和耐热性均优于低压聚乙烯，可在 100 度左右使用，具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响，但低温是变脆，不耐磨，易老化，适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。 （ 2）成型性能 1）结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。 2）流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔，凹痕，变形。 3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度。料温低温高压时容易取向，模具温度低于 50 度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕， 90 度以上易发生翘曲变形。 4）塑件壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）5 P 的注射成型过程及工艺参数 （ 1）注射成型过程 1) 成型前的准备。纯 半透明的象牙白色，可以染成各种颜色。 染色在一般注射机上只能用色母料。在华美达机上有加强混炼作用的独立塑化元件，也可以用色粉染色。户外使用的制品，一般使用 定剂和碳黑填充。再生料的使用比例不要超过 15%，否则会引起强度下降和分解变色。 塑加工前一般不需特别的干燥处理。 2) 注射过程。塑料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。其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷去五个阶段。 （ 2）注射工艺参数 1）注射机：螺杆式，螺杆转速为 3060r/ 2）料筒温度（）： 后段 160180； 中段 180200； 前段 200230。 3）喷嘴温度（）： 180190。 4）模具温度（）： 4080。 5）注射压力（ 70120。 6）成型时间（ s）： 30（注射时间 2s，冷却时间 20s，辅助时间 8s） 定模具的结构形式 型面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在塑件的中间，这样有利于型腔的加工和成形。 图 型面 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，考虑到塑料件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模二十腔结构形大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）6 式。 图 腔排列 （ 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二十腔，故采用直线对称排比。 射机型号的选择 （ 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： V 塑 =塑件质量： m 塑 = V 塑 =式中，可取 2）浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的 倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的 来估算，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 2 个塑件体积之和）为 V 塑（ 1+ （ 3） 选择注塑机 根据第二步计算得出一次注入型腔的塑料总质量 V 总=V 总 /据以上的计算，初步选定公称注射量为 125注射机型号为 25 卧式注射机，主要技术参数如下： 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）7 表 射机参数 理论注射容量 /25 移模行程 /00 螺杆柱塞直径 / 注射压力 /2 150 最大模具厚度 /00 注射速率 /35 最小模具厚度 /00 塑化能力 /5 锁模形式 双曲肘 螺杆转速 /0140 模具定位孔直径 /00 锁模力 /00 喷嘴球直径 /2 拉杆内间距 /260嘴口孔径 / （ 4）注射机的相关参数的校核 1）注射压力校核。 需要注射压力为 90125里取 0注射机的公称注射压力 p 公 =119射压力安全系数 里取： 1710，所以，此处视为薄壁圆筒塑件，脱模力为 F= 8（ 1+X( 3 (1+0.5 + 中，各项系数的意义如下。 t制品壁厚， 2塑料弹性模量， 1200连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）16 S塑料成型的平均收缩率， 制品对型芯的包紧长度， 60塑料泊松比， 脱模角度， 1 f摩擦系数， 塑件在开模方向垂直平面的投影面积， 5641 3 校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 （ 1） 推出面积 /4(2（ 2） 推出应力 =A=199 压强度 )合格 却系统的设计 冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所放出的热量。 却介质 于粘度较低的材料。其成型温度和模具温度分别为 200 250和 35 65。所以模具选用水作为冷却介质。 却系统的简单计算 (1) 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W 1） 塑料制品的体积 V=V 主 +V 分 + =（ 2） 塑料制品的质量 m=） 塑件壁厚为 2以查表 4 t 冷 =注射时间 t 注 =2s，脱模时间 t 脱 =8s，则注射周期： t=t 冷 +t 注 +t 脱 =（ +8） s=此得每小时注射次数： N=（ 3600 =248 次 4） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量： W=gh=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 90 （ 3） 计算冷却水的体积流量 设冷却水道入水口的水温为 2=22，出大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）17 水口的水温为 1=25，取水的密度 =1000 的比热容 = ） 。则根据公式可得： 60 c( 1) = 25 m3（ 4） 确定冷却水路的直径 d 当 q =，查表 4知 ,未模具冷却水孔的直径 d= （ 5） 冷却水在管内的流速 v v=4 60 d ） =（ m 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 4得 f=有： h= v） /d () ) 计算冷却水通道的导热总面积 A A=50-（ 22+25） /2m =4 22(8)计算模具所需冷却水管的总长度 L L=A/ d=m=370(9)冷却水路的根数 设每条水路的长度为 =200冷却水路的根数为=L/ =370/200 根 由上述计算可以看出，需要两条冷却水道，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。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）18 图 却水道 向与定位结构的设计 注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机的喷嘴精确定位。而模内定位则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不高，因此可以采用模架本身所带的定位结构。 图 柱，导套 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）19 柱位置 第四章整体设计及小结 体设计 经过上述一系列计算和绘图，把设计结果用总装图来表示模具的结构。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）20 图 维装配图 图 维装配图 结 我选择了注射器塞杆这一课题来作为我的毕业设计这是对我四年知识能力的考查，也是对我应用这些知识能力的考查，我尽力使自己的设计减少错误，但我知道由于许多知识和能力的欠缺，肯定有一定的错误。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）21 第二章我主要进行塑件及材料的分析，初步拟定了模具的结构形式，并且简单设计了浇 注系统的结构形式。 第三章我主要进行成型零件的结构设计和计算，初步拟定了模架的结构形式，确定了模 架各模板的尺寸，还简单设计了排气系统和冷却系统，拟定了退出机构的形式。 通过本次设计我学到的不仅仅是对注射器塞杆的设计这单一方面的了解，让我熟悉了设计的各个方面的流程，学会了把自己大学四年所学的知识运用到实际工作中的