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毕业设计说明书 题 目 三孔面板插座塑料模具设计 专 业 班 级 学生姓名 指导教师 201X 年X 月 X 日摘 要在人们的日常生活中，塑料产品的应用随处可见，大到我们家用的冰箱，洗衣机，小到家庭用筷子和碗。都有塑料模具的影子。本论文以三孔面板插座为原型进行塑料模具的设计，包括其材料成型工艺的分析，分型面的选择，浇筑系统的设计，以及最后的注塑机的校核计算和注射量的计算等等，本文采用自上而下的模具设计方法，通过理论联系实际的工作方法，设计出合理的三孔面板插座注塑模具。本次设计主要是对三孔面板插座进行设计，通过对三孔面板插座塑料模具设计,能够全面的了解塑料模具设计的基本原则、方法.并能较为熟练的使用UG、AUTOCAD软件进行塑料模具设计,提高自己的绘图能力。随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业、日常生活和军事等各个领域的应用范围越来越广，质量要求也越来越高，塑料工业对我国的经济发展起着不可替代的作用。关键词：工艺方案；模具结构；注塑机；模具设计AbstractPlastic injection mold is an important technological equipment of plastic forming, through the flashlight front cover plastic mould design, can fully understand the basic principles, methods of plastic mould design. And can be more skilled use of UG, AUTOCAD software for plastic mold design, improve their ability to draw. Engaged in the design for the future work laid a solid foundation. With the needs of the development of modern industry, plastic products in industry, agriculture, military and other fields of daily life and the application scope is more and more wide, the quality requirements also more and more high, China has become one of the worlds largest plastics market, plastic products production in the worlds second. The main design is on the cover of a flashlight injection mould design, focus on the forming principle of plastic parts, raw materials selection and injection technology were analyzed. By according to the shape, size, precision and surface quality requirement analysis, to determine the required moulding solutions, products after processing, the choice of the parting surface, cavity number and arrangement, the structure of molding parts, pouring system, etc. Key words: Process; The mould structure; Injection molding machine; Mold design 目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV1 绪论11.1 概述11.2 国内研究现状11.3 国外研究现状22 塑料制品分析32.1 明确制品设计要求32.2 明确制品批量32.3 材料选择及性能32.3.1 材料选择32.3.2 材料品种 42.4 成型设备42.5 拔模斜度42.6 计算制品的体积和质量42.6.1表面质量的分析42.6.2塑件的体积重量53 注射机及成型方案的确定63.1 注射机的确定64 型腔数的确定及分型面的选择84.1 型腔数的确定84.2 分型面的选择84.2.1 分型面的主要选择原则84.3 确定型腔的排列方式94.4 标准模架的选用104.3 模架装配图105 成型零部件的设计与计算115.1 凸模设计115.2 凹模的设计115.3 成型零件工作尺寸的计算125.3.1 模腔工作尺寸的计算126.1 主流道设计146.2 浇口的设计147 排气与冷却系统的设计167.1 冷却系统设计的原则167.2 冷却水路的计算167.3 排气系统的设计178 顶出机构的设计198.1 推杆复位装置198.2 推件机构的设计198.2.1 推杆长度的计算208.3 斜推杆的设计218.4 斜推杆的设计要点218.5 斜推杆倾斜角的确定229 导向机构的设计239.1 导向、定位机构的主要功能23 10 结论与展望25致谢26参考文献27V模具设计1 绪论1.1 概述模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中，60%80%的零件都依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高，结构也越来越复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低耗率，是其它加工制造方法所不能比拟的。随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，越来越普遍地采用塑料成型。注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。1.2 国内研究现状20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1） 注重开发大型，精密，复杂模具（2）加强模具标准件的应用（3）推广CAD/CAM/CAE技术（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期。1.3 国外研究现状在工业发达国家，据1991年统计，日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占40；韩国模具专业厂中，生产塑料模的占43.9，生产冲压模的占44.8%;新加坡全国有460家模具企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。目前，国际市场的主要流行，应用最广泛的注塑模具流动模拟分析软件拥有澳大利亚MOLDFLOW，科技，H-FLOW等华中科技大学美国CFLOW的美国。该模流软件包括三部分组成：Moldflow塑料顾问（产品优化顾问（MPA），Moldflow塑料洞察（注射（MPI）和Moldflow塑料XPERT（注塑成型过程控制专家（MPX）的仿真分析。 采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从产品设计到生产的完整解决方案。 22 塑料制品分析2.1 明确制品设计要求图2.1、为塑料制品的三维图。整个塑件呈现方形，该构件的表面的形状和整体的结构较其他塑件较为简单，在零件的内部有倒扣，由于是在零件的内部，需要斜顶出抽芯，表面粗糙度要求不太高，而且较为实用性零件对其尺寸公差没有太严格的要求。图2.1 塑料制品的三维图 2.2 明确制品批量本次的塑件是三孔面板插座的设计，由于塑件制品的应用很广泛，所以我们采用批量生产，型腔数量拟定采用一模两腔来制作。2.3 材料选择及性能2.3.1 材料选择三孔面板插座一般都是用在家具生活中，所以我们采用塑性优良的ABS为材料。2.3.2 材料品种 下表1即可说明ABS塑料的性能，从各个方面考虑，都能够符合三孔面板插座的具体要求。表1 ABS塑料的部分技术指标技术指标值密度(g / cm-3)1.021.16收缩率(%)0.40.7透明度不透明比热容/(Jkg-1k-1)1470吸水性（24小时）（%）0.20.4屈服强度/MPa50拉伸弹性模量/GPa1.8抗压强度/MPa53弯曲弹性模量/GPa1.4熔点1301602.4 成型设备 通常情况下，卧式注塑机应用最为广泛，所以采用卧式注塑机是最好的选择。2.5 拔模斜度 由于零件深度很小，所以拔模角度为一度。2.6 计算制品的体积和质量2.6.1表面质量的分析该零件的 表面质量要求很高各个成型面都得进行抛光处理 2.6.2塑件的体积重量计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。计算得塑件的体积：V5.731cm3 计算塑件的质量：公式为WV根据设计手册查得ABS的密度为1.05 g/cm3，故塑件的重量为： WV=5.731*1.05=5.80g计算得浇注系统的体积：V4.53cm3 计算塑件的质量：公式为WV根据设计手册查得ABS的密度为1.05 g/cm3，故塑件的重量为： WV=4.53*1.05=4.7565g3 注射机及成型方案的确定3.1 注射机的确定 根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况（主要考虑到模具的高度问题），可初步选用的注射机为D（塑料成型工艺与模具设计）初步选用注射机海天110X1B。注射机海天110X1B参数： 额定注射量：147mm最大成型面积：320cm柱塞直径：36mm注射压力：183Mpa模板尺寸：550550（mmmm）柱杆空间：400X400(mmmm)锁模力：1100KN喷嘴圆弧半径：10mm喷嘴孔径：2.5mm最大开模行程：750mm（可调整型）模具最大厚度：410mm模具最少厚度：160mm4 型腔数的确定及分型面的选择4.1 型腔数的确定以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%计算： =8.1 式中： N-型腔数 S-注射机的注射量（g） W浇-浇注系统的重量（g） W件-塑件重量（g） 因为，N=8.12所以，此模具型腔为一模2 腔结构合理。4.2 分型面的选择分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此，分型面的选择是注射模中的一个关键。分型面的形式如图3.1所示有平直分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、，曲面分型面和瓣合分型面。 图3.1 分型面的形式由于分型面受塑件在分型面中的成型位置、塑件的结构工艺性、浇注系统形式、推出方式、排气方式及制造工艺等多种因素的影响，此零件并不复杂，为普通方形散热器，其中一个侧面有一个方形孔，考虑到塑件顺利脱模，选择平直分型面，综上所述，合理的分型面应选择在下部。如图所示： 图4.1 分型面选择图4.3 确定型腔的排列方式模板上的排列形式通常有圆形、H形、直线型及复合型等。在设计时有以下原则： （1）尽量采用对称式排布，确保制品质量的均一和稳定。 （2）塑件结构简单，应尽量使型腔紧凑排列，而减小模具的外形尺寸。 （3）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。 （4）为了避免模具承受偏载而产生溢料现象，浇口开口部位与型腔布置应对称。因为该塑件属大批量生产的小型塑件，但对产品的精度、表面粗糙度还是有较高的要求，通过前面算出的单个产品的体积V和质量W, 综合考虑生产效率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的类型选择确定采用一模1腔排布。本塑件在注射时采用一模2件。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素采用如下图4.2的型腔排列方式。4.2 模具型腔排列方式4.4 标准模架的选用模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度的前提下，结构越紧凑越好。模架尺寸参照装配图4.3本模具采用的是塑料模具设计指导P104页中的P2型标准模架，如图所示：4.3 模架装配图5 成型零部件的设计与计算5.1 凸模设计凸模用于成型塑料的内表面，又称型芯、阳模或成型杆。结构分整体式和组合式两种。整体嵌入式结构，由整块金属材料直接加工成模仁，其中公模仁的结构如下图5.1图5.1凸模的结构5.2 凹模的设计凹模用于成型塑件的外表面，又称阴模、型腔。按照结构的不同可以分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌式和四壁镶嵌式五种。为了便于加工和有利于排气，运用组合式的型腔结构，其结构如下图5.2图5.2 凹模的结构5.3 成型零件工作尺寸的计算本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这ABS的成型收缩率为0.005，模具的制造公差取z=/3。5.3.1 模腔工作尺寸的计算 1. 凹模的內形尺寸： 式中：L凹为型腔內形尺寸(mm)； L塑为塑件外径基本尺寸(mm),即塑件的实际外形尺寸； K为塑料平均收缩率(%)，此处取0.5%s为塑件公差，查表知ABS塑件精度等级取5级；塑件基本尺寸在36mm范围内取0.24mm;1824mm范围内取0.24mm;80100mm范围内取1.00mm;在100120mm公差取1.14mm；在140160mm公差取1.44mm;在200225mm公差取1.92mm;在280350mm公差取2.5mm;在315355mm公差取2.8mm所以型腔尺寸如下： L1=100(1+0.005)-(3/4)0.50=100.75型腔深度的尺寸计算： h=h(1+k)-(2/3) （5.7）式中： h凸模/型芯高度尺寸(mm)； h为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸； s 、K 含义如（1）式中。 H1=3(1+0.005)-(2/3)0.20=2.885 H2=21.55(1+0.005)-(2/3)0.56=21.36 2）凸模的外形尺寸计算： L=L(1+k)+(3/4) （5.8）式中： L凸模/型芯外形尺寸(mm)； L为塑件內形基本尺寸(mm),即塑件的实际內形尺寸；s 、k含义如（1）式中。所以型芯的尺寸如下： L1=100（1+0.005）+（3/4）0.74=100.46 L3=70（1+0.005）+（3/4）0.50=70.53 型芯的深度尺寸计算： h=h(1+k)+ (2/3) （5.9）式中： h为凸模/型芯高度尺寸(mm)； h为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸；s 、k含义如（1）式中。型芯的高度分别为： H1=20（1+0.005）+（2/3）0.44=20.46 浇注系统的设计浇注系统设计时，应注意与注射机的注射口相符合，主流道、浇口套、定位圈等的各项参数与注射机的规格密切相关，由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触，所以模具的主流道部分通常设计成可拆卸更换的主流道衬套，即浇口套。6.1 主流道设计设计手根据册查得海天110X1B 型注射机喷嘴有关尺寸如下：喷嘴前端孔径：d0=2.5mm 喷嘴前端球面半径：R010mm为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径D应稍大于注射喷嘴直径d。Dd+(0.51)mm=3+0.53.2mm 主流道的半锥角通常为12过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用1。经换算得主流道大端直径D7.74mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径1mm的圆弧过渡。6.2 浇口的设计本塑件的浇口设计为直浇口，这里浇口的的断面形状设计为矩形。由于塑件结构简单，厚度较小，所以其截面厚度h通常取浇口处壁厚的1/32/3，这里取h=1mm；其截面宽度b取2h，b=2mm；浇口长度取L=2mm。图6.1 平衡式浇注系统7 排气与冷却系统的设计7.1 冷却系统设计的原则 1、冷却水孔数量尽可能多，尺寸尽可能的大。 2、冷却水孔与型腔表面各处最好有相同间距，一般水孔边离型腔的距离大于10mm，常用1215mm。 3、降低入水与出水的温度差，防止制品变形。 4、水道的开设便于加工和清理，一般孔径为610mm。 5、采用并流流向，加强浇口处的冷却。7.2 冷却水路的计算 生产周期：式中t为生产周期（s）,t注为注射时间，t冷为冷却时间，t浇为脱模时间,由塑料制品成型及模具设计 第237页附录D可查得t注2-5s,t冷15-60s，总周期t为30-140s;ABS的单位热流量： ABS的单位热流量Qs为590-690 kJ/kg 每小时需要注射的次数N=3600/t;取t=30s，可求得N=120次. 每小时的注射量： 从型腔内发出的总热量 Qs取650kJ/kg,代入式中得 根据塑件产品在模具中的位置和模板的布置，确定水路图如图7.1所示 图7.1 水路图7.3 排气系统的设计 如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷，另外气体的存在还会产生反压力而降低充模速度，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。注射模通常以如下三种方式排气1）利用配合间隙排气2）在分型面上开设排气槽3）利用排气塞排气对于简单型腔的小型模具，可以利用推杆、活动型芯、活动镶件以及双支点鼓固定的型芯端部与模板的配合间隙进行排气。其配合间隙不能超过0.5 mm ,一般为 0.03-0.05 mm。本设计采用利用配合间隙排气的方式排气。8 顶出机构的设计在注射成型的每一循环中，都必须便塑件从模具型腔中型芯上脱出,模具中这种脱出机构称为脱模机构（或推出机构、顶出机构）。脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。(1)推出机构应尽量设在动模一侧以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作；(2)保证塑件不因推出而变形损坏,外形良好；(3)结构简单可靠:机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度；用推件板推出机构中，为了减少推件板与型芯的摩擦，在推件板与型芯间留0.200.25mm的间隙，并用锥面配合，防止推件因偏心而溢料。8.1 推杆复位装置 推出机构用可用多种方式复位，如弹簧复位，强制回位和回针复位，一般模具设计追求安全可靠，同时采用这三种方法。复位杆应对称布置，长取24根，长度与推杆相同。 弹簧复位是一种简单复位方法，它具有先行复位功能，数跟弹簧装在动模板与推板之间，推出塑件时弹簧被压缩，当注射机的顶杆后退，弹簧即将推板推回。其结构如下图8.2所示8.2 推件机构的设计推出机构把塑件及浇注系统从从型腔中或型芯上脱出来的机构。推出机构组成：推出部件（推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板、推杆垫板、限位钉）、推出导向部件（推杆导柱、推杆导套）、复位部件（复位杆）。采用塑料模具约10mm;如果脱模斜度较大的塑料件，可以弹出深度的2/3。本套模具的推出机构为机动推出，形式较为简单，其布置形式见图3.6。图8.2 推杆的分布8.2.1 推杆长度的计算顶杆总长度为：h杆=h凸+h动垫+S顶+h顶固 式中： h杆 为推杆的总长度；h凸 为凸模的总高度；h动垫 为动模垫板的厚度；S顶 为顶出行程；h顶固 为顶杆固定板的厚度；1为富裕量，一般为（0.050.1）mm，表示顶杆端面应比腔型的平面高出； 2为顶出行程富裕量，一般为36mm。根据以上公式计可得，推杆的总长度为190mm。8.3 斜推杆的设计 此塑件的主体型芯位于动模一侧，开模后，塑件包紧型芯留在动模一侧，所以只在动模部分设计推出机构即可。且塑件为散热器零件，表面不允许有推出痕迹，所以采用推杆板推出方式。既然使用推杆板推出，就不存在干涉现象，也就不必设计先行复位机构了。斜推杆有整体式和二段式，二段式主要用于长而细的斜推杆，此时采用整体式的斜推杆于弯曲变形。图3.9 斜推杆抽芯机构18.4 斜推杆的设计要点（1） 要保证复位可靠。（2）在斜推杆近型腔一端，须做610mm的直身位，并做一23mm的挂台起定位作用，以避免注塑时斜推杆受压而移动。设计挂台亦方便加工、装配及保证内侧凹凸结构的精度。（3）斜推杆上端面应比动模镶件底0.050.1mm，以保证推出时不损坏制品。（4）斜推杆上端面侧向移动时，不能与制品内的其他结构（入圆柱、加强筋或型芯等）发生干涉；（5）沿抽芯方向制品内表面有下降弧度时，斜推杆侧移时会损坏制品。解决方案有：a.制品减料做平，但须征得客户同意；b.斜推杆底部导轨做斜度，使斜推杆延迟推出。（6）当斜推杆上端面和镶件接触时，推出时不应碰到另一侧制品。（7）斜推杆在推杆固定板上的固定方式见上图3.9.（8）当斜推杆较长或较细时，在动模板上加导向块，帮助顶出及回位时的稳定性。加装导向块时其动模必须和内模镶件组合一起切割。（9）斜推杆与内模的配合公差取H7/f6，斜推杆与模架接触处避空。8.5 斜推杆倾斜角的确定斜推杆的倾斜角度取决于侧向抽芯距离和推杆板推出的距离H。它们的关系见图3.10，计算公式如下：tan=S/H其中：S=侧向凹凸深度S1+(23)mm 图3.10 几何关系斜推杆的倾斜角度不能太大，否则，在推出过程中斜推杆会受到很大的扭矩的作用，从而导致斜推杆磨损，甚至卡死或断裂。斜推杆的斜角一般为315,常用510。在设计过程中，这一角度能小不大。本设计的斜推杆如图图8.5 斜推杆 9 导向机构的设计9.1 导向、定位机构的主要功能1、定位作用 导向装置直接保证动模、定模位置的正确性，保证模具型腔的形状和尺寸的精确性，从而保证塑料制品的精度。同时，在模具装配的过程中便于装配和调整。2、导向作用 合模时引导动模按序正确闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧压力。3、承载作用 塑料熔体在充模过程中，或由于成型设备精度低的影响，可能产生单向的侧压力，故需导向装置能产生一定的单向侧压力，以保证模具的正常工作。10 结论与展望本次毕业设计的题目是三孔面板插座注塑模具的设计，直到今天，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于三孔面板插座注塑模具的设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是甘蔗自动剥皮切断机的设计，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可