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毕业设计毕业设计( (论文论文) )成果材料成果材料 （2009 届） 题题目目心型台灯塑料注塑模设计心型台灯塑料注塑模设计 实习单位实习单位海德华机械有限公司海德华机械有限公司 实习岗位实习岗位设计部（制图员）设计部（制图员） 专业班级专业班级计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造 06-206-2 学生姓名学生姓名楼楼 巧巧 燕燕 指导教师指导教师陈陈晓晓 2009 年年 5 月月 20 日日 台州科技职业学院毕业设计 目录 文本成果 摘要1 关键词1 引言1 1 设计任务分析1 2 方案的初步选定2 3 方案的详细设计2 3.1 注塑件的设计2 3.1.1 材料选择2 3.1.2 结构设计3 3.1.3 塑件的尺寸精度及表面质量3 3.2 注塑成型的准备4 3.2.1 注塑成型工艺条件4 3.2.2 注塑机的选择5 3.3 模具结构设计5 3.3.1 分型面的确定5 3.3.2 型腔数目的确定 6 3.3.3 模具材料的选择 6 3.3.4 浇注系统设计7 3.3.5 模架的确定8 3.3.6 导向与定位机构 8 3.3.7 顶出系统设计9 3.3.8 成型零件设计10 3.3.9 排气设计 12 台州科技职业学院毕业设计 3.3.10 温度调节系统设计 13 3.3.11 冷却系统设计14 3.4 模具总装图 15 4 总结评价15 致谢16 参考文献16 台州科技职业学院毕业设计 - 1 - 心型台灯注塑模设计心型台灯注塑模设计 楼巧燕 摘要摘要:本文以心型台灯塑件为研究对象，目标完成该制件的模具结构设计。分析可知，该 制件的外型是通过注塑成型得来的，根据此产品特性选择 PS 作为产品加工的原材料。首先 完成塑件二维图形，进而分析出最适合的产品模具的浇口，分型面，浇注系统等模具结构， 同时选择合适的成型设备，最终完成心型台灯注塑模结构的设计。 关键词关键词：心型台灯注塑模浇口流道冷却系统注塑模 引言引言模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态 或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质 量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。 模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术 水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志， 它在很大程度上决定 着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益 受到人们的关注。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产 业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领 域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中 60 90的产品的零件，组件和部件的生产加工。 目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士 等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只 要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸 渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对 于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。 1 1 设计任务分析设计任务分析 本次课题的任务是完成心型台灯塑料注塑模的结构设计， 心型台灯的外型是 通过注塑成型得来的，注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成 为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入 台州科技职业学院毕业设计 - 2 - 模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。而对 心型台灯塑料注塑模注塑模进行设计， 必须对它的结构进行分析: 由模具设计的 知识可知，塑件的的工艺要求，注射模的分类及结构，成型设备等与成型模具有 着紧密的联系。因此，在进行模具设计之前必须对塑件的工艺性能等进行分析， 如此才能设计出合理的模具结构。 2 2 方案的初步选定方案的初步选定 （1）设计心型台灯的二维图，对产品的特性进行工艺性分析，为后续的模具 设计提供 分析依据； （2）对于制件的特性进行分析，如材料的选择、尺寸精度与表面质量的分别 进行相应 的探讨； （3） 进行模具各零件的设计： 包括以下几块内容： 型腔的数目确定与排步、 分 型面的确定、浇注系统的选择、脱模机构的设置、导向机构设计、冷却 系统设计与计算、成型设备的选择、模架的选择。 （4）在模具结构设计完成的基础上，对于关键的成型零件（型芯、型腔、动 定模镶块）的尺寸进行了相应的计算，最终完成模具结构的装配。同时也对注塑 设备进行了选择，为后续的产品加工做准备。 3 3 方案的详细设计方案的详细设计 3.13.1 注塑件的设计注塑件的设计 3.1.1 材料选择 通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及 原材料厂家提供的材料性能数据。对于常温工作状态下的结构件来说，要考虑的 主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。该塑 件对材料的要求首先必须是透光性好，其次才是成型难易和经济性问题，和机械 台州科技职业学院毕业设计 - 3 - 加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特 点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，我们主要要求是 价格和透光度，其它如拉伸强度，断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件 的工作环境决定)，最终选定 PS 为塑件材料。 3.1.2 结构设计 图2-1原始零件图图2-2 原始零件图 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。 在塑料生产 过程中，一方面成型会对塑件的结构，形状，尺寸精度等诸方面提出要求，以便 降低模具结构的复杂程度和制造难度，保证生产出价廉物美的产品;另一方面， 模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析，弄清塑件生产的难点，为模 具设计和制造提供依据。 3.1.3 塑件的尺寸精度及表面质量 （1）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， 该塑件是一般民用品， 所以精度要求为一般精度即可， 但是由于要保证两半壳体 的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应 选择高精度。根据精度等级选用表，PS 的高精度为 2 级，一般精度为 3 级。根 据塑件尺寸公差表， 在公称尺寸在100120范围内， 取 MT2B级的公差数值为0.52 台州科技职业学院毕业设计 - 4 - mm，MT3B 级的公差数值为 0.78 mm。 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的收缩，从而影响尺寸 精度。 (2) 塑件的表面质量 表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学 性质两方面技术指标， 而不是单纯的表面粗糙度问题。 塑件的表观缺陷是其特有 的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁 表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素， 通常要比塑件高出一个等级。 该塑 件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得 PS 抛光后顺纹路方向 的表面粗糙度为 0.02m，垂直纹路方 向的表面粗糙度为 0.26m。 3 3.2.2 注塑成型的准备注塑成型的准备 3.2.1 注塑成型工艺条件 经过经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差 别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初 定制品成型工艺参数如表 3-1 所示。 表 3-1制品成型工艺参数初步确定 特性内容 特性内容 注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）48 喷嘴形式直通式模具温度50 喷 嘴 温 度 ()230后 段 温 度 () 台州科技职业学院毕业设计 - 5 - 150210 中 段 温 度 ()170230前 段 温 度 () 190250 注射压力 MPa90保压力 MPa80 注射时间 s1.5保压时间 s5 冷却时间 s20其他时间 s3 成型周期s30成型收缩(%)0.6 干燥温度()6080干燥时间()13 3.2.2 注塑机的选择 初 步 确定注塑机为表3-2所示，查国产注射机主要技术参数表取 SZ-160/1000，主要技术参数如下。 表3-2国产注射机SZ-160/1000技术参数表 特性内容特性内容 结构类型卧式拉杆内间距(mm)360260 理论注射容积（cm 3）179移模行程(mm)280 螺杆(柱塞)直径(mm)44最大模具厚度(mm)360 注射压(MPa) 132最小模具厚度(mm)170 注射速率(g/s)110锁模形式(mm)液压 塑化能力(g/s)10.5模具定位孔直径 (mm) 120 螺杆转速(r/min)10150喷嘴球半径(mm)10 锁模力(KN)1000喷嘴口直径- 3.33.3 模具结构设计模具结构设计 3.3.1 分型面的确定 根据分型面的选择原则： （1）便于塑件脱模； （2）在开模时尽量使塑件留在动模； 台州科技职业学院毕业设计 - 6 - （3）外观不遭到损坏； （4）有利于排气和模具的加工方便。 结合该产品的结构，分型面确定在塑件的最大投影面积上。如右图所示。 3.3.2 型腔数目的确定 注塑模的型腔数目，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： （1）塑件的尺寸精度； （2）模具制造成本； （3）注塑成型的生产效益； （4）模具制造难度。 考虑到该塑件是一般日用品，查手册得塑件的经济精度推荐 4 级，这个产品 是两个壳件的组合，所以初定为一模两腔最合理。 3.3.3 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。如何合理的选择模具钢，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，当承受冲击载荷时还要考虑折断，崩刃问题，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 PS 特性看，这三项指标是必须要满 足的，此外还有红硬性，抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。 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。 查手册选择模仁的材料是 4Cr13。属马氏体类型不锈钢，该钢机械加工 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。 台州科技职业学院毕业设计 - 7 - 3.3.4 浇注系统设计 注塑模的浇注系统是指模具中从注塑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。它向型腔中的传质， 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。 （1） 主流道设计 主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一 段通道，通常和注塑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 塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如图所 示： 主要参数： 锥角=3；内表面粗糙度 Ra=0。63m； 小 端 直 径 D=d+(0。51)mm； 半径 R2=R1+(12)mm；材料 T8A； 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞图 4-2 主流道 ， 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。 （2）分流道设计 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。分流道的断面形状有圆形， 矩形，梯形，U 形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大， 表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流 道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以 一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为 6mm。 （3）冷料穴设计 主流道拉料杆 台州科技职业学院毕业设计 - 8 - 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放 料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道 凝料从定模板中拉出，冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流 道大端直径。 （4）浇口选择 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇 口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个， 一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有 很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑 件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口，其有以下特性: 形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； 试模时如发现不当，容易及时修改； 能相对独立地控制填充速度及封闭时间； 对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 PS 料的流动性好，可适用于各种浇口，为了不影响外观，简化模局结构， 确定使用侧浇口。 3.3.5 模架的确定 注塑模模架国家标准有两个，即 GB/T125561990塑料注射模中小型模 架及其技术条件和 GB/T125551990塑料注射模大型模架 。前者适用于 模板尺寸为 BL560mm900mm；后者的模板尺寸 BL 为（630mm630mm） （1250mm2000mm） 。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了 自己的标准，该设计采用龙记标准模架。 3.3.6 导向与定位机构 注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。 导柱导向机构用于 动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模 之间的精密对中定位。 导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长 的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板 的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。 台州科技职业学院毕业设计 - 9 - 导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的 结构，带头导柱轴向固定容易。 设计导柱和导套需要注意的事项有： 1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚 度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的 1/3 处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。 2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出 68 mm，以确保其导向与引导作用。 3）导柱工作部分的配合精度采用 H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求； 导柱固定部分配合精度采用 H7/k6；导套外径的配合精度采取 H7/k6。配合长度 通常取配合直径的 1。52 倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。 4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定 模一边有利于塑件脱模。 3.3.7 顶出系统设计 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完 成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。 脱模机构的设计一般遵循以下原则： 1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出 力应施于塑件刚性和强度最大的部位。 3）结构合理可靠，便于制造和维护。 本设计使用简单的推杆和推管脱模机构（如下图所示） ，因为该塑件的分型 面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维 护带来方便。 台州科技职业学院毕业设计 - 10 - 图 4-3顶出机构 3.3.8 成型零件设计 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺 寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地方，所以对尺寸的要求比 较高，但由于该塑件不是规则的圆柱形，其基本线条是由 5 段圆弧组成，如右图 所示：忽略顶尖圆角的影响，现在只考虑剩余的 4 段圆弧，因为是对称结构，所 以只要保证其中一半的精度尺寸就可以保证整个塑件在配合处的尺寸 （即近似的 把塑件当成两个规则圆柱形的组合体） 。 成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收 缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造 公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一 种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。 完成设计的成型零件图如下所示： （1 1）凸模设计）凸模设计 台州科技职业学院毕业设计 - 11 - （2 2）凹模设计）凹模设计 （3 3）型芯设计）型芯设计 台州科技职业学院毕业设计 - 12 - （4 4）型腔设计）型腔设计 3.3.9 排气设计 在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料 含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽， 塑料局部分解产生的低分子挥发 气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放 台州科技职业学院毕业设计 - 13 - 的气体等； 这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔， 将在制件上形成气孔， 接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的 高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。 模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的 间隙排气。PS 料推荐的排气槽深度为 0.02。 通常， 选择排气槽的开设位置时， 应遵循以下原则： 1） 排气口不能正对操作者， 以防熔料喷出而发生工 伤事故； 2） 最好开设在分型面上， 如果产生飞边易随塑件脱 出； 3）最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便； 4） 开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位， 如流 道或冷料穴的终端； 5） 开设在靠近嵌件和制件壁最薄处， 因为这样的部 位最容易形成熔接痕； 6）若型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动 的型心时，可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气； 7）高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体连续排出； 若制件具有高深的型腔，那么在脱模时需要对模具设置引气系统， 那是因为制件表面与型心表面之间在脱模过程中形成真空，难于脱模，制件 容易变形或损坏。热固性塑料制件在型腔内的收缩小，特别是不采用镶拼结构的 深型腔，在开模时空气无法进入型腔与制件之间，使制件附粘在型腔的情况比热 塑性制件更甚，因此，必须引入引气系统。 3.3.10 温度调节系统设计 在注塑成型过程中， 模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。 由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。流动性差的 塑料如 PC，POM 等，要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪 切力，使塑件内应力增大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。普通的模具通入 常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周 台州科技职业学院毕业设计 - 14 - 期， 还可以把常温的水降低温度后再通入模内， 可以提高成型效率。 对于高熔点， 流动性差的塑料，流动距离长的制件，为了防止填充不足，有时也在水管中通入 温水把模具加热。PS 推荐的成型温度为 170280，模具温度为 2070 。 温度调节对塑件质量的影响温度调节对塑件质量的影响 1）采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率； 2）模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形 3）对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度，提 高模温能大大改善塑件的表面状态； 温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方， 设计时要根据材料特性和使用要 求偏重于主要要求。 对温度调节系统的要求对温度调节系统的要求 1）根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式； 2）希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量； 3）采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好； 4）温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉； 从成型温度和使用要求看，需要对该模具进行冷却，以提高生产率。 3.3.11 冷却系统设计 1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡； 2）冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好； 3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经 验表明，冷却水管中心距 B 大约为 2.53.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁 的距离为 0.81.5B。最小不要小于 10。 4）浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳； 5）应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过 5 6）冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向 开设水孔。 7）合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他 机构发生干涉。 台州科技职业学院毕业设计 - 15 - 3.43.4 模具总装图模具总装图 C A A B B E A A A A A A B B B B DD D-D 5 5 总结评价总结评价 本设计首先说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状， 随着经济的 发展，塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势。其次介绍了注塑件的一般设计原则， 对塑件的特征如倒圆角、加强筋等做了说明，从实际来看，几乎所有的注塑件都 遵循这些原则。在做好注塑成型的准备工作之后，接着介绍了模具设计的内容， 冷流道注塑模具无外乎包括四大系统：浇注系统、温度调节系统、顶出系统和机 构系统。在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面形状，确定浇口尺寸， 对流道剪切速率进行校核； 温度调节系统说明了设计的一般步骤， 确定冷却时间， 计算体积流量等；顶出系统着重说明了推杆，推管的安装要求；该模具属于简单 脱模机构