加厚型塑料小凳注射模

毕业设计 毕业设计题目：加厚型塑料小凳注射模专 业:机械工程及自动化II摘 要本设计是本科毕业设计，设计内容是材料为聚丙烯（PP塑料）的加厚型塑料小凳注射模。在模具的设计过程中，首先合理选用塑件的原材料，接着从塑件结构工艺性、模具总体结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、排气系统、注塑机的选择及有关参数的校核与计算进行详细的设计，同时进行三维建模、有限元分析、绘制模具总装配图及模具零件图。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。本次设计的主要任务是凳子结构以及注射模具的设计，也就是设计一副注射模具来生产加厚型塑料凳的塑件产品，从而实现自动化提高生产效率。我结合查阅文献、分析计算、三维建模同时进行的设计方法，这样不仅有利于观察各零部件的装配位置，而且便于随时修改零部件的形状尺寸，进行优化设计。针对塑料小凳的具体结构，该模具是采用扇形浇口的单分型面注射模具。根据模具结构，采用直导柱，设置较大的脱模斜度及采用推件板的形式以便利于脱模，省去侧向抽芯的设计，其优点在于简化机构，减小模具使用空间，大大降低了模具的制造成本。通过此次完整的模具设计过程，使我加深了对模具各结构的形式及作用的了解，为今后从事模具行业的工作打下坚实的基础。关键词： 注射模具设计； 聚丙烯（PP塑料）； 结构工艺； 三维建模AbstractThis design is a graduate design, the design work with the main concentration on the thicker type plastic stool injection mold, which the material is polypropylene(PP plastic). In the mold design process, the first reasonable selection of raw materials for plastic parts. Then starting from the structure of the process of plastic parts and the overall structure of the mold, to make a detailed design for gating system of the mold, forming part of the structure of the mold, ejector system, cooling system, exhaust systemchoice of injection molding machines and related parameters checking and calculation, and three-dimensional modeling, finite element analysis, drawing mold assembly drawing and mold parts diagram. That the mold plastic parts required to achieve processing through the entire design process.The main task of the design is the stool structure as well as the injection mold design, is to design an injection mold to produce plastic items of thicker plastic stool, in order to achieve automation to improve production efficiency. I combine a literature review, analysis and calculation of three-dimensional modeling of simultaneous design method, and this is not only beneficial to observe the location of various parts of the assembly, and to facilitate the right to modify the shape and dimensions of the components to optimize the design.The mold is used for a specific structure of the plastic stools, a fan gate, a single sub-surface injection mold. Mold structure, using the straight guide column, setting larger stripping slope and push pieces board to facilitate stripping, eliminating the need for side core design advantage to simplify institutions, reduce die use of spacegreatly and the manufacturing cost of the mold.Through the complete mold design process, so I deepened the understanding of the form and effect on the structure of the mold, and lay a solid foundation for the future engaged in the work of the mold industry.Keywords: Injection mold design; Polypropylene (PP plastic); Structure and technology; Three-dimensional modeling54目录摘 要IAbstractII1绪论11.1设计题目11.2设计课题目的和意义21.3本课题难点21.4注射模具的国内外现状及发展21.5选题背景、目的及意义31.5.1选题背景31.5.2目的及意义41.6相关文献综述4本章小结52塑料制件分析和工艺方案选择62.1塑料制件分析62.1.1塑件制品的基本参数62.1.2材料分析62.1.3塑件的结构及精度分析72.1.4塑件实体参数的确定112.2成型工艺分析112.2.1塑料成型简介112.2.2注塑成型工艺内容12本章小结133模具的结构设计153.1模具总体方案设计153.2分型面及型腔设计153.2.1分型面的设计153.2.2型腔的设计163.3浇注系统的设计173.3.1主流道的设计173.3.2校核主流道的剪切速率193.3.3分流道的设计193.3.4浇口的设计203.3.5冷料穴的设计213.4排气系统的设计223.5冷却系统的设计233.5.1冷却水的体积流量243.5.2冷却管道直径243.5.3冷却水管的流速243.5.4传热膜系数253.5.5冷却管道的孔数25本章小结254成型零部件设计264.1成型零件的结构设计264.1.1凸凹模的设计264.1.2成型零件钢材选用274.2成型零件工作尺寸计算274.2.1影响塑件尺寸误差的因素274.2.2模腔工作尺寸的计算294.2.3型腔壁厚和底板厚度的设计计算304.3导柱导向机构的设计314.3.1导柱的设计314.3.2导柱的数量和分布324.3.3导套的设计324.4脱模机构的设计334.4.1脱模机构的分类及设计原则334.4.2脱模力的计算334.4.3推出零件尺寸的确定344.5侧向分型与抽芯机构的设计354.5.1侧向分型与抽芯机构354.5.2抽芯距的确定和抽芯力的计算354.5.3弯销侧向分型机构35本章小结375注塑机的选择及校核385.1注塑机的选用385.2注塑机的计算及校核395.2.1注射量的校核395.2.2锁模（合模）力的校核405.2.3注射压力的校核405.2.4开模行程校核405.2.5最大、最小模具厚度的校核415.2.6安装部分的校核41本章小结426模架的选择及失效分析436.1模架的选择436.2模具的装配原则436.3模具的失效分析44本章小结45结束语46参考文献47致 谢481 绪论1.1 设计题目塑件具体参数如下：塑件名称：加厚型塑料小凳塑件材料：玻纤增强聚丙烯（共聚PP塑料）生产批量：大批量生产图1.1 加厚型塑料小凳零件图设计步骤：（1） 分析塑件的工艺性能，选择合理的模具结构，对制件进行三维造型。（2） 选择注射机型号，并确定注射机的主要技术参数。（3） 参照模具设计标准，完成整个模具的结构设计，包括确定模具的型腔数目及位置、分型面位置、浇注系统设计、脱模方式、冷却系统设计、排气系统设计等，给出完整的设计计算过程。（4） 校核模具与注射机的有关尺寸。（5） 画出模具装配图及零件图。1.2 设计课题目的和意义模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。随着高分子化学技术的进步与发展，注塑制品因为材料成本低、重量轻、操作简便、成型简易、易于形成形状十分复杂的零件、具有较好的经济价值等优点，各种性能的塑料在工业中的应用越来越广泛。传统注射模的设计方法已不再适应社会发展对塑件制品的要求，需要深入利用计算机CAD/CAE/CAM等先进技术，力求缩短注射模的开发时间，降低生产成本，提高产品质量，所以对注射模的设计制造提出了更高的要求以满足生产需要。本次毕业设计就是为了系统地、全面地对学生进行设计方法、实验方法和研究方法的基本训练；培养学生综合运用所学基础知识、专业理论和技术经济管理知识，解决本专业工程和科研实际问题的初步能力；进一步培养学生制图、运算、设计、测试、试验、计算机应用等基本技能。我们在课本中所学的有关于模具的理论知识远远不能满足社会对模具人才的要求，所以在过程中要充分掌握注射模设计与制造的方法和步骤，提高实践的动手能力和协作配合能力，培养解决实际问题的能力。为今后从事模具行业的工作打下坚实的基础，对社会的现代化工业发展培养更多的人才做下结实的铺垫。1.3 本课题难点（1） 材料选用的为玻纤增强PP塑料，塑料的配方分析尤为重要，需要采用高注射压力，高温模具，这对模具型腔的强度和注射机锁模力的校核有相关的要求。（2） 由于塑料小凳外形尺寸比较大，且厚度比一般的塑料制件要大。所以设计浇注系统，尤其是浇口形式和位置时要考虑到这问题。（3） 由于模具温度比较高，但是为了提高生产率，必须在保压冷却后使模具尤其是成型零件快速冷却。所以必须设计适宜的冷却水道。（4） 塑件开模后，最后一步是使塑件脱模，因塑件整体尺寸较大，需要有足够大的脱模力，且为了减少对塑件的损伤，必须选择合适的脱模机构。（5） 本次设计的模具属中型模具，由于塑件的尺寸，设计为一模一腔，所以需控制成本，在保证模具质量的前提下，降低费用的开支。1.4 注射模具的国内外现状及发展模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备。作为基础工业，模具的质量、精度、寿命对其它工业的发展起着十分重要作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济的发展起着无可置疑的关键作用。近十年来，随着我国经济的快速发展，作为各种工业品基础的模具工业，也得到了蓬勃发展，已成为国民经济建设中一支重要产业。一切产品的更新换代，工业品上水平都离不开模具，只有提高对模具工业重要性认识才能加速我国工业产品更新换代，才能为我国经济的持续发展提供必要的工业装备，才能使我国工业产品在国际市场上占有一席之地。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，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英寸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；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。注射模型腔制造精度可达0.020.05mm，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右，将会大大推动模具行业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。当前整个模具设计与制造工业生产的发展特点主要是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。为适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具必然会有如下发展趋势1：（1） 模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，CAD/CAM/CAE技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。（2） 模具向高精度大型和超小型方向发展。（3） 随着热流道技术的发展，热流道模具在塑料模具中的比例将逐步提高。（4） 随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。（5） 快速经济模具的前景十分广阔。（6） 优质模具材料及先进表面处理技术将进一步受到重视。随着以塑代钢、以塑代木的进一步发展，塑料模的比例将不断提高，同时，由于机械零件的复杂程度和精密的不断提高，对塑料模的要求也将越来越高。综上所述，模具行业的发展前景很好，各位有志于模具业的同仁，让我们一起学习为国家的模具发展贡献自己的力量。1.5 选题背景、目的及意义1.5.1 选题背景本次设计的塑料板凳是一日用品，在日常生活中它有很多的应用。由于它的生产批量大，精度要求不高，且材料为塑料PP，适合在塑料模具行业进行生产。本设计中使用注射模具来生产该产品，其原理是将粒状塑料连续输入到成型机的料筒中加热熔融，然后由注射杆推进，由喷嘴和模具的浇注系统导入模具中，然后保压冷却，使之固化成型。为了合理而快速的设计出模具，采用参数化设计，保证模具的各种数据上有紧密的量的联系。整个设计过程包括工艺条件的分析、最佳方案的确定、模具结构设计、模具二维和三维图的绘制。使用Solidworks进行三维建模并进行参数化分析，通过CAD绘制各种零件图和装配图，最后整理设计说明书，完成整个设计。1.5.2 目的及意义通过本次毕业设计，拟达到以下成果：（1） 通过本次设计的过程，了解塑料与成型加工有关的各种性质、塑料制件的结构分析及其工艺性，为学习认识其性质和塑料的成型工艺性与模具的设计打下基础。（2） 了解注射成型工艺及模具设计的过程，熟悉模具的结构及特点，熟悉模具设计的基本方法和步骤，熟悉有关注射模具的相关设备，并能正确选用。（3） 熟练应用计算机绘图软件AutoCAD、Solidworks以及Microsoft Word等进行设计工作，掌握相关资料、手册、标准的收集与整理，并熟悉资料及数据的查询方法。（4） 通过设计过程，进一步巩固所学专业基础知识，并能够理论结合实践，提高专业技术能力和水平，为以后踏上工作岗位积累经验和方法。毕业设计是大学阶段最后一个教学环节，通过毕业设计既可以巩固我们在本阶段学习的理论知识，培养我们运用所学知识分析和解决工程实际问题的综合能力，又可以使我们初步掌握科学研究的基本方法和撰写符合规范要求的专业技术文件的能力。1.6 相关文献综述通过在万方数据库和CNKI数据库中检索，我找到了三篇对我的设计有较大帮助的文献，分别为：注塑模具浇注系统设计及工艺探讨张连煜，其主要内容为：注塑模CAD作为一种划时代的工具和手段，利用计算机技术与几何造型技术，加之塑料流变的发展，为注塑模设计采用高新技术创造条件，重点是介绍浇口的设计。SolidWorks/Imold在塑料模具设计中的应用吴一峰，其主要介绍了使用基于三维设计软件SolidWorks的插件IMOLD进行注塑模具的设计过程，利用SolidWorks和IMOLD强大的功能，根据塑料件的结构，能够直接生成型腔、型芯及标准模架，能大大缩短注塑模具的设计中周期，提高设计效率，并且可以直接利用其设计零件的模型进行数控加工编程。注塑工艺参数和玻纤含量对玻纤增强聚丙烯制品质量影响的研究庄卫国，其中重点研究玻纤增强聚丙烯制品的注塑工艺参数及玻纤含量对制品的收缩、拉伸强度等质量指标的影响关系，基于正交实验方法研究熔体温度、模具温度、注射时间、保压压力、保压时间及纤维含量对制品质量的影响，筛选重要影响工艺参数。通过了解这些论文，我对这副模具需要考虑的问题有了一定的认识，同时也为我设计这副模具的结构提供了很大的启发作用。本章小结从介绍国内外注射模具的最新动态我引入了此次毕业设计的题目和设计要求。作为一名学习机械工程及自动化专业模具方向大四学生，我觉得通过认真完成毕业设计不仅是对以前学习的基础课知识的综合与应用，这是对我今后的学习和工作打下基础；同时模具设计的过程充满挑战和乐趣。毕业设计要求我们学会解决问题，这不同于以前为考试而复习，其中会遇到很多没有遇到过的问题。这要求我们不要畏难，要给自己制定计划，把设计工作细化，各个击破。同时，在培养自己独立解决问题的同时，我也要多通过老师、书籍、网络资源和同学们等途径找到解决问题的方法2 塑料制件分析和工艺方案选择2.1 塑料制件分析2.1.1 塑件制品的基本参数该制品为加厚型塑料小凳，作为可以承受成人体重的凳子，现在人一般在80Kg以下，则需要方凳能承受的载荷条件要达到784N；塑料小凳主要用于南方一带城市，要能承受40的高温和10的低温；塑料凳子要能耐磨，硬度也要高，设计硬度R70或7HB，抗弯强度45MPa；凳子成型收缩率要低，这样才不至于变形，收缩率55J/m2；同时，凳子的韧性必须好，这样才能不至于太脆而易损坏，则需断裂伸长率100%200%。2.1.2 材料分析本设计中塑件的材料选用玻纤增强聚丙烯（共聚PP塑料），英文名为Polypropylene。聚丙烯是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，具有优良的综合性能。未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。透明度也较聚乙烯好，比聚乙烯刚硬。常见制品：盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。PP塑料的成型温度160220，成型收缩率1.0%2.5%，加入30%的玻璃纤维可以使收缩率降到0.7%，模具温度需控制在3050范围内。下表为纯聚丙烯与玻纤增强聚丙烯的主要性能指标2。表2-1 聚丙烯与玻纤增强聚丙烯的主要性能指标对比塑料名称聚丙烯纯玻纤增强密度/ (g/cm3)0.900.911.041.05吸水率24h/（pc100）0.010.030.05收缩率/（%）1.02.50.40.8熔点/（）170176170180热变形温度/(0.46MPa/102115127抗拉屈服强度/（MPa）377890抗弯强度/（MPa）67.5132缺口冲击强度/（kJ/m2）3.54.814.1硬度/（HB）8.65(R95105)9.1共聚物型的PP材料有较低的热变形温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。PP的熔体质量流动速率（MFR）通常在1100。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚型的抗冲强度比均聚型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.62.0%。通常采用加入玻璃纤维、粉体添加剂或弹性体的方法对PP进行改性。加入30%的玻璃纤维可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。玻纤增强改性PP的特点：（1） 一般说来，PP材料的拉伸强度在 20M30MPa之间，弯曲强度在25M50MPa之间，弯曲模量在800M1500MPa之间。如果要想提高PP的强度性能，必须用玻璃纤维进行增强。 通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。拉伸强度可以达到65MPa90MPa，弯曲强度可以达到70MPa120MPa，弯曲模量可以达到3000MPa4500MPa，这样的机械强度完全可以与ABS及增强ABS产品相媲美。（2） 玻纤增强PP更耐热。一般ABS和增强ABS的耐热温度在8098之间，而玻璃纤维增强的PP材料的耐热温度可以达到135145。它可以被用来制作冰箱、空调等制冷机器中的轴流风扇和贯流风扇，其成本要比ABS增强产品低很多。也可以用于制造高转速洗衣机的内桶、波轮、皮带轮以适应其对机械性能的高要求，用于电饭煲底座和提手、电子微波烤炉等对耐温要求较高的场所。（3） 玻纤增强改性的PP 尺寸稳定性得到改善，受热变形减小，收缩率减小。（4） 玻纤增强改性的PP一般硬度得到提高，吸水性能下降。2.1.3 塑件的结构及精度分析在设计塑料制件时，除了要合理选用塑件的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性。塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，只有塑件结构设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构。在进行塑件的结构工艺性设计时，要遵循以下几个基本原则4。（1） 在设计塑件尺寸时，应考虑原材料的成型工艺性，如流动性、收缩性等。（2） 在设计塑件形状和结构时，应考虑其模具结构实现的可能性、制造的难易程度、模具的经济性要求。（3） 在保证塑件性能的前提下，应力求结构简单，壁厚均匀，使用方便。（4） 当塑件结构复杂、外观要求较高时，应先通过三维造型，再转为二维设计，然后完成塑件设计。本次设计的是日常生活用具：塑料板凳。主要是在生活中使用，使坐着舒服，持久耐用，对身体无害，因此，该塑件的材料应该是价格低廉，并且具有一定的强度和刚度，能够承载一定的重量，保证人身安全；在塑件结构和形状设计上，应尽可能地做到简化模具结构，且符合成型工艺特点，从而降低成本，提高生产效率。塑件的结构设计如图2-1：图2-1 塑料的小凳的三维模型本设计的结构特点：I. 尺寸精度塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获得塑件尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的主要因素。a 塑料收缩率不定（有一定的变化范围）。b 模具制造误差和磨损。c 成型工艺条件变化（温度、压力、时间）。d 存在脱模斜度。e 时效。模塑件的尺寸精度一般比金属件的低，设计时应根据GB/T14486-1993工程塑料模塑塑料件尺寸公差标准确定，查4表3-2，根据本设计所选用的聚丙烯（PP塑料），其公差等级：标准公差尺寸（一般精度）为MT3；未注公差尺寸为MT5。II. 表面粗糙度塑件表面粗糙度主要由模具成型零件表面粗糙度而定。塑件的外观要求越高，表面粗糙值应越低。塑件的表面粗糙度Ra一般为0.20.8m，而模具的表面粗糙度要比塑件低12级。一般情况下要求型腔比型芯精细，个别情况要求型腔和型芯表面粗糙度相同。模具在使用过程中，由于磨损而使表面粗糙度不断增大，应随时给予抛光复原，才能保证塑件表面质量。III. 形状塑件内外表面的形状设计在满足使用性能的前提下，应尽量使其有利于成型，尽量不采用侧向抽芯机构。由于侧向抽芯机构会导致模具结构复杂，制造成本提高，因此，塑件的结构尽可能避免侧向凹凸或侧孔，当无法避免侧孔或侧凹凸结构时，应尽量改为易脱膜结构，使模具设计简化。本设计的塑料小凳上方设计有向内的凹形圆弧，与屁股的形状相似，增强舒适性及安全性，防止从凳子上滑落而受伤。底部有一圆弧状与地面相离，在设计模具时，在型芯上设计同圆弧的凸台即可完成，避免了设计侧向抽芯机构。IV. 脱模斜度4塑件在冷却过程中要产生收缩，在脱模前会紧紧包在型芯上，或由于黏附作用，塑件紧贴在型腔内。因此，为了方便从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止在脱模时拉伤或擦伤塑件，在设计塑件内外表面必须沿脱模方向留有足够的斜度，在模具上即为脱模斜度。脱模斜度的选取应遵循以下原则。a 材质较硬塑件选取的脱模斜度应比材质较软塑件的大。b 塑件结构复杂的，脱模阻力较大，应选用较大的脱模斜度。c 一般情况下型芯选取的脱模斜度比型腔选取的脱模斜度小。d 常用的脱模斜度为030130，如果脱模阻力很大（如加强筋、网状格子），则脱模斜度为45；如果脱模侧面有橘皮纹，则脱模斜度为46。e 脱模斜度与塑件公差的关系。 一般情况下不包括在塑件公差内（=1130），对于塑件轴（外形），大端尺寸即可（在公差范围内），对于塑件孔（内形），小端尺寸保证即可（在公差范围内）； 当塑件精度要求高时（图样中应有表明），就要求包括在塑件公差范围内，则塑件轴（孔）的大、小端尺寸都不能超出塑件公差要求，此时，大、小端尺寸取极限，即可算出。本设计中，由于在凳子受力面的下方设置有加强筋，会产生很大的脱模阻力，考虑到这个问题，塑料小凳设计的脱模斜度=5。V. 壁厚塑件应有一定的壁厚，这不仅是为了保证塑件具有足够的强度和刚度，而且也为了塑料在成型时保持良好的流动状态。塑件壁厚设计要求如下：a 壁厚要均匀，厚薄相差不能太大，一般不超过3倍，且厚薄连接处应采用适当的结构缓慢过渡。b 壁厚不能太薄。因为壁厚太薄不仅强度和刚度差、易变性，而且在成型时因流动阻力大，不易充满，因此，应根据塑料的流动性来确定塑件的最小壁厚。c 壁厚不能太厚。因为壁厚太厚不仅会造成塑料浪费，产生气泡、缩孔、凹痕等缺陷，同时会由于冷却慢，成型周期长，生产率降低，而且还可能削弱其强度。若塑件的强度不够时，可采用设置加强筋的方法来提高其强度，这是塑件壁厚设计最常用的、最有效的方法。本设计的塑料小凳需要承受较大的压力，而且制件外形高度较大，所以不仅需要有较大的壁厚值，同时也需要设置加强筋来提高强度和刚度，所以本制件的壁厚设为6mm。VI. 加强筋2加强筋的主要作用是在不增加制品的壁厚的情况下，而提高其强度和刚度，避免制品产生翘曲变形。合理的设置加强筋可以在制品成型过程中改善其熔体的流动状况，有利于充模，同时也减少内应力，避免气孔、缩孔和塌陷变形等缺陷。加强筋的形状尺寸如图2-2：图2-2 加强筋的尺寸若塑件的壁厚=6，则L=(13) =618，A=(1/41) 6=1.56，R=(1/81/4)=0.751.5，r=/8=0.75，=25。根据本设计中塑料小凳的壁厚，取L=18，A=6，R=1.5，r=1.5，=5。VII. 孔孔设计的原则如下。a 尽量避免侧面有孔，若不可避免，则应考虑其可行性（抽芯）。b 有的斜孔或形状复杂的孔，可采用拼合的型芯来成型（不抽芯，简化机构）。c 通孔深度不能太大，一般应不超过孔径的3.75倍，否则型芯会弯曲。本设计的塑料小凳上方开有一通孔，采用拼合的型芯来成型，其作用是因为塑料是有韧性的，坐上去受到压力时会变形，塑料会向四面八方延展，这个洞就是为了容纳微弱的延展；同时，把凳子叠起来的时候保证两凳子间的压力始终等于大气压，也方便将凳子取出。VIII. 圆角2塑件除了使用要求采用的尖角之外，其余所有转角处均应尽可能采用圆弧过渡，因制件尖角处易产生应力集中，在受力或者受冲击震动时会发生破裂，甚至在脱模过程中由于塑模内应力而开裂。一般，采用壁厚一致的内外圆角，是一种最佳的设计，如图2-3：图2-3 内外圆角的半径通常，内外圆角的半径分别为r=a/2，R=3a/2。制品上转角处采用圆角过渡，不仅避免了应力集中，降低了应力集中系数，提高了抗冲击疲劳强度，而且改善了塑料熔体的流动和充模性能，减少了流动阻力，降低了局部的残余应力，防止制品的开裂和翘曲变形。同时，使其外观的视觉效果变得流畅美观，也使得成形模具的相关零件的强度得到了提高。本设计塑料小凳的内圆半径为3，外圆半径为9。2.1.4 塑件实体参数的确定综上所述，确定塑件材料为玻纤增强聚丙烯和结构后，采用Solidworks三维软件造型之后所得到的实体参数为：质量 1.1090416kg；体积 0.00120548m3；密度 920kg/m3；重量 10.8686N。2.2 成型工艺分析2.2.1 塑料成型简介塑料成型工艺主要包括注射成型、压缩成型、传递模塑、挤塑成型、中空吹塑成型、热成型等。注射成型的过程是，将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒，经加热塑化成熔融状态，由螺杆（或柱塞）施压而通过料筒端部的喷嘴注入低温的、闭合的模具型腔中，经冷却硬化而保持型腔所赋予的形状，开模取出塑件。由于注塑成型具有成型周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑件；对各种塑料均有良好的适应性，生产效率高，易于实现全自动化生产等一系列优点，因而注射成型是一种技术经济先进的成型方法。注射模有如下特点：（1） 塑料的加热、塑化是在注射机高温料筒内进行，而不是在模具内进行，因而模具不设加料腔，而设浇注系统，熔体通过浇注系统充满型腔；（2） 塑料熔体进入型腔之前，模具已经完全闭合。在模塑成型过程中需要根据塑料特性，在模具中设加热和冷却系统；（3） 塑料制品尺寸精度高；（4） 注射成型适应性强，既可模塑成型小制品，也可成型大型制品；（5） 既可成型复杂制品，也可成型简单制品；既可成型热塑性塑料，又可成型热固性塑料；（6） 容易实现自动化生产，生产效率高；（7） 注射模结构复杂，因而制造周期长、成本高。根据本塑件的结构特性，没有特殊的成型要求，即可采用注塑成型的成型工艺。2.2.2 注塑成型工艺内容注射成形过程包括成形前的准备、注射过程和制件的后处理3。（1） 成形前的准备一般在成形前应对塑件原料进行外观检验，如原料的色泽、细度及均匀度等，必要时应对塑料的工艺性能进行测试。在成型前，还应对注射机的料筒进行清洗或拆换。当制件内设置金属嵌件时，有时需要对金属嵌件进行预热，以减小塑料熔体与金属嵌件之间的温度差。为了使制件容易从模具内脱出，还需对某些模具的型腔喷涂脱模剂。常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。在成形前，有时还需对模具进行预热。（2） 注射过程塑料在注射料筒内经过加热、塑化达到流动的状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成形，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。对于螺杆式注射机，充模是注射机的螺杆从预塑后的位置向前运动开始的。在液压缸的推力作用下，螺杆头部迫使料筒计量室中塑化的熔体流经注射机喷嘴、模具主流道、分流道，最后从浇口处注入并充满模具型腔。在压实阶段约占制品重量15%的熔体被压到型腔内。此时熔体进入型腔的速度已经很慢。在保压阶段，熔体仍处于螺杆所提供的注射压力之下，熔体会继续流入型腔内以弥补熔体因冷却收缩而产生的空隙。此时熔体的流动速度更慢，螺杆只有微小的补缩位移。在保压阶段熔体随着模具的冷却，密度增大而逐渐成形。保压结束后，螺杆回程（下一周期的预塑开始），喷嘴压力迅速下降至零。塑料熔体在此时仍会具有一定的流动性。冷却定型阶段，在模具冷却系统的作用下制件逐渐冷却到具有一定的刚度和强度时脱模。若残余压力过大，会造成制品开裂、损伤或卡模等弊病。（3） 制品的后处理制品脱模后，常需要进行适当的后处理来改善制品的性能和提高制品尺寸的稳定性。制品的后处理主要是指退火和调湿处理。退火处理的方法是使制品在恒温的加热液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间。一般退火温度应控制在高于制品使用温度1020或者低于塑料热变形温度1020为宜。退火时间视制品厚度而定。退火后应使制品缓冷至室温。调湿处理是使制品在一定的湿度环境（如热水或油）中预先吸收一定的水份，使制品尺寸稳定下来，以避免制品在使用中再发生更大的变化。下表为聚丙烯的成型工艺参数3。表2-2 聚丙烯（PP塑料）成型工艺参数塑料名称聚丙烯预热温度/80100时间/h12料筒温度/前段200220中段180200后段160180喷嘴形式及温度/直通式/170190模具温度/8090注射压力/MPa70100保压压力/MPa5060成形时间/注射时间2060高压时间03冷却时间2090注射成形机类型螺杆式螺杆转速r/min48本章小结本章对塑件的材料和结构工艺性进行了全面的分析，同时对不同的结构的成型方法进行了简单的介绍。对塑件的分析是注射模具设计的基础，只有对塑件的结构有了全面的了解，才能给方便、准确的设计出制造塑件的模具。并且我也对注塑成型的过程做了简单的介绍。本章我使用了软件对塑件进行建模，计算出它的体积和质量，这为注射机的选型和注射模具的设计打下了基础。3 模具的结构设计3.1 模具总体方案设计1-定模坐板 2-冷却水道 3-型腔（凹模） 4-螺钉一 5-推件板 6-支承板7-推杆 8-螺钉二 9-推板固定板 10-推板 11-动模坐板 12-导套一 13-导套二 14-支撑导柱 15-垫块 16-螺钉三 17-弯销 18-滑块 19-圆头螺钉 20-定模 21-螺旋冷却型芯 22-凸模 23-浇口套 24-定位圈 25-导柱 26-导套三 27-导套四 28-导套五 29-水管 30-螺钉四图3-1 加厚型塑料小凳注射模装配图3.2 分型面及型腔设计3.2.1 分型面的设计模具上用来取出塑件和（或）浇注系统凝料可分离的接触表面称为分型面。在模具设计的初始阶段，首先应确定分型面的位置，然后才能确定模具的结构形式。分型面设计得是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具复杂程度具有很大影响。分型面的形状一般为平直分型面，有时由于塑件的结构形状较为特殊，需要采用倾斜分型面、曲面分型面、阶梯分型面或瓣合分型面。有多个分型面时，为了便于看清模具的工作过程，应标出模具分型的先后顺序，如、或A、B、C等。分型面的选择应注意以下几点。（1） 分型面应选在塑件的最大截面处。（2） 不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件，更应注意分型面对外观的影响。（3） 有利于保证塑件的精度要求。（4） 有利于模具加工，特别是型腔的加工。（5） 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。（6） 便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边（有的塑件需要定模推出的例外）。（7） 尽量减少塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需锁模力。、（8） 便于嵌件的安装。（9） 长型芯应置于开模方向。图3-2 模具分型面的选择本设计中模具的分型面如图3-2，分型面设计是确定动、定模的分界线。如图所示塑件的外形要求，分型面选择在A处。如果分型面选择在B处，B面会不光滑，并且凳子表面将有飞边，影响塑件的外观质量，所以不予取用。而采用在A处分型的方案，确保开模时塑件留在动模，由推出机构推出，便于取件，塑件的尺寸、外观质量也可以保证。这也是最佳的分型面设计方案，同时也为浇口设计提供了方便。3.2.2 型腔的设计与多型腔模相比，单型腔模具有以下优点。（1） 塑件的形状和尺寸精度始终一致。（2） 工艺参数易于控制。（3） 模具结构简单、紧凑，设计制造、维修大为简化。型腔数量主要是根据塑件的质量、投影面积、几何形状（有无抽芯）、塑件精度、批量大小以及经济效益来确定，以上这些因素有时是互相制约的，在确定设计方案时，须进行协调，以保证满足其主要条件。根据注射及的最大注塑量确定型腔数目：初选注塑机为SZ-2500/5003；塑件的每次注射量总和不能超过注射机最大额定注射量的80%，其计算方法是3n0.8Vg-VjVs(3.1)式中：n每台模具允许型腔数；Vg注射机最大注射量2500g；Vj浇注系统凝料量200g；Vs单个塑件的容积1300cm3；将参数代入公式(3.1)，有n0.8Vg-VjVs=0.82500-2001300=1.3846在本次设计中，塑件的尺寸精度要求不高，中等批量生产，它本身的体积不小，在实际工厂调研中发现板凳的制造一腔多模会造成多次浪费，容易产生次品，浇道易堵，产生不必要的维修时间，从而降低了生产效率；同时一腔多模需要很大的注射压力，这对注塑机的要求进一步提高，也对模具壁抗压能力有进一步的要求，提高了制造成本。所以选择一模一腔。3.3 浇注系统的设计浇注系统是指从塑料熔体从注射机喷嘴处理啊后，到达型腔之前在模具中所流经的通道。其作用是将熔体从喷嘴平稳的引入型腔，并在熔体冲模和固化定型过程中，将注射压力和保压充分传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑料制品。在设计浇注系统时，首先选择浇口的位置，浇口位置的选择恰当与否，将直接关系到塑件的成型质量及注射过程是否能顺利进行。流道及浇口位置的选择遵循以下原则5。（1） 设计浇注系统时，流道应尽量少弯折，表面粗糙度为Ra0.81.6m。（2） 应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统应按型腔布局设计，尽量与模具中心线对称。（3） 单型腔塑件投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开设浇口，不然会造成注射时模具受力不均。（4） 设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑件上不留痕迹。（5） 一模多腔时，应防止将大小悬殊的塑件放在同一幅模具内。（6） 在设计浇口时，避免塑料熔体直接冲击小直径型芯及嵌件，以免产生弯曲、折断或移位。（7） 在满足成型排气良好的前提下，要选取最短的流程，这样可以缩短填充时间。（8） 能顺利地引导塑料熔体填充各个部位，并在填充过程中不致产生塑料熔体涡流、紊流现象，使型腔内的气体顺利排出模外。（9） 在成批生产塑件时，在保证产品质量的前提下，要缩短冷却时间及成型周期。（10） 若是主流道型浇口，因主流道处有收缩现象，若塑件在这个部位要求精度较高时，主流道应留有加工余量或修正余量。（11） 浇口的位置应保证塑料熔体顺利流入型腔，即对着型腔中宽敞、厚壁部位。（12） 尽量避免使塑件产生熔接痕，或使其熔接痕产生在塑件不重要的部位。本次设计采用一模一腔式，而且形状为一壳体，冲模过程中无阻碍作用，所以只设主流道，且为直接浇口。3.3.1 主流道的设计主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始，到分流道位置的一段塑料熔体的流动通道。主流道一般位于模具中心线上，和注射机喷嘴中心线重合，是通体最先流经模具的部分。主流道一般垂直于分型面。主流道工作时，与热的注射机喷嘴接触，并与一定温度和压力的塑料熔体反复接触，冷热接替，属易损件，对材料要求较高，所以主流道设计成可拆卸更换的浇口套。采用碳素工具钢（如T8A、T10A等）材料制造，热处理淬火硬度为HRC5357。为便于主流道凝料顺利拔出和塑料熔提的顺利流入。主流道通常设计成圆锥性，锥角为4，本产品所用塑料为PP，流动性较好，表面粗糙度Ra0.8m。浇口套内壁抛光应该沿轴向，以利于凝料抽出。主流道尺寸直接影响塑料熔体的流动速度和冲模时间，设置塑料的内在质量，主流道与喷嘴接触处一般做成凹球形，主流道凹球与喷嘴凸球应紧密贴合。如图3-3：1-浇口套；2-定模座板；3-定位圈；4-注射机喷嘴图3-3 主流道的安装及尺寸主流道凹球半径 r1=喷嘴凸球半径r+12mm=35+1=36mm。凹球深度h=35mm，取h=3mm。主流道小端直径d1=喷嘴直径d+0.51mm=7+1=8mm。主流道大端直径d2=d1+2Ltan2=8+260tan212mm，而流道长度L由定模板厚度确定，应尽可能短，一般L60mm。浇口套是靠定位圈定位，用螺钉固定在定模座板中，浇口套和定位圈分别制造。浇口套和定模座板配合采用H7/m6的过渡配合，与定位圈采用H9/f9的间隙配合。定位圈与注射机固定模板的定位孔相配合，用于模具与注射机的安装定位，定位圈外径有注射机定位孔直径确定。浇口套（定位圈）由M8的螺钉固定在定模座板上。如图3-4(c)：图3-4 浇口套的固定形式3.3.2 校核主流道的剪切速率主流道的当量半径R当=D+d4=12+84=5mm。根据文献2，查表4-4，由Qn=2500cm3/s，可得t=4.5s，所以主流道体积流量：Q主=V主+V浇t=1300+2004.5=333.