一种塑料端盖注塑模具设计说明书-本科毕业论文

本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 一种塑料端盖注塑模具设计一种塑料端盖注塑模具设计 学学院院机械工程学院机械工程学院 专业班级专业班级 学生姓名学生姓名 学生学号学生学号 指导教师指导教师 提交日期提交日期20162016 年年 4 4 月月 3 3 日日 华南理工大学广州学院华南理工大学广州学院 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：日期：2016 年 4 月 3 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本人完全了解华南理工大学广州学院关于收集、保存、使用学位论文 的规定，即：按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本；华南理工 大学广州学院图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检 索与阅览服务；可以采用复印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以 赢利为目的的前提下，可以公布论文的部分或全部内容。 学位论文作者签名：日期：2016 年 4 月 3 日 指导教师签名：日期：2016 年 4 月 3 日 作者联系电话：电子邮箱： I 摘摘要要 塑料成型制品是以塑料为主要结构材料经成型加工获得的制品，又叫做塑料 制件，简称塑件。塑料成型制品应用广泛，特别是在电子仪表、电器设备、通信 工具等方面获得大量应用。如各种受力不大的壳体、支架、结构件、装饰件等； 作为塑料制品的主要生产基础工艺装备的塑料模具， 在国民经济占有重要的地位， 模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志。注射成型是塑料成型 的一种重要方法， 它主要适用于热塑性的成型可以一次成型形状复杂的精密塑件， 本次设计就是将一种塑料端盖作为设计模型，将注塑模具的相关知识作为依据， 阐述塑料注塑模具的整体设计过程。 本文设计的内容就是一种塑料端盖注塑模具设计，材料为 HDPE，根据其结构 形状特点以及通过对塑料端盖成型工艺的正确分析，确定型腔的总体布局，选择 分型面，确定脱模方式，设计浇注系统等；同时本文对注塑模具进行简要介绍， 对注塑模具中的主要零件进行设计计算，在设计过程中着重考虑其生产实际中的 经济性和合理性。 关键词：关键词：注塑模具；注射成型；分型面；计算 II Abstract Plastic molding products are plastic as the main structural material. The pr ocessing of products. Referred to as the plastic parts. Plastic molding products a re widely used. Especially in the electronic instrument electrical equipment, com munication tools, etc to obtain a large number of lications. Such as all kinds of stress are shell stents structure decoration. Based process equipment as the mai n production of plastic products of plastic mold. Occupies an important position in national economy mould technology has also become to mesure a national product manufacture level of important symbol. Injection molding plastic moldin g is an important method. It is mainly suitable for thermoplastic molding. And can be a complicated shape of precision plastic forming parts is the adsl surfac e shell as a design model. This paper will be injection mold related knowledge as the basic. The overall design process of plastic injection mold are expounde d. Design the content of this article is shell of plastic injection mould, materi als for HDPE. According to the shape of the structure characteristic and throSol idworksh the analysis of the right across the shell molding process, determine t he overall distribution of cavity choose the parting surface determine the demou lding way. The design of gating system, etc. KeywordsKeywords：Plastic mold;injection molding;the parting surface III 目目录录 摘摘要要. I absabstracttract.II 第第一一章章绪论绪论.2 1.1我国模具行业的发展方向和前景.2 1.2注塑模具设计与制造技术.3 1.3Solidworks 模具设计的基本流程3 1.4课题意义.4 1.5本章小结 第二章第二章 注塑件的设计注塑件的设计.6 2.1功能设计.6 2.2材料选择.6 2.3结构设计.7 2.4塑件的尺寸精度及表面质量.8 第第三三章章 塑件塑件 3D3D 建模及注射成型工艺分析建模及注射成型工艺分析.10 3.1塑件的 3D 模型.10 3.2塑件的注射成型工艺性分析.10 3.3注塑机.10 第第四四章章 模具结构设计模具结构设计.12 4.1型腔数目的确定.13 4.2分型面的确定.13 4.3浇口的确定.13 4.4模具材料的确定.13 4.5浇注系统的设计.14 4.6成型零件结构设计.16 4.7模架的选用.16 4.8导向机构的设计.17 4.9顶出机构的设计.18 4.10 排气设计.18 4.11 温度调节系统设计.18 第第五五章章 注射机的校核注射机的校核.20 5.1最大注塑量的校核.21 5.2锁模力的校核.21 IV 5.3模具外形尺寸校核.21 5.4模具厚度校核.21 IV 5.5模具安装尺寸校核.22 5.6开模行程校核.22 第第六六章章 模具总装设计模具总装设计.22 6.1模具装配及加工要求.23 6.2模具工作原理.24 结论结论.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献参考文献.26 致致 谢谢.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第一章 前言 1 第一章第一章前前 言言 1.11.1 我国模具行业的发展方向和前景我国模具行业的发展方向和前景 经过 1990 年代的高速发展，中国的模具产业已经达到一定的水平，生 产能力也有了相当大的提高，模具市场的规模也正在逐步扩大。过去十年， 中国模具工业（主要集中在汽车、电子信息以及电器）以每年 15%左右的增 长速度快速发展。 到 2005 年，全国模具生产厂点已达 3 万多家，从业人员 50 多万人；模 具销售总额高达 610 亿元， 比上年增长 25%； 模具生产企业总体上任务饱满、 订单充足。2006 年，业界预测中国汽车的年度销售数量将会比前一年增长 15%，年度销售数量将会达到 640 万台。而汽车零部件市场比汽车整车的市 场更大，可以预测汽车相关模具产业将会有高速发展。 与 2004 年相比，2005 年中国的模具生产值增加了 125%，以 610 亿人民 币居世界第三位。其中，出口比前一年增加了 150%，达到了 7.4 亿美元。 目前， 国内模具行业正随着我国制造业特别是汽车和电子产业的持续高速发 展而逐渐步入“黄金期”。 近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、 长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度； 塑料模和压铸 模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制 改革的不断深入，“三资”及民营企业的发展较快。 在注塑模具方面，2006 年，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和 气辅模具水平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最 大的注塑模具单套重量已超过 50 吨， 最精密的注塑模具精度已达到 2 微米。 在 CAD/CAM 技术得到普及的同时，CAE 技术应用越来越广，CAD/CAM/CAE 一 体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现， 专利数量增多。 据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括 10 个方面： (1)模具日趋大型化。 (2)模具的精度将越来越高。10 年前精密模具的精度一般为 5 微米，现 已达到 2-3 微米，1 微米精度的模具也将上市。 (3)多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型 零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越 来越高。 第一章 前言 2 (4)热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。 (5)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塑成 型等工艺的模具也将随之发展。 (6)标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大 地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。 (7)快速经济模具的前景十分广阔。 (8)随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。 同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。 (9)以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增 大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来 越高。 (10)模具技术含量将不断提高。 从应用趋势方面分析，受用户要求模具的生产周期缩短影响；快速经济 模具的开发将被重视，模具标准件的应用将日渐广泛，且采用计算机控制和 机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。 1.21.2 注塑模具设计与制造技术注塑模具设计与制造技术 质量、成本（价格）、时间（工期）已成为现代工程设计和产品开发的 核心因素，现代企业大都以高质量、低价格、 短周期为宗旨来参与竞争市场。 先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程， 对模具行 业也是如此。模具行业必须在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以 调整以适应这种要求。 1.2.11.2.1 注塑模具的可视化设计注塑模具的可视化设计 现在我们对产品设计的要求是快速、准确。随着软件技术的发展，三维 设计（3D）的诞生使模具实现了可视化、面向装配的设计。模具由二维设计 （2D）到三维（3D 实现了模具设计技术的重大突破。 模具三维设计直观再现了未来加工出的模具本体， 设计资料可以直接用 于加工，真正实现了 CAD/CAM 一体化和少、无图样加工； 模具三维设计解决了二维设计难以解决的一系列问题，如干涉检查、模 拟装配、CAE 分析等； 模具三维设计能对模具的可制造性加以评价，大大减少了设计失误。 第一章 前言 3 1.2.21.2.2 注塑模具的快速制造注塑模具的快速制造 基于并行工程的模具快速制造 近些年来，为了满足工期的要求，模具企业大都在自觉与不自觉中应用 “并行”的概念来组织生产、销售工作。并行工程应用的明确提出是对现有 模具制造生产模式的总结与提高。并行工程、分散化网络制造系统为模具快 速制造提供了有效的实施平台。 并行工程的基础是模具的标准化设计。标准化设计是由三方面要素组 成：统一数据库和文件传输格式是基础；实现信息集成和数据资源共享是关 键；高速加工等先进制造工艺是必备条件。 （2）应用快速原型技术制造快速模具（RP+RT） 在快速原型（Rapid Prototyping,RP）技术领域中，目前发展最迅速、 产值增长最明显的就是快速模具(Rapid Tooling,RT)技术。应用快速原型技 术制造快速模具（RP+RT），在最终生产模具之前进行新产品试制与小批量 生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，有效地缩短开发时间、降低成 本。这就是 RP+RT 技术产生根本原因。 （3）高速切削技术的应用 高速切削（High Speed Machining,HSM）在模具领域的应用主要是在加 工复杂曲面方面。其中高速铣削（也称为硬铣削 Hard Milling,HM）可以把 复杂形面加工得非常光滑，几乎或者根本不再需要精加工，从而节约了点火 花（EDM）加工和抛光时间及有关材料的消耗，及大地提高了生产效率，并 且形面的精度不会遭到破坏。 1.2.31.2.3 制造模式的改变制造模式的改变信息流驱动的模具制造信息流驱动的模具制造 先进制造生产模式对模具工业的影响主要体现在信息的流动。 与制造活 动有关的信息包括产品信息和制造信息， 现代制造过程可以看作是原材料或 毛坯所含信息量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。目前，面向 模具开发的 CAD/CAHDPE/CAM/CAE、DNC、PDM、网络集成等均是围绕如何实 现信息的提取、传输与物化，即使信息流得以畅通为宗旨。 1.31.3 SolidworksSolidworks 模具设计的基本流程模具设计的基本流程 目前，国际上占主流地位的注射模 CAD 软件有 Solidworks、I-DEAS、 第二章 注塑件的设计 4 Solidworks、SolidWorks 等；结构分析软件有 MSC、Analysis 等；注 射过程数值分析软件有 MoldFlow 等； 数控加工软件有 MasterCAM、 Cimatron 等。 本次是运用 Solidworks 进行模具设计的,下面简单介绍以下 Solidworks 模具设计流程。 Solidworks 模具设计的基本流程如图 1.1 零件成品零件设计 模具装配参照零件 模型检验厚度检验 设置收缩率 模流分析 建立模具体积建立或分割 模具开启干涉检验 专家模具系 2-D 工程图CNC 加工 建立分模面 图 1.1Solidworks 模具设计的基本流程 1.41.4 课题意义课题意义 在传统塑料模具设计中，设计周期长，一般要二到三个月的时间；设计 成本高，需要往返数次制模，修模；产品质量不能保证，对流体在模腔内的 流动状态，冷却状况缺乏了解。 本文以一种塑料端盖的注塑模具设计为例，运用 Solidworks 软件智能 分模，不但保证了模具的精确性，而且分模简单，是设计者可以节约时间， 集中精力拆模做型腔；运用 CAE 分析功能，对塑料注塑过程进行模拟分析， 包括充模流动模拟、保压过程模拟、冷却过程模拟及翘曲模拟分析。通过模 第二章 注塑件的设计 5 拟分析可以预测制品填充不足、熔接线、气泡和翘曲变形等缺陷，还可以测 定最佳浇口数量和位置，测定注塑时注射压力以及注射时间，溶体流动前锋 的温度变化等系列参数；运用专家模架系统，根据设计参数直接选取标准模 架，构造模具三维实体。这样设计出来的模具具有更高的质量，更大的准确 性。 现代的模具设计在计算机的平台上，运用 CAD/CAE/CAM 等软件，使现代 模具设计具有了高质量，高效率，低成本等特点。 第二章 注塑件的设计 6 第二章第二章注塑件的设计注塑件的设计 2.12.1 功能设计功能设计 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标. 该塑件是一种塑料端盖,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情 况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化 温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是中批中量或大 批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合 各种因素。 2.22.2 材料选择材料选择 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.该塑件属于日常生活用品，没有什么特别的要求，因此主要从容易成型 方面选择材料。 HDPE 树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐 化学药品性及电气性能优良， 还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性 好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电 镀、焊接、热 压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织 和建筑等工业 领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。HDPE 树脂是目前 产量最大，应用最广泛的聚合物，它将 PS， SAN，BS 的各种性能有机地统 一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。 HDPE 工程塑料具有优良 的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化 学 药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。HDPE 树脂耐水、无机盐、碱 和酸类，不溶于大部分醇 类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯 代烃中。 具体有点有以下 6 点： 1.综合性能比较好：机械强度高；抗冲击能力强，低温时也不会迅速下 降；缺口敏感性较好；抗蠕 变性好，温度升高时也不会迅速下降；有一定 的表面硬度，抗抓伤；耐磨性好，摩擦系数低； 第二章 注塑件的设计 7 2.电气性能好，受温度、湿度、频率变化影响小； 3.耐低温达-40； 4.耐酸、碱、盐、油、水； 5.可以用涂漆、印刷、电镀等方法对制品进行表面装饰； 6.较小的收缩率，较宽的成型工艺范围。 HDPE 工程塑料的主要缺点是热变形温度较低，可燃，耐候性较差。 选 择注射成型制品的材料，不仅应能在一定的期限内保证其使用功能和性能， 还要考虑到加工成型、成本和供应方面的问题。通过综合考虑，本注塑件选 用材料为 HDPE。 2.32.3 结构设计结构设计 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。 2.3.12.3.1 壁厚壁厚 塑料制品的壁厚对制品的质量有至关重要的影响。壁厚过厚，不但用料 多，容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷，而且冷却时间长生产效率低；壁厚 过薄，成型困难，流动阻力大。在此主要是分析壁厚对成型的影响，所以只 验证产品在脱模顶出时保证不变形。该产品的壁厚 1.5mm，在此材料的推荐 壁厚 0.62.3mm 的范围内。所以本次产品的壁厚值能满足工艺要求。 2.3.22.3.2 脱模斜度脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了 便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行 的塑件内,外表面都应具有合理的斜度。在塑件的高度比较小时也可以不需 要脱模斜度。 HDPE 的脱模斜度为 。， 130 ，由此确定塑件的脱模斜度。 2.3.32.3.3 加强肋加强肋 塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形； 沿着物料流动方向 的加强肋还能降低充模阻力，提高熔体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现 象的产生。 第二章 注塑件的设计 8 2.3.42.3.4 圆角圆角 塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求 时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生 破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和 塑件的脱模。 2.42.4 塑件的尺寸精度及表面质量塑件的尺寸精度及表面质量 2.4.12.4.1 尺寸精度尺寸精度 影响制品精度的因素较多。首先是模具的制造精度和模具的磨损量，其 次是成型工艺条件的变化所引起的塑料收缩率的波动。另外，成型后的时效 率变化和模具结构形状对尺寸精度也有一定的影响。因此，对塑料制品的精 度要求不能太高，应在保证使用功能的条件下，尽可能选择低精度等级。 该产品零件图所有尺寸为未注公差尺寸， 根据国家推荐标准 （GB/T14486-93） 规定的 MT5 级精度选取作为塑料制品的尺寸公差等级。 已注尺寸公差等级也 在 HDPE/PC 的一般精度等级 MT3 范围内。 所以该产品注射成型能够达到此精 度要求。表 2-3-3 是国家推荐标准的工程塑料模塑塑件尺寸公差，该表只取 了在产品尺寸范围内的数据。 表 2-1尺寸公差表 2.4.22.4.2 塑件的表面质量塑件的表面质量 塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤，波纹等疵 点外，主要的由模具的表面的粗糙度决定。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。由 于该制品为一般日常生活用品，对表面粗糙度要求不高，取塑件表面粗糙度 为 0.8 m。 第二章 注塑件的设计 9 2.2.5 5 本章小结本章小结 本章主要讲述了注塑件的设计，其中包括功能设计，材料的选择和机 构设计，同时考虑了塑件尺寸精度和表面质量的要求。 第三章 塑件 3D 建模及注射成型工艺分析 10 第三章第三章塑件塑件 3D3D 建模及注射成型工艺分析建模及注射成型工艺分析 3.13.1 塑件的塑件的 3D3D 模型模型 运用 Solidworks 绘图软件绘制塑件的 3D 图，如图 3.1 所示下： 图 3.1塑料端盖 3.23.2 塑件的注射成型工艺性分析塑件的注射成型工艺性分析 3.2.13.2.1 初步分析初步分析 通过 Solidworks 对 3D 模型质量属性分析 分析结果：单件体积= 19875 3 单件投影面积=28553 2 密度=1.05g/cm 3 单件质量=15.6g 3.33.3 注塑机注塑机 3.3.13.3.1 注塑成型工艺参数注塑成型工艺参数 查模具设计手册可知 HDPE 料注射成型的主要工艺参数如下表 3-1。 表 3-1HDPE 料注射成型的主要工艺参数 工艺参数规格工艺参数规格 预热和干燥温度 t/: 8095成型时间/s注射时间05 时间/h: 45 保压时间1530 第三章 塑件 3D 建模及注射成型工艺分析 11 料筒温度 t/后段150170冷却时间1530 中段165180总周期4070 前段180200螺杆转速 n/(m)3060 喷嘴温度 t/170180后处理方法红外线灯烘箱 模具温度 t/5080温度 t/70 注射压力 p/Mpa60100 时间/h 24 3.3.23.3.2 注塑机的选择注塑机的选择 由公称注射量选定注射机 由 3.2.1 分析已得出单个塑件体积 V=19875 3 ，流道凝料 V=4545 3 实际注射量为:V 实=198752+4545=44.295cm 3 ； 根据实际注射量应小于 0.8 倍公称注射量原则, 即： 0.8V公 V 实 V公= V 实/0.8 =44.2950.8 =55.368cm 3 ； 由上计算初步确定注塑机为 SZ-60/60，查模具设计手册注塑机主要技 术参数如下表 3-2。 表3-2国产注射机SZ-60/60技术参数表 特性内容特性内容 结构类型卧拉杆内间距(mm)320520 理论注射容积（cm 3） 60移模行程(mm)300 螺杆直径(mm)40最大模具厚度(mm)350 注射压(MPa) 145最小模具厚度(mm)170 注射速率(g/s)100锁模形式(mm)液压 塑化能力(g/s)11.7模具定位孔直径(mm)125 螺杆转速(r/min)20200喷嘴球半径(mm)35 锁模力(KN)600喷嘴口直径（mm）4 第三章 塑件 3D 建模及注射成型工艺分析 12 3.3.4 4 本章小结本章小结 本章主要讲述了塑件 3D 模型以及注塑成型工艺的分析。通过注塑成型 的分析我们可以确定注塑机的型号。 第四章 模具结构设计 13 第四章第四章模具结构设计模具结构设计 4.14.1 型腔数目的确定型腔数目的确定 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，根据生产批量和经济因素，初步确定该模 具为一模两腔。 4.24.2 分型面的确定分型面的确定 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构 工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因 此在选择分型面时应综合分析，应遵循以下几项的设计原则： 1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处 2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模 3）分型面的选择应保证塑件的精度要求 4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求 5）分型面的选择要便于模具的加工制造 6）分型面的选择应有利于排气 除了以上这些基本原则以外， 分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上 的投影面积的大小。为了保证侧向型芯的位置的放置及抽芯机构的动作顺 利，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，而将较深的凹孔或较 高的凸台放置在开合模方向。 4.34.3 浇口的确定浇口的确定 HDPE 料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,确定使用潜伏 浇口。浇口位置已经在 3.2.2 分析中确定。 4.44.4 模具材料的确定模具材料的确定 现有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, 第四章 模具结构设计 14 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。 模仁的材料为 45#钢。P20 钢属优质碳素塑料模具钢，与普通优质 45 碳 素钢相比，其钢中硫，磷含量低，钢材纯度好。制造小型塑料模具，用调质 处理可获得较高的硬度和较好的强韧性。P20 钢的优点是价格便宜，切削加 工性好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性和一定的耐 磨性，被广泛用于制造中、低挡的塑料模具。 材料预备热处理： 断后退火；高温回火；正火 推荐回火规范：回火温度为 500560 C 。 ，空冷，硬度为 2533HRC。 4.54.5 浇注系统的设计浇注系统的设计 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、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 中的重点内容之一。 4.5.14.5.1 主流道设计主流道设计 主流道是一端与注塑机喷嘴相接触， 另一端与分流道相连的一段带有有 锥度的流动通道。根据注塑机型号设计主流道尺寸，具体尺寸详见图纸。 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。浇口套结构设计如图 4.1 所示采用两颗 M520L 螺钉固定。由注塑机确 定定位圈的尺寸，定位圈采用两颗 M620L 螺钉固定，如图 4.2 所示。 图 4.1 浇口套图 4-2 定位圈 第四章 模具结构设计 15 4.5.24.5.2 分流道设计分流道设计 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。浇道的截面积越大，压力的损失就越 大；浇道的表面积越小，热量的损失就越少。用浇道的截面积和表面积的比 值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。考虑热量损失和浇道 加工性能等因素，查6P151 表 4-3，选择圆形截面的分浇道。具体详见图 4.3 所示。 4.5.34.5.3 冷料井冷料井 冷料井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， 冷料井的尺寸， 宜稍大于主流道大端的直径， 长度约为主流道大端直径。该模具的冷料井设计锥形的冷料井。 4.5.44.5.4 浇口浇口 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。该模具采用潜伏式浇口，已在 4.3 中得到确定。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。 浇口的截面形状和分流道的一样都采用圆形截面， 与分流道的连接方式 见图 4.3 所示。 图 4.3主流道、分流道、浇口的连接情况 第四章 模具结构设计 16 4.64.6 成型零件结构设计成型零件结构设计 所谓成型零件是模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件，它包括凹模、 型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受 塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生磨擦。因此，成型零 件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，此外，成 型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型 腔的总体结构，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零 件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度 校核。以下是成型零件的结构设计。 根据产品特征，为了便于加工制造，型腔采用整体镶嵌式，型腔靠用 8 颗 M840L 螺钉固定于型腔板，如图 4.4 所示；型芯也采用整体镶嵌式，型 芯用 8 颗 M830L 螺钉固定，如图 4.5 所示； 图 4.4 型腔 图 4.5 型芯 4.4.7 7 模架的选用模架的选用 注射模标准模架共有两个国家标准：一是使用于模板尺寸 BL560mm 900mm 的中小型模架（GB/T12556.11990）；二是使用于模板尺寸 BL 为 630mm630mm1250mm2000mm 的大型模架（GB/T12555.11990）。 塑料模具型腔在成型过程中承受着塑料熔体的高压， 如果侧壁或底板的 强度不足，则可能产生开裂，如果强度不足，则可能产生过大的变形，造成 溢料，使脱模困难，型腔侧壁和底板厚度的计算方法有强度计算和刚度计算 两种，一般情况下，大尺寸型腔刚度不足是主要问题，应按刚度条件计算， 第四章 模具结构设计 17 小尺寸型腔强度不足是主要问题，应按强度条件计算。 根据制件的尺寸分析，本制件的成型型腔属于较大尺寸，所以应按刚度 来计算，而型腔采用的是整体嵌入式，根据型腔的材料和经验，型腔的壁厚 为 1719mm，模套壁厚 4550mm。 由 此 按 经 验 参 考 标 准 模 架 ， 选 取 标 准 模 架 为 I-150200GB/T 12556.1-1990 表 4-1 模架参数表 名称材料尺寸（mm） 上模座板45 钢300 22015 动模固定板45 钢150 17020 中间板45 钢220 150 20 支撑件45 钢150 8030 下模座板45 钢250 15025 推板45 钢150 15020 推板固定板45 钢150 15020 4.4.8 8 导向机构的设计导向机构的设计 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。 设计导柱和导套需要注意的事项有： 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。 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。 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。 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。 除了在动模和定模之间设置导柱，导套以外，还需要在推板与动模坐 第四章 模具结构设计 18 之间设置导柱、导套，以保证推板的顺利推出。 合模导向机构的设计 导柱：由模架已经确定基本尺寸为20mm，总长 L=135mm，详细资料看 零件图纸； 导套：由导柱基本尺寸确定，长度 L=90mm，详细资料看零件图纸。 4.4.9 9 顶出机构的设计顶出机构的设计 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。 本设计使用简单的推杆脱模机构和利用斜顶设计推出机构的类型为一 次推出机构。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。顶出机构如图 4.8 所示。 图 4.8推出结构 4.14.10 0 排气设计排气设计 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。 4.14.11 1 温度调节系统设计温度调节系统设计 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。 第四章 模具结构设计 19 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。由前面分析可知道 HDPE 的成型温度为 248，模具温度为 47.5 。 4.14.11 1.1.1 温度调节对塑件质量的影响温度调节对塑件质量的影响 采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率； 模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形 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。 4.14.11 1.2.2 对温度调节系统的要求对温度调节系统的要求 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； 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； 采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好； 温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉； 4.14.11 1.3.3 冷却系统设计冷却系统设计 由 4.8.3 中分析得出，需要给模具设计冷却系统，重点在上部球形面 和直流道。 设计原则 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡； 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好； 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。 浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳； 应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过 5 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。 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。 该塑件属于中等深度的塑件，又由于前面分析可以知道，在塑件外面和 第四章 模具结构设计 20 直流道处需要重点冷却。因此在型芯型腔都设置了两层冷却水线。根据冷却 水线设计原则，冷却水道的直径均为 6 。 4.14.12 2 本章小结本章小结 本章主要对模具的结构进行了详细的分析和设计，其中包括了内容有： 型腔数目的确定，分型面的选择，确定浇口，模具材料的选择，浇注系统的 设计，成型零件结构的设计，模架的选用，导向机构设计，顶出机构设计， 排气设计，和温度调节系统设计。 第五章 注射机的校核 21 第五章第五章注射机的校核注射机的校核 5.15.1 最大注塑量的校核最大注塑量的校核 根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的 80%。所以，一 个周期内所需的塑料溶体的总量必须在注射机的额定注射量的 80%以内。 V 实 =44.295cm 3 V公=60 mm 3 （见注塑机参数表） V公80%=600.8=48cm 3 V 实，校验合格。 5.25.2 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， 可以按下式校核注塑机的额定锁 模力： FF型=K A 分P型 A 分=5954 2； P型=30MPa； K 安全系数，通常取 1.11.2，取 K=1.2。 F型=K A 分P型=1.2595430=214.344KN 可知 F=600KN，所以 F F型,锁模力满足要求。 5.35.3 模具外形尺寸校核模具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。 模具长宽方向的尺 寸要与注塑机拉杆间距相适应， 模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的 空间装在注塑机的工作台面上。由表 3-2 可得注塑机的拉杆间距为 320 520mm，而模板 Z 座的尺寸为 250450mm，故满足要求。 5.45.4 模具厚度校核模具厚度校核 模具厚度必须满足下式： HminH mHmax 150270350满足要求。 式中H m所设计的模具厚度 270 mm； Hmin注塑机所允许的最小模具厚度 150 mm； H max注塑机所允许的最大模具厚度 350mm； 第五章 注射机的校核 22 5.55.5 模具安装尺寸校核模具安装尺寸校核 注塑机的动模板，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，必须与注塑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 200200 属小型模具，所以采用压板固定法。 5.65.6 开模行程校核开模行程校核 所选注塑机为全液压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时 最大开模行程 S 开等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具 厚度。 S 开H 1 +H 2 +（510）mm 30020+104+10 300134满足要求。 式中S开注塑机移模行程 300 mm； H 1 推出距离 20 mm； H 2 流道凝料与塑件高度 104 mm。 5 5.7.7 本章小结本章小结 本章主要为注塑机参数的校核，校核的参数为：注塑机的最大注塑量， 锁模力的大小，模具的外形尺寸，模具的厚度，模具的安装尺寸以及开模 的行程，确保模具的正常 第六章 模具总装设计 23 第六章第六章 模具总装设计模具总装设计 6.16.1 模具装配及加工要求模具装配及加工要求 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， 塑料模具制造时应达到以下技术要求： 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、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， 并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的成型件为止。 6.1.16.1.1 加工要求加工要求 1）模具分型面及组合件的结合面应很好贴合，局部间隙不大于 0.02mm 2）模具成型表面的内外锐角、尖边、图样上未注明圆角时允许不大于 0.5mm 圆角（分型面及结合面除外）。当不允许有圆角时,应在图样上注明。 3） 图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按 GB1804 标准即孔按 H13， 轴按 h13，长度按 J14 来加工。 4）模具中各承压板（模板）的两承压面的平行度公差按 GB1184 附录一 的 5 级。 5）导柱、导套孔对模板平面的垂直度公差按 GB1184 附录一的 4 级。导 柱、导套之间的配合按 H8/f8。 6）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔的位置公差不