牙签盒盒盖模具设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321牙签盒盒盖模具设计机电工程学院模具设计与制造专业 陈瑶露摘要: 注塑成型技术是以其能成型形状复杂是制件及生产率非常高的特点，使其在塑料生产中占有很大的比重，注塑模产量也约占世界塑料成型模具产量的半数多，可见搞好注塑模具的设计显得格外的重要。通过这次注塑模设计，综合应用和巩固模具设计课程及相关课程的基础理论和专业知识，系统地掌握产品零件的成形工艺分析、模具结构设计的基本方法和步聚、非标准模具零件的设计等模具设计基本方法。本次设计充分利用AutoCAD、Pro/E画图软件，使得自己的操作水平有所提升，并熟悉塑料注射模具结构及其工作过程。而且Pro/E是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统。关键词: Pro/E 牙签盒盖 模具结构引言模具已不仅仅是人类用来浇注钱币和内燃机壳的砂箱。模具，是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。大到飞机、汽车，小到茶杯、钉子，几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。它凝聚了各类高科技，能快速精密的直接把材料成型、焊接、装配成零部件、组件或产品，其效率、精度、流线、超微型化、节能、环保，以及产品的性能、外观等，都是传统工艺所无与伦比的。注塑成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本课题就是以注塑模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。如今牙签盒在市场上已经是很普通的一个塑料制品，虽然形状简单，但是它也是有着注塑模典型的结构。通过本设计要求能熟练运用AutoCAD、Pro/E等相关设计软件，掌握产品造型设计过程，通过查阅资料来了解模具结构并利用Pro/E软件进行模具设计，设计一副结构、精度、表面质量合理的注塑模具，熟悉塑料注射模具结构及其工作过程。1 牙签盒盖的工艺分析1.1 塑件的工艺性分析塑件的原材料分析。塑件结构如图1-1所示，塑件的材料采用聚丙烯(PP)，属热塑性塑料。聚丙烯的特点：密度小，强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右适用。具有良好的电性能和高频绝缘性，不受适度影响，但低温时变脆、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。成型特点：(1) 结晶料，吸湿性小，易发生隔体破裂，长期与金属接触易分解；(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。料温低温高压容易取向，模具温度低于50时，塑件光滑，易产生熔接不良，流痕，90以上易发生翘曲变形；(4) 塑料壁厚均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。 图1-1 三维零件1.2 收缩率表 1-3 常用塑料的收缩率塑料名称聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯聚碳酸脂尼龙ABS聚甲醛缩写PEPPPVCPSPSN6ABSPOM计算收缩率1.5-3.61.0-2.50.6-1.50.6-0.80.5-0.80.8-2.50.3-0.81.2-3.0对于牙签盒盖产品，材料为PP，理论收缩率为15/1000。2 注塑机的选用2.1 注射量的计算 计算塑件的质量可以选用注射机及确定型腔数。计算塑件的体积为V=2.0 cm3，查得聚炳烯的密度，塑件的质量为。流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6陪来估算。从上述分析确定为一模四腔，所以注射量为 M总=1.6nm1=1.67.28=11.648g 约等于 11.65g 2.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2，在模具设计前是个未知值，更具多型腔模的统计分析，A2是每个塑料件在分型面上的投影面积A1的0.20.5倍，因此可用0.35nA1来进行估算，所以A=nA1+A2= nA1+0.35 nA1=1.35 nA1= 5400mm2Fm=Ap型=540030=162000N=162KN考虑其外形尺寸、注射时所需压力等情况，初步选用SZ-60/450卧式注塑机。其技术规格为：(1) 螺杆直径 30mm(2) 注射容量（理论） 78 cm3(3) 注射压力 170MPa(4) 锁模力 450KN (5) 允许最大模具厚度 300mm(6) 允许最小模具厚度 100mm(7) 移模行程 220mm(8) 锁模形式 双曲肘(9) 定位圈直径 55mm(10) 喷嘴球半径 20mm(11) 喷嘴孔直径 3.5mm(12) 拉杆内间距 280250mm(13) 螺杆转速 14200r/min(14) 注塑速率 60g/s(15) 塑化能力 5.6g/s2.3 喷嘴尺寸由注射机喷嘴的有关尺寸得喷嘴孔直径d0=3.5mm；喷嘴球面半径R0=20mm。根据模具主流道与喷嘴的关系，主流道小端d=d0+(0.51)=3.5+0.5=4mm,主流道球面半径R= R0+(12)=20+2=22mm。2.4 定位环尺寸注塑机定模固定板上有一规定尺寸的定位孔，注塑模定模板上相应设计有定位环。为了使模具的主流道的中心线与注塑机喷嘴的中心线相重合，模具定模固定板上的定位环或主流道衬套与定位环的整体式结构的外径尺寸d应与注塑机固定模板上的定位孔呈间隙配合，便于模具安装。定位环的高度小型模具为710mm，大型模具为 1015mm，定位孔深度应大于定位环的高度。3 模具结构设计3.1 塑件结构和尺寸分析结构分析：从零件图上分析，此零件总体为圆桶形，且顶部有6个孔，如下图：尺寸精度：聚丙烯（PP）塑料有5、6、7三种精度等级，我们取外表面为7级精度。塑料制品的表面光洁度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外，主要由模具光洁度决定。一般模具表面光洁度要比塑料制品高一级。因此制件外表面取Ra6.3m。表面质量分析：该零件的要求表面没有缺陷、毛刺，由于牙签盒经常与人的手接触较多，因此表面要求光滑，最好自然形成圆角。3.2 型腔数目确定与型腔布局设计注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔数目的确定时，有以下几个要求：(1) 按塑件经济性确定型腔数；(2) 按注射机的最大注射量确定型腔数；(3) 按注射机额定锁模力确定型腔数；(4) 按制品精度要求确定型腔数。根据以上的要求，同时此零件为大批量生产，而且在精度要求很低，所以此模具设计为一模四腔进行生产。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素拟采用如图3-2所示的型腔排列方式。图3-2型腔排列方式3.3 分型面的选择模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。根据分型面选择原则：(1) 便于塑件顺利脱模；(2) 分型面应选择在塑件外形最大轮廓处；(3) 尽量使塑件开模时留在动模一边；(4) 保证塑件的精度要求；(5) 有利于排气；(6) 满足塑件外观质量要求；(7) 尽量使成型零件便于加工。用如图3-3所示的分型方式较为合理。 图3-3 分型面3.4 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从接触注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，其作用是使塑料熔体平稳且有顺序地填充到型腔中，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部位，以获得组织紧密、外形清晰地塑件。它的设计好坏对塑件性能、外观及成型难易程度等都有很大的影响。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。浇注系统设计的基本原则如下：(1) 适应塑料的成型工艺特性；(2) 利于型腔内气体的排出；(3) 尽量减少塑料熔体的热量及压力损失；(4) 避免熔融塑料直冲细小型芯或嵌件；(5) 便于修整和不影响塑件的外观质量；(6) 防止塑件翘曲变形；(7) 便于减少塑料耗量和减少模具尺寸。3.4.1 主流道设计主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或是型腔。其一端与注塑机喷嘴相接触，另一端与分流道相连。由于主流道要与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注塑模中主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。在卧式或立式注塑机上使用的注塑模中，主流道垂直于模具分型面。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1- 3，经换算得主流道大端直径D=8.0mm。3.4.2 分流道的设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指介于主流道末端和浇口之间的一段塑料熔体的流动通道，它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳状态的过渡段。所以设计时不仅要求熔体通过分流道时的温度下降和压力降低，而且还要求分流道平稳均衡地将熔体分配到各个型腔。因此，恰当合理的分流道的形状及尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。设计分流道时应注意一下事项：(1) 分流道排布应尽量平衡；(2) 分流道的截面形状；(3) 分流道的尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状复杂程度、塑料性能等因素而定； (4) 分流道表面的表面粗糙度不宜太小；(5) 当分流道设计的比较长时，末端应设置冷料穴；(6) 应将热量损失和流动阻力作为主要矛盾进行考虑。分流道的截面形状有圆形、梯形、U形和半圆形等，根据该塑件型腔的排列方式可知具有二级分流道，为了便于加工，采用截面形状为半圆形的分流道，R=4mm。3.4.3 冷料穴和拉料杆的设计注射成型时，喷嘴前端的熔料温度较低，为防止其进入型腔，通常在流道末端设置用以集存这部分冷料的冷料穴。冷料穴有两种，一种是纯为“捕捉”或贮存冷料之用；另一种是还兼有拉或推出凝料功用。常见的冷料穴和拉料杆结构有3种：带钩形拉料杆的冷料穴、带球头拉料杆的冷料穴和无拉料杆冷料穴，本模具采用带钩形拉料杆的冷料穴。3.4.4 浇口设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外。它是浇注系统中截面最小的部分但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。浇口是将从主流道末端的塑料引入型腔的狭窄部分，浇口的适时凝固也可控制保压时间。由于塑件要求表面光洁度、平整度较高，再加上采用一模四腔式，因此采用梯形浇口侧面进浇，如图3-4，设计时与分型面同面，有利于填充。尺寸暂定，试模时修正。 图3-4 浇口3.5 模架的选择确定模架是设计、制造塑料注射模的基础部件。塑模模架国家标准有两个，即塑料注射模中小型模架和塑料注射模大型模架，标准中规定中小型模架的周界尺寸范围为：560mm900mm，大型模架的周界尺寸范围为（630mm630mm）（1250mm2000mm）。其中中小型模架的结构型式为四种型号，即A1、A2、A3、A4。本塑件采用侧浇口注射成型，根据其结构形式，选择A2型模架180L系列。4 模具零件的设计4.1 成型零件设计成型零件的设计主要有以下方面：成型零件结构设计、成型零件工作尺寸计算、模具基本尺寸的确定。4.1.1 成型零件结构设计 本设计采用整体式凸、凹模，有整块材料加工而成。它的特点是牢固，使用中不易发生变形，不会使制品产生拼接线痕迹。图4-1整体式凹模图4-1整体式凸模图4-1分解图4.1.2 成型零件工作尺寸计算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，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，塑料熔体的高温、料流的冲刷、脱模时与塑件间还会发生摩擦。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。任何塑料制品都有一定的尺寸要求，在使用或安装中有配合要求的塑料制品，其尺寸精度常要求较高。在设计模具时，必须根据制品的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级。影响塑料制品精度的因素较为复杂，主要有以下几方面：首先与成型零件制造公差有关，显然成型零件的精度愈低，生产的制品尺寸或形状精度也愈低。其次是设计模具时，估计的塑料收缩率与实际收缩率的差异和生产制品时收缩率的波动值，成型收缩率包括设计选取的计算收缩率与实际收缩率的差异，以及生产制件时由于工艺条件波动，材料批号发生变化而造成制件收缩值的波动，前者造成塑料制品的系统误差，后者造成偶然误差，收缩率波动值s随制件尺寸增大而成正比的增加。制造误差z随制件尺寸成立方根关系增大，型腔使用过程中的总磨损量c随制件尺寸增大而增加的速度也比较缓慢。生产大尺寸塑料制件时因收缩率波动对制件公差影响较大，若单靠提高模具制造精度来提高塑件精度是很困难的和不经济的，而应着重稳定工艺条件，选用收缩率波动小的塑料。相反，生产小尺寸塑料制件时，影响塑件公差的主要因素则是模具成型零件的制造公差和成型零件表面的磨损值。此外型腔在使用过程中不断磨损，使得同一模具在新和旧的时候所生产的制品尺寸各不相同。模具可动成型零件配合间隙变化值，模具固定成型零件安装尺寸变化值，这些度将影响塑件的公差。由于影响因素甚多，而且十分复杂，因此塑料制品的精度往往较低，并总是低于成型零件的制造精度，塑料制件尺寸难以达到高精度。为了计算简便起见,规定凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸,即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸,公差为负。该制件材料为聚炳烯,查实用注塑模设计手册表25 得，材料成型收缩率为1.5%2.5%，表28塑件推荐选用精度等级得，主要尺寸选用一般精度，即6级精度；个别要求高的尺寸选用高精度，即5级精度；所有尺寸计算均按平均收缩率计算。型腔内形尺寸计算公式： 式31=（1+0.015）37-0.750.20 +0.067=37.22+0.067型腔宽度尺寸按下式计算： =(1+0.015)39.74-0.750.20+0.067 =40.19+0.067型腔深度尺寸计算公式： (Hm) =(Hs+HsScp%-1/2) 式32 =18(1+0.015)-0.01 +0.067 =18.26+0.067型芯外形尺寸计算公式： 式33=(1+0.015)38.54+0.750.20-0.067 =38.96-0.067 =(1+0.015)35.8+0.750.20 -0.067 =36.45-0.067 =(1+0.015)12+0.750.20 -0.067 =12.33-0.067 =(1+0.015)4+0.750.20 -0.067 = 4.21-0.067型芯高度尺寸计算公式：(Hm) =(Hs+HsScp%+1/2) 式34=17.4(1+0.015)+0.01 -0.067=17.67-0.067其相应的孔尺寸距为 式35C1 = 12(1+0.015)0.05=12.180.05mmC2 = 14(1+0.015)0.05=14.210.05mmC3 = 10(1+0.015)0.04=10.150.04mmC4 = 3(1+0.015)0.025=3.0450.025mm式中：型腔内形尺寸（mm）；制品外形的基本尺寸或最大极限尺寸（mm）；型芯外形尺寸（mm）；制品内形的基本尺寸或最小极限尺寸（mm）；型腔深度尺寸（mm）；制品高度的基本尺寸或最大极限尺寸（mm）；制品高度的基本尺寸或最小极限尺寸（mm）；型芯高度尺寸（mm）；塑件的公差值（mm）；模具成形零件的制造公差（mm）；塑件的平均收缩率（%）；4.1.3 模具基本尺寸的确定模架是设计、制造注塑模的基础部件，在选用模架时，应符合及其成形工艺的技术要求，以保证塑件的质量和模具的使用性能及可靠性，为此，应合理的选择模架各板尺寸。根据标准模架和注塑机规格确定各模板尺寸及模具设计的其他尺寸为（长宽高）：定模座板 250mm200mm25mm 动模座板 250mm200mm25mm 推板 200mm114mm15mm 支撑板 200mm180mm30mm 推杆固定板 200mm114mm15mm 垫块 200mm31mm60mm定模板：定模板导套孔为25mm，板大小为200mm180mm50mm,加工时表面要有一定的粗糙度要求1.6um，型腔是用线切割加工的。 图4-2 母模板动模板：动模板导柱孔为25mm，板大小为200mm180mm50mm,加工时表面要有一定的粗糙度要求1.6um，型腔是用线切割加工的。图4-3 公模板4.2 导向与定位机构设计 导向零件是保证动模与定模或上模与下模和模时正确定位和导向的重要零件。导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种。导向机构主要起导向、定位和承受一定的侧向压力的作用。导向零件的设计原则如下：(1) 导向机构类型的选用；(2) 导柱数量、大小及其布置；(3) 导向零件的设置必须注意模具的强度；(4) 导向零件必须考虑加工的工艺性；(5) 导向零件的结构应便于导向；(6) 导向零件应有足够耐磨性。根据结构形式，本模具采用导柱导向。导柱：导柱的结构形式随模具的结构、大小及塑件生产批量要求的不同而异，常用的结构有带头导柱、带肩导柱和推板导柱。导套：导套的结构形式有直导套和带头导套。根据结构形式，本模具选用带头导柱和直导套。 机构的功能：(1) 定位作用合模时维持动、定模之间都设置有导向机构，合模后保持模腔的正确形状；(2) 导向作用：合模时引导动模按序正确闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧向力； (3) 保持运动平稳作用：本设计采用导柱根据GB4169.484，采用f7级公差。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。4.3 脱模机构设计推出脱模机构的选用原则：设计推出脱模机构，必须根据制品的形状，复杂程度和注塑机推出机构形式选择。采用何种不同类型的推出脱模机构，其选用原则如下：(1) 使制品脱模后不致变形，推力分布均匀，推力面尽可能大，并靠近型芯；(2) 合模时的正确复位 设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件干涉。(3) 尽量不损伤制品的外观；(4) 推出机构应动作可靠，运动灵活，制造方便，配换容易。推杆的材料多为45钢、T8或T10碳素工具钢，推杆头部需淬火处理，硬度大于50HRC，表面粗糙度在Ra1.6m以下，较好的表面质量可防止推杆与孔咬死，并延长使用寿命。在存放推杆时，为防止有害气体及介质的侵蚀，应涂上二硫化钼。推杆应设置在有效位置即：(1) 应设置在滑块投影面内； (2) 有深槽深孔部位附近； (3) 加强筋部位； (4) 局部壁厚部位；(5) 有金属嵌件部位附近；(6) 结构复杂部位。综合考虑，本设计将推杆设置在中心线附近的位置上，由于塑件结构不是太复杂，这里只设置4根推杆在对称面上如图4-3。图4-4推杆分布4.4 温度调节系统设计 在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐 应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期的约80%，然而，由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求有尽相同，因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量，而模具温度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度，塑件和模具间的热循环交互作用等。冷却系统的设计原则：(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) 应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过5；(5) 冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，常沿宽度方向开设水孔；(6) 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。常用冷却系统的形式有直流式和直流循环式。本设计采用主组件中的水线详见图4-5所示。图4-5 水路分布4.5 注塑机参数的校核4.5.1 模具厚度校核模具厚度Hm，也称模具闭合高度，必须满足HminHmHmax 式中： Hmin注射机合模部件允许的最小模厚；Hmax注射机合模部件允许的最大模厚。100240300模具厚度校核合格。4.5.2 模板尺寸校核考虑到模具的安装，应进行模版尺寸的校核。由于在模板尺寸中动、定模座板尺寸最大，这里只校核动、定模座板尺寸250200。注塑机拉杆内间距尺寸为280250，完全可以满足动、定座板的安装要求。4.5.3 开模行程校核HH1H2510 式中：H注射机动模板开模行程；H1塑件推出距离；H2塑件高度，计算得22018+40+10=68所以，开模行程校核合格。综上所述前面选择的SZ-60/450型注塑机符合要求。4.5.4 锁模力的校核注射成形时，高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模力等于塑件和浇道系统在分型面上投影面积与型腔压力之积。为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象。因此模具设计时应使注塑机的额定锁模力大于胀模力。则： 式中，F注塑机额定锁模力（450KN）。、分别为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影面积（5400mm2）。