毕业设计（论文）-小润滑轮的注塑模设计.doc

浙江广厦建设职业技术学院浙江广厦建设职业技术学院 模具设计与制造专业毕业设计说明书模具设计与制造专业毕业设计说明书 设计题目 小润滑轮的注塑模设计 学生姓名 学 号 0218070239 指导教师 专 业 模具设计与制造 年 级 2007 级 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 摘要 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，本课题就是将电动玩具中的一个组件小润滑轮作为设计模型。产 品是外径为 13MM 圆柱型模型。本次设计是通过 UG 软件对塑件进行实体造型，用 CAD 进行二 维绘制，然后对塑件结构进行工艺分析，明确注塑成型的工艺过程，并对各个具体部分进行 仔细计算和 校核如此设计出的模具可以确保模具工作运用可靠，保证了与其它部件的配合。 通过对小润滑轮的的 注射模具设计，巩固和深化了所学的知识。 关键词关键词：小润滑轮；注塑模；UG 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 目录 1 引言.1 2 塑件工艺分析.2 2.1 塑件样式的确定.2 2.2 塑件原材料成型特性.2 2.3 塑件的尺寸精度分析.3 3 模具的结构及零部件设计.4 3.1 型腔分布与分形面的设计.4 3.2 浇口的设计.5 3.3 确定两型腔板的厚度.5 3.4 分型面的设计.5 3.5 浇注系统的设计.6 3.5.1 主流到的设计.7 3.5.2 分流道的设计.7 3.5.3 浇口的设计.8 3.6 型芯、型腔的设计 .9 3.7 推出机构的设计.10 3.8 冷却系统的设计.11 3.9 排气系统的设计.11 4 结论.13 5 致谢.14 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 共 15 页 1 引言 随着生产水平的提高，模具在生活中扮演着不可或缺的角色。在我国国民经 济中的地位非常重要。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术 不断进步，对人才的知识、能力的素质的要求也在不断的提高。由于中国的人口 基数大，而玩具在中国市场占有一定的优势，所以我选择了玩具中的一个部件进 行设计。同时，通过本课题的研究可以帮助自己理清注塑模的结构及设计思路， 提高自己的撰写规范水平。 通过企业本岗位调研和指导教师及师傅的细心指导并查阅相关文献，完成了 本设计。但目前该类模具生产仍然存在缺陷，如生产的产品容易产生飞边和变形， 所以必须保证模具的锁模压力和变形量，从而提高生产效益。 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 共 15 页 2 塑件工艺分析 2.1 塑件样式的确定 本次注塑模具的设计的产品是一个玩具的小滑轮，根据产品的要求，其尺寸 精度和表面要求较高，它的基本形状如下（图 2.1）所示： 图 2.1 产品示意图 2.2 塑件原材料成型特性 本次设计要求是采用 ABS 为原料，查阅相关材料得出加工 ABS 成型时具有一 下几点特性： 易吸水，成型加工前应进行干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预 热干燥。流动性中等，溢边值为 0.04左右。 壁厚和熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高。 比热容低，塑件效率高，凝固也快，故成型周期短。 表观黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。 顶出力过大塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度宜取 2 度以上。 易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对聊流的阻力。 宜采用高料温、高模温、高注射压力成型。塑件要求光泽和耐热时，模具 温度应控制在 6080 度。 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 共 15 页 2.3 塑件的尺寸精度分析 塑件的精度要求较高，具体如下： 塑件的尺寸精度分析 本此设计是一个普通的最大直径为 13mm；最小直径为 4mm（此为空心） ；内 凹边缘直径分别为：11mm，6.4mm；内凹高度为：2mm，0.8mm 的小滑轮。相对同 产品中的与其他塑件而言，结构比较简单。 塑件表面的质量分析 此塑件的作用是玩具汽车做装配作用的小滑轮，所以虽然工件尺寸小，但是 模具的的结构紧凑，要求精度高。同时要求外观光洁、色彩艳丽，不允许有成型 斑点和熔接痕，Ra 要求 0.6m，而内表面没特殊要求。 塑件的结构工艺性分析 a 该塑件外形为圆形，体积较小。且最小壁厚为 11m，符合最小壁厚要求。 b 塑件型腔较小。 综上所述，该塑件可采用注射成型加工。 确定成型设备 由于塑件采用注射成型加工，使用为十六腔分布，因此可计算出一次注射成 型过程所用塑料量为：W=16m+w(废料)= 0.417 16+0.41720%=6.70g 。根据以 上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种、塑件结构、及注射工艺参数、注射模 具尺寸大小等因素，参考设计手册，选用 XS-ZS-22 型国产液压-机械式注塑机。 该注射机的锁模力、安装尺寸和开模行程符合要求。 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 共 15 页 3 模具的结构及零部件设计 3.1 型腔分布与分形面的设计 型腔数目的确定 注射模具每一个注射循环所能成型的塑件个数是由模具型腔数目所决定的。 型腔数目及布置方案和分型面的选择决定了塑件在模具中的位置。 本次设计采用了一模十六腔。如图 3.1 所示： 图 3.1 行腔布局 分型面的选择 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、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 型面时应综合分析比较以选出较为合理的方案。选择分型面时应遵循以下几项基 本原则： a 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 塑件在动、定模的方位确定后，分型 面应选在塑件外形的最大轮廓处，否则塑件无法从型腔中脱出，这是最基本的选 择原则。 b 分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模 由于注射机的顶出装置在动模一 侧，所以分型面的选择应尽可能是地使塑件在开模后留在动模一侧，这样有利于 在动模部分设置推出机构，否则在定模内设置推出机构就会增加模具的复杂程度。 c 分型面的选择应保证塑件的精度要求 对于与分型面垂直的塑件尺寸，若 该尺寸与分型面有关，由于分型面在注射成型时有涨开趋势，故该尺寸的精度会 受到影响。 d 分型面的选择应满足塑件的外观质量要求 在分型面处会不可避免地在塑 件上留下溢流飞边的痕迹，因此分型面最好不要设置在塑件光亮平滑的外表面或 圆弧的转角处，以免对塑件外观质量产生不利的影响。 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 共 15 页 e 分型面的选择要便于模具的加工制造 通常在模具设计中，选择平直分型 面较多，但为了便于模具的制造，应根据模具的实际情况选择合理的分型面。 f 分型面的选择应该有利于排气在设计分型面时应尽量使充填型腔的塑料熔 体料流末端在分型面上，这样有利于排气。 所以本次设计采用最直接的平直分型面。 3.2 浇口的设计 由于工件的作用是装配，所以对某些表面有一定要求，比如工件的外表面、 上表面边缘等；因此，对浇口的位置有限制，只能在上表面内凹位置设置点浇口， 或是在下边缘设置潜伏式浇口。 对于点浇口来说，它的优点主要在于模具的加工方便，但设计原理比较复杂， 并且数据计算量大，校核比较麻烦。潜伏式浇口模具的制造难度较大，虽然设计 也有一定的难度，但它的表面质量要远高于点浇口，因此它的校核比较简单，但 是为了降低成本，我选择了点浇口的模具。 3.3 确定两型腔板的厚度 根据 =pHl4/32EH3 和 计算得 spHl4/32EH(1/3)计算得型 腔板厚均小于 12，预先设定动模板、定模板厚度分别为 20、15； 其中： s-为所求壁厚； p-为压力值：75； H-承压侧壁厚：4； l-型腔侧壁长：13； E-弹性模量：2.06*10.5； H侧壁高度：4； -允许变形量：0.1； 3.4 分型面的设计 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、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 型面时应综合分析比较以选出较为合理的方案。选择分型面时应遵循以下几项基 本原则： 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 塑件在动、定模的方位确定后，分 型面应选在塑件外形的最大轮廓处，否则塑件无法从型腔中脱出，这是最基 本的选择原则。 分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模 由于注射机的顶出装置在动模 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 共 15 页 一侧，所以分型面的选择应尽可能是地使塑件在开模后留在动模一侧，这样 有利于在动模部分设置推出机构，否则在定模内设置推出机构就会增加模具的复 杂程度。 分型面的选择应保证塑件的精度要求 对于与分型面垂直的塑件尺寸， 若该尺寸与分型面有关，由于分型面在注射成型时有涨开趋势，故该尺寸的 精度会受到影响。 分型面的选择应满足塑件的外观质量要求 在分型面处会不可避免地在 塑件上留下溢流飞边的痕迹，因此分型面最好不要设置在塑件光亮平滑的外 表面或圆弧的转角处，以免对塑件外观质量产生不利的影响。 分型面的选择要便于模具的加工制造 通常在模具设计中，选择平直分 型面较多，但为了便于模具的制造，应根据模具的实际情况选择合理的分型 面。 分型面的选择应该有利于排气在设计分型面时应尽量使充填型腔的塑料 熔体料流末端在分型面上，这样有利于排气。 除了上述这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上投影 面积的大小，这是避免接近或超过所选用注射机的最大注射面积可能产生溢流现 象。为了保证侧向型芯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凹台放置在开合模方向。 上面阐述了选择分型面的一般原则及部分示例，但在实际的设计中，不可能 全部满足上述原则，应抓主要矛盾，从而较合理地确定分型面。 分型面在下端面，因此，分型面的设计如下图 3.2 所示： 图 3.2 分型面示意图 35 浇注系统的设计 浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。普通浇注系统一 般由主流道、浇口和冷料穴等四部分组成。 浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 共 15 页 尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大影响。对浇注系统进行 设计时，一般应遵循如下基本原则。 了解塑件的成型性能:注射成型时注射机料筒中的塑料已成熔融状态（粘 流态） ，因此了解被成型的塑料熔体的流动特性以及温度、剪切速率对粘度的影 响等显得十分重要，设计的浇注系统一定要适应于所用塑料的成型性能，以保证 成型塑件的质量。 尽量避免或减少产生熔接痕:在选择浇口位置时，应注意避免熔接痕的产 生。熔体流动时应尽量减少分流的次数，有分流必然有汇合，熔体汇合之处必然 会产生熔接痕，尤其是在流程长、温度低时，这对塑件熔接强度的影响较大。 有利于型腔中气体的排出:浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的 各个部分，使浇注系统及型腔中原有的气体能有序地排出，避免充填过程中产生 紊流和涡流，也避免因气体积存而引起凹陷、气泡、烧焦等塑件的成型缺陷。 防止型芯的变形和嵌件的位移:浇注系统设计时应尽量避免塑料熔体直接 冲击细小型芯和嵌件，以防止熔体的冲击力使细小型芯变形和嵌件位移。 尽量采用较短的流程充满型腔:在选用浇口位置的时候，对于较大的模具 型腔，一定要力求较短的流程充满型腔，使塑料熔体的压力损失和热量损失减少 到最低，以保持较理想的流动状态和有效的传递最终压力，保持塑件良好的成型 质量。为此，选择合理的浇口位置，减少流道的折弯，提高流道的表面粗糟度， 这样就可以缩短充填时间，避免因流程长，压力和热量损失大而引起的型腔充填 不满等成型缺陷。 流动距离比和流动面积比的校核:对于大型或薄壁塑件制件，塑件熔体有 可能因其流动距离过长或流动阻力太大而无法充满整个型腔。为此，在模具设计 过程中，除了考虑采用短的流程外，还应对其注射成型时的流动距离比或流动面 积比进行校核，这样就可以避免型腔充填不足现象的发生。 3.5.1 主流到的设计 主流道是指浇注系统从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔 体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动 速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。 3.5.2 分流道的设计 在设计多型腔或者多浇口的单型腔浇注系统时，应设置分流道。分流道是指 主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道作用是改变熔体流向， 使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应尽量注意流动过程中的热量 损失与压力损失。在本次设计中，模具的设计是多型腔模，分流道的作用是引流 塑料熔体到模具的各个型腔。在分流道的设计时要注意： 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 共 15 页 分流道的形状与尺寸 分流道开设在动定模的两侧或任一侧，其截面形 状应尽量使其比表面（流道表面积与其体积之比）小，在温度较高的塑料熔体和 温度相对较低的模具之间提供较小的接触面积，以减少热量损失。常用的截面有 圆形、梯形、U 形、半圆形及矩形等几种形式。我们考虑到塑料熔体的流动、凝 固、以及冷却，还有排气等各个方面的因素，选择了半圆形，开在动模上。 分流道的长度 根据型腔在分型面上的排布情况，分流道可分为一次分流 道、二次分流道、甚至三次分流道，分流道要尽可能短，且折弯少，以便减少压 力损失和热量损失，节约塑料的原材料和能耗。 分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只 有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道的表面粗糙度要求不能太低。 分流道在分型面上的布置形式 分流道在分型面上的布置形式与型腔在分 型面上的布置形式密切相关。由于型腔呈矩形状分布，则分流道一般采用“非” 字状布置。 由于模具设计为一出十六型腔模。因此，我们选用矩形排列，流道设计为 “工”字型。如下图 3.3 所示： 图 3.3 流道示意图 3.5.3 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选 择恰当与否直接关系到塑件能否被完好地高质量地注射成型。由于工件表面质量 要求较高，所以我设计为点浇口。点浇口又称针点浇口或菱形浇口，是一种截面 尺寸很小的浇口，俗称小浇口，点浇口的设计形式有许多种。 浇口的位置选择：浇口的位置对塑件的成型质量有很大影响，因此，合理选 择浇口。的开设位置是提高素件质量的一个重要环节。另外，浇口位置的不同还 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 共 15 页 会影响模具的结构。选择浇口位置时，需要根据塑件的结构与工艺特征和成型质 量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态、成型的工 艺条件，进行综合分析考虑，确立设计方案。尽量缩短流动距离 浇口位置的选 择应保证迅速和均匀地充填模具型腔，尽量缩短熔体的流动距离，这对大型塑件 更为重要。避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷 小的浇口如果正对着一个宽度和 厚度较大的型腔，则熔体经过浇口时，由于受到很高的剪切应力，将产生喷射和 蠕动等熔体断裂现象。有时塑件熔体直接从型腔的一端喷射到另一端，造成折叠， 在塑件上产生波纹状痕迹或其他表面疵瘢缺陷。要克服这种现象，可适当地加大 浇口的截面尺寸，或采用冲击型浇口（浇口对着大型芯等） ，避免熔体破裂现象 的产生。 浇口应开设在塑件壁厚处，当塑件的壁厚较大时，若将浇口开设在壁薄处， 这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，影响熔体的流动距 离，难以保证充填满整个型腔。从收缩角度考虑，塑件壁厚处往往是熔体最晚固 化的地方，如果浇口开设在薄壁处，那壁厚的地方因熔体收缩得不到补缩就会形 成表面凹陷或缩孔。为了保证塑料熔体顺利充填型腔，使注射压力得到有效地传 递，而在熔体液态收缩时又能得到充分地补缩，一般浇口的位置应开设在塑件的 壁厚处。 考虑分子定向的影响，塑料熔体在充填模具型腔期间，会在其流动方向上出 现聚合物分子和填料的取向。由于垂直流向和平行与流向之处的强度和应力开裂 倾向是有差别的，往往垂直与流向的方位强度低，容易产生应力开裂，所以在选 择浇口位置时，应充分注意这一点。 减少熔接痕提高熔接强度，由于浇口位置的原因，塑料熔体充填型腔时会造 成两股或两股以上的熔体料流的汇合。在汇合之处，料流前端是气体且温度最低， 所以在塑件上就会形成熔接痕。熔接痕部位塑件的熔接强度会降低，也会影响塑 件外观，在成型玻璃纤维增强塑料制件时这种现象尤其严重。如无特殊需要最好 不要开设一个以上的浇口，以免增加熔接痕。 3.6 型芯、型腔的设计 成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩 擦等，因此，成型零件不仅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，而且还要求有合理的结构，较高强度、刚度及较好的耐磨性。 型芯的设计： 成型塑件内表面的零件称凸模或型芯，其主要有：主型芯、小型芯、螺纹型 芯和螺纹型芯环等。对于结构简单的容器、壳、罩、盖之类的塑件，成型其主体 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 共 15 页 部分内表面的零件称主型芯或凸模，而将成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型 杆。 由于模具的结构简单，只需要一个型芯，一个型腔；并设计成为整体式，型 芯主要是使工件的内表面成型，根据推件板、型芯固定板的厚度确定型芯的长度。 设计得型芯的形状与尺寸如下图 3.4 所示： 图 3.4 嵌入式型芯镶块 型腔的设计： 型腔亦称凹模，是成型塑件外表面的主要零件，按结构不同可分为整体式和 组合式两种结构形式。 由于工件结构简单，所以型腔设计为整体式，如下图 3.5 所示： 图 3.5 型腔板 3.7 推出机构的设计 注射成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为推出机构， 推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压缸完成的。 推出机构的 设计有以下要求： 设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧 由于推出机构的动作是通过注射机的动模一侧的顶杆或液压缸来驱动的，所 以，在一般情况下，模具的推出机构设在动模一侧。正是由于这种原因，在考虑 塑件在模具中的位置和分型面的选择时，应尽量能使模具分型后塑件留在动模一 侧，这就要求动模部分所设置的型芯被塑件包络的侧面积之和要比定模部分的多。 浙江广厦建设职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 共 15 页 塑件在推出过程中不发生变形和损坏 为了使塑件在推出过程中不发生变形和损坏，设计模具时应仔细进行塑件对 模具包紧力和粘附力大小的分析与计算，合理的选择推出的方式、推出的位置、 推出零件的数量和推出面积等。 不损坏塑件的外观质量 对于外观质量要求较高的塑件，塑件的外部表面尽量不选作推出位置，即推 出塑件的位置尽量设在塑件内部。对于塑件内外表面均不允许存在推出痕迹时， 应改变推出机构的形式或设置专为推出使用的工艺塑料块与塑件分离。 合模时应使推出机构正确复位 设计推出机构时，应考虑合模时推出机构的复位，在斜导杆和斜导柱侧向抽 芯及其他特殊情况下，还应考虑推出机构的先复位问题等。 推出机构应动作可靠 推出机构在推出与复位的过程中，结构应尽量简单，动作可靠、灵活，制造 容易。 推出机构一般由推出、复位和导向三大部件组成。由于本工件简单，并且有 合理的分型面，所以用推件板推出，因此同时具有复位的作用。 3.8 冷却系统的设计 考虑冷却系统的设计是模具设计不可缺少的环节，本产品设置 4 个冷却