毕业设计（论文）-塑料小扣盖注射模设计.doc

四川理工学院机械工程学院四川理工学院毕业设计（论文） 塑料罩注射模设计学 生： 学 号：专 业：材料及控制工程班 级：指导教师： 四川理工学院机械工程学院二O一七年六月摘要本设计是以“小扣盖”为主题。其设计内容是从零件的工艺分析开始的，根据工艺要求来确定设计的大体思路。在设计当中，很多东西都是自己原来所没有接触过的，尤其是前段时间所学的理论课知识与现在的自己动手操作设计，设计顺序开始是从零件的材料选择，接下是成型参数、密度、收缩率的确定，模具种类与模具设计的关系、塑件的尺寸精度与结构、注射机的选择、模具设计有关尺寸的计算（包括模具行腔型芯的计算及其公差的确定）、注塑机参数的校核、模具结构设计、模具冷却、加热系统计算、注射模标准件的选用及总装技术要求等内容。 其次是模具的结构，在模具结构的设计当中，首先设计的是模具的型腔结构，接下来是型芯结构、导向机构、推件杆和推出机构，这样做的目的是为了规范化，更重要的是为了以后与制造人员的配合。既让自己有了良好的设计习惯，又能锻炼自己的配合意识。为以后工作做一次演练，这样更能体现理论与实践相结合的目的。关键词:型腔 型芯 注射模 推杆目 录第一章 塑件的工艺分析4第二章 浇口位置、浇口形式及浇口数量的选择设计7第三章 分型面的选择8第四型 腔数目的确定及型腔的布置8第五章 浇注系统的设计9第六章 型芯、型腔结构设计.11第七章 脱模及排气系统设计13第八章 标准模架、注塑机的选择15第九章 热平衡计算与模温调节系统的结构设计16设计总结.20参考文献.21第1章 塑件的工艺分塑件如图所示：产品名称：塑料罩注塑模具产品材料：ABS产品数量：大批量生产塑料尺寸：如下图图1 工件图该塑料制件外形如上图1所示，从图中可以看出该制品形为椭圆状。该制件结构简单，有一定的配合尺寸精度要求；塑件设计应本着在保证使用性能，物理性能，力学性能和耐摩擦性能，同时还应力求结构简单、壁厚均匀、成型方便。该塑料需要内外抽芯，型芯型腔结构复杂尽量不使用冷却水道在设计塑件时，还要考虑其模具的总体结构，使模具型腔易于制造，模具脱模和推出机构简单，使塑件形状有利于模具分型、排气、补缩和冷却。2. 塑件材料的分析丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。1.ABS塑料主要的性能指标密度 (Kg.dm-3) 1.131.14收缩率 % 0.30.8熔 点 130160热变形温度 45N/cm 6598弯曲强度 Mpa 80拉伸强度 MPa 3549拉伸弹性模量 GPa 1.8弯曲弹性模量 Gpa 1.4压缩强度 Mpa 1839缺口冲击强度 kJ/ 1120硬 度 HR R6286体积电阻系数 cm 1013 击穿电压 Kv.mm-1 15介电常数 60Hz3.72.ABS的注射成型工艺参数:注塑机类型：螺杆式喷嘴形式：直喷式 料筒一区 150170料筒二区 180190料筒三区 200210喷嘴温度 180190模具温度 5070注塑压 7090保压 4060注塑时间 35保压时间 1530冷却时间 1530周期 40703. 塑件的尺寸和精度分析1 3.1 塑件的尺寸塑件的总体尺寸主要取决于塑料品种的流动性。在一定的设备和工艺条件下，流动性较好的塑料可以成型较大尺寸的塑件；反之，成型出的塑件较小。所用材料为ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好。2 3.2 塑件的尺寸精度一般来讲，为了降低模具的加工难度和模具制造成本。在满足塑件使用要求大前提下应尽量把塑件尺寸精度设计低一些。另外，塑件尺寸精度还与塑料品种有关，根据各种塑料收缩率的不同，又将塑料的公差等级分为高精度、一般精度、低精度三种。依据所选材料查塑料成型加工与模具表33取其一般精度为6级。3.3塑件的体积和质量计算通过proe绘制塑件后得到该塑件体积大约V体97.35cm3 ABS塑料=1.021.08g/cm3 3.4注塑机一次注塑的质量计算该模具采用一腔,W为一次注射的质量，单个为塑件的质量n为塑件个数为凝料量 =0.2所以W=112.67g4. 塑料制品结构分析由图1可知，塑件对称。由于塑件的尺寸分布均匀，无过薄处，无需加强筋。.1.1方案一： 图2点浇口位置开在塑件顶部；水平分型面在塑件底部；垂直分型面在塑件中央；内抽芯才赢滑块机构；不采用冷却装置；采用单型腔。.1.2方案二：图3采用侧浇口；水平分型面在塑件底部；垂直分型面侧面；型芯采用滑块抽芯机构；采用冷却装置；多型腔。 .1.3方案比较：.1经过分析对比，方案二的侧浇口界面笑，易去除，不留明显的接痕，但是塑件为深型腔排气不利，注射压力的损失也较大而方案一的点浇口有利于型腔的填充，因而对薄壁塑件成型有利。.2方案一和方案二的水平分型面的位置对于成型的影响差不多，但方案二的两个型腔不一样的，而方案一对称，在制造加工型腔上方案一较为方便。.3由于该塑件的型芯结构复杂并不适合制作冷却水道，故在方案选择上不考虑增加冷却装置，应尽量设计使其自然冷却总结：综上比较，方案一适合选择第二章 浇注系统的设计 浇注系统有主流道，分流道，浇口和冷料穴。由于设计该塑件采用单型腔故只需要考虑浇口和主流道。主流道：锥角小端直径比喷嘴直径大1mm喷嘴直径d=4mm小端直径=5mm主流道球面半径比喷嘴球面半径大2mm，所以流道球面半径SR=14mm浇口套采用碳素工具钢T8A材料制造热处理淬硬度53-57HRC点浇口：d=1mm =l=1mm 第6章 型芯、型腔结构设计 该型腔需要分割成两部分来完内抽芯左型腔图 型芯分为三个部分左中右左中右型芯图型芯尺寸的设计由proe可知到中心线距离56mm而到中心线的距离40 mm =-=16mm也就是要成功脱模左右型芯一共要移动大于32mm的距离所以d取36mmh取58mm在proe上绘出满足条件 V 第三章 分型面的选择选择平面分型面，便于简化模具结构和塑件脱模，保证塑件质量，便于模具加工。图2 分型面图第四章 腔数目的确定及型腔的布置选择平面分型面，便于简化模具结构和塑件脱模，保证塑件质量，便于模具加工。已知塑件的体积V塑和质量W塑 ，因为此产品属大批量生产的塑件，综合考虑生产率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模两腔排布,分流道直径可选6mm。由于制件外形矩形，由塑件的外形尺寸和机械加工的因素，确定采用侧浇口，根椐塑件的材料及尺寸，浇口侧浇口的深度t=1mm 宽度b=3mm浇口的长度l=2mm排布如下图图3 型腔布置第五章 浇注系统的设计浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。1. 主流道设计主流道是指浇注系统中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下降和压力损失最小。在此模具中，主流道设计在模具的浇口套中，垂直于两个分型面，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥型，其锥角为4度，小端直径d =4mm.2.分流道设计 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。分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡的分配到两个型腔，尽量减少流动过程中的热量损失和压力损失。根据塑件的形状以及型腔的布置采用推管推出。采用侧浇口，从塑件的中心向四周浇注，分流道采用半圆形截面，直径取6mm。3.浇口的设计 浇口也叫进料口，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是否完整、高质量的注射成型。 之前分析过，由于塑件外形根据分析该小扣盖为矩形扁槽适合采用侧浇口形式浇口，根椐塑件的材料及尺寸，侧浇口的深度t=1mm 宽度b=3mm浇口的长度l=2mm根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，浇注系统的体积约为V浇=9.1cm3 其质量约为9.8gS=(nW塑+ W浇) /0.8=(211.3+9.8)/0.8=40.5gV总= V浇+V塑=9.1+2x10.5=30.1 cm3第六章 型芯、型腔结构设计1.计算成型零部件工作尺寸的因素(1)塑料的成型收缩 成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。s=(Smax-Smin)制品尺寸s 成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。Smax、Smin分别是制品的最大收缩率和最小收缩率。 （2）成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和装配偏差。 （3）成型零部件的磨损2.型腔和型芯尺寸的计算本产品为ABS制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取0.4%和0.7。平均收缩率s 为0.6%,此产品采用5级精度，属于一般精度制品。因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.50.75的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT9级，综合参考，计算数据。型腔Lm=ls+ lsScp-3/4+z0Hm=Hs+ Hs Scp -2/3 +z0型芯Lm=ls+ ls Scp+3/40-zHm=Hs+ Hs Scp -2/3 0-z查表得：收缩率：=0.4-0.7%，取0.6%，同时公差按IT9级计算，=0.26mm、中小型塑件的z=/3所以：型腔尺寸Lm1=63.405+00.0867 mmHm1=10.405+00.0887 mm 型芯尺寸 =62.099-0.08870mm =60.615-0.08870mm =6.025-0.08870mm =3.375-0.08870mm3.成型零件的强度、刚度分析注射模在其工作过程中需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲形变，引起成型零部件在他们的对接面或粘合面处出现较大的间隙，由此而引发溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求。因此，在模具设计时，成型零件的强度和刚度计算和校核是必不可少的。一般来说，凹模型腔的恻壁厚度和底部厚度可以利用强度计算决定，并且凹模和型心通常都是由制品内形成或制品上的孔决定，设计时应该对他们进行强度校核，但是，由于在设计时采用的是凸肩式矩形型腔镶嵌在动模板中，动模板有足够的厚度和强度保护型腔，据经验可知，此模具的型腔在浇注成型时是不可能被破坏的，故无需对型腔进行侧壁和底板厚度的计算与较核。此型腔侧壁厚取经验值即可。第七章 脱模及抽芯机构设计1.推出机构的结构组成推出机构一般由推出、复位、导向三大部件组成。在此次模具设计中，采用的是推管推出，用推杆固定板固定推管，为了推出时推管有效的工作，在推杆固定板后设置了推板，两者之间用螺钉连接。推出机构进行推出动作后，在下次注射前必须复位，这里使用复位杆复位。2.推出机构的设计要求（1）设计推出机构时应尽量使塑件留在动模一侧（2）塑件在推出过程中不发生变形和损坏（3）不损坏塑件的外观质量（4）合模时应使推出机构正确复位（5）推出机构应动作可靠3.推出力的计算根据力平衡原理，列出平衡方程式：Fx=0Ft+Fbsin=Fcos Fb 塑件对型芯的包紧力；F 脱模时型芯所受的摩擦力；Ft 脱模力； 型芯的脱模斜度。又： F=Fb于是 Ft=Fb(cos-sin) 而包紧力为包容型芯的面积与单位面积上包紧力之积，即：Fb=Ap由此可得：Ft=Ap(cos-sin)式中： 为塑料对钢的摩擦系数，约为0.10.3； A为塑件包容型芯的总面积； p为塑件对型芯的单位面积上的包紧力，在一般情况下，模外冷却的塑 件p取2.43.9107Pa;模内冷却的塑件p约取0.81.2107Pa。 所以:经计算，A=7206.79mm2 ,取0.25,p取1107Pa,取=45b。 Ft=7206.7910-61107(0.25cos45-sin45) =1.7KN。脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值。4.推出机构的设计推管是一种空心的推杆，它适于环形塑件的推出，由于推管整个周边接触塑件，故推出塑件的力量均匀，塑件不易变形，也不会留下明显的推出痕迹。这里采用常用的推管结构形式，将型芯固定于动模座板上，在动模座板后面局部开盲孔加垫板固定。其特点是型芯较长，但结构可靠，适于本模具这种推出距离不大的场合。推管的内径与型芯配合选用H8/f7的配合，推管外径与模板上的孔采用H8/f8的配合。推管与模板的配合长度一般取推管外径D的1.5-2倍，推管与型芯的配合长度比推出行程大3-5mm。推管固定端外径与模板有单边0.5的装配间隙，推管的材料、热处理硬度要求及配合部分的表面粗糙度要求与推杆相同。5.复位零件因为推杆顶面直接成型塑件表面，要求完好无损，为避免其顶面受损，故合模时需采用复位杆先与定模板接触进行复位。其布置形式如下图所示：图4 复位杆分布图6.排气系统当塑料熔体填充型腔时,必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净,一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。 这里属于普通中小型模具的简单型腔，可直接利用推管、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其间隙为0.030.05mm。第八章 标准模架、注塑机的选择模架的选择根据塑件整体尺寸和型腔数目及考虑两侧抽芯机构所需的空间，选取标准模架160mm160mm138mm。注射机的选择注射机注射量应满足：式中 注射机额定注射量 塑件与浇注系统的凝料体积之和（已求得V1=30.1）计算 根据以上数据分析计算，查表初选注射机型号为：XS-ZS-60注射机XS-Z-60有关技术参数如下额定注射量注射压力锁模力模板最大行程模具最大厚度模具最小厚度喷嘴圆弧半径喷嘴孔直径动、定模固顶板尺寸拉杆空间第九章 热平衡计算与模温调节系统的结构设计3 模具热平衡计算塑料注注塑模具温度的调节能力，不仅影响到成型质量，而且也决定着生产效率，模温设计合理对塑件质量有很大影响，由于ABS塑料成型时要求模温在4080，根据塑件结构，冷却装置考虑如下： （1）单位时间里模具型腔内的总热量总热量（）为 式中 单位时间内注入模具型腔中的塑料重量； 式中 塑料的比热容；由表查得： 1.59KJ/(KgK)，由于ABS塑料是非结晶型塑料，所以。，开合模时间5.9s注射时间0.5s保压时间8.6s冷却时间8.7s由分析结果可知成型周期由注射时间、保压时间、冷却时间和开闭模时间组成，=24s代入式得： KJ/Kg将以上数据代入式得： （2）通过自然冷却所散发的热量、 1)由对流所散发的热量（KJ/h） 式中 模具表面积（m）； 传热系数； 模具平均温度，60C； 室温，20C。 当0300C ； = 式中 为模具四侧面积； 为模具对合面积； 为开模率； 注射时间0.5s制件冷却时间9s注射周期24s代入式子： a1=30.96=0.101m =30.960.101（60-20）=123.84KJ。2） 由辐射所散发的热量（KJ/h） 式中 由辐射散发的热量（KJ/h）； 为模具四侧面积（m2），该处为0.0237 m2。 辐射率，磨光面0.040.05,一般加工表面0.80.9，毛坯1.0；代入式（7-28）得： =20.80.02370.85=20.63KJ 3）向注塑机工作台面所传热量 式中 向注塑机工作台面所传热量（KJ/h）； 传热系数合金钢； 模具与工作台接触面积（m）； 代入数值到（7-29）得： 3.60.112x105x40=1693.44 KJ通过自然冷却所散发的热量:=123.84+20.63+1693.44=1837.91KJ因为 所以无需要设置冷却系统，但是为了提高生产效率以及提高制品质量，所以设置了冷却水路模具冷却系统的计算 （1）冷却回路所需的总的表面积冷却回路所需的总的表面积计算公式： 式中 冷却回路总表面积，m； 单位时间内注入模具中树脂的质量，Kg/h； 单位质量树脂在模具内释放的热量，JKJ； 冷却水的表面传热系数，11000w/(mk)； 模具成型表面的温度，60C； 冷却水的平均温度，20C。q通过查表，取d=0.008m，数据代入式得：得出，A=0.0198（2）冷却回路的长度 冷却回路的长度计算公式： （7-32） 式中 冷却回路长度，m； 冷却回路中表面积，m； 冷却水孔直径，8mm。 代入数据： =0.79 m 故冷却回路长度为0.8m。（1）冷却水体积流量的计算 式中 冷却水体积流量，m/min； 单位时间内注入模具中树脂的质量，kg/h； 单位质量树脂在模具内释放的热量，JKg； 冷却水的比热容，4200J/(kgk)； 冷却水的密度，1000kg/m； 冷却水出口处温度，25.2C； 冷却水入口处温度，25C。 代入数据到式（7-2