毕业设计（论文）-卷连门配件注塑模设计【全套图纸】.doc

徐州师范大学本科生毕业设计 卷连门配件注塑模设计前 言全套图纸，加153893706塑料是工业产品生产用的重要工艺装备，它是以其自身的特殊形状通过一定的方式使其原材料成型。现代产品生产中，模具由于其加工效率高、互换性好、节省原材料，所以得到广泛的应用。按成型的对象和方式来分，模具大致可以分为三类：金属板料成型模具，如冷冲压模；金属体积成型模具，如锻造模、粉末冶金模、压铸模；非金属材料成型模具，如塑料模、玻璃模、陶瓷模等。其中使用量最大的是冲压模和塑料模，约占模具总量的80%左右。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具技术能促进工业产品的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，模具是“效率放大器”，用模具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本把模具誉为“进入富裕社会的原动力”。模具工业在我国已经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国民经济的支柱产业如机械、电子、汽车、石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应，都需要大量模具，特别是汽车、电机、电器、家电和通信等产品中60%-80%的零部件都要依靠模具成型。我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯、和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具，生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料的模具成形。正因为此，我国非常重视模具工业的发展，重视模具技术的提高。早在1984年就成立了全国模具工业协会。1989年在国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，模具就被列为机械工业技术改造序列的首位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。所有这些政策的制定和贯彻，都极大地推动了我国模具工业的发展。经过多年的建设与努力，我国的模具工业已初具规模，取得了相当的成就。到目前为止，我国已制定了模具技术的研究和开发，目前从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育和培训的院校已超过50多项、为我国的经济建设输送了大批人才，并同时取得了一大批成果。其中获得国家重点资助建设的有华中科技大学模具技术国家工程研究中心和郑州大学橡塑模具国家工程研究中心等，在模具CAD/CAMCAE技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成形与快速模技术、新型模具材料等反方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具技术制造周期等方面做出了贡献。目前，国内已可制造具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具，生成的电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2，寿命达到1亿次；电视机、空调、洗衣机等家用电器所需的塑料模具基本上可立足于国内生产。在精度方面，塑料的尺寸精度可达IT6、IT7级，型面的表面粗糙度达到0.05-0.025。模具使用寿命达100万次以上。我国现已拥有模具企业1.8万家，仅浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业就达数千家，成为国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。2001年我国模具工业产值约为300多亿元人民币，折合30多亿美元，并出口1.88亿美元。可以预言，随着工业生产的不断发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的成就，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAM/CAE技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。我国未来模具技术发展趋势可以归纳为以下几点：（1）全面推广应用CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。由于产品的更新换代日趋频繁，产品精度要求越来越高，形状越来越复杂，对模具的要求也越来越高。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着计算机技术的发展和进步，已基本具备了普及CAD/CAM/CAE技术的条件.（2）不断提高模具标准化程度 为了适应模具生产的需要，缩短模具制造周期，降低制造成本，模具标准化工作十分重要。经过一段时期的建设，我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。为了适应模具工业发展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件生产也必将得到发展。（3）优质材料及先进表面处理技术的应用为了提高模具的使用寿命，提高产品的制造质量，优质材料及先进表面处理技术将进一步受到重视，国内外模具材料的研究工作者对模具的工作条件、失效形式和提高模具使用寿命的途径进行了大量的研究，并开发出了许多使用性能好、加工性好、热处理变形小的模具材料，如预硬钢、耐腐蚀钢等。模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善普及常用表面处理方法如：渗碳、渗氮、渗硼、渗鉻，渗钒外，应发展设备昂贵、工艺先进的气象沉积、等离子喷涂等技术。（4）模具制造技术的高效、快速、精密化 随着模具制造技术的发展，许多新的加工技术、加工设备不断出现，模具制造手段越来越丰富，越来越先进。快速原形制造（RPM）技术是美国首先推出的，被公认为是继NC技术之后的一次技术革命。它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，根据零件的CAD模型，快速自动完成复杂的三维实体（模型）制造。采用这种方法制造技术模具，从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。国外近年来发展的高速铣削加工，其主轴转速可达40000100000r/min，快速进给速度可达到3040m/min，加速度可达1g，换刀时间可提高到，加工模具的硬度可达60HRC，表面粗糙度可达。高速切削加工与传统切削加工相比具有加工效率高、温升低（加工工件只升高3）、热变形小等优点。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。高速铣削加工促进了模具加工技术的发展，特别是对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。电火花铣削加工技术使用高速旋转的简单的管状电机作三维霍尔维轮廓加（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成形电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床进行模具加工。（5）逆向工程技术 采用逆向工程技术，可以快速、正确地把复杂的实物复制出来，同时也可通过实物制造模具进行复制。目前我国已有许多模具厂家拥有高速扫描机和模具扫描系统，该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的研制制造周期。逆向工程将在今后的模具生产中发挥越来越重要的作用。（6）模具研磨抛光的自动、智能化 模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，目前我国仍以手工研磨抛光为主，不仅效率低（约占整个模具周期的1/3），且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。 注射成型是热塑性塑料成型的一种主要方法。它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。注射成型的成型周期短、生产率高、易实现自动化生产。到目前为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型，一些流动性好的热固性塑料也可用注射方法成型。注射成型的特点是所用的注射设备价格较高，注射模具的结构复杂，生产成本高，不适合于单件小批量塑件的生产。 第一章 塑件结构工艺性的设计塑件的结构工艺性是指塑件在满足使用要求的前提下，其结构应尽可能符合成型工艺要求，从而简化模具结构，降低生产成本。在进行塑件结构设计时，应考虑以下几方面的因素：（1） 塑料的物理与力学性能、电性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能等。（2） 塑料的成型工艺性，如流动性、收缩率等。（3） 模具的总体结构，特别是抽芯与脱模的复杂程度。（4） 模具零件的形状及其制造工艺。（5） 塑件的外观质量。塑件结构工艺性的内容很多，主要内容如下：1塑件尺寸、精度及表面粗糙度（1） 尺寸 塑件尺寸的大小取决于塑件的流动性。流动性差，塑件尺寸不可过大，以免不能充满型腔可形成熔接痕，影响塑件外观和强度，此外成型设备，模具尺寸及脱模距离等也会影响塑件的大小。（2） 精度 影响塑件精度的因素很多，除与模具制造精度和模具磨损有关外，还与塑料收缩率的波动、成型时工艺条件的变化等有关，所以塑件的尺寸精度一般不高。（3） 表面粗糙度 塑件的表面粗糙度一般为0.8-0.2,而模具的表面粗糙度数值要比塑件低1-2级。2壁厚塑件的壁厚主要取决于塑件的使用要求，但壁厚的大小对塑料的成型影响很大，壁厚过小，成型时流动阻力大，难以充型；壁厚过大则浪费材料，还易产生气泡、缩孔等缺陷，因此必须合理选择塑件壁厚。同一塑件壁厚应尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不均而产生内应力，影响塑件的使用。当塑件壁厚不一致时，应适当改善塑件结构。3形状设计塑件的形状在满足使用要求的前提下，应使其有利于成型，特别是应尽量不采用侧向抽芯机构。因此，塑件设计时应尽可能避免侧向凹凸或侧孔。某些塑件只要适当地改变其形状，即能避免使用侧向抽芯机构，使模具结构简化。有些塑件内侧凹陷或凸起较浅并有圆角时，可采用整体式凸模并强制脱模的方法，例如聚丙烯，聚乙烯等塑料当陷或起小于5%时即可强制脱模。大多数情况下塑件侧凹不能强制脱模，此时应采用侧向分型抽芯机构模具。4孔的设计孔设计时应不能削弱塑件的强度，在孔与孔之间、孔与壁之间应留有足够的距离。塑件上固定用孔和其他受力孔的周围可设计一凸边或凸台来加强。5脱模斜度为了克服塑件因冷却收缩产生的包紧力，方便脱模，塑件内外表面在脱模方向应设计一定的脱模斜度，塑件上脱模斜度的大小与塑件的性质、收缩率、摩擦系数、塑件壁厚及几何形状有关。6圆角为了避免应力集中，提高塑件的强度，便于塑件熔体的流动和塑件脱模，在塑件的内外表面的各连接处均应设计过渡圆弧。本塑件是卷连门配件，其材料采用的是聚乙烯（PE），生产类型为大批量生产。1.1 塑件工艺分析及结构设计若要将聚合物加工成具有一定功能用途的塑料制件，除了要选用合适的塑料材料外还必须考虑塑料制件的加工工艺性。影响成形件误差的主要原因是塑料收缩率的波动、模具使用的磨损、成形制品脱模后的收缩、模具制造及装配的误差。为了便于脱模，并防止脱模后刮伤制品表面，要求有一定的脱模斜度，脱模斜度的大小取决于塑料的收缩率、制品的形状及厚度。制品上所有的角均采用圆角过渡，既安全又改善了熔体在型腔的流动性，有利于充型，避免出现熔合线。1.1.1 塑件成形方法：热塑性塑料的成形方法主要有挤塑成形、注塑成形、压塑成形、浇注成形等。本塑件采用注塑成形方法。1.1.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析1）结构分析：从零件图上分析，该零件总体形状为长方形，在高度为17mm的长方形凸台上有一直径为的圆孔。因此，模具设计时必须注意设置侧向分型抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。2）尺寸精度分析：该零件的所有尺寸都未注公差尺寸，由塑料模设计及制造表2-5常用材料模塑件公差等级和选用（GB/T14486-1993），可选得聚乙烯PE的未注公差尺寸等级为MT7级，由以上分析可见，该零件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关的零件的尺寸加工可以保证。3）表面质量分析：该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺外，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。1.1.3 注塑成形塑件工艺结构设计：在注塑成形塑件设计过程中应该尽量避免凸凹台，然而本塑件凸台薄壁上有圆孔，所以其成形模具中必须设计侧向抽芯结构。1）脱模斜度塑件在模具注塑成形过程中，塑料从熔融状态转变为固态状态将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧的包围在模具型芯或型腔中的凸起部分，为此必须考虑塑件内外壁有足够的脱模斜度。查塑料模具设计及制造表2-11得热塑性塑料PE的脱模斜度为： 型腔：25 45 型芯：20 45综合考虑本塑件的工艺特性，塑件内表面和外表面的脱模斜度都选为30。2） 塑件壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素，是塑件设计时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚要求尽量分布均匀否则会导致塑件各部分固化收缩不均匀，易在塑件上产生气孔、裂纹、以及内应力及变形等缺陷。 塑件的壁厚与流程有关，因为各种塑料在其常规工艺参数下，流程大小还与塑件壁厚成正比。壁厚则其流程长，查模具设计大典表8.5-8，由壁厚与流程关系式计算相应的塑件最小壁厚 =1.26mm式中 最小壁厚(mm) L 流程(mm)热塑性塑料PE的壁厚一般为0.67.6mm,而从塑件的壁厚来看，最大处是3，最小处是1.5，塑件的壁厚在材料允许的范围之内且较均匀，有利于零件的成型加工。1.2 塑件材料的性能1.2.1 塑件材料的使用性能聚乙烯是热塑性材料，质软，机械性能较差，表面硬度低，成型性能好，粘度与剪切速率关系较大，成型前可不预热，化学稳定性较好，但不耐强氧化剂，耐水性好，适用于薄膜、管、绳、容器、电器绝缘零件，日用品等。1.2.2 塑件材料的加工特性（1）结晶型塑料，吸湿性小；（2）流动性极好，溢边值0.02mm左右；流动性对压力变化敏感；（3）可能发生熔融破裂，与有机熔剂接触可发生开裂；（4）加热时间过长则发生分解、烧焦；（5）冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模具应有冷却系统；（6）成型收缩率范围大，收缩值大，取向性强，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温，保持冷却均匀、稳定；（7）宜高压低温注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分；（8）不宜用直接进料口，否则易增大内应力，或产生收缩不匀，取向性明显，变形增大，应注意选择进料口校园与数量，防止产生缩孔、翘曲变形；（9）质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模 1.2.3 塑件材料的物理性能、热性能密度 g/cm30.940.97质量体积 cm3/g1.031.06吸水率 24h150200200250250300300400导柱直径161618182020252530根据动模板尺寸：，选定导柱直径=16。2）导柱配合精度导柱工作部分的配合精度采用间隙配合H7/f7，表面粗燥度为Ra0.4；导柱固定部分配合精度采用过渡配合H7/k6,表面粗糙度Ra0.8。3）材料导柱必须具有足够的抗弯强度，且表面要耐磨，芯部要坚韧，因此导柱的材料选用碳素工具钢（T8A）淬火处理，硬度5055HRC。4）导柱的长度通常高出凸模端面68mm,以免在导柱还未导正时，凸模就先进入型腔与其碰撞而破坏。为了便于导柱顺利进入导套，导柱的端面应该设计成锥形。5.1.2 导套设计 （GB/T4169.2-1984） 导套是与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套有直导套和带头导套两种形式，本设计中采用带头导套。导套的材料选为：T8A，淬硬HRC5055。导套内外圆柱面表面粗燥度都取为Ra0.8。导套孔的滑动部分按H7/f7间隙配合，导套外径按H7/k6过渡配合。5.2 定位机构设计为了便于模具在注射机上安装以及模具浇口套与注射剂的喷嘴孔精确定位，应在模具上（通常在定模上）安装定位圈，用于与注射机定位孔匹配。定位圈除了完成浇口与喷嘴孔的精确定位外，还可以防止浇口套从模具内滑出。定位圈有标准定位圈和特殊定位圈两种，本设计中采用特殊定位圈，定位圈的材料选用45中碳钢，经正火处理，硬度为250280HBS。 第六章 脱模机构设计注塑成形每一循环中,塑料制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出制品的装置称为脱模结构也称推出机构。脱模机构设计原则：1）保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观，这是对脱模机构最基本的要求。在设计时必须正确分析塑件对模具黏附力的大小和作用位置，以便选择合适的脱模方式和恰当的推出位置，使塑件平稳的脱出。同时推出位置应尽量选择在塑件的隐蔽处，使塑件外表面尽量不留推出痕迹。2）为使推出机构简单、可靠，开模时应使塑件留于动模，以利于注塑机移动部分的顶杆推出塑件。3）推出机构运动要准确、灵活、可靠，无卡死与干涉现象。机构本身应该有足够的刚度、强度和耐磨性。6.1 脱模力的计算将制品从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力称为脱模力，此外，理论分析和实验证明，脱模力的大小还与制品的厚薄及几何形状有关。脱模力计算公式为： （式 9.6-1）式中 制品对型芯包紧的脱模阻力（N）使封闭壳体脱模所需克服的真空吸力（N）， 这里0.1单位，为型芯的横截面积。本课题中，制品对型芯包紧的脱模阻力可按薄壁矩形盒类制品收缩脱模力的实用计算式（9.6-23）计算，公式为： （式 9.6-23）式中 塑料的拉伸弹性模量；脱模斜度系数；脱模系数；塑料的线性膨胀系数（1/）； 软化温度（）；脱模顶出时的制品温度（）；制品厚度（）；脱模方向型芯高度（）。由中国模具大典表9.6-2确定有关PE材料制品的脱模力计算参数：，=0.45，=75，=55，由图9.6-4，在处得=0.95，由制品结构可知=0。矩形边长为：,，按公式（9.6-25）计算当量折算直径：，由20可知该制品属于薄壁矩形盒，由式（9.6-23）可得：6.2 推出机构形式的确定常用得推出机构形式有：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、联合推出机构及其他特殊推出机构。本制品为薄壁的容器塑件， 采用推杆推出机构。6.3 推出零件尺寸的确定6.3.1确定推杆直径根据压杆稳定公式可得推杆直径（）的公式： (式 9.6-34)式中 推杆最小直径 ()； 安全系数 ，通常取 =1.52； 推杆长度（）； 脱模力（N）； 推杆数目； 钢材的弹性模量。根据模架结构形状尺寸，初步确定推杆长度为=125，=3，代入公式得：取推杆直径为2。由式（9.6-35）进行强度校核 ： T8A的，故=2符合要求。 第七章 侧向分型与抽芯机构设计7.1 侧向分型和抽芯机构的类型由于本塑件凸台上有两个圆柱通孔,它们均垂直于脱模方向，阻碍了成型后塑件从模具中脱出。因此，成型凸台的孔必须做成活动的型芯，即必须设置侧向抽芯机构。 分型和抽芯机构按动力来源可以分为手动、机动、气动或液压三大类。本套模具采用机动抽机构中的斜销分型抽芯机构。机动侧向分型抽芯机构的方法是开模时依靠注塑机的开模力，通过传动零件将侧型芯抽出。机动抽芯机构具有较大的抽芯力、抽芯距大、生产率高、操作简单等优点。7.2 抽拔距的确定抽拔距是指侧型芯或侧滑块从成型位置抽拔或分开至不防碍制品脱模的距离。一般抽拔距应大于制品的侧孔深度或凸台高度的23。抽拔距的计算公式为： 23式中 分开拼合凹模所需的抽拔距（）； 侧凹分开至不影响制品脱模的距离（）。本塑件上二处通孔位于塑件的同一侧，所以将十个小芯子置于同一滑块上，其中通孔深为5，则根据公式(9.7-1)可得23=5+23=78取=8。7.3 抽拔力的计算塑料制品在冷凝时收缩会对型芯产生包紧力。抽芯机构所需要的抽拔力，必须克服因包紧力所引起的抽拔阻力及机械滑动的摩擦力，才能把活动型芯抽拔出来。在抽拔过程中，开始抽拔的瞬时，使制品与侧型芯脱离所需的抽拔力称为起始抽拔力，以后为了使侧型芯抽到不妨碍制品推出的位置时，所需的抽拔力称为相继抽拔力，前者比后者大。因此，计算抽拔力以计算起始抽拔力为准。7.3.1 影响抽拔力的因素1）侧型芯成型部分的表面积及几何形状。型芯成型表面积越大，越复杂，其包紧力也越大，所需的抽拔力也越大。2）塑料的收缩率。塑件的收缩率越大，对型芯的包紧力也越大，所需的抽拔力也越大。3）制件的壁厚。包容面积相同，形状相似的制品，薄壁制品收缩小，抽拔力也小，相反，厚壁制品抽芯力大。4）塑料对型芯的摩擦系数。塑料对型芯的摩擦系数与塑料特性、型芯的脱模斜度、型芯表面的粗糙度、润滑条件及型芯表面加工的纹向有关，摩擦系数越大，抽拔力越大。5）在制品同一侧面同时抽芯的数量。在制品同一侧面有两个以上型芯，采用抽芯机构同时抽芯时，由于制品孔间距的收缩较大，所以抽拔力也大。6）成型工艺参数。注射压力、保压时间、冷却时间对抽拔力影响较大。当注塑压力小，保压时间短，抽拔力较小；冷却时间长、制品收缩基本完成，则包紧力大。所以抽芯拔也大。7.3.2 抽拔力的计算抽拔力的计算与脱模力的计算相同，于是有： （式 9.6-13）则 7.4 斜导柱的设计斜导柱侧抽芯机构结构紧凑、制造方便、动作可靠，适用于这种抽拔力与抽芯距不大的分型机构。7.4.1 斜导柱的受力分析和强度的计算：（中国模具设计大典P442）1）受力分析 斜导柱有一定的安装斜角，随着安装斜角的增大，所需要的开模力P和斜导柱受到的法向分力随之增大。但如果角过小，会使机构处于自锁状态，也不能开模。本套模具中的斜导柱的安装斜度为22。取钢材零件之间摩擦系数=0.1，由于斜导柱采用的是T10A制造，需用弯曲应力，弯曲作用力由（中国模具设计大典）式（9.7-20）得2）斜导柱的强度计算 当斜导柱从制品中抽拔时，法向力N使斜导柱受到力臂Lc的弯曲力矩。固定端的最大弯矩，在危险截面上的最大弯曲应力，式中为斜导柱的抗弯截面模量，由于斜导柱采用的是圆形截面所以，。斜导柱的直径计算：(中国模具设计大典公式9.7-18) 式中,为斜销的有效长度，取。在这里取斜导柱的直径为10.斜导柱的强度条件式为:式中 危险截面上的最大弯曲应力； 最大弯矩； 斜导柱的抗弯截面模量；许用弯曲应力。7.4.2 斜销长度和最小开模行程计算斜销的长度应根据抽拔距、斜销直径及其斜角的大小确定，其计算公式为： 式中 斜销总长度（）； 斜销固定部分大端直径（）； 斜销固定板厚