毕业设计（论文）-同分线盒注塑模具设计.doc

四川理工学院毕业设计（论文） 盒盖注射模设计 学 生： 学 号：06011020104 专 业：材料成型及控制工程 班 级：061 指导教师： 四川理工学院机械工程学院 二 O 一 O 年六月 四四 川川 理理 工工 学学 院院 2 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 盒盖注射模设计 学院：机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级：06 级 1 班 学号： 06011020104 学生： 黄维柯 指导教师： 罗怀林 接受任务时间 2010.03.05 教研室主任 胡勇 （签名） 系主任 （签名） 1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 内容：盒盖注射模；产品规格：见附图；生产批量：大批量 。 要求：要求有目录、设计任务书及产品图； 工艺方案设计，提出至少两种设计方案，进行比较和分析。 单个塑件体积、重量计算； 成型设备的选择及参数校核； 浇注系统设计；（浇注系统及工艺图设计图一张） 成型零件系统设计；（成型零件结构设计，成型零件尺寸计算，成型零件壁厚计算， 绘制成型零件系统部件图一份） 脱模机构设计（优先考虑全自动脱模） 模温调节与冷却系统设计； 总体结构设计及总装图的绘制。 （要求：总装图一份，0#：1 张，选取标准模架。 ） 重要零部件图纸设计（图纸总幅面约为零号图一张） 编写毕业设计说明书一份（推荐用电脑打印，论文不少于 2 万字） 。 2指定查阅的主要参考文献及说明 塑料模具设计手册编委会编.塑料模具设计手册.机械工业出版社，2001 陈万林等编著.实用塑料注射模具设计与制造.机械工业出版社，2001 3 范有成主编.冲压与塑料成型设备.高等教育出版社，2000 高 济主编.塑料模具设计.机械工业出版社，2003 3进度安排 设计（论文）各阶段名称起 止 日 期 1 资料收集，阅读文献，完成开题报告3 月 5 日至 3 月 25 日 2 工艺方案确定、模具结构设计和计算3 月 26 日至 4 月 26 日 3 完成所有图纸的绘制4 月 26 日至 5 月 26 日 4 完成设计说明书的撰写5 月 26 日至 6 月 5 日 5 完成图纸和说明书的修改，答辩的准备和毕业答辩6 月 5 日至 6 月 13 日 4 毕业设计附图毕业设计附图 名称：盒盖 材料：PE (乳白色) 技术要求： 1.塑件表面凹痕 2.未注公差尺寸按 SJ1372-78.7 级； 3.大批量生产。 I 摘 要 注射成型是塑料制品生产的一种重要方法，生产周期短，效率高，容易实现自动 化生产，塑料制品精度容易保证，适用范围广。塑料成型模具，是塑料成型的重要工 艺装备。 在进行结构方案设计过程中，我查阅大量资料，总共设计了三种合理的方案。通 过比较对比，最后选定了本次的方案。这种模具结构的优点在于它的结构紧凑，动作 可靠。 在设计过程中综合运用专业知识设计浇注系统，成型零件，导向机构等，其核心 知识是塑料成型模具、机械设计、机械工程材料和计算机辅助设计。 关键词：盒盖；注射成型；塑料成型模具；成型零件；滑块；计算机辅助设计。 ABSTRACT Shaping injection is one of the important methods in plastic goods production, it can short the production circle and important the product efficiency. So its easier to realize the automatic production, and its better to promise the production precision, the scope of suitable using will larger too.A shaping plastic mold is very important for production. In the process of designing the structure of the program, I a great deal of information available, a total of three kinds of rational design program. By comparing the contrast, and finally selected this option. The advantages of such a mold structure is its compact structure, movement reliable, low manufacturing costs. During the design process, the integrated use of gating system design expertise, molding parts, oriented institutions, the core of knowledge is a plastic mold, mechanicaldesign, mechanical engineering materials and computer-aided design. Key words: lid; injection molding; plastic mold; molding parts; slider computer-aided design. 1 目 录 摘摘 要要.1 ABSTRACTABSTRACT.1 前前 言言.1 第第 1 1 章章 绪论绪论.2 1.11.1 塑料成型模具发塑料成型模具发展展概况概况 .2 1.21.2 我国模具设计技术今后发展方向我国模具设计技术今后发展方向 .2 1.31.3 课题资料查询课题资料查询 .3 1.3.1 塑件工艺及结构 .3 1.3.2 塑料熔体流动行为和塑件的加工性能 .4 1.41.4 方案的讨论与论证方案的讨论与论证 .5 第第 2 2 章章 塑件的工艺性分析及结构设计塑件的工艺性分析及结构设计.8 2.12.1 确定成型工艺条件确定成型工艺条件 .8 2.1.1 PE（聚乙烯）的性能参数.8 2.1.2 PE 塑料的成型条件 .10 2.22.2 成型塑料制件结构工艺性分析成型塑料制件结构工艺性分析 .10 2.32.3 浇口位置分析浇口位置分析 .13 2.42.4 型型腔腔的布置的布置 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第第 3 3 章章 确定确定成成型设备型设备.16 3.13.1 塑件体积和塑件体积和重重量量 .16 3.23.2 浇浇注注系统，初步选择注塑成型设备的设计系统，初步选择注塑成型设备的设计 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.33.3 注塑机的校核注塑机的校核 .23 2 第第 4 4 章章 模具设计模具设计.29 4.14.1 成型零件设计成型零件设计 .29 4.1.1 成型零件的结构设计 .28 4.1.2 成型零件工作尺寸计算 .30 4.1.3 成型零件的力学计算 .32 4.24.2 塑件脱模机构设计塑件脱模机构设计 .34 4.2.1 顺序脱模机构的设计 .34 4.2.2 浇注系统凝料脱出机构设计 .35 4.2.3 侧向分型与抽芯机构设计 .35 4.2.4 导向与定位机构设计 .37 4.2.5 其他零件设计.49 4.34.3 温度调节系统温度调节系统的的设计设计 .40 第第 5 5 章章 绘制模具图绘制模具图.42 5.15.1 绘制总装结构图绘制总装结构图 .42 5.25.2 绘制重要零件图绘制重要零件图 .43 5.35.3 校对、审图校对、审图 .43 5.45.4 模具设计模具设计的的标准化问题标准化问题 .44 第第 6 6 章章 结结论论.45 参考文献参考文献.46 致致 谢谢.47 附附 录录.58 前 言 塑料工业是建立在上世纪新兴科学技术基础上的聚合材料工业。塑料制品正以其 优异的独特性能，日益广泛进入人们日常生活和文明的各个领域。 模具是工业生产的主要工艺装备，用模具生产的制件所表现出来的高精度、高复 杂性、高一致性、高生产率和低消耗等特点，是其他加工制造方法所不能比拟的。模 具生产水平的高低，已成为衡量一个国家产品的制造水平的重要标志。 注射模塑、压缩模塑和压注模塑工艺是塑料制品成型的基本方法；注射模、压缩 模和压注模是保证实现上述成型方法，获得形状正确、尺寸合格、质量符合要求和塑 料制品的技术和物质基础。 本次毕业设计以塑料模具设计为主体，对内抽芯注射模具进行了详细分析和设计， 在现有的成型方法基础上，对设计方案进行优化，确定出最终方案，并对塑料成型的 质量控制进行了论述。力求能够正确设计模具结构，合理选择制造方法，并对已有的 模具结构进行优化。 本次设计得到了机电工程系和材控教研室各位老师的大力支持和帮助，特别是指 导老师罗怀林的耐心直到和详细讲解，还有同组同学的帮助，在此向他们表示衷心的 谢意！ 由于本人水平有限，设计中难免出现错误，欢迎各位读者提出批评指正意见。 黄维柯 2010 年 5 月 30 日 2 1 3 第 1 章 绪论 1.1 国际国内塑料成型模具发展概况 随着经济的快速增长，装备制造业良好的态势有力地促进了我国塑料模具业发展。 国内市场对模具非凡是塑料模具的需求旺盛，加上国产模具在中低端产品方面具有较 强的竞争力，国外用户采购我国模具的比例继续增大，工业发达国家将模具生产向我 国转移呈现加快态势，由此促进了我国塑料模具业产需两旺，增速达到 20 左右，保持 高速增长态势。 随着汽车业继续高速发展，汽车对模具不断提出更高的要求，促使模具技术水平 不断提高。此外，出口大幅增长，也带动了国产模具技术水平不断提高。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。其中许多模具企业投 资热情高涨、重视品牌建设、采用信息化治理、加大人才培训力度，从而在竞争中赢 得先机，进一步促进了塑料模具行业的快速发展。 虽然近几年我国塑料模具快速发展，但是与国外先进水平相比，仍然存在问题： 发展不平衡，产品总体水平较低；工艺装备落后，组织协调能力差；大多数企业开发 能力弱，创新能力明显不足；供需矛盾短期难以缓解；体制和人才问题的解决尚需时 日。 在这种情况下，我国塑料模具行业既要看到成绩又要重视落后，尽快提高塑料模 具的水平。我国政府要大力支持，制定部分优惠政策，通过政策引导加快行业的发展 和进步。另外，模具企业要不断满足日益变化的市场需求，进一步深化改革，下功夫 搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到 质量和水平效益型的轨道上来，我国塑料模具行业必将得到又好又快的发展。 四川理工学院毕业设计（论文） 4 1 1.2 我国模具设计技术今后发展方向 1、提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模 成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多控 所致。 2、在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。CAD/CAM 技术已发展成 为一项比较成熟的共性技术,近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小 企业普遍可以接受的程度,为其进一步普及创造了良好的条件;基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪,其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分 工协作要求的问题;CAD/CAM 软件的智能化程度将逐步提高;塑料制件及模具的 3D 设计 与成型过程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 3、推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技 术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源, 所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准,积极生 产价廉高质量的元器件,是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质 量的前提下,大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注 射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制,而且其常用于较复杂 的大型制品,模具设计和控制的难度较大,因此,开发气体辅助成型流动分析软件,显得 十分重要。另一方面为了确保塑料件精度,继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及 注射压缩成型工艺与模具也非常重要。 4、开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 5、提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化 程度仍较低,与国外差距甚大,在一定程度上制约着我国模具工业的发展,为提高模具质 量和降低模具制造成本,模具标准件的应用要大力推广。为此,首先要制订统一的国家 标准,并严格按标准生产;其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质 量、降低成本;再次是要进一步增加标准件规格品种。 6、应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必 要。 7、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描 5 仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的 检测设备是实现逆向工程的必要前提。 1.3 毕业设计课题资料查询 1.3.1 分析塑件结构和工艺技术要求 该塑件为盒盖制件，结合其功能，塑件四侧有内凹，由于塑件的表面积较大带厚 度较小，所以在充型的过程中要考虑温度的问题，以保证正常的迅速充型。该制件的 材料为 PE（聚乙烯） ，模具设计的难点在于内侧抽芯，本次设计采用斜拉杆抽出。 塑件上未标注公差尺寸，由技术要求可知按 SJ1372-78.7 级标出。由于材料的最 大尺寸为 70.6mm，属于中小型制件，且要求大批量生产，在满足生产需求的情况下尽 量选用较低的粗糙度，同时在选用注塑机和确定型腔数时，在满足技术要求的条件下， 最好选用标称压力比较低的注塑机和尽可能多的型腔数，以满足经济性要求。 1.3.2 了解塑件的加工性能和工艺性能、塑料熔体流动行为 聚乙烯是当今世界上产量最大、应用最普遍的一种热塑性塑料。有低压高密度聚 乙烯（HDPE），高压低密度聚乙烯（LDPE），线形低密度聚乙烯（LLDPE）等多种。 HDPE 产品的理化性质：产品为无毒、无味、无臭的白色颗粒，原态 HDPE 外表呈乳白色， 在微薄截面呈一定程度的半透明状。熔点约为 130，相对密度 0.941-0.965。具有良C 好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，具有较高的刚性和韧性，机械强度好，介电性 能、耐环境应力开裂性能亦较好。 LDPE 产品的理化性质：半结晶材料，具有良好的延 伸性、电绝缘性，结晶度 55%65%，结晶熔点 108126。LDPE 对气体和水蒸汽具有C 渗透性，LDPE 的热膨胀系数很高不适合于加工长期使用的制品。 LLDPE 产品的理化性 能：无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，相对密度 0.9180.939。与 LDPE 相比具有强度 高、韧性好、刚性强、耐热、耐寒等优点，还具有良好的耐环境应力开裂、耐撕裂强 度等性能，并可耐酸、碱、有机溶剂等。因为所给制件为盒盖，对机械强度和化学稳 定性有较高的要求，经过比较，此次设计塑件材料选用 HDPE。 PE 材料的加工特性： 1、结晶型塑料，吸湿性好； 2、流动性级好，溢边值 0.02左右，流动性对压力变化敏感；mm 3、可能发生熔融破裂，与有机溶剂接触可发生开裂； 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，宜设冷料井，模具应有冷却系统； 四川理工学院毕业设计（论文） 6 1 6、收缩率范围大，收缩值大，取向性明显，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、易高压低温注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分； 8、不宜用直接进料口，否则易增加内应力，或产生收缩不均，取向性明显，变 形增大，应注意选择进料口的位置和数量，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。 1.4 方案的讨论与论证 由于塑件是批量生产，且根据塑件的结构分析知道塑件四侧有内侧凹，需要采用内 抽芯机构，将塑件脱出模外。根据塑件的机构提出如下几种方案，其各自的特点分析 如 图 13 方案二 内斜销滑块抽芯 7 用内斜销及滑块脱出，斜销脱出内陷槽.由于塑件又四个内陷槽，需 要四个滑块，故模具加工比较困难. 开模时，动模 7 向后运动，滑块 13 在推杆 3 的作用下，有个向前和向中间运动 的趋势，所以在滑块内抽芯的同时可以将塑件进行脱模. 但是此结构不易保证复位。 四川理工学院毕业设计（论文） 8 1 整体式型芯斜拉杆内侧分型抽芯 这种结构是主要利用了限位螺钉的作用将主流道从定模板中带出来。以达到点浇 口浇注系统的自动推出。注射机拉动模后退，定距拉钉 3 将定模定位，当模具推板与 机床顶杆接触时，迫使推板向前运动，此时，斜拉杆相对定模而言，有一个水平方向 的运动，则斜拉杆向内移动抽出塑件，模具继续后退时，斜拉杆将推出塑件。闭模时， 由复位杆使斜拉杆复位。此方案结构紧凑，运行可靠，为最佳方案。 9 第 2 章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 2.1 确定成型工艺条件 2.1.1 PE（聚乙烯）的性能参数 材料 PE（聚乙烯）：由乙烯聚合而成，属于烯烃类聚合物，是塑料工业中产量最 大的塑料。无毒，无味，乳白色。易加工成各种形状的塑料制件，已广泛用于电器工 业，化学工业，食品工业，机械制造业，农业等方面。化学稳定性好，结晶型塑料。 其性能参数如下表所示： 表 2-1 聚乙烯（PE）的性能参数 1 使用性 能 化学稳定性很高，能耐酸碱及有机溶剂。吸水性极小，有很突出的电气性能和良好 的耐辐射性，用火焰喷涂法或静电喷涂法涂于金属表面，可以达到减摩和防腐蚀的 目的。缺点是力学强度不高，热变形温度很低，故不能承受较高的载荷 成型特 性 1.结晶料、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，与有机溶剂接触可发生开裂 4.加热时间长则发生分解、烧伤 5.冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模 应有冷却系统 6.收缩率范围大，收缩值大、方向性明显，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.宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分 8.不宜用直接浇口，易增大内应力，或产生收缩不匀，方向性明显增大变形，应注意 选择进料口位置，防止产生缩孔、变形 9.质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模 低密度聚乙烯高密度聚乙烯 1密度（） 3 g/cm 0.9100.9250.9410.965 2比体积（/g） 3 cm1.091.11.041.06 物理性 能 3 吸水率 24h 长时期（%） 0.0135 故满足 HDPE 的注射要求。75(1.79 1.27)71.94 C PMPaMPa 225 故符合锁模要求。30.65 7194220496220.496TNKNKN 选用卧式注塑机，其注塑柱塞或螺杆与模板的合模运动均沿水平方向装设，并多数 在一条直线上（或相互平行） 。这类注塑机的优点是机体较低，容易操作和加料，机床因 重心较低而比较稳定；成型后顶出的塑料可利用重力作用自动落下，利于自动化操作。 四川理工学院毕业设计（论文） 25 缺点是模具的安装和安放嵌件比较麻烦，机器的占地面积较大，根据前面的论述和计算 最终选择的注塑机型号为 XS-Z-30 的卧式注塑机。 该注射机的技术参数如表 3-1 所示： 表 3-3 XS-Z-30 型注射机的技术参数 2 型 号单位 XS-Z-30 型 号单位 XS-Z-30 螺杆转速r/min - 标称注射量 3 cm 60 注射时间s05螺杆直径mm 28 注射方式柱塞式注射压力MPa 119 合模力KN 250 模具定位孔尺寸 mm 064 . 0 0 5 . 63 最大成型面积 2 cm90 喷嘴球半径mm 12 模板最大行程mm 160 喷嘴孔直径mm 2 模具最大厚度mm 180 中心孔径mm - 模具最小厚度mm 60 孔径mm20 模板尺寸mm280250 顶 出 两 侧 孔距mm 170 3.3 注塑机有关工艺参数的校核 （1） 最大注射量的校核 最大注射量和制品的重量和体积有直接关系，两者必须相适应，不然会影响制品的 产量和质量。若最大注射量小于制品的重量，就会造成制品的形状不完整或内部组织松 散、制品强度下降等缺陷；而注射量过大，注射机利用率降低，浪费电能，而且可能导 致塑料分解。因此，为了保证正常的注射成型，注射机的最大注射量应稍大于制品的重 量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边） 。通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大 注射量的以内。80% 当注射机最大注射量以容积标定时，按下式校核： （312） 0 1 KV n i i VVV 浇 式中 注射机的最大注射量，； 0 V 3 cm 第 3 章 确定成型设备 26 1 制品的体积（包括制品、浇注系统及飞边在内） ，V 3 cm 浇道及浇口和飞边体积，；V浇 3 cm 一个制品的体积，。 i V 3 cm 型腔数；i 注射机最大注射量的利用系数，取=0.8。KK 因塑料的体积与压缩比有关，所以所需塑料体积为： VK V 压料 式中 压缩比，由表 32 可以查得=1.842.30；K压K压 塑件的体积，V料 2 cm 由上述计算可以得知，塑件和流道凝料体积之和为=19.2。 g v 3 cm 则有 /=/= so v g v so v g v19.2/300.6464% 故选择此类注塑机即保证塑件质量又充分发挥设备能力。 （2） 注射压力的校核 所选用的注射机的注射压力必须大于成型塑件所需的注射压力，成型所需的注射压力 与塑件品种、塑件的形状及尺寸、注射机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。注 射压力校核的目的是校验注射机的最大注射压力能否满足塑件成型的需要。为此，注射 机的最大注射压力应稍大于塑件成型所需要的注射压力即 （313） 0 PP 式中 注射机最大注射压力，； 0 PPa 塑件成型时所需要的注射压力，。 PPa 由表 21 可以得知所选塑料 HDPE 的成型所需注射压力为 60-100，注射机的PMPa 最大注射压力可以由表 31 可以查出为 119 ，故有 0 PMPa 0 PP 根据上面的描述可以得知该注塑机满足本次注射要求。 （3） 锁模力的校核 锁模力又称合模力，是指注射机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力。当高压的 塑料熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具沿分型面涨开， 其值等于塑件和流道系统在分型面上总投影面积乘以型腔内塑料压力。而对于三板式模 四川理工学院毕业设计（论文） 27 具而言，由于流道系统与型腔不在同一分型面上，则不应计入流道面积。作用在这个面 积上的总力应小于注射机的额定锁模力，否则注塑时会因锁模不紧而产生溢边跑料的F 现象。即 （314） 001 FP AFK PA 分分模 或 式中 注射机的公称锁模力，查表 32 知=； 0 FN 0 F 4 25 10N 模内压力（型腔内熔体的压力） ，查表 32 有=P 模 PaP 模 ，取 75；MPa10060MPa 压力损耗系数，一般取，取； 1 K3/23/12/3 柱塞施加于塑料上的注射压力，；查表 31 知PPa =P 5 1190 10 制品、流道、浇口在分型面上的投影面积之和，由于是三板式A分 2 m 的注塑模具，故=30.65=。 A分 2 mm 52 3.07 10 m =P A分 模 64 75 1030.65 10229.87MPa 56 2 1190 1030.65 10242.16 3 K PAKN 因此有，故锁模力满足注射时的合模要求。 001 FP AFK PA 分分模 且 模具与注射机合模部分相关尺寸校核 设计模具时应加以校核的主要参数有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚 度、模具板安装螺孔尺寸等。 注射机喷嘴与模具主流道衬套关系 注射机前端孔径和球面半径 与模具主流道衬套的小端直径和球面半径一drDR 般应满足下列关系： 和 )21 ( rR) 15 . 0( dD 保证注射成型时在主流道衬套处不形成死角、无熔料积存，并便于主流道凝料的脱 模。 由计算可以知道，；，满足要求。mmR1512rmmmm2d mmD3 模具轮廓尺寸与注射机装模空间的关系 各种规格的注射机，可安装模具的最大厚度和最小厚度均有限制，所设计的模具闭 合厚度必须在模具最大厚度和最小厚度之间，即应满足下列关系： maxmin HHlmm （315） minmax HHH 第 3 章 确定成型设备 28 1 式中 模具闭合高度；H 注射机允许模具最小厚度； min H 注射