毕业设计（论文）-端盖注射成型模具设计.doc

湖北工业大学商贸学院毕业设计摘 要本论文分析了端盖的塑件工艺特点，介绍了端盖注射成型模具设计要点及模具的工作过程，其中重点介绍了端盖注射模具结构的设计方法。分析和阐述了塑件的成型工艺参数、注塑机的选择、排气系统、温度调节系统、浇注系统、导向机构、脱模机构、成型零部件和分型的设计过程。其中盖注射模设计的结构特点是利用重叠式浇口形式进料的单分型面注射模。关键词：端盖；注射模；模具结构AbstractThis paper analyzes the cover of plastic parts process characteristics, this paper introduces the cover injection molding main design and the working process of the die, of which mainly introduces the structural design of the cover injection mould method. Analyzed and expounded the plastic parts of the molding process parameters, the injection molding machine selection, exhaust systems, temperature control system, gating system, steering mechanism, demoulding mechanism, molding parts and points of type design process. Which cover injection mould design is to use the structure characteristics of ChongDieShi gate form the quality of incoming material single parting surface injection mould. Keywords: cover; Injection mould; Die structure 摘要Abstract目 录绪 论1 端盖的技术要求及其工艺性分析1.1 端盖的技术要求1.2 塑件的工艺性分析1.2.1 材料的选择1.2.2 材料的性能2 制品图样2.1 具体尺寸及要求2.2 根据制品尺寸几何形状进行分析2.2.1 尺寸及公差2.2.2 塑件制品的形状2.2.3 分型面的选择3 基本参数3.1 注射机选择3.2 模具型腔数目的计算3.3 模架选择4 成型零件尺寸及结构4.1 聚丙稀的收缩率（S）4.2 型芯尺寸及结构设计4.3 型腔尺寸及结构设计5 模具结构5.1 模具结构图5.2 模具与成型机械关系的校核6 浇注系统6.1 概述6.2 浇注系统的设计6.2.1 主流道的设计6.2.2 浇口的设计6.2.3 排气槽设计6.3 合模导向机构的设计7 推出机构7.1 概述7.2 推出机构8 支承零件8.1 紧固件及其他附件8.1.1 上模8.1.2 下模9 冷却系统10 模 具 的 装 配10.1 模具的装配顺序10.2 开模过程分析结束语致谢参考文献绪 论本毕业设计是一端盖的注射模的设计，属于大批量生产。从塑件本身的结构出发，该塑件的设计并不难。通过这次注塑模具的设计，主要是进一步巩固和加强所学专业知识，为今后从事技术工作作好准备。设计注射模具时，既要考虑塑料熔体流动行为、冷却行为等塑料加工工艺方面的问题，又要考虑模具制造装配等结构方面的问题。注射模设计的主要内容归纳起来大致有以下几个方面：1根据塑料熔体的流变行为和流道、型腔内各处的流动阻力通过分析得出充模顺序，同时考虑塑料熔体在模具型腔内被分流及重新熔合的问题和模腔内原有空气导出的问题，分析熔接痕的位置、决定浇口的数量和方位。2根据塑料熔体的热学性能数据、型腔形状和冷却水道的布置，分析得出保压和冷却过程中塑件温度场得变化情况，解决塑件收缩及补缩问题，尽量减少由于温度和压力不均、结晶和取向不一致而造成得残余内应力和翘曲变形。3塑件脱模和横向分型抽芯的问题可通过经验和理论计算分析来解决。4决定塑件的分型面，决定型腔的镶拼组合。模具的总体结构和零件形状不单要满足充模和冷却等工艺方面的要求，同时成型零件还要具有适当的精度、粗糙度、强度和刚度、易于装配和制造，制造成本低。以上这些问题，并非独立存在，而是互相影响的，应综合加以考虑。1 端盖的技术要求和工艺分析1.1端盖的技术要求根据图纸要求，此制品为大批量生产，在生产要求上不是很高，所以在模具设计时应力求结构简单，但要能达到制品的各种要求。 1.2 塑件的工艺性分析1.2.1材料的选择此制品要求的材料为聚酰胺，牌号为PA。由聚酰胺合而制得的一种热塑性树脂。有等规物、无规物和间规物三种构型，工业产品以等规物为主要成分。其通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化,故熔点高达205,耐热,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度1.04g/cm3,是最轻的通用塑料。耐腐蚀,抗张强度62MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。 1.2.2 材料性能尼龙为韧性角状半透明或乳白色结晶性树脂，作为工程塑料的尼龙分子量一般为1.5-3万。尼龙具有很高的机械强度，软化点高，耐热，磨擦系数低，耐磨损，自润滑性，吸震性和消音性，耐油，耐弱酸，耐碱和一般溶剂，电绝缘性好，有自熄性，无毒，无臭，耐候性好，染色性差。缺点是吸水性大，影响尺寸稳定性和电性能，纤维增强可降低树脂吸水率，使其能在高温、高湿下工作。尼龙与玻璃纤维亲合性十分良好。常用于制作梳子、牙刷、衣钩、扇骨、网袋绳、水果外包装袋等等。无毒性，但不可长期与酸碱接触。 值得注意的是,加入玻纤后,尼龙的抗拉强度可提高2 倍左右,耐温能力也相应得到提高. 尼龙的收缩率为1%2%. 特点：1尼龙使织物柔软舒适，并且其良好的吸湿性可以平衡空气和身体之间的湿度差，从而减轻了身体的压力，具有调整效果。 2特别轻巧，极易保养。 3可机洗，晾干时间比棉快三倍，只需微烫或免烫，不易变形，具有显著的抗皱能 力。 4由于具有卓越的回弹性，使它可经拉伸后恢复到原来的状态。 物性 白色或微黄色半透明颗粒。质轻且坚硬，具有吸水性小，尺寸稳定性好，无毒，电绝缘性能优异等特点。在-40下仍保持一定韧性。增强后具有高强度、耐磨等优点，并提高了原树脂的热稳定性和尺寸稳定性，是一种极优良的工程塑料。 应用： 广泛应用于航天航空、造船、汽车、纺织、仪表、电气、医疗器械等领域。增强后可用作泵的叶轮、自动打字机的凸轮、各种高负荷的机械零件、工具把手、电器开关、设备建筑结构件、汽车、船舶的加油孔盖轴承、齿轮等。2 制品图样2.1具体尺寸及要求如图2.1 图 2.12.2根据制品尺寸几何形状进行分析2.2.1 尺寸及公差从制品所给的尺寸及公差查塑料模塑成型技术表3-7为4级精度等级，查表3-8得4级精度等级为一般精度，从经济方面考虑，在模具设计时模具精度等级也应设计成一般精度等级。2.2.2 塑料制品的形状如图2.1，此制品为端盖形制品，制品体积较小。塑料制品的壁厚由图1.1可知，此制品最大壁厚为3.5mm，最小壁厚为2mm。壁厚不是很均匀，它会固化或冷却速度的不同引起收缩不均匀，从而在制品内部产生内应力。因此在模具设计时要进行冷却系统的设计及适应选择浇口。2.2.3分型面的选择 塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则： （1）分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。 （2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。 （3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。（4）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑。3基本参数3.1 注射机选择根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为SZ-20/35.注塑机的参数如下：注塑机最大注塑量：20cm 注塑压力：200/Mpa 注塑速率：50(g/s)塑化能力：20(Kg/h) 锁模力：300KN注塑机拉行间距：400500mm顶出行程：130mm 最小模厚：180最大模厚：300模板行程：300 注塑机定位孔直径：58 mm 喷嘴球半径：SR7 3.2模具型腔数目的计算3.2.1 计算原理通常注射机的实际注射量为注射机最大注射量的50，即 V实 = Vmax50 (3-1)式中 V实 - 制品实际所需注射量，单位cm3。 Vmax - 注射机最大注射量，单位 cm3。 由表3.1 Vmax=20cm3所以 V实=10cm33.2.2 制品体积制品的结构及尺寸如图2.1，体积如下式计算，V制=43.7297-525.540.5-23.144.52-3.141.252+22.581+3.14(6.25-5)5 =3.90 cm33.2.3 型腔数目确定制品数目用n表示，利用下列公式进行计算， n= V实/V制=10/3.90=2.56通过计算可以设计两个型腔。因此制品为大批量生产，固设计型腔数目为两个。3.3 模架选择根据制品尺寸大小及型腔数目，查表模具标准应用手册表6-15初步选用210200模架具体结构如图3.1(a)、3.1(b) 图3.1 （a） 图3.1 (b)4 成型零件尺寸及结构4.1聚酰胺的收缩率（S） 查塑料模成型技术附表2聚酰胺的收缩率范围为0.7-1.7，换算成平均收缩率ScpScp=(0.7+1.7)/2=1.2 (4-1)4.2 型芯尺寸及结构设计4.2.1. 型芯径向尺寸计算利用公式LM1=ls1(1+Scp)+ (4-2) 制品的基本尺寸为：43.7、29、7、2、9、3.5、10查表公差为0.28、0.24、0.16、0.16、0.16、0.18 将数值代入计算LM1=43.7（1+1.2%）+0.28 =44.43LM2=29（1+1.2%）+0.24 =29.53LM3=7（1+1.2%）+0.16 =7.20LM4=2（1+1.2%）+0.16 =2.14DM4=9（1+1.2%）+0.16 =9.23DM5=3.5（1+1.2%）+0.16 =3.66DM6=10（1+1.2%）+0.18 =10.244.2.2 型芯高度尺寸Hm = hs(1+Scp%)+ (4-3)制品的基本尺寸为：2、5、7表公差为0.16、0.16、0.18 将数值代入计算Hm1= 2(1+1.2%)+2/30.16=2.14Hm2= 5(1+1.2%)+2/30.16=5.16Hm3= 7(1+1.2%)+2/30.16=7.184.3 型腔尺寸及结构设计4.3.1型腔径向尺寸，利用公式 LM=ls(1+Scp)- （4-6）制品的基本尺寸为：43.7、29、9、3.5、10查表公差为0.28、0.24、0.16、0.16、0.16、0.18将数值代入计算 LM1=43.7(1+1.2)-0.28 =44.01LM2=29(1+1.2)-0.24 =29.14DM4=9(1+1.2)-0.16 =8.99DM5=3.5(1+1.2)-0.16 =3.42DM6=10(1+1.2)-0.18 =9.99 4.3.2型腔深度尺寸，利用公式 制品的基本尺寸为：43.7、29、7查表公差为0.28、0.24、0.16Hm = Hs(1+Scp%)- (4-7) 将数值代入计算 Hm1 = 43.7(1+1.2%)+0.28 =44.40Hm2 = 29(1+1.2%)+0.24 =29.51Hm3 = 7(1+1.2%)+0.16 =7.19 4.3.3 结构确定型腔结构简单，采用整体式凹模，这种结构成形的制品质量较好，加工方便，并且就加工在型腔板上，与型腔板构成一体。 4.3.4 型腔底厚、壁厚计算 1 按刚度校核侧壁厚度，利用公式 t=r （4-8） 代入计算得 t=8.6 mm 2 按强度计算，利用公式 t=r( 代入计算 t=7.4mm 取较大值8.6mm。 4.3.5 底厚计算 按刚度计算 h=4.49mm 按强度计算 h=3.76mm 取较大值4.49mm。5 模具结构模具结构主要由以下部分组成：成型部分、 支承部分、推出机构、浇注系统、导向部分、紧固定位部分、冷却排气系统。在模具设计过程中，主要考虑塑料怎样进料，制品怎样成型、制品怎样脱出。5.1 模具结构图通过对模具成型零件的计算，模架的确定，模具结构图如装如图所示。5.2模具与成型机械关系的校核5.2.1 制品及流道体积5.2.1.1 制品体积 Vi=3.90cm5.2.1.2 流道体积 主流道体积 V主=1/3h(R+Rr+r) 代入计算V主=1/3h(R+Rr+r) =1/33.1448（4411）=1.05mV主=1.05V总= 3.90+1.05=4.95cm 5.2.2注射机的校核1 最大注射量的校核根据公式 KV0V代入计算得V=20cm 符合注射机的要求2 锁模力校核 F锁pA式中 p熔融型料在型腔内的压力，该产品 A塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=1267 mm3F锁注塑机的额定锁模力。 故 F锁pA=200Mpa1267 mm 选定的注塑机的压力为300KN，满足要求。模具与注塑机安装部分相关尺寸校核A 模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适模具长模具宽拉杆面积 B模具闭合高度校核Hmin注塑机允许最小模厚=180mmHmax注塑机允许最大模厚=300mmH模具闭合高度=210mm故满足HmaxHHmin。开模行程校核 注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式： S机注塑机最大开模行程，300mm; H1顶出距离，40mm； H2包括浇注系统在内的塑件高度，50mm; S机(H模Hmin)H1H2(510)故： 300(210180)40+50(510)满足条件 6 浇注系统6.1 概述注射模的浇注系统是指熔体从注射机的喷嘴开始到型腔为止的流动通道。对其要求是：使熔体平稳的进入型腔，使之按要求填充型腔，使型腔内的气体顺利排出，在熔体填充型腔和凝固的过程中，能充分的把压力传到各个部位，以获得组织致密，外形清晰，尺寸稳定的塑料制品。可见，浇注系统的设计是十分重要的。浇注系统的设计正确与否，是注射成型能否顺利进行的关键，因此，要引起高度重视。6.2 浇注系统的设计6.2.1 主流道的设计主流道的截面形状一般为圆形，其锥度为25，在此模具的设计的设计中采用2，小端直径一般取14mm,且大于注射机喷嘴直径3.5mm,由表3-1注射机喷嘴直径为4mm。将此模具主流道小端直径设计为2mm。主流道的长度一般不超过60mm,本模具设计为48mm。主流道大端倒角R2。由于主流道需要与高温塑料频繁接触，故设计主流道衬套是十分必要的，尤其是主流道要穿过两块板时，如果没有主流道衬套，在结合处很容易发生溢料，导致主流道难以取出，主流道衬套的球半径比注射机的球半径大12mm，设计球半径为SR11mm。主流道衬套的尺寸查表3-6-62模具实用技术设计综合手册。6.2.2 浇口的设计浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。（2）易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积约为分流道截面积的0.030.09，浇口的长度约为0.5mm2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。浇口位置的选择：浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。浇口设置应有利于排气和补塑。浇口位置的选择要避免塑件变形。采用点浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用侧浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这里是可以的，考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离，所以选取用点绕口。分流道与浇口的连接。在利用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后选择了更具优势的浇口，由于闹钟后盖的侧内壁与闹钟芯存在一定的空隙，所以即使是在脱模的时候流在一定的浇口痕也不会影响装配。浇口套见图 浇口套6.2.3 排气糟的设计 塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满。因该模具为小型模具，且分型面适宜，可利用分型面排气，所以无需设计排气槽。6.3合模导向机构的设计导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。导向机构的主要作用有：定位、导向和承受一定侧压力。定位作用：为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向作用。动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而坏零件。由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力，导致导柱容易折断。对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。导柱、导套零件如下： 导套 导柱 7 推出机构 7.1 概述 推出机构的设计是为了把制品从型芯型腔中推出来，为下一次注射做准备，推出机构的设计要求有：1 尽量使制品留在动模上。2 保证制品不变形，不损坏。3 保证制品外观良好。4 结构要可靠。7.2推出机构推出机构一般有推杆、推管、推件块等，从制品的形状、尺寸考虑，利用推管制品的壁厚太小，采用直推杆，制品的受力面积太小，会损坏制品，其他结构不适合成型本产品，所以将推杆设计成倒锥形，下面固定在推杆固定板上，保证装配需要。8 支承零件在此模具中，支承零件包括上模座板、下模座板、型芯固定板、垫块等。 8.1 紧固件及其他附件8.1.1 上模部分 1 固定定位圈螺钉选用M610。 2 固定上模座和型芯固定板的螺钉选用M1050。8.1.2 下模部分 1 固定下模的螺钉选用M10300。9 冷却系统 模具在注射时，应对模具温度进行较好的控制，才能保证制品的精度，这就要求在模具内设计冷却系统，但由于本零件较小，可以通过模具自然冷却来保证热平衡。另外此制品为小批量生产，成型的制品精度等级为一般精度，故采用模具自然冷却，不设计冷却水道。10 模具的装配装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、寿命和各部分的功能。模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触只有当各精度要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证。塑料模的装配基准分为两种情况，一是以塑料模中和主要零件台定模，动模的型腔，型芯为装配基准。这种情况，定模各动模的导柱和导套孔先不加工，先将型腔和型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套孔，最后安装动模和定模上的其它零件，另一种是已有导柱导套塑料模架的。浇口套与定模部分装配后，必须与分模面有一定的间隙，其间隙为0.050.15毫米，因为该处受喷嘴压力的影响，在注射时会发生变形，有时在试模中经常发现在分模面上浇口套周围出现塑料飞边，就是由于没有间隙的原因。为了有效的防止飞边，可以接近塑件的有相对位移的面上锉一个三角形的槽，由于空气的压力的缘故可以更好的防止飞边。10.1 模具的装配顺序（1）确定装配基准；（2）装配前要对零件进行测量，合格零件必须去磁并将零件擦拭干净；（3）调整各零件组合后的累积尺寸误差，如各模板的平行度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻合面积不得小于80%，间隙不得小于溢料最小值，防止产生飞边。（4）在装配过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查；（5）组装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；（6）组装冷却和加热系统，保证管路畅通，不漏水，不漏电，门动作灵活紧固所连接螺钉，装配定位销。装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中；（7）试模：试模合格后打上模具标记，包括模具编号、合模标记及组装基面。 模具预热 模具预热的方法，采用外部加热法，将铸铝加热板安装在模具外部，从外部向内进行加热，这种方法加热快，但损耗量大。筒和喷嘴的加热根据工艺手册中推荐的工艺参数将料筒和喷嘴加热，与模具同时进行。工艺参数的选择和调整根据工艺手册中推荐的工艺参数初选温度，压力，时间参数，调整工艺参数时按压力，时间，温度这样的先后顺序变动。注塑 在料筒中的塑料和模具达到预热温度时，就可以进行试注塑，观察注塑塑件的质量缺陷，分析导致缺陷的原因，调整工艺参数和其他技术参数，直至达到最佳状态。（8）模具的维护优化设计的镶件和嵌件在这里就起到了很大的作用，只须更换个别已损坏的零件，不会导致用过程中，会出现正常的磨损或不正常的磨损。不正常的损坏绝大多数是由于操作不当所致模具的彻底报废。最后检查各种配件、附件待零件，保证模具装备齐全，另外在装配过程中应严防零件在装配过程中磕、碰、划伤和锈蚀。装配滚动轴承允许采用机油进行热装，油的温度不得超过1000C。10.2 开模过程分析注塑机推动推杆垫板动定模分开，在导柱导向的情况下，动