毕业设计塑料相关.doc

目 录1 绪论11.1 中国塑料模具工业发展现状11.2 中国塑料模具的发展市场22 塑件的分析22.1 塑件的使用要求22.2 塑件的材料选择及其材料的介绍22.3 塑件的形状及尺寸33 行腔数目的决定及排布44 注射机的初步选择54.1 注射量的计算54.3 XS-ZY-125型注射机的主要参数55 浇注系统的设计55.1 浇注系统设计原则55.2 浇注系统的组成65.3 浇注系统的设计66 分型面与排气槽设计76.1 分型面的选择原则76.2 分型面的设计76.3 排气槽的设计87 成型零件的设计87.1 成型零件的结构设计87.2 成型零件工作尺寸的计算97.3 成型零件的强度、刚度计算118 导向机构的设计138.1 导柱导向机构的作用138.2 导柱导套的选择139 推出机构的设计149.1 推出机构的组成149.2 推出机构设计的原则149.3 推出机构的设计149.4 复位零件1410 冷却系统设计1510.1 注射模冷却系统设计原则1510.2 冷却管尺寸1511 注射机的参数校核1611.1 塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核1611.2 模具厚度校核1711.3 开模行程校核1712 总结17摘 要塑料制品具有原料来源丰富，价格低廉,，性能优良等特点。它在电脑、手机、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，应用极其广泛。注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。 注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。 本产品是日常应用的塑料瓶盖，且实用性强。该产品设计为大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用侧浇口，因此选用单分型面注射模，侧浇口自动脱模结构。模具的型腔选择一模四腔结构，浇注系统采用侧浇口成形，推出形式为推件板推出机构完成塑件的推出。塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统，因此在模具设计中也进行了设计。本次的设计查阅了大量的专业资料和书籍，丰富了设计过程。关键词： 注射成型，侧浇口，型芯1 绪论1.1 中国塑料模具工业发展现状从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模.整体来看，中塑料模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/51/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具才起到了推动作用。2006年，中国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。根据海关统计资料，2006年中国共进口塑料模具约10亿美元，约合83亿元人民币。由此可以得出，除自产自用外，市场销售方面，2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为73.5%。进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长50%以上就是一个很好的证明。虽然近几年模具出口增幅大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差逐年增大。一状况在2006年已得到改善，逆差略有减少。1.2 中国塑料模具的发展市场模具外贸逆差增大主要有两方面原因：一是国民经济持续高速发展，特别是汽车产业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口；但也确实有一些模具国内可以生产，也在进口。这与中国现行的关税政策及项目审批制度有关。二是对模具出口鼓励不够。现在模具与其它机电产品一样，出口退税率只有13%，而未达17%。从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。2 塑件的分析2.1 塑件的使用要求耐用，耐磨，可以承受较大的冲击力，不易摔坏；好看，有光泽，表面较光滑；化学性质稳定，可以耐高温（一般低于100oC），耐化学腐蚀。2.2 塑件的材料选择及其材料的介绍2.2.1 根据塑件的用途及其使用要求，选用ABS塑料。2.2.2 ABS的介绍名称中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物英文名：Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer基本特性无毒无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽，密度在1.021.05g/cm3,其收缩率为0.30.8%。ABS 吸湿性很强，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。流动性一般，溢料间隙约在0.04mm。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。成型特点ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阴力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060oC，要求塑件光泽和耐热时，应控制在6080。主要技术指标比容：0.860.98cm3/g。 熔点：130160oC吸水性：0.20.4% (24h)热变形温度：4.6105Pa- 90108oC 18.0105Pa- 83103oC屈服强度: 50MPa 拉伸弹性模量：1.8GPa 抗弯强度：80MPaABS注射工艺参数注射机类型： 螺杆式螺杆转速（r/min）： 3060 喷嘴形式： 直通式 喷嘴温度（oC）： 180190 料筒温度（oC）： 前 200210 中 210230 后 180200模温（oC）： 5070注射压力（MPa）： 7090保压力（MPa）： 5070注射时间(s)： 35保压时间(s)： 1530冷却时间(s)： 1530成型周期(s)： 40702.3 塑件的形状及尺寸塑件的工作条件对精度要求较低，根据ABS的性能可选择其塑件的精度等级为5级精度。经计算得塑件的底面积为：S塑=530.66mm2得塑件的体积为：V塑=2.49cm3塑件的质量为：W塑 =V塑r塑=2.62(g)。见图2-1所示。图2-1 塑件图3 行腔数目的决定及排布已知的体积V塑或质量W塑 ，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，综合考虑生产率和生产成本等各种因素，初步确定采用一模四腔对称性排布。排布图如2-2所示：图2-2 型腔数目及排布图4 注射机的初步选择4.1注射量的计算Q=42.62=10.48 (g)4.2注射机的初步选择XS-ZY-125型注射机4.3 XS-ZY-125型注射机的主要参数额定注射量(cm3)： 125螺杆直径(mm)： 42注射压力(MPa)：120注射行程(mm)：115注射时间(s)：1.5注射方式：螺杆式 合模力kn：900最大注射面积(cm2)：320最大开（合）模行程(mm)：300模具最大厚度(mm)：300模具最小厚度(mm)：200喷嘴圆弧半径(mm)：12喷嘴孔径(mm)：45浇注系统的设计浇注系统的设计是注射模设计的一个重要环节，它对注射成形周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度等）都直接影响。5.1浇注系统设计原则l 结合型腔布局考虑；l 热量及压力损失要小；l 确定均衡进料；l 塑料耗量要少；l 消除冷料；l 排气良好。5.2浇注系统的组成普通流道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。5.3浇注系统的设计5.3.1流道尺寸根据该塑件体积，可得体积流率Q=（42.49）/1.66.55cm3/s,取主流道中熔体流动rs=5103s-1,由r-Q-Rn关系曲线图，可得Rn=4.50mm,故得主流道大端尺寸D=2Rn=9. mm，小端尺寸由注射机喷嘴尺寸，取d=4mm,SR=12+2=14mm。如图5-1所示。图5-1 浇口套图5.3.2分流道尺寸为使四浇口能同时进料，各分流道按平衡式布置，故熔体在各分流道中的流速，为使分流道易于加工和顶出凝料系统容易，采用设在模具一边的梯形形分流道。梯形大底边宽度: B=0.26544.833.9=5 梯形高度: H=0.67B=3.35为了塑件表面质量及其美观采用侧浇浇口，其尺寸 d=0.156.7=15.3.3冷却穴底部设计成带有球头形拉料杆的冷料穴，目的是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量。该模具浇注系统的尺寸如图5-2所示：图5-2 模具浇注系统图6分型面与排气槽设计分型面为定模与动模的分界面。合理地选择分型面是使塑件能完好的成形的先决条件。6.1分型面的选择原则l 使塑件在开模后留在有动模上；l 分型面的痕迹不影响塑件的外观；l 浇注系统，特别是浇口能合理的安排；l 使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；l 使塑件易于脱模。6.2分型面的设计如图6-1所示：图6-1 分型面图6.3排气槽的设计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。通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、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。7成型零件的设计7.1成型零件的结构设计凹模 采用整体凹模凸模由于塑件带有螺纹，为了简化模具的加工工艺，凸模设计成活动镶块的形式，活动镶块的固定方式如图7-1所示：图7-1 活动镶块的固定方式7.2成型零件工作尺寸的计算7.2.1成型零件尺寸产生偏差的原因 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。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。成型零部件的磨损7.2.2成型零件工作尺寸的计算本产品为抗冲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.6%和.3。此产品采用级精度，属于低精度制品。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ITIT级，综合参考，相关计算具体如下：型腔径向尺寸的计算LM1=(1+(Smax+Smin)/2)sl-0.5+Z0 = (1+0.45%)26-0.50+0/30 =37.4 mmLM2=(1+(Smax+Smin)/2)s2-0.5 +Z0 = (1+0.45%)x10.2-0.50.20+0030 =14.78+0.030 mm型腔深度尺寸的计算图7-3：HM1=(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5 +Z0 +Z0= (1+0.45%)8.5-0.50 =12.325 mm图7-2 HM2=(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5 +Z0 = (1+0.45%)4.5-0.50.15 +0.050 =6.45 +0.050 mm 型芯径向尺寸的计算lM1=(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.50-Z = (1+0.45%)6.99+0.50.400-0.15/ =10.330-005 mmlM2=(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.50-Z = (1+0.45%)6.05+0.50.400-0.15/ =8.970-005 mm型深度向尺寸的计算hM=(1+(Smax+Smin)/2)hsl+0.50-Z = (1+0.45%)4+0.50.150-0.15/3 =5.8750-0.08 mmCmz/2 =（1+045%）15z/2 =21.750.075 mm图7-2 图7-3计算螺纹型芯的工作尺寸：螺纹型芯大径：(dM大)0-z=(1+ s)ds大+中 0-z螺纹型芯中径：(dM中)0-z=(1+ s)ds中+中 0-z 螺纹型芯小径：(dM小)0-z=(1+ s)ds小+中 0-zdM大，dM中，dM小 分别为螺纹型芯的大，中，小径；ds大，ds中，ds小 分别为塑件内螺纹大，中，小径基本尺寸；中塑件螺纹中径公差；z螺纹型芯的中径制造公差，其值取/5。则(dM大)0-z =(1+0.45%)20+0.150-0.03 =29.150-0.03 (dM中)0-z =(1+0.45%)19.7+0.150-0.03 =28.7150-0.03 (dM小)0-z =(1+0.45%)19.4+0.150-0.03 =28.280-0.037.3成型零件的强度、刚度计算注射模在其工作过程需要承受多种外力，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变形，引起成型零部件在它们的对接面或贴合面处出现较大的间隙，由此而发生溢料及飞边现象，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，成型零部件的强度和刚度计算和较核是必不可少的。一般来说，凹模型腔的侧壁厚度和底部的厚度可以利用强度计算决定，但凸模和型芯通常都是由制品内形或制品上的孔型决定，设计时只能对它们进行强度校核。因在设计时采用的是整体式圆形型腔。因此，计算参考公式如下：侧壁：按强度计算：按刚度计算：底部：按刚度计算：凸模、型芯计算公式：按强度计算：按刚度计算：由公式分别计算出相应的值为：按强度计算得：tc=4.5mm th=6.1mm r=7mm按刚度计算得：tc=1.18mm th=0.79mm r=1.65mm参数符号的意义和单位： Pm 模腔压力（MPa）E 材料的弹性模量（MPa）查得2.06105； 材料的许用应力（MPa）查得176.5；u 材料的泊松比查表得0. 25； 成型零部件的许用变形量（mm）查得0.05；采用材料为45，调质，200HBS。8导向机构的设计导柱导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。8.1导柱导向机构的作用定位作用 模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确，在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。承受一定的侧向压力8.2导柱导套的选择导柱导套结构形式及尺寸如图8-1所示：图8-1 导柱的结构形式其材料采用T8A经淬火处理，硬度为5055HRC。导柱、导套固定部分表面粗糙度Ra为08m，导向部分表面粗糙度Ra为0.80.4m。具体尺寸如上图所示。导柱、导套用H7/k6配合镶入模板。导柱的布置采用等径导柱不对称布置，如图8-2所示：图8-2 导柱的布置形式9推出机构的设计9.1推出机构的组成推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。9.2推出机构设计的原则l 推出机构应尽量设在动模一侧；l 保证塑件不因推出而变形损坏；l 机构简单动作可靠；l 合模时的正确复位。9.3推出机构的设计此塑件带有螺纹，它的型芯是设计成活动镶块的形式，所以可以利用活动镶块来推塑件，开模时，塑件和镶块一起脱模，在模外，用手将塑件旋出。9.4复位零件利用弹簧的弹力使推出机构复位。10冷却系统设计10.1注射模冷却系统设计原则熔体热量95%由冷却介质（水）带走，冷却时间占成型周期的2/3。冷却系统从模具中带走热量：Q=KATt/3600 (J)；A 冷却介质传热面积（m2）：A=dL。d 冷却管道直径（m）； L 冷却管长度（m）；K 冷却管壁与介质间的传热膜系数J/（m2hC） K=0.032x/d(vd/)0.8(gC/)0.4 。 冷却水的平均导热系数(w(/mk)；f 与冷却介质温度有关的物理系数；g 重力加速度（m/s）；v 冷却介质在管中流速（m/s）； 冷却介质在该温度下的密度kg/m3,水在30时取为0.996103kg/m3。冷却管直径；T 模温与冷却介质的平均温差（）；t 冷却时间，见表10-1所示； 表10-1 水温与f关系平均水温C202530354045f6.456.847.227.607.988.3110.2冷却管尺寸忽略其他散热，冷却介质流量。V=WQ/（t-t） (m/min)；C 介质比热J/kg.C，水为4.187x10；W 单位时间内注入模具中塑料重量（kg/min）；Q 塑料熔体的单位热量（J/kg）； 冷却介质密度（kg/ m），水为10kg/ m。表10-2直径(mm)流速(m/s)流量()81.665.0x103101.326.2 x10121.107.4 x10150.879.2 x10200.6612.4 x10当冷却水平均温度在20C以上，e=6 x10时，其计算结果产生误差在2%以内：K=2041x(1-0.015)v/d 为冷却水平均温度；由表10-2数据得：流量 V=W Q/（ =2.62x10 初步确定冷却水道 d=8mm;流速为=Q/d =1.31x10m/s管子的长度L=60WQ/k 热传导面的平均温度与冷却水平均温度的差值，其中冷却的平均温度为冷却水在进口处和出口处温度的平均值。11注射机的参数校核11.1塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核注射成型时，塑件在模分型面的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需锁模力也就越大，若超过注射机的允许最大成型面积，则在成型过程中会出现涨模溢料现象。因此有：塑件总的投影面积nA与浇注系统的投影面积之和要小于最大成型面积 A。 nA+AA4x5.3+4x0.5x4=29.2320cm2 满足要求应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力：（nA+A）PFT=29.2x3.5=102.2kN900kN 满足要求11.2模具厚度校核模具厚度H必须满足：HminHHmax式中 Hmin注射机允许的最小模厚，即动，定模板之间的最小开距；Hmax注射机允许的最大模厚。H=200mm,H=60mm,M=300mm。 符合条件。11.3开模行程校核由于注射模最大开模行程S与模厚无关，因此有：SH1+H2 +(510)mm式中 H1推出距离（脱模距离）（mm）；H2包