塑料板凳注塑模具设计

成都理工大学毕业设计（论文）塑料板凳注塑模具设计前言塑料注射成型工艺的最大特点是复制，能复制出所需的任意数量的直接使用或稍作处理即可使用的制品，是一种适宜大批量生产的工艺。虽然在设备和模具上投入很大，但是可以生产的制品数量非常之大，实属一种经济快捷的生产方式，因而得到广泛的应用和快速的发展。在注塑成型工艺中，涉及设备和原材料状况、制品设计、工艺条件等多种因素，模具是与这些因素紧密相联的关键环节，模具结构饿合理和质量的好坏，直接影响到只的质量以及整个工艺过程的效率和效益。塑料模具近年来在我国有了很大的发展，大量的新技术、新工艺、新材料得到广泛应用，国际先进技术的引进，尤其是计算机技术和数控加工的飞速发展和在传统制造业中的应用，更加快了模具行业的发展。模具设计已从过去的凭经验、手工制图，发展到今天通过人机对话，能迅速设计出模具的总图，运用模具CAE可以模拟塑料在模具中的流动状态，确定浇口位置，克服塑料成型中可能出现的问题。而模具CAM的广泛应用，更促进例如模具向大型、精密、复杂发展。模具制造周期也大大缩短。大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。1. 总体设计方案1.1板凳的工艺要求本设计乃给定制品设计模具，给定的制品是塑料小板凳其机构和具体数据如图1-1。塑料小板凳作为日常生活用品， 在现在高品质的生活中对美观、安全性、实用价值的要求越来越高。而且小板凳的强度和刚度必须满足要求，所以小板凳的尺寸精度要求不是很高。在批量生产中。还要求成本低，材料采用ABS塑料。图1-11.2模具框架的选择实际生产中，由于制品结构复杂程度、尺寸大小、生产批量及技术要求等各不相同，模具设计是不可能一成不变的。应根据具体情况，综合运用基本原理和基本方法，设计出经济合理的模具。各种注射模具的设计步骤具有普遍的规律，掌握这些共性，可以缩短模具设计周期，提高模具设计水平。 模具技术标准指在模具设计和制造中应该遵循的技术规范、基准和准则。（1） 使设计规范法。（2） 模具标准化的实施，有助于稳定和提高模具设计质量与制造质量。使零件不合格率降低。（3） 有助于提高专业协作生产水平、缩短生产周期。（4） 模具标准化是采用现代模具生产技术和设备，实施CAD/CAM技术的基础。 模具标准化有助于模具技术的国际交流和模具出口外销。塑料板凳采用大型模具单分型面框架。查表得到模具相关标准。如图1-2A280080041Z1图1-22.模具设计细节方案2.1型腔数目方案的确定 根据设计要求和选用模具标准框架型腔数目为1。2.2分型面的确定2.2.1分型面选择考虑因素 分型面为定模与动模的分界面。每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。 选择分型面时，应从以下几个方面考虑： 使塑件在开模后留在动模上； 分型面的痕迹不影响塑件的外观； 浇注系统，特别是浇口能合理的安排； 使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 使塑件易于脱模。2.2.2分型面选择的原则如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 保证塑件的精度要求。 满足塑件的外观质量要求。 便于模具加工制造。 对成型面积的影响。 对排气效果的影响。 对侧向抽芯的影响。2.2.3 小板凳分型面的选择小板凳的特殊结构为了便于模具机构的简化，塑件应尽可能留在动模一侧。考虑要把分型面设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模。所以模具的分型面如图2-3。选在AA.面和BB面。 图2-32.3型腔的配置方案的确定 型腔形式基本有五种，如图2-4所示。图a为形成壳体的一般形式，定模为凹模、动模为型芯。图b为形成有侧孔（或侧陷槽）的壳体的一般形式。除凸、凹模外，还有从侧面抽拔的孔芯。图c为形成中腰上有凸缘的壳体的一般形式，凸缘在推板上形成。图d为形成上下两端有凸缘的中空体的一般形式，凸缘由左右分开的瓣合块成型。图e为形成有双向凸凹的塑件的一般形式，双向凸凹由顶模和动模同时形成。型腔构成的要点是：使塑件开模后留在动模一侧。因此，图e的结构，必须考虑到把脱模阻力大的一侧做在动模上。1凹模 2凸模 3孔芯 4推板 5瓣合块 6凸凹模 7凸凹模图2-4组合凹模（凹模由侧壁及底板组合而成）的形式多样，如图1所示。（1）嵌底式组合凹模侧壁强度的计算： a.凹模的长边小于350mm的凹模壁宽应按侧壁的允许抗弯应力计算。 b.凹模的长边大于350mm的凹模壁宽应由其刚度决定。（2）嵌套式组合凹模侧壁强度的计算：其外套壁的宽度应按刚度计算。（3）多型腔组合凹模：其嵌入凹模为各型腔之间有间隔，即凹模套不是完全矩形的，这是只计算凹模套最长的边即可。如果多型腔的嵌入凹模是彼此紧贴的，即凹模套为一矩形框时，也只计算其长边。在凹模型腔的长、宽尺寸大于500mm时，计算出的侧壁宽度为理论值，实际选用模板时应加出导柱（或导套外径）的尺寸。因为习惯上把导柱设在凹模板的四角，而此处是弯曲应力最大的部位。如果在此处钻孔，便大大降低了强度，如图2-5所示 图2-52.4浇注系统的确定2.4.1主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸为3.54mm。2.4.2.在设计浇注系统时应考虑下列有关因素： 塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。 模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。 塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。 塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。 注射机安装模板的大小：在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。 成型效率：在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。 冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 2.4.3主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套，这边称唧咀），以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。唧咀都是标准件，只需去买就行了。常用唧咀分为有托唧咀和无托唧咀两种图2-6为前者，有托唧咀用于配装定位圈。唧咀的规格有12，16，20等几种。由于注射机的喷嘴半径为20，所以唧咀的为R21。图2-6因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为120mm，内径35mm。具体固定形式如图2-7浇口的位置对塑件的质量影响是很大的，在确定浇口位置时应综合考虑塑件的几何形状和技术要求，塑料熔体的流动状态、充模、补缩、排气等等因素。塑料板凳的模具框架和型芯、型腔的结果及安装的具体位置综合确定了该浇注系统。即直接浇口。图2-7 2.4.4小板凳模具的浇注形式浇口是浇注系统中最关键的部分，浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量的影响很大。在多数情况下，浇口是流道中断面尺寸最小的部分（直接浇口除外）。浇口的截面形状有圆形和矩形两种，其长度为0.52左右。直接浇注 又称主流道型浇注，浇口尺寸大，压力损失小，进料速度快，易于成型，适合各种塑料材料。尤其适用于加工热敏性和高黏度材料及成型高质量的大型或深腔壳、箱体塑件。大浇口冷却时间长，补缩时间长，易产生残余应力，也易产生缩孔和表面缺陷，加工薄塑件时，浇口根部的直径最多等于制件壁厚的两倍，以免去处凝料后缩孔留在塑件表面。正由于这些原因，小板凳模具的浇注形式采用了直接浇注如图2-8。小板凳材料选用ABS塑料，根据塑料特性和模具的具体结构，该浇口的小端直接d=4， 大端直径D=7。图2-82.5脱模方案的确定2.5.1脱模机构的选用原则（1） 使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成永久变形）；（2） 推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；（3） 推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂；（4） 推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；（5） 推杆位置痕迹须不影响塑件外观；（6） 脱模机构的运动应保证灵活、可靠、不发生误动作。 推杆应置于有效位置，即：（1） 从投影面上看，如图2-9中阴影部位范围之内；（2） 有深槽、深孔的部位附近；（3） 有加强筋部位；（4） 局部壁厚部位；（5） 有金属嵌件部位附近；（6） 结构复杂部位。注意：矩形凸模的四隅角散热不良，不可把推杆设在此处（应设冷却水道）。2.5.2设计推杆脱应注意事项 为使推杆不易于弯曲，推杆的截面应有不少于12的面积承受脱模力； 推杆直径的选择，依塑件具体情况而定。原则上宁多勿少，直径宁小勿大,个别情况例外； 为使推杆不触及型芯，推杆外周距型芯应留有不小于0.20.5mm的距离(依型芯大小而定)，且当推杆孔磨损时，有更换较大截面推杆的余地； 推杆的前端，原则上应高出于型腔表面0.10.2mm，以免塑件上留有推杆突起痕迹，但应依塑件要求而定； 推杆在闭模时，有可能与侧抽芯冲突，应采用推杆先复位机构； 当塑件上有加强筋及突脐时，推杆应设在其上； 塑件为矩形壳体时，由于隅角部位散热不良，推杆不宜设在隅角部位； 当采用潜伏浇口时，推浇口的推杆端部可以略低于浇道表面； 推杆与推杆孔之间的双边间隙，应能保证不溢料而又能排气。对于流动性较好的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙等，应不大于0.03图2-92.5.3影响脱模斜度的因素脱模斜度的大小与塑件的形状、脱模方向的长度、塑料的表面质量有密切关系。塑料的性质不同，所必须的脱模斜度也不同，一般为：（1）硬质塑料比软质塑料的脱模斜度大：如热固性塑料的脱模斜度应大于热塑性塑料。而热塑性塑料中，有机玻璃的脱模斜度应比聚乙烯的脱模斜度大。（2）塑件的壁厚大时，成型收缩大，脱模斜度要大。（3）形状复杂的部分要比形状简单的部分需要较大的脱模斜度。（4）型腔的深沟槽部分（如加强筋、突脐）需要较大的脱模斜度，一般为35。热塑性塑料一般在产品没有特殊要求的条件下，应选用2的脱模斜度作为标准斜度。当较深的孔，其两端尺寸公差较小时，可以用推板、推管等进行强制脱模。但型芯的表面必须做成镜面，而且要有不低于HRC52的硬度。ABS塑料 的脱模斜度的取值凹模 40 1.20 凸模 35 12.6复位机构的设计复位杆的组合形式如图2-10 设计是要特别注意滑块与制品的推出机构的相互干扰，它表现在闭模是，滑块与推杆或推管、推块相撞，造成模具损坏。为了避免干扰，应尽量采用复位机构。复位杆用于使推杆及推板复位，可用推杆作为复位杆。模板与复位杆配合的孔的极限偏差取H7。图2-102. 7凹模和型心的机构及固定方案 通孔镶入模板制成通孔，型腔镶块镶入，用于型腔镶块采用特种加工方法（如电火花加工、冷挤压等）的场合。此外，凹模板通孔可与凸模板通孔合在一起加工，以保证型芯与型腔的同心度局部沉孔镶入在型腔底部加工沉孔，将型腔镶块镶入，用于在型腔底部有复杂形状的场合底部镶入在型腔底部将镶块镶入，适合场合同上沉孔镶入在模板上加工沉孔，将型腔镶块镶入，用于型腔镶块采用特种加工方法（如电火花加工、冷挤压等）的场合，或采用特殊材料并淬硬的型腔，有时为了使型腔加工时减轻重量而采用沉孔镶入1：在模板上加工沉孔，将型芯镶入。适用于形状复杂而加工工作量大的型芯，使便于加工或减轻重量沉孔镶入2：模板上加工沉孔及部分型腔，将镶块镶入，适用于型芯边缘有不规则形状而加工困难的场合沉孔镶入3：模板上加工的沉孔小于型芯外形，将型芯的台肩部分镶入当型芯高度大时，使型芯外形易于加工时用之通孔镶入：模板制成通孔，型芯镶入，可使加工方便，减轻型芯质量，可与凹模板通孔合在一起加工，保证同心度2.8排气方式的确定 塑料溶体充模时，需置换出浇注系统、型腔内的空气以及塑料溶体微量分解产生的气体，使之及时派粗豪模外。如果排气不良，会在塑件上产生气泡、银纹、云雾、接缝等缺陷，是表面轮廓不清，甚至充不满型腔。还会因气体诶压缩而产生高温，使塑件产生焦痕现象。2.8.1主要的排气方式 排气槽排气 对成型大、中型塑件的模具，需排出的气体较多，通常在凹模一边分型面上设排气槽。 分型面排气 对小型模具，可利用分型面间隙排气。 配合间隙排气 对组合式行腔或型芯，可利用镶件拼合间隙排气。 烧结金属块排气 在需排气的位置放置一块烧结金属块（用球状颗粒合金烧结而成的材料，质地疏松，强度差，允许气体通过）可满足排气要求。2.8.2 排气槽的设计 排气槽位于熔体流动的末端，截面形状一般为矩形或梯形，尺寸应保证气体顺利排出而不溢料，通常排气槽的宽度b=35，深度h=0.010.03,长度l=0.71.0,此后加深至0.81.5。2.8.3小板凳采用的排气方式 小板凳采用ABS塑料，虽然模具是中型模具。但是板凳的壁薄。而且型腔还有很多是填满了的即型腔的体积也很小，所以选择分型面排气。其排气系统的具体结构如图2-11和尺寸h=0.3， h1=0.5， l=58。排气槽横截面积经验计算公式 A = 0.05V/n 式中 A-排气糟截面积，m V-塑件体积，cm3; n-排气槽数量。 图2-113.合模导向机构的设计3.1合模导向机构的作用。 导向作用 动、定合模时，导柱先进入导套，引导到模正确闭合，避免型心先进入型腔可能造成的损坏。在脱模机构中，向导零件保证推杆运动灵活、平稳。定位作用 合模是保证动、定模合模位置的正确性，合模后保证型腔的正确形状。在脱模机构中，导向零件保证推杆等零件的正确位置，同时使这些零件便于装配和调整。 承载作用 合模导向机构主要承受推件板、推流道板、型腔板的质量。主要承受推板、推杆固定板的质量。 承受一定的侧压力 高压塑料熔体在充模过程中有时会对动模产生单向侧压力，须由导向机构承受。当侧压力过大时，还需设锥面定位机构。3.2导向机构的结构设计 导柱 国家国家规定了两种结构形式：带头导柱主要用于小型和生产批量小的模具；有肩导柱主要用于大、中型模具和塑料生产批量大的模具。导柱的标注方法 d=63, L=318l=126 的导柱标注记为 导柱63318126 导套 分为直导套和带头导套两种类型。导套的标记方法 d=63 L=126 直导套标记为 63126 。图3-13.3设计导柱导套的注意事项。 应尽量选用标准模架，因为标准模架中的导柱、导套的设计和制作是有科学根据并经过实践检验的。 合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度。导柱的布置常采用等直径不对称分布，或不等直径对称布置。 导柱的工作长度应比型心高出68. 导柱工作部分的配合精度采用H7/f7；导柱固定部分的配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采用H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔，以减少摩擦，并降低加工难度。 导柱头部应制成锥形或球头形；导套的前端也应倒角，一般倒角半径为12.3.4导柱和导套的组合形式 导柱与导套用于动模和定模间或推出机构零件间的定位和导向。如图3-2 图3-24.成型零部件的设计和加工工艺4.1塑料制品在成型过程中影响其尺寸精度的主要因素型腔、型芯等成型零件在制造时的尺寸精度。塑料收缩率波动值：对于工艺条件，一般讲，注射压力提高，收缩率减小；温度升高，收缩率增加；保压时间延长，收缩率也减小；脱模速度加快，收缩率增大。制品结构对收缩率的影响有：有嵌件比没有嵌件、薄壁比厚壁、形状复杂比形状简单的，其收缩率都有一定程度的减小，而直径方向尺寸的收缩率比厚度方向尺寸要大。当然塑料本身由于牌号不一，批号、厂家不同，即使同一类的塑料，其收缩率也往往波动不一，引起制品精度的降低，因此必须正确加以估计和计算。型腔成型零件长期在工作过程中的磨损：塑料在型腔中流动或制品脱模时与型腔壁摩擦都会造成成型零件的磨损，一般估计与制品脱模方向平行的壁面磨损较大，与制品脱模方向垂直的壁面则磨损较小。当然塑料本身的性质关系也很重大，如以玻璃纤维、玻璃粉、石英粉等节棱的硬质无机物作填料者磨损较为严重。此外废边、斜度、组合式模具中成型零件安装的尺寸误差等也要适当加以考虑。4.2 型心的基本构造和尺寸 模具型芯主体为一个梯形的立方台。四面对称的分布着突出部分设计尺寸如图4-1。定材料的时候每边必须留3的加工余量。这里所说的热处理，其作用就是要提高材料的硬度，即将原来的HRC3135，淬硬到HRC4852。这种热处理具体采用的是什么方式，这是热处理厂的专利，别人不知道，据说是真空油淬，且这种热处理后的材料变形量相当小。反正只要告诉热处理厂材料要求的硬度就行了，热处理完后他们会测试材料的硬度是否达到了要求。由于热处理后材料的硬度达到了HRC4852，普通的刀具再也加工不动了。因此热处理前加工一些精度要求不高的地方，如螺丝孔、运水、流道等。图4-14.3 凹模的结构和具体尺寸 凹模的形状和外型尺寸如图4-2，由于板凳的外表面比较光滑，所以对凹模的设计必须考虑凹模的表面粗糙度，因为凹模的表面粗糙度直接关系的加工成的板凳的表面质量。 图4-24.4 动模垫板的厚度尺寸计算动模垫板在成型压力作用下会挠曲变形，使制品厚度增大或溢料形成废边。为此，必须控制其变形量在0.10.2mm以下。有公式：=5pbL4/384EI 其中 为许允挠度，小于0.10.2mmP为成型压力 MPaL为梁的跨度 mml为受到成型压力的长度 mmb为受到成型压力的宽度 mmB为模具宽度 mmE为弹性模数，钢的为2.1*107MPaI为截面惯性矩，I=Bh3/12 mm4h为垫板的厚度 mm。根据经验h选30mm，符合上面公式要求。5.模具设计的参数校核5.1注射机的确定一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分，小型和大型的只占一小部分。所以我们不必过多的考虑注射机型号。具体到这套模具，厂方提供的注射机型号和规格以及各参数如下：注射量：840g锁模力：3200kn模板大小：600x600开模距离：550mm推出形式：推出位置：推出行程：5.2开模行程的较核单分型面注射模具所需的开幕距离如图4-3为 S=H1 + H2 +（510）mm 式中 H1塑件脱模推出的距离，mm; H2塑件高度（包括浇注系统凝料）mm。 较核时 SnH1 + H2 + (510) mm 小板凳的脱模行程数据 H1=250mm H2=230mm Sn250+230+6=486mm 图4-3结论历经近三个月的毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教工厂中极具经验的模具设计人员和工人师傅以及各位老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。使我对塑料模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺（如线切割、电火花加工、CNC电脑数控加工）