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机械毕业设计全套
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灯罩塑料模具设计,机械毕业设计全套
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本科毕业设计（论文） 题目：灯罩塑料模具设计 系别： 机电信息系 专业： 机械设计制造及自动化 班级： 学生： 学号： 指导老师： 2013 年 5 月 nts I 灯罩塑料模具设计 摘要 本设计分析了灯罩的结构，提出了模具设计的关键点，设计了模具的整体结构。根据塑件分型面的位置，设计了推件板和斜顶杆的推出结构，零件采用了双分型面的点浇口，提高了零件的外面质量。通过对塑件进行工艺的分析及其结构分析，从产品结构工艺性 ， 具体模具结构出发 ， 对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、注射机的选择及有关参数的校核都有详细的设计。该模具一模四腔 ， 采用顶针顶出结构。经过生产验证，该模具结构合理，动作可靠。 关键词： 灯罩 ； 塑料模具 ； 注射机 nts II The Plastic Mold Design of Lampe Shade Abstract This design on the analysis of the structure of lamp shade， and puts forward the mold design key points， designed the overall structure of the mold. According to the plastic pieces of parting surface， designed the push plate and the inclined plunger， the introduction of the structure， part uses the double parting surface point gate， improve the quality of the parts outside of the. Through to the plastic parts for process analysis and structure analysis， from the product structure craft， specific die structure， the mold of gating system， molding part of the structure， the ejection system， selection of injection machine and related parameters of checking all have detailed design. The mold one module and four cavities， adopts the thimble ejection structure. Through production verification， the die structure is reasonable， reliable operation. Keyword： Lampe shade； Plastic mold； Injection machine nts III 主要符号表 k 安全系数 E 材料弹性模量 Smax 塑料的最大收缩率 q 熔融塑料在模腔内的压力 Smin 塑料的最小收缩率 V 塑 塑件体积 P0 注射压力 V 注 注射机理论注射量 P 公 公称注射压力 F 锁 锁模力 s 塑件公差 s 塑件收缩引起的塑件尺寸误差 T 注射机的额定锁模力 LS 塑件尺寸 L 凹 型腔尺寸 L 凸 型芯尺寸 H 塑 塑件內形深度基本尺寸 S 注射机最大行程 d 塑件外径基本尺寸 H 模具闭合尺寸 D 塑件內形基本尺寸 Hmin 模具最小尺寸 h 凸模 /型芯高度尺寸 Hmax 模具最大尺寸 模具制造公差 倾斜角 A 塑件包紧型芯的侧面积 p 单位面积塑件对型芯的正力 F 塑件的投影面积 n 个数 P 型腔压力 f 摩擦系数 长度系数 Q 总脱模力 nts IV 目录 1 绪论 . 1 1.1 塑料模具概况 . 1 1.2 国内外发展状况 . 1 1.2.1 国内发展状况 . 1 1.2.2 国外发展状况 . 2 1.2.3 中国与国外先进技术的差 距 . 2 1.3 塑料模具发展走势 . 2 2 塑件成型工艺的可行性分析 . 3 2.1 功能设计 . 3 2.2 塑件分析 . 3 2.3 材料的选择 . 3 2.3 成型工艺分析 . 5 3 注塑机的选择 . 6 3.1 估算塑件体积 . 6 3.2 浇注系统凝料体积的初步估算 . 6 3.3 根据注射容量初选注塑机 . 6 3.6 注塑机的校核 . 7 3.6.1 最大注射量校核 . 7 3.6.2 注射压力校核 . 7 3.6.2 锁模力校核 . 7 3.6.3 模具厚度校核 . 7 3.6.4 开模行程校核 . 8 4 浇注系统设计 . 9 4.1 主流道设计 . 9 4.2 冷料井设计 . 9 4.3 分流道设计 . 10 4.3.1 分流道的布置形式 . 10 4.3.2 分流道长度 . 10 4.3.3 分流道截面形状 . 10 4.3.4 分流道的截面尺寸 . 10 4.4 浇口设计 . 10 nts V 5 成型零件设计 . 12 5.1 分型面的设计 . 12 5.1.1 分型面的分类及选择原则 . 12 5.1.2 分型面的确定 . 12 5.2 型腔分布 . 12 5.3 成型零件结构设计 . 12 5.3.1 成型零件具备的性能 . 12 5.3.2 凹模结构设计 . 13 5.3.3 凸模的结构设计 . 13 5.3.4 影响塑件尺寸和精度的因素 . 13 5.3.5 模具成型零件的工作尺寸计算 . 14 6 导向机构设计 . 18 6.1 导向机构的作用和设计原则 . 18 6.1.1 导向机构的作用 . 18 6.1.2 导向机构的设计原则 . 18 6.2 导柱、导套设计 . 18 6.2.1 导柱的设计 . 18 6.2.2 导套设计 . 19 7 脱模机构的设计 . 20 7.1 脱模机构的设计原则 . 20 7.2 顶出机构的确定 . 20 7.2 脱模力的计算 . 21 7.3 简单脱模机构 . 21 7.3.1 顶杆脱模机构的设计要点 . 21 7.3.2 顶杆的形状 . 22 7.3.3 顶杆强度的计算 . 22 7.4 复位装置 . 23 8 抽芯机构设计 . 24 8.1 抽芯机构的概述 . 24 8.2 抽芯机构的设计 . 24 9 温度调节系统设计 . 25 9.1 温度调节系统的作用 . 25 9.1.1 温度调节系统的要求 . 25 9.1.2 温度调节系统对塑件质量的影响 . 25 nts VI 9.2 冷却系统的机构 . 25 10 排气系统设计 . 26 11 塑料模具用钢 . 27 11.1 注塑模材料应具备的要求 . 27 11.2 模具材料选用的一般原则 . 27 11.3 本模具所选钢材及热处理 . 27 12 模具装配图及工作过程 . 28 12.1 模具装配二维图 . 28 12.2 模具开模状态 . 29 12.3 模具装配图三维爆炸图 . 30 12.4 模具工作过程 . 31 13 模具可行性和环保分析 . 32 13.1 本模具的特点 . 32 13.2 市场效益及经济效益分析 . 32 13.3 环保分析 . 32 14 总结 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 35 毕业设计（论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 . 36 nts1 绪论 1 1 绪论 1.1 塑料模具 概况 模具是制造业的一种基本装备，作用是控制和限制材料的流动，形成所需要的形体 7。模具制造零件效率高， 质量好，材料消耗低，生产成本低 ， 广泛应用在 制造业中。模具工业是高新技术产业的一部分， 也 是高新技术产业化的重要领域。模具在机械电子，汽车，纺织，航空航天等领域里，成为使用最广泛的主要装备，它承担了这些领域中 60 90的产品。 塑料模具是大批 量 生产塑料制品的现代化专用成型工艺装备的总称 8。塑料是继陶瓷和金属后的第三大材料，广 泛应用 于 现代工业和日常生活中。 塑料成型就是将各种形态的塑料原料制成所需 的 制品或胚件的过程。 塑料注塑成型过程是 将 塑料原料从注塑机的料斗进入加热筒，经塑化后由柱塞或螺杆的推动，在一定压力下通过喷嘴进入模具型腔，经冷却固化后而开模获得制品。 塑模 传统的 设计方法，是依靠设计 经验技巧和现有 数据，从对塑件的计算到塑模的设计制图，全靠手工。对塑模的制造 更需要专业 人士 付出大量繁杂劳动。所以塑件的质量和数量都远不能满足生产发展的需要。随着计算 机 广泛应用，塑模设计和制造采用了 CAD/CAM 系统， 大大提高了模具设计制造的效率。 1.2 国内外发展状况 1.2.1 国内发展状况 20 世纪 80 年代开始，发达国家的模具已从机床中分离出来，并发展成为独立的部门，产值超过机床的产值。改革开放 后 ，我国模具发展 非常 迅速。近年来，每年增长速度 达 15%。模具企业十分重视技术 的 发展。加大了技术投入力度，将技术进步 作为企业发展的动力。 另外 ，许多科研机构和院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为制造大国的重要原因。 我国 塑料模工业从 起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。 经过多年的努力， 模具 CAD/CAE/CAM 技术，模具的电加工技术 和数控加工技术 、 快速成型与快速制模技术 、 新型材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。nts毕业设计（论文） 2 1.2.2 国外发展状况 欧美 大多数 模具企业的生产技术水平，在国际上是一流的。 模具的设计与制造， 成为快速制造优质模具的有力保证。 CAD/CAE/CAM 的广泛应用，显示了信息技术带动和提升模具工业的优越性 。 目前，国外注射成型发展迅速，精密注射成型计算机技术的广泛应用，及全电动注射剂、两板式注射机、无拉杆注射机、电磁动态化注射机、低压注射成型、高速注射成型、复合注射成型、超级小精密注射成型等技术的研发及应用，提高了国外模具的生产和制造水平 9。 1.2.3 中国与国外先进技术的差距 尽管我国模具工业有了 很大 的进步，部分模具 达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍 无法 满足国内市场的需 求 ，每年仍需进口 各类大型精密复杂模具。与发达国家 模具工业相比，在模具技术上仍有 很大 的差距。今后，我国模具行业在以下几方面进行技术创新，缩小 与 国际先进水平的距离。注重开发大型精密复杂模具； 提高 成型零件的大型化和精密化要求 ；加强 标准件的应用；使用 标准件能缩短模具制造周期，降低 成本 且能提高模具的 质量 ；推广 CAD/CAM/CAE 技术；模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向，可提高模具设计制造水平；缩短模具制造周期 。 1.3 塑料模具发展走势 从市场来看，塑料模具生产企业应重点发展技术含量高的大型精密复杂 长寿命模具， 大力开发国际市场，发展出口模具。随着塑料特别是工程塑料的高速发展， 模具工业的整体发展 迅速 。 主要表现在以下几个方面（ 1） 用户将交货周期放在首位。（ 2） 提高开发能力，将开发工作 往前推，到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象前进行开发，变被动为主动。（ 3）模具企业及模具生产正在向信息化迅速发展。（ 4） 随着人类社会的进步 ， 模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。 （ 5）发达 国家模具 工业正加速向中国转移 ， 其表现方式 ： 一 迁厂 ； 二 投资；三 采购。 nts2 塑件成型工艺的可行性分析 3 2 塑件成型工艺的可行性分析 2.1 功能设计 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能 ， 并达到一定的技术指标 10。该塑件是日用品 ， 承受外力 很小 ， 如冲击载荷 ， 振动 ， 摩擦等 ； 塑件的工作温度是室温 ， 则 材料选择时对热变形 、 脆化 、 分解温度的要求降低 ； 作为一种日用品 ，生产批量应该是大批大量生产 ， 这样 ， 就必须考虑生产成本和模具寿命 ， 在材料的选择时要综合各种因素 ； 此外 ， 塑料都会老化 ， 作为一种光学用品 ， 还要考虑到材料的光氧化等问题 。 2.2 塑件分析 塑 件如图 2.1 所示，它是日常用品，需求量大，外面要求比较高，所以模具浇注系统采用双分型 面 的点浇口，根据该塑件的结构特点，模具设计采用顶 杆 顶出 机构，也是工厂里比较简单 实用 ， 常见的顶出结构。为了使模具与注射机相匹配以提高生产力和经济性、保证塑件精度，并考虑模具设计时应合理确定型腔数目，由于产 量 比较大，该模具选择一模四腔。 2.3 材料的选择 通常 ， 选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求 。 该塑件对材料的要求 必须是透光性好 ， 其次才是成型难易和经济性问题 ， 以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如表 2.1 所示 16。图 2.1 塑件图 （ a）二维塑件图 （ b）三维塑件内部结构 （ c）三维塑件外部结构 nts毕业设计（论文） 4 表 2.1 材料特性 材料名称 材料特性 聚 苯乙烯（ PS） 聚碳酸酯（ PC） 聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA） 拉伸强度 /MPa 51.9 6672 弯曲强度 /MPa 110 95113 洛氏硬度 /（ M） 115 82 101 氧指数 /（ OI） 18.1 24.9 17.3 热变形温度 / 85 134 100 维卡软化点 / 105 153 120 马丁耐热温度 / 112 体积电阻率 / cm 10171019 2.11016 10141015 透光度 /% 8892 89 92 雾度 /% 3 0.9 0.9 折射率 /% 1.592 1.586 1.492 价格 /（元 /吨） 11501230 3300041000 1950020700 与 机械加工一样要考虑加工工艺问题，模具成型也要考虑材料的注塑特性，在各 材料 特点都相差无几的情况下，成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料 性能和成型特性比较，如表 2.2 所示 16。 表 2.2 材料的性能和成型特性比较 塑料品种 性能特点 成型特点 模具设计注意事项 使用温度 主要用途 聚苯乙烯 透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆， 抗冲击强度差，化学稳定性教好 成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂 因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中不宜有嵌件 -3080 装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等 聚甲基丙烯酸甲酯 透光率最好，质轻坚韧，绝缘性好、表面硬度不高，质脆，化学稳定性较好， 不耐无机酸等 流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高 合理设计 浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温 2 135），即该注塑机的开模行程符合要求。 由以上对各参数的效核可知该 G54S200/400 型注塑机符合要求。 nts4 浇注系统设计 9 4 浇注系统设计 浇注系 由 主流道、分流道、浇口、冷料井 组成 。 4.1 主流道设计 主流道通常位于模具的中心，是塑料熔体的入口，其形状为圆锥形，便于熔融塑料的顺利进入，开模时 又能使主流道的凝料顺利拔出。热塑性塑料的主流道一般由浇口套构成 2。 主流道设计如下： 主流道长度取 L 45mm；取主流道锥角 4； 主流道入口直径 d 注射机喷嘴直径 +1 4+1 5mm； 主流道出口直径 D d+2Ltan（ /2） = 5+245tan（ 4/2） 8mm； 主流道球面半径 SR 注射机喷嘴球头半径 +（ 12） 18+2 20mm； 球面配合高度 h 3mm。 故主流道的结构形式如图 4.1。 4.2 冷料井设计 冷料井的位置正对主浇道的动模上，它的作用是将物料前端的 “冷料 ”收集起来，防止 “冷料 ”进入型腔而影响塑件的质量。开模时冷料井起到将主流道的冷凝料拉出 。冷料井 有带 Z 形拉料勾的冷料井；带球头形拉料的冷料井；倒锥形冷料井等 4。 本方案采用的是倒锥形冷料井。 （ a）浇口套二维图 （ b）浇口套三维图 图 4.1 浇口套 nts毕业设计（论文） 10 4.3 分流道设计 主流道与浇口之间的通道称为分流道 。 4.3.1 分流道的布置形式 为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同事还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式 分流道 15。如图 4.2所示。 4.3.2 分流道长度 根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中，如图 4.2。 4.3.3 分流道截面形状 常用的分流道截面形状有圆形、正方形、梯形、 U 形、半圆形和正六角等 15。考虑加工工艺，装配和经济性 ，本模具采用梯形截面分流道。 4.3.4 分流道的截面尺寸 根据塑件的体积、形状、壁厚、所用塑料的工艺性能、注射速率以及浇道的长度等因素来确定 1。 对于壁厚小于 3mm（本塑件厚度为 2mm） ，质量在 200g(本塑件质量 19g)一下的塑件可用一下经验公式确定分流道的直径 15。 1 / 2 1 / 40 . 2 6 5 4D W L （ 4.1） 式中 D分流道的直径， mm； W流经分流道的塑料量， g； L分流道长度， mm。 由于本模具选择梯形截面，所以本模具梯形截面上底宽度 D 6mm，这也符合加工刀具选择，选择圆角半径 R =1mm16，由表 4.1 知梯形高度 H2D/3 4mm， 梯形斜边与竖直方向夹角在 510，即可确定下底边宽度为 d 4.5mm。分流道截面如图 4.3。 4.4 浇口设计 浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、圆环浇口、点浇口、潜伏式浇口、护图 4.2 分流道布置形式 图 4.3 分流道截面形状 nts毕业设计（论文） 11 耳浇口、直浇口等 16。 该塑件表面质量要求较高，采用一模四腔注射，点浇口。 位置在塑件的定端中心位置。 浇口的结构如图 4.4。 图 4.4 点浇口的结构形式 nts5 成型零件设计 12 5 成型零件设计 模具闭合时，成型零件构成了塑料制品的型腔，成型零件主要 有 型腔、型芯、各种成型杆。成型零件承受高温高压冲击和摩擦 ， 在冷却固化中形成塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需克服塑件的 包紧 力。在上万次的注射周期，成型零件的形状 、 尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑料制品的质量。 成型零件结构 材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素 2。 5.1 分型面的设计 5.1.1 分型面的分类及选择原则 实际的模具结构 主要 有三种情况：（ 1）型腔 在 动模一侧；（ 2）型腔在定模一侧；（ 3）型腔在动定、模中。 分型面的选择 关系到塑件的正常成型和脱模。分型面的总体选择原则有以下几条：（ 1）脱出塑件方便；（ 2）模具结构简单；（ 3）型腔排气顺利；（ 4）确保塑件质量；（ 5）无损塑件外观；（ 6）合理利用设备。 5.1.2 分型面的确定 该模具中分型面设在塑件截面尺寸最大的部位，如图 5.1 中 A-A 截面。 5.2 型腔分布 模具型腔在模板上的排列方式有圆形排列、H 形排列、直线排列、对称排列及复合排列等 10。该模具有简单的抽芯结构，综合考虑模具设计为一模四腔，零件采用对称排列，有利于节约材料，简化结构。具体排布如图 5.2 5.3 成型零件结构设计 5.3.1 成型零件具备的性能 由于成型零件 质量直接影响到塑件的质量，且与高温高压的塑料熔体接触，所以必须具备一下性能 13： 图 5.1 分型面位置 图 5.2 型腔分布 nts毕业设计（论文） 13 （ 1） 具有足够的强度和刚度，以承受塑料熔体的高温和高压； （ 2） 具有足够的硬度和耐磨性，以承受流料的摩擦和磨损； （ 3） 具有良好的抛光性能和耐腐蚀性能； （ 4） 零件的加工性能好，可淬性良好，热处理变形小； （ 5） 成型部位须有足够的位置精度和尺寸精度。 5.3.2 凹模结构设计 凹模用于成型塑件的外表面，又称为型腔。按其结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁镶嵌式 5 种。总体上说，整体是强度、刚度好，但不适于复杂的型腔。镶嵌式采用组合的模具结构，是复杂型腔加工相对容易，可避免采用同一材料，可利用拼接间隙排气，但刚度较差易在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹，模具结构复杂 5。 由于该模具结构 简单 ，又属于中小型模具，所以凹模板采用整体式。 5.3.3 凸模的结构设计 凸模用于成型塑件的内表面，又称型芯。凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类。由于凸模的加工相对凹模容易，所以大多数的凸模是整体式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体 5。 凸模板采用整体式。 5.3.4 影响塑件尺寸和精度的因素 工作尺寸是成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括：凹模、凸模的径向尺寸与高度尺寸等。为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。其中影响模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下几个方面 7： （ 1） 成形收缩率 ： 在实际工作中，成形收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑件尺寸的变化值为 = (max min)s（ 5.1） 式中： s为塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差， mm； Smax为塑料的最大收缩率， %； Smin为塑料的最小收缩率， %； Ls为塑件尺寸， mm。 一般由收缩率引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件尺寸公差的 1/3 以内。 （ 2） 模具成形零件的制造误差 ： 实践证明，如果模具的成形零件的制造误差在 IT7 IT8 级之间， 成型 零件的制造公差占塑件尺寸公差的 1/3。 （ 3） 零 件的磨损 ： 模具在使用过程中，由于种种原因会对型腔和型芯造成nts毕业设计（论文） 14 磨损，对于中小型塑件，模具的成形零件最大磨损应取塑件公差的 1/6，而大型零件，应在 1/6 之下。 （ 4） 模具的配合间隙的误差 ： 模具的成形零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。模具的配合间隙误差不应该影响成形零件的尺寸和位置精度。 综上所述，在模具型腔与型芯的设计中，应综合考虑各种影响 成型 零件尺寸的因素，在设计时进行有效的补偿。由于影响因素很不稳定，补偿值应在试模后进行逐步修订。 5.3.5 模具成型零件的工作尺寸计算 通常凹模、凸模组成的模腔工作 尺寸简化后的计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。其中平均收缩率法以平均概念进行计算，从收缩率的定义出发，按塑件收缩率、成形零件制造公差、磨损量都为平均值的计算，公式如以下 7： （ 1）凹模 （型腔） 內形尺寸： 凹 塑 (1+ ) 34+3 （ 5.2） 式中： L 凹 型腔內形尺寸 ， mm； L 塑 塑件外径基本尺寸 ， mm； k塑料平均收缩率 ， %， 此处取 0.5%； 模具制造公差，按 IT9 级公差选取而精度要求不高的塑件按（ 1/3 1/6） 选取，此处选 1/3。 塑件公差，查表知 PS 塑件精度等级取 3 级； 查塑料公差表得 塑件基本尺寸 3mm， 0.20mm； 塑件基本尺寸在 36mm， 0.24mm； 塑件基本尺寸在 1014mm， 0.28mm； 塑件基本尺寸在 1418mm， 0.30mm。 塑件基本尺寸在 2430mm， 0.50mm； 塑件基本尺寸在 3040mm， 0.56mm； 塑件基本尺寸在 8580mm， 0.86mm； 所以型腔尺寸如下： 1 80 (1+ 0.005) 34 0.86+0.863 80.78 0:0.29 2 28 (1+ 0.005) 34 0.50+0.503 28.75 0:0.17 3 37 (1+ 0.005) 34 0.56+0.563 36.76 0:0.19 型腔深度的尺寸计算： nts毕业设计（论文） 15 凹 塑 (1+ ) 23+3 （ 5.3）式中： h 凹 凸模 /型芯高度尺寸 ， mm； h 塑 为塑件內形深度基本尺寸 ， mm； 、 k 含义如（ 5.2）式中。 1 28 (1+ 0.005) 23 0.50+0.503 27.81 0:0.17 2 15 (1+ 0.005) 23 0.30+0.303 14.86 0:0.10 型腔二维图三维图如图 5.3。 （ 2） 凸模（型芯） 外形尺寸计算： 凸
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