牙签盒盖子毕业设计.doc

机电工程学院机械系 材料成型及控制工程 班 学生 毕业设计 第 22 页 共 22 页专业毕业设计，竭诚为你服务623719755目 录目 录1设计总说明4Design Instruction51 前言62 牙签盒盖的工艺分析72.1塑料制件的材料选择72.2 塑料制件的成型工艺分析83 初步确定注塑成形设备103.1塑件质量分析103.2注射机型号的确定103.2.1根据注射量选用注塑机103.2.2根据锁模力选用注射机103.2.3初步确定注射机114 分型面的选择及浇注系统的设计124.1分型面及其选择124.1.1确定型腔的数目124.1.2选择分型面124.1.3确定型腔的布置方案124.2确定浇注系统134.2.1主流道设计134.2.2分流道设计144.2.3冷料穴的设计154.2.4浇口的设计154.2.5定位圈的设计165 成型零部件设计175.1成型零部件的结构设计175.2成型零部件的工作尺寸计算175.2.1型腔的径向和深度尺寸175.2.2型芯的径向和高度尺寸186 侧向分型与抽芯机构设计206.1抽芯力的确定206.2抽芯距的设计206.3斜导柱的设计206.3.1斜导柱倾斜角的选择206.3.2斜导柱长度的计算216.3.3斜导柱直径的计算216.4侧滑块的设计226.5楔紧块的设计226.6干涉现象237 结构零部件设计247.1模架的确定247.2支承零部件的设计247.2.1动定模座板247.2.2动定模板247.2.3支承板247.2.4垫块247.3合模导向机构设计247.3.1导柱的设计257.3.2导套的设计258 推出机构设计278.1推杆推出结构278.1.1推杆的形状与布置278.1.2推杆的固定与配合278.2推出机构的导向与复位288.2.1推出机构的导向288.2.2推出机构的复位289 冷却及排气系统设计299.1冷却系统设计299.1.1冷却系统介绍299.1.2冷却水回路的布置299.2排气系统的设计3010 注塑机参数的校核3110.1最大注射量的校核3110.2锁模力校核3110.3模具与注射机安装部分相关尺寸的校核3110.4开模行程校核3211 模具总体结构33参 考 文 献35致 谢36设计总说明摘要 塑料模具是当今塑料工业生产中利用特定形状，通过一定的方式来成型塑料制品的一种工艺装备。模具设计与制造技术，特别是设计与制造大型、精密、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。本次设计的是牙签盖的注塑模具。属于日常生活用品，所用材料是当前应用较为广泛的热塑性塑料ABS。它的生产批量为大批量生产，该产品有如下特点：（1）内部结构比较简单，但需要侧抽芯；（2）表面比较光滑，表面粗糙度小，对模具型腔与型芯的精度要求较高。本次设计使用了当前比较流行的制图软件AutoCAD及模具设计软件UG。此次设计的过程中查阅了大量的模具设计资料，通过牙签盖模具的设计与应用，同原有的设计方法相比，模具的应用提升了产品的质量，模具整体设计的思路和要求符合现代设计潮流和未来的发展方向。关键词 塑料；模具；塑料盖；AutoCAD；UG Design InstructionAbstract The plastic mold is a kind of craft equipment in the plastic industrial production which uses the specific shape and through certain way to shape plastic products. The mold technology, specially, the one of designing and manufacturing the large-scale, precise and long-life mold has become an important symbol of the level of a national mechanical design and manufacture.This design is a injection mold. This product is a kind of daily-life thing and its material is thermoplastic ABS. ABS is a kind of material which is current used quite widespread. This production has the following characteristics: (1) the internal structure are complex; but the workpiece need a core to pump a side. (2) the surface of the product is smooth, so the surface roughness is small; This design has used current quite popular charting software AutoCAD and mold design software UG.I have consulted massive materials of the plastic mold design and manufacture in this design process .Through the design and application of the cover ,the processing technology ，compared with previous technology ,which increase the quality of the product. The overall design mentality and request conform to the modern design tidal and development direction of the future.Key words Plastics; mold; The plastic cover; AutoCAD；UG1 前言模具是工业生产中的重要工艺设备，模具工业作为国民经济领域发展的重要基础工业之一，被称为“工业之母”。而塑料模具作为成型塑料制件的模具，是整个模具行业中的一枝独秀，发展极为迅速。目前我国塑料模具市场中，国外模具约占30%，其中大型、精密、复杂、长寿命模具约占45%左右。随着世界经济的发展，模具工业的作用越来越大，国外将模具比喻为“金钥匙”、“进入富裕的原动力”。在日常生活中塑料制品应用的日渐广泛，夜为塑料模具提供了一个广阔的市场，同时对模具也提出了更高的要求。大型化、高精密度、长寿命、多功能复合型的模具将得到发展。而在各种塑料模具中，注塑模具的需求量最大，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。牙签盒作为日常生活中很普通的一个塑料制品，虽然形状简单，但是它也有着注塑模典型的结构。牙签盒盖作为牙签盒的一个重要组成部分，设计时应在保证塑件质量的前提下通过选择合适的模具来提高塑件的高效性、耐用性，并使其在工业生产中具有生产制造效率高、制件精度高、成本低等诸多优点。本设计要求通过运用AutoCAD、UG等相关设计软件，掌握产品造型设计过程，通过查阅资料来了解模具结构并利用AutoCAD、UG等软件设计出一副结构、精度、表面质量合理的注塑模具，同时熟悉塑料注射模具结构及其工作过程。2 牙签盒盖的工艺分析塑料制件的工艺性直接关系到其成型模具结构、类型、生产周期与成本，只用符合模塑工艺要求的塑件设计才能顺利成形，确保内在与外观质量，达到高效率生产和低成本的目的。结合塑件本身的特点及使用的材料，本次设计采用常用的注塑成形。塑件（牙签盒盖）模型图如下：该塑件有以下特点：（1）所处工作环境良好，室温，不处于酸、碱、盐等恶劣条件中，但需要较好的抗冲击强度；（2）属于日常生活用品，产量较大，要求所用材料的价格较为低廉，且对人体无毒害；（3）其外表光滑且美观。2.1塑料制件的材料选择根据以上塑件的特点及经济方面的考虑，选用使用比较广泛的ABS塑料作为该制品的材料。ABS材料化学名称为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的聚合物，因此ABS具有良好的综合力学性能。ABS外观为粒状或粉状，呈浅象牙色，不透明但成型的塑料件有较好的光泽，它无毒、无味、易燃烧、具有较高的抗冲击强度、有一定的硬度和尺寸稳定性、易于成型加工。由于ABS具有以上的特点，因此适合成为牙签盒盖的原材料。表1为ABS塑料的成型工艺条件。表1 ABS塑料的注射成型工艺条件工艺 参数注塑机类型 螺杆式密度 1.031.07g/cm3计算收缩率 0.30.8预热温度 8085预热时间 23h 前段 180200料筒温度 中段 165180 后段 150170 喷嘴温度 170180模具温度 5080 注射压力 60100 MPa 注塑时间 2090s成形时间 高压时间 05s 冷却时间20120s 总周期 50220s螺杆转速 30r/min 方法 红外线灯、烘箱后处理 温度 70时间 24h2.2 塑料制件的成型工艺分析（1）塑件的尺寸精度塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品要求尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确程度。影响塑料制件尺寸精度的因素主要有：模具的制造精度、塑料收缩率的的波动、模具的磨合程度，其中塑料的收缩率是影响塑件尺寸精度最基本、最重要的因素。对于本次设计所选用的ABS材料，因其成形工艺条件的波动造成误差小，塑件能获得较高的尺寸精度。另外，在成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化、塑件的飞边等都会影响到该塑件的精度。因此，塑件尺寸精度应尽可能选用低精度等级。由于牙签盒盖属于小尺寸一般精度的塑件，因此塑件精度等级选用MT3级精度。塑件各尺寸的具体公差可从塑件制品公差数值表中查取，未注公差尺寸选用MT5级精度。模具的制造公差对塑件尺寸精度影响相对较大，由于塑件的尺寸精度选用MT3级精度，故模具制造精度选用IT9级精度。（2）塑件的表面粗糙度塑件的表面粗糙度主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低12级，塑件的表面粗糙度Ra值一般为0.80.2m。牙签盒盖对表面粗糙度的要求不是很高，其表面粗糙度可选取Ra值为0.5m。（3）塑件的壁厚塑件的壁厚受使用要求、塑料性能、塑件几何尺寸与形状以及成形工艺等多因素的影响。塑件各部壁厚应均匀一致，切忌突变与截面厚薄悬殊的设计。塑件壁厚一般在16mm范围内选取，结合此塑件的使用情况及选用材料，壁厚选取为1.5mm。（4）塑件的脱模斜度为了便于从成型零件上顺利脱出塑件，必须在塑件内外表面沿脱模方向设计足够的斜度，称为脱模斜度。塑件斜度大小与塑件的收缩率、塑件的形状、结构、厚度以及成型工艺条件都有一定关系，一般斜度是30130。结合本塑件的形状，设定的脱模斜度为50。3 初步确定注塑成形设备注射模是安装在注射机上使用的工艺设备，因此，注射机大小必须与模具大小相匹配。注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，根据模具的最大注射量、最大锁模力、注射压力、最大和最小模具厚度、开模行程等进行初步的计算。根据这些参数选出和模具想匹配的注射机，最后待设计好模具后，还需对其进行校核是否满足要求，然后调整。3.1塑件质量分析通过UG软件，对塑件进行实体造型并进行体积分析和计算，可得V=9926.2968mm，由于所选用的ABS材料的密度可取为：=1.03 g/cm3 ，则牙签盒盖的的质量为3.2注射机型号的确定3.2.1根据注射量选用注塑机由上面的分析已经得出塑件的体积V=9926.2968mm，质量M=10.22g，流道凝料的体积根据相关手册可得V1=0.5V。由于初步选定为一模四腔，即n=4，则实际总的注射量为实际的注射质量为：根据模具成型的塑料制品和流道凝料总质量应小于注射机的额定注射量的80%，即V实0.8V公即V公74.45cm3.2.2根据锁模力选用注射机 当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面胀开的力，即胀型力。胀型力的大小等于塑料制品和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压强，它应小于注射机的额定锁模力，通常取额定锁模力的80%左右。即：F式中 F 锁模力，N；A 制品投影面积，mm：P 型腔压强，MPa 。通过查手册可知ABS的型腔压力为30MPa，通过UG软件，对塑件在分型面上进行投影并进行面积分析，可得塑件在分型面上的投影面积A1=1124.8785 mm2，而凝料在分型面上的投影面积A2在模具设计前是一个未知数。根据多型腔的统计分析，大致每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍，因此不妨取0.35n来估算，则经计算可得F = 227.79KN3.2.3初步确定注射机通过以上的分析，查塑料模具技术手册，可初步选定注射机为SZ-100/80(卧式)。SZ-100/80（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表2所示：表2 注塑机的主要参数名称 数值 名称 数值理论注射容积(cm） 100 螺杆直径(mm) 35注射压力(MPa) 170 注射速率(g/s) 95塑化能力(g/s) 40 螺杆转速(r/min) 0200锁模力(kN) 800 拉杆内间距(mm) 320320 移模行程(mm) 305 模具最大厚度(mm) 300模具最小厚度(mm) 170 喷球嘴半径(mm) 10 4 分型面的选择及浇注系统的设计4.1分型面及其选择4.1.1确定型腔的数目在确定型腔的数目时通常可以按注射机的最大注射量、额定锁模力以及塑件的精度要求和经济性等来确定。鉴于所设计制件的精度要求，又是大批量的生产，可以采用一模多腔的形式。考虑到模具制造费用低一点，设备运转费用小一点，初定为一模四腔的模具形式。4.1.2选择分型面分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直与合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。分型面的选择是一个比较复杂的问题，因为分型面的选择与塑件几何尺寸精度、脱模方法、后处理工序、模具类型、排气条件、嵌件位置、浇口形式等有关。选择分型面时，应遵循以下几项基本原则：（1）分型面的选择应有利于塑件顺利脱模；（2）分型面的选择应利于侧向分型和抽芯；（3）分型面的选择应保证塑件制品的尺寸精度和表面质量；（4）分型面的选择应有利于避免溢料的产生；（5）分型面的选择应有利于成型时排气；（6）分型面的选择应尽量便于模具加工；（7）分型面应选在塑胶件外形最大轮廓处。根据以上的原则及结合本制品的结构特点，分型面选择如图3.1所示：图4.1 分型面选择示意图4.1.3确定型腔的布置方案多型腔模具在模板上排列形式通常有圆形、H形、直线形及复合形等，在设计时应注意以下几点：（1）尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定；（2）型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料的现象；（3）尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。本设计型腔的排列方式为H形，如图4.2所示。 图4.2 型腔的布置4.2.3冷料穴的设计冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其作用是容纳浇注系统流道中料流的前峰冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，影响塑件的质量，此外，在开模时还能将主流道凝料从定模板中拉出。主流道冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道的直径。主流道拉料杆有两种基本形式，一种是推杆形式的拉料杆，固定在推杆固定板上，另一种是仅适于推件板脱模的拉料杆，固定在动模板上，本设计采用前者。冷料穴的形式如图4.5所示。图4.5 冷料穴4.2.4浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道，能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。常用的浇口有直接浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口、点浇口和潜伏浇口等。由于本设计是一模多腔，为减少流道耗料、去除流道方便和残留痕迹小，因而本设计选用侧浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形。（1） 浇口尺寸的确定侧浇口宽度和侧浇口深度尺寸计算的经验公式如下：，式中 b侧浇口宽度，mm； A塑件外侧表面积，mm2； h侧浇口宽度，mm； 侧浇口塑件的壁厚，mm。将相关数据代入得，b=1.85mm，取b=2mm，壁厚=1mm，浇口长度L=1mm.侧浇口的形式如图4.6所示：图4.6 侧浇口（2）浇口位置的选择浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则： 避免塑件上产生缺陷； 有利于塑料熔体的流动； 有利于型腔的排气； 考虑塑件受力情况。 此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。 4.2.5定位圈的设计定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。定位圈的直径D为与注射机定位孔配合，应按选用注射机的定位孔直经确定。直径D一般比注射机孔直径小0.10.3mm，以便装模。定位圈一般采用45号钢或Q275钢。定位圈内六角螺钉固定在模板时，一般用两个以上的M6M8的内六角螺钉，本设计采用四个M8螺钉固定。定位圈的材料为45钢，硬度为5458HRC。其尺寸设计如图4.7所示：图4.7定位圈5 成型零部件设计5.1成型零部件的结构设计凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件，其中成型塑件上外螺纹的称螺纹型环；凸模亦称型芯，是成型塑件内表面的零件，成型其主体部分内表面的零件称主型芯或凸模，而成型其他小孔的型芯称为小型芯获成型杆，成型塑件上内螺纹的称螺纹型芯。5.2成型零部件的工作尺寸计算成型零件的工作尺寸是指凹模和型芯直接构成塑件的尺寸。影响塑件尺寸精度的因素主要有：塑件的收缩率波动、模具成型零件的制造误差、模具成型零件的磨损、模具安装配合误差等。5.2.1型腔的径向和深度尺寸（1）型腔径向尺寸的计算型腔径向尺寸的计算采用平均尺寸法，在计算过程中将使用到塑料的平均收缩率，其计算公式为：=。由前面的数据可知，对于ABS材料，它的平均收缩率=0.55%。模具型腔的径向尺寸计算公式为：(1+)0+z式中 模具型腔径向基本尺寸； 塑件外表面的径向基本尺寸； 塑料平均收缩率； 塑件外表面径向基本尺寸的公差。通过查相关资料可知x取值一般为，在此取x = 0.6；一般为。由前面分析知本次塑件精度等级选用MT3级精度，则型腔各部分径向尺寸的计算如下：（1+0.0055）38 - 0.60.32 =；（1+0.0055）32 - 0.60.32 = ；（1+0.0055）42 - 0.60.36 = 。（2）型腔深度尺寸的计算(1 +)-式中 模具型腔深度基本尺寸； 塑件凸起部分高度基本尺寸； x修正系数，当塑件尺寸较大，精度要求低时取小值；反之取大值。型腔深度尺寸的计算如下： （1+0.0055）32 - 0.40.52 = ； （1+0.0055）4 - 0.50.34 = ； （1+0.0055）5.7 - 0.50.34 = ；（1+0.0055）14 - 0.450.38 = .具体见图5.1所示图5.15.2.2型芯的径向和高度尺寸（1）型芯的径向尺寸的计算 (1 + )-()0-式中 模具型芯径向基本尺寸； 塑件内表面的径向基本尺寸； 塑件内表面径向基本尺寸的公差 模具制造公差。()-0-0.04= 3.9380-0.04；()-0-0.09 = 28.99150-0.09；（1+0.0055）39 - 0.60.320-0.1 = 39.020-0.1。（2）型芯的高度尺寸计算（hm）0- = (1 +) + 0-式中 模具型芯高度尺寸； 塑件孔或凹槽深度尺寸。 (1 +0.0055)30.5 +0.550.520-0.15 = 30.950-0.15具体见图5.2所示 图5.2 6 侧向分型与抽芯机构设计带动侧向成型零件作侧向分型抽芯和复位的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。按照侧向抽芯动力来源的不同，注射模的侧向分型与抽芯机构可分为机动侧向分型与抽芯机构、液压侧向分型与抽芯机构、手动侧向分型与抽芯机构。本设计采用机动侧向分型与抽芯机构中的斜导柱侧向分型与抽芯机构。6.1抽芯力的确定由于塑件包紧在侧向型芯或粘附在侧向型腔上，因此在各种类型的侧向分型与抽芯机构中，侧向分型与抽芯时必然会遇到抽拔的阻力，侧向分型与抽芯的力（简称抽芯力）一定要大于抽拔阻力。抽芯力与脱模力的计算方法相同，即(cos - sin)式中 Ft抽拔力（脱模力）； A塑件包络型芯的面积； p塑件对型芯单位面积的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件p取（2.43.9）107Pa；模内冷却的塑件p取（0.81.2）107Pa； 塑件对钢的摩擦系数，一般为0.10.3； 脱模斜度。通过UG软件，对塑件在分型面上进行投影并进行面积分析，可得塑件在分型面上的投影面积A=3826.2233mm2，取p=1.0107Pa，=0.2，=50，则Ft=7095.9N。6.2抽芯距的设计在设计侧向分型与抽芯机构时，除了计算侧向抽拔力以外，还必须考虑侧向抽芯距的问题，抽芯距是指将侧型芯从成型位置推至不妨碍塑件推出时的位置所需的距离。侧向抽芯距一般比塑件上侧凹、测孔的深度或侧向凸台的高度大23mm，即s = s+（23）之中 s抽芯距，mm；s塑件上侧凹、测孔的深度或侧向凸台的高度，mm。代入相关数据可得，。6.3斜导柱的设计6.3.1斜导柱倾斜角的选择在斜导柱侧向分型与抽芯机构中，斜导柱与开模方向的夹角成为斜导柱的倾斜角，它是决定斜导柱抽芯机构中工作效果的重要参数。斜导柱的倾角有三种情况，本设计采用的是侧型芯滑块抽芯方向与开合模方向垂直的情况，此时斜导柱的倾斜角25，在本次设计中选取=25。6.3.2斜导柱长度的计算斜导柱的长度主要根据抽芯距离、斜导柱直径及倾斜角大小确定，其长度计算公式为：式中 Lz斜导柱总长度，mm； d2斜导柱固定部分大端直径,mm； h斜导柱固定板厚度,mm； d斜导柱工作部分的直径,mm； s侧向抽芯距,mm。其中成为斜导柱的有效长度；称为斜导柱的伸出长度；称斜导柱头部长度，常取815mm。斜导柱的长度图如图6.1所示图6.1斜导柱的长度参 考 文 献1王鹏驹, 唐志玉, 等. 塑料模具技术手册M. 北京: 机械工业出版社, 2002.2屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计M. 北京: 机械工业出版社, 2004.3齐卫东. 简明塑料模具设计手册M. 北京: 北京理工大学出版社, 2008.4冯炳尧, 韩泰荣,