镜框塑料模设计与制造毕业设计

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）机电工程系专业机械设计制造及其自动化学生指导教师蔡广宇（教授）完成日期年月南阳理工学院本科毕业设计（论文）镜框塑料模设计与制造PLASTICMOLDDESIGNANDMANUFACTURINGFRAME总计毕业设计（论文）31页表格5个插图19幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）镜框塑料模设计与制造PLASTICMOLDDESIGNANDMANUFACTURINGFRAME学院（系）机电工程系专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师（职称）蔡广宇（教授）评阅教师完成日期南阳理工学院NANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY镜框塑料模设计与制造机械设计制造及其自动化李如灿【摘要】本课题是对镜框塑料模进行设计。通过对镜框零件的分析，记录塑件中存在的制造缺陷，测量出实体零件各部分的尺寸，从而画出正确的零件图，然而主要问题是塑料模具的设计。通过对镜框零件的工艺性分析，确定模具用一模一腔形式，并且采用点浇口进行进料浇注系统、推管推出机构、斜导柱侧向分型抽芯机构、导柱导向结构的合模导向机构、组合式的成型零件结构形式并对成型零件尺寸进行了计算，对模具安装的注射机进行的初步选择和校核，最后确定了合理的模具结构设计。【关键词】塑料模；工艺分析；结构；镜框设计；PLASTICMOULDDESIGNFRAMEMECHANICALDESIGNANDMANUFACTURINGANDAUTOMATIONMAJORLIRUCANABSTRACTTHISTOPICISONPLASTICMOULDDESIGNFRAMETHROUGHTHEANALYSISOFTHECOMPONENTSOFFRAME，RECORDSOFPLASTICPARTSINMANUFACTURINGDEFECTS，MEASURINGTHESIZEOFEACHPARTOFPHYSICALCOMPONENTS，THEMAINPROBLEMISPLASTICMOULDDESIGNTHROUGHTHEANALYSISOFTECHNOLOGYOFFRAMEPARTS，DETERMINEEXACTLYACAVITYMOULDWITHFORM，ANDAPOINTFORINCOMINGGATINGSYSTEM,PUSHTUBESLANTINGGUIDINGPOLE,LAUNCHINSTITUTIONSSIDEPARTINGCOREPULLINGMECHANISM,THEMOULDSTRUCTURECOLUMNORIENTATION,STEERINGMECHANISMOFFORMINGPARTSANDCOMPONENTSOFMOLDINGSTRUCTURESIZEWASCALCULATED,THEINSTALLATIONOFMOULDINJECTIONMACHINEANDTHEPRELIMINARY,FINALLYTHEREASONABLESTRUCTUREOFMOULDDESIGNKEYWORDSPLASTICMOULDPROCESSANALYSISTRUCTUREFRAMEDESIGN目录1前言11塑件制品分析211明确制品设计要求212塑件材料分析2121ABS成型条件3122ABS成型特性313塑件结构工艺性分析4131塑件尺寸、精度及表面粗糙度4132壁厚414明确制品批量515计算制品的体积和质量52注塑机的选用621注塑机两种类型的优、缺点622注塑机的选用63模具材料的选用731模具材料的选定原则732本设计模具上零件的材料及热处理74模具结构设计841分型面的确定842浇注系统的设计9421主流道设计9422冷料穴设计10423分流道设计10424浇口的设计1143推出机构的设计11431推出机构的结构组成11432推出机构的设计11433推出机构的形式11434设计推出机构必须注意以下满足条件1244推出机构的导向与复位12441导向零件12442复位零件1245侧向抽芯机构设计13451斜导柱设计13（1）斜导柱的结构及技术要求13（2）斜导柱倾斜角14（4）斜导柱直径的确定14（5）斜导柱的长度计算15452滑块设计15453滑块定位装置设计15454锁紧楔设计1646成形零件的设计16461凹模的结构1647注射模导向结构的设计17471设计导柱、导套时的注意事项17472导柱、导套在模板的位置1948成型零件工作尺寸计算19481影响工作尺寸的因素19482凸、凹模工作尺寸的计算2049其他小件的形状及尺寸22491浇口套的形状及尺寸如图16所示22492复位装置的形状及尺寸如图17所示225模具总体尺寸以及各模板厚度的确定226注射机参数的校核2361最大注射量的校核2362锁模力校核2363模具与注射机安装部分相关尺寸计算校核2464开模行程校核247模具装配图及工作原理258部分模具零件的加工工艺规程的编制26结论28参考文献29附录30致谢311前言模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。模具是工业产品生产用的重要工艺装备，它是以其自身的特殊形状通过一定的方式使原材料成形。现代产品生产中，模具由于加工效率较高、互换性好、节省原材料、所以得到广泛应用。在现代制造业发展的过程中，模具已经成为衡量国民经济发展水平的重要标志。随着科学技术的进步，计算机技术的迅速发展，CAD/CAM/CAE技术在模具中得到广泛应用，可以用是三维建模软件进行模具设计、装配、进行材料应力分析，这些都是本设计完成的基础条件。近年来，中国模具市场对精密、大型、复杂型、长寿命模具的需求量有所增长，预计到2010年，国内模具市场需求量将在1，200亿元人民币左右。专家分析，从1997年开始，随着汽车、装备制造业、家用电器的高速增长，中国国内模具市场的需求开始显著增长。虽然到2006年中国模具工业总产值已达516亿元，但属“大路货”的冲压模具、压铸模具等约占总量的80。已经进入中国的少量外资模具企业开始生产各种高精大多功能模具，但目前仍供不应求。据介绍，目前中国汽车模具潜在市场十分巨大。质量好的冲压模具在汽车整车等行业供不应求；压铸模具在汽车零部件、装备制造业等行业需求激增；注塑模具在家用电器等行业发展潜力也很大。另外，特种模具也有较大的发展前景。未来模具技术的发展趋势可以归结为以下几点（1）全面广泛应用CAD/CAM/CAE技术。（2）不断提高模具标准化程度3优质材料及现金表面处理技术。（4）模具制造技术的高效、快速、精密化。本次毕业设的题目为镜框塑料模设计与制造，在本次设计中，利用CAD、UG等软件进行绘图，设计出各块板块的尺寸，对零件进行模具设计并采用半合式加工方法对其进行加工，且进行抽芯处理，既要设计抽芯机构，又要计算抽芯距离，以及对抽芯材料、注射机的选取，典型机构的设计，以满足塑件成型的需要，这些都是完成本设计的关键。通过对镜框塑料模的设计，使我们能够掌握注塑模具设计的具体步骤；充分认识到模具设计要与工厂的设备、技术水平、生产纲领相适应，并采取相应的措施以适应生产环境。培养和提高学生独立设计注塑模具的能力，达到中级注塑模具设计人员水平，为我们毕业后从事注塑等模具方面的生产、设计、管理工作做好技术准备。（前言说明你研究对象和研究方法）1塑件制品分析11明确制品设计要求下图为一镜框塑零件图图1镜框技术要求1零件表面应无毛刺，飞边，划伤，起皮等缺陷；2未注脱模斜度1；3材料ABS；4公差等级按未注公差MT5B级精度。该产品精度及表面粗糙度要求RA16，精度及表面粗糙度要求不高，且有一定的配合精度要求。12塑件材料分析该塑件使用材料为苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物（ABS），该材料为让热塑性材料，具有良好的流动性。121ABS成型条件查塑料模设计手册表14，ABS的成形条件如表1表1ABS成形条件缩写ABS注射成形机类型螺杆式密度（G/CM）103107计算收缩率（）0308预热温度8085时间（H）23后段150170中段165180料筒温度（）前段180200喷嘴温度170180模具温度（）5080注射压力（MPA）60100注射时间2090高压时间05冷却时间20120成形时间（秒）总周期50220螺杆转速（R/MIN）30使用注射机类型螺杆、柱塞均可方法红外线灯、烘箱温度（）70后处理时间（H）24说明该成形条件为加工通用级ABS料时所用122ABS成型特性查塑料模设计手册表15得ABS的成形特性（1）无定形料，其品种牌号很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，按品种确定成形方法及成形条件；（2）吸湿性强，含水量应小于03，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要长时间预热干燥；（3）流动性中等，溢边料004MM左右（流动性比聚苯乙烯，AS差，但比聚碳醋酯，聚氯乙烯好）；（4）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高），料温对物性影响较大、料温过高宜分解（分解温度为250左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件模温宜取5060，要求光泽及耐热型料宜取6080，注射压力应比加工聚苯乙烯的高，一般用柱塞式注射机时料温为180230，注射压力为100140MPA，螺杆式注射机则取160220，70100MPA；（5）模具设计是要注意浇注系统对料流阻力小，浇口处外观不良，易发生熔接痕，应注意选择浇口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失），脱模斜度宜取2以上13塑件结构工艺性分析塑件的结构工艺性事指塑件在满足使用要求的前提下，其结构应尽可能符合成形工艺要求，从而简化模具结构，降低生产成本。在进行塑件结构设计时，应考虑以下几方面的因素（1）塑件的物理与力学性能、电性能。耐化学腐蚀性能和耐热性能等；（2）塑件的成形工艺性，如流动性、收缩率等；（3）模具的总体结构，特别是抽芯与脱模的复杂程度；（4）模具零件的形状及其制造工艺；（5）塑件的外观质量。塑件的结构工艺性的内容很多，现主要叙述如下内容131塑件尺寸、精度及表面粗糙度（1）尺寸塑件尺寸的大小取决于塑件的流动性。设计模具时要保证塑件零件图上所标注的基本尺寸，并保证具有精度要求的尺寸。（2）精度ABS塑料的精度等级高精度MT2；一般精度MT3；该塑件的精度等级为未注公差尺寸MT5。（3）表面粗糙度塑件的表面粗糙度RA一般为08M02M，而模具的表面粗糙度数值要比塑件低12级，所给塑件的表面粗糙度为RA16M，故可实现。132壁厚塑件的壁厚主要取决于塑件的使用要求，但壁厚的大小对塑件的成形影响很大。壁厚过小，成形时流动阻力大，难以充型；壁厚过大则浪费材料，还易产生气泡、缩孔等缺陷，因此必须合理选择塑件壁厚。查中国模具设计大典第二卷表8510知，ABS塑件的最小壁厚为05MM,最大壁厚为2MM。通过测量该塑件的壁厚为1MM故该塑件的壁厚符合要求。134脱模斜度脱模斜度是指平行于模具启闭模方向，塑件壁面所应具有的倾斜度。由于塑件在模塑成形过程中，塑料从熔融状态转变为固体状态，将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧地包在模具型芯，则需在塑件内外壁有足够的脱模斜度。查中国模具设计大典第二卷表857知ABS塑件外表面脱模斜度为40120；塑件内表面为301，该塑件选用的脱模斜度为1，符合设计要求。14明确制品批量该产品大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模，可采用点浇口自动脱模结构，由于该塑件有3个小柱，需要半合式侧向抽芯机构，故模具采用一模一腔结构，浇口形式采用点浇口，由于塑件壁薄且为圆形状，所以采用三点进料，以利于充满型腔。15计算制品的体积和质量该产品材料为ABS，有前面查表可知其密度为103107G/CM，收缩率为0308，计算出其平均密度为105G/CM，平均收缩率为055。通过UG建模测量得知该塑件的质量M（塑件）103G该塑件的体积V（塑件）M（塑件）/4/1050985CM（式1）式中塑件密度，G/CM。浇注系统体积V（浇注）5417CM浇注系统质量M（浇注）V（浇注）5417CM105G/CM569G故V总V（塑件）V（浇注）0958CM5417CM6475G（式2）M总M（塑件）M（浇注）103G569G672G2注塑机的选用21注塑机两种类型的优、缺点采用卧式注射机的优点是注射部分和锁模部分在同一水平线上，工作位置低，操作方便，稳定性好，顶出后塑件可以自动脱模，是应用广泛的注射机，适用于大、中、小个各型注射机，但唯一的缺点是占地面积大。采用立式注射机的优点是占地面积小，缺点是操作位置高，对于注射量大的注射机，势必使注射机高度增加，操作台升高，操作不方便，注射机的工作稳定性也减少。因此，立式注射机多限于小型注射机。22注塑机的选用根据塑件制品的体积或质量，查模具设计与制造实训的附录5的附表51选定注塑机型号为XSZY125。注塑机的参数如表2所示表2注塑机参数螺杆（柱塞）直径（MM）30，42，45最大理论注射容量（CM）125注射压力（N/CM）（12000）14600，11900，10400锁模力（KN）1000900拉杆间距（HV）/（MMMM）487450最大注射面积（CM）（300）320最大模具厚度H（MM）300最小模具厚度H1（MM）200（14510）模板最大距离L。（MM）600模板行程L1（MM）（375）300喷嘴圆弧半径R（MM）12喷嘴孔径D（MM）3喷嘴移动距离（MM）210推出形式两侧顶出，没有推板，机械推出其他总力280KN，开模力8T，顶杆最大距离190MM3模具材料的选用31模具材料的选定原则在选择模具材料时，需要注意一下几点原则（1）机械加工性能良好，易切削，适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工；（2）抛光性能良好，没有气孔等内部缺陷，显微组织均匀，具有一定的使用性能（40HRC）（3）良好的表面腐蚀加工性,要求钢材质地细而均匀，适于花纹腐蚀加工；（4）耐磨损，有韧性，可以在热交变荷的作用下长期工作，耐摩擦；（5）热处理性能好具有良好的淬透性和很小的变形，易于渗氮等表面处理；（6）焊接性好具有焊接性，焊后硬度不发生变化，且不开裂，变形等；（7）热膨胀系数小，热传导效率高，防止变形，提高冷却效果；（8）性能价格比合理，市场上容易买到，供货期短。在选择注射模具钢材时，要综合考虑塑件的批量、尺寸精度、复杂程度体积大小和外观要求等因素。该塑件的生产批量大，尺寸精度要求高，应选用优质模具钢。32本设计模具上零件的材料及热处理本设计模具上用到得材料及其处理方法如表3所示表3所选用的材料及其处理零件名称材料牌号热处理硬度动、定模座板45调质230270HB推管T10A淬火5458HRC定模固定板45调质230270HB动、定模板45调质230270HB动模镶块P20调质5055HRC型芯P20调质5055HRC支承板45调质230270HB垫块45调质230270HB推板45调质230270HB推杆固定板45调质230270HB定距拉板45调质230270HB导柱、导套T8A淬火5055HRC螺钉、螺栓45淬火4348HRC限位销45淬火4348HRC推杆、复位杆45淬火4348HRC弹簧60SI2MN调质230270HB浇口套T8A淬火5055HRC斜导柱T8A淬火5458HRC锁紧楔45淬火4348HRC滑块T10A淬火5458HRC侧型芯P20淬火55HRC4模具结构设计41分型面的确定选择分型面应考虑的问题是（1）是否能确保塑件的成型质量；（2）分型面设置的部位再清除毛刺及飞边时是否容易；3）是否有利于排除模型腔内的气味；4动模与定模分开后，塑件能否留在动模内。分型面选择需遵循以下几个原则1分型面应设置在塑件外形最大轮廓处；2分型面选择应尽可能使塑件留在动模；3分型面选择应保证塑件的精度要求；4分型面选择应考虑塑件外观质量；5分型面选择应考虑排气效果；6拔模斜度较小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位。该塑件为圆形，表面质量无特殊要求，塑件的高度为12MM，分型面选择如图2所示，这样既能降低模具的复杂程度，减少模具的加工难度，又便于成型后的脱模。图2分型面选择42浇注系统的设计浇注系统是指模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道。浇注系统的作用是将塑料熔体均匀的送到每个型腔，并将注射压力有效地传送到型腔的各个部位，以获得形状完整、质量优良的塑件。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。对于浇注系统设计的要求如下1重点考虑型腔布局；2热量及压力损失要小，则浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低；3均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置；4塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小；（5消除冷料，浇注系统应尽能收集温度较低的“冷料”；（6）排气良好；（7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力；（8）保证塑件外观质量；（9）较高的生产效率；（10）充分利用塑件熔体的流动特性。421主流道设计主流道是指注射机喷嘴与型腔（单型腔）或与分流道连接的这一段进料通道，是塑料熔体进入模具最先经过的部位，它与注射机喷嘴在同一轴心线上。在卧式注射机模具中，主流道垂直于分型面。根据塑料模设计手册查得XSZY125型注塑机喷嘴前端孔径D4MM,喷嘴前端球面半径SR12MM。根据模具主流道与喷嘴的关系RR23MM及DD051MM，故取主流道球面半径SR13MM,小端直径D3MM为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为26，表面粗糙度RA2000时K取007；F400CM2000CM时，K取008；FPA（式12）F锁式中P熔融型料在型腔内的压力，该产品P4080MPAA塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和，经计算A81544MM2锁注塑机的额定锁模力。故PA8081544652KN锁F选定的注塑机为900KN，满足要求。63模具与注射机安装部分相关尺寸计算校核模具闭合高度长度尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合模具长宽，故满足要求。模MIN64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（）510MM（式13）机S模HMIN12H式中顶出距离，MM1包括浇注系统在内的塑件高度，MM2H注塑机最大开模行程，MM。机S因为（）300MM250200MM250MM机模MINH510MM15MM45MM565MM12故满足要求。7模具装配图及工作原理经过设计及审核，最后完成的装配图如下所示图18镜框塑料模装配图1支承钉2内六角螺钉3动模座板4推板5推板固定板6弹簧7垫块8动模垫板9中间板10动模板11定模板12圆柱销13定模垫板14内六角螺钉15定距拉板16滑块17锁紧楔18斜导柱19浇口套20导柱121导柱222导套123型芯24弹簧止动销25导套226推管27内六角螺钉28内六角螺钉其工作原理及过程如下合模时，在导向机构的引导下动模与定模正确对合，并在注塑机提供的锁模力作用下，动定模紧密贴合；注射时，塑料熔体由模具浇注系统进入型腔，经保压、补缩和冷却定型等过程后开模；开模时，动模后移，由于斜导柱18的限制作用，滑块16随动模后移时，会在动模板10的导滑槽内向外侧移动，即实现侧抽芯，直至侧型芯与塑件完全脱开，抽芯动作完成时，塑件则包紧在大型芯23随动模后移，由于弹簧的作用，迫使定模板与动模板一起后移，即完成第一次分型，主流道凝料随之拉出；当限位销与定距拉板3接触时，定模板停止移动，动模板继续后移，完成第二次分型面，由于塑料包紧在大型芯23上，浇注系统凝料就在浇口处于塑件分离，然后在第一次分型面处自然脱落或人工取出；动模继续后移，当注塑机的顶杆与推板接触时，推出机构开始工作，塑件由推管26从凸模上推出，塑件由第二次分型面处取出；合模时，斜导柱使滑块向内移动，推出机构由弹簧6复位，合模结束，侧型芯则完全复位，最后锁紧楔将其锁紧，准备下一次注塑。8部分模具零件的加工工艺规程的编制1小导柱的加工工艺过程如表5所示图19小导柱由上图，对小导柱进行工艺分析，可得到下表（如表5）表5JTF003020件号名称数量件图号29小导柱44F20110MM下料工序简图序号工种工作内容1车粗车外圆20至18，车端面2车车18至1653车车退刀槽4车车165至14，车14至1265车车端面倒角，打中心孔，车断调头装夹，车端面倒角，打中心孔；7钳渗碳，淬火，5660HRC8修研中心孔9与动模座板配磨，靠12右端面见光，成061结论通过这次磨具设计使我对学过的模具设计课程、制造工艺课程，工程制图课程及CAD软件课程等其他先修课程的理论和实际知识更加深刻更加熟练。UG、CAD等软件的应用使模具设计周期大大缩短，并且可以对模具结构优化做出参考。模具采用滑块侧型芯压入式配合结构完成侧抽动作