灯罩注塑模具设计【带三维图】【含CAD图纸】
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XX 工程学院工程学院毕业设计 （论文）题 目：灯罩模具设计学 生： XXX 指导老师： XXX 系 别： XXX 专 业： XXX 班 级： XXX 学 号： XXX 2015 年 4 月目 录灯罩注射成型工艺与模具设计灯罩注射成型工艺与模具设计.2摘 要.21 选题背景选题背景.31.1 选题的目的及意义.31.2 国内外发展形势.32 分析分析.42.1 塑件分析.42.2 三维建模.53 模具设计模具设计.63.1 成型工艺规程的编制.63.1.1 塑件的体积和质量计算.63.2 注射模的结构设计 .73.2.1分型面的选择.83.2.2 确定型腔数目及布局.93.2.3 浇注系统的设计.103.2.4 成型零件的结构设计.143.2.5 脱模推出机构的设计.153.2.6 合模导向机构设计.163.2.7 冷却系统的设计.173.2.8 排气系统的设计.183.2.9 模架的选用.193.3 型芯型腔的工作尺寸计算.193.4 注射机有关参数的校核.213.5 注塑工艺条件的确定.223.6 绘制模具总装图.223.7 模具动作原理.244 注射机模具材料选择注射机模具材料选择.245 结束语结束语.25参考文献参考文献.26致致 谢谢.27灯罩注射成型工艺与模具设计灯罩注射成型工艺与模具设计摘 要 以灯罩模具设计为例，介绍注塑模具的设计方法和流程。首先通过对灯罩的使用要求与成型工艺进行分析，确定了模具结构设计。利用 UG 软件模拟分析后，确定了模具最佳浇口位置和浇注系统结构，然后选择注射机并确定型腔数目，接着确定成型方案：总体结构设计、分型面设计、浇注系统设计、脱模机构设计、冷却系统设计等。最后进行注塑机工艺参数校核，包括注射量、锁模力、注射应力、模具厚度和注塑机闭合高度等方面；可实现塑件的大批量自动化生产，该设计对其它不同机构产品的注塑模具设计有一定的参考价值。关键词：注射模；灯罩；分型；UGPMMAtract : Chosen the cap of bottle of Piaorou shampoo, paper introduced the method of the injection mold design. First, the structure of an injection mould with three-step parting mechanism was designed after an analysis on the requirements for use and the forming process for the cap of a bottle for Piaorou shampoo. The preferred gate location and runner system structure were determined based on the simulation research result of software UG. Secondly, select the right injection machine and fix the number of cavity. Then, make the shape scheme, this is contained total structure design,dividing a design for face, sprinkling to note the system design, take off design and cool system design. Finally, check the parameters of design, including the injection quantity, locking the mold dint, injection pressure, the molding tool thickness and the machine clising height etc. The method this thesis introduced can be used to other structure product. Key words: injection mould; cap of bottle for shampoo; three-step parting mechanism; UG;1 选题背景选题背景1.1 选题的目的及意义塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，塑料制品就是以塑料为主要结构材料经过成型加工获得的制品，又称为塑件。随着塑料材料研究的不断深入，塑件在工业中的应用日趋普遍，在电子仪表、电器设备、通信工具、特别是生活用品等方面得到大量的应用，这是由于它们具有一系列特殊的优点所决定的。塑料密度小、质量轻，大多数塑料密度在 1.01.4g/cm3之间，相当于钢材密度的 11%和铝材密度的 50%足有，即在同样的体积下，塑件要比金属制件轻的多，这就是“以塑代钢”的优点。塑料的绝缘性能好，介电损耗低，而塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有良好的耐腐蚀能力，此外塑料减摩、耐磨及减振、隔音性能比较好。因此，塑料已从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，并跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列。塑料与钢铁、木材、水泥一起共同构成了现代工业四大基础材料,在国民经济发展中占有重要地位。塑料具有材料综合性能优异,加工方便,生产和使用中可以显著节约能源等优点,使其被广泛应用于工农业及人们的日常生活之中。灯罩在日常生活中也是人们生活中的必需品，经常用到，而 PP 所具有的优异性能，使得用 PP 来加工灯罩很值得我们去研究。1.2 国内外发展形势近年来，模具行业发展迅猛，在制造业中的地位日益突出。针对模具设计和塑料成型的 CAE 软件可以协助设计人员在模具设计过程中及早发现模具和成型过程中可能存在的问题，从而可以更加快速地做出设计方案，有效的缩短设计生产周期并降低成本。UG 公司研发的系列软件为注塑成型设计和生产提供了高效的解决方法。UG 公司总部位于美国波士顿，是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析（CAE）的软件开发和咨询公司，是塑料分析软件的创造者，自 1976 年发行世界上第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料 CAE 软件市场。UG 的产品适用于优化制件和模具设计的整个过程，并提供了一套整体的解决方案。UG 软硬件技术为制件设计、模具设计、注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议，而且这些信息可以方便地实现共享。一般的，在模具制造装配完成之后，就要到事先选定的注塑机上进行试模，如果试模顺利，就要对产品形状尺寸进行校验，检查其与设计意图的匹配程度。如果在试模中发现，模具本身存在问题，那么模具产品就要送回模具车间进行修模处理，直到试模成功，打出合格的产品。因此，修模、试模是一个十分繁琐复杂的过程。在许多情况下，还要涉及到设计方案的修改，从而对模具进行较大程度的改变，造成反复的修模、试模。我们应该注意到，反复的修模会造成模具内部品质的变化（如出现内应力） ，导致整副模具的性能降低，从而使最终的塑料制品质量不能达标，这时就存在着模具全部报废的可能；这种现象在国内塑料模具生产企业普遍存在着，这种传统的生产方式不仅成本高，而且不精确。即使具有丰富经验的工艺和模具设计人员，也很难保证一次成功地设计出合格的模具。所以，在模具设计过程中，可以通过注塑成型分析，发现设计中存在的缺陷，从而保证模具设计的合理性，降低企业生产成本。从上面的分析可以看出传统的设计制造方法存在着诸多弊端，随着科技的进步，计算机水平的日益发展，CAD/CAE/CAM 技术在现代模具设计生产中被广泛的应用。使用计算机辅助技术不仅能够提高一次试模成功率，而且可以使模具设计和制造在质量、性能都有很大程度的提升。2 分析分析2.1 塑件分析 灯罩塑件二维造型图如图 1 所示： 图 1.灯罩二维造型图 图 1 是灯罩的二维造型图。从塑件图上分析，该塑件重要尺寸精度为 4 级，属于中等精度，其余尺寸为 5 级，属于一般精度；对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。2.2 三维建模 通过 UG 软件来建立塑件 3D 模型，造型重点是保证塑件形状和尺寸精度，本次设计选用的灯罩造型比较简单，利用 UG 软件先拉伸后即可成形，最后对相关部位进行切孔即可完成模型。结果如图 2 所示。图 2.灯罩三维造型图3 模具设计模具设计3.1 成型工艺规程的编制 3.1.1 塑件的体积和质量计算 本次设计中，塑件的质量和体积采用 3D 测量，在 UG 软件中，使用模型质量属性功能，可以测得塑件的质量（PMMA 的密度为 1.06） ，即可以得出该塑件制品的体积3/cmg为 754.25质量为 791.97791.97 克。由于采用一模二腔，需要至少注射量为3/cmg791.97*2791.97*21583.941583.94g，流道水口废料 5.12g，总注塑量达到 1589.061589.06g，再根据工艺参数（主要是注射压力） ，综合考虑各种因素，选定注射机为海天 3600X1A。注射方式为螺杆式，其有关性能参数为：海天 HTF3600X1A 型号 参数单位36001A螺杆直径mm134理论注射容量cm33631注射重量 PSg3619注射压力Mpa3206注射行程mm1310螺杆转速r/min0180料筒加热功率KW19.65锁模力KN800拉杆内间距(水平垂直)mm1965x1965允许最大模具厚度mm1660允许最小模具厚度mm150移模行程mm1610移模开距(最大)mm1610液压顶出行程mm1150液压顶出力KN1133液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW11油箱容积l200机器尺寸(长宽高)m8.3x3.25x1.85机器重量t13.22最小模具尺寸(长宽)mm1965x19653.1.2 初选注射机的型号和规格3.2 注射模的结构设计注射模的结构设计主要包括:分型面的选择模具型腔数目的确定及型腔的排列方式和冷却系统的设计、排气系统的设计以及浇口位置、模具工作零件的结构设计、推出机构的设计等内容。3.2.1 分型面的选择打开模具取出塑件或浇注系统凝料的面叫做分型面。模具设计中，分型面的选择很关键。分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且涉及模具结构与制造成本。在选择分型面时，除首先应该选择塑件断面轮廓最大的地方作为分型面，还应遵守以下原则4 4：1、塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧；2、应合理安排塑件在型腔中的方位；3、应有利于侧面分型和抽芯；4、保证塑件的精度要求；5、保证塑件的外观质量要求；6、便于模具加工制造；7、对成型面积的影响；8、应有利于排气。9、应有利于防止溢料并考虑飞边在塑件上的部位。其中最重要的是第1和第3、6点。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面工易于加工的分型面。图9.分型面的选择3.2.2 确定型腔数目及布局（1）型腔数目的确定为了模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，设计模具时应该确定型腔数目。在确定型腔数目时常用有一下四种方法2：1.根据经济性确定型腔数目。2.根据注塑机的额定锁模力确定型腔数目。3.根据塑件精度确定型腔数目。4.根据注塑机的最大注塑量确定型腔数目。在本课题中主要考虑经济性和塑件的精度要求，最终确定型腔数目为一模4腔。（2）型腔布局的确定在模具型腔数确定后，应考虑型腔的布局。在型腔布局时应考虑一下几项基本要求：1.尽量保证各型腔从总压力中均等的分得到所需的型腔压力，同时均匀充满，并均衡补料，以保证各塑件的性能、尺寸尽可能一致；2.主流道到各型腔流程短，以降低废料率；3.各型腔间距应尽可能大，以便在空间设置冷却水道、推出杆等，并有足够的截面积，以承受注射压力；4.型腔和浇注系统投影面积的中心应尽量接近注射机锁模力的中心，一般与模板中心重合；在本次设计中采用平衡式布置，这样各型腔可以均衡地进料、均衡地补料。以便获得尺寸、性能一致的塑件，从而保证塑件的精度。在MPI系统中，默认的产品拨模方向是沿Z轴正向，因此在多型腔布局之前，把修改好的模型旋转到正确位置。本次设计分析采用一模2腔，采用建模工具的型腔复制向导进行多型腔布局，故型腔布置如下图10所示。 图10.型腔布置3.2.3 浇注系统的设计注射模浇注系统是将注射机料筒中的熔融塑料从喷嘴中高压喷出后，稳定而顺畅地充入并充满型腔的各个部位的通道。它在充模及塑料固化过程中还将注射压力平衡的传递到型腔的各个部位，以获得殷实、完整、质量优良的塑件。注射模的浇注系统通常是有主流道、分流道、浇口、冷料穴、排气槽等部分组成。在设计注射模的浇注系统时应注意以下几点： 根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸因素，并结合分型面的形式选择浇注系统的形状和位置； 根据所确定的型腔数设计合理的浇注系统布局； 应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性，选择浇注系统的截面积和长度并使其圆滑过渡以利于物料的流动； 应尽量缩短物料流程和便于清理残余物料； 排气良好。（1）主流道的设计主流道的作用是将从注射机喷嘴中高速喷出的熔料加以约束并导向模腔或分流道，因此要求主流道具有压力损失小、热量损失小、约束喷出的料流不过分膨胀，并且易于脱出冷凝料等特点。主流道尺寸必须恰当。通常对于粘度大的塑料或尺寸较大的制品，主流道截面尺寸应设计的大一些；对于粘度小的塑料或尺寸较小的制品，主流道截面尺寸设计的小一些。一般将主流道做成圆锥体，内壁有 Ra=0.8m 以下的粗糙度，在内壁研磨和抛光时应注意抛光方向，不形成垂直于脱模方向的划痕，否则会发生脱出困难而造成成型中断。其中主流道设计时应注意以下两个注意事项2： 1.主流道工作时，与热的注塑机喷嘴接触，并与一定温度和压力的塑料融体反复接触，冷热交替，属易损件材料要求较高，所以主流道一般单独设计成可拆卸易更换的浇口套； 2.为便于主流道冷料顺利拔出和塑料融体的顺利流入，主流道通常设计成圆锥形，锥角为 26，表面粗糙度。umRa8 . 0主流道的尺寸及形式根据手册查得该型号注射机喷嘴的有关参数如下：喷嘴球半径 R0=12mm，喷嘴的孔径 d0=4mm，根据 R= R0+（12）mm，d=d0+（0.51）mm，故取流道的球面半径为14mm，取主流道的小端直径为 5mm，为了便于将凝料从流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为 13，将其换算成大端直径为 8mm，同时为了减少熔料的流动阻力，将其过渡部分做成 R1 的圆角。（1）主流道衬套的形式主流道衬套的形式如下图 11 所示。图 11.主流道衬套形式通过两个螺钉固定在定模坐板上，同时与刮料板采用过盈配合（2) 分流道的设计分流道的作用是把从主流道流入的熔料平稳地送到各个模腔外。它是主流道与浇口的中间连接部分，起分流和转向的作用，因此要求分流道的压力损失小、热量损失小等。分流道的形状和大小分流道的截面形状通常有圆形、梯形、半圆形和矩形。为了减少流道内的压力损失和热量损失，一般要求分流道的通导截面积最大，而散热的内表面积最小。其中圆形的效率最高，但由于圆形的加工制造困难，故选择分流道的截面积形状为半圆形。按推荐值娶分流道直径为 d=8mm2。分流道的表面粗糙度为了减少塑料流动时的摩擦，必须保证分流道的内表面粗糙度，故取内表面粗糙度为 1.6um。分流道的布局形式分流道的布局取决于型腔的布局，两者相互影响，其大致可分为平衡式和非平衡式。在本课题中分流道布局采用平衡式布局。（3）浇口的设计浇口是主流道、分流道与型腔的连接部分，即浇注系统的终端。一般这段很短的通道截面积很小，当熔融塑料流在高压下通过浇口时，因为浇口的截面积很小，使料流加速，而由于摩擦作用，又使料流的温度升高，黏度下降，提高了料流的流动性，有利于充满型腔，因此它是浇注系统设计的关键。根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用点浇口较为理想。由模流分析最终确定浇口尺寸为 1.2mm 角度 123，如下图 12 所示。图 12.浇口形式（4）冷料井和拉料杆的设计 冷料穴的底部常做成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出来和滞留在动模的一侧作用。常见的有一下三种结构：带钩形拉料杆的冷料穴带球头形拉料杆的冷料穴无拉料杆的冷料穴。5在本次设计中，模具采用 1 模 2，平衡流道布置结构，经上面 UG 软件分析塑件最佳进料位置，然后在该处进料可实现较理想的熔体充填模式，卡合扣处分子发生高度定向，使折合时强度大幅提高，还不会影响塑件外观质量，主流道采用圆形截面，分流道为半圆形截面。由于本设计采用点浇口，利用柱体单元命令创建浇注系统，主流道、分流道及浇口尺寸均采用系统默认值。创建完后，还需用网格工具的重新划分命令对这些单元进行网格划分，从而使之成为可供分析使用的流道。浇注系统创建如图14 所示。如下图 14 所示；图14 浇注系统3.2.4 成型零件的结构设计由于成型零的结构设计，当然是以成型符合质量要求的塑料制品为前提，但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本，成型零件成本高于模架的价格，随着型腔的复杂程度，精度等级和寿命要求的提高而增加。而对于成型零件又要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，达到足够的精度和适当的表面粗糙度（一般在 Ra0.4um） ，以保证塑料塑件表面的光亮美观、容易脱模。所以成型零件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。（1）型芯的结构形式 在本次设计中，为改善型芯的加工工艺和便于脱模，采用组合式型芯，小盖型芯和小型芯采用组合式结构不仅加工方便，同时在模具第二次分型时可以先抽出小型芯，降低了脱模阻力，有利于小盖的脱模；主管型芯与套管采用组合结构，解决了在型芯上加工窄槽的难题，在分级顶出时保证了塑件的强制脱模；如图 14 所示图 14 动模型芯组件（2）型腔的结构形式本次设计中，为保证塑件表面光滑和美观，型腔采用整体式结构。3.2.5 脱模推出机构的设计在注射成型每个循环中，塑件制品必须准确无误从模具的型芯或型腔上脱出。在设计顶出机构时要注意以下几个原则2：1.机构运动准确、可靠、灵活、并有足够的刚度、强度来克服脱模阻力。2.保证塑件不变形或不损坏。3.保证塑件良好的外观。4.顶出机构应平稳顺畅，灵活可靠。5.尽量使塑件留在动模一侧，以借助注塑机的开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。根据塑件表面质量要求 ，而且在塑件表面有字样，综合考虑，本课题采用推件板脱模。该脱模机构的特点：顶出均匀、力量大、运动平稳、塑件不易变形，表面无定出痕迹。由于塑件结构的特殊性，本设计中脱模机构设计非常关键。因为塑件收缩及内扣的设置，收缩力主要集中在内部型芯部分，采用推管推出塑件；为了强制脱模需设置让位缺口，这就要求推管设计成能同时成型该内部缺口的形式。考虑到推出的可靠性，采用机械杠杆式机构实现塑件在定模侧的推出。如图 15 所示， 图 15 脱模机构设计时要注意以下两点：（1）开模时顶出速度和分型速度的关系 当处分型时，滚动轴承拨动杠杆顺时针旋转下推杆实现小盖脱模。如果推杆顶出速度小于动、定模分型速度，铰链就有可能被拉断。如果顶出速度大于分型速度，将出现干涉现象，杠杆会折断。因此从理论上开模时顶出速度应与分型速度相等。（2）模具完全打开后顶出机构的定位与复位 完全开模后脱模机构状态如图 b 所示。在弹簧力作用下推杆复位将使杠杆逆时针旋转。为保证合模时顶出机构顺利复位，杠杆端部圆弧应最低 A 在水平方向的位置不能超过轴承回转中心轴线，应留一定间隙 S，否则无法合模。完全开模后杠杆逆时针旋转的限位由图示结构保证。3.2.6 合模导向机构设计塑料模闭合时为保证型腔形状和尺寸的准确性，应按一定的方向和位置合模，因此必须设有导向定位机构。导向定位机构主要有导柱导向装置，其主要零件是导柱和导套。51）导向装置的作用 导向、定位和承受一定的侧向压力。2）导向零件的设计准则： 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或者靠近边缘的部位。 根据模具的大小，来定模具导柱的数量。 为了便于塑料塑件的脱模，导柱通常安装于模具的动模或者定模。 当上模板与下模板采用合模时，导柱装配处直径应与导套外径相等。 各导柱、导套的轴线应保证平行，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。随着导柱和导套已经标准化和系列化了，导柱和导套的选择已经不是设计的重点。随着标准模架的选用，导柱、导套也随着配套选用。同时考虑到塑件精度要求较高，因此在推出机构上也采用导向装置。推板导柱和导套也标准化，在选用时只要选择合适的直径即可。3.2.7 冷却系统的设计冷却系统是指模具中开设的水道系统，它与外界水源连通，根据需要组成一个或者多个回路的水道。注射模具中冷却系统的作用有二：1） 带走高温塑料熔体在冷却定型过程中所放出的热量；2） 将模具温度控制在设定的范围内。在设计冷却系统时应注意以下几点：1.冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大。2.冷却水道与型腔表面的距离应尽量相等。3.冷却水道的出、入口温差应尽量相等。4.冷去水道沿着塑件的收缩方向设置。5.冷却水道的直径应在8-12。6.冷却系统的设计应防止漏水。通过计算，采用5根直径为8mm的冷却管道，采用串联冷却形式外接冷却水对模具进行冷却。如图16所示： 图16. 冷却系统布置3.2.8 排气系统的设计由于注塑模具的浇注系统和型腔中积存空气，同时注入型腔的熔融塑料逸出挥发性气体，必须设计排气系统将气体排出，否则将使塑件产生银纹，气孔及流动痕等缺陷。所以注射模的排气是模具设计中不可忽视的一个问题，特别是快速成型工艺对注射模排气的要求更加严格。注射模内的气体有一下几个来源：1.进料系统和型腔中存有气体。2.塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸汽。3.由于注射温度过高，塑件分解所产生的气体。 当模具排气不良时，气体受压缩作用而产生的反压力会阻止塑料融体的正常快速充模；而且，气体压缩产生的热量会使塑料烧焦。3.2.9 模架的选用根据型腔布局、浇注系统形式、成型零件结构、推出机构、冷却系统的设置要求，然后根据设计手册【6】选型模架。如下图17所示： 图17 标准模架3.3 型芯型腔的工作尺寸计算型零件工作尺寸计算均采用平均法计算。材料的收缩率为 1.0%3.0%【3】 ，故平均收缩率为 Scp=（1.0+3.0）%/2=2%，模具制造公差取 Z=/3。类别塑件尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸3911. 0054.392509. 0026.254413. 0064.44508. 0076. 41607. 0008.16107. 0078. 0304. 0091. 25004. 0076.50404. 0084. 34208. 0060.428408. 0044.85R407. 0090. 3R型腔径向尺寸R1008. 0096. 9R1009. 026. 13009. 030. 32007. 028. 25007. 034. 522007. 068.2231008. 086.3186009. 096.8750009. 024.50型芯径向尺寸R10009. 044.10ZCPSSMSLLL043)%(043)%(ZCPSSMSLLLR15007. 054.15R13009. 076.13R14009. 052.14R19011. 062.191011. 0041.10921. 0097. 8121. 0081. 01319. 0005.13型腔深度尺寸507. 0079. 49009. 039. 9151009. 023.1544008. 029. 411009. 043.113009. 027. 3型芯高度尺寸36009. 083.31注：表中公式按模具设计手册查得表 2.型腔、型芯工作尺寸计算3.4 注射机有关参数的校核模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的 80%以内。校核公式为：ZCPSSMSHHH032)%(032)%(zCPSSMShhh mmnm%8021式中 -型腔数量n -单个塑件的体积（）1m3cm -浇注系统所需塑料的体积（）2m3cm 本设计中：n=2 754.25754.25 =5.125.12 1m3cm2m3cmM=2X754.25754.25+5.125.12X1.06=1589.061589.06g注塑机额定注塑量为 3619g 3619X0.8=2895.2g1589.061589.06g注射量符合要求3.5 注塑工艺条件的确定注塑工艺条件为：料筒温度：后段 160180、中段 180200、前段200220，喷嘴温度 170180，注射压力 70100MPa，模具温度 8090，螺杆转速 48r/min。3.6 绘制模具总装图图 18.灯罩注射模主视图 图 19. 灯罩注射模左视图图 20.灯罩注射模俯视图3.7 模具动作原理模具工作工程为:动模板开模，滑块开，取产品，闭模。4 注射机模具材料选择注射机模具材料选择为了防止模具在热处理后产生变形，从而影响模具的精度。对于一些较精密的零件可采用预硬型塑料模具钢。这种模具刚预先进行调质处理，在切削加工后不再进行热处理而直接进行使用
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