罩盖注射成型工艺及模具设计-锥形盖注塑模【含10张CAD图纸+PDF图】
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毕 业 设 计 说 明 书毕业设计题目：罩盖注射成型工艺及模具设计系 部： 材料工程系 专 业： 模具设计与制造 班 级： 模具144 学生姓名： 樊芝琳 学 号： 141304438 指导教师： 翟德梅 2017年 4月 20日目 录1 绪论.11.1 国内模具的现状和发展趋势.21.2 国外模具的现状和发展趋势.31.3 注射模.41.4 设计题目.52 塑件的工艺性分析.7 2.1塑件的原材料分析.7 2.2塑件的结构工艺性分析.7 2.3塑件的尺寸精度分析.8 2.4塑件表面质量分析 .83 成型设备选择与校核 .9 3.1注塑机的初选.9 3.2注塑机的校核与终选.9 3.3塑件模塑成型工艺参数的确定.104 注射模的结构设计.12 4.1分型面的选择.12 4.2型腔数目的确定及型腔的排列.14 4.3浇注系统的设计.14 4.4型芯、型腔结构的确定.175 成型零件尺寸计算.196 冷却系统的设计.20 6.1冷却直径和位置 .20 6.2冷却介质 .207 模架的尺寸 .218 排气系统的设计.229 导向与定位结构的设计.2310 推件方式的选择.2411 结束语.25致谢.25参考文献.26 1绪 论 塑料成型是将各种形态的塑料原料（粉状、粒状、熔体或分散体）熔融塑化或加热达到要求的塑性状态，在一定压力下经过要求形状模具（如挤出口模）或充填到要求形状模具模腔内，待冷却定型后，获得要求形状、尺寸及性能塑料制件的生产过程。 模具：是材料成型加工中的工艺装备，它是利用其特定形状去复制成型或复制加工具有一定形状和尺寸制件的工具。 塑料模具：是成型塑料制件的工艺装备或工具 分类（根据成型工艺方法）：注射模具 、压缩模具、传递模具、挤出模具、中空吹塑模具。 在各行业的材料加工中广泛使用着各种模具，例如塑料、橡胶制品成型使用的塑料模具、橡胶模具；金属铸造成形使用的砂型或压铸模具；金属压力加工使用的锻压模具、冲压模具；玻璃、陶瓷制品加工使用的玻璃模具、陶瓷模具等。利用模具加工成形的零件或制品具有生产效率高、质量好、节约原材料和能源、成批大量生产时成本低等优点，因此，模具已经成为现代工业生产中重要的工艺装备。 一种用于压塑、挤塑、注塑、吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具，它主要包括由凹模组合基板、凹模组件和凹模组合卡板组成的具有可变型腔的凹模，由凸模组合基板、凸模组件、凸模组合卡板、型腔截断组件和侧截组合板组成的具有可变型芯的凸模。模具凸、凹模及辅助成型系统的协调变化。可加工不同形状、不同尺寸的系列塑件。塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。 随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，塑料产品的用量也正在上升。 塑料模具是一种生产塑料制品的工具.它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。 一般塑料模具由动模和定模两部分组成，动模安装在注射成型机的移动模板上，定模安装在注射成型机的固定模板上。在注射成型时动模与定模闭合构成浇注系统和型腔，开模时动模和定模分离以便取出塑料制品。 模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是基本结构是一致的。模具主要由浇注系统、调温系统、成型零件和结构零件组成。其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。 浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。 我国塑料模具在高技术驱动和支柱产业应用需求的推动下，形成了一个巨大的产业链条，从上游的原辅材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业，塑料模具发展一片生机。1. 1国内模具的现状和发展趋势 据中国模具工业协会统计，2010以来，我国模具出口增幅连续四年超过20%。由于国际市场需求疲软，2014年模具出口增幅降至9.35%。 中国模具制造行业产销需求预测与转型升级分析报告数据显示，2015年一季度，我国模具出口同比增长3.09%，增幅进一步放缓，预计全年出口增幅比去年将进一步回落;同期模具进出口和进口出现了自2009年以来的首次“季度负增长”，市场不确定因素增加。 模具素有“工业之母”美称，目前我国模具企业达3万家，年产值达2200亿元人民币，年出口接近50亿美元，已成为模具制造大国和模具贸易大国。我国模具出口增幅持续放缓，除了受制国际经济形势外，还说明模具产业国际竞争力不足。 2014年以来，虽然国际模具市场整体呈现萎缩，但以精密模具为代表的高端市场仍有较大需求，但由于我国中高端模具“自配率”不足60%，大大制约了国际高端市场开发。 我国正逐步从模具生产大国迈向模具制造强国。就国内市场来说，模具产业产需两旺，企业投资热情高涨，较大的技改项目和新建项目不断出现。另外，产业集群建设不断加快，在政府优惠政策的扶持下，已具有相当规模的模具城(或模具园区、集聚生产基地等)全国已有100多个，正在建设、筹建或规划建设的还有十多个。有些地方还在发展模具联合体及虚拟制造，这些也有类似于集群化生产的一些优点。 对国外市场，我国的模具产业表现同样出色。模具行业在传统市场稳步前进的同时积极开拓新兴市场，甚至是过去被忽略的边缘市场也得到了开发。在LED照明与显示、轨道交通、医疗器械、新能源、航空航天、汽车轻量化，轨道交通等各个领域发展的带动下，我国模具业水平明显得到提高，这些因素使得模具市场开拓成效显著。据统计，我国的模具已出口到170多个国家和地区，可谓战果辉煌。1.2国外模具的现状和发展趋势 国外注塑模具制造行业的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品质量及生产效率。国外发达国家模具标准化程度达到70%80%，实现部分资源共享，大大缩短设计周期及制造周期，降低生产成本.最大限度地提高模具制造业的应变能力 满足用户需求。模具企业在技术上实现了专业化，在模具企业的生产管理方面，也有越来越多的采用以设计为龙头、按工艺流程安排加工的专业化生产方式，降低了对模具工人技术全面性的要求，强调专业化。 国外注塑成型技术在也向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。因此，模具向高精度复杂、多功能的方向发展。例如：组合模、即钣金和注塑一体注塑铰链一体注塑、活动周转箱一体注塑；多色注塑等；向高效率、高自动化和节约能源，降低成本的方向发展。例如：叠模的大量制造和应用，水路设计的复杂化、装夹的自动化、取件全部自动化。1.3 注射模 包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。压缩成型方法根据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在103108），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热，高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学性能很高的树脂镜片，轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑模具制造所用材质与注射模具基本相同。 塑料模具的工作条件与冷冲模不同，一般须在150C-200C下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。现根据塑料成型模具使用条件、加工方法的不同将塑料模具用钢的基本性能要求大致归纳如下： 1、足够的表面硬度和耐磨性塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，经过热处理的模具应有足够的表面硬度，以保证模具有足够的刚度。模具在工作中由于塑料的填充和流动要承受较大的压应力和摩擦力，要求模具保持形状的精度和尺寸精度的稳定性，保证模具有足够的使用寿命。模具的耐磨性取决于钢材的化学成分和热处理硬度，因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。 2、优良的切削加工性大多数塑料成型模具，除EMD加工外还需进行一定的切削加工和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，提高切削性能，减少表面粗糙度，塑料模具用钢的硬度必须适当。 3、良好的抛光性能高品质的塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.10.25的水平，光学面则要求RaLLDPEHDPE，其他力学性能LDPELLDPE608KN，满足要求。3.2.6注射压力的校核公式： Pmax KP0 Pmax注射机的额定注射压力(Mpa) ； P0注射成形时的所需调用的注射压力(Mpa) ； K安全系数 将数据代入公式得： KP0=1.380=104 MPa Pmax=130Mpa 满足要求。结论：选取螺杆式注塑成型机XSZY250完全符合本模具的使用要求3.3 塑件模塑成型工艺参数的确定LDPE注射成型工艺参数见下表,试模时,可根据实际情况作适当调整 工艺参数 规格 工艺参数 规格 预热和干燥 温度t/: 80-100成型时间/s注射时间 20-60时间/h: 1-2高压时间 0-3料筒温度t/ 后段 160-180冷却时间 20-90中段 180-200总周期 50-160前段 200-220螺杆转速n/()48喷嘴温度t/ 140-160后处理 方法 红外线灯 烘箱 模具温度t/ 50-90温度t/ 70注射压力p/Mpa70-100时间/h2-44 注射模的结构设计 注射模结构设计主要包括: 分型面的选择、模具型腔数目的确定及型腔的排列、浇注系统设计、型芯、型腔结构的确定、推件方式、侧抽芯机构的设计、模具结构零件设计等内容.模具设计和制造与塑料加工有密切关系。塑料加工的成败，很大程度上取决于模具设计效果和模具制造质量，而塑料模具以正确的塑料制品设计为基础。 塑料模具设计要考虑的结构要素有： 分型面，即模具闭合时凹模与凸模相互配合的接触表面。它的位置和形式的选定，受制品形状及外观、壁厚、成型方法、后加工工艺、模具类型与结构、脱模方法及成型机结构等因素的影响。 结构件，即复杂模具的滑块、斜顶、直顶块等。结构件的设计非常关键，关系到模具的寿命、加工周期、成本、产品质量等，因此设计复杂模具核心结构对设计者的综合能力要求较高，尽可能追求更简便、更耐用、更经济的设计方案。 模具精度，即避卡、精定位、导柱、定位销等。定位系统关系到制品外观质量，模具质量与寿命，根据模具结构不同，选择不同的定位方式，定位精度控制主要依靠加工，内模定位主要是设计者充分去考虑，设计出更加合理易调整的定位方式。 浇注系统，即由注塑机喷嘴至型腔之间的进料通道，包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。特别是浇口位置的选定应有利于熔融塑料在良好流动状态下充满型腔，附在制品上的固态流道和浇口冷料在开模时易于从模具内顶出并予以清除（热流道模除外）。 塑料收缩率以及影响制品尺寸精度的各项因素，如模具制造和装配误差、模具磨损等。此外，设计压塑模和注塑模时，还应考虑成型机的工艺和结构参数的匹配。在塑料模具设计中已广泛应用计算机辅助设计技术。4.1 分型面的选择 注塑模具分型面的选择原则 选择模具分型面时，通常应考虑以下几项基本原则。1 模具分型面应选在塑件外形最大轮廓处 塑件在动，定模的方位确定后，其模具分型面应选在塑件外形的最大轮廓处，否则塑件会无法从型腔中脱出，这是最基本的选择原则。2 模具分型面的选择应有利于塑件顺利脱模 由于注塑机的顶出装置在动模的一侧，所以模具分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，这样有助于在动模部分设置的推出机构工作，若在定模内设置推出机构就会增加模具的复杂程度。3 模具分型面的选择应保证塑件的精度要求和外观质量 模具分型面不能选在塑料之间的光滑表面和外观面，以免影响制件的外观质量。对于塑料制件要求同轴度较高的部分，选择模具分型面时最好将它们设置在模具的同一侧塑腔内。4 模具分型面的选择应有利于模具的加工 通常在模具结构设计中，选择平直分型面居多。但为了便于模具的制造，应根据模具的实际情况选择合理的分型面。5 模具分型面的选择应有利于排气 模具分型面是模具结构中主要的排气渠道，应尽量设置在塑料融体流动方向的末端，并且与浇注系统的设计应同时考虑，便于模具型腔内的气体排出。 该塑件为工业用圆盖塑料,对其表面质量没有什么高的要求,只要求外径没有明显的斑点及熔接痕.在选择分型面时,根据分型面的选择原则,考虑不影响塑件的外观以及成型后能够顺利取出制件,有以下几种方案:由分型面选择原则，选择第4个方案，不影响零件外观质量，抽芯在动模构简单，1和3方案抽芯在定模，抽芯机构复杂，应当避免定模抽芯4.2型腔数目的确定及型腔的排列 注塑模型腔数目的确定是模具设计关键的一个步骤，也是理论上充满矛盾的一个地方 矛盾一：降低制造成本、提高产量与保证产品精度之间的矛盾 矛盾二：常用的型腔数目确定公式中需要流道凝料的体积（或质量）与型腔数目尚未确定，无法得到流道凝料体积（或质量）矛盾 矛盾三：大量的计算所需的时间与较短的模具设计周期的矛盾 以下我介绍一些我对这些矛盾的看法 模具型腔数目的确定和诸多因素相关，如塑件结构特点、精度、批量大小、模具制造难度、浇注方式、浇注平衡考量、模板尺寸、顶出系统结构、冷却系统等 一般来讲设计人员会根据自己公司标准、经验以及客户的要求等快速的确定型腔数目及排布， 如若采取直接浇口、环形浇口、轮辐式浇口等浇口类型时，只能采用一模一腔。另外对于大型薄壁或深型腔的产品也通常采用一模一腔结构 该塑件采用一模一件成型,所以,型腔布置在模具的中间.这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡.4.3浇注系统的设计 浇注系统的选择是模具设计的一个重要环节。设计前首先对塑件的采用的材料和几何形状，机床设备可能产生的缺陷，以及填充料等做一全面的分析。分型面的选择与浇注系统有密切关系。一般浇注系统色设计根据以下几个原则-一。能顺利的引导塑件注入到行腔各个部位且在填充过程中不致产生涡流或紊乱，使型腔内气体能顺利排出二。应选择最短流程以缩短填充时间三。尽量避免直接撞击型芯嵌件四。应尽量减少弯折，有较高光洁度五对于一模多腔时应尽量与模板中心对称六。进料口位置与形状应结合塑件的形状和技术而确定七。浇注系统的容积应取最小值还有对与一模多种产品是应考虑把误差最小的放一个模具内，对与有要求的产品要多方位的考虑交口的成行方式。(1)主流道设计 a、主流道尺寸主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。 根据手册查得XS-ZY-250型注射机喷嘴的有关尺寸: 喷嘴球半径:R0 =18mm 喷嘴孔直径:d0 =4mm 定位孔的直径：125mm 主流道通常设计在浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角为26.，内壁表面粗糙度Ra小于0.4um，小端直径d注射机喷嘴直径大0.51mm，小端直径D一般取36mm。现取锥角a=4。，小端直径比喷嘴直径大1mm套一般采用碳素工具钢材料制造，热处理淬火硬度5055HRC。由于小端的前面是球面，其深度为35mm,这里取3mm，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大12mm。浇口套与模板间配合采用H7/m6 。 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5mm。主流道的长度由定模座板和定模板厚度确定，一般L不超过60mm。 b、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，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。常用浇口套分为浇口套、定位圈整体式和浇口套与定位圈单独分开两种(下图为后者)，由于注射机的喷嘴球半径为18mm，所以浇口套的为R22mm。根据模具主流道与喷嘴的关系： R=R0+（12）mm D=d0+(0.51)mm 取主流道的球面半径R=20mm 主流道的小端直径d=5mm 设计如图c、主流道衬套的固定 因为采用的为分开式,所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈的外径为125mm，内径35.5mm。具体固定形式如下图所示： (2)分流道的设计 分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关.该塑件的体积比较大但形状并不复杂,且壁厚均匀,可以考虑采用多点进料的方式,缩短分流道的长度,有利于塑件的成型和外观质量的保证.从便于加工的方面考虑,采用截面形状为半圆形的分流道.查有关的手册,选择R=2mm. 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6m左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。(3)浇口设计 a. 浇口形式的选择 由于该塑件外观质量要求不高,浇口的位置和大小还是要不能太影响塑件的外观,同时,也应该尽量使模具结构简单.根据对塑件结构的分析及已确定的分型面的位置，选择点浇口主要用于圆筒形制品或中间有孔的制品,它可使进料均匀,在整个圆周上进料的流速大致相同,空气容易顺序排出,同时避免了侧浇口的型芯对面的熔接痕,但是浇口凝料去除困难,需要切削加工或冲切法去除. b、浇口位置的选择 模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则： 尽量缩短流动距离。 1浇口应开设在塑件壁厚最大处。 2必须尽量减少熔接痕。 3应有利于型腔中气体排出。 4考虑分子定向影响。 5避免产生喷射和蠕动。 6浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 注意对外观质量的影响。 根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，进浇点的分流道开型芯台阶上。4、型芯、型腔结构的确定 整体式型腔是直接在一整块材料上加工而成的凹模即为整体式凹模(如上图a),其特点是牢固,不易变形,有较高的强度和刚度,成型的塑件表面不会有模具接缝痕迹.当塑件结构简单时,制作整体式凹模比较容易，所以选择整体式型腔。型腔尺寸和设计如下：型芯设计如下：5成型零件尺寸计算 该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算.查有关手册得PP的收缩率为Q=13,故平均收缩率为Scp=(1+3)/2=2;根据塑件尺寸公差要求,模具的制造公差取塑件公差的1/4,即Z=/4。类别塑件尺寸计算公式型腔型腔计算160Lm=(Ls+Ls*Scp-3/4）0+z168040410Hm=(Hs+Hs*Scp-2/3）0+z1060-0.74060-0.740型芯计算20lm=(ls+ls*Scp+3/4）-z02154153hm=(hs+hs*Scp+2/3）-z03中心 距120Cm=(Cs+Cs*Scp）/66 冷却系统的设计6.1 冷却的直径和位置在满足冷却所需要的传热面积和模具结构允许的前提下，冷却直径尽量大，冷却水道孔边与型腔表面之间的距离一般大于10mm，冷却水道应易于加工和清理，因此直径一般不小于8mm，这里取16mm。6.2冷却介质LDPE属于流动性较好的材料，其成型温度及模具温度分别为200220和5090。所以模具温度初步选定为70，用常温水对模具进行冷却。 7 模架的尺寸 塑料模具型腔在成型过程中承受着塑料熔体的高压,如果侧壁或底板的强度不足,则可能产生开裂,如果强度不足,则可能产生过大的变形,造成溢料,使脱模困难,型腔侧壁和底板厚度的计算方法有强度计算和刚度计算两种,一般情况下,大尺寸型腔刚度不足是主要问题,应按刚度条件计算,小尺寸型腔强度不足是主要问题,应按强度条件计算. 根据制件的尺寸分析,本制件的成型型腔属于较大尺寸,所以应按刚度来计算,而型腔采用的是整体式,根据型腔的材料和经验,壁厚应5080mm由此按经验参考标准模架相关资料估计出各板尺寸 ： 定模座板：400x330 x32mm 型腔板：364x330x67mm 推件板：364x330x32mm 型芯固定板：364x330x32mm 支承板：364x330x50mm 推杆固定板：277x330x35mm 推板：277x330x35mm 图如下8排气系统的设计该塑件由于采用点浇口进料熔体经塑件上方的台阶向下充满型腔，所以型腔顶部不会造成憋气现象，气体会沿着分型面和型芯与推件之间的轴向间隙向外排出，所以不需另进行设计。9导向与定位结构的设计 注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈与注射机相配合，使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。10推件方式选择因为塑件是罩子、壳体形，适合用推件板推出机构，推件板借助于动、定模的导柱导向；故导向方便可靠，推件板不必另设复位机构，在合模过程中，推件板依靠合模力的作用而复位。这种机构的特点是，在制品的整个周边进行推出，因而脱模力大而均匀，运动平稳，无明显推出痕迹。推杆的设计，一般的直径为1525mm，长度大于60mm，与推杆孔的配合可采用H7/f7或H8/f8，一般的推杆形状为，如下图：11结束语通过本次的塑料注射模具的设计，加深了我对所学的专业课程塑料模具设计等的了解和掌握，系统地整理了我们在大学所学的专业知识并进一步运用到这次的设计实践中，提高了我的专业知识水平以及动手能力。在这次的注射模具的设计中，基本知道了注射模设计的步骤通过对本次的注射模设计，掌握了注射模的整个设计流程，了解了
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