毕业设计（论文）-纯净水瓶盖注塑模具设计矿泉水瓶盖

第一章绪论1.1注塑模具的简介随着科学技术与工业技术的不断进步与更新，注塑模具在机械工业中占用不可动摇的地位，特别现在的电子产品时代的更新，越来越多的塑料产品进入我们的生活中，新的产品出现于更新换代越来越频繁，比如我们常用的汽车仪表类产品、电子通讯类产品，更是达到了前所未有的高度，2010年之后，我国的整体国民经济状态发生了更大的改变，消费能力有了很大的提高，购买能力大幅的提升刺激了消费水平的提高，同时也促进了现代工业的生产，迫使现代制造业制造更快、更好的生产出符合时代的工业产品。塑料产品在汽车仪表、电器电子、医用救援、工程器械等领域有更大的提高，注塑模具是机械行业与材料工程中发展最快的领域其中一个板块。塑料材料是高分子材料工程领域中的一种，塑料材料有不可替代的特点，他的密度不大，质量比较轻便，强度和刚度也较好，而且很多高分子塑料还具有绝缘性能，能够替代传统的金属材料，无机非金属材料。塑料材料在一定温度下融化，比金属材料熔点更低，成型更容易，采用塑料材料以及注塑模具生产和制造的塑料具备了生产效率高，质量稳定，精度高，工程造价便宜，可以实现大批量连续生产。而且注塑模具的生产设备注塑机相对于其他金属材料的制造设备更小。因为具备了上述所有优点，所以越来越多的塑料产品进入我们的生活中，注塑模具的发展水平，是衡量一个国家的工业制造水平的重要标志之一。目前国内的高端模具市场主要分布在珠三角与长三角一带，也就是人们常说的东莞深圳珠海一带和江苏浙江宁波一带，这些沿海前沿一带，大量的模具制造企业，对应的模具水平也比较高。但是从2019年后，国内的模具企业面临一个重要问题，就是人才短缺，虽然大型进口加工制造设备能够更好的服务于模具制造企业，但是对应的技术工程师缺越来越少。在机械制造设备的升级改善大环境下，中国的模具制造企业在最近五年有很大程度的告诉发展。这个行业不停的加入创兴型企业，各种资本领域也进入模具制造业中，其中比较典型的就是外资企业、台湾企业、香港企业的进入或者合资成立。创新型企业再次进驻模具制造业行，实现了模具制造的细分在机械制造设备的升级改善大环境下，中国的模具制造企业在最近五年有很大程度的高速发展。这个行业不停的加入创兴型企业，各种资本领域也进入模具制造业中，其中比较典型的就是外资企业、台湾企业、香港企业的进入或者合资成立。创新型企业再次进驻模具制造业行，实现了模具制造的细分类目，将以前统一的模具企业，细分分注塑模具，冲压模具，压铸模具，挤出模具，快速成型模具，吸塑模具等等，不断是实现模具制造的类目的细分，有利于实现专业领域的技术提高与成长，增强了企业竞争力，同时对细分类目的模具工程师提出了更好的要求，其中包括细分模具类目的专业机加车间的钳工、铣工、装配工，数控加工车间的电火花操作工、CNC数控加工中心高阶编程工程师与操作技师，线切割编程高阶人员与操作技术员。同时，政府机构与相关人力资源教育评审机构，对模具类从业人员进行了更加严格的职业技能鉴定，使得具备专业职业技能的高层次人才更加专注各自领域。模具是机械、材料、汽车、家电、电信、日用生活中最基础的生产制造工艺装备，属于轻工业中科技水平较高层次的产品，而且高级模具一般属于综合性设计学科。一般模具工程师主要完成工作量为：数字化二维工程图绘制，三维模具建模设计，模具数字化分析与各类型运动仿真和CAE有限元分析。可见现在的模具的专业技术层次是越来越高。1.2注塑模具发展国内外现状塑料产品是采用高分子树脂材料通过注塑模具与注塑生产工艺制造的产品。塑料产品具备有质量轻便，抗酸碱盐性能好，耐腐蚀性好，有一定的弯折性能，而且绝缘不导电。国内现在越来越多的采用塑料制品来替代原来的其他产品，更多的进度我们的日常生活中。2010年之后，随着国内工业技术的变革创新，机械工业水平的提高，对应的注塑模具产业有的快速的增长，大约每年的注塑模具增长速度在10-16%之间，我国的注塑模具从发展起步至今，经过约50年的进步，有了较大的改变，技术水平有了很大的提高，特别是在近几年的家用汽车普及、家用电器增长、电子电信日用消费子的快速发展，在沿海前沿地带形成了以珠三角与长三角一代的专业模具企业区域，逐渐向高精尖领域发展。塑料模具的发展将会比冲压模具、压铸模具等其他模具的发展更快。国内模具逐渐往高精度、高质量、超大型、超长寿命，缩短制造周期，降低制造成本，高效率方向发展。新的计算机辅助设计技术，将会极大的改善模具制造企业的专业技术层次，应用领域与设计范围将会实现不断的扩大，不同类型的模具将会越来越多，创新性越来越多，效益会越来越好。自动化程度和标准化程度或逐步提高。国外高级注塑模具技术与工艺制造装备主要集中在美国、德国、法国为主的欧美系，与日本、韩国为主的日系中。国外注塑模具的设计、制造、成型技术向着多工位化、高效自动化，超低成本方面发展。现在，国外的模具制造企业，能够感受到我国模具制造业的崛起所带来的国际环境变化，更多的中国模具进入国际市场领域。占有原来欧美日韩的市场蛋糕，预计到2020年，我国将有可能成为全球范围内最大的注塑模具供应区域，国外的模具制造周期只有国内模具制造周期的46-52%之间。但是国外的模具制造成本却又中国模具制造成本的130-300%之间，成本可以达到我国成本的三倍之多，我国的人工劳动成本优势是国外人工劳动成本的1/3左右，对国际市场上的客户产生了深远影响，2015年之后，德国与日本的整体模具总造价降低了10-20%之间，这和国内的注塑模具技术发展有密不可分的关系。显然在不远的将来，随着国内工业化程度的不断提高，国内模具制造业在国外会有意想不到的市场。1.3国内模具的优劣势国内模具制造企业优势是地域集中，能够实现高度的群体效益，国家政策扶持引导企业自主创新，给与国内模具制造企业技术性的经济补贴。还涉及到的出口模方向，国家也给与了模具企业对应了关税政策优惠。这将大大提高制造企业的积极性，促进模具行业向前发展。国内模具制造企业的劣势是各个企业之间各自为政，没有形成统一的产业联盟，国内模具的标准化进程与自动化进程还较低，与发达国家机械工程模具有较大的差距，相关核心技术与工业制造装备机床很多需要从国外进口，技术在某些大型模具领域上，不能独立完成，还需要国外专业技术人员指导操作。我国的注塑模具在设计与制造的环节和国外的发达国家相比较而言，还有一定的差距，一直在模仿德国、美国、日本等国家的制造经验。通过发达国家的实际经验学习，能够快速的弥补我国注塑行业的不足之处。1.供给不均匀我国的发展区域主要是珠三角和长三角区域、这里的技术比较前沿一些，相关的技术和资源、工艺装备方面，在这两个区域供给就比较方便，如果是其他地域的注塑模具，就会存在供给困难，这样就造成了沿海地带可以制造大型的、精密的、高强度、高寿命的模具，而其余地域的模具只能做一些低端的、粗糙的模具。非沿海地带的模具制造企业在技术和工艺生产装备上的提高更多的是依靠沿海地带和国外资源配给，这就造成了供给不均匀的现象。2.人才资源以及科研能力弱模具行业是技术性行业，对人才的需求非常高，一个好的模具设计工程师，在设计环节就能极大的节约制造成本，如何上加工制造更加简单，需要从设计的源头上着手，随着越来越多的高精密模具的诞生，对复合型人才的需求也就越大，不然需要高级的模具从业人员需要具备专业水平，还需要具备相关其余辅助知识与管理知识，而高级的模具钳工技术人才，也是企业装配调试环节重要的组成之一，人才资源的培养与技术攻关在我国都现在比较薄弱一些。其次，在科研能力上，我国制造业虽然一直在稳步的增长，但是与我国在高铁运输，工程基建上相比，明显跟不上科研技术的投入，科研能力较弱，如果能投大力投入科研经费和科研人才的培养，那么必然可以提高模具制造行业的人才综合水平。3.标准化和自动化程度低我国长时间需要依靠国外的一些精密标准件，以及自动生产线来实现模具的自动化生产。模具企业之间各自经营，没有形成一个整体的合作企业，每个企业都去开发适合自己企业的一些标准件，而没有一个行业去合作统筹实现整个行业的标准化进程，与国外的模具标准化自动化企业相比，差距非常大，比较难去完成大型精密模具的设计与制造任务，和国际ISO标准的模具制造企业有较大的差距，对整个模具制造周期与模具成本的控制也比较困难。能够实现整个模具制造行业的标准化和自动化进程是非常重要的。1.4注塑模具生产制造原理注塑模具一般采用刚性材料来制备，注塑模具的制造环节，一般是采用刚性材料在对应的机床上进行加工的，机械工的机床包括有车床、铣床、数控CNC机床、EDM电火花机床、WEDM线切割机床、磨床、以及钳工装配、省模抛光环节。模具的制造精度根据产品的不同而采用不同的精度等级来制造，而随着精度等级的提高，必然的需要对机械机床的精度要求更好，一般精度等级的机床精度在0.02mm左右，而高精度的机床精度可以达到0.005mm左右。注塑模具的制造基本可以采用常用的机械加工机床来实现。注塑模具的生产一般采用的是注塑机来实现，注塑机一般有卧式注塑机、立式注塑机、双色注塑机等，根据注塑机的吨位的不同，对应的有小、中、大、超大型注塑机。通过把注塑模具安装在注塑机上，然后注塑机的料斗进料，经过注塑机的蜗杆旋转和加热融化，把高分高压下的融化原料注射进模具的型腔里面，经过充填、保压、冷却后固化成型，然后通过注塑机后面的顶棍把塑件顶出脱模，完成注塑生产。注塑生产质量稳定，生产效率高，能够实现大批量生产。1.5本课题研究内容1.根据塑件图完成测绘和建模，绘制塑件的二维工程图和三维模型。2.分析塑件结构，选择合适的材料，进行结构方案的确定。3.选择分型面，确定出模数量，根据塑件确定浇口的类型，完成成型系统设计，确定模具整体方案。4.确定模具整体方案之后，进行注塑机的选择与校核。确定注塑工艺。5.完成模具结构的各类计算与校核。6.采用AutoCAD绘制注塑模具的二维总装图、非标零件工程图，采用三维软件完成整套模具的三维建模。7.设计完成的模具需要满足实践生产需求。第二章塑件工艺分析与材料的选择2.1塑件工艺分析根据已知塑件的结构分析，如下图2.1所示，采用三维建模完成塑件的模型绘制，该塑件的结构属于中等难度，该塑件尺寸不大，壁厚比较均匀，适合采用注塑模具生产和制造，塑件的生产批量为中等批量注塑成型生产，精度等级可以采用一般精度等级。塑件整体外形呈现一个圆形壳体形状，在塑件的内壁有螺纹，需要采用螺纹型芯旋转脱模，在设计的时候要重点注意。图2.1塑件三维模型图2.2塑件材料的选择2.2.1塑料的特点该塑料适合采用PP高分子材料，该塑料为热塑性材料中的一种，查材料的物性表分析PP的性能指标可以得得知，该材料吸水性小，有一定的强度和刚度，绝缘不导电，耐磨，抗弯折性能好，对于成型塑件的的壁厚不能取太大或者太小，一般PP材料的壁厚取值可以采用1-3mm之间，脱模斜度取1-5°范围值均可。PP材料的综合性能良好，价格也不贵，所以应用非常广泛。2.2.1PP的技术指标PP材料的技术参数如下所示：收缩率：1.0175比重：0.904g/cm³熔融温度：230-275℃成型温度：15-65℃成型压力：105-125Mpa射速：高速注射2.2.3PP的注塑成型工艺参数PP材料的成型工艺参数中主要的几个要求就是注射温度，模具温度，注射压力，注射速度这几个参数。注射的温度就包含了料筒的温度，料筒分为前中后三段的温度，和喷嘴的温度，需要通过查表，了解其基础工艺温度，然后结合塑件与模具的实际情况来调节注塑机的温度。模具的温度可以通过在模具上面设置冷却水道，根据水温高低，控制水流大小流速来实现，保证模具的整体温度在一个可控的范围内，能够与实现注塑生产的稳定性。最后通过材料物性表控制注射的压力和射速，来进行较好的工艺生产。以下为该材料的基础成型工艺参考内容。注塑机类型：螺杆式螺杆转速：35-65r/min料筒温度：后段：195-200℃；中段200-210℃；前段210-220℃喷嘴温度：220-225℃预热温度：50-60℃注塑压力：75-95Mpa注射时间：15-20S冷却时间：20-50S2.3PP材料的应用PP材料主要应用领域在汽车、电子电信、电器仪表、装饰件、工程件、办公设备、家用电器外壳、装饰工程配件、食品包装、食用水管道、各类小型家电设备，大中小型玩具外壳和配件等诸多领域。在生活中是难以替代的塑料材料。PP具有很好的综合性能以及非常好的二次加工能力，可以在塑件的表面进行表面喷涂，电镀，钻孔加工，丝印，移印等，在该材料中增加和改变不同的成分，可以变成不同的改性材料，该材料的延伸改性材料在日常生活中已经是非常常见的的材料之一，在众多的材料中脱颖而出。2.4塑件的体积与质量本次设计中，采用三维软件进行了塑件模型的建立，可以通过三维软件直接测量得到塑件的体积，如下图2.2所示。图2.2塑件的体积测量然后根据质量公式：M=PV计算得到塑件的质量M=PV=0.904g/cm³x2.5cm3=2.26g。2.5塑件壁厚的分析塑件的壁直接影响的注塑成型的质量，通过三维软件分析塑件壁厚在1-2mm之间，满足材料一般注塑成型要求。图2.3塑件的平均壁厚第三章模具结构方案的确定3.1出模数量与型腔布局为保证注塑模具与生产能力之间互相适应，提高生产能力和效率，以及保证合理的经济指标能力，注塑模具在设计的同时需要考虑模具的出模数量，一般有以下几种方法结合经济指标确定型腔数量；结合注塑机的额定注塑量来确定型腔数量；结合注塑机的锁模力来确定型腔的数量；结合塑件的精度等级来确定型腔数量；通过分析本次设计的塑件，该塑件尺寸不大，塑件结构难度为中等难度，精度等级要求一般，经济性要求合理，然后考虑后续的模具结构设计形式，注塑机的参数能综合性，本次设计采用一模四腔的结构形式，其型腔结构布局如下图所示。采用对称布局的结构形式，保证注塑充填的均匀性。图3.1模具结构布局形式3.2分型面的设计3.2.1分型面设计的原则分型面一般指的是模具型芯和型腔之间随着动模和定模打开之后的面，分型面得到位置直接影响着塑件的结构形状，模具分型面的有时候还会开设排气槽，或者有滑块抽芯机构等。分型面的设计原则可以按照如下几点综合考虑：方便塑料产品的脱模：开模具打开时候，产品要尽可能的留在动模上面。方便抽芯机构的实现，一般还要考虑模具上时候需要设计滑块抽芯机构。保证塑料的外观和表面质量不受影响，特别是外观需要光滑或者是镜面的产品。保证塑料产品的尺寸和精度的等级在合理的公差范围值之内。尽可能的使得模具型腔内的空气通过分型面排出去。考虑实际机械机床加工的便利性，让加工更简单。分型面要考虑让模具的整体结构更加的精简和合理，考虑模具整体的装配便利性，让装配技术人员简单的更换和维修。3.2.2分型面类型的选择模具的分型面一般分为单分型面和多分型面。其类型特点如下：（1）、单分型面模具一般此类模具结构都比较简单，也是注塑模具中最常见的结构形式之一。可以设计为单腔模具或者是多腔模具，从分型面打开后，可以之间看见型芯和型腔，浇注系统的结构形式也比较简单，可以直接用动模的勾料针勾出来。这种单分型模具结构简单，工作安全可靠，制造便利，能够很容易的实现自动化生产。（2）、多分型面模具多分型面模具的结构形式一般指的是三板模，和单分型面的模具相比，他多了一块脱料板，一般适合采用的是点式浇口注塑成型的模具，浇口在塑件的顶面，在脱模的时候开业实现浇注系统与塑件的自动分离。但是缺点就是模具结构复杂，制造困难，修模装配麻烦，制造经济成本高。3.3分型面具体结构形式的确定结合塑件的实际结构形式，以及考虑模具结构形式，适合采用如下图所示的分型面，该分型面能够保证模具制造方便，结构合理，注塑充填工艺性能好。图3.2分型面的选择第四章模具浇注系统的设计4.1浇注系统的组成浇注系统是原料从注塑机喷嘴出来以后一直到达模具型腔的这一段距离内产品的凝料，合理设计浇注系统是非常重要的，浇注系统一般分为普通流道和无流道两种，普通流道就是常见的冷流道，包括了主流道、分流道、浇口、冷料穴，这几个重要特点。如果是无流道系统，一般指的是采用了专门的热流道浇注系统，这类一般造价昂贵，结构复杂，在大型精密模具中才会应用。4.2浇注系统的设计原则1.确定一个合适的流道截面类型，一般有圆形，梯形，半圆形等形状。2.根据材料自身的成型性能、以及塑件的结构形式，出模数量，来确定流道的尺寸大小，长度。3.主流道、分流道的尺寸长度应该尽可能的短，这样才能减少原材料的损耗，提高经济效益。4.浇注系统周边尽可能的不要设计冷却系统，避免浇注系统在进入型腔之前就过快的冷却。5.浇注系统要尽可能的设计冷料穴，让充填前端的冷却凝料不要进入模具型腔里面影响塑件的成型。6.浇口的设计要尽可能的保证充填的均匀，饱满，同时又要兼顾塑件的表面外观质量。7.浇口尽可能的设计在塑件的隐秘区域，而且要有利于区域浇口衬套，不能影响外观。8.流道的废料要尽可能的少。4.3流道的设计4.3.1主流道的设计主流道一般是从注塑机连接浇口衬套一直到分流道连接处截止的流道，也可以说是浇口衬套内的流道，一把从注塑机出来的凝料首先就要经过他，一般情况下主流道和模具的正中心呈现一个中心重合状态。浇口衬套与注塑机喷嘴需要满足如下图所示的关系式：D=d+(0.5~1)mmR1=R2+(1~2)mm图4.1浇口衬套与注塑机配合关系4.3.2分流道的设计凝料流过主流道之后，就要进入分流道了，分流道要求塑料原料尽可能快的进入模具型腔，温度的损失要尽可能的小，模具流道的表面要尽可能的抛光，让阻力小一些，同时为了提高注射的压力，此处的分流道应该比主流道略小。分流道的尺寸结合一般塑件的壁厚2-3mm，考虑塑件的实际结构情况，可以采用圆形截面的分流道，分流道的直径一般取值范围在3-10mm之间变动，如果材料的流动性比较好，分流道的尺寸还可以小一点，如果原材料的流动性比较差，那么就需要较大的分流道直径了。分流道的设计方面，应该尽可能的避免弯折或者转向，保证其射度不能过快的降低。本次设计中，采用了梯形截面的分流道，查表确定分流道尺寸取值为：高度=6mm;宽度=7.4mm4.3.3冷料穴的设计冷料穴是为了把充填前端的冷却较快的锋料储藏起来，避免进入模具型腔里面影响塑件质量的一个区域，一般设计在主流道的末端，下面设计有勾料针，把凝料拉出来，如果是分流道的长度比较长的时候，也会在分流道的末端设计一个冷料穴来储藏锋料。一般情况下，冷流道的直径取值范围在5-14mm之间，深度大概是6-10mm左右，如果是大型的模具，可能还会开设更大的冷料穴。冷料穴没有精度要求，只要能够储藏前端锋料即可冷料穴下部设计有勾料针，一般采用Z形勾料针，这种加工简单，使用方便。4.3.4浇口的设计浇口是浇注系统设计中最重要的一个位置了，浇口的位置以及结构形式，对塑料产品的影响非常大。浇口的类型有：直接式浇口；侧入式浇口；潜入式浇口；点式浇口；牛角式浇口等浇口类型。浇口的作用是连接分流道末端与塑料产品之间的桥梁，浇口的位置应该尽可能的小，保证塑件的外观质量良好，同时还要考虑充填的流动性，尽可能的避免熔接痕的产生，如果在塑件的孔位产生了熔接痕，这会导致塑件的强度降低。本次设计中，综合塑件质量要求与模具结构形式，采用点浇口浇注系统，其尺寸查表后取值如下：侧浇口直径L=0.5mm完成后的浇注系统如下图所示图4.2浇注系统结构形式4.4浇注系统标准件的选用本次设计中，采用了标准的浇口衬套和定位环，标准件的采用能够缩短设计与制造周期、提高模具经济成本，更换容易，修模维修简单。能够更好的提高生产效率。图下图所示为定位环与浇口衬套结构形式。图4.3定位环与浇口衬套结构形式第五章模具成型系统设计模具的成型零件一般包含了型芯、型腔、各种与塑件想接触的成型区域零件的镶件等零件。而在本文中，特指的是型芯和型腔的结构设计。设计的时候要考虑塑料的材料性能，以及对应的尺寸需求，塑件精度等级、表面粗糙度等技术指标，还需要考虑成型零件的加工便利性。5.1型腔结构设计型腔主要用于成型塑件的外表面或者外观面，型腔上一般还有浇注系统的流道，以及冷却水道。本次设计中，采用的是整体式的型腔结构形式，该结构加工简单，制造容易，更换维修方面，机械加工与装配工艺简单，适合本次模具设计，完成后的模具型腔结构设计如下图所示。图5.1模具型腔结构设计5.2型芯结构设计型芯主要是用于成型塑件的内表面或内部结构特征，型芯上一般还有顶出脱模机构，能够让顶杆实现顺利的脱模，以及冷却水道。本次设计中，采用的是镶嵌式的型芯结构形式，该结构加工简单，制造容易，更换维修方面，机械加工与装配工艺简单，适合本次模具设计，完成后的模具型腔结构设计如下图所示。图5.2模具型芯结构设计5.3型腔成型零件尺寸计算型腔径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：式中：；（1.5%）；；；；因为产品为圆柱形壳体，所以长宽相同型腔径向尺寸计算为：（2）型腔深度尺寸计算型腔深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：式中；；其他符号意义同上。5.4型芯成型零件尺寸计算1、型芯尺寸的计算（1）型芯径向尺寸计算型芯径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：；；其他符号意义同上。型芯径向尺寸计算为：（2）型腔深度尺寸计算型芯深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：；；其他符号意义同上。5.4成型钢材的选用成型零件的钢材一般需要选择专门的模具钢，需要具备几个重要的因素：1.钢材的机械加工性能要好，能够实现机床的快速切削，并且在加工以后的精度要高，不易变形。2.具备较好的省模抛光性能，一般情况下，模具要达到Ra0.8的表面粗糙度等级，已经是接近镜面的光洁度了，如果是镜面高光模具，还需要达到Ra0.4mm的表面粗糙度。3.具备良好的强度和刚度，一般情况下，成型零件钢材的硬度需要达到38-42HRC左右的硬度，太软了容易承受不了注塑机压力而产生变形，如果是硬度过高，又会机械加工切削困难。4.具备较好的耐磨性和耐腐蚀性，对于某些塑料材料，在注塑成型的时候塑料材料自身具备一定的腐蚀性和，需要材料能够抵抗一定的腐蚀性，其次就是一些滑动工作零件需要长期的摩擦配合工作，所以需要具备一定的耐磨性能。综合以上几点钢材选择要求，本次设计中选择了牌号为718H钢材，这种模具钢材能够很好的适应本次设计的以及模具生产需求。718H的GB标准钢材的代号是3Cr2NiMo，这种钢材材质均匀，纯洁度好，抛光性能也不错，机械加工性能好。可以满足一般塑胶模具的成型零件需求。718H钢材如下图所示图5.3718H模具钢材5.5成型零件的强度校核5.5.1刚度和强度校核要素传统的理解上模具的强度指的就是模具的强度还有刚度。模具在加工产品的时候，这些产品都是有强度还有刚度的要求的，只有确保了模具的强度以后，它才能进行正常的工作的。因为模具的外形有很多种，在进行计算的时候都不是一样的而且计算也是比较复杂的，在实际的生产里面，我们要通过经验来进行设计，然后要对强度进行校核，这样才可以对于我们的设计进行调整，经过这些过程以后，我们的模具才可以正常的进行工作。计算模具的强度的时候是很复杂的，通常我们计算的时候都是使用的简化的计算方法，在计算的时候使用的做法很保守，过程是：我们选择的受力结构式最不好的，安全系数选择比较大一些的，然后再来将模具的结构进行优化，这样的话模具的强度就提高了很多。为了能够确保模具可以正常的进行工作，这个时候我们不仅要确保模具整体性的强度达到要求，对于这个整体性的强度我们要进行校核。模具的整体性的强度指的是型腔的侧面壁厚，型腔的底面的板的厚度，合模面能够承受的压力等等，实际选择大小应该将尺寸计算出来，然后再进行调整。进行校核的时候，要对强度还有弯面进行计算，选择比较大的一个数值。5.5.2型腔侧壁和底板厚度的计算在对加工的塑料产品注射成型的时候，在型腔里面主要承受的是塑料熔体的压力，所以这个时候模具的型腔里面的强度还有刚度是很大的。如果型腔和底板的厚度不够，型腔中产生的内应里超过型腔材料本身的许用力时，将会出现严重的质量问题，因此必须对型腔进行强度和刚度进行计算和校核。本模具采用模仁结构，模仁的力学计算按组合式矩形型腔计算，然而设计目标为异性，计算也不可能得到完全准确的计算结果，我们采用只计算最大可能不满足条件的区域来计算。经过分析本模具属于中小型模具，故按强度条件设计，然后按刚度条件来校核。模仁侧壁厚度强度计算:按组合式型腔侧壁厚度以长边为计算对象式中：模仁侧壁厚度刚度校核0式中本模具中采用包夹滑块的结构形式，滑块有斜度，不便于计算。而所有的力均是由为外面的动模板或定模板承受，所以本次计算校核实际上是对定模板或动模板侧壁计算校核。经以上计算，侧壁厚度必须达到68.86mm以上，而此设计中的侧壁厚度达到了102mm，所以本模侧壁厚度的刚度能够满足要求。5.6脱模机构的设计塑件在经过充填冷却成型收缩之后，会对型芯产生包裹力，包紧在型芯上面，需要采用顶出机构来脱模，通常情况下，脱模力指的是顶出机构的瞬时顶出作用力。脱模机构需要满足塑件的顶出要求。5.6.1脱模机构的选用原则推出机构是注塑模具设计中的非要重要的一点，推出机构能够保证塑件的最后一步顺利脱模。在推出机构的设计上，需要遵循以下几个原则。（1）、推出顶出需要均匀的分布在塑件上面。（2）、推杆的局部应力不可以过于集中，以免造成顶白、顶穿塑件。（3）、推杆顶杆的自身强度要足够，在顶出的时候不能发生弯曲变形。（4）、顶出的时候，不能影响塑件的外观质量。（5）、顶出塑件之后，塑件不会因顶出而发生变形或者翘曲。5.6.2脱模机构类型的选择塑料制品中很多工业和民用产品都存在内外螺纹的设计，一般来说，处理螺纹问题有两类方法：一类是在塑件及材料允许的情况下，采用强行脱模的方法，另一类是螺纹深、材料强度大、产品进度要求高的塑件，必须采用旋转脱出的方法。在旋转脱螺纹结构中又分为手动和自动两种方式，手动脱螺纹生产效率低，但模具结构简单，适应小规模生产；自动脱螺纹效率高，质量稳定，适应大批量生产。在自动旋转脱螺纹结构中，必须要解决结构设计的可靠性、稳定性、安全性、节能性、等实用性问题。旋转脱螺纹机构是依靠旋转力使塑件顺利脱出，一般来说动力来源分为以下几种：1.机动推出机构，是依靠注塑机开模及合模时运动方向的恒向推力或拉力，通过传动装置使恒向力变为旋转力实现塑件自动脱模。设计时但要考虑注塑机行程是否满足条件。2.液压推出机构，一般采用液压马达或液压油缸或者来福杆通过齿轮或链条的方式，将恒向的力转换为塑件需要的旋转力。这种方式不需要考虑注塑机行程，实际应用时范围更广。通过以上分析，综合实际经验，本设计采用来福杆的旋转脱螺纹推出机构使塑料零件脱模顺利。5.6.3自动脱螺纹机构具体设计（1）、来福杆传动装置的布置综合模具设计顶出系统设计原则，结合塑件自身的结构特点来合理的设计脱螺纹装置，其具体的分布如下图所示。图5.10来福杆及传动装置（2）、螺纹机构的原理如图5.10所示，来福杆固定在定模部分，开模时来福杆带动直齿轮2转动，直齿轮横向旋转，将恒向力通过直齿轮2转变为旋转力，直齿轮2和主传动轴以及直齿轮1同轴，实现相同角度旋转，同时带动直齿轮1转动，直齿轮1与螺旋型芯同轴固定，实现旋转自动脱螺纹。（2）、螺纹型芯的设计如图5.10所示，采用了圆形截面的螺纹型芯，零部件的加工精度直接影响着一个完整配合一般为，PS塑料的溢料间隙为。第六章模具温度系统设计6.1模具温度调节系统概述注塑机通过把颗粒状的塑料原材料加热加压融化后注射到注塑模具的型腔里面，然后熔料在模具的型腔里面一直冷却凝固后成型，这段时间是由熔融装在下的树脂原料和模具的温差共同实现的，一般情况下注射的原材料温度在200-300℃之间，而模具的温度一般情况下是人手可以轻微触摸的，在40-80℃之间，根据不同树胶材料的成型温度不同，需要对应的调节模具的温度，来加速冷却效应，缩短成型周期，并且需要保证这个冷却过程是均匀的逐步冷却过程的，不然过快或者过慢的冷却，都会导致塑件质量的不稳定或者瑕疵产品的产生。在做模架温度调节系统设计时候，首先需要材料的自身物理性能，可以通过查询材料物性表来获取材料的注射温度和模具温度，根据材料参数来进行一下调节：（1）、如果注塑成型的时候材料温度不够的情况下，需要增加模具的加热装置。（2）、如果成型塑件的壁厚过大的时候，为了防止收缩，好考虑增加加热装置。（3）、如果成型温度超过材料要求的温度，就必须要增加模具冷却装置。（4）、一般情况下，在做热塑性材料成型时，都需要设计冷却系统，来缩短其生产周期，提高生产效率，快速降低模温。6.2模具冷却系统设计要求（1）、冷却水管的间距需要基本保持一致，水管与塑件之间的间距也要尽可能一致，需要排布均匀，形状也需要尽可能一致。（2）、冷却水管的直径一般取值为6-14mm之间的直径，冷却水管和产品之间的间距保证在15-30mm之间的间距，如果太近的话，冷却会过快，如果太远的话，冷却效果又会太差。（3）、冷却水管要先避开浇注系统的流道和浇口，避免浇注系统过快的冷却而损失压力和射速。（4）、冷却水管要考虑塑件成型时候的熔接线位置，尽量不要设置在有熔接线的位置。（5）、冷却水管整体要形成一个闭合回路，还需要重点实现不同零件之间的联通，保证不同零件之间的密封性，通常可以使用防水圈连接，水道止水栓来实现水道末端的封闭。（6）、冷却水嘴的接头端应该尽可能的设置在操作人员的背面，这样不影响员工的调试与操作。（7）、动模部分与定模部分最好能够分别独立的设计冷却水道，这样可以方便注塑工艺的调试以优化和控制注塑工艺产生的产品缺陷和不良。（8）、模具冷却水管的设计方面，需要考虑加工的便利性，一般是采用麻花钻、深孔钻来加工，要考虑机床加工性，麻花钻的直径等因素。6.3冷却水道的形式类型冷却水道最终要形成一个闭合的回路，让各个区域都要冷却均匀。常见的方式有直通式，串联式，并联式，环绕式，水塔式（水井式），喷泉式，多层循环式，侧面环绕式，平面螺旋式。本次设计中，结构模具结构形式，塑件结构特点，考虑浇注系统与成型系统，采用了环绕式冷却水道，如下图所示。图6.1模具冷却系统设计6.4模具冷却水道的计算校核6.4.1冷却系统简单计算查注塑模具设计指导手册，结合热平衡公式校核：在额定时间内，塑料材料固化时候，释放出来的热量相当于冷却水道整体流动过程中增加的热量校核公式：

1).校核塑料产品在型腔中冷却成型一个小时内放出的热量Q根据一般注塑条件取值如下：注塑时间t=2s；冷却水道进入型腔得到时间t=20s；注塑成型保压时间t=15s；人工或者机械手取出产品的时间t=3s；所以一个完成一个注塑周期的总时间为t=40s；假定为一般恒温条件下，进入模具型腔的冷却水的初始温度为20度，从模具型腔出来之后的冷却水温度为28度，冷却水为连续不间断的流动状态，那么一个小时的成型次数次；所以：根据材料在单位时间内释放出来的热量

所以：2).冷却水的流出体积量

由校核公式：3).校核冷却水管的直径查注塑模具设计指导手册，结合冷却水的流出体积量，得到冷却水管的直径为8mm；第七章标准模架的选用7.1模架概述随着机械工业与模具制造业的发展，现在逐渐的实现了标准化，在模具中，现在已经实现了标准模架型号的GB国标规范，国内企业中，比较出名的标准模架企业有龙记模架，明利模架、环胜模架，标准模架的分类包含了大水口模架系统，细水口模架系统，简化细水口模架系统，标准模架的选用可以大大的缩短设计与制造的周期，并且可以提高制造精度。7.2标准模架的选用选用标准模架的方式按照以下方法进行1.考虑浇注系统的特点，确定模架的基本类型2.结合型芯、型腔的外形长宽高尺寸，先确定模板的长宽高尺寸。3.考虑塑件的顶出行程，确定垫块的高度。最后，综合以上几点因素，查表确定标准模架的型号和规格，在实际工作中，还需要考虑整套模具的实际结构形式来综合选择标准模架的型号。7.3模架型号的确定根据以下方式进行选择模架型号模架长度=型腔长度+（50-80）mm≈400mm模架宽度=型腔宽度+（50-80）mm≈350mm定模板高度=型腔高度+（30-50）mm≈70mm动模板考虑=型芯高度+（40-60）mm≈80mm垫块高度=顶出行程/0.8+面针板厚度+底针板厚度+垃圾钉高度≈90mm综合上述数据，结合浇注系统结构形式，选择FAI3540-A70-B80-C90-L340型号的标准模架，但由于本次设计结构的特殊性，模架有一定的改动，改动后的模架的简图如下图所示。图7.1模架基本结构形式第八章注塑机的选择与校核8.1注塑机的概述注塑机又可以成为注射机，他的作用是把颗粒状态下的原始高分子塑料进行上料加热，经过注塑机蜗杆旋转加热，让高温高压状态下的融化原材料注射进入模具的型腔里面固化成型，注塑机一般有卧式注塑机，立式注塑机，双色注塑机这三类。本次设计中可以采用卧式注塑机进行生产，卧式注塑机工作原理如下图所示。图8.1注塑机原理图8.2初选注塑机型号注塑机与注塑模具相互配合，其中既包含了相关的安装尺寸的校核，也包括了注塑量，注塑压力，顶出脱模行程等参数的校核，本次设计中，结合注塑模具的尺寸大小，注塑量等要求进行初步选择注塑机，然后再对注塑机中的参数进行校核。本次设计中，初选注塑机的型号为HT120X2B，其参数表如下型号单位160×2A160×2B160×2C参数螺杆直径mm404548理论注射容量cm3253320364注射重量PSg230291331注射压力Mpa202159140注射行程mm201螺杆转速r/min0~230料筒加热功率KW9.3锁模力KN1600拉杆内间距(水平×垂直)mm455×455允许最大模具厚度mm500允许最小模具厚度mm180移模行程mm420移模开距(最大)mm920液压顶出行程mm140液压顶出力KN33液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW18.5油箱容积l240机器尺寸(长×宽×高)m5.4×1.45×2.05机器重量t5最小模具尺寸(长×宽)mm320×320表8-1注塑机参数8.3校核注塑机注塑量在校核注塑机的最大注塑量的时候，首先通过三维软件测量浇注系统和塑件的总体积V，然后根据一般机械安全系数取值80%计算。需要满足以下公式。查注塑机参数表，注塑机的额定注塑量为320cm³，所以满足注塑量的要求。8.4校核压力查注塑机参数表，注塑机的额定注射压力为159Mpa，而本次选择的材料注塑压力范围值为100-130Mpa之间，满足注塑压力要求。8.5校核模具安装尺寸查注塑机参数表，注塑机的拉杆内间距尺寸为455x455mm，而本次设计的模具外形尺寸为400x400mm，所以满足长宽尺寸的要求。查注塑机参数表，注塑机的容模厚度为之间，而本次设计的模具总高度为400mm，多以满足高度要求。综上：模具长宽高的安装尺寸要求在注塑机的安装尺寸范围内。8.6校核移模行程注塑的工作的时候，不但要顶出塑件，还要把模具打开，让机械手或者人工可以取出塑件，根据以下公式校核，查表注塑机总的开模行程为420mm；式中所以满足开模行程的要求。8.7校核注塑机锁模力当高温高压下的融料进入模具型腔之后，会对模具产生张开力，使得模具会在压力状态下打开，所以需要让注塑机把模具的前后模呈现锁紧状态。避免产生溢料、毛边、披锋等现象。投影面积可以直接在三维软件中测量得到，校核公式如下；式中：F-注塑机的额定锁模力n-型腔数量P-平均型腔成型压力，取值范围查表取30Mpa经过校核计算，满足注塑机锁模力的要求。设计总结经过几个月的努力，通过查阅了大量图书馆的资料，咨询了指导老师，在各种专业论坛里面学习相关知识，在绘图的时候，遇到了困难也得到了同学之间的鼓励，并相互学习。终于完成了本次的注塑模具设计，我更加的了解国内外注塑模具的发展状况，明确了设计流程，设计目的和意义。通过这边时间的注塑模具设计，我复习了大学几年的专业课程，包括机械设计基础，模具设计基础，材料学，工程力学，机械制造基础，机械加工工艺、机械制图等课程。其次，通过采用三维软件完成了整套模具的三维总装图的绘制，通过采用AUTOCAD软件绘制了模具完成的二维总装图，并且编程了明细表，包括了国标代号，名称，材料，数量，技术要求等，针对设计中的非标零件图，进行了尺寸标注，技术要求编写，公差，粗糙度等。使得完成后的工程图更加符合机械制图规范。满足企业加工需求。再针对完成后的注塑模具设计，进行了注塑机的选择与校核，校核了其中的注塑量，注塑压力，注塑机锁模力，注塑机的安装尺寸，注塑机的顶出行程等参数。经过校核，该型号的注塑机能够满足本套模具注塑生产，并保持一个合理的经济效益。最后根据完成后的所有内容进行了设计说明书的编制，通过对模具的各个系统结构进行理论结合实践，通过图文并茂的叙述和讲解，使得整套模具结构更加清晰，对模具设计中的来源于数据进行验证。本套设计完成后，满足实际生产需求，是未来从事本专业技术设计工作的第一步。为未来打下理论和实践设计经验。致谢感谢我的母校，经过大学几年的学习和生活，是我收获良多，马上就要正式进入社会了，希望母校越来越好。本文是在指导老师的耐心指导下完成的，老师事无巨细的讲解，使我在设计困难的时候茅塞顿开。感谢我大学的同学，在我遇到设计困难的时候总是第一时间帮我解答，我自身仍然有很多缺陷，但我相信我自己一定可以弥补不足之处。同时非常感谢指导老师给予我鼓励和肯定。相信我自己通过自己的努力能独立保证质量完成设计，正是因为指导老师的信任，才使我更坚定自己努力去完成毕业设计，在设计过程中遇到各种问题和困到想尽办法去解决来完成设计。通过这次毕业设计，不但使我将大学期间所学知识再次回顾学习，才知道当初在课程中老师讲解的知识是多么重要，感谢老师言传身教使我受益匪浅，终生难忘。而且也使我学到了许许多在课本上学不到的知识，自己独立查阅非常多得相关文献，看了很多资料。最后感谢这次毕业设计的课题，非常贴近我们的生活，从简单的生活用具出发，去了解其中复杂的问题，然后运用自己的知识去解决问题，这对我自己是一次丰富的设计经验积