《塑料笔盒的注塑模具工艺设计》10000字（论文）

第一章绪论1.1注塑模具的简介在我国科学以及不断发展、工业水平快速进步的时期，在机械工业的发展中注塑模具的地位也越来越高，特别是现在国内的一些电子产业快速发展，其中需要的塑料产品的需求量也非常多，产品的更新换代中，也加剧了塑料件的需求。比如大家都比较熟悉的家用电器，数码产品以及一些汽车的零部件等，这些产品的需求非常的大，同时产品的更新速度更是超出人们的想象。目前国内的很多产品都以飞快的速度发展，就目前国内的工程机械，汽车产业以及电器制造等方面说的话，注塑模具已经是生产中的最为关键的一种生产设备，同时更是模具中的重要一部分，注塑模具的产品占据模具所有产品的50%以上。塑料材料的密度相对较低，并且也具有加高的强度以及较轻的质量，甚至一些塑料产品还具有绝缘的功能，因此在高分子材料工程中，塑料产品可以有效代替无机非金属材料以及传统的金属材料。同时与金属材料相比，塑料材料的熔点耕地，在一定温度下融化后更加容易成型，使得人们能够更加高效且稳定地进行注塑模具的生产。同时在连续大批量生产的过程中，注塑模具还能够保证加工的精度。我们在进行注塑模式的生产时，需要用到的机械设备叫做注塑机，这个设备的特点是具有更小的体积。总的来说由于以上哟点，使得在我们的生产生活中，塑料产品程序的频率在不断提升，并且注塑模具的生产水平，也能够有效反应出一个国家工业制造业水平的高低。1.2注塑模具发展国内外现状我们将高分子树脂材料，通过融入相关的注塑生产工艺，结合注塑模具就能够制造出塑料产品。一般来说塑料产品具有一定的延展性，并且可以有效抵抗酸碱盐的腐蚀，在不传导电的基础上还具有更轻的质量。我国在塑料产品的使用上也越来越频繁，例如在生活中塑料产品正在逐渐替代其他产品。注塑模具产业在2010年之后得到了较快的发展与进步，这是由于在这个阶段中我国的工业技术进行了有效的创新，机械水平得到了快速的发展，其增长额达到了20%左右。我国模具的生产逐渐出现了质量高、使用寿命长、精度高，并且生产制造成本低、制造周期短的特点。尤其在计算机辅助设计技术在模具制造中的应用，人们在模具生产中的创新也越来越容易，使得模具企业的效益大大提升，模具的生产逐步向着自动化和标准化方向发展。1.3本课题研究内容1.通过软件绘制产品的三维图，同时通过CAD制图软件绘制模具的整体装配图跟主要零件图。2.分析塑料产品的工艺需求，对材料进行合理的选取，然后拟定模具的基本方案。3.确定模具的分型面位置，以及模具的型腔类型，且完成浇注系统和推出机构的设计等。4.选定好模具的方案之后，要计算注射参数，对注射机做出选取，以及对注射机的参数校核等。5.对模具的成型零件做出尺寸计算等。6.最终完成模具的三维建模，二维图纸的绘制要求。7.设计制造的模具必须能够符合生产任务要求。第二章塑件工艺分析与材料的选择2.1塑件工艺分析通过对已经了解的塑件（如图2.1）进行结构上的分析能够看出，如果能够通过三维建模的方式建立产品的三维结构，因此也就表面产品的难度为一般难度，其中本次的的产品结构一般，且尺寸不大，整体的壁厚也比较均匀，能够通过注射成型加工制造所得。这种塑件可以进行批量生产，并且其精密等级也相对较高。塑件的外部轮廓为圆形，塑件的侧面能够看到两个小孔，在设计时需要注意的是，对于侧边的两个小孔的成型，要设计侧向抽芯机构来实现生产加工。图2.1塑件三维模型图2.2塑件材料的选择2.2.1ABS塑料的特点ABS塑料属于一种热塑性材料，通过查阅该材料的物性表能够发现，ABS塑料具有较强的抗弯折性，并且能够有效绝缘，在刚度和强度上适中且不易吸水，对于此种材料的成型加工中，塑件的壁厚需要均匀，且壁厚尺寸通常不可以超过10mm,以1-3mm的壁厚尺寸为佳。同时产品需要有相应的脱模斜度，一般是为1~5度为好。本次的ABS材料具有较为良好的综合性能，并且价格亲民，因此在现实生活中应用的非常广泛。2.2.1ABS的技术指标ABS材料的注射参数主要如下几个方面：收缩率：比重：熔融温度：成型温度：℃成型压力：射速：中等速度2.1.3ABS的工艺性能参数ABS材料有如下的几个工艺参数要求注射机种类：采取螺杆注射机螺杆转速：料筒温度：后段：；中段；前段喷嘴温度：预热温度：注塑压力：注射时间：冷却时间：2.3ABS材料的应用ABS材料的应用范围非常广，在汽车仪表、工程器件、家电设备以及装饰工程等方面，都有非常广泛的应用。由于ABS材料在二次加工时不容易受损且综合性能良好，因此能够在材料的表面进行电镀、钻孔以及移印等操作。通过在ABS材料中添加或者减少相关的成分，能够使得材料的性质发生一定的变化，在生活中最为明显的表现就是，将ABS材料的延伸性提升，而在生活中得到广泛的应用。2.4计算塑件体积本次的塑料产品，可以通过三维的软件做出测量，因此本次测量产品体积如下图2.2.图2.2塑件的体积测量然后根据质量公式：M=PV，可以计算得到塑件的质量：M=PV=1.05g/cm³x74.78=78.52g。2.5塑件壁厚的分析壁厚尺寸需要合理且壁厚均匀，才能保证成型的效果，软件对塑件做出分析，可知其壁厚尺寸为1-3mm范围，可以符合生产的需求。很多因素都会对塑件的质量产生影响，而壁的厚度则是直接影响塑件成型质量的因素。为了使得材料在注塑时能够一次成功，我们通过三维软件分析得出，塑件的壁厚需要保持在1-3mm之间。第三章模具结构方案的确定3.1模具型腔数量及布置型腔的选取要跟模具的生产指标相适应，能够有效提高生产的效率，我们需要确保注塑模具的生产与需要相适应。因此就要结合课题的要求相应的设计模具，选定好模具的型腔数量，同时对型腔进行合理的排布和布置。跟产品的生产批量互相匹配，保证生产效率符合加工的需求。型腔的数量要跟注塑机的注射参数相适应，合理的做出选取。可依据锁模力的参数选取型腔数量。还要结合产品的精度需求合理选取模具的型腔数目。本次的生产产品的尺寸为中等小尺寸的产品，且产品的结构难度一般，并且要求的精度等级也相对较低，因此满足经济性的要求。随后我们需要结合注塑机的参数的指标，阿里对模具的结构进行设计。本文中采用的结构是一模二腔，由于这种布局为对称式结构，以此能够有效提高注塑填充过程中的均匀性，这种型腔的布局详见下图。图3.1模具结构布局形式3.2分型面的设计我们在分型面的设计中，需要考虑以下几个方面的因素：有利于塑料产品进行脱模：当打开模具时，要求产品留在动模上面。能够更加便捷地进行抽芯，因此就需要考虑在模具上面设计出有效的划块抽芯机构。在满足塑料产品质量的前提下，保证塑料的表面以及外观不受任何影响，尤其是对那些对外表有要求的塑料产品来说。塑料产品的精度以及大小误差，需要保持在能够接受的合理的范围内。分型面要方便模具进行排气，有利于模具的气体及时的排出模具的腔体分型面位置要方便模具进行加工，制造也比较简单。在对模具进行装备时需要便利，并且方便后期技术人员的维修和更换。3.2.2分型面类型的选择模具在分型面有多分型面和单分型面两种。分别具有以下特点：（1）、单分型面模具单分型面是比较简单的一种，此种方式主要是产品的分型面为一个，能够在模具打开以后，将产品顺利的顶出，且拉料杆将凝料给推出。此种单分型面的模具多是用在产品的结构较为简单的生产中，通常都是为两板模具，使用也比较普遍，在制造上也相对便宜，结构也相对可开，所以非常方便进行自动化生产。（2）、多分型面模具与单分型面模具相对应的是多分型模具，在多分型模具中使用最广的是三板模，之所以叫三板模是因为与单分型模具相比，这种模具多出了一个脱料板。虽然所分型模具具有非常明显的优点，但是多分型模具在制造上更加复杂，制作的难度更大，在出现问题时的修复成本更高，因此使得使用的经济成本高。3.3分型面形式的选取对于分型面的位置选取，需要结合选取要求，同时还要结合产品的结构类型做出分析，我们采用下图所展示的分型面更为适合，并且这种分型面的结构更加合理，在制造时也更加方便，在注塑填充中的工艺性能也更好。图3.2分型面的选择3.3浇注系统的组成浇注系统是模具进行注射的重要流通位置，加热之后的物料，需要通过浇注系统填充到模具当中，因此浇注系统是模具设计的关键步骤，直接关系到模具的成型和填充性能，也是模具的压力和温度传递的重要渠道，影响到模具的成型精度以及成型的效率。浇注系统的结构主要是有主流道，分流道，冷料穴及浇口几个主要的部分。3.4浇注系统的设计原则1.合理选取分流道的种类，朱啊哟分作有圆形，半圆与梯形等方式。2.在对流道的尺寸大小以及长度的确定中，需要充分考虑材料自身的成型性鞥、出模的速度以及塑件的结构形式等参数。3.为了减少对原材料损耗，提高企业经济效益，我们需要尽可能缩短主流道、分流道的尺寸和长度。4.为了防止浇筑系统在进入型腔之间发生快速的冷却，我们最好不要在浇筑系统周边设计冷却系统。5.要保证前端的冷料不会进入模具腔体，故而需要设计冷料穴。6.在设计浇口时需要保证内部填充的饱满以及均匀，并且还需要充分照顾到模具的外观质量。7.交口位置的选择最好在塑件的隐秘区域中，一方面不会影响到塑件的外观，同时也方便对交口区域进行衬套。8.尽量减低流道中的废料损耗。3.5流道的设计3.5.1主流道的设计我们将从注塑机到浇口衬套之间所截止的流道叫做主流道，主流道也是浇口衬套内的流道，这是因为正常情况下从注塑机处理的凝料，首先需要从这个地方经过，同时主流道跟模具中心部分也是重合的。对于主流道的尺寸设计要跟选取的注射机喷嘴尺寸，符合如下的基本计算要求：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3.5.2分流道的设计分流到是指凝料从主流道经过时的通道，与主流道不同的是分流道中要求保持凝料的温度损失，因此凝料在分流道中流动的速度就需要快，从而模具流动的表面则需要更加的光滑，以此来降低凝料流动的阻力。与此同时我们还可以通过注射压力的形式，来提高凝料在分流道中流动的速度。由于大多数塑件的壁厚在2-3mm之间，因此分流道的尺寸需要结合塑件厚度，可选取的是普通圆形截面类型，能够确保分流道尺寸一般是在3~10mm尺寸，同时分流道的直径尺寸要尽量设计的小一点，要是凝料的流动性好差一点的话，流道的尺寸可以相应的设计大一些。并且在设施时需要保证分流道内部出现弯曲或者转向的现象，使得凝料不能过快地降低。本次设计中使用的是圆形截面的分流道，查询得知分流道的尺寸范围为：宽度W=10mm深度H=6mm3.5.3冷料穴的设计冷料穴是防止凝料进入到模具型腔中，而影响塑件质量的设置。通常来说，可以将冷料穴设计与模具的主流道的末端位置，同时下面设计一个拉料杆，能够在模具顶出塑件的同时，将凝料给一块顶出来。其功能是用于对模具的冷料进行收集的要求，避免冷料跑进模具腔体中去。一般来说，冷料穴的直径可设计成5-14mm,且深度尺寸可以为6-10mm，模具尺寸比较大的话，尺寸可以选取大一些。冷料穴的作用是进行锋料的储存，因此对冷料穴的精度没有过高的要求。3.5.4浇口的设计浇口主要是连接分流道尾部与塑料产品之间的渠道，一般来说浇口安装的位置需要尽可能小。并且在交流的设计中还需要充分考虑到填充的流动性，防止出现熔接痕。因为如果塑件上出现了熔接痕，将会影响到塑件的强度。本文的设计中，从模具的结构以及对塑件的要求，综合选择了浇口就熬煮系统，查阅后浇口的数值如下：点浇口直径D=1mm完成后的浇注系统如下图所示图4.2浇注系统结构形式3.6浇注系统标准件的选用对于浇注系统的部件选取，可以尽可能的选取标准件，其中的定位圈跟浇口套，都可以选取相应尺寸标准件，有利于模具的快速成型制造要求，降低模具生产制造的成本，并且在维修方面也具有较大的优势，在提高生产效率的同时也方便对零件进行更换。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3.7型腔结构设计一般来说成型的模具零件主要包括型腔、型芯以及其他各种镶件等组成。在本文的研究中，主要指的是型芯和型腔的设计结构。因此为了保证塑件的性能，我们在设计时既需要考虑到不同塑件的尺寸要求，同时还需要从便利性的角度出发来设计模具的成型机构。型腔也叫做凹模，是用于对产品的外观进行成型加工的，并且型腔还设计有分流道以及冷却水道。本文的研究中使用的是镶嵌式的型腔结构，因为这种结构具有操作简单、维修方便的特点，且对于模具的加工来说要求也不高，制造比较简单。因此本次的型腔设计如下的结构：图5.1模具型腔结构设计3.8型芯结构设计型芯与型腔是对应的，主要用于成型塑件的内部，大多数情况下型芯中还设计有顶出脱模机构，其作用是让顶杆能够实现有效的脱模，防止出现凝料粘结在模具中。在本文的研究中，我们选择的是想桥上的型芯结构，这种结构在制作上也相对简单，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3.9型腔成型零件尺寸计算型腔的径向尺寸按照平均尺寸的方式做出计算，如下计算：式中：；（0.55%）；；；；型腔长度尺寸：型腔宽度尺寸：（2）型腔深度尺寸计算型腔的深度尺寸也同样采取的平均尺寸计算方式，如下计算：式中；；其他符号意义同上。3.10型芯成型零件尺寸计算1、型芯尺寸的计算（1）型芯径向尺寸型芯的径向尺寸按照平均尺寸法做出计算，如下计算：；；其他符号意义同上。型芯长度尺寸：型芯宽度尺寸：（2）型腔深度尺寸计算型芯的深度尺寸也是根据平均尺寸的方式做出计算，如下计算：；；其他符号意义同上。3.11成型钢材的选用钢材的选择也是影响成型零件的重要因素，同时也关系到模具的使用寿命，大部分的模具可以选取标准的模具钢材料需要符合如下的性能要求：1.刚才有很好的机械切削性能，可以很好的在机床上进行快速的切削，重要的是能够保证加工以后具有较高的精度，使得模具不发生形变。2.能够方便进行抛光加工处理。通常来说模具钢的表面要加工到粗糙度Rao.8级。3.能够满足模具的强度跟刚度需求，一般来说硬度要符合38-42HRC。，如果硬度太低则不利于后面的机械切削。而如果硬度过低则不利于注塑机的注塑工作，容易发生变形。4.具备较好的耐磨性和耐腐蚀性。从以上几个方面出发对钢材进行考虑，本文的设计使用的是718H钢材，因此这种型号的钢材能够很好地满足本文的研究对模具生产的要求。与其他钢材相比718H钢材具有更均匀的质地，并且能够更好地进行抛光设计，在方便进行机械加工的同时也具有更高端纯洁度，能够满足塑胶模具对成型零件的要求。3.12模具温度调节系统概述在对模架的温度调节系统进行设计时，我们需要充分考虑到材料的物理性能，通过查询能够发现在模具温度调节系统中，需要考虑到以下几个方面的内容：（1）、注射成精中如果材料温度很低的话，那么可适当考虑加热处理。（2）、若是材料的壁厚尺寸大的话，要避免有很大的收缩的话，可以适当考虑加热系统（3）、要合理的设计模具的冷却系统，确保模具的成型收缩效果比较好。（4）、一般来说，模具的成型冷却时间长，因此对模具的冷却要求高，要能够达到快速冷却的需求。3.13模具冷却系统设计要求（1）、对于冷却系统管道的设计，水管到产品的距离位置要均匀布置。（2）、冷却水管的直径通常在6-14mm，通常可根据需要设计直径尺寸，尽可能设计大一些。（3）、冷却水道要避开浇口和流道位置，防止温度降低过大。（4）、冷却世道的设计需要分析熔接线的位置。（5）、冷却水管不仅需要对各个零件进行有效的链接，同时也需要形成一个有效的闭合回路，以此来保证各个之间的密封性。一般来说最常用的方法是使用防水圈进行连接。（6）、设计冷却水道的位置不能对着操作人员，以此来降低对操作人员的影响，并且能够更好地进行调整和操作。、我们需要分布在动模和定膜中，进行冷却水道的设计，以此来更好地对注塑工艺进行调试和优化，同时也能够更好地对注塑产品的质量进行控制，降低残次品的概率。（8）、模具的冷却系统的加工，还要满足方便需求，尤其是对于深孔加工要方便。在进行模具冷却水管的设计时，需要充分考虑到便利性，通常来说主要使用的是深孔钻来进行加工。3.14冷却水道的形式类型在本文的研究中，结合模具的结构特点以及零件的情况，综合考虑浇筑系统以及成型系统，我们使用的是环绕式的冷却水道，如下图所示。图6.1模具冷却系统设计3.15模具冷却水道的计算校核按照热平衡计算：单位时间溶体物料冷却凝固释放的冷量等于冷却水带走的热量，故有公式：

；）；；；；；；1).计算产品固化一个小时放出的热量量Q假定注射成型的时间是2秒，保压时间是15秒，以及冷却时间是20秒，且开模的过程推出塑件为3秒，因此可知成型总的时间周期是40秒。且假定冷却水的温度是20℃，以及出水口的温度是28℃，水是为湍流的形式，那么一个小时成型次数n＝3600/40＝90翻阅注塑模具设计指导手册可知道ABS材料单位重量释放热量

故：2).水的体积流量

由公式3).求冷却水道直径d按照水体积流量，可以查注塑模具设计指导手册[1]得d=8mm；因此本次冷却水道符合成型需求。

3.16顶出脱模机构概述模具在产品成型冷却之后，需要将产品给退出来，且产品会因为成型冷却收缩，紧紧的抱着模具的型芯，因此需要借助推出的力来顶出产品。此部分机构也叫做模具的顶出机构或者是脱模机构。脱模机构不仅仅是顶出产品，同时也将凝料给一块顶出。脱模机构的运动方向是跟模具的开模方向一致的，通过注塑机的顶棍来驱动其运动。顶出机构的结构包括了顶板，顶针固定板以及复位机构等，其中的复位机构是确保顶出机构回到原来位置的，方便模具进行再次顶出的要求。对于顶出机构来说，需要确保顶出力平衡，不会影响到产品的质量和外观。3.17顶出脱模机构的分类从不同的动力来源，我们可以将脱模机构分为以下三大类：、手动脱模机构，这类脱模机构在现实中见到的几率较低，其主要操作步骤是在模具打开之后，通过人工的方式来将塑件取出，这种方法不仅效率低下，同时也不能节省时间。、机械推出脱模，这种脱模方式较为常见，同时在现实中使用的也相对较广。这种脱模方式需要在模具底板上进行顶柜孔或者推板，以此来实现塑件的脱模。这种操作方法主要是通过机械来完成，物理在顶出的速度还是行程方面都可以有效调节。、其余脱模机构，目前还有用到液压推出和内螺纹的推出机构类型。本次的模具采取的顶出机构如下图所示。图7.1顶出脱模机构设计3.18抽芯机构的类型假如塑件的侧边有侧孔以及凸起的位置的话，这部分就很难从开模位置来成型，且是垂直与开模的方向的，因此就需要设计借助于抽芯机构来进行抽芯，通过垂直与开模的方向的运动来实现脱模成型的需求。抽芯机构目前主要分作下面几个类型。机械抽芯，此种机械抽芯方式较为普遍，主要是通过开模力来驱动斜导柱和滑块，或者是斜顶机构运动，因此结构简单，不会增加模具的难度。手动抽芯，此种方式的生产率比较低，主要是通过人工将镶件放入到模具当中，因此目前使用的较为少一些。液压抽芯。通过液压油缸的动力来实现抽芯的要求，一般使用在行程较长模具中，使用的也非常普遍。3.19抽芯距离和斜顶3.19.1抽芯距的计算计算公式如下S=L+（1-3）MMS-抽芯距离L-塑件倒扣距离S=0.6+1.5=2.1mm3.19.2斜顶倾斜角度正常情况下斜顶的倾斜角需要保持在15-25度之间，具体大小需要根据抽芯的距离来进行调整。本文的研究主要使用的是18度倾斜角。完成后的模具滑块抽芯机构如下图所示图8.1斜顶抽芯机构3.20模架型号的确定在我国机械工业以及模具制造技术快速发展的同时，我们在模具的生产中已经实现了标准哈，能够按照GB国标规范来进行生产。在我国国内企业中做到较好的企业包括龙记模架、环胜模架等。这些模架中又可以分为大水口模架系统、细水口模架系统以及简化细水口模架系统等，不仅能够有小说的生产的周期，同时也能够大大提高制造的精度。一般来说在标准模架的选择中，需要参照以下方法：1.结合浇注系统的类型，针对性的选取相应的模架系统。2.从型芯、型腔结构类型出发，确定模板的尺寸和结构。3.根据顶出行程尺寸来选取垫块高度。最后我们需要结合上述几个方面的内容，来综合确定标准模架的型号和股合格。并且在实际的操作中，还需要考虑模具的实际结构。按照下面的基本尺寸来选取模架的型号。模架长度=型腔长度+（50-80）mm≈350mm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分析以上的尺寸要求，结合尺寸做出选取，本次可选用标准的模架，模具为中小尺寸，模架型号是FCI-3335-A70-B80-C90-L270，设计如下图的模架结构。图9.1模架基本结构形式3.21注塑机型号的选择注塑机也被叫做是注射机，其功能是将通过注塑机的颗粒，从最原始的分子结构在加热的情况下，让原子在高温高压环境下，能够计入到模具的型腔中从而形成有效的固化。注塑机的类型较多，可以分为卧式注塑机、立式注塑机等。本文的研究中使用的是卧式注塑机，具体工作原理如下图所示。图10.1注塑机原理图注射机可根据模具的注射量，锁模力以及模具的外形尺寸等做出选取，则本次根据要求，初步选取注射机型号是HTF160J/TJ，注射机的参数如下表所示：注射装置INJECTIONUNITABC螺杆直径ScrewDiametermm404548螺杆长径比ScrewL/DRatioL/D22.52018.8理论容量ShotSize(Theoretical)cm3253320364注射重量InjectionWeight(PS)g230291331注射压力InjectionPressureMpa202159140螺杆转速ScrewSpeedrpm0～175合模装置CLAMPINGUNIT合模力ClampTonnageKN1600移模行程ToggleStrokemm420拉杆内距SpaceBetweenTieBarsmm455x455最大模厚Max.Mold