毕业设计（论文）-镊子注塑模设计

第1章引言1.2我国模具设计技术今后发展方向（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。（2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。（4）开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。（6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。第2章.塑件尺寸分析塑料制件主要根据使用要求进行设计,除考虑充分发挥所用塑料的性能特点外,还应考虑塑件的结构工艺性,塑件结构工艺性的主要内容包括塑件的尺寸和精度,表面粗糙度,形状,壁厚,斜度,加强筋,支撑面,圆角,孔,标记,符号和文字。据所给零件的结构,图2.1塑件第3章塑件的材料分析该塑件采用PE树脂，起成型特点流动性中等，吸湿性打算，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件必须经过长时间的预热干燥，溢边值0.04毫米，适合取高料温，高模温，但是料温过高容易分解，对精度的要求较高的塑件，模温适合取50-60摄氏度，对光泽，耐热塑件，模温取60-80摄氏度。注射压力高于聚苯乙烯。用螺杆式注射机成型时，料温为180-230摄氏度，注射压力也比较大。而且有很好的抗冲击强度和良好的机械强度以及一定的耐磨性。收缩率为1.2%--4.0%。质量密度为0.93-0.98克每立方厘米。塑件的原材料工艺性分析结晶料，湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔凹痕变形。冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易产生翘曲变形。塑料壁厚均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。注塑模工艺条件注塑机选用，对注塑机的选用没有特殊要求。由于PE具有高结晶性，需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。锁模力一般按3800t/m²来确定，注射量20%-85%即可。干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。熔化温度：PE的熔点为160-175℃，分解温度为350℃，但在注射加工时温度设定不能超过275℃，熔融段温度最好在240℃。模具温度：模具温度50-90℃。对于尺寸要求较高的用高模温。型芯温度比型腔温度低5℃以上。注射压力：采用较高注射压力（1500-1800bar）和保压压力（约为注射压力的80%）。大概在全行程的95%时转压，用较长的保压时间。注射速度：为减少内应力及变形，应选择高速注射，但有些等级的PE和模具部不适用（出现气泡、气纹）。如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。第4章.注塑设备的选择4.1计算塑件的体积和重量体积：通过UG软件的“体积属性”分析塑件，得到塑件的体积为=2.98cm3。如图所示：图4.1体积测量4.2确定型腔数选择注塑机根据以上所计算的结果，由于制件的大小和最佳浇口分析采取一模4腔，可决定设备型号、规格。注射机的额定注射量为V（额）每次的注射量不超过它的80%，V（注）=4*1.2*2.98=14.3cm³0.8V（额）≥V（注）=14.3cm³V（额）≥14.3cm³注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:（1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。4.3注塑机基本参数根据以上计算以及模具总高度和《模具设计与制造简明手册》选择注射机HTF90螺杆式注射机，其参数如下：表4.2注塑机参数项目HTF90结构形式卧理论注射容量/cm3121螺杆（柱塞）直径/mm36注射压力/Mpa249锁模力/KN900拉杆内间距/mm360*360移模行程/mm320最大模具厚度/mm380最小模具厚度/mm150喷嘴球半径/mm12喷嘴口孔径/mmФ4第5章.塑料件的工艺尺寸的计算该塑件的材料PE是一种收缩范围较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。查手册得的收缩率为1.2%~4.0%,故平均收缩率为2.6%。精度等级表,表5-2精度尺寸的选用[2-3、5]类别塑件种类建议采用的精度等级高精度一般精度低精度PE根椐塑件的要求，由以上两表可查得：该塑件可按精度等级为级精度选取。此产品采用4级精度，属于一般精度制品。因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT７～IT８级，综合参考，相关计算具体如下：型腔凹模尺寸计算：(一)、型腔径向尺寸的计算：LＭ+δz=[（1+Scp）LS-3/4Δ]+δzLＭ————凹模径向尺寸（mm）LS————塑件径向公称尺寸（mm）Scp————塑料的平均收缩率（％）Δ—————塑件公差值（mm）δz————凹模制造公差（mm）由：LS1=141.91mmLs2=6mm又查表知4级精度时塑件公差值Δ1=0.82mmΔ2=0.28mm实践证明：成型零件的制造公差约占塑件总公差的1/3～1/4，因此在确定成型零件工作尺寸公差值时可取塑件公差的1/3～1/4。为了保持较高精度选1/4。由于：δz=1/4Δ得：δz1=1/4×0.32=0.08mmδz2=1/4×0.28=0.07mm则：LＭ1+δz=[（1+Scp）LS-3/4Δ]+δz=[（1+0.26%）×141.91-3/4×0.32]+0.08=142.85+0.08mmLＭ2+δz=[（1+Scp）LS-3/4Δ]+δz=[（1+0.26%）×6-3/4×0.28]+0.07=6.125+0.07mm(二)、型腔深度尺寸的计算：凹模深度尺寸同样运用平均收缩率法：HＭ+δz=[（1+Scp）LS-2/3Δ]+δzHＭ————凹模深度尺寸（mm）δz————凹模深度制造公差（mm）其余符号同上由：HS1=5mm取4精度时Δ1=0.08mm由δz=1/4Δ得：δz1=0.06mm则：HＭ1+δz=[（1+Scp）LS-2/3Δ]+δz=[（1+0.5%）×5-2/3×0.08]+0.06=5.19+0.06mm型芯凸模尺寸计算：型芯径向尺寸的计算运用平均收缩率法：LＭ–δz=[（1+Scp）LS+3/4Δ]–δzLＭ————型芯径向尺寸（mm）δz————型芯径向制造公差（mm）其余符号同上由：LS1=48.39mm取4精度时Δ1=0.12mm由δz=1/4Δ得：δz1=0.08mm则：LＭ1–δz=[（1+Scp）LS+3/4Δ]–δz=[（1+0.5%）×48.39+3/4×0.12]–0.08=48.835–0.08mm(二)型芯高度尺寸的计算运用平均收缩率法：HＭ–δz=[（1+Scp）LS+2/3Δ]–δzHＭ————型芯高度尺寸（mm）δz————型芯高度制造公差（mm）其余符号同上由：HＳ1=2mm取4精度时Δ1=0.14mm由δz=1/4Δ得：δz1=0.06mm则：HＭ1–δz=[（1+Scp）LS+2/3Δ]–δz=[（1+0.5%）×2+2/3×0.14]–0.06=2.111–0.06mm第6章.浇注系统浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入；避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁；型芯或嵌件，使塑料能尽快的流入到型腔各部位，并避免型芯或嵌件变形；尽量避免使制件产生熔接痕，或使其熔接痕产生在之间不重要的位置；浇口位置及其塑料流入方向，应使塑料在流入型腔时；能沿着型腔平行方向均匀的流入，并有利于型腔内气体的排出。6.1分型面的选择分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。外表质量：分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处，方便脱模，制件留在动模边：从制件的推出装置设置方便考虑。包紧力大的，芯应设在动模边而将凹模放在定模边包紧力小且不能确切判断留向的将型芯和凹模的主要部分都设在动模边对型芯无包紧力，对凹模粘附力较大的，将粘附力较大的设在动模边同心度要求：要求同心的部分放在模具分型面的同一侧。当分型面作为主要排气面时料流的末端应在分型面上以利排气。塑料盖模具设计的分型面设计如图所示：图6-1分型面6.2浇口套的选用主流道是浇注系统中从注塑机喷嘴与模具的部位开始，到分流道为止的塑件熔体的流通通道。在注塑机上，主流道垂直分型面。为了使凝料从其中顺利推出，需设计成圆锥形，锥角为20~60，表面粗糙度Ra<0.8μm,主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注塑机及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替反复接触，属易损件，对材料的要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆。一般采用碳素工具钢即T8A、T10A等。把它热处理到53~57HRC。取主流道的球面半径为16mm.浇口套大体结构示意图如图所示：主流道尺寸设计主流道小端直径：主流道大端直径：主流道球面半径：6.3分流道的布置分流道是指主流道末端与浇口之间的通道。此副模具采用圆形的截面形状，由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料的熔体的流动状态较为理想，因而分流道的内表面粗糙度Ra要求比较高，一般取1.6um左右。分流道在分型面上的布置的形式，它必须遵循以下两方面的原则，即一方面排列紧凑，缩小模具板面的尺寸，一方面流程尽量短，锁模力力求平衡，该模具采用平衡式的分流道。流过分流道塑料的质量：该塑件厚度在2-3mm之间，参考文献[5],采用经验公式已知PE塑料常用分流道尺寸推荐范围为：2.8-9.5mm故取分流道直径为5mm,其截面为圆形截面，如图5-2所示。图6.3分流道6.4浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。它是整个浇注系统的关键的部位，也是最薄点。其形状、大小及位置应根据塑件大小、形状、壁厚、成型材料及塑件技术要求等进行而确定。浇口分限制性浇口和非限制性浇口，该塑件采用的是限制性浇口，它一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，有利于塑料进入，使其充满型腔。另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分开的作用。该模具设计中浇口的形式设计为侧浇口。侧浇口深度尺寸：其中n是塑料成型系数，查阅相关资料得PE塑料系数n=0.7，对应塑件厚度t=2mm。侧浇口的宽度：侧浇口的长度：为去除浇口方便，1.5mm图6.4浇口第7章脱模机构的设计与模架设计7.1脱模结构设计塑件冷却后由于有少量的收缩，塑件会紧抱在型芯上，所以在脱出产品时不像冲压件那么可以自动脱落。这样，我们必须设计推出机构将塑件顶出，推出机构设计时我们考虑的是要使塑件各部分受力均匀，在此设计中，由于采用了一模4腔的结构，模具开模时，在注塑机的作用下，动模部分向开模方向运动运动到一定位置，注塑机的顶出装置作用在顶针板上，顶针板推动推杆，推杆将产品推出模外，推杆的布局如下图所示：图7-1推杆布局7.2合模导向机构的设计导向机构主要包括导柱、导套，主要作用是在动模与定模合模时保证型芯和型腔的精确定位。导向零件应合理地均匀分别在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。根据模具的形状和大小，一副模具一般采用2到4根导柱。在此设计中采用了4根导柱。加工个导柱、导套孔时，应将定模板、推件板、动模板合在一起，一次性加工出来，以保证孔的同心度，然后再在定模板、动模板上加工沉头孔。导柱导套的具体结构见图。图7-2导柱图7-3导套7.3模架的设计通过前面的设计及计算工作，便可以根据所定内容确定模架。模架部分可以自己设计，也可以选用标准模架；在生产现场模具设计过程中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号，因为标准件有很大一部分已经标准化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有用的。塑料注射模标准模架共有两种，即GB/T12556.1-12556.2—1990《塑料注射模中小型模架》和GB/T12555.1-12555.15—1990《塑料注射模大型模架》。两种标准模架的区别主要在于适用范围。中小型标准模架的模板尺寸BCL≤500mmC900mm,而大型模架的模板尺寸BCL为630mmC630mm-1250mmC2000mm。所以根据塑件的大小我只能选用小型模架。而塑料注射模中小型模架的结构形式可按照结构特征分为基本型和派生型。选用标准模架，可以大大缩短模具的制造周期，提高企业的经济效益。由于用的是点浇口自动脱料的形式再根据前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，综合考虑了塑件的结构和大小结合标准模架，选用模架为lkm_AITYPE。模架型号为大水口CI-3035-A60-B65-C80而标准件则包括通用标准件及模具专用标准件两大类。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。第8章.排气系统和温度调节系统的设计8.1排气系统PE料在熔化时，会产生气体，所以当塑料在充满型腔时及浇注系统内的空气，如果在型腔中不及时排除干净，可以会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等缺陷。另一方面气体的受压产生反向压力而降低充模速度，还可能造成塑件碳化或烧焦。注射成型时的排气可采用如下四种方式排气：1利用配合间隙排气；2在分型面上开设排气槽排气；3利用排气守排气；4强制性排气；该模具是采用利用配合间隙排气。其间隙值约为0.03~0.05mm.它常用于中小型的简单模具。8.2温度调节系统的设计冷却装置的目的，主要是防止塑件在脱模时发生变形，缩短成型周期及提高塑件质量。一般在型腔，型芯等部位设置合理的冷却水路，通过调节冷却水流量和流速来控制模温。冷却水孔开孔的原则：（1）冷却水孔的数量应尽可能的多，直径应尽量大；（2）每个冷却水孔至型腔表面的距离应相等，一般保持在0~15mm范围内，距离太近则冷却不易均匀，太远则效率低。水孔直径一般保持在8~12mm。（3）水孔通过镶块时，防止镶套管等漏水。（4）冷却管路一般不宜设在型腔内塑料熔接的地方，以免影响塑件的强度。（5）水管接头应设在不影响操作的一侧注射模具的温度设计是否恰当，不仅影响塑件的质量，而且对生产效率、充模流动、固化定型都有重要影响。模具对塑件质量的影响主要体现在以下几个方面：1、改善成形性2、成形收缩率3、塑件变形4、尺寸稳定性5、力学性能6、外观质量。PE的单位热流量QS的值的范围在（310～410）KJ/kg，可取QS=360KJ/kg计算冷却水的冷却流量qV设冷却水道入口的水温为θ2=22℃出口水温为θ1=25℃模具温度取60℃取水的密度ρ=1000kg/m3水的比热容c=4.187kJ/（kg.℃）确定冷却水路的直径d为使冷却水处于瑞流状态，取模具冷却水孔的直径d=10mm。冷却管壁与水交界面的膜转热系数平均水温为23.5℃时，查表12-4[5]得=6.72(6)计算冷却水通道的导热总面积(7)计算模具冷却水管的总长度(8)设冷却水路根数为，设每条水路的长度为=1200mm经过以上分析我们可以设计运水道如图所示（虚线示意位置为水道位置）：图8.1水路第10章.注射机有关工艺参数的校核每副模具都只能安装在与其相适应的注塑机上进行生产，因此模具设计与所用的注塑机关系十分密切。在设计模具时，应校核注塑机的一些技术参数10.1注射量的校核根据《模具设计与制造简明手册》可知：塑件的体积应小于注射机的注射容量，其公式按下式校核：0.8=0.8121=96.8式中：——塑件与浇注系统的体积总和——注射机的注射量（）0.8——最大注射量的利用系数经计算故合格10.2锁模力的校核由查《模具设计指导》表6-5PE塑料成型时的注射压力=30~60MppF式中p——塑料成型时型腔压力，PE塑料的型腔压力p=35MpaF——浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（）单型腔在分型面上的投影面积：10744.292mm²各型腔及浇注系统在分型面上的投影面积F=4*1.2*1074=5155.2mm³pF=355155.2=180.432KN因为=900KN>pF=180432KN故锁模力合格10.3注射机安装模具部分的尺寸校核喷嘴尺寸：喷嘴尺寸与浇口套相适应，浇口套是根据喷嘴尺寸来设计的；定位