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含14张CAD图纸 90 直角 弯头 注塑 模具设计 14 CAD 图纸

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1 分 类 号 密 级 宁 宁波大红鹰学院 毕业设计(论文) 90 度直角弯头注塑模具设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 2015 年 3 月 31 日 2 诚诚 信信 承承 诺诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文）D20 弯头注塑 模具设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的 观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 摘摘 要要 根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等 技术要求，考量塑件制件尺寸。本模具采用一模四腔，侧浇口进料，注射机采 用 XS-ZY 500/200 型号，设置冷却系统，CAD 和 PROE 绘制二维总装图和零件图， 选择模具合理的加工方法。附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示意 图和和计算等分析塑件，从而作出合理的模具设计。 关键词：机械设计；模具设计；CAD 绘制二维图；PROE 绘制 3D 图。 2 AbstractAbstract To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a two sub gate feed injection machine adopts HTFXS-ZY 500/200 models, and set a cooling system, CAD and PROE drawing two- dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design. Keywords:Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two- dimensional map; PROE draw 3D maps, injection machine selection. 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 5 6 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 7 8 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 9 10 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 11 12 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 13 14 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 15 0 目目 录录 摘摘 要要.3 ABSTRACTABSTRACT .4 目目 录录.1 1.11.1 课题背景课题背景.3 1.21.2 课题分析课题分析.4 第二章第二章 塑件分析塑件分析.5 2.12.1 产品分析及其技术条件产品分析及其技术条件.5 2.22.2 塑件材料的确定塑件材料的确定.6 2.32.3 塑件材料的性能分析塑件材料的性能分析.6 2.3.1 基本特性.6 2.3.3 主要用途.7 第三章第三章 成型布局及注塑机选择成型布局及注塑机选择.8 3.13.1 进胶方式选择进胶方式选择.8 3.23.2 型腔的布局及成型尺寸型腔的布局及成型尺寸.8 3.33.3 估算塑件体积质量估算塑件体积质量.9 3.43.4 注塑机的选择和校核注塑机的选择和校核.9 3.4.1 注射胶量的计算.9 3.4.2 锁模力的计算.10 3.4.3 注塑机选择确定.11 表 HTFXS-ZY 500/200 注塑机参数 .11 第四章第四章 注塑模具设计注塑模具设计 .11 4.14.1 模架的选用模架的选用.12 4.1.1 模架基本类型.12 4.1.2 模架的选择.12 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 1 4.1.3 导向与定位机构设计.13 4.24.2 成型浇注系统的设计成型浇注系统的设计.14 4.2.1 主流道设计.14 4.2.2 分流道的设计.15 4.2.3 浇口的设计.15 4.2.4 冷料穴的设计.16 4.34.3 分型面的设计分型面的设计.17 4.44.4 成型零部件的设计成型零部件的设计.18 4.4.1 成型零部件结构.18 4.4.2 成型零部件工作尺寸的计算.20 4.4.3 凹模宽度尺寸的计算.21 4.4.4 凹模长度尺寸的计算.21 4.4.5 凹模高度尺寸的计算.21 4.4.6 凸模宽度尺寸的计算.21 4.4.7 凸模长度的计算.22 4.7.8 凸模高度尺寸的计算.22 4.4.9 模具强度与刚度校核.22 4.64.6 脱模及推出机构脱模及推出机构.22 4.6.1 脱模力.23 4.6.2 推出机构.23 4.74.7 冷却系统的设计与计算冷却系统的设计与计算.25 4.7.1 冷却水道设计的要点.25 4.7.2 冷却水道在定模和动模中的位置.26 4.7.3 冷却水道的计算.27 4.84.8 排气结构设计排气结构设计.28 4.94.9 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核.28 5.10.5.10.侧向抽芯机构类型选择侧向抽芯机构类型选择.29 结语结语 .34 致谢致谢 .35 附图附图(2D/3D)(2D/3D)装配图装配图.36 参考文献参考文献 .38 2 第一章第一章 前言前言 1.11.1 课题背景课题背景 模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、 电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中，60%80%的零件都依靠模具成形， 并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高，结构也越来越 复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效 率和低耗率，是其它品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关， 其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定 板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上 的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注 射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机 构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。 由于模具的使用特点，决定了模具设计也区别与其他行业。模具设计要考 虑的要点如下: a塑件的物理力学性能，如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应 力的敏感性，不同塑料品种其性能各有所长，在设计塑件时应充分发挥其性能 上的优点，避免或补偿其缺点。 b塑料的成型工艺性，如流动性、成型收缩率的各向差异等。塑件形状 应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀 冷却或使热固性塑料制品均匀地固化。 c塑件结构能使模具总体结构尽可能简化，特别是避免侧向分型抽芯机 构和简化脱模结构。使模具零件符合制造工艺的要求。 对于特殊用途的制品，还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀 性能等。 目前，我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大 型、精密、复杂、长寿命的模具。在塑料模具方面，能设计制造汽车保险杠及 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 3 整体仪表盘大型注射模。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析(CAE) 技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等，合理选择浇口位 置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等，使模具设计方案进一步优化， 也缩短了模具设计和制造周期采用模具先进加工技术及设备，使模具制造能力 大为提高。采用 CAE 技术，可以完全代替试模,模具设计方法的一次突破，而 且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的 技术经济意义。某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专 家系统，使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高。 新的模糊控制系统具有加工反力的监测和控制，提高了大面积加工的深度控制 精度。电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面质量。模具逆向工程 技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与 应用，对模具制造能力的提高也起到了很大作用。特别是模具成型零件方面的 软件等，这些技术采用计算机辅助设计，进而将数据交换到加工制造设备，实 现计算机辅助制造，或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化。 1.21.2 课题分析课题分析 本课题內容是对 D20 直角弯头进行测绘。基于生产实践之上的对产品进行 模具设计，模具设计主要内容有型腔布局、浇口形式与位置、模胚选择、分型 面的确定、冷却系统设置、推出机构设置、注塑机台选择及注塑工艺分析等。 根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等 技术要求，本模具采用一模四腔布局，侧入式浇口进料，注射机采用 XS-ZY 500/200 型号，设置冷却系统，CAD 和 PROE 绘制二维总装图和零件图，系统地 运用简要的文字，简明的示意图和和计算分析，从而作出合理的模具设计。选 择合理的加工方法。模具方案确定后进行工艺分析。根据此方案可以达到设计 的预期效果，并且大大提高了注塑模的质量。 4 第二章第二章 塑件分析塑件分析 2.12.1 产品分析及其技术条件产品分析及其技术条件 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和 表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具 结构和模具精度。 课题目标产品是一个生活中常见的 D20 直角弯头，其零件外形如图所示。 具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构简单，生产量大，要求较低的模具成本， 成型容易，精度要求不高。 产品产品 2D/3D2D/3D 视图视图 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 5 塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具 的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精 度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公差 等级确定精度等级。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用 MT5 级精度， 未注采用 MT8 级精度。 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能 避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制 品的表面粗糙度一般为 Ra 0.021.25之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑m 件的 1/2，即 Ra 0.010.63。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗m 糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。 该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，为 Ra0.8，内部为 Ra1.2m 。m 2.22.2 塑件材料的确定塑件材料的确定 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有 流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既 得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活， 它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高， 减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、 防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。 此产品壁厚均匀，PVC 性能优良，成本低廉，符合需求生产量大的要求， 容易成型，对于本课题零件相当适用，所以在这选择其为产品的材料。 2.32.3 塑件材料的性能分析塑件材料的性能分析 2.3.12.3.1 基本特性基本特性 聚氯乙烯（Poly Vinyl Chloride，PVC） 6 分子结构 Polyvinylchloride，主要成份为聚氯乙烯， 色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固 耐用，由于在制造过程中增加了增塑剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料来增强 其耐热性，韧性，延展性等，故其产品一般不存放食品和药品。它是当今世界 上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。它的全球使用量在 各种合成材料中高居第二。据统计，仅仅 1995 年一年， PVC 在欧洲的生产量 就有五百万吨左右，而其消费量则为五百三十万 吨。在德国，PVC 的生产量和 消费量平均为一百四十万吨。PVC 正以 4%的增长速度在全世界范围内得到生产 和应用。近年来 PVC 在东南亚的增长速度尤为显著，这要归功于东南亚各国都 有进行基础设施建设的迫切需求。在可以生产三维表面膜的材料中，PVC 是最 适合的材料。PVC(聚氯乙烯)，其单体的结构简式为 CH2=CHCl. 比重：1.38 克/立方厘米，成型收缩率：0.6-1.5%，成型温度：160- 190。 特点：力学性能，电性能优良。 2.3.32.3.3 主要用途主要用途 PVC 在机械工业上用来制造 PVC 弯管、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接 件、蓄电池槽，在生活中，还可以用 PVC 制造汽车挡泥板、扶手、水管接头等， 还可用 PVC 夹层板制小轿车车身。PVC 还可用来制造食品包装容器，农药喷雾 器及家具等。 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 7 第三章第三章 成型布局及注塑机选择成型布局及注塑机选择 3.13.1 进胶方式选择进胶方式选择 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通 道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设 计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、 浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好 的成型。常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式 浇口，环形浇口等。 浇口的位置选择原则： 浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几 点： 1. 熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使 1)流程(包括分支流程)为最短； 2)每一股分流都能大致同时到达其最远端； 3)应先从壁厚较厚的部位进料； 4)考虑各股分流的转向越小越好。 2. 有效地排出型腔内的气体 由于本设计中塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。侧浇口在产品 端面处，成形后切除浇口, 零件组装时浇口被遮挡起来。 3.23.2 型腔的布局型腔的布局及成型尺寸及成型尺寸 因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸较大，为提高塑件成功概率，并 从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模四腔，进行加 工生产。 8 型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的布局应该是每个产品在成 型过程中的分得所需的压力形同,以保证熔融状态的塑料体能投均匀地、快速 的、充填每个型腔室,保证每个型腔的塑件内在质量、外观均一稳定。这就要 求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道。 成型型腔尺寸依据塑件布局计算确定，需考量成形封闭结合面大小，太大 造成模具尺寸过大，成本浪费，太小易导致成型时溢料飞边，甚至型腔变形。 因模具是一模四腔，考量排布可得型腔长为 240mm，宽为 140mm。塑件的高度 为 15mm，塑件的大部分部胶位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸 入高度加 20-40mm，因此得出成型型腔总体厚度为 40mm。型腔布局如图。 型腔布局型腔布局 3.33.3 估算塑件体积估算塑件体积质量质量 本次设计中，塑件的质量和体积采用 3D 测量，在 PROE 软件中，使用塑模 部件验证功能，可以测得塑件的体积为 7.643，PVC 的密度为 3 cm 1.38，即可以得出该塑件制品的质量约为 10.55g。 3 /cmg 3.43.4 注塑机的选择和校核注塑机的选择和校核 3.4.13.4.1 注射胶量的注射胶量的计算计算 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 9 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： mmnm%80 21 式中：-型腔数量n -单个塑件的重量（g） 1 m -浇注系统所需塑料的重量（g） 2 m 本设计中：n=4 10.55g g =7.2g g 1 m 2 m m（4x10.55+3.5）/0.8 即 m57.125g 因而预选注塑机额定注塑量最少为 58g 以上 3.4.23.4.2 锁模力的锁模力的计算计算 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要 分开而产生溢料。塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。 成型投影面积= 2 AAAnA 21 式中 n -型腔数目 -单个塑件在模具分型面上的投影面积 1 A -浇注系统在模具分型面上的投影面积 2 A n=4 =1192 =500 1 A 2 mm 2 A 2 mm 本设计中 =4x1192+500=5268 21 AnA 2 mm 锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定： 1000 PA P 腔 锁 式中 锁模力，kN；P 锁 型腔压力，MPa ；P 腔 A 成型投影面积，mm2； 10 一般的注塑注塑机在经过模具喷嘴时候的压力大概为 6080MPa，经浇注 系统入型腔时型腔压力通常为 20-40MPa，这里取 30MPa。 计算：A/1000=305268/1000=158.04 kN (取整 158 P 腔 kN) 得出预选注塑机额定注塑压力为 260 kN 以上。 3.4.33.4.3 注塑机选择确定注塑机选择确定 综合考虑以上因素，选定注射机为 XS-ZY 500/200。其相关性能符合成型 方案要求，以下相关参数： 型 号xs-zy 项 目 500/200 螺杆直径/mm65 注射容量/cm3500 注射重量/g455 注射压力/mpa132 注射速率/(g.s-1)168 塑化能力/(kg.h-1)110 注射方式螺杆式 锁模力/kn2000 移模行程mm500 拉杆间距mm540440 最大模厚mm440 最小模厚/mm240 合模方式液压 顶出行程/mm128 顶出力/kn41 定位孔径/mm160 喷嘴移出量/mm30 喷嘴球半径/mm20 系统压力/mpa13.6 电动机功率/kw41 加热功率/kw17 外形尺寸(lwh)/(mmm)61.52 重量/t9 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 11 表表 HTFXS-ZY 500/200 注塑机参数注塑机参数 12 第四章第四章 注塑模具设计注塑模具设计 4.14.1 模架的选用模架的选用 4.1.14.1.1 模架基本类型模架基本类型 注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分 的典型结构如下： 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的 模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、 热流道注射模。 4.1.24.1.2 模架的选择模架的选择 根据对塑件的综合分析，确定该模具是单分型面的模具，由 GB/T12556.1- 12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择 CI 型的模架，其基本结构如 图所示： 模架结构图模架结构图 CI 型模具定模采用两块模板，动模采用一块模板，又叫两板模，大水口模 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 13 架，适合侧浇口的注射成形模具。 由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱 导套选择选正装。根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及 模具的外轮廓尺寸，以此分析计算： 模架的长 L=型腔长度（160）+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚+滑块 厚度300mm 模架的宽 W=型腔宽度（160）+导向杆的直径+模板壁厚+滑块厚度300mm 根据成型型腔的尺寸，在计算完模架的长宽以后，还需要考虑其他螺丝导 柱等零件对模架尺寸的影响，在设计中避免干涉。参考成型型腔厚度，考虑模 板强度要求，定模板厚度取 70mm，动模板厚度取 80mm。考虑顶出行程要求， 支撑板取 10mm 以满足。 综上所述所选择的模架的型号为：CI-3030-A70-B80-C100。 4.1.34.1.3 导向与定位机构设计导向与定位机构设计 导向机构的作用：保证模具在进行开合模时，保证公母模之间一定的方向 和位置。导向零件承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用,导向机构零件 包括导柱和导套等。 1. 导向结构的总体设计 （1） 导向零件（主要是导柱和导套）应该尽可能的采用标准模架已设计 好的尺寸，这样有利于保证质量和减少设计周期，导柱、导套到模 具侧壁必须要有足够的距离，必须满足模具的强度要求，防止因模 板变形而引起导向机构失效。 （2） 现在根据模具的型号，一套模具正常需要二到四根导柱。由于塑件 通常留于公模，所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。 （3） 导柱、导套导向机构在分型面处应有承屑槽 （4） 导柱导套及导向孔的轴线应保证平行 （5） 合模时，应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔，损坏成 型零件。 14 2. 导柱的设计 （1） 有单节与台阶式之分 （2） 导柱的长度必须高出公模端面 68mm （3） 导柱头部应有倒圆角处理 （4） 固定方式凸台形式固定在模板上 （5） 导柱、导套需要热处理来增加硬度、刚度、耐磨性。 3. 导套和导套孔 （1） 无导套的导套孔，直接开在模板上。现在常规设计师导套孔直接开 在定模板上、然后在镶嵌一个有托导套上去。 （2） 导套有有托式、台阶式、凸台式 （3） 在导套前端应倒有圆角 r。 一般情况下,导柱与导套共同使用,用于保证动模与定模两大部分内零件的 准确对合和塑料部品的形状,尺寸精度,并避免模内零件互相碰撞与干涉,起到 合模导向的作用. 4.24.2 成型浇注系统的设计成型浇注系统的设计 浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系 统按照浇口形式可以分为大水口浇注系统和细水口浇注系统，本设计中采用普 通侧浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。 浇注系统组成： 普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。 1主浇道 2第一分浇道 3第二分浇道 4第三分浇道 5浇口 6型腔 7冷料穴 4.2.14.2.1 主流道设计主流道设计 所选用 XS-ZY 500/200 型注射剂喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前段孔径 d0=3mm 喷嘴圆弧半径 R0=12mm 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 15 为了使凝料能够顺利拔出，主流道的小段直径 d 应稍大于喷嘴直径。 d=d0+（0.51）=3.5mm 主流道设计成圆锥形，其锥角通常为 24，主流道角度过大时，容易卷 入空气而产品气泡，主流道角度过小时，会使充填过程的压力损耗率增大，所 以本次设计的主流道倾斜角度为 1，主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12mm。这里取主流道球面半径 R16mm，经测量主流道长度 L 取 95mm。 4.2.24.2.2 分流道的设计分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道应 能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。其作用是改变熔体流向，使其 以平稳的流态均衡地分配到各个型腔，分流道的长度应该尽可能短，折弯少， 尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失，节约塑料的原材料和降低能耗。 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较 理想，因此分流道表面粗糙度值不要太低，一般取 Ra 为 1.6 m，本设计选择 矩形截面的分流道，d=5mm，采用流道布局如图所示： 流道布局流道布局 16 4.2.34.2.3 浇口的设计浇口的设计 侧浇口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般开设在分型面上，一般塑 料熔体从外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形。侧浇口的宽度和深度尺寸 作如下取值： 宽度 b=3 mm 深度 t=1 mm 4.2.44.2.4 冷料穴的设计冷料穴的设计 主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流 入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流 入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末 端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同 或略大一些，这里取为 5mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的 倒扣形式有多种，这里采用 Z 倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推 杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最 后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。如图： 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 17 拉料针拉料针 4.34.3 分型面的设计分型面的设计 将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开 时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面 称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种 选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条 件。 选择分型面时，应从以下几个方面考虑： 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 18 2）使塑件在开模后留在动模上； 3）分型面的痕迹不影响塑件的外观； 4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排； 5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 6）使塑件易于脱模。 综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面，并 选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，如图所示。 PL 分型面的选择分型面的选择 4.44.4 成型零部件的设计成型零部件的设计 模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部 件称成型零部件。一般包括型腔、型芯、型环和镶块等。成型零部件直接与塑 料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度， 因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的 冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其 结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的 表面质量。 4.4.14.4.1 成型零部件结构成型零部件结构 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 19 成型零部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。 型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、 使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌 入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。 本设计中采用嵌入式型腔及型芯，如图所示。其特点是结构简单，牢固可 靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于 减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具 加工起来比较困难，要用到数控加工或电火花加工。 针对型芯和型腔的工艺分析如下： 形同点： 型芯和型腔均需要加工成型区域，流道，浇口为位置，冷却水路，固定用 的螺丝孔。 不同点： 型芯需要加工顶针孔，勾料针孔，型腔则需要加工浇口衬套孔 型腔型腔 3D3D 图图 20 型芯型芯 3D3D 图图 4.4.24.4.2 成型零部件工作尺寸的计算成型零部件工作尺寸的计算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主 要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯 之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。 在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及 精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的 制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素 也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。 由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一 定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭 经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。 塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起 尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定 PVC 材 包含 CAD 图纸和三维建模及说明书, 1 21 料的平均收缩率为 0.5%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为： A=B+0.005B 式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸 B 塑件在常温下实际尺寸 4.4.34.4.3 凹模宽度尺寸的计算凹模宽度尺寸的计算 塑件尺寸的转换：LS1=260.05=26.468-0.70MM,相应的塑件制造公差 ， LM1=(1SCP)+LS1+X1P100.22=(10.005)+26+0.60.700.2 1z 2z 1z 2z 2=26.46800.22mm 式中，是塑件的平均收缩率，PVC 的收缩率为 1%2%,所以平均收缩率 cp S ；、是系数， 一般在 0.50.8 之间，此005.0 2 006.0004.0 cp S 1 x 2 xx 处取；分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；是6 . 0 21 xx 21 、 21、zz 塑件上相应尺寸制造公差对于中小型零件取（下同）。 6 1 z 4.4.44.4.4 凹模长度尺寸的计算凹模长度尺寸的计算 塑件尺寸的转换：LS1=380.05=38.6841.20MM，相应的塑件制造公差 3=1.2MM LM1=(1+SCP)+LS1+X3P100.2=(1+0.005)+38+0.51.200.2=3 1z 2z 1z 2z 8.68400.2MM 式中，是系数，一般在 0.50.8 之间，此处取。 21 xx 、6 . 0, 5 . 0 21 xx 4.4.54.4.5 凹模高度尺寸的计算凹模高度尺寸的计算 塑件尺寸的转换：HS1=130.05=13.234-0.040MM，相应的塑件制造公差 0.1mm HM1=(1+SCP) +HS1+X1P1=(1+0.005)+13+0.70.400.067=13.23400.067MM 1z 2z 1z 2z 式中，是系数，一般在 0.50.7 之间，此处取。 21 xx 、5 . 0, 7 . 0 21 xx 4.4.64.4.6 凸模宽度尺寸的计算凸模宽度尺寸的计算 22 塑件尺寸的转换：LS=260.05=26.46800.7MM，相应的塑件制造公差 0.7mm LM=(1+SCP) +LS+XP= (1+0.005) +26+0.60.70.1170 1z 2z 1z 2z =26.468.1170 MM 式中，是系数，一般在 0.50.7 之间，此处取。x6 . 0 x 4.4.74.4.7 凸模长度的计算凸模长度的计算 塑件尺寸的转换 LS=380.05=38.68401.02MM：，相应的塑件制造公差 1.02mm LM=(1+SCP)+LS+XP= (1+0.005)+38+0.651.02-0.170 1z 2z 1z 2z =38.684-0.170 MM 式中，是系数，知一般在 0.50.7 之间，此处取。x65. 0 x 4.7.84.7.8 凸模高度尺寸的计算凸模高度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 HS=130.02=13.2340O.4MM，相应的塑件制造公差 o.4mm HM=(1+SCP)+H S+ XP= (1+0.005)+13+0.60.4-0.170 1z 2z 1z 2z =13.234.0670 MM 式中，是系数，可知一般在 0.50.7 之间，此处取。x6 . 0 x 4.4.94.4.9 模具强度模具强度与刚度校核与刚度校核 普通意义上的模具强度包括模具的强度、刚度。模具的各种成型零部件和 结构零部件均有强度、刚度的要求，足够的强度才可以保证模具能正常工作。 由于模具形式较多，计算也不尽相同且机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号共 1 页产品名称D20弯头零部件名称动模型芯第 1 页材料牌号号718H 毛坯种类标准模架毛坯外形尺寸160x160x40毛坯件数 1每台件数1备注工序号工 序 名工序内容车 间设 备工艺装备工时终结单件1下料锯床下料(163x163x43），粗铣（160.5x160.5x40.5）钳工锯床,铣床锯条，虎钳662精磨六面直角精磨表面粗糙度Ra3.2 (160x160x40)钳工磨床砂轮663钻孔钻水孔,螺丝孔,攻牙钳工钻床钻头，丝攻444线割线切割,顶针孔，线割线切割机床钼丝665CNC型芯成型部位加工，数控铣床粗加工，精加工CNC数控铣床铣刀886EDM对加工中心无法处理位置做电火花加工EDM电火花机电极12127抛光型芯表面抛光处理钳工虎钳砂纸，油石448装配模具装配钳工44描图描绘底图号装订号编 制编制日期编制日期核日期会签日期图号标记处数更改文件签字 机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号共 1 页产品名称D20弯头零部件名称定模型腔第 1 页材料牌号号718H 毛坯种类标准模架毛坯外形尺寸160X160X40毛坯件数 1每台件数1备注工序号工 序 名工序内容车 间设 备工艺装备工时终结单件1下料锯床下料(163x163x43），粗铣（160.5x160.5x40.5）钳工锯床,铣床锯条，虎钳662精磨六面直角精磨表面粗糙度Ra3.2 (160x160x40)钳工磨床砂轮663钻孔钻水孔,螺丝孔,攻牙钳工钻床钻头，丝攻444线割线切割浇口孔线割线切割机床钼丝335CNC型腔成型部位加工，数控铣床粗加工，精加工CNC数控铣床铣刀886EDM对加工中心无法处理位置做电火花加工EDM电火花机电极12127抛光型腔表面抛光处理钳工虎钳砂纸，油石448装配模具装配钳工44描图描绘底图号装订号编 制编制日期编制日期核日期会签日期图号标记处数更改文件签字 本科毕业论文(设计)开题报告表学生姓名专业班级学 号论文(设计)题 目90度直角弯头注塑模具设计一、选题意义：1.研究目的及意义 目的：了解聚合物的物理性能、流动特性，成型过程中的物理、化学变化及其塑料的组成、分类及其性能；掌握塑料成型的基本原理的和工艺特点，熟悉成型设备对模具的要求。正确分析成型工艺对塑料制件结构和塑料模具的要求；掌握典型塑料成型模具结构特点与设计计算方法，通过训练，能够结合工程实际进行模具设计；初步掌握运用计算机进行塑料模具设计与分析的能力；初步掌握分析、解决现场成成型问题的能力，包括初步掌握分析成型制件缺陷产生的原因和提出解决措施的能力。意义：模具被称为工业产品之母，所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张，被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。3由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值，世界模具市场发展较快，当前全球模具工业的产值已经达到600亿至650亿美元，是机床工业产值的两倍。中国注塑模具行业也在快速发展，中国模具产品产值已从1993年的110亿元增长到1997年的200亿元，并超过了机床产品的产值，到2002年增长到360亿元，1996年至2002年间的年均增长速度达到14%以上，在某些行业年均增速更是高达100%。2003年模具产值已达450亿元，增长25%以上，出口3.368亿美元。近年来，中国塑料模具工业年均增长速度达到10%以上，塑料制品年产量在世界位居第二，2001年达到2000万吨。塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材、汽车、家电、电子、交通、邮电等领域发展迅猛，掀起了一股国内外厂商投资的热潮。4目前中国模具产品已经形成10大类46个小类，模具生产厂点两万多家，从业人员约50万人。在所有模具产品中，自产自用的比例占大部分，2003年实现了商品化流通的模具占45%左右。在10大类模具产品中，塑料模具的比例在2000年模具总量中已达到36%，2002年则接近40%，塑料模具在进出口中的比重更是高达50%至60%，并且随着中国机械、汽车、家电、电子信息和建筑建材等国民经济支柱产业的快速发展，这一比例还将持续提高。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平已取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备还很少，许多先进的技术如CADCAECAM技术的普及率还不高，特别是大型、精密、复杂和长寿命模具远远不能满足国民经济各行业的发展需要。5因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。目前，我国模具工业的当务之急是加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，质中求效益，提高模具的国产化程度，减少对进口模具的依赖。2.调研资料综述（包括国内外技术现状）一、国内注塑模具的发展现状由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展，市场广阔，产销两旺。2003年我国模具产值达到450亿元人民币以上，约折合50多亿美元，按模具总量排名，中国紧随日本、美国其后，位居世界第三。 中国模具行业的现状 模具是涵盖了各种用于金属和非金属成形的特殊装备，在我国被分为10大类、46小类。1996年至2002年间，中国模具制造业的产值年平均增长14%左右，2003年增长25%左右，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%以上。近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。2003年模具出口3.368亿美元，比上年增长在33.5%，形势喜人。总的来看，我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应国民经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具和塑料模具、轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。6近五年来，我国平均每年进口模具约11.2亿美元，2003年就进口了近13.7亿美元的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。 中国现有模具企业超过2万家，从业人数50多万人。中国的模具生产目前主要集中在华南和华东，大约占了全国模具制造业产值和销售额的三分之二，每年平均增长在20%左右。华南模具生产企业主要集中在广东省。广东全省模具生产企业总数目前已有6000家以上，产值已超过150亿元人民币。华东模具生产企业主要集中在浙江、江苏、上海，其模具产值也超过150亿元人民币，其中浙江省的宁波市和台州市最为集中。山东省、安徽省和四川省的模具工业也发展很快,在全国占有重要地位。 模具工业是高新技术产业化的重要领域。例如，在电子产品生产中，制造集成电路的引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模；计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造中的精密塑料模具和精密冲压模具等等，都是产品生产不可或缺的工具装备。精密模具已使模具行业成为一个与高新技术产品互为依托的产业。 现代模具工业又是技术密集型和资金密集型、高投入的装备型产业，是加工装备产业的一个组成部分。机械、汽车、电子通讯、家电、石化、建筑等国民经济的支柱产业都要求模具工业的发展与之相适应，为其提供生产保证。从支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位的重要性。由于模具产品的高技术特性，模具企业只有采用精密装备才能保证其工艺要求。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。中国消费结构和产业结构的加快升级，必将对先进模具制造技术和先进生产装备提出更高的要求。模具企业新增投资中加工设备的投入要占80%。据估计，全国约有40亿元以上的模具设备市场，而且每年还以20%左右的增长速度在发展。本次参展的青岛海尔模具有限公司、铜陵三佳模具股份有限公司、无锡市国盛精密模具制造有限公司等企业通过技术装备升级已成为产品生产提供模具的佼佼者。铜陵三佳更是开了模具企业股票上市的先河，令人振奋。 模具行业还是增值率高、增值税负较重的基础产业。据国家税务总局对1万多家工业企业流转税平均负担率的统计，模具行业比其他行业高出5.07个百分点，这与现代模具产业高投入的产业特点不协调，制约了模具工业的发展。 鉴于模具工业的特点和重要性，国家对模具产业的发展极为重视，并采取了多种措施给予大力扶持。如自1997年以来，相继把模具及其加工技术和设备列入了当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录；从1997年到2005年，对全国部分重点专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策；1999年又把有关模具技术和产品列入国家计委和科学技术部发布的当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南(目录)。这都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。 中国经济的持续高速发展，为模具工业的发展提供了广阔的空间。模具行业在今后的发展中，首先要更加注意其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。我们的模具行业要紧紧地跟着市场的需求来发展。没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。如汽车生产中90%以上的零部件，都要依靠模具成形，在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40%左右。而模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。 其次，要积极推进中西部地区模具产业的发展，努力缩小发达地区和不发达地区的差距。中西部很多地区已经意识到模具产业的发展对制造业的重要作用。如陕西、四川、河北等模具生产企业的生产规模、技术水平都有了很大的发展，河北兴林车身制造集团有限公司作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓;四川宜宾普什模具有限公司凭借强有力的资金投入，将在未来写下新的篇章。 第三.要积极推进模具企业特别是国有企业的体制创新，转换经营机制，大力发展混合所有制经济，明晰产权和完善法人治理结构。充分发掘企业发展的内在动力。要积极推进中、西部工业基础较好地区的制造业大中型企业主辅分离，使其模具车间、分厂在不太长的时间里，采用多种有效实现形式，转换机制，大力发展产权明晰、独立自主经营，适应市场运作和模具生产快速反应的现代专业模具企业，培养能代表行业水平的“龙头”企业，带动地区产业链的发展。 第四.用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。CADCAECAM技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。再有，模具的开发和制造水平的提高，还有赖于采用数控精密高效加工设备，如五轴加工机床、高速铣等。超精加工手段也大量用于模具加工，当前，模具加工技术的重点方向是无图化生产、单件高精度并行加工、少人化或无人化加工和贯彻只装不配少修的原则等。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用也已普遍。二、国外注塑模具的发展现状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。7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