塑料模毕业设计.docx

广西工学院鹿山学院毕业设计（论文）题 目： 锥形塑料件注塑模 系 别： 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称： 二一一 年 五 月 二十七 日摘要本文是关于锥形塑料件注塑模的设计，主要内容包括塑件的成形工艺分析，模具结构形式的确定，分型面位置的确定,浇注系统的形式和浇口的设计,成形零件的结构设计和计算,模架的确定和标准件的选用,合模导向机构的设计,脱模推出机构的设计等。在正确分析塑件工艺特点和PP材料的性能后，涉及模具结构、强度、寿命计算及熔融塑料在模具中流动预测等复杂的工程运算问题；运用CAD、UG等不同的软件分别对模具的设计、制造和产品质量进行分析。锥形塑料件注塑模设计，采用一般精度，利用CAD、UG来设计或分析注射模的成型零部件，浇注系统，导向部件和脱模机构等等。综合运用了专业基础、专业课知识设计，其核心知识是塑料成型模具、材料成型技术基础、机械设计、塑料成型工艺、计算机辅助设计、模具CAD/CAM/CAE等。关键词：模架；标准件；脱模推出机构SynopsisThis paper is about the design of plastic injection mold, cone-shaped include plastic parts forming process analysis, determination of die structure form, parting surface positioning, gating system forms and runner design, forming parts structure design and calculation, the determination of the formwork and standard parts choose, shut the mould design of steering mechanism, stripping out institution design, etc.In the correct analysis plastics technology characteristics and PP material performance, involving the mould structure, strength, lifetime calculation and molten plastic mould flow prediction in complex engineering computation problem; Using CAD, such different software UG respectively to mold of design, manufacturing and product quality analysis. Tapered plastic injection mold design, use general accuracy, use CAD, UG to design or analysis of injection mold, gating system, discusses guide components and moulding mechanism, etc. Comprehensive use of the professional basis, professional class design, and its core knowledge is plastic molding, material molding technology base, mechanical design, plastic injection molding process, computer aided design, mould CAD/CAM/CAD, etc.Key words: formwork; standard parts; stripping out institution design目录1.绪论12.塑件分析42.1塑件设计要求42.2塑件结构分析52.3塑件原材料分析52.4计算塑件的体积和质量63.注塑成型的工艺参数73.1注塑成型的工艺参数74.拟定模具结构形式84.1确定型腔数量及排列方式54.2模具结构形式的确定85.注射机选用95.1注塑机简介95.2注塑机基本参数95.3注射机的选用原则105.4选择注射机105.5注射压力的校核115.6由注射机料筒塑化速率校核型腔数量n115.7 按注射机的锁模（合模）力的校核115.8 模具厚度校核126.分型面的选择13 6.1分型面的设计原则137.浇注系统设计147.1浇注系统设计原则14 7.2主流道设计147.3主流道尺寸147.4浇口套设计157.5分流道的设计157.6分流道的形状及尺寸167.7分流道的表面粗糙度167.8分流道的布置167.9浇口的设计167.10浇口位置选择的原则167.11浇口的选用177.12浇口结构尺寸的经验计算177.13浇注系统的平衡177.14冷料穴187.15拉料杆的设计187.16浇注系统凝料的脱出机构187.17排气方式188.成型零部件设计208.1整体式凹模、凸模结构208.2组合式凹、凸模结构208.3成型零部件的工作尺寸计算208.4型腔径向尺寸的计算208.5型芯径向尺寸的计算218.6型腔高度尺寸的计算218.7型芯高度尺寸的计算228.8成型零部件的工作尺寸计算228.9组合式矩形型腔侧壁厚度的计算228.10组合式矩形型腔底板厚度的计算229.结构零部件的设计249.1模架的确定和标准件的选用249.2合模导向机构的设计259.3导向机构的分类259.4导柱导向机构设计要点259.5导柱的设计269.6导套的设计2610.推出机构的设计2710.1推出力的计算2710.2按模具中的推出零件分2710.3推管推出机构2810.4推管的固定与配合2811.温度调节系统的设计2911.1求单位时间（每分钟）内注入模具中的塑件质量M2911.2求冷却水的体积流量2911.3求冷却管道直径d3011.4求冷却回路总传热面积A3011.5冷却水回路设置的基本原则3011.6冷却系统的结构3012.模具材料的选择3212.1塑料模零件选材原则3212.2模具材料的选用3213.装配图3314.结束语3415.致谢3516.参考文献36 绪论1.1模具在加工工业中的地位 模具是利用其特定的形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用者各种模具。据统计，在现代工业生产中，60%90%的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、摩托车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。而作为制造业基础的机械行业，根据国际生产技术学会的预测，21世纪机械制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成。因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。模具工业发展的关键是模具技术的进步。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并且取得了显著地经济效益。不论在经济繁荣时期还是在经济萧条时期，模具工业都不可或缺。经济发展快时产品畅销，自然要求模具能跟上；而经济发展滞缓时期，产品不畅销，企业必然千方百计开发新产品，这样同样会对模具带来强劲需求。因此，模具工业别称为不衰的工业。目前，世界模具市场仍供不应求， 近几年，世界模具市场总量已超过700亿美元，其中美国、日本、法国、瑞士的够一年出口模具约占本国模具总产值的1/3。因此研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有这特别重要的意义。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本吧模具誉为“进入富裕社会的原动力”，德国则冠之为“加工工业中的帝王“，在欧美其他一些发达国家，模具被称为“磁力工业”。由此可见模具工业在各国国民经济中的重要地位。1.2塑料模具在模具行业中的重要性 塑料模具是当今工业生产中利用特定的形状，通过一点的方式呈现塑料制品的工艺设备或工具，它属于型腔模的范畴。通常情况下，塑件质量的优劣及生产效率的高低，其模具因素约占80%。然而模具的质量还坏有直接与模具的设计与制造有很大的关系。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大，产品的更新换代俞来愈短，用户对塑件的质量要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，这就促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展，从而推动了塑料工业以及机械加工工业的高速发展。1.3 塑料模的现状及发展趋势 在塑料成型生产中，先进的模具设计、高质量的模具制造、幼稚的模具材料、合理的加工工艺和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。一副优良的的注射模模具可以成型上百万次，这与上述因素有很大的关系。中国塑料膜工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了很大的提高，在大型模具方面已能生产48（约122cm）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险扛个整体仪表盘等塑料模具，精密塑料模方面，已能生产照相机塑料件模具，多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的点加工和数控加工技术，快速成型与快速制造急速，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。如下表： 从塑料成型模具的设计理论、设计实践和制造技术出发，塑料成型技术大致有以下几个方面的发展趋势：（1） 推广塑料膜CAD/CAE/CAM技术的集成化21世纪模具CAD/CAM的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，缩短设计及制造周期。降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力，满足用户的需求。下图是CAD/CAE/CAM集成化的工作流程图：（2） 加强塑料模标准化应用 模具标准化程度及标准零件的制造规模与范围，常可标志一个国家的工业化程度。使用标准模架及标准零件，可节省金属材料30%降低成本25%对于模具工业的发展具有十分重要的战略意义。（3） 大力发展快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。 （4） 发展优质模具材料和采用先进的热处理和表面处理技术，优质的模具材料和先进的表面处理技术的使用可以有效的提高模具的使用寿命、塑料制件成型质量和降低加工成本等。2、塑件分析塑件的分析是对所要成型的产品有个初步的了解，在接受设计任务书以后就要对塑料的品种、批量的大小、尺寸精度与技术条件，产品的功用及工作条件有个整体概念，以便在设计模具时优选各种方式来成型塑件。仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种，塑件形状，尺寸精度，表面粗糙度等各方面考虑注塑成型工艺的可行性和经济性，必要时，要与产品设计者探讨塑件的材料种类与结构修改的可能性。2.1塑件及塑件材料的特点本设计塑件是工厂提供，本产品是一个锥形塑料件。如图所示 1. 材料名称：聚丙烯（PP ）2. 生产纲领：中小批量生产3. 尺寸精度：一般精度聚丙烯的分子结构为典型的主体规整结构，为结晶聚合物，其分子量为1050万，密度为0.90.91g/cm 成型收缩率：1.02.5% 成型温度：160220 。 特点：无毒无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100左右使用。具有良好的电性能高频绝缘性不受湿度的影响，但低温时变脆，不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸见有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。 成型热性：1. 吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。2. 流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔，凹痕，变形。3. 冷却速度快，浇注系统及冷却系统影缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低温高压是容易取向，模具温度低于50时塑件不光滑易产生熔接痕，90以上易发生翘曲变形。4. 塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。2.2塑件结构分析（1）、开模方向由零件的三维图分析，外表面的表面质量是比较重要的，再根据模具的结构分析得到，产品的外表面应该在定模上，在产品的分型面设置推出机构，所以开模方向应沿零件的Z轴。（2）、收缩率PP的收缩率为1.0%2.5%，在设计本产品时，结合产品的结构工艺特点和材料的特性，在本设计中，零件的收缩率为1.5%。（3）、零件壁厚本产品的壁厚设置为1.0mm，是根据零件的工作要求、摆放位置和PP的化学和流动特性确定的。（4）、脱模斜度根据产品的外型，结合产品的工作条件、工艺特点，为提高产品的生产效率和表面质量，脱模斜度设置为1。（5）、圆角塑件在面与面之间都设计了圆角过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中，提高塑件强度，而且可以改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。（6）、塑件尺寸精度分析2.3、影响塑件尺寸精度的因素和模具直接有关系: 模具的形式或基本结构；模具的加工制造误差；模具的磨损、变形、热膨胀。和塑料有关的原因: 塑料的标准收缩率的变化；塑料的成型收缩、流动性、结晶化程度的差异；再生塑料的混合、着色剂等添加剂的影响；塑料中的水分以及挥发和分解气体的影响。和成型工艺有关的原因： 由于成型条件变化造成的成型收缩率的波动；成型操作变化的影响；脱模顶出时的塑料变形，弹性恢复。和成型后实效有关的原因： 周围温度、湿度不同造成的尺寸变化；塑料的塑性变形及因为外力作用产生的蠕变、弹性恢复；残余应力、残余变形起的变化。（7） 塑件的尺寸公差本塑件在使用上不需要采用高精度等级，但为了不影响塑件的美观，也不能采用低精度等级。同时，考虑到该材料的性能和成型工艺特点，经查表模具设计与制造手册，精度等级选为3级。2.3 计算塑件的体积和质量 计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机，提高设备利用率，确定模具型腔数。经UG计算塑件体积为：（塑件密度取0.90g/cm3）体积 V= 2738.6960mm3曲面面积S = 2897.1369 mm2质量 M= 2.465 g 3、 注射成型工艺注射成型工艺过程包括成型前的准备、注射过程和塑件的后处理三个部分。3.1注塑成型材料的工艺参数 查资料得：塑料PP注射机类型螺杆式螺杆转速（r/min）3060喷嘴温度170190前段温度180200中段温度200220后段温度160170模具温度4080注塑压力（M Pa）70120保压压力（M Pa）5060注射时间（s）05保压时间（s）2060冷却时间（s）1550 成型周期（s） 401203.1成型前的准备成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。3.2注射过程塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。4.注射机的选用注射机是注射成型的设备，注射模是安装在注射机上生产的。注射机选用得是否合理，直接影响模具结构的设计，因此，在进行模具设计时，必须对所选用活动注射机的相关技术参数有全面的了解3.1注射机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.(1)公称注塑量：指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.(2)注射压力：为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.(3)注射速率：为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.常用的注射速率如表所示: 注射量与注射时间的关系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5（4)塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.(5)锁模力：注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.(6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.(7)开合模速度：为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.(8)空循环时间：在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间3.2注射机的选用原则（1）塑件及浇道凝料的总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量（体积或容量）的0.8倍；（2）模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力；（3）模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力；（4）模具的闭模高度应在注射机最大，最小闭合高度之间；（5）模具脱模取出朔件所需的距离应小于所选注射机的开模行程；（6）模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺寸安装时应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配合；模具的模板各安装孔应与注射机固定模板的安装孔相对应、机床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相对应，注射机的开模行程应满足脱件条件。3.2.1 由工程注射量初选注射机由注射量选定注射机.由UG建模分析得（材料密度取0.90g/cm3）:塑件体积为：体积V1 = 2738.6960mm3考虑到浇注系统及泄露，查阅模具实用技术设计实用手册及塑料模具设计，流道凝料V= 1.37cm3(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；实际注射体积为:V =4.1087cm3；实际注射质量为M = V=3.6978g根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V0 V V0 = V /0.8 =4.10870/0.8=5.1359cm3（2）由锁模力选定注射机F锁F= AP = 2897.136950=144.8568（KN）式中F锁注射机的锁模力（N）； A 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和，由UG软件分析得A=2897.1369mm2; P型腔压力，取P=50MP ；结合上面两项的计算，初步确定注塑机为注射机XS-Z-60.其主要技术参数如表所示:额定注射量（cm）60最大成型面积（mm2）130螺杆直径(mm)38最大开合模行程(mm)180注射压力(MPa)122最大模具厚度(mm)200注射行程（mm）170最小模具厚度(mm)70注射方式柱塞式拉杆空间（mm）190300锁模力(KN) 500喷嘴孔直径(mm)4 电动机功率（KW）11喷嘴球头半径(mm)12动定模固定板尺寸（mm）33034005.5 注射压力的校核注射压力的校核是额定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力。该注射机的注射压力为122MPa，PP的注射压力为70120MPa，所以能够满足要求。5.6 由注射机料筒塑化速率校核型腔数量n 上式右边=4.3683 2（符和要求） 式中n型腔个数K注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8 M注射机的额定塑化量（g/h或cm/h） T成形周期 M2浇注系统所需塑料质量或体积（g或cm） M1单个制品的质量或体积（g或cm） 5.7 按注射机的锁模（合模）力的校核在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：FK AP 1.22897.136950 =173.8282 KN 满足要求 其中式中 F注塑机额定锁模力： 500 KN； K安全系数，通常取1.11.2，取K=1.2。5.8 模具厚度校核模具厚度必须满足下式：H H H 70 180 200式中 H所设计的模具厚度 H注塑机所允许的最小模具厚度H注塑机所允许的最大模具厚度6.分型面的选择分型面是确定模具结构形式的一个重要因素，分型面的类型、形状及位置与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，不仅直接关系到模具结构的复杂度，也关系到塑件的成型质量。6.1 分型面的设计原则如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1、分型面应选择在制品的最大截面处,无论塑件以何方位布置型腔,都应将此作为首要原则；2、有利于保证制品的外观质量,分型面上型腔壁面稍有间隙,熔体就会在塑件上产生飞边；3、尽可能使制品留在动模一侧,因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便易行；4、有利于保证制品的尺寸精度；5、尽可能满足制品的使用要求；6、尽量减少制品在合模方向上的投影面积,以减小所需锁模力；7、长型芯应置于开模方向,当塑件在相互垂直方向都需设置型心时,将较短的型心设置在侧抽芯方向,有利于减小抽拔距离；8、有利于排气；9、有利于简化模具结构,应尽量避免侧向分型或抽芯；10、在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。7.浇注系统设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大。他的作用是将塑料熔体顺利地充满到模具行腔深处,以获得外形轮廓清晰,内在质量优良的塑料制件。普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。7.1 浇注系统设计原则1、浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布置；2、结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；3、尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；4、浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入