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托架注塑模具设计大学论文
XX大学
毕业设计（论文）
托架注塑模具设计
摘要
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
塑料工业的飞速发展，对注塑模具的设计与生产提出了质量好、制造精度高、研发周期短等越来越高的要求，能否适应这种需求已成为模具生产企业发展的关键因素。
模具技术是融合机械工程、计算机应用、自动控制、数控技术等学科为一体的综合性学科。
本文中针对托架注射模具制定出合理的设计结构，其中包括成型部分及其零部件设计，浇注系统设计，脱模机构设计，冷却系统设计等。
根据分析，设计了一套塑料注射模具，并对模具以及主要零件进行了CAD绘图。
关键字：
注射模具，浇注系统，脱模机构，冷却系统
全套设计请加197216396或401339828
Abstract
Moldproductiontechnologyoflevel,hasbecomeanimportantsymboltomeasurethelevelofanationalmanufacturingproducts.Therapiddevelopmentoftheplasticsindustry,putforwardthegoodquality,highmanufacturingprecision,shortdevelopmentcycle,higherandhigherrequirementsofinjectionmolddesignandproduction,canadapttothisdemandhasbecomethekeyfactorinthedevelopmentofmoldmanufacturingenterprises.Mouldtechnologyisacomprehensivesubjectintegrationofmechanicalengineering,computerapplication,automaticcontrol,numericalcontroltechnologyandotherdisciplinesasawhole.
Thispaperaimedatthecarrierinjectionmoldmakingareasonabledesignstructure,includingmoldingpartsandcomponentsdesign,gatingsystemdesign,demouldmechanismdesign,coolingsystemdesign.Accordingtotheanalysis,asetofplasticinjectionmolddesign,themoldandthemainpartsoftheCADdrawing.
Keywords:
ejectionmechanismofinjectionmould,gatingsystem,coolingsystem
目录
摘要II
AbstractIII
目录IV
第1章前言1
第2章塑件的工艺分析2
2.1塑件的工艺性分析2
2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析4
2.2.1结构分析4
2.2.2尺寸精度分析4
2.2.3表面质量分析4
2.3计算塑件的体积和质量5
2.4注塑机的初选5
第3章分型面选择和浇注系统设计6
3.1注射模具分型面的选择6
3.1.1分型面的基本形式6
3.1.2分型面选择的基本原则6
3.1.3分型面的选择6
3.2浇注系统的设计7
3.2.1浇注系统的组成7
3.2.2注射模具主流道的设计7
3.2.3分流道的设计9
第4章成型零件的设计10
4.1模具型腔的结构设计10
4.2型芯的结构设计11
4.3成型零件的尺寸确定11
4.2型芯的结构设计12
4.3成型零件的尺寸确定12
第5章顶出机构的设计14
第6章冷却系统的设计15
第7章排气系统16
第8章成型设备有关参数校核17
第9章模具特点和工作原理17
总结19
参考文献20
第1章前言
塑料制品的成型是塑料成为具有实用价值制品的重要环节。
塑料成型方法已达40多种。
其中最重要的是注射，挤出，吹塑和压制等。
它们几乎占了整个塑料成型的85%；其中注射尤为突出，占塑料成型的30%以上。
注射模具成形是热塑性塑料成型的一种方法，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型，有些热固性塑料也可以用注射模塑成型。
先进制造技术的发展使人们不再单纯地依赖产品图或产品样件来设计制作模具,逆向工程技术的应用使产品的图片、照片或影像资料,甚至产品模具本身,都可以作为模具的设计依据。
逆向工程技术特别在消化、吸收国外先进模具技术方面具有突出的优势,由此还带来设计思路上的变化,有时可以先设计模具型腔,然后据此再完善产品设计图样。
第2章塑件的工艺分析
该塑件是托架产品，其零件图如图所示。
生产类型为大批量生产。
图2.1托架图
2.1塑件的工艺性分析
该材料为聚甲醛
聚甲醛是一种没有侧链，高密度，高结晶性的线性聚合物，具有优异的综合性能。
聚甲醛是一种表面光滑，有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，可在-40-100°C温度范围内长期使用。
它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油，耐过氧化物性能。
很不耐酸，不耐强碱和不耐太阳光紫外线的辐射。
聚甲醛的拉伸强度达70MPa，吸水性小，尺寸稳定，有光泽，这些性能都比尼龙好，聚甲醛为高度结晶的树脂，在热塑性树脂中是最坚韧的。
具抗热强度，弯曲强度，耐疲劳性强度均高，耐磨性和电性能优良。
聚甲醛的分子结构式为毛CHZ-0矢，是一种没有侧链的高密度、高结晶性的线型聚合物。
由于C-0键的键长小于C-C键，因此聚甲醛链轴方向的填充密度大。
与聚乙烯相比，聚甲醛的碳氧键短，内聚能密度高，密度大。
按其分子链中化学结构的不同，可分为均聚甲醛和共聚甲醛两种。
两者的重要区别是：
均聚甲醛密度、结晶度、熔点都高，但热稳定性差，加工温度范围窄（约10℃），对酸碱稳定性略低；而共聚甲醛密度、结晶度、熔点、强度都较低，但热稳定性好，不易分解，加工温度范围宽（约50℃），对酸碱稳定性较好。
是具有优异的综合性能的工程塑料。
有良好的物理、机械和化学性能，尤其是有优异的耐摩擦性能。
俗称赛钢或夺钢，为第三大通用塑料。
适于制作减磨耐磨零件,传动零件,以及化工,仪表等零件。
聚甲醛分子链的柔顺性大，链的结构规整性高，因而结晶度高，结晶能力强。
均聚甲醛的结晶度为75%一85%，共聚甲醛为70%一75%，即使快速淬火，结晶度也能达到65%以上。
完全非晶态的聚甲醛只有在一100℃时才能得到。
高密度和高结晶度是聚甲醛具有优良胜能的主要原因，如硬度大和模量高，尺寸稳定性好，耐疲劳性突出，不易被化学介质腐蚀等。
尽管聚甲醛分子链中C-。
键有一定的极性，但由于高密度和高结晶度束缚了偶极矩的运动，从而使其仍具有良好的电绝缘性能和介电性能。
聚甲醛端基中含有半缩醛结构。
当加热至100℃左右时，可从其端基的半缩醛处逐渐解聚，因此其耐热性较低。
当加热到170℃左右时，可从分子链的任何一处发生自动氧化反应而放出甲醛，甲醛在高温有氧时会被氧化成为甲酸，甲酸对聚甲醛的降解反应有自动加速催化作用，因此常在均聚甲醛树脂中加人热稳定剂、抗氧化剂、甲醛吸收剂等，以满足成形加工的需要。
由于共聚甲醛分子链中含有一定量的C-C键，它可以阻止聚甲醛分子链的氧化降解，因而共聚甲醛比均聚甲醛的热稳定性能要好得多。
但是无论是均聚甲醛还是共聚甲醛，在加工和应用时应充分重视其热稳定性和热氧稳定差的缺点。
注塑工艺参数
料筒温度
喂料区
30~50℃（50℃）
区1
160~250℃（200℃）
区2
200~300℃（220℃）
区3
220~300℃（240℃）
区4
220~300℃（240℃）
区5
220~300℃（240℃）
喷嘴
220~300℃（240℃）
比重1.43
熔点175°C
伸强度（屈服）70MPa
伸长率（屈服）15%
（断裂）15%
冲击强度（无缺口）108KJ/m2
（带缺口）7.6KJ/m2
均聚甲醛的合成一般以甲醛的水溶液在酸的存在下缩合聚合。
得到聚合度为100以上的a-聚甲醛，然后将其加热分解成甲醛气体，经精制和脱水后，通常利用部分预聚合的方法纯化单体，然后通入含少量引发剂的干燥溶剂中进行聚合。
因为水的存在，使分子量显著降低。
引发剂可用路易斯酸或碱等。
但大多用叔胺进行负离子加成聚合，反应如下：
聚甲醛的端基为半缩醛（—CH2OH），当温度高于100℃时，端基易断裂，一般需经端基处理使之稳定化。
稳定化处理后可耐热到230℃。
多聚甲醛可在170～200℃的温度下加工，如注射、挤出、吹塑等。
主要用作工程塑料，用于汽车、机械部件等。
POM是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性。
POM既有均聚物材料也有共聚物材料。
均聚物材料具有很好的延展强度、抗疲劳强度，但不易于加工。
共聚物材料有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工。
无论均聚物材料还是共聚物材料，都是结晶性材料并且不易吸收水分。
POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率，可高达到2%~3.5%。
对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。
2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
2.2.1结构分析
从零件图上分析，该零件总体形状为长形。
因此,模具设计,该零件属于中等复杂程度.
2.2.2尺寸精度分析
从塑件的壁厚上来看,壁厚最大处为5mm,壁厚均匀,，在制件的转角处设计圆角，防止在此处出现缺陷，由于制件的尺尺寸中等。
2.2.3表面质量分析
该零件的表面除要求没有缺陷﹑毛刺，内部不得有杂质外，没有什么特别的表面质量要求，故比较容易实现。
综上分析可以看出,注塑时在工艺控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证.
2.3计算塑件的体积和质量
计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。
计算塑件的体积：
V=46.87cm
计算塑件的质量：
根据设计手册可查得ABS的密度为ρ=1.06kg/dm
塑件质量：
M=Vρ＝50g（通过3D软件测量得到）
2.4注塑机的初选
根据塑件的计算重量或体积，选择设备型号规格，确定型腔数当未限定设备时，须考虑以下因素：
采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸，注塑时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注塑机XS—ZY—125型。
第3章分型面选择和浇注系统设计
3.1注射模具分型面的选择
3.1.1分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面。
3.1.2分型面选择的基本原则
选择分型面的基本原则：
（1）保持塑料外观整洁；
（2）分型面应有利于排气；（3）应考虑开模是塑料留在动模一侧；（4）应容易保证塑件的精度要求；（5）分型面应力求简单适用并易于加工；（6）考虑侧向分型面与主分型面的协调；（7）分型面应与成型设备的参数相适应；（8）考虑脱模斜度的影响[11]。
3.1.3分型面的选择
1、确定成型位置
由于塑件结构简单,所以不用设计小型心,型腔直接开设在定模板和中间板上.采用两排各8个型腔分布.
2、确定分型面
采用单分型面注射模,从AA分型面一次分型,如下图所示:
图3.1分型面
3.2浇注系统的设计
3.2.1浇注系统的组成
浇注系统是将熔融的塑料从成型设备喷嘴进入模具型腔所经的通道，它包括主流道、分流道、浇口及冷料。
在设计注射模具的浇注系统应注意以下几项原则[12]。
（1）根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。
（2）根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸多因素，并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置。
（3）应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把，以节省原料，提升注射效率。
（4）应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性能，选择浇注系统的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物流的流动。
3.2.2注射模具主流道的设计
主流道是熔融塑料由成型设备喷嘴先经过的部位，它与成型设备喷嘴在同一轴心线上。
由于主流道与熔融成型设备喷嘴反复接触、碰撞，一般浇口不直接开设在定模上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或迫合形式在定模板上[13]。
（1）主流道的设计
主流道是指浇注系统中从成型设备喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道。
主流道的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。
（2）主流道尺寸
在卧式或立式成型设备上使用的模具中，主流道垂直于分型面。
为了让主流道凝料能从浇口套中顺利拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角为2º～6º。
小端直径d比成型设备喷嘴直径大0.5mm～1mm。
由于小端的前面是球面，其深度为3mm～5mm，成型设备喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大1mm～2mm。
流道的表面粗糙度值Ra为0.08。
（3）主流道浇口套
主流道浇口套一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等材料制造，热处理淬火硬度53HRC—57HRC。
浇口套的材料应选用优质钢T8A，并应进行淬火处理，为了防止成型设备喷嘴不被碰撞而损坏，浇口套的硬度应低于成型设备喷嘴的硬度。
为了便于浇注凝料从主流道中取出，主流道采用α为3º～6º左右的圆锥孔。
浇口套于成型设备的喷嘴头的接触球面必须吻合，由于成型设备喷嘴是球面，半径是固定的，所以为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使浇口套端面的凹球面与成型设备喷嘴端的凸面接触良好，圆锥孔的小端直径则大于喷嘴的内孔直径，球面与主流道孔应以清角连接，不应有倒拔痕迹。
为了便于浇注凝料从主流道中取出，主流道采用α为3º～6º度左右的圆锥孔，对流动性较差的塑料也可取得稍大一些，但过于大则容易引起注射速度缓慢，并容易形成涡流。
浇口套与塑料注射区直接接触时，其出料端端面直径应尽量选得小些。
浇口套于成型设备的喷嘴头的接触球面必须吻合，由于成型设备喷嘴是球面，所以为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使浇口套端面的凹球面与成型设备喷嘴端的凸面接触良好，圆锥孔的小端直径则大于喷嘴的内孔直径，球面与主流道孔应以清角连接，不应有倒拔痕迹，以保证主流道凝料顺利脱模[14]。
定位环是模体与成型设备的定位装置，它保证浇口套与成型设备的喷嘴对中定位，定位环的外径应与成型设备的定位孔间隙配合。
浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。
成型设备SZ-63／400的喷嘴球半径为18mm，喷嘴孔径为2mm。
所以要使浇口套端面的凹球面与成型设备喷嘴的端凸球面接触良好，凹球面半径取19mm，圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴口内径，取3.2mm，如图3.2。
图3.2浇口套
主流道垂直于分型面。
为了让主流道凝料能顺利从浇口中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角为3º。
小端直径d比成型设备喷嘴直径大0.5－1mm。
由于小端的前面是球面，其深度为3－5mm，取值为5mm，成型设备喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面大1－2mm。
3.2.3分流道的设计
分流道是将熔融塑料从主流道截面及其方向的变化，平稳进入单腔中的进料浇口或主流道进入多腔的浇口的通道，它是主流道与浇口的中间连接部分，起分流和转换方向的作用，通常分流道设置在分型面的成型区域内。
在注射过程中，熔融的塑料在流经分流道时，应是它的压力损失以及热量损失最小，而以分流道中产生的凝料最少为原则，分流道的设计要点总体归纳如下：
分流道的形状要考虑分流道的截面积与其周边长度的比最大为好，这样可以减少熔料的散热面积和摩擦阻力，减少压力损失。
在可能情况下，分流道的长度应尽量的短，以减少压力损失，避免模体过大影响成本，在多型腔模具中和型腔的分流道长度尽量相等，以达到注射大时压力传递的平衡，保证塑料尽可能同时均匀的充满各个型腔。
在有些情况下分流道长度不能相等时，则应在浇口处作必要的补救措施，如果分流道较长时，应在其末端设置冷料穴，放置冷料和空气进入模腔[15]。
在满足注射成型工艺的前提下，分流道的截面积应尽量的小，但分流道的截面积过小会降低注射速度，使填充时间延长，同时可能出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷，而分流道过大则增大冷却时间应比型腔中塑件的冷却时间要短，才不影响注射时的效率。
因此在设计时应采用较小的截面积，以便于在试模是为不要的修正留有余地。
分流道和型腔的分布是排列紧凑，距离合理，应采用轴对称或中心对称，使其平衡，尽量缩小成型区域的总面积。
最好使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心和锁紧力的中心相重合。
在分流道上的转向次数尽量少，在转向处应圆滑过渡，不能有尖角，这些都是为了减小压力损失，有利于物料的流动。
当分流道设在定模一侧或分流道延伸较长时，应在浇口附近或分流道的交叉处设置钩料杆，以便于在开模时在钩料杆的作用下首先从定模中拉出分流道的凝料，并与塑料一起顶出。
分流道的内表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6μm即可，这样可以在分流道的摩擦阻力下使料流外层的流动小些，使其分流道的冷却皮层固定，有利于熔融塑料的保温。
在总体分布中，应综合考虑冷却系统的方式和布局，并留出冷却水路的空间。
a．分流道的形状和尺寸
分流道开设在定模板上，其截面形状为半圆形，底部以圆角相连。
分流道为二次分流道，具体形状如图三。
b、分流道的表面粗糙度
由于分流道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要求不太低，一般Ra取1.6μm左右，这可增加对外层塑料熔体的阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。
c、分流道在分型面上的布置形式
分流道在分型面上的布置形式与行腔在分型面上的布置形式密切相关。
由于行腔呈矩形形状分布，则分流道一般采用“非”字状分布。
4.4.3、浇口的设计
此套模具采用的是点浇口的形式，点浇口是一种截面尺寸很小的浇口。
这种浇口由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度地增加塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致容体的表现粘度下降，流动性增加，有利于型腔的充填。
第4章成型零件的设计
4.1模具型腔的结构设计
型腔大体有以下几种结构形式：
整体式、整体组合式、局部组合式和完全组合式。
型腔由整块材料制成，用台肩或螺栓固定在模板上。
它的主要优点是便于加工，特别是在多型腔模具中，型腔单个加工后，在分别装入模板，这样容易保证各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件进行处理等。
型腔由整块材料制成，但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。
局部组合式型腔多于型腔较深或形状较为复杂，整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。
完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。
它的特点是，便于机加工，便于抛光研磨和局部热处理。
节约优质钢材。
这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上。
这里选择整体式型腔。
在塑料注射模具的注射过程中，型腔从合模到注射保证过程中受到高压的冲击力，因此模具型腔应该有足够的硬度和刚度，总的来说，型腔所承受的力大体有合模时的压应力、注射过程中塑料流动的注射压力、浇口封闭前一瞬间的压力保证和开模时的压应力，但型腔所承受的力主要是注射压力和保证压力，并在注射过程中总是在变化。
在这些压力作用下，当型腔的刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度。
所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中产生超过规定限度的弹性变形。
因此型腔壁厚和底板的计算和选择是十分重要的。
4.2型芯的结构设计
型芯的结构形式大体有：
整体式、整体复合式、局部组合式、完全组合式。
4.3成型零件的尺寸确定
（1）型腔侧壁厚度的计算
按强度计算
其壁厚S按下列公式计算
式中[σ]—型腔材料的许用应力，[σ]=156.8MPa
p—型腔内单位平均压力，P=38.4MPa
r—型腔内半径，r=10mm
代入公式得：
S=4mm
（2）底板厚度的计算
按强度计算
其壁厚H按下面公式计算
式中[σ]—型腔材料的许用应力，[σ]=156.8MPa
p—型腔内单位平均压力，P=38.4MPa
r—型腔内半径，r=10mm
代入公式得：
H=5.5mm
4.2型芯的结构设计
型芯的结构形式大体有：
整体式、整体复合式、局部组合式、完全组合式。
4.3成型零件的尺寸确定
（1）型腔尺寸计算
型腔的各部分尺寸一般都是趋于增大尺寸，因此应选择塑件公差△的1/2，取负偏差，再加上-1/4△的磨损量，而型芯深度则再加上-1/6的磨损量，这样的型芯的计算尺寸的表述如下。
（a）型腔的径向尺寸的计算式：
式中D0—型芯的最小基本尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收缩率，S=0.02；
△—塑件的公差，取八级精度；
δ—模具制造公差，按1/4△选取；
根据公式计算得型腔的径向尺寸：
（b）型腔的深度根据尺寸的计算公式
式中—型腔深度的最小尺寸；
—塑件的最大基本小尺寸；
S—塑件的平均收缩率；
△—塑件的公差，取八级精度；
δ—模具制造公差，按1/4△选取；
根据公式计算得型腔的深度尺寸：
（2）型芯尺寸的计算
型芯的各部尺寸除特殊情况外都是趋于缩小尺寸,因此应选择塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨损量,而型芯高度则加上+1/6的磨损量.型芯的计算尺寸表达如下。
（a）型芯的径向尺寸的计算式：
式中—型芯的最大基本尺寸；
—塑件的最小基本尺寸；
S—塑件的平均收缩率；
△—塑件的公差，取八级精度；
δ—模具制造公差，按1/4△选取；
根据公式计算得型芯的径向尺寸：
（b）型芯的高度尺寸的计算：
式中—型芯高度的最大尺寸；
—塑件内形深度的最小尺寸；
S—塑件的平均收缩率；
△—塑件的公差，取八级精度；
δ—模具制造公差，按1/4△选取；
根据公式计算得型芯的高度尺寸：
确定主要零件结构及尺寸
经过初步设计,预选中小型550×410标准A1模架，各板厚数值皆已有国际规定，其强度足够。
第5章顶出机构的设计
顶出机构的分类：
按驱动方式分类可分为：
手动顶出、机动顶出、启动顶出。
按模具结构分类可分为：
一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。
（1）推出机构的结构组成
在注射成形的每个周期中，将塑料制品及浇注系统凝料从模具巾脱出的机构称为推出机构，也叫顶出机构或脱模机构。
推出机构的动作通常是由安装在成型设备上的机械顶杆或液压缸的活塞杆来完成的。
结构组成：
由推出、复位和导向零件组成。
（2）结构分类
手动推出、机动推出、液压或气动推出。
（3）结构设计要求
塑件留在动模,塑件在推出过程中不变形、不损坏,不损坏塑件的外观质量,合模时应使推出机构正确复位,动作可靠。
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