衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计本科学位论文.docx
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衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计本科学位论文
毕业设计
题目：
衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计
副标题：
学生姓名：
袁永智
所在系、专业：
机电系、模具设计与制造
班级：
模具101
指导教师：
王昌国程洋
日期：
2013年5月22日
摘要
塑料作为现代社会经济发展的基础材料之一，已广泛应用于国民经济的各个领域，与钢铁、木材、水泥成为材料领域的四大支柱，有着以塑代钢、以塑代木的发展趋势。
塑料模具是塑料成型加工中重要的装备之一，在塑料制品制造过程中起着重要的作用，直接影响着塑料制品的质量、性能与生产周期。
本设计介绍了衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计的基本过程，详细介绍了塑件成型工艺设计，注射机的选择，浇注系统的的设计，成型零件的结构设计，脱模推出机构的设计，冷却系统的设计的过程。
并对标准模架的选择也作了相应的介绍。
通过本次设计，使我掌握了注塑模具设计的全过程，同时也提高了运用CAD绘制复杂装配图的能力。
关键词：
CAD；注塑模具；塑料拉手；模具结构
前言
本次毕业设计的题目是衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计，它来自于工厂产品设计。
希望通过本次设计锻炼在塑料模具设计这方面的能力，并对相关知识熟练掌握。
同时也对大学所学知识做一次规律性的总结。
近年来中国塑料业年均增长速度很快，塑料产品年产量位居世界第二。
塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材、汽车、家电、电子、交通等许多领域发展迅速，掀起了一股投资的热潮。
本此设计的研究对象是衣橱用塑料拉手，首先通过分析零件材料及结构分析，确定了工艺方案，设计了模具，其中涉及到多个零件结构尺寸的设计。
本论文从工艺设计、工艺计算和模具设计三个方面对设计过程做了详细表述，采取图例与文字表述相结合，设计与创新相结合，理论与实践相结合，使模具设计和加工更加紧密的结合在一起。
本论文在设计时广泛采纳了国内外各个领域成熟的经验和最新的参考资料。
在这次的毕业设计中，王昌国老师给予了我很大的帮助，在此表示衷心的感谢。
由于设计者水平有限，说明书中可能出现疏漏或不足之处，殷切希望得到各位老师的批评指正。
1.绪论
1.1我国模具业的发展趋势分析
目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，60％－80％的零部件，都要依靠模具成型。
用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。
模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。
经过几年的发展，塑料模具的开发、创新和企业管理等方面已显示出一些新的发展趋势：
（1）在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将交货周期放在首位。
要求模具公司尽快交货，这已成为一种趋势。
企业千方百计提高自己的适应能力、技术水平、装备质量、管理水平和效率等都是为了有效的缩短模具的生产周期，从而降低上产成本。
（2）大力提高自身的开发能力，将开发工作尽量前置，介入到模具用户的产品开发中去，甚至可以在尚无明确用户对象之前先行开发，变被动为主动。
目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。
这种做法打破了长期以来模具厂的固定模式，可以扭转被动的局面。
（3）模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。
在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。
目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。
向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。
随着塑料模具市场的快速发展，塑料新材料以及多样化成型方式的出现今后必然会不断的向前发展，因此对模具的要求也会越来越高。
展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。
（1）超大型、超精密、长寿命、高效能的模具将得到很好的发展。
（2）多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到很好的发展。
（3）各种既快速又经济的模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速的发展。
（4）更高性能和满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。
（5）各种模具型腔表面的处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会得到进一步的发展。
1.2塑件成型工艺性分析
1）本课题零件为塑料拉手，料厚为5mm，产量是10万件。
零件图结构与尺寸如图1.1、图1.2所示：
图1.1零件二维图
图1.2零件三维图
2）塑件原材料
塑件选用ABS塑料成型，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，英文名：
AlkylBenzosulfonate
3）塑件的结构及成型工艺性分析
（1）结构分析如下。
该塑件作为塑料拉手，制品简单，壁厚均匀,不易产生缩孔，但两侧有凹槽，需要侧抽芯形成。
（2）成型工艺分析如下。
①该塑件把手，要求塑件表面精度等级较高，其表面要求光洁美观，其工作面成型时不允许有浇口、顶杆痕迹，开模时要求不被定模型芯拉裂或者拉变形。
所以采用的浇口形式要保证其表面精度。
②该塑件为大批量生产。
而且模具的结构简单，为了提高模具的使用寿命成本，该塑件采用整体的结构。
1.3热塑性塑料（ABS）的注射成型过程及工艺参数
1）注射成型过程
（1）成型前的准备。
对ABS的色泽、细度和均匀等进行检验。
由于ABS容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量＜0.3％。
干燥条件：
真空度为9.3×
烘箱温度为90℃～110℃，料层厚度＜25mm，干燥时间8h～12h。
（2）注射过程。
塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却5个阶段。
（3）塑件的后处理。
采用调湿处理，其热处理条件查参考文献[1]中表8.7-10有处理介质为油；处理温度为120℃；处理时间为15min。
2）表1.1ABS的注射工艺参数
ABS
注射机类型
螺杆式
螺杆转速/（
）
20~50
喷嘴
形式
自锁式
温度/℃
150~170
料筒温度/℃
前段
165~180
中段
180~220
后段
240~250
模具温度/℃
75~85
注射压力/MPa
100~140
保压压力/MPa
60~70
注射时间/s
0~10
保压时间/s
10~25
冷却时间/s
15~30
成型周期/s
30~50
1.4ABS的性能分析
1）使用性能
坚韧、耐磨、耐油、耐水、抗霉菌，符合此塑件的工作要求。
适用于机械零件、减摩耐磨零件、传动零件以及化工、电器、仪表等零件。
2）成型性能
（1）无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时。
（2）宜取高料温,高模温,但料温过高易分解（分解温度为>270度）.对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度。
（3）如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或
者改变入水位等方法。
（4）如成形耐热级或阻燃级材料，生产3至7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。
3）表1.2ABS的主要性能指标
密度/（g/cm³）
1.08～1.2
屈服强度/MPa
50
质量体积/（cm³g）
0.86～0.98
热变形温度/℃
83～103
吸水率24h/（％）
0.2～4
拉伸弹性模量/GPa
1.8
熔点/℃
130～160
计算收缩率/（％）
0.4～0.7
抗弯强度/MPa
80
冲击韧度KJ/m2
261
抗压强度/MPa
53
抗剪强度/MPa
24
注：
源自参考文献[1]中的表8.3-9
1.5ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
1）缺陷
缺料、气孔、溢料飞边、熔接痕强度低、表面硬度和强度不足、塑件耐热性不高、耐气候性差。
2）消除措施
加大主流道、分流道、浇口，加大喷嘴，增大注射压力，提高模具预热温度。
2.模具结构形式
2.1分型面位置的确定
在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。
在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。
分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大的影响。
因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。
1）分型面的选择原则
（1）有利于保证塑件的外观质量。
（2）分型面应选择在塑件的最大截面处。
（3）尽可能使塑件留在动模一侧。
（4）有利于保证塑件的尺寸精度。
（5）尽可能满足塑件使用要求。
（6）尽量减少塑件在合模方向上的投影面积。
（7）长型芯应置于开模方向。
（8）有利于排气。
（9）有利于简化模具结构。
该模具在进行塑件设计时已经充分考虑了上述原则。
2）分型面位置的确定
塑件相对的简单，分型面在塑件尺寸的最大处，而且使塑件留在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，有利于脱模。
分型面在中间面，不易出飞边。
分型面的形式与位置如图2.1所示。
图2.1分型面形式与位置
2.2确定型腔数量及排列方式
当塑件分型面确定之后，就需要考虑是采用单型腔还是多型腔模。
一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大大提高。
故由此初步拟定采用一模二腔，如图2.2所示。
图2.2型腔布置
3.注射机型号的确定
注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。
注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射的压力、拉杆的间距、最大和最小的模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。
根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或者与用户商量后进行调整。
3.1所需注射量的计算
1）塑件质量、体积计算
由于制品形状简单，首先利用UG软件的对象与模型分析功能对制品的体积和在分型面上的投影面积进行计算与测量。
在UG软件里打开三维模型，利用其分析—模型分析对表面积、体积、质量进行分析与计算。
塑件用UG建模分析知，体积为V=28.527
，单侧投影面积为：
A=14225.29mm²，由于此模具浇注系统采用测浇口，其浇注系统凝料较小，浇注系统的体积为6.752
。
2）浇注系统凝料体积的初步估算
按塑件体积计算，由于该模具采用一模二腔，所以浇注系统凝料体积为：
V总=V塑×2+V浇=28.527×2+6.752=63.574
3）塑件所需锁模力的估算。
F锁=A·P型=63.574×40Mp=254.296KN
3.2注射机型号的选定
近年来我国引进注射机型号很多，国内注射机生产厂的新机型也日益增多。
掌握使用设备的技术参数是注射模设计和生产所必需的技术准备。
在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的《注射机使用说明书》上标明的技术参数。
根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用XS-ZY-80型卧式注射机，其主要技术参数见表3.1。
表3.1注射机主要技术参数
螺杆直径/mm
25
最大开合模行程/mm
310
螺杆长径比
22.4
最大模具厚度/mm
360
额定注射量/cm³
131
最小模具厚度/mm
150
注射压力/MPa
206
拉杆间距/mm
365×365
锁模力/KN
800
喷嘴圆弧半径/mm
15
最大注射面积/cm2
200
喷嘴孔直径/mm
3
3.3型腔数量及注射机有关工艺参数的校核
L凸=[L
（1+k）+（3/4）Δ]
（5.4）
式中：
L凸凸模/型芯外形尺寸（mm）；
L塑为塑件內形基本尺寸（mm）,即塑件的实际內形尺寸；
Δs、k含义如
（1）式中。
所以型芯的尺寸如下：
L1=[300×（1+0.005）+（3/4）×2.50]
=303.38
L2=[173×（1+0.005）+（3/4）×1.60]
=175.07
L3=[170×（1+0.005）+（3/4）×1.60]
=172.05
型芯的深度尺寸计算：
h凸=[h
（1+k）+（2/3）Δ]
（5.5）
式中：
h
为凸模/型芯高度尺寸（mm）；
h塑为塑件內形深度基本尺寸（mm）,即塑件的实际內形深度尺寸；
Δs、k含义如
（1）式中。
三个型芯的高度分别为：
H1=[18×（1+0.005）+（2/3）×0.44]
=18.38
H2=[22×（1+0.005）+（2/3）×0.44]
=22.40
6.排气系统的设计
从某种角度而言，注塑模也是一种置换装置。
即塑料熔体注入模腔的同时，必须置换出型腔内的空气和从料中逸出的挥发性气体[7]。
排气系统的设计相当重要。
6.1排气不良的危害
①增加熔体充模阻力，使型腔充不满；
②在制品上呈现明显可见的熔接缝，其力学性能降低；
③滞留气体时塑件会产生质量上的缺陷；
④型腔内气体受到压缩后会产生瞬时的局部高温，这会使得塑料熔体分解变色；
⑤由于排气不良，降低了充模速度。
6.2排气系统的设计方法
①利用分型面排气是最好的方法，排气效果与分型面的接触精度有关；
②对于大型模具，可以用镶拼的成型零件的缝隙排气；
③利用顶杆与孔的配合间隙排气；
④利用球状合金颗粒烧结块渗导排气；
⑤在熔合缝位置开设冷料穴
本模具可以利用配合间隙排气，通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，这里不再单独设计排气槽。
7.模架的确定和标准件的选用
以上内容计算确定之后，便可根据计算结果选定模架。
在学校作设计时，模架部分可参照各模板标准尺寸绘图；在生产现场设计中，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，这样能大大缩短模具制造周期，提高企业经济效益。
模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其对大型模具，这一点尤为重要。
由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为A2型、模架尺寸为200mm×240mm的标准模架，可符合要求。
模具上所以螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。
两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。
1）定模座板（600mm×700mm、厚60mm）
定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。
通过4个M8的内六角螺钉与定模固定板连接；定位圈通过4个M6的内六角圆柱螺钉与其相连接；定模座板与浇口套为H8/f8配合。
2）定模板（500mm×700mm,厚度90）
用于固定型腔、导套。
固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230HB～270HB。
其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合。
3）动模板（500mm×700mm,厚度120）
用于固定型腔、导柱。
固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230HB～270HB。
其上的导柱孔与导柱一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合。
4）支承板（200mm×200mm,厚30mm）
支承板应具有较高的平行度和硬度。
该套模具的嵌块固定在支承板上，因此又起到了动模固定板的作用，所以用材料45钢较好，230HB～270HB。
5）垫块（88mm×700mm,厚20mm）
（1）主要作用
在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。
（2）结构形式
可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。
（3）垫块材料
垫块材料为Q235A，也可用HT200、球墨铸铁等。
该模具垫块采用Q235A制造。
6）动模座板（600mm×700mm，厚35mm）
材料为45钢，其上的注射机顶杆孔为
50mm。
其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。
7）推板（320mm×2700mm，厚30mm）
材料为45钢。
其上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。
用4个M6的内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。
8）推杆固定板（320mm×700mm，厚25mm）
材料为45钢。
其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合
8.合模导向机构的设计
当采用标准模架的时侯，因为模架本身带有导向装置，所以一般的情况下，设计人员只要按照模架的规格选用就可以了。
如果需要用精密导向定位装置时，则需要由设计人员根据模架结构自行设计。
8.1导向机构的总体设计
导向零件应合理地均匀分布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变形。
该模具导柱安装在支承板和动模板，导套安装在定模固定板上。
为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑槽，即可削去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。
在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。
8.2导柱设计
（1）该模具采用导柱，如图8.1所示。
图8.1导柱
（2）导柱的结构形式有两种：
一种为单节式导柱，另一种为台阶式导柱。
小型模具采用单节式导柱，大型模具采用台阶式导柱。
在导柱的工作部分上开设油槽，可以改善导向条件，减少摩擦,故导柱采用加油槽的阶梯式导柱。
8.3导套设计
导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。
由于导柱已选定，由塑料模具设计与制造可查得与之相配的导套。
结构形式。
如图8.2所示。
图8.2导套
8.4导向孔的总体布局
导向零件应合理地均匀分布在模具的四周围或靠近边缘的部位，其中心距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。
根据手册推荐值选定的导柱分布情况如图8.3所示。
图8.3导向孔总体布局
9.脱模推出机构的设计
注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。
9.1脱模推出机构的设计原则
塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。
在设计推出脱模机构时应遵循下列原则。
（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。
（2）保证塑件不因推出而变形损坏。
（3）机构简单、动作可靠。
（4）良好的塑件外观。
（5）合模时的准确复位。
9.2塑件推出的基本方式
1）推杆推出
推杆推出是一种基本的、也是一种常用的塑件推出方式。
常用的推杆推出形式有圆形、矩形、阶梯形。
2）推件板推出
对于轮廓封闭且周长较长的塑件，常用推件板推出结构。
推件板推出部分的形状根据塑件形状而定。
3）气压推出
对于大型深型腔塑件，经常采用或辅助采用气压推出方式。
本套模具的推出机构形式较复杂，全部采用推杆推出。
每个塑件由5根推杆推出。
9.3塑件的推出机构
（1）塑件推杆，如图9.1所示。
图9.1塑件推杆
（2）推杆应设在脱模阻力大的地方。
（3）推杆应均匀布置。
（4）推杆应设在塑件强度、刚度较大的地方。
（5）推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f8间隙配合。
（6）通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐或高出型腔底面0.05mm～0.10mm。
（7）推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙（由于该套模具各塑件的5根推杆分布比较紧凑，故采用单边0.25mm的间隙），这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象。
（8）推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作配合部分的表面粗糙度为
。
（9）推杆长度的计算，顶杆总长度为：
h杆=[h凸+б1]+h动垫+[S顶+б2]+h顶固
式中：
h杆为推杆的总长度；
h凸为凸模的总高度；
h动垫为动模垫板的厚度；
S顶为顶出行程；
h顶固为顶杆固定板的厚度；
б1为富裕量，一般为（0.05～0.1）mm，表示顶杆端面应比腔型的平面高出；
б2为顶出行程富裕量，一般为3～6mm。
根据以上公式计可得，推杆的总长度为161.13mm。
10.温度调节系统设计
在注射过程中，开始注射时模具是冷的，由于注入型腔内的塑料温度的影响，模具温度逐渐升高。
根据注射的成型材料不同，模具的温度也不同。
由于成型要求模具有一定的温度，模温过高或过低都会影响塑件质量，产生缩孔，变形等缺陷。
所以，模具设计时必须考虑冷却或加热装置来调节模具的温度。
成型时若料温不足，为了使模具达到成形要求的模温，一般应考虑加热装置；当料温使模温超过成形要求时，则应考虑冷却装置。
在模具设计的过程中，设置冷却装置的目的：
一是防止塑件脱模变形；二是缩短成型周期；三是使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以便得到柔软性、伸长率较好的塑件成品。
冷却的形式一般是在型腔或型芯等部位合理地设置冷却水路，并通过调节冷却水流量及流速来控制模温。
本设计采用循环式冷却水路，这样对型腔和型芯的冷却效果较好。
水孔边离型腔距离为20mm，因为如果距离太近的话冷却不易均匀，太远的话效率就近。
水孔直径设计为8mm。
10.1冷却系统的设计原则
1）冷却回路数量应尽量多，冷却通道孔径要尽量大；
2）冷却通道的布置应合理；
3）冷却回路应有利于降低冷却水进、出口水温的差值；
4）冷却回路结构应便于加工和清理；
5）冷却水道至型腔表面的距离应尽可能相等；
6）冷却水道要避免接近熔痕部位，以免熔接不牢，影响塑件的精度
10.2温度调节对塑件质量的影响
采用较低的模温可以减小塑料制品的成型收缩率；即收缩率小，变形小，尺寸稳定，机械强度高，耐应力开裂性好和表面质量好；
模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减小塑件的变形，其中均匀一致的模温尤为重要。
10.3对温度调节系统的要求
1、根据选用的塑料品种，确定温度调节系统是采用冷却方式还是加热方式；
2、希望模温均匀，塑件各部分同时冷却，以提高生产率和塑件质量；
3、采用较底的模温，快速、大流量通水冷却一般效果比较好；
4、温度调节系统要尽量做到结构简单，加工容易，成本低廉。
10.4冷却装置的设计要点
1、冷却水孔的数量愈多，对塑件的冷却也就愈均匀；
2、水孔与型腔表面各处最好有相同的
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