注塑模具毕业设计.docx
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注塑模具毕业设计
哈理工荣成学院
塑料模课程设计说明书
题目：
玩具积木注塑模设计
院、系：
荣成学院材料工程系
专业：
模具11-1
***************************
学号：
**********
指导教师：
完成时间：
2013年08月30日
哈理工荣成学院
塑料模课程设计任务书
学生姓名：
孙中银学号：
1130330123
学院：
荣成学院专业：
模具11-1
任务起止时间：
2013年08月19日至2013年08月30日
课程设计题目：
玩具积木注塑模
课程设计工作内容与日程：
根据给定的零件结构、使用特性、已知条件等，进行完整的注塑模具设计。
设计内容应包括：
零件的工艺分析、注塑机的选择、模具结构与尺寸设计、模具材料选择、模具与注塑机校核等。
设计过程应有理有据，在适当的地方应配有图例说明。
日程安排如下：
8.19零件分析、查阅资料，确定模具关键结构方案
8.19-8.21塑件工艺分析与编制塑件成型工艺卡
8.21-8.26模具结构确定与相关尺寸计算
8.26-8.29总装图与非标零件图计算机绘图
8.29-8.30设计说明书撰写与答辩
资料：
1.李德群．塑料注射成型工艺与模具设计（第二版）。
2.孙全颖．机械精度设计与质量保证。
3.仝基斌．机械制图。
指导教师意见：
签名：
年月日
系主任意见：
签名：
年月日
塑件工艺分析
设计任务
根据任务设计玩具积木三视图如下图1-1
1-1玩具积木三视图
1-2玩具积木实物图
已知技术参数：
材料：
ABS
生产批量：
大批量生产
塑件工艺分析
1.1.1材料工艺性分析
ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型的高聚物。
它是在聚丙乙烯基础上改性而发展起来的一种热塑性工程塑料。
由于聚苯乙烯的突出缺点是耐冲击性能较差，耐热性不够高，因而限制了它的应用范围。
而三种单体合成的ABS塑料是一种综合性能优良的在工程技术中广泛应用的新型塑料。
1.ABS塑料的使用性能：
由于ABS是三种单体聚合而成的，因此它具有三种组成物的综合性能。
丙烯腈可使ABS具有较高的强度、硬度、耐热性与耐化学稳定性；丁二烯可使ABS具有弹性和较高的冲击强度；苯乙烯可使ABS具有优良的介电性能和成型加工性能。
由此可见，还可以通过改变组成物的比例，生产出不同品种的ABS塑料。
ABS塑料在一定的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度与耐磨性；它的热变形温度为100℃左右，比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺都高；还具有一定的化学稳定性和良好的介电性能；此外它还有能与其他塑料和橡胶混溶等特性；其制品尺寸稳定性不好，表面光泽，可以抛光和电镀。
但ABS塑料耐热性并不高，耐低温性和耐紫外线性能也不好。
实际生产中为进一步提高ABS塑料的性能，克服缺点，采取了加入其它单体和增加助剂、填料等方法，以提高其耐热耐寒、耐候性。
2.ABS塑料的成型性能：
ABS塑料成型性能较好。
它的流动性较好，成型收缩率小；ABS塑料比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短。
但ABS吸水性大，成型前必须充分干燥，表面要求光泽的制品应进行较长时间的干燥，ABS塑料可采取注塑、挤出、压延、吹塑、真空成型等方法制造塑料制品。
3.ABS塑料的用途：
由于ABS塑料具有良好的综合性能并易于成型，所以在机械、电器、轻工、汽车、飞机、造船以与日用品等工业中得到较广泛的应用，如管道、计算机外壳等。
1.1.2尺寸精度工艺性分析
塑件上尺寸均无特殊要求，为自由尺寸，可按MT5级塑件精度查取公差值（详见附录1GB/T14486-1993）。
带尺寸公差图略
塑件为小孩塑料玩具积木，要求外观美观、无斑点、无熔接痕、表面粗糙度可取Ra1.6,塑件内部没有较高的粗糙度要求。
此塑件为壳体类零件，塑件长60mm，宽30mm，高23mm腔体深大约22mm，壁厚1mm，表面有八个凸起里面空心的圆台，大圆直径为12mm，小圆直径10mm，圆台高11mm，每个圆台表面有向里凹进去的圆柱，深为1mm。
总体尺寸适中，塑件成型性能较好。
不需要侧抽芯。
要求成型后轮廓清晰，成型它的模具工作零件可用数控雕铣机加工。
模具结构设计
2.1模具总体方案确定
（1）分型面的选则选着如下图2-1所示
图2-1玩具积木分型面
分型面应选择在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，有利于排气，保证塑件质量，该零件分型面如图所示，取在塑件的底部。
（2）型腔数量的确定与型腔的排列
图2-2型腔布局
该塑件采用一模四件成型，型腔布置在模具中间，利用与浇注系统的排列和模具平衡。
（3）浇注系统的设计
根据塑料模具大典查得注射机喷嘴有关尺寸如下：
喷嘴前端出口孔径：
d0=φ2.5mm
喷嘴前端球面半径：
R0＝10mm
模具浇口套主流道球面半径R与注射机喷嘴球面半径R0的关系为:
R=R0+（2～3）=10+3=13mm
模具浇口套主流道小端直径d与喷嘴前端出口孔径d0的关系为:
d=d0+（0.5－1）mm=φ2.5+1＝φ3.5mm
主流道为圆锥形，锥角取4°；
分流道取半圆形，其半径R=3mm；
浇口采用矩形浇口，从塑件上端四边形内表面进料，如
图2-3浇口套
图2-4浇注系统
（4）型芯和型腔结构的确定
型芯如下图2-5所示：
图2-5型芯
型腔如下图2-6所示：
图2-6型腔
考虑到加工工艺性，型芯、型腔均采用整体、直通式外形结构。
成型零部件的主要工作尺寸计算如下:
型腔径向尺寸计算
由零件图分析可知，决定型腔径向尺寸的主要有：
60mm、30mm、23mm、R6,塑件上尺寸均无特殊要求，为自由尺寸，可按MT5级塑件精度查取公差值,分别是：
型腔径向尺寸：
公式（2-1）
分别代入计算得：
深度尺寸：
公式（2-2）
公式（2-3）
2.凸模尺寸计算
径向尺寸：
公式（2-4）
深度尺寸：
公式（2-5）
式中△——塑件的允许公差；
Scp——塑料的平均收缩率，取Scp=0.6%；
δz——成型零件制造公差,取塑件公差的1/3；
——修正系数，一般中小型塑件取为3/4；
——修正系数，一般精度较小型塑件取2/3；
Ls——塑件外型尺寸；
——塑件高度基本尺寸；
——塑件内形基本尺寸；
——塑件孔深基本尺寸
（5）导向与推出方式的确定
导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零部件之准确对合，起定位和导向作用。
本设计采用导柱、导套滑动配合导向。
此模具的型芯在动模，开模后塑件留在动模一侧，考虑到塑件的结构特点，宜采用推杆脱模结构，用四根顶杆顶在塑件的不同位置,推杆固定在推杆固定板与推板之间，由注射机顶出机构推动，使推杆运动实现脱模动作，并由复位杆快速复位。
（6）温度调节系统的设计
塑件对模具温度的要求较低，所以此次采用较简单的直流冷却回路，采用软管将直通的管道连接起来，虚线表示冷却水道。
图2-7温度调节系统
（7）模架的选择
，选择A1型中小型模架，周界尺寸300×300㎜。
如下图所示：
图2-8标准模架
成型设备的选择
（1）计算塑件的体积
根据零件的三维模型，利用三维软件可直接查询塑件的体积为：
V1=9936.56mm3。
生产中，每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.2－1）倍，考虑到流道较长，我们取0.5倍，初步估算流道的体积V2=4968.28mm3。
一次注射所需要的塑料总体积V=V1+4V2=44714.52mm3。
（2）计算塑件的质量
查相关手册，ABS的密度为ρ=1.05g/cm3
塑件与浇注系统的总质量为M=V×ρ=46.96g
（3）选用注射机初选FL-50G型螺杆式注射机，其各项参数如下表2-1:
表2-1注塑机参数
规格参数
理论注射量/g60
螺杆（柱塞）直径/㎜28
注射压力/Mpa190
锁模力/KN500
拉杆内间距/㎜400×350
移模行程/㎜200
最大模具厚度/㎜300
最小模具厚度/㎜150
喷嘴圆弧半径/㎜10
喷嘴孔孔径/㎜Φ2.5
模具材料与其热处理方案设计
模具型芯型腔材料
45号钢价格低廉，来源方便。
目前用作塑料模具仍较为广泛，但其渗透性差，制作较大型模具尺寸模具时，一般用热轧、热锻的退火态或正火态，由于硬度低，耐磨性差，故寿命较低，可以采用调制处理获得一定的硬度与强韧性，用来制作中低档次的中小型模具。
材料名称:
优质碳素钢
标准号:
GB699-8
试样尺寸:
25
试样状态:
退火钢
抗拉强度:
≥600（MPa）
屈服强度:
≥355（MPa）
延长率:
≥16%
断面收缩率:
≥40%
布氏硬度:
≤197（Hblackeye）
化学成分:
材料化学成分组成：
元素比例（%）：
碳C:
0.42～0.50
铬Cr:
≤0.25
锰Mn:
0.50～0.80
镍Ni:
≤0.25
磷P:
≤0.035
硫S:
≤0.035
硅Si:
0.17～0.37
未热处理时:
HB≤229
热处理:
正火
冲击功:
Aku≥39J
强度较高，塑性和韧性尚好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以与对心部强度要求不高的表面淬火零件。
模具材料热处理方案
（1）根据塑料制品的种类和质量要求选用。
（2）根据塑料件的生产批量选用。
在其它影响因素确定时,生产批量越小,对模具的耐磨性和使用寿命要求越低。
因此,可选用性能指标低的材料。
小批量时,可以选用调质型合结钢或碳结钢。
中等批量（30-100万件）时,可以选用P20，5NiSCa，SM2等,大批量时,5NiSCa,PMS等。
（3）根据塑料件的尺寸大小与精度要求选用。
对大型高精度的注射模,当塑料件生产批量大时,采用预硬化钢,以防止热处理变形。
（4）根据塑料件的复杂程度选用。
应充分考虑模具的加工工艺性,尽量选用易切削,热处理变形小,耐磨性好的材料。
45号钢热处理温度，正火850，淬火840，回火600。
45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。
实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。
45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。
调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮与轴类等。
但表面硬度较低，不耐磨。
可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。
渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。
其表面含碳量0.8-1.2％，芯部一般在0.1-0.25％（特殊情况下采用0.35％）。
经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC58-62），芯部硬度低，耐冲击。
如果用45号钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。
现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30％芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。
0.35％从来没见过实例，只在教科书里有介绍。
可以采用调质＋高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。
冷压毛胚软化处理规范：
温度740~760℃，保温时间4~6h，以50~100℃/h的冷速，随炉降至温度≤600℃，出炉空冷，处理前硬度≤197HBS，处理后硬度≤156HBS。
正火规范：
正火温度850-870℃，正火后硬度170-217HBS。
调质处理规范：
淬火温度840±10℃，水冷淬火；回火温度600±10℃，出炉空冷。
GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火，达到的性能为屈服强度≥355MPaGB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J。
模具与注塑机的校核
4.1注塑机工艺参数的校核
FL-50G型注塑机主要参数如下：
表4-1注塑机参数
规格参数
理论注射量/g60
螺杆（柱塞）直径/㎜28
注射压力/Mpa190
锁模力/KN500
拉杆内间距/㎜400×350
移模行程/㎜200
最大模具厚度/㎜300
最小模具厚度/㎜150
喷嘴圆弧半径/㎜10
喷嘴孔孔径/㎜Φ2.5
（1）注射量的校核
如前所述，塑件和浇注系统的总质量为M=31.3g,远远小于注射机的标称注射量60g。
（2）模具闭合高度的校核
由装配图可知模具的闭合高度为H闭300mm.
最小装模高度为Hmin=150mm，最大装模高度为Hmax=300mm，能满足Hmin≤H闭≤Hmax的安装条件。
（3）模具安装部分的校核
该模具的外形尺寸为300×300mm，注塑机模板最大安装尺寸为350×320mm，故能满足安装要求。
模具定位圈的直径为Φ160mm=注塑机定位孔的直径Φ160mm，符合安装要求。
浇口套主流道球面半径R=17mm大于注射机喷嘴圆弧半径15mm，符合安装要求。
浇口套小端孔径Φ5mm大于喷嘴孔直径Φ4mm，符合要求。
（4）模具开模行程的校核
模具的开模行程S模=塑件的高度+浇注系统的高度+推出距离+（5～10）=23+75+10+10=118mm
注塑机的最大开模行程S=360>118mm,符合要求。
模具总装图
图5-1
1定模座板2连结螺钉3型腔固定板4型腔5连结螺钉6型芯7主流道衬套8定位圈9推杆10拉料杆11复位杆12导套13导柱14垫板15推板固定板16垫块17推板18动模座板19连结螺钉20连结螺钉21连接螺栓22却水道
结论
本文论述了注塑模具国内外发展现状，总结出模具的专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化的发展趋势。
并以阶梯管注塑模具设计为课题，首先对阶梯管的原材料工艺分析。
总结出ABS塑料的流动性较好，成型收缩率小；ABS塑料比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短。
但ABS吸水性大，成型前必须充分干燥，表面要求光泽的制品应进行较长时间的干燥，该材料适宜注塑成型。
并对其进行塑料制品结构工艺分析与尺寸精度分析，来确定塑料制品的尺寸精度。
通过对注塑件体积与质量的分析选择注塑机。
根据分型面应选在注塑件的最大截面处，尽量取在流料末端，利于排气，确定其分型面。
通过计算，该塑件采用一模一件。
考虑到加工工艺性，型芯、型腔均采用整体式式的结构，根据以上分析，计算以与型腔尺寸与位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。
塑件上尺寸均无特殊要求，为自由尺寸，可按IT12~IT15级塑件精度查取公差值。
冷却系统在设计时应先于推出机构，由于冷却水道的位置、结构形式、孔径、表面状态、水的流速、模具材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，采用多层冷却回路。
导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零部件之准确闭合，其定位和导向作用。
本设计采用导柱、导套滑动导向，导柱为带头导柱。
本塑件的结构比较简单，不需要侧向分型与抽芯结构。
通过分析计算得出模具成型零件的尺寸和结构零件的尺寸，最后通过模具总装校核来完成一系列研究的可行性。
参考文献
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