最新把手注塑模具设计终稿.docx
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最新把手注塑模具设计终稿
摘要
注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。
本课题就是将塑料盖作为设计模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。
本设计对塑料盖进行的注塑模设计，对塑件结构进行了工艺分析。
明确了设计思路，确定了注射成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。
如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。
最后用AutoCAD绘制了一套模具装配图和零件图。
本课题通过对塑料盖的注射模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图
关键词：
塑料模具，注射成型，模具设计
ABSTRACT
Plasticinjectionmoldingisanimportantmethodofmolding,whichapplymainlytothethermoplasticplasticmolding,canbeacomplexshapeoftheprecisionmoldingplasticparts.Thisissueistheplasticcoverasadesignmodel,theinjectionmold-relatedknowledgeasthebasisonthedesignofplasticinjectionmoldingprocess.
Thedesignofplasticinjectionmoldcoveredthedesign,structureoftheplasticpartsoftheprocess.Definedthedesign,determinetheinjectionmoldingprocessandthespecificpartofadetailedcalculationandverification.Sothestructurecanbedesignedtoensurethattheuseofreliablemoldworktoensurethattheco-ordinationwithothercomponents.Finally,AutoCADdrawingamoldassemblyandpartsplans.
Thetopicscoveredbyplasticinjectionmolddesign,consolidatedanddeepenedbyknowledge,hasbeenrelativelysatisfiedwiththeresults,achievedtheexpecteddesignintent
KEYWORDS:
Plasticmold,Inljectionmolding;Diedesign
第一章绪论
目前中国模具产品已经形成10大类46个小类，模具厂点两万多家，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年完成了商品化流通的模具占45%左右。
在10大类模具产品中，塑料高速混合机模具的比例在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%~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开展，这一比例还将持绝进步。
每一次塑料模具新产品的开发都会直接或间接导致工业产品的更新换代，例如，20世纪80年代成型挤出技术的研究成功，使第四代门窗（塑料门窗）得以广泛使用；而塑料封装技术研究的成功使得集成电路能够大规模、大批量的死产，从而被广泛应用。
还应提到，大型模具方里48英寸大屏幕彩电塑壳具对中国彩电工业开展的贡献，精密塑料模具方里多型腔小模数齿轮模具对中国VCD和DVD机产业开展的促进。
可以道，塑料模具的创新与其他工业新产品的开发息息相关，随着电子信息产业的蓬勃开展和保守产业的信息化改造，塑料模具市场的前景一片广阔，全球高档、精密塑料模具市场呈现供不应求的局里。
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死产、快速扩张，被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。
由於模具对社会死产和国民经济的巨大推进做用和自身的高附加值，世界模具市场开展较快，该前全球模具工业的产值已经达到600亿~650亿美元，是机床工业产值的两倍。
中国模具行业也在快速开展，中国模具产品产值已从1993年的110亿元增少到1997年的200亿元，并超过了机床产品的产值，到2002年增少到360亿元，1996年~2002年间的年均增少速度达到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，增少25%以上，出口3.368亿美元。
1.2国内外发展现状
1.2.1国内外注塑模具的现状
80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模约占30%左右。
在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。
我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48英寸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杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，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。
如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。
还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。
注塑模型腔制造精度可达0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10～30万次，淬火钢模达50～1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。
成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。
如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。
热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50～80%相比，差距较大。
1.2.2注塑模具技术的发展趋势
据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。
随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。
同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。
建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十五”期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。
我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向将包括：
提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。
这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。
在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。
制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。
目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。
气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。
另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。
开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。
为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。
应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。
研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
1.3本课题拟定的基本方案及解决的主要问题
该课题要求根据给定的制件二维图，完成基于CAD技术的注塑模具的设计，重点为注射加工方法、模具的结构及模具零件的设计，用Pro/E软件对制件完成三维造型、干涉检查、质量计算，然后用Pro/E的Manufacture\Mold模块进行模具设计，包括流道及冷却水道设计。
通过本课题的研究与设计，我了解了工艺工装设计的全过程，学会综合应用所学的机械原理、机械设计、制造工艺学等知识解决实际工程问题的能力，拓宽了在冲压零件的工艺与模具设计方面的知识，进一步熟悉了proE软件，提高了综合工程素质，培养了我自学、勇于实践、开拓创新的精神，由于这是我们初次接触模具的相关知识，本毕业设计课题的模具设计存在一些考虑不周到不完善的地方，希望各位老师给予宝贵的意见与指导。
第二章注塑机的选择
2.1塑件的工艺分析
塑料件的形状如下图1-1
`
图1-1塑料把手
由塑料件可以看出塑件尺寸不大，但外部结构形状并不简单同时它的形状也并不规则，但其特征符合塑料件的设计要求。
该塑件的材料：
ABS;精度：
一般;生产批量：
大批量；
材料：
1）基本特性ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-共聚物）该塑料属于热塑性塑料，其成形性能较好，流动性好，成形收缩率较小（通常为0.3-0.8）比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固比较快，成形周期比较短，但吸水性比较大，成形前必须进行干燥，可以在柱塞式或者螺杆式注射机上成形，ABS的容重r=1.03-1.07g/cm².
2）主要用途聚丙烯可以用作各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件；可作水、蒸汽、各种酸碱的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层；可制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。
3）成型特点聚丙烯成型收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形；聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路；聚丙烯成型的适宜温度为80C左右，不可低于50C，否则会造成成型塑件表面光泽差或产生熔接痕等缺陷，且温度过高会产生翘曲等现象。
尺寸精度的选择：
塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和生产成本。
对塑件的精度要求要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件为一般用品，所以精度要求为一般即可，凹槽为工作部位尺寸精度应稍微高一些。
根据《塑料成型工艺及模具设计》中的表3.10精度等级的选用中选择ABS的一般精度精度等级为MT3。
再有表3.9塑件公差数值表中可以查得公称尺寸在0－3范围内公差数值为0.12称尺寸在10-14范围内公差数值为0.18，公称尺寸在18－24范围内公差数值为0.24，公称尺寸在30－40范围内公差数值为0.32，公称尺寸在40－50范围内公差数值为0.40。
（2）尺寸精度的组成及影响因素：
制品尺寸误差构成为：
δ=δs+δz+δc+δa（2-1）
式中δ——制件总的成型误差;
δs——塑料收缩率波动所引起的误差；
δc——模具磨损后所引起的误差；
δa——模具安装，配合间隙引起的误差；
2.2注塑设备的选择
2.2.1估算塑件质量与体积
有塑件的结构分析得到塑件的总体积为：
V=13.50cm³
由《塑料成型工艺与模具设计》表3.1常用塑料的注射工艺参数中可以看到材料为ABS的塑料的各项工参数如下：
注射机类型：
螺杆式；
螺杆转速/（r.min-1）：
30～60；
喷嘴形式：
直通式;
喷嘴温度/°C：
180～190;
料筒温度/°C：
前段200～210，中段210～230，后段180～200；
模具温度/°C：
50～70；
注射压力/MPa：
70～90；
保压压力/MPa：
50～70；
注射时间/s：
3～5；
保压时间/s：
15～30；
冷却时间/s：
15～30；
成型周期/s：
40～70；
由以上条件初步选XS－Z-60的注射压力机，由表4.2常用国产注射机的规格和性能可知该压力机的各项参数如下：
额定注射量/cm3：
60
螺杆（柱塞）直径/mm：
38
注射压力/MPa：
122
注射行程/mm：
170
注射方式：
柱塞式
锁模力/KN：
500
最大成型面积/cm2：
30
最大开合模行程/mm：
180
模具最大厚度/mm：
200
模具最小厚度/mm：
70
喷嘴圆弧半径/mm：
12
喷嘴孔直径/mm：
4
顶出形式：
中心定出
动定模固定板尺寸/mm：
330×440
拉杆空间/mm：
190×300
合模方式：
液压-机械
液压泵：
流量/（L/min）170、12压力/MPa：
6.5
电动机功率/KN：
5.5
机器外形尺寸/mm：
2340×850×1460
2.3模架的选定
模架是设计、制造塑料注射模的基础部件。
为了提高模具质量，缩短模具制造周期，组织专业化生产现规定我国注射模国家标注有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。
前者适用于模板尺寸为B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L为（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。
由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用标准模架。
现在各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意：
（1）凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型时型腔中有很大成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，如凸模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能确定。
（2）推板推出距离；在分模时塑件一般是粘结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为24mm黏结在型芯上的尺寸约为24mm，所以当推出距离为24mm时就能使塑件和型芯分离，如果C板的高度太小，则推出的距离不够使塑件脱离型芯，在本套模具中推出塑件的距离即塑料高度要小于垫块减去推板和推杆固定板的厚度。
由于该模具采用一模一腔根据塑件的大小、高度、壁厚的计算以及模架的空间能够装下螺钉，选用模架的大小为300mm×300mm。
查国家标准模架的组合尺寸为：
模板：
宽度B0=200㎜，长度L=300㎜，厚度A=25mm、B=25㎜；
座板：
宽度B1=300㎜,定模厚度H1=25㎜，动模H2=25㎜；
垫板：
宽度B3=40㎜，厚度C=63㎜；
支承板：
厚度H3=20㎜；
推杆固定板板：
厚度h1=25㎜；
推板：
厚度h2=50㎜，宽度B2=150㎜；
导柱：
直径d=25㎜；
导套：
直径d1=35㎜；
推杆：
直径d2=6㎜；
2.4确定模腔的数量
当未限定设备时，必须考虑以下因素：
注射机额定注射量GB,每次注射量不超过最大注射量的80%，即：
n=0.8GB-Gj/Gs（2-1）
式中:
n-型腔数；
Gj-浇注系统（g）
Gs-塑件质量（g）
GB-注射机额定注射量（g）
估算浇注系统的体积Vj，根据浇注系统初步设计方案进行估算得到Vj=4.44cm³
则浇注系统塑料重量Gj=vj*r=4.75g.
设n=1，则到：
GB=nGs+Gj/0.8=1*5.15+4.75/0.8g=14.58g.（2-2）
又根据模具以及分型的方式选择XS-Z-60型注射机，根据塑件精度，由于该塑件精度一般，故采用多型腔即n=1。
由以上可知所选注射机比较合适，因为工件的生产批量大且精度要求一般，据此及经济条件考虑设计时采用一模一腔的模具结构，这样制件精度也会得到保证。
第三章模具设计的有关计算
3.1型腔和型芯工作尺寸计算
3.1.1型芯尺寸的计算
型芯是成型塑件内表面的主要零件，主要有主型芯、小型芯、螺纹型芯、和螺纹型环等。
对于该塑件而言，需要一个主型芯和四个小型芯，还需要另外一个型芯，于其它的形式就不作介绍了。
1.主型芯的结构设计主型芯的结构可以分为整体式的和组合是的两种。
（1）整体式型芯的特点是：
结构牢固，但加工不方便，消耗的模具钢多，主要用于工艺试验或小型模具上形状简单的型芯。
（2）组合式型芯的结构特点：
加工方便，这种结构是将型芯单独加工后，再镶入模板中，这种结构的型芯与整体式结构相比可以节省材料。
在本套模具中的主型芯采用组合式的，主型芯的固定是用进限位钉固定。
主型芯的结构设计小型芯是用来成型塑件上的小孔或槽。
小型芯单独制造后，再嵌入模板中，小型芯采用直接固定在限位钉上。
但由于本套模具中的小型芯细长，将面临着小型芯固定在哪个模板上的问题，如果小型芯固定在动模一侧，在开合模过程中模板相对移动，小型芯的强度可能不够，因此必须较核型心的强度。
3.2模具型腔壁厚的计算
在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。
如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力[σ]时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。
与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。
因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其重要的是精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。
根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，按刚度条件校核。
在本套模具中采用的圆形型腔所以计算时要用圆形型腔的侧壁和底板厚度的计算公式。
按强度条件计算侧壁厚度：
S≥r
（3-3）
[σ]——材料的许用应力；
P——模腔压力；
R——凹模型芯内半径或型芯外半径；
S——凹模侧壁厚度；
定模板常采用45钢,T8,T10,CrWMn等制造。
在该模具中滑块的材料采用CrWMn,因为CrWMn是低合金冷作塑模钢切削加工比较容易，淬火性、耐磨性、抛光性都比结构钢好，热处理变形也比较小，在塑模钢中价格比较便宜，适合于在大批量塑料制件生产中制造热塑性塑料所用的凸模和凹模等零部件，并且允许这些零部件的形状比较复杂精度比较高。
而且该种材料适合用于热处理变形小的型腔、型芯或镶件和增强塑料的成型模具。
CrWMn的许用应力[σ]=600MPa；
型腔压力P=40×80%=32MPa；
r=26mm;
所以S≥6×
≥0.35mm
取S=6.8mm；
圆形型腔底板厚度的计算：
H≥
（3-4）
≥
≥1.53mm
取H=7mm；
第四章浇注系统和排气系统的设计
4.1浇注系统的设计
注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它有主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。
它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。
4.1.1主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机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，是熔体最先流经模具的部分，它的形状和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将和压力损失最小。
主流道如图所示：
图3-1主流道
主要参数：
锥角α=4°；
内表面粗糙度Ra=0.63μm;
小端直径D=d+（0.5～1）mm,d=4mm,所以D=12mm；
半径R=r+（1～2）mm,r=12mm,所以R=20mm；
材料为T8A；
由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。
3.2.2浇口套的设计
浇口套的结构形式有：
一种是浇口套与定位圈做成整体的，用螺钉直接固定在定模座板上，一般用于小型注射模。
图3-2浇口套
另一种是浇口套和定位圈设计成两个零件的形式，以台阶的形式固定在定模座板上，在该套模具设计中采用的是第一种方法。
浇口套的形式和尺寸如上图：
4.1.2冷料井的设计
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，起作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。
4.1.3分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽量短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。
分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。
要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小以减少传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的凝料脱模较困难，所以一般制成梯形流道。
该模具采用的是U形流道，而且各处的截面面积相等，这种流道有利于脱模。
4.2分型面的选择及排气槽的设计
4.2.1分型面的选择
根据分型面的设计原则：
（
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