卡盖塑料模具设计.docx
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卡盖塑料模具设计
卡盖塑料模具设计
本设计是为了指导实际生产过程出现的生产问题而设计的吸尘器卡盖塑料模具，本设计共分为九章，在文字表述上既注意各部分内容的层次分明，又注意各部分内容之间的融会贯通。
在语言表达上表达言简意赅，简单明了，深入浅出，详细的表述了设计者的设计意图。
且本设计完全按生产过程从塑件的设计，注塑成型准备到冷却系统设计，使其在生产过程中具有很强的实用性。
在这个设计中特别应用了斜顶机构，相对于斜导柱滑块机构其生产工艺简单,装配容易兼顶出机构，节省顶杆数目，使塑件外表更加美观，生产过程中结构稳定，准确性好，零件更换方便，节约成本，这是本设计的一大亮点。
在这次设计中，我熟练的掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工工艺有了一个系统全面的了解，达到了学习目的。
对于模具设计这个实战性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。
我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。
在指导老师的协助下和在工人师傅的讲解下，同时在现场查阅了相关的资料并亲手拆装了一些典型模具实体，明确了模具工作原理、制造、加工工艺，并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，在设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，进最大努力做好这次毕业设计。
在设计过程中将有许多困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会圆满的完成这次毕业设计任务。
由于学生水平有限，而且缺乏经验，难免会出现错误和设计不妥之处，恳请各位老师指正。
第一章注塑件的设计
1.1结构的设计
1.1.1壁厚
根据塑件的使用性能要求应有足够的壁厚，保证塑件的强度和刚度，但从塑件成型的角度来看，塑件过厚，使其收缩率加大，增加了尺寸的不稳定性，同时延长了塑件的冷却时间，是成型周期长而影响注塑效率，并造成材料的浪费，提高生产成本；而塑件过薄，贝U是塑件的强度和刚度下降，影响使用寿命，同时使塑件成型是物料的流动阻力增大，影响成型效果，而且过薄的塑件，也给塑件的脱模带来了困难。
因此，对塑件的壁厚应有一定的限制。
常用壁厚一般为2〜3mm
1.1.2脱模斜度
由于塑件在注塑成型后的固化冷却过程中会产生收缩，是塑件对型芯产生一个包紧力，是塑件脱模困难。
为了便了脱模并防止在脱模时塑件表面与成型零件的侧表面在相对移动是的摩擦而彼此划伤，必须在与脱模方向平行的塑件内外壁都应该设计出合理的足够的脱模斜度。
表1-1是根据不同材质常用的脱模斜度:
表1-1常用塑料的脱模斜度
塑料名称
脱模斜度
塑料名称
脱模斜度
型芯
型腔
型芯
型腔
聚乙烯
20'〜45'
25'〜45'
PMMA
30'〜1?
35'〜1?
30'
聚丙烯、软聚氯乙烯
25'〜50'
30'〜1?
聚酰胺
20'〜40'
25'〜40'
硬聚氯乙烯、聚砜
50'〜1?
45'
50'〜2?
聚碳酸酯
30'〜50'
35'〜1?
聚苯乙烯
30'〜1?
35'〜1?
30'
氯化聚醚
20'〜45'
25'〜45'
ABS
35'〜1?
40'〜1?
20'
聚甲醛
30'〜1?
35'〜1?
30'
1.1.3加强筋
在不使塑件壁厚增加的情况下，在塑件的适应部位设置加强筋，以提高塑件的强度、刚度和使用寿命。
设置加强筋不仅能增加塑件强度和刚度，而且还能改善塑料的流动性能，有时还可以避免因残余应力而产生的变形。
1.1.4圆角为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的流动情况和便于起模，在塑件各内外表面的链接处均应采用过渡圆弧。
此外，圆弧还使塑件变得美观，并且模具型腔砸淬火或使用时也不致因应力集中而开裂。
1.2塑件的尺寸精度及表面质量
1.2.1尺寸精度
（1）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制造成本。
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，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。
根据精度等级选用表，ABS的高精度为3级，
一般精度为4级。
根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在65〜80范围内，取MT3B
级的公差数值为0.66mmMT4B级的公差数值为0.84mm。
（2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为：
=s+z+c+a（1-1）
式中—制件总的成型误差；
—塑料收缩率波动所引起的误差；—模具成型零件制造精度所引起的误差；—模具磨损后所引起的误差；—模具安装，配合间隙引起的误差；
影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。
1）模具—模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。
2）塑料材料—主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大
3）成型工艺—成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度
1.2.2塑件的表面质量
塑件的表面质量包括以下几个方面：
有无斑点、条纹、起泡、凹痕、熔接痕、色泽的质量以及表面光泽和表面粗糙度等,前面几项应在注射过程中避免。
塑件的表面光泽性和表面粗糙度与成型零部件的表面粗糙度、模具的磨损程度、塑件的品牌与质量以及成型工艺条件有关。
塑件外表面的表面粗糙度一般要求较高，这根据塑件的技术要求而顶。
成型零件的表面粗糙度应比塑件高一级，才能达到塑件要求。
第二章注塑成形准备
2.1注塑成形工艺简介
2.1.1注塑成形原理及特点
注塑成形又称注射模塑，是热塑性塑料制作的一种主要成形方法。
除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成形。
近年来，注射成形已成功地用来成形某些热固性塑料制件。
注射成形的原理是将颗粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为黏流态熔体，在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很高的流速通过喷嘴，注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成形塑件。
注塑成形的特点是：
成型周期短，能一次成形外形复杂、尺寸精密、带有嵌件的塑料制件；对各种塑料的适应性强；生产效率高，产品质量稳定，易于实现自动化生产。
所以，注射成形广泛得用于塑料制件的生产中，但注塑成形的设备及模具制造费用较高，不适合单件及小批量的塑料制件的生产。
2.1.2注塑成形工艺过程
注塑成形工艺过程包括：
成形前的准备、注塑成形过程以及塑件的后处理三个阶段。
1、成形前的准备
为了使注塑过程能够顺利进行并保证塑料制件的质量，在成形前应进行一系列必要的准备工作。
原料外观的检验和工艺性能的测定，其内容包括对色泽、粒度及均匀性、流动性、热稳定性及收缩率的检验；对于吸水性强的塑料，在成形前必须进行干燥处理，除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成形后塑件表面出现斑纹和气泡等缺陷，甚至发生降解，严重影响制件的外观和内在质量；料筒的清洗；脱模剂选用，塑料制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件和正确的模具设计，在生产上通常为了顺利脱模，通常使用硬脂酸锌（除聚酰胺外，各种塑料均可使用）、液态石蜡（适用于聚酰胺）和硅油（润滑效果好，但价格较贵，使用也较麻烦）等作为脱模剂。
2注塑成形过程
完整的住宿成形过程包括加料、加热塑化、加压注射、保压、冷却定型、脱模等工序。
但从实质上讲主要是塑化、注射充模和冷却定型等基本过程。
r1
；十1二三~3t4t
图2-1注塑成型过程中塑料压力的变化
第一个阶段是充模过程：
塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。
这一阶段的时间从开始充模到右，压力变化为：
熔体未注入模具型腔前模腔内没有压力；待型腔充满时达到最大值po。
第二个阶段是保压补缩（1〜t2）：
从熔体充满型腔是起至柱塞或螺杆退回时止。
在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要。
在这段时间内，模腔内熔体压力仍为最大值。
保压补缩阶段对于提高塑件密度，减少塑件的收缩，克服塑件表面缺陷均具有重要的影响。
第三个阶段是倒流阶段（t2〜t3）：
从柱塞或螺杆开始后退起至浇口处熔体的冻结时为止。
这时模腔中的熔料压力比浇口前方的高，因此就会发生熔体通过浇口流向浇注系统的倒流现象，从而是模腔内压力迅速下降。
倒流现象一直进行到浇口处熔料冻结为止，5为浇口冻结时的压力。
第四个阶段是浇口冻结后的冷却（t3〜t4）：
从浇口处塑料完全冻结起到制件脱模取出时为止。
这时，倒流不再继续进行，模腔内的塑料继续冷却并凝固定型。
脱模时，塑件应有足够的刚度，不致产生翘曲或变形。
在冷却阶段中，随着温度的迅速下降,模腔内的塑料体积收缩，压力也逐渐下降。
3、制件后处理；
由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。
故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。
退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的10〜
20度至热变形温度以下10〜20度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件•调湿处理所用
的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121C，加热温度为100〜121C，保温时间与制件厚度有关，通常取2〜9小时。
2.2注塑成形工艺条件
1）温度：
注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。
喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。
AB赢度的经验数据如表2-1所示。
表2-1温度的经验数据
料筒温度/C
喷嘴温度/C
模具温度/C
前段
中段
后段
180〜190
50〜70
200〜210
210〜230
180〜200
2）压力：
注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。
注射压力
用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。
保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。
对于ABS流动性较差的塑料，可以取较大的保压压力。
背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.4〜27.5MP&
3）时间（成形周期）：
完成一次注射成形所需要的时间，称为成形周期。
它是决定注射成形生产率及塑件质量的一个重要因素。
它包括以下几部分：
注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等）。
在整个成形周期中，注射时间和冷却时间是基本组成部分，注射时间和冷却时间的长短对塑料制品的质量有决定性影响。
注射时间中的充模时间不长，一般不超过10s；保压时间较长，一般为20〜120s（特厚塑件可达5〜10min）。
冷却时间的长短应保证塑料制品脱模时不引起变形为原则，一般为30〜120s。
此外，
表2-2
成型周期与壁厚关系
制件壁厚/mm
成型周期/s
制件壁厚/mm
成型周期/s
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
表2-3制品成型工艺参数初步确定
特性
内容
特性
内容
注塑机类型
螺杆式
螺杆转速（r/min）
50
喷嘴形式
直通式
模具温度
60
喷嘴温度（C）
180
后段温度（C）
180〜200
中段温度（C）
210〜230
前段温度（C）
200〜210
注射压力MPa
90
保压力MPa
70
注射时间s
4
保压时间s
25
冷却时间s
20
其他时间s
3
成型周期s
52
成型收缩（％）
0.6
干燥温度（C）
60〜80
干燥时间（C）
1〜3
在成形过程中应尽可能缩短开模、脱模等其他时间，以提高生产率。
确定成形周
期的经验数值如表2-2所示。
经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表2-3所示。
后处理温度70C，保温时间2小时。
2.3注塑机的选择
2.3.1、注塑机简介
注塑机的分类方式很多，目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有：
1）按设备外形特征分类：
卧式,立式,直角式,多工位注塑机；
2）按加工能力分类：
超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。
此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类，但日常生活中用的较少。
2.3.2注塑机基本参数
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。
常用的注射速率如表2-4所示。
表2-4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
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。
2.3.3选择注塑机
1）由公称注射量选定注射机
由注射量选定注射机•由PRO/建模分析得（材料密度取1.02kg?
dm3）
总体积
总质量
V=63.6cm3；
M=64.8g；
流道凝料V=0.5V（流道凝料的体积（质量）是个未知数，根据手册取
0.5V（0.5M）来估算,塑件越大则比例可以取的越小）；
实际注射量为：
V实=63.6X1.5=95.4cm3;
实际注射质量为：
M实=1.5M=64.8X1.5=97.3g;
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即：
0.8V公三V实（2—1）
V公=V实/0.8
=95.4-0.8
=119.25cm
2）由锁模力选定注射机
2—2）
F锁F胀=人分•P型
=2/3X143.7X30X106
=287.4（KN）
式中F锁注射机的锁模力（N；A分塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；
P型型腔压力，取P型=30MP；
结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表2-5所示，查国产注射机主要技
术参数表取XS-ZY-125主要技术参数如下。
表2-5国产注射机XS-ZY-125技术参数表
特性
内容
特性
内容
结构类型
卧
拉杆内间距（mm）
260X290
理论注射容积（cm3）
125
移模行程（mm）
300
螺杆（柱塞）直径（mm）
42
最大模具厚度（mm）
300
注射压力（MPa）
120
最小模具厚度（mm）
200
注射速率（g/s）
锁模形式（mm）
液压-机械
塑化能力（g/s）
模具定位孔直径（mm）
螺杆转速（r/min）
喷嘴球半径（mm）
12
锁模力（KN）
900
喷嘴口直径
4
2.4注射机的校核
2.4.1最大注射量的校核
Gmax=CG（2-1）
式中Gmax—为可注射的最大注射量；
c—料筒温度下塑料的体积膨胀率的校正系数，对于结晶形塑料c-0.85，对
于非结晶形塑料c-0.93；
—所用塑料在常温下的密度：
（ABS=0.89）；
G—注塑机的公称注射容量；
Gmax=0.85X0.89x125g=94.56g
2.4.2锁模力的校核
由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，这个力应小于注射机的公称锁模力，否则将产生溢料现象，贝
F所三PA分=30X143.7=43KN
式中F所一注射机公称锁模力；
P—注射时型腔的压力，它与塑料品种和塑件有关，表2-6、2-7分别为型腔压
力的推荐值；
A分—塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和。
表2-6常用塑料选用的型腔压力Mpa
塑料品种
高压聚氯乙烯
低压聚氯乙烯
PS
AS
ABS
POM
PC
型腔压力
10〜15
20
15〜20
30
30
35
40
表2-7塑件形状和精度不同可选用的型腔压力
条件
型腔平均压力/MPa
举例
易于成形的制品
25
聚乙烯、聚苯乙烯等厚壁均匀的日用品、
容器类
普通制品
30
薄壁容器类
咼黏度、咼精度制品
35
ABS聚甲醛等机械类零件、高精度制品
黏度和精度特别高制品
40
高精度的机械零件
（2-2）
243注射压力的校核
pA—P塑
式中P几一注塑机的最大注射压力，
Mpa
p塑一成型塑件所需的注射压力，Mpa
一般AB馭100〜120MpaXS-ZY-125注射
机的最大注射压力P机=150Mpa=
图2-2主流道始端与注射机喷嘴的配合
可见XS-ZY-125注射机满足要求。
244喷嘴尺寸的校核
注射机的喷嘴头部的球面半径R1应与模具主流道始端的球面半径R2吻合，以
免高压熔体从狭缝处溢出。
R2-般应比R1大1〜2mm否则主流道内的塑料凝料无法脱出。
如图2-2所示。
2.4.5定位圈尺寸的校核
为了使模具的主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合，模具定模板上的定位圈应与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。
2.4.6模具外形尺寸的校核注塑机外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。
模具长度方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间装在注塑机的工作台面上。
2.4.7模具厚度的校核
2-3）
模具厚度必须满足下式：
min—Hm—Hmax
200m蒔232mr—300mm
式中Hm—所设计的模具厚度；
Hmin—注塑机所允许的最小模具厚度；
Hmax—注塑机所允许的最大模具厚度；
2.4.8、模具安装尺寸的校核
注塑机的动模板、定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于
安装固定模具，模具固定安装方法有两种：
螺钉固定和压板固定。
采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动、定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺钉孔一致；采用压板固定方法时（中、小模具多采用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺钉孔就行，有较大的灵活性。
该模具的外形尺寸为315mM250mm属中小型模具，所以采用压板固定法（一般认为当尺寸在500mm<500m内为中小型模具）。
2.4.9开模行程的校核所选注塑机为液压-机械式锁模机构，最大开模行程受模具厚度的影响。
此时
最大开模行程S开等于注塑机移动、固定模板台面之间最大距离减去模具厚度。
S开Hi+H2+（5〜10）mm（2-4）
30050+57-20+（5〜10）=97mm
式中S开一注塑机移模行程，
Hi—推出距离（型芯的高度）
300mm；
，50mm；
57mm。
H2—流道凝料与塑件高度，
第三章模具设计
3.1分型面的确定
根据分型面的选择原则：
1）便于塑件脱模；
2）在开模时尽量使塑件留在动模一侧；
3）外观不遭到损坏；
4）有利于排气和模具的加工方便；
5）考虑侧向分型面与主分面的协调。
结合该产品的结构，分型面确定在塑件的最大投影面积上。
如图3-1所示:
图3-1分型面的位置
3.2型腔数目的确定
注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔数目的确
定主要考虑以下几个因素：
1）塑件的尺寸精度；
图3-2模具型腔的排列形式
2）模具制造成本；
3）注塑成形的生产效益；
4）模具制造难度。
查手册得塑件的经济精度推荐4级，这个产品是两个壳件的组合，所以初定为一模四腔最合理，排列形式如图3-2所示。
3.3浇口的确定
为了不影响外观，简化模局结构，确定使用侧浇口。
3.4模具材料的选择现有的模具模架已经标准化。
所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料，如何合理的选择模具钢，是关系到模具质量的前提条件，如果选择不当则所有的精度加工所投入的工时、设备费用将浪费。
在选择模具钢时，首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能，以使用性能考虑硬度是主要指标之一。
模具在高应力作用下欲保持尺寸不变，必须足够的硬度，当承受冲击载荷时还要考虑折断、崩刃问题，所以韧性也是一重要指标。
耐磨性是决定模具寿命的重要因素。
从ABSi性看，这三个指标是必须要满足的，此外还有红硬性、抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。
从工艺性能考虑：
要热加工工艺好，加工温度范围宽，冷加工性能如切削、铣削、抛光等加工性能好，此外还要考虑淬透性和淬硬性，热处理变形和氧化脱碳等性能，另外从经济考虑要求材料来源广，价格低。
查手册选择模仁的材料是4Cr13,属于马氏体类型不锈钢，该钢机械加工
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