φ5090衬筒注塑模具设计大学毕设论文.docx
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φ5090衬筒注塑模具设计大学毕设论文
摘要
塑料工业是在现今世界上增长最快的工业门类之一，其中注塑模具也是发展比较快的种类，所以对于了解塑料产品的生产过程和提高产品质量而言，透彻的研究注塑模具有非常大的意义。
而模具工业在国内的现状就是稳定而迅速的发展，我国的模具制造属于专用设备制造业。
中国的模具工业在今年来，不仅国有模具企业有很大的发展，三资企业和乡镇及个体模具奇特的发展也非常的迅速。
虽然中国的模具工业发展很迅速，但是依然是供不应求。
主要的缺点就是在精密、复杂、大型以及长寿模具等领域。
中国目前的平均水平与发达国家相比还是有比较大的差距。
而中国模具产业在今后除了继续提高成产能力以外，更要着重于技术水平的发展。
本设计阐述了注射成型的一些基本原理，特别是单分型面注射模具的工作原理与结构，提出了注塑产品的一些基本设计原则；而且详细说明了冷流道注射模具顶出系统、温度调节系统和浇注系统的设计过程，并且仔细说明了对模具的强度要求。
通过本设计对注塑模具有了一个初步的了解与认知，注意设计中的一些细节问题，并了解模具的结构和工作原理等。
关键词:
塑料模具;分型面;设计
Abstract
Plasticindustryisinwhatisnowoneoftheworld'sfastestgrowingindustrialcategories,includingthetypesofinjectionmoldisalsodevelopingfaster,soforourunderstandingoftheproductionprocessofplasticproductsandimproveproductquality,thoroughresearchoninjectionmoldhastheverybigsignificance.AndthepresentsituationofthemouldindustryinChinaisstableandrapiddevelopment,mouldmakingbelongtospecialequipmentmanufacturingindustryinourcountry.China'smoldindustrythisyear,notonlyhasalottothedevelopmentofstate-ownedenterprisesinthemold,foreign-fundedenterprisesandthedevelopmentofvillagesandtownsandindividualmoldstrangealsoveryquickly.AlthoughChina'smoldindustrytodevelopveryquickly,butisstillinshortsupply.Mainweaknessisinareassuchasprecision,complex,largeandlong-livedmold.China'scurrentaveragecomparedwiththedevelopedcountriesstillhavelargergap.AndtheChinamoldanddieindustryinthefutureinadditiontocontinuetoimprovetheproductioncapacity,morefocusedonthedevelopmentofthetechnology.
Thisdesignelaboratedthebasicprincipleofinjectionmolding,especiallythesinglepartingsurfaceinjectionmouldstructureandworkingprincipleofthe,putsforwardsomebasicdesignprincipleofinjectionmoldingproducts;Anddetailsthecoldrunnerinjectionmoldejectionsystem,temperatureregulatingsystemandgatingsystemdesignprocess,andillustratestherequirementtowardstheintensityofthemould.Throughthedesignofinjectionmoldhasapreliminaryunderstandingandcognitionandpayattentiontosomedetailsinthedesign,andunderstandthatthemoldstructureandworkingprinciple,etc..
Keywords:
plasticmold;partingsurface;design
目录
第一章1
1.1模具在加工工业中的地位1
1.2模具的发展1
1.3设计在学习模具制造中的作用3
第二章塑件的工艺分析4
2.1分析塑件使用材料的种类及工艺特征4
2.2分析塑件的结构工艺性6
2.3工艺性分析6
2.3确定型腔数目7
第三章注射机的选择8
3.1塑件体积的计算8
3.3按注射机额定注射量来确定型腔数目8
3.4计算浇注系统体积9
3.5注塑机选择9
3.6分型面的选择10
3.7浇注系统的设计11
3.8主流道设计12
3.9分流道设计13
3.10浇口的设计14
3.11冷料穴设计14
第四章确定主要零件结构的尺寸选模架及成型零部件的设计16
第五章选择模架17
第六章导向机构设计18
6.1导柱的设计18
6.1.1长度18
6.1.2形状18
6.1.3材料18
6.2导套的结构设计18
6.2.1材料18
6.2.2形状18
6.3.1推件力的计算19
6.3.2推管的设计20
第七章冷却系统的设计21
第八章模具排气槽的设计22
第九章校核23
致谢24
参考文献25
第一章模具的发展与应用
1.1模具在加工工业中的地位
利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具叫做模具。
在各种材料加工工业中非常广泛的使用着各种模具。
如金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具、金属铸造成型使用的砂型或者压铸模具等各种模具。
模具的全面要求：
能生产出满足尺寸精度、外观、物理性能等各方面使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度要求结构合理、制造容易、成本低廉。
制品的质量深受模具的影响。
第一，模具型腔的形状、尺寸、分型面、便面光洁度、进行浇口和排气槽位置以及脱模方式等都对制件的尺寸精度还有形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各项同性性、外观、质量、表面、光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等的影响都十分重要。
第二在加工的过程中，模具的结构对操作难易的程度影响非常大。
在大批量地生产塑料制品时，要尽量减少开模、合模过程以及取制件过程中的手工劳动，所以我们经常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时也要保证模具中的制品自主脱落。
此外模具也影响着制品的成本。
当小批量生产时，制件上的成本中模具的费用占很大比例，这时要尽量采用结构合理而又简单的模具，来降低成本。
在现代生产中，三项重要因素就是合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具，尤其是模具对现实材料加工工艺要求、塑料之间的使用要求和造型设计起着非常重要的作用，模具的制造和更新是产品的生产及更新的前提。
因制件品种及产量需求越来越大，对模具的要求也越来越高。
所以要促进模具的不断发展与创新。
1.2模具的发展
近些年来，模具的增长十分迅速，整个模具产量中高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具所占的比重越来越大。
模具的发展趋势从模具设计和制造角度来看，可分为以下几个方面：
塑料模具成型的制品越来越大型化、复杂化和高精度的要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔而导致了提高大型、精密、负载、长寿命模具设计水平及比例。
在塑料模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
CAD/CAM技术现已发展成一项较成熟的共性技术了，最近模具CAD/CAM技术的软件与硬件的价格已经降低到中小企业普遍都可以接受的程度了，创造了进一步普及的良好条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构的初见端倪，解决了传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程中分工协作要求的缺点；CAD/CAM软件的智能化程度也将日渐提高；在我国塑料模具工业中，塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将发挥出越来越重要的作用。
推广应用热流道技术和气辅注射以及高压注射成型技术。
利用热流道技术的模具可提高之间的质量和生产率，而且能在很大程度上节省塑料制件原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。
发展热流道模具的关键就是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两点。
在保证产品质量的前提下气体辅助注射成型可大幅度的降低成本。
在汽车和家电行业中目前正逐步推广使用。
气体辅助注射成型相比较传统的普通注射工艺而言具有更多的工艺参数去确定和控制，模具设计以及控制的难度都比较大，所以开发气体辅助成型流动分析软件就显得非常的重要。
另外而言为了确保塑料件的精度，继续研究和开发高压注射成型工艺与模具也十分重要。
为了适应多品种、少批量的生产方式而开发出新的成型工艺和快速经济模具。
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相比较国外而言仍然较低，其中的差距非常大，从一定程度上限制了我国模具工业发展，模具标准件的应用的广泛推广才能使模具质量和降低模具制造成本。
为此，制订统一的国家标准是首要前提，并严格按标准生产；然后要逐渐形成规模生产，提高标准件质量、提高商品化程度、降低成本；而且还要更进一步增加标准件的规格品种。
对于提高模具寿命和质量而言十分必要的前提就是应用先进的表面处理技术和优质的材料。
研究和应用高速测量技术与逆向工程。
塑料模CAD/CAM的关键技术之一就是利用三坐标测量仪或者三坐标扫描仪去实现逆向工程。
实现逆向工程的必要前提是研究和应用多样、廉价的检测设备。
1.3设计在学习模具制造中的作用
期间对模具专业的学习,让我掌握了各种成型工艺模具中各种材料的工艺要求,各种模具结构特点及设计计算方法,已达到能独立做出一般模具设计的要求。
掌握了模具制造机械加工的基本知识,金属材料的选择和热处理,了解模具结构的特点,选择模具处理的新技术根据不同情况。
毕业设计可以灵活使用上述需求的各个方面,全面检查在大学期间学到的知识。
第二章塑件的工艺分析
2.1分析塑件使用材料的种类及工艺特征
针对本次设计的衬筒见图1-1仔细分析并选取材料。
图1-1衬筒
PA1010塑料
化学名称：
尼龙
比重：
1.38克/立方厘米成型收缩率：
0.6-1.5%
产品需要预热到70~90度，预热时间为：
4~6小时
成型温度230~330℃成型时间为40~130秒
成型特征：
无定型料，吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡则宜先干燥。
流动性差,容易分解,特别是在高下与钢或铜更容易分解,分解温度为200℃。
腐蚀和刺激性气体分解部门。
分解时有腐蚀及刺激性气体。
成型温度范围小，必须严格控制料温。
用螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径易大，以防死角滞料，滞料必须及时处理清除。
模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，不能有死角滞料，模具应冷却，其表面应镀铬
PA1010主要技术指标：
表1-1热物理性能
密度（g/cm³）
1.02—1.05
比热容（J·kg-1K-1）
1255—1674
导热系数
（W·m-1·K×10-2）
13.8—31.2
线膨胀系数
（10-5K-1）
5.8—8.6
滞流温度（℃）
130
表1-2力学性能
屈服强度（MPa）
50
抗拉强度（MPa）
38
断裂伸长率（%）
35
拉伸弹性模量（GPa）
1.8
抗弯强度（MPa）
80
弯曲弹性模量（Gpa）
1.4
抗压强度（Mpa）
53
抗剪强度（Mpa）
24
冲击韧度
（简支梁式）
无缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺口
11
表1-3电气性能
表面电阻率（Ω）
1.2×1013
体积电阻率（Ω·m）
6.9×1014
击穿电压（KV/mm）
\
介电常数（106Hz）
3.04
介电损耗角正切（106Hz）
0.007
耐电弧性（s）
50—85
2.2分析塑件的结构工艺性
该塑件尺寸中等，整体结构简单，其大多数都为曲面特征。
除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其他材料性能，所以选一般精度等级：
MT7级。
2.3工艺性分析
为提高成型效率与满足制品表面光滑的要求采用点浇口。
浇口的分流道在模具的分型面处，模具的型腔处是浇口的纵向开设，从塑料件顶面开始进料，所以塑件外表面不会受到损伤，不会使塑件的表面质量与美观效果由浇口痕迹而收到影响。
塑件的工艺参数：
成型收缩率：
0.4-0.7%
干燥条件：
80—90℃2小时
模具温度：
25-70℃（塑件光洁度将受模具温度而影响，温度较低会致使光洁度偏低）
熔化温度：
210-280℃（建议把温度控制在245℃左右）
成型温度：
200-240℃
注射速度：
中高速度
注射压力：
500-1000bar
2.3确定型腔数目
根据产品的结构特点，塑料产品在模具中的扣置方式有两种：
一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行；另一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直。
这里采用第二种方式，一模两件的结构。
第3章注射机的选择
3.1塑件体积的计算
塑件：
ρ
零件塑件的体积：
V=7.5cm3
浇注系统的体积：
V2=2.8cm3
塑件与浇注系统的总体积为V=7.5+2.8=10.3cm3
3.2计算塑件质量
查手册取密度ρ=1.05g/cm3
塑件的体积：
V=7.5cm3
塑件的质量：
根据相关手册查得：
ρ=1.05g/cm3
因此塑件重量为：
3.3按注射机额定注射量来确定型腔数目
根据n=
（4-1）
得m
=
（4-2）
k—注射机额定注射量利用系数，一般取0.8;
m
—注射机额定注射量，cm
或g
m
—浇注系统的凝料量，cm
或g；
m-单个塑件的体积或质量，cm
或g；
根据尺寸精度和塑件结构的要求，塑件在注射的时候采用1模2构
3.4计算浇注系统体积
初步设定的方案如下所示：
利用三维软件根据三维模型就可直接查到浇注系统的体积
3.5注塑机选择
1956年世界上第一台往复螺杆式注塑机面世了，这是注塑成型工艺技术历史上一项伟大的突破，目前全球注塑机加工的塑料量占塑料总产量的30％；注塑机产量占塑料机械总产量的一半，成为了在塑料成型设备制造中产量最多而且增长最快的机种之一。
注塑机的分类方法有很多，现在而言还未形成完全统一的标准分类方式，目前常用的说法有：
（1）按加工的能力来分类：
超大型，大型，中型，小型和超小型注塑机。
（2）按设备的外形特征分类：
直角式，卧式和立式还有多工位注塑机；
此外也有按合模装置的特征或按用途分类分类，但是日常生活中用的比较少。
常用注射速率如表3-4所示。
表3-4注射时间与注射量之间的关系
注射量/CM
1252505001000200040006000
10000
注射速率/CM/S12520033357089013301600
2000
注射时间/S11.251.51.752.2533.75
5
查国产注射机的主要技术参数表得CJ80NC3，其主要的技术参数见图1-2。
图1-2技术参数表
3.6分型面的选择
模具型腔中的塑料凝固形成塑件，为了把塑件拿出来，一定要先把模具型腔打开，也就是说必须把模具分成两部分，就是动模和定模两大部分。
动模和定模接触的面叫做分型面。
分型面是要做为终点的前提来选择的，由于模具的结构在一定程度上取决于分型面的选择。
所以该塑件对于外形表面质量和外壳要求比较高。
在选择分型面的时候，根据其选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、有利于排除模具型腔内的气体、便于清除毛刺及飞边、分摸后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素的情况下，对分型面的选择要在塑件外形轮廓最大的地方。
见图1-3。
图1-3塑件外形轮廓
3.7浇注系统的设计
浇注系统由分流道、主流道、冷料井和浇口组成。
在设计浇注系统之前一定要先确定塑件的成型位置，可以利用1模2腔，设计浇注系统是整个注塑模具设计中的一个十分重要的环节，它对注塑成型周期和塑件的质量都有直接影响，设计师必须全面考虑周到，由于塑件的外观要求比较高，以及一模八腔的布置、PC对剪切速率较为敏感等因素，浇口采用分便加工修整、凝料去除容易且不会在塑件外壁留下痕迹的侧浇口，模具采用单分型面结构两板模，模具制造成本比较容易控制在合理的范围内。
浇注系统的设计如图所示。
浇注系统一般设计原则：
浇口位置要尽可能的选择在分型面上，这样会使模具的加工及使用时浇口的清理会比较方便；浇口位置与型腔各个部位之间的距离要尽量保持一致，并且使其流程是最短；浇口位置应保证塑料流入型腔的时候，会对着型腔中壁厚且宽敞的位置，塑料的流入更方便；避免塑料在流入型腔的时候直冲到型芯或型腔壁，让塑料可以更快流入到型腔的各部位，以避免嵌件或者型芯变形；避免制件会产生烙接痕，或者让烙接痕产生在其中不重要的位置；浇口位置以及塑料流入的方向，要让塑料在流入型腔的时候可以沿着型腔平行方向且均匀流入，并使型腔内气体的排出更便利。
3.8主流道设计
浇注系统中从注射机的喷嘴和模具处到分流道为止的位置叫做主流道。
根据选用CJ80NC3型号的注射机相关尺寸可得
喷嘴的前端孔径：
d
=4.0mm；
喷嘴前端的球面半径：
R
=10mm；
根据模具喷嘴与主流道的关系R=R
+（12）mm
d=d
+（0.51）mm
取主流道的球面半径：
R=11mm；
取主流道的小端直径：
d=4.5mm
为了方便于把凝料从主流道中拿出，让主流道设计为圆锥形，器械度是26
，本次选用2
，经过换算可得主流道的大端直径为7.8mm。
可见主流道见图1-4。
图1-4主流道的示意图
3.9分流道设计
浇口与主流道之间的通道叫做分流道，一般开设在分型面上，有着转向和分流的作用，模具型腔的浇口布置和总体位置决定了分流道的长度，分流道的设计要尽量的短一些，来减少热量损失，压力损失和流道凝料。
分流道的断面形状有梯形，矩形，圆形，六角形和U形。
要尽量减少流道内压力的损失，使流道的表面积小，截面积大，传热损失减小到最低，所以可用流道的截面积与周长的比值看出流道的效率，在其中圆形与正方形的效率比较高，但是正方形的流道凝料脱模会比较困难，因此一般都制成梯形流道。
从模具上取半圆形的断面形状，直径为4mm。
分流道选用了半圆形截面：
直径D=4mm
流道的表面粗糙度R
=1.6μm
分型面选择设计原则
用来决定模具结构其形式的重要因素之一就是分型面，它与模具的制造和模具的整体结构也有着密切的关系，也可以直接影响着塑料的脱模以及塑料熔体的流动特性。
分型面的形式
本塑件的模具仅有一个分型面就是垂直分型面。
分型面的设计原则
分型面受到浇注系统的设计、塑件在模具中的成型位置、塑件的结构工艺性以及形状、精度和催出方法、模具的制造、操作工艺、排气等各种因素的影响，所以在选择分型面的时候要综合分析。
选择分型面时应遵循的基本原则：
（1）分型面要选在塑件外形轮廓最大的地方
（2）为了便于塑件顺利脱模要确定最有利的留模方式
（3）满足塑件的外观质量要求
（4）保证塑件的精度
（5）便于模具制造与加工
（6）排气的效果要特别注意
（7）注意对在型面积的影响
（8）对侧抽芯的影响
在实际的设计中我们不可能满足以上所有条件，但一般要特别注意主要矛盾，再确定合理的分型面进行设计。
3.10浇口的设计
根据浇口位置的选择要求，尽可能缩短流动距离，防止熔体破裂的现象会引起塑件的不完美，浇口应该开在塑件壁厚的地方等要求，然后再采用扇形的浇口可以保证产品的外观、精度。
本设计是采用浇口。
凸显了以下几个特性：
（1）去除浇口方便且形状简单，方便加工，尺寸精度也更容易保证；
（2）可以独立的去控制填充的速度和其封闭时间；
（3）试模时如发现问题，能够及时修改；
（4）流动填充的效果更好。
3.11冷料穴设计
浇注系统的重要结构组成之一就是冷料穴，它是容纳浇注系统的流道中料流的先锋冷料。
避免这些冷料会进入型腔，更便于设置主流道拉料杆的功能。
注射结束模具分型的时候，主流道凝料会在拉料杆的作用下从定模浇口套中被拉出，最后推出机构并开始工作，把浇注系统凝料和塑件一起推出模外。
冷料穴的作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔去影响制品质量。
冷料穴是位于主流道正对面的动模板上。
冷料穴通常分为两种，一种除储存冷料外也有将流道凝料拉出来的作用，另一种专门用来收集和储存冷料，此处应用第一种。
在分流道的末尾端，冷料穴的长度一般是流道直径的1.5~2倍，而相机面壳模具属于中小型的模具，所以冷料穴的长度取流道的直径的1.6倍—8.0mm。
在主流道的对面我们采用冷料井底部带推料杆的那种冷料井，推管是带Z型头的拉料钩，且侧凹可以勾住主流道凝料，分模的时候就可以从主流道中将凝料拉出来。
拉料杆的根部要固定在推出板上，推出出制件的时候，冷料也一起被推出来，在取产品时要向拉料钩的侧向移动一点，就可以脱钩把浇注系统的凝料与制件一起取下。
查文献资料[11]，结构尺寸：
Z头高3/4d，而其中
D=D+（0.5~1）（3-3）
则d=4+（0.5~1）=5mm。
第四章确定主要零件结构的尺寸选模架及成型零部件的设计
ABS塑料收缩率为0.3%-0.8%
平均收缩率：
Q
=（0.3%-0.8%）/2=0.5%
型腔的内径：
D
=（D+DQ
-
?
）
=60.3mm
型腔的深度：
H
=（H=HQ
-
?
）
=7.54mm
型芯的外径：
d
=（d+dQ
+
?
）
=57.29mm
型芯的深度：
h
=（h+hQ
+
?
）
=6.039mm
D—塑件外形基本尺寸（mm）；
D
—型腔径向尺寸（mm）；
Q
—塑件平均收缩率；
?
—塑件公差；
d—塑件内形基本尺寸（mm）；
d
—型芯径向尺寸（mm）；
δ—成型零件制造公差，取1/4—1/6?
；
H—塑件高度（mm）；
H
—型腔深度（mm）；
h—塑件孔深基本尺
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