合页盖毕业设计说明书 毕业设计.docx

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合页盖毕业设计说明书毕业设计

摘要

注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料，加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。

设计过程中主要包括了零件结构特点分析、零件材料的选择、浇注系统设计、冷却系统的设计及模架结构设计。

此次设计首先选择了塑件的材料，选取了合适的注塑机，接着确定了型腔数目和分型面，设计了模架的大小、浇注系统、导向机构、顶出机构、脱模系统、温度调节系统，最后进行了模具加工运动仿真。

较好的达到了设计要求。

关键词：

注塑模具加工工艺模具设计

Abstract

Injectionmoldingisusingplasticbutextrusionmoldingavailability,firstwilllooseofgranularorpowdermoldingmaterials,heatingmoltenplasticizing,makeitbecomethestickyflowstateintheplungermelt,andthenthehighpressureorscrewrod,drivenbyalotofvelocityinjectionintothelowertemperatureclosedmold,afteraperiodoftimeafterthepressure-keepingcooling,openmoldcancavityindecentshapefromcertainshapesandsizesofplasticobjects.Thedesignprocessincludinganalysisofstructuralfeaturesofparts,componentsmaterialsselection,gatingsystemdesign,coolingsystemdesignandmolddesign.

Inthisdesign,firstchooseaplasticmaterialchosenfortheinjectionmoldingmachine,andthendeterminethenumberandsub-surfacecavity,thesizeofmolddesign,gatingsystem,guides,strippingsystems,thedesignprocessofgoingagainstsystemandtemperatureConditioningsystems，themouldprocessingmovementsimulation.Thebettertoachievethedesignrequirements.

Keywords:

injectionmold;processing;molddesign

第1章绪论

1.1塑料注射模具简介

随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业、等各个行业广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。

模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。

注射成型也称为注塑成型，其成型原理是将塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，在柱塞和螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔之中，充满型腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。

这样在操作上完成了一个周期的生产过程。

通常，一个成型周期从几秒钟到几分钟不等，时间的长短取决于塑件的大小、形状和厚度、模具的结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件等因素。

注射成型是当今市场上最常用、最具前景的塑料成型方法之一。

1.2国内外注塑模具发展现状

1.2.1我国塑料模具发展现状

目前，我国的模具企业有3万多家，2009年模具销售额约980亿元人民币，其中塑料模具约占45%。

中小传统模具过剩，复杂的大型高精度模具还依赖进口。

据悉，模具产品将继续向着更加大型、更加精密、更加复杂及更加经济快速的方向发展，技术含量将不断提高，模具制造周期不断缩短；模具生产将继续朝着信息化、数字化、精细化、高速化和自动化的方向发展，模具企业将继续向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化和经营国际化方向发展。

因此，模具企业也必将进一步提升各方面的综合实力和核心竞争力。

除了CAD、CAM和CAE之外，CAPP、PDM、PLM、MES、ERP及电子商务和网络等技术也将逐渐在模具企业中得到较为广泛的应用，这必将促进企业和行业的技术进步。

1.2.2与国外先进水平的差距

近年来，塑料模具工业迅速发展，体现在模具产品向着大型、精密和复杂的方向发展，综合技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，但与国外塑料模具的先进水平相比，依然存在一定差距，主要在以下几方面：

1模具材料和标准件

我国列入国家标准中的塑料模具钢仅为3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo。

国外常用的塑料模具钢已形成较完整的系列，如美国塑料模具钢有7个钢号，形成完整的P系列；日本日立金属公司有15个钢号；日本大同特殊钢13个钢号。

我国塑料模用钢的随意性较大。

在国内购买进口模具钢材，价格上扬30%～40%，严重影响了国内模具的竞争力。

模具的标准化程度已成为制约国内模具制造周期的瓶颈之一，也影响了国内模具的竞争力。

2模具的精度

日本的汽车模具精度可达0.02mm，塑料模分模面的精度控制在0.01mm。

而国内汽车模具的品牌企业，汽车模具精度控制在0.03～0.05mm；塑料模分模面配模精度在0.03mm左右。

3模具企业员工的素质

德国、日本模具企业的员工至少有10年的工作经验，模具企业技术人员比例很高，多数企业在25%以上，有些在50%以上。

有些企业往往是大多数职工可在技术与生产岗位上互换，具有很高的素质。

而国内模具技术工人缺乏高新加工技术的培训和高端数控机床的操作技能培训。

模具企业技术人员比例偏低，多数企业在15%～20%之间，且只注重模具开发，不重视产品开发，因此综合开发能力较低[1]。

1.3模具制造技术未来发展目标

目前，我国的塑料消费量已居世界首位，但人均消费量仅为工业发达国家的1/7，工业中等发达国家的1/4，预计要达到工业中等发达国家的水平还需20年。

这无疑为我国塑料工艺和塑料模具产业提供了非常大的发展空间。

塑料模具的发展必须依托国家重点建设工程，面向6大产业及其重点行业。

特别是围绕汽车产业和信息产业，大力发展IT行业的精密注塑模；汽车业的覆盖件模具和大型注塑模。

大规模开展技术改造，提高基础配套件和基础工艺水平；通过加快企业兼并重组和产品更新换代，促进产业结构优化升级，全面提高产业竞争力，引导专业化零部件生产企业向“专、精、特”方向发展，形成优势互补、协调发展的产业格局。

我们要依托十大领域的重点工程，振兴塑料模具制造业；配合九大产业的重点项目，提升大型、精密注塑模和高档模具标准件的制造动力；实现模具钢的国产化和优质化、改善模具材料的供应体系、提高模具新材料、新型塑料成形工艺和新型高强、高韧和耐高温塑料制品的研发能力；提高企业的信息化管理和模具集成化制造的总体水平；为使我国的塑料模具行业赶上国际先进水平打下良好的基础。

1.4本设计的研究目的和意义

模具制造是整个产业链中最基础的一环，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。

用塑料模具生产的优点是制造简便，材料利用率高，生产率高，产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。

1.5注塑模具设计总体思路

图1-1模具设计思路图

本课题要达到的预期效果：

1.外观及尺寸均符合要求，未出现溢边、缩坑等缺陷；

2.结构合理；

3.镶拼简单，加工简便；

4.顶出动作平稳、可靠。

第2章模具的整体设计

2.1塑料制品设计

图示2-1为以尼龙6为材料的合页盖。

属薄壁塑件，生产批量很大。

要求其化学稳定性好，熔点高。

图2-1合页盖

2.2PA6性能分析

2.2.1尼龙6产品性能

品名：

尼龙6（PA6）；分子式：

[-NH-（CH2）5－CO]n－；性状：

半透明或不透明乳白色结晶形聚合物；特性：

热塑性、轻质、韧性好、耐化学品和耐久性好；密度：

1.13g／cm3；熔点：

215℃；热分解温度：

＞300℃；平衡吸水率：

3．5％；物态：

固体颗粒；臭味：

无；毒性：

无；循环利用：

可以具有良好的耐磨性、自润滑性和耐溶剂性；密度：

（g／cm3）1.14-1.15；熔点：

215-225℃；拉伸强度：

＞60．0Mpa；伸长率：

＞30%；弯曲强度：

90.0Mpa；缺口冲击强度：

（KJ／m2）＞5；泊松比：

0.34；弹性模量：

2620Mpa。

2.2.2PA6化学和物理特性

PA6它的熔点较低，而且工艺温度范围很宽。

它的抗冲击性和抗溶解性好，吸湿性也强。

因为塑件的许多品质特性都要收到吸湿性的影响，因此使用PA6设计产品时要充分考虑这一点。

为了提高PA6的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。

玻璃纤维就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如EPDM和SBR等。

对于没有添加剂的产品，PA6的收缩1%到1.5%之间。

加入玻璃纤维添加剂可以使收缩率降低到0.3%（但和流程相垂直的方向还要稍高一些）。

成型组装的收缩率主要受材料的结晶度和吸湿性影响[2]。

2.2.3注塑工艺条件

干燥处理：

由于PA6很容易吸收水分，因此加工前的干燥特别要注意，如果材料是用防水材料包装供应的，则容器应保持密闭。

如果湿度大于0.2%，建议在80℃以上的热空气中干燥16小时。

如果材料已经在空气中暴露超过8小时，建议进行温度为105℃，8小时以上的真空烘干。

融化温度：

230-280℃，对于增强品种为250-280℃。

模具温度：

80-90℃。

模具温度很显著地影响洁净度，而洁净度又影响着塑件的机械特性。

对于结构部件来说结晶度很重要，因此建议模具温度为80-90℃。

对于薄壁的、流程较长的塑件也建议施用较高的模具温度。

增大模具温度可以提高塑件的强度和刚度，但却降低了韧性。

如果壁厚大于3mm，建议使用20-40℃的低温模具。

对于玻璃纤维增强材料模具温度应大于80℃。

注射压力：

一般在750-1250bar之间（取决于材料和产品设计）　　

注射速度：

高速（对增强材料要稍微降低）

流道和浇口：

对于PA6的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要。

浇口孔径不要小于0.5T（这里T为塑件的厚度）。

如果使用热流道，浇口尺寸应比使用常规流道小一些，因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。

如果用潜入式浇口，浇口的最小直径应当是0.75mm。

2.2.4制品的几何参数

1.塑件的壁厚

制品的壁厚对其质量有很大的影响，壁厚过小难以满足使用强度和刚度的要求，对于大型复杂难以充满型腔制品的内部易产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时还会增加生产成本。

本设计的制品平均壁厚为1.5mm，属于中型塑件壁厚。

2.塑件的圆角

塑件制品设计圆角，能使其成型时的流动性能好，成型顺利进行。

因为当制品带有尖角时，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时发生破裂。

本设计的制品均采用圆角半径为0.2mm

3.脱模斜度

制品冷却后会紧紧包在凸模上，为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤，擦毛等在制品设计时应考虑其表面具有合理的脱模度。

本设计采用的脱模度为40'。

4.制品的表面质量

制品的表面质量包括表面粗糙度和外观质量等，制品的外观要求越高，表面粗糙度值应越低。

这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷来保证外，主要取决于模具型腔表面的粗糙度。

一般模具表面的粗糙度要比制品的要求低1～2级。

精度要求采用MT5。

2.3注射机的选择

2.3.1注射机的选用原则

1.计算塑件及浇道凝料的总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量（体积或容量）的0.8倍；

2.模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力；

3.模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力；

4.模具的闭模高度应在注射机最大，最小闭合高度之间；

5.模具脱模取出朔件所需的距离应小于所选注射机的开模行程；

6.模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺寸安装时应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配合；模具的模板各安装孔应与注射机固定模板的安装孔相对应、机床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相对应，注射机的开模行程应满足脱件条件。

2.3.2制件的参数

由于本塑件的结构复杂，需要考虑四个卡柱的计算，为了避免计算误差过大，此次设计采用Solidworks自带计算功能，本课题的塑件体积为V=1714.87立方毫米；密度ρ=1.13g/cm3；质量m=1.94g；表面积a=2983.68

。

2.3.3选择注塑机

注塑成型机按结构形式可分为立式、卧式、和直角式三类。

立式注塑机是注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移动，主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。

其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作，但附加机械手去产品后，也可实现全自动操作。

卧式注塑机是注射柱塞或螺杆与合模运动方向均沿水平装设，其优点是机体较低容易操纵和加料，制件顶出后可自动坠落，故易实现全自动操作。

直角式注塑机是注塑机柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直，这种注塑机的主要优点是结构简单，便于自制，适用于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。

考虑到生产成本和易于实现自动化，塑件还是靠自身重力下落比较合适，且重心较低安装稳妥。

通过分析，根据每一周期的注射量和锁模力的计算值，选用SZ—25/20卧式注塑机。

SZ系列螺杆卧式塑料注射成型机，可用于各种热塑性塑料（尼龙、ABS、372，聚丙烯、聚苯乙烯等）的成型加工，广泛用于汽车、仪表、电子、电讯、玩具、日用制品等零件注塑成型。

本系列机具有选材优良，结构先进、造型美观，操作简单，调节方便，便于维修，配合可靠的电气控制，先进耐用的液压元件，机器运转稳定、可靠的特点。

其规格如下：

表3—1注射机主要技术参数

名称参数

理论注射容量（cm2）25

螺杆直径（mm）25

注射压力（MPa）200

注射速率（g/s）35

塑化能力（g/s）13

螺杆转速（r/min）0～220

喷嘴球半径（mm）10

锁模方式双曲轴

锁模力（kN）200

拉杆内间距（mm）242×187

模板行程（mm）210

最大模厚（mm）220

最小模厚（mm）110

模具定位孔直径（mm）55

模具定位孔深度（mm）10

根据零件尺寸和理论注塑量，以及零件需求量，决定进行一模四腔的注塑模式。

2.4成型零件的设计

直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑料外形的成型零件称为凹模，构成塑件内部形状的成型零件称为凸模（或型芯）。

由于凹、凸模件直接与高温，高压的塑料接触，并且在脱模时反复与塑料摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。

2.4.1分型面的确定

分型面的选择应注意以下几点：

1.不影响塑件外观，尤其是对外观有明确要求的制品；

2.有利于保证塑件的精度要求；

3.有利于模具加工，特别是型腔的加工；

4.有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计;

5.便于制件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边.

6.分型面应有利于侧向抽心；

7.分型面应取塑件尺寸最大处；

8.拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位。

综上条件，本塑件分型面选在塑件尺寸最大的面上[3]。

2.4.2成型零件的结构设计

整体嵌入式凹模：

将稍大于塑件外形（大一个足够强度的闭厚）的较好材料（高碳钢或合金工具钢）制作成凹模，再将此凹模嵌入模板中固定。

其优点是“好钢用在刀刃上”。

既保证了凹模的使用寿命，又不浪费价格昂贵的材料。

并且凹模损坏后，维修、更换方便。

其缺点：

分割的拼镶件趋多制造成本越高。

各拼镶件的加工精度必须匹配，即必须提高各镶件的平均加工精度。

嵌入式凸模：

主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。

最常使用的嵌入形式是型芯带有凸肩，型芯嵌入固定板的同时，凸肩部分沉入固定板的沉孔部分，再垫上垫板，并用螺钉将垫板和固定板连接[5]。

1.塑件收缩率的影响

由于塑件热胀冷缩的原因，成型冷却后的塑件尺寸小于模具型腔的尺寸。

2.凸、凹模工作尺寸的制造公差

它直接影响塑件的尺寸公差。

通常凹、凸模的尺寸公差取塑件公差的1/3~1/6，表面粗糙度取Ra值为0.8μm~0.4μm。

下图为本次注塑模具所用的凸模、凹模：

图2-2凸模

图2-3凹模

3.凸、凹模使用过程中的磨损量

生产过程中的磨损以及修复会使凸模尺寸变小，凹模的尺寸变大。

4.模具在分型面的合模间隙

由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。

一般当模具分型面的平面度较高，表面粗糙度较低时，塑件产生的飞边也较小。

飞边的厚度一般为0.02~0.1mm。

因此，成型大型塑件时，收缩率对塑件的尺寸影响较大；而成型小型塑件时，制造公差与磨损量对塑件的尺寸的影响较大。

常用塑件的收缩率通常在白分之几到千分之几之间。

具体塑料的收缩率可查找相关手册或某种塑料说明书。

2.4.3凹、凸模工作尺寸的计算

通常，凹、凸模的工作尺寸根据塑料的收缩率，凹、凸模零件的制造公差以及磨损量三个因素确定。

传统的成型零件设计方法一般为根据塑件结构及精度尺寸，并考虑塑料收缩率，计算出成型零件的工作尺寸，这种方法有以下几个缺点：

1.自由曲面的设计比较难；

2.曲面的尺寸不易表达清楚；

3.计算量大，设计效率低。

为了克服以上缺点，本次设计中采用了目前在模具设计制造行业具有领先地位的SolidWorks/imold设计软件进行成型零部件的设计。

设定收缩率即可。

2.4.4型腔侧壁及底板厚度计算

在注塑成型过程中，型腔承受塑料熔体的高压作用。

因此，凹模与凹凸模的地方必须具有足够的强度和刚度。

如果凹模和底板的厚度过小。

刚强度、刚度会不足。

强度不足会导致型腔产生塑性变形，甚至破裂；刚度不足，将产生过大的弹性变形，并产生溢料间隙。

1.型腔侧壁厚度计算

（2-1）

式中：

S矩形型腔长边侧壁厚度（mm）；P型腔所受压力，为25或30MPa；

r模具材料的许用应力（Mpa）；L型腔长边长度（mm）；a'型腔侧壁全高度（mm）；

a型腔侧壁受压高度（mm）。

L=50mma=9mma'=15mmr=355Mpa

计算得S=11mm。

2.底板厚度计算

（2-2）

b/p=0.5L=80mm其余条件同上则S=12mm。

2.5浇注系统的设计

主流道（也叫进料口），它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁，也是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方。

主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系。

若主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收冷料多，冷却时间增长，使包藏的空气增多，如果排气不良，易在塑料制品内造成气泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也易造成进料时形成旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成形困难。

主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。

一般采用碳素工具钢T8A、T10A等，热处理要求淬火53～57HRC。

在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。

小型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开设在定模板上。

浇口套是注射机喷嘴在注射模具上的座垫，在注射时它承受很大的注射机喷嘴端部的压力同时由于浇口套末端通过流道浇口与型腔相连接，所以也承受模具型腔压力的反作用力。

为了防止浇口套因喷嘴端部压力而被压入模具内，浇口套的结构上要增加台肩，并用螺钉紧固在模板上，这样亦可防止模腔压力的反作用力而把浇口套顶出。

它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。

该模具采用普通流道浇注系统，其包括：

主流道、冷料穴、浇口。

2.5.1浇注系统设计原则

浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布置；

结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；

尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；

浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；

避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；

浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；

熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响；

尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；

浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求；

设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；

尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小[4]。

2.5.2主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

1.主流道尺寸

（1）主流道小端直径

d=注射机喷嘴直径+0.5～1=2+0.5～1（2-3）

取d=2.7（mm）

这样便于喷嘴和主流道能同轴对准,也能使的主流道凝料能顺利脱出。

（2）主流道球面半径

主流道入口的凹坑球面半径R,应该大于注射机喷嘴球头半径的2～3mm。

反之，两者不能很好的贴合，会让塑件熔体反喷，出现溢边致使脱模困难。

SR=注射机喷嘴球头半径+2～3=10+2=12（mm）（2-4）

（3）主流道长度L

一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好，小模具控制在50之内在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入模具。

本设计中结合该模具的结构，取L=33（mm）。

（4）主流道大端直径

D=d+2Ltanα≈4.8取D=4.8（mm）（2-5）

半锥角α为1°～2°，取α=2°。

（5）主流道衬套的形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部

分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套