柜式净水器上盖板上壳注塑模具设计与制造.docx
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柜式净水器上盖板上壳注塑模具设计与制造
毕业设计（论文）
题目柜式净水器上盖板上壳注塑模具设计
与制造
姓名
学号
所在学院机械工程学院
专业班级机械设计制造及其自动化
指导教师
日期2016年6月1日
摘要
塑料件在生活中扮演着重要的角色，成型工艺要求也越来越高，注塑模具应用更广泛。
本文介绍了柜式净水器上盖板上壳模具的设计过程。
首先测量塑件外形尺寸，再运用UG绘制三维模型，导出零件的二维图纸。
然后完成塑料成型工艺和零件的结构特点分析，确定使用一模一腔、扇型浇口，热流道进浇。
接着完整的设计了模具成型系统、浇注系统、冷却系统和脱模系统的每一个部件，设计内容包括：
型腔、型芯、斜顶、侧抽芯、顶出方式、冷却水道分布，最后确定注塑机的型号。
关键词：
柜式净水器工艺分析模具结构成型设计
Abstract
Plasticpartsplayanimportantroleinlife,andthemoldingprocessisalsomoreandmorehigh,theapplicationofinjectionmoldismoreextensive.Thispaperintroducestheuppercoverplateinjectionmolddesignprocessofthecabinettypewaterpurifier.Firstmeasuringtheshapeoftheplasticparts,thenusingUGtodrawthe3Dmodelandexportingthepartsof2Ddrawings.Andthenanalyzingtheplasticmoldingprocessandthestructuralcharacteristicsoftheparts.ItwilluseAcavityofamold,fangateandhotrunner.Thencompletelydesigningeachcomponentofthemoldformingsystem,pouringsystem,coolingsystemandejectionsystem.Thedesigncontentsinclude:
cavity,core,inclinedroof,sidecorepulling,ejectionmode,coolingwaterchanneldistribution,andfinallydeterminingthetypeofinjectionmoldingmachine.
Keywords:
cabinetwaterpurifier,processanalysis,moldstructure,moldingequipment
前言
近几年来，因模具行业的各方面原因，模具业发展面临许多困境，已是不如以前好做，且不说企业存在竞争激烈，下订单价格下行，员工工资与物价却是上行，员工确实处境难。
再说最近十多年，模具业的毕业生越来越多，每年均是数以万计上涨速度，导致人才饱和，竞争力加大，尤其是应届毕业生，工作更是不好找。
又累，工资又低，关键是未来的发展前景也不太明朗，到最后好多人不得不离开了这个行业。
模具还有前途吗？
模具是工业之母，现在的产品绝大部分都用模具生产的，只有用模具才能使产品达到量产，提高效率，降低成本。
也有极个别的手版或是标榜手工的产品才不用或是少用模具。
现代已是高速工业化的世界，是没有办法离开模具的。
也就是说，模具就工业世界最重要的基石之一，是不可能被淘汰的行业。
特别是在目前中国工业化进程高速发展的时代，模具行业仍然是个朝阳行业，仍然是个充满机遇的行业！
导致目前模具行业困局有几个因素。
首先是市场大环境，从08年金融危机开始，其实危机一直就没有离开过，前两年因为政府的四万亿，还是有点起色，到了2012年又再次萧条了。
这些因素导致制造业遭遇困局，而模具行业作为制造业的核心产业之一，自然会直接受到冲击，订单减少，利润减低，对于从事模具行业的人们来说，就直接影响到收入了。
特别是2012年的钓鱼岛事件，模具行业里所有日系模具厂基本上或多或少都受到了影响。
还有整体世界的格局上，欧美等国经济持续低迷，也直接影响到了我们的模具业，因为整个模具行业里利润比较高的模具基本上都是出口模具，出口模具少了，利润自然就少了。
老板挣不到钱，工资自然就涨不起来了。
这个是外在的客观的因素。
再者是模具厂，近几年，因为早些时候模具行业爆发式的暴利所吸引，很多模具行业的从业者在拥有了一定的技术，资金，人脉的积累之后，都开创了自己的事业，从打工仔变成了老板。
于是，大大小小的加工店，模具厂，耗材店纷纷冒头，模具公司数量几乎是以几何倍数增长的速度提升。
从个人发展角度来讲自然是好事，但是从整体行业来讲，原来一家公司做的活，有较高的利润，现在三家公司抢，为了拿到订单，价格战自然就不可避免。
你10，我8，你8我5就搞定。
也就是在这样的血拼中，模具行业终于由一个暴利行业变成了中利甚至是微利行业了。
在这一次轰轰烈烈的战斗中，不同的公司走上了不同的道路。
有的公司坚持质量，不搞价格战，在有了固定客户的支持，再有充足的资金周转，慢慢的由小做大，终于变成了大公司。
而有的公司缺少这些，在质量和价钱这两条路上选择了价格战，为了节约成本不得不在设备，人工上压缩，结果形成恶性循环，质量越来越差，单价也越来越低，最后终于关门。
这个是模具业内的主观因素。
再来说说模具行业目前的发展趋势。
未来模具的发展主要有这么几个发展方向：
1.高精度
尺寸的精度能否达到，是制造高精密高质量，高科技含量产品最重要的因素。
以前做的最好的是日本，德国。
随着几十年不断的学习，创新，我们中国模具行业也出现了一大批专门从事高精度模具制造的公司。
要做高精密模具，主要要素有两个，一个是设备，一个是人才。
随着高档设备在中国的数量急剧增加，这点已经没有问题了。
人才也有了，他们很多都是从外资或是合资企业里出来创业，或是老板，或是主管，凭借学习到的技术来跟原来的老东家竞争而来。
目前在最精密的领域跟国外还有一定距离，但是，可以想见，这样的距离随着我们的追赶，将在不远的将来追平乃是超越！
这个只是时间问题而已。
2.高效率
也就是高自动化。
随着各种配合模具生产的自动化设备（主要是机械手）的普及，还有模具内部标准件的智能化程度提升（主要是热流道），模具生产的效率是越来越高了，而且会朝着更高，跟好的境界发展。
而在这个过程中，对模具设计人员的要求也会越来越高，那个时候，模具设计人员对自动化设备不能仅仅是了解了，还要参与到设计中才行。
不仅如此，在设计的过程中，对周期的要求也会越来越高，这也就要求模具设计人员的素质也需要不断的提升才行。
3.新型模具
随着技术革新不断进步，很多原来需要很复杂，很曲折的方式达到的模具可以变得很简单。
也有很多原来认为是不可能的结构成为可能。
这些都是模具行业新的机遇与挑战，具体来说，是模具设计师们的机遇与挑战，掌握了这些新型模具设计与制造技术的模具厂，将有着更多的主动。
掌握模具高新技术需要深厚的设计和制造底蕴，这些新型模具丰厚的利润会很好的回报为此投入不菲的公司，而这些高新技术也很好的成为公司打名气的资源，争取更优质客户的筹码！
简单的举几个最近一些年出现的模具类型：
四面旋转顶出的模具，塑胶产品二次注塑后产品滑动配合的模具，注塑与冲压一体模具。
凡是能在这些领域内有所突破和创新的模具厂都会因此而得到更多的回报的！
总体看来，模具行业还是大有可为的，即使现在确实不景气，确实困难，却不能够否定这个行业，特别是这样一个基础行业。
一设计内容
1.1设计的任务与要求
本次毕业设计课题为柜式净水器上盖板上壳注塑模具设计。
该课题设计来自企业，通过此次设计，让我了解了柜式净水器上盖板上壳注塑模具设计的重点以及注意事项，掌握了模具设计的一般过程。
1.1.1设计任务
（1）了解柜式净水器上盖板上壳的品种、塑料的特性、收缩率及塑料流动性能等；
（2）认真审查产品图纸，对塑料制品进行工艺分析，着重分析塑料制品的结构合理性及成型条件等，对产品设计不合理之处提出修改意见；
（3）根据柜式净水器上盖板上壳的重量和塑料制品投影面积及模具结构类型等，选择合适的注射成型设备；
（4）设计合理的注射模具及各部分零件，进行完整的设计计算,使用CAD软件绘制模具总装配图及零件图，并完成设计说明书；
（5）进行陈述与答辩。
1.1.2设计要求
（1）完成产品及模具的三维造型及有限元模拟，要求提供主要模拟结果的动画演示；
（2）模具结构正确合理，实用性强；
（3）图纸表达清楚、简洁、标注符合国家标准，便于加工；
（4）说明书有中英文摘要，有加工方法，符合规范化要求，条理清晰、语言流畅；
（5）说明书符合学校的规范要求；
（6）图纸总量不得少于四张A0的图纸；说明书不得少于40页。
二塑件制品的工艺性分析
2.1柜式净水器上盖板上壳的结构分析
分析柜式净水器上盖板上壳的结构特点可知，该塑件结构有些复杂，塑件本身为平板件，但塑件有几处侧孔，需要侧抽芯机构，在塑件底面还有许多倒扣，需要斜顶机构。
接下来如何正确设计成型零部件、浇注系统、脱模机构、侧抽芯机构、斜顶机构及冷却系统是该模具设计的主要问题。
2.2柜式净水器上盖板上壳的工艺性分析
2.2.1柜式净水器上盖板上壳的脱模斜度
由于塑件在成型冷却过程中产生收缩，为了便于塑件从模具型腔中取出或者从塑件中抽出型芯，在平行于脱模方向的塑件内外表面上，必须设计一定的斜度，称为脱模斜度。
脱模斜度的大小与塑件的收缩率、塑件的形状、塑件的壁厚及部位有关。
下表为常用的脱模斜度：
表2-1几种塑料的常用脱模斜度
制品斜度
聚酰胺通用
聚酰胺
增强
聚乙稀
聚甲基丙稀酸甲脂
聚苯乙烯
聚碳酸脂
ABS塑料
脱模斜度
型腔
20´-40´
20´-50´
20´-45´
20´-40´
35´-1º30´
35´-1º
40´-1º20´´
型芯
25´-40´
20´-40´
20´-45´
30´-1º
30´-1º
30´-50´
35´-1º
由于塑料制品虽然面积较大，但高度只有16.7mm，根据上表，取型芯的脱模斜度为1°，型腔的脱模斜度为1°。
2.2.2柜式净水器上盖板上壳的壁厚
塑件的壁厚首先取决于塑件的使用要求，如强度结构、重量、电气性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求。
此外，还应尽量使各处壁厚均匀，避免太薄，否则会使塑件变形或产生气泡、凹陷等缺陷，因此塑件壁厚必须合理选择。
柜式净水器上盖板上壳产品图反映出，其最大壁厚为2.5mm，最小壁厚为1.1mm，壁厚均匀，在1mm—4mm的推荐值之间，易于成型。
2.2.3柜式净水器上盖板上壳的加强筋
加强筋是塑件上不可或缺的一部分。
加强筋主要作用有：
（1）在不加大制品壁厚的条件下，增强制品的强度和刚性，以节约塑料用量，减轻重量，降低成本。
（2）可克服制品壁厚差带来的应力不均所造成的制品歪扭变形。
（3）便于塑料熔体的流动，在塑料制品本体某些壁部过薄处为熔体的充满提供通道。
加强筋一般设置在塑料产品的非接触面，其伸展方向应和产品最大应力的方向一致，两端连接塑件产品的外壁，这样可以增加产品某部分的刚性。
设置加强筋后，可能出现背部塌坑，但只要位置设置合理，壁厚合适，也可以避免。
2.2.4柜式净水器上盖板上壳的圆角
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脱模，在塑件各内外表面的连接处常采用圆弧过渡，该措施不仅有利于增强塑料填充型腔的能力，还有利于模具制造和机械加工以及提高模具强度。
由塑件的产品图可知：
塑件边缘均带有圆角特征，最大圆角特征R=5mm，最小圆角特征R=0.3mm[9]。
2.2.5柜式净水器上盖板上壳的孔
根据各种功能和要求，塑料件往往需要设置孔，简单的孔、复杂的孔、通孔、盲孔、螺纹孔，孔的位置不同，还分为垂直孔和侧孔。
在设计孔时，不仅要满足塑料件的要求，而且要保证塑料件具有足够的强度。
所有的塑料零件的孔应该直接形成，尽可能不依赖于后续加工完成[8]。
由塑件的三维图我们可以看出此零件有11个孔。
其中在零件侧面的有6个孔，均为通孔，有2个是圆孔，有4个是方孔，这些孔由于垂直于脱模方向，所以需要用侧抽芯机构来成型。
其他的孔均平行与脱模方向，可以直接用型芯来成型。
2.2.6柜式净水器上盖板上壳的倒勾
从塑件的三维图我们可以看出此零件有较多的内倒勾，由于尺寸较大，所以不能强制脱模，而且内倒扣排列密集，模具内部没有空隙，所以也不能采用内滑块结构。
最终决定该模具所有的内倒扣均采用斜顶机构。
2.2.7柜式净水器上盖板上壳的材料特性
本塑料产品选用材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。
ABS有以下特点：
a）微黄色、无毒、无味；
b）用ABS成型的塑料件有较好的光泽。
ABS有较好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降；它还有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性化学稳定性和电气性能。
c）ABS在升温时会发生粘度增高的情况，故成型压力也应较高，塑件上的脱模斜度可以稍微偏大；
d）ABS易吸水，在进行注塑前应该进行干燥处理[1]。
2.2.8柜式净水器上盖板上壳的收缩率
塑件的收缩率是指塑件的大小与冷却到室温后塑件大小的差别。
它反映了在冷却过程中，塑件尺寸减小的程度。
影响塑料收缩率的因素有：
塑料品种、成型条件、模具结构等。
不同的聚合物材料的收缩率是不同的。
其次塑料的收缩率还与塑件的形状、内部结构的复杂程度、是否有镶嵌件等有很大的关系[1]。
收缩率表示塑件收缩性大小的一个数字指针，它有一个一般的计算公式：
A=B/（1-Q）（2-1）
式中：
Q------塑料的收缩率；
A------室温下模具的实际尺寸；
B------室温下塑料制品的实际尺寸。
在计算收缩率时，由于实际的收缩率受到众多因素的影响，因此只能使用近似值。
在模具制造过程中，型腔可以按照下偏差加工，型芯则按上偏差加工，必要时可作适当的修整。
常见塑料的收缩率见表2-1：
表2-1常用塑料的收缩率
塑料
名称
PE
PP
PVC
PS
PC
N6
ABS
计算
收缩率
1.5-3.6
1.0-2.5
0.6-1.5
0.6-0.8
0.5-0.8
0.8-2.5
0.3-0.8
对于柜式净水器上盖板上壳产品，图纸要求为ABS料，理论收缩率为3～8/1000，而实际与理论是有区别的。
按照要求我们取6/1000。
三成型设备的选择
3.1选型
由于卧式注射机的注射系统与合模机构的轴线重合并与地面平行，具有机身较低，加料、操作及维修较方便等优点，且制品顶出脱模后可自行掉落，很容易实现机械化以及自动化，因此首选卧式注射机[3]。
经过计算，制件单件的体积为316096.73mm
凝料体积为6035.46mm
，注射机一次所要注射熔融塑料的体积为
V＝n（V件+V凝）（3-1）
＝316096.73+6035.46
＝322132.19mm3
≈322.13cm3
式中n为件数，n=1。
可选用XS-SZ1000/550型注射机，其参数如下：
结构形式：
卧式
注射容积：
1000cm3螺杆直径：
100mm
注射压力：
118MPa注射速度：
325g/s
塑化能力：
180kg/h锁模力：
5500kN
拉杆间距：
650×550mm开模行程：
700mm
最大模厚：
700mm最小模厚：
300mm
模具定位孔直径：
225mm喷嘴球半径：
18mm
顶出行程：
190mm
3.2校核
3.2.1型腔数量N的校核
本次设计采用一模一腔
（3-2）
式中：
K1为注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；
mp为注射机允许的最大注射量，g或cm3；
ms为单个塑件的质量或体积，g或cm3；
mj为浇注系统所需塑料质量或体积,g或cm3。
所以
=2.51（N=1），符合要求。
3.2.2注射量校核
以容积表示，最大注射容积为Vmax=αV（3-3）
Vmax=αV=
=0.8×1000cm3=800≥322.13cm3，符合要求。
3.3.3锁模力校核
锁模力校核公式：
F≥KA
（3-4）
式中：
A为制品在分型面上的投影面积（cm2），本产品投影面积为108.04cm2；
Pm为模腔平均压力（MPa），可取40MPa；
K为安全系数，一般取1.1-1.6，这里取1.2。
KA
=1.2×108.04cm2×40
=500.19KN＜F（F=5500KN），符合要求。
3.3.4最大注射压力校核
注射机的最大注射压力必须能满足塑件成型的需要，当然，影响塑件成型所需要的压力的因素有很多，比如说注射机类型、喷嘴形式、浇注系统、型腔的流动阻力和塑料流动性等等[3]。
本次设计的塑件制品为中等流动程度的一般制品，注射压力范围为100-130MPa，而选用的注射机注塑压力为118MPa，可以满足要求。
3.3.5模具部分安装尺寸的校核
注塑机能生产出合格产品的前提是模具能顺利的安装在注射机上，在选注射机时必须校核注塑机上与模具安装有关的尺寸。
不同型号的注塑机，其安装模具部位的尺寸各不相同。
要校核的主要尺寸包括模具最大和最小厚度，模具的长宽，喷嘴尺寸，以及定位圈尺寸[9]。
根据设计过程，模具的喷嘴尺寸和定位环尺寸满足要求。
（1）模具厚度校核
模具厚度是指注射模的动、定模两部分闭合后，沿闭合方向的长度，也叫做模具闭合高度。
模具厚度应在注射机规定的最大值与最小值之间，这样模板才能紧闭并且实现所需的锁模力[9]。
本设计中模具的外形尺寸为600*550*460mm，厚度为460mm，而选用注塑机的最大模具厚度为700mm，最小模具厚度为300mm，能满足要求。
（2）模具的长度和宽度校核
注射机上有4个拉杆，其作用是为了保证注射机具有足够的刚度，同时给动、定模板的开合模运动进行导向。
拉杆的存在往往会对模具外型安装尺寸产生限制，即模具外形长宽尺寸不能同时大于与它们对应的拉杆间距。
本套模具的长度为600mm，宽度为550mm，而选用注塑机拉杆间距为650mm×550mm，有一边满足要求，故能够满足安装要求。
（3）开模行程校核
开模行程S（合模行程）指开合过程中动模固定板的移动距离。
它的大小直接影响模具所能成型的塑件高度。
塑件从模具中取出时所需的开模距必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出[8]。
经测得流道凝料长度加上产品的高度约为31mm左右，注射机的开模行程为700mm，远大于开模所需要的距离，符合要求。
四注塑模具浇注系统与排气系统的设计
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。
浇注系统设计时应遵循如下原则：
（1）保证制品的外观质量。
对有表面质量要求的产品，应尽量将浇口设置在制品的隐蔽部位。
若无法做到，则应使浇口容易切除。
（2）保证制品的内部质量。
选择合理的浇口形式和数量，能够使塑料熔体迅速充满型腔，使制品内部组织细密，避免制品内部出现泡。
（3）阻力最小。
流道设计要尽量短，并尽量减少折弯，流道截面积要尽量合理，宜小不宜大，这样可以减少流动阻力，便于塑料熔体充满型腔。
（4）不影响自动化生产。
浇注系统的位置和形式最好不影响塑件的自动化生产[9]。
4.1浇注系统的设计
4.1.1热流道
热流道注塑模也称无流道注塑模，它和普通浇注系统的区别是浇注系统内的塑料始终是熔融状态，注塑时压力损失小。
其特点是：
（1）节约材料、能源和劳动力
（2）改善塑件质量
（3）缩短成型周期
本套模具采用扇型浇口，所以决定使用哈希斯热流道科技有限公司的HOSP2038型热流道产品。
如图4-1所示。
图4-1热流道
其特点是适用于半热流道系统和大型产品。
但产品成型后表面会有一段小料柄。
所以后面还需要设计冷料井及拉料杆。
4.1.2冷料井
由于制品为薄壁零件，采用扇型浇口。
在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射时会有部分塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。
所以设置一井穴以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，称为冷料井。
冷料井一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1－1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。
本次设计采用冷料井底部带有推料杆的冷料井，在冷料井底部有一根与冷料井圆孔成动配合的推杆，其中最常见的是带Z型头的拉料勾的推杆，又称为拉料杆，这是最常用的形式。
由于拉料杆头部的侧凹将主流道拉料钩住，分模时即可将凝料从主流道中拉出。
拉料杆的根部固定在推杆固定板上，在推出制件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制作连同浇注系统凝料一道取下。
此种冷料井如图4-2所示[1]。
图4-2底部带有推料杆的冷料井
4.1.3流道的设计
本次设计零件为薄壁零件，而且结构复杂，所以采用热流道。
因为是一模一腔，所以没有分流道。
4.1.4浇口的设计
浇口直接与塑件相连，把塑料熔体引入型腔。
常用的浇口形式有直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口共11种。
浇口是浇注系统的关键部位，浇口的形状和尺寸对塑件质量影响很大，浇口在大多数情况下是整个流道中断面尺寸最小的部分，对充模流动起控制性作用，成型后制品与浇注系统从浇口处分离，因此其尺寸又影响着后加工工作量的大小和塑件外观[8]。
柜式净水器上盖板上壳的模具采用扇型浇口。
扇型浇口是侧浇口的变异形式，是宽度从分流道往型腔方向逐渐增加呈扇型的侧浇口。
这种浇口设计在分型面上，从型腔外侧进料，浇口沿进料方向逐渐加宽，厚度则逐渐减薄。
优点是从浇口进入型腔的塑料熔体流动较为平直，可以减少翘曲变形，适合成型宽度较大的板状塑件及浅壳形或盒形塑件。
对于本次制品的成型尤为合适，虽然也有缺点，比如去除浇口困难，痕迹比较明显，但是影响不大。
如图4-3所示为本次设计的扇型浇口。
图4-3扇型浇口
4.2排气系统的设计
在模具设计中排气是很重要的问题，困气的后果有：
（1）在制品表面形成流痕、气纹、接缝，使表面轮廓不清；
（2）填充困难，产生飞边；
（3）气体被压缩产生高温，造成制品困气处局部炭化烧焦；
（4）制品内部产生气泡，致使制品组织疏松，强度下降；
（5）使制品内部残留内应力很高，制品外形可能变形，尺寸误差很大；
（6）降低熔体填充速度，使成型周期加长。
注塑模的排气方式有一下几种：
流道排气、分型面排气、镶件配合面及侧向抽芯结构排气、加排气杆、推杆或推管与动模镶件的配合面、透气钢排气等[7]。
本次设计的模具虽然是整体式凹凸模，但是有较多的斜顶机构以及侧抽芯机构再加上分型面，整体上不存在排气困难，故不用另外设置排气结构。
五注塑模具成型零部件的设计
5.1分型面的选择
分型面就是型芯和型腔的分界面。
塑件结构规则的话，最好以平面作为分型面；不规则的话，要以有利于分模为
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