模具设计课程设计家用抽纸盒上盖注射模具设.docx
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模具设计课程设计家用抽纸盒上盖注射模具设
模具设计课程设计家用抽纸盒上盖注射模具设
课程设计
题目家用抽纸盒上盖注射模具设计
姓名杨文化
学号20111401413
专业班级高分子材料1115班
2014年11月
家用抽纸盒上盖注射模具设计
摘要
本课题主要是针对抽纸盒上盖的模具设计，通过对塑件进行工艺的分和比较，最终设计出一幅注塑模。
该课题从产品结构工艺性、具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核，都有详细的设计。
整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。
在设计过程中，首先分析了抽纸盒上盖的性能形状和尺寸，利用PRO/ENGINEER设计了塑件的实体，在选择完注塑材料和注射机型号，并校核完注射机的相关参数后，进行模具部分的设计。
即设计一副注塑模具来生产抽纸盒上盖产品，以实现自动化提高产量。
本课题针对抽纸盒上盖的具体结构，设计该模具为侧浇口的单分型面注射模具。
最后利用CAD绘制了模具装配图以及各种成型零件图，完成了零件的模具设计以及注塑模具的装配结构和零件的设计。
关键词：
注塑模；抽纸盒上盖；；模具；AutoCAD；PRO/ENGINEER
Thedesignoftissueboxcoverinjectionmold
Abstract
Themaintopicofthisistissueboxcoverforthediedesign,throughthetechnologyofplasticpartsforanalysisandcomparison,thefinaldesignofaninjectionmold.Thetopicshavedetaildesignedintechnologyandproductmix,thespecificstructureofthemold,themoldforcastingsystems,dieformingpartofthestructure,theroofsystem,coolingsystem,andthechoiceofinjectionmoldingmachineandthecheckofparameters.Theentiredesignprocessshowedthatthemoldcanachievetherequiredpiecesofplasticprocessingtechnology.Firstly,Ianalyzedthesizeoftheplasticpartsandperformanceproducts.ThenIdrewuptheplasticpartsbyusingPRO/ENGINEER.Afterchoosingthematerialsandtheinjectionmachinemodel,checkingtheparametersoftheinjectionmachine,Istarttodesigntheinjectionmold.Inword,weneeddesignatissueboxcoverinjectionmoldinordertoachieveautomationtoincreaseoutput.Forthespecificstructureofthetissueboxcover,thedieisthepointoftheonetypeinjectionmoldsurface.FinallyIdrewupthemoldassemblydrawingaswellaseachkindofMoldingPartsdrawingusingCAD.ThenIfinishedtheanalyzinganddesigningworkoftheplasticsinjectionmold.
Keywords：
Plasticsinjectionmold；tissueboxcover；mold；AutoCAD；PRO/ENGINEER
1综述
1.1前言
在现代生产和机械制造技术中，模具被广泛的使用，模具制造的技术水平能够在很大程度上反映整个国民经济的发展程度。
目前，塑料制品在机械，国防，电子，交通，通讯，农业，轻工和包装等各个行业均有着广泛应用。
而且各个相关产业对塑料模具的需求量也大幅增加。
因此，塑料模具在整个国民经济中也就变得十分重要了。
自1990年开始，中国的塑料技术创新发展进入了一个全新的阶段。
随着塑料工业的快速发展，塑料制品在日常生活以及工业中使用范围与日俱增。
也正因为这样，相关部门对塑料模具设计人员的需求也在逐年的增加。
设计的人员的超前设计思维、现代化加工技术的掌握就是非常必要的。
作为学习材料成型及控制工程专业的学生，我们有必要以夯实自己的基础理论为基，为促进我国塑料模具行业的飞速发展而努力，为促进中国工业标准化水平的提高贡献出自己的一份力量。
课程设计是材料成型及控制工程专业最为重要的项目之一，同时也是最关键教学环节。
它是由学生过渡到生产工程师的一步，是从学校走向工厂和社会的桥梁。
是我们首次系统地把课堂上所学理论应用在实际生产上面，并由毕业设计对制造的各个环节与过程有更加深刻更加明确的了解，进而培养和提高设计与创新的能力。
此次课程设计的目的有二，首先是让我们真正掌握模具设计专业的基本技能，像计算，绘图，查阅设计手册和各种资料。
熟悉国内国际各种标准的能力，能够熟练运用CAD，Pro/E等软件进行绘图。
然后是掌握模具设计以及制造的工艺，能够独立的设计一般的塑料模具，为走出学校走向社会打下基础。
本人设计的是抽纸盒上盖塑料成型模具，这是一种圆环形状的塑料件。
在设计过程中我按照循序渐进的方法，均严格按照设计要求去做，力求结构合理，数据准确。
在保证合乎生产要求的同时，力求结构简单。
但由于本人的实践经验不足，因此在考虑问题的时候可能有些地方不太全面，设计中难免会出现错误，还请老师和同学指正。
在此，我由衷的感谢老师对我的指导和同学们对我的帮助。
1.2国内外模具技术现状及发展分析
1.2.1课题国内外现状
首先介绍一下国内的现状。
我国模具行业近年来发展很快,据不完全统计，目前模具生产厂点共有2万多家，从业人员约50万人，全年模具产值约360亿元，总量供不应求，出口约2亿美元，进口约10亿美元。
当前，我国模具行业的发展具有下特征：
大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平;塑料模和压铸模成比例增长;专业模具厂家数量及其生产能力增加较快，“三资”企业及私营企业发展迅速;股份制改造步伐加快等。
从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。
目前发展最快、模具生产最集中的省份是广东和浙江，其模具产值约占全国总产值的60%以上[1]。
我国模具总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平。
但是从第10届国际模具技术和设备展览会上可以看出我国的塑料模已从过去的单纯仿制、加工粗糙，发展到现在已大量运用先进技术和理论知识，并且积累了丰富的制模经验。
更重要的是这已不是个别的企业，而是涌现出大批具有相当水平的模具企业，是我国模具水准的整体提升。
模具水准的提高不仅需要先进的制造技术和成熟的经验，更要依赖优秀的质量管理体系，具备所有这些条件才能使我国的塑料模具一步一步走向世界，走向成功[2]。
接下来介绍一下国外的现状。
在塑料模具方面，在EuroMold2001上展出的模具大部分为塑料模，许多模具巧妙的设计、高超的加工技术和卓越的质量令人赞叹。
像Sermo、ENGEL等公司展出了多零件、多色、多材料注射模，回转台注射成型和带分度板座的注射成型系统。
利用这些模具和技术可实现同一模具中成型多种零件，并且可实现多种颜色、多种材质塑料的注射成型。
MHT公司展出了1模144腔的高效瓶坯模具，其特点不仅腔数多，而且注射周期短，生产效率高，该模具每小时可制造瓶坯达60000个。
Solvay公司展出了其表面涂层专利技术，可使模具表面层硬度达1750～3400HV，厚度为5μm，大大提高了模具的耐磨性和使用寿命。
塑料模制造技术中一个突出点就是铝合金材料的应用，Corus、PechineyRhenalu等公司展出了其铝合金材料及模具样品。
Corus公司开发和生产了HOKOTOL、WELDURAL和GIANTAL3个系列的铝合金材料。
展出的1副用铝合金制造的塑料模，使用寿命已达30万次，状况依然完好。
PechineyRhenalu公司展出了4个系列8个等级的铝合金材料，宣称用其M1-600铝材制造塑料模，寿命可达50万次以上。
SynventiveMoldingSolutions公司的动态进料技术是塑料模技术中的一个亮点，这是一项控制熔融塑料在热流道系统中流动的专利技术。
总体说来，我国塑料模具的制造水平和世界先进水平差距依然很大。
1.2.2研究主要成果
我国塑料模具工业在过去的半个世纪中，有了长足的进步与发展。
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I1K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。
该公司还能生产厚度仅为0108mm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0102～0105mm，表面粗糙度Ra012μm，模具质量、寿命明显提高，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，但与国外相比仍有较大差距。
而在成型工艺等其他方面，高效多色注射模、多材质塑料成型模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也有很大进展。
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。
现在，热流道模具已逐渐开始推广，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，以及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。
1.2.3发展趋势
我国的模具行业随着信息社会和经济全球化不断发展，模具产品向着更精密、更复杂、更大型及更经济快速方面发展。
而且产品高科技含量在不断提高，模具生产向着数字化、信息化、自动化方面发展；模具企业向着设备精良化、产品品牌化、技术集成化、管理信息化和经营国营化方面发展。
塑料模具方面：
塑料模具占模具总量的很大的比例，近40%，而且这个比例还在不断的上升。
塑料模具中为家电和汽车配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封模具，为电子信息产业和机械及包装的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模、为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽有相当技术基础并在快速发展，但技术水平和国外还有很大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元，以后应该重点发展。
冲压模具占模具总量的40%以上，汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括农用机、工程机械和农机配套的覆盖件模具，其在冲压模具中有很大的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高。
尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。
此类模具我国已经有了一定的基础，已经能为中档轿车配套，但水平还不高，能力还不足，目前满足率只有一半左右。
中高档轿车的覆盖件模具主要是依靠进口，每年花费几亿美元。
汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长，已经成了汽车发展的瓶颈，极大的影响了车型的发展开发。
今后，中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重。
争取尽快实现中高档轿车以及以下水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配，2020年，除了极个别高档的轿车外，所有汽车覆盖件模具都可以实现自配。
1.2.4存在问题
由于我国模具行业起步比较晚，与国外相比，有一定的差距，主要表现在：
1.2.4.1模具设计人员缺乏
我国模具人才一直缺乏。
模具人才的培养需要较大规模的硬件设备和高水平的师资力量。
模具设备动辄上百万，投入大，回收慢，而且师资缺乏。
更重要的是，学模具设计需要的时间很长，一般要2到3年的实践才可以成为一名合格的模具技术人员，而且模具制造环境脏且累，很少有年轻人选择学这个行当。
今年模具设计人才由为紧缺，很多企业的人事经理对模具设计人才和数控加工人才表现出极大的热情。
他们表示，懂绘图软件，会看图纸，会使用AUTOCAD和PRO/E等绘制模具图纸和加工图纸，有一定经验的模具设计人才和懂加工工艺，会使用MAST-ERCAM和UG编写套路，有一定经验的数控加工人才，是目前社会较缺乏，企业最急需的人才。
目前模具设计及数控编程的毕业生在数控和其他方面很难满足社会的需要。
但由于模具设计和数控加工培训设备投入资金大，要求教师实践经验丰富，因此专业培训机构很少。
如今在广东，仅有为数不多的几家培训中心开设了模具设计和数控加工的课程，但是在专业内容的设置上还存在很大的缺陷。
1.2.4.2模具制造水平档次低
国内模具制造厂家，制造工艺条件参差不齐，不少厂家因为设备不配套，很多工序依靠手工完成，严重影响了精度和质量。
国家模具多采用2Cr13和3Cr13作精密热处理，而国外则采用专用模具材料DINI2316，其综合机械性能，耐磨耐腐蚀性能及抛光亮度均明显优于国产材料。
这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。
模具就其本质来言属于共装，生产出合格制品才是最终目的。
因此，模具的质量，性能依赖试模结果检验。
国内模具厂因要求交货时间短，试模设备局限，往往把质量检验工作放在用户处试模，易给用户造成大量的损失和浪费。
而且由于修模受时间和场地的限制，往往难以调试出最佳的状态。
而国外一些发展交好的企业都拥有自己的试模场所和设备，可以模拟用户的工作条件试模，所以能在最短的时限达到很好的效果。
在确保品质的前提下，降低成本无疑是努力的方向。
但目前一些厂商只关心价格，而忽视了模具的技术质量，对用户而言合理的质量价格比是最优选择，所以进口模具价格比国产的高8到10倍仍有其市场空间。
1.3设计过程及研究内容
本人所进行的是寻呼机盖注射模具的设计。
本设计采用的是一模两腔。
首先分析塑件制品的性能和尺寸形状，利用PRO/ENGINEER进行塑件实体设计并得出塑件的质量于体积，然后根据分析选择注塑材料和注射机的型号，并校核注射机的相关参数。
接着设计模具部分，选择分型面，设计型腔布局，设计计算成型零件的工艺参数，分析研究浇注系统，导向机构，脱模机构，模架的选择等等。
最后利用AutoCAD画出模具的组成零件和整个模具的总体装配图。
2塑件成型工艺分析及设计
2.1塑件工艺分析
2.1.1进行塑件设计时必须注意的几方面问题：
（1）塑料的物理机械性能，如强度，刚性，弹性，吸水性等；
（2）塑料的成型工艺性；
（3）塑料成型所导致冲模流动，排气，补缩等；
（4）塑件在成型后的收缩情况以及收缩率差异；
（5）模具的总体结构，以及脱模的复杂程度；
（6）模具零件的形状和制造工艺。
塑件的设计主要包括塑件的形状，尺寸，精度，表面光洁度，壁厚，斜度，以及塑件上的加强筋等的设计。
2.1.2ABS树脂的特性：
（1）.化学及物理特性
ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物是由丙烯腈，丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物，简称ABS。
（2）.使用性能
该塑件采用ABS树脂，综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工。
（3）.成型性能
无定形材料，流动性中等,吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件，须长时间预热干燥80-90度，含水量应小于0.3%（质量）；宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度为>270度）。
对精度较高的塑件，模温宜取50-60度，对高光泽、耐热塑件，模温宜取60-80度；注射压力高于聚苯乙烯。
用螺杆式注射机成型时，料温为180-230摄氏度，注射压力也比较大。
而且有很好的抗冲击强度和良好的机械强度以及一定的耐磨性。
收缩率为0.4%-0.7%。
质量密度为1.02克每立方厘米。
ABS主要性能指标：
如表2.1：
表2.1ABS主要性能指标
密度（g/cm³）
1.02—1.08
吸水率（%）
0.2-0.4
导热系数
（W·m-1·K-1×10-2）
13.8—31.2
线膨胀系数
（10-5K-1）
5.8—8.6
比热容（J·kg-1K-1）
1470
比体积（cm
·g
）
0.86-0.98
熔点（℃）
130-160
屈服强度（MPa）
50
计算收缩率（%）
0.4-0.7
抗拉强度（MPa）
38
拉伸弹性模量（MPa）
1.4×10
抗弯强度（MPa）
80
抗压强度（MPa）
53
弯曲弹性模量（MPa）
1.4×10
2.1.3尺寸和精度：
由于该塑件是圆环形状，尺寸和精度要求一般，按实际公差进行计算。
2.1.4塑件的形状：
图2.1塑件平面工程图
图2.2塑件3D图
2.1.5脱模斜度：
该塑件形状轮廓规则，分模方向没有阻碍，容易模塑，所以采用单分型面，而且该塑件外表面本身带有一定的斜度，这样也更易脱模，ABS属于无定型塑料，成型收缩率小，选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度1°。
2.1.6塑件的臂厚：
塑件的壁厚对塑件的质量影响很大，壁厚过小，成型时流动阻力大，大型复杂制品就难以充满型腔；壁厚过大，不但造成原料的浪费，而且对热固性材料成型来说增加了压塑的时间，而且容易造成固化不完全，对热塑性材料来说就会增加冷却时间。
所以初步计算该塑件壁厚为1.0mm。
2.2塑件的体积估算和注射机型号的选择
2.2.1型腔数量和排列方式的确定
（1）.型腔数量确定该塑件精度较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。
同时考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初步定为一模两腔结构形式。
（2）.型腔排列形式的确定多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。
由于本设计选择的是一模两腔，故采用直线对称排列。
2.2.2估算塑件体积
（1）.根据三维PRO/E模型分析计算得体积：
塑件体积为：
因为ABS的平均密度为
，因此，
塑件质量为：
（2）.浇注系统凝料体积的初步估算根据经验按照塑件体积的0.2~1倍估算。
2.2.3注射机的类型和规格
注射机的类型和规格有很多，按结构形式可分为机的类型和规格有很多，按结构形式可分为立式，卧式和直角式三类，国产卧式注射机一标准化和系列化。
这三类不同的结构形式的注射机的特点如下：
立式注射机的螺杆垂直装设，锁模装置推动动模板也沿垂直方向移动，优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上安放嵌件，嵌件不容易倾斜或坠落。
缺点是制品自模中顶出后不能靠重力下落，需要靠人工取出，有碍于全自动操作。
此类是注射机注射量一般均在60g以下。
卧式注射机是目前使用最广，产量最大的注射成型机，其注射柱塞与螺杆合模运动均沿水平方向布置，并且多数在一条线上（或相互平行）。
优点是机体比较低，容易加料和操作，制件顶出模具后可自动坠落，所以容易实现全自动操作，机床中心比较低，安装稳妥。
其缺点是模具的安装比较麻烦，嵌件放入模具有倾斜或下落的可能，机床的占地面积大。
直角式注射机的注射螺杆或柱塞与合模运动方向相互垂直，这种注射机的重要优点是结构简单，便于自制，适合单件生产，中心不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时长利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或螺纹型环旋转，以便脱下塑件。
缺点是机械传动无准确可靠的注射和保压压力和锁模力，模具受冲击震动比较大。
（1）.浇注系统凝料体积的初步估算
浇注系统的凝料在设计之间是不能确定准确的数值，根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。
本次采用流道简单并且较短，且塑件比较小，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为：
（2）.选择注射机
根据第一步计算得出一次注射入模具型腔的塑料总体积
，则有：
。
根据以上的计算，初步选定公称注射量为
。
表2.2XS-ZY-125型注射机主要技术参数
螺杆直径/mm
42
拉杆空间
260x360
理论容量/
125
最小模板厚度/mm
200
注射质量/g
/
注射行程/mm
160
额定注射压力/MPa
150
定位圈尺寸/mm
100
螺杆转速/（r/min）
10~140
最大成型面积/
360
锁模力/KN
900
喷嘴球半径SR/mm
12
开模行程/mm
300
喷嘴孔直径/mm
4
2.2.4注射成型过程及工艺参数
1）成型前的准备。
对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分干燥。
2）注射过程。
塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。
3）塑件的后处理。
处理介质为空气和水，处理温度为60~75℃，处理时间为16~20s。
（2）.注射工艺参数
1）注射机：
螺杆式，螺杆转速为30r/min。
2）料筒温度（℃）：
后段150~170；
中段165~180；
前段180~200；
3）喷嘴温度（℃）：
170~180。
4）模具温度（℃）：
50~80。
5）注射压力（MPa）：
60~100。
6）成型时间（s）：
30（注射时间取1.6，冷却时间20.4，辅助时间8）。
2.2.5型腔数目的校核
根据注射机的最大注射量确定型腔数目，公式：
其中，
为注射机最大注射量利用的系数，取0.8，G为注射机允许最大的注射量，
为浇注系统所需的质量，
为单个塑件的质量。
所以有：
，取整数n=2，由此可知n=2符合要求。
2.2.6注射机有关工艺参数的校对
2.2.6.1锁模力校核：
为塑件在分型面上的最大投影面积。
由
浇注系统在分型面上的投影面积
，即流道凝料在分型面上的投影面积，按照多型腔的统计分析来确定，由于本设计流道设计简单，分流道相对较短，故这里取
塑件和浇注系统在分
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