灯头罩塑料件一模多腔模具设计.docx
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灯头罩塑料件一模多腔模具设计
摘要
该毕业设计的内容是灯头罩的注塑模具，材料为PP，根据其结构形状特点以及通过对灯头罩成型工艺的正确分析，确定型腔的总体布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统等；
本次设计详细介绍了灯头罩注塑模具的设计过程，包括模架的选用，浇注系统的设计，推出系统等等的设计。
关键词：
塑料模具；参数化；分型面；成型
目录
诚信申明I
摘要II
PPtractIII
第一章前言1
1.1模具介绍2
1.2模具在加工工业中的地位3
1.3模具的发展趋势4
第二章注塑件的设计6
2.1材料分析11
2.2工艺分析12
2.2.1尺寸及精度12
2.2.2表面粗糙度12
2.2.3形状12
2.2.4斜度12
第三章塑件3D建模及注射成型工艺分析14
3.1塑件的3D模型15
3.2塑件的注射成型工艺性分析15
3.3注塑机15
第四章模具结构设计16
4.1型腔数目的确定16
4.2分型面的确定17
4.3浇口的确定17
4.4浇注系统的设计18
4.5成型零件结构设计20
4.6抽芯结构设计21
4.7模架的选用22
4.8导向机构的设计23
4.9顶出机构的设计24
4.10排气设计24
第五章注射机的校核26
5.1最大注塑量的校核26
5.2锁模力的校核26
5.3模具外形尺寸校核26
5.4模具厚度校核27
5.5模具安装尺寸校核27
5.6开模行程校核27
第六章模具总装设计28
6.1模具装配及加工要求28
6.2模具工作原理28
结论29
参考文献30
致谢31
第一章前言
1.1模具介绍
当今社会，模具工业无所不在，各种各样的的产品都需要模具来生产，因为使用模具生产，可以大大地提高生产效率和制造成本，同时，产品的加工精度等等都能够得到保证。
在各个行业应用模具的场合非常广泛，例如飞机，轮船，以及一个机械零部件等各个领域都有用到。
人类社会工业的发展离不开模具这样一个重要的生产工具。
随着社会的进步，工业的发展，模具工业同样会日新月异，随着时间的推移，相信会迎来一个新的革新时期。
1.2模具在加工工业中的地位
在当今社会，模具工业越来越发达，模具产业也在不断地飞速发展着，随着科技的发展，模具工业的进步，模具在当今工业化大生产中起到了越来越重要的作用。
因为有了模具，使工业产品的加工精度和效率得到了保障，大大减少了人工繁杂的劳动强度，提高了工业的发展进程。
广泛的模具工程和多方位的服务领域都需要模具系统的支持，在各行各业，特别是工程机械领域，模具的使用非常广泛，几乎无处不在。
传统的模具传动形式已经不能够满足当今越来越快的工业脚步的进展，迫切需要模具系统进行更新换代处理，从而来满足当今社会模具工业发展的需要。
总之，现代模具工程有五个业务领域：
能源模具的开发和交付，用于生产各种产品的模具开发和交付，在各种模具服务的开发和交付，以及家庭和个人生活中的应用提供了各种模具的发展，模具臂的开发和交付。
水利工程的理论基础的建立和发展。
例如，在工程力学、流体动力学流体和压力的研究；金属和非金属材料性能的研究，材料科学与工程中的应用；热生成热力学，传导和开关；各种模具部件的研究有不同的功能，工作原理，结构，和模具原理和模具零件的科学设计计算；研究金属和非金属成型和金属切削加工技术和非技术等。
研究，并开发新的模具产品，不断改进现有产品和生产新一代模具产品来满足当前和未来的需求设计。
模具产品包括：
规划和实施生产设施；生产调度生产计划的发展和实施的准备；制造工艺；设计和制造工具，模具和材料定额；确定工作定额；组织加工，装配，测试和包装运输；产品质量的有效控制。
模具机制造企业的经营管理。
模具系统的模具部件通常是由许多独特的形状组合，精密零件的加工工艺复杂的产品。
一个单件、小批量的生产量，而且在批量，大批量生产，直到。
销售目标在所有行业和个人，家庭。
还卖的社会经济条件影响下，可能会出现大的波动。
因此，模具元件制造企业的管理和经营特别复杂，和生产管理的研究，规划和管理等企业都开始在模具行业。
模具产品的应用。
这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和用于各种工业和成套模具设备的模具改造，模具产品保证长期使用的可靠性和经济。
模具产品的应用。
这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和改造各种工业用模具及成套模具设备，模具产品，保证长期使用的可靠性和经济性。
1.3模具的发展趋势
随着工业的发展，模具工业也在飞速发展着，针对当今社会的工业发展状况，模具的发展主要体现在一下几个方面：
（1）模具的加工与制造的自动化程度将会继续提高。
（2）结构零部件的材料的制造费用将会慢慢下降，同时加工结构零部件的设备的精度将会提高很多。
（3）模具的样式将会越来越多，从单工序模具到复合模具，一次性成型复杂工件的模具将会越来越多地被应用和生产。
（4）热流道模具在模具工业中的位置和作用将会越来越突出，应用的领域也将会越来越广泛。
（5）工业的发展将会引领高压铸模具也不断地发展，模具生产工艺和加工工艺也会逐渐走向自动化。
（6）模具的结构领部件将会更多地利用标准零件来代替非标零部件，这样就增加了模具之间的互换性。
同时，也可以更好地保证模具加工出来的产品的精度，维修和使用也更加方便快捷。
（7）随着社会的发展和工业的进步，车辆的不断增多，所以压铸模具，冲压模具也将会越来越普遍地应用到各个生产加工领域。
从单工序模到复合模的过渡是模具发展的必然趋势。
第2章注塑件的设计
2.1材料分析
灯头罩的零件图如下图所示，该塑件的材料为PP，我们知道，PP材料的表面光泽度较好，且没有毒，颜色呈淡黄色，没有气味，非常适合成为人们日常需要经常接触到的产品的材料。
从相关资料可知，PP材料轻盈，密度小，所以操作起来很方便，不费力，随着模具工业的发展，PP材料在模具产品的制造中占有不可替代的地位。
相信不久的将来，塑料工业的发展也会带来PP材料的进一步发展，包括它的力学性能，表面光泽度等等各个方面。
图2-1产品图
2.2工艺分析
本次设计的工件是灯头罩，根据图2-1，我们可以知道，该塑件比较复杂，所以我们要尽可能保证设计出的模具能够注塑出无裂痕，划伤，缺陷等等因素的合适的产品出来。
2.2.1尺寸及精度
从零件图可知，灯头罩不大，材料为PP，密度较小，所以采用一般精度等级来制造该产品，具体的技术指标和工艺参数件一下表格：
表2.1PP主要技术指标和工艺参数
密度ｇ／㎝3
1.02～1.16
注射机类型
螺杆式
比容㎝3／ｇ
0.86～0.98
预热
干燥
度℃
80～95
吸水率％
0.2～0.4
时间ｈ
4～5
纠缩率％
0.4～0.7
料简
温度
℃
后段
150～170
熔点℃
130～160
中段
165～180
热变形
温度℃
0.45MPa
90～108
前段
180～200
1.8MPa
83～103
喷嘴温度℃
170～180
抗拉屈服强度MPa
50
模具温度℃
50～80
拉伸弹性模量MPa
1.8×103
注射压力MPａ
60～100
弯曲强度MPａ
80
成
型
时
间S
高压时间
0～5
硬度HB
9.7
保压时间
15～30
后
处
理
方法
红外线灯、烘箱
冷却时间
15～30
温度℃
70
成型周期
40～70
时间ｈ
2～4
螺杆转速ｒ/min
0.4～0.7
2.2.2表面粗糙度
塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。
一般模具表面粗糙度,要比塑件的要求低1～2级。
塑件的表面粗糙度一般为Ra0.8～0.2μm。
2.2.3形状
产品外形尺寸为
㎜。
塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。
2.2.4斜度
斜度是设计模具时候必须考虑的问题，特别是脱模的时候，需要考虑斜度的问题，这样更方便型芯从塑件中抽出。
第三章塑件3D建模及注射成型工艺分析
3.1塑件的3D模型
运用UG绘图软件绘制塑件的3D图，如图3.1所示下：
图3.1灯头罩
3.2塑件的注射成型工艺性分析
3.2.1初步分析
⑴通过UG对3D模型质量属性分析
分析结果：
单件体积=70481.8㎜3单件投影面积=54602.15㎜2
密度=1.05g/cm3单件质量=0.066kg
3.2.2塑件注射成型工艺性CAE分析
初始条件：
PP在Moldflow中搜索到此材料，可以查看材料的一些具体信息。
以这些信息作为分析的初始条件。
其中模具温度为
，熔化温度为
，材料融化温度范围：
，模具温度范围：
，塑料固体密度为1.05㎜3，融化密度为1.03㎜3，最大剪切应力为0.26MPa。
3.3注塑机
3.3.1注塑成型工艺参数
查模具设计手册可知PP料注射成型的主要工艺参数如下表3-1
表3-1PP料注射成型的主要工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
预热和干燥
温度t/℃:
80～95
成型时间/s
注射时间
0～5
时间
/h:
4～5
保压时间
15～30
料筒温度t/℃
后段
150～170
冷却时间
15～30
中段
165～180
总周期
40～70
前段
180～200
螺杆转速n/（
）
30～60
喷嘴温度t/℃
170～180
后处理
方法
红外线灯烘箱
模具温度t/℃
50～80
温度t/℃
70
注射压力p/Mpa
60～100
时间
/h
2～4
3.3.2注塑机的选择
由公称注射量选定注射机
由3.2.1分析已得出单个塑件体积V=15144㎜3，流道凝料V’=4545㎜3实际注射量为:
V
=15144×2+4545=34.833cm
；
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即：
0.8V
≧V
V
=V
/0.8
=34.833÷0.8
=43.541cm
；
由上计算初步确定注塑机为SZ-60/60，查模具设计手册注塑机主要技术参数如下表3-2。
表3-2国产注射机SZ-60/60技术参数表
特性
内容
特性
内容
结构类型
卧
拉杆内间距（mm）
320×520
理论注射容积（cm
）
60
移模行程（mm）
300
螺杆直径（mm）
40
最大模具厚度（mm）
350
注射压（MP
）
145
最小模具厚度（mm）
170
注射速率（g/s）
锁模形式（mm）
模具
塑化能力（g/s）
11.7
模具定位孔直径（mm）
125
螺杆转速（r/min）
20~200
喷嘴球半径（mm）
35
锁模力（KN）
600
喷嘴口直径（mm）
4
第四章模具结构设计
4.1型腔数目的确定
型腔数目的确定需要考虑一下几个方面：
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生产效益；
（4）模具制造难度。
根据以上条件，本次设计的灯头罩注塑模选择一模两腔方案。
4.2分型面的确定
确定分型面需要考虑以下几个方面：
1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处
2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模
3）分型面的选择应保证塑件的精度要求
4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求
5）分型面的选择要便于模具的加工制造
6）分型面的选择应有利于排气
4.3浇口的确定
PP料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,确定使用潜伏浇口。
浇口位置已经在3.2.2分析中确定。
4.4浇注系统的设计
注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。
它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内、外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的重点内容之一。
4.4.1主流道设计
主流道是一端与注塑机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有有锥度的流动通道。
根据注塑机型号设计主流道尺寸，具体尺寸详见图纸。
由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。
浇口套结构设计如图4.1所示采用两颗M5×20L螺钉固定。
由注塑机确定定位圈的尺寸，定位圈采用两颗M6×20L螺钉固定，如图4.2所示。
图4.1浇口套图4-2定位圈
4.4.2分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。
分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。
浇道的截面积越大，压力的损失就越大；浇道的表面积越小，热量的损失就越少。
用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。
考虑热量损失和浇道加工性能等因素，查[6]P151表4-3，选择圆形截面的分浇道。
具体详见图4.3所示。
4.4.3冷料井
冷料井一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料井的尺寸，宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。
该模具的冷料井设计锥形的冷料井。
冷料井如图4.3所示：
4.4.4浇口
浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。
浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定。
该模具采用潜伏式浇口，已在4.3中得到确定。
其有以下特性:
形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；
试模时如发现不当，容易及时修改；
能相对独立地控制填充速度及封闭时间；
对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。
浇口的截面形状和分流道的一样都采用圆形截面，与分流道的连接方式见图4.3所示。
图4.3浇口的连接情况
4.5成型零件结构设计
根据产品特征，为了便于加工制造，型腔采用整体镶嵌式，型腔靠用8颗M8×40L螺钉固定于型腔板，如图4.4所示；型芯也采用整体镶嵌式，型芯用8颗M8×30L螺钉固定，如图4.5所示；
图4.4型腔
图4.5型芯
4.6抽芯结构设计
内侧分型与抽芯机构用来成型具有内侧凹槽和孔的塑件；成型壳体制品的局部凸起、凹槽和肓孔。
因为抽芯机构的注射模，其可动零件多，动作复杂。
因此，侧抽机构的设计应尽量可靠、灵活和高效。
本产品图需要抽芯位置如图4.6所示平面所示：
图4.6
本设计采用斜顶结构来成型内侧抽芯
a.斜顶及其组件的性能要求
斜顶有相对于其他零件的运动而且行位还是产品成型结构部分，因此行位及与其想配合的零件不仅满足一定的耐磨性要求还必须具有一定成型零件的性能。
斜顶及其组件的具体性能必须满足以下几点：
（1）高表面硬度：
表面淬火或者渗碳或渗氮处理到HRC50。
（2）各相配合的零件不可为相同材料以防粘着磨损。
（3）配合要求：
与固定在B板上的耐磨片采用H7/f7间隙配合；与B板避空即可；与下模镶件采用H7/f7配合。
详细的配合情况见模具总装的配合要求。
b.斜顶的尺寸计算
（1）斜顶的抽芯距离
斜顶的抽芯距离为0.72，所以S≥1.5mm
（2）斜顶的顶出行程
由H≥S/tan
解得：
H≥15mm；
式中：
----为斜顶的倾斜角度；为5°。
斜顶的具体结构如图4.7所示，其性能要求以及详细尺寸见斜顶零件图。
4.7模架的选用
根据以上分析、计算以及型腔尺寸及位置可确定模架的结构形式和规格。
通过调用AutoCAD的燕秀工具箱模架选用。
定模板厚度：
A=25㎜
动模板厚度：
B=40㎜
垫块厚度：
C=61㎜
模具厚度：
H模=282㎜
模具外形尺寸：
320㎜×301㎜×282㎜
表4-7模架参数表
名称
材料
尺寸（mm）
上模座板
45钢
480×500×25
上模板
45钢
500×440×124
型芯板
45钢
324×298×103
垫块
45钢
500×40×130
下模座板
45钢
480×500×25
推板
45钢
358×500×25
推板固定板
45钢
358×500×25
4.8导向机构的设计
注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。
导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。
锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。
设计导柱和导套需要注意的事项有：
⑴合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。
通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。
导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。
⑵导柱工作部分长度应比型芯端面高出6~8mm，以确保其导向与引导作用。
⑶导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。
配合长度通常取配合直径的1.5~2倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。
⑷导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。
⑸除了在动模和定模之间设置导柱，导套以外，还需要在推板与动模坐之间设置导柱、导套，以保证推板的顺利推出。
合模导向机构的设计
导柱：
由模架已经确定基本尺寸为φ20mm，总长L=135mm，详细资料看零件图纸；
导套：
由导柱基本尺寸确定，长度L=90mm，详细资料看零件图纸。
4.9顶出机构的设计
注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。
本设计使用简单的推杆脱模机构和利用斜顶设计推出机构的类型为一次推出机构。
因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。
顶出机构如图4.8所示。
图4.8推出结构
4.10排气设计
在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。
模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。
第五章注射机的校核
5.1最大注塑量的校核
根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的80%。
所以，一个周期内所需的塑料溶体的总量必须在注射机的额定注射量的80%以内。
V
=34.833cm
V
=60mm
（见注塑机参数表）
V
×80%=60×0.8=48cm
>V
，校验合格。
5.2锁模力的校核
在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：
F＞F
=KA
·P
A
=5954㎜2；P
=30MPa；
K安全系数，通常取1.1~1.2，取K=1.2。
F
=KA
·P
=1.2×5954×30=214.344KN
可知F=600KN，所以F>F
锁模力满足要求。
5.3模具外形尺寸校核
注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。
模具长宽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的空间装在注塑机的工作台面上。
由表3-2可得注塑机的拉杆间距为320×520mm，而模板Z座的尺寸为250×450mm，故满足要求。
5.4模具厚度校核
模具厚度必须满足下式：
H
H
H
150
270
350满足要求。
式中H
——所设计的模具厚度270mm；
H
——注塑机所允许的最小模具厚度150mm；
H
——注塑机所允许的最大模具厚度350mm；
5.5模具安装尺寸校核
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，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孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。
该模具外形尺寸为200×200属小型模具，所以采用压板固定法。
5.6开模行程校核
所选注塑机为全模具式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。
此时最大开模行程S
等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。
S
≧H
+H
+（5~10）mm
300≧20+104+10
300≧134满足要求。
式中S
——注塑机移模行程300mm；
H
——推出距离20mm；
H
——流道凝料与塑件高度104mm。
第六章模具总装设计
6.1模具装配及加工要求
精度是影响塑料成型精度的重要因素，为了保证模具精度，塑料模具制造应符合下列要求：
一个所有部件，包括塑料模具，材料加工和热处理质量的精度应符合图纸要求。
B，应满足模具零件的加工要求，完成模具的装配应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度
C，模具的功能必须满足设计要求
D，为了鉴别塑料成型模具的装配质量，必须死在生产条件下，根据选矿试验方式存在的问题，尝试塑造合格的到目前为止。
6.1.1加工要求
1）结合模具分型面和组合面应很好配合，区域差距不大于0.02mm
2）对模具成型表面；模具和锋利的，尖锐的边缘，模式未注明圆角（不超过0.5mm时允许分型面与面除外）。
当允许有圆角，应注明图纸。
3）一般尺寸公差没有根据gb1804标准指定的极限偏差模式是根据H13轴孔，根据H13，根据J14加工长度。
4）在模板（模板）两轴承表面的平行度公差按gb1184附录5。
5）导柱与模板的平面的垂直度公差导套孔根据gb1184附录4。
柱和H8/F8导向套之间的配合。
6）安装螺丝模具（螺栓）螺纹孔位置公差和通孔小于2mm，与香港培。
7）柱（直导柱，上柱）与大直径零件及T同轴度的路径根据gb1184附录5。
导套（8）直导套，导套）为首的同轴度T外圆、内孔根据gb1184附录5。
9）中心孔的浇口套应打磨，各种缺陷和非门。
10）成形部分：
为了保证导柱，导套固定死，孔距精度应控制在0.01mm。
因此，必须在动，定模镗床
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