隔弧板注塑模具设计.docx

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隔弧板注塑模具设计

毕业论文（设计）

隔弧板注塑模设计

题目隔弧板注塑模设计

姓名学号

指导教师职称

内容摘要

模具设计广泛存在于各行各业，随着科学技术的发展和生产力水平的提高，模具设计的重要性和必要性日益体现出来，随着社会现代化的进步，模具设计这个不可或缺及促进科技发达的专业，必然会有更好的发展前景和广泛的适用性。

本论文主要分为三章，首先介绍了模具设计在各领域的发展情况及应用，然后针对此次设计的隔弧板注塑模进行分析，在工艺性方面，分别介绍了塑件的工艺分析，塑件体积和质量及注射工艺参数和过程分析。

在选择注射机的要求上也作了相应讲解。

型芯、型腔、浇注系统、冷却系统、排气系统等这些相关辅助零件设计也作了相应讲途述。

关键字：

模具设计,注塑机

Abstract

DieDesigningiswidespreadinallwalksoflife,asscienceandtechnologydevelopmentandraisingthelevelofproductivity,diedesignoftheimportanceandnecessityofincreasingreflected,withthemodernizationofsocialprogress,theessentialdiedesignandpromotetechnologydevelopedProfessional,willhavebetterprospectsforthedevelopmentandwiderapplication.

Thisessayisdividedintothreechapters,firstlyintroducesthemolddesigninallfieldsofdevelopmentandapplication,andthenforthedesignofthefanbuttoninjectionmoldanalysis,intheprocessof,respectively,ontheprocessofplasticparts,plasticpartsThevolumeandqualityandinjectionprocessparametersandprocessanalysis.Inthechoiceofinjectionmachinealsomadetherequestonthecorrespondingon.Coreandcavity,pouringsystems,coolingsystems,exhaustsystems,suchasthoserelatedauxiliarypartsdesignalsomadeareferencetothecorrespondingstressespassers-by.

Keyword:

molddesign,injectionmoldingmachine

1绪论

1.1我国塑料模具工业发展的现状

塑料工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展而产生的，目前塑料制品几乎已经进入一切工业部门以及人民的日常生活的各个领域。

随着机械工业、电子工业、航空工业、仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件的模具开发、设计和制造的水平也必须越来越高。

事实上，在仪表仪器、家用电器、交通、通讯等各行各业中，有70%以上的产品是用模具来加工成型的。

工业发达国家，其模具工业年产值早已超过机床行业的年产值。

在塑料制件的生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成型设备等都是成型优质塑件的重要条件。

因此，塑料成型技术在塑料模的设计、制造、模具的材料以及成型技术等方面都有着很大的发展空间。

如：

CAD/CAE/CAM技术的快速发展和推广应用、各种模具新材料的研制和使用、模具的标准化以及塑料制件的微型化、超大型化和精密化。

模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。

中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。

直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。

近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。

中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer等等。

这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。

近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加等。

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、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。

1.2存在问题和主要差距

虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。

当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面：

1．总量供不应求

国内模具自配率只有70%左右。

其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有50%左右。

2．企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理

我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。

专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。

国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。

3．模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平

产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。

造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因：

（1）国家对模具工业的政策支持力度还不够。

（2）人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少。

（3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低。

（4）专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差。

（5）模具材料及模具相关技术落后。

1.3今后主要的发展方向

1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。

2.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。

3.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。

4.开发新的成型工艺和快速经济模具。

5.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。

6.应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

7.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。

1.4本科毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果

首先，要了解整个模具行业近十年来设计的发展概况以及应用水平，特别是注塑模具设计的先进技术和方法。

其次，熟练掌握Pro/E应用软件，还要了解目前应用较为广泛的其他应用软件，如UG、PowerMill、AutoCAD软件等。

再次，必须对成型材料的成型特性有足够的了解；最重要的是掌握注塑模具的设计特点和结构特点。

我要解决的主要问题是设计开关外壳的注塑模具（特别是结构设计），最后利用Pro/E软件绘出该零件注塑模具的三维图，利用AutoCAD绘制其二维工程图。

为了解决这些问题，我必须首先明确注塑模具的设计流程，并作出详细的工作进度计划，在其间应了解各种软件的应用，特别要熟练掌握Pro/E；掌握注塑模具的设计程序、规范及结构特点；了解模具的标准件，以提高模具设计效率，减少设计周期。

还应掌握零件尺寸和公差与零件设计几何要求关系，因为在设计模具时，必须根据制件的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级，得到零件的工作尺寸；模具的制作是在高温下进行的，所以应了解模具的各种材料属性（要求其综合性能良好，冲击韧性，力学强度较好，尺寸稳定，耐化学性、电化学性能良好），特别是它的收缩率。

所有这些资料必须通过图书馆查找期刊文献、会议文献以及专业书籍得到，所以还要熟练资料的检索。

2材料与塑件分析

2.1塑件材料分析

用三聚氰胺树脂，加入溶剂、润滑剂、颜料等配成胶液，浸渍玻璃纤维后，经疏松、干燥制得玻璃纤维增强三聚氰胺甲醛塑料。

该塑料无臭无味、色泽鲜艳，适于制造各种耐热、耐水、餐具用品，也用于各种工业零件、低压电器制件以及防爆电器、耐电弧制品等。

2.2塑件分析

盖注塑模（三板式注塑模）上，该产品形状如中空薄壁型零件，精度及表面粗糙度要求较高，不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合精度要求。

制品整体有充分的脱模斜度，各处脱模力比较合理。

从整体结构分析：

制品表面积较大、高度不大但是壁薄零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困难。

从整体工艺性分析：

根据制品外观要求与结构特定要求选择浇口位置在零件内部，制品薄而大要求冷却必须均匀而充分，脱模力合理要求顶出机构顶出均匀。

2.3确定塑件型腔数量

在保证成品率在98%以上的前提下，以每件塑件的成本最低为准。

塑件成本包括：

塑件原料成本（包括染色、造粒、干燥在内），注塑机折旧成本，动力成本，模具费用成本（包括预计维修费在内），劳务费用成本，辅料及消耗品成本，管理费用成本（包括仓储、运输的在内）。

与注射机有关的项目为：

1.注射机的选择大型塑件原则上采用单腔模，中、小型塑件有可能采用多腔模。

多腔模的优点：

单位时间内的产量高，每一件的相对辅助消耗小。

多腔模的缺点：

塑件精度低——一般在SJ1372-78的5级以下；模具价格高（但相对成本不一定高）；需用大规格注塑机，生产率低、折旧费及动力费等相对地较高。

2.模具结构的选择冷浇道模具有冷凝料消耗，热浇道模具有价格较高的问题。

就成型质量而言，以采用热浇道模具为好。

自动脱模与手动脱模有循环期长短及稳定与否的差异，以自动脱模卸件为佳。

3.控温系统的设计模具的控温系统（包括冷却或加热系统）的设计，应留有余地，以备调节。

温控效果良否与成品率有密切关系。

4.脱模机构的设计脱模机构的动作效果，直接影响塑件质量及注射循环（亦即影响生产率）。

5.模具材料的选择及热处理直接影响模具的有效寿命（指成型合格品的数量或次数）。

6.模具的强度设计直接影响塑件的质量。

2.3.2型腔数量的确定方法

首先以塑件尺寸精度为依据。

属于精密技术级（SJ1372-78的1、2级）的塑件，只能一模一腔。

属于精密级（SJ1372-78的3、4级）的塑件，最多只能一模四腔。

属于一般精度级及低精度级的塑件，视其体积大小，机构复杂程度，侧抽芯的有无及方向，可预先选定型腔数目，然后作经济方面的计算。

有侧抽芯的塑件，主要先从侧抽芯的布局上考虑采用几腔，据此以决定设计方案。

型腔数的经济指标，主要是指塑件的相对成本。

成本中包括：

1.直接费用原料费用----考虑材料利用率，多腔模的冷浇道模有冷浇道的损耗；模具费用；机床费用。

2.间接费用模具的维护、保养。

确定型腔数目的技术限制有如下各项：

1.注射机的锁模力；

2.注射机塑化能力；

3.注射机的最佳注射量----依注射机的设计制造技术水平而异，同一型号的产品，依生产厂家的技术水平而又相当的差异；

4.注射机的模板面积（指有效面积）；

5.注射机的动模板行程；

6.注射机的充模时间----以产品说明书为准；

7.充模时的流变条件----指温度、压力、速度的可调节范围及能力，以及有无闭环反馈等。

首先从定货批量、质量要求、交货期入手。

然后经过初步的模具方案设计，选用注射机。

由注射机有关参数的引入，反过来再修正初步设计方案。

一般情况下，需要反复几次才能确定最经济的型腔数目。

3标准件的选择

模具的标准化对于生产中提高效率，改善生产环节有着很重要的作用。

近年来在模具行业，特别是塑料模具行业，标准件的大量运用使生产更趋于标准化、简单化，对于生产安全和高效起到很重要的作用，还有利于模具的国际交流和组织模具出口，打入国际市场。

3．1标准模架的选取

模架是设计制造塑料注射模的基础部件，其他部件的设计与制造均依赖于它，选择模架要根据制品的尺寸及大小，同时考虑注射机的参数，本次设计因参照生产实例，工厂中多采用上海龙记公司的模架，因此，本次设计也选用该公司产品，其模架标记为：

DAH型，外观尺寸400×250×340如图3.1所示。

图3.1模架的选择

3．2标准紧固件的选用

标准紧固件主要是螺钉。

螺钉是日常生活中最常用的标准件，将螺杆直接旋入被连接件之一的螺孔内，螺钉头部即可将两被连接件紧固，其规格和尺寸均有相应的标准，本设计的塑件模架中主要采用内六角螺钉，包括M5，M6,M8和M10不等，但本设计一般用M5，M8的螺钉较多，长度根据不同需要选取，如图3.2所示为M8的典型结构。

图3.2内六角螺钉

4浇注系统的设计

4.1概述

浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。

普通浇注系统一般由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。

浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大的影响。

对浇注系统进行设计时，一般应遵循如下基本原则。

1.了解塑料的成型性能

2.尽量避免或减少产生熔接痕

3.有利于型腔中气体的排出

4.防止型芯的变形和嵌件的位移

5.尽量采用较短的流程充满型腔

6.流动距离比和流动面积比的校核

此外，制件的外形、尺寸和对外观的要求也影响整个浇注系统的形状和尺寸，本制件上表面要求光滑，所以，不宜在表面开设浇道，而应采用内浇口。

4.2流道设计

浇注系统主要由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成

4.2.1主流道设计

主流道是指熔融塑料由注射机喷嘴喷出后最先经过的部位，与注射机喷嘴同轴，因为与熔融塑料、注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般不直接开设在定模板上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或配合形式固定在定模板上。

如图4.1所示。

图4.1主流道

熔料注入模具最先经过的一段流道，直接影响到填充时间及流动速度。

其浇口选择不能太大和太小。

浇口太小，熔料流动过程中冷却面相对增大，热量消耗大，注射压力损失也大，但浇口太大，会造成材料的浪费。

因此，合理的主浇道参数，一般情况下取值如下：

1）d=d1+（0.5～1）

式中d1—注射机喷嘴孔直径（mm）

d—主流道口直径（mm）

所以本设计采用d1为4mm，得出d取为5mm。

2）α=2º～4о对流动性较差的塑料可取3о～6о。

本设计采用α=3°。

3）H—按具体情况选择，一般取3～8mm，H取为5mm。

4）R=R1+（1～3）

式中R1——注射机喷嘴球面半径（mm），

R1为6mm，R取为7mm。

5）r――为主浇道与分浇道过渡处采用的圆角半径，按具体情况选择，一般取1～3mm，现在选择其为1.5mm。

6）L应尽量缩短，一般不应该超过60mm，本设计取45mm。

分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。

多型腔模具一定设置分流道，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。

分流道的作用是改变熔体流向，使其平稳的流态均衡地分配到各个型腔。

设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。

1.分流道的设计要点

分流道的设计要点是：

（1）流经分流道的熔体温度和压力的损失要少。

为此，分流道一要短，二要使粗糙度降到最低，三是容积要小，四是少弯折。

（2）要使分流道的固化时间稍慢于制品的固化时间，以利保压、补缩和压力传递。

（3）要使熔料能迅速而又均匀地进入各型腔，故在多型腔设计时，在保证模具结构强度前提下，力求采用平衡进料，而且在保证模具结构强度前提下，力求紧凑、集中。

（4）便于加工，便于使用标准刀具，免于制造专用刀具。

2.分流道的截面形状

分流道的截面类型有圆形、梯形、U形、半圆形等，根据塑件的材料流动性较好，长度较短，无侧抽，可以采用圆形分流道且呈辐射状布置。

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。

3.分流道的布置

分流道的布置取决于型腔的布局，两者互相影响。

分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。

（1）平衡式布置

平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。

因此各个型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡进料。

（2）非平衡式布置

非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同（或加上型腔大小不同）。

为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔的浇口尺寸必定不相同。

本塑件的分流道采用了平衡式布置。

4.2.3冷料穴和拉料杆的设计

1．冷料穴

冷料穴在塑件模架设计中起到重要作用。

它是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。

这些冷料既影响熔体的填充速度，有影响成型塑件的质量。

主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还有便于在该处设置主流道拉料杆的功能。

注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。

本次设计冷料穴的位置：

模具的冷却道设在上下型腔所在的动定模板上，主流道的末端（主流道正对面的动模板上）或分流道的末端。

其设计尺寸是：

直径稍大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。

2．拉料装置

本次设计采用的是推杆形式的拉料杆。

拉料杆头部的型腔处有一圆形凹环槽，凹环槽在主流道凝料上形成凸环，分模时即可将该凝料从主流道里拉出。

4.3浇口设计

浇口亦称进料口，是连接分流道和型腔的熔体通道，是浇注系统的最终端，很短，截面积很小。

当熔融的料流在高压下经过浇口时，因截面积小而流速加快，因摩擦作用而温度升高，黏度降低，流动性提高，有利于充满型腔。

故浇口是浇注系统的关键部位，其位置、形状及尺寸等决定着塑件质量、注射效果及注射效率。

设计浇口时应注意几点：

1.浇口应设在制品的最大壁厚处，使塑料从厚壁流向薄壁，保持流程一致。

2.防止浇口处产生喷射而在充填过程之中产生蛇形流。

3.浇口位置应设在制品主要受力方向上。

4.要考虑制品的尺寸要求。

5.对长零件应沿纵向而不是沿横向或在中心设浇口。

6.两个或以上型腔，应沿主流道对称分布。

7.铰接零件应使熔合线远离接点。

8.环形零件浇口设在底部避免产生气泡。

浇口的作用：

⑴快速充型，保压补缩；⑵防止热料回流；⑶使塑件与浇注系统分离。

浇口截面形状和尺寸的确定要根据制品的尺寸大小、壁的厚薄、塑料的品种以及制品的结构和相应的浇口形式而定。

先取小值，试模后根据情况在修正。

总的要求是使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时的冷却封闭，因此，浇口的截面要小，长度要短，这样可增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。

注射模具的浇口形式较多，其形式和安放位置有直接浇口、盘形浇口（或中心浇口）、侧浇口、环形浇口、点浇口、轮辐式浇口、潜伏浇口等，具体采用的形式可以综合各种影响因素，本设计采用潜伏式浇口。

潜伏式浇口又称剪切浇口，有点浇口变异而来。

这种浇口的分流道位于模具得分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处。

塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

5冷却系统的设计

5.1冷却时间计算

注射模实质上是一种热交换器。

确定恰当的热交换（冷却）时间，是模具设计者的重要任务。

为此，首先分析影响冷却时间的因素。

1.模具材料

本次设计选用的模具材料为钢材。

如只考虑材料的冷却效果时，若热率越高，从熔融塑料吸收热量越迅速，冷却得越快。

2.冷却介质温度及流动状态

本塑件采用冷却水做冷却介质。

我们知道水的比热大，以冷却水出、入处口温差小为好，一般控制在5

以内。

冷却水在通道中的流速，以尽可能高为好，其流动状态以湍流为佳，即雷诺系数Re>104为宜。

3.模塑材料（塑料）

塑料的热性能，对冷却时间有重大影响。

绝大多数塑料的热导率和热扩散率都很低，但可通过加入添加剂、改性剂加以改善。

根据表5-1确定冷却时间（表6-1见《塑料模具技术手册》221页表3-42）

表5-1塑件壁厚与冷却时间的关系

制件厚度（mm）

冷却时间

（s）

ABS

PA

HDPE

LDPE

PP

PS

PVC

0.5

1.8

1.8

1.0

0.8

1.8

2.5

3.0

2.3

3.0

1.8

2.1

1.0

2.9

3.8

4.5

3.5

4.5

2.9

3.3

1.3

4.1

5.3

6.2

4.9

6.2

4.1

4.6

1.5

5.7

7.0

8.0

6.6

8.0

5.7

6.3

1.8

7.4

8.9

10.0

8.4

10.0

7.4

8.1

2.0

9.3

11.2

12.5

10.6

12.5

9.3

10.1

2.3

11.5

13.4

14.7

12.8

14.7

11.5

12.3

2.5

13.7

15.9

17.5

15.2

17.5

13.7

14.7

3.2

20.5

23.4

25.5

22.5

25.5

20.5

21.7

根据上表，本塑件材料为ABS，壁厚为2mm，故冷却时间为10.1s。

5.2冷却参数计算

1.计算所需冷却水体积流量：

应用公式：

=

来计算；

式中：

——冷却水的体积流量（m3/min）

——单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h）

——塑料成型时在模内释放的热量（J/kg）

——冷却水的比热容（J/kg·K）

——冷却水的密度（kg/m3）

——冷却水的出口温度（℃）

——冷却水的进口温度（℃）

塑件质量M塑=6.6g,用Pro/E作出浇注系统的三维图，计算出浇注系统的总质量为7.287g，每小时注射240次，

=（6.6+7.287）

240/1000=3.33Kg；

计算得

=

=3.33×3×105/60/103/4200/（25-20）=

=0.794

10-3（m3/min）

参考《塑料模具