注塑模具本科毕业设计.docx
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注塑模具本科毕业设计
绪论
1塑料模具的现状及发展
我国塑料模具工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大的发展。
模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已经生产大屏幕彩电塑壳注塑模具等。
精密塑料模具方面已经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。
在成型工艺方面：
多材质塑料成型模、高效多色注塑模、抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。
气辅注射成型技术的使用更加成熟。
热流道模具开始推广，有些企业的采用率达20%以上一般采用内热式或外热式热流道装置。
少数单位还采用了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道10%与国外的50%-60%相比差距较大。
模具产品是工业产品制造的基础，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。
西方发达国家为了适应工业产品品种多、更新快、市场竞争激烈的局面，加强了对生产周期短、精度高、寿命长、成本低的模具产品的研究和开发，近十多年来，国外先进国家的模具技术水平得到了飞速发展。
我国的模具行业近年来发展很快，据不完全统计，目前模具生产厂共有2万多家，从业人员约有50多万人，全年模具行业产值约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如下特征：
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。
我国模具总量虽然已位局世界第三，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。
全球制造业正以垂直整合的模式向中国及亚太地区在转移，中国正成为世界制造业的重要基地。
制造业模式的变化，必将产生对新技术的需求，也必将导致CAD技术的发展。
同时，由于网络技术的大面积的应用，将在更大程度上改变制造业的模式。
作为产品制造的重要工艺装备、国民经济的基础工业之一的模具工业将直接面对竞争的第一线，模具工业除需要“高技艺”的从业人员外，还需要更多的“高技术”来保证。
模具属单件生产，又是订单生产。
目前新产品的结构越来越复杂、质量要求越来越高、交货期越来越短，这就对模具设计和制造提出了更高的要求。
一方面是新产品无经验可凭，另一方面又希望一次试模成功，以缩短周期、降低成本。
一个产品由设计到生产的过程大致如下：
产品设计→模具设计→模具制造→试模→产品生产。
其中，模具设计起着特殊的作用，它要将产品设计的理念“实现化”，一直到试模出合格制品，模具设计的任务才算完成和成功。
第1章塑件的成型工艺性分析
1材料的选择
该塑件为饮水机接水盒,它要与另外部件匹配使用，但没有太高的配合精度，所以从塑件的使用性能上分析，其必须具备有一定的综合机械性能,包括良好的机械强度，一定的弹性和耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。
而符合以上性能的有多种塑料材料，从材料的来源以及材料的成本和调配颜色来看，ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）比较适合。
ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它来源广，成本底，符合该塑件成型的特性。
因此制作该塑件选用ABS塑料。
表1.1.1ABS的主要技术指标
密度
比溶
吸水率
收缩率
热变形
温度
1.02～1.16
0.8～0.98
0.2%～0.4%
130～160
0.3%～0.8%
83～103.
抗拉强度
拉伸弹性
模量
弯曲强度
冲击强度
比体积
50Mpa
1.8X107
80Mpa
11HB
9.7HB
0.86～0.96
表1.1.2ABS的注射工艺参数
注射机类型
螺杆转数
喷嘴形式
喷嘴温度
螺杆式
50～70
直通式
180～190。
料筒的温度
模具温度
注射压力
保压力
190-200200-220170-190
50～70
60～90Mpa
30-～60Mpa
注射时间
保压时间
冷却时间
成型周期
3～-5S
15～30S
10～30S
30～70S
预热温度
预热时间
计算收缩率
80～85
2～3h
03～08%
ABS无毒，无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。
密度为1.02-1.05g/cm3。
ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。
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。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70度左右，热变形温度约为90度左右。
耐气候差，在紫外线作用下易变硬发脆。
其成型特点：
ABS在升温时黏度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度稍大。
ABS吸湿性强，含水量应小于0.3﹪，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥，成型前加工要进行干燥处理。
流动性中等，溢边料0.04mm左右。
易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚，溶料温度及收缩率影响极小。
ABS无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。
ABS成型收缩率，拉伸模量，泊松比与刚的摩擦因素见下页表1.1.3.
表1.1.3ABS成型收缩率，拉伸模量，泊松比与钢的摩擦因素
塑料名称
成型收缩率/%
拉伸模量E/X103Mpa
泊松比U
与钢的摩擦系数f
PE
1.5-3.5
0.212-0.98
0.49
0.23-0.5
PP
0.4-3.0
1.6-6.2
0.43
0.49-0.51
PS
0.2-0.8
1.4-8.9
0.38
0.45-0.75
ABS
0.1-0.7
1.91-1.98
0.38
0.20-0.25
2塑件的几何形式及结构分析（如下图示）﹕
图1.2.1塑件里面图
图1.2.2塑件正面图
2.1脱模斜度
脱模斜度取决于塑件的形状，壁厚及塑料的性能和收缩率。
本塑件由于型腔深度一般，但由于考虑到塑件跟饮水机其它部件配合使用，且配合精度不高，所以塑件两侧要有角度，所以要使塑件强行脱模的方式，而且往外偏有个小角度；本塑件要有足够的强度和刚度，才能经受推件杆的推力而不使塑件变形，该产品壁厚均匀：
本产品取1.5mm.
表1.2.1塑料制品的脱模斜度
塑料制品材料
脱模斜度
塑件外表面
塑件内表面
ABS塑料
40′～1°20′
35′～1°
2．2壁厚
塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。
应该考虑尽量采用均匀壁厚，所以该塑件壁厚取为1.5mm，可保证塑件的刚度、强度，可防止塑件产生内应力以及气泡、缩孔等各种质量缺陷。
表1.2.1塑件壁厚选择
塑料种类
制件最小壁厚
小型产品壁厚
中型产品壁厚
大型产品壁厚
塑料ABS
0.75
1.5
2
3～3.5
2.3形状
该塑件为壳状零件，内部结构对称，外形中等，形状简单，尺寸精度不算高，壁厚均为1.5mm,材料是ABS收缩率取0.05%，净重约42G，塑件外形长160mm,宽60mm，高40mm.由于塑件为壳形零件，且局部有凹槽，为了减小加工难度，降低制作成本，所以采用凸凹模。
2.4支承面
塑件的支承面应充分保证其稳定性，一般不以塑件的整个底面作为支承面而将底面设计成凹凸形，或在凹入面增加加强肋。
所以该塑件以凸边所在的面为支承面，这样可以达到整个底平面的平直。
2.5圆角
该塑件四周为过渡圆弧，可避免应力集中，增加强度和延长寿命，且圆角半径与壁厚的关系符合要求。
2.6加强肋
为确保塑件制品的强度和刚度及避免塑件变形，故该塑件内部四周设计有加强肋。
2.7.塑件精度的选择：
该塑件外观质量要求稍高，参考表3～9（精度等级的选用），
该塑件为一般精度，故其精度等级为7级。
另外，根据参考资料模具工程大典，成形表面粗糙度一般为Ra0.1～0.2um,特殊要求的为Ra0.025～0.1um,配合表面Ra0.8um,其余表面Ra1.6～6.3um。
因此在设计时，要考虑粗糙度的选择。
所该接水盒的外边面粗糙度为Ra1.6um，内表面为3.2～6.3um。
第2章设备的选择与校核
为了保证注射质量和充分发挥设备的能力,应根据注射模一次成型的塑料体积和质量来初步确定注射机的类型。
根据理论和在实际生产中的经验得出塑件和浇注道之间材料的总和应该在注射机理论注射量的50%~80%之间。
（初步估算浇注系统的质量为40g）初步选定注射机为XS-ZY-250／1250：
1型腔数量的确定
因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模量等参数有关，因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。
一般根据注射机的最大注射量来确定型腔数量
；
n≤（Km
-m
）/m
式中
——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；
m
——注射机允许的最大注射量（g或cm³）；
m
——浇注系统所需塑料质量或体积（
或
）；
m
——单个塑件的质量或体积（
或
）。
由此可求出：
n≤（0.8*270-40）/42≈4.2.
故取n=4满足设计要求。
2注射机参数的校核
2.1注射量校核
模具型腔是否能充满与注射机允许的最大的注射量密切相关，设计模具时，应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量范围内。
根据生产经验，注射机的最大注射量是其允许最大注射量（额定注射量）的80%，由此有：
nm
+m
≤80%m
442+40≤0.8270
即208≤216（符合要求）
2.2塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核
注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。
如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现涨模溢料现象。
因此，设计注射模时必须满足下面关系：
A=nA
+A
A
——单个塑件在模具分型面上的投影面积，该塑件为9318.16mm
；
A
——浇注系统在模具分型面上的投影面积,约为A
的0.2～0.5倍，该设计取0.4；
总的投影面积计算为：
A=nA
+A
=4×9318.16+0.4×9318.16=409999.904≈410000mm
锁模力的校核：
F
≥F
=AP
式中，F
—注射机的额定锁模力为1250KN；
P
—模具型腔内塑料熔体平均压力（Mpa）,通常为20～40Mpa，此设计中取35Mpa；
所以F
=41000×35=143.5KN，则F
≥F
（符合要求）
故该注射机符合要求。
其技术参数如下：
XS-ZY-250注射机主要技术参数
单位
XS-ZY-250
额定注射量
cm³
250
螺杆直径
mm
45
注射压力
MPa
160
注射速率
g/s
110
塑化能力
g/s
18.9
锁模力
kN
1250
螺杆转速
r/min
10～200
拉杆内间距
mm
415×415
移模行程
mm
360
模具最大厚度
mm
550
模具最小厚度
mm
150
锁模形式
双曲肘
喷嘴口直径
mm
3
定位孔直径
mm
160
喷嘴球半径
mm
SR15
2.3开模行程的校核
开模取出塑件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。
对于XS-ZY-250注塑机来说，其最大开模行程有注塑机曲轴机构的最大行程决定，于模具厚度无关。
双分型面注射模，其开模行程按下式校核：
S≥H
+H
+a+（5～10）mm
式中S——注塑机的最大开模行程（mm）；
H
——塑件脱出距离（也可作为凸模高度）（mm）；
H
——塑件高度（mm）；
a——中间板与定模的分开距离（mm）；
已知H
=70mmH
=40mma=65mm
所以H
+H
+a+（5～10）=70+40+65+（5～10）=180～185（mm）
又由于XS-ZY-250卧式注塑机的移模行程为360mm
185mm﹤360mm
所以开模行程也符合要求。
2.4脱模力Q
Q=Lhp（fcos
-sin
）
式中L—型芯或凸模被包紧部分的周长（cm）；
h—被包紧部分的深度（mm）；
p—由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般去7.8～1.8Mpa;
f—摩察系数，一般取0.1～.2；
—脱模斜度（º）。
而对于不通孔的壳型塑件脱模时，需克服大气压力造成的阻力（Q
）,
即Q
=1×F
F—为垂直于推出型芯方向的投影面积（cm
）。
并设大气压力为0.09Mpa，则Q
=F
所以，当不塑件对型芯的粘附力时，其总的脱模力（Q
）为
Q
=Q+Q
计算时，为使脱模力（Q
）大于诸因素造成的阻力，仍须修正以确定脱模力。
由零件图得L=42.663cmh=40mmp=9.8Mpaf=1.5
=0.5º
所以Q
=42.663×40×9.8×（0.15×cos0.5º-sin0.5º）+0.09≈2362.55N
推杆推顶接触总面积a=8×
×﹙
﹚
=401.92（mm
）
则接触压力校核为
=
=
Mpa≈5.88Mpa﹤
=14Mpa
由此可知，该模具推杆的推顶总面积是可行的。
第3章浇注系统和排溢系统的设计
1塑料制件在模具中的位置
1.1型腔数量及排列方法
1）.有以上计算得出，型腔数为4，即一模四件。
2）.此塑件结构比较对称，故塑件在模具型腔位置成对称布局。
型腔的排列应遵循以下原则：
当采用一模多腔时，型腔在模板上通常采用圆形排列，H形排列，直线排列以及复合排列等。
在设计时应遵循以下要点：
①尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，保证制品质量的均一和稳定。
②型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以防止模具承受偏载而产生溢料现象。
③尽可能使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。
④型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽然有利于浇注系统的平衡，但加工困难，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用直线排列和H形排列。
浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。
对浇注系统进整体设计时，一般应遵循如下基本原则：
①了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。
②采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失。
③浇注系统的设计应有利于良好的排气。
④防止型芯变形和嵌件位移。
⑤便于修整浇口以保证塑件外观质量。
⑥浇注系统应结合型腔布局同时考虑。
⑦流动距离比和流动面积比的校核。
综上分析，型腔排列选用H形排列。
图4.1.1型腔布置图
2分型面的设计
分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可以分离部分的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为模具的分型面。
根据塑件的形状和尺寸，由于此塑件为外观件，且在侧边为配合部位要求较高，故采用针点式浇口，选用单一平直分型面。
本模具采用平直分型面有以下优点和符合设计基本原则：
1）分型面在塑件外形最大轮廓处；
2）便于塑件顺利脱模；
3）保证塑件的精度要求；
4）满足塑件的外观要求；
5）便于模具加工制造；
6）减少塑件在合模分型面上的投影面积，可靠锁模避免涨模溢料现象；
7）有利于排气；
8）保证抽心机构顺利抽心;
9）保证斜销机构顺利退出。
3浇注系统的设计
浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。
浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。
浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。
该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还对塑件所用的塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此这是一个重要环节。
浇注系统设计主要包括主流道，分流道，浇口和冷料穴四部分。
它的主要作用是将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。
浇注系统的设计应遵循浇注系统的设计原则：
（1）排气量好；
（2）流程短；
（3）防止型芯和嵌件变形；
（4）整修方便；
（5）防止塑件翘曲变形；
（6）合理设计冷料穴和排溢槽；
（7）浇注系统的断面积和长度
此外，设计浇注系统应注意以下几点：
1）.流道应尽量减小弯折，表面粗糙度为Ra1.6到Ra0.8um，
2）.应按型腔布局设计，尽量与模具中心线对称，
3）.应避免在模具的单面开设浇口，否则会造成注射时受力不均，
4）.设计主流道时，避免熔融的塑料冲击小直径型芯及镶件，以免产生弯曲或折断。
5）.在满足塑料成型和排气良好的前提下，要选取短的流程，这样可缩短填充时间，
6）.能顺利地引导熔融塑料填充各个部位，
7）.在成批塑料制品生产时，在保证产品质量前提下，要缩短冷却时间及成型周期。
3.1主流道的设计
主流道（俗称浇口套）是塑料熔体的流动信道，在卧式注射机上主流道垂直于分型面，由于本塑件在内部开了一个比较大的槽，可让主流道设于该处。
主流道的设计要点：
①浇口套的内孔呈圆锥形，锥度为2到6度。
若锥度过大会造成压力减弱，流速减慢，塑料形成涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使流速增大，热量损耗大，表面粘度上升，造成注射困难。
②浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径d1打1到2mm。
若等于或者小于注射机喷嘴直径，在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后脱模困难。
③浇口套内孔出料口处应设计成圆角r，一般为0.5到3mm。
④浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须温和。
设模具浇口套球面半径为R，注射机球面半径为r，其关系式如下：
R=r+0.5—1mm浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大，接触式圆弧度吻合的好。
⑤浇口套长度应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。
⑥浇口套锥度内壁表面粗糙度为Ra1.6到Ra0.8um，保证料流顺利，易脱模。
⑦浇口套不能制成拼块结构，以免塑料进入接缝处，造成冷料脱模困难。
⑧浇口套的长度应与定模板厚度一致，它的端部不应凸出在分型面上，否则会造成合模困难，不严密，产生溢料，甚至压坏模具。
⑨浇口套部位是热量最集中的地方，为了保证注射工艺顺利进行和塑件质量，要考虑冷却措施。
主流道尺寸的确定
为使凝料能顺利拔出，设计成圆锥形，锥角取4°，选用材料为T10A，热处理要求淬火53～57HRC。
其主要尺寸可由以下计算获得：
主流道小端直径
d=R+（0.5～1）=3+1mm=4mm；
主流道球面半径
SR=R
+（1～2）=15+1mm=16mm;
球面配合高度
ｈ＝3～5㎜，取ｈ＝3㎜；
主流道锥角
α＝2°～6°，取α＝4°；
主流道长度
Ｌ根据本塑件实际情况确定浇口套的形状和尺寸；
3.2分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体DF的流动信道,它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前通过截面积的变化及流向变换来获得平稳流态的过滤段.因此要求所设计的分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态,使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔,并且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小,能将塑料熔体均衡分配到各个型腔。
该塑件采用内浇口，因塑件的外形尺寸比较大﹐故要设置分流道。
分流道设计的设计要点：
①在保证正常的注射成型工艺条件下，分流道的截面应尽量小，长度尽量短。
②较长的分流道应在末端开设冷料穴，以便容纳注射开始时产生的冷料和防
空气进入模具型腔内。
③在多型腔注射模具中，各分流道的长度均应一致，长度应尽量缩短，以保证熔融的塑料同时均匀地充满各个型腔。
④当分流道开设在定模的侧边，并从浇口处延伸很长时，要加设分流道拉料杆，便于开模时冷料易脱模。
⑤分流道的表面粗糙度要达到Ra1.6um。
⑥设计分流道时，应先取较小的尺寸，比便于试模后根据实际情况进行修正。
⑦多型腔注射模具的分流道布局取决于型腔布局，要保持相对平衡。
⑧如果分流道较多时，应加设分流锥，分流锥是注射模具及传递模具上的一个重要零件。
3.3浇口位置的选择
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。
浇口的主要作用是：
①型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；
②易于切除浇口凝料；
③对于多型腔的模具，用以平衡进料；
浇口的面积通常为分流道面积的0.03～0.09。
浇口的截面有矩形和圆形两种。
浇口长度约为0.5～2mm左右。
浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
浇口的形式很多，但无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响都很大，浇口位置选择不当会使塑件产生变形、熔熔接痕、凹陷、裂纹等缺陷。
另外，浇口位置的不同还会影响模具结构。
因此，合理选择浇口开设的位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。
在选择浇口位置时，需要根据塑件的结构、质量要求与成型工艺条件等综合进行考虑，一般应遵循以下原则：
（1）尽量缩短熔体的流动距离；
（2）避免熔体破裂现象引起塑件缺陷；
（3）浇口应开设在塑件壁厚处；
（4）考虑分子定向的影响；
（5）减少熔接痕，提高熔接强度。
此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。
3.4冷料穴的设计
冷料穴是浇注系统的结构组成之一。
冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以避免这些冷料注入型腔，即影响熔体充填的速度，又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，还便于在该处设置主流道拉料杆，住宿结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后由推出机构将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。
为便于拉料杆将主流道凝料拉出，选用底部带有拉杆的Z形冷料穴，这类冷料穴的底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上。
在设计时应注意，冷料穴的大小要适宜，一般情况下，主流道冷料穴圆柱体的直径为6~12mm，其深度为6~10mm,对于大型制品，冷料穴的具体尺寸可适当加大。
3.5排气系统的设计
为了使塑料熔体能顺利充填模具型腔，必须将浇注系统型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模外。
如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡，产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷，因此在进行模具设计时必须考虑型腔的排气问题。
注射模成型时排气通常用如下四种方式进行：
（1）利用配合间隙排
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