饭盒上盖注塑模具设计毕业论文.doc

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本科生毕业设计（论文）

设计（论文）题目饭盒上盖注塑模具设计

分院信息与机电分院

专业班级材料成型及控制工程091

饭盒上盖注塑模具设计

摘要：

本文主要阐述和说明饭盒上盖的造型设计和成形零件模具设计的过程。

通过运用模具设计基础和CAD/CAM等这些课程的知识去做一次模具设计的实践，并在这次实践中锻炼自己用理论知识来解决实际问题的能力。

这个毕业设计是日常产品的设计的典型实例，这对于提高我以后的设计水平有一定的帮助，也相应带动了工业产品高速与持续发展。

希望以后能为人们设计出更多更好的产品，造福人类，造福社会。

关键词：

饭盒上盖;模具设计；CAD；CAM

LunchBoxCoverCapInjectionMoldDesign

Materialformingandcontrolengineeringclass091XukaiInstructor:

YuanHongBin

Abstract：

Thispaperpresentsandexplainstheprocessoflunchboxcovercapdesignandformingpartsmolddesign.usingtheknowledgeofcoursesasbasisofmolddesignandCAD/CAMandsoontocarryoutapracticeofmolddesign,andexercisemyabilityofusingtheoryknowledgetosloveactualproblemsinthispractice.

Thisgraduationpaperisacommoncaseindesignofdailyproducts,itishelpfulformetoimprovemylatterdesigninglevel,andcorrespondinglydrivefastandcontinuousdevelopmentofindustryproducts.ihopethaticandesignmoreandbetterproducts,forthebenefitofhumanity,benefitthesociety.

Keywords:

lunchboxcovercap;molddesign;CAD;CAM

目录

第1章绪论 1

1.1背景 1

1.2概况 2

1.3发展 2

1.4毕业设计内容概述 4

第2章方案确定 4

2.1塑件分析 4

2.1.1塑件外形分析 4

2.1.2塑件的尺寸与公差及设计基准 4

2.1.3塑件所用塑料名称与性能及工艺参数 4

2.1.4塑件结构要素 5

2.2注射机的选择 5

2.3拟定模具结构方案 5

第3章模具总体结构设计 6

3.1浇注系统 6

3.1.1浇注系统的总体构成 6

3.1.2主流道设计 7

3.1.3分流道的设计 8

3.1.4浇口设计 8

3.1.5分型面的设计 9

3.1.6排气槽的设计 10

3.2成型部分及零部件 11

3.2.1型腔数的确定 11

3.2.2一般凹凸膜结构设计 11

3.2.3成型零件工作尺寸 11

3.2.4型腔壁厚计算 12

3.3脱模机构 13

3.3.1脱模机构的构成与功能 13

3.3.2取出机构的方式 13

3.3.3脱出机构设计原则 13

3.3.4塑件的脱出机构设计 13

3.3.5浇注系统凝料的脱出部件设计 15

3.3.6拉料机构 15

3.4侧向抽芯及合模导向机构 16

3.4.1侧向抽芯机构设计 16

3.4.2合模导向机构设计 16

3.5冷却系统 17

3.5.1冷却装置设计分析 17

3.5.2冷却装置的理论计算 17

3.5.3冷却回路的布置 19

第4章模体结构设计 20

结论 21

参考文献 21

致谢 22

附录 23

2

饭盒上盖注塑模具设计

材料成型及控制工程专业091班徐凯指导教师袁鸿斌

第1章绪论

1.1背景

塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具加工制造和塑件生产等几个主要方面，它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代，不断优化的过程。

随着塑料制品的应用日渐广泛,为塑料模具提供了一个广阔的市场,同时对模具也提出了更高的要求。

模具是工业生产的基础工艺装备。

在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型。

用模具生产所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工方法所不能比拟的。

模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

模具生产技术水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、企业的效益和新产品的开发能力。

可以说，现代模具工业已经确立了作为一门新兴基础性工业的地位，并且拥有越来越多的市场机遇。

从50年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有50多年的历史。

目前在工程塑料业中，80％采用了注射成型。

近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展和提高。

从美国、日本、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看，塑模的产量都在逐年增加，在塑料相关工业中占的比重最大。

加入WTO以后，将对我国塑模行业的发展产生重大影响，对企业来说机遇和挑战并存。

除了幼稚工业在一定时段内得到保护外，其他的行业关税壁垒的保护将不复存在。

关税的降低会使大量的进口机占领国内市场，先进的技术、优秀的品质及良好的服务都具有强劲的竞争力。

现代先进制造技术已在改变注塑模具领域的许多传统观念和生产组织方式，技术创新已成为21世纪企业竞争的焦点。

由于新技术的应用和引导，塑模技术在国民经济中的作用越来越大，在一定程度上决定了我国机械制造业在21世纪的市场竞争力，为此我们要有足够的认识并采取得力的措施。

这就要求我们积极推行专业化生产，改变大而全、缺乏高、精、尖的弱势，积极研发高新塑模技术,力争走在行业前列,才能在行业竞争中落于不败之地。

塑模技术因为应用前景好,使用价值较高,一直是国内外研究的焦点。

注塑模亦称注射模，其成型原理是将塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，在柱塞和螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔之中，充满型腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。

这样在操作上完成了一个周期的生产过程。

通常，一个成型周期从几秒钟到几分钟不等，时间的长短取决于塑件的大小、形状和厚度、模具的结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件等因素。

在注塑成型方面，其拥有相当多无可比拟的优势。

目前国内外纷纷开发注塑模具技术。

如针阀式浇口热流道系统,针阀式浇口热流道系统具有能避免流涎、浇口开口尺寸大、磨损小和浇口痕迹小的优点，特别适用于需要高注射压力及高粘度材料的场合。

近年来，其在手机外壳、汽车内外饰件、光盘、聚酯瓶坯、大型家电的成型方面的应用不断扩大。

针阀的启闭可以通过液压、气压、机械驱动机构或弹簧来完成。

日本菲沙株式会社设计一种最新的弹簧针阀式喷嘴，它利用注射压力和弹簧的弹力来实现喷嘴口的自动开关，其动作的可靠性建立在针阀与分流梭的高精度配合基础之上。

据介绍该结构不仅具有高精度、高可靠性的优点，而且装卸、安装和维护都很方便。

另外，这种喷嘴的高度尺寸相对较小，能降低模具的制造成本。

目前我国塑料模工业已能生产122cm大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣全套塑料模具、汽车保险杠、整体仪表板、照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封等塑料模具。

在成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。

气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟。

在制造技术方面,也有很大的进步。

本次毕业设计课题的研究目标是针对方便饭盒上盖塑料件的生产，设计其注塑模具。

力求运用合理的模塑工艺、先进的设计理念和方法，解决相应难题，并最终提交相关设计资料，并阐述设计思路及观点。

1.2概况

塑料模具如果按成型工艺可分为压缩模，压注模和注射模。

压缩模是直接在型腔内加热加压的；压注模与压缩模的结构有较大的区别，即压注模有单独的加料腔；注射模是由注射机的螺杆或活塞，使料筒里的塑料塑化熔融，经喷嘴，浇注系统，注入型腔，固化成型所用的模具。

它是由安装在注射机移动工作台面上的那一半模具即动模和安装在注射机固定台面上的那一半模具即定模组成的。

按分型面的特征可分为水平分型面模具，垂直分型面模具，水平垂直分型面模具。

水平分型面模具是分型面与压机工作台面平行，与合模方向垂直；垂直分型面模具是分型面与压机工作台面垂直，与合模方向平行；按照模具的型腔数目又可分单型腔模具和多型腔模具。

单型腔模具，即仅有一个型腔的模具，每次只能成型一个塑件；而多型腔模具，即有两个或两个以上的型腔的模具，可一模成型多个塑件。

塑料模的结构一般包括七个部分：

浇注系统，成型零部件，排气结构，推出机构，侧抽芯机构，合模导向机构，加热冷却系统。

1.3发展

我国塑料模具工业起步晚,底子薄,与工业发达国家相比存在很大的差距。

随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度，注射成型是当今市场上最常用、最具前景的塑料成型方法之一，因此注塑模具作为塑料模的一种，就具有很大的市场需求量。

而传统模具设计制造技术，根本不能满足市场对模具的要求。

因此，研制和开发新的模具设计、制造技术势在必行。

在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。

1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。

在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。

由于模具成型具有优质、高产、省料和成本低等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航天航空、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等部门得到极其广泛的应用。

模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，因此模具工业是国民经济的基础工业，模具的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。

由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。

塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，专和精仍旧是一个必然的发展趋势。

从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。

通过对塑件材料、质量、体积的分析与计算，合理选用注塑机，并对各个参数进行了校核，设计出一副合理，经济，适用的塑料注塑模具。

国外发达国家模具标准化程度为七成到八成，而我国只有三成左右。

如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期四分之一，并可减少由于使用者自制模具件而造成的工时浪费。

应用模具计算机辅助绘图技术设计模具已较为普遍，推广使用模具标准件，能够实现部分资源共享，这会大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展计算机辅助绘图技术、提高模具的精密度有重要意义。

90年代后期，国内汽车年产量近两百万辆，保有量为产量的七倍有余，预计到21世纪初年汽车年产量将达六百万辆。

仅汽车行业就将需要各种塑料件三十六万吨，而目前的生产能力仅为二十多万吨，因此发展空间十分广阔。

家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。

目前，我国的彩电的年产量己超过三千二百万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了一百万台。

家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。

在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为三成，塑料管的普及率将达到一半，这些都会大大增加对模具的需求量。

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。

世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在六百亿至六百五十亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。

在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。

现在，国内企业已认识到了模具标准化的重要性，目前有一定生产规模的模具标准件生产企业有一百余家，主要产品有塑料模架、侧冲装置、推杆推管等，其中塑料模架已可生产较大型产品，为发展大型精密模具打下了基础。

通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。

在模具制造方面，根据不同情况选用模具加工新工艺。

在当今社会背景下，塑料模具的重要性对制造业的发展起着主导作用。

模具的精度决定了产品的精度，实施标准化、专业化的生产工艺推动了我国塑料模具加工工业的发展，并将继续为我国塑料模具生产企业提高技术水平、增强竞争实力、加快融入国际大市场的步伐提供必要的技术保障。

1.4毕业设计内容概述

1.塑件工艺分析：

（1）塑件的外形分析

（2）注射机的选择（3）拟定模具结构方案

2.模具结构设计：

（1）浇注系统

（2）成型零部件（3）侧向抽芯及合模导向机构（4）脱模机构（5）冷却系统

3.模体结构设计

第2章方案确定

2.1塑件分析

2.1.1塑件外形分析

外观要求：

表面要求光滑，不能变成。

如下图2-1所示

图2-1塑件外形

2.1.2塑件的尺寸与公差及设计基准

（1）塑件尺寸见图，查《塑料成型工艺及模具设计》表2-4塑件要求为一般精度4级，则尺寸公差取1.24mm

（2）塑件设计以左侧端面为基准，进行设计。

2.1.3塑件所用塑料名称与性能及工艺参数

1）塑件的材料：

按制品的用途，需要耐高温，元毒，抗蠕变性能。

应选取塑件的材料为：

聚碳酸酯（PC）。

PC材料的各种性能如下：

PC是一种半结晶性材料。

密度在1.2g/cm3左右，它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。

由于均聚物型的PC温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PC材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。

共聚物型的PC材料有较低的热扭曲温度100℃、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。

PC的强度随着乙烯含量的增加而增大。

PC的维卡软化温度为150℃。

由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。

PC不存在环境应力开裂问题。

通常采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PC进行改性。

PC的流动率MFR范围在1~40。

低MFR的PC材料抗冲击特性较好但延展强度较低。

对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。

由于结晶PC的收缩率相当高，并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。

加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。

均聚物型和共聚物型的PC材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。

然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。

PC也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。

工艺参数如下：

料筒温度：

前部250—310，中部240—280，后部230—250。

喷嘴温度：

比后部低10。

模具温度：

50—80。

注射压力：

70—140MPa。

螺杆转速：

30—120r/min。

成型周期：

注射1—25s，冷却5—40s。

2.1.4塑件结构要素

1）脱模斜度

由于材料收缩率较大，应选脱模作斜度为：

2）壁厚及体积

取壁厚为：

3mm

体积：

V1＝［190×136－（60×60-3.14×30×30）］×3

＝75cm3

V2＝｛180×126－（50×50－3.14×25×25）-［174×120－（44×44－3.14×22×22）］×

19＝125cm3

V=V1+V2=200cm3

3）圆角

圆角为防止塑件转角处的应力集中，改善充模特性，转角处采用圆角过度R=22和R=25

2.2注射机的选择

塑件的体积为200cm3,制品的正面投影面积为38.28cm2,锁模力F应大于型腔平均压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的积，本塑件为日常用品，查《塑料成型工艺及模具设计》表4-2得型腔平均压力为25MPa,所以锁模力应大于95.7KN,所以选用注射机为XS-ZY-500。

2.3拟定模具结构方案

（1）确定分型面

分型面是分开模具，取出制品的面。

注射模具有一个分型面和多个分型面的模具。

结合相关零的特点，选择零件的最大端即零件的底面为分型面，这样，在开模时容易取出零件。

具体的形式如图所示：

（2）确定行腔数及其排列

考虑成型因素，采用1模1腔

（3）确定浇注系统

产品外观及模具制造原因，该模具采用直接点浇口形式，从主型芯上进胶，这是因产品外观结构的原因，进胶点被盖在小盖下面，无外观影响。

（4）确定脱模方式

利用弹簧力的作用进行开模，当模具开模到一定的距离时，由于定距销的作用，动模继续分离的同时，利用定模顶出使饭盒盖顶出，这样使得塑件都跟着动模运动，当分离到一定的距离后，此时采用推杆就能把留在动模上的塑件推脱，推杆固定在模具的推杆固定板上，由注塑机顶出装置推动，实现零件的脱落，并依靠弹簧力的作用使复位杆复位。

（5）确定型腔、型芯结构和固定方式

由于制件的内部结构较复杂，故该模具的动模（型腔）采用的是镶拼式结构，而定模（型芯）采用的是定位螺钉固定和压板固定的结构，这样便于磨损后可以更换。

（6）确定冷却及排气方式

由于PC塑料成型时的模具温度为50～80度，故模具不需要专门设置加热装置，只要设置冷却冷却系统即可，但注塑前要对模具进行预热，使模具温度达到80度左右再注塑。

因聚碳酸酯（PC）料对温度较敏感，该产品成型在定模部分又较少，所以模具定模部分将不考虑设冷却系统；动模冷却系统设计为串联冷却方式，利用铜管镶入模具冷却孔内串联冷却。

排气主要是通过分型面间隙排出，而不必再开设专门的排气槽。

第3章模具总体结构设计

3.1浇注系统

3.1.1浇注系统的总体构成

浇注系统是模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道。

普通的浇注系统一般由主流道、分流道浇口和冷料穴等组成。

在注射模具设计中对浇注系统进行合理布局和形式的选择是一个重要的环节。

在设计注射模的浇注系统时应注意以下几项原则。

1）根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸因素，并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置。

2）根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。

3）应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性能，选择浇注系统的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物流的流动。

4）应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把，以节省原料，提升注射效率。

5）排气良好。

3.1.2主流道设计

主流道是指浇注系统中从注塑机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流到通道，是熔体最先流经模具的部分，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中，主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。

主流道的设计通常在模具浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计为圆锥形，锥角α为2o~6o，取α=3o。

流道的表面粗糙度Ra≤0.8µm，主流道出口处为非圆角过渡。

主流道设计如下图3-1-1所示。

图3-1-1主流道设计

浇口套一般采用T10制造，热处理猝火硬度为53~57HRC。

浇口套的结构形式有两种，一是浇口套与定位圈设计成一个整体，用螺钉固定于定模座板上，二是浇口套与定位圈设计成两个零件，以台阶的形式固定在定模座板上。

现采用第二种形式。

浇口套的使用形式和参数如下图3-1-2所示。

为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径应稍大于注射机喷嘴直径d0，通常为

d=d0+（0.5~1）（3-3-1）

主流道入口的凹坑球面半径SR也应大于注射机喷嘴球头半径SR1，通常为

SR=SR1+（1~2）（3-3-2）

主流道的锥角通常为2到4度。

过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气。

过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。

主流道内壁的表面粗糙度应在Ra0.8um以下，抛光时沿轴向进行。

主流道的长度L，一般按模板厚度确定。

为了减少熔体充模时的压力损失和物料损耗，应尽可能缩短主流道的长度，L一般控制在60mm以内。

浇口套常用T8或T10钢材制作，经淬火洛氏硬度为50到55HRC。

对于该产品模具的浇口套的设计计算过程如下：

查表得d0=2.5mm由式（3-3-1）得d=2.5+0.5=3mm；SR1=18由式（3-3-2）得SR=18+1=19mm；根据《手册》205页，式（5-59）算得主流道大端直径为6mm。

主流道锥角选用的度数为3度；

图3-1-2浇口套的使用形式和参数

浇口套与模板间配合采用H7/m6的过渡配合，浇口套与定位圈采用H9/f9的配合，定位圈在模具安装调试时插入注射机固定模板的定位孔内，用于模具与注射机的安装定位，定位圈外径比注射机定模板上的定位孔小0.2mm一下，取为0.1mm。

浇口套的固定形式和定位圈尺寸如下图3-1-3所示。

图3-1-3浇口套的固定形式和定位圈尺寸

3.1.3分流道的设计

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。

分流道的作用是改变熔体的流向，使其以平稳的流态均衡的分配到各