机械设计制造及其自动化专业毕业论文(设计)台灯灯罩塑件的注射模具设计Word格式.doc
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2.1.1塑料的分析 4
2.1.2塑件的工艺分析 5
2.2塑件产品图的测绘 6
第3章注射成型方案分析 7
3.1分型面及其选择 7
3.2侧向分型分析 7
3.3浇注系统分析 8
第4章模具的结构设计 9
4.1模架的选择 9
4.2注塑机的选择 11
4.3成型零部件设计 12
4.3.1成型零部件的结构设计 12
4.3.2成型零部件的工作尺寸计算 12
4.4浇注系统的设计 17
4.4.1主流道的设计 18
4.4.2浇口的设计 19
4.5侧向分型与抽芯机构的设计 20
4.5.1抽拔距与斜导柱直径的确定 20
4.5.2斜导柱的设计 21
4.5.3抽芯距的确定 21
4.5.4斜导柱长度的计算 21
4.5.5侧滑块的设计 22
4.5.6楔紧块的设计 23
4.6推出机构的设计 23
4.6.1推出力的计算 24
4.6.2推出机构的选择 24
4.7复位机构的设计 25
第5章注塑机的选择与校核 26
5.1注塑量的校核 26
5.2注塑机锁模力的校核 26
5.3最大注射压力的校核 26
5.4开模行程及装模高度的校核 26
第6章模具的工作原理和模具结构特点 27
6.1模具工作原理 27
6.2模具结构特点 28
结束语 29
参考文献 30
致谢 31
第1章绪论
1.1模具概述
模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。
塑料模具是指用于成型塑料制作的模具，它是型腔模的一种类型。
模具设计水平的高低，模具制造能力的强弱以及模具质量的优劣，都直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着各种产品的质量、经济效益的增长以及整体工业水平的提高。
在国家“十五”规划中指出，模具是工业生产的基础工艺装备，国民经济的五大支柱产业—机械、电子、汽车、石化、建筑都要求模具工业发展与之相适应。
目前，我国加入WTO之后，在当代工业的迅速发展下，各行业产品的品种和数量不断增加，换型速度加快，对产品质量、样式和外观不断提出新要求，对模具的需求量不断增加，对模具的质量要求也越来越高，模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代的时间和产品的市场竞争能力。
因此，迅速提高模具技术水平已成为当务之急。
我国的模具工业受到政府的重视及关怀，并提出相应的优惠政策进行模具技术开发，在模具工业中大量采用先进制造技术和加工设备，努力提高模具的设计水平和制造水平，已取得显著的经济效益。
另外，从资料获悉，目前，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值都已超过机床总产值。
模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展，模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至上百倍、上千倍。
1.2塑料工业在国民经济中的地位
塑料工业在各国经济发展过程中都起着举足轻重的作用。
我国作为一个发展中国家，我国的塑料工业也随着国民经济的发展而飞速发展，经过几十年的老一辈塑料工作者的辛勤探索和创新，我国的塑料工业已形成了包括合成树脂、塑料加工、塑料助剂、塑料机械和塑料模具在内的较完整的塑料工业体系。
在我们周围，要用到各种各样的塑料产品，小的包括各种日常生活用品和消费用品，如生活中的盆、瓶、数码产品的结构件等等，大的有各种工业用品，如汽车的塑料大型内饰件等等，这些形状复杂，外形美观的塑料产品，这些精美的产品都要靠塑料模具来成型，这些都会涉及到我国塑料成型工业的发展。
1.3现代模具的发展趋势
为了解决高精度、长寿命、高效的复杂型腔结构的现代模具，需积极考虑如下三方面：
1．模具材料及表面处理技术
模具工业要上水平，材料应用是关键。
因选材和用材不当，致使模具过早失效的比例大约占失效模具的45%以上。
常用塑料模具用钢有预硬钢（P20）、时效硬化型钢（P21、PMS等）、热处理硬化型钢（MnCrWv）、多工位精密冲模硬质合金（YG20、YG25等）及钢结硬质合金（GW50等）。
在模具表面处理方面，主要有渗碳、渗氮、碳氮共渗等技术，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。
另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术也日益受到重视。
2．设计制造技术
先进设计和加工方法的日益普及，为高质量、短周期地开发模具并且保证模具有足够长的使用寿命，提供了技术保证，为模具工业发展奠定了坚实基础。
模具设计与加工方法的发展主要有以下几方面：
鉴于现在塑料产品的形状一般都比较复杂，以前那种趴图板的设计方法已经跟不上现在市场经济发展的步伐了。
现在的速度可以说是一个企业存在的关键因素。
现在使用CAD（计算机辅助设计的缩写）技术进行产品的造型，然后再进一步修改，然后生成二维平面图，可以大大提高设计的效率。
这样的软件有AutoCAD、Pro/E、UG、Cimatron等等。
CAM是计算机辅助制造的缩写，它与CAD技术是紧密结合的，由CAD生成的三维图形可以调入CAM软件进行模拟加工，确认无误后，可以由系统自动生成数控设备所认可的NC代码，将NC代码传入数控系统后，数控系统便可以指挥数控机床加工出CAD中所设计的产品，并且精度相当高，生产效率高，加工周期短。
这样的软件有MasterCAM、Pro/E、UG、Cimatron等等。
数控技术在塑料模具加工的应用，使的复杂型芯和型腔的加工变的更加便捷和精确，大大提高了生产效率，降低了模具的生产周期。
在塑料模具的生产中，主要用到的是数控铣床和加工中心。
线切割加工技术的发展，使的以前很时髦的模具镶拼技术用的很少了。
它非常适合于垂直或是有一定锥度的直通孔或异形孔的加工。
电火花加工技术的发展，使的一些非常复杂的、用常规加工方法不好加工的型腔的生产变的方便。
它主要是做成与型腔形状相同的电极，利用放电来加工模具型腔。
提高了模具表面的精度。
3．专业化生产及标准化
专业化生产是现代工业生产的重要特征之一，国外工业先进的国家模具专业化生产已达75%以上。
专业化生产易于管理，反应灵活，易于提高产品质量和经济效率，有较强的竞争力。
标准化是实现模具专业化生产的基本前提，能系统提高整个模具行业技术水平和经济效益的重要手段，是机械制造业向深层次发展必由之路。
总之，随着模具技术的迅速发展及机械各类产品的多样化、复杂化，模具应用的广度和深度将不断向纵深发展，模具需求增长速度将继续高于国民经济总体发展的速度，供小于求的被动状态将大有改变。
因此，在模具设计及制造中，采用新技术、新工艺、新设备可持续发展模具工业，更将成为所有企业得以占据市场制高点的必由之路。
第2章塑料产品介绍及其工艺特点
2.1产品结构工艺性分析
本次课程设计的题目是台灯灯罩注射模具的设计，其产品图如图1.1所示。
图1.1台灯灯罩三维图
2.1.1塑料的分析
台灯灯罩的材料是ABS塑料，其工艺参数见表1，ABS塑料在工程上应用非常广泛，它由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的聚合物，共聚使ABS塑料具有良好的综合力学性能。
ABS塑料外观为粒状或粉状，呈浅象牙色，不透明但成型的塑料件有较好的光泽。
它无毒、无味、易燃烧、无自熄性，密度为1.08～1.2
g/cm⒊.ABS塑料具有较高的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降；
具有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性和化学稳定性和电气性能。
ABS几乎不受酸、碱、盐及水和无机化合物的影响，容于酮、醛、脂、氯代烃中，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。
ABS塑料表面不可接触冰醋酸、植物油等化学药品，否则会引起应力开裂。
此外ABS塑料的热稳定性差，使用的温度范围为-40～100℃,其耐侯性也较差，紫外线作用下容易降解，从而会导致制件变硬变脆。
ABS塑料具有良好的成型性和综合力学性能，因此用途广泛，在机械工业上来制造水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库、冰箱衬里、管道、电机外壳、仪器壳、齿轮、泵叶轮、轴承和把手等。
ABS在汽车工业上的用途也日趋增加，用ABS塑料可制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热管等，还有的用ABS塑料夹板制作小轿车等。
此外，ABS塑料还可以来制作水表壳，纺织器材、家用电器外壳、文体教育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食物包装容器、农药喷雾器及家具等。
表1.1为ABS成型的工艺参数。
表1.1塑料的成型工艺参数
材料
ABS
注塑机类型
螺杆式
螺杆转速（r.min）
30～60
密度（g/㎝3）
1.08～1.2
计算收缩率（%）
0.3～0.8
预热
温度（0c）
80～85
时间（h）
2～3
料筒温度（0C）
后段
150～170
中段
165～180
前段
180～200
喷嘴
形式
直通式
180～190
模具温度（0C）
50～70
注射压力（MPa）
70～90
保压力（MPa）
成型时间（s）
注射时间
20～90
高压时间
0～5
冷却时间
20～120
总周期
50～220
适用注塑机类型
螺杆式、柱塞式均可
2.1.2塑件的工艺分析
台灯灯罩的外表面非常的光滑，所以本次设计的一个难点是浇口位置的选择，这种浇口形式要使塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
它需要根据塑件的结构与工艺特征和成型的质量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态成型的工艺条件等进行综合考虑。
因此参照我的塑件最后采用的浇口形式为在推杆上开设的潜伏口进料。
还有一个难点就是灯罩侧面的两个凸台，必须采用侧抽芯机构，由于这两个凸台分布在同一侧，所以只需一个方向的侧抽芯，根据实际情况，我打算采用斜倒柱固定在定模，侧滑块安装在动模的侧抽芯方式。
这样既满足了塑件的成型要求又降低了型芯的加工难度。
2.2塑件产品图的测绘
经过绘制，塑件的产品简图如图2.1所示。
图2.1塑件
第3章注射成型方案分析
3.1分型面及其选择
分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此，分型面的选择是注射模具设计中的一个关键。
通常模具的分型面与注射机的开模方向垂直。
开模时将注射后的冷却固化的塑件及浇注凝料从模体中顶出并取下（或自动落下），再将模腔内的杂物清除，或将嵌件或活动型芯安放于模腔内。
但有时采用侧向抽芯机构或取出点浇口的凝料往往需要从几个方面进行数次分型。
台灯灯罩不能通过单分型注射成型，还需要在侧向抽芯分型。
在考虑选择有利于脱模的分型面时，必须保证塑件的外观质量和精度要求；
要有利于侧向
抽芯。
我将分型面设置在塑件的底部，这样就保证了塑件的外观质量要求。
3.2侧向分型分析
当侧面带有凹孔、凸台等结构的塑件时，在成型后凹孔、凸台的成型零件将阻碍塑件从模内顶出，必须在顶出前将凹孔、凸台的成型零件先行退出。
这些零件一般是做成可以移动的。
开模时先将侧面的成型零件有序地全部抽出，清除障碍后再将塑件推出，合模时再将侧成型零件恢复原位。
这种完成侧型芯的抽出和复位动作的装置叫做侧抽芯机构。
侧向抽芯机构在塑料模具设计上经常用到的有斜导柱侧向抽芯机构、弯销侧向抽芯机构、液压侧向抽芯机构、弹簧侧向抽芯机构，斜导槽侧向分型与抽芯机构等。
1.斜导柱驱动的侧向分型与抽芯机构
这类抽机构结构紧凑，制造方便，动作可靠，适用于抽拔距不远和抽拔力不大的情况。
适用于生产批量比较大，而生产塑件的质量、体积不大，抽拔距和抽拔力不大的生产。
2.弹簧驱动的侧向分型与抽芯机构
适用于制品的侧凹比较浅，所需要的抽拔力和抽芯距不大时，才采用弹簧或者硬橡胶实现抽芯的动作。
3.弯销驱动的侧向分型与抽芯机构
其是斜导柱的变异形式，弯销具有矩形断面，能承受较大的弯矩，斜角可以达到300，所以在开模距相同的情况下可以获得较大的抽芯距；
另外的一个特点是弯销侧抽芯机构可以设计成变角度侧抽芯。
4.液压驱动侧向抽芯机构
液压侧向分型与抽芯机构是指以压力油作为分型与抽芯动力，在模具上配置专门的抽芯液压缸，通过活塞的往复运动来完成侧向抽芯与复位。
这种抽芯方式传动平稳、抽芯力较大，抽芯距也较大，抽芯的时间顺序可以自由的根据需要设定，其缺点是增加了操作而且需要配置专门的液压抽芯器及控制系统，费用较篙。
5.斜导槽侧向分型与抽芯机构
当塑件的侧凹较浅，所需的抽芯距不大，但侧凹的成型面积较大，因而需要比较大的抽芯，或者由于模具的结构限制不适宜采用其他侧抽芯形式时，则可以采用斜滑块侧向分型与抽芯机构。
其特点是利用模具推出机构的推出力驱动斜滑块做斜向运动，在塑件被推出脱模的同时由斜滑块完成侧向分型与抽芯动作。
综上所述，在众多的成型方案中，虽然有很多机构都能满足使用要求，通过观测塑件的形状和质量，从设计成本和材料成本，模具的结构复杂程度上看，台灯灯罩模具结构不是特别复杂，故斜导柱侧向分型与抽芯结构最符合要求。
所以选择这种形式。
具体方案是斜倒柱固定在定模，侧滑块安装在动模的侧抽芯方式。
3.3浇注系统分析
注射模浇注系统是将注塑机料筒中的熔融塑料从喷嘴高压喷出后，稳定而顺畅地充入并同时充满型腔的各个空间的通道。
它在充模及塑件固化过程中还将注射压力平衡的传递到型腔的各个部位，以获得填充殷实、完整、质量良好的塑件。
此次设计的塑件是台灯灯罩，根据塑件结构的特殊情况，必须要保证壳体表面的外观质量要求，所以采用在推杆上开设潜伏浇口进料的方式，使由于浇口断裂形成的裂痕出现在壳体的内表面。
第4章模具的结构设计
4.1模架的选择
通过塑件的分析，以及注塑机的技术规格要求，选用龙记模胚2540，该模架各模板以及相关尺寸见图4.1和表4.2。
大水口
PW（mm）
直身模（H）
250
工字模（I）
300
图
4.1龙记模胚2540示意图
表4.1THICKNESSTABLE厚度表
A、B板
ERP面板
EP底板
30
35
40
50
60
70
80
90
15
20
表4.2龙记模胚2030各板尺寸
TP面板
BP底板
ST推板
SP托板
SB方快
25
4.2注塑机的选择
对于模具设计，必须首先选则合适的注塑机型号，以确定额定注射量、最大注射压力、最大锁模力、模具的安装尺寸及开模行程等技术规范后，才能进行下面真正的模具设计。
根据塑件的形状及尺寸，计算其在分型面上的投影面积和塑件以及浇注系统的质量，计算所需锁模力、总注射物料量，然后才能初选设备。
由于制品的外观由许多孔和凸台组成，形状复杂，首先利用Pro/E软件的分析功能对制品的体积和在分型面上的投影面积进行计算与测量。
在Pro/E软件里打开三维模型，利用其质量属性分析对表面积、体积、质量进行分析与计算。
根据软件计算得出结果如下：
塑件在分型面上的投影面积：
4775.94mm2
塑件体积：
V=19.65*2=39.3mm3
塑件密度：
=1.08g/cm3
所以塑件的质量：
m=19.65×
（1.08）=20.63g
根据任务书的要求，该塑件采用点浇口形式，并且采用一模一腔的形式，
加上浇注系统及冷凝料材料体积约为8.96mm3。
所以初选设备为XS-ZY-125其主要技术规格见表4.3。
表4.3型号为XS-ZY-125的注塑机参数
结构形式
卧式
额定注射量（cm3）
125
螺杆直径（㎜）
120
注塑时间（S）
1.6
注射行程（mm）
115
螺杆转速（r/min）
29、43、56、69、83、101
锁模力（KN）
900
拉杆内间距（㎜）
260×
290
最大开模行程（mm）
最大模具厚度（㎜）
最小模具厚度（㎜）
200
锁模形式
双曲肘
模具定位孔直径（㎜）
喷嘴球半径（㎜）
SR15
喷嘴孔径（㎜）
4
4.3成型零部件设计
模具合模后，在动模板与定模板之间的某些零部件组成一个能填充塑料熔体的模具型腔，模具型腔的形状的与尺寸就决定了塑料制件的形状与尺寸。
构成模具型腔的所有零部件称为成型零部件。
4.3.1成型零部件的结构设计
成形零件是决定塑件几何形状和尺寸的零件。
它是模具的主要部分，主要包括凹模、凸模及镶件、成型杆和成型环等。
凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件；
凸模亦称型芯，是成型塑件内
表面的零件，而成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆。
凹、凸模按结构不同主要可分整体式和组合式两种结构形式。
1）整体式的凹模和凸模是指直接在整块模板上加工出凹、凸形状的结构形式。
其特点是牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。
但是加工困难，热处理不方便，整体式凸模还有消耗模具钢多、浪费材料等缺点。
所以整体式凹、凸模结构常用于形状简单的单个型腔中、小型模具或工艺试验模具。
2）组合式凹模、凸模结构是指由两个或两个以上的零件组合而成的凹模或凸模。
按组合方式的不同，可分为整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁拼合式等形式。
，整体嵌入式多用于小型塑件多型腔的成型，使的各个型腔和型芯可以单独加工，通过H7/m6的配合压入到模板中，这种结构加工效率高，拆装方便，容易保证形状和尺寸精度。
局部镶嵌式多用于型腔、型芯有些局部不易加工成型或需要经常更换的模具结构。
四壁拼合式主要用于大型和形状复杂的凹模，通过把型腔四壁和底板分别加工，经研磨后压入模套中组成型腔。
台灯灯罩的模具结构较小，模具型腔不规则，但形状还较为简单，可以采用组合式凹模、凸模结构，由于需要侧向抽芯，又是一模两件，总共做十个型芯，两个主型芯，八个小型芯，型腔通过H7/m6配合压入定模板。
4.3.2成型零部件的工作尺寸计算
影响塑件的尺寸精度的因素很多，概括的说，有塑料原材料的、塑件结构和成型工艺、模具结构、模具制造和装配、模具使用中的磨损的因素。
在一般情况下，原材料收缩率的波动、模具的制造公差和成型零件的磨损是影响塑件的主要原因。
因为收缩率的波动引起塑件尺寸误差随塑件尺寸的增大而增大，因此，生产大型塑件时，收缩率波动是影响塑件精度的主要因素，若单靠提高模具制造精度是困难和不经济的，应稳定成型工艺条件和选择收缩率波动较小的塑料；
生产小型塑件时，模具制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要因素，因此，应提高模具制造精度等级和减少磨损。
1.型腔和型芯相关尺寸计算
（1）收缩率的确定
ABS塑料的收缩率为0.4%～0.7%，该塑料的平均收缩率为
=（0.4%+0.7%）/2
=0.55%
（2）精度的确定
对于ABS塑料而言，对于标注公差，高精度选用MT2，一般精度选用MT3，对于未注公差选用MT5。
（3）型腔和型芯相关尺寸计算
主型芯（见图4.1）相关尺寸计算
图4.1主型芯
径向尺寸的计算【计算公式为）】
式中
——模具型芯径向基本尺寸；
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