牙具盒注塑模具毕业设计Word格式.doc

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第1章绪论 5

1.1塑料简介 5

1.2注塑成型及注塑模 5

第2章塑件分析 8

2.1塑件图 8

2.2塑件的材料分析 8

2.2.1塑料材料的基本特性 8

2.2.2塑件材料成型性能 9

2.2.3塑件材料主要用途 9

2.3塑件的结构和尺寸精度表面质量分析 10

2.3.1塑件的结构设计 10

2.3.2塑件尺寸及精度 11

2.3.3塑件表面粗糙度 11

2.4计算塑件的体积、质量 11

第3章塑件成型方案设计 12

3.1分型面选择 12

3.2型腔数的确定 13

3.3型腔布局 13

3.4浇注系统的类型和位置的选择 13

3.4.1浇注系统组成 13

3.4.2确定浇注系统的原则 14

3.5成型零件结构设计 14

3.5.1型腔设计 15

3.5.2型芯设计 15

3.6侧向抽芯机构类型设计 16

3.6.1侧滑块抽芯机构 16

6.侧抽芯机构的抽芯距 17

3.6.2斜滑杆侧抽芯机构设计 17

3.7脱模机构的设计 18

3.7.1脱模机构的选择 18

3.7.2推管推出机构设计 19

3.8导向与定位机构设计 20

3.9排气及引气系统的设计 21

3.10模温调节系统的设计 22

温度调节对塑件质量的影响 22

3.11模架选用 23

3.11.1确定模具的基本类型 23

3.11.2模架的选择 23

第4章模具零件设计 25

4.1模具成型零件尺寸计算 25

4.2模具强度与刚度校核 28

4.3脱模力的计算 28

4.4浇注系统的设计 29

4.4.1主流道的设计 29

4.4.2分主流道的设计 30

4.4.3浇口的设计 30

4.4.4拉料杆的设计 31

4.4.5冷料井的设计 31

4.5模具冷却系统的设计 32

第5章注射机的选用及相关参数的校核 33

注射成型工艺过程分析 33

5.1相关参数 35

海天HTF80XB注塑机参数 35

5.2最大注塑量校核 35

5.3锁模力校核 36

5.4模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 36

5.5开模行程校核 37

第6章模具结构总图 38

总结 39

致谢 40

参考文献 41

第1章绪论

模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。

“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。

在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。

用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。

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。

模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。

1.1塑料简介

塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。

可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。

塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。

另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能[1]。

塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。

1.2注塑成型及注塑模

将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。

其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。

除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。

它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。

因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。

但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。

要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。

注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。

注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。

首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。

注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。

注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。

定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。

注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。

一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成[2]。

注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。

注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。

注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。

注射成型有三大工艺条件，即：

温度、压力、时间。

在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。

塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。

这是发展的必然趋势。

注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。

传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。

目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。

其中MOLDFLOW软件包括三个部分：

MOLDFLOWPLASTICSADVISERS（产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOWPLASTICSINSIGHT（注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOWPLASTICSXPERT（注射成型过程控制专家，简称MPX）。

采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。

这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义[3]。

第2章塑件分析

2.1塑件图

在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。

本设计课题-牙具盒如图所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构较为简单，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。

牙具盒三维立体图

2.2塑件的材料分析

2.2.1塑料材料的基本特性

PP是一种半结晶性材料。

由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PP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PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。

PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。

PP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。

PP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PP进行改性。

PP的流动率MFR范围在1~40。

低MFR的PP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，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。

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PP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。

PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。

2.2.2塑件材料成型性能

（1）吸湿性小﹐可能发生熔体破裂﹐长期与热金属接触易发生分解。

（2）流动性极好﹐易于成型。

（3）冷却速度快﹐浇注系统及冷却系统应散热缓慢。

（4）成型收缩率范围及收缩率大﹐易发生缩孔﹐凹痕﹐变形﹐方向性强。

（5）注意控制成型温度。

料温低时方向性明显﹐尤其是低温高压时更明显。

模温在50以下时塑件不光泽﹐易产生熔接不良和流痕﹔在90以上时易发生翘曲和变形。

（6）塑件应壁厚均匀﹐避免缺口和尖角﹐以防应力集中。

2.2.3塑件材料主要用途

基于经盈、刚韧、坚固、抗高温、抗化学侵蚀等优点，PP适合注塑多种产品，包括汽车表板、缓冲器、瓶箱、洗衣机内壳、厨房用品、纺织线轴、工具手柄等。

目前，汽车业大量应用PP，用以制造缓冲器及仪器板。

这些仪器板通常均已填入如滑石/玻璃合成物等填料。

高度结晶的PP也日益受欢迎，因为其结晶程度可以令热塑性塑料更加坚硬、更能抵抗高温或破坏、PP亦适宜制造安全带及支柱。

含有新PP料的填充级可制造洗衣机内壳和外壳、雪柜和洗碟机的外壳，充份利用其抗热能力。

亦有特别等级可供选用。

2.3塑件的结构和尺寸精度表面质量分析

2.3.1塑件的结构设计

（1）、脱模斜度

由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。

为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。

脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。

斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。

通常塑件的脱模斜度约取0.5～1.5，塑件材料PP的型腔脱模斜度为0.35～130/，型芯脱模斜度为30/～1。

（2）、塑件的壁厚

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。

塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。

一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。

因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。

但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。

选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。

塑件壁厚一般在1～4，最常用的数值为2～3。

本产品壁厚均匀，周边和底部壁厚均为4左右。

（3）、塑件的圆角

为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。

在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5～1的圆角。

一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。

（4）、孔

塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。

但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。

由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。

2.3.2塑件尺寸及精度

塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。

从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。

该塑件的材料为PP，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。

塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。

为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。

由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。

根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献[2]表3-2塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。

根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT5级精度。

2.3.3塑件表面粗糙度

塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。

这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。

塑料制品的表面粗糙度一般为Ra0.02～1.25之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra0.01～0.63。

模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。

2.4计算塑件的体积、质量

本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，在UG软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的体积169.6，因PP的密度为0.90，即可以得出该塑件制品的质量约为152.6。

第3章塑件成型方案设计

3.1分型面选择

将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们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分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。

合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。

选择分型面时，应从以下几个方面考虑：

1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

2）使塑件在开模后留在动模上；

3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；

4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；

5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；

6）使塑件易于脱模。

综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧。

分型面的选择

3.2型腔数的确定

因为本设计牙具盒结构简单，生产量大，塑件的尺寸较大，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模一腔，进行加工生产。

3.3型腔布局

型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使型腔每个区域都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满型腔,使塑件内在质量均一稳定。

这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道，以求达到良好的浇注质量。

型腔布局由图所示。

型腔布局方式

3.4浇注系统的类型和位置的选择

浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通点浇口浇注系统。

正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。

3.4.1浇注系统组成

普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分：

1－主浇道2－第一分浇道3－第二分浇道4－第三分浇道

5－浇口6－型腔7－冷料穴

3.4.2确定浇注系统的原则

在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：

a）、塑料成型特性：

设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。

b）、模具成型塑件的型腔数：

设置浇注系统还应考虑到模具是一模单腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。

c）、塑件大小及形状：

根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。

d）、塑件外观：

设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。

e）、冷料：

在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施[6]。

3.5成型零件结构设计

模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。

构成模具型腔的零部件称成型零部件。

一般包括型腔、型芯、型环和镶块等。

成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。

成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。

成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。

3.5.1型腔设计

型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。

本设计中采用嵌入式型腔，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。

不过模具加工起来比较困难，要用到数控加工或电火花加工。

型腔

3.5.2型芯设计

本设计中零件结构较为简单，深度不大，经过对塑件实体的研究，采用嵌入式型芯。

这样的型芯加工方便，便于模具的维护型芯与动模板的配合可采用。

型芯型腔

3.6侧向抽芯机构类型设计

3.6.1侧滑块抽芯机构

一般指的模具的行位机构，即凡是能够获得侧向抽芯或侧向分型以及复位动作来拖出产品倒扣，低陷等位置的机构。

下图列出模具的常用行位结构。

从作用位置分为下模行位、上模行位、斜行位（斜顶）

从动力来分，为机动侧向行位机构和液压（气压）侧向行位机构

1.滑块的设计

滑块设计的要点在于滑块与侧向型芯连接以及注射成型时制品尺寸的准确性和移动的可靠性，滑块分为整体式和组合式两种。

滑块材料常用45钢或T8、T10等制造，要求硬度在HRC40以上。

2.导滑槽设计

导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合，一般采用H8/f8。

滑块的滑动配合长度通常要大于滑块宽度的1.5倍，而保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合长度的2/3，导滑槽材料通常用45钢制造，调质至HRC28～HRC32，

3.滑块定位装置设计

由于我们采用的是后模行位的形式，根据生产的实际情况，采用行位压板的方式，主要作用为固定与导向作用。

4.楔紧块设计

楔紧角β应比斜导柱的倾斜角α大2°

～3°

。

5.侧抽芯机构的结构形式

斜导柱和滑块在模具上因安装位置不同，组成了抽芯机构的不同结构形式。

1）斜导柱在定模上、滑块在动模上的结构

A、设计时必须注意，滑块与推杆在合模复位过程中不能发生“干涉”现象。

所谓干涉现象是指滑块的复位先于推杆的复位致使活动侧向型芯与推杆相碰撞，造成活动侧向型芯或推杆损坏。

B、如果发生干涉，常用的先复位附加装置有弹簧先复位、楔形滑块先复位、摆杆先复位等多种形式。

2）斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构

3）斜导柱和滑块同在定模上

4）斜导柱和滑块同在动模上

6.侧抽芯机构的抽芯距

型芯从成型位置到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离叫理论抽芯距，用S′表示。

为了安全起见，实际抽芯距离S通常比理论抽芯距离S′大于1～3mm，即

S=S′+（1～3）mm

本次设计中S′=2=1mm，所以S取5mm符合要求。

3.6.2斜滑杆