电热水壶底座注塑模设计.docx

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电热水壶底座注塑模设计

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

电热水壶底座注塑模设计

学院名称：

机械工程学院

专业：

材料成型和控制工程

班级：

材料成型

姓名：

学号

指导教师：

职称

定稿日期：

2014年5月4日

摘要

塑料工业是当今世界上发展速度最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较为快的一个种类，因此，研究注塑模具的生产过程对了解塑料产品的生产过程和提高塑料产品质量有很大意义。

本次产品设计介绍了注射成型的基本原理，特别是双分型面注射模具的设计结构与工作原理，对注塑产品提供了基本的设计原则，并详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，同时对模具强度要求做了说明。

设计出成型零部件以及合理的设计推出机构。

对设计进行验证主要目的是对注射机的相关重要参数进行验证，包括它的模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模力等等。

在校验合格后，并完成成型零件加工工艺过程的制定，既要保证塑件的质量，又要兼顾经济性。

最后就是模具的装配环节，包括给定装配步骤、明确注意事项等

关键词：

生产工艺注射模成型零件装配塑料模具分型面

Abstract

Plasticindustryisgrowsnowoneofquickestindustryclassesintheworld,butcaststhemoldisdevelopmentquicktype,therefore,theresearchcaststhemoldtounderstandtheplasticproducttheproductionprocessandimprovestheproductqualitytohavetheverybigsignificance.

Thisdesignintroducedtheinjectiontakesshapethebasicprinciple,speciallysingleisdividedtheprofiletoinjectthemoldthestructureandtheprincipleofwork,tocasttheproducttoproposethebasicprincipleofdesign;Introducedindetailthecoldflowchannelinjectionevilspiritmoldpoursthesystem,thetemperaturecontrolsystemandgoesagainstthesystemthedesignprocess,andhasgiventheexplanationtothemoldintensityrequest.Designshapedparts，reasonabledrawingmechanismandsoon．

Thedesignshouldbecertification．Primarilyrelatedtotheinjectionmachineofimportantparametersforthecertificationincludingdieclosethicknesssizes，thenamedistance，injectionmachineofthediedrawforceandsoon．AfterQualifiedincheck，themoldingpartsmachiningprocessdesignmustensurethatthequalityofSupervisiontakingintoaccounttheeconomy．

Finalassemblyispartofthemold，whichincludingthedesignofassemblysteps，

clearproceedingrequiredattention．

Throughthisdesign,maytocastthemoldtohaveapreliminaryunderstanding,notesinthedesigncertaindetailquestion,understandsthemoldstructureandtheprincipleofwork;ThroughtothePROGRAMstudy,mayestablishthesimplecomponentsthecomponentsstorehouse,thuseffectiveenhancementworkingefficiency.

Keyword:

ManufactureprocessInjectionmoldShapedpartsTheplasticmoldDividestheprofile

1引言

1.1模具行业和产品发展现状

随着时代的发展，在家用电器行业中，塑料制件凭借它特有的质轻、耐腐蚀能力强，色泽艳丽，以及生产过程简单、成本低，效力高和加工性能好等优点，已经取代了部分金属制件。

其模具设计是保证高质量塑料制件生产的重要前提。

比如笔记本电脑、移动电话和个人数字助理等产品更新换代的速度非常快，产品的设计理念正朝着“轻、薄、短、小”方向发展，同时人们对这些产品的需求量也正在快速增长。

于是，薄壁注塑成型技术得到迅速发展。

薄壁注塑成型技术已引起人们的高度重视，以美、德和日本等国为首的发达国家纷纷投资大力开发研究该技术。

它已经成为塑料成型行业中的一个新的研究热点，是一项具有深远意义和重要作用的未来技术。

塑料是20世纪才发展起来的一种新材料，目前世界上塑料的体积产量已经赶上并且超过了钢材，成为当前人类使用的一大类材料。

我国的塑料工业正在飞速发展，塑料产品的应用已深入到了国民经济的各个部门。

塑料产品的普和应用推动了塑料模具得到快速发展。

我国塑料模具在近期已经得到了快速发展，成果主要有：

在大型塑料模具中已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，在精密塑料模具中精度已达到2um，甚至制件精度很高的小模数齿轮模具和达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，其中多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模；而高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具和主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。

从生产手段上，企业上模具设备的数控化率已有了较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为广泛，高速加工和RP/RT等先进技术的使用也已越来越多，模具标准件的使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高，内热式或外热式热流道装置得以采用，也有少数单位采用了在世界具有先进水平的高难度针阀式热流道模具，它能完全消除制件的浇口痕迹。

气体辅助注射技术在生产中已成功得到应用。

虽然塑料模具在我们国内的发展较为迅速，可是由于我国模具行业本身起步较晚，相比发达国家的模具设计制造水平，我国还存在很大问题，比如说发展不平衡，产品总体水平较低。

工艺装备落后，组织协调能力差。

大多数企业开发能力弱，创新能力不足。

供需矛盾一时还难以解决。

体制和人才的问题解决还需要时间。

为此，学习、研究塑料模具具有其意义。

通过本次毕业设计对塑料模具相关知识进一步的巩固和学习。

通过分析塑料分型面、进料点位置，拔模斜度和顶出机构等一系列问题，对模具结构进行合理设计。

并结合相关软件的应用，实现优化模具设计。

1.2选题意义图表1

由于新材料、新工艺、新技术的不断发展，促使模具设计技术不断进步，对模具设计的要求越来越高，对磨具设计人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。

通过各种渠道培养更多的模具人才，搞好技术创新，是不断提高我国磨具师和制造以及维修的一个关键途径。

这次的毕业设计通过对一个热水壶底座的塑料产品和其模具的设计，锻炼对塑料产品的设计和成型工艺的选择能力；塑料产品成型模具的设计能力、塑料产品的质量分析和工艺改进能力、塑料模具结构改进设计能力，熟悉了模具设计中经常使用的商业软件。

1.3设计任务

1．热水壶底座设计：

采用美的事国PTC公司研发的软件Pro/ENGINEER设计出该产品的3D图，在选择该塑件的材料为ABS的前提下，通过德国西门子公司提供的软件UG来导出相应的模架图；

2．产品工艺性分析：

分析热水壶底座的结构，看塑件是否能顺利完成注射、冷却、脱模过程，成型强度、刚度以和使用寿命是否满足正常使用的要求，找出不足之处，对热水壶底座作出结构上的修正，直到满足这些条件为止；分析产品的最佳浇口位置在哪，流动是否平衡；

3．注塑设备选择：

根据现有的设备，通过计算说明从中选择合适的注塑设备；

4．确定分型面：

根据塑料件的几何形状，尺寸精度上的要求，加上脱模方式等选择合适的分型面；

5．选择模架：

模架为标准件，根据相应的磨具尺寸选择合适的即可；

6．浇道系统设计：

通过分析确定流道系统的设计参数和要求和浇口位置；

7．成型件设计：

合理的设计成型零件，确定模腔的数量和其排列方式,塑件需要用到外侧抽芯,所以这里还要设计抽芯件；

8．冷却系统设计与计算：

冷却水孔的位置及其数量与冷却效果有着密切的关系，在确定的同时，应尽可能地靠近型腔但不能发生干涉；

9．抽芯机构设计：

热水壶底座采用的是侧滑块侧向抽芯机构；

10．绘制2D模具图纸，包括模具的装配图纸和成型零件的图纸。

2塑件的工艺性分析

2.1塑件的分析

2.1.1塑件的结构

塑件结构如图2-1（2D图）和2-2（3D图）所示：

图2-1（热水壶配件2D图）

图2-2（热水壶配件3D图）

整个塑件的结构以及其表面形状较为简单，主要的壁厚尺寸是2mm，中间衔接部分以小圆弧过渡。

塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷，表面挺括清晰，无飞边，无明显收缩痕迹，脱模斜度28°-1°。

2.1.2壁厚分析

塑件的壁厚对塑件质量的影响非常的大。

壁厚太小了，充模困难；壁厚太大了，即浪费原料，又会增加冷却时间，更重要的是塑件会产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。

本材料为ABS,查相关手册，壁厚在其最小壁厚范围之内，所以非常合理。

2.1.3圆角分析

为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，改善熔体的流动情况且便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，应采用圆弧过渡。

塑件的圆角半径一般不小于0.5mm。

其设计原则：

一般外圆弧半径应是厚度的1.5倍，内圆弧半径应是厚度的0.5倍。

2.2塑件的材料分析

关于ABS材料的介绍：

全名:

丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物

英文名称:

Acrylonitrile-butadine-styrene（简称ABS）

2.2.1ABS工程材料的性能分析

ABS是一种由丁二烯、苯乙烯和丙烯腈三种化学单体合成的材料。

每种单体都具有不同特性：

丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度和高强度；丙烯腈有高强度、热稳定性和化学稳定性。

从形态上看，ABS是一种非结晶性材料。

三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。

ABS的特性主要取决于三种单体的分子比率以和两相中的分子结构。

这就在产品设计上具有很大的灵活性，并且因此而产生了市场上百种具有不同品质的ABS材料。

这些不同品质的材料提供了其特有的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。

ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以和很高的抗冲击强度。

ABS是一种无毒，微黄色综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%-0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到0.2%-0.4%，而且绝少出现塑后收缩。

同时ABS具有良好的成型加工性，产品表面光洁度很高，且具有良好的可涂装性和染色性，同时可电镀成多种色泽。

2.2.2ABS的注射成型过程和工艺参数

1）注射成型过程

（1）成型前的准备。

干燥处理：

ABS材料具有吸湿性，要求在生产加工之前对其进行干燥处理。

建议干燥条件为80～90℃下干燥不得少于2小时。

材料温度应保证小于0.1%。

熔化温度：

210～280℃；建议温度：

245℃。

模具温度：

25～70℃。

（模具温度会对塑件光洁度照成影响，温度较低的时候会导致光洁度较低）。

注射压力：

500～1000bar。

注射速度：

中高速度。

表2-1ABS的性能参数

密度（g/）

1.03－1.07

计算收缩率（%）：

0.3－0.8

吸水率（%）：

0.2－0.4

熔点（℃）：

130－160

热变形温度（℃）：

90－108

拉伸弹性模量（Mpa）：

1.8×

弯曲强度（Mpa）：

80

硬度（HB）：

11

体积电阻率：

9.7

击穿电压（KV/mm）：

6.9×

（2）注射过程。

塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。

2.3塑件模流分析

2.3.1分析的总体结果

表2-2采用Moldflow软件进行模流分析，分析的结果如下：

注射压力

180.00MPa

熔体温度

230.00deg.C

模具型腔侧温度

75.00deg.C

模具型芯侧温度

75.00deg.C

注射时间

0.70s

保压时间

10.00s

保压压力

144.00MPa

冷却时间

20.00s

充填时间

0.70s

环境温度

25.00deg.C

表2-1总体参数

2.3.2分析结果的图片

分析结果的图片如下所示：

图2-3最佳浇口位置图2-4剪切应力

图2-5填充结束时的冷冻层因子图2-6填充结束时的压力

图2-7填充结束时的总体温度图2-8填充区域

图2-9充填时间图2-10达到顶出温度的时间

图2-11顶出时的体积收缩率图2-12冷冻层因子

图2-13剪切速度，体积图2-14料流量

图2-15流动前沿温度图2-16流动速率，柱体

图2-17气穴图2-18缩痕，指数

图2-19锁模力图2-20锁模力质心

图2-21体积收缩率图2-22推荐的螺杆速度

图2-23心部取向图2-24压力

图2-25注射位置处压力图2-26总体温度

2.3.3模流分析结论

1.浇口位置选择：

本设计实际的浇口位置不是选在模流分析中最佳浇口的位置处，而是开设在热水壶配件的侧壁上，把进料浇口设计在此处的原因是：

虽然经模流分析所得最佳浇口位置应该是塑件的上端圆环柱的中心处，即图2-4中的蓝色显示的那一块。

困气现象：

注射过程中会存在一些气体不能够很好的排除而困在模腔里面，使得流体不能够填充满整个模腔，因此需要在某些位置开设排气槽进行排气，图2-17所示即为模流分析中粉色的地方是易出现气穴的地方，显然可以看出气穴大都是集中在了型腔的内部，并未在塑件的表面上，这是由于熔体填充的过程当中，由于熔体的流向和重力作用致使气穴留在下方，其解决方法是在型芯处，在强度满足的前提下，尽量多的布置推杆，利用推杆与模板的配合间隙来排气和分型面上开设排气槽排气；当然，有些气穴分布在塑件的表面，这些地方一定要注意好排气，在分型面上开设足够的排气槽，从而用以完全排气，以免影响其表面质量。

冷却收缩现象：

该塑件表面上安放了两根冷却水道，直径为10mm,动模板上未安装，因考虑到动模板上有许多顶杆需安装，若再安装水道，可能会产生干涉或者空间位置不足的现象，由模流分析结果可知，塑件因冷却不均所产生的翘曲非常小，满足塑件的进度要求。

小结：

经模流分析可得，本次的模具设计在很大的程度上都符合要求，具有一定的可行性和实用性。

3模具总体结构设计

3.1确定型腔数目和其排列方式

3.1.1型腔数量的确定

虽然该塑件的精度要求不高，但是尺寸比较大，尽管为大批量生产，同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，只能采用一模一腔的结构形式。

3.1.2型腔排列形式的确定

由于该模具选择的是一模一腔，其型腔中心距确定见图和其说明，由于塑件体积大故流道采用对称排列。

如图3-1所示。

图3-1型腔的排列形式

3.2确定分型面

分型面直接决定了模具结构形式的，它与模具的模具的制造和整体结构有着密切的关系，也直接影响着塑料熔体的流动特性和塑料的脱模效果。

由于分型面得选择受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性和精度、形状以和推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等好多因素的影响，因此在选择分型面时应综合考虑。

选择分型面时一般应遵循下面的几项原则：

1、分型面应选在塑件外形轮廓最大处，这样可以保证塑件难呢过从型腔中顺利脱出；

2、确定有利的留模方式，这样可以让塑件顺利脱出；

3、保证塑件的精度要求，通过应尽可能设置在同一半模具型腔内可以实现；

4、满足塑件的外观质量要求，选择分型面时不能对塑件的外观产生不利影响，同时也不能在分型处所产生飞边，要能轻易修整清除；

5、为了便于模具加工制造应尽量选择易于加工的分型面如平直分型面；

6、对成型面积的影响，选择分型面时应尽量减少塑件（型腔）在合模分型面上投影面积，以保证拥有可靠的锁模力不能超过注塑机规定的最大允许的成型面积与锁模力，避免涨模溢料现象；

7、排气效果，分型面应该尽量选择在型腔进行充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁上；

在实际设计中，不可能一下子满足全部上述原则，我们要抓住主要因素，在此前提下确定更为合理的分型面。

根据以上原则，该磨具的分型面如下图3-2分型面所示:

图3-2分型面

3.3确定浇注系统结构

3.3.1主流道形式和位置

主流道的结构

1.整体式主流道

这是一种最简单的主流道模式，是在定模板有整体构成中加工而成，其加工最简单，多适用于简单模具。

2.组合式主流道

如果定模是由两块模板组成，主流道也可在两块模板上分别加工，再组合在一起而成，此形式简单，但要注意保证其同轴度。

3.衬套式主流道

这是目前最常用的主流道结构之一，是镶于模板中跟浇口套类似，适用于所有注塑模具，这种形式，便于加工、拆卸和热处理

主流道的设计原则：

（1）为了方便于浇注系统的凝料从主流道中拉出，主流道多设计成圆锥形，其锥度角为2～4度，对于流动性差的熔料，锥角可取3～6度。

（2）主流道大端呈圆角，常以1～3㎜作为其半径r，这样可以减少熔料在转向过度时的阻力。

（3）主流道的长度应尽可能短，可以减少主流道的凝料，减小压力损失，主流道的长度一般应小于80㎜。

（4）为了使熔融塑料能从喷嘴处完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注塑机的喷嘴紧密对接，其对接处常设计成半球形凹坑，略大于其喷嘴头半径。

（5）主流道的表面应加工尽量光滑，来避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺。

（6）对于流动性好的塑料，如PE等，主流道的尺寸可相应小些，而对于流动