铅笔芯盒的塑料模具设计毕业设计论文.docx
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铅笔芯盒的塑料模具设计毕业设计论文
毕业设计（论文）
题目:
铅笔芯盒的塑料模具设计
院（系）：
机电学院
专业模具设计与制造
毕业设计（论文）任务书
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院（系）
毕业设计（论文）题目
任务与要求
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年月日至年月日共周
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职称
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实施情况总评
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不够
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适中
不够
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丰富
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很有价值
一般
价值不大
学生是否按计划进度独立完成工作任务
学生毕业设计（论文）工作进度填写情况
指导次数
学生工作态度
认真
一般
较差
其他检查内容：
存在问题及采取措施:
检查教师签字:
年月日
院（系）意见
（加盖公章）:
年月日
摘要
注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。
本课题就是将塑料铅笔芯盒作为设计模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。
通过对塑料铅笔芯盒成型工艺的正确分析，设计了一副一模一腔的塑料模具。
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零部件称为成型零件，包括前模板、前模仁、后模板、后模仁、后模镶件、斜导柱、滑块等的设计与加工工艺过程。
成型零部件在工作时直接与塑料接触，在一定的温度下承受熔体的高温和高压，因此必须要有合理的结构、较高的强度和刚度、较好的耐磨性、正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。
重要零件的工艺参数的选择与计算，推出机构与浇注系统以及其它结构的设计过程。
设计成型零部件时，应根据塑料的特性、塑件的结构和使用要求，确定型腔的总体布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统、排溢系统等，然后根据加工工艺和装配工艺的要求进行成型零部件的结构设计，计算成型零部件的工作尺寸，对关键的成型零部件进行强度和刚度校核。
关键词：
塑料模具；注射成型；模具设计；
Abstract
Injectionmoldingisanimportantmethodofplasticmolding,whichismainlyappliedtothermoplasticmolding,canbeacomplexshapeformingofprecisionplasticparts.Theissueistheplasticpencilcoreboxasthedesignmodel,willinjectionmold-relatedknowledgeasabasistoexplaintheprocessofplasticinjectionmolddesign.
Plasticpencilcoreboxontherightmoldingprocessanalysis,designofacavityofamoldofaplasticmold.PlasticMolddecidedtogeometricshapeandsizeofthepartsasmoldedparts,includingtheformertemplate,beforethemold,afterthetemplate,afterthemold,afterthemoldinserts,BevelPillar,slider,etc.DesignandManufactureofprocess.Moldingpartswithplasticindirectcontactwiththework,atacertaintemperaturetowithstandhightemperatureandhighpressuremelt,itmusthaveareasonablestructure,highstrengthandrigidity,goodwearresistance,thecorrectgeometry,highdimensionalaccuracyandlowsurfaceroughness.Importantpartoftheprocessparameterselectionandcountthebodiesandthegatingsystemandotherstructuraldesignprocess.
Designmoldingpartsshouldbeundertheplasticpropertiesofthestructureanduseofplasticpartsrequiredtodeterminetheoveralllayoutofthecavity,selectsub-surfacetodeterminethestrippingmethod,designedgatingsystem,overflowsystems,scheduling,andthenprocessingandassemblyprocessrequirementsofformingcomponentsstructuraldesign,calculationoftheworkofformingpartssize,theshapeofkeypartsforStrengthandRigidity.
Keywords:
plasticmold;injectionmolding;molddesign.
绪论
模具是工业产品生产用的工艺装备，主要用于制造业。
它是和冲压、锻造、铸造成型机械，以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成形加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。
模具属于精密机械产品，主要由机械零件和机构组成，包括成形工作零件（凸模与凹模）、导向零件（导柱与导套）、支承零件（模架）及定位零件等，以及送料机构、抽芯机构、推（顶）料（件）机构、检测与安全机构等。
为提高模具的质量、性能、精度和生产效率，缩短模具制造周期，模具多采用标注零、部件，所以模具属于标准化程度较高的产品。
一副中小型冲模或塑料注射模中，其标准零、部件可达90%，其工时节约率可达25%～45%。
第1节选题的依据及意义
随着现代化工业和科学技术的发展，模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强。
模具的制造水平已成为工业国家制造工艺水平的标志。
另外，模具是进行成形加工极少、无切屑加工的主要工装，在大批、大量加工中，可使材料利用率达90%或以上。
现代工业产品的零件，广泛采用冲压、锻造成型、压铸成型、挤压成型、塑料注射或其它成型加工方法，和成形模具相配套，经单工序或多道成型工序，使材料或坯料成型加工产品要求的零件，或称为精加工前的半成品件。
其中注射成型已经成为当今市场上最常用、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。
所以我选空调遥控器注塑模具设计作为我毕业设计的课题。
通过本课题的设计，将会在下述基本能力上得到培养和锻炼
（1）塑料件制品涉及及成型工艺的选择
（2）一般塑料件制品成型模具的设计能力（3）塑料制品质量分析及工艺改进、塑料模具结构改进设计的能力（4）掌握模具设计常用的绘图软件（AutoCAD）及同实际设计的结合的能力（5）使自己在文档组织与检索方面的能力得到提高（6）掌握写论文的一般步骤及格式方法，同时提高自己的学习、思考、解决问题的能力，因为注塑模具对我来说是一个新的领域。
第2节国外模具工业的现状及发展
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，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。
国外模具发展的趋势[1]在以下几方面：
一、模具设计技术
（1）工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计软件进行模具的结构设计，并普及了计算机绘图。
据有差资料介绍,美国和日本的模具厂已使用了技术。
（2）在注塑模具设计中，已开始普及应用计算机辅助工程分析软件，对塑料的流动、填充、冷却情况及模具的浇口配置、浇道大小、冷却加热系统和模具的刚度、强度等进行科学的分析和计算，从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍（3）国外的注塑模具中，多型腔、多层、大型精密模具已占50%，不仅提高了生产效率，而且节省了大量塑料原料。
二、模具加工技术
（1）国外已大量使用数控机床，应用计算机辅助加工软件和数控编程技术对模具，特别是对具有复杂型腔（三维曲面）的模具进行加工，使模具的质量和附加值大为提高。
模具的加工周期减少6倍以上，成本降低3成以上，生产效率提高60%以上。
（2）为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求，国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进了实用阶段。
（3）模具标准化程度日益提高，模具标准模架及模具标准件的应用日益普及，已实现商品化。
（4）模具结构更多地采用新技术，如注塑模具的热流道技术等。
（5）针对不同制品的要求，开发出适用于各种不同模具的专用模具钢，并实现商品化。
（6）根据模具生产的特点，模具企业向小而专的方向发展。
如日本现约有11656家模具企业，其中100人以下的小厂约有11142家，占总数的95.5%，百人以上的仅有65家，占总数的0.54%。
韩国约有1570家模具企业，其中多于百人的企业仅占总数的9%。
新加坡有460家模具企业，其中多于百人的企业仅占总数的3%。
第3节我国模具工业技术概况及其主要发展方向
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，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。
近30年里中国经济产生巨大影响的因素，对我国模具产业的发展也一直起着促进作用。
它与长期向好的中国宏观经济一样，成为模具产业近30年来持续快速发展的最好注解。
国际模具及五金塑胶产业供应商协会常务秘书长罗百辉表示，我国目前处于工业化的中期[2]，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、压铸、注塑等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对模具市场的巨大需求。
中国已经超过日本，成为世界第一大模具市场，预计2015年模具产值将超过2500亿元。
根据国内和国际模具市场的发展状况，手板模型华曙高科专家分析未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：
（1）模具日趋大型化；
（2）模具的精度将越来越高；
（3）多功能复合模具将进一步发展；
（4）热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；
（5）气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；
（6）模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛；
（7）快速经济模具的前景十分广阔；
（8）压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；
（9）塑料模具的比例将不断增大；
（10）模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。
第1章铅笔芯盒结构与工艺分析
第1节塑件分析
1.1.1铅笔芯盒立体图
如图1-1所示
图1-1铅笔芯盒
1.1.2塑件
1.塑件材料名称
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）；
2.色调
微黄色；
3.生产纲领
大批量；
4.塑件的结构
该塑件外形为内有圆形凹腔的六方体和外有圆形凸台的零件，塑件圆形凹腔壁厚为2mm，圆形凸台壁厚为1mm高为8mm，六方体边长约为6.93mm高为22mm,其中面与面之间的圆角为0.5，脱模斜度为30
～1°30
（取1°），采用一般精度等级MT5级。
第2节材料分析
1.2.1铅笔芯盒的原料丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）
1.物料性能
ABS无毒、无味、程微黄色且成型塑件有较好光泽性的材料，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、化学稳定性和电气性能。
易于成型加工，但缺点是耐热性不高，连续工作温度为70℃左右，热变形温度为93℃左右，且耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆，但易于成型加工。
2.成型性能
（1）无定形料，吸湿大，需干燥，不易分解；
（2）流动性中等，易发生填料不良，粘模，收缩，熔接痕等；
（3）宜高压注射，在不出现缺陷的条件下取高料温、高模温，已增加流动性；
（4）模具浇注系统应光洁，脱模斜度大，顶出均匀，防止产生气泡；
（5）注意控制成型温度，以降低内应力，改善透明性和强度；
（（6）塑件应壁厚均匀，避免缺口，尖角，以避免应力集中；
1.2.2收缩率
ABS的收缩率为0.3%～0.8%，在设计本产品时，结合产品的结构工艺特点和材料的特性，在本设计中，零件的收缩率为0.5%。
1.2.2、ABS塑料的主要技术指标表2-1
表2-1ABS的性能指标
密度/g·cm-3
1.02～1.05
屈服强度/MPa
50
比体积/cm3·g-1
0.8～60.98
拉伸强度/Mpa
38
吸水率（%）
0.2～0.4
拉伸弹性模量/Mpa
1.8×10
熔点/。
C
130～160
拉弯强度/Mpa
80
计算收缩率（%）
0.3～0.8
抗压强度/Mpa
53
比热容/J·（kg·C）
1470
弯曲弹性模量/Mpa
1.4×10
1.2.3（ABS）的注射成型工艺参数
查《实用模具技术手册》，确定ABS塑料的注射工艺参数如下:
注射机类型：
螺杆式
螺杆转速：
30～60r/min
喷嘴形式：
直通式
喷嘴温度：
180～190℃
料桶前端温度：
200～210℃
料桶中段温度：
210～230℃
料桶后段温度：
180～200℃
模具温度：
50～70℃
注射压力：
70～90
保压力：
50～70
注射时间：
3～5s
保压时间：
15～30s
冷却时间：
15～30s
成型周期：
40～70s
以上参数在试模时可以做适当调整。
第2章注塑设备选择
第1节塑件体积和质量的估算
该产品大批量生产故设计的模具要有较高的注塑效率，故可采用侧浇口自动脱模结构。
由于塑件较小，所以模具采用一模8腔结构，浇口形式采用侧浇口。
2.1.1计算塑件体积
由第1章可知塑件材料ABS的密度为1.02～1.05
，收缩率为0.3%～0.8%，根据塑件的结构分析密度取
，平均收缩率为0.5%。
经测绘初步估算得
塑件体积
=124.71×22－3.14x36×22+3.14×36×49－3.14×36x8=0.583cm
；
取塑件体积
=0.58cm
塑件质量
=
ρ=0.58cm
×
=0.604g；
2.1.2浇注系统凝料体积的初步估算
可按塑件体积的0.6倍估算，由于该模具采用一模八腔。
1.所以浇注系统凝料体积为
V
=8
×0.6=2×0.58×0.6=2.8cm
；
2.该模具一次注塑所需塑料的体积为
V
=8
+V
=8×0.58+2.8=7.47cm
;
M=1.05×7.47=7.84g
根据计算得出的一次模具型腔的塑料总质量M=7.84g，则有：
M/0.8=9.8g。
根据以上的计算，初步选定公称注射量为20g。
第2节注塑机型号的选定
根据塑料制品的体积与质量，以及成型工艺参数初步选定注塑机的型号为注射机型号为SYS-20直角式注射机，主要技术参数见表2-1。
2.2.1注塑机的主要技术参数
表2-1
注
射
装
置
螺杆直径/mm
40
螺杆转速/（r·
）
10～140
理论注射容量/cm
20g
注射压力/Mpa
120
注射速率/（g.s-1）
110
塑化能力/（g·s）
45
锁
模
装
置
锁模力/KN
200
模板行程/mm
—
模具最小厚度/mm
50
模具最大厚度/mm
250
定位孔直径/mm
100
喷嘴伸出量/mm
—
喷嘴孔径/mm
3
喷嘴圆弧半径/mm
12
模板尺寸/mm
160×200
SYS-20注射机技术参数
2.2.2型腔数量的校核
1按注射机的最大注射量校核型腔数目
n≤
；
上式右边≈22≥8，符合要求。
式中
——注射机的最大注射量，cm3（g）
——浇注系统凝料量，
——单个塑件的容量或质量，
2.按注射机的额定锁模力确定型腔数目
注射机在充模过程中产生的胀模力主要作用在两个位置：
在两瓣合模上的作用面积约为A
≈24×135=3240mm
；
瓣合模与支撑板的接触处的作用面积A
≈17×135=2295mm
；
n≤
上式右边≈9.67≥8符合要求；
式中F——注射机的额定锁模力（N），该注射机为2×10
N；
A
——2个塑件在模具分型面上的投影面积（mm
）,A
=8A
=998mm
；
A
——浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm
）,A
=0.35A
=349mm
；
P
——塑料熔体在模腔内的平均压力（MPa）,通常型腔压力为20―40MPa,该处取压力为25MPa；
第三章拟定模具结构形式
第1节分型面位置的确定
在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。
在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。
分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具设计制造都有很大的影响。
因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。
3.1.1分型面的选择原则
1.有利于保证塑件的外观质量；
2.分型面应选择在塑件的最大截面处；
3.尽可能使塑件在动模一侧；
4.有利于保证塑件的尺寸精度；
5.有利于简化模具结构；
6.有利于排气；
该塑件在模具设计时已经充分考虑了上述原则，同时根据提供的塑件实体并无侧边凹凸和槽，所以分型时只需轴向抽芯分型。
3.1.2分型面的选择及模具结构
充分考虑以上条件及有利于工艺操作，将分型面选择在塑件下表面如图3-1所示
3-1铅笔芯分型面的形状和位置
1定模.2.动模。
第2节确定型腔排列方式
当塑件分型面确定之后，就需要确定该形腔的排列方式，因该模具是多形腔，所以通常采用圆形、H形、直线型、及复合排列等，设计时因注意以下几点：
1.尽可能采用平衡式排列，以确保塑件质量的均匀和稳定；
2.形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；
3.形腔排列应尽量紧凑；
4.形腔圆形排列占模板尺寸大，加工麻烦；
综上所述，该模具采用H形平衡式排列方式，如图3-2所示。
3-2形腔布局
第四章浇注系统形式和浇口设计
浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。
因此在设计浇注系统时，应遵循以下设计原则：
1.浇口设在不影响塑件外观质量的部位；
2.浇注系统应适应塑料的成型特性，以保证成型周期和塑件质量；
3.浇注系统应根据形腔数和布局确定；
4.浇注系统应成型塑件的形状和尺寸确定
5.浇注系统应尽量采用短的流程，减少热量和压力的损耗以及节约材料；
6.浇注系统应有利于排气，并防止型芯的变形及镶件的位移；
7.浇注系统应考虑注射机的安装尺寸，以防止单边安装；
8.浇注系统的设计，要考虑便于修整浇口，以保证塑件质量。
第4.1节主流道设计
主流道是从注射机喷嘴与模具接触的部位开始到分流道为止的一段通道。
在立式注射机上主流道垂直与于分型面，一般设计为圆锥形，以便于使凝料顺利的从主流道拔出。
4.1.1主流道尺寸
1.主流道小端直径d=3（注射机喷嘴直径）+（0.5～1）
取d=4mm；
2.主流道球面半径SR
=12（注射机喷嘴球头半径）+（1～2）mm
取SR
=13；
3.球面配合高度h=3mm～8mm取h=3mm；
4.主流道长度由标准模架结合该模具结构取L=40mm
5.主流道大端直径D=d+2tanα≈7.26（取锥角α=3°）
D=7mm；
4.1.2主浇道形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触属易损件，但该塑件的结构工艺性较简单，所以浇口套选用一般材料T8A，硬度40-45HRC,图4-1所示。
图4-1浇口套
第2节分流道设计
主流道与浇口之间的通道为分流道。
在多形腔的模具中分流道是必不可少的，在单型腔的模具中，有时可省去分流道。
4.2.1分流道选取原则
1.尽量减少在流道内的压力和温度损失；
2.保证塑料均匀而迅速的进如形腔内；
3分流道的长度应尽可能的短，容积小；
4分流道的固化时间应必塑件固化时间短，以便于压力的传递；
5.便于加工简单；
结合该塑件的结构特点和上述选取原则，该塑件的横截面宜采用梯形，因梯形加工简单并使熔料能平稳的转换流向形腔。
4.2.2分流道的长度
梯形分流道的长度L=（1～2.5）D=7～17.5mm
式中D-主流道大端直径（mm）但L应不小于8mm;；
结合该塑件的结构特点和上述选取原则，该塑件的横截面宜采用梯形，因梯形加工简单并使熔料能平稳的转换流向形腔。
4.2.3分流道的形状及尺寸
参考《模具设计与加工速查手册》表5-15常用分流道系列尺寸可知，该模具分流道结构尺寸如图4-2所示：
4-2分流道形状与尺寸
第3节主流道冷料穴设计
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