注塑模具毕业设计.docx

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注塑模具毕业设计

你如果认识从前的我，也许会原谅现在的我。

第一章绪论

1.1前言

　　模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备

模具工业是国民经济的基础工业

没有模具

就没有高质量的产品

用模具加工的零件

具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点

因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向

因此

模具技术

特别是制造精密、复杂、大型模具的技术

已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一

　　根据国际生产协会报告

在目前阶段

工业品零件粗加工的75％、精加工的50％都是由模具成型完成的

目前

美国、日本、德国等工业发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值；我国台湾地区模具工业也以每年35％以上的年增长率迅速发展；我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展

尤其是塑料模具

在模具设计和制造水平上都有了长足的进步

1.2模具发展现状及发展方向

1.2.1国内外注塑模具的发展现状

　　近年来我国通过引进国际的先进技术和加工设备

使塑料模具的制造水平比十年前进了一大步

然而由于基础薄弱、对引进技术的吸收、掌握

尚有一段距离

而且发展也十分不平衡

因而

我国塑料模具总体水平与世界先进技术尚有一定差距

塑料成型模具可分为三大类

即注射成型模具、中空成型模具和挤出成型模具

我国现在的制造水平

以注射成型模具为最高

中空成型具为最低

如化妆品用瓶子的吹塑模具

无论从造型以及质量上远不能适应出口要求

　　目前

国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同类产品水平

在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件

纠正了由于成型压缩造成的齿形误差

达到了标准渐开线造型要求

显示管隔离器注塑模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模等精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平

使用CAD三维设计、计算机模拟注塑成形、抽芯脱模机构设计新颖等对精密、复杂模具的制造水平提高起到了很大作用

20吨以上的大型塑料模具的设计制造也已达到相当高的水平

34英寸彩电塑壳和48英寸背投电视机壳模具

汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具

国内都已可生产

国内最大的塑料模具已达50吨

　　虽然在这十多年中注塑模具工业取得了令人瞩目的发展

但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距

精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低

CAD/CAE／CAM按术的普及率不高

许多先进的模具技术应用还不够广泛等

特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距

这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求

因而需要大量从国外进口

　　国外注塑模具制造行业的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化

追求的目标是提高产品质量及生产效率

国外发达国家模具标准化程度达到70％-80％

实现部分资源共享

大大缩短设计周期及制造周期

降低生产成本．最大限度地提高模具制造业的应变能力满足用户需求

　　模具企业在技术上实现了专业化

在模具企业的生产管理方面

也有越来越多的采用以设计为龙头、按工艺流程安排加工的专业化生产方式

降低了对模具工人技术全面性的要求

强调专业化

　　国外注塑成型技术在也向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展

因此

模具向高精度复杂、多功能的方向发展

例如：

组合模、即钣金和注塑一体注塑铰链一体注塑、活动周转箱一体注塑；多色注塑等；向高效率、高自动化和节约能源

降低成本的方向发展

例如：

叠模的大量制造和应用

水路设计的复杂化、装夹的自动化、取件全部自动化

　　我国注塑模具行业与其发展需要和国外先进水平相比

主要存在五大问题：

　　1.发展不平衡

产品总体水平较低

虽然有个别企业的部分产品已达到或接近国际水平

但总体来看

模具的精度、型腔表面粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距

　　2.工艺装备落后

组织协调能力差

虽然部分企业经过近几年的技术改造

工艺装备水平已比较先进

但大部分企业工艺装备仍比较落后

企业的组织协调能力差

难以整合或调动社会资源为我所用

从而就难以承接比较大的项目

　　3.多数企业开发能力弱

一方面是技术人员比例低、水平不够高

另一方面是科研开发投入少

观念落后

对开发不够重视

　　4.供需矛盾一时还难以解决

2003年国产塑料模具国内市场满足率只有74

7％

其中大型、精度、长寿命模具满足率还要低

估计不足60％

市场需求旺盛

生产发展一时还难以跟上

供不应求的局面还将持续一段时间

　　5.体制和人才问题的解决尚待时日

在模具这样竞争性行业中需依赖于特殊用户

需单件生产的行业

国有和集体所有制原来的体制和经营机制已越来越显得不适应

人才的数量和素质水平也跟不上行业的快速发展

各地都重视这两问题

解决尚待时日

1.2.2国内外注塑模具的发展趋向

　　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

"小而专"、"小而精"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

以下的发展趋势也较为明显

　　展望我国塑料模具的未来

笔者以为应从提高技术水平着手

一方面发展专业模具厂的技术优势

使之进一步提高对某一类模具的设计制造水平；另一方面

要不断采用新技术、新工艺

提高模具产品的技术含量

要提高我国的模具技术水平

必须在以下方面加大努力：

1.开发精密、大型、复杂、长寿命的模具

实现模具国产化；

2..加速模具标准化、专业化、商品化生产；

3.大力发展CAD／CAM／CAE、RPM等先进模具设计和制造技术；

4.加大人才培养的力度

使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术

1.3本课题的内容和具体要求

1.3.1本课题的内容

　　根据节流阀接头样品

设计一套注射模具

1.3.2具体要求

　　a、本设计中要注意的问题：

塑件的精度要求为六级

其中配合部位为七级

　　b、计预期的效果：

通过本次设计

熟练掌握模具开发的基础知识

并能熟练应用Auto-CAD

第二章零件材料分析及方案论证

2.1零件的材料及材料的特性

2.1.1零件的材料

　　此零件的材料是增强型PA6.

2.1.2增强型PA6材料的特点

尼龙简写PA、属结晶材料

其特点如下：

优点：

（1）机械强度高

韧性好

有较高的抗拉、抗压强度；

（2）耐疲劳性能突出

经受多次反复屈折仍能保持原有机械强度；

（3）表面光滑

摩擦系数小

耐磨；

（4）耐腐蚀

耐碱和大多数盐液

还耐弱酸

机油、汽油；

（5）无毒

对生物侵蚀呈惰性

有良好抗菌、抗毒能力；

（6）耐热

使用温度范围宽

可在45～100℃下长期使用

短时耐热温度达120～150℃；

（7）有优良电气性能

具有较好的电绝缘性；

（8）制件重量轻

易染色

易成形

缺点：

（1）易吸水；

（2）耐光性较差；

（3）不耐强酸、氧化剂；

（4）设计技术要求较严

加工要求：

一般宜取低模温、低料温、时间长、注射压力大的成形条件

2.1.3增强型PA6的注射成型工艺参数

密度（g/cm3）：

1.36;

计算收缩率（%）：

0.3～0.7;

摩擦系数：

1.3;

弯曲弹性模量E：

8000（Mpa）3.0×103N/cm3;

适用注塑机类型：

螺杆式、柱塞式均可

后处理:

利用油、水、盐水均可

在温度为90～100℃时

放置4小时

2.2增强型PA6注射成型的原理及工艺过程

2.2.1注射成型的原理

　　将塑料颗粒定量注入

加入到注塑机的料筒内

通过料筒的传热

以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐渐融化成流动状态

然后在柱塞或螺杆的推挤下熔融塑料以高压和较快的速度通过喷嘴注入到温度较低的闭合模具的型腔中

由于模具的冷却作用

使膜腔内的熔融塑料逐渐凝固并定型

最后开模取出塑件

2.2.2热塑性注射成型工艺过程

注射装备准备装料

注射装置准备注射

图2.2.2注射成形工艺示意图

2.3注射模具的基本组成

2.3.1基本组成

　　a、浇注系统；

b、成型零件

包括凹模（型腔）、凸模和型芯等；

c、脱模系统

包括推出和抽芯机构等；

d、导向系统；

e、冷却系统；

f、固定和安装部分等；

3.3方案的论证和初步确定

a、第一种该种方案采用斜滑块垂直分型脱模机构

其浇口套设在定模固定板上

用顶杆实现脱模

浇口设在定模固定板上

采用环形浇口

用垂直分型镶块来成型型腔

但去除浇口比较困难

垂直分型镶块密封性不好

易发生边缢边

b、第二种采用外螺纹对合滑块模具结构

其浇口设在定模板上

用顶板实现脱模

用对合滑块来和抽芯机构来成型型腔

采用爪形浇口

使用于管状塑件

在成型时可起到定位作用

使塑件有较篙的同心度

但采用爪形浇口时

进料口越多则熔接痕数量也越多

排气性差

c、第三种采用三板式结构

利用斜导柱侧抽芯

弯销开模

因为塑件结构较复杂

故采用一模一腔

该方案结构简图如下

　　图3.3.1斜导柱侧抽芯结构图

　　该方案采用三板式结构

利用斜导柱和弯销拉动侧抽芯运动

与上两种方案相比

结构简单

各个机构的实现比较简单

利于实现

第三章注射成型机的选择与成型腔数的确定

3.1注射成型机的选择

3.1.1估算零件体积

塑件的体积为：

　　V1=πR12H1+πR22H2+πR32H3+πR42H4

　　　=π×302×10+π×（57/2）2×42+π×（27/2）2×45+π×102（29-27/2）

　　　=3.14（9000+34114.5+8201.25+1550）

　　　=165998.445㎜3

　　V2=πR52H5+πR62H6+πR72H7+πR82H8

=π×（53/2）2×50+π×72×30+π（18.5/2）2×15+π×（5.5/2）2×（29-7）

　　　=3.14×（35112.5+1470+1283.4375+166.375）

　　　=119421.4613㎜3

同理

浇道体积

　　V3=πR02H0+πR92H9

　　　=π×（8/2）2×65+4×π×（6/2）2×18

　　　=3.14×（81/4×65+36×18）

　　　=6167.745㎜3

3.1.2估算零件的质量

因为PA6的密度为1.14g/㎝3

所以：

M=ρV=1.14×46.577=53g

同理

浇道质量：

m=ρV3=1.14×6.2=7g

即

M+m=60g

3.2锁模力

型腔总的投影面积为：

A=πR2=3.14×302=28.26cm2

计算其所需锁模力为：

F=1.5×P×A×0.01=9.0KN

3.3选择注射机及注射机的主要参数

3.3.1选择注射机

查《塑料模具设计手册》P15

可知PA6的注射压力为700～1200公斤/厘米2

宜用螺杆式注射机

螺杆带止回环

喷嘴宜用自锁式

初选XS-ZY-125型

3.3.2XS-ZY-125型注塑机的主要参数如下

型号：

XS-ZY-125

螺杆直径：

?

42

最大理论注射量：

95g

注射压力：

150MPa

最大注射面积：

320

最大模具厚度：

300最小模具厚度：

200

合模力：

900000N

模板大小：

160×250

模板最大距离：

600模板行程：

300

喷嘴圆弧半径：

12喷嘴孔径：

?

4喷嘴移动距离：

210

定位孔直径：

?

100

注射机顶出杆（两侧）：

孔径

?

22孔距：

230

3.5注塑机的校核

（1）最大注塑量效核材料的利用率为60/95=0.63

符合注塑机利用率在0.3～0.80的要求

（2）注射压力的效核所选注塑机的注塑压力需大于成型塑件所需的注射压力

PA6塑件的注塑压力一般要求为70～176MPa

所以该注塑机的注塑压力符合条件

（3）锁模力效核高压塑料熔体充满型腔时

会产生使模具沿分形面分开的胀模力

此力的大小等于塑件和流道系统在分形面上的投影等于型腔压力的成积

胀模力必须小于注塑机额定锁模力

　　型腔压力Pc可按下式粗略计算：

Pc=kP（MPa）（3.5.1）

式中Pc为型腔压力

MPa；

P为注射压力

MPa；

K为压力损耗系数

通常在0.25～0.5范围内选取

所以Pc=KP=0.3×1500=450MPa

型腔压力决定后

可按下式校核注塑机的额定锁模力：

　　　　　T〉KPcA（3.5.2）

　　式中T为注塑机的额定锁模力

KN；

A为塑件和流道系统在分形面上的投影面积

mm2；

K为安全系数

通常取1.1～1.2；

KpcA=1.1×450×28.26=13988.7N=13.99KN

所以T=900〉KPcA成立

即该注塑机的锁模力符合要求

　　（4）模具厚度校核初定模具厚度为290mm

在该注塑机要求的厚度范围（200～300mm）之内

　　（5）模具安装尺寸校核模具安装固定有两种：

螺钉固定、压板固定

采用螺钉直接固定时（大型模具多采用此法）

模具动定模板上的螺孔及其间距

必须和注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中、小型模具多用此法）

只要在模具的固定板附近有螺孔就可以

有较大的灵活性；该模具采用压板固定

　　（6）开模行程的效核开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程

对于双分形面的注塑模具

其开模行程按下式效核

　　　　　　　　　S=SK-HM≥H1+H2+a+（5～10）（mm）（3.5.3）

　　式中S为注塑机的最大行程

mm；

H1为塑件的脱模距离（此模具中为50）

mm；

H2为包括流道在内的塑件高度（此模具中为97）

mm；

a为定模板与浇口板的分离距离（此模具中为50）

mm；

所以上式成立（300>204）

即该注塑机的开模行程符合要求

由以上对各参数的效核可知该注塑机（XS-ZY-125型）符合要求

3.6成型腔数的确定

以机床的注射能力为基础

每次注射量不超过注射机最大注射量的80%

计算：

（3.6.1）

　　　　　　　　　=

　　　　　　　　　　N----型腔数

　　　　　　　　　　S----注射机的注射量（g）

　　　　　　　　　　W浇----浇注系统的重量（g）

　　　　　　　　　W件----塑件重量（g）

因为

N=1.75<2

所以

此模具型腔为一模一腔结构

第四章浇注系统的设计

4.1浇注系统的作用

　　浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道

因此它应能够顺利的引导熔体迅速有序地充满型腔各处

获得外观清晰

内在质量优良的塑件

对浇注系统设计的具体要求是：

（1）对模腔的填充迅速有序；

（2）可同时充满各个型腔；

（3）对热量和压力损失较小；

（4）尽可能消耗较少的塑料；

（5）能够使型腔顺利排气；

（6）浇注道凝料容易与塑料分离或切除；

（7）不会使冷料进入型腔；

（8）浇口痕迹对塑料外观影响很小

4.2浇注系统的组成

　　浇注系统组成是：

主流道、分流道、浇口、冷料井

4.3主流道设计

　　主流道通常位于模具的入口处

其作用是将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔

其形状为圆锥形

以便于塑料熔体得流动及流道凝料的拔出

热塑性塑料注塑成型用的主流道

由于要与高温塑料及喷嘴反复接

所以主流道常设计成可拆卸的主流道衬套

　　定位环和浇口套的装配：

图4.3.1定位环和浇口套的装配

　　浇口套的尺寸设计要求：

（1）浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须吻合

设模具浇口套球面半径为R

注射机球面半径为r

其关系式如下：

R=r+0.5～1mm;

（2）浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔d1直径大1～2mm

4.4分流道设计

（1）分流道是主流道与浇口之间的通道

多型腔膜局一定要设置分流道

大型塑件由于使用多浇口进料也许设置分流道

（2）分流道的截面形状常用的分流道截面形状有圆形、梯形、六角形和U字型等

　　为减少流道内的压力损失

希望流道的截面积大；从热传导角度考虑

为减少热损失

要求流道的比表面及（截面积与外周之比）最小

因此

用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率

各种截面的效率为：

圆形0.25D

正方形0.25D

六角形0.217D

U字型0.153D

梯形0.195D

D为截面大端宽度

当分型面为平面时

可采用圆形或六角形截面的分流道；当截面不是平面时

常采用梯形或半圆形截面的流道

塑料熔体在流道中流动时

表层冷凝冻结

其绝缘作用

熔体仅在流道中心部分流动

一次分流道的理想状态是其中心与浇口中心一致

圆形截面流道可实现这一点

而梯形截面流道就难以实现

　　但是

由于梯形分流道易于加工

热量损失和压力损失都不大

因此是最为常用的形式

其断面尺寸比例关系为：

D为梯形的下地面宽度

h为梯形的高

x为梯形的上底面的宽度

h=2W/3

x=3W/4

　　（3）分流道的截面尺寸分流道的截面尺寸应根据塑件的成型体积、壁厚、形状

所用塑料的工艺性能

注塑速率以及分流道的长度等因素来确定

对于壁厚小于3.2mm

重量在200g以下的塑件

可用下述经验公式确定分流道的直径（此时算出的分流道直径仅限于3.2～9.5mm）：

D=（4.4.1）

　　式中D为-分流道的直径

mm；

　　　　W为-塑件的质量

g（此零件为53g）；

　　　　L为-分流道的长度

mm（约为52mm）

所以D≈6mm

（4）浇口设计

　　浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外）

是塑料熔体进入型腔的入口

它是浇注系统的关键部分

浇口的形状、数量、位置及尺寸对塑件的成型性能及成型质量影响很大

合理选择浇口的位置是提高塑件质量的重要环节

浇口位置不同

也将直接影响模具的结构

因为点浇口被广泛采用且生产效率好

容易实现

故浇口采用点浇口

形状为半圆形

　综合考虑塑件的形状

该模具的分流道设在浇口板上

采用半圆形流道D=8

浇口也采用多点进料浇口

形状为半圆形d=4

其示意图如下：

　　　　　　　　　　　图4.4.1浇注系统示意图

第五章成型零件结构设计

5.1分型面的设计

5.1.1分型面选择原则

　　a、分型面是动、定模具的分界面

即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面

分型面的位置影响着成型零部件的结构形状

型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关

　　b、分型面的分类及选择原则

（1）分型面的分类

　　实际的模具结构基本上有三种情况：

　　①型腔完全在动模一侧；

　　②型腔完全在定模一侧；

　　③型腔各有一部分在动定、模中

（2）分型面的分类及选择原则

　　分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模

而且设计末句结构和制造成本

一般来说

分型面的总体选择原则有以下几条：

　　　1）脱出塑件方便；

　　　2）模具结构简单；

　　　3）型腔排气顺利；

　　　4）确保塑件质量；

　　　5）无损塑件外观；

　　　6）合理利用设备

（3）分型面的确定

鉴于以上的要求

在该模具中分型面设在球面与平面的结合处

此面为塑件截面尺寸最大的部位

是该塑件分型面的一个好的选择

5.2型腔的分布

　　模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线排列、对称排列及复合排列等

　　综合考虑

因此模具型腔为一模一腔

所以在模板上的位于中心位置

5.3凹模的结构设计

凹模用于成型塑件的外表面

又称为阴模、型腔

按其结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁镶嵌式5种

总体上说

整体是强度、刚度好

但不适于复杂的型腔

镶嵌式采用组合的模具结构

是复杂型腔加工相对容易

可避免采用同一材料

可利用拼接间隙排气

但刚度较差易于在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹

模具结构复杂

　　由于该模具结构相对复杂

又属于中小型模具

外表面又要求一般

所以凹模板采用镶嵌式

5.4凸模的结构设计

　　凸模用于成型塑件的内表面

又称型芯、阳模

凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类

由于凸模的加工相对凹模容易

所以大多数的凸模是整体式的

尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体

大、中型模具采用镶拼组合式

由于该塑件是三向抽芯

两头大中间小

侧壁有孔

所以采用镶拼组合式型芯

5.5成型零件工作尺寸的计算

　　设计模具时应该对成型零件的结构形式、计算尺寸、强度校核给以足够的重视

5.5.1影响塑件尺寸精度的因素

a、模具成型零件尺寸精度的因素模具成型零件的加工精度直接影响塑件的尺寸精度

实践表明

因模具成型零件的加工而造成的误差约占塑料塑件成型误差的三分之一

通常模具的制造精度等级为3～4级即可

b、模具成型零件的磨损量模具在使用过程中

由于料流的流动

塑料塑件的脱模

都会使模具成型零件受到磨损

模具成型零件的不均匀磨损、锈蚀、使其表明光洁度降低

而从新研磨抛光也会造成模具成型零件的磨损

其中以塑料塑件的脱模对模具成型零件的磨损最大

因此通常认为凡与脱模方向垂直的面不考虑磨损

与脱模方向平行的面才加以考虑

磨损量随着生产批量的增加而增大

计算模具成型零件工作尺寸时

对于模具生产批量较小的模具取小值

甚至可以不考虑其磨损量

c、毛边厚度对塑件塑件尺寸精度的影响在敞开式和半闭合式压模中

沿塑料塑件型腔周围设有挤压边

把在该挤压边框上形成的塑料层叫毛边

毛边的厚度与加入的压制材料的数量及压制比压有关

　　利用注射模成型塑料塑件时

同样也会产生毛边

由于分型面上有渣滓

或者锁模力不够大

或者模具零件加工精度不高

使模具零件不能紧密贴合也会形成毛边.

d、成型工艺条件的控制及操作技术对塑料塑件尺寸精度的影响成型工艺条件包括料筒温度、注射压力、保压时间、模具温度、每次注射量、注射速度、冷却时间、成型周期、原料的预热及干燥等

对其进行正确的控制和管理

有利于获得稳定的尺寸

质量优异的塑料塑件

并对经济价值也有大的影响

各种工艺条件是互相关联的

仅对一个工艺因素进行正确地控制

并不容易提高塑件的质量

必须进行全面地正确的控制

5.5.2模具成型零件的工作尺寸计算

　　工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸

主要包括：

凹模、凸模的径向尺寸（含长、宽尺寸）与高度尺寸

以及中心距尺寸等

为了保证塑件质量

模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度

其中影响模具尺寸和精度的因素很多

主要包