模具毕业设计01机油盖注塑模具设计.docx

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模具毕业设计01机油盖注塑模具设计

第一章绪言

1.1注塑模具的概述

随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高,塑料制品的应用范围也在不断扩大,如:

家用电器,仪器仪表,建筑器材,汽车工业,日用五金等众多领域,塑料制品所占的比例正迅速增加,由于在工业产品中,一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件,加上利用工程塑料特有的性质,可以一次成型非常复杂的形状,并且还能设计成卡装结构,成倍的减少整个产品中各种紧固件,大胆的降低了金属材料消耗量和加工及装配件工时,因此,近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。

注塑成型使塑料加工中最普遍采用的方法。

该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其他成型方法望尘莫及的。

由于注塑成型加工不仅实现生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。

作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效益等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。

与其他机械行业相比，模具制造业主要有以下三个特点：

第一，模具不能像其它机械那样可以作为基本定型的商品随时都可以在机电市场上买到。

这是因为每副模具都是针对特定塑料制品的规格而生产的，由于塑料制品的形状、尺寸各异，差距甚大，其模具结构也是大相径庭，所以模具制造不可能成批量生产，换句话说，模具是单件生产的，其寿命越长，重复加工的性越小，因此，模具的制造成本较高。

第二，因为注塑模具是为产品中的塑料制品而订制的，作为产品，除质量、价格等因素外，很重要的一点就是需要尽快地投放市场，所以对于塑料制品而特殊订制的模具来说，其制造周期一定要短。

第三，模具制造是一项技术性很强的工作，其加工过程集中了机械制造中先进技术部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要求模具工人具有较高的文化技术水平，特别是对于企业来说要求培养“全能工人”，使其适应多工种的要求，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。

综上所述，模具制造业存在成本高，要求制造周期短，技术性强等特点，目前，随着科学技术的不断发展和计算机的应用，这些问题得到了很大的改善，由于有了计算机辅助设计和计算机辅助加工，从根本上改变了模具生产的面貌，可靠地保证了模具所需要的精度与质量、预硬、易切削以及高光亮等，新型模具材料的应用，大大地方便了加工及热处理。

另外，模具标准件和以标准件为基体的特殊定制零件的普及，明显地缩短了模具制造周期。

在模具设计方面，正逐渐把理论设计提高到日益重要的位置，即采用了理论与经验相结合的方法，改变了以往的经验——类比——实验的方法。

使我国的塑料模具设计水平进入了新阶段。

1.2塑料成型模具在加工工业中的地位

模具是利用其特定的形状成型具有一定形状和尺寸的制品的工具.成型塑料制品的模具叫做塑料模具。

对模具的全面要求是:

能生产出在尺寸精度,外观,物理性能等方面均能满足使用要求的优质制品.从模具使用角度,要求高效率,自动化,操作简便;从模具制造角度,要求结构合理,制造容易,成本低廉。

塑料模具影响着塑料制品的质量.首先,模具型腔的形状,尺寸,表面光洁度,分型面,进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸和形状精度以及制件的物理性能,机械性能,电性能,内应力大小,各向同性,外观质量,表面光洁度,气泡,凹痕,烧焦,银纹等都有十分重要的影响。

其次,在塑料加工过程中,模具结构对操作难易程度影响很大。

在大批量生产塑料制品时,应尽量减少开模.合模和取制件过程中的手工劳动,为此常采用自动开合模和自动顶出机构.在全自动生产时还要保证制品能自动从模具上脱落。

另外,模具对塑料制品的成本也有相当的影响.除简易模具外,一般来说制模费用是十分昂贵的,一副优良的注射模具可生产制品百万件以上,压制模约能生产制品二十五万件。

当批量不大的时候,模具费用在制件成本中所站的比例将会很大,这时候应尽可能地采用结构合理而简单的模具,以降低成本。

现代塑料制品生产中合理的加工工艺,高效的设备,先进的模具是必不可少的三项重要因素,尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求,塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。

高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才能发挥其效能,产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提.由于工业塑件和日用塑件制品的品种和产量需求量很大,对塑料模具生产不断向前发展起着积极的推动作用。

1.3塑料成型模具的发展趋势

随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速发展,高效率,自动化,大型,微型,精密,高寿命的模具在整个模具产量中所占的比例越来越大。

从模具设计和制造技术角度来看,模具的发展趋势可归纳为以下几方面：

1、加深理论研究,在模具设计中,对工艺原理的研究越来越深入,模具设计已经由经验设计阶段逐渐向理论计算设计方面发展。

2、高效率,自动化成,大量采用各种高效率,自动化的模具结构,如高效冷却以缩短成型周期;各种能可靠地自动脱出产品和流倒凝料的脱模机构;热流道浇注系统注射出模具等。

高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具,对提高生产效率,降低成本起了很大的作用。

3、大型,超小型及高精度由于塑料应用的扩大,塑料制件已应用到建筑,机械,电子,仪器,仪表等各个工业领域,于是出现了各种大型,精密和高寿命的成型模具,为了满足这些要求,研制了高强度,高硬度,高耐磨性能且易加工,热处理变小,导热性能优异的制模材料。

4、革命模具制造工艺为了更新产品花色品种和适应小批量产品的生产要求,除大力发展高强度,高耐磨性的材料外,同时又重视简易制模工艺研究。

5、标准化成开展模具标准化工作,使模板,导柱等通用零件标准化、商品化,以适应大规模地成批生产塑料成型模具。

开发计算机辅助设计和辅助制造商（CAD/CAM）随着计算机技术的发展,计算机已广泛应用于模具工业,在注射成型系统中,针对每一个环节都可将计算机作为辅助工具而加入.构成给环节的CAD或CAM或CAE，下面分别介绍:

、塑件设计塑件的设计包括塑件结构,尺寸,精度,表面,性能等方面的设计.塑件设计方面的计算机辅助技术有:

塑件CAD;塑料,辅料,辅件选择的专家系统。

、注射机的选用常见注射机使用方面的计算机辅助技术有:

注射机选择专家系统;注射机故障诊断系统。

、注射模使用状况的好坏直接影响到注射质量,在对于高技术注射模来说,都要对注射模在使用过程进行监控或对注射模的服役模拟仿真,由此知注射模的工作情况。

、注射工艺：

注射工艺方面的计算机辅助技术有:

注射工艺制定的专家系统.塑件质量故障诊断。

、注射模设计：

注射模设计主要完成注射模的结构尺寸,精度,表面现象性能等方面的设计,并选择模具的材料等.计算机在注射模设计方面的工作有:

注射模CAD:

注射模材料,辅料,辅件选择专家系统;工装选择专家系统;注射模CAPP;注射模加工模拟;注射模CAQ。

1.4塑料成型模具的分类

不同的塑料成型方法使用着原理和结构特点各不相同的塑料成型模具。

按照成型加工方法的不同，可将塑料成型模具分为以下几类。

1压制成型模具

压制成型模具简称压模。

将塑料原料直接加在敞开模具型腔内，再将模具闭合，塑料在热和压力作用下成为流动状态并充满型腔，然后由于化学或物理变化使塑料硬化定型，这种成型方法叫压制成型，这种成型方法所用的模具叫压制成型模具。

压制模具多用于成型热固性塑料，也有用于成型热塑性塑料的。

另外，还有不加热的冷压成型压制模具，用于成型聚四氟乙烯坯件。

2压铸成型模具

压铸成型模具又称传递成型模具。

将塑料原料加入预热的加料室，然后向压柱施加压力，塑料在高温高压下熔融并通过模具的浇注系统，进入型腔，这种成型方法叫压铸成型，这种方法所用的模具叫压铸成型模具。

3注射成型模具

塑料先加在注射机的加热料筒内，塑料受热熔融在注射机的螺杆或活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模型，塑料在模具型腔内硬化定型，这就是注射成型的简单过程。

注射成型所用的模具叫注射模具。

注射模具主要用于热塑性塑料制品的成型，但近几年来也越来越多地用于热固性塑料成型。

注射成型在塑料制件成型中占有很大比重，世界塑料成型模具产量中约半数以上使注射模具。

4挤出成型模具

挤出成型模具又称机头。

使处于粘流状态的塑料在高温高压下通过具有特定断面形状的连续型材的成型方法叫挤出成型。

用于塑料挤出成型的模具叫挤出成型模具。

5中空制品吹塑成型模具

真空或压缩空气成型模具为一单独的阴模或阳模。

将预先制成的塑料片周边紧压在模具周边上，使加热软化，然后再在紧靠模具的一面抽真空，或在其后面充压缩空气，使塑料片紧贴到模具上，冷却定型即得制品，此种成型方法模具受力较小，要求不高，甚至可用非金属材料制作。

除了上面说列举的几种塑料模具外，尚有泡沫塑料成型模具，玻璃纤维增强塑料成型模具等。

第二章注塑模具的设计

2.1零件材料的选择及材料性能

2.1.1机油盖注塑模具设计的简况

该塑料制品是机油盖，形状尺寸如图2-1所示:

图2-1机油盖

由于要和进油处有尺寸精度,形位公差要求,该塑件制品选用PA（polyamie）,聚酰胺,俗称尼龙.PA坚韧耐磨,耐油,耐水,抗霉菌,但吸水大,在本塑件中选用其中的PA1010,此种材料半透明,吸水小,耐寒性较好,适于制作一般的机械零件,减摩耐磨零件,传动零件,以及化工,电器,仪表等零件。

PA1010的主要技术指标如下:

密度（g/cm3）

:

1.04

比容（cm3/g）:

0.96

吸水率（24h,%）:

0.2~0.4

收缩率（%）:

1.3~2.3（横向）

0.7~1.7（纵向）

熔点（C）:

205

热变形温度（.C）:

148

抗拉屈服强度（MPa）:

62

弹性模量（MPa）:

1.8x103

弯曲强度（MPa）:

88

冲击强度（kJ/m2）:

无缺口---不断

缺口------25.3

硬度（HB）:

9.75

体积电阻率（.cm）:

1.5x103

击穿电压（kV/mm）:

20

分析计算

一、塑件体积

从PRO/E中的零件体积计算,算得机油盖的体积为26.3cm3

二、塑件质量

PA1010的密度为1.04g/cm3,所以塑件质量M=

ρV=1.04x26.3=27.35g

三、模型体积的计算

由立体模型,大概算得:

浇注系统体积:

V=1.36cm3

2.2塑料注射成型模具的设计

2.2.1注射机类型的选择

注射机是使塑料熔融并在模具中成型制品的设备。

根据该产品的注射形式和所需塑料用量等要求,查<<模具设计与制造简明手册>>,选得注射机的型号为XS—Z—60。

其主要技术规格如下:

螺杆（柱塞）直径38mm

注射容量60cm3

注射压力122MPa

锁模力500KN

最大注射面积130cm2

模具厚度70~200mm

模板行程180mm

喷嘴球半径12mm

孔半径4mm

定位孔直径550+0.06

顶出中心孔径50mm

2.2.2注射机有关工艺参数的校核

1、注射量的校核

根据<<模具设计与制造简明手册>>可知:

V件<0.8V注

式中:

V件—塑件与浇注系统的体积

V注—注射机的注射常量变（cm3）

0.8—最大注射量的利用系数

由前面知:

V件=V+V浇=26.3cm3+1.36cm3=27.66cm3

所以V件=27.66cm3<0.8x60=48cm3

所以：

合格！

2、注射压力的校核

塑件成型所需的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力,其关系按下式校核

P成

式中P成—塑件成型所需的注射压力（MPa）,一般取40

P注—所选注射机的额定注射压力（MPa）,

已知P成=45MPa;P注=122MPa

所以P成

所以：

合格!

3、锁模力的校核

模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定琐模力,其关系按下式校核:

P腔A

式中:

P腔—模具型腔压力（MPa）,一般取40~60MPa

A—塑件与浇注系统在分型面上的投影面积（mm2）

已知P腔=45MPa;A=113x47=400KN

所以P腔A=45x113x47=2.4x105N<4.0x105N

满足要求.

4、模具闭合厚度的校核

模具闭合时的厚度在注射机,动.定模板的最大闭合高度和最小闭合高度

之间,其关系按下式校核

Hmin

式中:

Hmin—注射机允许的最小模具高度（mm）

H—模具闭合高度（mm）

Hmax—注射机允许的最大模具高度（mm）

已知Hmin=70mm;Hmax=200mm;H=184mm

故满足要求

5、型腔数的确定

按最大注射量确定型腔数

其中k——系数0.8

M——公称注射量60

m——浇道、流道的体积

m’——制品体积

代入数据得n=

=1.77所以确定型腔数为1

2.3浇注系统的设计

浇注系统是指模具中从注射机到喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。

浇注系统设计好坏对制品性能,外观和成型难易程度影响颇大。

根据注塑件的要求及模具的结构等方面来考虑选择浇注系统。

首先要对塑料制品所采用的塑料品种、制品的几何形状、尺寸、使用的机床设备、注射事可能产生的缺陷及填充条件等作全面的分析。

同时模具的分型面选择与浇注系统的选择有密切关系。

设计浇注系统基本要点如下：

1、浇注系统时，应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统应按型腔布局设计，尽量与模具中心线对称。

2、塑料制品投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开设浇口，否则会造成注射时受力不均。

3、设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑料制品上不留痕迹，以保证塑料制品的外观。

4、一模多件时，应防止将大小相差悬殊的塑料制品放在同一模具内。

5、在设计主流道时，避免熔融的塑料直接冲击小直径型芯，以免产生弯曲或折断。

6、在满足塑料成型和排气良好的前提下，要选取最短的流程，这样可缩短填充时间。

7、能顺利地引导熔融的塑料填充各个部位，并在填充过程中不致产生塑料涡流、紊乱现象，使型腔内的气体顺利排除模外。

8、在成批塑料制品生产时，在保证产品质量前提下，要缩短冷却时间及成型周期。

9、因主流道处有收缩现象，若塑料制品在这个部位要求精度较高时，主流道应留有加工余量或修正余量。

2.3.1浇口形式:

采用点浇口式

浇注系统是指模具中从注射机到喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道.浇注系统设计好坏对制品性能,外观和成型难易程度影响颇大.

1、浇口的作用浇口是分流道和型腔之间的连接部分，也是注塑模具浇注系统的最后部分，通过浇口直接使熔融的塑料进入型腔内。

浇口的作用是使从流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满塑料后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔内还没有冷却的热料回流。

浇口的设计与塑料制品的形状、塑料制品断面尺寸、模具结构、注射工艺参数（压力等）及塑料性能等因素有关。

浇口的截面要小，长度要短，这样才能增大料流速度，快速冷却封闭，便于使塑料制品分离，塑料制品的浇口痕迹亦不明显。

塑料制品质量的缺陷，如缺料、缩孔、分解、白斑、翘曲等往往都是由于浇口设计不合理而造成的。

2、浇口的类型根据模具浇注系统在塑料制品上开设的位置、形状不同，浇口的形式是多样的，但通常用的浇口可分为盘形浇口、扇形浇口、环形浇口、点浇口、侧浇口、直接浇口、潜伏浇口等，在此塑件注塑模具设计中选用点浇口。

3、浇口设计基本要点：

浇口应开设在塑料制品断面较厚的部位，能使熔融的塑料从塑料制品厚断面流向薄断面，保证塑料充模完全。

（1）浇口位置的选择，应使塑料充模流程最短，减少压力损失，有利于排除模具型腔的气体。

（2）浇口不能使熔融塑料直接进入型腔，否则会产生漩流，在塑料制品上留下螺旋型痕迹，特别是点浇口、侧浇口等更容易出现这种现象。

（3）浇口位置的选择，应防止在塑料制品表面上产生拼缝线，特别是圆环或筒形塑料制品，应在浇口对面的熔料结合处加开冷料井。

（4）装有细长型芯的注塑模所开的浇口位置，应当离型芯较远，以防止熔融料流达到冲击而使型芯变形、错位。

（5）大型和扁平塑料制品成型可多采用多点浇口。

（6）浇口位置应开在不影响塑料制品外观的部位。

（7）浇口尺寸的大小，取决于塑料制品的尺寸、几何形状、结构和塑料的性能。

（8）设计多型腔注塑模时，结合流道平衡并考虑浇口的平衡，应做到熔融塑料同时均匀充满型腔。

（9）为了在开模时从浇口套内拉出主流道凝料使与注塑模具分离，一般在冷料井的尽端开设拉料杆。

点浇口形式应用于单型腔中心进料模具,回料多,模具费用高。

但浇口可自动消除,有利于外观要求较高的塑件的制造。

这种浇口具有以下特点:

（1）对设置的浇口位置的限制较小,可自由选择;

（2）浇口附近的残余应力小;

（3）对投影面积大的成型件及容易变形的成型件可使用多只点浇口,以减少其翘曲及变形;

（4）在成型件上几乎看不到浇口痕迹,而且加工也比较简便

（5）浇口废料可被自动拉断;

（6）压力损失大;

流道选取圆截面,其效率高,截面积大,流到的表面积小,可减少流道内的压力损失,减少传热损失.

点浇口形式及尺寸如图所示:

2.3.2主流道尺寸的计算

注射机的喷嘴头部与主流道衬套的凹下的球面半径R相接触,二者必须匹配,无漏料.一般要求衬套球面半径比喷嘴球面半径大1~2mm.主流道进口直径d,比注射机喷嘴出口直径d大0.5~1mm.其作用:

一是补偿喷嘴与主流道的对中误差;二是避免注射机注射时与主流道做成锥形,锥角一般为2°~6°,主流道出口应做成圆角,圆角半径r=0.5~3mm.为减少压力损失和回收料量,主流道长度应尽可能的短些,常取≤60mm.

锥度:

a=2~6度,取3°

小径d=d1+（0.5~1.0）取0.5

则d=d1+0.5=4.5mm

浇口套半径R=R1+（1~2）

则R=12+1=13mm

d1—喷嘴直径,见热塑性塑料注射机技术规格d1=4mm

R1—喷嘴球半径,见热塑性塑料注射机技术规格R1=12mm

锥孔大径D>2t取D=12mm

轴部长度L≤60

浇口套形式如下图表示:

浇口套材料为T8A，淬火硬度为HRC53~58。

2.3.3冷料穴

当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前端的熔融塑料的温度较低，形成冷料渣为了积存这部分的冷料渣，在进口的末端的动模板上开设一洞穴，这个就是冷料穴。

为了在开模时，从浇口套内拉出进料口冷凝料与注塑机分离，一般在冷料穴的末端位置设置拉料杆。

拉料杆一般由注射机顶出机构的顶板带动。

开模后塑料制品脱模，进料口的冷凝料被拉料杆拉出，在此设计中采用了Z头拉料杆。

2.3.4排气槽

在该型芯、型腔结构中，型芯、型腔板与动模板的间隙已经构成很好的排气系统，因此，不需开设排气槽，减少了加工量，降低了成本。

2.4成型零部件的设计

2.4.1模具分型面及其类型

在选择分型面时一般应考虑以下因素：

1、塑料制品的形状、尺寸和壁厚。

2、塑料性能及填充条件。

3、浇注系统的布局。

4、成型效率及成型操作。

5、排气及成型操作。

6、模具结构简单，使用方便。

模具分型面可能垂直于合模方向，也可倾斜于合模方向或平行于合模方向。

根据以上几点，本塑件机油盖的分型面设计如图所示：

2.4.2成型零件的结构形式

成型零件是直接成型塑料制品的的零件。

它主要包括型腔、凸模、型芯等。

（一）凹模（型腔）结构形式

凹模是成型塑料制品外表面的零件，他一般装在定模板上。

其形式有整体和组合式两种类型。

在此选择整体式凹模，其优点是模具结构简单，在塑料制品上无拼缝痕迹。

（二）凸模的结构形式

凸模使成型塑料制品内表面的零件，一般装在动模板上。

凸模的结构多数是整体的，便于加工制造。

（三）凹模（型腔）和凸模工作部分的尺寸计算

凹模和凸模工作部分尺寸与塑料制品的尺寸和公差、塑料收缩率及模具的磨损和制造公差等因素有关。

PA材料可达5级精度。

1、凹模内形尺寸计算塑料制品的外形尺寸取决于凹模的内形尺寸，凹模内形尺寸的计算公式如下：

DM=[D（1+Scp）-XΔ]+δM（2.4-1）

式中DM—型腔的内径尺寸（mm）

D—制品的最大尺寸

Scp—塑料的平均收缩率

Δ—制品公差，取0.46

X—系数，取3/4

δM—模具制造公差，一般取（1/8~1/4）Δ，取1/4Δ

代入数据（2.4—1）得:

50

DM=（50+50×1.2％-3/4×0.46）

=50.255

2、型腔深度的尺寸计算

模具型腔的深度尺寸是由制品的高度尺寸决定的。

HM=[h1（1+Scp）-2/3Δ]+δM

式中HM—型腔深度尺寸

h1—制品高度最大尺寸，取δM=Δ/3

15

HM=（15+15×1.2％-2/3×0.46）

=14.88

3、型芯径向尺寸的计算

dm=[D1（1+Scp）+3/4Δ]-δM（2.4-2）

式中dm——型芯外径尺寸

D1——制品内径最小尺寸

Δ—制品公差

δM——模具制造公差，一般取（1/8~1/4）Δ，取1/4Δ

代入数据（2.4-2）得:

29

dm=[29（1+1.2％）+3/4×0.46]

=29.693

31

dm=[31（1+1.2％）+3/4×0.46]

=31.752

1、型芯高度尺寸的计算

模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸决定的

hm=[H1（1+Scp）+2/3Δ]-δM（2.4—3）

式中hm——型芯高度尺寸（mm）

H1——制品深度最小尺寸（mm）

Δ—制品公差

δM——模具制造公差，一般取（1/8~1/4）Δ，取1/4Δ

代入数据（2.4-3）得:

48

hm=[48（1+1.2％）+2/3×0.32]

=48.79

2.4.3成型零件的强度计算

塑料注射模具的成型零件必须有足够的强度和刚度，以便承受工作时的作用力，因此，模具零件应按各自工作时的受力情况进行强度和刚度计算。

在模具设计中，往往凭经验设计及确定其他尺寸，然后对一些主要零件按其具体受力情况进行必要的强度校核。

对于大型塑料注射模具的型腔等主要零件，一定要进行校核。

凹模在成型压力下会产生变形，变形量必须控制在允许范围内。

若变形量大，会导致凹模扩大，使塑料制品尺寸增大，易出现飞边，甚至会造成凹模开裂。

另外，在塑料制品压制成型后，当成型压力消失时凹模因弹性恢复而收缩，若其收缩量大于塑料制品收缩率时，就会使凹模紧紧地包住塑料制品造成开模困难，易破坏塑料制品或造成塑料制品质量不高。

凹模承受的力有下列几种：

1、合模时的压应力。

2、凹模内塑料流动的压力。

3、浇口封闭前一瞬间的保压压力。

4、开模时的拉应力。

凹模壁厚计算，常用的凹模有矩形、圆形凹模。

此设计选用整体式矩形凹模。

（一）凹模的壁厚可按下式计算：

t=

（2.4—4）

式中t—凹模