机械毕业设计垃圾桶注塑模具设计.docx
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机械毕业设计垃圾桶注塑模具设计
摘要1
关键词1
1绪论2
1.1毕业设计选题的背景、设计方法、目的和意义2
1.2设计选题的背景和设计方法2
1.3设计的目的和意义2
2塑件工艺性及成型工艺条件3
2.1垃圾桶制品图3
2.2塑件结构工艺性分析3
3成型设备5
3.1成型设备的选择5
3.2注塑机基本参数的校核6
3.2.1注塑量的校核6
3.2.2锁模力的校核6
3.2.3最大注塑压力的校核6
3.2.4注塑机安装模具部分的尺寸校核6
3.2.5开模行程的校核7
4模具的结构设计7
4.1型腔数目的确定和排列方式7
4.2分型面的选择8
1
4.3浇注系统的设计8
4.3.1主流道的设计8
4.3.2浇口的设计10
4.4成型零部件的设计10
4.4.1成型零部件工作尺寸的计算10
4.4.2成型型腔壁厚的计算13
4.5脱模机构14
4.5.1脱模力的计算14
4.5.2推出零件尺寸的确定15
4.6侧抽芯机构16
4.6.1侧抽芯机构主要参数的确定16
4.6.2侧抽芯机构设计要点18
4.7调温系统19
4.7.1调温系统的重要性19
4.7.2调温系统设计19
4.7.2.1单位时间型腔内的总热量19
4.7.2.2通过自然冷却所散发的热量19
4.7.2.3由冷却系统带走的热量21
4.7.2.4计算冷却回路有关参数21
4.8导向机构27
4.8.1成型部分的导向27
4.8.2推出机构的导向27
4.9排气系统28
5模具的安装及调试28
5.1模具的安装28
5.1.1模具的装配28
5.2模具的开合动作分析31
5.3试模31
5.3.1试模时可能出现的问题和解决办法31
5.3.2试模时应注意的事项33
结论34
致谢35
参考文献36
垃圾桶注塑模具设计
台州职业技术学院机电工程学院模具0731宙霄
摘要：
本设计详细地阐述了垃圾桶注塑模具的参数化设计过程，给出了注塑模具设计的一般步骤a在对产品进行结构分析和工艺分析的过程中，使用了MPA来模拟充型过程、分析成型过程中的参数变化、预测充型质量和可能出现的缺陷。
列出了注塑机选择的主要依据，并对主要参数进行了校核。
在模具的结构设计的过程中，举出了各部分设计时应参照的原则，并结合本课题进行了具体的分析a在分型面的选择问题上，本设计列出了三种方案，通过分析比较，选择了一种最佳方案。
侧抽芯主要参数的确定，参照了斜导柱的计算方法，指出了侧抽芯机构的设计要点。
重点分析设计了调温系统，说明了调温系统对产品成型的重要性，详细计算了进、出模具的热量，最终确定散热面积、冷却水道直径，冷却水道长度等工艺参数。
在设计完结构后，对模具的安装进行了大致的说明，对模具的开合动作做了必要的分析，对试模过程中可能出现的问题做了详细的分析，并提出了相应的解决方法。
关键词：
注塑模，模流分析，垃圾桶
1绪论
塑料是当今极具活力的一门产业。
塑料是现代主要的工业结构材料之一，广泛应用于汽车、宇航、电子通信、仪器仪表、文体用品、化工、纺织、医药卫生、建筑五金等各个领域。
至2004年，我国塑料制件的年产量已突破2500[1]万吨。
展望21世纪，高分子合成材料将进入质的飞跃发展时期。
我国塑料模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比存在很大的差距。
但在国家产业政策和与之相配套的一系列国家经济政策的支持和改革开放方针引导下，我国注塑模得到迅速发展，高效率、自动化、大型、微型、精密、无流道、气体辅助、高寿命模具在整个模具产量中所占的比例越来越大。
总体上来看注塑模具发展趋势，注塑成型模具正加深理论研究，加速推进标准化进程，扩大研究各种特殊结构注塑模具，全面推广CAD/CAE/CAM，进一步加强快速原型制造技术。
1.1毕业设计选题的背景、设计方法、目的和意义
1.2.1设计选题的背景和设计方法本次设计的垃圾桶是一商品，在日常生活中它有很多的应用。
由于它的生产批量
大，精度要求高，且材料为塑料PS，适合在塑料模具行业进行生产。
本设计中使用注塑模具来生产该产品，其原理是将粒状塑料连续输入到成型机的料筒中加热熔融，然后由注塑杆推进，由喷嘴和模具的浇注系统导入模具中，然后保压冷却，使之固化成型。
为了合理而快速的设计出模具，采用参数化设计，保证模具的各种数据上有紧密的量的联系。
整个设计过程包括工艺条件的分析、最佳方案的确定、模具结构设计、模具二维和三维图的绘制。
使用MPA分析制件的成型工艺，使用PROE进行三维建模并进行参数化分析，通过CAD绘制各种零件图，最后整理设计说明书，完成整个设计。
1.2.2设计的目的和意义
通过这次毕业设计，预期达到以下目的：
5
1）加深对塑料的组成及性能的了解。
2）了解塑料成型的基本原理，学会正确分析成型工艺对模具的要求。
3）掌握一类成型模具的结构特点及设计方法。
4）具有初步分析、解决模具现场技术问题的能力。
注塑成型是一门实践性很强的学问，若想对它融会贯通，还需要长期的生产实践
经验。
在毕业设计中，需要对大学三年以来学过的知识进行综合应用，即可以加深对已学知识的理解，又可以从中发现不足同时，也可以加强创新以及动手能力的培养，加强独立分析和解决问题的能力，因此，本次垃圾桶的设计有非常重要的现实意义。
2塑件工艺性及成型工艺条件
2.1塑件结构工艺性分析
了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，包括结构分析、尺寸精度和表面质量等。
例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。
选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。
此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。
本塑件为圆形桶状薄壁商品，壁厚均匀，有利于各部分同时冷却，减缓内应力。
将零件开口朝上放置，其底部有一个圆形凸起，上部有一个凸台，并开有小窗，需要采用侧抽芯结构，桶比较深，要求较大的开模行程，但有足够的斜度，可以顺利脱模，经模流分析，气孔和熔结痕较少，且不在关键部位，充型质量很高，可以保证表面质量，塑件体积为107.95cm3。
塑件不允许有裂纹、变形缺陷，精度等级为高精度。
综上，可以成型合格的塑料制件来。
2.2塑件成型工艺条件分析
成型本零件使用聚苯乙烯（PS），该材料为热塑性塑料，比重小，具有高的强度、
6
刚性、硬度，耐腐蚀、性耐热性、电绝缘性优良，可在100℃左右使用。
该塑料为无定形高聚物，注塑时一般不需要进行干燥。
流动性好，它的流变特性是黏度对剪切速率的依赖性比温度的依赖性大。
因此，在注塑充模时，通过提高注塑压力或注塑速度来增大熔体的流动性比通过提高温度有利。
其结晶能力较强，提高模具温度将有助于制件结晶度的增加，甚至能提前脱模。
同时，聚苯乙烯质软易脱模，塑件有浅的倒凹模时可强行脱模。
表2.2.1PS的基本特性参数
项目
参数
密度ρ（g/cm³）
1.04～1.06
压缩比
1.9～2.2
拉伸弹性模量（KMpa）
2.8～3.5
泊松比
0.32
成型收缩率
0.2～0.8%
吸水率
0.03%～0.05%
与钢的磨擦因数
0.12
（资料来源：
黄虹主编.《塑料成型加工与模具》.北京：
化学工业出版社,2002，第302页）
表2.2.2推荐成型工艺
塑料
项目
聚苯乙烯（PS）
注塑机类型
螺杆式
螺杆转速/r/min
30～60
喷嘴
形式
直通式
温度/ºC
160～170
料筒温度/ºC
前段
170～190
中段
--
后段
140～160
模具温度/ºC
20～60
注塑压力/MPa
60～100
7
保压力/Mpa
30～40
注塑时间/s
0～3
保压时间/s
15～40
冷却时间/s
15～30
成型周期/s
40～90
（资料来源：
王孝培主编.《塑料成型工艺及模具简明手册》.北京：
机械工业出版社,2000.6，第63页）
本设计中选择注塑温度为160ºC。
批量较大，成型周期取20s，即成型周期=注塑
时间2s+冷却时间9.3s+开合模时间8.7s。
模温低可以降低收缩率，减小热应力，防止变形，保证表面质量，模温高可以提高尺寸稳定性，综合考虑，取模温30ºC。
经模流分析，在以上工艺条件下，可以得到很好的充型质量，并且压力降、模流前端温度、熔结痕位置、气孔位置均在一个可以接受的程度。
3成型设备
3.1成型设备的选择
选注塑机考虑注塑容量、最大成型面积、闭合高度、模具体的截面尺寸、模具的顶出、定位环、浇品套以及成型工艺，现初步确定注塑型号为XS-ZY-500，根据型腔尺寸选定模架型号为A2-355355-58-Z2GB/T12556-1990，但A板改用150mm厚的板。
表3.1.1注塑机基本参数
螺杆直径/mm
Ø65
3
注塑容量/cm
500
注塑压力/MPa
1040
锁模力/10kN
350
2
最大注塑面积/cm
1000
模具厚度/mm
最大
450
最小
300
模板行程/mm
700
8
喷嘴
球半径/mm
18
孔直径/mm
7.5
定位孔直径/mm
0.06
150
0
推出
中心孔径/mm
150
两侧
孔径/mm
24.5
孔距/mm
530
（资料来源：
黄虹主编.《塑料成型加工与模具》.北京：
化学工业出版社,2002，第305页）
3.2注塑机基本参数的校核
3.2.1注塑量的校核
根据生产经验，注塑机的最大注塑量是其额定注塑量的80%，按体积表示法，必
g
须
z
j
nVV
0.8V
（3.1）
3
式中Vz——单个塑件容量，用Pro/E测得107.95cm；
Vj——浇注系统凝料和飞边所需的塑料容量，40cm3；
n——型腔数目，在型腔的数目和排列方式中确定为1；
Vg——注塑机额定注塑量，250cm3。
则1107.9540
147.95
0.8
250
200，故注塑量符合要求。
3.2.2锁模力的校核
为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象。
本设计中必须
P
A
F
mz（3.2）
式中F——注塑机额定锁模力（N）；
P——塑料熔体在型腔内的平均压力，根据文献[4]第138页表4-1，取25；
m
Az——制品在分型面上的垂直投影面积，经计算得128.678
2
cm。
MPa
9
则3500000
2512867.8
321695，故锁模力符合要求。
3.2.3最大注塑压力的校核
本设计中成型时的注塑压力为60～100MPa，注塑机额定注塑压力为1040MPa，故注塑压力符合成型要求。
3.2.4注塑机安装模具部分的尺寸校核
定位环尺寸：
定位环必须与定位孔呈间隙配合，便于模具安装并使注流道中心线与注塑机喷嘴中心线重合，定位环的高度小型模具取8～10mm，大型模具取10～15mm，定位孔深度应大于定位环的高度。
模具厚度：
确定型腔尺寸后选定标准模架，查资料6得模架的闭合厚度为371mm，在注塑机允许的最大450mm、最小闭合厚度350mm之间。
模具的长度与宽度：
查资料6得模板长度为450mm，宽度为355mm，故可以安装在注塑机上。
3.2.5开模行程的校核
S
开模行程应小于或等于注塑机的模板行程，按下式校核
S
maz
SHH
（5~10）
（3.3）
1
2
1
式中Smax——注塑机最大开模行程，700mm；
S——模具所需开模距离，mm；
'
Sc——抽芯距，17.37
mm；
H1——塑件脱模距离，51mm；
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度，183mm。
S51
183
17.3710
261.37mm
可见，开模行程满足设计要求。
10
4模具的结构设计
4.1型腔数目的确定和排列方式
确定型腔的数目有四种方法：
按注塑机的最大注塑量、注塑机的额定锁模力、制品的精度要求以及加工的经济性。
现在根据注塑机的最大注塑量来确定型腔数目n
v
0.8v
g
j
v
n
n（4.1）
v
式中g——注塑机最大注塑量，cm³
vj——浇注系统凝料量，cm³vn——单个塑件的体积，cm³
查表2.1.1，vg=250cm³，设定vj=40cm³上面已算出vn=107.95cm³
0.8
n
则：
250
107.95
40
=1.48（个）
所以，取n=1，即采用一模一腔形式。
若为多型腔模具，则应使各型腔的排列尽量紧凑和对称，且尽量使用平衡进料方
式。
本模具为一模1腔，布置在正中既可。
4.2分型面的选择
模具上用于取出塑件和（或）浇注系统凝料的可分离的接触面通称为分型面。
通常按分型面的形状，将分型面分为平面型、曲面型和阶梯形三种。
常把动定模
分开的面称为主分型面。
选择分型面的基本原则：
①便于脱模和简化模具结构；②不影响外观；③保证尺寸精度；④有利于排气；⑤便于模具零件加工；⑥考虑注塑机的
11
技术规格；⑦侧向分型应与主分型面协调。
本设计中分型面可以有以下几种方案：
方案一：
如图4.2.1，分形面选在凸台的下沿。
经模流分析，产生的气孔和熔结痕主要集
中在图4.2.1所示A-A面上，且该面为料流未端，利于利用分型面排气，且比较容易达到表面质量，但是增加了侧型芯的制造难度。
4.3浇注系统的设计
普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成，其作用是使熔体顺利而平衡的充模、压实和保压。
4.3.1主流道的设计
主流道与熔体接触，应选用较好的材料制造，还要进行淬火处理，以提高硬度，常设计成浇口套，便于更换。
为保证浇口套不被冲出定模，加定位环固定，同时也能让浇口套与喷嘴对中定位。
①主流道设计成锥形，PS流动性好，可取较小的锥角，本设计中取=2˚。
内壁表面粗糙度Ra=0.63m。
②主流道半球形R2=R1+（1~2）mm，本设计R1=18mm，R2=18+1=19mm。
小端直径d2=d1+（0.5~1）mm，d1=7.5mm,d2=7.5+0.5=8mm,取0.5是为了获得更
小的截面积，从而有更大的充型速度，并且减小温降和压力降。
凹坑深度取h=4mm.
③大端过渡圆角半径取r=2mm
④主流道长度根据模板厚度确定，暂取L=55mm衬套和定模采用配合H7/m6,热处理后硬度为55~60HRC。
⑤定位环与注塑机定位孔采用H11/h11配合。
12
图4.3.1浇口套结构示意图
图4.3.2浇口套安装形式示意图
4.3.2浇口的设计
本模具为单腔深腔模具，可以采用直接浇口。
该浇口流通途径短，压力、能量损失小，易于加工，补缩作用强，有利于充型。
为防止冷料进入型腔，在浇口内侧开0.5倍壁厚的不明显的冷料穴，主流道长度就尽量短，浇口直径应尽量小，一般D≤2t。
经模流分析，如图4.3.3，底部中心为最佳浇口位置。
本设计中主流道即直接浇口，故应兼顾两部分的设计要求。
将上步图4.3.1中锥角改为最小角度，长度L也根据模板大小进行修正。
13
4.4成型零部件的设计
4.4.1成型零部件工作尺寸的计算
（1）主型芯参数的确定
①主型芯径向尺寸主型芯径向尺寸按以下公式计算：
lm[ls
lsScp
x]0
z
（4.2）
式中lm——型芯基本尺寸；ls——塑件内形基本尺寸；
Scp——塑料平均收缩率，0.6%；
3
x——修正系数，取4；
——塑件尺寸公差；
z——型芯制造公差，取
lm1
则主型芯大端径向尺寸
/3。
[114
114
0.006
30
0.34]
4
0.34
3
=114.94
0
0.11
主型芯小端径向尺寸
lm2
[91.6
91.6
0.006
30
0.3]
4
0.3
3
=92.37
0
0.10
②主型芯的轴向尺寸主型芯轴各尺寸按以下公式计算：
hm[hs
hsScp
x']0
Z
（4.3）
式中hm——型芯基本尺寸；hs——塑件内形基本尺寸；
Scp——塑料平均收缩率，0.6%；
2
x'——修正系数,3；
14
——塑件尺寸公差；
z——型芯制造公差，取
/3。
20
hm
则主型芯高度
[130
130
0.006
0.38]
3
0.38
3
=131.03
0
0.13
计算参数如图4.4.1所示：
（2）型腔参数的确定
①型腔径向尺寸
图4.4.1型芯主要尺寸计算示意图
Lm[Ls
LsScp
x]0
Z
（4.4）
式中Lm——型腔基本尺寸；Ls——塑件外形基本尺寸；
Scp——塑料平均收缩率，0.6%；
3
x——修正系数，取4；
——塑件尺寸公差；
15
z——型腔制造公差，取
/3。
L
m1
则型腔大端尺寸为
[118
118
0.006
3
0
0.34]
4
0.34
3
=118.450
0.13
L
m2
型腔小端尺寸为
[95.27
95.27
0.006
3
0
0.3]
4
0.3
3
=95.620
0.10
②型腔轴向尺寸型腔轴向尺寸按以下公式计算：
H
m
s
s
S
cp
[HH
x']Z
（4.5）
0
式中Hm——型腔基本尺寸；Hs——塑件外形基本尺寸；
Scp——塑料平均收缩率，0.6%；
2
x'——修正系数,3；
——塑件尺寸公差；
z——型芯制造公差，取
/3。
H
m
[130
130
0.006
2
0
0.38]
3
0.38
3
=130.53
0.13
0
计算尺寸示意如图4.4.2所示：
16
图4.4.2型腔主要尺寸计算示意图
4.4.2成型型腔壁厚的计算本设计为小型模具，成型零部件的强度问题比较突出，即应力达到许用数值时，
弹性变形量与其许用数值之间相差比较大，这种情况下只对成型零部件进行强度校核即可。
型腔选用材料为T8。
侧壁厚度
M
t
r
1
c
（4.6）
式中tc——侧壁厚度，mm；
r——凹模型腔内孔的半径，57.7mm；
——材料的许用应力，一般中碳钢取200MPa；
p——模腔压力，25。
MMPa
t
c57.7
1
200
200225
=8.93，取9mm。
则型腔外轮廓半径为67mm，可做为选择模架的依据。
底部厚度
2
t
h
（4.7）
式中th——底部厚度，mm；
17
r——凹模型腔内孔的半径，57.7mm；
——材料的许用应力，一般中碳钢取200MPa；
p——模腔压力，25。
MMPa
32557.72
4200
t
h
=17.67，取18mm。
计算结果如图4.4.3所示：
图4.4.3型腔壁厚主要尺寸示意图
4.5脱模机构
脱模机构设计原则：
①保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观；②尽量将塑件留在动模；③推出机构运动要准确、灵活、可靠，无卡死现象，机构本身应有足够的刚度、强度和耐磨性。
因圆盒型较深，PS质软，且一模一腔，为不使塑件变形，可利用成型零件推出。
4.5.1脱模力的计算本圆盒为薄壁制件（t/d=2/116=0.017<0.05）,所需脱模力按以下公式计算：
2ESLcosftan
F1
0.1A
2
1K（4.8）
式中1——圆环形制品的壁厚，2mm；
E——塑料的弹性模量，3000Mpa；
S——塑料平均成型收缩率,0.6%；
18
L——制件对型芯的包容长度，128mm；
——模具型芯的脱模斜度，5º；
——塑料的泊松比，0.32；K2——无量纲系数，随f和
而异，取1.0084；
f——制件与型芯间的磨擦系数，0.12；
2
A——盲孔制品型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，7076.63mm。
F23.142
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