内凸缘矩形盒塑料模具设计与制造.docx
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内凸缘矩形盒塑料模具设计与制造
毕业设计（论文）任务书
1．本毕业设计（论文）课题来源及应达到的目的：
来源于工厂实际的制件,通过对该制件的模具设计和制造的各个细节有清楚的认识,达到对塑料模具的全面认识.
2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
材料:
聚乙烯名称:
内凸缘矩形盒
要求:
毕业设计任务书一份，
图纸（1号图纸1张，3号图纸3张，4号图纸2张）
设计说明书一份。
目录
1.绪论……………………………………………………………………………1
1.1塑料模具的国内现状………………………………………………………1
1.2国外塑料模具的发展现状…………………………………………………3
2.制件的工艺性分析………………………………………………………5
2.1聚乙烯的原材料分析………………………………………………………5
2.2塑件的结构和尺寸精度分析………………………………………………5
2.3计算塑件的体积和质量……………………………………………………6
2.4聚乙烯塑料注塑成型的工艺参数…………………………………………7
2.5塑料成型设备的选取………………………………………………………7
3.模具的结构设计……………………………………………………………8
3.1模腔数量的确定……………………………………………………………8
3.2分型面的选择及型腔排列方式的确定……………………………………9
3.3浇注系统的设计……………………………………………………………10
3.4斜顶杆顶出结构……………………………………………………………12
3.5模具工作零件的设计………………………………………………………12
3.6模具冷却系统的设计………………………………………………………16
3.7模具的合模高度……………………………………………………………17
3.8注塑机有关参数校核………………………………………………………18
4.模具的装配………………………………………………………………19
4.1装配的主要要求……………………………………………………………19
4.2模具的调试和制件常见缺陷及解决方法…………………………………20
总结………………………………………………………………………………22
致谢………………………………………………………………………………23
参考文献…………………………………………………………………………24
1绪论
1.1塑料模具的国内现状
1.1.1我国塑料模具工业的发展现状
我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
注塑模型腔制造精度可达0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10～30万次，淬火钢模达50～1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距.
（gy公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、以及一些塑模分析软件等等。
这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如对充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
（3）模具材料方面：
近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：
P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。
塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。
但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%～80%相比，仍有差距。
1.1.2我国塑料模具工业的发展趋势
1.1.2.1我国塑料模具工业今后的主要发展趋势
有分析认为,我国塑料工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求,2004年,塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30％左右,在未来几年中还将保持较高速度发展。
副,价值150万元；单台彩电大约共需模具约140副,价值约700万元,仅彩电模具每年就有约28亿元的市场。
随着家电市场竞争的白热化,外壳设计成为重要的一环,对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。
业内人士普遍认为,大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。
汽车工业近年来增长速度惊人,因此汽车模具潜在市场巨大。
每一种型号的汽车都需要几千副模具,价值上亿元,而我国大型精密模具的制造能力不足。
据介绍,目前我国高档轿车的覆盖件模具几乎全部为进口产品。
有专家预测,在未来的模具市场中,塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高,其发展速度将高于其他模具。
1.3我国塑料模具工业和今后的主要发展方向
（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。
这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。
（2）.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工
（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。
研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
1.2国外塑料模具的发展现状
（1）模具生产效率高，工期短，人均产值高。
各企业共同之处是厂房设备密集，显得十分拥挤，即使在这样的条件下，车间管理还是有条不紊，生产效率高。
一般模具企业，人均年产值为5～14万美元。
（2）专业分工细，技术精益求精，客户相对稳定。
模具企业专业分工较细，生产协作紧密。
每家企业只生产某一类模具，各家都有自己的拳头产品，这利于在技术上精益求精，以利在激烈的竞争中生存发展。
模具厂所需的模具标准件都是外购的，有些零件加工业是由其他厂协作。
（3）模具企业带件生产比较普遍，有利于企业发展。
模具作为单件或极小批量产品，技术密集和精密加工设备密集，与模具成型制品的大批量生产相比，投入大，产出低，因而制约了模具企业大发展。
他们注重模具与制品一体化，模具与制品相辅相成，互相促进，有利于模具企业的发展。
（4）紧跟主产品需求开发模具，重视开拓海外市场。
模具工业发展较快，紧跟主产品需求开发制造模具是一个重要因素。
近几年3C电子产品和汽车工业的迅速发展，带动了模具工业的发展。
目前模具产值的76%源自3C产品和汽车、摩托车提供的产品。
模具行业以很强的市场敏感性，以最短的生产周期满足了这些行业的需求。
大陆的许多3C产品和汽车模具就来自美国，日本和西欧，以及台湾。
（5）CAD/CAE/CAM和高速切削加工技术应用广泛。
他们的模具生产效率较高，市场快速反应能力强，CAD/CAE/CAM技术和高速切削技术的普及应用，无疑是一个重要因素。
1.4我的课题的内容及研究思路，以及时间安排
在我所设计的是内凸缘矩形盒塑料模具.在模具的设计与制造过程中，根据所学的知识和我们在毕业实习中所积累的经验，所采用方案如下。
该塑件是内凸缘矩形盒，生产批量大，塑件的材料采用常用的原料聚乙烯，属于常用的工程材料。
内凸缘矩形盒设计有螺纹和侧向分型机构.而当我们采用型环进行加工的时候根据具体情况我们还可以不采用螺旋抽芯机构而采用侧向抽芯，再进行后处理的方法。
时间安排是资料查询时间为20天,方案确定时间为3天,模具设计时间为30天.
本设计的目的是在学生毕业前夕，将通过毕业实习和毕业设计的实践性环节，对模具知识进行全面的总结和应用，提高综合能力的培训以及扩大模具领域的方法。
2制件的工艺性分析
2.1聚乙烯的原材料分析
（1）聚乙烯柔软,蜡状,低熔点的聚合物,它比水清,无毒,无味,无嗅.易燃,离火后继续燃烧,火焰上端呈黄色.通常情况下不溶于水,脂肪烃,醇,醋酸,丙酮等.并能耐酸,碱盐类水溶液的腐蚀作用.聚乙烯具有优良的抗化学性能和电绝缘性能.但聚乙烯的热性能差,不耐热老化和光老化.
疲劳,耐磨用冷压烧结成形.
（3）聚乙烯为结晶型塑料,吸湿性小.流动性极好,溢边值0.02mm左右,流动性对压力变化敏感.可能发生熔融破裂,与有机溶剂接触可发生开裂.加热时间过长则发生分解,烧焦.
（4）冷却速度慢,因此必须充分冷却,宜设冷料穴,模具应有冷却系统.
（5）收缩率范围大,收缩值大,取向性明显,易变形,翘曲,结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大,应控制模温,保持冷却均匀,稳定.
（6）宜高压低温注射,料温均匀,填充速度应快,保压充分.不宜用直接进料口,否则易增大内应力,或产生收缩不均匀,取向性明显,变形增大,应注意选择进料口位置与数量,防止产生缩孔,翘曲变形.
（7）聚乙烯质软易脱模,塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模.
2.2塑件的结构和尺寸精度等级及表面质量分析
图2-1制件
从该制品的零件图可知；形状，结构对制件脱模要求较高，但对尺寸大小，产品精度和表面质量要求都不高。
（1）成型制件的尺寸大小主要取决于塑料原料的流动性和注射时的压力在一定的设备和工艺条件下，流动性较好的塑料品种可以成型较大的制件，塑料聚乙烯的流动性能极好，适于成型较大的制件。
在这里内凸缘矩形盒注塑模具的尺寸适中，注塑时的压力要求不太大，一般的注塑压力就能满足.
（2）制品的精度等级；塑料制件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，此处塑料件未注公差，由于该制件的原材料为聚乙烯，而聚乙烯的制件公差等级较低为MT7级，该塑件的精度等级较低。
受模具活动部分的影响，取公差值和附加值之和，MT2级取0.05，MT3-5级取0.1。
（3）制品的表面质量；塑料制件的精度等级较低，我们所要获得的制件对制品的表面质量除要求无缺陷，毛刺，无特殊要求，一般的模具制造工艺和注塑工艺就能满足要求。
（4）制品的形状结构；制品的壁厚均匀为3mm。
符合聚乙烯的最小壁厚原则，尽管聚乙烯的质软，但是由于该塑件侧凹壁厚较厚,所以不能强制脱模.所以在模具的设计和加工过程中要特别注意，防止出现缺陷，由于制件的尺寸较小，聚乙烯的强度较大不需增设加强筋。
2.3计算塑料制件的体积和质量
计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数量。
计算塑料制件的体积：
V=21×44×3×2＋21×40×3×2＋50×40×3＋5×44×4×2
=5544+5040+6000+1760=18344=1.8344cm3
查《塑料注塑模结构与设计》知聚乙烯低密度为ρ=0.91～0.925g/cm3，高
2.4聚乙烯塑料注射成型的工艺参数。
（注塑工艺卡）
注射温度包括料筒温度和喷嘴温度
料筒温度：
后段温度t1选用140～160℃
中段温度t2
前段温度t3选用170～200℃
注塑压力：
选用60～100mpa,注塑时间：
选用15～60s
保压压力：
选用65mpa,保压时间：
选用10s
冷却时间：
选用15s,总周期:
40～130s
2.5塑料成型设备的选取
根据计算及原材料的注射成型参数初选注塑机为xs-60/450卧式
球半
模具定位孔直
3注塑模具结构的设计
3.1模腔数量的确定
塑件的生产属大批量生产，宜采用多型腔注塑模具,但是由于塑件结构的限制，没法采用一模多腔的模具结构,只能采用一模一腔的结构.其型腔个数与注塑机的塑化能力，最大注射量以及合模力等参数有关，此外还受制件精度和生产的经济性等因素影响，有上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量；
3.1.1按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1
N1=
×
－
其中：
F注塑机的锁模力N
PC型腔内的平均压力mpa
A每个制件在分型面上的面积（m㎡）
B流道和浇道在分型面上的投影面积（m㎡）
B在模
3.1.2注射机注塑量确定型腔数目N2
N2=（G－C）/V
其中：
G注射机的公称注塑量（cm3）
V单个制件体积（cm3）
C流道和浇口的总体积（cm3）
生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的0.75～0.45倍，取0.6倍计算，同时流道和浇道的体积为未知量，据统计每个制品所需浇注系统是体积的0.2～1倍，现取C=0.6则
N2=
=
=78×0.375
N=1
3.2分型面的选择以及型腔的排列方式的确定
3.2.1分型面的选择
模具设计的过程中分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，应根据分型面选择的原则来确定模具的分型面:
（1）塑件脱出方便：
尽量使塑件滞留在动模一侧，模具的脱模机构在动模一侧，一般将主型芯装在动模一侧，使塑件的包紧在主型芯上，型腔可以设在定模一侧。
（2）模具结构简单，使模具容易切削加工，从简化模具加工来考虑，对要求抽芯的塑件，应尽量避免在定模部分抽芯。
其他必须型腔排气顺利，确保塑件质量，无损塑件外观，设备利用合理以及塑件的成型要求来选择分型面。
该塑件为内凸缘矩形盒，表面无特殊的要求，由于制件有侧向抽心的凸缘，而且是在内部,因此制件需要侧向内抽芯机构，分型比较复杂，可采用内侧向分型，故分型面选择如下图所示：
图3-1分型面选择
3.2.2确定型腔的排列方式
本塑件在注塑时采用一模一腔，即综合考虑模具的开模行程较短，注塑机有足够的开模空间，浇注系统符合原则（主流道的长度小于60mm），模具结构简单和制件精读符合图纸要求以制件生产的经济性，可采用上图所示的型腔排列方式和分型面选择。
图3-2型腔的排列方式
3.3浇注系统的设计
3.3.1：
主流道设计
根据XS-ZY-125型注塑机喷嘴的有关尺寸
喷嘴前瓶孔径：
d0=Ф4mm
喷嘴前瓶球面半径：
R0=20mm
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R=R0+（1～2）mm
D=d0+（0.5～1）mm
3.3.２主流道衬套的选取
为了提高模具的寿命在模具与注塑机频繁接触的地方设计为可更换的主流道衬套形式，选取材料为T8A，热处理以后的硬度为53～57HRC，主流道衬套和定模的配合形式为H7/m6的过渡配合。
图3-3主流道衬套
3.3.3排气结构的设计
在注塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进入模具型腔内，气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡，甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。
排气方式有两种：
开排气槽排气，利用和模间隙排气。
由于瓶盖注塑模是小型内抽心模具，可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气，而不需在模具上开设排气槽。
（聚乙烯塑料的最小不溢料间隙为0.02mm，间隙较小，再加上聚乙烯的流动性极好，也不宜开排气槽。
）
3.4斜顶杆顶出抽芯机构
图3-4斜顶杆顶出抽芯机构
1-斜顶杆2-型芯3-复位杆4-小轴5-支架6-滚轮7-顶出板
如上图所示的是斜顶顶出机构.斜顶杆1既是顶出元件,又是塑件内侧凹的成型零件,其尾部带有小轴4,小轴两端装有滚轮6,滚轮装在固定于顶出板7的支架5上.顶出时,顶杆沿型芯2和型芯垫板上的斜槽运动,完成内侧抽芯并顶出塑件,与此同时滚轮沿支架内侧滚动.整个顶出机构由复位杆3复位.斜顶杆是斜滑块的一种变异形式,受力情况与斜滑块完全相同,但是斜顶杆断面尺寸小于斜滑块,长度有较大,因此斜角应选取较小值,一般不宜超过20°,这里选择15°.计算得顶出距离为50mm能是制件脱模.
3.5模具工作零件的设计
3.5.1凹模的设计：
3.5.2内凸缘矩形盒注塑模具的工作尺寸
（包括型腔和型芯的尺寸）
本例中成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸，平均收缩率平均制造公差和平均磨损率来计算。
查教材表1-3塑料聚乙烯的成型收缩率为S=0.02～0.03％，故平均我们取为Scp=0.025％。
考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取Б=Δ/3。
表4-1凹模工作尺寸的计算
塑件尺寸
计算公式
型腔工作尺寸
50-0.42
Lm=（Ls+LsScp％－3/4Δ）+Б
50.3+0.14
40-0.42
39.87+0.14
24-0.34
24+0.11
9-0.32
9+0.11
3-0.32
2.95+0.11
表4-2：
凸模工作尺寸的计算
模具零件名称
塑件尺寸
计算公式
型芯工作尺寸
斜顶顶出块
44+0.44
Ln=（Ls+LsScp％+Δ）
40.44-0.15
12+0.40
12.40－0.13
8+0.40
8.40-0.13
4+0.32
4.32－0.11
5+0.34
5.30－0.11
4+0.32
4.32－0.11
8+0.40
8.40－0.13
2+0.40
2.40－0.13
3.5.3型芯结构的确定：
可根据模具的各部分结构确定型芯的尺寸和结构。
型芯端面尺寸为50mm×40mm×24mm,其结构图如下:
图3-5型芯结构
材料选用T8A,硬度在50HRC以上.凸模用凸模固定板固定,固定板选用45钢．
成型零部件的制造误差：
成型零部件的制造误差包括成型零部件的加工误差和安装误差，配合误差等几个方面。
设计时一般应将成型零部件的制造公差控制在塑件的1/3左右，通常取IT6—9级，综合考虑取IT8级。
3.6模具加热和冷却系统的设计
注塑模温度调节是采用加热或冷却方式来实现的，确保模具温度在成型范围之内。
模具加热方法有蒸汽、热油、热水加热及电加热等方法，最常用的方法是电阻加热；冷却方法则采用常温水冷却、冷却水强力冷却或空气冷却等方法。
而大部分采用常温水冷却法。
模具温调系统的功用：
改善成型条件、稳定制品形状尺寸精度、改善制件物理性能、提高制品表面质量。
塑料在生产过程中由于需要对熔融的塑料流体进行冷却，塑料制件不能有太高的温度（防止出模后制件发生翘曲，变形）冷却系统设计可按下式进行计算：
设该模具平均工作温度为60°，用20°的常温水作为模具的冷却介质，其出口温度为30°，产量为（1分钟2模）1000g/h。
3.6.1计算热流量
3.6.2冷却水的体积流量V
V=WQ
/Pc
（T
－T
）
=433440/60×1/1000×4.2×（30－20）
=172cm
温度调节对塑件的质量影响主要表现在以下几个方面：
变形、尺寸精度、力学性能、表面质量
在选择模具温度时，应根据使用情况着重满足制件的质量要求。
在注射模具中溶体从200
C,左右降低到60
C左右，所释放的能量5％以辐射，对流的方式散发到大气中，其余95％由冷却介质带走，因此注射模的冷却时间只要取决与冷却系统的冷却效果。
模具的冷却时间约占整个循环周期的2/3。
缩短循环周期的冷却时间是提高是提高生产效率的关键。
在冷却水冷却过程中，在湍流下的热传递是层流的10—20倍。
在次我选择湍流。
表3-3冷却水道的选取：
（有计算选取）
冷却水道直径
d/（mm）
最低流量
v/（m/s）
流量
Ｖ/（m
/min）
12
1.10
7.4×10
冷却回路的布置应根据塑件的形状及所需冷却温度分布要求以及浇口位置等，设计冷却回路为直通式，为使塑件受热均匀，冷却回路应同时开设在动定模两侧。
示意图:
图3-6冷却水道
3.7模具的合模高度
3.7.1计算模具的闭合高度：
H=H1＋H2＋H3＋H4＋H5＋H6
=30＋34＋30＋20＋73＋30
=216mm
3.7.2校核注塑机的开，合模空间
A：
模具合模时校核：
100mm<216mm<300mm
注:
模具符合注塑机的要求;
B：
模具开模时校核：
100mm<216mm＋24mm<300mm
注:
模具符合注塑机的要求;
3.8注塑机有关参数的校核
本模具的外形尺寸为180mm×200mm×216mm,SZ-60/450型注塑机模板最大安装尺寸是330mm×240mm。
由于上述计算的模具闭合高度为216mm，SZ-60/450型注塑机的最小模具厚度为100mm，最大模具厚度为300mm
1模具合模时校核：
1模具开模时校核：
100mm<216mm＋24mm<300mm
其中：
24mm为模具的抽拔距
经校核SZ-60/450型注塑机能满足使用要求故可以采用。
4模具的装配与调试
4.1装配主要要求如下：
（1）模具上下平面的平行度偏差不大于0.05mm分模处要求密合。
（2）推件时推杆与卸料板要保持同步。
（3）上、下模型芯必须紧密接触。
装配时以分型面密合作为该模具的装配基准，装配顺序如下：
（1）装配前按图检验主要工作零部件及其它零件尺寸。
（2）镗导柱、导套孔。
将定模板、动模板、型芯固定板叠合在一起，使分模面紧密接触并加紧，镗导柱、导套孔，在孔内压入工艺定位销后，加工侧面的垂直基准。
（3）加工定模。
用定模侧面的垂直基准确定定模上型芯中心的实际位置，并以次作为加工基准，分别镗型芯孔φ34mm、φ10mm，并锪台肩φ44mm×6mm、
φ14mm×6mm。
（4）压入导柱、导套。
将定模、板动模板、支撑板上分别压入导柱、导套，使其导向可靠，滑动灵活。
（5）装配型芯。
在定模和型芯固定板孔内压入型芯，用镙孔复印法和压销钉套
（6）通过型芯钻支撑板上的推杆孔。
（7）通过支撑板钻推杆固定板上的孔。
（8）在推杆固定板和支撑板和支撑板上加工限位螺钉和复位杆孔。
（9）组装垫块和支撑板。
（10）加工定模座板。
加工螺孔、销钉孔和导柱孔，并将浇口套、导柱套压入定模座板。
（11）定模部分的装配。
用平行夹头把它们加紧（浇口套的浇道孔与镶块上的浇道口对中，在上面钻固定在注塑机上的孔，使其与注塑机相配合。
（12）装配动模部分。
修正推杆和复位杆的长度。
（13）完成装配后进行试模，并校验入库。
4.2模具的调试与制件常见缺陷及解决办法:
4.2.1模具的调试
（1）试模前,必须对设备的油路、水路以及电路进行检查,并按规定保养设备,作好开机前的准备.
（2）原材料应该合格.
（3）在开始试模时,原则上选择在低压、低温、和较长的时间条件下成型,然后按压力、时间、温度这样的先后顺序变动.
（4）注塑时选择低速注塑.
（5）采用较慢的螺杆转速和略低的背压加料和预塑.
4.2.
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