塑料模毕业设计毕业设计.docx

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塑料模毕业设计毕业设计

绪论

随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。

在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：

“模具就是黄金”，可见模具工业在国民经济中重要地位。

我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。

模具工业是现代工业的基础，它的技术水平很大程度上决定了产品的质量和市场的竞争能力。

随着我国加入“WTO”,“入世”对我国模具工业产生重大而深远的影响，经济全球化的趋势日益明显，同时世界众多知名公司不断进行构调整，国内市场的国际性进一步现，该行业将经受更大的冲击，竞争也会更加激烈。

在如此严峻的行业背景下，我国的技术人员经过不断的改革和创新使得我国模具水平有了较大的提高，大型，复杂，精密，高效和长寿命模具有上了新的台阶。

我国塑料模的发展，极其迅速，现已具有相当规模。

无论是设计水平，加工制造技术，还是CAD技术都有了明显的提高。

随着政府和企业界对模具工业的重视程度的不断提高，模具的发展速度在不断加快，技术得到进一步发展，模具工业在国民经济的建设和发展中，机械制造工业担负着为各个经济部门提供各种资料的装备和技术的任务。

机械制造工业的发展是国民经济发展的关键，一切工业发达的国家都非常重视机械制造工业的发展，而且一般都能使它的发展超前于其他工业和国民经济的发展。

塑料模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具。

塑料模具对塑料制品的质量和操作难易程度都有相当的影响，因此，要求模具在生产度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求并要求其效率高、操作简便、结构合理、制造容易、成本低廉。

现代塑料制品中合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少三项重要因素。

尤其是塑料模具要实现塑料加工工艺要求，制件使用要求和造型设计起着十分重要的作用，因此，对塑料模具生产也提出了越来越高的要求，因此促使模具生产不断向前发展。

塑料制品的成型是塑料成为具有实用价值制品的重要环节。

塑料成型方法已达40多种。

其中最重要的是注射，挤出，吹塑和压制等。

它们几乎占了整个塑料成型的85﹪；其中注射尤为突出，占塑料成型的30﹪以上。

注射模具成形是热塑性塑料成型的一种方法，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型，有些热固性塑料也可以用注射模塑成型。

我国的社会主义现代化建设事业中，为了尽快地实现“四化”必须将国民经济各部门的生产转移到广泛采用新技术、新工业、新材料、新设备上来，转移到依靠科学技术进步上来。

国民经济各部门的技术进步，一般是通过先进的技术装备来实现的。

很明显，机械工业能否以适用的先进技术装备武装国民经济各部门，将直接影响国民经济的技术和技术改造和技术进步。

进而影响整个国家的经济振兴和“四化”建设的实现。

因此，机械工业在我国的社会主义现代化建设中居于十分重要的地位。

我国的机械工业虽然取得了很大的成绩，但同工业发达国家相比，在生产能力、技术水平、经济效益和管理水平等方面，仍然存在一定的差距，还不能完全事业国民经济发展的需要。

因此，我国的机械工业必须加快自身的科学技术的发展，通过技术改造，提高产品的设计水平，制造工艺水平和管理水平，使机电产品的质量和品种逐步达到和赶上工业发达国家的水平。

机械制造工业是为现代化建设提供各种机械装备的部门，在国民经济的发展中具有十分重要的地位。

机械制造工业的发展规模和水平是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志，因此，我国一贯都把发展机械制造工业作为发展国民经济的战略重点之一。

建国40多年来，机械制造工业的发展取得了很大的成绩，逐步形成了产品门类基本齐全，配置比较合理的机械制造工业体系，成为全国最大的产品部门之一。

目前，机械制造工业除了为国家建设提供各种普通机械、农业机械、运输机械、电力机械、重型机械、仪表和各种机床外，还能提供各种大型的成套设备，在高新技术产品的开发方面，也取得了长足的进步。

机械制造工业虽然取得了很大的进步，但与工业发达的国家相比，在生产能力、技术水平、管理水平和劳动生产率等方面，还有很大的差距。

因此，我国的机械制造工业今后的发展，除了不断提高常规机械生产的工艺装备和工艺水平外，还必须研究开发优质高效精密工艺，为高新技术产品的生产提供新工艺、新装备，加强基础技术研究，强化和掌握引进技术，提高自主开发能力，形成常规制造技术与先进制造技术并进的机械制造工业结构。

二、产品技术要求和工艺分析

产品技术要求

产品设计图

产品图：

产品平面图：

产品技术要求

塑料零件的材料为PC（聚碳酸酯），其工件要求无气泡、残缺，表面有较高的光洁度，具有一定的透光性，无杂质，性能可靠。

塑件的工艺分析

常用热塑性塑料成型特点

虽然吸水性好，但高温时对水分比较敏感，会出现银丝、气泡及强度下降现象，所以加工前必须进行干燥处理，而且最好采用真空干燥法；熔融温度高，熔体黏度大，流动性差，所以成型时要求有较高的温度和压力；熔体黏度对温度十分敏感，一般采用提高温度的方法来增加熔融塑料的流动性。

塑件材料性能

此线夹是采用PC（聚碳酸酯）注塑成的。

查相关手册可知：

聚碳酸酯（PC）属热塑性非结晶型塑料，为无色透明颗粒，～∕㎝3。

聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程塑料，韧而刚，抗冲击性在热塑性塑料中名列前茅；成型零件可达到很好的尺寸精度，并在很宽的温度范围内保持其尺寸的稳定性；﹪～﹪；抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒；脆化温度在-100℃以下，长期工作温度达120℃；聚碳酸酯吸水率较低，能在较宽的温度范围内保持较好的电性能。

聚碳酸酯是透明材料，可见光的透光率接近90﹪。

其缺点是耐疲劳强度较差，成型后制件的内应力较大，容易开裂；不耐碱、酮、酯；水敏性强（﹪），且吸水后会降解。

用玻璃纤维增强聚碳酸酯则可克服上述缺点，使聚碳酸酯具有更好的力学性能和尺寸稳定性以及更小的成型收缩率，并可提高耐热性和耐药性，降低成本。

制件成型工艺性能

聚碳酸酯虽然吸水率较低，但在高温时对水分比较敏感，会出现银丝、气泡及强度下降现象，所以加工前必须进行干燥处理，而且最好采用真空干燥法。

由于聚碳酸酯熔融温度高（超过330℃才严重分解），熔体黏度大，流动性差（），所以成型时要求有较高的温度和压力。

其熔体黏度对温度十分敏感，冷却速度快，一般用提高温度的方法来增加熔融塑料的流动性。

三、拟定成型方案及动作原理

分型面位置的确定

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。

选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

a）分型面应选在之间外形最大轮廓处，即选在制件的截面积最大处，否则制件不能从型腔中取出；

这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。

根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。

分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。

b）分型面的选择应尽可能使制件在开模后留在推出机构一侧，以便于制件顺利脱模，推出机构一般设在动模一侧；

c）应保证制件精度要求；

d）应考虑外观要求；

不要在制件的重要表面开设分型面，还应考虑在分型面处所产生的飞翅是否容易清除。

e）使分型面容易加工；

分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。

因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。

如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。

f）有利于模具的制造；

g）有利于排气；

分型面应尽量使塑料熔体的料流末端重合，从而有利于排气。

对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。

h）应考虑成型面积的影响；

制件在分型面上投影面积越大，所需的锁模力越大，设备也越大。

所以，应尽量减小制件在合模分型面上的投影面积。

综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。

当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。

导柱、导套的设计

导柱与导套的配合形式有多种：

（1）带头导柱与模板导向孔直接配合；

（2）带头导柱与带头导套配合；

（3）带头导柱与直接导套配合；

（4）有肩导柱与直导套配合；

（5）有肩导柱与带头导套配合；

（6）导柱与导套分别固定在两块模板中配合。

如图所示：

浇注系统的设计

浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。

普通模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。

主流道设计

主流道与注射机喷嘴在同一轴心线上，熔体在主流道中并不改变流动方向。

主流道的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，设计时必须使熔体的热量损失和压力损失最小。

由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内。

主流道断面一般为圆形，为了让主流道凝料能顺利地从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角α为2°～6°，小端直径～1mm。

由于小端的前面是球面，其深度为3～5mm，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此，～1mm。

主流道的长度应尽量短，以减少压力损失，其长度值一般不超过60mm。

本次设计选用：

α=2°，D=5mm，深度为3mm，主流道球面半径R=13mm，mm。

分流道设计

分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。

设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。

分流道开设在动、定模分型面的两侧或任意一侧，其截面形状应尽量使其比表面积（流道表面积与其体积之比）小，在温度较高的塑料熔体和温度相对较低的模具之间提供较小的接触面积，以减少热量损失。

常用的分流道截面有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式。

圆形截面的比表面积最小，但需开设在分型面的两侧，在制造时一定要注意模板上两部分形状对中吻合。

分流道截面尺寸视塑料品种、制件尺寸、成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定。

通常圆形截面分流道直径为2～10mm，对流动性较差的聚碳酸酯、聚砜等分流道直径可大至10mm，对于大多数塑料，分流道截面直径常取5～6mm。

根据型腔在分型面上的排布情况，分流道的长度要尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料原材料和减少能耗。

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此，分流道表面粗糙度要求不能太低，一般m左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。

本次设计选用：

圆形截面分流道，分流道截面直径为6mm，分流道长度为70mm，Ra=m。

浇口设计

浇口的作用是使从分流道来的熔体产生加速，以快速充满型腔。

熔体充满型腔后，由接触模壁部分开始渐渐向中心层冷却固化，由于一般浇口的尺寸比型腔部分小的多，所以首先凝固，只要注射工艺过程中保压时间足够，凝固封闭后的浇口就能防止熔体倒流，而且也便于浇口凝料与制件分离。

注射模的浇口形式较多，应根据塑料的成型特性、制件的集合形状、尺寸、生产批量、成型条件、注射机结构等因素综合考虑后合理选用。

a）浇口形式的选择

本次设计选用潜伏式浇口。

潜伏式浇口又称隧道式浇口或剪切浇口。

它是由点浇口演变而来的，其流道设置在分型面上，浇口常设在制件侧面不影响制件外观的较隐蔽部位，并与流道成一定角度，潜入分型面下面，斜向进入型腔，形成能切断浇口的刀口。

开模时，流道凝料由推出机构推出，并与制件自动切断，省掉了切除浇口的工序。

其模具结构与侧浇口相似，但比点浇口简单。

b）浇口位置的选择

模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需要进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此,合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。

总之，要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常考虑以下几项原则：

1）在设计浇口位置时，必要时应进行流动比的校核，即熔体流程长度与厚度之比的校核；

2）浇口开设的位置应有利于熔体流动和补缩；

3）交口位置应设在熔体流动时能量损失最小的部位，并有利于型腔内气体的排出；

4）浇口位置的选择要避免制件变形；

5）浇口位置应避免塑料制件产生熔接痕；

6）防止料流将型芯或嵌件挤压变形。

根据本塑件的特性，综合考虑以上几项原则，该零件的进浇口设在

四、注塑机的选择及成型零件的设计

注塑机的选择

本次设计与实际在工厂中的设计有所不同。

工厂中的注塑机是已有固定的，模具设计人员通常都是根据车间内的注塑机来确定最大的之间产量，即是说厂中的注塑机选择是有限的。

而在本次设计中，我们选择注塑即的原则则是按我们想象中的产品产量和实际的塑件形状来选择任何一款注塑机，最后校核能满足使用要求即可。

这样同样也可以达到训练的目的。

线夹体积的计算

根据塑件的三维模型，利用三维软件pro/E直接可查询得出线夹的体积：

V线夹=cm3

线夹质量的计算

设计要求给出PC的密度为ρ=g/㎝3，计算可得线夹的质量

m线夹=cm3×g/㎝3=g≈9g

满足注射量V机≥V塑件/

式中

V机——额定注射量（cm3）

V塑件——塑件与浇注系统凝料体积和（cm3）

V塑件/=

塑料注射机参数

查《注塑模设计手册（软件版）》热塑性塑料注射机型号和主要技术规格，根据计算所得的总体积和质量可初选XS-ZY-125机。

塑料注射机参数的规格

如下表－1：

型号

XS-ZY-125

螺杆（柱塞）直径（mm）

304245

最大理论注射容量（cm3）

104125146

注射压力（N/㎝2）

（12000）146001190010400

锁模力（KN）

（1000）900

最大注射面积（cm2）

（300）320

最大模具厚度H（mm）

300

最小模具厚度H1（mm）

200（145+10）

模板最大距离L0（mm）

600

模板行程L1（mm）

（375）300

喷嘴圆弧半径R（mm）

12

喷嘴孔径d（mm）

4

喷嘴移动距离（mm）

210

表－1

选标准模架

根据以上分析，计算型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。

查《王者模架》中小模架A1型：

定模板厚度：

A=60mm

动模板厚度：

B=60mm

模脚厚度：

C=60mm

模具厚度H=40+A+B=（40+60+60+60）mm=220mm

模具外形尺寸200mm×200mm×220mm

注塑机相关参数的校核

注塑压力的校核

查《塑料成型工艺与模具设计》，常用热塑性塑料注射成型工艺参数注射压力80MPa＜10400N/㎝2（选择的注塑机实际注射压力），合乎要求。

锁模力的校核

锁模力是指当高压熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力，作用在这个面上的力应小于注塑机的额定锁模力F。

由表－1可知注射压力P0=10400～14600N/㎝2（取12500），实际的模具型腔及流道塑料熔体的平均压力P=kP0（k为损耗系数，取值范围1/3～1/4），P=×12500=3750N/㎝2=MPa。

塑件投影面积：

A1=×=mm2

浇注系统投影面积:

A2=70×6+4××5=570mm2

所以，注塑线夹时所需的锁模力

Q=（×4+570）×=＜900KN；

所以，锁模力合乎要求。

模具与注塑机装模部位相关尺寸的校核

各种型号的注塑机安装部位的形状尺寸各不相同。

设计模具时应校核的主要项目有：

喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模板的平面尺寸和模具安装用螺钉位置尺寸等。

现校核如下：

a）喷嘴直径：

主流道始端口径5mm＞喷嘴孔径d=4mm；合乎要求；

b）定位孔与定位圈的尺寸校核：

定位圈直径100mm＜125mm；合乎要求；

c）最大模具厚度H与最小模具厚度H1的校核：

模具厚度为220mm，在200～300之间，符合要求；

到此，注塑机的各项相关工艺参数均已校核通过。

  模具成型部分的结构设计

型腔是模具上直接成型塑料制件的部位，直接构成模具型腔的所有零件都称为成型零件，通常包括凹模、凸模、成型杆、成型环、各种型腔镶件等。

型腔分型面位置和形状的确定

分型面，简单地说，就是分开模具取出塑件的面。

线夹注塑模的分型面选择在H-H面。

型腔和型芯的结构特点

1、型腔结构特点

1）整体式型腔

它是在整块金属模板上加工而成的，其特点是牢固、不易变形，不会使制件产生拼接痕迹。

但是由于整体式型腔加工不方便，热处理不方便，所以其常用于形状简单的中、小型模具中。

2）组合式型腔

组合式型腔由两个以上的零件组合而成，按组合方式不同有以下几种结构形式：

整体嵌入式型腔、局部镶嵌式型腔、底部镶拼式型腔、四壁拼合式型腔。

这套模具所选用的是整体嵌入式型腔，其特点是小型制件在采用多型腔模具成型时，各单个型腔采用机械加工、冷挤压、电加工等方法加工制成，然后压入模板中。

这种结构加工效率高，装拆方便，可以保证各个型腔的形状尺寸一致。

2、型芯结构特点

1）主型芯的结构

（1）整体式主型芯

其结构牢固，但不便加工，消耗模具材料多，主要用于工艺实验或小型模具上的形状简单的型芯。

（2）镶拼组合式主型芯

为了加工方便，形状复杂的型芯往往采用镶拼组合式结构，这种结构是将型芯单独加工后，再镶入模板中。

设计和制造镶拼组合式主型芯时，必须注意结构合理，应保证型芯和镶块的强度，防止热处理时变形，而且应避免尖角和壁厚突变。

在设计型芯结构时，应注意塑料的溢料飞翅不应该影响脱模取件。

2）小型芯的结构

小型芯用来成型制件上的小孔或槽，小型芯单独制造后，在嵌入模板中。

这套模具所选用的是镶拼组合式主型芯。

成型零件的工作尺寸计算

根据所给数据：

聚碳酸酯（PC）的收缩率为Scq=﹪，考虑到实际的模具制造条件和工件的实际要求，成型零件是公差等级取IT12级。

（1）制件尺寸转换：

1）轴类尺寸（基轴制，公差上限为零，公差等于下偏差）

线夹外径尺寸1：

110+mm→mm

  线夹外径尺寸2：

220+mm→mm

  线夹高度尺寸1：

（±）mm→mm

线夹高度尺寸2：

（±）mm →mm

2）孔类尺寸（基孔制，公差下限为零，公差等于上偏差）

线夹内径尺寸1：

+mm →+mm

线夹内径尺寸2：

40+mm →40+mm 

（2）线夹型腔径向尺寸：

1）110+mm→mm

LM1=（LS+LSScp－3/4△）0+δz　

=（+×﹪－3/4×）0+

=+mm

2）220+mm→mm

LM2=（LS+LSScp－3/4△）0+δz

=（+×﹪－3/4×）0+

=+mm

（3）线夹型腔高度尺寸：

1）（±）mm→mm

HM1=（HS+HSScp－2/3△）0+δz

=（+×﹪－2/3×）0+

=+mm

2）（±）mm →mm

HM2=（HS+HSScp－2/3△）0+δz

=（+×﹪－2/3×）0+

=+mm

LS—塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm）

HS—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）

△—塑件公差

δz—模具制造公差，一般取（1/3～1/4）△

（4）线夹径向尺寸：

1）+mm →+mm

lM1=（lS+lSScp+3/4△）0-δz

=（+×﹪+3/4×）

=mm

2）40+mm →40+mm

lM2=（lS+lSScp+3/4△）0-δz

=（4+4×﹪+3/4×）

=mm

五、 推出机构设计

推出机构的设计原理

在注射成型的每个周期中，将塑料制件及浇注系统凝料从模具中脱出的机构称为推出机构，也称为顶出机构或脱模机构。

推出机构的动作通常是由安装在注塑机上的机械顶杆或液压缸的活塞杆来完成的。

推出机构

推出机构的结构组成。

推出机构一般由推出、复位和导向零件组成，如图所示：

1—推杆2—推杆固定板3—推板

4—打料杆5—支承钉6—弹簧

（1）在图中，推出部件由推杆和打料杆组成，它们固定在推杆固定板2和推板3之间，两板用螺钉固定连接，注射机的顶出力作用在推板上。

（2）为了使推杆回到原来的位置，就要设计复位装置。

本图设计利用压缩弹簧的回复力使推出机构复位，其复位先于合模动作完成。

使用弹簧复位结构简单，但必须注意弹簧要有足够的弹力，如弹簧失效，要及时更换。

（3）支承钉5有两个作用：

一是使推板与动模座板之间形成间隙，以保证平面度和清除废料及杂物（多用于压缩压注模机构中）；另一作用是通过调节支承钉的厚度来调节推杆的位置及推出距离。

推出机构的结构设计要求

（1）制件留在动模上；

（2）制件在推出过程中不变形、不损坏；

（3）不损坏制件的外观质量；

（4）合模时应使推出机构正确复位；

（5）推出机构动作可靠；

（6）要求推出机构本身要有足够的强度和刚度。

5．4推出力的计算

在注塑动作结束后，制件在模内冷却定型，由于体积收缩，对型芯产生包紧力，当其从模具中推出时，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。

对于不带通孔的筒、壳类塑料制件，脱模推出时还需克服大气压力。

制件在脱模时型芯的受力分析情况如图所示：

开模脱模时所需的脱模力最大，其后推出力的作用仅仅是为了克服推出机构移动的摩擦力，所以计算脱模力的时候，总是计算刚开始脱模时的初始脱模力。

由于推出力Ft的作用，使制件对型芯的总压力（制件收缩引起）降低了Ftsinα,因此，推出时的摩擦力Fm为：

Fm=（Fb-Ftsinα）

式中Fm─脱模时型芯受到摩擦力，N；

Fb─制件对型芯的包紧力，N；

Ft─脱模力（推出力），N；

α─脱模斜度，（°）

─制件对钢的摩擦因数，～。

根据力的平衡的原理，可列出平衡方程式：

∑Ft=0

故：

Fmcosα-Ft-Fbsinα=0

经整理后得：

Ft=Fb（cosα-sinα）/（1+cosαsinα）

因实际上摩擦因数较小，sinα更小，cosα也小于1，故忽略cosαsinα，上式简化为：

Ft=Fb（cosα-sinα）=Ap（cosα-sinα）

式中A─制件包络型芯的