扣盖的注射模具设计塑料注塑模.docx
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扣盖的注射模具设计塑料注塑模
扣盖的注射模具设计
摘要
首先此次设计主要完成扣盖注射模具的设计，设计中分析了零件的结构及工艺性，确定该塑件的注塑成型方案并进行了注射模设计方面的相关计算。
其次利用UG软件的CAD模块对扣盖注射模进行三维造型。
模具设计要求结构紧凑、工作可靠、操作方便、运转平稳、冷却效果好、劳动强度低、生产效率高、生产的塑件精度高、生产成本低。
本文从型腔数量和布局的确定、注射机选择、流道的设计、模板及其标准件的选用、冷却系统、成型部件的设计等给出了详细的设计过程。
注射模具设计是一个需要很多的经验的模具设计，所以我们可以利用各种设计经验与理论相结合的方式使得该设计更加完美。
UG软件是一个极好的工具，可用于现代的成型加工与模具设计。
关键词：
扣盖；注射模具；注射机；流道
Abstract
Firstofall,thedesignmainlycompletedthedesignoftheinjectionmoldforthecovercover.Thestructureandmanufacturabilityofthepartswereanalyzedinthedesign.Theinjectionmoldingschemeoftheplasticpartwasdeterminedandtherelatedcalculationoftheinjectionmolddesignwascarriedout.Secondly,usingCADmoduleofUGsoftwareforthree-dimensionalmodelingofcoverinjectionmold.Thediedesignrequirescompactstructure,reliableoperation,easyoperation,smoothoperation,goodcoolingeffect,lowlaborintensity,highproductionefficiency,highprecisionofplasticpartsandlowproductioncost.Thispapergivesthedetaileddesignprocessfromthedeterminationofthenumberandlayoutofthecavity,theselectionoftheinjectionmachine,thedesignoftherunner,theselectionofthetemplateanditsstandardparts,thecoolingsystemandthedesignoftheformingparts.
Injectionmolddesignisaneedforalotofexperienceinthemolddesign,sowecanuseavarietyofdesignexperienceandtheoryofthecombinationofthewaytomakethedesignmoreperfect.UGsoftwareisanexcellenttoolforformingprocessanddiedesignofmodern.
Keywords:
bucklecover;injectionmould;injectionmachine;channel
第1章前言
1.1本课题的研究内容和意义
模具工业是国民经济的基础工业，被成为“工业之母”。
而塑料模具又是整个模具行业中的一枝独秀，发展极为迅速。
自从1927年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术、材料改性技术的进步，愈来愈多的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。
在现代化工业生产中，69%~90%的工业产品需要使用模具加工，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。
我国自改革开放以来，塑料工业发展很快，表现在不仅塑料增加而且其品种更为增多，其产量已上升到居世界第四位，由此可见，塑料工业已在我国国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。
在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。
在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的1/3~1/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。
我国塑料模的发展迅速。
塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的确开发和应用。
在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。
模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化；CAD、CAE、FlowCool软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。
因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。
近年来，随着科学技术的进步以及对塑件质量要求的提高，塑料模塑成型技术正向高精度、高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的方向发展，具体表现在以下几个方面：
1、塑料成型理论研究的进展。
2、新的成型方法不断涌现。
3、塑件更趋向精密化、微型化及超大型化。
4、开发出新型模具材料。
5、模具表面强化热处理新技术应用。
6、模具CAD/CAM/CAE技术发展迅速。
7、模具大量采用标准化。
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。
自改革开放以来，到目前为此制造业在中国国民经济中占的比重已占到45%，制造业部门成为GDP增长的主要支撑力量。
现代模具行业是技术，资金密集性的行业，模具行业的发展，可以带动制造业的蓬勃发展，对国民经济的发展有着辐射性的影响。
1.2国内外的发展概况[1]
随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。
利用先进的CAD/CAM/CAE技术进行模具的设计与制造，不仅省时省力，实现了无图纸化加工，而且制品的准确性，减少了试模的次数，缩短模具的设计及生产周期。
模具制造技术将向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。
最为重要的是保证了模具使用寿命。
模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。
在塑料成型生产中，先进的模具设计、高质量的模具制造、优质的模具材料、合理的加工工艺和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。
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。
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本课题应达到的要求
模具设计是模具专业最为重要的环节之一，同时它也是最后的一个关键教学环节。
它是由学生过渡到生产的一步，由学校走向工厂的桥梁。
是我们第一次系统地把所学理论应用在实际生产。
通过此次的设计制造的各个环节有了更加深入明确的了解从而培养和提高设计的能力。
设计的目的有两个，第一个目的是让我们掌握模具设计的基本技能，如绘图，计算，查阅设计资料和手册。
熟悉国标和各种标准的能力，能够熟练运用三维软件进行绘图。
第二个目的是了解和掌握模具设计与制造的工艺，从而独立的设计一般的塑料模具，为走出学校走向社会打下基础。
本人设计的这副模具是塑料成型模具，塑料扣盖塑料模具设计，这是一种方形状的塑料外壳。
在设计过程中我是按照循序渐进的方法，严格按照设计要求去做，力求数据准确，结构合理，在保证合乎塑料件要求的同时，力求结构简单。
但是由于本人的实践经验不足，因此考虑的问题可能有些地方不是很全面，设计中难免会出现错误，还望各位老师和同学指正。
在此，我在这里衷心的感谢导师对我的指导和同学对我的帮助。
第2章塑件工艺件设计分析
2.1概述
此章将会对塑件的工艺设计进行分析，确定此论文题目扣盖的材料及其收缩率和密度等特性。
然后通过体积计算确定型腔的数量及排列，并由此选择相对应的注塑机的型号和模架。
2.2塑件分析
图2.1为制品的三维立体图。
该产品精度及表面粗糙度要求很高,零件是属于方形壳体，零件的体积不大。
考虑到注射填充和模具的大小。
采用一模两腔结构。
图2.1制品的三维立体图
2.3塑件材料的确定
2.3.1塑件材料的选择
考虑到扣盖的工作环境，由于是日常用品必须是无毒，无臭，无味的材料制成。
，经常用手触摸，必须耐酸、化学稳定性要好；抗拉强度、硬度、耐磨性要突出，综合机械性能要好。
具备这些条件的塑料一般首选：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（英文名称:
AcrylonitrileButadieneStyrene，简称：
ABS）。
2.4塑件材料的各项性能
2.4.1主要特性
（1）综合力学性能好,抗冲击强度高,耐化学稳定性强,而且电性能非常优越。
（2）与有机玻璃的熔接性良好，可表面镀铬,以及喷漆处理。
（3）高抗冲、高耐热、高阻燃、高增强、高透明。
（4）流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。
2.4.2技术指标
表2-1ABS的技术指标见下[2]
密度
1.02～1.16
比体积
0.86～0.98
吸水率
0.2～0.4
收缩率s
0.4～0.7
熔点
130～160
硬度HB
9.7
R121
抗拉屈服强度
50
拉伸弹性模量
体积电阻率
弯曲强度
80
热变形温度
t/c
0.46MP
90～108
冲击韧度
无缺口
261
0.185MP
83～103
缺口
11
2.4.3制件壁厚
零件的壁厚为2mm（ABS的推荐小型塑件壁厚：
8mm和最小壁厚参考值0.80mm[3]）。
2.4.4精度
扣盖上盖的尺寸精度：
根据“塑件精度等级的选用（SJ1372-1978）”，选择建议采用的精度等级为ABS一般精度——5级。
2.4.5尺寸公差
扣盖上盖的尺寸公差：
根据“塑件的尺寸公差（SJ1372-1978）”
2.4.6塑件的成型工艺性能介绍
表2-2ABS的注射工艺参数
注射机类型
螺杆式
螺杆转速
30~60r/min
喷嘴形式
直通式喷嘴
喷嘴温度
180~190℃
模具温度
50~70℃
注射压力
60~100Mpa
保压压力
5~10Mpa
冷却时间
5~15s
周期
15~30s
后处理方法
红外线烘箱温度70℃时间0.3~1h
备注
原材料应预干燥0.5h以上
2.5体积计算确定型腔数量及型腔布局
2.5.1体积
根据UG对零件的分析可得制件的体积
图2.6体积计算
2.5.2质量
根据UG的分析可得：
体积=3.9cm³
并由已知密度=1.05000000g/cm³可得：
质量=4.095g
考虑到ABS的材料性质（成型周期较短）、塑件的尺寸精度、每个塑件的成型压力、生产效率和生产成本等各因素，将模具的型腔定为：
一模2腔。
2.5.3型腔布局
由于零件比较简单，塑件可以分布在模具中心的四周，这样也保证了浇注系统的平衡，下图为型腔的分布图：
图2.8型腔分布图
2.6塑件的脱模斜度
2.6.1脱模斜度的意义和影响
塑件在冷却后会产生收缩，会有包紧力作用在凸模或者成型的型芯上；或者粘附作用，塑件紧贴在凹模型腔内。
为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时刮伤、擦毛等，在设计时塑件表面沿脱模方向应该具有合理的脱模斜度。
2.6.2脱模斜度的确定
根据“塑件常用的脱模斜度[4]”中推荐ABS材料的脱模斜度为：
凹模（型腔）25′~45′
凸模（型芯）20′~45′
本设计中是由圆形的球体组成，模具的脱模斜度不用进行设置，能保证正常的脱模斜度要求
2.7注塑设备的选择及其主要参数
2.7.1注塑设备的型号选取
根据以上分析、计算，查《塑料成型工艺与模具设计》表2-20初选注射机：
XS-Z-60。
注射机SX-Z-60参数：
表2.1SX-Z-60注塑机主要参数表
SX-Z-60注塑机主要参数
名称
数值
单位
型号
SX-Z-60
注射量（最大）
60
cm³
螺杆（柱塞）直径
（38）
mm
注射压力
122
MPa
注射行程
130
mm
注射时间
1.2
s
注塑方式
柱塞式
合模力
500
KN
最大成型面积
130
cm²
模板行程
180
mm
模具高度
最大
300
mm
最小
70
mm
模板尺寸
330×440
mm
柱杆空间
190×300
mm
合模方式
肘杆
功率
6.3
Kw
机器重量
1.2
t
2.8注塑机重要参数的校核
初选完注塑机的型号以后要对注塑机的各项重要参数进行校核，比较实际需求是否能满足注塑机的重要参数。
2.8.1注塑容量的校核
标准注射机的标准规定：
注塑容量是以注塑低ABS时对空注塑的条件下，注塑机螺杆或柱塞做一次最大行程的过程中能达到的最大容量。
注射量的大小是选择注塑机的一个重要参数。
它反应了注塑机的注塑能力，意味着注塑机能注射成型多大体积的注塑制品。
在以容量计算，进行校核时，必须使在一个注塑周期内所需的注塑塑料熔体的容量在标准注塑机额定的注射量的80%以内，就是：
V塑≤0.8V注（2.1）
式中V塑即注塑机的最大注射容量，cm3；
V注即产品塑件与浇注系统的体积的总和,cm3；
0.8为最大注塑容量的利用系数。
本设计中，注射量校核如下：
由UG的分析→测量→体积可得：
V模≈3.9cm3,V浇≈10cm3（2.2）
V塑＝2*V模＋Ｖ浇
=7.8+10≈17.8cm3
最后得出V浇≥V塑/0.8=17.8/0.8≈22.25cm3；
选定的注塑机容量为60cm3，所以注塑机的注射容量符合标准要求。
2.8.2注射压力的校核
在本次设计中，参考了制品的材料低ABS的材料特性，以及给定的推荐压力，最终确定制品所需的注塑压力为80MPa，而注塑机的注射压力能达到122MPa，这肯定了注塑机的注塑机的压力符合标准要求。
2.8.3锁模力的校核
锁模力为注塑机锁模装置用来夹紧模具的力。
锁模力过小会在产品塑件成型发生飞边跑料的现象。
F＞p×A/1000（2.3）
式中：
F为锁模力,KN；
P为型腔压力，MPa；
A为塑件及浇注系统在分型面上的投影面积，mm2。
已知参考的低ABS的型腔压力为25~30MPa。
确定型腔压力25MPa。
浇注系统的投影面积与产品的投影面积可以通过UG中的分析得出，A=2339.0341。
由于浇注系统的投影较为分散，即定为一倍的单个制品的阴影面积。
图2.9截面面积分析图
锁模力即为F=p×A=25×2339.0341=58.5KN。
而注塑机的锁模力为500KN远大于计算所得的胀模力
所以注塑机的锁模力符合标准要求。
2.8.4开模行程的校核
模具开模后为了便于取出制件，要求有足够的开模距离，所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板的移动距离。
注塑机的开模行程是有限的，设计模具必须校核所选注射机的开模行程，以便与模具的开模距离相适应。
对于卧式注射机，其开模行程与模具厚度有关，对于多分型面注射模应有：
式中
--推出距离
--包括浇注系统凝料在内的塑件高度
=（水口料的长度+20~30）
总的开模距离需要H=130+80+10=220mm以上
经计算，符合要要求。
2.9模架的选择
根据型腔排列的方式和型腔的大小以及考虑
根据对塑件的综合分析，确定该模具是单分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可选择CI型的模架，其基本结构如下：
2.10本章小结
此章对产品塑件的工艺设计进行了分析，确定了塑件产品的材料及其特性。
然后通过计算确定了型腔的数量与排列方式，并由此选择相对应的注塑机型号和模架类型型号，最终通过计算验证初步的选择满足了实际的情况。
第3章分型面的设计
3.1概述
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料,它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。
合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。
3.2分型面的选择
分型面的形式参见《模具设计与制造简明手册》图2-40，其选择示例见《模具设计与制造简明手册》表2-47。
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：
（1）分型面不仅应选择在对制品外观没有影响的位置，而且还必须考虑如何能比较方便地清除分型面产生地溢料飞边。
同时，还应避免分型而产生飞边；
（2）分型面的选择应有利于脱模，否则，模具结构便会变得比较复杂。
通常，分型面的选择应尽可能使制品在开模后滞留在动模一侧；
（3）分型面不影响制品的形状和尺寸精度;
（4）分型面应尽量与最后填充的型腔表面重合，以利于排气；
（5）选择分型面是，应尽量减少脱模斜度给制品大小端尺寸带来的差异；
（6）分型面应便于模具加工;
（7）选择分型面时，应尽量减少制品在分型面上的投影面积，以防止面积过大，造成锁模困难，产生严重的溢料。
其中最重要的是第5）和第2）、第6）点。
为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。
考虑到零件的形状，分型面设计在最大轮廓面，具体由图所示：
图3.1上下分模示意图
3.4本章小结
本章对本设计的模具分型面：
上下分型面，前后分型面，内部的分型面进行了设计分析，最终确定了最理想的方案。
并在图上给出参考的指示。
第4章浇注系统
浇注系统：
从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口之间的流道。
多模腔的模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴等组成。
本章会对此次设计的浇注系统进行分析并选出最适合的方案。
4.1主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，俗称浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。
主流道参数如表4-1所示：
表4-1主流道主要参数
参数
参数值
锥角
=2°
内表面粗糙度
Ra=0.63
小端直径
D=d+（0.5~1）mm=5.5
半径
R
=R
+（1~2）mm=20
材料
T8A
定圈也是标准件，外径为Φ150mm，内径Φ130mm。
通过两个M8螺丝固定定位环，具体如下图：
图4.2浇口套与定位环
4.2分流道的设计
4.2.1分流道的布局
分流道横截面形状有很多种：
圆形、梯形、六边形、圆角梯形、等。
在各种截面中，圆形截面是使用最为广泛的，由于本零件体积比较大，为了注射填充饱满，设计采用直接交口，无需设计分流道
4.3浇口的设计
浇口是连接分流道和型腔之间的通道。
它的位置、形状和尺寸对产品塑件的成型有较大的影响。
它的设计包括了形状、尺寸的确定和位置的选择。
本次设计中采用了一模两腔的结构设计，又因为材料的特性，经过各种分析比较，采用侧浇口。
图4.5浇口流道
4.4本章小结
本章对设计中的浇注系统进行了设计，对主流道，分流道，浇口等进行了计算验证。
第5章模具成型零部件的设计
模具中，决定产品塑件几何形状与尺寸的零部件成为成型零部件，主要包括凸模，凹模，镶块，成型杆，成型环等等。
5.1型腔的设计
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，模具结构相对于型芯结构简单，模具不大，为了提高强度，采用整体式。
如图
图5.1型腔设置示意图
5.2型芯的设计
型芯是用成型塑料内表面的零件。
二者并没有严格的区分，由于该模具结构在型芯上复杂，又属于小型模具，内表面又要求不高所以凹模也采用整体式。
图5.2型芯设置示意图
5.3成型零部件工作尺寸的计算
塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定ABS材料的平均收缩率为0.3%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为：
式中A—模具成型零部件在常温下的尺寸
B—塑件在常温下实际尺寸
成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT4～8级作为模具制造公差。
在此取IT5级，型芯工作尺寸公差取IT5级。
模具型腔的小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，中心距偏差为双向对称分布。
所以型腔尺寸如下：
L1=[75×（1+0.003）-（3/4）×0.86]
=74.58
L2=[54.71×（1+0.003）-（3/4）×0.74]
=54.31
型腔深度的尺寸计算：
h
=[h
（1+k）-（2/3）Δ]
（5.7）
式中：
h
模/型腔高度尺寸（mm）；
h
为塑件內形深度基本尺寸（mm）,即塑件的实际內形深度尺寸；
Δs、K含义如
（1）式中。
H1=[10×（1+0.003）-（2/3）
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