整理塑料窗限位块模具设计.docx

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整理塑料窗限位块模具设计

概述

塑料工业是一门新兴产业，自塑料问世后几十年，塑料来源丰富，制作方便及成本低廉、金属零件塑料化的发展很快，在机械电子、国防、交通、通讯、建筑、农业、轻工业和日常生活用品等行业中都得到了广泛的应用，对塑料模具要求量增加。

Pro/ENGINEER3.0CAD在设计过程中的应用

Pro/ENGINEER3.0是美国PTC公司（ParametricTechnologyCorporation——参数技术公司）开发的大型CAD/CAM/CAE集成软件，是全方位的产品开发软件。

该软件集产品设计、装配、加工、钣金设计等功能于一体，其模块众多、内容丰富、功能强大，已广泛应用于电子、航天、汽车、家电和玩具等行业。

在塑窗限位块模具设计过程中，主要应用Pro/ENGINEER3.0进行了模仁结构设计，包括分形面、浇注系统，冷却系统等的设计。

PTC用于Pro/ENGINEER的新模架——EMX（ExpertMoldbaseExtension），是一个基于知识库的模架装配和细化工具，它增强了现有Pro/ENGINEER模具工具的功能。

专门为模具设计人员开发的这套工具，提供了快速创建和修改完整模具零部件的功能，能简化模具设计过程，提高生产效率。

在塑窗限位块模具设计过程中，应用EMX4.1进行了模架结构及标准零件设计。

MoldflowPlasticAdvisers是Moldflow公司开发的快速试模分析软件，可以对塑件和模具进行注塑分析和优化，能帮助设计人员在早期发现问题。

在塑窗限位块模具设计过程中，应用MoldflowPlasticAdvisers模流分析，包括浇口位置、材料选择、熔接痕位置、困气、流动时间、压力和温度分布分析等。

AutoCAD是最常用的工程制图软件。

由Pro/ENGINEER产生的工程图纸不规范，所以后期需要导入AutoCAD2006进行完善。

塑料模具CAD技术是一种全新的设计技术，有助于提高产品及模具设计的质量和实现产品的最佳性能。

塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑过程模拟的分析结果，判读数据并做出合适的变更设计抉择，熟悉CAD技术并有效地应用于模具设计也有赖于设计人员的素质和经验。

塑料模具CAD的难点在于建立丰富的材料性能数据库，以及模具零件的标准化。

燕秀工具箱V2.3为cad外挂软件，它集成了各大模具标准零件生产厂家的标准零件库，如龙记（LKM）、明利（MINGLEE）、环胜（EVER）等，大大提高设计的效率及实用性。

本次毕业设计设计的塑窗限位块注塑模主要从塑料的性能、产品的使用性能和要求出发，分为几个方面的设计，重点阐述了材料性能、模具结构分析及工作原理以及成型分析、理论计算几个方面

此塑窗限位块结构比较简单，精度要求低，运用常用的推板、顶杆、通过充模、保压、开模至推出塑件。

具体过程，详见以后说明书内容分析和计算。

本说明书为机械塑料注射模具设计说明书，是根据《塑料成型工艺与模具设计》上的设计过程及相关工艺编写的。

本说明书的内容包括：

目录、课程设计指导书、课程设计说明书、参考文献等。

编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺、塑料脱模机构的设计。

本说明书在编写过程中，得到老师和同学的大力支持和热情帮助，在此谨表谢意。

由于本人设计水平有限，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位老师批评指正。

毕业设计任务书

一、题目：

题目：

塑料窗限位块

条件：

产量：

50万件

材料：

HPVC（硬聚氯乙烯）

设备：

注塑机自选

任务要求：

总装图1份

零件图若干

说明书1份

二、明确设计任务，收集有关资料：

三、工艺性分析

分析塑胶件的工艺性包括技术和经济两方面，在技术方面，根据产品图纸，只要分析塑胶件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性能等因素，是否符合模塑工艺要求；在经济方面，主要根据塑胶件的生产批量分析产品成本，阐明采用注射生产可取得的经济效益。

1、塑胶件的形状和尺寸：

塑胶件的形状和尺寸不同，对模塑工艺要求也不同。

2、塑胶件的尺寸精度和外观要求：

塑胶件的尺寸精度和外观要求与模塑工艺方法、模具结构型式及制造精度等有关。

3、生产批量

生产批量的大小，直接影响模具的结构型式，一般大批量生产时，可选用一模多腔来提高生产率；小批量生产时，可采用单型腔模具等进行生产来降低模具的制造费用。

4、其它方面

在对塑胶件进行工艺分析时，除了考虑上诉因素外，还应分析塑胶件的厚度、塑料成型性能及模塑生产常见的制品缺陷问题对模塑工艺的影响。

四、确定成型方案及模具型式：

根据对塑胶零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定所需的，模塑成型方案，制品的后加工、分型面的选择、型腔的数目和排列、成型零件的结构、浇注系统等。

五、工艺计算和设计

1、注射量计算：

涉及到选择注射机的规格型号，一般应先进行计算。

对于形状复杂不规则的制品，可以利用Pro/E，的“分析/模塑分析/模塑质量属性”来计算质量。

或者采用估算估计塑料的用量，及保证足够的塑料用量为原则。

2、浇注系统设计计算：

这是设计注射模的第一步，只有完成注系统的设计后才能估算型腔压力、注射时间、校核锁模力，从而进一步校核所选择的注射机是否符合要求。

浇注系统设计计算包括浇道布置、主流道和分流道断面尺寸计算、浇注系统压力降计算和型腔压力校核。

3、成型零件工作尺寸计算：

主要有凹模和型芯径向尺寸高度尺寸，其最大值直接关系到模具尺寸大小，而工作尺寸的精度则直接影响到制品精度。

为计算方便，凡孔类尺寸均及其最小尺寸作为公称尺寸，凡轴类尺寸均及最大尺寸作为公称尺寸；进行工作尺寸计算时应考虑塑料的收缩率和模具寿命等因素。

4、模具冷却与加热系统计算：

冷却系统计算包括冷却时间和冷却参数计算。

冷却参数包括冷却面积、冷却水空长度和孔数的计算及冷却水流动状态的校核和冷却水入口与出口处温差的校核。

模具加热工艺计算主要是加热功率计算。

5、注射压力、锁模力和安装尺寸校核：

模具初步设计完成后，还需校核所选择的注射机注射压力和锁模力能否满足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可否方便安装，行程是否满足模塑成型及取件要求。

六、进行模具结构设计：

1、确定凹模尺寸：

先计算凹模厚度，再根据厚度确定凹模周界尺寸，在确定凹模周界尺寸时要注意：

第一，浇注系统的布置，特别是对于一模多腔的塑料模应仔细考虑模腔位置和浇道布置；第二，要考虑凹模上螺孔的布置位置；第三，主流道中心与模板的几何中心应重合；第四，凹模外形尺寸尽量按国家标准选取。

2、选择模架并确定其他模具零件的主要参数；在确定模架结构形式和定模、动模板的尺寸后，可根据定模、动模板的尺寸，从《塑料模国家标准》GB/T12555-1990和GB/T12556-1990中确定模架规格。

待模架规格确定后即可确定主要塑模零件的规格参数。

再查阅有关零件图表，就可以画装配图了。

七、画装配图

一般先画上主视图，再画侧视图和其他视图。

1、主视图：

绘制模具工作位置的剖面图

2、侧视图：

一般情况下绘制定模部分视图

3、俯视图、局部剖视图等

4、列出零件明细表，注明材质和数量，凡标准件须注明规格

5、技术要求及说明，包括所选注射机设备型号，所选用的标准模架型号，模具闭合高度，模具间隙及其它要求。

八、绘制各非标准零件图

零件图上应注明全部尺寸、公差与配合、行位公差、表面粗糙度、所用材料、热处理方法及其它要求

九、编写技术文件

1、编写注射成型工艺卡片：

根据塑料的成型特点，查阅有关资料，确定合理的注射成型工艺参数，并作成工艺卡片。

2、编写加工工艺过程卡片：

选取两个重要模具成型零件，确定加工工艺路线，并作成加工工艺过程卡片

3、编写设计说明书

第一部分概述

第二部分任务书

第三部分产品说明及分析

第四部分根据初步设计方案选择注射机

第五部分设计方案的选定

第六部分模具结构的设计

第七部分浇注系统的设计

第八部分模架的选择及校核

第九部分冷却系统的设计

第十部分模具的安装与调试

第十一部分技术经济分析

第十二部分设计小结

第十三部分参考文献

第三部分产品说明及分析

1．题目：

塑料窗限位块

2．条件：

产量：

50万件

材料：

HPVC（硬聚氯乙烯）

设备：

注塑机自选

3．产品图如下：

（1—1）

（1—2）

4．任务要求

1）制定塑件成型工艺

2）完成塑件的模具设计图纸一张，零件图纸若干

3）选定模具材料及热处理的技术要求，并制定主要工作零件的热处理及加工制造工艺路线

4）编写说明书，其达到如下要求

A了解塑料物理性能、流动性能及成型过程中的物理化学变化

B了解塑料成型基本原理和工艺特点、正确分析成型的工艺对模具的要求

C掌握各种成型设备对模具的要求

D掌握成型模具的结构及设计计算方法

五、工艺方案的拟定

1．产品分析：

该产品是塑钢窗一零部件

产品平面图和立体图可见（1—1）和（1—2）从产品来源来看，本品在常温中使用，精度要求不高，一般只要满足要求，尽可能取较低的精度，所以从经济利益上看来尽可能采用一模多腔。

2．选材

硬聚氯乙烯（HPVC）

密度为1.49g/cm3

聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末，根据不同的用途可以加入不同的添加剂，使聚氯乙烯呈现不同的物理性能和力学性能，在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，就可以制成多种硬质、软质和透明制品，纯聚氯乙烯的密度为1。

49/cm3，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般在1。

15—2。

00g/cm3范围内，硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。

聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用作低频绝缘材料，其化学稳定性也较好。

但聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体，使聚氯乙烯变色，其应用范围较窄，一般在-15—55℃之间。

3．成型特点：

聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。

所以必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间，不能用一般的注射成型机成型聚氯乙烯，因为聚氯乙烯耐热性不导热性不好，用一般的注射机需将料筒内的物温度加热到166—193℃，会引起分解，应采用带预热装置的螺杆式注射机，模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，模具应有冷却装置。

四.根据初步设计方案选择注射机

1．成型前的准备

a.吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡则宜先干燥，

b.塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具形腔成型，其过程可以分为充模、压模、保压、倒流和冷却4个阶段。

二．制品HPVC的注塑成型参数

注射机：

螺杆式

螺杆转速（r/min）：

28

料筒温度：

前170-190

中165-180

后160-170

模具温度：

30-60℃

注射压力（MPa）：

80-130

成型时间注射时间（s）：

15-60高压时间：

0-5冷却时间：

15-60总周期：

40-130

3根据塑件的形状估算其体积和质量

a.塑件的体积:

V=22×40×2+2.7×4×2×2+3×2.7×2+4×2×38×2+3×2×28+1.5×1.5×1.8×4+2×2×11×4+13×7×2-3.14×2×2÷2+11.6×2×27+1×1×11+2×2×18=5.8mm3

质量Vg=1.4×5.8=8.12g

对于该设计，建立塑件模型，并用Pro/E3.0对其进行分析得：

V=6.0mm3

Vg=8.4g

本次毕业设计设计以手工为准。

2．根据塑件的计算量或者体积选定注射机设备型号确实形腔数，当未限定设备时，必须考虑以下因素：

a.注射机额定注射量每次不得超过最大注射量的80％，即：

式中：

n——形腔数

GJ——浇注系统重量（G）

GS——塑件重量

GB——注射机额定注射量（G）

估算浇注系统的GJ，根据初步设计方案进行估算：

设n=4则得：

=4.2g

g

从计算结果并根据塑件注射机技术规格选用XS-ZY-60

（二）注射机有关参数的校核和最终选择。

1．模具闭合高度的校核

安装模具的高度应满足：

Hmin＜H＜Hmax

设计模具高度为H总=237mm

选XS-ZY-125型，最大装模高度Hmax=300mm，最小装模高度Hmin=200mm

H总=237mm介于二者之间，满足模具厚度安装要求。

2.注射机有关参数

XS-ZY-125型注射机的主要参数

额定注射量：

125cm3

顶杆中心孔径:

50mm

注塑压力：

120MPa

最大装模厚：

300mm

注射行程：

115mm

最大成型面积：

320cm3

注射时间：

1.6

锁模力：

900KN

最大成型面积：

320cm3

动定模固定板尺寸：

415×415mm

喷嘴球头直径：

12

最小装模厚：

200mm

最大开模行程：

300mm

注塑机定位孔直径：

Φ40mm

顶出行程:

0-110mm

顶出行程:

0-110mm

3.注塑机的参数校核

（1）注射容量和质量校核

由前计算得塑件重量为8.12×4g,浇注系统为4.2g，则每次注射所需塑料为：

按一模4腔计算：

4×8.12+4.2=36.68g

注射机最大注射量125×0.8=100﹥36.68

所以注塑机符合要求。

（2）锁模力与注射压力，锁模力按下式校核：

锁模力的大小必须满足下式：

F≥Pm（nAs+Aj）

式中

As—塑件型腔在模具分型面上的投影面积

Aj—塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积

F—锁模力

P—模腔压力取120MPa

F≥120[（4×40×17）+（5×100）]

≥392400N

≥392.4KN

由于F=900KN

故满足F=Pm（nAS+Aj）

同时XS-ZY-125的额定注射压力为120MPa，所以注塑机符合HPVC塑料成型的注射压力要求。

五.设计方案的选定

方案

（一）:

一模四腔点浇口

方案

（二）:

一模四腔侧浇口

1.点浇口:

针对针点式浇口,橄榄形浇口,其尺寸很小，这类浇口由于前后两端存在较大的压力差，能有较大的增加塑料熔体的剪切速度并产生较大的塑加热从而导致熔体的表面粘度下降，流动性增加，利于填充，因而对薄壁件，以及诸如聚丙烯，聚乙烯等表面粘度随剪切速度变化敏感改变的塑料成型有利，利用点浇口成塑件去除浇口后残留痕迹小，易取得浇注系统的平衡，也有利于自动化操作，但压力损大，收缩大，塑件易变形，同时在定模部分需另加一个分型面以便浇口凝料脱模。

2侧浇口：

又称为边缘浇口，国外称为标准浇口，侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔件于形腔的侧面充模，其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速度及浇口封闭时间，这类浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活的选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普通便用在中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强但浇口痕迹存在，会形成熔接痕，缩孔，气孔等塑件缺陷且注射压力损失大，对深型腔塑件排气不便。

下面是通过MoldflowPlasticAdvisers（塑料顾问）对塑件浇口和注塑进行模拟并分析，在二种方案中比较：

首先我们对浇口位置进行选取，由MoldflowPlasticAdvisers（塑料顾问）分析中我们可以看出制品顶面和两侧面均可设浇口位置，

接下来我们对浇注质量进行比较，可以看出两者差异不大，浇注质量都比较高，侧浇口稍好。

点浇口

侧浇口

我们再从气泡数目和位置进行比较，熔接痕的数目和位置的比较，我们可以看出侧浇口的气泡数和熔接痕较少于点浇口

点浇口

侧浇口

综合上述，采用第二方案一模四腔侧浇口，而且采用侧浇口相应的模具结构形式也比较简单，节约成本。

六．模具结构的设计

1．确定形腔的数目

根据经济性确定形腔数目：

根据以知的条件50万件，得知此产品产量不大，从目前市场经济价格来看每增加一个型腔成制造本会增加1200—2000元不等，而设计为单型腔更加不利于节省成本的原则，因此，经分析，最终选择为一出四，既能满足生产要求，又能最大限度的利用各项资源。

2．模具型腔在模板上的排列方式

通常有圆形、H形、直线形及复合排列。

在进行形腔布置时，应根据塑件的形状和大小来确定排列方式，型腔的布置和浇口的开设部位应力求对称，对防止模具承受偏载而产生溢料现象，型腔排列宜紧凑，以节约钢材，减轻模具重量，节约成本。

比较上述排列方式，采用H形式排列。

（示意图）

3分型面的确定：

由于本模具是一模多腔，为了使制品能够顺利取出，本模具设计了一个分型面，由注射机带动动模后再由推杆推动推板，顶出制品，分型面如图：

分型面以红色显示

七．浇注系统的确定

一、浇注系统形式和浇口的设计

浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。

它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。

该模具采用普通流道浇注系统，包括主流到，分流到、冷料穴，浇口。

1.主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。

主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出

（1）主流道尺寸

主流道小端直径D=注射机喷嘴直径+（0.5～1）

=4（0.5～1），取D=5

主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（1～2）

=12（1～2），取SR0=13

球面配合高度h=3～5mm，取h=3mm

主流道长度L=102mm

主流道大端直径D′=D+2Ltanα=4+2×102×tan2°=9，取D′=9mm

浇口套总长LO=L+h=105mm

（2）主流道衬套的形式

主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC～55HRC。

由于该模具流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较合适。

（3）主流道衬套的固定

主流道衬套采用压入式固定。

3.分流道设计

（1）分流到布置形式

分流道在分型面上的布置与型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，应该遵循两方面原则：

一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量段、锁模力力求平衡。

模具的流道布置形式采用平衡式。

流道分布如图4-6所示。

图4-6流道分布示意图

（2）分流道的长度

长度应尽量短，减少弯折。

该模具的分流道长度在设计过程中由绘图得出

（3）分流道的形状及尺寸

为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上，采用梯形截面。

梯形分流道的高度：

H=2/3×B=2/3×4.862=3.241mm

梯形底宽：

B=0.2654

×

=0.2654×

×

=4.86mm

（4）分流道表面粗糙度

由于流道中于模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6微米，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。

避免熔流表面滑移，是中心层具有较高的剪切速率，此处Ra=0.8

A、主流道设计：

主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为：

⑴主流道圆锥角α=2o～6o，对流动性差的塑件可取3o～6o，内壁粗糙度为Ra0.63μm。

⑵主流道大端呈圆角，半径r=1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。

⑶在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。

⑷对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。

但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。

主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用

间隙配合。

⑸主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。

B、冷料穴的设计

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。

其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。

冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。

冷料穴的形式有三种：

一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。

我们这里选用的拉料杆是固定在动模板上的，其结构如图三：

图三

D、浇口的设计：

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。

浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。

图五

浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。

一般浇口的截面积为分流道截面积的3%～9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为0.5～2mm，表面粗糙度Ra不低于0.4μm。

浇口的结构形式很多，按照浇口的形状可以分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。

而我们这里选用的是侧浇口。

简图如图五

浇口的截面一般只取分流道截面积的3％～9％，浇口的长度约为0.5mm～2mm，侧浇口查表5-4（常用的浇口形式）《塑料成型工艺与模具设计》

图五

浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点：

①浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。

②浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。

③浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。

④浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。

⑤对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。

⑥浇口应设在不影响制品外观的部位。

⑦不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。

（1）主流道冷料穴的设计

开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直径应稍大于主流道大端直径。

由于该模具型腔分布对称，所以冷料穴可设在中心位置。

由于本模具采用的是推件板推出，拉料杆固定在动模板上，所以冷料穴设计如下：

排气槽的设计

因该制品属于小型排气量不大，可利用分型面间隙以及推杆与孔配合间隙处排气，所以，不需开设排气槽

成型零件尺寸计算

HPVC的平均收缩率

A.型腔的内形尺寸D腔长=（ds+daQcp-X△S）

=（40+40×0.0105-

×0.52）

=40.22

D腔宽=（ds+daQcp-X△S）

=（17+17×0.0105-

×0.4）

==16.9

H腔长=（ds+daQcp-X△S）

=（30+30×0.01-

×0.52）

=30.575

式中D腔——型腔内形尺寸

Ds-----塑件外径基本尺寸

△s----塑件综合修正系数一般取

△m模具成型尺寸设计公差一般△m=（1/S~~1/3）△s

H腔---形腔深度

Hs---塑件高度基本尺寸

4.凸模型芯的外形尺寸

d凸长=（ds+daQcp-△S）

=（36+0.378+0.26）

=36.46

d凸宽=（ds宽+DSQCP+X△s）

=（13+13×0.0105×

×0.36）

×

=13.32

h凸=（Hs+Hs×HQC+X△s）

=（28+28×0.0105+

△