毕业设计折叠气筒盖的注塑模设计.docx

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毕业设计折叠气筒盖的注塑模设计

折叠气筒盖的注塑模设计

【摘要】

本课题主要完成折叠起筒盖的注塑模设计，主要分为以下几部分，材料与塑件的分析、气筒盖的工艺分析、标准模架及注塑机的选择、注塑机有关参数校核、折叠气筒盖在模具中的位置分析、浇注系统的设计、折叠气筒盖的模具成型零件设计、脱模推出机构的设计和冷却系统的设计。

本次设计介绍了折叠气筒盖注塑模设计的主要步骤并主要借助UG、CAD软件绘制出折叠气筒盖的零件图和装配图最终完成了设计。

正如大家所知，如今塑料产品在我们的日常生活中应用越来越广泛，很多行业对模具的需求越来越大，技术要求也越来越高，现在有些传统金属制件已经慢慢开始被部分塑料制品所替代。

这些在日常生活中随处可见的塑料制品很多，例如折叠气筒盖、塑料盆、塑料桶、塑料椅、电动车塑料车外壳等等。

本次课题选用大家最普遍看见的自行车折叠气筒盖完成对其注塑模设计，大家都知道传统的打气筒很大而且基本都是金属材料，使用起来不但烦重不方便而且对金属资源也是一种浪费，而塑料折叠气筒盖既使用方便也节约了金属资源可以说做到了资源的合理配置。

【关键词】：

折叠气筒盖；注塑模具；模具设计

引言

随着我国科学技术和国民经济的快速发展，而模具行业作为基础工业正带领着我国制造工业迅速发展。

如今，随着塑料工业的发展，模具工业也在快速发展。

可以预见在未来几年当中，塑料模具还会保持高速度的发展。

模具在工业生产具有高生产效率，节约原材料，低廉的成本等诸多优点，因此它是现代工业生产中必不可少的部分。

塑料制件之所以应用如此广泛是因为其具有很多的特殊的优点。

塑料制件密度小，质量轻，尤其在汽车等邻域很多传统的金属制件现在已经用塑料代替，实现现在很流行的节能减排。

如今的塑料已发展成为一种化学材料,在我国国民经济中，塑料制件已经成为各个邻域不可或缺的材料。

热塑性塑料制件主要运用塑料注射成型模具。

一般注射模适合于热塑性塑料的成型，但是现在随着技术的逐步提高也有部分热固性塑料也可以采用注射成型。

正是因为塑料注射成型生产中自动化程度最高，所以现在塑料注射成型已经成为运用最广泛的一种成型方法。

对于本次设计的塑料折叠气筒盖而言，注塑模正好提供了一个完美的平台给它，它在日常生活中给人们带来了实实在在的便利，对金属资源也是一种节约可以说实现了当今这个资源紧缺时代对资源的合理配置。

现在的UG软件使产品从开发设计到加工成品真正实现了数据的无缝衔接，极大的优化了产品设计与制造。

另外本次设计的运用CAD的平面设计应用在了注塑模设计中。

因此本次课题是基于UG和CAD设计完成的，主要是利用UG软件绘出零件的三维图，再用AoutoCAD绘制零件平面二维图并修改完善，最终完成了塑料折叠气筒盖的注塑模设计，此次设计充分体现了UG和CAD在注塑模中完美应用。

一、材料与塑件的分析

（一）折叠气筒盖的材料选择

原料塑料成型原料的选取需要从诸多方面来考虑，需要综合考虑选取合适的塑料进行生产。

塑料分为热固性塑料和热塑性塑料，热固性塑料主要用于压缩模，压注模，挤出模，热塑性塑料最适合于注塑模，因此本次设计采用热塑性塑料粒子作为原材料。

ABS无毒、无味且成型塑件具有良好的光泽。

其密度1.03-1.07g/cm3。

综合性能较好，冲击韧度、力学强度较高，耐化学性、耐磨性、耐寒性、电气性能良好；易于成形和机械加工。

所以选择丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）为原材料。

（二）折叠气筒盖的结构介绍

本次设计的折叠气筒盖大致呈圆盘状。

折叠气筒盖的产品如图1-1所示，零件图及具体尺寸如图1-2所示。

图1-1折叠气筒盖的产品图

图1-2折叠气筒盖的零件图和三维图

二、气筒盖的工艺性分析

（一）折叠气筒盖的原材料的分析

表1-1原材料ABS的分析

塑料品种

结构特点

使用温度

化学稳定性

性能特点

成型特点

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）

非结晶呈态树脂,不透明的

60-95℃

具有较良好的耐寒性、耐油性、耐水性、化学性稳定等

具有良好的综合物理力学性能,耐热、耐腐、耐磨良好,吸水性较强

熔融温度高,熔体粘度不太高,流动性中等,冷却速度较快,成型收缩小

结论①熔融温度较高,黏度中等,模具温度可控制在60-80℃②吸湿性强,含水量应小于0.3％,须充分干燥

（二）折叠气筒盖的零件尺寸精度分析

根据塑料精度等级的选用及折叠气筒盖的材料是ABS，且折叠气筒盖要求一般精度，根据表1-2合理的选用精度等级，所以取公差等级为3级精度。

表1-2精度等级的选用

塑料品种

公差等级

标注公差尺寸

未标注公差尺寸

高精度

一般精度

ABS

PC

PS

MT2

MT3

MT5

根据工程塑料尺寸公差手册得到表1-3，查表1-3塑件的公差数值表确定折叠气筒盖的尺寸精度。

高度200-0.24，底部外圈直径φ600-0.40，内圈直径φ500-0.40，小圆孔直径φ6+0.160，孔的深度10+0.180、边缘为等半径圆弧φ200-0.20。

另要求塑件表面质量无银丝、凹痕、起泡、飞边等缺陷。

表1-3塑件公差数值表

公差

等级

基本尺寸

＞0-3

3-6

6-10

10-14

14-18

18-24

24-30

30-40

40-50

50-65

65-80

MT1

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.23

MT2

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.30

0.34

MT3

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.24

0.28

0.32

0.36

0.40

0.46

MT4

0.16

0.18

0.20

0.24

0.28

0.32

0.36

0.42

0.48

0.56

0.64

三、标准模架及注射机的选择

（一）标准模架的选取要点

1.计算模架厚度H和注塑机的闭合距离L

模架厚度与闭合距离关系:

Lmax≤H≤Lmin；

式中H-模架厚度；

Lmax-注塑机最大闭合距离；

Lmin-注塑机最小闭合距离。

2.开模行程与定、动模分开的间距与推出塑件所需行程之间的关系

设计时需要注意，在取出塑件时必须满足取出塑件所需要的动、定模分开距离小于最大开模行程，这样才可以保证完成塑件的成功取出。

选择模架要根据制品的尺寸及大小，同时注射机的参数也不能不考虑，本次设计需要参照实际生产实例，上海龙记公司的模架在许多工厂中广泛使用，因此，本次设计也选用该公司的模架，其模架标记为：

AI型，外观尺寸340×300×280如图3-1所示。

图3-1上海龙记公司的标准模架

（二）注塑机的选择

1.计算注射量

该产品材料是ABS，查手册得到密度为1.03-1.07g/cm3，收缩率为0.4%-0.6%取其平均密度1.05g/cm3，平均收缩率0.5%。

经计算单个塑件的体积为V=16520.7059mm3

所以得到单个塑件的质量m1=pV=17.346g

而凝料m2是不知道的，根据经验按照折叠气筒盖质量的0.6倍算

一个折叠气筒盖的塑料注射量m=1.6nm1=27.755g

本次采用一模六腔总M=6m=166.521g。

2.注射压力

经查手册知道ABS的注射压力为120MPa。

3.锁模力计算

按照折叠气筒盖投影在分型面上的面积来计算锁模力

A1=π/4d2

A=nA1+A2

Fm=AP

A—单个塑件最大成型面积；

A1—单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）；

A2—浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm2）；

P—型腔压力；

Fm—锁模力。

式中P取50MP作为型腔压力，根据多腔统计分析,A2是单个塑件在分型面上投影面积的0.2-0.5倍,所以可用0.35A1来计算，半径估算是35mm

因此算得：

A1=π/4X702=3848.45mm2

A=1.35nA1=31176.45mm2

Fm=1558.62KN

经过计算及综合考虑初步选用螺杆式注射机为XS—ZY—250型（如图3-2所示）。

具体注塑机参数详见XS-ZY-250型的使用手册。

包括：

最大开合模行程、模具最大厚度、模具最小厚度、喷嘴圆弧半径、喷嘴直径、动定模板尺寸等。

图3-2XS—ZY-250型注射机

四、注射机有关参数的校核

（一）注塑机基本参数的校核

注射量、锁模力、注射压力、模具与注射机安装部分相关尺寸、开模行程的校核由于初步选择标准模架和注射机是根据零件最大注射量、锁模力、注射压力等参数选用的，因此不必再校核，已经符合注射机的要求。

（二）模具与注射机安装部分相关尺寸的校核

查阅XS-ZY-250型注射机的使用手册参数，喷嘴尺寸比主流道球面半径小1-2mm符合要求，模具总厚度在安装模具最大模厚与最小模厚之间即180mm大于120mm大于80mm，判定是符合要求。

（三）开模行程的校核

开模行程校核式S≥H1+H2+（5~10）

式中S-注射机最大开模行程（mm）

H1-推出距离（mm）

H2-包括浇注系统在内的塑件高度（mm）

S=25+30+（5~10）=60~65＜180

即S＜Smax

通过计算比较，注射机的最大开模行程符合要求

综上所述选择的注射机型号是符合要求的。

五、气筒盖在模具中的位置分析

（一）型腔数量及排列方式

设计型腔排列方式：

由于本次设计的折叠气筒盖综合考虑到成本问题。

因此采用一模六腔的排列。

如图5-1所示。

图5-1模具型腔排列的方式

1．采用平衡式排列，由于平衡式的排布使主流道到每个型腔的浇口的分流道长度、截面形状与尺寸均相同，可以使各个型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的，从而提高塑件的成型质量。

2．折叠气筒盖需要对称布置型腔，防止注塑模注塑发生成型质量的缺陷。

3．型腔圆形排列有利于浇注系统的平衡，各个型腔受力均匀更有利于原料均匀充满各个型腔，确保产品精度。

4.折叠气筒盖的型腔在排列方面需要考虑到模具加工制作的成本，尽量紧凑排布。

（二）分型面的设计

选择分型面时的原则：

1.分型面应选在塑件外形最大轮廓处即A-A分型面，否则塑件将会无法从凹模中脱出

2.分型面选择在留在动模一侧以便于塑件顺利脱模

3.选在容易满足塑件的精度要求和外观质量要求出

4.在保证顺利脱模的情况下选在要有利于成型零件和模具加工制造处

5.选择的分型面应该有利于排气，分型面尽量和物料流动的末端相重合

选择分型面最重要的是根据分型面的选择原则和塑件的成型要求来选的。

同时也要考虑不影响塑件的外观质量和保证产品的精度要求，易清除毛刺及飞边、易排除模具型腔内的气体。

所以该折叠气筒盖可以选用如图5-2所示的分型方式。

选用该分型面是A-A分型面。

图5-2A-A分型面

六、浇注系统的设计

（一）浇注系统设计的基本原则

浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。

而普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。

在设计时必须遵循以下原则：

1.了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性，以保证塑件的外观及质量

2.尽量采用短的流程充满型腔，减少弯折，表面粗糙度要低，减少热量与压力损失从而保证塑件良好的成型质量

3.应有利于型腔中气体良好的排气，避免填充过程中产生紊流或涡流，也避免因气体积存引起凹陷、气泡、烧焦等塑件的成型缺陷

4.浇注系统的设计要结合模具型腔的布局，同时考虑做到不发生干涉

5.流动距离比和流动面积比的校核，确保在要求范围内

（二）主流道的设计

主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触处部位开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道。

主要设计要点如下：

1.圆锥形的主流道设计更利于浇注系统的凝料的脱出。

由于ABS的流动性为中性，故其锥度取3度，如果锥度过大的话则容易造成熔体的流速减慢易成涡流。

2.在折叠气筒盖设计主流道的时候设计的长度要尽量短，防止凝料过于大造成ABS原料的浪费，增加成本。

3.主流道对接处需要设计成半球形凹坑，这样可以保证ABS原料较好的注射成型。

如图6-1折叠气筒盖主流道设计成圆锥形状是最好的，便于充填，长度经过计算取65mm。

图6-1主流道形状

1-顶板模2-浇口套3-注射机喷嘴

（三）分流道的设计

分流道是指主流道末端与浇口之间的的一段塑料熔体的流动通道。

分流道在注塑充型中是扮演一个连接的枢纽是比较重的部分。

设计须遵循以下3点要求:

1.分流道在分型面上要尽量布置排列尽量紧凑，减小占用模具板面的尺寸从而降低成本，流程要设计的尽量短，对称布置，故本次设计折叠气筒盖注塑模具采用平衡式分流道呈圆形状分布即分流道辐射状布置。

2.合理选择分流道的形状和尺寸，由于U形截面分流.道加工容易且热量损失与压力损失不大，所以本次设计选用U形截面形状是最合理的。

3.分流道的表面粗糙度也有一定的要求，需要表面粗糙度要适度高但也不能太高，便于形成一定的流动助力，形成绝热层保证折叠气筒盖的成型质量，达到预先所需要的标准。

分流道如图6-2所示：

.

图6-2分流道排布

因本次设计的塑件形状比较简单，经过计算和考虑其他因素折叠气筒盖的分流道选用截面形状为U形，便于加工和制作，对注塑成型也是很有力的，通过计算半径R取4mm是满足要求的。

（四）浇口的设计

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细熔体通道。

浇口的主要作用：

调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等。

浇口设计的注意事项：

1.选择交口的尺寸和位置时应避免熔体破裂现象引起的塑件的缺陷，防止高剪切应力产生喷射、蠕动、折叠波纹痕迹等缺陷

2.浇口应选择开设在塑件壁厚处，塑件壁厚处事熔体最晚固化的地方可以保证熔体顺利充填型腔，使注射压力得到有效传递

3.选取浇口位置要对排气和补塑有利，而且考虑到分子定向对塑件性能的影响

4.尽量应使填充型腔的流程最短，这样可以保证迅速和均匀充填型腔，缩短流动距离，减小压力损失

5.选取的浇口位置和数量有利于减少熔接痕和增加熔接强度，由于熔体填充型腔会有两股或两股以上的汇合处，此处有气体且温度低易造成熔接痕，所以本次设计选取圆形浇口

6.浇口的位置设计应避免在承受弯曲冲击载荷的部位

根据设计浇口的注意事项和塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图6-3所示的点浇口。

本次设计折叠气筒盖设计的点浇口不但有利于ABS熔料充填型腔，而且去浇口也较为方便，不会留下比较明显的痕迹，保证塑件成型的外观质量。

综合考虑选取点浇口最为合适。

浇口高度为40mm，浇口斜度是

。

如图6-3

图6-3点浇口

七、折叠气筒盖的模具成型零件设计

在模具中构成塑件模腔的零件称为成型零件。

在本次设计中成型零件就是成型外面的凹模,成型内表面的凸模。

正是因为塑料比较特殊所以塑料成型零件的设计与冷冲压模设计有很大的不同。

（一）凹模的结构设计

凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件。

其结构形式是多种多样的，而且每种结构形式都有其优点和不足的地方的，结合本次设计折叠气筒盖结构比较简单成型也比较容易，所以折叠气筒盖模具采用一模六腔，因此可以采用整体嵌入式凹模。

（二）凸模的结构设计

成型塑件内表面的零件称作凸模或型芯。

其型芯结构也有很多种，在选择的时候要充分考虑，结合自己设计的零件具体分析选用合适的凸模结构，我本次设计的折叠气筒盖由于成型零件的凸模的比较简单，所以可以采用整体嵌入式主型芯，这样安装比较容易，也提高了效率。

（三）成型零件部件工作尺寸计算

计算成型零件工作尺寸需要考虑的因素：

1.塑件的收缩率波动

塑件成型后收缩率变化与塑料的品种、塑件的形状、尺寸、壁厚、成型工艺条件、模具的结构等因素有关，所以确定收缩率很难，因此按照一般要求，塑料收缩率波动引起的误差小于塑件公差1/3。

2.模具成型零件的制造误差

本次设计的折叠气筒盖注塑模精度要求是一般，按照经验设计的折叠气筒盖制造的模具成型零件制造的误差可以取在1/4-1/3之间，IT7-IT8级作为制造公差加工出来是符合要求的。

3.模具成型零件磨损

由于脱模磨损是最主要的因素，本次设计的折叠气筒盖根据计算和要求不考虑与脱模方向垂直的表面造成的磨损，只有与脱模方向平行的表面才考虑磨损并且进行计算。

由于本设计的折叠气筒盖零件是属于中小型塑料制件，故最大磨损可取塑件公差的1/6。

综上所述，塑件在成型过程的误差是以上各种误差的综合，需要考虑所有的成型误差来计算设计模具，这样方可保证折叠气筒盖注塑成型的质量达到标准。

（1）凹模径向尺寸计算公式

δz=1/3△

Scp=（Smax+Smin）/2X100%

（LM）+δz0=[（1+Scp）LS-3/4△）]+δz0 

（2）凹模深度尺寸计算公式

（HM）+δz0=[（1+Scp）HS-2/3△）]+δz0 

Scp—塑料的平均收缩率

Smax—塑料的最大收缩率

Smin—塑料的最小收缩率

δz—模具成型零件制造公差

Ls—塑件的径向基本尺寸

△—塑件的公差

Hs—塑件的深度基本尺寸

查表得ABS塑料的Smin=0.3%，Smax=0.8%，所以Scp=（0.3%+0.8%）/2得出Scp为0.55%，经计算查手册得△的系数为0.46，模具成型零件制造公差δz=Δ/3当然塑件精度会有一定的变化。

（LM）+δz0=[（1+0.55/100）X（60+20）-3/4X0.26]+0.090 =80.19+0.090 

（HM）+δz0=[（1+0.55/100）X10-2/3X0.26）]+0.050=10.05+0.050

其中凹模里的底部倒角r=3小型芯R=3mmF高度=HM

凹模的尺寸及三维设计图如图7-1所示：

图7-1凹模尺寸及三维设计图

（3）凸模径向尺寸计算公式

（lM）0–δz=[（1+Scp）lS+3/4△）]0–δz

（lm）0–δz=[（1+0.0055）X50+3/4X0.01]=50.280-0.09

（4）凸模高度尺寸计算公式

（hM）+δz0=[（1+Scp）hS+3/4△）] 0–δz

（hM）0–δz=[（1+0.0055）X10+3/4X0.01]+0.050=10.0630–0.05

凸模的尺寸及其三维设计图如图7-2所示：

图7-2型芯尺寸及其三维设计图

动模板设计图及尺寸：

如图7-3所示：

外总尺寸350*350*40，模具中心到推杆的距离100，六个型腔中心孔夹角60°。

图7-3动模板型腔零件图

定模板设计图及尺寸：

如图7-4所示：

外总尺寸350*350*40，分流道夹角60°，分流道长度100。

图7-4定模板型芯零件图

（5）中心距尺寸

塑件上凸台之间、凹槽之间、或凸台与凹槽之间中心线的距离称为中心距。

中心距计算公式：

（CM）±δz/2=[CS（1+SCP）]±δz/2 

（CM）±δz/2=[（1+0.0055）X35]±0.08=35.19±0.08

如图7-5所示中心距35mm。

图7-5零件中心距

八、脱模推出机构的设计

注塑成型后的塑件及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为推出机构。

推出机构一般由推出、导向、复位三大部分组成。

推出机构设计的要求：

1.在设计推出机构应该尽量使塑件留在动模一侧，便于塑件脱模方便，因此本次设计按照此要求设计的推杆

2.必须保证塑件在推出过程中不发生变形和损坏，这次设计要求推杆的直径为10mm是满足毅力要求的

3.设计的推杆要不损坏塑件的外观质量，所以设计推杆的时候在与零件接触的拐角上都采取了倒角

4.推杆的材料结构牢固可靠，确保塑件顺利脱模

5.保证合模时应使推出机构正确复位，这样可以确保下一次的开模

（一）推件力的计算

推件力

式中

—塑件包络型芯的面积（

）；

—塑件对型芯单位面积上的包紧力，取

；

—塑件对钢的摩擦系数，约为0.1～0.3；

—脱模斜度；

所以计算出推杆推出力Ft=9.27X106N

（二）推出方式及推杆位置

由于圆形的塑件底部所以推杆截面设计为圆形是最优的选择,直径为10mm，长度为160mm。

经计算一根就满足推出要求了，推杆的位置如图8-1所示。

图8-1一个凹模中推杆零件图

在模具中的位置如图8-2所示：

图8-2推杆位置

模具中推杆的三维设计图8-3所示：

图7-1推杆的位置安装图

图8-3推杆三维设计图

九、冷却系统的设计

冷却系统主要是通过控制模具温度，来确保塑件在脱模的时候不会发生变形，缩短成型周期及提高塑件质量。

冷却水路一般设置在型腔，型芯等部位，本次设计的折叠气筒盖开设在型芯和型腔处，通过调节冷却水流量和流速来控制模具温度从而保证塑件的成型质量。

冷却系统设计的注意点：

（1）在保证成型质量的情况下可以尽量多开设冷却水道、扩大截面尺寸。

这样冷却效果更好，经过考虑本次设计开设6个冷却水道是满足要求的。

（2）在设计时设置的每个冷却水孔到型腔表面的距离要是一样的，这样设计加工起来也比较方便，一般水道孔至型腔表面距离保证在10-15mm范围内，如果距离太近则冷却不易均匀，太远则冷却的效果不明显。

（3）要注意保证冷却水道出、入口温差应尽量小，尤其要浇口处加强冷却，所以这次设计的折叠气筒盖在浇口附近特地的设置了水道入口来加强浇口处的冷却。

（4）冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置。

（5）为了加工和设计方便水道的接头选择的开设处在不影响操作的地方。

（6）在型腔内塑料熔接的地方一般不宜设置冷却水道，避免熔接痕更易产生破坏塑件质量。

综上设计考虑，本次设计折叠气筒盖零件时属于浅型腔扁平的圆盘状塑件，所以采用在动、定模两侧与型腔表面钻设等距离孔的形式设置6个冷却水道。

所用的冷却介质是水。

十、模具设计总图

模具的装配图及其三维图，如图10-1,图10-2所示。

1—定位圈；2—主流道；3—分流道；4—浇口凝料；5—成型零件；6—成型凸模（型芯）；7—冷却通道；8—推杆回位弹簧；9—推杆；10—模脚垫块；11—推杆固定板；12—推板；13—动模座板；14—推板导柱；15—支撑板；16—动模板；17—导柱；18—定模扳；19—定模座板；20—固定螺钉

图10-1模具装配二维图

图10-2模具三维图