塑料膜毕业设计.docx
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塑料膜毕业设计
摘要
塑料作为一种可塑性很好的合成高分子材料已广泛应用于电脑、手机、汽车、家电、和玩具产品制造中，塑料模的发展具有着广阔的市场空间。
本次设计的制件为玩具马主动齿轮，具有重量轻，强度高，易清洁的特点，为大批量生产产品。
本文基于塑料成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的工作原理，利用计算机辅助设计制造的基本方法，完成了主动齿轮的注射模设计。
本套模具采用一模四腔、点浇口进料的一模两开三板式结构。
同时通过对塑件进行结构工艺分析，本文还进行了模具分型面、型腔数目、浇口形式的确定，以及脱模机构，合模导向机构，冷却系统、成型零件等模具主要组成部分的设计。
并用CAD绘制完整的模具装配图和主要零件的零件图。
关键词：
塑料注射模主动齿轮
Abstract
Asthesyntheticpolymermaterialswithgoodplasticity,plastichasbeenwidelyusedincomputers,mobilephones,automobiles,homeappliances,andtoysproductsmanufacturing,whichsuggeststhatthedevelopmentofplasticmoldbearsabroadmarketspace.Thedesignedpartsofthistimearetoyhorseactivegears,withthecharacteristicsoflightweight,highstrength,easytoclean,asmassproductionproducts.Basedonthebasicprinciplesofplasticmolding,especiallytheworkingprinciplesoftheinjectionmouldwithsinglepartingsurface,thispapercompletesthedesignofinjectionmouldoftheactivegears,usingthebasicmethodsofdesigningandmanufacturingwithcomputers’assistance.Thesetofmouldsadoptsthestructureofamoldwithfourcavitiesandamoldoftwo-openandthree-platewithafeedpointgatemodel.Meanwhilethroughthestructuralprocessanalysisoftheplasticparts,thispaperalsopointstofixthemoldpartingsurface,thenumberofcavity,theformoftherunneranddesignthemajorcomponentsofmoldslikethedemoldingmechanism,thewholemoldsteeringmechanism,coolingsystemandthereadymoldedparts.AndthecompletemoldassemblinggraphandthemainpartsgrapharedrawnthroughtheuseofCAD.
Keywords:
plastic;injectionmold;activegear
1概述
1.1全球塑料模工业发展现状
全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与中国，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。
且各国在模具生产方面有着较大的区别。
1.1.1各国产业形貌
（1）模达上千人的公司。
其它国家的模具业则多以中小型企业型态经营。
（2）在产品类别方面。
日本与中国偏重生产冲压模及塑料模，两者产值合计比重高达八成，南韩则以其它模具产值比重最大，占总产值四成七。
在应用市场方面，日本、韩国、美国与德国以汽车模具为最大宗产品，而我国则以电子通讯产品用模具为主。
（3）在各国工资方面。
根据美国国贸局所作模具产业白皮书的调查结果，以德国时薪最高，技术人员时薪水准为$12.13~$19.28，设计人员则为$16.91~$25.26，日本与美国则介于中间，中国工资最低，技术人员年薪仅$732~$5,853，设计人员仅为$2,927~$5,853，若以最高年薪为基准与德国比较，则仅能雇用德国技术人员约38天左右，由此可看出先进国家与中国中国低廉的工资成本差距如此之大。
（4）各国出入超状况来看。
日本、南韩及德国的模具属强/准出超品，中国与美国的模具则因国内需求市场大，本国厂商无法完整供应，须藉进口模具以满足下游市场的产品制造，因此属强/准入超品。
1.1.2各国优劣势分析
（1）在成本方面。
中国与韩国因拥有相对低的人力成本优势，故对于模具售价上，往往采取低价营销打入市场，也因此在全球景气欠佳的局势中，成功攫取市场买家的青睐，最明显的例子就是出口值的涨势。
（2）在技术方面。
技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。
其中，日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。
（3）在市场规模上。
不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。
在营运成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。
1.2我国模具工业发展现状
我国模具使用已有上千年的历史，当时的模具水平可谓世界最先进的技术水平，但现代与发达国家的模具工业相比，已明显落后。
我国于1984年成立了模具协会，1987年后模具工业才开始形成规模。
经过20多年的发展，目前我国已成为模具生产大国，模具工业水平在世界上的竞争力和影响力正日益增大。
整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。
由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/5～1/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。
2006年，中国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。
根据海关统计资料，2006年中国共进口塑料模具约10亿美元，约合83亿元人民币。
由此可以得出，除自产自用外，市场销售方面，2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为73.5%。
进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。
出口的塑料模具以中低档产品居多。
由于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长50%以上就是一个很好的证明。
从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。
随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。
但是中国塑料模具行业和国外先进水平相比，还存在一些问题。
（1）发展不平衡，产品总体水平较低。
虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。
包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。
（2）工艺装备落后，组织协调能力差。
虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。
更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。
（3）大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。
一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。
模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新。
（4）供需矛盾短期难以缓解。
近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足60%。
同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。
市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。
1.3我国模具设计今后的发展方向
在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到成绩，又要重视落后，要抓住机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，尽快提高塑料模具的水平，融入到国际市场中去，以促进中国模具行业的快速发展，有两方面应予以重视：
一是政府相关政策对促进模具工业的发展起着非常重要的作用。
从国际上看，各国模具工业在发展初期都得到了政府的大力扶持。
就中国实际情况看，应降低国内不能生产的进口精密模具生产设备的关税、执行好国家对部分专业模具厂的优惠政策等，通过政策引导作用可加快行业的发展和进步。
二是随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。
为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展，而且这种发展必须跟上时代步伐。
展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。
（1）超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。
（2）多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。
（3）为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速发展。
（4）模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等将向智慧化、集成化和网络化方向发展。
（5）更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。
（6）更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。
（7）各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。
（8）逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。
（9）热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。
（10）模具标准化程度将不断提高。
（11）在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天，“绿色模具”的概念已逐渐被提到议事日程上来。
即，今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。
“十二五”期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展。
2塑料制件的工艺性分析及材料选择
2.1成型塑料制件结构工艺性分析
图2.1玩具马主动齿轮的三位造型图和主要尺寸
随着生活水平的提高，社会对儿童玩具的需求量也越来越大，玩具市场迎来了发展的春天。
塑料玩具占据着整个玩具市场的大半部分，这也为塑料模的发展提供了良好的契机。
主动齿轮，作为玩具马的主要零部件，是玩具马运动不可或缺的一部分，因此，要求大批量生产。
示意图如图2.1所示。
由于要与从动齿轮配合使用，故要求有一定的配合，不过由于玩具马对与运动过程中的平稳性和运动精度不是很高，故选用一般精度等级，由于塑料齿轮的特殊性，8级精度已经属于精密齿轮，此处选用10级精度。
同时要求有一定的脱模斜度。
且制件对表面粗糙度的要求也很低。
该齿轮属于小模数齿轮，模数为0.4，齿数为53。
2.2制件材料的选择
在工作过程中，主动齿轮起着传递能量和储存能量的作用，通过带动弹簧将人体的化学能转化为弹性势能储存起来，再通过齿轮间的相互作用，将能量转化为机械能，并传递给转轴，带动玩具马进行运动。
因此，要求齿轮不仅要有足够的强度，刚度还要求有一定的抗塑形变形的能力。
故其材料选用ABS。
ABS，即苯烯腈—丁二烯—苯乙烯，是由苯烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的，属于热塑性塑料。
这三种组分的各自特性使ABS具有良好的综合力学性能。
苯烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性能及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性能和染色性能。
ABS无毒、无味，呈微黄色，密度为1.02～1.05g/cm3，有极好的抗冲击强度，且在低温下也不会迅速下降。
ABS具有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。
ABS表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。
它有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70℃左右，热变形温度约为93℃左右，耐气侯性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
该塑料流动性中等，溢边料0.4mm左右，成型收缩较小，比热较低，在料筒中塑化效率高，在模具中=凝固较大，成型周期较短。
ABS在升温时粘度增高，成型压力较高，塑料上脱模斜度宜稍大;ABS易吸水，成型前应进行干燥处理，使含水量小于0.3％；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；推出力不易过大，否则成型时或成型后对塑件进行机械加工时塑件表面容易发白变浑，对于有发白现象的塑件，需要在热水中加热，以消除发白现象。
塑件精度要求高时，模具温度可控制在50～60℃，要求塑件光泽和耐热时应控制在60～80℃。
目前，ABS在机械工业上已广泛用于制造齿轮、轴承等零件，ABS成型粘度较高，成型压力较大，脱模斜度应稍微大些，且易产生熔接痕，故模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。
综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。
3模具结构设计与计算
注射模的结构设计主要包括：
分型面的选择、模具型腔数目的确定、型腔的排列方式、冷却水道布局、浇口位置设置、热流道设计、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。
注射模具每一次注射循环所能形成的塑件个数是有模具型腔的数目所决定的。
型腔数目及布置方案和分型面得选择决定了塑件在模具中的位置。
3.1型腔数目的确定与配置
对于一个塑件的模具设计，首先就应该确定型腔的数目。
下表3-1列出了单型腔和多型腔的优缺点及适用范围。
表3-1单型腔和多型腔的优缺点及适用范围
类型
优点
缺点
适用范围
单型腔模具
塑件精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。
塑件成型的生产效率低，成本高
塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产
多型腔模具
生产率高、成本低
塑件精度低；工艺参数难以控制，模具结构复杂；模具制造成本高，周期长
大批量、长期生产的小型塑件
本次毕业设计的制件是一个塑料齿轮，零件较小，且精度不高，且为大批量生产零件，综合考虑经济性等各方面的因素，本套模具采用一模四腔结构。
确定好型腔数目后，接下来就要考虑型腔的布置问题，多型腔在摸板上的排列方式通常有圆形排列、H型排列、直线排列及符合排列等，在进行型腔的布置时，要注意一下三点：
（1）型腔的布置和浇口的开设部位应力要求对称，以防模具承受偏栽而产生溢料
（2）型腔排列宜紧凑，以节约钢材，减轻重量
（3）圆形排列平衡好，加工困难；直线型排列加工容易，但平衡性差；H型排列平衡性好，且加工性尚可，使用广泛
故本套模具采用H型布置，如题3-1所示
图3.1型腔布置图
3.2分型面的确定
分型面是决定模具结构形式的重要因素，分型面的选择好坏对塑件质量、操作难易、模具结构及制造都有很大的影响。
通常遵循以下原则：
A.便于塑件的脱模（尽可能在开模时让塑件留在动模内，这样便于取出塑件）
B.考虑塑件的外观
C.保证塑件的尺寸精度的要求
D．有利于防止溢料和飞边在塑件的部位
F.有利于排气
G.考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响图3.2分型面
H.尽量使成型零件便于加工
分析此塑件决定把分型面放在底面投影面积最大处这样有利于脱模。
如图3.2所示。
3.3注射机的选择
由于卧式注塑机的注射系统与合模机构的轴线重合并与地面平行，具有机身较低，加料、维修及操作方便，且制件顶出脱模后可自动脱落，易于实现自动化或机械化等优点，故首选卧式注塑机。
根据塑料制品的体积和质量从相关资料选取型号为国产SZ-25/20系列的卧式注射机。
该注塑机的各参数如表3-2所示：
表3-2注塑机的各参数
理论注射量/cm3
25
移模行程/mm
210
螺杆直径/mm
25
最大模具厚度/mm
110
注射压力/Mp
200
最小模具厚度/mm
220
锁模力/KN
200
喷嘴球半径/mm
10
拉杆内间距/mm
242x187
喷嘴口孔径/mm
2
顶出行程/mm
55
顶出力/KN
6.7
3.4浇注系统的设计
浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。
浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。
浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。
该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
3.4.1主流道设计
主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。
在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形，锥角为2°—6°。
（1）主流道尺寸
根据所选注塑机，主流道小端尺寸为
d=注塑机喷嘴尺寸+（0.5-1）=2.5+0.7=3.2mm
主流道球面半径为
SR=喷嘴球面半径+（1～3）=10+3=13mm
（2）主流道衬套形式
主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交换地反复接触，属易损件，对材料要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。
一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等，热处理要求淬火53～57HRC。
主流道衬套应设置在模具对称中心位置上，并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴同一轴心线。
本设计虽然为小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式其零件图如图3.3所示
图3.3主流道衬套零件图
（3）主流道凝料体积
（4）分流道凝料体积
（5）零件体积
通过零件三维图，在PROE中计算可得零件体积为0.6
3.4.2分流道设计
该模具为一模四腔的结构，应设置分流道。
分流道的设计应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
因此，采用平衡式分流道，分流道的各尺寸如图3.4所示
图3.4分流道布置形式图3.5分流道的形状及尺寸
（1）分流道截面形状
常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。
要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。
圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为5°～10°的梯形流道。
浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，当分型面为平面时，可采用梯形或U字型截面的分流道。
从上述分析，为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用U型截面。
（2）分流道截面尺寸
分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。
其截面尺寸如图3.5所示
（3）分流道表面质量
由于分流道中与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为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6μm，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，使中心层具有较高的剪切速率。
3.4.3冷料穴和拉料杆的设计
冷料穴作用：
贮存冷料，因两次注射间隔产生的冷料及熔体流动的前锋冷料，防止熔体冷料进入型腔。
卧式或立式注射机用模具的冷料穴，一般在主流道正对面的动模上，直径宜稍大于主流道大端直径，以利冷料流入。
本模具采用采用带球头拉料杆的冷料井，这是一种常用的冷料穴。
塑件成型后，穴内冷料与拉料杆的钩头搭接在一起，拉料杆固定在推杆固定板上。
开模时，拉料杆通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模，然后随推出机构运动，将凝料与塑件一起推出动模。
取塑件时须朝钩头的侧向稍许移动，即可将塑件与凝料一起取下。
冷料穴及拉杆形状如图3.6所示。
1—浇口套；2—拉料杆；3—动模板
图3.6球头拉料杆的冷料穴
3.4.4浇口的选择
浇口也称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中尺寸最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
浇口的作用是使从流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满塑料以后，浇口应按要求迅速冷却封闭，防止还未冷却的熔体回流。
浇口的位置、数量、形状、尺寸等是否适宜直接影响到产品外观、尺寸精度、物理性能和成型效率。
浇口过小：
易造成充填不足（短射）、收缩凹陷、熔接痕等外观上的缺陷,且成型收缩会增大。
浇口过大：
浇口周围产生过剩的残余应力,导致产品变形或破裂,且浇口的去除加工困难等。
经综合考虑本次设计，浇口采用点浇口
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