塑料模具毕业设计xiu.docx

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塑料模具毕业设计xiu

摘要

塑料工业是现代工业中的一个新兴的重要行业十几年来，塑料工业以惊人的速度发展-----平均以每年25%的速度递增。

在电子、汽车、电器、仪器、家电合同新登产品中，60%到80%的零部件都要依靠注射模具成型。

以其他加工制造方法相比，注射模具成型之间具备有高精度、高复杂程度、高一致等优良特点，因此得到了广泛的应用。

注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的塑件。

本课题就是将上下盖作为设计模型，以注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。

本文将对上下盖精密注塑模设计，对塑件结构进行了工艺分析。

完成制件的成型零件（型芯、型腔等）的设计以及成型工艺设计计算。

本模具另一重要部分就是冷却系统的设计，根据塑件的结构特点以及顶杆的位置分布，冷却水管采用随形冷却。

明确了设计思路，确定了注射成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。

如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。

完成模具的结构设计后，对受力的零部件进行校核，是设计出来的塑料模具安全可靠。

完成校核后，确定各个零部件的尺寸精度，零部件之间的配合精度，成型零部件的粗糙度要求，使其达到生产要求的精度水平。

设计中将灵活利用所学的基础知识，并注意联系实践，应用UG、CAD等计算机辅助设计软件，完成模具的设计，并生成二维模具装配图、二维零件图和三维的模具装配图，所涉及的模具具有工程意义，可以用于生产实践。

关键词：

精密注塑模；冷却系统；UG；CAD；Moldflow

Abstract

Plasticindustryisarisingindustry.Pasticindustryisincreasingbyamazing25%everyyear,Most,thatis,60%to80%,oftheelectronicproducts、vehicleparts、electricalapparatus、instrument、househouldappliancesandmunicationequipmentsareshapedwithinjectionmould.parewithotherprocessings,injectionproductshavetheadvantageofhighprocision,highplexionandhighconsistency,whichmakeinjectionmouldprocessisusedmoreandmorewidely.

Plasticinjectionformingisanimportantmethodprimarilyappliedforthermoplasticplasticforming,bywhichplasticpartswithplexingshapecanbeformingatastretch.ThispaperwillexpositthedesigningcourseoftheinjectionmouldfortheUpperandlowerlid,onthebasisofthemold-relatedknowledge.

ThispaperwilldesigntheinjectionmouldforUpperandlowerlid,andmakesomeprocessanalysisoftheplasticpart’sstructure.Andalsothedesignandcalculationoftheformingparts（core,cavity,slider,etc.）willbepleted.Anotherimportantpartofthispaperiscoolingsystem.Accordingtothestructuralcharacteristicsofplasticpart,aswellasthedistributionofejectionpin,coolingholesconbinedwiththeformalcoolingchannelsareused.。

Afterthedesigninjectionmoldingprocessaswellassomespecificdetailsofthecalculationandverification.ThedesignofsuchastructurecanbeusedtoensurereliableDieworktoensurethattheotherpartsofthetie.

Thispaperwillexamthestressconditionofparts,toensurethereliabilityoftheplasticmould.Andthen,precisionandroughnessisdeterminedtomeettheproductionrequirements.

Elementaryknowledgeisusedflexiblelyinthedesigncourse,andcontractingbetweentheoryandpracticeisnoticed.ThispaperwillUseCADsoftwareUG,CADandsoontofinish2Dassemblymoulddrawing,2Dpartdrawingsand3Dassemblymoulddrawing.Themouldisofengineeringimportance.

Keywords:

theinjectionmould；coolingsystem；UG,CAD,Moldflow;

第3章注射机的选择与校核6

3.1注射机初选……………………………………………………………………………..6

3.2注射机校核……………………………………………………………………………...8

3.3确定型腔的排列方式………………………………………………………………….10

4.2CAE流动模拟分析........................................................................................................12

第5章分型面的选择………………………………………………...22

第7章脱模机构设计………………………………………………..24

第8章注射模设计…………………………………………………..26

8.1成型部件尺寸的确定…………………………………………………………………26

8.3推出结构设计…………………………………………………………………………29

8.4顺序分型结构设计…………………………………………………………………………..…29

8.5模具零件设计…………………………………………………………………………29

8.6模具钢材的选取及热处理……………………………………………………………29

第9章冷却及排气系统的设计……………………………………….31

9.1冷却效果分析…………………………………………………………………………………..319.2CAE翘曲分析………………………………………………………………………...................32

9.3排气系统设计………………………………………………………………………...............36

第10章模具装配图及工作过程设计…………………………………38

10.1模具装配图设计…………………………………………………………………..…38

10.2模具工作过程………………………………………………………………………..40

总结.....................................................................................................42

参考文献…………………………………………………………......43

致谢………………………………………………………….............44

第1章概述

我国塑料模具行业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。

在大型模具方面，已能生产大屏幕彩电塑壳注塑模具、大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表盘等塑料模具。

精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。

用这些模具生产的一些塑料制件达到了国外同类产品的水平，但总体和国外相比仍有较大差距。

据有关方面预测，模具市场的总体趋势是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高于其他模具，在模具行业中的比例将逐步提高，随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。

同时，由于近年来进口模具中精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。

我国塑料模具工业今后的主要发展方向可以归纳如下：

①出于塑料模成形的制品日渐大型化、复杂化和高精度的要求，和为适应高生产率而发展的一模多腔的原因，今后应该重点提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。

②在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术，CAD/CAM的技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，随着CAD/CAM软件智能化程度的逐步提高，塑料制件及模具的三维设计与成型过程的模拟分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

③推广应用热流道技术、气辅注射成形技术和高压注射成形技术。

④开发新的成形工艺和快速经济模具，以适应多品种、少批量大生产方式。

⑤提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。

为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。

为此，首先要制定统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度，提高标准件质量，降低成本；再次就是要进一步增加标准件的规格品种。

⑥应用优质材料和先进的表面处理技术来提高模具寿命和质量。

本次毕业设计是设计一套用来生产塑料制品的注塑模具。

通过这次设计，可以对大学四年中所学知识进行系统的综合，加深对模具结构的认识，掌握模具设计与制造的基本方法与过程。

相信这次毕业设计将使本人在以后的工作中受益匪浅。

注射成形是现在成形热塑性塑件的主要力法、因此应用X围很广。

所使用的成形机称为注射机。

注射成形是把塑料原料（一般为经过造粒、染色、加入添加剂等处理后的颗粒料）放人料简中，经过加热熔化，使之成为高粘度的流体——称为“熔体”，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高的压力（约为25—80MPa）注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段、而后从模具中脱出，成为塑料制品。

注射成形的全过程可以分为：

（1）塑化过程现代的注射机基本上是采用螺杆式的塑化设备。

塑料原料（称为“物料”）自送料斗以定容方式送人料筒，通过料筒外的电加热和料筒内螺杆旋转的摩擦热使物料熔化．达到一定的温度后即开始注射。

注射动作是由螺杆的推进完成的。

（2）充模过程熔体自注射机的喷嘴喷出后，进入模具的型腔，把型腔内的空气排出，并充满型腔，然后升压到一定的压力，使熔体的密度增加，充实型腔的各部位。

充模过程是注射成形中最主要的过程。

由于塑料熔体的流动是非牛顿流动．而且粘度很大，所以在充模过程中的压力损耗、粘度变化，多股汇流等现象，左右着塑件的质量。

因此，充模过程的关键问题——浇注系统的设计就成为注射模设计过程中的重点。

现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计（CAD）以解决浇注系统设计中的疑难问题。

（3）冷却凝固过程热塑性塑料的注射成形过程是热交换的过程。

即：

塑化→注射充模→固化成形

加热→（理论上绝热）→散热

热交换效果的优劣，决定塑件的质量——外表质量相内在质量。

因此，模具设计时对热交换也要作充分的考虑。

现代的设计方法中也采用了计算机。

（4）脱模过程塑件在型腔内固化后，必须用机械的方式把它从型腔中取出。

这个动作要由“脱模机构”来完成。

不合理的脱模机构对塑件的质量有很大的影响；但塑件的几何形状是千变万化的，所以必然采用最有效的和最适当的脱模方式。

因此，脱模机构的设计也是注射模设计中的一个主要环节。

由于标准化的推广、许多标准化了的脱模机构零、部件也有商品供应。

第2章塑料制件及其成型工艺的设计

2.1塑料制件及注塑模工艺性分析

本次设计的制件是一个塑料小家电上下盖，如图2-1所示。

其中内、外表面及底面均要求较高，制件还要具有一定的耐水、耐化学腐蚀性和绝缘性。

选取（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）ABS为材料，电绝缘性一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料，特别是有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀，提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质，硬度、加工的流动性及产品表面的光洁度较高。

因此它可以被用于家电外壳、玩具等日常用品。

制品为薄壁件，在脱模过程中极易变形或被破坏，所以模具采用推杆顶出机构。

选择在塑件最大截面处作为模具分型面，并设置小顶杆。

开模后塑件留在动模一侧，便于推出塑件。

进料口与塑件应圆滑过渡连接，防止去除浇口时损坏塑件。

推出时塑件受力应均匀，防止脱模时发生开裂、变形。

为了方便加工和热处理，型腔部分应采用总体式结构、型芯部分采用组合式结构。

模具设计有关的材料参数

塑料密度ρ=1.04～1.06g/cm3

弹性模量E=3.2×103Mpa

收缩率0.5%～0.6%

溢边值0.03mm

图2-1上盖设计图

图2-2下盖设计图

根据二维图，用UGNX6对其进行三维建模。

如下所示：

图2-3盖设计三维图

图2-4下盖三维图

2.2模具结构确定

三板式，一模上下盖两种塑件，两次分型，点浇口进料，推杆顶出，这样节省了模具，较为经济。

第3章注射机的选择与校核

3.1注射机的初选

3.1.1注射量

根据CAE分析结果，可得以下数据：

浇注系统体积V浇=3.6722cm^3

浇注系统质量M浇=V浇×ρ=3.6722×1.06g=3.89g

塑件体积V件=44.5875cm^3

塑件质量Ms=V件×ρ=44.5875×1.06g=47.26g

浇注系统和塑件总体积V塑=V浇+V件=44.5875+3.6722cm^3=48.2597cm^3

总质量M塑=48.2597×1.06g=51.16g

注射量须满足

V机≥V塑/0.80

式中V机——额定注射量（cm3）

V塑——塑件与浇注系统凝料体积和（cm3）。

故

V机≥

cm3

或注射量须满足

M机≥

式中M机——额定注射量

M塑——塑件与浇注系统凝料的重量和（g）；

ρ1——聚苯乙烯的密度（cm3）；

ρ2——塑件采用塑料的密度（cm3）。

本塑件所选材料为ABS，故M机≥

g

图3-1注射位置处压力

3.1.2初选注塑机及相关参数

由3.1.1知：

V机≥

cm3

图3-2注射过程锁模力

1）由CAE锁模力分析图表知：

注射机锁模力应≥35KN

综上，查参考文献初选注射机型号为：

SZ-60/40。

注射机XS-Z-60有关技术参数如下：

额定注射量V60cm3

注射压力150Mpa

锁模力400kN

注射方式螺杆

模板最大行程260mm

模具最大厚度280mm

模具最小厚度160mm

喷嘴圆弧半径15mm

喷嘴孔直径φ3.5mm

3.2注射机的校核

3.2.1注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核

由于在之前初选注射机和设计模架时是根据注射量、锁模力、注射压力这三项技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、锁模力、注射压力己符合所选注射机要求，不必进行校核。

3.2.2开模行程的校核

注射机最大开模行程H为

H≥2h件+h浇+（5～10）

式中h件——塑料制品高度（mm）；

h浇——浇注系统高度（mm）。

2h件+h浇+（5～10）=[2×20+83+（5～10）]mm=133mm

H=260mm>133mm

故开模行程H满足要求。

3.2.3模具厚度校核

模具厚度H模=270mm<280mm

显然小于所选注射机模具最大厚度，

3.2.4模架的确定

模架采用标准模架，基本尺寸为：

定模板厚度A=40mm

型芯固定板厚度B=32mm

支承板厚度C=63mm

模具总厚度H模=270mm

模具外形尺寸400mm×315mm×270mm

3.2.5型腔壁厚的计算

在塑料制品的成型过和中，塑料熔体在型腔中产生很高的压力，使用前型腔发生变形甚至破裂。

型腔的变形，不但影响塑件的尺寸精度，还可能使拼合处产生间隙，形成溢料飞边。

变形过大，甚至会影响塑件的顺利脱模。

为了保证模具的强度、刚度，我们应根据模具零件的结构和工作时的受力状况进行必要的强度、刚度计算。

对大型模具，应以刚度计算为主，对小型模具，则以强度计算为主。

强度计算的条件是各种受力条件下的许用应力。

刚度计算的条件是、则由于模具的特殊性，可以从以下三方面考虑：

（1）从模具型腔不发生溢料角度出发

（2）从保证制件精度条件出发

（3）从保证制件顺利脱模出发

大多数的注塑机模板都是铸钢件，铸钢件的屈服强度约为386MPa，由于接触压力过大会在模板上产生压痕或凹陷，难以修复，因此将安全系数ns取得很大，一般取为7.许用应力：

[σ]=σs/ns=386/7=55（MPa）

不论是圆形型腔还是矩形型腔，均有整体式和组合式两种，本模具型腔板

壁厚度应根据整体式圆形型腔强度条件计算，即：

从上式可以看出，从强度考虑侧壁厚度只要大于13mm即可，故取标准型腔板侧壁厚度为32mm.

3.3确定型腔的排列方式

为了使模具与注射机匹配以提高生产率，并保证精度，模具设计时应合理的确定型腔的数目。

型腔数目的确定方法：

a.按注射机最大注射量确定型腔数量。

b.按注射机额定锁模力确定型腔数量。

c.按制品精度要求确定型腔数量。

d.按经济性确定型腔数量。

e.按用户的要求确定型腔数量。

f.按产量要求确定型腔数量。

根据塑件的生产批量及尺寸精度要求采用一模一腔。

考虑到顺利脱模，设计为双分型面注塑模，也称三板式注塑模。

寸较小，为降低成型费用，根据塑件的生产批量及尺寸精度的要求，为提高成型效率，采用一模两腔，点浇口，并不对制品进行后加工。

由UGNX6算得塑件体积Vs≈45.349cm3。

查设计资料可知，ABS塑料的密度为1.05－1.2g/cm3（注射级密度为1.10g／cm3），算得塑件质量

ms=1.10×45.349g≈50g

第4章浇注系统分析与设计

4.1浇注系统Moldflow三维建模

4.1.1浇注系统的设计

4.1.1.1浇口位置的确定

下图为Moldflow对制件最佳浇口位置分析结果，由此确定浇口位置在制件侧面的中部位置。

（图中颜色最蓝处）

图4-1最佳浇口位置

4.1.1.2流道设计

该模具一模两腔，为了提高成型效率，采用点浇口，浇口选在塑件顶面中部位置。

根据材料和质量选择点浇口尺寸为直径为1mm。

运用Moldflow的建模功能建立浇注系统，如下图所示：

图4-2浇注系统结构

4.2CAE流动模拟分析

4.2.1充填分析/保压分析/残余应力分析

4.2.1.1模型详细资料

网格类型=双层面

网格匹配百分比=85.6%

相互网格匹配百分比=83.5%

节点总数=3296

注射位置节点总数=1

三角形单元的平均纵横比=2.3085

三角形单元的最大纵横比=5.9806

总体积=48.2597cm^3

最初充填的体积=0.0000cm^3

要充填的体积=48.2597cm^3

要充填的制品体积=44.5875cm^3

要充填的主流道/流道/浇口体积=3.6722cm^3

总投影面积=140.4970cm^2

4.2.1.2充填时间

参考下图，由Moldflow分析日志可知：

充填时间为1.6650s。

图4-3充填时间

4.2.1.3CAE分析日志相关数据

图4-4速度压力切换时的压力

1）充填阶段:

状态:

V=速度控制P=压力控制V/P=速度/压力切换

|-------------------------------------------------------------|

|时间|体积|压力|锁模力|流动速率|状态|

|（s）|（%）|（MPa）|（tonne）|（cm^3/s）||

|-------------------------------------------------------------|

|0.08|3.48|13.12|0.03|28.92|V|

|0.16|7.44|27.35|0.82|21.67|V|

|0.22|11.63|31.58|0.99|32.29|V|

|0.30|16.83|32.24|1.08|32.30|V|

|0.38|21.82|32.71|1.17|32.35|V|

|0.45|26.59|33.14|1.29|32.36|V|

|0.53|31.70|33.63|1.45|32.35|V|

|0.60|36.47|33.98|1.62|32.39|V|

|0.68|41.62|34.36|1.84|32.39|V|

|0.74|46.17|34.86|2.22|32.34|V|

|0.82|51.26|35.38|2.60|32.40|V|

|0.90|56.17|35.84|2.96|32.40|V|

|0.97|61.33|36.24|3.29|32.44|V|

|1.04|65.65|36.58|3.62|32.40|V|