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锥形带轮注塑模具毕业设计论文
毕业设计（论文）
锥形带轮注塑模具设计
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摘要
塑料是一种可塑性的合成高分子材料，具有重量轻且坚固，耐化学腐蚀，电绝缘性好，价格便宜，可塑性好等特点，广泛应用于电脑、手机、汽车、电机、电器、家电和通讯产品制造中。
注塑成形是成形塑件的主要方法之一，是指使用注塑机将热塑性塑料熔体在高压下注入到模具内经冷却固化获得产品的方法。
注塑的优点是生产速度快，效率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生产。
本次毕业设计的产品为电源按键，具有重量轻，强度高，耐腐蚀，易清洁等特点，为大批量生产产品。
本次设计在针对产品进行工艺性分析后，确定模具分型面、型腔数目、浇口形式、位置大小；其中最重要的是确定型芯和型腔的结构，以及它们的定位和紧固方式。
此外还进行了脱模机构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计等。
最后绘制完整的模具装配总图和主要的模具零件图及编制成型零部件的制造加工工艺过程卡片。
实践证明：
该模具结构合理、可靠,并能保证产品质量,对此类注塑产品的模具设计有参考价值。
关键词：
塑料,注塑成形,模具设计
Abstract
Plasticisasyntheticpolymermaterial,withthecharacteristicsofplasticity,lightweight,sturdiness,electricalinsulation,andwhichisresistancetochemicalcorrosionandcheap.Itiswidelyusedincomputers,mobilephones,cars,motors,electrical,homeappliancesandcommunicationproductsmanufacturing.Injectionmoldingisoneofthemainmethodsofformingplasticparts,itreferstotheuseofplasticinjectionmachinetoinjectthethermoplasticmeltsintothemoldunderhighpressure,aftercooledtoobtaintheproducts.Ithastheadvantageoffastproductionspeed,highproductionefficiency,andautomatedoperations,itcanformtheshapeofcomplexparts,particularlysuitableformassproduction.Theproductionofgraduationprojectispowerbutton,whichhasalightweight,highstrength,corrosionresistanceandeasycleaningfeaturesformassproduction.Afteranalysistheprocessoftheproduct,themoldpartingline,cavitynumber,gateform,gatelocationcanbedetermined,oneofthemostimportantistoidentifycoreandcavitystructures,aswellastheirpositioningandfasteningmethods.Inaddition,italsocarriesoutthedesignofstrippingagencies,mold-orientedorganizationsandthecoolingsystem.Atlast,drawacompletemoldassemblydrawing,majorpartsdiagram,anddrawupcardsofpartsmanufacturingandprocessingprocess.Itisprovedthatthemoldstructureisreasonable,reliableandcanguaranteeproductquality,andisvaluablefortheinjectionmolddesignofsuchproducts.
KeyWords:
Plastic,Injectionmolding,Molddesign
第一章绪论
1.1引言
随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，如：
家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅速增加，由于在工业产品中，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，成倍地减少整个产品中的各种紧固件，大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配件工时，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。
模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，例如金属铸造成型使用的砂型或压注模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具及成型陶瓷、玻璃等制品使用的各种模具。
塑料模具是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型。
模具是工业生产中的重要工艺装备。
模具工业是国民经各部门发展的重要基础之一。
模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱，模具质量的优劣，直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。
对塑料模具的全面要求是:
①尺寸精度、外观、物理性能等各方面均能满足使用要求的优质制品。
②高效率、自动化、操作简便。
③结构合理、制造容易、成本低廉。
④尽量减少开模、合模和取制件过程中的手工劳动。
为此常采用自动开合模及自动顶出机构。
⑤合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具。
1.2塑料模具在国民经济中的作用
塑料模具（简称塑模）的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。
塑模是现代塑料工业中的重要工艺装备。
塑模工业是国民经济的基础工业。
用塑模生产成形零件的主要优点是制造简单、材料利用率高、生产效率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。
塑模也是成型塑料制品的主要工具，它的结构和加工精度对塑件的质量和生产效率等有直接的关系。
因而世界各国对塑模的现代设计与制造技术都极为关注。
近年来国外对塑模的热浇道、温度控制系统、应用数控机床加工及减少热处理变形等方面都作了许多探索，并取得了一定的成果。
塑模广泛应用于成型塑料制品，它利用塑料在高温下所具有的流动性或可塑性，将其成型为具有一定形状和尺寸，并通过化学或物理变化，定型为塑料制品。
在塑料加工工业中，普遍使用有以下几种塑模：
（1）压缩成型的塑料模具。
（2）压入成型的塑料模具。
（3）挤出成型的塑料模具。
（4）注射（塑）成型的塑料模具。
此外，还有发泡成型塑模，真空成型塑模、吹塑成型塑模、玻璃纤维增强塑料成型塑模等等，但这些塑模的设计是建立在以上所述常用的集中塑模设计基础上，且比较简单。
随着塑模成型方法的不断出现，必然将还会产生各种新型塑料的新型成型模具。
近年来我国塑料工业生产的发展速度很快，塑料的应用正普及到国民经济领域的各个部门。
采用塑模加工的塑件也很多，如各种管材、板材、异型材、复合管材、发泡型材及棒材等，都广泛用于纺织品、医药品、化学物品、机密仪器、日用品及机械行业中的齿轮、轴承等机械零件，在汽车、飞机、造船业中的仪表、车门、内衬等，化学工业中的贮槽、贮罐、填料等，电子及电信工业中的电线、电缆绝缘层及防护套等也得到广泛的应用，特别是在建筑工业中塑料的应用更为广泛，“以塑代木，以塑代金属”为人类钻寻求解决替代有限的木材和贵重金属材料开辟了新途径。
当前在我国塑料战线上出现了许多新的塑膜结构和新的塑模的加工方法，为我国塑料模具的设计与制造走向现代化提供了有利条件。
据资料介绍，国外一些工业比较先进的国家在塑模的设计与制造方面，已经采用CAD/CAM系统，这对提高塑料制品质量，缩短塑模制造周期，降低塑件成产成本方面取得较好经济效益。
1.3塑料成型模具发展趋势
近年来，塑料成型加工机械和成型模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、长寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。
（1）加深理论研究随着对塑料成型加工原理的研究越来越深入，模具设计已由经验设计阶段逐步向理论计算设计方面发展。
这些理论为塑料模具的计算机辅助设计和辅助工程奠定了基础。
（2）高效率、自动化如多层多型腔注射模结构、各种自动脱出产品和流道凝料的脱模机构、自动分型抽芯机构、热流道浇注系统注射模具以及高效冷却结构。
高效自动化的模具与高速自动化的成型设备相配合对提高生产效率、提高产品质量，降低生产成本起了很大作用。
（3）大型、超小型及高精度随着塑料应用领域日益扩大，在建筑、机械、汽车、仪器、家用电器等采用了许多大型、精密和高寿命的塑料制品，如汽车壳体、洗衣机桶、传动齿轮、轴承等。
大型模具设计要求作详细准确的理论计算，由于模具自重大，物料流程长，型腔易变形，因此在结构设计上需作更为周密的考虑。
高精度模具要求配合精度和运动精度都很高，耐磨损，模温控制精确，在高压下成型，收缩变形小。
（4）革新模具制造工艺塑料模具制造中最困难的部分是型腔，特别是异形复杂型腔的加工，若采用各种坐标机床、仿形机床、光控机床、数控机床等来代替传统的机械加工方法，这样不仅缩短制模周期、提高模具精度，而且还降低了劳动强度和生产成本。
采用精密铸造、冷挤压、电加工等新工艺技术给模具型腔加工带来了巨大方便（5）模具计算机辅助设计（CAD）、辅助工程（CAE）CAD软件的主要功能是几何造型技术，它将制品图形立体地精确地显示在屏幕上，完成制件设计的绘图工作，对制品或模具进行力学分析。
CAE软件中流动软件可以模拟熔体在模内的流动过程，冷却分析软件可模拟熔体的凝固过程和在模内的温度变化，预测可能出现的问题，如制品缺陷、翘曲、变形、内应力等，使计算结果优化。
（6）标准化
模具标准化包括塑料注射模零件标准、塑料注射模零件技术条件、塑料注射模模架标准、塑料注塑模技术条件等，其中零件标准包括导柱、导套、推杆、模板等。
模具标准化为塑料模具设计和制造都带来极大的方便，由于标准件可以直接购买，因此模具设计制造者只需精心设计和加工型腔，这样使塑料模具设计和制造周期大为缩短，成本降低，质量得到保证。
目前发达国家标准化程度达到30%以上，我国标准化程度不高，还需大力推广，充实完善。
第二章模具具体设计过程
如图1所示塑件为锥形带轮，材料为ABS，收缩率0.3%～0.8%。
2.1工艺性分析
图2-1
1）该塑件尺寸较适中，一般精度等级，但因形状简单，采用一模腔。
2）为了方便加工和热处理，型腔与型芯部分采用拼镶结构。
2.2确定型腔数目
注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生产效益；
锥形带轮属于批量生产，精度要求一般，塑件尺寸适中，故有以下三种方案：
方案1方案2
方案3
图2-2
（1）.如图2一模一腔——可降低生产成本，提高生产效率。
（2）.如图3一模两腔——品质一般，生产效率较中等。
（3）.如图4一模四腔——出穴数太多，精度高，生产效率低。
根据锥形带轮的生产批量是需要大批量生产及尺寸要求精度不高，所以采用一模一腔。
故选用方案1。
按照塑件所示尺寸，近似计算：
塑件体积Vs≈2.7688cm3
查表6-1塑料ABS的密度为1.02～1.05g/cm3（注塑级密度为1.05g/cm3）
单件塑件重量：
ms=2.128*1.05g=2.9526≈3g
2.3型腔、型芯工作部位尺寸的确定
查表6-4ABS塑料的收缩率是0.3%-0.8%。
平均收缩率：
S=（0.3%+0.8%）/2=0.55%
型腔工作部位尺寸：
型腔径向尺寸Φ65.5L m+δ0=〔（1+S）×Ls-X△〕+δ0=（（1+0.0055）×65.5-0.6×0.24）
=65.7+00.06
Φ59.7L m+δ0=〔（1+S）×Ls-X△〕+δ0=（（1+0.0055）×59.7-0.6×0.24）
=59.9+00.06
型腔深度尺寸H m+δ0=〔（1+S）×Hs-X△〕+δ0=（（1+0.0055）×16.4-0.6×0.24）
=16.3+00.06
型芯径向尺寸lm-δ0=〔（1+S）×ls-X△〕-δ0=（（1+0.0055）×14-0.6×0.24）
=13.9
型芯高度尺寸hm-δ0=〔（1+S）×hs-X△〕-δ0=（（1+0.0055）×16.4-0.6×0.24）
=16.3+00.06
中心距尺寸：
Cm±δz/2=（1+S）Cs±δz/2=（1+0.0055）×65.5±0.06=0.12
式中Ls—塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm）
ls—塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）
Hs—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）
hs—塑件内型高度基本尺寸的最小尺寸（mm）
Cs—塑件中心距深度基本尺寸的平均尺寸（mm）
X—一般情况下为0.5到0.75，这里取0.6
△—塑件公差（mm）
δz—模具制造公差，取（1/3~1/4）△
通常，制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并带有大于0.1mm公差的部件不需要进行收缩率计算。
2.4分型面的确定
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。
选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。
当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。
该塑件分型面选择有如下图6几种方案：
分型面方案1
分型面方案2
分型面方案3
图2-5
方案一：
方案一分型面的选择，使型芯在动模一侧，考虑到锥形带轮的结构侧孔在下方，侧抽芯装置也在动模一侧，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模一侧。
这样的结构有利于塑件的脱模，因为推出机构通常设置在动模一侧由于属于小型塑件，型腔较小，空气量很少，可借助分型面的缝隙排气。
方案二和方案三不利于自动脱模，也影响了本身的美观。
我们要减少这种不必要的浪费，建立节约经济。
故选择分分型面方案一。
2.5型腔工作部分尺寸
塑件尺寸公差按SJ1372—78标准中的6级精度选取
查相关手册得知ABS塑料的收缩率是0.3%-0.8%。
平均收缩率：
S=（0.3%+0.8%）/2=0.55%
型腔工作部位尺寸：
型腔径向尺寸Φ65.5L m+δ0=〔（1+S）×Ls-X△〕+δ0=（（1+0.0055）×65.5-0.6×0.24）
=65.7+00.06
Φ59.7L m+δ0=〔（1+S）×Ls-X△〕+δ0=（（1+0.0055）×59.7-0.6×0.24）
=59.9+00.06
型腔深度尺寸H m+δ0=〔（1+S）×Hs-X△〕+δ0=（（1+0.0055）×16.4-0.6×0.24）
=16.3+00.06
型芯径向尺寸lm-δ0=〔（1+S）×ls-X△〕-δ0=（（1+0.0055）×14-0.6×0.24）
=13.9
型芯高度尺寸hm-δ0=〔（1+S）×hs-X△〕-δ0=（（1+0.0055）×16.4-0.6×0.24）
=16.3+00.06
中心距尺寸：
Cm±δz/2=（1+S）Cs±δz/2=（1+0.0055）×65.5±0.06=0.12
式中Ls—塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm）
ls—塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）
Hs—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）
hs—塑件内型高度基本尺寸的最小尺寸（mm）
Cs—塑件中心距深度基本尺寸的平均尺寸（mm）
X—一般情况下为0.5到0.75，这里取0.6
△—塑件公差（mm）
δz—模具制造公差，取（1/3~1/4）△
通常，制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并带有大于0.1mm公差的部件不需要进行收缩率计算。
2.6选定注塑机型号
（1）型腔强度和刚度的计算。
为了方便加工和热处腔镶件可分为两部分，如图可看出，型腔为整体式。
因此，型腔的强度和刚度按型腔为组合式进行计算。
由于型腔壁厚计算比较麻烦，也可参考经验推荐数据。
查表6-16型腔壁厚S1=8mm，模套壁厚S2=18mm
（2）初选注塑机
注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。
而在本次设计中，我们选择注塑即的原则是按我们想象中的产品产量和实际的塑件形状来选择任何一款注塑机，最后校核能满足使用要求即可。
分别从注塑量、注射压力和锁模力三个方面的要求来初选注塑机。
1）注塑量：
塑件体积Vs≈2.7688cm3
浇注系统凝料约为Vj≈0.5107cm3
塑件成型所需的注射总量应小于所选注塑机的注射容量.注射容量以容积（
）表示时,塑件体积（包括浇注系统）应小于注塑机的注塑容量,其关系是:
总体积V塑件=（2.769+0.5017）cm3=3.2771cm3
ABS塑料密度为1.02～1.05g/cm3。
满足注射量V机≥V塑/0.8
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）。
V塑/0.80=3.277/0.80cm3=4.096cm3
2）注射压力：
ρ注≥ρ成型
查表知ABS塑料成型时的注射压力ρ成型=70～90MPa
3）锁模力
P锁模力≥pF
式中p－塑料成型时型腔压力，ABS塑料的型腔压力p=30MPa；
F——浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（
）
各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积
F=（3.14×162+3.14×112+3.14×152）=1890.28（
）
pF=30X1890.28=56708.4N=56.7KN
根据以上分析、计算综上所述：
初选注塑机的要求只要能满足以上三点就是适合的。
考虑到塑件的结构，塑件型腔比较深，参考设计手册初定注射机型号为SA600/150型塑料注射机。
注射机有关技术参数如下
最大合模行程S290mm
模具最大厚度380mm
模具最小厚度150mm
动、定模板尺寸520mm×520mm
拉杆空间350mm
3）选标准模架根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格，查表可选用:
定模板厚度：
A=30mm
动模板厚度：
B=25mm
垫块厚：
C=50mm
模具厚度：
H模=40+A+B+C=145mm
模具外形尺寸：
300mm×300mm×240mm
2.7浇注系统的设计
型腔位置的排布。
该件采用一模一腔的结构形式，那么浇注系统的设计应直接采用从主流道到型腔流道的形状及尺寸相同的设计，即平行式布置的形式。
2.7.1主流道的设计
主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套（如图2-5）镶入定模板内。
主流道套通常用性能好的材料制造并热处理淬硬。
主流道与喷嘴的接触处应做成半球形的凹坑。
二者应严密接触以避免高压塑料的溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大1-2mm；主流道小端直径应比喷嘴孔直径约大0.5-1mm，常取Ф4-8mm，视制品大小及补料要求决定。
主流道的锥角不宜过大，一般取2°～6°。
由初选注塑机知喷嘴球头半径为R12mm，孔直径为Φ4mm。
所以浇口套的结构形式如图2-7。
其固定形式如图2-8。
由初选注塑机知定位孔直径为Φ100。
所以定位圈的大小也就为Φ100。
如图2-7
如图2-8
2.7.2分流道的设计
由于该注塑模是单个型腔的，所以可以不用考虑设置分流道，以便节约材料，节约成本。
2.7.3冷料穴的设计
冷料穴一般设在主流道的末端，在动模或下模一侧。
当分流道较长时，在分流道的末端也应该开设冷料穴。
冷料穴的容积视具体需要而定。
主流道末端冷料穴的结构常常与拉料形式相集合。
在设计中我们可以把冷料穴开设在主流道的延长线上，因为锥形带轮形状比较简单，可以在主流道上直接设置冷料穴，从而使模具在开模时将浇注系统凝料留在动模一侧，在开模过程中将浇注系统凝料定出动模。
冷料穴的形式多种多样，同时在冷料穴的下方设置推杆，以便将凝料强行从中推出。
这种结构设计简单，制造方便。
其机构简图如图2-9。
如图2-10
2.7.4浇口的设计
确定浇口形式及位置。
为了提高生产效率，便于去除浇口凝料采用中心浇口尺寸与位置如图所示。
塑件在浇口处的壁厚为1.5mm,浇口直径可以根据课本：
《塑料成型工艺及模具设计》Ｐ７３，取d=2mm。
2.8按要求绘制装配图
图2-11
第三章成型零件的结构设计与计算
塑料模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底版厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏，也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。
3.1模具部分的型芯
为了便于加工设置一个定模型芯，它的配合可以采用过盈配合。
3.2成型零件钢材的选用
零件是大批量生产，成型零件所选用钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好，机械加工性能和抛光性能也应该良好，因此构成型腔的嵌入式凹模钢材选用SMI
3.3成型零件工作尺寸的计算
塑件尺寸公差按SJ1372—78标准中的6级精度选取
查相关手册得知ABS塑料的收缩率是0.3%-0.8%。
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