端盖注塑模具设计.docx
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端盖注塑模具设计
端盖注塑模具设计
摘要
本次毕业设计的课题为端盖注塑模具设计，主要在对塑件进行成型分析的基础上从原材料分析、成型特性、分型面的选择、浇注系统的设计、冷却系统的设计、型芯和型腔的结构设计、推出复位结构设计、侧向抽芯机构的设计和导向机构的设计等多方面详细阐述了端盖注塑模具的设计过程。
同时通过合理地选择注射机并对注塑压力、最大注塑量、锁模力、开模行程等相关方面进行校核，进一步保证设计的合理型，并设计温度调节系统和阐述模具装配等方面。
本课题最大的特点是模具由左右侧滑块组成，设计的模具结构合理，加工方便，工艺性好，能较好地运用于实际生产。
同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。
关键词：
端盖注塑模具，侧向抽芯，分型面，注塑模具，注射机
前 言
为具体的检验在大学里学习专业的效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即此次设计的课题为端盖的注塑模具。
大学三年的课程学习和课程、生产实习，熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。
在这个不断设计、学习、再设计的反复操作过程中，潜移默化地学习到了一种科学的设计思路和方法，这对以后的工作态度和方法将产生积极的影响。
特别是在利用现代化的设计上，有了很多的自己的设计思想。
在设计的过程中，遇到了很多的问题，尤其是在流道的设计、成型零件的计算等方面，费了很多周折，也走了很多弯路。
而在装配图的绘制中，又遇到了前面设计上的很多结构错误，对细节的反复修改较多。
经过很长时间的思考和查阅资料，才成功地完成了本套模具的设计过程。
通过近二个月的毕业设计对模具有了更深入的学习。
它既能加强对塑料模具成型原理的理解，同时又锻炼了对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以分型面为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。
能很好的学习致用的效果。
在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。
把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。
在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、Pro/E等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。
对模具的全面要求是：
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。
模具影响着制品的质量。
首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。
另外模具对制品的成本也有影响。
当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。
第1章塑料注射模具的设计步骤和结构组成
1.1塑料注射模具的设计步骤及内容
1.1.1接受任务书
成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下：
1经过审签的正规制制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。
2塑料制件说明书或技术要求。
3生产产量。
4塑料制件样品。
通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。
1.1.2收集、分析、设计原始资料
收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。
1分析塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。
例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。
选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。
此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。
2分析工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。
成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。
根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。
1.1.3确定成型方法
采用直压法、铸压法还是注射法。
1.1.4 选择成型设备
根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。
例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：
注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。
要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。
1.1.5 确定模具类型的主要结构方案
选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。
对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。
生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。
1.1.6绘制模具图
要求按照国家制图标准绘制，但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。
在画模具总装图之前，应绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。
由下道工序保证的尺寸，应在图上标写注明“工艺尺寸”字样。
如果成型后除了修理毛刺之外，再不进行其他机械加工，那么工序图就与制件图完全相同。
在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。
通常就把工序图画在模具总装图上。
1绘制总装结构图
绘制总装图尽量采用1：
1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。
模具总装图的技术要求内容包括：
模具某些系统的性能要求；模具装配工艺的要求；模具使用，装拆方法；防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求；有关试模及检验方面的要求等。
2绘制全部零件图
由模具总装图拆画零件图的顺序应为：
先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。
（1）图形要求：
一定要按比例画，允许放大或缩小。
视图选择合理，投影正确，布置得当。
为了使加工专利号易看懂、便于装配，图形尽可能与总装图一致，图形要清晰。
（2）标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。
标注尺寸的顺序为：
先标主要零件尺寸和出模斜度，再标注配合尺寸，然后标注全部尺寸。
在非主要零件图上先标注配合尺寸，后标注全部尺寸。
（表面粗糙度。
把应用最多的一种粗糙度标于图纸右上角，其它粗糙度符号在零件各表面分别标出。
（3）其它内容，例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求，表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。
3编写制造工艺卡片
由工具制造单位技术人员编写制造工艺卡片，并且为加工制造做好准备。
在模具零件的制造过程中要加强检验，把检验的重点放在尺寸精度上。
模具组装完成后，由检验员根据模具检验表进行检验，主要的是检验模具零件的性能情况是否良好，只有这样才能俚语模具的制造质量。
4试模及修模
虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。
发现总是以后，进行排除错误性的修模。
修理模具更应慎重，没有十分把握不可轻举妄动。
其原因是一旦变更了模具条件，就不能再作大的改造和恢复原状。
5整理资料进行归档
把设计模具开始到模具加工成功，检验合格为止，在此期间所产生的技术资料，例如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等，按规定加以系统整理、装订、编号进行归档。
这样做似乎很麻烦，但是对以后修理模具，设计新的模具都是很有用处的。
1.2塑料注射模具的结构组成和作用
塑料注射模具一般是由成形部件、浇注系统、导向部分、推出机构、调温系统、排气系统、支撑零部件、侧向分型与抽芯机构组成。
成形部件是指动、定模部分有关组成型腔的零件。
浇注系统是将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道，它包括主流道、分流道、浇口、及冷料穴。
导向部分在注射模中，用导向部分对模具的动定模导向，以使模具合模时能准确对合。
推出机构是指分型后将塑件从模具中推出的装置。
调温系统是为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调整。
一般热塑性塑料的注射模主要是设计模具的冷却系统。
排气系统是为了将成形时塑料本身挥发的气体排出模外，常常在分型面上开设排气槽。
对于小塑件的模具，可直接利用分型面或推杆等与模具的间隙排气。
支撑零部件是用来安装固定或支撑成形零部件及前述的各部分机构的零部件。
侧向分型与抽芯机构是当有些塑件有侧向的凹凸形状的孔或凸台时，须先把侧向的凹凸形状的瓣合模块或侧向的型芯从塑件上脱开或抽出。
第2章塑件的工艺分析
2.1塑件成型工艺分析
端盖剖面图如图2-1所示：
图2-1端盖剖面图
端盖实体如图2-2所示：
图2-2端盖实体图
2.1.1材料的性能
ABS为热塑性材料，密度为1.03-1.07g/cm3，抗拉强度30-50MPa，抗弯强度41-76MPa,拉伸弹性模量1587-2277MPa，弯曲弹性模量1380-2690MPa,收缩率为0.3%-0.8%,常取0.5%。
该材料综和性能好，即冲击强度高，尺寸稳定，易于成型，耐热和耐腐蚀性能也好，并有良好的耐寒性。
2.1.2成型特性及条件
吸湿性强，塑料在成型前必须充分预热干燥，含水量应小于0.3%。
对于要求表面光泽的零件，塑料在成型前更应进行长时间预热干燥。
流动性中等，溢边值0.04㎜。
塑料的加热温度对塑件的质量影响较大，温度过高易于分解（分解温度为250℃）。
成型时宜采用较高的加热温度（模温50-80℃）和较高的注射压力（柱塞式注射机：
料温180-230℃，注射压力100-140MPa；螺杆式注射机：
温度160-220℃，注射压力70-100MPa。
）
2.1.3结构工艺性
零件壁厚基本均匀，所有壁厚均大于塑件的最小壁厚1㎜，注射成型时应不会发生填充不足现象。
（可借用Pro/E和C-mold、C-flow等注塑流动模拟软件分析）
该塑料制件在侧壁有一个侧孔，注射模应具有侧抽芯机构。
2.1.4零件体积及质量估算（可借用Pro/E等软件的模拟分析功能）
1单个塑件体积
v=8751
mm3=8.751cm3
单个塑件质量
。
2由于还未设计浇注系统，所以只能估算塑件和浇注系统凝料的体积，
根据经验按照塑件体积的0.2-1倍来估算，我们这里用0.5.
2.2ABS的成型特性与工艺参数
2.2.1塑料成型工艺参数
塑件成型时适用注射机类型：
螺杆式。
塑料成型工艺参数如表2-1
表2-1塑料成型工艺参数
取值范围
选取数值
密度ρ
1.02～1.07
1.05
收缩率S
0.3%～0.8%
0.5%
温
度
/℃
喷嘴
170～180
180
料筒
170～200
180
模具
50～80
60
压力
注射
60～100
80
保压
50～70
60
时
间
/S
高压
0～5
3
注射
20～90
20
冷却
20～120
25
总计
40～205
48
2.3选择注射机
从实际注射量应在额定注射量的20%～80%之间考虑，初选额定注射量在
以上的卧式注射成型机XS-ZY-125，注射成型机XS-ZY-125设备的技术规范如表2-2。
表2-2塑料成型工艺参数
注
射
装
置
螺杆直径/
30
螺杆转速/
10~140
理论注射量/
125
注射压力/
150
注射速率/
1.8
最大成型面积
360
锁
模
装
置
锁模力/
900
拉杆间距/（H/V）
260×360
模板最大行程/
300
模具最小厚度/
200
模具最大厚度/
300
模具定位圈直径/
100
拉杆空间/
260×360
喷嘴口半径/
4
喷嘴球半径/
12
合模方式
液压-机械
推出中心距/
两侧推出（230）
电
气
油泵电动机功率/
11
加热功率/
其
他
机器重量/
外观尺寸/
3.34×0.75×1.55
2.4注射机的校核
1注射压力的校核
端盖的原料为ABS，所需注射为80MPa，而所选注射机压力150MPa，所以注射压力符合要求。
2最大注塑量得的校核
注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。
所以选用的注塑机最大注塑量应满足：
0.8V机≥V塑＋V浇（1-1）
式中V机————注塑机的最大注塑量，125cm3
V塑————塑件的体积，该产品V塑＝8.751cm3
V浇————浇注系统体积，粗略计算该产品V浇＝12cm3
故V机≥29.75
3锁模力的校核
F锁﹥kAp（1-2）
式中p—————熔融型料在型腔内的压力
A————塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和经计算
F锁———注塑机的额定锁模力
故F锁＞KpA=309KN选定的注塑机的压力为900KN，满足要求。
计算如下：
浇注系统在分型面的投影面积可以按照塑料模型体积的0.2-0.5倍计算，我们取0.3，则A浇=0.3×3846.5=1153.95mm2
A总=A浇+A塑=8846.95mm2
F=A总×P=8846.95×35=309KN
Fk=309×1.1=339.9KN＜900KN。
4开模行程的校核
当注射机采用液压和机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由杆机构的最大行程所决定，并不受模具厚度的影响。
对于双分型面注射模具，其开模行程可按下式校核：
S≥
+
+（5～10）mm（1-3）
式中S———注塑机动模板最大开模行程，300mm;
———制品推出距离，30mm；
———包括流道凝料在内的制品高度，80mm；
因此满足要求。
第3章塑件工艺尺寸计算
3.1型芯和型腔
3.1.1型芯和型腔的结构
型腔、型芯可分别有整体式和组合式两种形式。
由于塑件的结构简单，型腔加工容易，所以选用整体式型腔和整体式型芯，在定模板上直接加工型腔。
3.1.2型芯和型腔的尺寸
所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。
（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。
型芯、型腔的尺寸则直接按产品尺寸确定。
因ABS的成型收缩率为0.3～0.8%,常取收缩率取S=0.5%。
1型腔径向尺寸
ABS塑件的精度一般为4级，塑件径向尺寸60mm和50mm的公差值都为0.42mm,模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.14mm；取x=0.75，PS塑料的收缩率在0.3～0.8%，取0.5%。
2型腔深度
塑件高度尺寸20mm和5mm的公差值为0.36mm，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.12mm；取x=0.5。
3型芯径向尺寸
塑件径向尺寸50mm和55mm的公差值为0.42mm,模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.14mm；取x=0.75。
ABS的收缩率为0.3～0.8%，取0.5%。
4型芯高度
塑件高度尺寸15mm和3mm的公差值为0.36mm，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.08mm；取x=0.5。
ABS塑料的收缩率为0.3～0.8%，取平均收缩率为0.5%。
第4章塑件在模具的位置和浇注系统的设计
4.1确定型腔的数量
单型腔模具的优点是：
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。
缺点是：
塑件成型的生产效率低，成本高。
单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。
多型腔模具的优点是：
塑件成型生产率高，成本低。
其缺点是：
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。
多型腔模具适用于大批量长期成产的小塑件。
1确定型腔数目时要考虑的因素：
（1）满足注射机的最大注射量
（2）锁模力满足要求
（3）塑件精度满足要求
（4）经济性
2型腔数目的确定：
（1）按注射机的最大注射量确定型腔数目
N≤
=8（3-1）
式中vg（mg）-注射机最大注射量（cm3或g）,取125cm3；
vj（mj）-浇注系统凝料量（cm3或g），假设浇注系统凝料为12cm3；
vz（mz）-单个制品的体积或者质量（cm3或g），单个塑件体积为8.751cm3；
（2）按注射机的额定合模力确定型腔数目
N≤
=6.68（3-2）
式中F-注射机的额定锁模力（N）,查表为900KN；
Pm-塑料熔体对型腔的平均压力（MP）,取35MP；
Aj-浇注系统在分型面上的投影面积（m2）,取12cm2；
Az-单个制品在分型面上的投影面积（mm2）,由计算得38.46cm2
（3）按制品精度要求确定型腔数
成型高精度制品时，型腔数目不宜过多，通常推荐不超过4腔，因为多腔难于使各腔的成型条件均一致。
由于塑件的形状复杂，重量较轻，综合分析，本设计应采用一模二腔，模具的尺寸较小，生产率较高，塑件质量可靠，成本较低。
4.2分型面的选择
塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。
定模和动模相接触的面称分型面。
通常有以下原则：
1.分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位；
2.分型线不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面；
3.确保塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露与外观面；
4.确保塑件质量；
5.应尽量避免形成测孔、侧凹，若需要滑块成型，力求滑块结构简单，尽量避免定模滑块；
6.满足模具锁紧要求，将塑件投影面积大的方向放在定、动模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分型面；另外，分型面是曲面时，应加斜面锁紧。
7.合理安排浇注系统，特别试浇口位置；
8.有利于模具加工
根据分型面的设计原则，分型面选在塑件最大轮廓处。
如图4-1所示：
4-1分型面的选择
4.3浇注系统的设计
普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。
在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，一模两腔的浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：
4.3.1主流道设计
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镶入定模板内。
主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。
塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。
采用带直流道与侧浇口，将主流道设计成锥形。
根据（《塑料模具设计手册》）查的XS-ZY-125型注射机喷嘴的有关尺寸：
喷嘴前端孔径：
d0=4mm
喷嘴前端球面半径：
R0=12mm
根据模具主流道与喷嘴的关系：
主流道小端直径比喷嘴孔直径大0.5-1mm
主流道球面半径比喷嘴球面半径大1-2mm
取主流道小端直径：
d0=5mm
取主流道球面半径：
R0=14mm
小端前面球面深度一般为3-5mm，本设计中取5mm.
为便于将凝料从主流道中拔出，主流道设计成圆锥形，斜度为2°-6°，本设计中取2°，经计算得主流道大端直径为d0=8mm。
如图4-2所示：
图4-2浇口套剖面图
4.3.2分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。
分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。
但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。
1分流道设计要点
（1）在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。
（2）分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。
对于此模来说在分流道上不须开设冷料穴。
（3）分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。
（4）分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。
分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。
分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。
因ABS的推荐断面直径为4.8～9.5，本设计计算后分流道直径为8mm分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。
分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表面和小等问题，如采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求，采用圆形的分流道，为了保证外形无浇口痕，浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔体冷凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用，冷却后快速切除。
同时它的效果与S浇注系统有同样的效果，有利于补塑。
在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据本模具的要求我们选取平衡式，也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状，尺寸都相同的布置形
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