完整版案例基于PROE的塑料挂钩座毕业设计论文.docx

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完整版案例基于PROE的塑料挂钩座毕业设计论文

优秀论文审核通过

未经允许切勿外传

沈阳化工大学

本科毕业设计

题目:

基于PROE的塑料挂钩座注射模具设计

院系:

科亚学院

专业:

高分子材料与工程

班级:

学生姓名:

指导教师:

论文提交日期:

2011年6月10日

论文答辩日期:

2011年6月24日

毕业设计（论文）设计任务书

科亚学院科材料0702班学生王涌超

1.毕业设计（论文）题目：

塑料挂钩座注射模具设计

2.设计（论文）所用原始资等料：

1）产品实物测绘的工件图纸和技术要求；

2）现场资料；

3）《模具工业》、《模具技术》和《塑料模具设计手册》等参考文献和设计手册。

3.毕业设计（论文）内容：

1）该塑料件的工艺分析、所用材料的物理、化学、力学性能分析及其成型工艺性；

2）模具结构类型的选择与设计计算；

3）用ProE软件对该模具进行三维动态模拟设计、分析等。

4.提交设计（论文）形式（设计说明书与图纸或论文等）及要求：

1）模具总装图1张；

2）绘制所有零件图（其中1张A1手工绘制图纸的量，其余图纸用计算机绘制）；

3）毕业答辩图纸总量不少于3.5张A0图纸；

4）设计说明书（打印）不少于50页。

5.学生提交设计（论文）期限：

自3月1日开始至6月10日完成

指导教师：

签字年月日

教研主任：

签字年月日

学院院长：

签字年月日

内容摘要

注塑模具在机械、电子、航天航空、生物领域及日用品的生产中得到广泛的应用。

本次设计的是塑料挂钩座注射模具，设计内容主要包括模具总体结构和零部件设计，以及模具各部分的计算和校核，借助于软件PROENGINEER对模具结构进行了合理性的分析，缩短了设计周期，以期设计出所要求的模具。

本设计为挂钩后座塑料部分的模具设计,塑料件部分多孔、多筋，要求表面光滑,对模具有较高的精度要求,特别是一模多腔,由于结构复杂,制作精度高,使用优质模具材料以及新型表面处理技术,借助CAD、PROENGINEER技术,针对塑料件多腔注塑模具进行设计研制,采用一种新颖的脱内螺纹结构-收缩分瓣式型芯。

关键词：

塑料挂钩座；注塑模具；计算机辅助设计

第一章、产品分析1

1.1塑件分析1

1.1.1结构分析1

1.1.2尺寸精度分析1

1.1.3塑料件壁厚度2

1.1.4表面质量分析2

1.2塑件的原材料分析2

1.2.1基本资料2

1.2.2机械特性3

第二章塑件相关计算及注塑机的选择5

2.1塑件相关计算5

2.1.1投影面积计算5

2.2注塑机选择及注射工艺参数确定6

2.2.1注射机的选择6

2.2.2注射工艺参数确定7

第三章拟定型腔布局8

3.1型腔8

3.2型腔数目的决定8

3.2.1塑件尺寸精度8

3.2.2模具制造成本8

3.2.3注塑成形的生产效益9

3.2.4制造难度9

3.3型腔排布9

第四章分型面设计11

4.1分型面设计原则11

4.2分型面设计11

第五章浇注系统设计13

5.1总体设计13

5.2主流道设计13

5.5冷料井设计17

5.6浇口套及定位圈的设计17

5.7塑件模流分析18

5.7.1冲模时间分析18

5.7.2填充质量分析19

5.7.3成型压力分析19

5.7.4压力降分析20

5.7.5流动前沿温度分析20

5.7.6成型质量分析21

5.7.7熔接痕分析21

5.7.8气泡分析22

5.7.9分析报告22

5.7.10结论23

第六章模架的选用及注射参数校核24

6.1模架24

6.1.1结构形式24

6.1.2模板及组合精度25

6.2开模行程校核25

第七章成型零件设计27

7.1成型零件的材料选择27

7.2成型零件结构设计27

7.2.1PROE中的模具模块设计28

7.2.2凹模结构设计·29

7.2.3凸模结构设计32

7.2.4型腔型芯尺寸计算：

33

第八章注射模基本结构设计34

8.1侧向分型抽芯机构设计34

8.1.1侧向分型抽芯机构类型选择34

8.1.2抽芯距确定与抽芯力计算34

8.1.3斜导柱分型与抽芯机构零部件设计35

8.2合模导向机构设计40

8.3定位装置42

第九章脱模机构设计44

9.1脱模装置44

9.1.1推出机构的设计设计原则44

9.1.2推杆的机构特点45

9.1.3脱模机构有关计算45

9.2推出机构设计46

9.2.1推杆布置46

9.2.2推杆结构及固定47

9.3拉料机构48

第十章冷却及排气系统设计50

10.1冷却系统50

10.1.1冷却回路的布置50

10.1.2冷却时间计算51

10.1.3成型周期计算52

10.2排气机构52

第十一章模具总体结构54

结束语59

致谢60

附录64

第一章产品分析

1.1塑件分析

1.1.1结构分析

本设计为塑料挂钩座，结构如下图所示：

由物件实体模型及二维草图可知，该零件二维俯视平面形状为近似于梯形，零件大端有两个伸出块及两个六角型通孔，小端有两个小孔，在零件的两测也各有两个小孔，此外还有突出小块，加强筋等等，所有结构对称。

在模具设计时，两侧的小孔可以使用小型芯对插成型，沉孔及伸出块位置也可使用小型心，而端头的六角型通孔必须设置侧向分型抽芯机构，总体看来，该零件较复杂。

1.1.2尺寸精度分析

该制品的重要部分尺寸精度为6级，其它尺寸精度为7－8级，属于中等精度，对应的模具加工精度可以保证。

1.1.3塑料件壁厚度

从塑料件的壁厚，壁厚的最大处为4mm左右，最小处小于1mm，壁厚差较大，综合其材料性能，注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难。

1.1.4表面质量分析

该塑料件的表面除要求没有凹陷，无毛刺，内部无缩孔，没有特别得表面质量要求，故比较容易实现。

综上所述，注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型质量很容易得到保证。

1.2塑件的原材料分析

塑料件材料采用聚碳酸脂（PC），其性能参数如下：

1.2.1基本资料

英文全名：

polycarbonate

化学名：

2,2＇-双（4-羟基苯基）丙烷聚碳酸酯

结　构：

PC：

耐冲击性相当高，属于工程塑料。

耐热性佳、低温安定性良好。

成型后尺寸稳定性高，耐候性佳，且吸水率低。

无毒性。

1.2.2机械特性

密度：

1.20－1.22gcm3

拉伸强度：

630kgcm2

硬度：

70（RockwellM）

吸水率：

0.24%

1.2.3热物性质

线膨胀率：

3.8×10-5cmcm℃

热变形温度：

135°C

低温：

-45°C

1.2.4成形加工性

射出成型温度：

230～310℃

射出成型压力：

1000～1400Kgcm2

成形收缩率：

0.5%～0.7%

模具温度：

80～120℃

注射时间：

20～90

高压时间：

0～5

冷却时间：

20～90

总周期：

40～190

从以上资料分析可以得知，聚碳酸酯（PC）性能：

冲击强度特别突出。

在一般热塑性树脂中是较优良的。

弹性模量较高，受温度影响极小，耐热温度为120℃。

耐寒达－100℃采脆化。

尺寸稳定性高。

耐腐蚀，耐磨性均良好。

但存在着高温下对水的敏感性。

 用途：

用来制造齿轮、蜗杆、齿条、凸轮、心轴、轴承、垫圈、铆钉、泵叶轮、汽车汽化器部件、车灯灯罩、闪光灯灯罩、节流阀、润滑油输油管，各种外壳、容器、冷冻和冷却装置零件，电器接线板、线圈骨架、酸性蓄电池槽及高温透镜等。

第二章塑件相关计算及注塑机的选择

2.1塑件相关计算

2.1.1投影面积计算

塑件的投影面积可以通过PROENGINEER的分析模块直接得出,如图2－1所示：

由分析可得：

注塑件投影面积S=1008.76*4≈4035mm2

2.1.2体积及质量计算

体积及质量的计算也利用PROENGINEER的分析模块自动计算获得（塑件密度由《塑料模设计手册》表1－4查得：

ρ=1.2gcm3），如图2－2所示：

结果如下：

故注塑件的体积为：

V≈4907.9×4=19631.6mm3

质量为：

M≈19.63×1.2＝23.56g

（注：

此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内）

2.2注塑机选择及注射工艺参数确定

2.2.1注射机的选择

由塑料件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它情况，查《塑料模设计手册》附表8，初步选用注射机为XS-XY-60型，其主要参数如下：

结构类型：

卧式

理论注射量:

60cm3

注射压力：

12200Ncm3

锁模力:

500kN

最大注射面积:

130cm2

最大模具厚度：

200mm

最小模具厚度：

70mm

喷嘴球半径:

12mm

喷嘴孔直径：

4mm

2.2.2注射工艺参数确定

查《塑料设计手册》表1－4，聚碳酸脂的成型工艺参数可作如下选择：

成型温度℃：

模具温度：

90-110℃

注射压力MPa：

80-130MPa

第三章拟定型腔布局

3.1型腔

一般来说，精度要求高的小型塑料件或大中型塑料件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件，并且形状简单又需要大批量生产的情况下，采用多型腔模具可提高生产率。

型腔的数量确定以后，进行型腔的排布设计。

型腔的排布即模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡以及温度系统的设计。

上述问题又与分型面及浇口口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到完善设计的目的。

3.1.1型腔数量确定及型腔的排布

所谓型腔（cavity）是指模具中成形塑件的空腔，空腔是塑料件的负形，除去具体尺寸比塑料略大、凹凸相反外，都和塑料件完全相同。

注射成形的步骤是先闭模以形成空腔，而后进料成形；因此必须由两部分（或两部分以上）形成空腔（型腔）。

其凹入的部分称为凹模（cavity），凸出的部分称为型芯（core）。

3.2型腔数目的决定

型腔数目的决定与下列条件有关。

3.2.1塑件尺寸精度

型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。

3、4级的精密级塑件，最多一模四腔。

3.2.2模具制造成本

多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。

从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。

3.2.3注塑成形的生产效益

多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。

但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。

3.2.4制造难度

多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。

本设计根据制品的生产总量，确定一个经济的型腔数量，其计算如下：

（《注塑模具设计要点与图列》许鹤峰陈言秋编著化学工业出版社）

式中：

m：

制品的生产总量个

A：

成型每个制品所需费用，元个

n：

型腔数量，个

t：

成型周期，秒

y：

成型费用，元时

c：

单个型腔模具制作费，元个

a：

多个型腔模具制作费递减率，%

anc：

模具费用，元

然后假设型腔数量计算进行比较，求出A为最小值时的型腔数量，即为经济数量。

由上式可知，要想A为最小，只要anc为最小，所以n为4。

虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但不与型腔数量成正比，所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率，递减率由模具制造企业根据情况确定。

综合起来本模具采用一模四腔，既满足塑件要求，又能提高生产效率。

3.3型腔排布

在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。

本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔。

考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择：

3.3.1轴对称布置

四个型腔采用轴对称布置，这种布置方式由于塑件本身的梯形结构，可有效减少模具大小，降低模具成本，但这样以来，模具四个方向各要布置一侧抽芯机构，增加了模具设计及加工的难度：

3.3.2平面对称布置

这种方式采用平面对成布置，虽然不如第一种布局方式紧凑，但由于其一侧各布置两个型腔，故只有两个方向需要设置抽芯机构，大大简化了模具的设计。

综合以上两种方案考虑，拟定第二种型腔布局方式。

第四章分型面设计

4.1分型面设计原则

在注射模具中，用于取出塑料件或浇注系统凝料的面，通称为分型面。

常见的取出塑料件的主分型面，与开模方向垂直，如何确定分型面位置，需要考虑的因素比较多。

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件工艺性、精度、推出方法、模具制造、排气等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较。

注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向，分型面的形状有平面和曲面等。

分型面的确定主要应遵循以下原则：

1.分型面影选择在塑料件的最大截面处。

2.尽可能的讲塑料件留在动模一侧。

因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便

易行。

3.有利于保证塑料件的尺寸精度。

4.有利于保证塑料件的外观质量。

5.考虑满足塑料件的使用要求。

6.尽量减小塑料件在合模平面上的投影，以减小所需锁模力。

7.长型芯影至于开模方向。

8.有利于排气。

9.应有利于简化模具结构。

10.非平面分型面的选择，应有利于型腔加工和脱模方便。

4.2分型面设计

根据本案塑料件的结构特点，为了方便塑件浇注后脱模、排气、外观质量等要求，主分型面的位置的选择如下图所示：

第五章浇注系统设计

浇注系统设计是注射模具设计中最重要的问题之一。

浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔位置的一种完整的输送通道，具有传质、传压、传热的功能，对塑料件质量具有决定性影响。

浇注系统主要包括主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。

在设计浇注系统时，应考虑塑料成型特性、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等因素。

5.1总体设计

在浇注系统设计之前，我们首先要选定进料口位置，以便得到最合适的进料口。

最佳的进料口位置应为塑件的中间部位，但考虑塑件结构因素，选定进料口为塑件上部圆弧形凹处，采用点浇口形式，又因为模具设计为一模四腔，并且综合型腔布局，拟定浇注系统总体结构如下图所示（对称布置）：

5.2主流道设计

主流道为连接注塑机喷嘴与分流道的熔融塑料的流动通道，一般为圆锥形，锥度为α＝2°～6°，对于粘度较大的熔体也可考虑稍微增大锥角，

此处的主流道锥角：

α＝5°

主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。

但在具体设计时，一般根据经验选取一合适的值做为主流道小端直径d，一般应大于机床喷嘴直径0.5～1mm左右，通常取d=3～6mm，查《型腔模具设计与制造》表3－5，当材料为PC，注射机最大注射量为60g时，选取d=5mm，故主流道各部分直径如下图所示（其中L需根据模板厚度确定）

5.3分流道设计

分流道是注射或传递模塑的多模腔或多浇口模具中，连接主流道末端和浇口之间的一段流道，在多型腔的模具中分流道必不可少，而在单型腔模具中，有的则可省去分流道。

在分流道的设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽量可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小流道的容积。

设计原则即应使熔体较快地冲满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，并且能将熔体均衡地分配到各个型腔。

分流道截面形状和尺寸：

常见的分流道截面形状有圆形、半圆形、U形、梯形、矩形等，其中：

圆形截面分流道比表面积最小，热量不容易散失，流动阻力最小，但它需要同时开设在两块模板上，要保证两半圆完全吻合，制造较困难；梯形截面分流道较容易加工，热量损失和阻力也不大，是最常用的形式。

综合各方面因素考虑，此处分流道截面为梯形形式。

分流道直径的计算，可由以下经验公式计算：

（《塑料制品与模具设计》P174公式3.3-3）

式中：

d——圆分流道直径，或各种截面分流道的当量直径，mm；

W——流经的塑料物料重量,g；

L——改分流道的长度，mm。

经估算得第一级和第二级分流道的直径分别为D1≈5mm,D2≈4mm，故各级分流道的尺寸如下图所示：

第三级分流道（即与进料口相连的那段分流道）设计为圆锥形，以便于脱模，其尺寸如图5－4所示：

5.4浇口的设计

浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑料件质量具有决定性的影响，因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。

点浇口具有以下优点：

1.可大大提高塑料熔体剪切速率，表观粘度降低明显，致使冲模容易。

2.熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，熔体温度升高，粘度再次下降，致使流动性再次提高。

3.能正确控制补料时间，无倒流之虑；有利降低塑料件特别是浇口附近的残余应力，提高了制品质量。

4.能缩短成型周期，提高生产效率。

5.有利于浇口与制品的自动分离，便于实现塑料件生产过程的自动化。

6.浇口痕迹小，容易修整

7.在多模行腔中，容易实现各型腔均衡进料，改善了塑料件质量。

8.能较自由的选择浇口位置。

综上所述，在这里使用点浇口。

点进料口的直径通常以下式计算：

（《塑料制品与模具设计》P179公式3.3-9）

式中：

d——点浇口直径，mm；

A——型腔的表面积，即塑料件外表面面积，mm

n——塑料件壁厚的函数值，其中PC对应为n＝0.7

c——塑料材料系数。

这里我们直接查《塑料模设计手册》表5－46，得

d＝1.0mm

此外，点进料口与分流道的连接需要通过一个储料井，其具体形式如图所示：

5.5冷料井设计

通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。

其功能为“捕捉”和贮存融了前锋的冷料。

冷料井也经常起拉钩流道凝料的作用。

根据需要，冷料井影设置在熔料流动方向的转折位置，长度通常为浇道直径d的1.5～2倍。

5.6浇口套及定位圈的设计

定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。

定位圈直经D为与注射机定位孔配合直经，应按选用注射机的定位孔直经确定。

直经D一般比注射机孔直经小0.1～0.3毫米，以便装模。

定位圈一般采用45号钢或Q275钢。

定位圈内六角螺钉固定在模板时，一般用两个以上的M6～M8的内六角螺钉，本设计采用四个M6螺钉固定。

浇口套的材料为T10、硬度HRC45；定位圈的材料为45刚，硬度HRC50,其尺寸设计如下图所示：

【图5－6】浇口套与定位圈

5.7塑件模流分析

在PROENGINEER软件模具模块中进行分模及浇注系统创建后，即可自动产生铸模件，也就是注射成型时包括浇注系统在内的注射件，为了能够更好的分析塑件的注射成型性能，我们还是使用MoldFlow分析软件对其进行模流分析。

本设计使用的是MoldFlowMPA模块，即MoldPlasticAdviser，使用MoldFlowMPA可对塑件进行简单的成型工艺分析，包括最佳浇口位置选择、流动分析，填充性能分析、成型质量预测、气泡与熔接痕分析，收缩痕分析等。

使用MPA分析前需设定成型条件：

预热温度：

115℃；料桶温度：

275℃，注射最大压力－130MPa；高压时间：

0.5s

5.7.1冲模时间分析

【图5－7】冲模时间

5.7.2填充质量分析

【图5－8】填充质量

5.7.3成型压力分析

【图5－9】成型压力

5.7.4压力降分析

【图5－10】压力降

5.7.5流动前沿温度分析

【图5－11】流动前沿温度

5.7.6成型质量分析

【图5－12】成型质量

5.7.7熔接痕分析

【图5－13】熔接痕

5.7.8气泡分析

【图5－14】气泡

5.7.9分析报告

表5-1模流分析报告表

Moldability:

Yourpartcanbeeasilyfilledbutpartqualitymaybeunacceptable.

Confidence:

Medium

InjectionTime:

0.87sec

InjectionPressure:

56.07MPa

WeldLines:

Yes

AirTraps:

Yes

ShotVolume:

25.55cu.cm

FillingClampForce:

12.13tonne

PackingClampForceEstimate@20%:

（11.21）MPa4.73tonne

PackingClampForceEstimate@80%:

（44.86）MPa18.90tonne

PackingClampForceEstimate@120%:

（67.29）MPa28.36tonne

ClampForceArea:

40.82sq.cm

CycleTime:

28.50sec

5.7.10结论

由上述数据可知，熔体较容易充模，但制品质量可能存在问题，塑件可能产生熔接痕、气泡等缺陷。

压力、温度等成型条件符合要求，浇口位置接近最佳位置，故缺陷产生原因应为PC材料特性所导致。

第六章模架的选用及注射参数校核

6.1模架

模架部分可以自己设计，也可以选用标准模架；在生产现场模具设计过程中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号，这对缩短制造周期，降低制造成本有很大帮助。

标准件则包括通用标准件及模具专用标准件两大类。

通用标准件如紧固件等。

模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。

此外，在模架尺寸确定之后，对模具有关零件进行必要的强度或刚度校核，看所选模架是否符合要求，尤其对大型模具，这一点尤为重要。

模架选择：

6.1.1结构形式

这里我们选用的模架为国产标准模架，由于本模具采用的是点进料口自动脱浇道板设计，并且由于动模为嵌入式组合，故必须安装动模支撑板，查《实用模具技术手册》11.1.2－塑料注射模中小型模架（GBT12556.1-90），选取模架的基本形式为：

点AY型，其结构如图6－1所示：

【图6－1】模架

6.1.2模板及组合精度

根据型腔尺寸及考虑侧向分型机构，选取模架尺寸为250mm×300mm，各板的厚度尺寸由《使用模具技术手册》表11－2，考虑型腔厚度，选择定模板厚25mm，动模板厚40mm，脱浇道板厚15，动模支撑板厚35mm，座板厚度25mm，垫块厚度63mm。

动定模板孔位精度及与基准面的位置精度需达到互换。

动模板、定模板的垂直度、平行度、导柱孔距及至基准面边距的尺寸精度和模架组合技术要求如下：

A.基准面垂直度误差⊥300：

0.02；

B.模板厚度方向两平面平行度误差∥300：

0.02；

C.导柱导套孔距偏差；

D.导柱孔至基准面边距偏差；

E.组合后定动模固定板上下平面平行度误差∥300：

0.02；

F.组合后分型面贴合间隙

6.2开模行程校核

选取标准模架及确定各模板尺寸后，我们就可以计算其开模行程并进行校核，以确定注射机的选择是否合理。

由于本设计采用的是点浇口形式，故为多分型面注射模，并且由于选用的注射机为XS-ZY-125型注射机，故最大开模行程与模具厚度无关，如图所示，开模距离按下式计算：

【图6－2】开模行程

其中H1=60mm，H2=32mm，H3=10,故：

第七章成型零件设计

注射模具闭合时，成型零件构成了成型塑料制品的型腔。

成型零