塑料圆珠笔杆的注射模设计毕业作品.docx

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塑料圆珠笔杆的注射模设计毕业作品

塑料圆珠笔杆的注射模设计

摘要：

本说明书叙述了塑料圆珠笔杆，注射模的设计过程，根据各部分性能的要求，在保证能够正常生产的前提下，力求设计结构、简单、合理、便于生产制造，且成本合算的原则，进行模具结构的确定，零件的选择过程，以及各种工序的选择与确定过程。

注射模的设计过程包括，确定型腔数量，选定分型面。

型腔的配置，确定浇注系统，确定脱模方式，冷却系统与脱模机构的结构设计，确定型芯的结构和固定方式，确定排气方式，选择注射机，绘制模具的结构草图，校核模具与注射机的有关尺寸。

注射模的设计过程包括，工艺分析，冲裁力的计算，凸凹模具尺寸确定，确定冲压件的最佳工艺方案，设计送料装置，确定模具的结构形式，合理的选择冲压设备。

编写工艺文件和设计说明书。

关键词：

注射模；型芯；塑件；经济实用

PlasticBallpointPenRodInjectionMouldDesign

Abstract：

Thisessayexplainsthedesignofinjectionmouldofball-pointpenstaffsloadingcontinuousdie.Onthebasisofthedifferentpartofperformancedemand,Beinglivingtogurranteecanbebelowtheregularmanufactureprerequisite.Domybesttodesignthecompositionsimplyandreasonably.Production-manufactuingbeconvenientfor,andpayingruleofcost,Beunderwaypatternfiingofcomposition,Sparepartsselectionprocesss,Andtheprocesschoiceanddecision.

Accordingtotherequirementofthetaskofthisdesign.Ihavemadeanalysisandcalculationontheshapestructurecharacteristicoftheparts.Usetheloadingcontinuousdietomadethisastampingpart.Andtheautomaticfeedingunit,Greatly,Improvetheefficienyintheinjectiondiedesign,Accordingtothematerialandstructureofplasticpartconcludetheeconomicofthemouldtedesignofthemouldisgreatlyimprove.

Thesetwodiesaresimple,Economicalthemethodofthedesignisadvanced.Theadvantagesoftheidescanbeexertedperfectly.

Keywords：

injectionmould;cores;plasticparts;economical

1绪论

模具是工业生产中的重要工艺设备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。

模具在汽车，拖拉机，家电，工程机械，动力机械，冶金，机床，兵器，仪器仪表，轻工，同用五金等制造业中起着极为重要的作用，模具是实现上述行业的钣金件，锻件，粉末冶金件，铸件，压铸件，注塑件，橡胶件，玻璃件，陶瓷件等生产中的重要工艺设备。

采用模具生产毛坯或成品零件是材料成形的重要方式之一。

与切削加工相比，具有材料利用率高，能耗低，产品性能好，生产率高，成本低等显著特点。

目前世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。

毕业设计是学生在校的最后学习阶段，是培养学生综合运用所学知识，分析和解决实际问题，锻炼创造能力的重要时间环节，同时也是学生毕业及学位资格认证的重要依据。

它是本科学生开始从事工程设计，科学试验和科学研究的初步尝试。

1.1塑料模具设计的意义

塑料工业是现代新型工业之一，由于塑料具有比重小，化学稳定性好，电绝缘性能好，强度大等优良性能，所以在机械仪表，无线电电讯，日用品，国防和尖端科学技术等方面应用很广。

在高分子材料加工领域重，用于塑料制品成型的模具，成为塑料成型模具，简称塑料模。

作为机械设计专业的学生，必须要掌握各种塑料模具的设计方法，熟悉塑料制品的结构，工艺性与模具设计间的关系，以及相互要求和影响，一定的机械加工基础知识，才能将模具设计工作做好。

塑料材料制品设计以及加工工艺确定以后，塑料设计时制品的质量与产品具有决定性的影响，首先模腔形状，浇道的表面粗糙度，分型面，进料与排气位置选择，脱模方式以及成型方法的确定等，均对制品尺寸精度和形状精度已经塑件的物理力学性能内应力大小，表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响，其次，在塑件加工过程重，塑料结构的合理性，对操作的难易程度也有影响。

根据塑料成型加工方法可将塑料模具分为：

（1）压制成型模具；

（2）铸压模具；

（3）注射模具；

（4）挤出成型模具；

（5）中空制品，吹塑成型模具；

（6）真空成型模具；

塑料属于有机高分子材料，通常由合成树脂加助剂组成，可分为热固性塑料和热塑性塑料。

充分理解并掌握以下这些理论，对聚合物成形加工具有重要意义：

（1）选择合理的原料配方

（2）选择合适的成型方法

（3）制定合理的工艺条件

（4）对工艺设备提出合理的要求

（5）获得最佳性能的制品

1.2冲压成型及模具设计

冲压即借助于常规或专用设备的动力，使板料在模具中直接得到变形力并进行变形，从而获得一定的形状，尺寸和性能的产品的生产技术，也称为板料冲压和冷冲压。

近年来，随着飞机，汽车，电子，仪表，日用工业品的发展以及少无切屑加工技术的应用，冲压加工技术得到了高速的发展，冲压技术在现代工业生产中占有重要的地位，是国防工业以及民用工业中必不可少的加工方法。

在电子产品中，冲压件也占有很大的比例。

冲压虽然以大批量生产为对象，但所使用的模具却为单件生产，制造模具需要精度很高的加工设备，先进的工艺方法，同时还需要有熟练的技工配合，模具的精度至少要比冲压件要求的精度高两个等级。

冲压是一种先进的工艺，与其他加工方法相比，具有以下的特点：

（1）利用模具能冲压出各种形状复杂，精度一致的制件，以保证互换性。

（2）操作简单，易于实现自动化，并且具有较高的生产效率。

（3）板材的利用率高。

（4）在加工过程中，材料表面不易被破坏，制件表面质量好。

随着科学技术的发展和工业生产的飞跃，冷冲压技术也在不断的革新和发展，主要趋势为：

（1）工艺分析计算方法的现代化。

（2）模具设计制造技术的现代化。

（3）冷冲压生产的机械化和自动化。

（4）新的成型工艺的发展。

（5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。

冷冲压工艺大致可以分为分离工序与成型工序两大类。

分离工序又可分为落料，冲孔和切割等。

成形工序则可分为弯曲，拉深，翻孔。

胀形，扩口。

缩口和旋压等。

根据产品零件的形状，尺寸精度和其他技术要求，又可分别采用各种工序对板料毛坯进行加工，以获得满意的零件。

2注射模设计

2.1注射模的组成，结构与分类

塑料注射成型所用的模具成为该注射成型模具，简称注射模。

塑料的注射成型过程是借助于注射机内的螺杆或柱塞的推力，将已经塑化的塑料熔体以一定的压力核速率注射倒闭合的模具腔内，冷却。

同化，定型厚开模而获得制品。

注射模的组成

注射模由动模和定模两个部分组成，根据模具各个零件的不同功能，注射模可以由以下七个系统或机构组成。

（1）成型零部件：

指构成模具型腔，直接与塑料熔体相接触并且成型制品的模具零件或部件。

通常有凸模，型芯，成型杆，凹模，镶件等零部件。

（2）浇注系统：

由注射机喷嘴倒型腔之间的进料，通常成为浇注系统，通常由主浇道，分浇道，浇口和冷料穴组成。

（3）导向与定位机构：

为确保动模和定模闭合时能够准确导向和定位对中，需要分别在动模和定模上面设置导柱和导套。

（4）脱模结构：

指开模过程的后期，将制品从模具中脱出的机构，一般包括推杆，拉料杆，推杆固定板。

推板以及复位杆等。

（5）侧向分型抽芯机构：

用于带有侧凹或侧孔的机构。

（6）温度调节系统：

模具的冷却主要采用循环水冷却方式，模具的加热主要有通入热水，蒸汽和置入加热元件等。

（7）排气系统：

为了将型腔原有的空气和塑料熔体中逸出的气体排出，在模具分型面上常开设排气槽。

注射模结构

根据制品的复杂程序和浇注系统的不同类型，主要有以下几种注射模的基本结构：

（1）单分型面注射模

（2）双分型面注射模

（3）带有活动镶件的注射模

（4）带有侧向分型抽芯的注射模

（5）机动脱螺纹的注射模

（6）脱模机构设在定模的注射模

（7）无流通凝料注射模

注射模的分类

（1）按照注射模总体结构分类

（2）按塑料品种分类

（3）按模具型腔的容量分类

（4）按制品尺寸精度分类等

2.2注射成型的过程

注射成型过程可分为冲模，压实，保压，倒流和冷却五个阶段。

（1）冲模阶段：

在液压缸推力作用下，螺杆（或者栓塞）头部迫使料筒计量空中已塑化的熔体流经注射机喷嘴。

模具主流道，分流道，最后从浇口处注入并充满模具型腔。

（2）压实阶段：

熔体仍处于螺杆所提供的注射压力之下，继续流入型腔以弥补熔体冷却收缩而产生的空隙。

（3）保压阶段：

型腔保持最大压力，熔体随模具冷却，密度增大。

（4）倒流阶段：

螺杆回程，喷嘴压力迅速下降为零，型腔压力作用下，熔体可能从型腔向浇注系统倒流。

（5）冷却阶段：

在模具冷却系统的作用下，制品逐渐冷却到具有一定的刚度和强度时脱模。

2.3注射成型工艺的影响因素

在注射成型工艺中，最重要的工艺参数是温度，压力和相对应的作用时间。

温度的影响：

（1）料温：

料温由注射机料筒来控制，其悬在原则是能够保证顺利的注射成型又不引起塑料局部降解。

（2）模具温度：

模温由冷却介质控制。

它绝项熔体的冷却速度。

压力的影响：

包括塑化压力，注射压力，和型腔压力。

（1）塑化压力：

又称背压，指注射机螺杆头部的熔体在螺杆转动后退的时候所受到的压力，它通过调节注射液压缸的回油阻力来控制，背压增大，可以加强效果，延长塑料在螺杆中受热时间，改善塑化质量，但是过高的背压会减少塑化量，增加功率消耗，并且使熔体降解。

（2）注射压力：

指注射时在螺杆头部产生的熔体压强，必须在注射机的额定范围内。

（3）型腔压力：

指注射压力经过喷嘴，浇道和浇口的压力损失后在模具型腔内产生的熔体压强。

注射速度和冷却速度的影响。

注射速度主要影响熔体在型腔内的流动行为。

注射速度增大，有利于冲模，且制件各个部分的熔接痕强度也得以增加。

但是注射速度过大会造成喷射现象。

模具的冷却时间对调节模温，保证注射成型过程稳定连续进行有关键作用。

3模具设计

3.1设计注射模应该考虑的问题

分析塑件结构及技术要求

塑件的结构决定了模具结构的复杂程度，塑件的技术要求（如尺寸精度，表面粗糙度等）决定了模具制造以及成型工艺的难易，因此对于不符合塑料注射成型特殊要求，不合理的结构形状等，均应该提出改进塑件设计的建议，否则会增加模具设计与制造以及注射成型工艺的难度。

了解注射机的技术规格

注射机的规格制约了模具的尺寸和能够成型塑件的范围。

了解塑料的加工性能和工艺性能。

主要了解以下几点：

（1）塑料熔体的流动行为，能达到的最大流动距离比。

（2）分析流道和型腔各处的流动阻力，模具内原有空气的导出。

（3）塑料在模具内可能的结晶，取向以及导致的内应力。

（4）塑料的冷却收缩以及补缩。

（5）塑料对模具温度的要求等。

主要解决一下几个问题：

（1）正确选择分型面和进料点以及型腔的布置。

（2）模腔的组成以及模具零件的强度，刚度和模腔尺寸精度，如何保证塑件的尺寸精度和外观质量。

（3）采用何种脱模机构和抽芯或者分型机构将塑件取出模外。

（4）模具总体结构和零件形状应力求简单合理，容易加工制造。

（5）合理选择模具材料。

（6）模具的热量损耗，冷却水用量以及塑件生产效率等。

3.2模具设计的一般步骤

注射模的设计，在传统上一般按照如下步骤进行：

（1）确定型腔数目

确定型腔数目的方法有多种，如根据锁模力，根据最大注射量，根据制品的精度要求，根据经济性等，在设计时应该根据实际情况决定采用哪一种方法。

（2）选定分型面

虽然在制品设计阶段分型面已经考虑或者选定，在模具设计阶段仍旧应该再次校核，从模具结构已经成型工艺的角度判断分型面选择是否合理。

（3）型腔的配置

这是模具设计结构总体方案的规划和确定，因为一具型腔布置完毕，浇注系统的定向和类型便已经确定

（4）确定浇注系统

浇注系统设计是模具设计中最重要的问题之一，浇注系统的合理性对制品质量和生产效率有着决定性的影响

（5）确定脱模方式

在确定脱模方式时首先要确定制品和浇道凝料滞留在模具的哪一侧，必要时要设计强迫制品滞留的结构，然后再决定采用推杆结构，还是推件板结构。

（6）冷却系统与脱模结构的设计

冷却系统与唾沫结构的同步设计有助于两者的良好协调，并且能够体现出对冷却系统重要性的认识。

（7）确定凹模和侧芯的结构和固定方式

当采用镶块式凹模成型芯时，应合理的划分镶快并且同时考虑到这些镶快固定板的强度，刚度，可加工性，紧固性以及可更换性。

（8）确定排气方式

在一般的注射模中注射成型的气体可以通过分型面和推杆处的空隙排出，因此注射模的排气问题往往被忽视。

（9）绘制模具的结构草图

在总体结构设计时切忌将模具结构设计得过于复杂，应该优先考虑采用简单得模具结构形式。

（10）校核模具与注射机有关尺寸。

因为每套模具只能构安装在与其适应得注射机上使用，因此必须对模具上与注射机有关得尺寸进行校核，以保证模具在该注射机上正常工作。

（11）校核模具有关零件的刚度和强度。

因为注射模具是承受很高型腔压力的耐压容器，对成型零件以及主要受力的零部件都应该进行刚度和强度的校核。

（12）绘制模具的装配图

（13）绘制模具的零件图

（14）编写设计说明书

选择分型面位置的基本原则是应该将塑件分型面开设在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模。

此外，还应该根据塑件的使用要求和集合形状以及结构特点加以综合考虑具体有以下几个原则：

（1）选择在制品外观设有影响的部分

（2）有利于制品的锁模。

（3）不应该影响制品的尺寸精度。

（4）应该尽量减小模具在分型面上的投影面积。

（5）尽量避免脱模斜度对制品大小端尺寸带来的误差。

（6）分型面应该尽量与最后填充熔体的模腔表壁重合。

（7）应该能够使模具分割成便于加工的轮廓。

4塑料ABS的特性及加工条件和设计

4.1ABS的基本特性

ABS是由苯乙烯、丁二烯、丙烯腈共聚而成的。

这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。

丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒、无味，呈微黄色，成形的塑件有较好的光泽。

密度为1.02～1.05g/cm3。

ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。

有良好的机械强度、硬度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性及电气性能。

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，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。

ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成形加工。

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，变形温度约为93℃左右。

耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。

由于ABS中的三种组分之问的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。

根据应用的不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热性等。

ABS的加工特点为：

（1）无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成形特性也个有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。

（2）吸湿性强，含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应长时间预热干燥。

（3）流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯，AS差，但比聚碳酸醋，聚氯乙烯好）。

（4）成型时比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温，模温（对耐热，高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。

（5）料温对物性影响较大，若料温过高易分解（分解温度为250℃左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件，模温宜取50-60℃，要求光泽及耐热型塑料，模温宜取60-80℃。

注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射机时料温为180-230℃，注射压力为100-140MPa。

用螺杆式时，则取160-220℃，70-100MPa为宜。

（6）模具设计时要注意浇注系统，选择好进口位置形式，推出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。

脱模斜度宜取2°以上。

ABS塑料适用于制件一般机械零件，减磨，耐摩零件，传动零件和电讯结构零件。

根据ABS的加工特性，可确定其成型条件如下：

注射机类型：

螺杆式

密度（g/cm3）：

1.03-1.07

计算收缩率：

0.3-0.8%

预热温度（℃）：

80-85

预热时间（h）:

2-3

料筒温度（℃）：

后段150-170

中段165-180

前段180-200

喷嘴温度（℃）：

170-180

模具温度（℃）：

50-80

注射压力（MPa）：

60-100

成型时间（S）:

成型时间20-90

保压时间0-5

冷却时问20-120

总周期50-220

后处理：

方法：

红外线灯、烘箱

温度：

70℃

时间：

2-4h

4.2注射机的选择

注射模需安装在注射机上才能进行工作，两者应该相互匹配，所以注射模设计之前要进行注射机基本参数的校核。

只有这样，才能处理好注射模和注射机之间的关系，使设计设计出来的注射模能在注射机上安装和使用。

模具根据型腔数量可分为单型腔模具和多型腔模具两种。

单型腔模具模具的特点是：

结构简单、制造成本低、周期短、塑件的精度高、工艺参数易于控制，但是塑料成形的生产率低、塑件的成本高，适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量生产或试生产；多型腔模具的特点是：

塑料成形的生产率高、塑件的成本低、塑件的互换性差、工艺参数难以控制、模具结构复杂、模具的制造精度和成本高、周期长，适用于小塑件大批量生产。

综上所述，结合制件的尺寸和工艺性，拟采用多腔（4腔）模具。

计算塑件的体积应按照3部分分别计算，再累加可得到总的体积。

上表面：

V1=π×122×8-π×102×8=1105.28mm3

V2=π×（122-8.42）×4.7=10838.2752mm3

V3=π×（122-62）×5×4=6782.4mm3

所以，制件总的体积为：

V=V1+V2+V3=1105.28+10838.2752+6782.4=18725.9552mm3

为了保证正常的生产和获得良好的塑件，应选择合适的注射机。

选择注射机应综合考虑以下几点：

（1）注射量

（2）锁模力（3）注射压力（4）注射机安装模具部分的尺寸校核

注射量的校核

在设计模具时，为保证塑件的质量，应保证注射模内所需注射量在注射机实际的最大注射量的范围内。

根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的80%，换句话来说，一个注射周期内所需注射的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。

即：

nVz+V1≤0.8Vg（4-1）

式中n---型腔个数；Vz---单个塑件的容量（cm3）；

Vj---浇注系统凝料和飞边所需的塑料容量（cm3）；Vg---注射机额定注射量（cm3）

主浇道：

=4817mm3

分浇道：

道内体积为：

所以总体积：

V=4x18726+6371.3=81275.3mm3

初步选定注射机为SZ-160/1000

锁模力的校核

注射成形时，高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模力等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积与型腔压力之积。

为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象。

因此，磨具设计时应使注射机的额定锁模力大于胀模力。

则：

（4-2）

式中F-注射机额定锁模力（N）Az、Aj---分别为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影面积mm2

Pm----塑料熔体在型腔内的平均压力（MPa）

选取Po=35MPa

所选择注射机的锁模力为F=1000KN，故型号S2-160/1000注射机的锁模力符合要求。

注射压力的校核

注射机的额定注射压力即它的最高压力Pmax。

应大于注射成形时所需调用的注射压力Po，即：

Pmax≥K'Po（4-3）

式中，Pmax一注射机的最大注射压力（MPa）；

K’一安全系数。

常取K'=1.25～1.4：

Po一成形塑件所需的注射压力（MPa）

取Po=35MPa，K’=1.4；

根据所选的压力机，有P。

。

=135MPa≥KPo=1.4×35=49MPa。

故满足要求。

注射机安装模具部分的尺寸校核

A．模具厚度

模具闭合后的厚度（闭合厚度）Hm应在注射机允许的最大模具厚度Hmax和最小模具厚度Hmin之间，即：

Hmax≤H≤Hmin

式中Hm一模具闭合厚度（mm）Hmax一注射机允许的最大模具厚度

Hmin一注射机允许的最小模具厚度，即注射机动、定模固定板之间的最小开距（mm）

S2-160/1000型注射机的最大模具厚度与最小模具厚度分别为360mm和170mm，故所设计的模具闭合厚度应控制在这范围之内。

B．模具的长度与宽度

模具外形尺寸要与注射机拉杆间距相适应，校核其安装时能否拉过拉杆空间在动、定模固定板上固定。

根据所选注射机，其模具的最大尺寸应控制在360mm×260mm之内。

综上所述，选用S2-160/1000型号的注射机，其技术规范及特性如下：

结构形式：

卧式

理论注射容量：

179cm3

螺杆直径：

44mm

注射压力：

135MPa

注射速度：

110g/s

塑化能力：

10.5g/s

螺杆转速：

10～150r/min

锁模力：

1000KN

拉杆内间距：

360mmx260mm

移模行程：

280mm

最大模具厚度：

360mm

最小模具厚度：

170mm

锁模形式：

液压

锁模定位孔直径：

Φ120mm

喷嘴球半径：

SR10mm

4.3浇注系统的设计

注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。

其作用是将塑料熔体填充满型腔并使注射压力传递到各个部位。

浇注系统的设计是注射模具设计中最重要的问题之一。

具有传质，传热和传压的功能，它的设计是否合理，直接影响着模具的