最新扫把盖注塑工艺及模具设计设计说明.docx
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最新扫把盖注塑工艺及模具设计设计说明
扫把盖注塑工艺及模具设计设计说明
常州机电职业技术学院
毕业设计
扫把盖注塑工艺及模具设计
系名:
模具技术系
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
指导教师职称:
2015年月日
毕业设计前言
本次护套注塑模设计是利用UG、AUTOCAD设计绘图软件对塑料护套进行注塑模具设计。
设计内容包括塑料理论知识，模具型芯、型腔尺寸计算，流道、顶出机构的设计，注塑机的选择、校核，并且制定型芯、型腔加工工艺卡……
通过本次毕业设计，结合在公司的实习，二年所学的模具专业知识得到了稍微系统地温习与应用，基本熟悉了一副模具的开发、评审、设计、制造的过程以及注塑模具的生产管理过程，为以后的继续工作、学习打下良好基础。
关键词：
注塑模具设计、UG、CAD
第一章绪论4
1.1塑料的概念4
1.2模具的重要性4
1.3塑料成型技术的发展趋势5
1.4UGNX软件简介5
第二章塑料件工艺性分析6
2.1塑料件形状分析6
6
2.2塑件的材料分析7
2.3塑件的结构工艺性分析8
第三章注射模结构设计9
3.1型腔数目的确定9
3.2模具型腔布局方案9
3.3型腔、型芯工作部位尺寸确定10
3.4浇注系统的设计12
3.4.1确定分型面位置13
3.4.2浇口形式及位置的确定14
3.4.3流道的设计15
3.5模架选择与注射机的初选择17
3.5.1型腔壁厚的计算17
3.5.2注射机的初选择17
3.5.3模架选择18
3.6校核注塑机19
3.7侧抽芯与推出结构设计20
3.7.1侧抽芯机构设计20
3.7.2推出结构设计21
3.8泠却系统设计21
3.9排气系统设计22
第四章模具材料的选择及热处理工艺23
第一章绪论
1.1塑料的概念
塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物，在一定温度和压力下具有可塑性，可以利用模具成型为一定几何形状和尺寸的塑料制件。
塑料的其余成分有增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其他配合剂。
塑料制件在工业中的应用日趋普遍，这是由于它们具有一系列特殊的优点所决定的:
1）塑料密度小、质量轻，大多数塑料密度在1.0～1.48g/cm3之间，相当于钢材密度的0.11和铝材密度的0.55左右;
2）塑料比强度高，钢的拉伸比强度约为160MPa，而玻璃纤维增强的塑料拉仲比强度可高达170～400MPa；
3）塑料的绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料，塑料减摩、耐磨及减震、隔音性能比较好；
4）塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有良灯的耐腐蚀能力，其今聚四氟乙烯塑料化学稳定性最高，被称之为“塑料王”。
1.2模具的重要性
塑料已从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，并脐身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件已成为各行各业比本可缺少的重要材料之一。
在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。
由于模县成型具有优质、高产、省料和成本低等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航天航空、仪器仪表、机械制造、石油化工、轻工日用品等部门得到极其广泛的应用。
随着社会经济的发展，人们对于产品的品种、数量、质量及款式的要求越来越高。
为了满足人类的需要，世界上各工业发达的国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。
1.3塑料成型技术的发展趋势
在现代塑料制什的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模且是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、满足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起着重要的作用。
从设汁、制造及模即材料等方而考虑，塑料成型技术的发展趋势可以简单地归纳为以下两个方面：
（一）模具的标准化
为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国模具标推化程度只达到20％。
注射模方面关于模具零部件、模具技术条件和标推模架等有相应的国家标准。
（二）CAD／CAM／CAE技术的应用
塑料制件应用的日益广泛和大型塑料制件的不断开发，对塑料成型模具设计和制造提出的要求越来越高。
传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品不断开发和及时更新换代与提高质量的要求，为了适应这些变化先进国家的CAD／CAM／CAE技术在80年代中期己进入实用阶段，市场上已有商品化的系统软件出售。
1.4UGNX软件简介
UG是美国著名的三围产品的开发软件，是国际上最先进、最成熟使用参数化特征造型技术的大型CAD/CAM/CAE于一体的集成化软件。
该软件近年来在我国模具行业和各工厂、研究单位中得到普遍应用。
UG目前具有多个专用模块，涉及工业设计，机械设计，功能仿真，模具设计，数控加工等各方面。
UG包括三维实体造型、零件装配、加工仿真、NC自功编程、有限元分析、模具设计、板金设计、电路布线、管路装配设计等模块。
其主要特点是参数化特征造型，使用关系数据库，当设计参数有一处修改时，别的模块中相应的图形和数据都会自动更新。
在UG模具设计中，利用已有的产品模型，通过建立模具装配模型、设置收缩率、零件厚度和脱模斜度检查、分型面设计、模具体积块分割、模具零件抽取等过程，可以快速完成模具成型零件设计，最后通过FUTABA模架系统,完成整套模具的设计。
第二章塑料件工艺性分析
2.1塑料件形状分析
本毕业设计的塑料件为扫把盖，其成型工艺采用注塑模具，产品材料为ABS塑料，其收缩率0.2%～0.7%。
产品立体3D图及尺寸2D如图2.1.1，2.1.2所示：
2.1.1扫把盖尺寸2D图
2.1.2扫把盖产品3D图
2.2塑件的材料分析
ABS塑料（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）是在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为的改性共聚物，也可称改性聚苯乙烯，具有聚苯乙烯更好的使用性能和工艺性能。
ABS塑料是热塑性能高聚物，其流动性能很好，比热容比较低，模塑周期较短，但是其吸水性能比较大，成型之前必须充分干燥以去除水分，表面要求光滑的曲面应该充分干燥。
其注塑工艺性能以及成型条件如表所示：
ABS
塑料
预热
干燥
温度/℃
80~85
成型时间
注射时间/h
20~90
时间/h
3~4
保压时间/h
0~5
料筒温度/℃
后段
150~170
冷却时间/h
20~120
中段
165~180
总周期/h
50~220
前段
180~200
螺杆转速/（r·min～1）
30
喷嘴温度
/℃
170~180
后处理
方法
红外线灯
模具温度
/℃
50~80
温度/℃
鼓风烘箱
70~80
注射压力/Ma
60~100
时间/h
2~4
备
注
1.对于较小的浇口选用低速注射,对其他类型的浇口采用高速注射
2.尽可能的使用高注射压力
2.3塑件的结构工艺性分析
1）该塑件尺寸适中，塑件的尺寸精度可按塑件的技术要求取未注公差（IT6）级，并要求对其进行简单后处理。
2）塑件壁厚一般在1～6mm范围内，而通常用的数值2～3mm,大型塑件的壁厚也有比6mm更大的，这都随塑料类型及塑件大小而定。
该塑件的外形为长方形，壁厚均匀（3.0mm），且符合最小壁厚要求。
3）使用脱模斜度是为了使塑件便于从模具中脱模，但对于高度不大的塑件，可以不取斜度，不会对于塑件有太大的影响，可以忽略不考虑，本制件可以设置脱模斜度1°。
4）为了避免应力集中，提高塑件强度，改善塑件的流动情况及便于脱模，在塑件的各面或内部连接处，应采用圆弧过度。
这样可以对增强塑件的使用性能，更有利于填充型腔。
另外，塑件的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度，也是有利的，塑件的各连接处均应有半径不小于0.5~1mm的圆角。
5）在塑件壁有侧洞，不利于使用强制脱模，因此，在塑件成型时制件不易分型取出。
需要考虑设置侧面抽芯机构。
第三章注射模结构设计
传统注塑模具结构设计主要包括：
模具型腔数目的确定及型腔的排列方式、分型面选择、流道的设计和冷却水道布局以及浇口位置设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。
3.1型腔数目的确定
根据塑件的大小及尺寸精度要求，本设计将采用一模二腔的模具结构。
按照塑料件2D图所示尺寸计算：
UG分析测量塑件体积
V=21.098cm3
查资料ABS塑料的密度
ρ=1.05ｇ／cｍ3
单件塑件重量
M=ρV＝21.098×1.05＝22.1529ｇ
3.2模具型腔布局方案
如图3.2.1型腔布局示意图所示，该模具设计采用一模二腔布局，保证型腔能够平衡式进料和达到同时充满型腔的效果。
3.2.1型腔布局示意图
3.3型腔、型芯工作部位尺寸确定
一般成型零件尺寸的理论计算相当的复杂，在现实中，模具设计师都是根据经验去选定内模的尺寸，下面是两组经验数据：
（1）两板模：
内模的边界与模板边界的距离一般为40～70mm,
三板模：
内模的边界与模板边界的距离一般为60～100mm,
如有滑块要适当加大距离。
（2）制件尺寸小于150×150mm，高度小于30mm，则制件与内模边界距离的取值一般为15～25mm;制件尺寸大于150×150mm，则制件与内模边界距离的取值一般为25～50mm。
此产品考虑到内侧有倒扣，不利脱模，故在设计的时候动模侧采用哈弗方案
型芯
所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸，其直接对应塑件的形状与尺寸。
鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难以达到高精度，为了计算简便，规定：
a）塑件的公差
塑件的公差规定按单向极限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“
”，制品叫做腔尺寸公差取正值“
”，若制品上原有公差的标注方法与上不符，则应按以上规定进行转换。
而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即取
。
b）模具制造公差
实践证明，模具制造公差可取塑件公差的
~
，即δz=
，而且按成型加工过程中的增减趋向取“+”、“-”符号，型腔尺寸不断增大，则取“+δz”,型芯尺寸不断减小则取“-δz”，中心距尺寸取“
”。
现取
。
c）模具的磨损量
实践证明，对于一般的中小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的
，对于大型塑件则取
以下。
另外对于型腔底面（或型芯端面），因为脱模方向垂直，故磨损量δc=0。
d）模具在分型面上的合模间隙
由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。
一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时，塑件产生的飞边也小。
飞边厚度一般应小于是0.02~0.1mm。
查资料ABS塑料的收缩率是0.5%～0.7%，本设计的制造采用一般精度公差，所以计算时以IT6级公差精度。
由参考文献可以查得型腔、型芯工作部位尺寸计算公式如下：
型腔径向尺寸
型腔深度尺寸
型芯径向尺寸
型芯高度尺寸
中心距尺寸
Cm=（C+CS%）±+δz/2
——塑件型腔径向基本尺寸的最大尺寸
——塑件型芯径向基本尺寸的最小尺寸
——塑件型腔深度基本尺寸的最大尺寸
——塑件型芯深度基本尺寸的最小尺寸
——塑件公差
——修正系数，取
——模具制造公差，取
平均收缩率为Scp=（0.5+0.7）％／2=0.6％（简称S）
数据如表格所示：
部位名称
图尺寸
X
计算公式
成型尺寸
外围径向
39
3／4
1
39.970+0.3
外围径向
69
3／4
0.52
69.850+0.17
外围纵向
9
2／3
0.36
9.830+0.12
内围径向
123.6
3／4
1
122.8340～0.3
内围纵向
39.6
2／3
0.52
38.950～0.11
3.4浇注系统的设计
浇注系统是由主流道、分浇道、浇口及冷料穴等四部分组成。
浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，占有非常重要的地位，它的设计合理与否对注塑的成型周期和制件质量（几何特征、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响。
因此，浇注系统的作用是保证塑料熔体顺利、平稳地填充到型腔当中，在这个过程中，把压力充分地传递到各个部位，以便于获得组织紧密、外形清晰的塑料制件。
由于浇注系统在模具设计中的重要地位，所以设计时应遵循如下原则：
1）型腔布置和浇口开设的部位应对称，防止溢料现象的产生；
2）型腔和浇口的排列要合理，尽量地缩小模具的外形尺寸；
3）流程应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大），且应尽量减小弯折，降低压力损失，缩短填充时间；
4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置；
5）在满足充满型腔的前提下，浇注系统的容积应尽量小，以减少塑料的耗量；
6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不应影响塑件的外观。
7）浇注系统的排气要良好，能够顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产成涡流和紊流，并能使模腔内的气体顺利排除。
3.4.1确定分型面位置
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、模具的制造等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
3）保证塑件的精度要求，满足塑件的外观质量要求。
4）便于模具加工制造，对侧向抽芯的影响。
5）对成型面积的影响，对排气效果的影响。
比较以上五条分型面选择原则，结合充电器注塑模特点，为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面及易于加工的分型面。
由于制品本身的外观形状确定制品的分型面为最大投影面积处，这样有利于制件的脱模而且不会影响制件的外观质量，还可以利用其间隙和型芯、推杆等间隙排气，所以本设计中充电器注塑模的分型面，设置在制品上的下沿边框的部位，如图3.4.1。
3.4.1制件分型面设计图
3.4.2浇口形式及位置的确定
（一）选择浇口形式选择应该遵循以下原则：
1）尽可能采用平衡式设置；
2）型腔排列进料均衡；
3）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具偏载而产生溢料现象；
4）确保耗料量小；
5）不影响塑件外观。
根据以上原则，结合ABS材料的注塑工艺性能，设计选用潜伏浇口浇注形式，这种浇口的优点为：
浇口设置在分型面上，与流道在同一方向上，且一般在不影响整体外观的部位，具有进料均匀，不易产生溶接痕排气条件好。
如图3.4.2.1，因产品是圆形，故将浇口位置分布于外壁边缘。
图3.4.2．1
（二）浇口尺寸的选择与位置
浇口是连接分流道和型腔的桥梁。
它具有两个功能：
1）对塑料熔体流入型腔起控制作用；
2）使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流。
3.4.3流道的设计
（一）主流道设计要点如下：
1）为便于凝料（135mm）从之浇道中拔出，把主流道设计成圆锥形，其锥角为2
～6
。
内壁表面粗糙度Ra小于0.63～1.25um。
主流道进口端直径应根据注射喷嘴孔径确定。
该塑件的主流道截面直径为D4m,大端直径为D9mm。
主流道进料口直径应比喷嘴直径大0.5～1mm。
主流道进口端与喷嘴头部接触的形式一种是平面，另一种是弧面。
该塑件采用弧面接触定位，主流道进口端凹下的球面半径R2比喷嘴球面半径R1大1--2mm,凹下深度约3--5mm。
2）主流道与分流道结合处采用圆角过度，其半径R为1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。
3）在保证塑件成型良好的前提下，主流道的长度L尽量短。
为了减小压力损失及废料，一般主流道长度L不超过60mm。
此塑料模具的主流道长度为116mm。
4）主流道将主流道衬套与定位环分开成两个整体，主流道衬套选用T8A类优质刚材，热处理后硬度为50～55HRC。
衬套长度与定模板配合部分的厚度一致。
衬套与定模板之间的配合采用H7/m6。
定位圈与主流道衬套
（二）分流道系统设计
1、多腔模中型腔和分流道的布置
多腔模设计时型腔布置和分流道的布置应同时加以考虑，设计原则有：
1）尽量保证各型腔同时充满，并均衡的补料，以保证同模各塑件的性能，尺寸尽可能一致。
2）各型腔之间距离恰当，应有足够的空间排布冷却水道，螺钉等，并有足够的截面承受注射压力。
3）在满足以上的要求的情况下尽量缩短流道长度，降低浇注系统凝料重量。
4）型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注射机锁模力的中心，一般在模板的中心上。
2、分流道的截面形状及优缺点：
此副注射模分流道的布置形式为平衡式，其主要特征是从主流道到各个型腔的分流道，其长度、端面形状及尺寸均相等，以达到各腔能同时均衡进料。
圆形断面分流道直径d一般在2～12mm范围内。
对于流动性好的ABS，分流道直径为4mm。
分流道的长度一般在8～30mm之间，一般根据型腔布置适当加长或缩短。
本塑件的分流道长度为25mm，分流道的最短长度不宜小于8mm，否则会给塑件修磨和分割带来困难。
3.4.3.1浇注系统示意图
3.5模架选择与注射机的初选择
3.5.1型腔壁厚的计算
根据经验取扫把盖注塑模模套厚度取35mm
3.5.2注射机的初选择
（1）注射量
该塑料制件单件重
m=22.1529ｇ
浇注系统重量计算
M塑=ρv=（1/2×4.52×135+22×116+22×2×45）×0.001×3.14×1.05≈6.843g
则注射机注塑量
V机=V/0.8={22.1529*2+6.843）/1.05}/0.8=60.89cm3
备注：
V机——额定注射量；M塑——塑件与浇注系统凝料重量和。
（2）注射压力P注≥P成型
查表ABS塑料成型时的注射压力P成型=60～100Mpa。
（3）锁模力
锁模力≥PF
式中P—塑料成型时型腔压力，ABS塑料型腔压力P=34.3Mpa。
F—浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和。
F=（50×4+120×40×2+3.14×4）=9812.56mm3则PF=34.3×9812.56N=336.57KN
根据以上分析，查表初选注射机型号为XS-ZY-125，有关技术参数如下：
额定注射量/cm3
125
注射压力/Mpa
120
锁模力/KN
900
最大开合模行程S/mm
300
模具最大厚度/mm
300
模具最小厚度/mm
200
喷嘴圆弧半径/mm
12
喷嘴孔径/mm
4
拉杆空间/mm
260*290
3.5.3模架选择
根据分析及位置尺寸初选用FUTABA-S-SA3035标准模架,其各参数：
定模板A厚度/mm
50
动模板B厚度/mm
40
垫块C厚度/mm
80
模具厚度/mm
265
模具外形尺寸/mm
300X350X265
3.5.3.1模架选择图
3.6校核注塑机
（1）注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核
由于在初选注射机和选用模架时是根据以上的技术参数及计算壁厚等因素所选用的，所以注射量、锁模力、注射压力、模具厚度不必进行校核。
已符合所选注射机要求。
（2）开模行程的校核
对于具有液压～机械式合模机构的注射机，其最大开模行程是由肘杆机构的最大行程所决定的，而不受模具厚度的影响，当模具厚度变化时可由其调模装置调整。
故校核时只需使注射机最大开模行程大于模具所需的开模距离，即
S
=300≥S
式中S
——注射机最大开模行程mm；
S——模具所需开模距离mm。
注：
模具所需开模距离S
S≥h件+h浇+a+（5—10）mm
式中h件——塑料制品高度（mm）
h浇——浇注系统高度（mm）
h件+h浇+a+（5—10）=12+73+50+10=145mm
均满足要求
（3）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
1）模具闭合尺寸与注塑机模板尺寸和拉杆间距相比较：
模具的座板长×宽＜注塑机模板尺寸；
模具的座板长×宽为300×350（mm×mm）＜注塑机模板尺寸428×458（mm×mm）；
2）模具闭合高度校核：
模具实际厚度H＝265mm，注塑机最小闭合厚度h＝300mm，即H﹥h
故注塑机满足要求。
3.7侧抽芯与推出结构设计
侧向分型或者抽芯机构按其驱动方式分为三种：
机械驱动、电机驱动、液压驱动。
其中机械驱动是利用注塑机的开模运动或顶出作用力，通过哈弗针使其转化为侧向分型或抽芯动作，这种方法在注塑模具中应用最广泛。
3.7.1侧抽芯机构设计
由于该塑件制品有两侧洞，故应该在分型时设计采用哈弗机构，以利于制品顺利分型。
本设计所有哈弗布局如3.7.1.1图。
3.7.1.1哈弗针布局图
抽芯机构之斜导柱尺寸计算：
（1）抽芯距的计算
S抽=3mm
（2）斜导柱倾角的确定
本例抽芯距较小，选择α=15°
3.7.2推出结构设计
（1）推件力计算
推件力F
=Ap（
cos
－sin
）+qA
式中A——塑件包络型芯的面积（mm2）;
P——塑件对型芯单位面积上的包紧力，p取0.8×10
～1.2×10
Pa;
——脱模斜度；
q——大气压力0.09MPa；
——塑件对钢的摩擦系数μ，约为0.1～0.3；
A
——制件垂直于脱模方向的投影面积（mm2）。
其中塑件包络型芯的面积A可以按下面的公式计算得到：
A≈120×40×2=9600mm2
则Ft=9600×1.2×107（0.3cos2－sin2）/106+0.09×28×8.4N≈18.0KN
（2）确定顶出方式及顶杆位置
顶针的布置遵循以下几个原则：
1.顶针的受力点应作用在制件上不易变形的部位，即刚性强的部位，如加强筋等；
2.尽量避免使受力点作用于制件的薄平面上；
3.受力点应尽量靠近型芯或难于脱模的部位，防止制件变形；
4.注意美观性，顶出痕迹尽量在塑件的隐蔽面或非装饰面上；
5.注意布局尽量均匀，尽量采用同一类顶杆，方便加工；
6.顶出机构的运动要准确、可靠、灵活，无卡死现象。
根据塑件的形状特点，模具型腔在动模部分，开模后，塑件留在型芯上。
推出机构可采用推块推出或顶针推出、手工取件。
本设计采用手工取件。
3.8泠却系统设计
在注塑生产过程中，塑件冷却时间约占整个注塑生产周期的80％。
为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，因此塑料注塑模具的冷却系统的设计计算，不仅影响成型制件的质量，还直接影响到生产效率。
冷却系统主要有以下几种冷却方式：
水冷，油冷，压缩空气冷却以及自然冷却。
本设计所采用的是水冷。
在模具设计中，冷却水回路布置的基本原则：
1）冷却水道应尽量多，截面尺寸应尽量大；
2）
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