塑料盖注塑模具设计.docx
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塑料盖注塑模具设计
塑料盖注塑模具设计
绪论
目的：
设计一副能够生产所给塑件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的塑料模具。
能熟练使用PRO/E、AUTOCAD,等三维CAD,CAM绘图软件。
意义：
随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。
模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。
该课题的主要设计意义在于掌握注塑模设计的大体思路，懂得如何着手分析和考虑问题，能自己独立的设计出一套完整的模具，且能将它应用于实际生产。
80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模约占30%左右。
在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。
我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。
1、.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。
这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。
2、在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
3、推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。
制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。
目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。
气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。
另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。
4、开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
5、.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。
为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。
6、.应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
7、.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。
研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具工业一直以15％左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大的变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速的发展。
浙江宁波和黄岩地区的模具之乡；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/E、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并且成功应用于冲压模的设计中。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已经取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。
此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。
经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计周期等方面作出重大了贡献。
例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模具、汽车覆盖件模具合乎级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲压模具和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的的用户。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比还有较大的差距。
例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型，精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。
模具行业在今后的发展中，.要更加关注其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。
我们的模具行业要紧紧的跟着市场的需求发展。
没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。
如汽车生产中90％以上的零部件，都要依赖模具成型，在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40％左右。
而模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
要积极推进中西部地区模具产业的发展，努力缩小发达地区和不发达地区的差距。
中西部很多地区已经意识到模具产业的发展对制造业的重要作用。
如陕西、四川、河北等模具生产有了很大的发展，河北兴林车身制造集团有限公司作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓；四川宜宾普什模具有限公司凭借强有力的资金投入，将在未来写下新的篇章。
要积极推进模具企业特别是国有企业的体制的创新，转换经营机制，大力发展混合所有制经济，明确产权和完善法人治理结构。
充分发掘企业发展的内在动力。
要积极推进中、西部地区工业基础较好地区的制造业大中型企业主辅分离，使其模具车间、分厂在不太长的时间里，采用多种有效实现形式，转换机制，大力发展产权明晰、独立自主经营，适应市场运作和模具生产快速反应的现代专业模具企业，培养能代表行业水平的“龙头”企业，带动地区产业链的发展。
第一章任务来源及设计目的意义
1.1设计任务来源
设计题目：
塑料盖
材料：
PA
生产批量：
大批量生产
技术要求：
①未注圆角R0.5
②所有尺寸公差按SJ1372-78的4级精度
图1-1产品零件图
1.2设计目的及意义
本设计题目为普通零件塑料盖，但对做毕业设计的毕业生有一定的设计意义，它概括了盒盖塑料零件的设计要求、内容及方向。
通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者注塑模设计的基础，为设计更复杂的注塑模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。
第二章零件的工艺性分析
2.1塑件的工艺性分析
（1）塑件的原材料分析：
塑件的原材料分析。
塑件的材料采用尼龙6（PA6）属于热塑性塑料。
从使用性能上看，该塑料具有的机械强度和刚度，优良的韧性，自润滑性，耐磨性和良好的耐化学性。
还具有无毒，着色容易等优点。
①.熔融粘度低，流动性良好，易产生溢边（溢料间隙0.02mm）
②.塑料容易吸湿，成型前需要预热干燥，并应防止干燥后再次吸湿，成型时的含水量不得超过0.3%。
否则流动性下降。
制品容易出现气泡，银丝等缺陷。
对于精度要求高的制件，成型后需要作调湿处理，调湿后制品会发生尺寸胀大的现象。
[1]
③.塑料的收缩率不稳定（收缩率为1.5～2.5%）[2]
④.塑料熔体冷却速度对结晶度和制品性能影响较大，故应根据制品壁厚正确选择和控制模具温度范围（20～90 ℃）过低易出现缩孔和结晶化问题。
2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
2.2.1结构分析
①结构分析。
从零件图上分析：
该零件总体形状为一盒体高度方向仅与6mm。
长度方向上有30mm。
且在下端内壁里面有一个较小的外抽芯，抽芯空间较小，模具设计和制造难度均较大。
2.2.2尺寸精度分析
该零件重要尺寸如
、
、
、等尺寸精度为MT2级（GB/T14486-1993）。
次重要尺寸如
、
等尺寸精度为MT3级（GB/T14486-1993）由以上分析、该零件的尺寸精度中等偏上对模具相关零件的尺寸加工可以保证。
从塑件的壁厚上来看壁厚较为均匀，有利于塑件的成型。
从塑件壁厚上看，所有壁厚尺寸均为3mm，壁厚均匀，有利于塑件成型。
2.2.3表面质量分析
该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，外并没有什么特殊的表面质量要求，故比较容易实现。
综上分析可知，注塑时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。
2.3计算塑件的体积和质量
计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具的型腔数。
计算塑件的体积：
V=1955.68
（过程省略）
计算塑件的质量：
根据设计手册可查得PA的密度为ρ=1.12g/
故塑件质量为：
W=Vρ=1955.68×1.12×
=2.19g
采用一模16腔的模结构考虑其外形尺寸初步选用型号为LY80的注塑机，该注塑机的注射量为116g注射量压力为230mpa，锁模力为800KN。
最大开模行程280mm最大安装尺寸为350mm×350mm,装模高度为150mm～350mm,顶出行程为100mm[3]
第三章塑料的成型特性与工艺参数的确定
查找相关文献和参考工厂实际应用情况PA成型工艺参数可作如下选择（试模时可根据实际情况作适当的调整）
注塑温度：
包括料筒温度和喷嘴温度。
料筒温度：
喂料区温度
选用70℃
后段温度
选用240℃
中段温度
选用250℃
前段温度
选用250℃
喷嘴温度选用250℃
熔料温度：
240～250℃
料筒恒温：
220℃
模具温度：
60～100℃
注射压力：
100～160Mpa
注塑时间：
选用0.1s
保压压力：
注射压力的50%
保压时间：
10s
背压：
2～8Mpa需要准确的调解
冷却时间：
30s
注塑速度：
建议采用较快的注塑速度
计量行程：
0.5～3.5D
残料量：
4mm
预热杆：
80℃时烘干4小时
回收率：
可加入10%回料
收缩率：
0.7%～2.0%
浇口系统：
点式
机器停工时段：
无需用其它料清洗，熔料残留在料筒内时间可达20min。
容易发生热降解。
注：
料筒设标准螺杆，特殊几何尺寸有较高塑化能力，上述可用直通式喷嘴。
[4]
第四章浇注系统的设计
4.1分型面的选择
该塑件为一塑料盖，表面质量无特殊要求，但在外部在旋入时常与人的手相接触。
因此上端面最好自然形成圆角。
此外该零件高度为6mm且与另一工件相配合。
因此应保证下部配合部分的同轴度即把它们放在模腔的同一侧。
故选用以下分型面较为合理。
图3-1分型面
4.2塑件的成型位置
本塑件在注塑时采用一模16件即需要16个型腔，综合考虑浇注系统模具结构的复杂程度等因素拟采取以下的型腔排列方式：
图3-3型腔排列方式
采用上图所示的型腔排列方式的最大优点是从主流道末端到各型腔的分流道其长度和尺寸都是对应相等。
所以各浇道受力较为平衡易于塑件的成型。
综合考虑模具型腔的排列方式和塑件的外形尺寸初步选用标准模架类型为
—250×315—T—
GB/T12556.1—1990
4.3流道的设计
（1）主流道设计
根据设计手册查得LY80的注塑机喷嘴的有关尺寸：
喷嘴前端孔经：
=Ф4.8mm
喷嘴前端球面半径
=12.6mm
根据模具主流道与喷嘴的关系
R=
+（1～2）mm
D=
+（0.5～1）mm
取主流道球面半径R=13.5mm
取主流道小端直径d=Ф5mm
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形其斜度为
～
经换算得主流道大端直径D=Ф8.5mm为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。
（2）分流道设计
分流道的形状及尺寸应根据塑件的体积壁厚形状的复杂程度注塑速率，分流道长度等因素来确定。
经分析选用截面形状为半圆形的分流道。
查表得R=4mm。
如图所示：
图3－3半圆形分流道
（3）浇口设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式选用点浇口较为理想。
设计时考虑壁厚为1.0mm故查表初选尺寸为（b×l×h×d）=0.8mm×1.0mm×1.2mm×Ф1.0mm
试模时修整。
第五章成型部件的工艺设计与计算
5.1成型部件的计算
本副模具成型零件工作尺寸计算时采用平均尺寸，平均收缩率，平均制造公差和平均磨损量来进行计算。
查表得PA的收缩率为S=1.5～2.5%故平均收缩率
=（1.5+2.5）%/2=2%
考虑到工厂模具制造的现有条件模具制造公差取
=△/3
1）型腔和型芯工作尺寸的计算
型腔、型芯工作尺寸计算见表14-1
类别
序号
模具零件名称
塑件尺寸
计算公式
型腔或型芯工作尺寸
型腔的计算
1
上模板型腔
2
下模板型腔
3
活动型腔
型芯的计算
4
活动型腔套筒型芯
2）成型部件活动型腔及其套筒型芯的设计
由本塑件的形状不大且在塑件内部有向外凸起的回转结构在成型时不易脱模。
传统上一般把内部的型腔做成两半的活动镶块用两个销钉一端过盈一端间隙配合将它们连接在一起脱模时连同活动型腔镶块一并顶出然后用手将它们分开，但此种设计不利于大批量，自动化生产的要求，因此在本副模具中对这种机构进行了改进，设计成了活动型腔的自动脱模机构。
其结构设计方案如下：
图4-1活动型腔及套筒组合部件
其工作原理：
脱模时推拉杆推着活动型腔向前推进在弹簧弹力的作用下活动型腔沿套筒型芯的侧壁不断向两边张开，当张开当一定程度塑料在重力作用下自动脱落。
顶出完成后模具闭合。
在复位杆及推拉杆上弹簧受拉力的作用下活动型腔沿套筒型芯侧壁回到原来的位置。
3）型腔侧壁厚度及筋板厚度计算
（1）凹模型腔侧壁厚度计算
凹模力整体式圆形型腔，根据整体圆形凹模型腔侧壁厚计算公式进行计算得t为3.2mm,设计时取5mm.
（2）底板厚度计算
根据凹模板底部厚度计算公式进行计算得6.1mm。
设计时为了整体结构的协调，凹模板取15mm，则凹模板底部厚度为15－2.3=12.7mm
5.2模具加热与冷却系统的有关计算
本塑件在注射成型时不要求太高的模温，因此，在模具上可不设加热系统，通过下列计算可以判断是否需要设计冷却系统：
设定模具平均工作温度40℃，用20℃的常温水作为模具冷却介质，其出口温度为30℃，产品为（初算每2分钟一套1.02kg/h。
一、求塑件在硬化时每小时释放的热量Q3，查有关文献得PA的单位热流量为57×
J/kg
Q3=WQ2=1.02×57×
J/kg=58.1×
J/kg
二、求冷却水的体积流量V
V=
=
=0.23×
/min
可见，由体积流量V查表可知所需的冷却水管直径非常小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。
第六章模具闭合高度的确定
在支承和固定零件的设计中根据经验确定：
定模座板
=25mm
上凹模型腔板
=15mm
型腔固定板
=50mm
垫板
=10mm
支承板
=50mm
动模座板
=25mm。
综上所述模具的闭合高度为：
H=
+
+
+
+
+
=25+15+50+10+50+25
=175mm
第七章注塑机有关参数的校核
模具的外形尺寸为250mm×315mm×175mm.LY80注塑机的最大安装尺寸为350mm×350mm.装模高度为150mm~350mm。
即该副模具满足安装条件。
经查LY80型注塑机的最大开模行程S=100mm.满足顶出塑件要求：
S≥
+
+（5~10）mm=6+10+10=22mm.经验证，LY80型注塑机能满足使用要求，故可以采用。
第八章编写主要工作零件加工工艺规程
在此仅对成型零件型芯、型腔的加工工艺进行分析。
8.1型芯套筒的加工工艺过程
型芯套筒的加工工艺过程见表7-1。
表7-1型芯套筒的加工工艺过程
序号
工序名称
工序内容
1
下料
Ф35mm×450mm的45钢2根
2
车（普通车床）
①车端面
②车外圆保证Ф30mm
③切断保证长度为50mm
3
热处理
调质24~28HRC
4
车（数控车床）
①车外圆处台阶面留0.3~0.5mm余量
②钻中心孔留0.3~0.5mm作绞
③车锥孔留0.3~0.5mm余量
④精车外圆处台阶面至图
⑤精车锥孔留0.2mm磨量
⑥精车两端面保证尺寸平行度
5
铰
精铰中心孔至图
6
热处理
淬火后回火保证45~50HRC
7
钳
锥面部分与配偶研配贴合面不少于80%
8
表
镀、铬
9
钳
抛光
8.2型芯固定板加工工艺过程
型芯固定板加工工艺过程见表7-2
模具典型零件机械加工工序卡
（模具专业冲压、塑料模具课题适用）
机械加工工序卡片
产品型号
零（部）件图号
10
产品名称
模具
零（部）件名称
型芯套筒
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车间
工序号
工序名称
材料牌号
备料车间
1
下料
45钢
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每个毛坯可制件数
每台件数
锻件
35×450
8
16
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
普通车床
1
夹具编号
夹具名称
切削液
三抓卡盘
乳化液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
r·minˉ1
切削速度
M·minˉ1
进给量
mm·rˉ1
切削深度
mm
进给次数
工步工时
机动
辅助
2
车
普通车床
640
32
0.2
.0.5
5
1
0.5
3
车
普通车床
640
32
0.2
0.5
4
0.5
0.2
4
车
普通车床
640
32
0.2
0.5
3
0.5
0.2
5
热处理
6
车
数控车床
7
车
数控车床
8
车
数控车床
9
铰
铰刀
1000
50
0.03
0.05
0.02
0.5
0.2
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
模具典型零件机械加工工序卡
机械加工工序卡片
产品型号
零（部）件图号
02
产品名称
模具
零（部）件名称
型芯固定板
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车间
工序号
工序名称
材料牌号
备料车间
1
下料
45钢
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每个毛坯可制件数
每台件数
标准模架
250×315×50
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
夹具编号
夹具名称
切削液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
r·minˉ1
切削速度
M·minˉ1
进给量
mm·rˉ1
切削深度
mm
进给次数
工步工时
机动
辅助
1
热处理
2
平磨
平面磨床
1000
0.05
0.02
0.02
5
2
0.5
3
坐标镗
坐标镗床
640
20
0.05
0.02
10
5
1
4
铰
铰刀
1000
32
0.05
0.03
2
1
0.5
5
钳
6
热处理
7
钳
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
第九章模具的安装与调试：
9.1模具的安装：
装配的要求如下：
（1）模具上下平面的平行度偏差不大于0.05mm，分型面处需密合。
（2）推件时推件杆和卸料板动作要同步。
装配顺序：
（1）装配前按图检验主要工作零件及其他零件的尺寸。
（2）镗导柱孔，将定模，推件板，型芯固定板合在一起，使分模面紧密接触并夹紧。
镗导柱孔，型孔，在空内压入工艺定位销后，加工侧面的垂直基准。
（3）加工定模，用定模侧面的垂直基准确定定模上型腔
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