塑料挂钩座注射模具设计.docx

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塑料挂钩座注射模具设计

塑料挂钩座注射模具设计

摘要

注射模在机械、电子、航天航空、生物等领域及日用品的生产中得到了越来越广泛的应用，但我国的塑料成形模具设计整体水平还较低，跟发达国家有很大的差距，主要表现在：

模具零件变形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀严重、模具排气不畅和型腔易损等。

目前，我国的注射成型发展方向主要为提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及CAD/CAE/CAM技术的应用范围。

本设计的课题是塑料挂钩座注射模具设计，塑件结构复杂，尺寸精度要求较高，模具设计具有一定的难度。

设计内容分为以下三个方面：

注射可行性分析、模具总体设计和模具零部件设计。

整个设计过程主要借助PRO/ENGINEER（以下简称PRO/E）、MoldFlow等软件完成。

该模具设计的过程为：

（1）对塑件实体进行测绘，同时在PRO/E中创建其3D模型，并用PRO/E的模型分析功能对其进行初步分析和计算；

（2）拟定型腔布局并选择合适的注射机；

（3）利用PRO/E的模具模块完成模具的模仁设计和浇注系统设计，在设计浇注系统时，运用MoldFlow软件对塑件进行了最佳浇口位置分析和注射模流分析及模拟；

（4）用PRO/E注塑模设计专家（简称EMX）进行模架和模具各零部件的设计。

本设计的最大特点是运用先进的设计理念，在3D实体模型环境下完成整个模具设计过程。

从零件建模，到模具结构设计，以及最后的工程出图，均通过PRO/E软件完成；并且在设计过程中充分利用了PRO/E、MoldFlow的分析功能，进行了如浇注系统分析、注射模拟、开模动作检测、干涉检测等工作，以设计出最为合理的模具结构。

此外，设计中大部分分析计算都依靠设计软件进行，手工需要完成的只是模具的结构形式选择及计算校核，从而把设计工作从以往复杂繁琐的计算过程中解放出来，借助于EMX，大大缩短了模具设计花费在创建、定制和细化模架部件以及模具组件上的时间，并且其3D实体模型也随着设计零件的更改而自动更新，从而使设计周期大为缩短，较好的保证了该模具的设计水平。

本设计较好的实现了利用先进CAD/CAE/CAM技术对该复杂、精密塑件的设计。

关键词：

塑料；挂钩座；注射模；Pro/Engineer；MoldFlow

Theabstractofdesigningplasticpothookinjectionmould

Theinjectionmouldhasbeenmoreandmorewidelyusedinthefieldofmachine,electronics,aviation,biologyandcommodity.Butthetechnologyofdesigninginjectionmouldinourcountryhasawidegapwithdevelopedcountriesduetocomparativelylowaveragelever.Thegapismainlyreflectedinthefollowingaspects:

thelargedeformityofthepart,thegreatburrofsideoverflow,thelowersurfacequality,theseriouserosionandcauterizationofthemould,thebadexhaustofmouldandtheeasilydestroyedofthecavityandsoon.Atpresent,thedirectionofourinjectionmoldisfocusonimprovingthetechnologyoflarge,exact,complexandlong-lifemouldandwideningtherangeofusingtheCAD/CAE/CAM.

Thesubjectofthedesignisaninjectionmouldforplasticpothook,astheconfigurationoftheplasticiscomplex,andtheprecisionofthedimensionishighrequired,thedesignofthemouldisdifficultinsomedegree.Thecontentofthedesigncanbedividedintothreeparts:

theanalysisoftheinjectionpossibility,thewholedesignofthemouldandthedesignoftheparts,theprocesshavebeenfinishedchieflywiththehelpofsoftwarePro/Engineer.

Thegeneralprocessesofthedesignis:

firstly,surveyanddrawtheplastic,establishit’s3DmodelbyPRO/E;thenprimarilyanalysisandfigureupitusingtheanalyticfunctionofPRO/E;thensketchthedraftofthelayoutofcavityandchooseanequalinjectionmachine;next,makinguseofPRO/E’smoduletocompletethedesignofcoreandcavityaswellasmoldingsystem,onwhich,softwareMoldFlowisusedtodotheanalysisofthebestgatelocationandtheanalysisandsimulationoffluid;atlast,useExpertMoldbaseExtensionofPRO/Etoexecutionthedesigningofthemold-baseandeverypartofthemould.

Themostconspicuousfeatureofthedesignisthatthewholeprocessisdoneintheenvironmentof3Dmodel,whichisconductbytheadvancedtheory.ThesoftwarePOR/Ecompletestheworkfrommodelingtothedesignofconstruction,andthelastdrawforengineering.Duringtheprocess,theanalyticfunctionofPRO/E、MoldFlowhavebeenfullyusedtodothework,suchas:

Analysisofmoldingsystem,injectionsimulation,thetestingofmoldopeningandinterferenceandsoon,inordertomakethemostrationalmould.Inaddition,mostanalysisandcountarefinishedbydesignsoftwareautomatically,therefore,whatlefttobedonebyhandareonlyselectingtheformofthemould、calculateandchecktheresult.Inwhichcondition,thefussycomputeprocesscanbeavoided,andthetimespentoncreating,orderingandsimplifyingthepartsandcomponentpartcanbelargelyshortenedwiththehelpofEMX.The3Dmodelcanrenewitselfautomaticallyasthechangeofthedesignparts,therefore,thedesigncirclecangreatlybeshortenedandthemouldqualitycanbebettersecured.

Keywords:

plastic;pothook;injectionmould;Pro/Engineer;MoldFlow

前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅰ

设计说明书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

第一章产品分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

1.1塑件分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

1.2塑件原材料分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

第二章拟定型腔布局.....．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４

2.1型腔．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

2.2型腔数目的确定...．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４

2.3型腔排布．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

第三章塑件相关计算及注塑机的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６

3.1塑件相关计算.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

3.2注塑机选择及注射工艺参数确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

第四章分型面设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９

4.1分型面设计原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９

4.2分型面设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９

第五章浇注系统设计...．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

5.1总体设计..．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

5.2主流道设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

5.3分流道设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

5.4进料口设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

5.5冷料穴的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

5.6浇口套及定位圈的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

5.7塑件模流分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

第六章模架选用及注射参数校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

6.1模架..．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

6.2开模行程校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

第七章成型零部件设计...．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

7.1成型零件的材料选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

7.2成型零件结构设计.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

第八章侧向分型抽芯机构设计..．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

8.1侧向分型抽芯机构类型选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

8.2抽芯距确定与抽芯力计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

8.3斜导柱分型与抽芯机构零部件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

第九章合模导向机构设计.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

9.1导向机构.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

9.2定位装置.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

第十章脱模机构设计....．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

10.1脱模装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

10.2推出机构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

10.3拉料机构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

第十一章冷却及排气系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

11.1冷却系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

11.2排气机构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

第十二章模具总体结构..．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

结束语..．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48

致谢...．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

第一章产品分析

1.1塑件分析

1.1.1结构分析

本次设计任务所提供的资料为塑件实体，如下图所示：

【图1－1】塑件草图

由零件实体模型及二维草图可知，该零件总体形状为近似梯形，零件大端有两个伸出块及六角通孔，上方有两个小沉孔，在零件的两测也各有两个小孔，此外还有诸多突出小块，加强筋等等，并且所有结构对称布置。

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

1.1.2尺寸精度分析

该零件的重要尺寸精度为6级，其它尺寸精度为7－8级，属于中等精度，对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。

1.1.3塑件厚度检测

塑件的厚度检测采用Pro/Engineer设计软件的模型分析功能自动完成，如图所示：

从塑件的壁厚上来看，壁厚的最大处为4mm左右，最小处小于1mm，壁厚差较大，但大多处在2－3mm的范围之内，并综合其材料性能，只要注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难（如果条件允许，也可考虑修改其结构形式使壁厚趋向均匀）。

1.1.4表面质量分析

该零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。

综以上分析可知，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

塑件的材料采用聚碳酸脂（PC），其性能参数如下：

1.2.1基本资料

英文全名：

Polycarbonate

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：

1.2g/cm3

拉伸强度：

630kg/cm2

硬度：

70（RockwellM）

吸水率：

0.24%

1.2.3热物性质

线膨胀率：

3.8*10-5cm/cm*℃

热变形温度：

135℃

1.2.4成形加工性

射出成型温度：

230～310℃

射出成型压力：

1000～1400Kg/cm2

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，该塑料具较好的各项性能指标，从使用性能上看，该塑料具有刚性好、耐水、耐热性强，是做为挂钩座较理想的材料；而由耐热性的观点来看，PC属于工程塑料，不仅在耐热上具有一定程度的能力，机械性质上也比一般的泛用塑料来的高；从成型性能上看，该塑料吸水性小，熔料的流动性一般，成型较容易，但收缩率偏大，另外，该塑料成型时较易产生凹痕、变形等缺陷，成型温度过低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。

因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应缓慢散热，冷却速度也不宜过快。

第二章拟定型腔布局

2.1型腔

一般来说，精度要求高的小型塑件和大中型塑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，形状简单，又大批量生产时，则采用多型腔模具可使生产率提高。

型腔数量确定以后，便进行型腔的排布。

型腔的排布及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。

以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。

型腔数量确定及型腔的排布

所谓型腔（cavity）指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。

注射成形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）形成这一空腔——型腔。

其凹入的部分称为凹模（cavity），凸出的部分称为型芯（core）。

2.2型腔数目的决定

型腔数目的决定与下列条件有关。

a.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。

b.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。

c.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。

d.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：

A=ty/3600+anc/m

（摘自《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