卷连门注塑模设计毕业设计论文.docx

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卷连门注塑模设计毕业设计论文

摘要

本次设计的制品为卷连门配件注射模设计，利用ug来完成制品模三维模型，利用CAD来完成其装配图和零件图。

模具采用了侧抽芯，使侧向的筋和肋能更好的脱模。

模具结构紧凑、工作可靠、操作方便、运转平稳、冷却效果好、劳动强度低、生产效率高、生产的塑件精度高、生产成本低。

本文从型腔数量和布局的确定、注射机选择、流道的设计、模板及其标准件的选用、冷却系统、成型部件的设计等给出了详细的设计过程。

关键字:

塑料注射模ugCAD

ABSTRACT

Thedesignofproductsforvolumeevendoorfittingsinjectionmoulddesign,usingugtofinishproductsmouldCADthree-dimensionalmodel,usingtheassemblyandaccomplished.Mouldadoptscore-drawing,makethelateralreinforcementandsidecanbetterdemoulding.Themouldstructurecompactandreliable,easyoperation,stableoperationandgoodcoolingeffect,lowlaborstrength,highproductionefficiency,theproductionofplasticpartswithhighprecision,lowproductioncost.Fromthecavitynumberandlayout,injectionmachine,flowdesign,selectionofstandardtemplateandmoldingparts,coolingsystem,thedesigngivesdetailsofthedesignprocess.

Keywords:

plastic、injectionmould、ug、CAD

引言

塑料是工业产品生产用的重要工艺装备,它是以其自身的特殊形式通过一定的方式使其原材料成型。

现代产品生产中，模具由于其加工效率高、互换性好、节省原材料，所以得到广泛的应用。

按成型的对象和方式来分，模具大致可以分为三类：

金属材料成型模具，如冷冲压模；金属体积成型模具，如锻造模、粉末冶金模、压铸模；非金属材料成型模具，如塑料模、玻璃模、陶瓷模等。

其中使用量最大的是冲压模和塑料模，约占模具总量的80%左右。

模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

模具技术能促进工业产品的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，模具是“效益放大器”，用模具生产的产品价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。

美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本把模具誉为“进入富裕社会的原动力”。

模具工业在我国已经成为国民经济发展的重要基础工业之一。

国民经济的支柱产业如机械、电子、汽车、石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应，都需要大量模具，特别是汽车、电机、电器、家电和通信等产品中60%-80%的零部件都要依靠模具成型。

我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯、和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，用于生产和生活的消费。

生产建筑业用的地砖墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具，生产塑料管件和塑料门窗，也需要大量的塑料的模具成形。

第一章塑件结构工艺性的设计

塑件的结构工艺性是指塑件在满足使用要求的前提下，其结构应尽可能符合成型工艺要求，从而简化模具结构，降低生产成本。

在进行塑件结构设计时，应考虑以下几方面的因素：

1）塑料的物理与力学性能、电性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能等。

2）塑料的成型工艺性，如流动性、收缩率等。

3）模具的总体结构，特别是轴芯与脱模的复杂程度。

4）模具零件的形状及其制造工艺。

5）塑件的外观质量。

塑件结构工艺性的内容很多，主要内容如下：

1.塑件尺寸、精度及表面粗糙

（1）尺寸塑件尺寸的大小取决于塑件的流动性。

流动性差，塑件尺寸不可过大，以免不能充满型腔可形成熔接痕，影响塑件外观和强度，此外成型设备，模具尺寸及脱模距离等也会影响塑件的大小。

（2）精度影响塑件精度的因素很多，除与模具制造精度和模具磨损有关外，还与塑料收缩率的波动、成型时工艺条件的变化等有关，所以塑件的尺寸精度一般不高。

（3）表面粗糙度塑件的表面粗糙度Ra一般为0.8-0.2μm，面模具的表面粗糙度数值要比塑件低1-2倍。

2.壁厚

塑件的壁厚主要取决于塑件的使用要求，但壁厚的大小对塑件的成型影响很大，壁厚过小，成型时流动主力大，难以充型；壁厚过大则浪费材料，还易产生气泡、缩孔缺陷，因此必须合理选择塑件壁厚。

同一塑件壁厚应尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不均匀而产生内应力，影响塑件的使用。

当塑件壁厚不一致时，应适当改善塑件的结构。

3.形状设计

塑件的形状在满足使用要求的前提下，应使其有利于成型，特别是应尽量不采用侧向抽芯机构，因此，塑件设计时应尽可能避免侧向凹凸或侧孔。

某些塑件只要适当地改变其形状，即能避免使用侧向抽芯机构，使模具结构简化。

有些塑件内侧凹陷或凸起较浅并有圆角时，可采用整体式凸模并强制脱模的方法，例如聚丙烯，聚乙烯等塑件当陷起或小于5%时即可强制脱模。

大多数情况下塑件侧凹不能强制脱模，此时应采用侧向分型抽芯机构模具。

4.孔的设计

孔设计时应不能削弱塑件的强度，在孔与孔之间、孔与壁之间应留有足够的距离。

塑件上固定用孔和其他受力孔的周期可设计一凸边或凸台来加强。

5.脱模斜度

为了克服塑件因冷却收缩产生的包紧力，方便脱模，塑件内外表面再脱模方向应设计一定的脱模斜度，塑件上脱模斜度的大小与塑件的性质、收缩率、摩擦系数、塑件壁厚及几何形状有关。

6.圆角

为了避免应力集中，提高塑件的强度，便于塑件熔体的流动性和塑件脱模，在塑件的内外表面的各连接处均应设计过渡圆弧。

本塑件是卷连门配件，其材料采用的是聚乙烯（PE），生产类型为大批量生产。

1.1塑件工艺分析及结构设计

若要将聚合物加工成具有一定功能用途的塑料制件，除了要选用合适的塑料材料外还必须考虑塑料制件的加工工艺性，影响成形件误差的主要原因是塑料收缩率的波动，模具使用的磨损、成形制品脱模后的收缩、模具制造及装配的误差。

为了便于脱模，并防止脱模后刮伤制品表面，要求有一定的脱模斜度，脱模斜度的大小取决于塑料的收缩率、制品的形状及厚度。

制品上所有的角均采用圆角过渡，既安全又改善了熔体在型腔的流动性，有利于充型，避免出现熔合线。

1.1.1塑件成形方法：

热塑性塑料的成行方法主要有挤塑成形、注塑成形、压塑成形、浇注成形等。

本塑件采用注塑成形的方法。

1.1.2塑成形塑件工艺结构设计：

在注塑成形塑件设计过程中应该尽量避免凸凹台，然而本塑件凸台薄壁上有圆孔，所有以其成形模具中必须设计侧向抽芯结构。

1）脱摸斜度

塑件在模具注塑成形过程中，塑料从熔融状态将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧的包围在模具型芯或型腔中的凸起部分，为此必须考虑塑件内外壁有足够的脱模斜度。

查《塑料模具设计及制造》表2-11得热塑性塑料PE的脱模斜度为：

型腔：

25＇～45＇

型芯：

20＇～45＇

综合考虑本塑件的工艺特性，塑件内表面和外表面的脱模斜度都选为30＇。

2）塑件壁厚

塑件的壁厚是最重要的结构要素，是塑件设计时必须考虑的问题之一。

塑件的壁厚要求尽量分布均匀否则会导致塑件各部分固化收缩不均匀，易在塑件上产生气孔、裂纹、以及内应力及变形等缺陷。

塑件的壁厚与流程有关，因为各种塑件在其常规工艺参数下，流程大小还与塑件壁厚成正比。

壁厚则其流程长，查模具设计大典8.5-8，由壁厚与流程关系式计算相适应的塑件最小壁厚

Smin=（

+0.5）×0.6=1.26mm

式中Smin──最小壁厚（mm）

L───流程（mm）

热塑性塑料PE的壁厚一般为0.6~7.6mm，而从塑件的壁厚来看，最大处是3mm，最小处是1.5mm,塑件的壁厚在材料允许的范围之内且较均匀，有利于零件的成型加工。

1.2塑件材料的性能

1.2.1塑件材料的使用性能

聚乙烯是热塑性材料，质软，机械性能差，表面硬度低，成型性能好，粘度与剪切速率关系较大，成型前可不预热，化学稳定性较好，但不耐强氧化剂，耐水性好，适用于薄膜、管、绳、容器、电器绝缘零件，日用品等。

1.2.2塑件材料的加工特性

（1）结晶型塑料，吸湿性小；

（2）流动性极好，溢边值0.02mm左右：

流动性对压力变化敏感；

（3）可能发生熔融破裂，与有机熔剂接触可发生开裂；

（4）加热时间过长则发生分解、烧焦；

（5）冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模具应有冷却系统；

（6）成型收缩率范围大，收缩值大，取向性强，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温，保持冷却均匀、稳定；

（7）宜高压低温注射，材料均匀，填充速度应快，保压充分；

（8）不宜用直接进材料口，否则易增大内应力，或产生收缩不匀，取向性明显，变形增大，应注意选择进料口校园与数量，防止产生缩孔、翘曲变形；

（9）质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模

1.2.3塑件材料的物理性能、热性能

表1.1塑料的性能

密度g/cm

0.94~0.97

质量体积cm

/g

1.03~1.06

吸水率24h

<0.01

熔点℃

105~137

熔融指数g/10min

100℃

维卡针入度℃

121~127

热变形温度℃

60~82

线膨胀系数10-5℃

11~13

比热容J/（kg.K）

2310

热导率W/（m.k）

0.49

1.2.4塑件材料的力学、电气性能

表1.2材料的力学与电气性能

屈服强度MPa

22~30

抗拉强度MPa

27

断裂伸长率%

15~100

抗弯强度MPa

27~40

弯曲弹性模量GPa

1.1~1.4

抗压强度MPa

22

冲击韧度

KJ/m2

无缺口

不断

有缺口

65.5

布氏硬度HBS

2.07邵氏D60~70

电阻率Ω.m

1013~1014

击穿电阻Kv/mm

17.7~19.7

介电常数（106Hz）

2.30~2.35

耐电弧性s

150

1.2.5塑件材料的化学性能

表1.3材料的化学性能

日光及气候影响

在大气中会被紫外线破坏，若加入2.0%-2.5%碳黑及稳定剂，能改抗大气老化性能

耐酸性

不耐氧化性酸

耐碱性

耐碱类化合物

耐油性

对动物油、植物油、溶胀，随温度提高更甚

耐有机物溶剂

脂肪、芳香、酮类、酯类塑剂有机溶剂会加速聚乙烯应力开裂

1.2.6塑件材料的成形条件

表1.4成型条件

注塑成型机类型

柱塞式

密度g/cm3

0.94~0.96

计算收缩率%

1.5~3.6

预热

温度℃

70~80

时间h

1~2

料筒温度℃

后段

140~160

中段

-

前段

170~220

注塑压力MPa

60~100

成形时间s

注塑时间

15~60

高压时间

0~3

冷却时间

15~60

总周期

40~130

1.3塑件的体积与质量

计算塑件的质量是为了选用注射机及确定型腔数。

1）计算塑件的体积：

V1=l1b1h1=25×12×3=900mm3

V2=l2b2h2=22×1.5×17=561mm3

V3=l2b2h2－6×1.5×17=561－153=408mm3

V4=2l4b4h4=2×1.5×1.5×17=76.5mm3

V5=πR2h/2=3.14×17×（92－62）/2=1201.1mm3

V=V1+V2+V3+V4+V5

=（900+561+408+76.5+1201.1）mm3

=3146.6mm3=3.15cm3

2）计算单个塑件的重量：

根据设计手册可查得聚乙烯（PE）的密度为ρ=0.94kg/dm3,故塑件的重量为：

W=ρV=0.94×3.15=2.96kg

第二章总体设计方案的确定

2.1分型面的选择

模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离得接触称之为分型面。

在模具设计阶段，应首先确定分型面位置，然后才能选择模具的结构。

分型面的形状应尽可能简单，以便于制品成形和模具制造。

分型面的形状可以是平面、阶梯面或者曲面。

选择分型面时，通常应考虑一下几项基本原则：

（1）分型号面应选择在制品的最大截面处，否则制品无法脱模;

（2）尽可能使制品留于动模一侧，因为注射机的推出液压缸设在动模的一侧，制品留在动模一侧有利于脱模机构的设置;

（3）有利于保证制品的尺寸精度；

（4）有利于保证制品的外观质量；

（5）尽可能满足制品的使用要求；

（6）尽量减小制品在合模方向上的投影面积，以减小所需锁模力；

（7）长型芯应置于开模方向；

（8）有利于排气；

（9）有利于简化模具结构；

（10）在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。

图2.1分型面的选择

根据零件和形状结构，注塑口在分型面上，介于凸台和底座的边缘处，使得制品表面较光滑。

该塑件为卷连门零件，表面质量无特殊要求，塑件外观和尺寸精度要求都不高。

选择如图2.1所示的分型面，脱模过程中塑件在型腔中冷却，留于动模。

便于塑件脱模。

此外，还可降低模具的复杂程度和便于侧抽芯。

2.2排气方式的确定

在注塑过程中，需要排出的气体主要有两种：

一是浇注系统和模腔内的气体，二是熔体分解放出的气体和模具受热放出的气体。

当用排气槽时，塑料熔体在注入型腔的同时，必须置换出型腔内的空气和从熔体中逸出的挥发性的气体，作为注射模组成部分的排气槽如果设计不合理，将会产生如下弊端：

（1）增加熔体充模流动的阻力，使型腔无法被充满，导致制品棱边不清晰；

（2）在制品上呈现明显可见的流动痕和溶接痕，使制品的力学性能降低；

（3）滞留气体使制品产生银纹、气孔、剥层等表面质量缺陷；

（4）型腔内气体受到压缩后产生瞬间局部高温，使熔体分解变色，甚至炭化烧焦；

（5）由于排气不良，降低了熔体的充模速度，延长了注塑成形的周期。

在卷连门配件设计中，由于制品的结构不是很复杂，采用分型面、推杆间隙、侧向抽芯间隙等排气。

2.3型腔数目和排列方式的确定

该制品最大高度为20mm，最大宽度12mm，重量约为2.96g，制品结构相对简单，但是本塑件凸台薄壁上有圆孔，所以要采用侧向抽芯结构。

对制品的尺寸、外形结构等方面考虑，采用一摸十腔，这样可以提高生产率，降低成本。

一模多腔排列时，型腔在模板上通常采用圆形排列、H形排列、直线排列以及复合排列等。

在设计时应注意一下几点：

（1）尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，保证制品质量均一和稳定；

（2）型腔布置和浇口开设部位应力求对称；

（3）尽可能使型腔排列紧凑，以便减小模具的外形尺寸；

（4）型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽然有利于浇注系统的平衡，但加工困难。

图2.2本塑件在注射时采用一模十件，非平衡排列。

第三章浇注系统的设计及计算

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射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大，它的设计合理与否，直接影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易。

无论用于何种类型注射机的模具，其浇注系统通常由主流道、分流道、浇口套和冷料穴四部分组成。

3.1分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的进料通道。

在多型模腔中分流道必不可少，而在单型腔模具中，有时可省去分流道。

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

分流道截面形状可以是圆形，半圆形，矩形，梯形和U形等，本塑件采用的截面形状为梯形。

分流道尺寸由塑料品种，塑件的大小及流道长度确定，对于重量在200g以下，壁厚在3mm以下的塑件可用下面经验公式计算分流道的直径。

D=0.2654W1/2L1/4

式中：

D----------分流道的直径，mm

W----------塑件的质量，g

L----------分流道的长度，mm

对于梯形分流道，H=2D/3;PE分流道直径一般在1.6-10

分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，本塑件采用非平衡式布置，是指分流道到各型腔浇口长度不相等的布置，这种布置使进入型腔有先有后，因此不利于均衡送料，但对于型腔数量多的模具，为了不使流道过长，也采用，为了达到同时充满型腔的目的，各浇口的断面尺寸要制作得不同，在试模中要多次修改才能实现。

因为本模具分流道较长，在分流道末端应开冷料穴。

3.2浇口设计

浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。

浇口的主要作用有如下几点：

（1）熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。

（2）熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。

（3）易于切除浇口尾料。

（4）对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。

对于多浇口的单型腔模具，浇口除了能用来平衡进料外，还能用以控制熔接痕在制品中的位置。

常用的浇口类型有直浇口、侧浇口、点浇口等几种形式。

本模具浇注系统采用侧浇口形式，侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故又称边缘浇口，其断面为矩形，其优点是截面形状简单、易于加工、便于试模后修正。

缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹。

中小型制品的多型腔模常采用侧浇口设计方案。

3.3流动比校核

在确定塑件制件的浇口位置时，还应该考虑塑件的允许的最大流动距离比（简称流动比）。

流动比是指熔体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比。

当浇注系统和型腔尺寸各处不相等时，流动比计算公式为：

K=

=

+

+

+

+

=

+

+

+

+

=27.7≤Kp=280

式中K-------流动比；

Li-------流动路径各段长度，mm；

ti--------------流动路径各段的型腔厚度，mm；

n---------流动路径的总断数

Kp--------允许的流动比，PE为280。

第四章成型零件设计

4.1成型零件结构设计

注射模具的成形零件系指构成成型腔的模具零件，包括凹模、型芯、成形杆等。

凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成形杆用以形成制品的局部细节。

成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。

4.1.1凹模的结构设计

凹模是成形制品外表面的成形零件。

按凹模结构的不同可以卵击石其分为整体式、整体嵌入式、组合式各镶拼式四种形式。

本模具上凹模采用整体式凹模，用电火花加工（电火花成形加工又称放电加工或电蚀加工。

它是指在一定的介质中，通过工具电极和工件之间脉冲放电时的电腐蚀作用对工件进行加工的一种工艺性方法。

电火花成形可加工多种高熔点、高强度、高纯度、高韧度材料，可加工特殊及复杂形状的零件，因此被广泛用于各类模具加工中）。

整体式凹模的特点是强度和刚度高，不会使制品产生拼接缝痕迹，但加工较困难，需用电火花机床或立式铣床加工，热处理也不方便，仅适合于形成简单的中小型制品。

另外本模具下凹模的型腔比较复杂，采用整体嵌入式凹模，用线切割加工模子（电火花线切割加工是利用移动的细金属丝作工具电极，在电极和工件间施以脉冲电压，通过电极和工件之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行加工）。

适用于中小型制品的多型腔模具。

将做好的模腔嵌入到凹模固定板中。

整体凹模的外形多采用带台阶的圆柱体或长方体，从下部嵌入到凹模固定板中，整体嵌入式凹模和固定板之间采用过渡紧配合，甚至过盈配合，以便使凹模固定牢靠。

4.2成形零件工件尺寸计算

该成型零件工件尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。

在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑件和成型零件的尺寸均按单向极限制，如果塑件的公差值双向分布的，则应按这个要求加以换算。

而孔中心矩尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。

查表可知聚乙烯材料的成型收缩率为S=2.0%~5.0%，故平均收缩率Scp=（2.0+5.0）%/2=3.5%，查表9.4-5取模具制造公差Δm=Δ/3。

4.2.1凹模的径向尺寸计算

凹模是成型塑件外形的模具零件，其工件尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐的增大。

所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。

上凹模的径向尺寸计算公式：

L=[（1+k）L塑－（3／4）Δ]

式中L塑-------------凹模径向名义尺寸（最小尺寸）；

k----------------所采用的塑料的平均成型收缩率；

Δ---------------塑件的尺寸公差；

δ---------------模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3~1/6。

尺寸25

：

L=[（1+k）L塑－（3/4）Δ]

=[25×（1+0.035）－0.75×0.25]

=25.7

4.2.2上凹模的深度尺寸计算

凹模的深度尺寸计算公式：

H=[（1+k）Hm－（2/3）Δ]

（式9.4-12）

式中：

Hm------------塑件高度方向的公称尺寸。

尺寸3

：

H=[（1+k）Hm－（2/3）Δ]

=[（1+0.0355）×3－0.67×0.1]

=3.05

4.2.3下凹模的径向尺寸计算

尺寸22

：

L=[（1+k）L塑－（3/4）Δ]

=[22×（1+0.035）－0.75×0.44]

=22.44

尺寸6

：

L=[（1+k）L塑－（3/4）Δ]

=[6×（1+0.035）－0.75×0.24]

=6.03

尺寸9

：

L=[（1+k）L塑－（3/4）Δ]

=[9×（1+0.035）－0.75×0.29]

=9.1

4.2.4下凹模的深度尺寸计算

尺寸17

：

H=[（1+k）Hm－（2/3）Δ]

=[（1+0.035）×17－0.67×0.1]

=17.37

尺寸5

：

H=[（1+k）Hm－（2/3）Δ]

=[（1+0.035）×5－0.67×0.24]

=5.02

第五章脱模机构设计

注塑成形每一循环中，塑料制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出制品的装置称为脱模机构也称推出机构。

脱模机构设计原则：

1）保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观，这是对脱模机构最基本的要求。

在设计时必须正确分析塑件对模具黏附力的大小和作用位置，以便选择合适的脱模方式和恰当的推出位置，使塑件平稳的脱出，同时推出位置应尽量选择在塑件的隐蔽处，使塑件外表面尽量不留推出痕迹。

2）为使推出机构简单、可靠，开模时应使塑件留于动模，以