模具设计与制造专业毕业设计.docx
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模具设计与制造专业毕业设计
一．前言---------------------------------------------------------------------2
二.塑件材料的选择及性能----------------------------------------------3
三．注塑成型的准备------------------------------------6
四.成型部分及其零部件设计-------------------------------------------10
五.成型零件工作尺寸计算----------------------------------------------15
六.模架的确定-------------------------------------------------------------20
七．导向与定位机构------------------------------------21
八．推出机构的设计------------------------------------------------------22
九．浇注系统设计---------------------------------------------------------22
十．排气设计-----------------------------------------31
十一．温度调节系统设计-------------------------------31
十二．型芯型腔的加工---------------------------------34
（1）芯的加工-------------------------------------------------------34
（2腔的加工------------------------------------------------------40
十三．模具价格估算-----------------------------------------------------42
十四.结束语----------------------------------------------------------------42
十五.参考文献-------------------------------------------------------------43
十六.教师评语---------------------------------------43
一．前言
序言
几年的大学学习已经结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。
随着我国制造业的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用，因此模具也得到了越来越快的发展。
。
在完成大学学习和课程及生产实习中，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和模具设计专业课方面的知识，对模具设计与制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。
对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我也进行了大量的实习。
在读书期间我就在芜湖奇瑞汽车有限公司冲压车间实习过一段时间，加上这半年来在广东和讯有限公司工作所获得的实际工作经验，使我对于模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具结构及其相关零件的制造工艺更是实现了零的突破。
在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在业余查阅了很多相关资料并结合亲手拆装的一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。
并在书店借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。
在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。
限于学生水平，而且缺乏足够经验，设计中难免有不妥之处，望请各位老师指正…
设计：
零八年五月
1．模具基础知识
在工业生产中，用各种压力机和装夹在压力机上的专用工具，通过压力机的压力，使金属或非金属材料在专用工具内变形，流动获得所需要的形状和尺寸的制件，这种专用工具统称为模具。
模具是成型金属，塑料，橡胶，玻璃，陶瓷等制件的基础装备，是工业生产中发展和实现少，无切削加工技术不可缺少的工具。
如汽车，拖拉机，电器，电机，仪器，仪表，电子等行业有60%~80%的零件需要模具加工，轻工日用品的生产需要的模具更多，螺钉，螺母，垫圈等标准零件，没有模具就无法大量生产。
由此看来，模具是工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备之一。
模具是一种高效率的工艺装备，用模具进行各种材料的成型，可实现高速度的大批量生产，并能在大量生产条件下稳定的保证制件的质量，节约原材料。
因此，在现代工业生产中，模具的应用日益广泛，是当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。
许多现代工业发展和技术水平的提高，在很大的程度上取决于模具工业的发展水平。
是模具工业的水平和发展状况已被认为是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。
2．利用模具加工制品的优点
（1）生产效率高，可实现制品与零件的高速度大量的生产。
（2）节约原材料，可实现少，无切削加工。
（3）制件质量稳定，有良好的互换性。
（4）操作工艺简单，利用模具生产制品时，不需要操作者有教高的技艺水平。
（5）利用模具批量生产的零件和制件成本低廉。
（6）所加工出的零件与制品可一次成型，不需要进行再加工。
（7）能制造出用其他方法难以加工，形状比较复杂的零件制品。
（8）容易实现生产的自动化和半自动化。
3．注塑模设原则
（1）选用合理的模具结构合理的模具结构是获得正确的塑件尺寸和形状的主要条件之一。
（2）塑件的侧孔和侧凹，尽量要由模具一次成型在模具设计时，为了获得侧凹和侧孔，应考虑镶嵌抽芯机构。
（3）所设计的模具的推杆顶出机构，要在使用时迅速可靠。
（4）所设计的模具，在零件成型后其浇口，浇道应容易去除。
（5）用模具注塑成型的零件，其表面粗糙度应细微，硬度要高，使用寿命长。
（6）所设计的模具应制造容易，生产周期短，成本要低廉。
（7）选择分型面时，应确保塑件留在动模一侧。
（8）要选择容易成型的浇道和流道。
（9）在设计模具时，要选择能迅速冷却的型腔与型芯。
（9）所设计的模具，应容易实现自动化生产，并长期连续运作不出故障。
二．塑件材料的选择及性能
1．材料:
PE
（1）基本性能:
PE是乙烯的共聚化合物，是塑料工业中产量最大的品种。
按聚合时采用的压力不同可分为高压、低压、中压三种。
低压聚乙烯的分
子链上的支连链较少，相对分子质量结晶度和密度较高（故又称高密度聚乙烯收缩率1.5℅-3.5℅）。
所以比较硬耐磨耐蚀耐热及绝缘性好。
高压聚乙烯有很多支链，因而相对分子质量较小，结晶度和密度较底（故称低密度聚乙烯收缩率1.5℅-3.0℅）。
且有叫好的柔软性和耐冲击性及透明性。
.
聚乙烯无毒无味,呈乳白色,成型的塑件有较好的光泽,密度为0.91-0.96g/cm3。
（2）主要用途:
聚乙烯在机械工业上用来制塑料管塑料板塑料绳以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等，高压聚乙烯常用来制作塑料薄膜、软管、塑料瓶、以及电器工业的绝缘零件和包裹电缆等。
.
（3）成型特点:
1.结晶料，吸湿性小。
2.流动性好。
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，与有机溶剂接触可发生开裂。
4.加热时间过长会发生分解烧焦。
5.冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模具要有冷却系统。
6.收缩率大。
取向性明显，质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。
（4）PE成型塑件的主要缺陷及消除措施
主要缺陷：
缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70°C左右热变形温度约为93°C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。
消除措施：
加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。
（5）PE主要技术指标
热物理性能
密度（g/cm3）0.91—0.96比热容（J/kg-1K-1）1255—1674
滞流温度130℃
力学性能
屈服强度（MPa）50抗拉强度（MPa）38
断裂伸长率（﹪）35拉伸弹性模量（GPa）1.8
抗弯强度（MPa）80弯曲弹性模量（GPa）1.4
抗压强度（MPa）53抗剪强度（MPa）24
冲击韧度
（简支梁式）无缺口261布氏硬度9.7R121
缺口11
电气性能
表面电阻率（Ω）1.2×1013体积电阻率（Ω/m）6.9×1014
击穿电压（KV/mm）\介电常数（106Hz）3.04
介电损耗角正切（106Hz）0.007耐电弧性（s）50—85
2．塑件的功能特性
一个完整的塑件不仅要具有一定的实用价值，塑件在形状，尺寸，表面质量，物理机械性能等方面，均有一定的指标要求。
因此，塑件设计者必须根据塑件使用功能，使用环境，受力状况，使用特点等，正确选择塑件材料，设计其几何结构，确定其几何尺寸的精度，以及各种使用性能指标要求。
要能够设计出价廉物美，坚固耐用，令人喜爱的塑件来。
令使用者感到安全，方便，舒适。
本次设计的是如图1-1所示的塑件，.该塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种小塑件,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素
塑件的产品图如图1-1所示
图1-1
3．塑件的工艺结构特性
在设计塑件时，要选择合适的材料，以保证在使用过程中的可靠性以及加工过程中的可行性，用以确定成型方法及成型工艺对塑件提出的工艺结构要求。
塑件的工艺结构设计主要内容包括：
塑件内外侧壁应有恰当的脱模斜度，内外表面接合处，即隅角处，加强筋端部和根部等以及所有能允许设计圆角的地方均应设计成圆角。
塑件壁厚要均匀，加强筋，凸台，支承面，边缘，底部形状的设计要保证其强度，利于其成型与脱模。
金属嵌件要满足塑件使用功能要求，与塑件连接牢固性要求，成型时方便在模具中固定，成型后容易从模具中脱出。
塑件表面花纹，图案，文字，符号等的设计要考虑其成型与脱模，使用中的损伤，模具加工等问题。
此外，处于塑件外形轮廓最大部分的分型线痕迹，不影响其工作特性及表观质量。
因此，在进行塑件工艺结构设计时，要充分了解其在使用中的机能，又要熟悉材料的性能特点，成型工艺过程及特点。
只有正确的工艺结构设计，才能保证塑件顺利成型，脱模，确保塑件质量，避免塑件在成型中出现裂纹，凹陷，气孔，银纹，疏松，污斑等一系列成型缺陷。
除上述以外，还应对塑件的焊接，电镀，涂装，印刷，压花，机械加工等后续工序予以考虑，并在塑件结构上采取相应的措施，以保证这些加工的顺利进行，并确保加工质量。
三．注塑成型的准备
1．注塑成型工艺条件
注塑成型工艺条件
1）温度；注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。
喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。
PE料与温度的经验数据如表1-1所示。
表1-1温度的经验数据
料筒温度/℃
喷嘴温度/℃
模具温度/℃
热变形温度/℃
后段
中段
前段
1.82MPA
0.45MPA
150~210
170~230
190~250
240~250
5~75
65~96
——
2）压力；注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。
注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。
保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。
对于像PE流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。
背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.4~27.5MPA。
3）时间；完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。
包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为3~5秒，保压时间一般为20~120秒，冷却时间一般为30~120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。
表1-2成型周期与壁厚关系
制件壁厚/mm
成型周期/s
制件壁厚/mm
成型周期/s
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表1-3所示。
表1-3制品成型工艺参数初步确定
特性内容特性内容
注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）48
喷嘴形式直通式模具温度50
喷嘴温度（℃）230后段温度（℃）150~210
中段温度（℃）170~230前段温度（℃）190~250
注射压力MPa90保压力MPa80
注射时间s1.5保压时间s5
冷却时间s20其他时间s3
成型周期s30成型收缩（%）0.6
干燥温度（℃）60~80干燥时间（℃）1~3
后处理温度70℃，保温时间2小时。
2．注塑机的选择
1）.注塑机基本参数
注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.
（1）公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.
（2）注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆（或柱塞）对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.
（3）注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.
常用的注射速率如表1-4所示。
表1-4注射量与注射时间的关系
注射量/CM
125250500100020004000600010000
注射速率/CM/S125200333570890133016002000
注射时间/S11.251.51.752.2533.755
（4）塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.
（5）锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.
（6）合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.
（7）开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.
（8）空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.
2）.选择注塑机
经UG估算该制品的重量为18.9克，所以该制品的体积为V制=M/P=18.9g/0.95g/cm
=21.05317.955cm
流道凝料V’=0.5V（流道凝料的体积（质量）是个未知数,根据手册取0.5V（0.5M）来估算,塑件越大则比例可以取的越小）；
实际注射量为:
V
=1.5V=1.5×17.955cm
=26933mm
实际注射质量为M
=1.5M=18.9×1.5=28.35g；
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即：
0.8V
≧V
V
=V
/0.8
=26933÷0.8=33665.6mm
=33.67cm
初步确定注塑机为下表所示，查国产注射机主要技术参数表取XS-Z-60,主要技术参数如下。
表1-5国产注射机XS-Z-60技术参数表
特性
内容
特性
内容
结构类型
卧
拉杆内间距（mm）
190×300
额定注射量（cm
）
60
开模行程（mm）
180
螺杆（柱塞）直径（mm）
38
最大模具厚度（mm）
200
注射压（MP
）
122
最小模具厚度（mm）
70
注射速率（g/s）
95
锁模形式（mm）
液压-机械
塑化能力（g/s）
40
模具定位孔直径（mm）
100
螺杆转速（r/min）
0~200
喷嘴球半径（mm）
10
锁模力（KN）
800
喷嘴口直径
----
3．注射机的校核
1）最大注塑量的校核
为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%~75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。
为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%~80%。
V
=26933mm
V
＝100cm
；
26.933÷100×100%=26.93%满足要求。
2）模具厚度（闭合高度H）的效核
闭合高度H必须满足下式
Hmin＜H＜Hmax
式中Hmin------注射机所允许的最小模具厚度
Hmax------注射机所允许的最大模具厚度
H-------闭合高度
70＜150＜200满足要求
3）开模行程的效核
对于象此塑件的单分型面的注射模需满足下式
Smax≥S=H1+H2+5～10mm
式中H1-----脱模距离mm
H2-----包括浇注系统疑料在内的塑件高度mm
180≥88.5=18.5+65+5～10mm满足要求
四.成型部分及其零部件设计
注塑模具每一次注射循环所能成型的塑件数量是由模具的型腔数目决定的。
型腔数目及排列方式，分型面的位置决定了塑件在模具中的成型位置。
1．型腔数量及排列方式
当塑料制件的设计已经完成，并选定所用材料后，就需要考虑是采用单腔模还是多腔模。
注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：
（1）塑件制件的批量和交货周期如果必须在相当短的时间内注射成型大批量的产品，则使用多腔模具可提供独特的优越条件
（2）质量控制要求塑件的质量控制要求是指其尺寸，精度，性能及表面粗糙度要求等。
如前所述，每增加一个型腔，由于型腔的制造误差和成型工艺误差的影响，塑件的尺寸精度要降低4%~8%，因此多型腔模具（N>4）一般不能生产高精度塑件,高精度塑件宁可一模一腔,保证质量.
（3）成型的塑料品种与塑件的形状及尺寸
（4）塑料制件的成本
（5）所选用的注塑机的技术规范
根据上述要点再结合塑件本身特点分析,考虑到该塑件是一般用品,查手册得塑件的经济精度推荐4级,,所以初定为一模四腔最合理.排列形式如图1-2所示
图1-2
2．分型面的确定
为了将零件和浇注系统凝料等从密闭的模具内取出，以及为了安放嵌件，将模具适当的分成两个或若干个主要部分，这些可以分离部分的接触表面，通称为分型面。
常见的取出塑件的主分面，与开模方向垂直。
从分型面数目来看，有单分型面，双分型面，多分型面。
从分型面形状来看，有平面，斜面，阶梯面，曲面。
从分型面与开模方向关系来看，有平行于开模方向，垂直于开模方向，与开模方向成一斜角。
选择塑件的分型面时应考虑以下基本原则：
（1）分型面应选择在塑件最大轮廓处；
当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选择在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向上塑件的截面积最大，否则塑件无法从型腔中脱出。
（2）确定有利的留模方式，尽可能将塑件留在动模一侧；因为在动模一侧设置和制造脱模机构简单易行。
（3）保证塑件的精度要求；
（4）满足塑件的外观质量要求；选择分型面时应避免对塑件的外观质量产生不利的影响，同时需要考虑分型面处所产生的飞边是否容易修整清除，当然，在可能的情况下，应避免分型面处产生飞边。
（5）便于模具加工制造；尽量选择平直分型面或易于加工的分型面。
（6）对成型面积的影响；注射机一般都规定其相应模具所允许使用的最大的成型面积及额定锁模力，注射成型过程中，当塑件（包括浇注系统）在合模分型面上的投影面超过允许的最大成型面积时，将会出现涨模溢料现象，这时注射成型所需的合模力也会超过额定锁模力，因此，为了可靠的锁模以避免涨模溢料发生，选择分型面时应尽量减少塑件（型腔）在合模分型面上的投影面积。
（7）对排气效果；分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁表面重合。
（8）对侧向抽芯的影响；当塑件需侧向抽芯时，为保证侧向型芯的放置容易及抽芯机构的动作顺利，选定分型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，将较深的孔或较高的凸台放置在合模方向，并尽量把侧向抽芯机构放置在动模一侧。
以上阐述了选择分型面的一般原则及部分示例，在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。
结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上.如图1-3所示
图1-3分型面
图1-4模具装配图
3．成型零件的结构设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。
成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。
因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
本套模具的成型零件包括凸模，凹模和主型芯和小型芯。
一）.凹模结构设计
凹模是成型塑件外表面的成型零件。
凹模的基本结构可分为整体式，整体嵌入式和组合式。
（1）整体式凹模很显然，它有较高的强度和刚度，但加工较困难。
需要用点火花，立式铣床加工，仅适合于形状简单的中小型塑件。
图1-5整体式凹模
（2）整体嵌入式凹模
它适用于小型塑件的多型腔模。
将多个一致性好的整体凹模，嵌入到凹模固定板中。
整体嵌入式凹模结构能节约优质模具钢，嵌入模板后有足够的强度和刚度，使用可靠且置换方便。
图1-6整体嵌入式凹模
（3）组合式凹模
通孔凹模在加工切割，线
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