10ml注射器推杆注塑模具的设计.docx
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10ml注射器推杆注塑模具的设计
大学毕业设计（论文）
10ml注射器推杆注塑模具的设计
学生姓名：
专业：
机械设计制造及其自动化
学院：
轻工学院
二〇一一年六月六日
GraduationProject（Thesis）
DesignofInjectionMoldfor10mlSyringePutter
Student
PangYuan-lei
Supervisor
BUChi-wu
Specialty
MechanicalDesignManufacturingandAutomation
School
SchoolofLightIndustry
2011-06-06
毕业设计（论文）任务书
姓名：
学院：
班级：
机械-3
专业：
机械设计制造及其自动化
毕业设计（论文）题目：
10ml注射器推杆注射模具的设计
立题目的和意义：
本次模具设计不仅能对掌握的专业知识进行复查检验，还锻炼独立解决问题、提高查阅设计手册的能力，更加熟悉相关的国家标准和国际标准。
最重要的是能让我们学到的理论知识运用到实践中，提高实践能力，缩短理论和实用性的距离，使设计更接近实用。
技术要求与工作计划：
技术要求：
材料选用PP，缩水率为1.0006.
零件四周不能有披峰
零件不允许有顶白、气孔和接合线缺陷
尺寸公差符合国家标准
工作计划：
1.总体方案设计
2.完成模具组件设计
3.凹模、凸模的制造工艺分析
4.编写凹模、凸模数控加工程序
5.零件图设计
6.撰写设计说明书
时间安排：
1-3周 毕业实习，调研，搜集毕业设计资料
4-5周 总体方案设计（第一阶段检查）
6-11周 结构设计，完成装配图设计（第二阶段检查）
12周 控制系统设计
13周 零件工作图设计
14周 整理说明书（第三阶段检查）
15周 评阅，准备答辩（验收）
16周 答辩
指导教师要求：
（签字）年月日
教研室主任意见：
（签字）年月日
院长意见：
（签字）年月日
毕业设计（论文）审阅评语
一、指导教师评语：
指导教师签字：
年月日
毕业设计（论文）审阅评语
二、评阅人评语：
评阅人签字：
年月日
毕业设计（论文）答辩评语
三、答辩委员会评语：
四、毕业设计（论文）成绩：
专业答辩组负责人签字：
年月日
五、答辩委员会主任单位：
（签章）
答辩委员会主任职称：
答辩委员会主任签字：
年月日
摘要
以医疗常用的10ml注射器推杆作为设计对象，利用SolidWorks插件IMOLD进行模具设计。
在确定注塑机型号的基础上，进行了注射器推杆注塑模具各部件的设计，并对主流道和分流道的尺寸、顶杆的强度进行了校核。
最后完成了模具三维造型的设计和工程图的绘制。
关键词：
注射器推杆；注塑模具；SolidWorks；IMOLD。
Abstract
Theinjectionmoldhasbeendesignedbasedontheplug-inIMOLDofSolidWorksforthepopularandenvironmental10mlsyringeputter.Allthepartsofthemoldhavebeendesignedwithselectingthepropertypeinjectionmoldingmachine.Themainchannel,sub-channelandmandrilhavebeencheckedbytheirdesignparameters.Thethree-dimensionalmodelingandengineeringdrawingarefinished,theanimationaboutthedismountingforthedesignedmoldispresentedtoo.
Keywords:
syringeputter;Injectionmold;SolidWorks;IMOLD.
1绪论
1.1模具工业的地位
模具是工业生产中的主要工艺装备，模具工业是基础工业。
采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节省能源和原材料等一系列优点。
它已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。
现代工业品的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工重要。
1.2计算机技术在注射模中的应用
塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个重要方面。
它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。
传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。
计算机技。
目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。
1.3模具生产的发展趋势
中国已加入WTO，我国将获得一个更加稳定的国际经贸环境，大量外资企业将进入中国，各行各业将面临重大的机遇和挑战，模具行业也不例外，同时由于国内多数模具企业在技术上和质量上与国外先进水平存在较大差距，如何在最短时间内缩小这种差距，是关系近年来，随着塑料工业的飞速发展和工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：
家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。
一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。
工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。
2产品及其材料性能的分析
2.1造型设计
本设计实例为一10ml注射器推杆。
如图2-1所示。
图2-1注射器三维图（106×19×19mm）
2.2塑件成型工艺分析
2.2.1塑件的分析
外形尺寸该塑件壁厚1.5mm。
且壁厚均匀。
塑件外形尺寸不大，塑料融体流程不长，适于注射成型。
精度等级每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有的属于较高精度。
按实际公差进行计算。
脱模斜度pp属于结晶型热塑性塑料。
成型收缩率较小。
故模具型芯和型腔取统一脱模斜度1°。
2.2.2PP的性能分析
使用性能综合性能较好。
抗拉强度大，屈服强度高，有较高的弯曲疲劳寿命，耐热温度高；耐磨性高，有良好的耐应力裂开性。
较好的抗化学药品侵蚀性。
密度小，强度刚度硬度和耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右使用，具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响，但低温是变脆，不耐磨，易老化，适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。
成型特性结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。
流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔，凹痕，变形。
冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度。
料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易发生翘曲变形。
塑件壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
PP性能指标见表2-1。
表2-1PP性能指标
干燥温度（℃）
65~75
干燥时间（hr）
0.5~1
模具温度（℃）
35~65
残料量（mm）
3~10
熔胶温度（℃）
200~250
背压（Mpa）
9~17
注射压力（MPa）
80~130
锁模力约（ton/in2）
2
注射速度
中等
回料转速（rpm）
60~90
螺杆类别
标准螺杆（直通式喷嘴）
停机处理
关料闸啤清即可
塑料翻用（%）
15~30
2.2.3PP的注射成型过程及工艺参数
成型前的准备纯PP是半透明的象牙白色，可以染成各种颜色。
PP的染色在一般注射机上只能用色母料。
在华美达机上有加强混炼作用的独立塑化元件，也可以用色粉染色。
户外使用的制品，一般使用UV稳定剂和碳黑填充。
再生料的使用比例不要超过15%，否则会引起强度下降和分解变色。
PP注塑加工前一般不需特别的干燥处理。
注射过程塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型。
其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷去五个阶段。
PP的注射工艺参数:
注射机：
螺杆式，螺杆转速为30~60r/min。
料筒温度（℃）：
后段160~180；
中段180~200；
前段200~230。
喷嘴温度（℃）：
180~190。
模具温度（℃）：
40~80。
注射压力（MPa）：
70~120。
成型时间（s）：
30（注射时间2s，冷却时间20s，辅助时间8s）
3注射机型号的确定
3.1注射量的计算
通过三维软件建模设计分析计算得
塑件体积：
V塑=3.59cm3
塑件质量：
M塑=ρV塑=3.59×0.90=3.23g
式中：
ρ取0.90g/cm3。
3.2浇注系统凝料体积的初步估算
浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值。
但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。
由于本次采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料体积按塑件的0.3倍来估算。
故一次注入模具型腔的塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和8个塑件体积之和）为
V总=V塑（1+0.3）×8=3.59×1.3×8=37.34cm3
3.3选择注射机
根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V+总=37.34cm3+。
结合公式则有：
V总/0.8=37.34/0.8=46.68cm3。
根据以上的计算，初步选定公称注射量为60cm3，注射机型号为SZ-60,上海塑机厂产品。
其主要技术参数见表3-1。
表3-1注射机技术参数
理论注射容量/cm3
60
移模行程/mm
350
螺杆柱塞直径/mm
30
最大模具厚度/mm
450
注射压力/MPa
150
最小模具厚度/mm
220
注射速率/g·s-1
260
顶出力/KN
70
塑化能力/g·s-1
34
顶出行程/mm
100
螺杆转速/r·min-1
140
喷嘴球半径/mm
18
锁模力/KN
400
喷嘴口孔径/mm
7.5
拉杆内间距/mm
295×185
3.4注射机的相关参数的校核
注射压力的校核。
查表可知pp的所需注射压力为80~130MPa，因为pp的流动性好。
这里取P0=90MPa。
该注射机的公称注射压力P公=150MPa，注射压力安全系数k1=1.25~1.4，这里取k1=1.3，则：
k1P0=1.3×90=117MPa﹤P公，所以，注射机注射压力合格。
锁模力校核。
塑件在分型面上的投影面积经三维软件计算得：
A塑=7058.19mm2。
浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料在分型面上的投影面积A浇的数值。
可以按照多型腔模的统计分析来确定。
A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍。
由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料的投影面积可以适当的取小一些。
这里取A浇=0.2A塑。
塑件和浇注系统在分型面上的投影面积A总，则：
A总=n（A塑+A浇）=16×1.2A塑=16×1.2×7058.19mm2=67758.62mm2模具型腔内的胀模力F胀，则F胀=A总P模=67758.62×20N=2710344.8N=135.52KN式中，P模是型腔的平均压力值。
通常取注射压力的20%~40%。
对于PP大致范围是18~36MPa。
因为PP的流动性好，粘度低。
取P模=20MPa。
注射机的工程锁模力F锁=400KN，锁模力安全系数为K2=1.1~1.2。
这里取K2=1.2，则：
K2F胀=1.2F胀=1.2×2710.34=162.62KN﹤F锁。
所以，注射机锁模力合格。
注射机模具厚度校核。
模具闭合时的厚度应在注射机动、定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按3-1式校核
H最小＜H模＜H最大 公式（3-1）
式中
H最小—注射机所允许的最小模具厚度（mm）；
H模 —模具闭合厚度（mm）；
H最大—注射机所允许的最大模具厚度（mm）。
在这个设计中
H最小=220mm
H模 =260mm
H最大 =450mm
显然，220<260<450
所以注射机模具厚度也满足要求。
注射机最大开模行程校核。
塑件所需的开模距应小于注射机的最大开模行程。
对在液压机械联合锁模的立式、卧式注射机上使用的一般浇口模具，关系按3-2式校核
H1+H2+a+5～10mm≤s 公式（3-2）
式中
H1—脱模距离（推出距离）（mm）；
H2—塑件高度（mm）；
S—注射机模板行程（mm）；
a—取出流道凝料所需的分型距离（mm）。
在这个设计中
H1=10mm
H2=20mm
S=350mm
a=90mm
H1+H2+a+10=10+20+90+10=130mm
130<350因此，注射机模板行程也满足要求。
4拟定模具的结构形
设计中，利用solidworks软件做模具的插件IMOLD。
建立好分型面后自动创建凹、凸模来设计凹凸成型模具。
4.1造型
利用solidworks零件造型功能造出推杆的三维外形如图4-1。
图4-1塑件外形图
4.2前期准备
利用IMOLD插件功能导入塑件。
进行注塑模具设计的前期的数据准备。
其中Z方向即为模具的脱模方向。
原点和Z方向选择如图4-2。
图4-2脱模方向示意图
4.3创建新项目
数据准备完成后会生成一个塑件衍生件，在创建新项目时导入上一步生成的衍生件。
选择塑件的材料为PP。
4.4分型线的确定
利用IMOLD功能自动选择模具分型线。
其中分型线分为内外分型线两种。
其中粉色的为分型线。
如图4-3.
图4-3分型线示意图
4.5分型面的确定
利用上一步确定的分型线查找模具的分型面。
并做爆炸图如图4-4。
图4-4爆炸图
设计塑料成型模具时，分型面的设计是一个重要的设计内容，分型面选择合理，模具结构简单，塑件容易成型，并且塑件质量高。
如果分型面选择不合理，模具结构变得复杂，塑件成型困难，并且塑件质量差。
分型面的形状主要有平面、斜面、阶梯面、曲面等。
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。
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、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
为了便于塑件起模，分型面一般使塑件在开模时留在下模或动模上，且分型面应选在塑件外形的最大轮廓处。
选择分型面时，应尽量只采用一个与开模方向垂直的分型面，并尽量避免侧向抽芯与侧向分型。
对于有同轴度要求的塑件，模具设计时应将有同轴度要求的部分设计在同一模板内。
分型面的选择应有利于防止溢料。
当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机的最大面积时，就有可能产生溢料。
分型面的选择应有利于排气。
为此，一般分型面应与熔体流动的末端重合。
对于高度较高的塑件，其外观无严格要求时，可将分型面选择在中间。
此外，选择分型面是还应考虑到塑件的精度、塑件的外观质量要求、模具加工难易程度等因素。
分型面的形式参见《模具设计与制造简明手册》图2-40，其选择示例见《模具设计与制造简明手册》表2-47。
执行分型面创建中的复制、拉伸、平整等命令后得到分型面。
分型面创建完成后，如图4-5：
图4-5分型面示意图
4.6模具型芯和型腔的创建
在分型面的基础上创建型芯和腔。
型腔型芯
4.7创建模腔布局
模具采用一模八腔的形式。
布局采用对称垂直形式。
如图4-8所示。
图4-8模腔排布图
4.7.1型腔数量和排列方式的确定
型腔数量的确定该塑件的精度不是很高，且为大批量生产。
可采取一模多腔的结构形式。
同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初步定为一模八腔的结构形式。
型腔排列形式的确定多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。
由于该设计采用一模四腔，故采用直线对称排列。
模具结构形式的确定从上面的分析可以知道，本模具是一模四腔，对称直线排列，根据塑件的结构形状。
推出机构采用顶杆推出的形式。
浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用点浇口。
开设在塑件的底面。
因此，定模部分需要单独开设分型面取出凝料。
动模部分需要添加型芯定位框、型芯固定板、支撑板和脱模板。
由上综合分析可确定选用带脱模板的三板式双分型面注射模。
4.8模架的选用
即模架的导入。
模架的选用应根据实际情况而定。
本设计中，由于采用的浇口是点浇口。
为了取出流道凝料，模具必须设计成三板式。
进行二次分型。
即第一次流道平面分型，第二次分型面平面分型。
如图4-9。
图4-9模架示意图
5浇注系统的设计
5.1浇注系统的组成
注射模的普通浇注系统由主浇道、分浇道、浇口、冷料穴四部分组成。
主浇道：
从注射机的喷嘴与模具接触的部分到分浇道的一段流道。
分浇道：
从主浇道的末端到浇口为止的一段流道。
浇口：
从分流道的末端到模具型腔为止的一段狭窄的浇道。
冷料穴：
一般设在主浇道的对面，有时也设在分浇道的末端。
5.2主浇道的设计
主浇道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。
主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。
另外，由于起与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
5.2.1主流道尺寸
主流道的长度：
小型模具L主应尽量小于60mm，最大不能超过90mm。
本次设计取46mm。
主流道小端直径：
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=7.5+0.5=8mm。
主流道大端直径：
d1=d+2L主tanα=15mm。
式中α=4°。
主流道球面半径：
SR0=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=18+2mm=20mm。
球面的配合高度：
h=4mm。
主流道的凝料体积：
V主=π/3L主（R主2+r主2+R主r主）=3.14/3×46×（7.52+22+3.5×2）=5351.08mm3=5.35cm3。
主流道当量半径：
Rn=（7.5+4）/2=5.75mm。
5.2.2主流道浇口套的形式
主流道衬套为标准件可选购。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。
对材料要求严格，因此将主流道浇口套与定位圈设计为一个整体，设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为50~55HRC。
如图5-1。
图5-1浇口套
5.3分流道的设计
5.3.1分流道尺寸的计算
分流道的长度由于流道设计简单，根据四个型腔的结构设计，分流道较短。
故设计时可适当选小一些。
一级分流道单边长L1分=158mm。
一级分流道当量直径因该塑件的质量
M塑=ρV塑=3.59×0.90=3.23g＜200g，根据公式，分流道当量直径为
D1分=
=4mm
二级分流道单边长L2分=75mm。
二级分流道当量直径D2分=
=3mm
分流道的截面形状
常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等。
为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设置在分型面上。
本设计采用圆形截面。
设置在第一次分型面上。
分流道截面面
A1分=∏（R1分）2=3.14×4.52=63.585mm2.
A2分=∏（R2分）2=3.14×42=50.24mm2.
4）、分流道凝料体积
=
5）、校核剪切速率
注射时间t=2s
计算分流道体积流量
Q分=V塑+V分/t=（3.59+25.9）/2=14.745cm3/s
γ分=3.3Q分/∏R3分=0.97
×103s-1
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×102~5×103s-1之间。
所以，分流道内熔体的剪切速率合格。
在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。
它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。
因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
分流道的设计应尽量使比面积小，热量损失少，摩擦阻力小。
常用分流道的截面形状及尺寸参见《模具设计与制造简明手册》表2-49。
在考虑分流道设计时，由于其水平高度已经被主流道位置确定，因此，我们只要设计分流道的布置形式和截面形状即可。
考虑到圆形截面的分流道在注射过程中对塑料流动的阻力最小，流动效率最高，因此我们选用圆形截面的分流道，一级分流道直径为8mm，二级分流道直径为7mm。
由于我们所设计的模具是一腔四穴的形式，因此在主浇道分流后，设计了四根分浇道。
这样设计的优点是塑料在填充过程中较均匀和平稳，避免出现冷隔现象，有利于保证成形零件的成形质量。
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
主浇道和分流道布置位置下如图所示，其中主流道至各浇口流动距离相等，保证了塑料在填充过程中同时到达。
5.3.2分流道的布置形式
在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。
本例分流道采用两级。
一级分流道较长，二级分流道较短，如图5-2。
图5-2分流道示意图
5.4浇口设计
浇口是分流道与型腔的连接通道，它是浇注系统中截面最小的部分。
当熔融的塑料流通过浇口时，流速加快，同时，由于摩擦作用，塑料流的温度升高、粘度降低，流动性提高，有利于充满型腔。
所以，浇口的表面粗糙度Ra值不大于0.4um。
浇口的大小对塑件是否成型和成型后的质量有很大的关系。
浇口位置的选择有以下几个原则：
浇口设置在正对着型腔壁或粗大型心的地方，使高速料流直接冲击在型腔壁或型心壁上，从而改变流向，降低流速，平稳的充满型腔，可避免溶体破裂现象，消
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