塑料模具设计课程设计.docx

塑料模具设计课程设计.docx

《塑料模具设计课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《塑料模具设计课程设计.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

塑料模具设计课程设计

塑料模具课程设计说明书

学生姓名：

王志群

学号：

201231060113

学院：

材料科学与工程学院

专业年级：

高分子材料与工程

题目：

聚四氟乙烯垫圈的设计

指导教师：

晁敏

设计时间：

2015年06月

目录

第一章压缩零件工艺性分析1

1.1模塑方法的确定1

1.2材料的确定和工艺性分析1

1.2.1材料的选用1

1.2.2聚四氟乙烯塑料性能1

1.2.3聚四氟乙烯的成型加工特性2

1.2.4聚四氟乙烯塑料模塑工艺参数2

1.2.5塑件的结构工艺性2

第二章模具结构方案4

2.1模具类型4

2.2模具结构分析4

2.2.1阴阳模闭合形式4

2.2.2塑件加压方向的确定6

2.3成型零件的设计6

2.3.1阴模和模套6

2.3.2阳模的形式7

2.3.3阴阳模的配合和导向8

2.4结构零件的设计8

2.4.1导向零件8

2.4.2承压板和承压环10

2.4.3顶杆顶出机构10

2.4.4固定板和垫板11

2.4.5联接件螺纹11

2.4.6手柄的设计11

第三章压制模设计的有关计算12

3.1.1阴模尺寸计算12

3.1.2阳模尺寸计算13

3.1.3加料室高度H计算13

第四章模具总装配图14

五型腔加工工艺图16

第六章设计心得17

第一章压缩零件工艺性分析

1.1模塑方法的确定

该塑件为聚四氟乙烯圆形笔筒,塑件结构简单,为有底的同心圆结构。

整个塑件呈筒状，整个塑件高达63mm，大外径为77mm，小外径为38mm，壁厚为19.5mm，考虑到聚四氟乙烯独特的加工特性，为降低模具的加工制造成本，决定采用压制模生产。

塑件俯视图和左视图如下图1-1图1-2所示：

1.2材料的确定和工艺性分析

1.2.1材料的选用

塑料材料为聚四氟乙烯塑料。

1.2.2聚四氟乙烯塑料性能

聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，简写为teflon，是较柔软的白色结晶聚合物，表面手感滑腻，密度在2.14~2.30g/cm3之间，是现有作为塑料材料的聚合物中密度最大的品种。

一般称作“不粘涂层”或“易清洁物料。

这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。

同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了易清洁水管内层的理想涂料。

聚四氟乙烯不能燃烧，它的有氧指数高达95，对光作用稳定，也不受臭氧的作用，故耐大气老化性很突出。

1.2.3聚四氟乙烯的成型加工特性

（1）聚四氟乙烯从分子链结构看属于热塑性聚合物，但是由于分子链刚性大和分子量极高，致使熔融粘度极高，超过结晶转变温度327℃，所以不会出现熔融状态，温度升至380℃，粘度依旧高达1010Pa.s，因此聚四氟乙烯实际上仅只能出现凝胶状态，而不能出现熔融流动态，这就使聚四氟乙烯不能用一般热塑性塑料熔融加工方法加工，而只能采用类似于粉末冶金的方法加工；冷压成胚后再进行烧结。

（2）聚四氟乙烯是结晶型聚合物，冷却速率对制品结晶度有影响，因为也就对制品性能有较大的影响。

（3）聚四氟乙烯热导率小，需对加热速率的控制很重要，加热速率过快易造成部分材料过热分解。

（4）聚四氟乙烯线膨胀系数大，胚料加热至烧结温度以及热解后的制品冷却至室温，尺寸的变化都较大，这是与一般材料所加工的不同，给工艺控制带了了特殊要求。

1.2.4聚四氟乙烯塑料模塑工艺参数

预压温度：

室温

预压时间：

10～15min

预压压力：

50MPa

烧结温度：

375℃

烧结时间：

2h

1.2.5塑件的结构工艺性

（1）结构分析：

从塑料俯视图和左视图可见，该制品整体结构比较简单，整体为圆筒形，采用压制成型工艺。

（2）尺寸精度分析：

因为圆形笔筒粗糙度要求较高，塑件表面不得有熔接痕、飞边、四周不得有翘曲、收缩、尺寸不稳定等缺陷、所以在标注公差尺寸的时候按照GB/T14486表格选择一般精度为MT4级。

（3）孔的分析：

塑件要求成型一个孔，压制模适用于成型带有细小嵌件的塑件。

综上分析，采用压制模能够达到该塑件的工艺要求。

第二章模具结构方案

2.1模具类型

模具分为移动式模具、固定式模具和半固定式模具三种。

本设计采用目前国内广泛使用的固定式压制模，属于机内装卸的模具。

它装固在机床上，且本身带有加热装置，整个生产过程即分模、装料、闭合、成型及成型后顶出塑料件等均在机床上进行，故通称固定式模具。

固定式模具使用方便、生产效率高、劳动强度小、模具使用寿命长、，适用于产量大、尺寸大的塑件生产。

缺点是结构复杂、造价高、且安装不方便。

2.2模具结构分析

2.2.1阴阳模闭合形式

主要形式有敞开式、闭合式和半闭合式三种。

（1）敞开式压模，没有特殊的加料室，模具型腔同时是加料室，模腔的总高度也就是塑件的高度，型腔的封闭仅在阴阳模闭合时形成，且阴阳模无配合部分。

容易溢料，仅适用于压塑高度不大，外形简单、质量要求不高的塑件。

敞开式压膜结构简单，主要由阴阳模两部分组成，其定位靠导柱得以保证。

操作简单、制造成本低，对塑料形状无特殊要求，只需压缩率小。

每次称料应稍过量，用以补偿在阳模的压力下溢出的料，对粉状和粒状的塑料压塑为适宜。

（2）半闭合式压模，模具有加料室、挤压边，塑件有水平毛边。

阳模与加料室间的配合间隙或溢料槽可以让多余的塑料溢出，溢料槽还可以排气体。

阳模与加料室的单边配合间隙常取0.025~0.075mm。

这种模具应用广泛，适用于各种压塑场合。

由于有一定程度的溢料，故能获得较为紧密及高度上要求较为的塑件。

顶出时不再损伤塑料外表面。

缺点是对于流动性小的片状材料或纤维塑料的压塑会造成较厚的毛边。

可以做成带有挤压边缘的特殊封闭面，来改善毛边现象。

（3）闭合式模具，模具的加料室是模具型腔的延续部分。

阳模成型塑件的内表面。

阳模与加料室之间不存在挤压面，其配合间隙不宜过小，一般每侧约有0.07~0.08mm的间隙。

因为没有挤压变，压塑时，压机压力全部传递到塑件型胚上，因此获得紧密的塑件。

适用于压塑比容大的、流动性低的、粉状的和层状的塑料，也可成型某些形状比较复杂的塑件。

毛边极薄且呈垂直状，容易去除。

不适用于多型腔模具。

本设计的压制模采用闭合式模具，加工精确，塑件紧密正好适合本产品的生产。

闭合式模具设计时应注意以下几点：

塑料加料量将直接影响塑件的厚度,稍不准确时会引起塑件高度尺寸很大的误差。

模具的阳模和阴模配合较准确，装卸的时候需要十分注意。

为防止阴模型腔及阳模壁的磨损，需要较好的模具材料。

最好是退火后有较高硬度的材料。

卸模需要顶出装置，否则塑件很难取出。

闭合式模具一般不设置多型腔模，因为加料稍不均衡就会造成各型腔压力的不等会引起一些塑件欠压。

2.2.2塑件加压方向的确定

塑件在模内的加压方向。

指的是压力机滑块或凸模向模腔施加压力的方向。

加压方向对塑件质量、模具结构、脱模难易程度都有重要影响。

加压方向的确定原则如下：

有利于压力的传递。

塑件在模内的加压方向应尽量与物料在模内的流动一致，并使压力传递距离尽量短，以减少压力的损失，并使塑件组织均匀。

便于加料。

确定塑件在模内的加压方向，应使加料操作方便.

便于嵌件的安放和固定。

确定塑件在模内的加压方向的时候应优先将嵌件安放在下模。

有利于保证成型零件的强度，防止变形。

对于从正反面都可以加压成型的塑件，复杂型面一般宜放在下模。

加压方向选择应使凸模形状尽量简单、强度好。

有利于简化模具结构。

为有利于简化模具结构，加压方向的选择应有利于脱模，对于下顶出的压机应优先考虑使塑件留在下模。

加压方向还应有利于抽拔长型芯，当制品上具有多个不同方位的孔或侧凹时，应注意将抽拔距较大的长型芯与加压方向保持一致，而将抽拔距较小的型芯设计成能够进行侧向运动的抽拔机构。

要保证重要尺寸的精度。

因沿加压方向的塑件高度尺寸不仅与加料量多少有关，而且还受到飞边厚度的影响，故塑件精度高的尺寸不宜放在加压方向。

2.3成型零件的设计

2.3.1阴模和模套

阴模也称凹模，是模具的主要零件之一，成型时塑件在阴模中所获得外表面的形状和尺寸。

阴模一般均位于压模的下部，其内腔的形状、尺寸和结构取决于塑件的结构、压模的形状和材料的种类。

通常阴模是压模零件中制造工作量最大的一个零件，所以应该特别注意其结构的工艺性，为便于制造，一般阴模的形状是圆形或者矩形的。

而阴模的内腔可分为两部分，上部分是加料室，下部分为成型塑件的型腔。

模套在大多数情况下，其内孔成型塑件的部分外框形状，并包括在其上部盛放塑料的加料室，而在下部则装配阴模。

为了便于机械加工及便于取出压塑好的塑件，模套大部分是对穿的。

使用模套的目的在于当塑件较高或其下部特别复杂的时候，整体阴模型腔机械加工困难，若采用框架式的模套，则复杂部分可由阴模来完成。

如果整体阴模其型腔机械加工并不困难时，则采用整体型腔而不必采用框架式模套。

阴模的形式

（1）整体式阴模。

由整体式阴模由整块金属做成，使用牢固，强度高，压塑的塑件质量好，但加工困难，消耗贵重金属多，操作中损伤后较难修理，适于成型外形简单的塑件。

（2）组合式阴模适合成型外形尺寸大或阴模复杂的塑件，为便于模具机械加工、热处理，一般可做成组合式阴模。

这种形式的阴模是借螺钉与下垫板彼此结成一体，可用销钉定位。

（3）装配式阴模适合成型大型模具，为了易于机械加工及调制处理，并节约优质钢材。

组成模具的各块板之间不用螺钉进行连接，而是靠它们之间互相扣锁而后压入模套而形成。

本设计的聚四氟乙烯垫圈结构简单，脱模容易故选用整体式阴模。

2.3.2阳模的形式

阳模通常位于压机的上部，其功用是在压塑成型过程中，将压机的压力传递到塑料上去并成型塑件的内表面。

阳模由两部分组成，上口部分为导向部分，此部分阻止熔化的塑料向外溢出；另一部分为塑件成型部分，其壁带有斜度，以利于脱件。

（1）组合式阳模，有时候考虑到加工及节约优质钢材，可采用组合式阳模。

组合式阳模借助螺钉将阳模与阳模固定板连接成一体的结构，它多用于大型固定式压模。

（2）突肩式结构的阳模，这种结构是用镶入法使阳模与阳模固定板连接，阳模上部有突肩、并在阳模固定板上覆以垫板，以防止阳模上升。

此种结构简单，使用广泛。

（3）整体式阳模，单型腔移动式模多采用整体式阳模，其结构牢固，在分模时，虽经卸模架经常的撞击，但对塑件尺寸影响较小，缺点是消耗贵重钢材较多。

这种模具适用于凸度不高和形状简单、加工方便的塑件。

2.3.3阴阳模的配合和导向

敞开式、闭合式、半闭合式压模的凸凹配合结构各不相同，其配合形式及该处的尺寸是压模设计的关键问题，配合环带设计的好，能使塑件上的毛边变得很薄去除毛边很方便，不致于损坏塑件的表面，多余的塑料能很顺利的通过排料槽而挤出，压塑过程中所产生的废气也能很顺利的排除。

闭合式压模的配合形式，其凹凸模的配合过程中，加料室断面尺寸与型腔断面尺寸相同，二者之间不存在挤压面，阳模进入阴模配合部分并开始压制塑料之前，先经过高度不小于10mm带锥面的导向部分。

由于导向部分对于每一种模具来说是很有必要的，故加料室的高度应保证全部塑件装入后，在其上口应留下不小于10mm高的空间部分。

本制品为通孔型垫圈结构简单，采用整体式阳模。

2.4结构零件的设计

2.4.1导向零件

各种类型的模具在阴（阳）模各自的位置上，都装有导柱及在其相对应的模具位置上都设有导柱孔，其作用是使阳模进入阴模时具有准确的方向，防止阴、阳模边缘碰伤。

另外压制模成型时塑件形状的几何不对称性，则可能造成阳模产生单向侧压力，此时，导柱能保证阳模和阴模不产生单面摩擦。

导柱结构的要求:

（1）形状：

为保证导柱毫无阻碍的进入各自对应的阳模，导柱端部应该做出圆锥形或球形。

（2）长度：

导柱导向部分的长度应该比阳模端高出3~5mm，以免导柱尚未导正方向而阳模先进入型腔与型腔相碰面而损坏。

（3）数量及布置：

根据模具的不同形状和大小，分别在模具的空闲位置设置导柱（导柱孔）。

移动式矩形模具通常为二导柱式，为避免阴、阳模搞错方向，其中一根导柱尺寸比另一个做的大一些。

（4）材料：

导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。

（5）固定形式及配合精度：

固定端通常用H7/n6或者H7/m6配合装入固定板后将尾部铆牢于固定板上面，以免使用时拉出，它适用于固定板后面不装垫板的模具。

台阶式导柱，其特点是装导柱的固定板后面必须有垫板或其他压紧块，以免导柱工作时向上松动。

本课程设计采用的是台阶式导柱，其结构如下图a

图a：

台阶式导柱

（1）结构：

无导套导柱孔直接开在模板上，这种形式的孔加工简单，适用于生产批量小，精度要求不高的模具。

固定式压模或精度要求高、批量生产大的注射模则采用镶入导套的形式保证导向机构的精度。

（2）要求：

i）形状：

为了使导柱能够顺利的进入各自对应的阳模上的导柱孔内，则阳模的导柱孔的伤口边缘应倒一圆角R。

通常不设导套的模具中，导柱直接安插在相对应的阴模上的导柱孔中，导柱孔则须做成通孔，以利用排除空气及清除废料。

ii）材料：

可以用淬火钢或铜等耐磨材料来制造，但其硬度应低于导柱硬度，这样可以减轻磨损，以防止导柱或导套拉毛。

2.4.2承压板和承压环

承压板和承压环又称限制块，它是安放在阳模固定板与型腔上平面之间起限制阳模的行程作用的板，它主要用在固定式压模中。

在固定式压模中，有了承压板之后就可以通过磨削承压板的顶面高度来精确调节阳模慎入型腔的深度，这就满足了保证塑件高度及减少毛边厚度的要求，同时简化了模具加工工艺。

承压板的厚度一般为8~10mm,从而使模具的高度增加。

2.4.3顶杆顶出机构

在固定式模具中，顶出杆位于塑件顶出部位的下面，直接或间接与塑件接触，并固定在专用的称为顶出板的上面。

压机的下顶出柱装上尾轴后，可直接顶出顶出板上，尾轴继续上升，塑件即被装于顶出板上的顶出杆顶出。

压机内顶出系统的结构

i）压机下部带有高压液体传动的顶出柱，这种结构是顶出柱沉于压机下模板中央的一个大孔中。

顶出时，顶出柱上升至与下模板台面齐平。

ii）压机下部带有框架的顶出装置，每当压机上模板上升至一定位置时，两侧的拉杆即被一起拉起，于是装在框架上的顶出柱亦随之升出压机下模板台面。

尽管固定式压制模的顶出机构随压机顶出系统的结构形式的不同而有许多不同的方案，但实际生产中最广泛应用的模具结构系带有底板的压模。

采用的顶杆如下图b所示

图b顶出杆

2.4.4固定板和垫板

（1）固定板是用以固定型芯（阳模）或型腔、导柱、导套或顶杆等用的。

固定板与阳模的连接方式常用有台阶孔固定法，平面固定法和沉板固定法。

本设计小型塑件，阳模较小，故采用台阶孔固定法，其固定部分采用H7/n6（D/ga）或H7/m6（D/gb）配合，这种形式拆装方便，适合中小型阳模的固定，其缺点是加工与阳模配合的台阶孔时费工时。

（2）垫板是盖在固定板后面的平板，其作用是防止型腔或型芯（阳模）、导柱、导套或顶杆等脱出固定板并承受型腔或型芯（阳模）或顶杆的压力。

垫板与固定板的连接方式常用的有螺钉连接法和铆钉连接法。

本设计采用适合机内卸模的螺钉空连接法，为了增加连接强度，采用内六角螺钉。

具体形式如下图c：

图c固定板和垫板连接

2.4.5联接件螺纹

螺纹联接件的类型有很多，塑料模具中最常用的的是螺栓和螺钉以及与螺栓配合使用的螺母和辅助件垫圈等。

对于塑料模具，如果模套中由几个用螺栓组成一体的零件组成时，在设计时应特别注意由于压力的作用零件间产生间隙的问题。

2.4.6手柄的设计

为了使移动式压模操作方便起见，在模具的侧面装置手柄，手柄的主要要求是使用方便和连接得可靠结实。

塑件较小，采用平板形式的手柄，其边缘必须倒成圆角。

第三章压制模设计的有关计算

3.1模具型腔设计

加工塑件如上图所示，具体尺寸如下，

外表面尺寸：

D1=D2=38.5mm，H1=63mm

内表面尺寸:

d1=38mm，h1=63mm

塑件及原材料聚四氟乙烯

公差取MT4级=IT10

比容：

v=1.8～2.8cm3/g

密度：

p=2.22g/cm3

收缩率：

Q=3.1%～5.0%

塑件及原材料（聚四氟乙烯）：

外径公差0.25，其余取公差0.20

Q平均=（3.1%+5.0%）/2=4.05%

3.1.1阴模尺寸计算

D=（D+DQ-0.75

）+δz

=（77+77×4.05%-0.75×0.25）+0.25/3

=79.931+0.0833

DM1=（D1+D1Q-0.75

）+δz

=（38.5+38.5×4.05%-0.75×0.25）+0.25/3

=39.87+0.0833mm

DM2=（D2+D2Q-0.75

）+δz

=（38.5+38.5×4.05%-0.75×0.25）+0.25/3

=39.87+0.0833mm

HM1=（H1+H1Q-2/3

）+δz

=（63+63×4.05%-2/3×0.20）+0.20/3

=65.42+0.067mm

3.1.2阳模尺寸计算

dM1=（d1+d1Q+0.75

）-δz

=（38+38×4.05%+0.75×0.25）-0.25/3

=39.73-0.083mm

hM1=（h1+h1Q+2/3

）-δz

=（63+63×4.05%+2/3×0.20）-0.2/3

=65.68-0.067mm

3.1.3加料室高度H计算

成型塑件所需塑料体积

V=V实-V空=63×38.52

-63×19.252

=70036

mm3=220019.076mm3=220.019cm3

m=V×ρ=220.019×2.22g/cm3=488.44g

V0=V×v×ρ=220.019×2.3×2.22g/cm3=1123.32cm3

V——塑件的体积V0——所需塑料原料的体积

Ρ——塑料的密度v——塑件的比容积取2.3

m——塑件的质量

加料室面积F=38.52

=46.566cm2

故闭合模的加料室高度

H=

+（1~2.5）=25.206+（1~2.5）=26.206~27.706cm

最后选取H=26.5cm。

第四章模具总装配图

应用画图软件AutoCADMechanical2012-简体中文，格式转换软件福羲阅读器

画图具体步骤：

（1）先按照要求设置三个图层，分别是中心线0.15mm,center;粗实线0.3mm;细实线0.15mm。

（2）先用直线画出上模固定板，一个矩形，然后通过捕捉里面的中心点捕捉固定板的中心点然后画出中心线。

（3）采用直线画出上模固定板下面的加热板。

（4）通过螺钉联接将上模固定板和加热板固定住。

期间先画出中心线，然后在中心线左边画出一般螺钉，然后通过镜像对称直接画出另一半螺钉。

用到了捕捉中的交点和垂足以及倒角的使用。

（5）画出右上方的导柱，期间用到的功能主要有“直线”和“偏移”。

（6）在画导柱的过程中用到了相切圆工具将导出两点联接。

（7）运用直线和正交画出图形中所有的矩形框架图。

（8）运用“圆角”功能画出图形中中需要圆角的部分。

（9）用“局部剖切线”功能剖出图中的剖面

（10）用“填充”填充剖面中的阴影线，改变填充线的角度从而画出不同的阴影线。

（11）采用直线和文字标注来进行零件各部分的标注。

最后为了能够插入word中，用福羲软件虚拟打印机转换为PDF格式，在转换为图片格式插入。

1—上模固定板；2—螺钉；3—上凸模；4—凹模；5—加热板；6—导柱

7—型芯；8—下凸模；9—导套；10—加热垫板；11—推杆；12—挡钉

13,15—垫板；14—下模固定板；16—拉杆；17—推杆固定板

18—型腔固定板；20—承压板；21—加热圈

过程：

先加料，然后闭合模具，塑料在模具中成型，然后动模开始移动，塑件留在动模板上，推杆在机器的推动下向上运动，将塑件顶出型腔中，完成脱模。

五型腔加工工艺图

画图步骤：

主视图

（1）先确定阴模然后用捕捉中的中心点捕捉画出中心线

（2）选用直线采取正交的方法按照所计算出的尺寸还是画边框

（3）采用圆角对直角处开始修剪

（5）画出整体式阳模

（6）采用切线圆画出圆弧

（7）采用镜像画出另外一半

（8）采用修剪对图形中凸出的线条进行修复

（9）用“局部剖切线”功能剖出图中的剖面；

（10）填充阴影斜纹，标注具体尺寸和引线注释。

第六章设计心得

第一次接触和专业相关的课程设计，而且还是没有学过CAD的基础上，所以前几天一直处于摸索阶段，不断地翻看各种书本去寻求灵感。

这次设计的是聚四氟乙烯的通孔垫片。

前期的准备各种主要是了解聚四氟乙烯的各种性能，这时候才知道以前学的知识的重要性。

比如说塑料材料学、成型加工方法。

也许很多时候我们所学的内容会觉得不重要，但是真正有一天要用的时候才发现当初的自己应该好好学习。

本次设计采用的是压制模，这种方法通常是模塑方法中较为简单的。

然而在简单的东西要把它做好还是很难，再设计的过程中你要综合考虑各个零件的尺寸要求以及它们的相关性。

在设计过程中要始终把握简单、高效、经济的准则。

只有这样设计出来的产品才能大众化，才有市场价值。

这次课程设计最大的收获莫过于自学CAD软件了，以前总觉得知识只有老师讲过之后才能够学会。

通过这次的自学过程发现知识老师永远不可能讲完全，我们要掌握学习的方法。

当然了，我们也要充分利用各种资源去学习，比如说网络。

比如说同学，只有这样你才能快速高效的掌握一门知识。

通过这次课程设计我明白知识要活学活用，要从细节处去发现问题的价值所在，而不应该停留在表层，要善于思考。

比如说模具设计，我们平常可以考虑塑料的各种特性以及我们使用的习惯，从人性化的角度出发设计产品，而不应该凭空想象。

以上就是我这次的设计心得。