机电一体化论文首饰盒注塑模具设计与制造 终稿.docx
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机电一体化论文首饰盒注塑模具设计与制造终稿
四川理工学院成人高等教育
毕业设计（论文）
题目首饰盒注塑模具设计与制造
教学点
专业机械设计制造及其自动化
年级
姓名
指导教师
定稿日期：
四川理工学院成人教育学院
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
专业班级
机械设计制造及其自动化
设计（论文）题目
首饰盒注塑模具设计与制造
接受任务日期
完成任务日期
指导教师（签名）
指导教师单位
设计（论文）内容目标
1、综合运用平时所学理论基础，基本知识和基本技能，提高板和分析解决实际问题的能力。
2、查阅相关文献和资料，制定设计或实验方案。
3、参考文献不得少于6篇。
4、设计、计算、绘图。
5、总结和撰写论文。
6、在规定时间内完成老师布置的论文内容。
设计（论文）要求
1、内容丰富，立意新颖。
2、资料详实，运用得当。
3、语体正确，合符规范。
4、层次清晰，中心突出。
5、论证充分，结论合理。
6、正文不少于4000字。
参考资料
[1]范植坚.电解加工技术及其研究方法.北京国防工业出版社，2004
[2]郑云生.汽车轮胎翻修.北京:
人民交通出版社，1985[4]刘国钧、王连成：
《图书馆史研究》，高等教育出版社，1979年第1版，第15-18页。
[3]王庆林，李莉敏，韦纪祥.UG制造过程实用指导.北京：
清华大学出版社，2002
[4]李志刚，李玉华，欧洲模展上的先进模具技术[J].模具工业，2002，10（4）：
4-7
注：
此表由指导教师填写后发给学生，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作。
首饰盒注塑模具设计与制造
摘要
本次设计以注射首饰盒模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程，能很好的学习致用的效果,在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件,把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、UG等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。
关键词：
UG模具；设计分流道；脱模
DESIGNANDMANUFACTUREOFJEWELRYBOXINJECTIONMOLD
ABSTRACT
Thedesignofinjectionmoldwithjewelryboxasthemainline,integratedmoldingprocessanalysis,molddesign,theprocessingmethodofmoldcomponents,moldthegeneralassemblysuchasaseriesofmoldproductionprocess,goodcanlearntousetheeffect,inthedesignofthemoldandsummarizespreviousdiedesignthegeneralmethodsandsteps,themolddesigncommonlyusedformula,data,thediestructureandcomponents,hadlearnedbasiccoursetointegratethecomprehensiveapplicationofthedesign,inthedesigninadditiontotheuseoftraditionalmethods,atthesametimereferencesCAD,UGtechnology,theuseofOfficesoftware,andstrivetoreducethelaborintensity,theaimofimprovingtheworkingefficiency.
KEYWORD:
TheUGmolddesign,Designflow,Release
目录
第一章绪言1
1.1注塑简介1
1.2注塑分类与部件1
1.3注塑制造的优缺点1
第二章制造要求2
2.1制件要求及图样2
2.1.1制件要求2
2.1.2制件图样2
第三章塑件原材料与结构工艺性分析4
3.1原材料性能与使用要求4
3.2结构工艺性分析4
第四章成型设备选择与成型工艺编制5
4.1模具型腔的选择及计算5
4.2注射机初步选择5
4.3编制注射成型工艺5
4.3.1工艺流程5
4.3.2首饰盒注射成型工艺参数表5
第五章注射模具结构设计7
5.1分型面选择7
5.2浇注系统设计7
5.2.1浇口及分流道的设计7
5.3确定型腔及型芯镶件9
5.4确定模架型号与规格10
5.4.1动、定模板尺寸选择10
5.4.2侧向抽芯机构设计10
5.5脱模、冷却、排气系统的设计11
5.5.1脱模机构设计12
5.5.2冷却系统设计12
5.5.3排气系统设计12
5.6模具整体结构设计与绘图步骤12
5.6.1整体结构设计12
5.6.2注射机校核14
第六章注射模具主要零件设计与制造15
6.1技术要求15
6.1.1塑件技术要求15
6.1.2技术要求15
第七章注射模具装配与试模16
7.1定模装配与配做加工16
7.2动模装配与配做加工16
7.2.1动模装配16
7.2.2动定模成型零件粗抛光16
7.3首次试模17
7.4模具精抛光17
结论18
致谢19
参考文献20
第一章绪言
1.1注塑简介
注塑是一种工业产品生产造型的方法。
产品通常使用橡胶注塑和塑料注塑。
注射成型机（简称注射机或注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备，注射成型是通过注塑机和模具来实现的。
橡胶注塑：
橡胶注塑成型是一种将胶料直接从机筒注入模型硫化的生产方法。
橡胶注塑的优点是：
虽属间歇操作，但成型周期短，生产效率高取消了胚料准备工序，劳动强度小，产品质量优异。
塑料注塑：
塑料注塑是塑料制品的一种方法，将熔融的塑料利用压力注进塑料制品模具中，冷却成型得到想要各种塑料件。
有专门用于进行注塑的机械注塑机。
目前最常使用的塑料是聚苯乙烯。
所得的形状往往就是最后成品，在安装或作为最终成品使用之前不再需要其他的加工。
许多细部，诸如凸起部、肋、螺纹，都可以在注射模塑一步操作中成型出来。
1.2注塑分类与部件
1、注射模塑机（注塑机）有两个基本部件：
用于熔融和把塑料送入模具的注射装置与合模装置。
合模装置的作用在于：
1使模具在承受住注射压力情况下闭合；2将制品取出注射装置在塑料注入模具之前将其熔融，然后控制压力和速度将熔体注入模具。
2、目前采用的注射装置有两种设计：
螺杆式预塑化器或双级装置，以及往复式螺杆。
螺杆式预塑化器利用预塑化螺杆（第一级）再将熔融塑料注入注料杆（第二级）。
3、螺杆预塑化器的优点是熔融物质量恒定，高压和高速，以及精确的注射量控制（利用活塞冲程两端的机械止推装置）。
这些长处是透明、薄壁制品和高生产速率所需要的。
其缺点包括不均匀的停留时间（导致材料降解）、较高的设备费用和维修费用。
最常用的往复式螺杆注射装置不需要柱塞即将塑料熔融并注射。
1.3注塑制造的优缺点
1、注塑成型的优点是生产效率高，容易实现生产自动化。
2、缺点是所用的设备价格高，注塑模具的结构复杂，生产成本高，生产周期长，不适合单件小批量的生产，除了热塑性塑料外，一些流动性好的热固性塑料也可以用于注射方法成型，这都是由于注塑生产效率高，产品质量稳定所决定的。
第二章制造要求
2.1制件要求及图样
2.1.1制件要求
塑件材料为ABS，未注壁厚均为1.5mm，颜色为灰色或瓷白，大批量生产。
要求塑件不允许有飞边、毛刺、缩孔、气泡、裂纹与划伤等缺陷。
试设计并制造注射模具。
未注公差按MT5级精度加工。
2.1.2制件图样
图2-1首饰盒二维草图
图1.2首饰盒三维实体图
第三章塑件原材料与结构工艺性分析
3.1原材料性能与使用要求
1、该塑件所用塑料为ABS，是家用电器及汽车行业常用的一种热塑性工程塑料，具有优良的综合性能。
2、模具设计方面注意事项：
需采用较高的料温与模温；注意选择浇口位置，避免浇口与熔接痕位于塑料件显眼处；塑料件顶出时表面易顶白或拉白，因此应合理设计顶出机构；溢边值为0.04mm。
3、ABS具有吸湿性，吸水率少高，若存放严密，可不干燥。
通常工厂生产前都有干燥。
干燥温度T=80－85°C，干燥时间2－4小时。
成型收缩率在0.3%～0.8%之间，通常取平均收缩率0.5％。
4、注塑工艺条件
①熔化温度170-200℃，建议温度185℃；②模具温度50-80℃（模具温度将影响塑件表面粗糙度，温度较低则导致塑件表面质量差）；③注射压力取50-100MPa；④注射速度宜中高速度。
5、注意点对于电镀产品，表面质量要好，不允许有顶出痕迹。
壁厚不能太薄，厚壁有利于电镀。
3.2结构工艺性分析
1、塑件尺寸精度分析
该塑件属于日用品，零件较小，外形不复杂，精度要求不高，配合部位精度为MT4，其他尺寸精度为MT6。
注射成型尺寸精度容易保证。
2、塑件表面质量分析
该塑件要求外形美观，表面粗糙度0.1μm，要求较高。
另外求塑件不允许有飞边、毛刺、缩孔、气泡裂纹与划伤等缺陷。
壁厚为1.5mm，容易注射成型，ABS成型性能较好，塑件外观质量容易保证。
3、塑件结构工艺性分析
由塑件图纸可知，零件为盒形体，结构简单，尺寸精度一般，壁厚均匀且符合最小厚度要求，采用注射成型工艺方案最佳。
第四章成型设备选择与成型工艺编制
4.1模具型腔的选择及计算
1、该塑件尺寸较小，复杂程度一般，但表面质量要求较高，两个塑件外形相似，质量接近，采用一模两腔的模具结构较合理，即一次生产可注射盒体和盒盖两个塑料件。
2、由三维软件可计算塑件体积为：
V＝V1+V2＝cm3，流道体积：
V′＝cm3
3、查ABS塑料密度ρ＝1.04g/cm3，塑件质量m＝（V+V′）ρ＝（+）×1.04＝g
4.2注射机初步选择
1、根据塑件外形尺寸，估算模架尺寸。
ABS塑料适合螺杆式注射机，查塑料注射成型工艺参数表，注射压力在P＝50～100Mpa之间。
2、注射机锁模力：
F机≥P模·A面
3、浇注系统和塑件在分型面上的投影面积A面≈π（D1/2）2+π（D1/2）2+π（D3/2）2+6×35=3.14×（24.92+29.52+32）+210=4707.7+210=4917.7mm2=4.92×10-3m2查表得模具内型腔压强P模＝30×106Pa，F机≥P模·A面＝20×106×4.92×10-3＝98400N=98.4KN
4、查本书表8－12，XS-Z-60注射机锁模力和注射量均能保证。
初选螺杆式注射机型号XS-Z-60。
4.3编制注射成型工艺
4.3.1工艺流程
完整的注射工艺过程包括:
1、成型前的准备;2、注射过程；3、制品的后处理。
1、成型前的准备:
为了使注射成型顺利进行和保证制品质量，生产前需要进行原料预处理、清洗机筒、预热嵌件和选择脱模剂等一系列准备工作。
2、注射过程：
注射过程一般包括：
加料——塑化——注射——冷却——脱模。
3、制品的后处理：
退火，消除残余应力；调湿，使塑件颜色、性能及尺寸得以稳定。
4.3.2首饰盒注射成型工艺参数表
表4-1首饰盒注射成型工艺参数
ABS
预热和干燥
温度70～80°C
成型时间（s）
注射时间
1～5
时间4～8h
保压时间
20～40
料筒温度（°C）
前段
200～210
冷却时间
20～90
中段
210～230
成型周期
40～135
后段
180～200
螺杆转速r/min
28
射嘴温度（°C）
180～190
后处理
方法
红外线灯
模具温度（°C）
70～110
温度（°C）
鼓风烘箱100～110
注射压力（Mpa）
80～130
时间（h）
8～12
第五章注射模具结构设计
5.1分型面选择
该塑件结构较简单，分型面选在外形最大轮廓处
（a）盒体分型面选择
（b）盒盖分型面选择
图5-1首饰盒塑件分型面确定
5.2浇注系统设计
5.2.1浇口及分流道的设计
1、塑件尺寸较小，型腔排列为一模两件，能采用的浇口形式有点浇口、侧浇口、潜伏式浇口。
点浇口使盒盖塑件表面留有浇口痕迹，外观质量达不到要求，不能采用。
而侧浇口与潜伏式浇口的痕迹都在塑件背面不明显处，不影响外观质量，均可采用。
本套模具采用侧浇口。
由塑件结构可知，分流道和浇口若选在塑件中心位置，模具两个型腔此处均有镶件，注射时高压熔融塑料直接冲击镶件，将会使镶件变形甚至弯曲断裂。
因此应采用圆弧形分流道以避开模具镶件，如图5-2所示。
图5-2分流道形式与浇口位置
2、为确保塑件留在动模，防止主流道留在定模，主流道底部设计Z型拉料装置。
主流道、分流道、浇口与冷料穴结构尺寸如图5-3所示。
图5-3浇注系统结构与尺寸
表5-4首饰盒注射工艺卡
车间
×××
首饰盒注射成型工艺卡片
资料编号
×××
零件名称
首饰盒
材料牌号
ABS
共页
第页
装配图号
×××
材料定额
××
设备型号
XS-Z-60
零件图号
×××
单件质量（净）
240.21g
每模件数
2件
材料干燥
设备
干燥机
温度（°C）
70～80
时间（h）
4～8
料筒温度
（°C）
前段
200～210
中段
210～230
后段
180～200
射嘴
180～190
模具温度（°C）
50-80
成型时间（s）
注射时间
1～2
保压时间
3～5
冷却时间
10～15
压力（Mpa）
注射压力
70～90
背压力
50～70
后处理
温度（°C）
时间定额（S）
辅助时间
3
时间（s）
单件
22
检验
编制
校对
审核
组长
车间主任
检验组长
主管工程师
5.3确定型腔及型芯镶件
1、由于动模型芯结构较复杂，镶拼零件较多，通常模具设计从动模型芯开始。
为便于动模型芯加工和抛光及节约贵重模具钢材，动模型芯采用组合式镶拼结构，如图4－8所示。
2、定模型腔结构确定为方便定模型腔数铣加工、配研和抛光，也采用组合镶拼式结构，在模板上开框镶入。
型腔、型芯尺寸传统计算方法见教材“注射模成型零件尺寸确定”，在3D设计中只需输入收缩率与脱模斜度，绘图软件会自动计算模具工作零件的相关尺寸。
3、型腔排位型腔排位如图5-5所示。
图5－5型腔排位
4、定模镶件尺寸确定，取模腔到镶件边缘距离20mm，则镶件宽度：
B1=75+2×25=125mm，圆整为130mm。
镶件长度：
L1＝2×（74+25）+2×25＝248mm，圆整为250mm。
模腔最深处h＝12.9mm，取定模镶件厚度H1＝15+12.9＝27.9mm，圆整为30mm。
5、动模镶件尺寸确定，动模镶件可直接把凸模加工好后镶入动模板内。
动模镶件最高凸起11.4mm，取动模板厚度B=25mm。
5.4确定模架型号与规格
5.4.1动、定模板尺寸选择
1、定模板尺寸：
长×宽×高＝（250+2×25）×（130+2×25）×（30+20）＝300mm×180mm×50mm动模板长宽尺寸和定模板取一致，厚度取25mm,即300mm×180mm×25mm
2、模架选择，由浇注系统和动模型芯镶拼结构，查本书表5－4，选择直浇口A型基本模架。
由动、定模板尺寸，选用1830模架较合适,即：
宽×长＝180mm×300mm。
5.4.2侧向抽芯机构设计
1、两个塑件都存在侧凸搭扣结构，尺寸为8mm×0.8mm，4mm×l.2mm。
两处侧抽芯位置较小，采用其他抽芯结构较难实现，模具结构也复杂。
因此采用斜顶杆侧抽芯结构比较合适。
侧凸较小，抽芯距取4mm，塑件推出高度15mm已完全脱离动模型芯，取推出距离为25mm，用作图法求得斜推杆倾斜角度为10.1°，圆整为10°。
为使斜推杆在推出时稳定可靠，设计斜推杆导向底座，如图5－6所示。
用同样方法设计另一处斜推杆。
图5－6斜顶杆设计
5.5脱模、冷却、排气系统的设计
5.5.1脱模机构设计
1、该盒形塑件深度较低，加强筋较少，脱模斜度足够。
因此本套模具主要采用推杆推出，在有搭扣和加强筋处设计有两条斜推杆。
2、在φ2铰链处采用活动型芯，该处塑件没有封闭，只有两面贴紧活动型芯，包紧力很小，因此塑件被推出后采用手工脱模。
5.5.2冷却系统设计
1、定模型腔镶件采用直通式水流冷却。
2、动模主要是型芯温升高，应加强冷却。
对于两个型芯采用冷却效果好的水井隔片式冷却。
5.5.3排气系统设计
1、本套模具可利用分型面、推杆、斜顶杆、活动型芯等零件之间的间隙进行排气。
5.6模具整体结构设计与绘图步骤
5.6.1整体结构设计
1、打开AutoCAD，建立新图名，将该制品图形插入；
2、建立新图层：
其中包括尺寸线图层、冷却水图层、推杆图层、型腔和型芯图层、中心线图层、虚线图层；
3、将图纸缩放到1：
1，塑件尺寸加收缩率；
4、将塑件图镜射成型腔、型芯图，并更换成型腔、型芯图层；
5、绘制并完善各零件；
6、标注总体、配合和主要零件外形尺寸；
7、调入图框，填写标题栏和明细表，详细说明技术要求；
8、清理图块，减小占用计算机空间。
如图5－7推出形式与推杆平面位置，图5－8所示为模具立体结构，图5－9为模具平面结构。
图5－7推出形式与推杆平面位置
图5－8所示为模具立体结构
图5－9为模具平面结构
5.6.2注射机校核
1、本模具的外形尺寸为300mm×2300mm×240mm。
查本书表8－12，XS－Z－60型注射机模板最大安装尺寸为190mm×300mm，模具最大安装厚度200mm，最小厚度70mm。
2、本套模具的闭合高度H＝240mm，因此，厚度不能满足模具的安装要求，长宽尺寸也没有安装余量，初选注射机不合用。
3、查本书表8－12，选用XS－Z－125型注射机的最大开模行程S=300mm，最大模具厚度300mm，长宽最大安装尺寸260×300，满足要求。
4、两板模开模行程计算：
Smin≥H1+H2+A+C+（5～10）＝15+70+10＝95mm，满足开模要求。
因此，XS－ZY－125型注射机能够满足使用要求。
第六章注射模具主要零件设计与制造
6.1技术要求
6.1.1塑件技术要求
1.外形加工完成后装入定模板内，配作φ14浇口套孔，装入浇口套；2.数铣型腔、分流道。
表6－1定模型腔镶件机械加工工艺规程卡
6.1.2技术要求
1.组合镶拼型芯1、2、3分别线切割成型，未注脱模斜度均为0.5°；
2.数控铣R1.5mm，R6.5mm,成型面锥度0.5°；
3.抛光型芯成型面至Ra＝0.04μm；
4.镶件配作φ4mm销钉，装配后整体装入动模板内。
5.型芯外形线切割加工；
6.型芯装入动模板后数控铣R7.5mm，线切割斜顶杆孔；
7.电火花加工筋位。
第七章注射模具装配与试模
7.1定模装配与配做加工
1、模具零件加工完毕经检验合格，对照明细表核对数量，完成零件需要倒角、去棱的工作，清洗零件，领取标准件。
准备装配工具，为模具总装做好准备。
2、把定模小型芯4装入定模型腔镶件5中，装配到位后修平底面。
把装配好的定模型腔镶件5装入定模板7中，在分型面处镶件应高出0.2mm，收紧4颗M8螺钉。
3、按基准面把定模板和定模座板装配在一起，保证基准面平齐，收紧6颗M12螺钉。
配钻φ13.8mm孔，用φ14铰刀铰孔，保证公差要求。
镗浇口套大端沉孔φ31×10，装入浇口套。
定位圈与定模座板配作2×M8螺纹孔，攻丝后装上定位圈，收紧螺钉，确保定位圈能压紧浇口套。
4、编程后在数控铣床上加工分流道和浇口。
7.2动模装配与配做加工
7.2.1动模装配
1、把动模型芯Ⅰ三个零件组装后装入动模板对应固定孔中，然后装入动模型芯Ⅱ，修平底面。
把动模型芯Ⅲ装入动模板对应固定孔中。
装配时确保垂直装入，底面与动模板平齐。
2、按基准面把支承板和定模板对齐，收紧动模型芯Ⅰ和型芯Ⅲ螺钉。
编程后数控铣动模型芯Ⅰ和动模型芯Ⅲ。
用φ2中心钻定位各顶杆孔位置。
3、线切割编程后，切割两处斜推杆孔（用大锥度线切割机床），活动型芯孔。
4、按基准装入推杆固定板、复位杆、推板、垫块、定模座板，收紧6颗M12螺钉。
钻铰各顶杆孔，在支承板和推杆固定板上配作顶杆孔。
5、拆除支承板，单边扩大斜推杆过孔4mm，推杆过孔扩大1mm。
线切割加工推杆固定板上两处导向座矩形孔，一处活动型芯孔。
顶杆孔扩大1mm。
6、粗加工复位杆和推杆长度，留精修量0.2mm，装入动模后把复位杆与分型面修平，推杆与动模型芯修平（可采用电火花机床修正）。
7.2.2动定模成型零件粗抛光
1、动、定模成型零件粗抛光，去除刀纹和加工痕迹。
2、动、定模分别加工、装配和配作完成后，合模配研碰穿面、擦穿面。
通常适用红丹粉和机油混合成糊状物，涂在模具主分型面一侧及需要碰穿的突出零件表面上，涂抹要均匀，薄薄一层即可，不能过厚或堆积。
动、定模安装在研合计上合模，通常碰穿的型芯都留有0.2mm配研修整量。
然后打开模具，检查主分型面另一侧及碰穿部位另一侧是否沾有红丹，若模具碰穿部位沾有红丹，而分型面一侧没有，说明碰穿型芯过高，否则型芯过低（不允许），修整型芯，再合模、开模，检查碰穿面，直到分型面和碰穿面都完全贴合为止，完成配研。
3、小型塑料模具可人工开、合模配研，而大中型塑料模具比较重，需在研合机上进行配研。
7.3首次试模
1、在模具制造基本完成后（镜面或有要求的表面还没有精抛光），必先上机试模。
其目的是提早发现模具设计及制造中的问题，以便及时对模具加以改进和修正，同时通过试模，初步提供塑件的成型条件。
2、试模前安装模具全部附件，如冷却水嘴、抽芯机构、热流道模具的加热与温控装置。
首次试模后，检查塑件壁厚是否均匀、碰穿面、擦穿面、有无飞边、脱模情况、有无困气，注塑工艺参数有无异常等情况，详细内容参见“4.5模具试模与维修”。
3、模具设计人员应对塑件成型性能、成型工艺、成型设备、模具安装等技术应有足够的了解，并亲临现场参加试模验证，对出现的问题拟订正确的修模方案，以节约
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