盒盖注塑模具毕业设计范本.docx

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盒盖注塑模具毕业设计范本

武汉工业学院

毕业设计（论文）

设计（论文）题目:

盒盖的塑料成型与

模具设计

姓名陈磊

学号***********

院（系）机械工程系

专业模具

指导老师殷燕芳

2011年9月1日

第一章前言.………….………….………….………….….………5

1.1本研究领域的现状和国内外的发展趋势…….……………………………….…5

1.2本课题的研究内容.要求.目的及意义…………………………………….……6

第二章塑料的结构工艺性分析………………….……………….……8

2.1塑件的几何形状分析……………………………………………….………….....………….8

2.2塑件原材料的成型特性…………………………………………….………..……………..9

2.3塑件的生产批量……………………………………………………………...............……11

2.4设备的选择……………………………………………….……………..…………....……12

2.5锁模力的校核………………………………………….……………..…………....……13

2.6开模行程的校核…………………………………….……………..…………....………14

第三章分型面位置的分析和确定……………………………………15

3.1分型面的选择原则………………………………………………….…………….......…15

3.2分型面选择方案………………………………………………………..…………………15

第四章浇注系统的设计………………………………..…….……….17

4.1主流道的设计…………………………………………………………………………….17

4.2浇口设计…………………………………………………………………….…………….17

第五章成型零部件的设计………………………………………..…19

5.1成型零件的结构设计……………………………………………………….……........…….19

5.2成型零件工作尺寸计算……………………………………………………..………………19

5.3成型零件的强度及底板厚度计算……………………………………..…..……….……..20

5.4成型零件的钢材的选用…………………………………………………..…………….……21

5.5标准模架的确定…………………………………………………………………….……….22

5.6模架各尺寸的校核………………………………………………………..…………….……23

第六章成型设施备的校核计算………………………………………..24

6.1注射机注射压力校核…………………………………………………………………...……24

6.2注射量的校核…………………………………………………………………...……24

6.3锁模力的校核……………………………………………………………….………..………24

6.4安装尺寸的校核……………………………………………………………………..….……25

6.5推出机构的校核……………………………………………………………….…………..…23

6.6开模行程的校核……………………………………………………………………..…….…23

第七章导向机构的设计…………………….……………………….26

第八章温度调节系统……………………..…………………………27

8.1模具温度对制品质量的影响……………………………………………….………..……..26

第九章排气槽的设计………………………………..………………29

第十章模具的总体结构……………………..………………………29

总结……………………………………………………….…………….33

参考文献………………………………………………….…………34

致谢………………………………………………….…………35

第一章前言

1.1本研究领域的现状和国内外的发展趋势

1.1.1概述

21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化.智能化.柔性化和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率.缩短设计及生产周期，降低生产成本，最大限度的提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。

1.1.2国外的发展情况

国外的模具发展状况具体表现为以下七个特征

（1）集成化技术

现代模具制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术人员和管理的集成。

在开发模式制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成.智能集成

.串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需要。

（2）智能化技术

应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。

（3）网络技术的应用

网络技术包括硬件和软件的集成实现。

各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础，目前早通过了Internet实现跨国界模具设计的成功例子。

（4）多学科多功能综合产品设计技术

产品的开发设计不仅用到机械科学的理论和知识，还用到了电磁学.光学.控制理论等，甚至要考虑到经济.心理.环境.卫生及社会等各方面的因素。

产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品的动静态特性.效率.精度.使用寿命.可靠性与制造周期的最佳组合。

（5）虚拟现实与多媒体技术的应用

虚拟现实在21世纪整个制造中都将有广泛的应用，可以用于培训.制造系统仿真的实现基于制造仿真的世纪与制造.集成设计与制造.实现集成人的设计等。

美国已于1999年借助于VR技术成功地修复了哈勃太空望远镜。

多媒体技术采用多种介质来存储.表达处理多种信息，融文字.语音.图像与一体，给人一种真实感。

（6）反求技术的应用

在许多情况下，一些产品并不是来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具设计和制造以便制造出产品，此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据畸形实物的CAD几何模型的重新构造。

这种过程就是反求工程PE。

建立了CAD几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作。

（7）快速成型制造技术

快速成型制造技术RPM基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的集合复杂程度无关，尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性它不仅能够迅速制造出原型供设计评估.装配校验.功能试验。

而且还可以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具，从而避免了传统模具制造的费时和耗成本的NC加工，因而RPM技术在模具制造中发挥着重要的作用。

1.1.3国内的发展情况

目前国内模具行业的反展情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已经成为一个行业，但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少，精度低，制造周期长，寿命短，供不应求的情况。

一些大型.精密.复杂的模具还不能自行制造.需要每年花几百万.上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。

为了提高模具企业的设计水平和加工能力，中国模具协会向全国模具行业推荐适合于模具企业用的CAD/CAM系统。

但是国内优秀的CAD/CAM系统很少，只有少数适合模具行业应用。

而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力.强大的结构有限元分所能力.强大的计算机辅助制造能力.产品数据管理能力等，但是价格昂贵，一般企业难以支持。

1.2本课题的研究内容.要求.目的及意义

1.2.1本课题的研究内容

做盒盖的模具设计，使盒盖注射模结构简单，型芯.型腔.推出机构设计合理，并可自动脱模。

并书写开题报告，和模具说明说。

根据说明书画模具CAD图。

1.2.2本课题的研究要求

（1）检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。

（2）初步掌握进行模具设计的方法.过程.为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写好科研论文打下基础。

（3）培训自己的动手能力.创新能力.计算机运用能力。

1.2.3本课题的研究要求

（1）此塑件外表面不允许有印痕，并且要光滑。

（2）要使注射模结构简单，并且可自动脱模。

（3）流道设计合理，可保证产品质量冰球额又节约生产原材料。

（4）了解聚丙烯的性能.特性和设计时的要求。

1.2.4研究意义

（1）对于模具的设计可以从选材到设计到成型有一个完整的了解和初步的掌握。

以进一步的熟练掌握AuToCAD的运用。

（2）锻炼自己的独立思考能力和创造能力，为更好更快的适应工作作准备。

关键词：

模具设计斜顶杆抽芯盒盖注塑塑料成型工艺

第二章塑料的结构工艺性分析

2.1塑件的几何形状分析

该零件为四侧有内凹的盒盖塑件，由于侧壁有1.65mm左右的内凹，而且交界处并没有通过圆角或者斜面过渡，根据公式（A-B）*100%/B=1.65/23.05=7.2%大于%5不符合强制脱模条件，因此需要采用斜拉杆抽出，内抽芯使模具机构相对来说比较麻烦，由于塑件高度在25mm一下，所以不需要考虑脱模斜度，其他结构比较简单，壁厚也比较均匀，该塑件采用聚丙烯成型。

2.2塑件原材料的成型特性

表1聚丙烯的力学性能

材料性能

纯聚丙烯

玻纤增强聚乙烯

屈服强度/MPa

37

78-90

拉伸强度/MPa

-

78-90

断裂伸长率/%

>200

-

弯曲强度/MPa

67

132

弯曲弹性模量/MPa

1.45

4.5

简支梁冲击强度（无缺口）/（kj/m2）

78

51

简支梁冲击强度（缺口）/（kj/m2）

3.5-4.8

14.1

布氏硬度HBS

8.65

9.1

表2聚丙烯的热性能和电性能

材料性能

纯聚丙烯

玻纤增强聚丙烯

玻璃化温度/C

-18~-10

-

熔点（粘流温度）/C

170-176

170-180

45N/cm2

102-115

127

180/cm2

56-67

127

线膨胀系数/（10-5/C）

9.8

4.9

比热容/[j/（kg*K）]

1930

-

热导率/【W/（m*k）】

0.118

-

燃烧性/（cm/min）

慢

-

体积电阻/欧姆*cm

>1016

-

击穿电压/（KV/mm）

30

-

表3聚丙烯的物理性能

材料性能

纯聚丙烯

玻纤增强聚丙烯

密度/（g/cm3）

0.90-0.91

-

比体积/（cm2/g）

1.10-1.11

-

吸水性（%（24小时）

0.01-0.03

0.05

长时间

浸水18d0.5

-

透明度或透光度

半透明

-

表4聚丙烯的工艺参数

材料性能

纯聚丙烯

玻纤聚丙烯

成型收缩率/%

1.0-3.0

0.4-0.8

拉伸模量E/*103MPa

1.6-1.7

3.1-6.2

泊松比u

0.43

-

与钢的摩擦因数f

0.49-0.51

-

2.3塑件的生产批量

塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。

在大批量生产中，由于注射模具价格在整个生产费用中所占比例较小，提高生产率和注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。

如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。

该塑件生产类型属于小批量生产，由于四侧有内凹，推出机构设计比较麻烦，运动相对来说比较复杂，需要采用斜拉杆抽出，故采用一模一腔，这样可以使模具结构简单，制造成本降低。

2.4设备的选择

（1）塑件体积及重量

V=5.3*103*10-3=5.3cm3

又由于聚丙烯的密度为0.91g/cm3

m=5.3*0.91=4.9g

1.以容量计算时0.8V注>=V件

所以V注>=6.625cm3

0.8C>=G

C>=6.125g

根据以上数据可以采用SZ-60/450卧式注射机；该注射机的参数如下表：

理论注射量/cm3

105

螺杆（柱塞）直径/mm

35

注射压力/MPa

125

注射速率/（g/s）

75

塑化能力/（g/s）

10

螺杆转速/（r/min）

14-200

锁模力/KN

450

拉杆内间距/mm

280*250

移模行程/mm

220

最大模具厚度/mm

300

最小模具厚度/mm

100

锁模形式

双屈肘

定位孔直径/mm

55

喷嘴球直径/mm

20

2.5锁模力的校核

锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。

注射机锁模力的校核关系式为：

F≥kpA

式中F——注射机锁模力，查相关表得SZ-60/450锁模力为450KN

K——压力损耗系数，一般取1.1～1.2；

P——型腔内熔体的压力，本塑件p=30Mpa；

A——塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，

本模具A=3.6×10-³㎡

计算kpA=1.2×30MPa×3.6×10-³㎡=129.6KN<450KN

故注射机的锁模力足够，满足要求。

2.6开模行程的校核

开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程，对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关双。

双分型面注射模，其开模行程按下式校核

S≥H1+H2+a+（5-10）mm

式中S——注射机的最大开模行程，查资料得SZ-60/450机的最大开模行程S=220mm

H1——推出距离（脱模距离），为15mm

H2——包括浇注系统在内的塑件高度，为10.5mm

a是中间板（型腔板）与定模的分开距离（mm）取30mm

计算得：

H1+H2+a+5～10=15+10.5+30+10=60.5mm<220mm

因此，SZ-60/450的开模行程符合要求。

第三章分型面位置的分析和确定

3.1分型面的选择原则

在塑件设计阶段，首先应该考虑成型时分型面的形状数量，否则就无法用模具成型。

在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。

分型面选择是否合理，对工艺操作难易程度和模具设计制造有很大影响。

因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键塑件质量工因素。

选择分型面总的原则是保证塑件质量，且便于制品脱模和简化模具结构：

由参考文献[1]可知

.分型面的选择应便于塑件脱模和简化模具结构，选择分型面应尽量使塑件开模时留在动模；

.分型面应尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除和修整；

.分型面的选择应保证塑件尺寸精度；

.分型面选择应有利于排气；

.分型面选择应便于模具零件的加工；

.分型面选择应考虑注射机的规格。

3.2分型面选择方案

根据该塑件的形状，分型面选择的方案有如下几种，分析比较如下：

1分型面选择方案1.如图所示：

1、定模板2、动模板

图3-1

分型面与开模方向垂直，置于最大截面处，塑件包紧在动模型芯上。

利用推出机构易于推出，开模行程合理，模具结构简单，制造方便，塑件成型精度高，能够满足要求。

2分型面选择方案2图所示

1、定模板2、动模板3、型芯

图2-2

1、定模板2、动模板

图3-2

与方案1很类似，但是此方案比方案1加工难度大，推出机构也相对来说比较复杂，模具成型精度不高，加大了模具的制造复杂性和成本，所以此方案不如方案1好。

综上所述，分型面采用方案一，模具结构简单。

塑件成型精度可靠。

第四章浇注系统的设计

浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔各处，以便获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑件。

因此要求冲模速度快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与塑件分离或切除，而且在塑件上留下的浇口痕迹小。

所谓浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道。

浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两类。

普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。

浇注系统的作用是将熔融塑料引入模腔，并将注射压力传到模腔各部位，压实熔融塑料以获得密度均匀、外观清晰、尺寸稳定的塑料制品。

4.1主流道的设计

主流道是浇注系统中从喷嘴与模具相接触部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道，属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具中的过渡阶段，因此它的形状和尺寸非常重要。

主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度和压力的塑料熔体冷热交换的反复接触，属于易损件，对材料的要求高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式----浇口套

主流道部分尺寸如下:

主流道小端直径

d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）=4+1=5mm

主流道球面半径

SR=注射机喷嘴球面半径+（1～2）=20+1=21mm

凹坑深度

h=3～5取h=3mm

主流道锥角α=3°～6°，取α=3°

流道壁表面粗糙度Ra=0.4～0.8μm取Ra=0.63μm

主流道长度L一般≤60mm，取40mm

主流道大端直径

取D=9mm

浇口套材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC-57HRC。

将浇口套与定位圈设计成整体，用螺钉固定在定模板上，防止浇口套受到模腔内塑料的反压增大。

4.2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，起着调节控制料流速度，补料时间及防止倒流等作用。

浇口的形状、尺寸、位置对塑件的质量产生很大的影响。

浇口设计与塑件性能、塑件形状、截面尺寸、模具结构及注射工艺参数等因素有关。

总的要求是使熔料以较快的进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭，因此浇口截面要小，长度要短，这要可增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。

类型及位置的确定

直接浇口适用于任何塑料，常用于成型大而深的塑件，熔体的压力损失少，成型容易。

但由于浇口处固化慢，容易造成成型周期延长，产生较大的残余应力，超压填充，浇口处易产生裂纹，浇口凝料切除后塑件上疤痕较大。

点浇口位置能灵活确定，成型后表面质量好，但由于浇口面积较小，需提高注射压力，增加模具成本。

潜伏式浇口，为了不影响产品外观，要开设二次浇口，但其二次浇口加工困难。

由于模具结构采用的是双分型面，在第一个分型面分开时要将浇口处的冷料拉断，所以需要采用点浇口。

第五章成型零部件的设计

构成塑料模具模腔的零件统称为成型零件。

5.1成型零件的结构设计

型腔.由于成型塑件的总体吃寻不是太大，型腔采用整体式，它是在整块金属模板上加工而成的，其特点是牢固，不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹，整体式型腔常用于简单的中小型模具上。

型芯.凸模是用于成型塑件内表面的零部件，有时又称型芯或成型杆。

凸模与模板做成整体，结构牢固，成型质量好，但钢材消耗量大，适用于内表面形状简单的小型凸模。

由于本塑件尺寸较小，对材料不能构成浪费，为了使其结构牢固，安装方便，配合简单，本制件可选用整体式凸模。

5.2成型零件工作尺寸计算

成型零部件工作尺寸计算有平均值法和公差带法两种。

本设计为便于计算采用平均值法。

塑件尺寸按一般精度取MT5级，模具制造公差等级为IT10。

由表1-1塑件的尺寸公差知各尺寸如下：

1型腔的径向尺寸70.6+0.750

根据塑件尺寸，查[9]表3-2相应δz=0.25mm

式中Ls塑件外形基本尺寸为70.6mm

Scp塑件平均收缩率（1.0-3.0）%,取Scp=2.0%

Δ塑件外形公差值Δ=0.74mm

②型腔的深度10.5

根据塑件尺寸，查[9]表3-2相应δz=0.10mm

式中Ls塑件外形基本尺寸,为10.5mm

Scp塑件平均收缩率（1.0-3.0）%,取Scp=2.0%

Δ塑件外形公差值Δ=0.3mm

③型芯的径向尺寸66+0.750

根据塑件尺寸，查[9]表3-2相应δz=0.21mm

④型芯的高度8.2

根据塑件尺寸查，[9]表3-2相应δz=0.09mm

5.3成型零件的强度及底板厚度计算

塑料模型腔壁厚和底板厚度的计算，是模具设计中经常遇到的重要问题，尤其对大型模具更为突出，目前常用的计算方法是按强度和刚度条件计算两大类，但是实际的塑料膜却要求即不允许强度不足而发生明显变形，甚至破坏，也不允许因刚度不足而发生过大变形，因此，要求对强度和刚度加以合理考虑。

对于大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件计算，对于小尺寸型腔，强度不够则是主要矛盾，应按强度条件计算，强度计算的条件是满足各种受力状态下的许用应力，刚度计算的条件则由于模具的特殊性，可以从以下几个方面加以考虑：

1）要防止溢料

2）应保证塑件精度

3）要有利于脱模

型腔侧壁厚度

注射成型时，为了承受型腔高压熔体的作用，型腔侧壁与底板应该有足够的强度和刚度，以免因刚度或强度不够而破裂或失效。

该型腔侧壁厚，因其直接为定模板，可按整体式圆形型腔，参考文献[1]公式7-48

式中p型腔内压力.MPa,为40MPa,

r型腔内半径,为34mm

h型腔深度,为10.5mm

[σ]型腔材料的许用压力一般中碳钢为180MPa

H型腔外壁高度为30mm

考虑到导柱的长度和安装尺寸，预定的30mm显然满足上述尺寸，完全可以满足强度和刚度条件

型腔底版厚度

按强度条件计算献[1]:

参考文式7-57

所以对于型腔取厚度35mm,满足要求。

5.4成型零件的钢材的选用

此塑件是大批量件生产，成型零件的所选钢材耐磨性和抗疲劳性能良好；机械加工性能和抛光性能也应良好（参考文献【3】）。

所以：

动模座板

45钢

垫块

Q235

推板固定板

45钢

圆柱头内六角螺钉

45钢

推板导柱

T8A

推板导套

T8A

型芯固定板

45钢

推板

45钢

导柱

T8A

导套

T8A

定模板

45钢

定模座板

45钢

定位圈

T10A

浇口套

T10A

5.5标准模架的确定

模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度和刚度的条件下，结构越紧凑越好，可以以塑件布置在推杆的范围之内及复位杆与型腔保持一定距离为原则来确定模架大小，可以大致按下列经验公式来计算：

塑件在分型面上的投影宽度W′需要满足：

W′

塑件在分型面上的投影长度L′需要满足：

L′

式中W2是推板宽度（mm）

是复位杆在长度方向的间距（mm）；d是复位杆直径（mm）

根据以上二式可以求得W2和lt再对照中小型标准模架尺寸系列中相应的参数就可以确定模架大小和型号了

①A板尺寸

A板是定模型腔板，塑件高度为10.5mm，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一定的距离，因此，A板的厚度取30mm。

②B板尺寸

B板是凸模固定板，按照模架标