杯托注塑模设计毕业设计论文.docx

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杯托注塑模设计毕业设计论文

摘要

本设计是以“杯托注塑模设计”为主题。

其设计思路由参考多个生产事例而得出，设计内容是从零件的工艺分析开始的，根据工艺要求来确定设计的大体思路。

在设计当中，很多东西都是自己原来所没有接触过的，尤其是前段时间所学的理论课知识与现在的自己动手操作设计，设计顺序开始是从零件的材料选择，接下是成型参数、密度、收缩率的确定，模具种类与模具设计的关系、塑件的尺寸精度与结构、注射机的选择、模具设计有关尺寸的计算（包括模具行腔型芯的计算及其公差的确定）、注塑机参数的校核、模具结构设计、模具冷却、加热系统计算、注射模标准件的选用及总装技术要求等内容。

其次是模具的结构，在模具结构的设计当中，首先设计的是模具的型腔结构，接下来是型芯结构、斜导柱、滑块、导向机构、复位杆、拉料杆、推件杆和推出机构，这样做的目的是为了规范化，更重要的是为了以后与制造人员的配合。

既让自己有了良好的设计习惯，又能锻炼自己的配合意识。

为以后工作做一次演练，这样更能体现理论与实践相结合的目的。

前言

随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高。

在选择杯托这个题目时，主要是因为它在日常生活中比较常见。

因为每个家庭都有很多家用电器，当然杯托也是这些家用电器的必备产品。

选择它的目的在于它时常出现在我们的生活中，另外我们遇到的问题也不是什么大的问题，如果我们掌握了它的结构，以及它的性能，还有它的原理，那么每当我们发现它的毛病时，就可以自己动手去操作，把它的问题找出来，一方面可以解决问题，另一方面也可以发现它的那些地方会经常出现问题，在我们选择杯托时会留意一下。

在塑料制品的生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代成形设备等都是成形优质塑料的重要条件。

目前，我国制造业的水平仍然很低，1995年人均制造业增加值仅203.5美元/人，根据机械科学研究院采用“投入生产—系统动力学宏观经济模型”的预测，到2020年将达到1384美元/人，也仅仅相当于1950年美国的水平（1530美元/人），略高于日本1965年的水平，因此，我国的制造技术与国际先进水平相比还存在着阶段性差距。

近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜成绩。

虽然我国模具工业已取得较大的发展，但仍然不能满足国内经济高速发展的需要。

“十五”期间，我国模具市场在汽车、家用电器、电子及通信产品、建材、玩具、仪器仪表等行业将会有更大的需求。

但是我们的小型模具，比如像杯托这样的家用产品，因为它的产量较大，并且人们的生活中也不可缺。

它在我们的生活中所占的比重很大，这是不容我们忽视的。

因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国的模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期及降低成本。

由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。

而且应该是目前已有一定基础，有条件、有可能发展起来的产品。

1、塑件工艺分析

1.1塑件设计要求

该产品用于电源杯托上,要求具有绝缘性的作用。

该产品精度及表面粗糙度要求为一般精度,但在加工制造过程中要求各部分有一定配合精度关系。

1.2塑件生产批量要求

该产品为大批量生产。

故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模，可采用侧浇口自动脱模结构。

由于该塑件要求批量大，所以模具采用一模四腔的结构，浇口形式采用侧浇口，由于塑件相对较小，所以可以采用一点进料，以利于充满型腔。

相对于大塑件可采用相对于小的塑件大的分流道，以达到同时充模的效果。

1.3塑件的成型要求

化学性能稳定，绝缘性好，宜于成形加工等，闭弯折不容易产生损坏和断裂现象。

塑件表面要求无飞边或缩孔现象。

2、选用塑料

2.1酚醛塑料（PF）

性能:

1.一般工业电器用:

具有良好可塑性,适用于一般压塑成型,工艺性良好,机电性良好,光泽性好。

2.高电绝缘用:

适宜于压缩成形,除力学性能良好外,有优良绝缘性及耐水性。

3.高频率用:

有优良耐水、耐热性、耐高频率性、宜用于湿热带气候条件用。

4．耐水、耐热、耐油，耐腐蚀，防湿防霉用，有良好的机电性能。

5．耐冲击用：

有高抗冲击强度，电绝缘，防霉，防湿，耐水性能。

6．自然放霉，耐湿，耐酸特性及具有高度防湿，防霉，耐高频特性。

7．日用品用：

有一定机械强度，工艺性好、价格便宜。

用途：

1.可做工业电器开关及零件,仪表壳,纺织机械零件、矿灯零件,旋纽灯头,开关,杯托等日用电器零件

2.可作电绝缘性,耐水性要求较高的电器仪表及电讯工业零件,交通电工器材及无线电零件

3.可作耐高频的短波和超短波电讯器材,高绝缘试验仪器,无线电,雷达,电子管灯座等电器零件

4.可作要求耐热,耐水,防霉,防腐的各种电器零件,用于船舶,湿热带气候条件时

5.可用于有金属嵌件的复杂塑件,或用于防霉,防湿,防震场合时作真空管杯托,电磁开关座,蓄电池箱盖,通讯机外壳

6.可作蓄电池零件,人造纤维工业用零件,卫生医药用具,有酸,蒸气侵蚀的工作条件时零件以及湿度大,频率高,电压高的电器,机械零件

7.可作瓶盖,纽扣等日用品零件

2.2聚醚砜（PES）

性能:

具有耐热性优越的聚醚类塑料,热变形温度磕打260℃,高温下其力学强度也不降低，透明无毒,但易吸水

用途:

用于制造电器开关件,汽车变速器齿轮,线圈骨架,杯托,医疗器械飞机窗框

2.3聚碳酸酯（PC）

性能:

聚碳酸酯（简称PC）是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。

其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。

目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。

由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。

PC可注塑、挤出、模压、吹塑、热成型、印刷、粘接、涂覆和机加工，最重要的加工方法是注塑。

成型之前必须预干燥，水分含量应低于0.02%，微量水份在高温下加工会使制品产生白浊色泽，银丝和气泡，PC在室温下具有相当大的强迫高弹形变能力。

冲击韧性高，因此可进行冷压，冷拉，冷辊压等冷成型加工。

挤出用PC分子量应大于3万，要采用渐变压缩型螺杆，长径比1：

18~24，压缩比1：

2.5，可采用挤出吹塑，注-吹、注-拉-吹法成型高质量，高透明瓶子。

PC合金种类繁多，改进PC熔体粘度大（加工性）和制品易应力开裂等缺陷，PC与不同聚合物形成合金或共混物，提高材料性能。

具体有PC/ABS合金，PC/ASA合金、PC/PBT合金、PC/PET合金、PC/PET/弹性体共混物、PC/MBS共混物、PC/PTFE合金、PC/PA合金等，利有两种材料性能优点，并降低成本，如PC/ABS合金中，PC主要贡献高耐热性，较好的韧性和冲击强度，高强度、阻燃性，ABS则能改进可成型性，表观质量，降低密度。

2.4材料的确定及相关参数

方案一

采用酚醛塑料,它一般以（40-50）%的酚醛树脂作基本原料,加入（40-50）%填料、固化剂、催化剂、燃料、塑化剂及润滑剂等辅助料而组成，这样可以降低成本，另外换可以赋予他书性质以及材料的流动性，使之在高压下流入塑模时不致过多地溢出。

方案二

采用聚醚砜,虽然在高温下力学强度不降低,但是易吸水用在杯托上,特别是在用电设备上不太安全.

方案三

因为它的熔融,凝固十分迅速,熔融速度快有利于成型,缩短了成型周期,按经济条件考虑,省时就是有利于提高生产率.另外它在常温下一般不溶于有机溶剂,能耐醛、酯、醚、烃及弱酸、弱碱，耐汽油及润滑油性能也很好，有较高的抗拉、抗压性能和突出的耐疲劳强度，尺寸稳定、吸水率小，具有优良的减摩、耐摩性能，能耐扭变，有突出的回弹能力；还有较好的电气绝缘性能。

注射成形机类型:

螺杆式

密度（g/cm3）:

1.41～1.43

计算收缩率（%）:

1.2～1.0

预热:

温度（℃）80～100

时间：

（h）3～5

料筒温度（℃）:

后段160～170

中段170～180

前段180～190

喷嘴温度（℃）:

170～180

模具温度（℃）:

90～120

注射压力（Mpa）80～130

成形时间（s）:

注射时间20～90

高压时间0～9

冷却时间20～60

总周期60

适用注射机类型:

螺杆式

后处理:

方法红外线灯、烘箱

温度（℃）140～145

时间（h）4

3、塑料种类与模具设计的关系

不同种类的塑料其工艺性能、成形特性也不相同，因此为了确定塑料的工艺性能、成形特征，并在模具中充分利用以获得优质的塑料制件。

表3.1塑料种类与模具设计关系[2]

塑料

特征

注意事项

聚甲醛POM（结晶型）

1，吸水性小，不用干燥

2，冷却速度快

3，摩擦系数小，有弹性

1，尽量采用点浇口，尤其是成形较大面积的扁平体

2，浇注系统散热面积要大，以减缓冷却速度，保证塑料顺利充填型腔

4、注射机的选择

由给出的工件可称得工件的质量为20g，一模四腔总重为80g，可计算浇注系统的体积为

，由文献[2]：

所以：

（式4.1）

选用XS-ZY-125型卧式注射机[2]，其性能参数如下：

额定注射量：

注射压力：

锁模力：

最大注射面积：

最大开模行程：

模具最大厚度：

模具最小厚度：

拉杆间距：

喷嘴直径：

喷嘴圆弧半径：

5、模具的基本结构

5.1模具的成形方法

塑件采用注射成形法生产.为保证塑件表面质量,使用点浇口成形,因此模具应为双分形面注射模.

5.2模具的结构形式

我国目前标准化注射模零件的国家标准有12个，分《中小型模架》（GB/T12556.1—90）和《大型模架》（GB/T12555.1—90）两种。

《中小型模架》标准中规定，模架的周界尺寸范围为：

≤560mmx900mm，并规定模架的形式为品种型号.塑料注射中小型模架标准GB/T12556.1-12556.2-90.其组合形式有A1,A2,A3,A4四种,根据条件选用A4.其结构形式如下图。

图5.1模架

5.2型腔的布置

塑件形状简单,质量较小,生产批量大.所以应使用多型腔注射模具.考虑到塑件的侧面有矩形孔（

）,需侧向抽芯,所以模具采用一模四腔（计算方法如下）,平衡布置.这样模具尺寸较小,制造加工方便,生产效率高,塑件成本较低.其布置如下图：

图5.2型腔设计

5.3确定分型面

塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求,塑件的分型面有多种选择,图如下,分型面选择在轴线上,这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹,影响塑件表面质量.同时这种分型面也使侧向抽芯困难,假如分型面选择在下端面,这样的选择使塑件的外表面可以在整体凹模型腔内成型,塑件大部分外表面光滑,仅在侧向抽芯处留有分型面痕迹.同时侧向抽芯容易,而且塑件脱模方便.双分型面注射模注射成型塑件表面平整、没有较大的浇口痕迹.由于该塑件为多型腔注射模,浇注系统有分流道,即要实现分流道脱模,又要实现塑件脱模,所以应该应用双分型面.

图5.3分型面的设计

5.4选择浇注系统

浇注系统是指模具中从注射机喷嘴起到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道

1）主流道的设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴开始到分流道的流通通道.主流道衬套的材料常用T8A、T10A制造，热处理后硬度为50—55HRC。

主流道衬套与定模板采用H7/m6的过渡配合，主流道衬套与定位圈采用H9/m9的过渡配合。

由于受型腔或分流道的反压力作用，主流道衬套会产生轴向定位移动，所以主流道衬套的轴向定位要可靠其结构形式如下图。

滑块是斜导柱侧抽芯机构中的一个重要零部件,它上面安装有侧向型芯或侧向成形块,注射成形时塑件尺寸的准确性和移动的可靠性都需要它的运动精度保证.滑块的结构形状可以根据具体塑件和模具结构灵活设计,它可分为整体式和组合式两种,下面用的是整体式:

图8.2斜滑块

8.5导向机构

合模导向机构在模具中的作用，一是定位作用，模具每次合拢时，都有一个唯一的准确方位，从而保证型腔的正确形状；二是导向作用，引导动定模正确闭合，避免凸模式型芯先进入型腔而损坏；三是承受一定的侧压力，在成行过程中承受单向侧压力。

导向机构主要由导柱和导套组成

导柱1

图8.3导柱1

导柱2

图8.4导柱2

8.6复位杆

复位零件，为了使推出元件合模后能回到原来的位置，在设计时应考虑推出机构的复位，推出机构中常用的复位零件有复位杆和弹簧，对于本模具的形式和结构的综合考虑，选用复位杆推出机构。

图8.5复位杆

8.7拉料杆

拉料杆可分为球形拉料杆、z形拉料杆和薄片式拉料杆，根据对各种拉料杆的对比分析和对本模具成型特点考虑用z形拉料杆，其尺寸就及形状如下图：

图8.6拉料杆

8.8推件杆

图8.7推件杆

8.9推出结构

推出机构的组成：

第一部分是直接作用在塑件上将塑件推出的零件；第二部分是用来固定推出零件的零件，有推杆固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出动作的导向及和模时推迟推出零件复位的零件。

图8.8推出机构

9、塑料注射模具技术要求及总装技术要求

9.1零件的技术要求

塑料注射模具应优先按GB/T12555.1—90和GB4169.1—11选用标准模架和标准件。

模具成形零件材料和热处理要求，优先按下表内容选用。

表9.1模具成形零件优先选用材料和热处理硬度参数[2]

零件名称

模具材料

热处理硬度

牌号

标准号

HBS

HRC

型腔、型芯定模镶件、动模镶件、活动镶件

45

GB699

216—260

40—45

4Cr

GB3077

216—260

40—45

40CrNiMOA

GB3077

216—260

40—45

3Cr2Mo

GB1299

预硬状态

35—45

4Cr5MoSiV1

GB1299

246—280

45—55

3Cr13

GB1220

246—280

45—55

9.2总装技术要求

模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定的注射机的全过程，在安装时要注意到模具的安装方位要满足设计图样的要求，模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向，模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行，模具中带有液压油路接头、热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作一侧.

工作原理：

开模时，动模部分向后移动，开模力通过斜导柱驱动侧型芯滑块，迫使其在动模板的导滑槽内向外滑动，直至滑块与塑件完全脱开，完成侧向抽芯动作。

这时塑件包在型芯上随动模继续后移，直至注射机顶杆与模具推板接触，推出机构开始工作，推杆将塑件从型芯上推出。

合模时，复位杆使推出机构复位，斜导柱使侧型芯滑块向内移动完成复位。

表9.2总装技术要求[2]

条目编号

条目内容

1

定模（式定模板）与动模（式动模应板）安装平面的

平行度按GB/T12555.2和GB/T125556.2规定

2

导柱、导套对定、动模安装面（式定、动模座半安装

面）的垂直度按GB/T12555.2和GB/T125556.2

3

模具所有活动部分应保证位置准确动作可靠，不得有

歪斜和卡滞现象。

要求固定的零件不得相对窜动

4

塑件的嵌件或机外脱模的成形零件在模具上安放位

置应定位准确、安放可靠，具有防止错位措施

5

流道转接处应光滑圆弧连接、镶拼处应密合，浇注系

统表面粗糙度为Ra≤0.8um

6

热流道模具，其浇注系统不允许有树脂泄露现象

7

滑块运动应平稳，合模后镶块应压紧，接触面积不少

于3/4，开模后定位准确可靠

8

合模后分型面应紧密结合，成形部位的固定镶件配合处应紧密贴合，其间隙应小于塑料的额最大不落料间

隙，其值应符合如下规定：

塑料流动性

好

一般

较差

塑料间隙/mm

＜0.03

＜0.05

＜0.08

9

冷却加热系统应畅通，不应有泄漏现象

10

气动式液压系统应畅通，不应有泄漏现象

11

电气系统应绝缘可靠，不允许有漏电式短路现象。

工艺流程

10.1动模固定板

动模固定板的加工工艺路线：

毛坯（板料）→铣削加工→平面磨削加工→钳工

动模固定板加工的工序安排

序号

工序名称

工序内容

工时

设备

1

毛坯

172*152*16mm板料

2

铣削

各个表面，保证四个侧面尺寸精度IT10级，要求上下表面留有0.5~0.6mm的磨削加工余量

90min

铣床XA5032

3

平面磨削

上下表面保证尺寸精度IT10级，表面粗糙度Ra0.8

60min

平面磨床

M7130T

4

钳工

钻孔

40、4-3.8、4-9.8

钻床Z512B

铰孔

4-4H7、4-10H7

钻床Z5125A

锪孔

4-12.2深5

钻床Z5125A

10.2锁紧楔

锁紧楔的加工工艺路线：

毛坯→铣削加工→磨削加工→钳工

锁紧楔加工的工序安排

序号

工序名称

工序内容

工时

设备

1

毛坯

22*21*17

2

铣削

铣削各个加工表面，15表面要留有0.2~0.3mm的磨削加工余量,保证其余尺寸的尺寸精度IT10级、表面粗糙度Ra3.2

60min

铣床XA5032

3

平面磨削

保证15尺寸精度IT10，表面粗糙度Ra1.6

30min

平面磨床

M7130T

5

钳工

钻孔

保证中心距10尺寸精度，表面粗糙度Ra3.2。

钻床

Z5125A

锪孔

7深4，保证与4.5同轴度公差0.02mm。

钻床

Z5125A

10.3定模固定板

定模固定板的加工工艺路线：

毛坯（板料）→铣削加工→平面磨削加工→钳工

定模固定板加工的工序安排

序号

工序名称

工序内容

工时

设备

1

毛坯

172*152*12mm板料

2

铣削

各个表面，保证四个侧面的尺寸精度IT10级，要求上下表面留有0.5~0.6mm的磨削加工余量

90min

铣床XA5032

3

平面磨削

上下平面，保证尺寸精度IT10级，表面粗糙度Ra0.8

60min

平面磨床M7130T

4

钳工

钻孔

13.8、4-3.8、2-11.8

钻床Z512B

铰孔

14H7、4-4、2-12H7

钻床Z5125A

锪孔

18深3、4-10深6

钻床Z5125A

10.4定模板

定模板的加工工艺路线：

毛坯（板料）→铣削加工→平面磨削加工→钳工→电火花加工凹模→钳工→研磨

定模板加工的工序安排

序号

工序名称

工序内容

工时

设备

1

毛坯

172*152*32mm板料

2

铣削

各个表面，保证四个侧面的尺寸精度IT10级，要求上下表面留有0.5~0.6mm的磨削加工余量，保证15、26尺寸精度等级IT10级。

90min

铣床

XA5032

3

平面磨削

上下表面，保证尺寸精度IT10级，表面粗糙度Ra0.8

60min

平面磨床M7130T

4

钳工

钻孔

把定模板和动模板和在一起钻导柱导套孔，作为工艺孔，2-5.8、2-13.8、4-11.8、斜孔9.

钻床Z512B

铰孔

2-5、15、2-14

钻床Z5125A

锪孔

2-16深3，斜孔12深5

钻床Z5125A

攻丝

2-M3深10

丝锥

5

电火花

加工各个尺寸达到要求精度，表面粗糙度达到Ra0.2

180min

6

钳工

锉削修整拔模斜度+30’留有0.02~0.04的研磨余量

锉刀

7

研磨

保证尺寸精度，表面粗糙度Ra0.2

抛光机、研磨膏

10.5浇口套

浇口套的加工工艺路线：

毛坯（棒料）→车削加工→外圆磨削加工→精研

浇口套加工的工序安排

序号

工序名称

工序内容

工时

设备

1

毛坯

Φ36*20

2

车削

R5半球、14、35、阶梯轴，7锥孔，保证内锥孔表面粗糙度Ra0.4，要求其余各面均留有0.2~0.3mm的磨削加工余量

60min

车床C6063

3

外圆磨削

保证尺寸精度Φ14k6，表面粗糙度Ra0.8，保证垂直度和直线度要求0.02mm

60min

万能外圆磨床M1432

4

精研

14端面,表面粗糙度为Ra0.2

抛光机,研磨膏

10.6导套

导套的加工工艺路线：

毛坯（棒料）→车削加工→热处理→内、外圆磨削加工

导套加工的工序安排

序号

工序名称

工序内容

工时

设备

1

毛坯

Φ17*31

2

车削

车削12、16阶梯轴，8内孔，要留有0.2~0.3mm的磨削加工余量,保证其余尺寸的尺寸精度IT10级、表面粗糙度Ra1.6

30min

车床C6140

3

渗碳淬火处理

渗碳深度0.5~0.8mm，硬度56~60HRC

加热炉淬火槽

4

内圆磨削

保证尺寸精度Φ8H7，表面粗糙度Ra0.8

60min

万能外圆磨床M1432

5

外圆磨削

保证尺寸精度Φ12r6，表面粗糙度Ra0.8

60min

万能外圆磨床M1432

10.7导柱

导柱的加工工艺路线：

毛坯（棒料）→车削加工→热处理→外圆磨削加工

导柱加工的工序安排

序号

工序名称

工序内容

工时

设备

1

毛坯

Φ17*71

2

车削

10、12、16阶梯轴，10要留有0.2~0.3mm的磨削加工余量,保证其余尺寸的尺寸精度IT10级、表面粗糙度Ra1.6

60min

车床C6140

3

渗碳淬火处理

渗碳深度0.5~0.8mm，硬度56~60HRC

加热炉，淬火槽

4

外圆磨削

保证尺寸精度Φ10r6，表面粗糙度Ra0.8

60min

万能外圆磨床M1432

10.8动模板

动模板的加工工艺路线：

毛坯（板料）→铣削加工→平面磨削加工→钳工→铣削→钳工

动模板加工的工序安排

序号

工序名称

工序内容

工时

设备

1

毛坯

172*152*32mm板料

2

铣削

各个表面，保证四个侧面的尺寸精度IT10级，要求上下表面留有0.5~0.6mm的磨削加工余量

90min

铣床XA5032

3

平面磨削

上下大平面，保证尺寸精度IT10级，表面粗糙度Ra0.8

60min

平面磨床

M7130T

4

钳工

钻孔

2-4.8，把定模板和动模板和在一起钻10导柱导套孔，作为工艺孔，动模板和垫板一起钻3-3.8、4-5.8

钻床Z512B

铰孔

3-4H7、4-6H7、2-5H7

钻床Z5125A

攻丝

4-M8深5.5

丝锥

5

铣削

铣T型槽，保证尺寸精度，

表面粗糙度Ra1.6

30min

铣床XA5032

6

电火花加工

加工动模型腔，保证尺寸精度，

表面粗糙度Ra0.2。

120min

6

钳工

锉削修整、清根

锉刀

10.9Φ20型芯

型芯的加工工艺路线：

毛坯→车削加工