中间盘模具设计论文最终修改篇.docx

中间盘模具设计论文最终修改篇.docx

《中间盘模具设计论文最终修改篇.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中间盘模具设计论文最终修改篇.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

中间盘模具设计论文最终修改篇

天津大学

（高等教育自学考试）

本科生毕业设计（论文）任务书

机械工程学院办学点模具设计与制造专业2007乙班

设计（论文）题目：

中间盘注射模具的设计

完成期限：

自2013年4月10日至2013年9月10日止

指导教师韩国泰

办学单位负责人

批准日期学生耿铭贵

接受任务日期

注：

1.本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。

2.“检查人签名”一栏和“指导教师批准日期”由教师用笔填写，其余各项均要求打印。

摘要

摘要：

通过对产品中间盘的注塑模具设计，进行了塑件结构的设计、工艺参数的分析与计算、及模具结构的设计和加工方案的制定，其中重点介绍了分型面的设计与抽芯机构的设计与计算，本文主要体现了运用Pro/EngineerWildfire2.0及CAXA电子图版2007来完成整个设计工作的方法及流程。

关键词：

模具的设计；中间盘；Pro/EngineerWildfire2.0；塑件

第一章前言2

1.1中国注塑模具行业市场情况2

1.2我国注塑模具行业存在问题2

1.3我国注塑模具市场发展前景分析3

第二章产品的材料和设计选择5

2.1塑件的精度和表面粗糙度5

2.2塑件的形状和结构设计5

2.3塑件分析5

2.4零件材质物理化学特性及成型特性8

第三章零件模具设计10

3.1设计任务10

3.2选择成型设备10

3.3注塑机有关参数的校核12

3.4浇注系统设计15

3.5分型面设计19

3.6排气方式设计21

3.7合模导向机构的设计22

第四章模具动作过程及结构特点26

4.1模具结构特点26

4.2模具动作过程26

第五章设计总结及课题展望29

5.1☆☆☆

5.2☆☆☆

第一章前言

1.1中国注塑模具行业市场情况

塑料模具工业近20年来发展十分迅速，早在几年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。

目前，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。

2005年模具销售额达610亿元，同比增长25％；模具出口7.4亿美元，比2004年的4.9亿美元增长约50％，均居世界前列。

在我国，广东、上海、浙江、江苏、安徽是主要生产中心。

广东占我国模具总产量的四成，在专业人才聚集、技术水平、模具生产设备和QC、QA上要领先于国内其它省份。

2006年，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量已超过50吨，最精密的注塑模具精度已达到2微米。

在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多。

随着现代工业特别是汽车、家电等工业的快速发展，分析认为，我国模具市场的总体趋热是平稳向上的,未来的模具市场中,注塑模具的发展速度将高于其它模具,并且在模具行业中的比例将逐步提高。

1.2我国注塑模具行业存在问题

中国注塑模具在设计制造水平在总体上要比德、美、日、法、意等工业发达国家落后许多，也比英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、韩国、新加坡等国落后。

1.2.1供给不均匀

国内自配率不足，其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60%。

模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。

中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。

直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。

近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。

由此可见，虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。

由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。

1.2.2人才不足，科研及技术投入少

模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代进步和技术发展，能掌握和运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧缺。

由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而总体来看模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，民营企业贷款困难也影响许多企业的技术改造，致使科技进步不大。

1.2.3工艺装备水平低

虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。

由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。

装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。

1.2.4标准化、商品化程度低

由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。

目前国内每年生产的模具，其馀为自产自用。

模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。

模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。

1.2.5材料及相关技术落后

模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。

塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。

1.3我国注塑模具市场发展前景分析

1.3.1注塑模具标准化水平向高水平逐步提高

国外发达国家模具标准化程度为70%~80%，而我国只有30%左右。

如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期25%~40%，并可减少由于使用者自制模具标准件而造成的工时浪费。

应用模具CAD/CAM技术设计模具已较为普遍，推广使用模具标准件，能够实现部分资源共享，这会大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展CAD/CAM技术、提高模具的精密度有重要意义。

以往的模具即使只损坏了一个部件，也将无法使用。

由于不是标准件，市场上很难有相应产品，要到生产厂家去更换部件，费时费力。

而如果采用标准件，则可以很方便的维修、更换，这将大大提高模具的使用寿命。

现在，国内企业已认识到了模具标准化的重要性，目前有一定生产规模的模具标准件生产企业有100余家。

主要产品有塑料模架、侧冲装置、推杆推管等，其中塑料模架已可生产较大型产品，为发展大型精密模具打下了基础。

1.3.2CAD/CAM/CAE技术得到普及

现代模具设计制造不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成，这就要求信息技术的普及，广泛应用CAD/CAE/CAM技术，逐步走向集成化。

CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件。

基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题，CAD/CAM软件的智能化程度也将逐步提高。

塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

与此同时，还要加强研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程的研究。

采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模具CAD/CAM的关键技术之一，研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

1.3.3注塑模具生活向信息化发展

模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。

在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。

目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。

向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。

第二章产品的材料和设计选择

2.1塑件的精度和表面粗糙度

2.1.1尺寸精度

塑件精度的确定应该合理，在满足时要求前提下尽可能选用低精度等级。

因为制件材料选用PA66，其公差等级选用MT4，未注公差选用MT6。

2.1.2表面粗糙度

塑料制品的表面状态的改善除了成型工艺上进可能避免冷疤、云纹等缺陷外，模具型腔的粗糙度起着决定性的作用。

非配合表面和隐蔽面可取较大的表面粗糙度。

还可利用表面粗糙度差异来使塑件在开模时留在表面粗糙度较大的型芯上或留在凹模中。

2.2塑件的形状和结构设计

2.2.1易于模塑，避免侧向分型抽芯

塑件的形状应便于模塑，用注塑模塑成型的制品在充模阶段能顺畅地充满型腔，为此塑件沿料流方向应设计成流线型或具有较大曲率半径，避免流动死角，否则在死角处会形成气泡、缩孔。

此中间盘有三个斜通孔和三个梯形孔，所以模具设计时必须采用侧向分型抽芯机构。

2.2.2斜度设计

在塑件的内外表面沿脱模方向应设计足够的脱模斜度，否则会发生脱模困难，如过大推出力推出时易拉坏擦伤塑件。

由于中间盘是一个较复杂的零件，所以选取的脱模斜度为

。

2.2.3壁厚设计

塑件壁厚的最小尺寸应满足以下几方面的要求：

首先是使用要求，既具有足够的强度和刚度，脱模时能经受住脱模机构的冲击与震动，装配时能承受紧固力。

而且壁厚过大不仅造成材料的浪费，同时会影响塑件的成型周期和产品质量，因为壁厚塑件易产生气泡、缩孔、翘曲等缺陷。

同一个零件的壁厚应尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不同产生内应力，引起翘曲变形。

2.3塑件分析

2.3.1零件图及公差标注

模具型芯和型腔的加工尺寸可以通过公式

计算基本尺寸，S指塑件的平均收缩率。

设计者应根据不同塑料收缩率范围和稳定性的差异，合理确定不同塑料成形塑件的尺寸公差。

即由收缩率范围较大或收缩率稳定性较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。

否则就会出现大量尺寸超差的废品。

与主（进料）流道垂直方向（横向）的收缩率应取稍大于平均数的值；与主流道平行方向（纵向）的收缩率应取稍小于平均数的值。

按照惯例考虑到模具制造厂的加工能力，模具制造公差取

，Δ指塑件的尺寸公差。

塑件图及公差标注：

图2-1塑件产品图

●塑件名称：

中间盘

●塑件精度要求：

按GB/T14486-1993标准及PA66材料特性，选塑件精度等级为，标注尺寸公差MT3级，未标注尺寸公差MT6级。

2.3.2零件途径或功能

●塑件用途或功能：

用于连接支杆和某产品，中间盘上的三个斜孔用于穿插支杆，中间的圆孔用于某产品的连接。

图2-2塑件应用图示

2.3.2零件成型工艺性分析

（1）明确制品设计要求

a）外观：

颜色军绿色，按样板颜色进行配色，色泽均匀一致。

b）使用环境温度要求：

-40℃～+50℃。

c）使用寿命：

库存10年或野外使用三个月无裂纹等损伤。

（2）明确制品的生产批量

本产品为某军品的一零件，为专用件数量较少，目前按产品定货批量估算，本制品的批量为500件/批。

（3）零件成型方案

根据产品三维模型，分析塑件的工艺性对模具设计的要求。

开始设计之前，应根据塑件的技术图样和使用要求对其进行仔细地分析研究，并结合注射成型的工艺程序综合考虑成型的难易程度，以便能在保证塑件质量和使用要求的前提下尽量选用比较简单的模具结构，以便减小模具制造难度和降低加工成本。

如果塑件的工艺性确实有问题，或者塑件成型需要极为复杂的模具结构，并因此导致模具制造非常困难或经济上极不利时，则应和塑件设计部门及时协商解决有关问题。

2.4零件材质物理化学特性及成型特性

2.4.1零件材质

材质：

PA66聚酰胺66或尼龙66

学名：

聚亚己基己二酸酰胺或聚己二酰己二胺{[NH（CN2）6NHCO（CH2）4CO]n}，

英文名:

polyhexamethyleneadipamide简称PA66。

2.4.2材料的化学和物理特性

PA66在聚酰胺材料中有较高的熔点。

它是一种半晶体-晶体材料。

PA66在较高温度也能保持较强的强度和刚度。

PA66在成型后仍然具有吸湿性，其程度主要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。

在产品设计时，一定要考虑吸湿性对几何稳定性的影响。

PA66提供了各种特性的最佳平衡性，并且是所有尼龙中最强状的。

（PA66塑料性能见表2-1）

同PA6相比，PA66更广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品。

PA66是PA系列中机械强度最高、应用最广的品种。

其结晶度高，故刚性、硬度、耐热性都高，屈服强度较PA6和PA66大，摩擦系数小，耐应力开裂性良好，尤其是抗蠕变性是热塑性塑料中最强的品种之一；吸水率为7%，工作温度100℃～120℃。

适于在中等载荷条件下使用，可制作盛载化学药物的瓶、管，其他用途类似于PA6。

PA66疲劳强度和钢性较高，耐热性较好，摩擦系数低，耐磨性好，但吸湿性大，尺寸稳定性不够。

为了提高PA66的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。

玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如EPDM和SBR等。

PA66的粘性较低，因此流动性很好（但不如PA6）。

这个性质可以用来加工很薄的元件。

它的粘度对温度变化很敏感。

PA66的收缩率在1%～2%之间，加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到0.2%～1% 。

收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相异是较大的。

PA66对许多溶剂具有抗溶性，但对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱。

表2-1尼龙66工程塑料性能

项目名称

指标

项目名称

指标

相对密度

1.13～1.15

缺口冲击强度（KJ/m2）

≥12

熔点（℃）

248～258

体积电阻（Ω.cm）

1013

含湿度（%）

≤1.5

表面电阻（Ω）

1013

相对粘度

2.5～3.2

马丁耐热（℃）

50～70

拉伸强度（MPa）

≥65

热变形温度（1.81MPa，℃）

60～70

静弯曲强度（MPa）

≥100

成型收缩率（%）

1.5～2.2

2.4.3材料成型特性（见表2-2）

（1）干燥处理

如果加工前材料是密封的，那么就没有必要干燥。

然而，如果储存容器被打开，那么建议在85℃的热空气中干燥处理。

如果湿度大于0.2%，还需要进行105℃，12小时的真空干燥。

（2）熔化温度

熔化温度260～290℃，注射成型温度240～300℃，对玻璃添加剂的产品为275～280℃。

熔化温度应避免高于300℃。

（3）模具温度

模具温度为50～90℃，建议80℃。

模具温度将影响结晶度，而结晶度将影响产品的物理特性。

对于薄壁塑件，如果使用低于40℃的模具温度，则塑件的结晶度将随着时间而变化，为了保持塑件的几何稳定性，需要进行退火处理。

（4）注射压力

通常在注射压力80～130Mpa，取决于材料和产品设计。

（5）注射速度

高速（对于增强型材料应稍低一些）。

（6）流道和浇口

由于PA66的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要。

浇口孔径不要小于0.5×t（这里t为塑件厚度）。

如果使用热流道，浇口尺寸应比使用常规流道小一些，因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。

如果用潜入式浇口，浇口的最小直径应当是0.75mm。

表2-2PA66注射成型的主要工艺参数

项目名称

指标

项目名称

指标

注射机类型

螺杆式

模具温度/℃

60～120

螺杆转速/（r/min）

20～50

注射压力/MPa

80～130

喷嘴形式

自锁式

保压力/MPa

40～50

喷嘴温度/℃

250～260

注射时间/S

0～5

料筒温度/℃/前段

255～265

保压时间/S

20～50

料筒温度/℃/中段

260～280

冷却时间/S

20～40

料筒温度/℃/后段

240～250

成型周期/S

50～100

第三章零件模具设计

3.1设计任务

将质量为400g的支架中间盘采用注射工艺加工出来，对中间盘注射模具进行设计，在保证成型循环时间和不良品率最低的前提下，保证制品预定的性能。

制件的工艺参数及形状特征见后几章所述。

此次设计的主要目的：

中间盘是某产品的一个零件，通过对中间盘的注射成型分析，可以学习到一些塑料材料的基础知识，注塑模具知识，以及相关的表面处理加工工艺等。

设计的主要任务有：

●搜集整理有关塑件制件设计，成型工艺，成型设备，机械加工等相关资料，以备设计模具时使用。

●分析塑件的工艺性，尺寸精度等要求。

●分析成型工艺资料

●选择成型设备

●拟定模具结构方案

●方案讨论与论证

●绘制模具装配图

●绘制模具零件图

3.2选择成型设备

3.2.1计算制品的体积和重量

由材料的性能特点，可以知道PA66的密度为1.14g/cm3，由Pro/ENGINEER2003可以算出零件的体积和质量，如图1。

则可计算零件的体积为：

=351.52631cm3

零件质量为：

=400.74g

图3-1Pro/ENGINEER2002计算

3.2.2模架的选择

（1）模架概述

模具设计主要是形成产品外形的凹、凸模零件以及开模和脱模方式的设计，为了简化模具设计周期，还有标准模架可供设计者选用。

塑料注射模模架国家标准有两个，即《塑料注射模中小型模架及技术条件》（GB/T12556.1—1990）和《塑料注射模大型模架》（GB/T12555.1—1990）。

前者适用于模板尺寸小于560mm×900mm；后者的模板尺寸为（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。

（2）模架的选择

将重要零部件绘制完全，即初步确定了模具的最小边缘尺寸，并以此确定模架的各方向尺寸。

建议尽量选用标准模架，可加快模具设计进度，减少工作量，降低模具成本。

根据模具成型方案可初选模架，模架的大小是由模芯的大小来确定的，模芯的大小是¢200×20mm，根据经验数据和模架库的选择，再加上抽芯机构的摆放位置，选取模架大小为546×546mm。

模架的型式如图××所示。

3.2.2注射机的选型

根据估算的制品质量401g以及PA66材料的工艺特性，参考《塑料制品及其成型模具设计》教材第30页，初选SZ-800/3200卧式注塑机，其技术参数如下：

表1SZ-800/3200卧式注塑机技术参数

名称

参数

名称

参数

理论注射量

840cm3/oz

拉杆内间距

600×600mm

螺杆直径

67mm

开模行程

550mm

注射压力

142.2MPa

最小模厚

300mm

注射速率

260g/s

锁模形式

双曲轴

塑化能力

28g/s

定位孔直径

160mm

螺杆转速

10-125r/min

喷嘴球半径

20mm

锁模力

2000KN

喷嘴口径

4mm

图3-2

3.3注射机有关参数的校核

3.3.1最大注射量校核

以容量计算时V总≤ηV注，式中：

V注—注射机最大注射容量cm3；

V总—成型塑件与浇注系统体积总和cm3；

η—最大注射容量的利用系数，一般取0.8～0.85。

∴V注≥V总/0.8=351.5/0.8=439.4cm3

以质量计算时M总≤ηM注，式中:

M注—注射机最大注射质量g；

M总—成型塑件与浇注系统质量总和g；

η—最大注射容量的利用系数，一般取0.8～0.85。

∴M注≥M总/0.8～M总/0.85=401/0.8～401/0.85=471.7～501.2g

∴注塑机符合要求。

3.3.2锁模力校核

锁模力为注塑机锁模装置用以夹紧模具的力。

所选注塑机的锁模力必须大于由于高压熔体注入型腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和浇道系统再分型面上的投影与型腔压力的乘积。

即：

F>P×A/1000

F—注射机的额定锁模力（KN）；

P—熔融型料在型腔内的压力（MPa）；（２０～４０Mpa）

A—制品及流道在分型面上的投影面积（mm

）

制品和流道在分型面上的投影面积为：

A=S圆盘-3×S扇孔-S中孔+S流道=31092.096-3×3933.822-1849.053+3×61.749=17626.82mm2

F=P×A/1000=30×17626.82/1000=528.805KN

所选用的注塑机的锁模力的为3200kN>528.805KN

∴选用SZ-800/3200卧式注塑机是符合要求的。

3.3.3模具与注射机安装部分相关尺寸校核

喷嘴尺寸

注塑机SZ-800/3200的喷嘴球半径为R1=15mm，主流道始端球面半径取R2=15.5mm，则注塑机喷嘴球与主流道始端球面半径吻合，R2>R1，以利于同心和紧密接触，主流道内凝料能顺利脱出。

注射机喷嘴孔直径d1=4mm，主流道孔始端直径d2=4.5mm，d2>d1,以利于塑料熔体流动。

图3-3喷嘴与主流道配合图

定位圈尺寸

SZ-800/3200卧式注塑机的定位孔直径为Φ160mm，中间盘模具的定位圈的直径为Φ159.7mm,注射模端面凸台径向尺寸与定位孔呈间隙配合，便于模具安装，并使主流道与喷嘴同心，所设计的定位圈是符合要求的。

3.3.4开模行程和塑件推出距离的校核

注射机移动，固定板台面上有许多不同间距的螺丝孔，用于装固模具。

本模具为中、小模具，采用压板固定。

注塑机开模行程是有限制的，取出制件所需开模行程必须小于注塑机最大开模距离。

SZ-800/3200卧式注塑机为双曲轴锁模，注塑机最大开模行程与模厚无关，由曲轴连杆的最大行程决定。

SZ-800/3200卧式注塑机移模行程550mm，拉杆间距为600×600（mm）。

S≥H1+H2+5~10mm（取8mm）式中：

H1—塑件推出距离；

H2—塑件高度（包括浇注系统）。

流道高度H流=126mm，塑件高度H塑=38mm，所以塑件高度H2=164mm。

推出距离H1应大于动模型心的高度H1=45mm，取H1=80mm。

∴开模行程S=H1+H2+8=164+80+108mm=352<550mm

∴校核合格。

图3-4塑件模具截面图

3.4浇注系统设计

3.4.1浇注系统组成、作用及设计要点

浇注系统由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。

浇注系统用以将熔融状态的塑料粘流体经注射机喷嘴在高温、高压和高速状态下，通过浇注系统进入模具型腔。

浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响，故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象，而浇口的位置也要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不影响塑件的外观。

概括说来，设计时需要注意以下要点：

教材《塑料制品及其成型模具设计》第117页：

1）浇注系统力求距型腔距离近、一致，并首先进入制品的壁厚部位，不宜直冲型芯（尤其是细小型芯）镶件块；应避免产生熔结痕，利于排气。

2）其位置力求在分形面上，便于加工并易于快速，均匀，平稳地充满型腔，主流道入口应在模具中心位置；

3）有利于制品的外观，并易于清除。

当产生矛盾无法处理时，可协商修改制品构造。

4）