毕业设计论文座椅塑件的注塑模具设计.docx
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毕业设计论文座椅塑件的注塑模具设计
毕业设计（论文）任务书
题目座椅塑件的注塑模具设计
专业机械设计制造及其自动化学号姓名
主要内容：
以座椅塑件为设计对象，从塑料产品的生产全过程考虑，基于计算机软件平台完成对产品的造型、模具设计、成型工艺、成型质量预测等工作。
基本要求：
1．查阅文献资料不少于15篇（列入参考文献中），其中外文文献不少于2篇。
根据查阅的文献资料情况，写出文献综述，字数不少于3000字；翻译外文文献一篇，译文字数不少于3000字，并分别单独装订成册。
2．应安排一定量的计算机应用，使学生掌握现代研究手段，提高毕业设计（论文）质量；
3．毕业设计（论文）分设计（说明书）或论文两类，毕业设计的学生必须独立完成一定数量的工程图，其中工程图至少要有1张是计算机绘图，一份12000字以上的设计说明书（论文）；毕业论文篇幅一般为2万字左右。
主要参考资料：
[1]江洪，康瑛石，吴冬俊.UGNX5.0基础教程[M].第三版.北京:
机械工业出版社,2008.7
[2]姜彬.UG塑料注射模具设计方法及应用案例[M].北京:
电子工业出版社,2009.8
[3]李力，崔江红，肖庆和，胡纪云.塑料成型模具设计与制造[M].北京:
国防工业出版社,2007.5
[4]梅伶.模具课程设计指导[M].北京:
机械工业出版社,2011.1
完成期限：
指导教师签名：
专业负责人签名：
年月日
座椅塑件的注塑模具设计
摘要
本文分析了座椅塑件的成型特点，对模具结构各工艺参数，包括锁模力、流道截面尺寸等模具参数的进行了计算校核，设计了一副一模两腔、单分型面的，带有直接浇口的注射模具。
该模具的关键是解决分型面的选择、浇口位置确定、冷却系统的布局、塑件浇注系统布局等问题，以及在实现这些功能的情况下，如何使模具有效而可靠的运动。
该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计。
通过整个设计过程表明该模具能够达到此座椅塑件所提出的要求。
通过所有检验后，用AutoCAD2006完成注塑模具非标准零件的零件图和模架的装配图。
关键词：
座椅塑件/注射模具/一模两腔/单分型面
DESIGNOFTHEINJECTIONMOULDFORPLASTICPARTSOFTHESEAT
ABSTRACT
Thispaperanalyzestheformingcharacteristicsofseatofplasticparts,parametersofeachprocessanddiestructure,includingmouldlockingforce,crosssectionsizeofdieparameteriscalculated,thedesignofamoldtwocavity,singlepartingsurfaceofinjectionmould,withdirectgate.Thekeyistosolvethechoice,themoldpartingsurfacethusdetermined,coolingsystemlayout,plasticpouringsystemlayoutproblem,andrealizethesefunctionsinthecircumstances,howtomakeeffectiveandreliablemotionmold.Theprocessfromtheproductstructure,thespecificstructureofthemold,thecastingmoldsystem,moldformingpartofthestructure,thetopoutofthesystem,coolingsystem,thechoiceofinjectionmoldingmachinesandrelatedparametersofthecheck,therearedetaileddesign.Throughtheentiredesignprocessthatcanbeachievedinthemoldplasticpartsofthechairrequested.Throughalltheinspection,assemblydrawingscompletenonstandardpartsinjectionmoldwithAutoCAD2006partsandmould.
KEYWORDSSeatplasticparts/Injectionmold/Onemoduleandtwocavities/Singlepartingsurface
1绪论
1.1塑胶模具的历史和末来发展方向
模具的种类很多,有塑胶模具、五金模具、陶瓷模具等等。
它的历史悠久，现在在现代工业当中，模具已经有"工业之母"之称。
在现实生活当中，在国防设备当中，在工业生产当中，模具无一不存在，它所跨越的领域很宽。
曾经有专家预言：
学会模具，五十年不会失业[1]。
在如此多的模具类别当中注塑模具又是属于最大的一类，电脑、电视、电话、洗衣机、空调、风扇、打印机、手机等等很多产品的零配件都离不开注塑的塑胶产品。
所以，在我们以后的学习当中，我们只会讲到塑胶模具的设计。
虽然内容比较单一，但是特别专业，是初学者学习塑胶模具较好的参考资料。
随着改革开放的深入，近几年来，塑胶模具在珠江三角洲的发展速度特别快。
体现最大的地区就是：
广东省东莞、中山、佛山、深圳、珠海等地。
现在，珠江三角洲已经成为全球模具最大制造中心。
台商、港商在此些地区的投资越来越多。
另外，在沿海省份，如江苏、上海、浙江、福建等等，模具的发展也特别快。
以至于某些媒体有这样的感叹：
5000元也难请一个蓝领技工（从事模具设计、产品开发、模具数控加工制造的中层技术人员）[2]。
随着经济的发展，模具的进步，客户对塑胶产品的要求也就越来越高。
厂商也就对从事模具设计、产品开发、模具加工人员的素质要求越来越高。
例如对AutoCAD、Pro/e、UG、Solidworks、MasterCAM等软件的熟悉运用已经是较基本的技能要求之一。
在学历方面，很多厂商设计开发部门要求也比较高，一般要有大专文凭。
不过，对于多年从事模具的人员来讲，这个方面并不重要，重要的是有无经验。
对于既没文凭又没经验的初学者来说，如果有决心又热心去对待模具学习，这也不是一个很艰难的过程。
模具不难，难的是自已持之以恒的心。
经过自已的努力，一两年之后，每一个人都可以在模具的领域中寻找到属于自已的一条发展之路。
1.2塑胶模具的组成
一般情况下,对于塑胶模具而言,大概有二类,一为二板模（twoplate）,也可叫大水口。
另一类为三板模（threeplate）,又可叫细水口。
此外,现在热流道模具的运用也越来越多。
还在有的公司,有二板半板的说法。
不管是二板模，还是三板模，还是热流道模具，塑胶模具一般由以下几个部分组成：
（1）塑胶模具标准模架：
这个我们可以直接从标准模架制造厂商那里订购。
它构成了塑胶模具最基本的框架部分。
（2）塑胶模具的核心部分--模仁部分：
它是模具里面最重要的组成部分。
塑胶产品的成形部分就在模仁里面，大部分时间的加工也花费在模仁上。
不过，相对有些比较简单的模具，它没有模仁部分，产品直接在模板上面成形。
早期的塑胶模具大都如此。
国内的很多教科书上面也重点讲这种模具，相对比较落后[3]。
（3）塑胶模具常用附助零件：
如定位环、注口衬套、顶针、抓料销、支撑柱、顶出板导柱导套、垃圾钉等等。
（4）塑胶模具的附助系统：
一般的塑胶模具有以下三个系统，浇注系统、顶出系统、冷却系统。
有时，因为所运用的塑胶材料需加热的温度很高，所以，有的模具还会存在一个加热系统。
（5）塑胶模具的附助设置：
如吊环孔、KO孔等等。
（6）当塑胶产品有死角的时候，模具还会有一个或多个处理死角的结构。
如滑块、斜顶、油压缸等等。
在国内大部分书上介绍这种处理死角的机构称之为"抽蕊机构"[4]。
其实，塑胶模具并不难，不管塑胶产品怎样变化，对于来成形此塑胶产品的模具而言，它的结构无非就是上述的几个方面。
而模具之间的差别就在于模具是大还是小？
各个附助零件、附助设置、附助系统的位置或者方式不一样。
处理死角的方法、结构、大小等有所变化而已。
当然，要设计出来的模具加工简单、装配方便、寿命长、价格洽中、成形产品不错，设计经验特别重要。
好的经验，可以处理设计、加工当中出现的问题，对待不同产品的设计也比较有把握。
1.3塑胶模具设计的一般程序
1、审核客户所提供的塑胶产品的图纸、产品样品或者软件二维、三维档案。
这个步骤很关键也很重要。
不同公司不同的设计人员水平不一样，也许或多或少会在客户所提供的东西当中出现一些错误。
如样品与产品图某些部位有差异,图纸漏了尺寸,二维与三维挡案对不上号,有时只提供了样品,而没有产品图纸或者软件档案等等[5]。
此外,这里有一个特别重要的一点就是:
客户所提供的东西上面,有一些信息设计人员必须掌握：
（1）这个塑胶产品在模具当中是一模几穴。
这个一般决定了模具的大小，也考虑了生产的可行性。
（2）这个塑胶产品的塑胶材料是什么，缩水率是多少。
这个决定了模具成形部分的加工尺寸。
（3）此外，客户最好能够说清楚这个产品的进胶方式，并且在哪个位置进胶。
这个一般决定了模具的种类。
（4）有时，客户还会特别强调产品某些地方外观的重要性以及塑胶产品的分模面位置、处理死角的方式等等。
针对上述的问题，如果有遗漏或者设计人员自己不清楚的地方，一般情况下不能私自决定它是一模几穴、材料用什么等等。
必须跟主管或者客户沟通好。
确定其内容的正确性。
最好有客户或主管的正式签名和文件。
因为这会关系到一个责任的敏感话题[6]。
2、审核确认后，如果没有三维软件的档案，一般设计人员都必须依据客户所提供的资料用pro/e、UG等软件去建三维产品。
有了三维产品，这样很方便于后面的拆模、设计产品图和设计零件加工图等工作。
3、设计塑胶产品图。
依据三维软件档案，一般用AutoCAD去处理。
这是为下一步设计塑胶模具组立图作准备的。
在设计塑胶产品图时，我们最好有二张内容相同的塑胶产品图。
差别在于一张产品图没有被放大，它里面所有的标注尺寸为理论尺寸，也就是塑胶产品在实际当中运用时的参考尺寸。
另一张产品图是被放大了的，放大的倍数等于1加上塑胶材料的缩水率。
例如：
ABS料，它的放大倍数就是1.005。
这张被放大的产品图特别重要，它是作为设计模具组立图的产品依据，也是加工现场加工师傅们在加工时进行图纸检查和审核的依据。
所以，在此我建议模具设计人员在处理产品图时最好有这么两张产品图，特别是被放大的产品图尤为重要。
4、依据放大的塑胶产品图设计塑胶模具组立图。
设计组立图一般步骤如下：
（1）产品的摆放。
（2）设计公母模仁的大小。
（3）有死角时，先设计处理死角的机构。
由于我要设计的产品没有死角，可跳过此步骤。
（4）设计模架的大小。
（5）设计系统，追加附助零件、附助设置。
（6）检查审核，追加图框，标注组立图尺寸，填写标题栏，制作材料明细表。
（7）审核确定之后，进行打印。
5、设计塑胶模具零件加工图
可以这么说，塑胶模具产品图、塑胶模具组立图等等的设计都是为这个步骤所服务的。
设计的结果就是出模具的零件加工图。
与塑胶模具产品成形部分有关联的零件的加工图纸统称为"模仁零件加工图"。
如公母模仁、公母模仁入子、滑块、斜顶等等。
设计模仁零件加工图，一般都是依据模具组立图运用pro/e、UG等软件进行拆模。
这个步骤特别重要，所有用软件拆模出来的零件一定要与组立图当中的相应部位相吻合。
拆模之后，对拆模出来的零件进行转视图、标注尺寸、追加图框、填写标题栏，制作出零件加工图之后进行打印等。
有的设计人员有时不用三维软件拆模，而直接在AutoCAD的模具组立图上处理。
我这次设计的步骤是先设计模具组立图，然后参照组立图分模。
模板零件加工图的设计一般都是直接在AutoCAD的模具组立图档案中处理的。
一般它有上下固定板、上下顶出板、公母模板、公母模承板、剥料板等等模板零件加工图。
一般公司只对需要加工的附助零件有加工图纸。
如注口衬套，支撑柱，顶针等等。
而对其他不需要加工的附助零件就没有图纸。
如垃圾钉，顶出板导柱导套，定位环等等[7]。
但是，对于较大较正规的公司，塑胶模具设计当中每一个附助零件的图纸都不能缺少。
特别是出口模具，要求更加严格。
模具需加工零件的备料示意图、铜工（电极）加工图、线切加工图、模具开模产品顶出示意图、死角处理机构运动示意图、模仁组立爆炸图。
这些图纸的设计一般公司都不会有，但是我们偶尔也会遇到。
具体的内容可参考后面的资料。
当模具的所有图纸出来之后，进行检查审核，主管签字之后，进行打印。
最后，由专职文员备案存档。
上面所讲述的步骤，有很多可以交叉进行。
并且在设计当中，我们还要关系到了模具材料的订购,材料的审核确认,材料的入库备存,客户的沟通,产品、模具的设变等等工作。
总之，说模具容易又不容易，说难也不难。
最主要的是认真去对待塑胶模具的每一个部分，每一个步骤，每一种方法,很多问题均可迎刃而解。
2塑件的成型工艺性分析
2.1材料的选择
塑胶的定义：
塑胶又可叫高分子聚合物，也有人称之为树脂。
它是由许多分子构成的有机化合物，添加一些添加剂之后，通过加热、挤压、填充等等过程，使原本颗粒状态的固态变成有流动性最后又成为固态状态。
这种东西我们把它称之为塑胶。
塑胶材料的分类：
一般情况下，我们把塑胶材料分成为二大类：
热可硬性塑胶（thermosetsplastics）:
例如：
尿素树脂（urearesins）、环氧树脂（epoxyresins）、热可塑性塑胶（thermoplasticsplastics）:
例如：
PVC料、ABS料、POM料、PMMA料、PC料、PS料等等。
它可以回收再次利用，注射模具一般都用这种材料。
我们在此重点介绍。
塑胶材料的一般特性：
比较轻并且较坚固。
绝缘性好。
耐水，耐油，耐药品性。
透明半透明好，有光泽。
容易成形，生产出率高。
2.2最常用的热可塑性塑胶的介绍
ABS料（Polyvinylchloride中文名：
聚氯乙烯）：
用途：
桌布，包装膜，公事包，手提包，化学鞋，HIPS则可以用来作电冰箱里衬。
另有人造海棉。
透明性好,抗拉强度与表面硬度都大。
但是在低温时不耐冲击,不耐紫外线。
PC料（Polycarbonate中文名：
聚碳酸酯树脂）：
抗紫外线。
但是需到220-230℃才能软化熔融，粘度也大，故成形较难，需高温高压。
注意：
我们在设计产品或者设计模具时，一般情况下，产品的材料由公司决定。
但是一定要知道这个产品的材质。
因为不同的产品材质其性能不一样，那么就决定了此种产品只能适用于哪种环境以及其寿命等。
出于经济性及产品性能的综合考虑，本产品拟采用常见的ABS料[10]。
2.3座椅塑件的测绘
2.3.1座椅塑件的二维图
任何一个零件从传统意义上来说，它必须含有二维平面图纸，这样它的尺寸就一目了然了。
本次的座椅塑料件经测绘后的平面图见图2.1：
图2-1座椅塑件二维图
2.3.2座椅塑件的三维图
本次设计的产品为注塑机一次成型，采用一模两腔的潜伏式浇口进料机构。
产品三维效果图见图2.2：
图2-2塑件三维效果图
2.3座椅塑件的结构分析
结构分析：
塑件为座椅塑件的一部分，应有一定的结构强度，所以应保证它有一定的装配精度；由于该塑件为座椅塑件，因此对表面粗糙度要求不高。
工艺性分析精度等级：
采用5级低精度。
成型分析：
该座椅塑件结构对称，由于内部比较复杂，不采用小型芯结构，而是直接成型。
座椅塑件的分型面选择：
如下图所示，该塑件采用常见的拷面法分模，塑件拔模分析视图如下，易知分型面为图中蓝色曲面。
图2-3拔模分析
3塑胶模具浇注系统
3.1浇注系统的构成
进胶系统也叫做浇注系统，是指从注塑机喷嘴到模具型腔塑料流过的通道以及相关的零件[8]。
一般它由主流道、分流道、浇口、定位环、唧嘴、拉料杆、尼龙棒、热流道及相关零件所构成。
（如下图）浇注系统要考虑的要点：
1.填充要迅速（节省时间，产品的生产周期就不会太长，提高生产效率）。
2.流道应尽量做短（节省原料，减小压力损失，流道越长，压力就要越大）。
图3-1进胶系统图3-2进胶系统
3.2浇注系统各构成部分的详细介绍
侧面浇口：
在有的书上又可称之为标准浇口。
这种浇口在二板模具中运用的特多，对于大多数的产品和塑胶材料都很适用。
原因在于它成形容易，产品表面光泽改善，浇口附近的流痕减少了。
不过，这种浇口跟直接式浇口有一个共同点就是产品顶出之后需要后处理，会在产品的外观上留下痕迹。
对于浇口的高一般可设计为0.25-1.5mm，我们常用的高度为0.5mm,0.8mm,1mm,1.2mm。
为方便加工和维修，这个尺寸偏低一点好。
对于浇口的宽一般可设计为0.5-2mm，我们常用的一般情况下为0.8mm,1mm,1.2mm,1.5mm,2mm[9]。
3.3产品流道与浇口视图
如下图所示，利用燕秀工具箱唧嘴和定位环功能，画出浇注系统视图。
图3-2流道视图
4塑胶模具顶出系统
4.1顶出系统的作用
每次注射模具在注射机上合模注射后，都必须将模具打开，然后把成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出，完成推出脱模的机构称为推出机构或脱模机构。
推出机构设计的合理性与可靠性直接影响到塑件制作的质量，因此，推出机构的设计是注塑模设计的一个十分重要的环节。
4.2顶出系统的构成
由于产品冷却固化后，需要从模具里面顶出来，就需要靠这个顶出系统来顶出顶出系统顶出的原则如下：
1.不伤制品。
2.顶出平衡，不能把产品顶出一半就停止。
3.顶出元件应该容易加工。
产品顶出的位置就包括：
1.产品的四周。
2.榖位的附近。
3.难脱模的位置。
顶出的种类有：
圆顶针、双节圆顶针、扁顶针、司筒、顶块、直顶、斜顶、气顶、推板、二次顶等。
推出机构一般由推出、复位和导向等三大元件组成。
4.3顶出系统的样式
当开模至一定距离后，注塑机移动模板将停止不动，而注塑机的顶棍将推动模具的顶出板运动，顶出板固定的顶出结构将随顶出板一起运动，从而把产品顶出，被顶出的产品在自身的重力作用下自动掉落。
顶出产品后模具又开始合模，注塑机又进行注塑，又产生了开模，顶出产品等过程，周而复是始，从而使得模具可以自动化地循环生产。
4.3.1顶针顶出
顶针，也称顶杆、推杆、顶出销等。
顶针是最常用、最简单的一种形式，广泛应用于各类塑件。
其不足之处在于顶出面积较小，容易引起应力集中而顶坏塑件。
如下图：
图4-1顶出系统
4.3.2顶出状态
图4-3顶出状态
由于本次设计产品属于中型产品，产品结构对称，所以采用较常用的圆顶针顶出。
圆顶针加工很方便，我们只需要用钻头去钻孔或者线割，这个空很容易加工出来。
因为圆顶针本身的加工就很简单，所以圆顶针的价格也很便宜，我们应该优先选用圆顶针。
大部分产品的顶出都是靠圆顶针。
注意当圆顶针小于1.5-2.0时，此时的圆顶针很容易断掉，我们应使用双节圆顶针。
知道顶出类型后，我们应该下一步应该来确定顶出位置。
定出点的原则，比如顶针应该放置的位置，受力点应尽量在很难脱模的位置，也就是摩擦力大的地方。
受力点要有强度，不能再单薄的位置顶出，否则容易把产品顶变形，顶针点离浇位的距离至少为0.5mm，顶针一般不能放置在分型面的地方，顶针在产品上都会留下一个顶出痕迹，不论是哪一种顶出元件，都会在顶出的位置留下一个印子，特别是透明的产品，我们从正面看过去，也能看到顶针痕迹。
所以，如果是透明的产品，我们应注意顶出的痕迹不要影响了产品的外观。
顶针的尺寸尽量大一些，比如6mm或者8mm，。
这样的话，方便我们加工，如果是2mm的顶针，那样的话顶针孔也不能钻孔，还得拿去线割，成本也会更高一点。
最后，顶出要平衡。
知道了顶出类型及顶出位置后，我们来确定一下顶针的大小，一般顶针大小：
1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm。
大型的模具顶针尺寸：
8mm、10mm、12mm;中型的模具顶针尺寸：
4mm、5mm、6mm;小型模具顶针尺寸：
1mm、2mm、3mm。
顶针尺寸的规格应尽量少，而且不能有小数，比如一套模具尽量用2-3个规格，否则钳工钻孔也不方便，钻好孔以后，用卡尺来测量顶针的尺寸也是一件很麻烦的事情。
如果顶针坏了，也不容易找到相应尺寸的顶针，因为我们储备的都是尺寸为整数的顶针。
所以顶针尺寸的规格应尽量少，综合以上所述，本套模具选择尺寸为8mm的圆顶针。
4.4产品顶出视图
本套模具采用最常用的圆顶针顶出，圆顶针容易加工，价格便宜。
视图如下：
图4-4顶针视图
5塑胶模具冷却系统
5.1冷却系统的作用
注塑成型时，大部分塑料都是200℃左右的温度注入到模腔里面，固化后模温就降低到60℃时取出制品。
这个温差一定要迅速降下来，而且要控制好温差，如果温差控制不好，就会影响熔料填充，产品也会翘曲变形。
温度过低时，产品会填充不足，制品强度差，表面皮纹以及出现熔接线。
如果模温过高，产品冷却后就会翘曲变形，周期很长以及制品更大的收缩。
如果温度不均匀，一边冷一边热时，产品尺寸会不稳定，翘曲变形以及脱模不良。
因此，冷却系统的作用就是缩短成型周期，提高生产效率（冷却时间占生产周期的60%-80%）以及提高制品的质量。
5.2冷却方式
水井、水道、铍铜（高散热材料）不能走水路的时候可以使用铍铜冷却。
冷却的原则：
1.快速冷却。
2.冷却均匀。
3.加工简单。
5.3水道布置
水管样式的异同主要取决于接头位置是否一样。
主要是螺纹的锁定部分。
阶梯式水路：
因为模胚的结构原因，水道一般都采用横向布置，因为吊模孔在上面或者下面，如果水路纵向布置，就会影响吊模孔的位置，而且接水路也不方便，纵向方向有导柱、回针及螺丝，也会干扰水路的布置。
所以一般情况下，我们都是横向来摆放水路。
水路离制品的间距一般情况下为10mm-20mm，不能离产品太近。
水路离镶件、顶针的距离一般最小为4mm，如果距离太小钻头钻水路时容易钻破水路。
水路离螺丝的距离最小为5mm。
水道间距一般为水路直径的5倍左右。
水道的直径一般为8mm及10mm。
水路不能与其他的配件相撞，同时应确保水嘴好安装（直径到模仁边25-30mm内无其他配件）。
本套模具采用直径10mm的水道。
5.4水图视图
本套模具采用直径为8mm的水路，在综合考虑顶针以及螺丝和导柱等因素后，设计出水路视图如下：
图5-1前模仁螺丝水路图
图5-2后模仁螺丝水路图
6注塑机
注塑机发展很快，类型不断增加，注塑机的分类方法较多，通常按注射机外形特征分类，这类分类法主要依据注射装置和合模装置的排列方式进行分类，可以分为卧式成型注射机、立式注射成型机、角式成型注射机和多模注射机等几种。
本套模具就采用使用最广泛的卧式注射机。
7定位环及浇口衬套
7.1定位环
最常用定位环的图示和相关数据（红色数据代表最常选用）。
定位环的作用:
主要是对模具进行注射的注射机的喷嘴定位。
有时也会对模具中的注口衬套起一定的定位作用。
定位环在模
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