小管套轮注塑模具的设计毕业设计论文.docx
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小管套轮注塑模具的设计毕业设计论文
本科毕业论文（设计）
论文（设计）题目：
小管套轮注塑模具的设计
学院：
材料与冶金学院
专业：
高分子材料与工程
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
年月日
目录
摘要I
关键词I
AbstractII
KeywordsII
一、绪论1
1.1我国注塑模具的现状1
1.2模具设计软件1
1.3设计塑件介绍2
二、塑件的工艺分析3
2.1原料成型特性分析3
2.2塑件分析3
2.2.1尺寸和精度3
2.2.2形状特征4
三、注塑机的选用4
四、注塑模具成型零件设计5
4.1确定型腔数量5
4.2分型面确定5
4.3注塑模具成型尺寸计算5
4.4成型零部件外形尺寸设计6
五、注塑模具侧向分型与抽芯机构设计6
5.1侧向分型与抽芯机构的选择6
5.2抽芯距的确定7
5.3斜导柱的设计7
5.3.1倾斜角7
5.3.2大小和数量7
5.3.3斜导柱尺寸8
5.3.4斜导柱长度8
六、浇注系统设计8
6.1主流道设计8
6.2浇口套设计9
6.3分流道设计9
6.3.1分流道的选择9
6.3.2、分流道的尺寸9
6.4浇口设计9
6.4.1浇口类型的选择10
6.4.2浇口位置的选择10
6.4.3浇口尺寸设计10
6.5冷料穴和拉料杆设计11
6.5.1冷料穴设计11
6.5.2拉料杆设计11
七、注塑模具结构件设计11
7.1模架设计11
7.1.1模架典型结构11
7.1.2模架规格型号的选用12
7.1.3模架尺寸的确定12
7.2支承零部件设计13
7.2.1固定板、支承板设计13
7.2.2垫块设计14
八、推出机构设计14
8.1推出机构的选择14
8.2脱模力的计算14
8.3推出机构的位置和尺寸15
九、冷却水路设计15
9.1冷却系统设计原则15
9.2冷却系统位置和尺寸15
十、排气系统设计16
10.1排气系统设计原则16
10.2分型面排气16
10.3推杆和推管排气16
十一、注塑机参数校核17
11.1注射量校核17
11.2锁模力校核17
11.3模具与注射机安装模具部分相关尺寸的校核18
11.4开模行程的校核18
十二、附模架及各部件图19
12.1模具装配图及开模模拟图19
12.2模具总装图20
十三、参考文献21
致谢22
摘要
随着塑料的不断研发与应用，塑料制品被运用到了各行各业。
由于成型的需要，带动了塑料模具的不断发展。
在塑料成型中注塑模具在整个塑料模具中占了很高的比重，能熟练地进行注塑模具的设计是非常必要的。
本设计在设计前介绍了国内模具的现状，对比国内外模具发展程度。
了解国内模具落后的地方。
抓住注塑模具设计的重点和方向，顺应模具发展趋势进行模具设计；简单介绍了模具CAD技术在模具设计中运用，简述设计所使用软件solidworks/IMOLD的各个功能；同时对所设计的塑件进行简单介绍，设计要点简要分析等。
本设计是对净水器的部件小管套轮进行注塑模设计，设计中利用solidworks/IMOLD软件对塑件进行了实体建模，对塑件结构进行了工艺分析。
设计中调用了IMOLD插件中的各标准件，对模具各部件进行设计。
设计说明书中对各模具部件的选用理由、大小尺寸进行详细描述和计算。
设计的每一步均按模具设计教程和模具设计手册进行严密的设计和计算，最后对注塑机各项参数进行校核。
同时用solidworks/IMOLD软件的高级建模得到型腔和型芯等部件，最后直接导出模具装配图和零件图。
关键词：
模具设计；注塑模具；分型；型腔；型芯
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentandapplicationofplastics,plasticsareappliedtoallwalksoflife.Duetotheneedmolding,ledthedevelopmentofplasticmold.Plasticmoldingplasticmoldinjectionmoldintheaccountforahighproportionofskilledtocarryoutinjectionmolddesignisverynecessary.
Thedesignofthepresentsituationinthecountrybeforedesigningthemold,themoldcontrastlevelofdevelopmentathomeandabroad.Understandingofthedomesticmoldbackwardplace.Seizethefocusanddirectionofinjectionmolddesign,molddevelopmentconformtothetrendformolddesign;moldbrieflyinthemolddesignCADtechnologyapplication,outliningthevariousfunctionsofthesoftwaredesignsolidworks/IMOLDuse;atthesametimeforthedesignofplasticpartsabriefintroduction,designfeaturesabriefanalysis.
Thedesignisasmallpartofthewaterpurifierwheelshroudinjectionmolddesign,designutilizingsolidworks/IMOLDsoftwarewassolidmodelingplasticparts,plasticpartsofaprocessanalysisstructure.DesigncallsIMOLDeachplug-instandardparts,thepartsofthemolddesign.Designspecification,detaileddescriptionandcalculationofthevariousmoldpartsselectiongroundssizes.Everystepofthedesignaccordingtothemolddesignandmolddesigntutorialmanualrigorousdesignandcalculation,thefinalparametersoftheinjectionmoldingmachinetobechecked.Atthesametimegetahigh-levelmodelingsolidworks/IMOLDcavityandcoresoftwareandothercomponents,andfinallydirectexportmoldassemblydrawingsandpartdrawings.
Keywords:
molddesign;Injectionmould;Parting;Cavity;core
一、绪论
1.1我国注塑模具的现状
注塑成型是用注射机将熔化的塑料高压压入模具内，经冷却凝固得到塑料制品。
注塑模具的应用很广泛，很多工业生产都使用模具加工。
据统计，注塑模具占整个塑料模具总量的50%以上[1]。
可以看出注塑模具是工业发展中的重要行业之一，然而我国的注塑模具同其他发达国家相比落后了很多。
首先国内注塑模具精度低，目前国外先进水平生产型腔尺寸精度达到0.005～0.001mm，而国内为0.002～0.003mm，国外先进水平生产型腔表面粗糙度达到Ra0.05～0.10um，而国内为Ra0.20～0.40um[2]。
其次国内CAD软件和标准模具运用少，在CAD软件中，拥有各种型号的标准模具部件，设计人员可以随时调用所需的各种标准模具部件，也可以快速地进行标准部件的参数修改[3]。
这样可以减少模具设计时间，降低模具设计成本。
由于我国模具起步晚，相对来说模具工业发展比较迅速。
在这种情况下导致国内模具设计人员对复杂模具的设计掌握不够，许多复杂模具需要进口。
模具设计资料残缺、陈旧，部分设计依靠经验，缺少相关的理论研究。
虽然国内有很多模具厂家，但是由于国内相关模具技术的问题，模具还处在低端领域，而现今的市场需求是高端模具，让模具市场出现供求错位现象。
1.2模具设计软件
模具CAD造型软件有很多，如Pro／E、UG、Solidworks等，为模具设计提供了设计平台[4]。
模具CAD拥有强大的建模功能，可以逼真地显示出塑件形状，测量塑件尺寸、面积、体积等。
模具CAD能对塑件进行分析，找出分型面、型腔面、型芯面等，同时输入拔模角度、收缩率等为后续模具设计做准备。
使用CAD能生成复杂的成型零件，而且它的标准模架库、典型结构以及标准零件库种类齐全。
设计时可以简单、方便地调用这些功能，为模具设计缩短了时间。
在模具设计软件中，里面已经储存了各种标准的零件，设计时按所需进行调用；设计所需数据也可以快速地在里面查询等。
模具软件可以降低设计人员的工作强度，节省设计时间，并且让设计变得更加标准和规范。
例如solidworks中的插件IMOLD就有很完整的模具设计功能，能很快地根据塑件模型一步一步进行模具设计。
其中IMOLD主要的功能模块有：
数据准备：
在模具设计前进行相关操作，为设计做准备。
项目管理：
可以输入项目名和代号，选择所用单位、材料以及材料收缩率等。
型芯、型腔设计：
选择分型面、型腔面、型芯面以及侧型芯面，创建型芯和型腔。
模腔布局设计：
选择型腔布局类型，对型腔布局设计。
浇注系统设计：
选择合适的浇注系统尺寸和形状，确定浇口和流道位置。
模架设计：
调用标准模架库模架或者根据需要修改模架参数，对不需要的组件进行删除。
滑块设计：
提供标准滑块库，根据需要选择适合的滑块机构。
顶杆设计：
在指定位置添加顶杆，根据需要修改顶杆参数。
冷却系统设计：
设计冷却通道，对模板钻孔，对管道进行延伸等。
IMOLD工具：
提供设计的其他辅助功能。
运用这些模块可以对任何类型的产品进行模具设计。
1.3设计塑件介绍
本设计设计的是净水器里的一个部件，净水器有有多种类型，市场上常见的有净水机和纯水机等。
净水机是通过过滤和吸附的物理方式除去水里面的污染物，纯水机多一步RO膜反渗透，能除去几乎所有污染物，得到直接饮用的纯净水。
净水器按设计等级分渐紧式和自洁式，渐紧式净水器按管路设计，内部依次置入各种过滤芯，需要定期清洗；自洁式净水器使用分质流通原理，不需要定期清洗。
净水器滤芯一般包裹在侧壁有孔的管状物上，水经过滤芯流向管内，经几次不同滤芯的过滤后得到纯净水。
所设计塑件正是安装在滤芯包裹的过滤管两端的部件。
有部分厂家净水器零部件使用不锈钢，虽然不锈钢有很高的强度和刚度以及一定的杀菌效果，但是不锈钢成本比较贵。
在净水器的部件里面，选择合适的成型塑料以及合适的结构设计也能满足所需的强度和刚度，节约成本。
设计净水器的连接部位时需考虑公差和粗糙度，同时需考虑两连接部件的热膨胀系数，防止漏水。
塑件所选材料必须无毒无污染，抗氧化能力强，化学稳定性好。
选用改性塑料时要考虑改性添加剂是否稳定等。
二、塑件的工艺分析
2.1原料成型特性分析
由于塑件为净水器零部件，要保证无毒无污染，故使用纯的ABS塑料。
为保证成型过程顺利进行和塑件质量，必须先对原料的成型特性进行分析。
ABS塑料强度高，耐冲击性能强，注塑前要进行充分干燥,特别是表面要求光泽的塑件，注塑前需在80～90°温度下干燥3小时左右。
ABS塑料是一种流动性中等的塑料，注塑时需要较高的料温和模温,但过高也会导致分解，高于270°将会分解。
注塑精度高的塑件时模温一般用50～60°，注塑表面光泽的塑件模温一般取60～80°。
2.2塑件分析
2.2.1尺寸和精度
影响塑件尺寸精度的因素很多，模具精度低、安装误差大、模具磨损较多等会降低塑件的精度；另外塑料本身收缩率的波动、塑件形状、成形工艺条件等也会影响塑件尺寸精度。
但是不能一味地为了塑件尺寸精度而把其设计得太高，因为高精度的模具会增加加工难度和模具制造成本，应在满足塑件要求的情况下尽量把尺寸精度设计低一些。
塑件内孔轴部件相连接，并受模具活动影响按MT3-B类精度标注，与管相连接部分按MT3-A类标注，以及主要尺寸如图1。
其余未标准公差按MT5精度。
塑件为内部零件对表面粗糙度要求不高，取Ra为1.0。
图1.塑件主要尺寸
2.2.2形状特征
由于塑件的轮周都有凹槽，需要侧向抽芯。
塑件的型芯长和型腔深均大于2mm，故需要设计脱模斜度，由于ABS的收缩率较小，取脱模斜度为30‵。
三、注塑机的选用
注塑机规格型号的选用主要考虑注塑机的塑化率、额定注塑量、额定锁模力、安装模具的有效面积（注塑机拉杆之间的距离）、顶出行程等。
塑件要求较光滑的表面时则需要较大的注塑压力，这时选用注塑机时得首先考虑额定锁模力。
因为塑件表面精度要求较高，需要较大的锁模力，这里根据额定锁模力来选用注塑机。
假定各腔塑料塑件在分型面上的投影面积之和为S分（mm2），注塑机的额定锁模力为F模，塑料熔体对型腔的平均压强为P型，则：
S分P模≤F模
S分=nA1+A2=7854+254=8108mm2
其中n=1，A1为单个塑件在模具分型面上的投影面积，A2为浇注系统在模具分型面上的投影面积。
P模注塑机注塑压力的80%左右，即120×80%=96MPa
S分P模=8108×96=778368N=778KN≤F模=900KN
故选择型号为XS-ZY-125注塑机，注塑机参数为：
额定注射量/cm3
125
螺杆直径/mm
42
注射压力/MPa
120
注射行程/mm
115
锁模力/KN
900
最大成型面积/cm2
320
最大开合模行程/mm
300
模具最大厚度/mm
300
模具最小厚度/mm
200
喷嘴圆弧半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
动定模固定板尺寸/mm
428×458
拉杆空间/mm
260×290
电动机功率/KW
11
加热功率/KW
5
机器外形尺寸/mm
3340×750×1550
注射方式
螺杆式
顶出形式
机械顶出
表1.注塑机参数
四、注塑模具成型零件设计
4.1确定型腔数量
型腔数的确定时需结合塑件本身结构、注塑机的注塑能力、经济性能等来确定型腔数目。
本设计的塑件轮周有凹陷，需要使用用侧向抽型分型机构且抽芯距长，模具结构比较复杂，采用一模一腔。
4.2分型面确定
分型面选择不当将会导致塑件外观缺陷、模具结构复杂、熔体浇注复杂、型腔排气困难、冷却系统复杂、不利于脱模等。
对塑件进行分析，塑件轮周需要用侧型芯成型，侧型芯在动模一侧，故分型面需选在离定模最近的最大轮廓处如图2延展面。
图2.塑件分型面
4.3注塑模具成型尺寸计算
模具的型芯、型腔形状由塑件图镜射而成，其成型尺寸加脱模斜度以及平均收缩率而得。
这里取几个关键尺寸进行计算。
型腔在塑件最大圆处尺寸：
DM=[D（1+S）-3/4×Δ]+δ
=
+0.5/3=100.13+0.17
型芯在内孔处尺寸：
dM=[d（1+S）+3/4×Δ]-δ
=
-0.4/3=18.39-0.13
塑件高度尺寸：
hM=[h（1+S）+2/3×Δ]-δ
=
-0.35/3=26.36-0.12
同理可计算塑件其他位置的尺寸。
式中D、d、h、--------塑件尺寸；
DM、dM、hM、------与塑件相对应的模具尺寸；
S-----收缩率，ABS收缩率为0.4%～0.7%；
Δ-----塑件公差，塑件尺寸与精度处有说明；
δ-----模具零件公差，取Δ/3。
4.4成型零部件外形尺寸设计
因为塑件小型塑件且需要侧向抽芯，故选择整体式矩形型腔。
小塑件按强度条件计算，型腔侧壁和底板厚度的计算如下：
计算得H1/l=0.27<0.41；
侧壁厚度:
s≥
式中
p------熔体压力，MPa；
H1-----承受熔体压力的侧高度，mm；
W-----抗弯截面系数；
a-----矩形型腔边长比。
取常用ABS型腔内平均压力p=30MPa，
计算得s≥22mm
底板厚度：
h≥
式中
a1--------模脚之间距离与型腔短边长的比决定的系数；
b---------型腔侧壁短边长，mm。
计算得h≥24mm
五、注塑模具侧向分型与抽芯机构设计
5.1侧向分型与抽芯机构的选择
塑件为大批量生产产品，要求生产效率和自动化，因此选择机动分型与抽芯机构，而且该机构具有抽芯力大，不需另外添加设备等优点。
本设计选择滑块斜导柱侧向分型与抽芯机构。
5.2抽芯距的确定
塑件为圆形并用对开式滑块测抽芯，其抽芯距为
S=
式中R--------外形最大圆的半径，mm；
r---------阻碍塑件脱模的外形最小圆半径，mm；
计算得：
s=50mm
5.3斜导柱的设计
5.3.1倾斜角
一般情况下，α=15°～25°，常用角度是18°和22°，在这一区间内α越小越好，因为α越小，斜异柱承受的扭力越小，滑块肩部承受的摩擦力越小。
当抽芯趾离较小、滑块又较高时，倾斜角α可以取较小的值，但最小不能小于10°；当抽芯距离较大、滑块高度尺寸较小、塑件对侧向抽芯的包紧力又较小时。
倾斜角α可以取较大的值，但最大不能大于30°。
α的大小取决于侧向抽芯的距离和滑块的高度，而与塑件的推出距离无关，一般来说，在满足侧向抽芯距离要求的前提下，斜导柱的头部应尽量靠近滑块的底面。
由于塑件抽芯距较大，塑件尺寸又较小，结合标准模具库中说具有的滑块斜导柱尺寸数据，取倾斜角α=23°。
5.3.2大小和数量
因为塑件为圆形，所以滑块宽度应大于圆的直径，根据下表，滑块宽度b=d+2×N=100+2×28=156mm＞150mm，故取斜导柱直径为25mm，数量为2。
表2.斜导柱大小和数量推荐值（mm）
5.3.3斜导柱尺寸
表3.斜导柱尺寸推荐值（mm）
图3.斜导柱相应尺寸位置
根据表，d=25mm时，D=30mm、H=8mm、Lmax=200mm、SR=10°。
5.3.4斜导柱长度
L=L1+L2=
+
式中S------抽芯距，mm；
H------固定板厚度，mm；
α------倾斜角。
计算得L=187.40mm＜Lmax符合
六、浇注系统设计
6.1主流道设计
在XS—ZY—125型注射机的参数中，喷嘴孔直径d0=φ4mm，喷嘴圆弧半径R0=12mm，为了防止主流道小端出现溢料，要求喷嘴与主流道相吻合，主流道圆弧半径必须大于喷嘴圆弧半径1～2mm，这里取主流道圆弧半径R=14mm。
主流道小端直径比喷嘴孔直径大时会产生凝料而影响脱模，一般设计主流道小端直径比喷嘴孔直径大0.5～1mm，这里塑件喷嘴孔直径为4.5mm。
6.2浇口套设计
R必须与注塑机喷嘴球面半径R1相配，并保证：
R=R1+（1～2mm）。
内孔d与锥度α需加工至与注塑机喷嘴孔径d1相配，并保证d=d1+（0.5～1mm）
浇口套必须被紧压住以防止后退。
主流道及浇口套设计尺寸如图4所示
图4.主流道及浇口套设计尺寸
6.3分流道设计
分流道是主流道至浇口之间的一段过渡通道，由于分流道往往是浇注系统中最长的部分，所以如何减小分流道的流程和流动阻力，对塑件的成型质量和模具劳动生产率的提高至关重要。
6.3.1分流道的选择
分流道有两种形式：
二模板分流道和三模板分流道，结合塑件分析，选择二模板分流道。
分流道截面形状分为圆形、U形、正方形、梯形和半圆形。
因为分流道较短，选择加工较易的半圆形分流道，如图5。
6.3.2、分流道的尺寸
分流道的截面尺寸主要根据塑件所用塑料的流动性、塑件质量、塑件壁厚及分流道长度确定。
根据经验85g以下塑件分流道直径为3mm。
6.4浇口设计
浇口设计时因选择合适的位置、类型和尺寸。
选择不当会影响塑件外观，塑件质量，甚至会导致整个浇筑过程无法完成。
6.4.1浇口类型的选择
考虑到侧浇口与成型品分离容易；可防止塑料逆流；浇口处产生摩擦热，能再次提高塑料温度，促进填充等优点。
侧浇口对熔体的阻力较小，去除后痕迹较小、较美观。
结合塑件结构和形状本设计选择侧浇口。
6.4.2浇口位置的选择
浇口位置的选择时，应保证在塑件最大壁厚处、在塑件的主要受力方向上、利于排气等，同时应考虑除去浇口方便、避免主要外观面有熔接痕或痕迹、塑件变形和收缩的方向性等。
根据以上要求，浇口位置选择如图6。
6.4.3浇口尺寸设计
浇口的尺寸包括横截而面积、浇口长度以及形状尺寸（如角度）。
原则上，浇口的横截面面积越小越好，而长度则越短越佳，原因是：
浇口截面越小，切除浇口后对塑件外观的影响最小；
浇口截面越小，熔体经过浇口时因剪切而升温的效果越好；
浇口截面越小，越容易凝结，防止塑料熔体倒流的效果越好；
浇口长度越小，熔体在浇口处所受的阻力越小，热量和压力损失越小；
试模后，浇口尺寸由小改大容易，由大改小则非常困难。
测浇口宽度和测浇口深度尺寸一般用经验公式：
b=
t=
式中b--------------测浇口宽度，mm；
A--------------塑件外侧表面积，mm2；
t---------------测浇口深度，mm；
δ-------------测浇口处塑件的壁厚，mm。
侧向进料的侧浇口，对于中小型塑件，一般深度t=0.5~2.0mm（或取塑件壁厚的1/3~2/3），宽度b=1.5~5.0mm，浇口的长度l=0.8~2.0mm。
本设计取t=0.5mm；b=1.5mm；l=2.0mm。
6.5冷料穴和拉料杆设计
6.5.1冷料穴设计
冷料穴分为主流道冷料穴和分流道冷料穴。
冷料穴的大小、深浅要适宜，应根据塑件的大小和形状以及塑料的特性而定，对于大型塑件，冷料穴可适当加大。
分流道冷料穴又分为横向冷料穴和纵向冷料穴。
横向冷料穴一般是分流道的延伸，延伸长度为分流道直径的1～1.5倍；纵向冷料穴通常在流道推杆的位置，长度也也是分流道直径的1～1.5倍。
本设计在型芯侧设计分流道形状的冷料穴，如图7。
6.5.2拉料杆设计
三板模的主流道不需要拉料杆，二板模的主流道的拉料杆结构很多。
一模采用多根Z形拉料杆时，装配时拉料杆缺口方向要一致，而且全部朝下。
结合塑件和拉料杆的特点使用Z形拉料杆。
形状如图8。
七、注塑模具结构件设计
7.1模架设计
7.1.1模架典型结构
模架分为大水口模架、细水口模架和简化细水口模架。
其中大水口模具又称二板模具，大水口模具具有构造简单、装配容易、故障率小、模具寿命长；产品自动脱落，生产周期短；浇口形状无严格要求，浇口
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