搅拌机底座模具设计.docx

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搅拌机底座模具设计

搅拌机的模具设计及工艺设计

摘要

本设计说明书简要说明了搅拌机底座注射模具的设计过程。

首先从该塑件所选用的材料ABS、塑件的精度要求、生产批量等几个角度进行分析，确定模具的成型方案。

具体内容包括注塑机的选择、型腔数目的确定、塑件的排位、分型面的确定、模具强度、成型零件的设计、常用的结构件的设计、侧向分型抽芯机构的设计、脱模机构、浇注系统、模具温度及冷却系统的设计等，并对在设计中选用的一些常用的标准件进行了说明。

其中主要针对模具的型芯、型腔的设计进行了认真的分析和说明，为提高模具的设计水平提供了有力的理论依据。

型芯的计算按制品的平均收缩率计算，同时还对一些特殊的部位的尺寸进行必要的工艺分析，还有一部分尺寸则根据实际生产过程中得到的一些经验的数据确定。

关键词：

ABS；脱模机构；冷却系统；浇注系统；模具设计；注塑模

ABSTRACT

Thisdesigninstructionbookletbriefingcaphasinjectedthemoldthedesignprocess.FirstfromshouldmodelthematerialwhichaninstituteselectsABS,modelstheprecisionrequest,theproductionbatchandsoonseveralanglescarriesontheanalysis,thedefinitemoldtakesshapetheplan.Theconcretecontentincludingthecastingmachinechoice,thecavitynumberdetermination,modelstheplatoonposition,dividesthedetermination,themoldintensity,takesshapethecomponentsdesign,thecommonlyusedstructuralelementdesign,thegoodpositiondesign,thedrawingofpatternsorganization,poursthesystem,themoldtemperatureandthecoolingsystemdesignandsoon,andtosomecommonlyusedstandardletterswhichselectedinthedesignhascarriedontheexplanation.Mainlyaimedatthemoldthecore,thecavitydesignhascarriedontheearnestanalysisandtheexplanation,forenhancedthemoldthedesignleveltoprovidethepowerfultheorybasis.Thecorecomputationaccordingtotheproductaverageshrinkagecomputation,meanwhilecarriesontheessentialcraftanalysistosomespecialspotssizes,butalsosomepartofsizesactaccordingtosomeexperiencesdatadeterminationwhichintheactualproductionprocessobtains.

Keywords：

ABS;comeoffthemechanismofmodel;coolingsystem;gatingsystem;molddesign;injectionmold

1绪论

1.1塑料成型与注塑模具

塑料工业是由塑料原料和塑料制品生产两大系统组成，二者相辅相成，缺一不可，而塑料制品生产是实现塑料原料自身价值的唯一手段。

塑料制品生产的目的就是根据各种塑料的性能，利用各种工艺方法，使其成为具有一定形状而又有使用价值的物品或定型材料。

塑料制品生产主要由成型、机械加工、表面装饰、装配等环节组成，其重要一环就是塑料成型。

塑料成型就是将各种形态的塑料原料（粉料、粒料、溶液或分散体）制成所需形状的制品或胚件的过程。

塑料成型的方法很多，如注塑、吹塑、挤出等等。

而注塑成型以其能成型高尺寸精度、高复杂性的制品和高效率占有重要一席。

塑料注塑成型过程是，塑料原料从注塑机的料斗进入加热筒，经塑化后由柱塞或螺杆的推动，在一定压力下通过喷嘴进入模具型腔，经冷却固化后而开模获得制品（塑件）。

除少数几种塑件外，几乎所有的塑件都可以注塑成型。

据有关资料统计，注塑制品占所有模塑件总产量的三分之一；注塑模具占塑料成型模具数量的二分之一以上。

注塑成型制品的应用已十分广泛，并随着塑料原料的不断改进，已逐步代替传统的金属和非金属材料的制品，发展注塑模具大有可为。

塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极其密切的关联，世界各国对塑料模的现代设计与制造技朮都极为关注。

近年来，国外对塑料模的热流道系统﹑温度控制系统﹑应用数控机床加工及减少热处理变形等方面都做了许多探索，并取得了一定成果。

国外许多企业在塑模的设计与制造方面，已采用了CAD/CAM系统。

这对提高塑件制品质量，缩短塑模制造周期，降低塑件生产成本方面取得较好经济效益。

塑模设计的传统方法，是依靠设计人员的经验﹑技巧和现有的设计数据，从对塑件的工艺计算到塑模的设计制图，全靠手工劳动。

对塑模的制造就更需要专业人员付出大量的繁杂劳动。

所以塑件的质量和数量都远不能满足生产发展的需要。

随着计算器技朮的广泛应用，塑模设计和制造采用了CAD/CAM系统，从而大大提高了模具设计制造的效率。

塑模CAD/CAM的应用可以提高塑模的设计﹑制造质量和速度。

据日本有关数据报道，仅用CAD系统即可缩短设计时间（40-70）%。

另据文献介绍，日本在151个模具制造厂中调查有11%采用了CAD系统，7%采用了NC自动编程系统，在64个注塑造厂中有22%采用了CAD系统，有16%采用CAD/CAM系统，10%采用了NC自动编程系统。

采用NC机床可以提高制造精度，节省能耗和扩大制造功能。

国内CAD/CAM的开发起步较晚，虽然在这方面已进行了大量研究开发工作，但仍较落后，有待进一步改进和完善。

塑料模具材料直接影响塑模的使用寿命﹑加工成本及产品的成型质量，因此设计时要正确地选择模具材料。

用于塑料模具材料的品种很多，其中主要是以钢﹑合金工具钢﹑冷﹑热模具钢，不锈钢等，此外，有色金属中有锌合金﹑铝合金﹑铍铜或某些新材料等。

随着材料科学不断发展，在模具新材料的应用上，国内外都已经对模具的工作条件，失效形式和提高撒哈拉沙模具的使用寿命的途径方面进行了大量的研究工作，并开发出许多不仅具有良好的使用性能，而且还有加工好，热处理变形小的新型塑料模具钢，如预硬钢﹑时效硬钢﹑析出硬化钢﹑耐腐蚀钢等，并在生产中得到广泛应用。

选择塑模材料的主要依据是塑模工作条件，对工作精度要求较低，工作条件比较好的塑模，可选择价格较低廉的普通材料制造，而对一些工作精度要求较高，工作条件恶劣的塑模，则需要选择价格较贵﹑使用性能好的材料制造。

必要时还应寻加工好的模具零件进行特殊的强化处理，以使塑模具有较长的使用寿命。

1.2国内外相关发展状况

1.2.1国内发展状况

模具工业是国民经济发展的重要基础工业，也是一个国家加工工业发展的重要标志。

近年来，我国模具工业的技术水平取得了长足的发展。

当前，国内已经能生产精度达2微米的的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，使用寿命1－2亿次，大型模具、精密塑料模具和部分汽车覆盖模具都已经达到了很高的水平。

现在，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。

“十五”期间，模具年平均增长速度达到20％左右，2005年模具销售额达650亿元，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。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50％，塑料模具约占33％，压铸模具约占6％，其它各类模具约占11％。

但是，由于创新能力弱，行业关键技术难以突破，使得我国模具行业长期以来面临着“低端竞争、高端进口”的尴尬局面。

为了适应市场对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具越来越向着大型化、高精度化、多功能复合模具化等方向发展。

热流道模具、气辅模具等先进的模具加工技术也将在塑料模具中得到更广泛的应用。

标准件的广泛应用，将极大的影响模具制造周期，提高模具的质量，并降低模具的制造成本。

模具技术含量的不断提高，将使中高档模具比例不断增大，产品的机构调整将引发模具市场走势不断变化。

1.2.2国外发展状况

高新技术在欧美模具企业得到广泛应用，欧美许多模具企业的生产技术水平，在国际上是一流的。

将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速制造优质模具的有力保证。

（1）CAD/CAE/CAM的广泛应用，显示了用信息技术带动和提升模具工业的优越性。

在欧美，CAD/CAE/CAM已成为模具企业普通应用的技术。

（2）为了缩短制模周期、提高市场竞争力，普遍采用高速切削加工技术。

（3）快速成型技术与快速制模技术获得普遍应用。

目前，国外注射成型技术的发展迅速，精密注射成型、注射成型中的计算机技术的广泛应用，以及全电动注射剂、两板式注射机、无拉杆注射机、电磁动态化注射机、低压注射成型、高速注射成型、复合注射成型、超级小精密注射成型等技术的研发及应用，都大大提高了国外模具的生产和制造水平。

1.2.3中国与国外先进技术的差距

中国模具生产总量虽然已位居世界第三，但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、其差距主要表现在下列几方面。

国内自配率不足80％，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。

企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。

中国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），专业模具厂也大多数是“大而全”、“小而全”的组织形式。

国外模具企业大多是“小而专”、“小而精”。

模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。

模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。

与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术。

1.3塑料模具发展走势

（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。

这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。

（2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。

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，其将解决传统混合型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。

（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。

采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。

制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。

气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。

气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。

另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。

（4）新的塑料成型工艺和快速经济模具。

以适应多品种、少批量的生产方式。

（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。

为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。

为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。

（6）应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。

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。

本次毕业设计中主要应用了先进的CAD软件和UG软件。

其中UG主要用于模具成型零件的3D设计，并向2D设计人员提供制品的其它有关参数，如投影面积，体积等，以优化模具设计，使模具结构更加合理。

我这次的毕业设计的主要内容是模具结构，在论文中，对于由CAD软件和UG软件完成的内容将直接说明，不作具体说明。

2塑件材料分析与方案设计

塑件为搅拌机底座，三维图如图2-1所示，塑件壁厚均匀，结构比较复杂，造型有点难度。

从搅拌机底座的用途上分析，搅拌机底座通过高速的流体，所以要求有抗冲击性，那么就需要低流动率的ASB料，采用ASB料对注塑过程又提出很高的要求，即为了完成注塑，对于低流动率ASB料，注塑时必须提高注射压力，且浇口要适当的加大，则对注塑机的要求也较高。

塑件外表面

塑件内部

图2.1塑件三维图

2.1塑件的工艺分析

2.1.1塑件的材料

此塑件的材料为苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）。

2.1.2ABS的基本特性

基本特性：

ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。

这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。

丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒、无味，呈微黄色，成形的塑料件有较好的光泽。

密度为1.02～1.05g/cm³。

ABS树脂是良好的工程塑料，其突出的性能是具有高冲击强度，能长期在-40～100℃环境下使用，同时具有质硬、刚性等优异力学性能，有良好的电绝缘性。

ABS成型收缩率为0.4%～0.8%，可以制得尺寸精度较高的塑件，表面经抛光后具有很好的光泽。

因其具有如此良好的综合性能，故广泛用于生活用品的生产。

但ABS的耐候性较差，在紫外线和热、氧作用下易发生氧化降解，使塑件发硬发脆。

ABS有极好的抗冲压强度，且在低温下也不迅速下降。

有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。

经过调色可配成任何颜色。

其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70°C左右，热变形温度为93°C左右。

耐气候性差，在紫外线作用下变硬变脆；

2.1.3ABS的成型特点

成型特点：

ABS在升温时粘度增高，所以成型压力比较高，塑料上的脱模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇口对流道的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。

要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60°C，要求塑件光泽和耐用时，应控制在60～80°C。

2.1.4ABS的主要用途

主要用途：

在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪器盘、水箱外壳等。

ABS还用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。

2.1.5ABS的注射成型工艺参数

塑料名称：

ABS密度（g/cm³）：

1.02～1.05；

计算收缩率（%）：

0.5；

模具温度（℃）：

50～60；

注射压力（MPa）：

60～100；

成型时间（s）：

15～30；注射时间15～60；加压时间0～3；冷却时间20～90；

总周期50～160。

适应注射机类型：

柱塞式

表2.1原材料苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）分析

塑料

品种

结构

特点

使用温度

化学稳

定性

性能特点

成型特点

苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）

线型结构非结晶型材料

小于70℃，

一较好的定的化学稳定性

机械强度较好，有一定的耐磨性。

但耐热性较差，吸水性较大

成型性能很好成型前原料要干燥

结论

该塑料有良好的工艺性能，适宜注射成型，成型前原料药干燥处理

表2.2ABS工艺参数表

工艺参数

通用型ABS

料桶后部温度

160～170

料桶中部温度

200～220

料桶前部温度

180～200

喷嘴温度/℃

170～190

模具温度/℃

40～80

2.2塑件的成型工艺

塑料的种类很多，其成型的方法也很多，有注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、气动与液压成型、泡沫塑料的成型等。

其中前四种方法最为常用。

本塑件的成型采用注射成型。

注射成型又称为注射模塑，是热塑性塑料制件的一种主要成型方法，除个别热塑性塑料外，几乎所有热塑性塑料都可用此方法成型。

近年来，注射成型已成功的用来成型某些热固性塑件。

注射成型可成型各种形状的塑料制件。

它的特点是成型周期短，能一次成型外观复杂、尺寸精密、带有嵌件的塑料制件，且生产率高，易于实现自动化生产，所有广泛用于塑料制件的生产中，但注射成型的设备及模具的制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料制件生产。

注射成型所用的设备是注塑机。

目前注塑机的种类很多，但普遍采用的是柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。

2.2.1注射成型的原理

注射成型是原理是将颗粒状态或粉状塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射剂柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件，这样就完成了一次工作循环。

如图2.1所示。

图2.1注射成型工作循环

2.2.2注射成型的工艺过程

注射成型工业过程包括：

成型前的准备、注射成型过程以及塑件的后处理三个阶段。

（1）成型前的准备

为确保注射过程顺利进行和保证质量，应对所用设备和塑料进行一下准备工作：

成型前对原料的预处理根据各种塑料的特性及供料状况，一般在成型前对原料进行外观（指色泽、粒度大小及均匀性等）和工艺性能（熔融指数、流动性、收缩率等）检验。

如果来料为粉料，则有时还需进行捏合、塑炼、造料等操作。

此外对所用料粒有时还需要进行干燥。

料筒的清洗在注射成型前，如果料筒内残余塑料与将要使用的塑料不一致以及需要调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对料筒进行清洗或更换。

柱塞式注射机料筒内的存料量较多且料筒中间有分流梭，因此清洗较困难，必须拆卸清洗或者采用专用料筒。

螺杆式注射机通常是直接换料清洗。

为节省时间和原料，换料清洗应根据塑料的热稳定性成型温度范围及各种塑料之间的相容性的因素采用正确的清洗步骤。

当新料的成型温度高预料筒内存料的成型温度时，先将料筒温度升至新料的最低成型温度，然后加入新料，并连续“对空注射”，直至全部存料清洗完毕，在调整料筒温度进行正常生产。

当新料成型温度比存料成型温度低，则先将料筒温度升高到存料最好的流动温度后切断电源，用新料在降温下进行清洗。

当新料与存料成型温度相近时，则不必变更温度，直接清洗即可。

脱模剂的使用脱模剂是使塑件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。

常用的脱模剂有硬脂酸锌液体石蜡和硅油等。

除了硬脂酸锌不能用于聚酰胺之外，上述三种脱模剂对于一般塑料均可使用，其中尤以硅油脱模效果最好，只要对模具施用一次，即可长效脱模，但价格很贵。

硬脂酸锌多用于高温模具，而液体石蜡多用于中低温模具。

使用脱模剂时，要求涂层适量和均匀，否则会影响塑料的外观及性能。

（2）注射成型过程

注射过程是塑料转变为塑件的主要阶段。

它包括加料、塑化、加压、注射、保压、冷却定型和脱模等步骤。

加料由注射剂料斗落入一定量的塑料，以保证操作稳定、塑料塑化均匀，最终获得良好的塑件。

通常其加料量由注射机装置来控制。

塑化塑化是指塑料在料筒内经加热达到熔融流动状态，并具有良好的塑性的全过程。

就生产的工艺而论，对这一过程的总要求是：

在规定时间内提供足够数量的熔融塑料，塑料熔体在进入型腔之前要充分塑化，既要达到规定的成型温度，又要使塑化料各处的温度尽量均匀一致，还要使热分解物的含量达最小值。

这些要求与塑料的特性、工艺条件的控制及注射机塑化装置的结构等密切相关。

加压注射注射机用柱塞或螺杆推动具有流动性和温度均匀的塑料熔体，从料筒中经过喷嘴、浇注系统直至注入模腔。

保压保压是自注射结束到柱塞或螺杆开始后移的这段过程，即压实工序。

保压的目的一方面是防止注射压力解除后，如果浇口尚未冻结，发生型腔中熔料通过浇口流向浇注系统，导致熔体倒流；另一方面则是当型腔内熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆可迫使浇口附近的熔料不断补充进模具中，使型腔中塑料能成型出形状完整而致密的塑件。

冷却定型当浇注系统的塑料已经冷却凝固，继续保压已不再需要，此时可退回柱塞或螺杆，同时通入冷却水或空气等冷却介质，对模具进一步冷却，这一阶段称冷却定型。

实际上冷却定型过程从塑料注入型腔起就开始，它包括从注射完成、保压到脱模前这一段时间。

脱模塑件冷却到一定温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。

（3）塑料的后处理

塑件经注射成型后，除去浇口凝料，修饰浇口处余料及飞边毛刺外，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后处理主要指退火和调湿处理。

退火处理退火处理是使塑件在定温的加热液体介质（如热水甘油和液体石蜡）或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。

其目的在于减少由于塑件在料筒塑化不均匀或在型腔内冷却速度不一致，而形成内应力，这在生产厚壁或带有金属镶件得塑件时尤为重要。

一般退火温度控制在塑件使用温度以上10~15℃，或低于塑料的热变形温度10~20℃。

退火处理的时间取决于塑件品种、加热介质、温度、塑件的形状和成型条件。

退火时间到达后，塑件缓慢冷却至室温，冷却太快，有可能重新产生内应力。

调湿处理将刚脱模的塑件放在热水中进行处理，以隔绝空气，防止塑件氧化而变色，同时，加快达到吸湿平衡的一种处理方法。

通过处理，使塑件的颜色性能和尺寸达到稳定。

通常聚酰胺类塑件需进行调湿处理，处理的时间随塑料的品种形状厚度及结晶度大小而异。

2.2.3注射成型工艺参数

对于一定的塑件，当选择了适当的塑料品种、成型方法及设备，设计了合理的成型工艺过程及模具结构之后，在生产中，工艺条件（参数）的选择及控制就是保证成型顺利进行和塑件质量的关键。

注射成型最主要的工艺参数是塑化流动和冷却的温度、压力，以及相应的各个作用时间。

（1）温度注射成型过程需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度、模具温度等。

前两种温度主要影响塑料的塑化和流动；而后一种温度主要影响塑料的充模和冷却定型。

（2）压力注塑成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力。

它们关系到塑化和成型的质量。

（3）时间（成型周