设计制作后盒盖塑料模具本科论文.docx

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设计制作后盒盖塑料模具本科论文

内容提要

本论文应用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次塑料模具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了塑料模具设计等课程所学的内容，掌握塑料模具设计的方法和步骤，掌握塑料模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

采用斜顶落料，能较好地实现落料及落料件的修边，模具设计制造简便易行。

生产出的塑件效果好，能极大地提高生产效率，但凹模设计较为重要，设计中应充分考虑其塑料模口形状，否则易影响塑件的形状。

本论文主要特点是大量应用软件进行检测和设计，这样不仅缩短了开模时间，还保证了开模的质量，也将CAD、pro/e等软件能力有所提升。

前言

随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。

毕业设计的主要目的有两个：

一是让学生掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用CAD、Pro/e进行模具设计。

二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。

本书是后盒盖塑料模设计说明书，结合模具的设计和制作，广泛听取各位人士的意见，经过多次修改和验证编制而成。

为了达到设计的规范化,标准化和合理性，本人通过查阅多方面的资料文献，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明，论述充分。

其中附有必要的插图和数据说明。

本论文在编写过程中得到了老师的精心指导和同学们的大力帮助,在此表示衷心的感谢。

由于本人是应届毕业生,理论水平有限，实践经验不足，书中难免有不当和错误的地方，敬请各位老师与广大读者批评指正。

1．设计课题及设计任务书

1．1设计课题

设计制作后盒盖塑料模具

1.1.1、课题来源：

生产实践

1.1.2、课题研究的目的与主要内容：

1..1.3、目的：

（1）、用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一项塑料模设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。

（2）、扩充了“塑料模设计”课程所学内容，掌握塑料模具设计的方法和步骤，巩固了塑料模具设计的基本知识。

塑料、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。

1..1.4、基本要求：

（1）、到课题研究的目的所提的要求。

（2）、重点放在实际生产中，即亲自与模具的跟踪生产，熟悉自己所设计模具的工艺和生产全过程。

（3）以生产者的身份来设计模具；为求所设计模具适合在所在设备条件下生产，即要综合生产实际，又要满足生产要求，更要提高生产效率和经济效益。

（4）生产实际中，熟悉所用制造模具的设备的使用。

课题研究已具备的条件（包括主要仪器设备）

①电火花线切割机

②电火花脉冲电压机

③数控加工中心

④钻床

⑤划线尺、平台、钻花、半规尺、游标卡尺

⒉模具厂间：

车、铣、刨、磨、钻、焊、热处理等设备。

1.2．设计任务书

设计工件如图1.1所示：

图1.1

技术要求：

1.本产品为塑料制件，材料为ABS。

2.工件对公差要求较高，公差按MT2A级制造。

3.工件外观必须光滑，没有溢边、气泡、裂纹等缺陷。

一.塑件的工艺分析

1.1.塑件的工艺分析

ABS塑料

化学名称：

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

英文名称:

AcrylonitrileButadieneStyrene

比重:

1.05克/立方厘米收缩率:

0.3-0.8％

成型温度：

200-240℃干燥条件：

80-90℃2小时

特点：

1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.

2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。

用途：

适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.

成型特性：

1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.

2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解（分解温度为>；270度）.对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度.

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

ABS塑料最大的缺点就是质量重、导热性能欠佳。

注塑模工艺条件:

干燥处理：

ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。

建议干燥条件为80～90℃下最少干燥2小时。

材料温度应保证小于0.1%。

熔化温度：

210～280℃；建议温度：

245℃。

模具温度：

25～70℃。

（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。

注射压力：

500～1000bar。

注射速度：

中高速度。

二.拟定模具结构形式

A.确定型腔数量及排列方式

型腔的数量是为“一出二”即一模四腔，他们已考虑了本产品的生产批量（大批量生产）和自己的注射机型号。

因此我们设计的模具为多型腔的模具。

考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：

图2.1

B.模具结构形式的确定

由于塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般，且装配精度要求高，因此我们设计的模具采用多型腔多分型面。

根据本塑件盒盖的结构，模具将选择采用两个分模面，两个分型面。

图2.2

三.注射机型号的确定

3.1体积和质量的计算

由pro/e野火4.0进行分析得：

体积=6.2328056e+03毫米^3

曲面面积=9.8699352e+03毫米^2

密度=1.0500000e+00公斤/毫米^3

质量=6.5444458e+03公斤

图3.1

3.2注射机的选择

注射机为塑料注射成型所用的主要设备,按其外行可分为立式，卧式，直角式。

卧式注射机的注射装置和定模板在设备的同一侧，而锁模装置，动模板，推出机构均设置在另一侧。

这是注射机最普通，最主要的一种形式。

他的主要特点是机体较矮，容易操作加料，制件推出后能自动落下，便于实现自动化操作，缺点是设备占地面积大，模具安装比较麻烦。

注射量是注射机每次注射塑料的最大体积或质量。

注射机的公称最大注射量，通常是用聚苯乙烯标定的。

所以在使用其他塑料时，柱塞式注射机的最大公称量应根据塑料的密度进行转换。

一般，注射机的利用率为80％~85％。

所以根据本产品的特点，注射机初步定为：

卧式XS-Z-30

主要技术规格如下：

注射压力：

119MPa锁模力：

250KN

额定注射量：

30cm3最大开合模行程：

160mm

模具最大厚度：

180mm　模具最小厚度：

60mm

喷嘴孔直径：

2mm喷嘴圆弧半径：

12mm

四.分型面位置的确定

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。

选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。

2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。

3）保证塑件的精度要求。

4）满足塑件的外观质量要求。

5）便于模具加工制造。

6）对成型面积的影响。

7）对排气效果的影响。

8）对侧向抽芯的影响。

其中最重要的是第5）和第2）、第8）点。

为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。

如下图所示，采用A－A这样一个平直的分型面，前模（即定模）做成平的就行了，胶位全部做在后模（即动模），大简化了前模的加工。

B－B分型面也是整个模具的主分模面。

分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在后模一边，这样有助于后模设置的推出机构动作，依靠注射机的顶出装置和模具的推出机构推出塑件。

图4.1

五.浇注系统形式和浇口的设计

A.主流道设计

1.主流道尺寸

主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。

由于初选注射机的型号为XS-Z-30查表4.2得喷嘴圆弧半径为12mm，喷嘴孔直径为2mm。

主流道通常设计在浇口套中，为了方便注射，主流道始端的球面必须比注射机的喷嘴圆弧半径大1～2mm，防止主流道口部积存凝料而影响脱模，通常将主流道小端直径设计的比喷嘴孔直径大0.5～1mm。

其设计尺寸如下图所示：

图5.1

B.分流道设计

在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。

它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。

因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。

1.主分流道的形状及尺寸

为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等，工程设计中常采用U形和梯形，其截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，此处选用U形，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸：

B在5~10mm内选，半径R=0.5B,深度H=1.25R，

图5.2

2.分流道的表面粗糙度

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。

实际加工时，用铣床铣出流道后，少为省一下模，省掉加工纹理就行了。

（省模：

制造模具的一道很重要的工序，一般配备了专业的省模女工，即用打磨机，沙纸，油石等打磨工具将模具型腔表面磨光，磨亮，降低型腔表面粗糙度。

）

3.分流道的布置形式

分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：

即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。

本模具的流道布置形式采用平衡式，如下图：

图5.3

C.浇口的设计

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。

1.浇口的选用

浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。

我们将采用限制性浇口。

限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。

对此零件有两种方案：

一是采用侧浇口，二是采用点浇口。

侧浇口又称边缘浇口，国外称之为标准浇口。

侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。

这灯浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强；但有浇口痕迹存在，会形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷，且注射压力损失大，对深型腔塑件排气不便。

点浇口又称针点浇口或菱形浇口，是一种截面尺寸很小的浇口，俗称小浇口。

这种浇口由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观年度下降，流动性增加，有利于型腔的填充，因而对于薄壁塑件以及诸如聚乙烯、聚丙烯等表现粘度随剪切速率变化敏感的塑料成形有利，也不利于成形流动性差及热敏性塑料，也不利于成型平薄易变性及形状非常复杂的塑件。

鉴于上两种方案难于取决，采用pro/e4.0自带的模流分析，PlasticsInsight软件套件是在对验证零件和模具设计进行深入模拟方面的产品。

能够分析薄壁零件的CAD实体模型，这样可以明显降低模型准备的时间。

时间的节省能够分析更多设计迭代以及执行更深入的分析。

分析条件：

PartName（零件名称）:

lingjiantu

MaterialSupplier（材料供应）:

Generic

MaterialGrade（材料结构）:

ABS-Acrylonitrile-butadiene-styrene

MaxInjectionPressure（最大注射压力）:

119.00MPa

MoldTemperature（模具温度）:

60.00deg.C

MeltTemperature（材料温度）:

230.00deg.C

ModelSuitability:

Partmodelwashighlysuitableforanalysis.

分析结果：

MoldingWindowResults

方案一

Manufacturer（制造性能）

Generic

Confidence（可行度）

Poor

MoldingWindowResults

方案二

Manufacturer（制造性能）

Generic

Confidence（可行度）

Good

填充分析：

FillingAnalysis

方案一

Moldability（模具性能）:

Yourpartcanbeeasilyfilledwithacceptablequalityusingthecurrentinjectionlocations.

Confidence:

High

InjectionTime:

0.74sec

InjectionPressure:

32.69MPa

WeldLines:

No

AirTraps:

Yes

ShotVolume:

6.15cu.cm

FillingClampForce:

4.97tonne

PackingClampForceEstimate@20%:

（6.54）MPa2.19tonne

PackingClampForceEstimate@80%:

（26.15）MPa8.76tonne

PackingClampForceEstimate@120%:

（39.22）MPa13.14tonne

ClampForceArea:

32.85sq.cm

CycleTime:

9.98sec

FillingAnalysis

方案二

Moldability:

Yourpartcanbeeasilyfilledwithacceptablequalityusingthecurrentinjectionlocations.

Confidence:

High

InjectionTime:

0.53sec

InjectionPressure:

20.55MPa

WeldLines:

No

AirTraps:

Yes

ShotVolume:

6.15cu.cm

FillingClampForce:

3.85tonne

PackingClampForceEstimate@20%:

（4.11）MPa1.38tonne

PackingClampForceEstimate@80%:

（16.44）MPa5.51tonne

PackingClampForceEstimate@120%:

（24.66）MPa8.26tonne

ClampForceArea:

32.85sq.cm

CycleTime:

9.76sec

缩痕分析：

SinkMarkAnalysis

方案一

Sinkability:

2%ofyourmodelwasfoundtobepronetosinkmarks.

图5.4

IMPORTANTINFORMATION:

Theanalysisresultshereinarebelievedtobereliablebutarenottobeconstruedasprovidingawarranty,includinganywarrantyofmerchantabilityorfitnessforpurpose,orrepresentationforwhichMoldflowCorporationassumeslegalresponsibility.Usersshouldundertakesufficientverificationandtestingtodeterminethesuitabilityfortheirownparticularpurposeofanyinformationpresentedherein.Nothinghereinistobetakenaspermission,inducement,orrecommendationbyMoldflowCorporationtopracticeanypatentedinventionwithoutalicenseorinanywayinfringeupontheintellectualpropertyrightsofanyotherparty.

SinkMarkAnalysis

方案二

Sinkability:

2%ofyourmodelwasfoundtobepronetosinkmarks.

IMPORTANTINFORMATION:

Theanalysisresultshereinarebelievedtobereliablebutarenottobeconstruedasprovidingawarranty,includinganywarrantyofmerchantabilityorfitnessforpurpose,orrepresentationforwhichMoldflowCorporationassumeslegalresponsibility.Usersshouldundertakesufficientverificationandtestingtodeterminethesuitabilityfortheirownparticularpurposeofanyinformationpresentedherein.Nothinghereinistobetakenaspermission,inducement,orrecommendationbyMoldflowCorporationtopracticeanypatentedinventionwithoutalicenseorinanywayinfringeupontheintellectualpropertyrightsofanyotherparty.

综上选用点浇口能获得较好的填充质量，但两种方案均有2%的缩痕产生，于是采用边缘处采用倒圆角处理,分析结果如下：

SinkMarkAnalysis

lingjian

Sinkability:

Lessthan1%ofyourmodelwasfoundtobepronetosinkmarks

图5.5

具体到这套模具，其浇口形式及尺寸如图所示。

浇口各部分尺寸都是取的经验值。

实际加工中，是先用圆形铣刀铣出直径为Φ6的分流道，再将材料进行热处理，然后做一个铜公（电极）去放电，用电火花打出浇口。

2.浇口位置的选择

模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。

总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：

9）尽量缩短流动距离。

10）浇口应开设在塑件壁厚最大处。

11）必须尽量减少熔接痕。

12）应有利于型腔中气体排出。

13）考虑分子定向影响。

14）避免产生喷射和蠕动。

15）浇口处避免弯曲和受冲击载荷。

16）注意对外观质量的影响。

根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，

D.浇注系统的平衡

对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。

一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。

显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。

E.冷料穴的设计

在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10－25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。

位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。

为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。

冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1－1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积，冷料穴有六种形式，常用的是端部为Z字形和拉料杆的形式，具体要根据塑料性能合理选用。

本模具中的冷料穴的具体位置和形状如图中所示。

实际上只要将分流道顺向延长一段距离就行了。

图5.6

六.成型零件的设计

模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。

成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。

因此，成型零件要求有正确的几何