方罩壳塑料模具设计模具毕业设计论文.docx

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方罩壳塑料模具设计模具毕业设计论文

方罩壳塑料模具设计

第一部分概述………………………………2

第二部分毕业设计任务书…………………4

第三部分产品说明及分析…………………9

第四部分根据初步设计方案选择注射机.12

第五部分模具结构的设计……………….16

第六部分浇注系统的设计………………..17

第七部分成型零件尺寸计算……………..20

第八部分模架的选择及校核……………..23

第九部分冷却系统的设计………………..24

第十部分模具的安装与调试……………..27

第十一部分技术经济分析…………………..29

第十二部分附录……………………………..30

概述

塑料工业是一门新兴产业，自塑料问世后几十年，塑料来源丰富，制作方便及成本低廉、金属零件塑料化的发展很快，在机械电子、国防、交通、通讯、建筑、农业、轻工业和日常生活用品等行业中都得到了广泛的应用，对塑料模具要求量增加。

Pro/ENGINEER3.0CAD在设计过程中的应用

Pro/ENGINEER3.0是美国PTC公司（ParametricTechnologyCorporation——参数技术公司）开发的大型CAD/CAM/CAE集成软件，是全方位的产品开发软件。

该软件集产品设计、装配、加工、钣金设计等功能于一体，其模块众多、内容丰富、功能强大，已广泛应用于电子、航天、汽车、家电和玩具等行业。

MoldflowPlasticAdvisers是Moldflow公司开发的快速试模分析软件，可以对塑件和模具进行注塑分析和优化，能帮助设计人员在早期发现问题。

在塑窗限位块模具设计过程中，应用MoldflowPlasticAdvisers模流分析，包括浇口位置、材料选择、熔接痕位置、困气、流动时间、压力和温度分布分析等。

AutoCAD是最常用的工程制图软件。

由Pro/ENGINEER产生的工程图纸不规范，所以后期需要导入AutoCAD进行完善。

塑料模具CAD技术是一种全新的设计技术，有助于提高产品及模具设计的质量和实现产品的最佳性能。

塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑过程模拟的分析结果，判读数据并做出合适的变更设计抉择，熟悉CAD技术并有效地应用于模具设计也有赖于设计人员的素质和经验。

塑料模具CAD的难点在于建立丰富的材料性能数据库，以及模具零件的标准化。

燕秀工具箱为cad外挂软件，它集成了各大模具标准零件生产厂家的标准零件库，如龙记（LKM）、明利（MINGLEE）、环胜（EVER）等，大大提高设计的效率及实用性。

本次毕业设计设计的方罩壳注塑模主要从塑料的性能、产品的使用性能和要求出发，分为几个方面的设计，重点阐述了材料性能、模具结构分析及工作原理以及成型分析、理论计算几个方面此结构比较简单，精度要求低，运用常用的顶杆，通过充模、保压、开模至推出塑件。

具体过程，详见以后说明书内容分析和计算。

本说明书为机械塑料注射模具设计说明书，是根据《塑料成型工艺与模具设计》上的设计过程及相关工艺编写的。

本说明书的内容包括：

目录、课程设计指导书、课程设计说明书、参考文献等。

编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺、塑料脱模机构的设计。

由于本人设计水平有限，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位老师批评指正。

毕业设计任务书

一、题目：

题目：

方罩壳

技术要求：

1.塑件表面无明显缺陷

2.尺寸公差取塑料件6级公差

任务要求：

模具装配图及零件图

模具设计说明书

注射工艺卡、零件加工工艺过程卡和毕业设计总结

二、明确设计任务，收集有关资料

三、工艺性分析

分析塑胶件的工艺性包括技术和经济两方面，在技术方面，根据产品图纸，只要分析塑胶件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性能等因素，是否符合模塑工艺要求；在经济方面，主要根据塑胶件的生产批量分析产品成本，阐明采用注射生产可取得的经济效益。

1、塑胶件的形状和尺寸：

塑胶件的形状和尺寸不同，对模塑工艺要求也不同。

2、塑胶件的尺寸精度和外观要求：

塑胶件的尺寸精度和外观要求与模塑工艺方法、模具结构型式及制造精度等有关。

3、生产批量

生产批量的大小，直接影响模具的结构型式，一般大批量生产时，可选用一模多腔来提高生产率；小批量生产时，可采用单型腔模具等进行生产来降低模具的制造费用。

4、其它方面

在对塑胶件进行工艺分析时，除了考虑上诉因素外，还应分析塑胶件的厚度、塑料成型性能及模塑生产常见的制品缺陷问题对模塑工艺的影响。

四、确定成型方案及模具型式：

根据对塑胶零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定所需的，模塑成型方案，制品的后加工、分型面的选择、型腔的数目和排列、成型零件的结构、浇注系统等。

五、工艺计算和设计

1、注射量计算：

涉及到选择注射机的规格型号，一般应先进行计算。

对于形状复杂不规则的制品，可以利用Pro/E，的“分析/模塑分析/模塑质量属性”来计算质量。

或者采用估算估计塑料的用量，及保证足够的塑料用量为原则。

2、浇注系统设计计算：

这是设计注射模的第一步，只有完成浇注系统的设计后才能估算型腔压力、注射时间、校核锁模力，从而进一步校核所选择的注射机是否符合要求。

浇注系统设计计算包括浇道布置、主流道和分流道断面尺寸计算、浇注系统压力降计算和型腔压力校核。

3、成型零件工作尺寸计算：

主要有凹模和型芯径向尺寸高度尺寸，其最大值直接关系到模具尺寸大小，而工作尺寸的精度则直接影响到制品精度。

为计算方便，凡孔类尺寸及其最小尺寸均作为公称尺寸，凡轴类尺寸及最大尺寸均作为公称尺寸；进行工作尺寸计算时应考虑塑料的收缩率和模具寿命等因素。

4、模具冷却与加热系统计算：

冷却系统计算包括冷却时间和冷却参数计算。

冷却参数包括冷却面积、冷却水长度和孔数的计算及冷却水流动状态的校核和冷却水入口与出口处温差的校核。

模具加热工艺计算主要是加热功率计算。

5、注射压力、锁模力和安装尺寸校核：

模具初步设计完成后，还需校核所选择的注射机注射压力和锁模力能否满足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可否方便安装，行程是否满足模塑成型及取件要求。

六、进行模具结构设计：

1、确定凹模尺寸：

先计算凹模厚度，再根据厚度确定凹模周界尺寸，在确定凹模周界尺寸时要注意：

第一，浇注系统的布置，特别是对于一模多腔的塑料模应仔细考虑模腔位置和浇道布置；第二，要考虑凹模上螺孔的布置位置；第三，主流道中心与模板的几何中心应重合；第四，凹模外形尺寸尽量按国家标准选取。

2、选择模架并确定其他模具零件的主要参数；在确定模架结构形式和定模、动模板的尺寸后，可根据定模、动模板的尺寸，从《塑料模国家标准》GB/T12555-1990和GB/T12556-1990中确定模架规格。

待模架规格确定后即可确定主要塑模零件的规格参数。

再查阅有关零件图表，就可以画装配图了。

七、画装配图

一般先画上主视图，再画侧视图和其他视图。

1、主视图：

绘制模具工作位置的剖面图

2、侧视图：

一般情况下绘制定模部分视图

3、俯视图、局部剖视图等

4、列出零件明细表，注明材质和数量，凡标准件须注明规格

5、技术要求及说明，包括所选注射机设备型号，所选用的标准模架型号，模具闭合高度，模具间隙及其它要求。

八、绘制各非标准零件图

零件图上应注明全部尺寸、公差与配合、行位公差、表面粗糙度、所用材料、热处理方法及其它要求

九、编写技术文件

1、编写注射成型工艺卡片：

根据塑料的成型特点，查阅有关资料，确定合理的注射成型工艺参数，并作成工艺卡片。

2、编写加工工艺过程卡片：

选取两个重要模具成型零件，确定加工工艺路线，并作成加工工艺过程卡片

3、编写设计说明书

第三部分产品说明及分析

1．题目：

方罩壳

2．材料：

PP（聚丙烯）含GF30%

技术要求：

1.塑件表面无明显缺陷

2.尺寸公差取塑料件6级公差

3．产品图如下：

4．任务要求

1）制定塑件成型工艺

2）完成塑件的模具设计图纸一张，零件图纸若干

3）选定模具材料及热处理的技术要求，并制定主要工作零件的热处理及加工制造工艺路线

4）编写说明书，其达到如下要求

A了解塑料物理性能、流动性能及成型过程中的物理化学变化

B了解塑料成型基本原理和工艺特点、正确分析成型的工艺对模具的要求

C掌握各种成型设备对模具的要求

D掌握成型模具的结构及设计计算方法

五、工艺方案的拟定

1．产品分析：

从产品平面图和立体图大概判断，本品在常温中使用，精度要求不高，一般只要满足要求，上端为螺纹结构，通过侧抽芯实现分模能很大程度的简化模具结构。

所以从综合角度上看来初步设计为采用一模两腔。

2．选材

聚丙烯（PP）

密度为9.15

kg/mm3

PP是一种半结晶性材料。

它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。

由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。

共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。

PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。

PP的维卡软化温度为150℃。

由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。

PP不存在环境应力开裂问题。

通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。

PP的流动率MFR范围在1~40。

低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。

对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。

由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。

并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。

加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。

均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。

然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。

PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。

3.工艺条件：

干燥处理：

如果储存适当则不需要干燥处理。

熔化温度：

220~275℃，注意不要超过275℃。

模具温度：

40~80℃，建议使用50℃。

结晶程度主要由模具温度决定。

注射压力：

可大到1800bar。

注射速度：

通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。

如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。

流道和浇口：

对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。

建议使用通体为圆形的注入口和流道。

所有类型的浇口都可以使用。

典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。

对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。

PP材料完全可以使用热流道系统。

四.根据初步设计方案选择注射机

一．成型前的准备

a.吸湿性小，如果储存适当则不需要干燥处理

b.塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具形腔成型，其过程可以分为充模、压模、保压、倒流和冷却4个阶段。

二．制品的注塑成型参数

注射机：

螺杆式

螺杆转速：

高螺杆转速（线速度为1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前完成塑化过程就可以

料筒温度：

喂料区 30～50℃

     区1   160～250℃    

区2   200～300℃

区3   220～300℃

     区4   220～300℃

     区5   220～300℃

     喷嘴   220～300℃

模具温度：

20-70℃

注射压力（MPa）：

具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力80～140MPa（800～1400bar）；

成型时间注射时间（s）：

3-6、保压时间：

30-60、冷却时间：

20-50总周期：

53-116

三．根据塑件的形状计算其体积和质量

1.对于该设计，建立塑件模型，并用Pro/E3.0对其进行分析得：

V=4.5

mm3

Vg=4.13g

2．根据塑件的计算量或者体积选定注射机设备型号确实形腔数

初步设定腔数为2腔，并设计出浇口流道，计算出所需额定注射量为9。

铸模如图

（二）注射机有关参数的校核和最终选择。

1．模具闭合高度的校核

安装模具的高度应满足：

Hmin＜H＜Hmax

设计模具高度为H总=210mm

选XS-ZY-125型，最大装模高度Hmax=300mm，最小装模高度Hmin=200mm

H总=237mm介于二者之间，满足模具厚度安装要求。

2.注射机有关参数

XS-ZY-125型注射机的主要参数

额定注射量：

125cm3

顶杆中心孔径:

50mm

注塑压力：

120MPa

最大装模厚：

300mm

注射行程：

115mm

最大成型面积：

320cm3

注射时间：

1.6

锁模力：

900KN

最大成型面积：

320cm3

动定模固定板尺寸：

415×415mm

喷嘴球头直径：

12

最小装模厚：

200mm

最大开模行程：

300mm

注塑机定位孔直径：

Φ40mm

顶出行程:

0-110mm

顶出行程:

0-110mm

3.注塑机的参数校核

（1）注射容量和质量校核

每次注射所需塑料为：

按一模2腔计算：

8.8g

注射机最大注射量125×0.8=100﹥8.8

所以注塑机符合要求。

（2）锁模力与注射压力，锁模力按下式校核：

F≥Pm（nAs+Aj）

式中

As—塑件型腔在模具分型面上的投影面积

Aj—塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积

F—锁模力

P—模腔压力取120MPa

F≥120（2×25×20+18×4）

≥128640N

由于F=900KN

故满足F=Pm（nAS+Aj）

同时XS-ZY-125的额定注射压力为120MPa，所以注塑机符合HPVC塑料成型的注射压力要求。

五．模具结构的设计

1．确定形腔的数目

根据经济性确定形腔数目：

从目前市场经济价格来看每增加一个型腔成制造本会增加1200—2000元不等，而设计为单型腔更加不利于节省成本的原则，但考虑到本产品上端为螺纹结构，需通过测抽芯来实现。

因此，为避免结构过于复杂，最终选择为一出二，既能满足生产要求，又能最大限度的简化模具结构。

2.分型面的确定：

为了使最大程度的简化模具，本设计采用产品底线为分型面，侧抽芯通过压条与导向销导向，合模时利用锁紧块将其锁紧。

静模板为一平面，与动模芯子碰穿，结构如图所示

六．浇注系统的确定

一．浇注系统形式和浇口的设计

浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。

它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。

该模具采用普通流道浇注系统，包括主流到，分流到、冷料穴，浇口。

1.主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。

主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出

（1）主流道尺寸

主流道小端直径D=注射机喷嘴直径+（0.5～1）取D=3

主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（1～2）

=12（1～2），取SR0=13

球面配合高度h=3～5mm，取h=3mm

主流道长度L=57mm

主流道大端直径取D′=5mm

浇口套总长LO=L+h=58mm

（2）主流道衬套的形式

主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC～55HRC。

多次实践总结，现大多将浇口套直接安装上静模板上，以减少塑料的浪费，为避免口水料由于流料造成浇口的大面积堵塞，故将静模底板加工如图

2.分流道设计

（1）分流到布置形式

分流道在分型面上的布置与型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，应该遵循两方面原则：

一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量段、锁模力力求平衡。

模具的流道布置形式采用平衡式。

一模二腔采用直线型。

（2）分流道的长度

长度应尽量短，减少弯折。

该模具的分流道长度在设计过程中由绘图得出

（3）分流道的形状及尺寸

为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上，首先进行各截面形状比较

为了达到最佳的流动效果，，采用圆形截面。

圆形截面尺寸为R=2mm的圆

（4）分流道表面粗糙度

由于流道中于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理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6微米，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。

避免熔流表面滑移，是中心层具有较高的剪切速率，此处Ra=0.8

3、冷料穴的设计

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。

其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。

冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。

冷料穴的形式有三种：

第一种是与推杆匹配的冷料穴；第二种是与拉料杆匹配的冷料穴；第三种是无拉料杆的冷料穴。

我们这里选用的拉料杆是固定在动模板上的，在拉料杆上加工出Z型强制，用以将主流道内的塑料拉出。

4、浇口的设计：

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。

浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。

对于分流道，典型的流道直径范围是4~7mm。

建议使用通体为圆形的注入口和流道。

所有类型的浇口都可以使用。

典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。

对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。

这里选用的是侧浇口，宽3mm，深1mm。

5、排气槽的设计

因该制品属于小型排气量不大，可利用分型面间隙以及推杆与孔配合间隙处排气，如侧抽芯有因排气不良，在该处磨出宽3mm，深0.02mm的排气。

七、成型零件尺寸计算

PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。

并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。

加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%

一．成型零件尺寸计算，以型腔尺寸40mm，型芯尺寸36mm为例

A.型腔的内形尺寸D腔长=（ds+daQcp-X△S）

=（40+40×0.0107-

×0.52）

=40.22

D腔宽=（ds+daQcp-X△S）

=（17+17×0.0107-

×0.4）

==16.9

H腔长=（ds+daQcp-X△S）

=（30+30×0.0107-

×0.52）

=30.575

式中D腔——型腔内形尺寸

Ds-----塑件外径基本尺寸

△s----塑件综合修正系数一般取

△m模具成型尺寸设计公差一般△m=（1/S~~1/3）△s

H腔---形腔深度

Hs---塑件高度基本尺寸

4.凸模型芯的外形尺寸

d凸长=（ds+daQcp-△S）

=（36+0.378+0.26）

=36.46

d凸宽=（ds宽+DSQCP+X△s）

=（13+13×0.0107×

×0.36）

×

=13.32

h凸=（Hs+Hs×HQC+X△s）

=（28+28×0.0107+

△s）

=28.534

式中d凸长---型芯外形长度尺寸（mm）

Ds------塑件内形基本尺寸

△s-----塑件公差

Qcp----塑件平均收缩率

X------综合，一般到

h凸----凸模/型芯的高度尺寸

其它---凸模/型心的高度

5成型中心距

L中=（（ls+LSQCp）+

△mm

=（15+15×0.0107）+

×0.4×

=15.16+0.667

式中L中-----成型中心距（mm）

Ls------塑件中心基本尺寸（mm）

二．平面尺寸的确定

本次设计，主要成型部位为侧抽芯，因此以侧抽芯为主要的平面尺寸设计依据

1、中心到侧抽芯边的距离

由于冷却系统位于侧抽芯中，给其适当加厚，距离为30mm。

2、型腔之间的距离b

考虑到分流道的长度不能太长，取两型腔中心距为45mm。

三、高度尺寸的确定

1

、

侧抽芯的高度由产品所决定，再为动模板、动模垫板和静模板取一合理的经验值。

这里取30mm、30mm、20mm。

八、模架的选择和注射机的校核

模架示意图如下：

主要技术参数：

1.静模底板：

20mm2.静模板：

20mm3.侧抽芯：

30.15mm

4.动模板：

30mm5.动模垫板：

30mm6.模脚：

60mm

7.动模底板：

20mm8.型芯：

60.15mm

1.模具厚度H与注塑机的高度校核

Hmin

式中Hmin—注射机允许的最小模厚

Hmax—注射机允许的最大模厚

预选模架高180x200，则模具闭合高度为：

H=227

因为200

所以能满足要求。

2.注射机开模行程

注射机开模行程应大于模具的取出塑件所需的开模距。

即满足以下式Smax≥H1+H2+（5～10）

式中H1—推出距离

H2—包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）

则H1+H2+（5～10）=20+57+（5～10）=85﹤300

∴能满足要求

九、冷却系统设计

塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。

所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。

一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。

所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。

对于熔融黏度低、流动性比较好的塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等，当塑件是小型薄壁时，如我们的塑件，则模具可简单进行冷却或者可利用自然冷却不设冷却系统；当塑件是大型的制品时，则需要对模具进行人工冷却，以保证制件的充分固化定型。

1、冷却时间的确定

在注射过程中，塑件的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间。

这一时间标准常以制品已充分固化定型而且具有一定的强度和刚度为准，这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的80%。

因为我们所需要的塑件比较薄，固用此公式：

式中，a—塑料热扩散系数（m2/s）；S—制品壁厚（mm）；

现我们根据已知条件知道PP的TS=260℃，TM=60℃，TE=100℃，而塑件的厚度为2mm：

∴

=4.5s

2、冷却系统设计原则

①、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡

②、冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。

③、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。

④、浇口处加强冷却。

⑤、应降低进水与出水的温差。

⑥、合理选择冷却水道的形式。

⑦、合理确定冷却水管接头位置。

⑧、冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。

⑨、冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。

3、冷却系统的结构形式

根据塑料制品形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还可以互相配合