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1、模具设计与制造专业毕业设计 毕业论文模具设计与制造专业毕业设计 毕业论文第一章 塑件工艺分析1.1塑件工艺性分析塑件如图1所示，材料为聚丙烯（PP）。该塑件尺寸小，精度高，要求表面平整，无收缩凹痕、无黑点、颜色均匀一致等缺陷。塑件中心处有一个12的孔，环绕中心轴且距中心轴为30mm的位置有四个6的孔，其对称度小于0.05mm，该塑件结构简单，无需抽芯机构。图11.2塑件的原料分析1.2.1关于PP材料的介绍： 全名 :聚丙烯英文名称:Polypropylene比重:0.9-0.91克/立方厘米 成型收缩率:1.0-2.5% 成型温度：160-220 PP为结晶型高聚物，常用塑料中PP最轻，密度

2、仅为0.91g/cm3（比水小）。通用塑料中，PP的耐热性最好，其热变形温度为80-100，能在沸水中煮。PP有良好的耐应力开裂性，有很高的弯曲疲劳寿命，俗称“百折胶”。PP的综合性能优于PE料。PP产品质轻、韧性好、耐化学性好。PP的缺点：尺寸精度低、刚性不足、耐候性差、易产生“铜害”，它具有后收缩现象，脱模后，易老化、变脆、易变形。日常生活中，常用的保鲜盒就是由PP材料制成。1.2.2成型特性： 1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解. 2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形. 3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温

3、低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易发生翘曲变形 4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中. 1.2.3 PP 的工艺特点PP在熔融温度下有较好的流动性，成型性能好，PP在加工上有两个特点：其一：PP熔体的粘度随剪切速度的提高而有明显的下降（受温度影响较小）；其二：分子取向程度高而呈现较大的收缩率。PP的加工温度在200-300左右较好，它有良好的热稳定性（分解温度为310），但高温下（270-300），长时间停留在炮筒中会有降解的可能。因PP的粘度随着剪切速度的提高有明显的降低，所以提高注射压力和注射速度会提高其流动性，改善收缩变形

4、和凹陷。模温宜控制在30-50范围内。PP熔体能穿越很窄的模具缝隙而出现披锋。PP在熔化过程中，要吸收大量的熔解热（比热较大），产品出模后比较烫。PP料加工时不需干燥，PP的收缩率和结晶度比PE低1.3塑件的尺寸精度结构分析1.3.1塑件的尺寸:塑件的总体尺寸受到塑料流动性的限制。在一定的设备和工艺条件下,流动性好的塑件可以成型较大尺寸的制品；反之成型出制品尺寸就较小。此外，制品外形尺寸还受到成型设备的限制。如：注射成型的制品尺寸要受到注塑机的注射量，锁模力和模板尺寸的限制；压缩及传递成型的制品尺寸要受到压力机吨位及工作面尺寸的限制。PP的流动性好，且此制品尺寸较小，符合要求。1.3.2制品精

5、度:与金属零件一样，塑料制品也有尺寸公差要求，而且影响因素很多，如：模具制造精度及其使用后的磨损程度，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化。塑料制品的形状，脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等，一般适用低精度。PP模塑件公差等级： 标注公差尺寸的公差为MT3等级，未标注公差尺寸的公差为MT5等级。1.3.3件的表面质量分析：塑件的表面质量包括粗糙度和光亮度等，塑件的外观要求越高，表面粗糙值应越低。塑件制品的表面状态的改善除了成型时从工艺上尽可能避免冷疤，云纹等缺陷外，模具型腔表面的粗糙度起着决定性的作用。有的制品表面要求很高，型腔表面粗糙度要求达到Ra0.020.4um。模具使用中由于型腔磨损而使

6、表面变粗糙，应随时予以维护。透明制品要求型腔和型芯的粗糙度相同，不透明制品则应根据情况分别考虑，非配合表面和隐蔽的面可取较大的表面粗糙度，一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高级。还可利用表面粗糙度的差异来使塑件在开模时留在表面粗糙度较大的型芯上或留在凹模中。应指出制件的光亮程度并不完全取决于型腔的表面粗糙度，而和塑件品种有关，有时可在原料中加入光亮剂来提高光亮度。与此相反有的制品设计时有意增大塑件表面粗糙度，达到闷光的效果，或在型腔表面通过放电腐蚀或化学腐蚀生成均匀的麻纹，更能增加塑件高雅的质感。1.3.4塑件的尺寸分析:1塑件尺寸较小，精度高，为降低成型费用，采用一模两腔，并不对制品进行后加工

7、。2为满足制品表面不留痕迹，无黑点以及表面光洁的要求，采用两板模和侧进胶方式。为了加工方便和便于以后的热处理，型芯和型腔的部分采用镶拼结构。1.3.5塑件的表面质量分析塑件间的表面粗糙度一般取Ra0.80.2um之间，在设计时应考虑到外观的美观性，同时兼顾经济性要求。为满足美观性要求，塑件的表面要求比较光滑，取Ra0.4um。1.3.6塑件的结构分析 (1) 塑件形状结构合理，可以避免塑件的变形，也便于模塑。(2) 塑件的尺寸小，脱模斜度稍小一点。(3) 壁厚均匀，不易产生缩孔。(4) 加工PP用螺杆式注塑机进行。PP对缺口很敏感，成型时尖角处容易出现应力集中，降低承受载荷的能力，在受力或冲击

8、时易发生破裂，所以制品外型应尽量设计得平滑而有规则，尽量避免尖角。塑件设有圆角过度，减少应力集中。总之，塑件的工艺性优良。第二章 注射机型号的确定2.1按预选型腔数来选择注射机注射机型号主要是根据塑件的外形尺寸、质量大小及型腔的数量和排列方式来确定的。在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需用的锁模力、模具厚度、拉杆间距、安装固定尺寸以及开模行程等进行计算，这些参数都与注射机的有关性能参数密切相关，如果二者不匹配，则模具无法安装使用。因此，必须对两者之间有关参数进行校核，并通过校核来设计模具与选择注射机型号。2.1.1模具所需塑料熔体注射量 m=nm1+m2=1.6n

9、m1 (学校做设计时m2=0.6nm1) 式中 m -一副模具所需塑料的质量(g)；n -初步选定的型腔数量；m1-单个塑件的质量(g)；m2-浇注系统的质量(g)。 塑料PP(聚丙烯) 英文名称:Polypropylene 成型收缩率一般取1.5%,加玻璃纤维增强后，其收缩率变为0.5%。按照实体图a所示塑料件图所示，似计算:塑件体积 Vs 36.7cm查表可知塑件PP密度为0.890.91g/cm，密度可取0.9g/cm单件塑件重量 m1=0.9*36.7g33g所以m=1.6nm1=105.6g 实体图a 2.1.2塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积及所需锁模力A=nA1+A

10、2 Fm=(nA1+A2)p型式中 A-塑件及流道凝料在分型面上的投影面积(mm2)；A1-单个塑件在分型面上的投影面积(mm2)；A2-流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积(mm2)；Fm -模具所需的锁模力(N)；p型-塑料熔体对型腔的平均压力(MPa)。 A2=0.35nA1所以A =1.35nA1=1.35*2*5024=13564.8 mm2Fm=(nA1+A2)p型=13564.8*30=406.9 KN2.1.3注塑机的初选根据上面计算得到的m和Fm值来选择一种注射机，注射机的最大注射量（额定注射量G）和额定锁模力F应满足 Gm/a=105.6/0.75140.8g式中 a

11、-注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75。FFm2.2校核注射机技术参数确定型腔和选择注射机之后，这种注射机是否合适，还要对该机型的其他技术参数进行校核。2.2.1注射压力的校核该项工作是校核所选注射机的额定压力Pe能否满足塑件成型时所需要的注射力P0，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素所决定，在生产实践中其值一般为70MPa150 Mpa。设计中要求PekP0式中 k-注射压力安全系数，一般取k=1.251.4 。塑料PP所需注射压力一般为70MPa120 Mpa。所以 PekP0=87.5 MPa150MPa取 Pe90 MPa2.2

12、.2锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大加紧力。当高压的塑料熔体充满型腔是，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。因此，注射机的锁模力必须大于该模的胀型力，即Fk0Ap型式中 p型-型腔的平均压力，查表得到；k0-锁模力安全系数，一般取k0=1.11.2。塑料PP所需p型为30Mpa。所以 Fk0Ap型406.94447.64KN2.2.3注射机安装模具部分相关尺寸的校核不同型号的注射机安装部位的形状和尺寸各不相同，设计模具时应对其相关尺寸加以校核，以保证模具能顺利安装。需校核的主要内容有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具的最大与最小厚度及安装螺钉孔等。1. 喷嘴尺寸。注射机喷嘴一般为

13、球面，其球面半径R与相接触的模具主流道始端凹球面半径R凹相适应，即R凹=R+(12)mm（详见教材主流道设计）。2. 定位圈尺寸。模具安装在注射机上必须使模具中心线与料筒、喷嘴的中心线相重合，定位圈与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合。定位圈的高度，对于一般的模具为15mm，对于隔热模具或有特殊要求的模具可取到20mm。此外，对中小型模具一般只在定模座板上设置定位圈，对大型模具可在动、定模座板上同时设置定位圈。3. 模具厚度Hm也称模具闭模高度，必须满足HminHmHmax式中 Hmin -注射机允许的最小模具厚度，即动定模之间的最小开合距离；Hmax -注射机允许的最大模具厚度。所以 Hmi

14、n451mmHmax。4. 模具长、宽尺寸与注射机拉杆距离关系。模具安装有两种方式，即从注射机上方直接吊入机内进行安装，或者先吊到侧面再由侧面推入机内安装，为安装方便，应使模具尺寸与注射机拉杆间距离（拉杆中心距拉杆直径）小于10mm。5. 模具与注射机的安装关系。模具的安装固定形式有压板式与螺钉式两种。压板式安装灵活而被广泛采用，而螺钉式需模座上的孔和模板上的孔完全吻合，安装比较麻烦，但对于大型模具的安装，这种安装安全可靠。2.2.4开模行程校核与推出机构的校核开模行程是指从模具中取出塑件所需要的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。由于注射机的锁模机构不同，开模行程可

15、按以下两种情况进行校核。1. 开模行程与模厚无关。这种情况主要是指锁模机构为液压机械联合作用的注射机，其开模行程由连杆机构的最大冲程决定，而与模厚无关。a对于单分型面注射模，开模行程H为 H= H1 + H2 + (510)mm S式中 H1 -推出距离（脱模距离）（mm）；H2 -包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。b对于双分型面注射模，开模行程H为H= H1 + H2 + a + (510)mm S式中 a -取出浇注系统凝料必需的长度（mm）。2. 开模行程与模具厚度有关。这种情况主要是全液压式锁模机构的注射机（如XSZY250）和机械锁模机构的直角式注射机（如SYS45、SYS60

16、等）。其开模行程H应小于移动模板与固定模板之间的最大距离S减去模具厚度Hm，即 H S - Hma对于单分型面注射模 Hm S-H1 + H2 + (510)mmb对于双分型面注射模Hm S- H1 + H2 + a + (510) mm3. 模具有侧向抽芯时的开模行程校核。此时应考虑抽芯距离所增加的开模行程，为完成侧向抽芯距离s所需开模行程为H侧，当H侧H1 + H2时，仍按上面相应的公式计算开模行程H；当H侧H1 + H2时，其开模行程H为sH=H侧 + (510)mm4. 推出行程的校核。各种型号注射机的推出装置和最大推出行程各不相同，设计模具时，推出行程应与注射机相适应。对所选注射机进

17、行精确校核，要待模具的各个设计参数、结构尺寸全部确定之后才可进行所以 H= H1 + H2 + (510)mm=6575mm。根据以上初步校核，选择注射机为XS-ZY-1000，为螺杆式。表XS-ZY-1000的技术规范额定注射量（cm3）1000最大成型面积（cm3）1800螺杆直径（mm）85最大开模行程（mm）700注射压力（MPa）121模具最大厚度(mm)700注射行程（mm）260模具最小厚度(mm)300螺杆转数（r/min）21,27,35,40,45,50,65,83拉杆空间(mm)650*550合模力(KN)4500喷嘴圆弧半径(mm)18喷嘴孔直径（mm）3.5 第三章

18、模具结构方案的确定3.1分型面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：a分型面应选在塑件外形最大轮廓处。b便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边（有的塑件需要定模推出的例外）。c便于嵌件的安装。d保证塑件的精度要求。e不影响塑件的外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件，更应注意分型面对外观的影响。f便于模具加工，特别是型腔的加工。g尽

19、量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需锁模力。h有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。i型芯应置于开模方向。图b如图b是一个简单的塑件，不需要设置任何侧抽芯机构，考虑到型芯的强度，把型芯放在前模，塑件的内表面放镶嵌件，安装在后模上。3.2型腔数量的确定及排列该件采用一模两腔的结构形式，所以浇注系统的设计应尽量采用从主流道到各个型腔分流道的形状及尺寸相同的设计，即型腔平衡式布置的形式，如图c所示图c3.3初步设计主流道及分流道3.3.1主流道形式及位置主流道的结构a. 整体式主流道 这是一种最简单的主流道模式，是在定模板有整体构成中加工而成，其加工最简单，多适用于简单模具。b. 组合式

20、主流道如果定模是由两块模板组成，主流道也可在两块模板上分别加工，再组合在一起而成，此形式简单，但要注意保证其同轴度。c. 衬套式主道这是目前最常用的主流道结构，是以浇口套的形式镶于模板中，适用于所有注塑模具，这种形式，便于加工、拆卸和热处理3.3.2主流道的设计原则：a为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料，主流道多设计成圆锥形，其锥度角为24度，对流动性差的熔料，锥角可取36度.b主流道大端呈圆角，其半径常取r为13，以减少熔料转向过度时的阻力c为了使熔融塑料能从喷嘴处完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注塑机的喷嘴紧密对接，其对接处常设计成半球形凹坑，其半径略大于喷嘴头半径d主流道的表面应加工

21、尽量光滑，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺 e对于流动性好的塑料，如PE等，主流道的尺寸可小些，而对于流动性差的塑料，如PC、PS等，主流道的尺寸应大些根据以上原则，初步将主流道设计成圆锥型，其锥角度数为26。内壁粗糙度Ra为0.4 m。分流道截面设计成圆锥截面，加工容易，且热量损失与压力损失不大，为常用形状。3.3.3分流道的设计分流道主要对进入模具的熔料起分流作用，多型腔的模具一定要设置分流道，若是单腔成型大型塑件，如采用多浇口进料，也需要设置分流道。3.3.3.1影响分流道设计的因素1）制品的几何形状、壁厚、尺寸大小及尺寸的稳定性、内在质量及外观质量要求2）塑料的种类、亦即塑料的流动

22、性、熔融温度与熔融温度区间、固化温度以及收缩率3）注射机的压力、加热温度及注射速度4）主流道及分流道的拉料及脱落方式5）型腔的布置、浇口位置及浇口形式的选择 3.3.3.2分流道的设计原则1熔体应以最短的路径、最小的热量和压力损失，快速射入型腔；2熔料从各个浇口进入型腔的温度和压力相同，以保证各型腔中制品的收缩率相同；3分流道的转折处应以圆弧过渡，与浇口的连接处应加工成斜面，以利熔料的流动；4在保证足够的注射压力时，分流道的截面和长度应尽量取最小值；5尽量保证各型腔同时充满，并均衡的补料，以保证同模各塑件的性能、尺寸尽可能一致；6各型腔之间距离恰当，应有足够的空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够

23、的截面积承受注射压力；7型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心，一般在模板的中心上。3.3.3.3分流道的截面形状 常用的截面形状有圆形、U形、梯形、矩形等。在选择截面形状时，要综合考虑热量损失、流动阻力、加工难道等几方面的因素。熔料在流道中流动时，与模具接触的塑料冷凝固化，起绝热作用，熔料仅在流道中心流动，因此，分流道的理想状态是其中心线与浇口中心线位于同一直线上。 比表面积：单位体积所具有的表面积，约等于断面周长与断面面积之比。比表面积越分流道直径：在此PP采用圆形断面分流道 1分流道截面尺寸的确定分流道截面尺寸越小，热损失越少，流动阻力也越小。图d圆型截面分流道的直径可

24、根据塑件的流动性等因素来确定。该塑件采用PP料，流动性较好。根据经验公式分流道的直径d可取36mm。设计如图d所示3.4确定浇口形式及位置浇口亦称进料口，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尺寸最小的部分，但同时又是浇注系统的关键部位。浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量影响很大。浇口作用是使来自流道的熔融塑料以较快速度进入并充满型腔。浇口的设计与塑件的形状、截面尺寸、模具结构、注射工艺参数及塑料各方面性能等因素有关。浇口若设计不合理会造成塑件的各种质量缺陷，如憋（困）气、收缩、银丝（夹水纹）、分解、波纹、变形等。一般而言，浇口截面尺寸宜小些。小浇口可以增加塑料熔体流速

25、，并且料流经过小浇口时产生很大摩擦热而使料温升高，降低表观黏度，有利充填。另外小浇口固化快不会产生过量收缩而降低塑件内应力，同时可缩短注射成型周期，便于浇口去除。为了提高成型效率，采用侧浇口，并避开制品高光亮区域。浇口尺寸及位置如图c所示。主流道上端直径取3mm，斜度为13.5选用模架根据以上计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。 查表选用：FCI-3345-A130-B110-C150 定模板厚度： A = 130mm 动模板厚度： B = 110mm 方铁厚度： C = 150mm 模具厚度： H模 = 61+A+B +C = （61+130+110+150）mm= 451

26、mm 模具外形尺寸： 330mm*450mm*451mm3.6模具材料的选择 现有的模具模架已经标准化，主要采用45号钢。所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性，和使用要求选择合理的型腔和型芯材料。如何合理的选择模具钢，是关系到模具质量的前提条件，如果选材不当，浪费钱，时间。在选择模具钢时，首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能。从使用性能考虑：硬度是主要指标之一。模具在高应力作用下欲保持尺寸不变，必须有足够的硬度，当承受冲击载荷时还要考虑折断、崩刃问题、所以韧性也是一重要指标、耐磨性是觉得模具寿命的重要因素，此外还有红硬性，抗压屈服强度、抗弯强度和耐疲劳能力的指标。 从工艺性能考虑：要热加

27、工工艺好，加工温度范围宽，冷加工性能如切削、铣削、抛光等加工性能好，此外还要考虑淬硬性和淬透性、热处理变形等性能。另外从经济考虑，要求材料来源广，价格低。 查手册选择凸凹模的材料是4Cr13，属马氏体类型不锈钢。该钢机械加工性能较好，经热处理后，具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性，适于承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具、透明塑料制品模具等。有关参数如下：物理性能：临界温度（C）AC1820;AC3:1100;线膨胀系数：10.5（在20100C）；热导率：27.6W.（M.K）（在20C左右）3.7校核注射机注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核 3.7.1注射压

28、力的校核注射压力是指在注射时，螺杆或柱塞端面处作用与熔料单位面积上的力。对于一台注塑机而言，所能达到的最高注塑压力是一定值，而注射时的实际注射压力，是由克服熔料流往喷嘴流道和模腔的流动阻力所决定的，所以塑件成形所需要的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力。注射压力与塑件的关系：塑件的形状、精度、所用原料的不同，其选用的注射压力也不同，其大致分类如下：1）注射压力70MPa,可用于加工流动性好的塑件，且塑件形状简单，壁厚较大。2）注射压力为70100MPa,可用于加工粘度较底的塑料，且形状和精度要求一般的塑件。3）注射压力为100140MPa,用于加工中高粘度的塑料，且塑件的形状精度要求一般

29、。4）注射压力为140180MPa,用于加工高粘度的塑料，且塑件壁薄、流程长、精度要求高。5）注射压力180MPa，可用于高粘度塑料，塑件为形状独特，精度要求高的精密制品。根据以上原则并系按模具设计与制造简明手册中式2-57校核成注式中成 塑件成型所需要的注射压力(Mpa)，注 所选注射机的额定注射压力(Mpa)，根据第三章中的数据可知：成注所以注射机的注射压力符合塑件的注射压力。3.7.2模具的闭合厚度的校核注射机最大开模行程S S = H浇+ H浇 +（5 10）式中 H件 - 塑料制品高度（mm）； H浇 -浇注系统高度（mm）根据第三章中的数据可知满足要求。3.7.3开模行程和塑件的推

30、出距离的校核1推件力的计算 注塑机的开模行程是有限制的，取出制件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模距离。开模距离可分成两类情况校核。一种是注塑机最大开模行程与厚度无关时的校核，一种是注塑机最大开模行程与模厚有关时的校核。该塑件选择第一种校核。开模行程可按下式校核：SH1+H2+a+510（mm） 式中 H1塑件脱模（推出距离）距离，mm H2塑件高度，包括浇注系统在内，mma取出浇注系统凝料必需的长度，mm S注塑机最大的开模（移动模板行程），mm所以, H1+H2+510 =45+10+10mm=65mms55mm符合要求2确定顶出方式及顶杆位置根据制品结构特点，确定在制品的圆周上设置四根普通的圆顶杆，如下图e所示图e对于流道的固化塑料也设置拉杆并顶出，如下图f所示。普通的圆形顶杆按GB4169.11984 选用，均可满足顶杆的刚度要求。查表可知，选用6mm*230.5mm型号的圆形顶杆1根,选用6mm*265mm图f由于制件较小，推出装置可不设导向自装置。3.8冷却系统的设置3.8.1冷却介质一般所需传热面积的设计计算冷却介质用量的计算 注塑成型