电热水壶底座注塑模设计.docx

1、电热水壶底座注塑模设计电热水壶底座注塑模设计(总36页)毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目： 电热水壶底座注塑模设计 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 材料成型和控制工程 班 级： 材料成型 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 职 称 定稿日期： 2014年5月4日 摘 要塑料工业是当今世界上发展速度最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较为快的一个种类，因此，研究注塑模具的生产过程对了解塑料产品的生产过程和提高塑料产品质量有很大意义。本次产品设计介绍了注射成型的基本原理，特别是双分型面注射模具的设计结构与工作原理，对注塑产品提供了基本的设计原则，并详细介绍了冷流道注射模具浇注

2、系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，同时对模具强度要求做了说明。设计出成型零部件以及合理的设计推出机构。对设计进行验证主要目的是对注射机的相关重要参数进行验证，包括它的模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模力等等。在校验合格后，并完成成型零件加工工艺过程的制定，既要保证塑件的质量，又要兼顾经济性。最后就是模具的装配环节，包括给定装配步骤、明确注意事项等 关键词：生产工艺 注射模 成型零件 装配 塑料模具 分型面 Abstract Plastic industry is grows now one of quickest industry classes in the wor

3、ld, but casts the mold is development quick type, therefore, the research casts the mold to understand the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance. This design introduced the injection takes shape the basic principle, specially single

4、 is divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the des

5、ign process, and has given the explanation to the mold intensity request. Design shaped parts，reasonable drawing mechanism and so onThe design should be certificationPrimarily related to the injection machine of important parameters for the certification including die close thickness sizes，the name

6、distance，injection machine of the die draw force and so onAfter Qualified in check，the molding parts machining process design must ensure that the quality of Supervision taking into account the economy Final assembly is part of the mold，which including the design of assembly steps，clear proceeding r

7、equired attentionThrough this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work; Through to the PROGRAM study, may establish the simple components the components storehouse, thus eff

8、ective enhancement working efficiency. Key word: Manufacture process Injection mold Shaped parts The plastic mold Divides the profile1 引 言 模具行业和产品发展现状随着时代的发展，在家用电器行业中，塑料制件凭借它特有的质轻、耐腐蚀能力强，色泽艳丽，以及生产过程简单、成本低，效力高和加工性能好等优点，已经取代了部分金属制件。其模具设计是保证高质量塑料制件生产的重要前提。比如笔记本电脑、移动电话和个人数字助理等产品更新换代的速度非常快，产品的设计理念正朝着“轻、薄

9、、短、小”方向发展，同时人们对这些产品的需求量也正在快速增长。于是，薄壁注塑成型技术得到迅速发展。薄壁注塑成型技术已引起人们的高度重视，以美、德和日本等国为首的发达国家纷纷投资大力开发研究该技术。它已经成为塑料成型行业中的一个新的研究热点，是一项具有深远意义和重要作用的未来技术。塑料是20世纪才发展起来的一种新材料，目前世界上塑料的体积产量已经赶上并且超过了钢材，成为当前人类使用的一大类材料。我国的塑料工业正在飞速发展，塑料产品的应用已深入到了国民经济的各个部门。塑料产品的普和应用推动了塑料模具得到快速发展。我国塑料模具在近期已经得到了快速发展，成果主要有：在大型塑料模具中已能生产单套重量达到

10、50t以上的注塑模，在精密塑料模具中精度已达到2um，甚至制件精度很高的小模数齿轮模具和达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，其中多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模；而高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具和主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。从生产手段上，企业上模具设备的数控化率已有了较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为广泛，高速加工和RP/RT等先进技术的使用也已越来越多，模具标准件的使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高，内热式或外热式热流道装置得以采

11、用，也有少数单位采用了在世界具有先进水平的高难度针阀式热流道模具，它能完全消除制件的浇口痕迹。气体辅助注射技术在生产中已成功得到应用。虽然塑料模具在我们国内的发展较为迅速，可是由于我国模具行业本身起步较晚，相比发达国家的模具设计制造水平，我国还存在很大问题，比如说发展不平衡，产品总体水平较低。工艺装备落后，组织协调能力差。大多数企业开发能力弱，创新能力不足。供需矛盾一时还难以解决。体制和人才的问题解决还需要时间。为此，学习、研究塑料模具具有其意义。通过本次毕业设计对塑料模具相关知识进一步的巩固和学习。通过分析塑料分型面、进料点位置，拔模斜度和顶出机构等一系列问题，对模具结构进行合理设计。并结合

12、相关软件的应用，实现优化模具设计。 选题意义图表 1由于新材料、新工艺、新技术的不断发展，促使模具设计技术不断进步，对模具设计的要求越来越高，对磨具设计人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。通过各种渠道培养更多的模具人才，搞好技术创新，是不断提高我国磨具师和制造以及维修的一个关键途径。这次的毕业设计通过对一个热水壶底座的塑料产品和其模具的设计，锻炼对塑料产品的设计和成型工艺的选择能力；塑料产品成型模具的设计能力、塑料产品的质量分析和工艺改进能力、塑料模具结构改进设计能力，熟悉了模具设计中经常使用的商业软件。设计任务1热水壶底座设计：采用美的事国PTC公司研发的软件Pro/ENGINEER设

13、计出该产品的3D图，在选择该塑件的材料为ABS的前提下，通过德国西门子公司提供的软件UG来导出相应的模架图；2产品工艺性分析：分析热水壶底座的结构，看塑件是否能顺利完成注射、冷却、脱模过程，成型强度、刚度以和使用寿命是否满足正常使用的要求，找出不足之处，对热水壶底座作出结构上的修正，直到满足这些条件为止；分析产品的最佳浇口位置在哪，流动是否平衡；3注塑设备选择：根据现有的设备，通过计算说明从中选择合适的注塑设备；4确定分型面：根据塑料件的几何形状，尺寸精度上的要求，加上脱模方式等选择合适的分型面；5选择模架：模架为标准件，根据相应的磨具尺寸选择合适的即可；6浇道系统设计：通过分析确定流道系统的

14、设计参数和要求和浇口位置；7成型件设计：合理的设计成型零件，确定模腔的数量和其排列方式,塑件需要用到外侧抽芯,所以这里还要设计抽芯件；8冷却系统设计与计算：冷却水孔的位置及其数量与冷却效果有着密切的关系，在确定的同时，应尽可能地靠近型腔但不能发生干涉；9抽芯机构设计：热水壶底座采用的是侧滑块侧向抽芯机构；10绘制2D模具图纸，包括模具的装配图纸和成型零件的图纸。2 塑件的工艺性分析 塑件的分析 塑件的结构 塑件结构如图2-1（2D图）和2-2（3D图）所示：图2- 1 （热水壶配件2D图）图2- 2（热水壶配件3D图）整个塑件的结构以及其表面形状较为简单，主要的壁厚尺寸是2mm，中间衔接部分以

15、小圆弧过渡。塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷，表面挺括清晰，无飞边，无明显收缩痕迹，脱模斜度28-1。 壁厚分析塑件的壁厚对塑件质量的影响非常的大。壁厚太小了，充模困难；壁厚太大了，即浪费原料，又会增加冷却时间，更重要的是塑件会产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。本材料为ABS,查相关手册，壁厚在其最小壁厚范围之内，所以非常合理。 圆角分析为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，改善熔体的流动情况且便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，应采用圆弧过渡。塑件的圆角半径一般不小于。其设计原则：一般外圆弧半径应是厚度的倍，内圆弧半径应是厚度的倍。 塑件的材料分析关于ABS材料的介绍： 全名 :丙烯腈丁二

16、烯苯乙烯共聚物英文名称:Acrylonitrile-butadine-styrene(简称ABS) ABS工程材料的性能分析ABS是一种由丁二烯、苯乙烯和丙烯腈三种化学单体合成的材料。每种单体都具有不同特性：丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度和高强度；丙烯腈有高强度、热稳定性和化学稳定性。从形态上看，ABS是一种非结晶性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的分子比率以和两相中的分子结构。这就在产品设计上具有很大的灵活性，并且因此而产生了市场上百种具有不同品质的ABS材料。这

17、些不同品质的材料提供了其特有的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以和很高的抗冲击强度。ABS是一种无毒，微黄色综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在%范围内，若经玻纤增强后可以减少到%，而且绝少出现塑后收缩。同时ABS具有良好的成型加工性，产品表面光洁度很高，且具有良好的可涂装性和染色性，同时可电镀成多种色泽。 ABS的注射成型过程和工艺参数1) 注射成型过程(1)成型前的准备。干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在生

18、产加工之前对其进行干燥处理。建议干燥条件为8090下干燥不得少于2小时。材料温度应保证小于%。熔化温度：210280；建议温度：245。模具温度：2570。（模具温度会对塑件光洁度照成影响，温度较低的时候会导致光洁度较低）。注射压力：5001000bar。注射速度：中高速度。表2-1 ABS的性能参数密 度(g/ )计算收缩率 (%)：吸水率(%)：熔点（）：130160热变形温度（）：90108拉伸弹性模量（Mpa）：弯曲强度（Mpa）：80硬度（HB）：11体积电阻率 ：击穿电压（KV/mm）：（2）注射过程。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的型腔成

19、型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 塑件模流分析 分析的总体结果 表2-2采用Moldflow软件进行模流分析，分析的结果如下：注射压力 MPa熔体温度 模具型腔侧温度 模具型芯侧温度 注射时间 s保压时间保压压力 MPa冷却时间充填时间环境温度 表2-1 总体参数 分析结果的图片 分析结果的图片如下所示： 图2- 3 最佳浇口位置 图2- 4 剪切应力 图2- 5 填充结束时的冷冻层因子 图2- 6填充结束时的压力 图2- 7 填充结束时的总体温度 图2- 8填充区域 图2- 9充填时间 图2- 10达到顶出温度的时间 图2- 11顶出时的体积收缩率 图2- 12冷冻层因

20、子 图2- 13 剪切速度，体积 图2- 14料流量 图2- 15流动前沿温度 图2- 16流动速率，柱体 图2- 17 气穴 图2- 18 缩痕，指数 图2- 19 锁模力 图2- 20锁模力质心 图2- 21 体积收缩率 图2- 22推荐的螺杆速度 图2- 23 心部取向 图2- 24压力 图2- 25 注射位置处压力 图2- 26 总体温度 模流分析结论1.浇口位置选择：本设计实际的浇口位置不是选在模流分析中最佳浇口的位置处，而是开设在热水壶配件的侧壁上，把进料浇口设计在此处的原因是：虽然经模流分析所得最佳浇口位置应该是塑件的上端圆环柱的中心处，即图2-4中的蓝色显示的那一块。 困气现象

21、：注射过程中会存在一些气体不能够很好的排除而困在模腔里面，使得流体不能够填充满整个模腔，因此需要在某些位置开设排气槽进行排气，图2-17所示即为模流分析中粉色的地方是易出现气穴的地方，显然可以看出气穴大都是集中在了型腔的内部，并未在塑件的表面上，这是由于熔体填充的过程当中，由于熔体的流向和重力作用致使气穴留在下方，其解决方法是在型芯处，在强度满足的前提下，尽量多的布置推杆，利用推杆与模板的配合间隙来排气和分型面上开设排气槽排气；当然，有些气穴分布在塑件的表面，这些地方一定要注意好排气，在分型面上开设足够的排气槽，从而用以完全排气，以免影响其表面质量。冷却收缩现象：该塑件表面上安放了两根冷却水道

22、，直径为10mm,动模板上未安装，因考虑到动模板上有许多顶杆需安装，若再安装水道，可能会产生干涉或者空间位置不足的现象，由模流分析结果可知，塑件因冷却不均所产生的翘曲非常小，满足塑件的进度要求。小结：经模流分析可得，本次的模具设计在很大的程度上都符合要求，具有一定的可行性和实用性。3 模具总体结构设计 确定型腔数目和其排列方式 型腔数量的确定 虽然该塑件的精度要求不高，但是尺寸比较大，尽管为大批量生产，同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，只能采用一模一腔的结构形式。 型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模一腔，其型腔中心距确定见图和其说明，由于塑件体积大故流道采用对称排列。如图3-1

23、所示。图3-1型腔的排列形式 确定分型面分型面直接决定了模具结构形式的，它与模具的模具的制造和整体结构有着密切的关系，也直接影响着塑料熔体的流动特性和塑料的脱模效果。由于分型面得选择受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性和精度、形状以和推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等好多因素的影响，因此在选择分型面时应综合考虑。选择分型面时一般应遵循下面的几项原则：1、分型面应选在塑件外形轮廓最大处，这样可以保证塑件难呢过从型腔中顺利脱出；2、确定有利的留模方式，这样可以让塑件顺利脱出；3、保证塑件的精度要求，通过应尽可能设置在同一半模具型腔内可以实现；4、满足塑件的外观质量要求，

24、选择分型面时不能对塑件的外观产生不利影响，同时也不能在分型处所产生飞边，要能轻易修整清除；5、为了便于模具加工制造应尽量选择易于加工的分型面如平直分型面；6、对成型面积的影响，选择分型面时应尽量减少塑件（型腔）在合模分型面上投影面积，以保证拥有可靠的锁模力不能超过注塑机规定的最大允许的成型面积与锁模力，避免涨模溢料现象；7、排气效果，分型面应该尽量选择在型腔进行充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁上；在实际设计中，不可能一下子满足全部上述原则，我们要抓住主要因素，在此前提下确定更为合理的分型面。根据以上原则，该磨具的分型面如下图3-2分型面所示:图3-2分型面 确定浇注系统结构 主流道形式和

25、位置主流道的结构1. 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。2. 组合式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。3. 衬套式主流道 这是目前最常用的主流道结构之一，是镶于模板中跟浇口套类似，适用于所有注塑模具，这种形式，便于加工、拆卸和热处理主流道的设计原则：（1）为了方便于浇注系统的凝料从主流道中拉出，主流道多设计成圆锥形，其锥度角为24度，对于流动性差的熔料，锥角可取36度。（2）主流道大端呈圆角，常以13作为其半径r，这样可以减少熔料在转向过度时

26、的阻力。（3）主流道的长度应尽可能短，可以减少主流道的凝料，减小压力损失，主流道的长度一般应小于80。（4）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，略大于其喷嘴头半径。（5）主流道的表面应加工尽量光滑，来避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺。（6）对于流动性好的塑料，如PE等，主流道的尺寸可相应小些，而对于流动性差的塑料，如PC、PS等，主流道的尺寸应相应大些。 根据以上原则，可以初步将主流 道设计成圆锥型，其锥角度数为2o4o。内壁粗糙度Ra为。分流道截面设计成圆形截面，易于加工，且热量损失与压力损失相对较小，是一般常用形

27、状。 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，而且如果是大型塑件单腔成型，若采用多浇口进料，也需要设置分流道。1）. 影响分流道设计的因素：（1）产品所要求的几何形状、壁厚、尺寸大小和尺寸的稳定性、内在质量和外观质量要求。（2）塑料的种类、亦即塑料的流动性、熔融温度与熔融温度区间、固化温度以和收缩率。（3）注射机的给定压力、加热温度和注射速度。（4）主流道和分流道的拉料方式和脱落方法。（5）型腔的位置放置、浇口位置和浇口形式的选择 。2）. 分流道的设计原则：（1）熔体必须要用最短的路径快速射入型腔最大减小热量和压力损失，；（2）熔料从各个浇口进入型腔的

28、温度和压力保持一致，用以保证各型腔中产品的收缩率相同；（3）分流道的转折处应以圆弧过渡，与浇口的连接处用斜面过度，以利熔料的流动；（4）在保证足够的注射压力情况下，分流道的截面和长度应尽量取最小值；（5）尽量保证各型腔速度一致，同时充满，并均衡的补料，确保同模各塑件的性能、尺寸尽可能一致；（6）各型腔之间留有适当的距离，留有足够的空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够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一般在模板的中心上，并且尽量接近注塑机锁模力的中心，。3). 分流道的截面形状 分流道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，要把热量损失、流动阻力、加工难

29、度等几方面的因素综合考虑到。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，用以保证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。在此采用圆形断面分流道,分流道截面尺寸越小，流动阻力越小，热损也失越少。圆形截面分流道的直径可根据塑件的流动性等因素来确定,该塑件采用ABS料，流动性较好,选用分流道直径为4mm。 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”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。在熔料流动方向的转折位置设置冷料穴，并迎着上游的熔流，它的长度是浇道直径的倍。 确定浇

30、口形式和位置浇口也就是进料口，作为浇注系统中截面尺寸最小的它，却是浇注系统的关键部位，是除直接浇口外连接分流道与型腔的通道。对塑件性能和质量影响很大的因素还有浇口的位置、形状和尺寸。浇口作用是以较快速度把来自流道的熔融塑料进入并充满型腔。浇口的设计还与塑件的形状、截面尺寸、模具结构、注射工艺参数和塑料各方面性能等因素有关。如果浇口设计不合理会使塑件出现各种质量缺陷，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，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

31、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，并避开产品高光亮区域。 确定推出方式按照塑件的推出痕迹采用圆柱型推杆推出。优点：圆柱形状的推杆和推杆孔容易加工，配合精度也容易控制，易于保证其互换性，并且易于更换，而且它还具有滑动阻力小，不易于卡滞等。 确定导向机构塑件为大批量生产，且塑件材料为ABS，为了让模具在合模的时候能够准确定位，以防型腔和型芯位置偏移，导致型腔或者型芯磕碰而损坏，提高模具的寿命，所以在本次的模具设计中，选用导柱、导套导向的定位导向机构，由于零件有一些小地方不易脱出，为使模具在开模时顶杆能顺利顶出零件，减少顶杆与模板的碰撞与摩擦，提高模具寿命，所以用八根导柱对顶杆进行导向。 确定温度调节系统 注射模冷却系统设计原则1). 冷却水道应该多设置点、横截面大一点。 2)冷却水道到型腔表面的距离应尽量保持一致，在塑件壁厚均匀的地方，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但