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1、模具毕业设计142圆球模具设计与制造论文圆球模具设计与制造摘 要 通过对塑料制品图及实体（实样）的分析,了解塑件的几何形状、尺寸、公差及设计基准、材料名称、牌号、表面要求等技术要求。合理设计模具6大基础部分：分型面设计，浇注系统设计，冷却系统设计，侧抽机构设计，顶出机构设计，排气系统设计。正确制定模具的加工工艺路线，合理选择各个模板的加工工艺。通过参与模具设计与加工的整个过程，初步掌握简单模具设计与制造的步骤，为将来的发展打下基础。关键词 塑料公差 模具设计 模具加工工艺 引 言模具工业是高新技术产业化的重要领域.例如,在电子产品生产中,制造集成电路的引线架的精密级进冲模和精密的制造集成电路塑

2、封模,计算机的机壳,接插件和许多元器件的制造中的精密塑料模具, 精密的冲压模具,都是产品生产不可缺少或缺的工具装备.精密模具以使模具行业成为一个与高新技术产品互为依托的产业.现代模具工业又是技术密集型,高投入的装备型产业,是加工装备产业的一个组成部分.机械,汽车,电子通信,石化,建筑等国民经济的支柱产业都要求模具工业的发展与之相适应,为其提供生产保证. 本模具结构简单，没有复杂的型芯，一般的小模具厂就可以开模了，由于没有加工中心，电极需外加工，然后用电火化成型滑块型腔，塑件侧璧有小孔，需要侧抽芯结构，抽芯距和抽芯都不大，采用斜导柱抽芯结构就能满足要求了，开模时，动模后移，斜导柱带动滑块向两侧移

3、动，当斜导柱完全脱离滑块时，钢球定位。模具没有拉料秆，塑件包紧在型芯上，并拉出系统凝料，然后顶针推出塑件，开模完成。合模时锲紧块使，滑块正确复位。第1章 模具设计任务书图1.1 零件图1.塑件图纸是根据样品测绘的，并且附有样品，样品比图纸更为形象和直观. 2.塑件材料为尼龙，表面无光洁度要求。3.模具费为5000元。4.先做20000个，以后再加数目。5. 自由尺寸，可按三塑料公差MT6查取。第2章 塑件的工艺性分析1 塑件的原材料分析 塑件品种结构特点使用温 度化学稳定性性能特点成型特点聚酰胺FRN66(PA66中加入玻璃纤维，以树脂作为粘结剂组成的新型复合材料)属于热塑性增强塑料线型结构非

4、结晶型材料。小于100，成型温度230280模具温度110120化学性能良好，对酸碱盐性能稳定，耐溶剂性能和耐油性好，其稳定性较差，一般只能在80100使用。具有良好的力学性能，其抗冲击强度比一般的塑料有显著的提高，尼龙本身无毒无味不腐烂，其吸水强收缩率大，常常因为吸水引起尺寸变化，具有良好的消音效果和自润滑性能。成型加工时，具有较低的熔融粘度和良好的流动性，生产的制件容易产生飞边。因其吸水强,成型加工前必须进行干燥处理。熔融状态的尼龙热稳定性较差，因此在高我温料筒内停留时间不宜过长。结论1. 熔融温度高且熔体粘度小，流动性好，应用螺杆式注射机成型，严格控制模具温度，一般在110120。2.

5、水敏性强，加工前必须干燥处理，否则会出现银丝气泡及强度显著下降现象。3. 易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后调湿处理，消除应力。2塑件的尺寸精度分析由于塑件图未对基本尺寸作公差要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT6查取公差，其主要尺寸公差见“成型零部件的工作尺寸计算”（单位均为mm）。3. 塑件表面质量分析该塑件外形要求不高，只要外表面没有斑点及熔接痕就可以了，粗糙度可取Ra1m。4. 塑件的结构工艺性分析 从图纸上分析，该塑件的外形为回转体，壁厚均匀，容易成型。5.拔模斜度分析由于PA的收缩率较大开模后会紧紧的包在型芯上，因此在不影响零件性能的条件下，应采用较大的拔模角度以利于塑件

6、的脱模。本模具选择的拔模斜度为1。6.塑件结构分析 塑件侧壁带有小孔，开模时塑件无法脱模，需侧抽芯机构，考虑模具制造的经济性，选用最常用的斜导柱抽芯机构。 第3章 成型设备与成型工艺参数的选择1.计算塑件的体积和重量并确定注射机的型号计算塑件的体积：通过Pro/E软件，“模型分析”得 V=11.58cm3计算塑件的重量：根据有关手册查得=1.2g/cm3所以，塑件的重量为：W=V11.58*1.213.896g一般工厂的塑胶车间都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分。所以我们不必过多的考虑注射机型号。海天牌注射机，型号：HTF86X2：螺杆直径：34mm注射量：119g注射压力20

7、6Mpa螺杆转速0-240 n/(rmin-1)锁模力：860KN最大模厚：360mm最小模厚：150mm顶出行程：100mm顶出力：33KN顶出杆根数：52.确定成型工艺参数塑件模塑成型工艺参数的确定查课本表4.1（P58）得出工艺参数见下表，试模时可根据实际情况作适当调整。表3.1 塑件成型工艺参数项目 塑料 PA66注塑机型号螺杆式螺杆转速/（r.min-1)2050喷嘴形式自锁式温度/250 260料筒温度/前段255265中段260280后段240250模具温度/60120注射压力/MPa80130保压压力/MPa4050注射时间/s05保压时间/s2050冷却时间/s2040成型周

8、期/s5070第4章模具结构的选择1.模具结构的确定塑料模具的种类很多，大体上分为：二板模，三板模，热流道模。二板模缺点是浇口痕迹明显，产生相应的流道废料，不适合高效生产。本模具选择二板模其优点是二板模结构简单，制作容易，成本低，成型周期短。图4.1 典型的二板模结构模架为非标准件定模座板：200*310*20mm定模板：200*250*12mm动模座板：200*250*24mm支承板：170*196*12mm推板：170*196*12mm推秆固定板：200*310*30mm材料：45钢2. 模具型腔数目的确定模具型腔的数目决定了塑件的生产效率和模具的成本，确定模具型腔的方法也有许多种，本论文

9、主要介绍“按经济性确定型腔的数目”根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原料的费用，仅考虑模具费用和成型加工费，则模具费用为 式中模具费用，元；每一个型腔的模具费用，元与型腔数无关的费用，元。成型加工费用为 式中成型加工费用，元 需要生产塑件的总数； 每小时注射成型的加工费，元/h； 成型周期，min。 总的成型加工费用为 为了使成型加工费用最小，令，则得 2 上式为按经济性确定型腔数目为2考虑到模具成型零件和抽芯结构的设计，模具采用单型腔分型面。且模具的型腔排列方式见下图所示：图4.2 型腔排列第5章分型面的设计如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中

10、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) 减小成型面积。7) 增强排气效果。8) 应使侧抽芯行程较短。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AA这样一个平直的分

11、型面，前模（即定模）做成平的就行了，开模后塑件留在动模一侧有利与塑件的顶出，也大大的简化了前模的设计。开模时由于尼龙的收缩较大，使塑件紧紧的包在型芯，不必要拉料秆，使塑件留在动模一侧，然后顶针推出塑件。由于塑件侧面有小孔须斜导柱侧向分型与抽型机构，滑块在动模一侧，斜导柱在定模一侧。满足8）侧抽芯行程较短的要求。 图5.1 分型面第6章 浇注系统的设计1.主流道的设计（1）浇口套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套一般采用碳素工具刚（T8A,T10A）材料制造，热处理

12、淬火硬度HRC53-57度。浇口套都是标准件，只需去买就行了。常用的浇口套都配有定位圈。浇口套与模板间配合采用H7/m6的过度配合。浇口套的规格有12，16，20等几种。由于注射机的喷嘴半径为20，所以浇口套嘴的半经为R21。图6.1 浇口套（2）定位圈的固定由于此模具为小模具，定位圈配合固定在模具的面板上，不必加工定模板与定位圈的配合孔。浇口套与定位圈采用H9/f9的配合，定位圈在模具安装时插入注塑机固定模板的定位孔内，用于模具与注塑机的安装定位，定位圈的外经比注塑机定模板上定位孔小0.2mm以下。定位圈也是标准件，外径为120mm，内径35mm ，40mm。具体固定形式如下图所示：图6.2

13、 固定形式2.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。由于此模具情况特殊分流道开在2个滑块上，分流道截面尺寸视塑料品种，塑件尺寸，成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定，对于流动性较好的PA,PP,PE,等塑料，圆形截面最小可取直径2mm, 此模具取直径4mm，可用铣床用球头刀加工，也可用电火化成型加

14、工。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1.6m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，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，降低分流道表面粗糙度。 3.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） 浇口的选用我

15、们采用的是侧浇口。侧浇口又称边缘浇口，国外称之为标准浇口。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。侧浇口尺寸的计算。 H=T*n H: 浇口处的厚度 T:浇口出的壁厚 N：塑料系数（如表1） W=2H W:浇口宽度 L：1mm2.5mm L:浇口长度 经验值H=1mm W=2mm L=1.5mm 表6.1 塑料系数塑料的种类塑料的系数PS、PE0.6PC、PP

16、、POM0.7PMMA、PA、CA0.80.8PVC0.9图6.3 侧浇口形式（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：a) 尽量缩短流动距离。b) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。c) 必须尽量减少熔接痕。d) 应有利于型腔中气体排出。e) 考虑分子定向影响。f) 避免产生喷射和蠕动。g) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷

17、。h) 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，浇口选在型腔的中间，如下图所示：图6.4 浇口位置4. 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。5.冷料穴的设计在完成一次注射循环的间隔，考虑到注

18、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1025mm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。本模具的冷料穴开在2个滑块上，用电火化加工。第7章排气系统的设计为了使塑料熔体顺利的填充模具型腔，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子气体顺利的排出模外。如果型腔内因

19、各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡，凹陷，熔接不牢，表面轮廓不清晰等缺陷，另外气体的存在还会产生反压力降低充模速度。因此排气系统对确保制品成型质量起着至关重要的作用。常采用的排气方式如下： 1.利用排气槽，排气槽一般设在型腔最后被充满的部位，排气槽的深度因塑料不同而异，基本上是以塑料不产生飞边的所允许的最大间隙来确定。 2.利用型芯镶件推杆等的配合间隙或专用排气塞排气；4.有时为了防止制品与模个的真空吸附，而设计防真空吸附元件。此模具选择（2）的排气方法，不必单独开设排气槽，在试模时如果出现烧伤痕迹，则在分型面上开排气槽。考虑到PA的溢边值为0.03mm,则排气槽的深度为0.

20、02mm . 第8章 冷却系统的设计冷却系统是一种在保证材料填充和成品质量的条件下，利用热能传递的原理，将模具中的高温随着冷却通道中冷却液的不断循环流动，实现温度降低，用以达到提高生产效率的系统。由于模具为小模具，体积不大，利用模具的钢材热能传递，就能满足要求了，在调试成型参数时，把冷却时间适当的放的长一些。模具结构紧凑，也不方便开设水道。第9章 部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形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙

21、度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。本论文重点介绍斜导柱抽芯分型机构的设计要点及形式。1.成型零部件的工作尺寸计算影响塑件尺寸精度的因素很多,概括地说,有塑件原材料,塑件机构和成型工艺模具机构,模具制造和装配,模具使用中磨损等因素.塑件原材料方面的因素主要是收缩率的影响.模具成型零件的制造精度是影响.塑件尺寸精度的重

22、要因素之一.模具成型零件的制造进度精度愈低,塑件尺寸精度也愈低.一般成型零件工作尺寸制造公差值取塑件公差值的1/3或取IT78级作为制造公差.组合式型腔或制造公差应根据尺寸链来确定.凹模的尺寸=（ds+ds*scp-3/4）0凸模的尺寸=（ds+ds*scp+3/4）0-凹模的横向尺寸=（ds+ds*scp-2/3）0凸模的横向尺寸=（ds+ds*scp+2/3）0-尺寸如表塑件的尺寸成型零件的尺寸60-0.386.310-0.132000.6220.610-0.2150.3205.290-0.21340-0.834.740.270160.05016.210-0.22. 脱模力计算.(将塑件从

23、包紧的型芯上推出所克服的阻力称为脱模力，脱模力主要由塑件收缩包紧型芯 造成塑件与型芯的摩擦力)由图：进行塑件脱模时的型芯受力分析，根据力平衡原理，列出下列平衡方程。 Fx=0 Ft=F F=FbU Ft=FbU Fb=AP Ft=APU Ft=3.14x16x10a=2009.6(N)图9.1 受力分析所以脱模力不大，可选用4根直径为2.5的标准推杆就满足推出要求了。注: Ft: 脱模力. Fb: 塑件对型芯的包紧力。 F: 脱模时型芯所受的摩擦阻力。 U： 塑件对模具的摩擦系数均为0.1-0.3 A: 塑件包容型芯的面积（mm） P: 塑件对型芯单位面积的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件P

24、约取2439MP, 模内冷却的塑件P约取812MP 第10章 斜导柱抽芯分型机构设计当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑件时，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，称为活动型芯，在塑件脱模前先将活动型芯抽出，否则就无法脱模。带动活动型芯作侧向移动(抽拔与复位)的整个机构称为侧分型与抽芯机构，简称侧抽芯机构。根据动力来源的不同，侧抽芯机构一般可分为机动、液压 (液动)或气动以及手动等三大类型。本模具侧壁带有孔需要侧抽芯机构，模具结构简单且塑件产品数量不大，要求模具成本最低，选择最常用的斜导柱抽芯分型机构。1.斜导柱抽芯分型机构的设计要点。（1）活动成型芯应牢固装配在滑块上，防止其在抽

25、芯时松脱，还必须注意成型芯与滑块连接部位的强度。（2）. 滑块在导滑槽中滑动要平稳不应发生卡滞、跳动等现象。 （3）. 滑块限位装置要灵活可靠，保证开模后滑块停止在一定位置上而不任意滑动。 （4）. 滑块闭锁用的压紧块要承受注射时的侧向压力，应选用可靠的连接方式和模板相连接。（5）. 压紧块的楔角应大干斜导拄倾斜角，通常大23，否则斜导柱无法带动滑块。（6）. 滑块完成抽芯动作后留在滑槽内的滑块长度不应小于滑块全长的23，否则滑块在开始复位时容易倾斜，甚至损坏模具。 （7）. 为了防止侧向型芯和推出机构复位时的相互干涉，尽量不使推杆和侧型芯在垂直面上的投影重合，或是推出距离小于型芯的最低面，否

26、则要使用先复位机构。（8）. 滑块在定模的情况下，为了保证塑件留在动模一侧，开模前要先抽出侧向型芯，因此要采用定距分型拉紧机构。2. 斜导柱的设计（1）. 斜导柱的基本形式（1）斜导柱的基本形式如图图10.1 斜导柱L1为定模板内的部分，与定模板内的安装孔采用H7/m6的过渡配合，L2为完成抽芯所需要工作部分尺寸，a为斜导柱的倾角，侧滑块与斜导柱工作部分采用H11/b11的间隙配合。（2）斜导柱的制造斜导柱的加工方案： 下料车端面，打中心孔车外圆铣斜面检验热处理研中心孔磨检验（3）.斜导柱的倾斜角的选择在斜导柱抽芯分型机构中，斜导柱与开合模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角a，它是决定斜导柱抽芯分型

27、机构中工作效果的重要参数，a角的大小对斜导柱的有效工作长度，抽芯距，受力状况等起着直接的重要影响。最常用的是12a22,22.33比较的理想，斜导柱的倾斜角的选择不仅与抽芯距和斜导柱的长度有关，而且决定着斜导柱的受力状况。从研究可知，当抽芯阻力一定的情况下，倾斜角a增大时，斜导柱受到的弯曲力增大，但完成抽芯所须的开模行程减小，斜导柱的有效工作长度也减小。在确定斜导柱的倾斜角时，通常抽芯距长时，a可取大些，抽芯距短时，a可适当取的小一些：抽芯力大时a可取小些，抽芯力小时a可取大些。从斜导柱的受力情况考虑，希望a值取小一些，从减小斜梢长度考虑,又希望a值取大一些，因此，综合考虑a值取18度。3.

28、斜导柱有效工作长度的计算。S=S”+(2-3) =9+3 =12(mm)斜导柱有效工作长度L=12/sin18=38.83mm 斜导柱的其它尺寸可根据实际加工时配合起来加工。4. 斜导柱直径的确定.斜导柱直径（d）取决于它所受的最大弯曲力（F弯）根据公式计算起来比较的麻烦，因此可根据查表来确定，抽芯力Ft斜导柱的最大弯曲力Fw抽芯力 Ft=APU =3.14X5*9*10*0.2*2 =565.48N根据抽芯力和斜导柱倾斜角a，在表（“模具设计手册”P339）可查最大弯曲力Fw=0.95KN（p192）Hw=0.5*12/tan12=18mm(侧型芯滑块所受脱模力作用线与斜导柱中心的交点到斜导

29、柱固定板的距离)根据以上数据查表（“模具设计手册”P340）得D=10mm5.侧滑块的设计。侧滑块是斜导柱抽芯分型机构中的一个重要部件，一般情况下，它与侧向型芯组合成侧滑块型芯，称为组合式。在侧型芯简单且容易加工的情况下，也有将侧滑块和侧型芯制成一体的，成称为整体式。在侧向分型与抽芯过程中，塑件的尺寸精度和侧滑块的可靠性都要靠其运动的精度来保证。使用最广泛的是T形滑块。此模具采用整体式，小型芯单独加工，做T形滑块。材料45刚，热处理硬度大于40HRC.6.导滑槽的设计斜导柱侧向抽芯机构工作时，侧滑块是在导滑槽内按一定的精度和沿一定的方向往复移动的零件。考虑道加工的方便采用T形槽。设计成侧型芯2

30、侧的单独压块。材料45钢考虑到侧滑块也是45钢的，因此热处理硬度40HRC。并且保证侧滑块的硬度大导滑槽的硬度。在设计导滑槽与侧滑块时，要正确选择它们之间的配合，导滑部分的配合一般采用H8/f8,其余各处可0.5mm左右的间隙。图10.2 导滑槽为了让侧滑块在导滑槽内移动灵活，不被卡死，侧滑块与导滑槽要求保持一定的配合长度，侧滑块完成抽芯动作后，留在滑槽内的滑块长度不应小于滑块全长的23，否则滑块在开始复位时容易倾斜，甚至损坏模具。7. 楔紧块的设计注塑成型时， 型腔内的熔融塑料以很高的成型压力作用在型芯上，从而使侧滑块后退产生位移，侧滑块后移的力作用在斜导柱上，导致斜导柱产生弯曲变形；另一方面，由于斜导柱与侧滑块的斜导孔采用较大的间隙配合，侧滑块后移也会影响塑件的尺寸精度，所以合模时，必须要设置锁紧装置锁紧侧滑块，常用的紧装置为楔紧块在设计紧块时，楔紧块的斜角应大于斜导柱的倾斜角a，通常大23，否则斜导柱无法带动滑块。前面斜导柱的倾斜角a的选择为18度，因此，楔紧块的斜角选择20度。8. 侧滑块定位装置的设计侧滑块与斜导柱分