杯托注塑模设计.docx

1、杯托注塑模设计中北大学材料科学与工程学院课程设计题目 杯托注塑模设计作者学院专业材料科学与工程学院学号指导教师二一五年一月二十六日 中北大学课程设计任务书 20142015 学年第 一 学期学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 起 迄 日 期：2015年 1 月19日2015年 1月31日 课程设计地点： 中北大学材料科学与工程学院 指 导 教 师： 李迎春 谢江波 王文生 付一政 系 主 任： 下达任务书日期: 2015年1月19日 课 程 设 计 任 务 书1设计目的：通过塑料成型模具课程设计，强化学生课堂上学习到的塑料注射模

2、具的知识，加深学生对注射模具动作原理的理解，培养学生独立设计注射模具的能力，使学生熟练掌握Auto CAD等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作打下良好的基础。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：自行设计一个符合要求的塑料制件以及成型该制件的注射模具。（1）对塑料制件的要求：塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使塑料制品达到高效、均匀冷却，具有一定的力学性能及使用价值；设计塑料制件时应明确指出塑件的尺寸精度、粗糙度、斜度、圆角、螺纹、侧孔、嵌件等；成型该塑件的注射模具必须满足下列条件之一：成型模具应具有侧向抽芯机构；：成型模具应具有自动脱螺纹机

3、构；：成型模具应具有点浇口凝料的自动脱出、顺序脱模、二级脱模等较为复杂的机构。（2）对成型模具的要求： 所设计的模具能够高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品，模具结构合理，动作灵活，能够满足在使用时连续生产、高效率、自动化、操作简便的要求。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：本次课程设计的工作内容包括以下几个部分：塑料制件图纸一张，要求标注尺寸公差、粗糙度、技术要求以及所用原材料；注射模具装配图（零号图纸）一张；注射模具零件图至少四张，包括型腔零件图、型芯零件图、模板的零件图、杆件的零件图；注射模具结构计算说明书一本。注：以上各项内容均要求打印。

4、 4主要参考文献：1. 申开智.塑料成型模具.北京：中国轻工业出版社，20032. 宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册.北京：航空工业出版社，19953. H.盖斯特罗.注射模设计108例.北京：国防工业出版社，20024. 贾润礼.实用注塑模设计手册. 北京：中国轻工业出版社，20005设计成果形式及要求：本次课程设计的设计成果以模具设计图纸和模具设计计算说明书的形式提交。6工作计划及进度：2015年 月 日 月 日 塑料制件设计2015 年 月 日 月 日 模具结构计算及草图设计2015年 月 日 月 日 模具装配图的绘制2015年 月 日 月 日 模具零件图的绘制2015年 月 日 模具设

5、计计算说明书的撰写2015年 月 日 答辩和成绩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日 摘 要塑料成型制品是以塑料为主要结构材料经成型加工获得的制品，又叫做塑料制件，简称塑件。塑料成型制品应用广泛，特别是在电子仪表、电器设备、通信工具等方面获得大量应用。如各种受力不大的壳体、支架、结构件、装饰件等；作为塑料制品的主要生产基础工艺装备的塑料模具，在国民经济占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志。注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性的成型可以一次成型形状复杂的精密塑件，本次设计就是将杯托作为设计模型，将注塑模具的相关知识作为依据，阐述塑料注塑模具的整体

6、设计过程。本文设计的内容就是杯托注塑模具，材料为ABS，根据其结构形状特点以及通过对杯托成型工艺的正确分析，确定型腔的总体布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统等；同时本文对注塑模具进行简要介绍，对注塑模具中的主要零件进行设计计算，在设计过程中着重考虑其生产实际中的经济性和合理性。关键词：注塑模具；注射成型；分型面1.前 言1.1我国模具行业的发展方向和前景经过1990年代的高速发展，中国的模具产业已经达到一定的水平，生产能力也有了相当大的提高，模具市场的规模也正在逐步扩大。过去十年，中国模具工业（主要集中在汽车、电子信息以及电器）以每年15%左右的增长速度快速发展。到2005年，全国模

7、具生产厂点已达3万多家，从业人员50多万人；模具销售总额高达610亿元，比上年增长25%；模具生产企业总体上任务饱满、订单充足。2006年，业界预测中国汽车的年度销售数量将会比前一年增长15%，年度销售数量将会达到640万台。而汽车零部件市场比汽车整车的市场更大，可以预测汽车相关模具产业将会有高速发展。与2004年相比，2005年中国的模具生产值增加了125%，以610亿人民币居世界第三位。其中，出口比前一年增加了150%，达到了7.4亿美元。目前，国内模具行业正随着我国制造业特别是汽车和电子产业的持续高速发展而逐渐步入“黄金期”。近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、

8、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制改革的不断深入，“三资”及民营企业的发展较快。在注塑模具方面，2006年，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量已超过50吨，最精密的注塑模具精度已达到2微米。在 CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多。据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括10个方面：(1

9、)模具日趋大型化。(2)模具的精度将越来越高。10年前精密模具的精度一般为5微米，现已达到2-3微米，1微米精度的模具也将上市。(3)多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。(4)热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。(5)随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。 (6)标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。(7)快速经济模具的前景十分广阔。(8)随着车辆和电机等产品向轻量化发

10、展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。(9)以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。(10)模具技术含量将不断提高。从应用趋势方面分析，受用户要求模具的生产周期缩短影响；快速经济模具的开发将被重视，模具标准件的应用将日渐广泛，且采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。1.2 注塑模具设计与制造技术质量、成本（价格）、时间（工期）已成为现代工程设计和产品开发的核心因素，现代企业大都以高质量、低价格、短周期为宗旨来参与竞争市场。先

11、进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程，对模具行业也是如此。模具行业必须在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以调整以适应这种要求。1.2.1注塑模具的可视化设计现在我们对产品设计的要求是快速、准确。随着软件技术的发展，三维设计（3D）的诞生使模具实现了可视化、面向装配的设计。模具由二维设计（2D）到三维（3D实现了模具设计技术的重大突破。模具三维设计直观再现了未来加工出的模具本体，设计资料可以直接用于加工，真正实现了CAD/CAM一体化和少、无图样加工；模具三维设计解决了二维设计难以解决的一系列问题，如干涉检查、模拟装配、CAE分析等；模具三维设计能对模具的可制造性加以评价

12、，大大减少了设计失误。1.2.2 注塑模具的快速制造基于并行工程的模具快速制造近些年来，为了满足工期的要求，模具企业大都在自觉与不自觉中应用“并行”的概念来组织生产、销售工作。并行工程应用的明确提出是对现有模具制造生产模式的总结与提高。并行工程、分散化网络制造系统为模具快速制造提供了有效的实施平台。并行工程的基础是模具的标准化设计。标准化设计是由三方面要素组成：统一数据库和文件传输格式是基础；实现信息集成和数据资源共享是关键；高速加工等先进制造工艺是必备条件。（2）应用快速原型技术制造快速模具（RP+RT）在快速原型（Rapid Prototyping,RP）技术领域中，目前发展最迅速、产值增

13、长最明显的就是快速模具(Rapid Tooling,RT)技术。应用快速原型技术制造快速模具（RP+RT），在最终生产模具之前进行新产品试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，有效地缩短开发时间、降低成本。这就是RP+RT技术产生根本原因。（3）高速切削技术的应用高速切削（High Speed Machining,HSM）在模具领域的应用主要是在加工复杂曲面方面。其中高速铣削（也称为硬铣削Hard Milling,HM）可以把复杂形面加工得非常光滑，几乎或者根本不再需要精加工，从而节约了点火花（EDM）加工和抛光时间及有关材料的消耗，及大地提高了生产效率，并且形面的精度不会遭到破坏

14、。1.2.3 制造模式的改变信息流驱动的模具制造先进制造生产模式对模具工业的影响主要体现在信息的流动。与制造活动有关的信息包括产品信息和制造信息，现代制造过程可以看作是原材料或毛坯所含信息量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。目前，面向模具开发的CAD/CAABS/CAM/CAE、DNC、PDM、网络集成等均是围绕如何实现信息的提取、传输与物化，即使信息流得以畅通为宗旨。1.3 UG模具设计的基本流程 目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有UG、I-DEAS、UG、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件

15、有MasterCAM、Cimatron等。本次是运用UG进行模具设计的,下面简单介绍以下UG模具设计流程。1.4课题意义在传统塑料模具设计中，设计周期长，一般要二到三个月的时间；设计成本高，需要往返数次制模，修模；产品质量不能保证，对流体在模腔内的流动状态，冷却状况缺乏了解。本文以鼠标底座的注塑模具设计为例，运用UG软件智能分模，不但保证了模具的精确性，而且分模简单，是设计者可以节约时间，集中精力拆模做型腔；运用CAE分析功能，对塑料注塑过程进行模拟分析，包括充模流动模拟、保压过程模拟、冷却过程模拟及翘曲模拟分析。通过模拟分析可以预测制品填充不足、熔接线、气泡和翘曲变形等缺陷，还可以测定最佳浇

16、口数量和位置，测定注塑时注射压力以及注射时间，溶体流动前锋的温度变化等系列参数；运用专家模架系统，根据设计参数直接选取标准模架，构造模具三维实体。这样设计出来的模具具有更高的质量，更大的准确性。现代的模具设计在计算机的平台上，运用CAD/CAE/CAM等软件，使现代模具设计具有了高质量，高效率，低成本等特点。2.注塑件的设计2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是鼠标底座,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是中批中

17、量或大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素。2.2 材料选择通常选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件属于日常生活用品，没有什么特别的要求，因此主要从容易成型方面选择材料。ABS 树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良， 还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电 镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用

18、于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业 领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS 树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将 PS， SAN，BS 的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。 ABS 工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化 学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS 树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇 类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。 具体有点有以下 6 点：1.综合性能比较好：机械强度高；抗冲击能力强，低温时也不会迅速下降；缺口敏感性较好；抗蠕 变性好，温度升高时也

19、不会迅速下降；有一定的表面硬度，抗抓伤；耐磨性好，摩擦系数低；2.电气性能好，受温度、湿度、频率变化影响小；3.耐低温达-40；4.耐酸、碱、盐、油、水；5.可以用涂漆、印刷、电镀等方法对制品进行表面装饰；6.较小的收缩率，较宽的成型工艺范围。ABS 工程塑料的主要缺点是热变形温度较低，可燃，耐候性较差。 选择注射成型制品的材料，不仅应能在一定的期限内保证其使用功能和性能，还要考虑到加工成型、成本和供应方面的问题。通过综合考虑，本注塑件选用材料为 ABS。2.3 结构设计 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面

20、提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据。2.3.1 壁厚塑料制品的壁厚对制品的质量有至关重要的影响。壁厚过厚，不但用料多，容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷，而且冷却时间长生产效率低；壁厚过薄，成型困难，流动阻力大。在此主要是分析壁厚对成型的影响，所以只验证产品在脱模顶出时保证不变形。该产品的壁厚1.5mm，在此材料的推荐壁厚0.62.3mm的范围内。所以本次产品的壁厚值能满足工艺要求。2.3.2脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为

21、了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度。在塑件的高度比较小时也可以不需要脱模斜度。 ABS的脱模斜度为，由此确定塑件的脱模斜度。2.3.3 加强肋 塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高熔体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。2.3.4 圆角 塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。2.4 塑件的尺寸精度及表

22、面质量2.4.1尺寸精度影响制品精度的因素较多。首先是模具的制造精度和模具的磨损量，其次是成型工艺条件的变化所引起的塑料收缩率的波动。另外，成型后的时效率变化和模具结构形状对尺寸精度也有一定的影响。因此，对塑料制品的精度要求不能太高，应在保证使用功能的条件下，尽可能选择低精度等级。该产品零件图所有尺寸为未注公差尺寸，根据国家推荐标准（GB/T14486-93）规定的MT5级精度选取作为塑料制品的尺寸公差等级。已注尺寸公差等级也在ABS/PC的一般精度等级MT3范围内。所以该产品注射成型能够达到此精度要求。表2-3-3是国家推荐标准的工程塑料模塑塑件尺寸公差，该表只取了在产品尺寸范围内的数据。表

23、2-12.4.2塑件的表面质量塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤，波纹等疵点外，主要的由模具的表面的粗糙度决定。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。由于该制品为一般日常生活用品，对表面粗糙度要求不高，取塑件表面粗糙度为0.8m。3.塑件3D建模及注射成型工艺分析3.1塑件的3D模型运用UG绘图软件绘制塑件的3D图，如图3.1所示下： 图3.1 杯托 3.2塑件的注射成型工艺性分析 3.2.1初步分析通过UG对3D模型质量属性分析分析结果：单件体积= 304

24、92.63 单件投影面积=24678.22 密度=1.05g/cm3 单件质量=0.033kg3.2.2塑件注射成型工艺性CAE分析利用Moldflow对塑件进行最佳浇口分析，塑料流动性分析，冷却质量分析，缩痕分析等。初始条件：ABS 在Moldflow中搜索到此材料，可以查看材料的一些具体信息。以这些信息作为分析的初始条件。其中模具温度为，熔化温度为，材料融化温度范围：，模具温度范围：，塑料固体密度为1.053，融化密度为1.033，最大剪切应力为0.26MPa。3.3注塑机3.3.1注塑成型工艺参数查模具设计手册可知ABS料注射成型的主要工艺参数，不再敖述。3.3.2注塑机的选择由公称注射

25、量选定注射机由3.2.1分析已得出单个塑件体积V=151443 ，流道凝料V=45453实际注射量为:V=151442+4545=34.833cm；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V V V= V/0.8 =34.8330.8=43.541cm；由上计算初步确定注塑机为SZ-60/60，查模具设计手册注塑机主要技术参数如下表3-2。表3-2 国产注射机SZ-60/60技术参数表特性内容特性内容结构类型卧拉杆内间距(mm)320520理论注射容积（cm）60移模行程(mm)300螺杆直径(mm)40最大模具厚度(mm)350注射压(MP)145最小模具厚度(mm)170

26、注射速率(g/s)锁模形式(mm)液压塑化能力(g/s)11.7模具定位孔直径(mm)125螺杆转速(r/min)20200喷嘴球半径(mm)35锁模力(KN)600喷嘴口直径（mm）44.模具结构设计4.1型腔数目的确定注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。考虑到该塑件是一般日用品，根据生产批量和经济因素，初步确定该模具为一模两腔。4.2分型面的确定由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推

27、出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析，应遵循以下几项的设计原则：1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模3）分型面的选择应保证塑件的精度要求4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求5）分型面的选择要便于模具的加工制造6）分型面的选择应有利于排气除了以上这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。为了保证侧向型芯的位置的放置及抽芯机构的动作顺利，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，而将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向。 4.3浇口的确定ABS料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,确定使用潜伏浇

28、口。浇口位置已经在3.2.2分析中确定。4.4模具材料的确定现有模具模架已经标准化,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，则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。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,耐磨性是决定模具寿命的重要因素。从工艺性能考虑:要热加工工艺好,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,

29、此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。模仁的材料为P20钢。P20钢属优质碳素塑料模具钢，与普通优质45碳素钢相比，其钢中硫，磷含量低，钢材纯度好。制造小型塑料模具，用调质处理可获得较高的硬度和较好的强韧性。P20钢的优点是价格便宜，切削加工性好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性和一定的耐磨性，被广泛用于制造中、低挡的塑料模具。材料预备热处理：断后退火；高温回火；正火推荐回火规范：回火温度为500560，空冷，硬度为2533HRC。4.5浇注系统的设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流

30、动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内、外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的重点内容之一。4.5.1主流道设计主流道是一端与注塑机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有有锥度的流动通道。根据注塑机型号设计主流道尺寸，具体尺寸详见图纸。由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。浇口套结构设计如图4.1所示采用两颗M520L螺钉固定。由注塑机确定定位圈的尺寸，定位圈采用两颗M620L螺钉固定，如

31、图4.2所示。 图4.1浇口套 图4-2定位圈4.5.2分流道设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。浇道的截面积越大，压力的损失就越大；浇道的表面积越小，热量的损失就越少。用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。考虑热量损失和浇道加工性能等因素，查6P151表4-3，选择圆形截面的分浇道。具体详见图4.3所示。4.5.3冷料井 冷料井一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型