3D盒盖注塑模设计含全套毕业说明书和机械CAD图纸.docx

1、3D盒盖注塑模设计含全套毕业说明书和机械CAD图纸盒盖注塑模设计1绪论1.本课题的意义、目的及应达到的要求本设计主要意义是在我们学习完模具设计与制造的所有专业课之后，总结条理以前我们所学的知识，使之成为一个系统的理论体系，以便于我们在以后的工作中使用。同时也让我们对模具的设计与制造有了初步的了解，掌握了查阅资料和使用工具书以及手册的能力。【1】 本设计的目的是在学生毕业前夕，将通过毕业实习和毕业设计的实践性环节，对医学知识进行全面的总结和应用，提高综合能力的培训以及扩大模具领域的新知识。具体的要求是：1 系统总结，巩固过去所学的基础课和专业课知识。2 运用所学的知识解决模具技术领域内的实际工程

2、问题，以此进行综合知识的训练。3 通过某项具体工程设计和实验研究，达到多种综合能力的培养，掌握设计和科研的基本过程和基本方法。4 提高和运用与工程技术有关的人文科学，价值工程和技术经济的综合知识。2 本课题的国内外现状 2.1我国塑料模具工业的发展现状 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可达0.02mm0.05mm，表面粗糙度Ra0

3、.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距，（1）成型工艺方面：多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。但总体上热流道的采用率达不 到10%，与国外的50%80%相比，差距较大。 （2）在制造技术方面：CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，

4、美国EDS的UG、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、以及一些塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如对充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，

5、为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。 （3）模具材料方面：近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SM、SM等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重 大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%80%相比，仍有差距。 2.2我国塑料模具工业的发展趋势2.2.1我国塑料模具工业今后的主要发展趋势据有关方面预测，模具市场的总体趋势是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高

6、于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十五”期

7、间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网络机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。 2.2.2我国塑料模具工业和今后的主要发展方向 （1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 （2）.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造

8、良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 （3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低

9、成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。 （4）.开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并

10、严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。 （6）.应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 （7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 3国外塑料模具的发展现状（1）模具生产效率高，工期短，人均产值高。各企业共同之处是厂房设备密集，显得十分拥挤，即使在这样的条件下，车间管理还是有条不紊，生产效率高。一般模具企业，人均年产值为514万美元。 （2）

11、专业分工细，技术精益求精，客户相对稳定。模具企业专业分工较细，生产协作紧密。每家企业只生产某一类模具，各家都有自己的拳头产品，这利于在技术上精益求精，以利在激烈的竞争中生存发展。模具厂所需的模具标准件都是外购的，有些零件加工业是由其他厂协作。 （3）模具企业带件生产比较普遍，有利于企业发展。模具作为单件或极小批量产品，技术密集和精密加工设备密集，与模具成型制品的大批量生产相比，投入大，产出低，因而制约了模具企业大发展。他们注重模具与制品一体化，模具与制品相辅相成，互相促进，有利于模具企业的发展。（4）紧跟主产品需求开发模具，重视开拓海外市场。模具工业发展较快，紧跟主产品需求开发制造模具是一个重

12、要因素。近几年3C电子产品和汽车工业的迅速发展，带动了模具工业的发展。目前模具产值的76%源自3C产品和汽车、摩托车提供的产品。模具行业以很强的市场敏感性，以最短的生产周期满足了这些行业的需求。大陆的许多3C产品和汽车模具就来自美国，日本和西欧，以及台湾。（5）CAD/CAE/CAM和高速切削加工技术应用广泛。他们的模具生产效率较高，市场快速反应能力强，CAD/CAE/CAM技术和高速切削技术的普及应用，无疑是一个重要因素。 4本设计所要解决的问题 在我们设计的盒盖塑料模具的设计与制造过程中， 根据所学的知识和我们在毕业实习中所积累的经验，所采用方案如下。该塑件是带双面侧凹的盒盖塑料模具，中等

13、批量生产，塑件的材料采用常用的原料ABS，属于常用的工程材料。盒盖设计难点在于侧向分型机构,塑件的内凸台可以在模塑时可直接成型，生产盒盖塑料件的侧凹采用侧向抽芯成型。为保证侧凹外观美好，侧向抽芯机构与推出机构严格不能出现干涉现象。（主要是我们的产品的壁厚小于3mm，为了防止在塑料制件在脱模制件的螺纹处出现质量缺陷）。1 工艺性分析1.1：塑料的原材料分析 【1】ABS塑料主要技术指标：密度1.02-1.16g/cm2,质量体积0.86-0.98cm2/g,熔点130-160，计算收缩率0.4-0.7%，屈服强度50Mpa，抗拉强度38Mpa.（1）吸湿性强。ABS具有吸湿性或黏附水分倾向，在成

14、型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上易出现气泡，银丝与斑纹等缺陷。成型前须充分干燥要求其含水量小于1，对于表面光泽要求较高的制品，需长时间干燥。（2）流动性较中等（溢边值为0.04mm左右）易于充模，粘度对剪切速率较敏感，同时还与注射温度和注射压力有关，其中注射压力影响较为显著，因此提高流动性要从提高注射压力入手。（3）成型难度大，须采用较高的料温和模温。对于耐热抗冲击性和中抗冲击性制件，应在允许的范围内料温取较大值。（4）料温对物性影响较大，料温过高易分解（分解温度为250左右）对精度较高塑件，模温宜取50-60，要求光泽及耐热型料，宜取60-80。（5）注射压力应比聚苯乙烯稍高，一般用

15、柱塞式注塑机时，料温为180-230，注射压力为100-140MPa；用螺杆式注塑机时，料温为160220，注射压力可取70100MPa。（6）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口的位置、形式，应合理并能防止熔接痕的产生，推出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失），脱模斜度宜取2以上。同时要考虑模具制造的经济性和加工的合理性。1.2：塑件的结构和尺寸精度等级及表面质量分析（1）结构分析：从零件图上分析，该零件总体形状为长方形，在宽度方向上有一个高度为6mm,边长为15mm倒圆角的三角形，和一个直径为11，高度为2的凸台，另一边有许多支撑筋。形状结构对制件脱模要求较

16、高，尺寸较大，产品质量及表面精度要求都较高，因此，模具结构设计时较为复杂，顶杆较多。（2）尺寸精度分析：该制品重要尺寸，如：8，侧凹深度1mm等尺寸精度等级为MT3级（GB/T 144861993）次重要尺寸34,12, , 等尺寸精度等级为MT5级（GB/T 144861993），塑件精度中等，对应的模具相关零件的尺寸容易保证。（3）制品的表面质量:塑料制件的精度等级较低，所要获得的制件对制品的表面质量要求较高，外表面光亮，色泽一致，不允许有划伤，毛刺，收缩痕迹等，对模具制造工艺和注塑工艺有一定的要求。（4）从塑料的壁厚上来看，壁厚为2，比较均匀，容易成型（5）制件的尺寸精度主要取决于塑料收

17、缩率的波动和模具制造误差，此处塑料件未注公差，由于该制件的原材料为ABS，而ABS的制件公差等级较低为MT5级，该塑件的精度等级较低。受模具活动部分的影响，取公差值和附加值之和，MT2级取0.05，MT3-5级取0.1。【2】1.3：计算塑料制件的体积和质量计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数量。计算塑料制件的体积：V=20（在这里为大致计算，其在选取注塑机时适当放缩。）查模具设计与制造简明手册知ABS耐热型塑料密度为=1.021.16g/cm3 ,在这里取=1.10 g/cm3 。 【3】由密度可得出单个制件的质量： Q=V=1.1020+10 =30g采用一模两件的模具结构

18、，考虑其外行尺寸，注塑时所需压力和工厂现有设备情况等，初步选用注塑机为XS-ZY-125型。1.4：ABS塑料注射成型的工艺参数。（注塑工艺卡）查实用注塑模设计手册和参考工厂实际应用情况，ABS塑料的成型工艺参数可作如下选择：（试模时，可根据实际情况作适当调整）注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度料筒温度：后段温度t1选用180 中段温度t2选用200 前段温度t3选用230喷嘴温度：选用230模具温度：50-80螺杆转速：30r/min注塑压力：选用60-100Mpa注塑时间：选用20-90s保压压力：选用100Mpa高压时间：选用0-5s冷却时间：选用30 s总 周 期: 50-200 s后处

19、理方法：红外线灯，烘箱温 度：70时 间：2-4h备 注：通用级5：塑料成型设备的选取【2】根据计算及原材料的注射成型参数初选注塑机为XS-ZY-125查实用注塑模设计手册知： 螺杆直径： 125mm注射容量： 125克注射压力： 121Mpa锁 模 力： 630kN装模高度： 150-300mm开模行程: 500mm喷 嘴 球 半 径： 15mm孔 半 径： 4mm 定位圈直径： 150mm 中心顶出 孔 径： 20mm 2 注塑模具结构的设计2.1 模腔数量的确定塑件的生产属大批量生产，宜采用多型腔注塑模具，其型腔个数与注塑机的塑化能力，最大注射量以及合模力等参数有关，此外还受制件精度和生

20、产的经济性等因素影响，有上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量；2.1.1 按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1N1=其中： F 注塑机的锁模力 N PC 型腔内的平均压力mpa A 每个制件在分型面上的面积（） B 流道和浇道在分型面上的投影面积（） B 在模具设计前为未知量，根据多型腔模具的流动分析B为（0.20.5），常取B=0.35，熔体内的平均压力取决于注射压力，一般为2540mpa实际所需锁模力应小于选定注塑机的名义锁模力，为保险起见常用0.8F则 N1 =45000.6/2662030=2（个）2.1.2 注射机注塑量确定型腔数目N2N2=（GC）/V 其中： G 注射机的公称注

21、塑量（） V 单个制件体积 （） C 流道和浇口的总体积（） 生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的0.750.45倍，取0.6倍计算，同时流道和浇道的体积为未知量，据统计每个制品所需浇注系统是体积的0.21倍，现取C=0.6则 N2=10000.375 =375（个）从以上讨论可以看到模具的型腔个数必须取N1，N2中的较小值，在这里可以选取的个数是1,2,3个，考虑的制件的取出和模具的开模等情况，以及模具的主流道长度最好小于60mm，以防止因为注塑压力的降低而带来的制件充型不足等缺陷。我们所设计的盒盖注塑模具采用一模一腔的方案，即 N=1 【5】2.2 分型面的选择以及型腔的排列方式的确定 【

22、6】 分型面的选择；模具设计的过程中分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，应根据分型面选择的原则来确定模具的分型面:（1）塑件脱出方便：尽量使塑件滞留在动模一侧，模具的脱模机构在动模一侧，一般将主型芯装在动模一侧，使塑件的包紧在主型芯上，型腔可以设在定模一侧。【6】（2）模具结构简单，使模具容易切削加工，从简化模具加工来考虑，对要求抽芯的塑件，应尽量避免在定模部分抽芯。（3）型腔顺利排气：型腔气体的排除，除了利用顶出元件的配合间隙外，主要靠分型面。（4）确保塑件质量：其它必须无损塑件外观，设备利用合理以及塑件成型要来选择分型面。该塑件为盒盖，表面质量要求表面光亮，色泽一致，不允许有划伤，毛刺

23、，收缩痕等。为保证塑件外表面质量，使塑件外表面全部置于凹模型腔。由于塑件壁厚较小（壁厚最小处小于2mm），为防止卸塑件时塑件被损坏，采用开模方向分型。故分型面选择如下图所示：图一 分型面选择 采用开模方向分型，既可以降低模具的复杂程度，减少模具加工难度，又便于成型后顶出塑件。2.3 浇注系统的设计2.3.1 主流道设计；根据SZ-250/1250型注塑机喷嘴的有关尺寸 【6】 喷嘴前端孔径： d0=7.5mm 喷嘴前端球面半径： R0=18mm 根据模具主流道与喷嘴的关系： R=R0+（12）mm D=d0+(0.51)mm 取主流道的球面半径R=21mm 取主流道的小端直径d=4mm 为了方

24、便将凝料从主流道中拔出，将主流道设计为圆锥形式其斜度取13度经换算得主流道大端直径D=16mm，为了使料能顺利的进入分流道，可在主流道的出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。2.3.2 主流道衬套的选取。【6】为了提高模具的寿命在模具与注塑机频繁接触的地方设计为可更换的主流道衬套形式，在这里我们设计的模具较小，可以将主流道衬套与定位环设计为一个整体。选取材料为T10A，热处理以后的硬度为5358HRC，主流道衬套和定模的配合形式为H7/m6的过渡配合。衬套的长度应与定模配合部分厚度一致主流到出口处的端面部的突出在分型面上，否则不仅会造成溢料还会压坏模具。2.3.3 分流道设计分流道的形式和尺寸应

25、根据塑件的体积，壁厚和形状的复杂程度来确定分流道的长度的。由于塑件的形状比较简单，ABS的流动性好，冲型能力比较好，因此可采取半圆形分流道，便于加工。根据主流道大端直径D=16mm，则半圆形可选用半径为R=6mm的截面。2.3.4 浇口设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想，不影响塑件外观，设计时考虑选择从塑件壁厚为3mm处进料，料由厚处往薄处流，而且采用镶拼结构，有利于填充，排气，侧浇口的规格为(b*l*h)3mm*1mm*2mm,试模时修正。2.3.5 排气结构的设计在注塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进入模具型腔内，气体如不能及时排出会

26、使制件的内部有气泡，甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。排气方式有两种：开排气槽排气，利用和模间隙排气。由于堵盖注塑模具是有镶拼式凹模，且分型面较大，可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气，而不需在模具上开设排气槽。（ABS塑料的最小不溢料间隙为0.04mm，间隙较小，再加上ABS的流动性较好，也不宜开排气槽。）2.4推出机构设计 塑件为盒盖类零件另加有双面侧凹，为能让塑件平稳推出制件，采用推件板推出 图2.4.1如图2-4-1所示模具开模后,塑件包紧动模型心的力并不大,适当考虑脱模斜度,采用顶板并不会将塑件顶变形,且模具结构简单. 2.4 模具侧向分型机构材料：T10A 热处理：HRC

27、53-58注： 1滑动部分可按需要设计油槽图三：斜导柱 注射模中和模导向机构主要用来确保动模和定模两部分以及其他零件的准确闭合，实现脱模机构的同时进行，避免各零件发生碰撞和干涉，对中小型模具导向机构多采用导柱导套结构，而需要侧向抽芯的机构常采用斜导柱（需要抽拔距较小的模具采用）或弯销（需要抽拔距较大的模具采用）。堵盖注塑模的抽拔距较小，可采用斜导柱就能满足侧向分型的需要，斜导柱如上图所示。2.5 抽芯距的确定本塑件的侧向抽芯部分垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具中取出，因此成型侧凹的型芯可做成镶嵌件，本模具采用斜导柱抽芯机构。（1） 确定抽芯距抽芯距一般大于侧凹深度本副模具设计中必须高于制件

28、最小高度的一半 H1=8mm 另加35mm的抽芯安全系数，可取抽芯距为12mm（2）确定斜销的倾角斜导柱的倾角a是斜销机构的主要技术参数，它与抽拔距和抽芯距有直接关系，一般取1525本副模具取a=20（3）确定斜销的尺寸斜导柱的直径取决于抽拔力以及倾角可按设计资料有关公式进行计算，本例可采用经验估值，取斜导柱的直径d=35mm 【3】（4）斜导柱的长度可根据抽拔距，固定端模板的厚度，斜销直径及斜角大小确定： L=L1+L2+L3+L4+L5 =tana+ + +（1015） =200 取： L=220mm（5）滑块和导滑槽设计由于侧凹的尺寸较小型芯滑块可采用整体式加工增加强度，导滑槽的导滑长度

29、和定位装置的设计可采用经验法，侧向抽芯的抽拔距较小，也无须滑块的定位装置。3 模具工作零件的设计3.1 凹模的设计本副模具采用整体式凹模结构，制件分两列串放于模具型腔里。采用镶拼式凹模型腔，可以减少凹模加工难度，同时也利于塑件排气。如图所示： 图3.1.1凹模板A加工可以直接用铣刀铣出，也可以用成型电极。为了节约成本。在这里我选用铣刀铣。3.2注塑模具的工作尺寸（包括型腔和型芯的尺寸）本例中成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸，平均收缩率平均制造公差和平均磨损率来计算。查教材表1-3塑料ABS的成型收缩率为S=0.30.8，故平均我们取为Scp=0.5。考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公

30、差取=/3。3.2.1 凹模工作尺寸的计算 表一：凹模工作尺寸表塑件尺寸计算公式型腔工作尺寸R2LR=(LRs+LRsScp3/4)+R1.95+R8R7.95+R2002R2001.9522.50.2Lm=(Ls+LsScp3/4)+22.72-10.5+10.54-13.5+13.54-484483.95+35.27-35+75.5+75.54-3.3 型芯结构的确定：3.3.1型芯的设计可根据模具的各部分结构确定型芯的尺寸和结构。如下图所示（型芯的具体尺寸见型芯图）成型11孔的型芯（具体尺寸见附图）图3.3.1 型芯的结构图注（1） 材 料 T10A （2） 技术要求 热处理后材料的硬度

31、达到5056HRC要求有一定的耐磨性和耐腐蚀性成型零部件的制造误差： 成型零部件的制造误差包括成型零部件的加工误差和安装误差，配合误差等几个方面。设计时一般应将成型零部件的制造公差控制在塑件的1/3左右，通常取IT69级，综合考虑取IT8级。3.3.2型腔的设计为了保证制件质量，制件容易脱模，采用组合式型腔结构。可根据模具的各部分结构确定型腔的尺寸和结构。4 模具加热和冷却系统的设计塑料在生产过程中由于需要对熔融的塑料流体进行冷却，塑料制件不能有太高的温度（防止出模后制件发生翘曲，变形）冷却系统设计可按下式进行计算：设该模具平均工作温度为60，用20的常温水作为模具的冷却介质，其出口温度为30，产量为（3分钟2模）3960g/h。4.1 求塑件在硬化时每小时释放的热量为Q3，