闹钟后盖注塑模具设计.docx

1、闹钟后盖注塑模具设计闹钟后盖注塑模具设计一、前言1.1概述概述模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。在塑料制品生产过程中，模具的设计是相当重要的一环；因为模具的好坏直接影响到塑件质量，以及价格的高低。所以作为一名模具设计者，应该具备以下基本要求：模具的结构基本合理；能够实现塑件的自动脱模；在此基础上尽可能优化结构，降低优化结构和成本。1.2国内的发展情况目前国内模具行业的基本情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、寿命短、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能

2、自行制造，需要每年花几百万.上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。目前存在的主要问题是：（1）目前虽然我国从事塑料设计的人员不少，但大多专业知识不够丰富，没有受过系统专门系统的训练，所以高水平的设计人员不多；专业书籍缺乏，没有一套我国自己的设计理论与设计数据，大多数模具设计者都是依靠自己的设计经验来设计新的模具，知识更新很慢。（2）从设计结构上看，我们的设计还不够细致，许多细节考虑的欠周到，以至于模具使用受命不长，特别是冷却系统和热流道技术，在这方面与国外的差距更大。（3）从模具材料看，我国的塑料模具钢起步时间不长，而国际上塑料模具钢的品种则有很多可供选择

3、。目前，我国虽然也有个别品种诸如预硬化钢具有较好的质量，但应用较少，主要是国产的钻头、端铣刀等切削工具难以切削诸如HRC40等很硬的钢。（4）从加工工艺水平看，主要是设备水平不高，专门设备使用的少，加工出来的模具表面精度很难达到国外水平，检测手段落后，模具装配水平不高，导致容易出现溢料或错位现象。为了提高模具企业的设计水平和加工能力。中国模具协会向全国模具行业推荐适合于模具企业用的CAD/CAM系统。但国内优秀的CAD/CAM系统很少，只有少数适合模具行业应用。而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力.强大的结构有限元分所能力.强大的计算机辅助制造能力.产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难

4、以支持。1.3国外的发展情况国外的模具发展状况具体表现为以下七个特征（1）集成化技术现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术人和管理的集成。在开发模式制造系统时强“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需要。（2）智能化技术应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥.（3）网络技术的应用网络技术包括硬件与软件的集成实现。各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目前早通过了Internet实现跨国界

5、模具设计的成功例子。（4）多学科多功能综合产品设计技术产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识，还用到了电磁学光学.控制理论等，甚至要考虑到经济.心理.环境.卫生及社会等各方面的因素。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动静态特性.效率.精度.使用寿命.可靠性.制造成本与制造周期的最佳组合。（5）虚拟现实与多媒体技术的应用虚拟现实在21世纪整个制造中都将有广泛的应用，可以用于培训.制造系统仿真.实现基于制造仿真的设计与制造.集成设计与制造.实现集成人的设计等。美国已于1999年借助于VR技术成功地修复了哈博太空望远镜。多媒体技术采用多种介质来存储.表达处理多种信息，融文字.

6、语音.图象于一体，给人一种真实感。（6）反求技术的应用在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具设计和制造以便制造出产品。此时需过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造。这种过程就是反求工程RE。建立了CAD几何模型后，就依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作。（7）快速成形制造技术快速成形制造技术RPM基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度无关，尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估.装配校检.功能实验。而且还可

7、以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具，从而避免了传统模具制造的费时和耗成本的NC加工，因而RPM技术在模具制造中发挥着重要的作用。1.2本课题的研究内容、要求、目的及意义1.2.1本课题的研究内容：做小闹钟后盖塑料模具设计，使该塑料模结构简单，型腔.型芯等机构设计合理，并实现侧抽芯脱模。并书写开题报告，和模具说明书。根据说明书画模具CAD图。1.3本课题的研究要求（）此塑件外表面有花纹，并且要光滑。（）要使注射模结构简单，并有侧抽芯。（）流道设计合理，可保证产品质量并且又节约生产原材料。（）了解聚丙烯的性能.特性和设计时的要求。1.4本课题的研究目的（）检验理论知识掌握情况，将理论与实践结

8、合.（）初步掌握进行模具设计的方法.过程，为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科研论文打下基础。（）培养适应工作作准备。二、塑件工艺分析2.1塑件分析下图是小闹钟的塑料后盖，从该塑件的外观可以看出为了要使此塑件的外观光滑，可以采用改良的边缘浇口（侧浇口）。利用斜导柱来实现侧抽芯。考虑到该塑件注射时要有一定的流动性，以及抗冲击性等因素；所以选择聚丙烯（PP）。在本设计中选用的收缩率为2.0。 2.2脱模斜度塑件沿脱模方向的内、外表面一般情况下都应带有一定斜度，以减少脱模时的阻力，因此不得不考虑脱模斜度。聚丙烯的脱模斜度是251之间。2.3拟定模具的结构型式2.3.1型腔数量的确定：该塑件精度

9、要求一般，生产批量比较大，可以采用一模多腔的形式。根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4；再加上考虑到经济因素，初定为一模四腔的模具形式。2.3.2腔排列形式的确定：该塑件有侧孔，要使它能顺利的脱模，须设计一套侧抽芯机构，为了不影响脱模等原因，多模腔的排列形式用H形。三、注射机型号的确定3.1注射量的计算根据UG建模得到塑件的质量为m=2.67克，密度由表可查得=0.90.91所以塑件的体可以得出本课题的塑件体积为：V=M/P=2.67/0.9=2.97cm而流道凝料的质量m未知，在此按m的0.6倍来计算。总注射量是：M=nm+m =nm+0.6nm =1.642.67 =17

10、.1g3.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需要的锁模力计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 a，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影 a的 0.20.5 倍,因此总的投影面积可计算为：A=naa=4.as.4.a式中 a长方型的面积：55X35=1925cms此设计中取 0.3所以：A= 41925 + 0.341925 = 5.21925 =10010从而得到锁模力：F =AP =1001030 =300.3KN式中型腔压力 P 取 30M 帕。3.3 选择注射机根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用 SZ-60/40 立

11、式注射机，如下表所列：注射机主要技术参数理论注射量/ 40螺杆（柱塞）直径/ 24注射压力/MPa 150注射速率/(g/s) 塑化能力/(g/s) 5.0螺杆转速/(r/min) 锁模力/kN 320拉杆内间距/ 205移模行程/ 160最大模具厚度/ 160最小模具厚度/ 130喷嘴口直径/ 3定位孔直径/ 55喷嘴球半径/ 10 3.4 注射机有关参数的校核3.4.1 锁模力的校核：锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具所须施加的最大夹紧力。当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀型力， 此胀型力等于塑件和流道系统

12、在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。即： F PA/1000式中 F锁模力，kNp 型 腔 压由于在选择珠注射机的时候就已经计算了锁模力，因此它的锁模力是符合要求的。3.4.2 型腔数目的校核：由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数N（KMt m）m= (0.8 5.0 3600 26 3600 0.6 4 2.67)2.67= 36.5 4所以型腔数合格。式中 K注射机最大注射量的利用系数：一般取 0.8M注射机的额定塑化量T成型周期，取 25 秒3.4.3 开模行程的校核：开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构

13、的最大行程决定，与模具厚度无关。单分型面注射模，其开模行程按下式校核： SH1+H2 + (510)式中 S注塑机的最大开模行程(移动模板台面行程)，H 1 塑件脱出距离，H 2 包括流道凝料在内的塑件高度，已知H 1 =13 ； H 2 =40 所以H 1 +H 2 +(510)=13+40+(510)63 又由于 SZ-60/450 卧式注塑机的移模行程为 160 63 160 所以开模行程也符合要求4 浇注系统的设计所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。 其作用是使塑料平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外行轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统十分重要。浇注系统

14、一般可分普通浇注系统和无流道浇注系统两类。本设计采用普通的浇注系统，它一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。流道及浇口位置的选择应遵循以下原则：（1） 设计浇注系统时，流道应尽量少弯折；（2） 应考虑模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统应按型腔布局设计，尽量与模具中心线成对称布置；（3） 单型腔塑件投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开浇口，不然会造成注射时模具受力不均；（4） 设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑件上不留痕迹；（5） 在设计浇口时，避免塑件熔体直接冲击小直径型芯及嵌件，以免产生弯曲、折断或移位；（6） 一模多腔时，应防止将大小悬殊的塑件放

15、在同一副模具内；（7） 在满足成型排气良好的前提下，要选取最短的流程，这样可以缩短填充时间；（8） 能顺利地引导塑料熔体填充各个部位，并在填充过程中不致产生塑料熔体涡流、紊流现象，使型腔内的气体顺利排出模外；（9） 在成批生产塑件时，在保证产品质量的前提下，要缩短冷却时间及成型周期；（10）浇口的位置应保证塑件熔体顺利流入型腔；（11）尽量避免使塑件产生熔接痕，或使熔接痕产生在塑件不重要的 位置。4.1 主流道的设计主流道是连接注射机喷油嘴与分流道的一段通道， 通常和注射机喷嘴在同一轴线上， 端面为圆形，带有一定的锥度，主要设计有：（12） 形状：圆锥形；（13） 锥角：；（14） 内壁的粗糙

16、度为 Ra0.63m；（15） 主流道大端呈圆角，r=1 。（16） 喷嘴球的半径 r=10 ，则凹坑的球面半径 R=12 ；（17） 凹坑深度：3 ；喷嘴孔径 d=3 ；小端直径 D=4 ；大 端直径为 4.5 。（18） 主流道长度取 50 。设计见图：4.2 主流道衬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，因而模具流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢，如：T8A、T10A 等，热处理硬度为 5357HRC。主流道衬套和定位圈设计成整体式，用于小型模具，中大型模具设计成分体式。但由

17、于该模具主流道较长，设计成分体式较宜。其定位圈的结构尺寸如下： 4.3 分流道的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，起分流和转向的作用。在本设计中，因是多型腔模具，所以必须设置分流道，在此采用半圆形截面流道。因为塑料熔体在流道中流动时，表面冷凝冻结，起绝热的作用，熔体仅在流道中心流动，因此分流道的理想状态应是其中心线与浇口的中心线位于同一直线上，而半圆形截面可以满足。分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口的位置， 从输送熔体时的减少压力损失和热量损失及减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。对于壁厚小于 3 （此塑模壁后为 1mm） ，质量在 200g 以下的塑件可用公

18、式取分流道的长度为 110 分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式有平衡式和非平衡式两种。此设计中我采用的是平衡式布置。平衡式布置可以使各型腔同时均衡的进料，从而保证了各型腔成型出来的塑件在强度.性能.重量上的一致性。设计见图：4.4 冷料穴的设计在完成一次注射循环的间隔， 考虑到注射机喷嘴和主流道入口在一小段塑料熔体应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 10mm25mm 的深度有温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体的温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这段温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为了克服这一现象

19、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，该穴称冷料穴。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。本设计中对于冷料穴的选择是按照设计的目的来选择的。由于此设计的目的是要实现自动脱模。所以选择如下图的冷料穴（与推杆相匹配的冷料穴） 。这种冷料穴的底部有一根推杆，而推杆安装在推板上，与其它推杆或推管连用。该设计采用的是 Z 形头冷料穴，它很容易将主流道凝料拉离定模，当其被推出时又很容易脱落。示意图如下：4.5 设计所用的浇口形式浇 口 是 连 接 分的 适时凝固可控制保压时间。在本次设计中为了满足塑件

20、的要求不在表面留下痕迹，不影响塑件的外观，采用改良的边缘浇口（侧浇口） ，也就是使分流道与浇口的连接处在塑件的下底面（通过分型面采用微阶梯式来完成） 。具体的表示形式见下图：4.6 分型面的设计分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。在封闭模腔中成型塑件，为了减小模腔中脱出时的阻力，要求塑件应带有适当的脱模斜度，也要求模具两半部分的接触面（即分型面）应相对于所成型的塑件，按排适当的位置，这就是正确的选择分型面。分型面的选择原则是：（一） 便于塑件脱模1） 应有利于侧面分型和抽芯；2） 在开模时尽量使塑件留在动模内；3） 应合理安排塑件在型腔中的方位；（二）考虑和保证塑件的外

21、观不遭损坏（三） 尽量保证塑件尺寸的精度要求（四） 有利于排气（五） 尽量使模具加工方便分型面一般设在塑件断面尺寸最大处，在此次设计中采用的是单个分型面，并且是微阶梯式的。把型芯设在动模一边，型腔设在定模一边，开模后塑件留在动模，有利于塑件的脱模。具体的形式见上图。4.7 排气槽的设计在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外，还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置。1）该套模具的排气方式有： a.利用塑件推杆的配合间隙； b.分型面以

22、及瓣合模上、下两块的配合面，瓣合摸与动模固定板的配合面上开排气槽；2） 开设排气槽时应注意的几点： a. 根据进料口的位置，排气槽应开设在型腔最后充满的地方；b尽量把排气槽开设在模具的分型面上，如直接浇口排气槽的位置；c对于流速较小的塑件，可利用模具的分型面及零件配合的间隙进行排气；d当型腔最后充填部位不在分型面，其附近又无可供排气的推杆或可活动的型芯时，可在型腔相应部位镶嵌经烧结的金属块以供排气。5 、成型零部件的设计和计算模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。塑件在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。 构成模具型腔的零件统称为成型零件， 主要包括凹模、

23、 凸模、型芯镶块等各种成型杆和成型环。型腔是直接和高温高压的塑件相接触，它的质量直接关系到制件质量，要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，以承受塑件的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般Ra0.4m 以下） ，保证塑件制品表面的光洁美观和容易脱模。5.1 凹模的结构设计在该设计中采用组合式凹模结构，它分为整体嵌入式局部镶嵌式两种形式。该设计采用局部镶嵌式凹模，具体的形式见下图：5.2 凸模的结构设计凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种内型。在此采用组合式中的镶件组合式凸模；因为对于形状复杂的凸模，为了加工方便，可采用此结构，但应注意型芯

24、不要靠的太近。设计镶嵌式和组合式凸模时，应尽可能满足下列要求：（1）将型腔的内型加工变为镶件和组合件的外形加工；（2）拼缝应避开型腔的转角或圆弧部分的外形加工；（3）镶件的数量力求减少，以减小对塑件外观和尺寸精度的影响；（4）易损坏部分应设计独立的镶件，便于更换；该设计中的简图如下：4.3 小型芯安装固定形式通常将成型塑件小孔或槽的小凸模称为小型芯。一般先单独制造，然后以嵌入的方式固定。直径较小的小型芯，如果数量较多，则采用凸肩垫板安装比较好，该设计采用的就是这种方法。4.4 成型零件工作尺寸的计算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸，它通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括矩形的长

25、和宽） 、凹模和凸模的高度尺寸以及位置尺寸等。4.4.1 平均收缩率计算型腔尺寸：聚丙烯的收缩率一般为 1%3%,从而得出聚丙烯的平均收缩率为 2%。径向尺寸为3.2200.04mm4.5 型腔厚度计算在注塑的过程中，模具的型腔将受到高压的作用，因此模具型腔应该具有足够的刚度和强度。强度不足将导致塑性变形，甚至开裂。刚度不足将导致弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。在本次设计中采用组合式矩型型腔。4.5.1 按刚度计算侧壁的厚度 s：矩型型腔受塑料熔体压力时，四壁变形，两长边大于两短边，当长、短边侧壁厚度相同时，长边能满足要求，短边更无问题，因此，侧壁厚度计算归结为长边厚度的计算。由 得

26、出（取厚度 12mm 进行计算） ：所以取 12mm 满足要求；式中 E模具材料的弹性模量，MPa，碳刚为 2.1 10 5 MPap型腔压力，MPa，由前面所知为 30 MPa刚度条件，即允许变形量，由 得出聚丙烯的值允许范围为 0.0250.04（取 0.03mm）h型腔深度尺寸，4.5.2 按强度计算侧壁的厚度 s：仍设长、短边壁厚相等，从强度考虑，侧壁每边都受到弯曲应力与拉伸力的双重作用。将侧壁视为两端的梁，最大弯曲力产生在梁的两端，由上得出：选取 12mm 完全满足要求。由此可以选取 s=12 。4.5.3 按刚度计算底版的厚度（h s ） ：镶底的组合式型腔底板，可以近似地视为受载

27、均匀的简支梁，H16.14.5.4 按强度计算底板的厚度 h s13.3mm由此可以选取 h s =17.00 。4.6 矩形模具动模垫块厚度计算 按刚度条件计算：矩形模具动模垫块由于安装型芯后，支承块的间距一般总是大于主型芯径向尺寸和型腔投影面积。垫板在主型芯传递的熔体压力下挠曲变形，最大挠度产生在垫板中线，经过推导得到它最终选取垫板的厚度为 28mm。5 模架的确定模架也称模体，是注射模的骨架和基体，模具的每一部分都寄生其中，通过它将模具的各个部分有机的联系在一起。以上设计完成后，根据塑件的大小以及型腔的布局，模具的基本结构形式已经确定，初步选定的模具的型号为：编号数是 ：0164 导柱1

28、2mmA、 B 板尺寸可选参数为：12.5，16，20，25，32，40，50，63；C 垫块高度的选用范围是：40，50，63；各板尺寸的确定：1） A 板尺寸：A 板是定模型腔板，塑件的高度 13mm，在模板还要开设冷却水管，冷却水离型腔有一定的距离，因此 A 板的厚度取 32mm。2） B 板尺寸：B 板是凸模（型芯）固定板，在该设计中取板厚为 20mm。3） C 垫块尺寸：垫块它是用来连接支承板与动模座板的零件。其作用有两点：一是形成推出机构的行程空间；二是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。垫块的高度一般为：垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度=（510）mm推出行

29、程取稍大于塑件高度，取 15；因为推板的长和宽分别是：125mm、73mm 根据标准件查得推板厚度取 16mm;推杆固定板厚度为 12.5mm；从而得到垫块的高度为：43.553.5（mm） ，取 63mm。从模具大典上查得：动、定模座板的厚度分别为：16mm 其规格是 180 160mm,上述尺寸确定后，模架的最终尺寸也确定了。6 对合导向机构零部件设计对合导向机构的功能是保证动、 定模两半部分能够对准， 使加工在动模和定模上的成型表面在模具闭合后形成形状和尺寸准确的腔体，从而保证塑件形状、壁厚和尺寸的准确。6.1 导柱对合导向机构导柱对合导向机构在注塑模中应用最普遍， 包括导柱合导套两个零

30、件， 分别安装在动模和定模的两半部分。6.1.1 导柱设计： 导柱可以安装在动模一侧，也可以安装在定模一侧，但更多的是安装在动模一侧。因为作为成型零件的主型芯多装在动模一侧，导柱与主型芯安装在同一侧，在合模时可以起保护作用。导柱的结构有两种：一种是除安装部分的凸肩外，长度的其余部分直径相同，称为直导柱；另一种是除安装部分的凸肩外，使安装部分直径比外伸的工作部分直径大，称为阶梯形导柱。直形导柱和阶梯形导柱的前端都设计为锥形，便于导向。两种导柱都可以在工作部分带有储油槽，以延长润滑时间。在该设计中采用直形导柱。图形如下：6.1.2 导柱尺寸： 导柱直径尺寸随模具分型面处模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所以导柱所选的直径也应愈大。除了导柱长度按模具具体结构确定外，导柱其余尺寸随导柱直径而定。根据表查得导柱的直径是：16mm；导柱的长度尺寸应保证位于动模和定模两侧的型腔和型芯开始闭合前导柱已经进入导孔的长度的小于导柱直径，如图所示示：6.1.3 导柱的布置一副模具最少要用两根导柱，模板外形尺寸大的模具，可最多用 4 根导柱。本设计用的是四根直径相同的导柱不对称布置。6.2 导套设计导向孔可带有导套，也可以不带导套；但无论那种形式，都不能设计为盲孔，因为盲孔会增加模具闭合时的阻力，并使模具不能紧密闭合。在该设计中采