杯盖注塑模具设计毕业论文.doc

编号： 哈尔滨工业大学毕业论文（设计） 题 目: 杯盖注塑模具设计 系 别: 机械工程学院 班 级: 09模具设计与制造 成 绩: 姓 名: x x x 指导老师: x x x 2013年4月摘 要此次的设计任务即肥皂盒注塑模具设计，零件模型就是校园超市里面买来的肥皂盒。本毕业论文设计以阐述普通肥皂盒盖注射模具设计过程为主线。该模具设计采用一模一腔的布置；单分型面分型；剪切浇口浇注形式；四导柱对称等直径分布导向定位方式；使用推杆推出脱模机构；并采用了整体式型腔、型芯，使结构简化、可行。本塑件的结构比较简单，不涉及侧抽芯的问题，且分型面的合理选取也不复杂。最后结合模具的标准组合结构和标准零件的选用，完成了整套模具的装配。并对有关技术规范进行全面校核，确保所设计的模具能正确安装在所选的注射机上并应用于生产。关键词：肥皂盒盖 一模一腔 单分型面 剪切浇口目 录前 言1第一章 塑件的工艺分析21.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征21.2精度等级31.3工艺性分析31.4初步确定型腔数目41.5 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施4第二章 浇注系统的设计52.1浇注系统的设计原则52.2主流道的设计52.3分流道的设计62.4分型面的选择设计原则72.5浇口的设计82.6冷料穴的设计8第三章 主要成型零部件的设计103.1成型零件结构设计103.2模架的选择10第四章 导向机构与推出机构的设计114.1导柱的设计114.2导套的结构设计114.3推出机构的设计11第五章 冷却系统的设计12第六章 注塑机的校核126.1注射机有关工艺参数的校核136.2模具厚度H与注射机闭和高度136.3确定成型设备13第七章 模具的装配14结束语15参考文献16前 言随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具成型技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的关于当前国家产业政策要点的决定中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。第一章 塑件的工艺分析1.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征1、塑件（肥皂盒上盖）模型2D及3D如下图1-1所示。图1-1 塑件模型2D及3D图该产品选料为ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）。ABS主要技术指标如表1-1、表1-2所示。表1-1 热物理性能1密度(g/ cm³)1.021.05比热容(J·kg-1K-1)12551674导热系数(W·m-1·K-1×10-2)13.831.2线膨胀系数(10-5K-1)5.88.6滞流温度()130表1-2 力学性能1屈服强度（MPa）50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率()35拉伸弹性模量(GPa)1.8抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa)1.4抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)24冲击韧度(简支梁式)无缺口261布氏硬度9.7R121缺 口111.2精度等级零件图中重要的尺寸有80±0.01、R1±0.01、30±0.01、1.5±0.01、4.5±0.01、20±0.01，等，其余未标尺寸误差为辅助尺寸对照附表C、附表B（GB/T144861993），知道这些尺寸的公差等级在2级以上，为高精度等级，其他属一般精度等级。关于塑件的尺寸精度和公差的国家标准GB/T14486-1993中ABS公差等级的选用如表1-3所示。表1-3塑件公差等级材料代号材料名称公差等级标注公差尺寸未注公差尺寸高精度一般精度ABS丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物MT2MT3MT5综合考虑上述因素，该塑件尺寸中等，整体结构较简单，多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，塑件基本尺寸以及模具的制造成本和加工，本设计塑件的尺寸精度为一般精度MT3。1.3工艺性分析 为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。塑件的工艺参数：干燥条件：80-90成型收缩率:0.4-0.7% 模具温度：25-70（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）融化温度：210-280（建议温度：245）成型温度：200-240 注射速度：中高速度注射压力：500-1000 MPa1.4初步确定型腔数目根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。这里采用第一种方式，1模1件的结构。1.5 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度70左右热变形温度约为93）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。消除措施：加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。第二章 浇注系统的设计2.1浇注系统的设计原则1、浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布置；2、结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；3、尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；4、浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；5、避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；6、浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；7、熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响；8、尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；9、浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求；10、设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；11、尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。2.2主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止塑料熔体流动通道，如图2-1所示。根据选用的型号注射机的相关尺寸得喷嘴前端孔径：d0=4.0mm喷嘴前端球面半径：R0=10mm取主流道球面半径：R=11mm取主流道小端直径：d=4.5mm为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为2°-6°，此处选用2°，经换算得主流道大端直径为6.67mm。图2-1 主流道示意图2.3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。常用分流道断面尺寸推荐如表2-1所示。表2-1流道断面尺寸推荐值2塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为4mm。分流道选用圆形截面：直径D=4mm。分流道如图2-2所示。图2-2 分流道示意图2.4分型面的选择设计原则分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。模具上用以取出制品和浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为分型面。分型面的选择不紧关系到塑件的正常成型和脱模具,而且涉及模具结构与制造成本。在制品设计阶段，就应考虑成形时分型面的形状和位置，否则无法用模具成形。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素4。选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：分型面应选在塑件外形最大轮廓处确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模保证塑件的精度满足塑件的外观质量要求注意对在型面积的影响在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。其分型面如图2-3所示。图2-3 分型面示意图2.5浇口的设计根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口）该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。该模具采用侧浇口，其有以下特性:形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；试模时如发现不当，容易及时修改；能相对独立地控制填充速度及封闭时间；对于盖体形塑件，流动充填效果较佳。浇口设计如图2-4所示。图2-4 浇口示意图2.6冷料穴的设计冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。在分流道的末端，冷料穴的长度通常为流道直径的1.52倍，该模具属于中小型模具，故冷料穴长度取流道直径的1.6倍，即8.0mm。在主流道对面采用冷料井底部带推料杆的冷料井，推杆为带Z型头拉料钩，其侧凹可以将主流道凝料钩住，分模时即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推出板上，在推出制件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。由文献资料1，其结构尺寸如下：Z头高3/4d，其中d=D+（0.51） （3-3）则d=4+（0.51）=5mm，Z头底部自分流道距离为5/4d，如图2-5所示。 图2-5 冷料穴示意图第三章 主要成型零部件的设计3.1成型零件结构设计构成模具型腔的零件统称为成型零件。该模具型腔属于中小型型腔。凸凹模镶块的外形采用带轴肩台阶的圆柱形，然后分别从上下嵌入凸凹模的固定板中，用垫板和螺钉将其固定。在塑料注塑成型过程中，注塑模的型腔内熔体压力很高，其工作状态可视为型腔压力高达100Mpa的耐高压容器。在成型零件中，凹模和动模垫板是构成型腔的主要受力构件，经常需要对它们进行设计计算。由理论分析和生产实际证实，注塑模具型腔为整体式矩形凹模，依据强度条件进行凹模侧壁和底板厚度的计算。 根据标准模板，为了使型腔选料、加工方便，降低制造难度，凹模侧壁厚度取为约25mm，凹模底板厚度取为40mm。型腔：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型。型芯：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型。3.2模架的选择注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架，型号为：AI-2025-A50-B60-C70。如图3-1所示。图3-1 模架图第四章 导向机构与推出机构的设计4.1导柱的设计导向机构的作用：1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出812 cm，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。形状 导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。材料 导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为5055HRC。4.2导套的结构设计 材料 用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。 形状 为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，以利于排出孔内的空气。4.3推出机构的设计注塑模中的脱模机构可以在注塑的每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动的脱出模外。推杆脱模机构在生产实际中应用广泛，是脱模机构的典型型式，它一般包括推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板等组成，当开模到一定距离时，注塑机推出装置推动推板并带动所有推杆、拉料杆和复位杆一道前进，将塑件和浇注系统一起推出模外。合模时复位杆首先与定模边的分型面相接触，而将推板和所有的复位杆一道推回原位4。根据塑件的形状特点， 模具型腔在定模部分，型芯在动模部分。其推出机构可采用推杆推出机构、推件板推出机构。由于分型面有台阶，为了便于加工，降低模具成本，我们采用推杆推出机构，推杆推出机构结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件底部装配后使用时 不影响外观，设立五个推杆平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。注：推杆推出塑件，推杆的前端应比型腔或型心平面高出0.15-0.3mm。第五章 冷却系统的设计注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大。为了调节型腔的温度，需在模具内开设冷却水通道，通过模温调节机构调节冷却介质的温度。高温塑料熔体在模具型腔内凝固并释放热量，模具内存在着一个合适的温度分布，使制品的质量达到最佳。模具温度调节对制品质量的影响主要表现在减小制品变形，提高制品尺寸精度，改善制品表面质量等几个方面。浇注系统中的分流道布置如图5-1所示，本塑件在注射成型机时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下设计计算。设定模具平均工作温度为60，用常温20的水作为模具冷却介质，其出口温度为30。查表得ABS的单位流量为350×10³J/kg依据塑件体积可知所需的冷却水管直径较小。设计冷却水道直径为8mm符合要求。冷却系统如图5-1所示。图5-1 冷却系统第六章 注塑机的校核6.1注射机有关工艺参数的校核锁模力与注射压力的校核FPnaA (6-1) p-注射时型腔压力 查参考文献得113MPa a-塑件在分型面上的投影面积（²） A-浇注系统在分型面上的投影面积（²） F-注射机额定锁模力，按注射机额定锁模力为1000KN6.2模具厚度H与注射机闭和高度注射机开模行程应大于模具开模时，取出塑件（包括浇注系统）所需的开模距离即满足下式 SAB6 (6-2) 式中 S-注射机最大开模行程，mm； A-推出距离（脱模聚居），mm； B-包括浇注系统在内的塑件高度，mm； Sk=30mm+73.24mm=103.24mm SkS=280mm 条件成立6.3确定成型设备考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选SXZY-500型螺杆式注射机。第七章 模具的装配装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、寿命和各部分的功能。模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触只有当各精度要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证6。塑料模的装配基准分为两种情况，一是以塑料模中和主要零件台定模，动模的型腔，型芯为装配基准。这种情况，定模各动模的导柱和导套孔先不加工，先将型腔和型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套孔，最后安装动模和定模上的其它零件，另一种是已有导柱导套塑料模架的。浇口套与定模部分装配后，必须与分模面有一定的间隙，其间隙为0.050.15毫米，因为该处受喷嘴压力的影响，在注射时会发生变形，有时在试模中经常发现在分模面上浇口套周围出现塑料飞边，就是由于没有间隙的原因。为了有效的防止飞边，可以接近塑件的有相对位移的面上锉一个三角形的槽，由于空气的压力的缘故可以更好的防止飞边。结束语数日的毕业论文设计即将结束，敬请诸位老师对我的设计过程作最后检查。在此次毕业论文设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，特别是模具在实际生产中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，模具设计的水平有了很大地提高。使我对塑料模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺，主要工艺参数的计算，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。模具在当今社会生活中运用得越来越广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对模具的认识过程亦是如此,同时也让我深深体会到自身存在的许多不足之处，这也是今后在社会上学习的一种动力，我将会不断地努力学习，不断的充实自己。至此，感谢学校，感谢老师们在这三年里对我的谆谆教导，让我充实的度过了这三年的大学生活，你们的教诲将是我最宝贵的财富。最后，感谢我的指导老师对我的毕业设计的悉心指导和耐心帮教。参考文献1 申开智塑料成型模具M北京：中国轻工业出版社，2006.2 陈志刚塑料模具设计M北京：机械工业出版社，2002.3 李志刚，夏巨谌.中国模具设计大典M. 2003.4 王孝培塑料成型工艺及模具简明手册M北京：机械工业出版社，2000.5 黄鹤汀机械制造装备M北京：机械工业出版社，2001.6 李德群.唐志玉塑料与橡胶模具设计M北京：电子工业出版社，2007.