1、塑料盖注射模设计说明书毕业论文塑料盖注射模设计说明书毕业论文1 塑料模具概论1.1论文背景及意义随着市场竞争趋势日益加，使产品功能多元化增加，同时产品的生命周期不断缩短，塑料产品结构变得多样化和复杂化，客户对产品质量的要求也越来越高。在一定程度上使模具设计和注射成型过程的趋于复杂，某些注射成型问题甚至是经验丰富的模具设计师和注射工艺师都难以把握和解决。在注射模具的设计过程中，首先考虑的一般是模具结构本身的需要，在满足这个要求之后才考虑注射制品的需要。例如，传统规的注射模设计通常是根据经验来确定浇注系统和冷却系统的形式和尺寸，而并非根据流动分析的方法来确定。在最后的试模过程中通过反复的调整模具的
2、浇注系统和冷却系统参数以求基本达到产品的质量要求。这样势必将造成模具试模周期过长、试模成本过高，从而严重影响了企业的经济效益和竞争力。因此，塑料熔体注射成型过程的设计和计算产品结构设计、模具结构以及注射成型工艺都具有非常重要的指导性意义。1.2课题国内外发展现状当今世界，模具生产技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造水平高低的重要标志之一，因为模具的质量在很大程度上决定了产品的质量、效益以及新产品的开发能力。塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展起来的。随着经济的发展人们对生活的质量要求越来越高，对设备和用品的外观、舒适度、轻量化以及价格的要求越来越高，这就使塑料制品有了更为广阔的市场前景。
3、塑料模具产业的发展进步，对塑料制品业的发展起到了关键性的作用。塑料制品在家电、汽车、办公用品、IT信息、工业电器等各个行业的发展非常迅速，使得塑料模具行业也快速发展。1.2.1主要研究成果塑料注射模具的发展在我国起步比较晚，但发展速度很快，特别是在近些年来，无论是在质量和技术上，还是在制造能力上都有很大的发展和进步。主要成就有以下几个方面：CAD/CAM/CAE技术在塑料模具的设计制造上应用越来越普遍，特别是在CAD/CAM技术的应用方面，取得了非常大的成绩。电子信息工程技术的广泛应用提高了塑料模的设计和制造水平。气体辅助注射成型技术的应用变得更加成熟。热流道技术的推广和应用，使得热流道模具比
4、例不断提高。精密、复杂、大型模具的设计制造水平不断提高。塑件尺寸精度67级的塑料注射模具国内已经有能力生产，其分型面接触间隙为0.02mm，模板的弹性变形为0.05mm，型面的表面粗糙度可达Ra=0.050.025。模具的设计制造的效率不断提高。模具使用寿命不断提高，已有不少模具寿命已能达到100万次以上。采用模具先进加工技术及设备，使模具制造能力大为提高。高速铣削技术以及高速铣削机床在模具加工制造中的使用，已使得模具加工效率显著提高。1.2.2我国塑料模具发展中存在的主要问题伴随着经济的迅速发展，从总体上来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了非常大的进步，但从国
5、民经济发展的需求来看，中国塑料模具工业与世界先进水平相比差距仍很大，参见表1.1。表1.1塑料模具设计技术技术名称发达国家中国美国日本德国香港台湾大陆CAD应用CAE应用Flow软件Cool软件75%50%普及普及75%50%普及普及70%50%普及普及50%40%70%70%40%30%50%50%20%10%有应用有应用中国塑料模具行业和欧美发达国家先进水平相比，存在的问题主要有一下几点：发展极不平衡，产品总体水平和质量比较低。尽管某些个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但从总体来看，模具的使用寿命、制造精度、型腔表面的粗糙度以及生产周期等指标与国外先进水平相比仍然有较大的差距。并且包
6、括生产方式和企业管理模式在内的总体水平与欧美等工业发达国家相比有至少8年以上的差距。在国内一些精密、大型、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍然要依靠大量进口才能满足需求。工艺装备比较落后，协调组织能力较差。虽然某些企业经过近几年来引进国外先进工艺技术改造设备，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平与国外的相当，但大部分企业的工艺装备仍然相当落后。最突出的问题是，企业组织协调能力差，组织管理水平落后，难以整合和调动社会资源为己所用，从而就无能力承接比较大型的项目，阻碍了自身难以发展和进步。供需矛盾突出，短期内难以缓解。近些年，国产塑料模具在国内市场的满足率一直都比较低，特别是大型、高精
7、度、长寿命模具满足率更低，初步估计不到60%。而于此同时，工业发达国家的先进模具设计和制造水平正在加速向中国转移，国际采购也越来越多，国际市场前景很好。市场需求旺盛，但生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。在塑料模具总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却出现供过于求，市场竞争激烈的现象。此外，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也呈现出供过于求的趋势。绝大部分企业开发新产品能力弱，创新能力明显不足。这主要是由于：一方面技术人员所占比例低、水平不够高；另一方面科研开发投入的资金少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。我国模具行业要不断取得进步，模具企业不但要重视模具的开发
8、，同时更重要的是重视产品的创新。 体制和人才问题一时很难得到解决。在社会主义市场经济中，像模具这样依赖于特殊用户、需单件生产的竞争性行业，现有的体制和经营机制已凸显出很多的矛盾。人才的数量和素质也难以跟上行业的发展。我国从2001年加入WTO后，塑料模具行业受到了巨大的挑战，同时也带来了巨大的机遇。加入国际世贸组织之后，不仅为高端产品的进口带来了更多的方便，同时还带来了国外资金和先进的模具技术和管理经验，这对培养中国的专业模具人才队伍起到了非常重要的推动作用。1.3塑料模发展趋势由于塑料工业的快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展速度必将大于模具工业总体的发展速度。塑料模具
9、生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，高精度、轻细化仍然是一个必然的发展趋势。从技术上说，为了满足用户对模具制造的“精度高”、“交货期短”、“质量好”、“价格低”的要求，以下的发展趋势也比较明显：在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术。快速原型制造（RPM）及相关技术将得到更好的发展。高速铣削加工将得到更广泛的应用。模具高速扫描机数字化系统将在逆向工程中发挥更大的作用。电火花铣削加工技术将得到快速发展。超精细加工和复合加工将得到发展。热流道技术将得到普遍推广，以提高制件的生产率和质量，节省制件的原材料和节约能源。高压注射成型和气体辅助注射技术等工艺将发挥重要作用。模具标准化程度
10、将不断提高。新型材料及先进的制造工艺技术会得到广范应用。模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展。模具自动和加工系统的研制和开发，随着各种新技术的产生和发展，自动化趋势将越来越高。虚拟技术将得到发展。2 塑件的工艺分析2.1注射模设计特点及组成件注射模主要用于热塑性零件成型。它是将塑料粉粒，通过注射机螺杆旋转流进一定温度的料筒内，在90100的温度下变成液体状态。开动注射机活塞，则熔融的塑料即以高压、高速通过喷嘴注入，充满模具型腔，待保压固化后，形成和型腔相仿的制品零件14。塑料注射模能一次性地成型形状复杂，尺寸精确，或带有嵌件的塑料制件。作为高质量的注射模具，必须在使用期限内保证制品质量和和拥
11、有较好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本也十分重要。此外，在注塑模设计时，必须充分注意到以下特点14： 塑料熔体大多属于假塑体液体，能“剪切变稀”。 视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。 在整个成型过程之中，塑件制品、注塑模具和外界环境三者组成了一个动态的热平衡系统。注射模，可分为动模和定模两大部分。注射充模时动模和定模闭合，构成型腔和浇注系统。开模时动模与定模分离，取出制件。定模安装在注射机的固定模板上；动模则安装在注射机的移动模板上。根据零件的不同功能，可分为以下
12、七个主要部分：浇注系统；成型零件：主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件，各种成型杆与成型环； 合模导向机构：主要有导柱、导套等； 推杆复位机构：主要由顶杆、顶出板、复位杆、回程杆、拉料杆等组成； 侧向分型抽芯机构； 排气系统； 温度调节系统。2.2塑件的分析本课程设计为一塑料盖，如图2.1所示。塑件的机构比较复杂为，对塑件质量没有特殊要求。材料要求ABS,生产批量为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。未注公差取MT5级精度。图2.1 塑料盖塑件的外形尺寸不大，塑料的熔体流程也相对较短，塑件材料ABS有较好的硬度和尺寸稳定性，且易于成型加工，故适合于注射成型。任务书中并未给定具体的尺寸公差，因此
13、，所有尺寸均取公差等级为MT5。2.3 ABS塑料的性能分析2.3.1 ABS组成及特点ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体共聚而形成的。这三种组分的各自特性使ABS具有良好的综合力学性能。每种化学单体特性如下：丙烯腈热稳定性、强度、化学稳定性及表面硬度都较高；丁二烯的抗冲击特性、和坚韧性能比较好；苯乙烯易加工、光洁度及强度均很高。ABS的物理特性是无味、无毒，颜色微黄色，是非结晶性材料，其成型的塑件有较好的光泽。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构15。其的优点是有极好的抗冲击强度，且在低温下也不会迅速下降；有良好的机械强度、硬度和一定的耐磨性 、耐寒性、耐油性、
14、耐水性、化学稳定性及电气性能；水、无机盐、酸、碱类对ABS几乎没影响，溶于大部分醇类及烃类溶剂；有一定的尺寸稳定性，易于成形加工，且经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70左右，热变形温度为93左右；耐气候性差，在紫外线作用下容易变脆。2.3.2 ABS的主要成型特点及性能指标14可用注射、压延、挤出、焊接电镀、真空成型等方法加工成型。收缩率小,可制得精密塑料。 吸湿性较大,成型前应干燥处理。 流动性中等,溢边值0.04mm,溶体粘度取决于剪切速率,因此设计注射模具时一般采用侧浇口形式。熔融温度低,变动范围小,故宜采用高料温、高模温以及高注射压力,来注射成型。浇注系统的流
15、动阻力小,浇口形式和位置应合理分布,以减小熔接痕数量和防止产生熔接痕。另外，脱模斜度不宜太小。其中ABS性能指标如表2.1所示表2.1 ABS的性能指标屈服强度/MPa50密度/（g.cm-3）1.02 1.16拉伸强度/MPa38摩擦系0.45断裂伸长率（%） 35体积电阻率/（ m）6.9X1014拉伸弹性模量/GPa 1.8熔点/130 160弯曲强度/GPa 80热变形温度/90108弯曲弹性模量/GPa1.4计算收缩率（%）0.4 0.7热导率/（W m-1） 0.263比热容/（J kg-1 K-1）14702.4 ABS注射成型过程及工艺参数2.4.1 注射成型过程 成型前的准备
16、：对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。干燥条件为80-90下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 注射过程：塑料粉粒在注射机料筒内经过加热熔化，变成状态后，经模具的浇注系统注入型腔成型，整个过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。2.4.2 注射工艺参数可参考实用模具设计手册P244表12-10常用热塑性塑料注射成型的主要工艺参数，得到ABS塑料的成型工艺参数如下：注射机类型：螺杆式；螺杆转速：；预热温度：；预热时间：；料筒温度：前段 ，中段 ，后段 ；喷嘴形式：直通式；喷嘴温度：；模具温度：； 注射压力：；保压力：；注射时
17、间：；保压时间：；冷却时间：；成型周期：。3 模具结构分析3.1 分型面位置选择塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，通过对塑件结构形式的分析可知：塑件大部分外表面光滑，仅在侧向抽芯出留有分型面痕迹。因此，分型面应该选在塑件制品截面积最大且最利于开模取出塑件的位置。3.2 型腔数量和排列方式确定 型腔数量的确定： 由于塑件的精度不高，塑件尺寸不大，且为大批量生产，故可采用一模多腔的结构形式。同时 ，考虑到塑件和模具结构尺寸的关系，以及制造成本费用等因素，初步将型腔定为一模二腔的结构形式。型腔排列形式的确定 ： 由于该模具选择的事一模二腔，塑件的三维结构见图3-1所示，故流道采用一字形对称排列，
18、使型腔平衡进料。这样模具尺寸小，制造加工方便，生产效率高塑件成本较低。模具结构形式的初步确定： 由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，对称一字型直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推出板或推出杆推出方式。浇注系统设计时流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分型面来取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板侧型芯滑块和推件板。以上综合分析可确定采用带推件板的单分型面注射模。3.3初选注塑机型号3.3.1 注射量计算 通过Pro/E建模分析的塑件三维图及其质量特性：图3.1 塑料盖三维图图3.2 塑料盖质量特性由图3.2可知：塑件体积塑件的体积；取
19、塑件的密度；塑件的质量。3.3.2 注射机型号选择由于采用一模两腔式的注射成型方式，可知注射机的最大注射量应该大于35.38g，参考实用模具技术手册P275,表14-4初步选用XS-Z-60型卧式注射机，其相关参数为：注射方式： 柱塞式柱塞直径：38mm最大注射量：60g注射压力：锁模力：500KN最大注射面积：130cm3模具最大厚度：200mm模具最小厚度：70mm最大开模行程：180mm喷嘴球半径：R1=12mm喷嘴孔半径：d1=4mm定位圈直径：55mm喷嘴移动距离：120mm模板尺寸：3.4模架设计模架是模具的骨架，是连接模具个部分结构的基本框架，对于塑料注射模这样的通用模具，其模架
20、一般有标准模具可选，可以在市场上直接购买。因此，按照塑件尺寸要求选择标准模架。3.4.1 决定模板尺寸的因素如下8： 根据模腔的大小和布置方案，画出型腔的视图； 根据冷却系统的设计，将冷却管道加画在型腔周围； 根据所选模架的类型，将导柱导套布置在合适的位置上； 考虑侧型芯机构的大小来决定模架是否需要加大，即可确定模板的尺寸长（）和宽（）。当模板的大小确定后，即可在注射模标准模架选择一个合适的模架。综合塑件尺寸和侧抽芯机构等因素，确定定模板的尺寸为：250mmX250mm。3.4.2 模板的布置8 按照标准模架取得的模板在进行型腔、孔的的布置时，应根据以下顺序：型腔的位置。 型腔的位置取中、对称
21、，以免注射时发生受力不均。冷却管道位置。 冷却管道一般与型腔的距离在1215mm。支承柱的位置。 在大中型注射模具中，支承柱是相当重要的，他是为了防止模具型腔在注射力作用下产生翘曲变形，并可减少垫板厚度。故在顶出空间的投影面积上加以支承。 推杆、复位杆的位置。 推杆应尽量布置在塑件承受脱模力较大的部位，如塑件侧壁附近。 3.4.3 选择标准塑模模架 随着人们对塑料制品需求量的不断增加，塑料模具的标准化显得更为重要。塑件制品行业的显著特点之一是采用批量大、效率高的生产方式。这样的生产方式就要求尽可能缩短模具的生产周期，提高模具制造质量，以提高经济效益。为了达到这个目标最方便可行的是采用模具标准模
22、架及标准零件。一个国家的标准化程度越高，所制定的标准越适合生产实际，就表明这个国家的工业化程度越高。标准模架一般由专门制造商生产，大多数塑模生产厂家都愿意使用标准模架，以缩短生产时间、降低生产成本，集中人力、物力和财力搞好模具结构设计型腔、型芯等机构的设计和制造加工。在模具设计过程中，设计人员根据塑件的尺寸、形状、型腔布置、冷却系统的布置及所选模具的结构等方案，参考标准模架生产厂家提供的产品目录，来选择合适形式和尺寸系列的标准模架以及相应的标准零件。注射模标准模架共有两个国家标准：一个适用于模板尺寸的中小型模架；二是适用于模板尺寸为的大型模架。由上面确定定模板的尺寸为：。这符合中小型模架的模板
23、尺寸8。因此，根据GB/T125552006塑料注射模模架标准规定组成模架的零件应符合GB/T4169.14169.232006塑料注射模零件标准的规定。选择序号3中的系列的标准模架。其具体的结构和尺寸如下图3.3所示：图3.3 模架4 模具结构设计计算4.1浇注系统的设计计算4.1.1 设计原则浇注系统是注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，正确设计浇注系统对获得优质塑件产品和提高生产率极为重要。根据塑件要求选择普通流道浇注系统，其设计原则如下14：了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性能；采用尽量短的流程，以减小热量和压力的损失；有利于良好的排气；防止型芯变形和嵌件位移；便于修整浇
24、口以保证塑件外观；浇注系统应结合型腔的布置同时考虑；流动面积和流动距离面积比的校核。由以上原则设计的浇注系统如下图4.1所示：图4.1 浇注系统4.1.2主流道设计 主流道下位于模具中心塑料熔体入口处，将熔体导入分流道中，在卧式注射机或立式注射机上主流道垂直于分型面，一般设计成圆锥状，以便凝料的拔出和熔体的流动14。主流道的尺寸直接影响熔体的流动、速度和冲模时间。由于其与高温熔体及注射机的喷嘴反复接触，所以一般要求将其设计成可拆换的浇口套。根据模具设计与加工速查手册表5-13主流道的形状和尺寸来计算各个尺寸。主流道尺寸如下:主流道小端直径：；主流道锥角：；球面配合高度：；主流道球面半径：；主流
25、道长度：；主流道与分流道过度圆角：；主流道大端直径：。4.1.3 分流道设计 分流道的设计应该尽量尽可能避免熔体温度降低和减少熔体在流道上的压力损失，同时还要考虑分流道的容积和压力平衡，因此，根据模具结构以及型腔的分布，采用平衡式分流道，从而使熔料几乎能同时到达每个型腔的进料口14。为了简化分流道结构，以及便于计算浇注系统中的熔料量，分流道采用圆形的形式，根据模具设计与加工速查手册表5-14分流道的尺寸确定来计算分流道尺寸如下：分流道长度：；分流道与浇口过度圆角：；分流直径：。4.1.4 浇口的设计 根据型腔的分布排列形式以及模具结构特点，本设计采用矩形侧浇口，其结构尺寸如下： 浇口长度：；
26、浇口宽度：； 浇口高度：。4.1.5 主流道衬套设计 由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以只在小批量的注射生产中才将主流道在注射模具的定板上加工，大部分注射模中主流道部分常设计成可更换和可拆卸的主流道衬套，主流道衬套属于注射模的通用件。主流道衬套为标准件，为简化模具的结构，在满足要求的前提下选择浇口套与定位圈两者相结合使用的结构。根据实用模具技术手册表20-33注射模主流道推荐尺寸设计，其结构尺寸见下图4.2： 图4.2 浇口套4.1.6 冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔，影响制品的质表面粗糙度。本设计采用
27、常用形式的带Z形头拉料杆的冷料穴。这种结构既可作为冷料穴，又可在分型时起到将主流道的凝料从主流道衬套中拉出并随动模一起移动。开模后，塑件稍作侧向移动，凝料会连同塑件一起从冷料穴拉料杆脱落。其具体结构尺寸如图4.1所示：4.1.7 注射机参数的校核 最大注射量的校核。塑件连同浇注系统凝料在内的重量一般不应大于注射机公称注射量的80%，注射机多以公称容量来表示。注射机可注射的最大注射量：根据浇注系统的尺寸计算浇注系统凝料的重量：因此，塑件连同浇注系统凝料在内的质量：由此可知满足要求。注射压力的校核。 注射机的公称注射压力要大于塑件成型的压力，即 P公P注，其中P公=122MPa，P注=100MPa
28、,显然满足要求。锁模力的校核。 由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个很大的推力，理轮上这个力要小于注射机的公称锁模力，否则将产生溢料现象，即F锁pA分，其中F锁=500KN查实用模具技术手册表14-5可得塑料ABS的型腔平均压力；塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和为，则，pA分=30MPa3235.04mm2=97051.2NF锁=500KN；因此，锁模力也符合要求。由此可知选择的注射机满足注射成型的要求。4.2成型零件的结构设计及计算在注射模具设计中塑件的几何形状和尺寸决定了成型零件的机构和尺寸，而成型零件包括凹模、凹模、镶拼块、成型杆和成型环等等。其工作尺寸是指零件上直接用来构成
29、塑件的尺寸，主要有凹模、凸模、镶拼块、成型杆和成型环的径向尺寸，凹模的深度和凸模的高度尺寸以及凸模和凸模之间的位置关系等。有前面的分析可知，模具的设计中应根据塑件的尺寸、精度等级等因素来确定模具的成型零件的工作尺寸及精度。影响塑件尺寸和精度的因素有：成型收缩率；模具成型时的制造误差；模具成型时的磨损；模具安装配合是的误差。4.2.1 成型零件钢材选用对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件必须具有足够的强度、刚度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时还要考虑它的机械加工性能等，该塑件是大批量生产，所以构成型腔的凹模的钢材选用T8A。成型塑件的型芯，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此，钢材也选用T8A。4.
30、2.2 凹模的结构设计 凹模是成型制品外表面的成型零件。其结构分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据塑料盖的结构形式，这里采用整体式凹模。4.2.3 凸模的结构设计 凸模是成型塑件内表面的成型零件。通常是整体式和组合式两种。根据塑料盖的结构形式，这里采用整体式凸模。型芯的径向尺寸计算如下：塑件的尺寸变化值：；塑件的最大收缩率：；塑件的最小收缩率：;塑件尺寸：; 则，LM= 1+S平ls+x0。查公差表可知塑件的尺寸公差：;塑件成型零件的制造公差：;成型零件的最大磨损量：;型芯的径向尺寸：；塑件的平均收缩率：S平=（ Smax+Smin）/2=（8%+3%）/2=5.5%；塑件的內形最小尺寸： ls=46.961mm；系数：x=0.5；下偏差为：； 则，型芯的径向尺寸： 4.3合模导向机构的设计4.3.1 合模导向机构的作用为了保证保证注射模的准确开模和合模，注射模具必须设置导向机构。导向机构的作用如下14：定位作用 模具合模时，导向机构可以保证动模和定模的位置正确，以便是型腔的
