1、成都电子机械高等专科学校毕业设计第一章 绪论1.1 塑料成型模具在工业生产中的地位在现代制造业的发展进程中，模具的地位及其重要性日益受到人们的重视。在塑料材料、和制品设计及加工工艺确定后，塑料模具的质量与产量具有决定性作用，模具成本对制品的成本也有很大影响。在现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被称为塑料制品的“三大支柱”。尤其是模具对于实现塑料制品的加工工艺要求、塑料使用要求及塑件外观的造型要求，都起着无可替代的作用。1.2注塑模在国内外的发展随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促
2、使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛刻 。一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。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，
3、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。在模具产品结构改善和水平提高方面，软件所起的作用功不可没。据了解，moldflow软件在提高我国注塑水平方面确实起到了很大的作用。现在，用户对软件的集成化、智能化、网络化等方面的要求越来越高，相信moldflow软件能不断发展来满足用户的要求。 3.企业信息化建设越来越受到重视，不少企业已从中受益。模具企业信息化，特别信息
4、化管理，不但已被许多企业提到议事日程，而且得到了实施，在实施工程中，国内外有关软件同台竞技，二次开发富有成果，数据库日渐丰富。通过信息化管理，模具生产周期缩短了，生产效率提高了，企业效益增加了。4、行业投资热情高涨，集群生产进一步发展。产需两旺的市场环境及良好的发展前景，使得许多企业家和投资者踊跃地投资于我国的模具行业，期中外资和民资仍是主流，投资热情普遍高涨，较大的技改项目和新建项目在2006年中不断涌现。由于集群生产具有方便协作、降低成本、扩大市场利于交流及可享受较为优惠的政策等优点，因此2006年这一生产方式得到进一步发展。现在已具有相当规模的“模具城”（或模具园区、集聚生产基地等）全国
5、已有十来个，正在建设、筹建或还有十多个。中国模协于1月13日在北京刚刚召开了模具行业重点企业负责人座谈会，有280多人出席了会议，绝大部分企业都将在2007年进行技术改造，其中包括购买软件。他们都将到2007年6月中旬模协举办的上海国际模具展上去购买设备和软件。希望moldflow能去参展，并提供性价比更好的产品。在销售方面，对于集体购买，是否可采用更为灵活的销售方式，在价格方面能优惠等，也请moldflow公司予以考虑。5、品牌和技术进步得到进一步重视，高新技术企业队伍不断扩大。由于模具的从属性和对特殊用户的依赖性，品牌在模具行业长期不被重视。但是随着市场经济的发展，品牌效应已日显重要，“经
6、营品牌”已成为企业一项很重要的工作。因此，模具行业品牌和技术进步在2006年受到越来越多企业的重视。据了解，全国已有10个左右的省、市级驰名（著名）商标和品牌，个别企业已在申报全国著名商标，更多的企业在2006年启动了品牌工作。除了企业品牌之外，集体品牌也显示出了优越性。例如“某某模具”等。随着质量管理工作的不断深入和环保的日显重要，2006年又有一大批模具过了ISO9000的国际质量体系及ISO14000环境管理认证。同时，2006年又增加了一大批高新技术企业，包括国家级和市级。还有不少企业在2006年建立了具技术中心或研发中心，其中有一部分被当地有关部门认定为省、市级技术中心或研发中心。这
7、些也都是技术进步的体现。我国模具行业经过2006年持续高速运行，模具生产总量和水平虽然都有较快提高，但仍旧满足不了市场需求。一方面是模具大量进口，别一方面是竞争加剧，这就是“吃不饱”和“吃不了”的综合症。企业将在国内和国示市场两方面得到进一步发展，同时必须提高其综合素质和核心竞争力。但在总体乐观的情况下，也还有许多必须克服的。例如：能源、原材料和人力资源价格的上升与模具价格难以上升之间的矛盾将进一步加深，企业利润空间必将进一步被挤压。自主创新能力不足和技术进步步伐不快与市场和用户的要求之间的矛盾仍旧突出。市场竞争将继续加剧。人才紧缺一时还难以解决。不少模具企业的体制和机制仍旧不适应市场经济的发
8、展等等。这些问题需要我们面对，并去努力解决。注塑模具的企业同样面临这个问题。注塑模具2007年的发展前景同样美好。1.3塑料注射模设计与制造所涉及的内容塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，树脂可分为天然树脂和合成树脂两大类。塑料大多采用合成树脂。塑料制件之所以能够在工业生产中得到广泛应用，是由于它们本身具有的一系列特殊优点所决定的，塑料密度小，质量轻。随着塑料工业的发展，塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛的应用，塑料注射模已经成为制造塑料制造品的主要手段之一，且发展成为最有前景的模具之一，高质量的塑料模具与塑料性能、成型工艺和制品设计密切相关。实际上，塑料制品是目标，塑
9、料注射模是实现目标的一种手段，所以不能“孤立地为模具而只考虑模具”，应从系统工程角度出发，把塑料注射模作为塑料成型加工系统中的一个环节，这样在设计与制造塑料注射模时，就应该把这个系统中的其他环节作为塑料注射模设计与制造的考虑因素。所以，塑料注射模设计与制造所涉及的内容有：（1）塑料制品的结构工艺性；（2）塑料的成型工艺特性；（3）塑料注射机的匹配；（4）塑料注射成型工艺及控制；（5）塑料注射模的设计及模具材料；（6）塑料注射模的制造装备和制造工艺等。塑料注射模是一种用来生产塑料零件的模具。它被安装在塑料注塑机上，由塑料注射机将塑料颗粒融化成热熔体，经过合模高压注射保压冷却定型开模推出制件等工序
10、，获得所需的塑料零件。近几十年来，由于塑料具有的良好特性，使得塑料零件获得愈来愈广泛的应用，塑料模已成为广泛使用的一类模具。1.4注射模设计依据模具设计的主要依据，就是客户所提供的塑料制品图及实样。模具设计人员必须对制品图及实样进行详细的分析和消化，同时在设计模具时，必须逐一核查以下所有项目：(1) 尺寸精度及其相关尺寸的正确性根据塑料制品在整个产品上的具体要求和功能，来确定其外观质量和具体尺寸属于哪一类型。一般来说有三种情况，第一种是外观质量要求较高、尺寸精度要求较低的塑料制品，具体尺寸除装配尺寸外，其余尺寸只要吻合较好、形状逼真即可。第二种是功能性塑料制品，尺寸要求严格，其尺寸必须在允许的
11、公差范围内，否则会影响整个产品的性能，这类产品有塑料齿轮等。第三种是外观与尺寸都要求很严格的塑料制品，这类制品如照相机用塑料件、塑料光学透镜等。(2) 脱模斜度是否合理脱模斜度直接关系到塑料制品的脱模和质量，关系到在注射过程中，注射是否能顺利进行。因此要求塑料制品有足够的脱模斜度。脱模斜度的方向应与塑料制品在成型时的分型或模具分型面相适应，否则会影响制品的外观和壁厚尺寸的精度，甚至会影响塑料制品某些部位的强度。(3) 制品壁厚及其均匀性 塑料制品的壁厚要适当，且要具有一定的均匀性。壁厚过厚或者壁厚的均匀性较差，会直接影响制品的成型质量及成型后的变形，加长成型周期，甚至增加制品成本。(4) 塑料
12、种类 各种不同的塑料有其共性，也有各自的特性。在设计模具时必须考虑到塑料特性对模具的影响和要求，以便采取相应的设计方案。因此必须充分的了解塑料名称、牌号、生产厂家及收缩率等情况，例如，在成型含有玻璃纤维增强的塑料时，模具型腔和型芯必须具有防腐蚀的性能，以防止在注射过程中挥发出的腐蚀性气体对模具的腐蚀。另外，不同生产厂家所生产的塑料其色彩和收缩率也不尽相同。(5) 表面要求 塑料制品的表面要求，系指塑料制品的表面粗糙度及表面皮纹要求。模具成型表面的粗糙度对于成型透明制品和非透明制品有所不同，成型透明制品要求型腔和型芯的表面粗糙度相同。对于成型非透明制品时，型腔、型芯的表面粗糙度可以有所不同，成型
13、装饰面的模具部位应具有较高的粗糙度要求，而对于非装饰面，在不影响脱模的情况下，其模具表面可以粗糙一些。 塑料制品表面粗糙度要求，应按照制品表面质量要求来确定，可根据航标HB684193塑料模具型腔表面粗糙度样块和塑料样板技术要求及评定方法来选定。塑料制品表面皮纹要求，应按专业厂家提供塑料皮纹样板来进行选择。在设计具有表面皮纹要求的模具时，要特别注意侧面皮纹对制品脱模的影响，其侧面的脱模亵斜度应为23。(6) 塑料制品的颜色 在一般情况下，颜色对模具设计没有直接影响，但在制品壁厚较厚、制品较大的情况下，易产生颜色不匀，而且制品颜色越深，其制品缺陷暴露的越明显。(7) 塑料制品成型后是否有后处理
14、某些塑料制品在成型后需进行热处理或表面处理。需进行热处理的制品在计算成型尺寸时，要考虑处理对其尺寸的影响。需进行表面处理的制品，如需表面电镀的制品，若制品较小而批量又很大时，则必须考虑设置辅助流道，将制品连成一体，待电镀工序完成后，再将制品与辅助流道分开。(8) 制品的批量 制品的生产批量是设计模具的重要依据之一，因此客户对月批量、年批量、总批量必须提供一个范围，以便在设计模具时，对模具的腔数、模具大小、模具的选材、模具寿命等方面能与批量相适应。(9) 注射机规格 在接收客户订货时，客户必须对所用注射机提出明确的规格，以便作为模具设计的依据。在所提供的注射机规格中应包括以下内容：1、注射机型号
15、及生产厂家；2、注射机最大注射容积（最大注射量）；3、注射机的锁模力；4、注射机喷嘴球面半径及喷嘴孔径；5、注射机定位孔直径；6、注射机拉杆内间距；7、注射机容模量（允许的模具最大、最小闭合高度）；8、注射机的顶出方式（液压顶出或机械顶出以及顶出点位置、顶杆直径）；9、注射机开模行程及顶出力。(10) 其它要求 客户在提出订货时，除了提供必要的设计依据之外，有的客户甚至还对模具提出一些具体要求，如腔数及同一模中成型制品的种类、浇口形式、模具形式（二板模或三板模）、顶出方式及顶出位置、操作方式（手动、半自动、全自动）、型腔型芯的表面粗糙度等，甚至对型腔型芯所用钢材的牌号及热处理硬度都提出具体要求
16、。第二章 塑件成型技术分析2.1 塑件结构分析此零件是汽车内饰产品中的一个零部件，多由曲面构成。侧边部分因安装要求设有六个倒扣结构。 图21零件图零件规格：由于产品表面不规则，大多为曲面，所以在这里我们只对它的x,y,z方向的最大距离进行测量：最大长度为363.5mm，最大宽度为92.3mm，最大高度为98.5mm，体积为262.28612cm。2.2技术要求分析（1）表面质量及尺寸公差：表面精度要求一般，补水孔处因功能要求不允许出现飞边和毛刺。上下圆柱因装配要求依照图上标注的公差，其他尺寸可依照零件图所附的公差表查询。（2）材料分析：选用具有良好综合性能的工程材料PP注塑成型。比较而言，高密
17、度和低密度聚乙烯都有较高的密度，相当低的熔点和较低的弯曲模量即刚度。这些性能差异导致了最终用途不同。刚度和易定向性使聚丙烯均聚物适合制作各种纤维和用于延展带，而它们较高的耐热性使它们能用于制作硬的高压容器和器具及汽车的模塑部件。PP材料密度为0.90.91g/cm3 (注射级密度取0.90 g/ cm3)。一般PP制品的使用范围为-401000，在该产品的使用温度范围内。PP塑料具有一定的吸湿性，成型时会在制品上产生斑痕，云纹，气泡等缺陷，故在注射成型前应进行干燥处理。PP熔体具有中等粘度特性，流动性好，设定料温在2002400之间，模温在600左右。（3）塑件成型分析：塑件采用的是注射成型，
18、体积较小，PP材料，易于成型。便于取料浇口设为矩形浇口，因结构较复杂，尺寸较小，为降低成型费用，采用一模两腔形式。根据零件的结构分析，分型面选在凸出台阶部，上部用整体式凹模型腔，为便于加工型芯采用组合式，下部分采用左右分型带划块抽芯，型芯为整体式。第三章 确定注塑模的基本类型及注射机的选择31确定注塑模的基本类型热塑性塑料又称受热可熔性塑料.在常温下,它是硬的固体,加热后会变软,冷却后,还会变硬.可反复加工,废品可以回收利用.具有成型工艺简便，生产效益高和高的物理机械性能等优点，因此，应用十分广泛但耐热性和刚性较低此次设计的塑件制品的材料PP（聚丙烯），属热塑性塑料，通过对PP材料热塑性塑料的
19、分析，最终决定采用热塑性塑料注塑成型模具。3.2 型腔布局及数量的确定根据制件的结构与模具结构方面的考虑，采用一模两腔,如图3-1所示，内侧的倒扣左右方向抽芯，外侧倒扣上下抽芯：将抽芯斜顶固定在滑轨上，开模时将斜顶沿滑轨方向抽出。图3-1 型腔布局3.3 注射机的选择采用的是聚丙稀（PP）塑料，属热塑性塑料，塑件尺寸较大，选用卧式热塑性注塑机。先根据一次注塑制品的总体积来初选择注塑机，再根据制件的一些参数来校核注塑机的其它参数以确定该注塑机是否符合要求。根据塑件的形状图21，模具结构选用的是一模两腔设计，根据Pro/E技术分析，计算出单个塑件各种参数如下：密度 = 0.90.91g/cm3体积
20、 = 2.6228612e+05 mm3=262.29cm3曲面面积 = 2.1278448e+05 mm=2127.84cm2密度 = 9.0000000e-4 g/mm3质量 = 2.3605751e-04 t=236.06g塑料材料系数：n = 0.7初设浇注系统的体积为38.43cm3, 重量34.587g。由此查模具设计与制造实训选用SZ-1000/300注塑机.技术参数如表3-1：收缩率12.5%注塑机类型：螺杆式。螺杆转速(r/min):3080,喷嘴形式：直通式，温度170190，料筒温度：前段150170，中段180190，后段190205，模具温度：4060，注射压力:60
21、100MPa,保压力:5060MPa注射时间/s：15，保压时间/s：210，冷却时间/s：1020成型周期/s:1535 表3-1 注射机技术参数注塑机型号SZ-1000/300螺杆直径（mm）70喷嘴前端孔径（mm）4最大理论注射量cm31000注射压力（MPa）150锁模力（KN）300模板行程（mm）650最大模厚（mm）650最小模厚（mm）340球半径（mm）SR20注塑机拉杆间距（mm）760*7003.4校核注射机的技术参数3.4.1 最大注射量最大注射量是指注射机一次注射塑料的最大容量，设计模具时，应保证成型塑件所需的总注射量(包括流道及浇口凝料和飞边)小于所选的注射机的最大
22、注射量，通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。所以，选用的注塑机最大注塑量应满足： V机V总=V塑+V浇 （式31）式中： V机-为注塑机的理论注射量，cm3； V塑- 为一个塑件的所须的注射量，该产品V塑=262.29cm3； V浇- 为浇注系统的体积，cm3该产品V浇=*253.37+71.4912*2+*93.1553=38426.35mm3=38.43cm3为注射机最大注射量的系数,取 K=0.8,故V机=(262.29*2+38.43)/0.8=703.76cm 而选定的注塑机注塑量为1000cm3，所以满足要求。3.4.2注射压力较核 注射压力是成型时柱塞施与料桶
23、内融熔塑料的压力，注射压力校核是确定注射机的注射压力是否大于成型时所需的注射压力。P注P成型式中： P成型为塑件成型所须的注射压力P注为注射机的最大注射压力注塑加工时所需注塑压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸、注塑机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。选择的注塑机的注射压力必须大于成型制品所需的注射压力。根据经验，成型所需注射压力范围如下：1) 塑件形状简单，熔体流动性好，壁厚者，所需注射压力一般小于70MPa；2) 塑件形状一般，精度要求一般，熔体流动性好者，所需注射压力通常选70100MPa；3) 塑件形状一般，有一定精度要求，熔体粘度中等，所需注射压力选100140MPa；4) 塑件壁薄
24、，尺寸大，壁厚不均，精度要求高，熔体粘度高者，注射压力选100150MPa。 查塑料模具设计手册知,PP成型所须压力为73.4196MPa。结合以上选用原则，结合零件的具体形状和材料的物理性能以及所选用的注射机，选取注射压力为200MPa，注射压力符合。3.4.3锁模力校核 当高压的塑料溶体充满型腔是，会产生使模具分型面涨开的力，这个力的大小应小于注塑机的锁模力，从而保证注射时不发生溢料现象和保证塑料制品的尺寸精度，实现动定模的紧密闭合。 F锁P*A （式32）式中: P为熔融型料在型腔内的平均压力,此产品为40MPa A为塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和，经计算A=300.85mm F
25、锁为注塑机的额定锁模力故 F锁PA=40*300.85=12.034KN选定的注塑机为300kN，满足要求。3.4.4开模行程的校核注射机最大开模行程 L H1+ H2 +(510)(mm) （式33）式中: H1塑件制品高度，塑件高度为98.5mmH2包括浇注系统在内的制品高度(mm),在这里浇注系统高为125mmL注射机开模行程(即移动模板行程) (mm) H=98.5+125+7=230.5mm注射机的最大开模行程 S=650mmH=230.5mm此项满足要求选用的注射机符合要求第四章 浇注系统的设计浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴到型腔的必经通道，它直接关系到成型的难易和制品的质量，是注
26、射模设计中的重要组成部分。浇注系统的作用是使熔融塑料平稳、有序地填充到型腔中去，且把压力充分地传递到各个部位，以获得组织致密、外形清晰、美观的制品。浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料溶体的流动通道。它使塑料熔体在高温、高压、高速状态下平稳有序地填充到模具型腔中去，且把压力充分地传递到各个部位，以获得组织致密、外形清晰、美观的制品。浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井等部分组成。设计浇注系统时尽量避免产生溶接痕，保证均衡进料,热量和压力损失要小塑料耗料量小,防止塑件出现缺陷，有利于型腔中气体的排出，采用较短的流程充满型腔。4.1 主流道设计设计原则：(1)能顺利地引导熔融塑料充
27、满型腔，不产生涡流，又有利于型腔内气体的排出。(2)在保证成型和排气良好的前提下，选取短流程，少弯折，以减小压力损失，缩短填充时间。(3)尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯唯一或变形。(4)浇口料容易清除，整修方便，无损制品的外观和使用。(5)浇注系统流程较长或需开设两个以上浇口时，由于浇注系统的不均匀收缩导致制品翘曲变形，应设法予以防止。(6)在一模多腔时，应使各腔同步连续充浇，以保证各个制品的一致性。(7)合理设置冷料井、溢料槽，使冷料不得直接进入型腔及减少毛边的负作用。(8)在保证制品质量良好的条件下，浇注系统的断面和长度应尽量取小值，以减小对塑料的占用量，从而减
28、少回收料。4.1.1 主流道主流道是由注射机喷嘴与模具主流道衬套接触的部位起到分流为止的一段总流道，他是熔融塑料进入模具时最先经过的部位。在卧式机上，垂直于分型面，主流道由于是要与高温塑料及喷嘴反复接触，故设计成可拆卸的主流道衬套，主流道衬套应带凸缘，使之固定在定模上。为便于流道凝料的脱出，主流道设计成圆锥形，其锥角a=2,内壁表面粗糙度0.8。一般要求主流道衬套球面半径比喷嘴球面半径大12mm，主流道进口直径d，比注射机喷嘴出口直径d应大0.51mm。其作用:一是补偿喷嘴与主流道的对中误差；二是避免注射机注射时在喷嘴与主流道之间造成漏料或积存冷料，使主流道无法脱模.为便于取出主流 图4-1
29、主流道流道中的凝料,将主流道做成圆锥形，锥角a一般为24，对于流动性差的塑料可取46，圆锥形表面的粗糙度应在Ra=0.8以上。主流道出口应做成圆角,圆角半径r=0.53mm或r =d2/8。为减少压力损失和回收料量，主流道长度尽可能短些，常取小于等于60mm。主流道出口端面应与定模分型面齐平，以免出现溢料。主流道要与高温塑料及喷嘴反复接触,容易损坏，为便于更换，常设计成可拆卸的主流道衬套结构。主流道衬套的进口羰在注射时承受很大的喷嘴压力，同时，其出口端与分流道、浇口也承受型腔的反压力，因此，主流道衬套应带凸缘，使之固定在定模上。主流道小端直径d1比注射机喷嘴直径d2大1mm取9mm，球面半径S
30、R2比注射机喷嘴的球面半径SR1大2mm取14mm，球面深度h为4mm。其作用：一是补偿喷嘴与主流道的对中误差；二是避免注射机注射时在喷嘴与主流道之间造成漏料或积存冷料，使主流道无法脱模。4.1.2 浇口套的选用浇口套直接与注射机喷嘴接触，浇口套本身的工作条件比较苛刻，所以选用T8A来制造，并应有5055HRC的硬度。浇口套与定位圈分开设计，定位圈用4个内六角螺钉M615将浇口套固定在定模座板上。浇口套与模板间的配合采用H7/m6的配合。4.1.3 定位环的选用定位环与注射机定位孔配合，一般配合直径比注射机定位孔小0.10.3mm。用螺钉将定位圈固定在定模座板上，螺钉选用内六角螺钉M820。定位环的材料选用45钢，尺寸规格为120mm。4.2分流道设计因为此设计采用一模两腔，所以在模具中必需设置分流道。分流道是指连接主流道末端与浇口之间的塑料溶体的流动通道，其作用是改变溶体流向，使其以平稳的流态均衡的分配到各个型腔。设计时应尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失，分流道的固化时间应稍后于制品的固化时间，以利于压力的传递及保压。保证塑料迅速而均匀地进入各个型腔。分流道转折处以圆弧过渡，分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，并尽量短。分流道的长度
