電熱水壺的蓋子注塑模具設計【含CAD圖紙】

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畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 1.1 我國塑料模具業(yè)發(fā)展現狀及方向 從整體上看，中國塑料模具無論是在數量上，還是在質量、技術和能力等方面 都有了很大進步，但與國民經濟發(fā)展的需求、世界先進水平相比，差距仍很大。一 些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進口。在總量供不應 求的同時，一些低檔塑料模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術含量不太 高的中檔塑料模具也有供過于求的趨勢。 加入 WTO，給塑料模具產業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，同時帶來更多的機會。由于 中國塑料模具以中低檔產品為主，產品價格優(yōu)勢明顯，有些甚至只有國外產品價格 的 1/51/3，加入 WTO 后，國外同類產品對國內沖擊不大，而中國中低檔模具的 出口量則加大；在高精模具方面，加入 WTO 前本來就主要依靠進口，加入 WTO 后，不僅為高精尖產品的進口帶來了更多的便利，同時還促使更多外資來中國建廠， 帶來國外先進的模具技術和管理經驗，對培養(yǎng)中國的專業(yè)模具人才起到了推動作用。 進口的塑料模具中，最多的是為汽車配套的各種裝飾件模具、為家電配套的各 種塑殼模具、為通信及辦公設備配套的各種注塑模具、為建材配套的擠塑模具以及 為電子工業(yè)配套的各種塑封模具等。出口的塑料模具以中低檔產品居多。由于中國 塑料模具價格較低，在國際市場中有較強的競爭力，所以進一步擴大出口的前景很 好，近幾年出口年均增長 50%以上就是一個很好的證明。 雖然近幾年模具出口增幅大于進口增幅，但所增加的絕對量仍是進口大于出口， 致使模具外貿逆差逐年增大。這一狀況在 2007 年已得到改善，逆差已有減少。模 具外貿逆差增大主要有兩方面原因：一是國民經濟持續(xù)高速發(fā)展，特別是汽車產業(yè) 的高速發(fā)展帶來了對模具旺盛需求，有些高檔模具國內的確生產不了，只好進口； 但也確實有一些模具國內可以生產，也在進口。這與中國現行的關稅政策及項目審 批制度有關。二是對模具出口鼓勵不夠。現在模具與其它機電產品一樣，出口退稅 率只有 13%，而未達 17%。 從市場情況來看，塑料模具生產企業(yè)應重點發(fā)展那些技術含量高的大型、精密、 復雜、長壽命模具，并大力開發(fā)國際市場，發(fā)展出口模具。隨著中國塑料工業(yè)，特 畢業(yè)設計（論文） 2 別是工程塑料的高速發(fā)展，可以預見，中國塑料模具的發(fā)展速度仍將繼續(xù)高于模具 工業(yè)的整體發(fā)展速度，未來幾年年增長率仍將保持 20%左右的水平。 1.1 塑料模具的發(fā)展水平與市場趨勢 近年來，中國塑料模具制造水平已有較大提高。大型塑料模具已能生產單套重 量達到 50t 以上的注塑模，精密塑料模具的精度已達到 2m，制件精度很高的小模 數齒輪模具及達到高光學要求的車燈模具等也已能生產，多腔塑料模具已能生產一 模 7800 腔的塑封模，高速模具方面已能生產擠出速度達 6m/min 以上的高速塑料 異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出 和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在生產手段上，模具企業(yè)設備數控化率已有較大提 高，CAD/CAE/CAM 技術的應用面已大為擴展，高速加工及 RP/RT 等先進技術 的采用已越來越多，模具標準件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高， 熱流道模具的比例也有較大提高。另外，三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進一步促進了塑料模 具設計制造水平及企業(yè)管理水平的提高，有些企業(yè)已實現信息化管理和全數字化無 圖制造。 中國塑料模具行業(yè)和國外先進水平相比，主要存在以下問題。 1）發(fā)展不平衡，產品總體水平較低。雖然個別企業(yè)的產品已達到或接近國際 先進水平，但總體來看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生產周期、壽命等指標 與國外先進水平相比尚有較大差距。包括生產方式和企業(yè)管理在內的總體水平與國 外工業(yè)發(fā)達國家相比尚有 10 年以上的差距。 2）工藝裝備落后，組織協調能力差。雖然部分企業(yè)經過近幾年的技術改造，工 藝裝備水平已經比較先進，有些三資企業(yè)的裝備水平也并不落后于國外，但大部分 企業(yè)的工藝裝備仍比較落后。更主要的是，企業(yè)組織協調能力差，難以整合或調動 社會資源為我所用，從而就難以承接比較大的項目。 3）大多數企業(yè)開發(fā)能力弱，創(chuàng)新能力明顯不足。一方面是技術人員比例低、水 平不夠高，另一方面是科研開發(fā)投入少；更重要的是觀念落后，對創(chuàng)新和開發(fā)不夠 重視。模具企業(yè)不但要重視模具的開發(fā)，同時也要重視產品的創(chuàng)新。 4）供需矛盾短期難以緩解。近幾年，國產塑料模具國內市場滿足率一直不足 74%，其中大型、精密、長壽命模具滿足率更低，估計不足 60%。同時，工業(yè)發(fā)達 國家的模具正在加速向中國轉移，國際采購越來越多，國際市場前景看好。市場需 求旺盛，生產發(fā)展一時還難以跟上，供不應求的局面還將持續(xù)一段時間。 畢業(yè)設計（論文） 3 5）體制和人才問題的解決尚需時日。在社會主義市場經濟中，競爭性行業(yè)， 特別是像模具這樣依賴于特殊用戶、需單件生產的行業(yè)，國有和集體所有制原來的 體制和經營機制已顯得越來越不適應。人才的數量和素質也跟不上行業(yè)的快速發(fā)展。 1.2 塑料模具的一些新的發(fā)展方向 1）在模具的質量、交貨周期、價格、服務四要素中，已有越來越多的用戶將交 貨周期放在首位。要求模具公司盡快交貨，這已成為一種趨勢。企業(yè)千方百計提高 自己的適應能力、提高技術水準、提高裝備水平、提高管理水平及提高效率等都是 縮短模具生產周期的有效手段。 2）大力提高開發(fā)能力，將開發(fā)工作盡量往前推，直至介入到模具用戶的產品開 發(fā)中去，甚至在尚無明確用戶對象之前進行開發(fā)，變被動為主動。目前，電視機和 顯示器外殼、空調器外殼、摩托車塑件等已采用這種方法，手機和電話機模具開發(fā) 也已開始嘗試。這種做法打破了長期以來模具廠只能等有了合同，才能根據用戶要 求進行模具設計的被動局面。 3）隨著模具企業(yè)設計和加工水平的提高，模具的制造正在從過去主要依靠鉗工 的技藝轉變?yōu)橹饕揽考夹g。這不僅是生產手段的轉變，也是生產方式的轉變和觀 念的上升。這一趨勢使得模具的標準化程度不斷提高，模具精度越來越高，生產周 期越來越短，鉗工比例越來越低，最終促進了模具工業(yè)整體水平不斷提高。中國模 具行業(yè)目前已有 10 多個國家級高新技術企業(yè)，約 200 個省市級高新技術企業(yè)。與 此趨勢相適應，生產模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸轉變?yōu)榧夹g型人才是必 然要求。 4）模具企業(yè)及其模具生產正在向信息化迅速發(fā)展。在信息社會中，作為一個高 水平的現代模具企業(yè)，單單只是 CAD/CAM 的應用已遠遠不夠。目前許多企業(yè)已 經采用了 CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE 、CIMS、ERP 等技術 及其它先進制造技術和虛擬網絡技術等，這些都是信息化的表現。向信息化方向發(fā) 展這一趨向已成為行業(yè)共識。 5）隨著人類社會的不斷進步，模具必然會向更廣泛的領域和更高水平發(fā)展。現 在，能把握機遇、開拓市場，不斷發(fā)現新的增長點的模具企業(yè)和能生產高技術含量 畢業(yè)設計（論文） 4 模具企業(yè)的業(yè)務很是紅火，利潤水平和職工收入都很好。因此，模具企業(yè)應把握這 個趨向，不斷提高綜合素質和國際競爭力。 2 電熱水壺的蓋子設計及其成型工藝的分析 2.1 塑件分析 圖 2.1 電熱水壺的蓋子 上圖 2.1 所示是電熱水壺的蓋子零件。 2.1.1 結構分析如下 該塑件為殼體，殼體具有一定的深度，表面光滑，在模具設計和制造上要有良 好的加工工藝，確保成型零件具有一定的光潔度； 殼體內部凹下的膠位是為了插入時能配合緊密，所以必須具備一定的制造精度； 2.1.2 成型工藝分析 采用一般精度等級 5 級，大量生產。 畢業(yè)設計（論文） 5 該塑件壁厚約為 1.5mm 左右，考慮到殼體較淺，塑件內表面不設脫模斜 度；由于有斜頂，型腔將被做成鑲拼式所以塑件外形沒有放脫模斜度。 2.2 塑料的選材及性能分析 該殼用于手機底殼，經常用手觸摸，必須耐酸、對電絕緣，化學穩(wěn)定性要好； 抗拉強度、硬度、耐磨性要突出，綜合機械性能要好。具備這些條件的塑料首選： 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（英文名稱:Acrylonitrile Butadiene Styrene ，簡稱： ABS） 。 2.2.1 使用特點： 1）綜合性能較好,沖擊強度較高,化學穩(wěn)定性,電性能良好。 2）與 372 有機玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理。 3）有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。 4）流動性比 HIPS 差一點，比 PMMA、PC 等好，柔韌性好 3。 2.2.2 成型特性： 1）無定形料,流動性中等,吸濕大,必須充分干燥,表面要求光澤的塑件須長時 間預熱干燥 80-90 度,3 小時。 2）宜取高料溫,高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為270 度).對精度較高 的塑件,模溫宜取 50-60 度,對高光澤.耐熱塑件, 模溫宜取 60-80 度。 3）如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變 入水位等方法。 4）如成形耐熱級或阻燃級材料，生產 3-7 天后模具表面會殘存塑料分解物， 導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置。 2.2.3 ABS 的主要性能指標 4 ABS 的技術指標見下表 2.1 密度 3/()kgdm:1.021.16 比體積 31/()vdmkg:0.860.98 吸水率 2410pc0.20.4 收縮率 s 0.40.7 熔點 tC130160 硬度 HB 9.7 R121 畢業(yè)設計（論文） 6 抗拉屈服強度 bMPa50 拉伸彈性模量 1EMPa31.80 體積電阻率 ()Vcm:16.90彎曲強度 w80 0.46MP 90108 無缺口 261熱變形溫度 t/c 0.185MP 83103 沖擊韌度 2()nkJm: 缺口 11 2.3 ABS 塑料的注射過程及工藝 2.3.1 注射成型過程 1）成型前準備，對 ABS 進行干燥。ABS 是吸水的塑料，于室溫下， 24 小時 可吸收 0.2%-0.35%水分，雖然這種水分不至于對機械性能構成重大影響，但注塑 時若濕度超過 0.2%，塑料表面會受大的影響，所以對 ABS 進行成型加工時，一定 要事先干燥，而且干燥后的水分含量應小于 0.2%。 ABS 的干燥方法: 常壓熱風干燥 80-85 2-4 小時 ；真空熱風干燥 80 1-2 小時。 2）注射過程.塑料在注射機內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注 系統進入模具型腔成型，起過程可分為充模、壓實、保壓、倒流、和冷卻 5 個階段。 2.3.2 ABS 的注射工藝參數 1）螺 桿 類 別：標 準 螺 桿（直 通 式 噴 嘴） 2）回 料 轉 速( rpm)：301minr 3）注射機料筒溫度: 前段 180200 中段 165180 后段 150170 4）噴嘴 ：170180。 5）模具 ：5080，玻纖增強制品取 75。 6）注射壓力:60100。 7）注射速度、注射壓力: 一般 ABS 制品采用高速及多級注射，但是對于阻燃品級，要慢速注射，可以 畢業(yè)設計（論文） 7 避免注射料的分解，耐熱 ABS 也要快速注射(可減少內部應力)，注射壓力在 75MPa 左右，保壓時可低些。 8）熔膠溫度: 190 9）成型時間( ):/s 注射時間:2090 高壓時間:05 冷卻時間:20120 總周期: 50220 在 265溫度下，物料在機筒內停留時間最多不能超過 5-6 分鐘，若溫度為 280，則物料在機筒內停留時間就不能超過 2-3 分鐘。 10）后處理:把塑件放在紅外線或者烘箱下,溫度設為 70 度烘干 24 小時 4。 2.4 ABS 的主要缺陷及消除措施 2.4.1 殘余應力引起的龜裂 殘余應力主要由于以下三種情況，即充填過剩、脫模推出和金屬鑲嵌件造成的。 作為在充填過剩的情況下產生的龜裂，其解決方法主要可在以下幾方面入手。 1）由于直澆口壓力損失最小，所以，如果龜裂最主要產生在直澆口附近，則 可考慮改用多點分布點澆口、側澆口及柄形澆口方式。 2）在保證樹脂不分解、不劣化的前提下，適當提高樹脂溫度可以降低熔融粘度， 提高流動性，同時也可以降低注射壓力，以減小應力。 3）一般情況下，模溫較低時容易產生應力，應適當提高溫度。但當注射速度較 高時，即使模溫低一些，也可減低應力的產生。 4）注射和保壓時間過長也會產生應力，將其適當縮短或進行 Th 次保壓切換效 果較好。 2.4.2 熔接痕 熔接痕是由于來自不同方向的熔融樹脂前端部分被冷卻、在結合處未能完全融 合而產生的。一般情況下，主要影響外觀，對涂裝、電鍍產生影響。嚴重時，對制 品強度產生影響（特別是在纖維增強樹脂時，尤為嚴重） ?？蓞⒖家韵聨醉椨枰愿纳疲?畢業(yè)設計（論文） 8 l）調整成型條件，提高流動性。如，提高樹脂溫度、提高模具溫度、提高注 射壓力及速度等。 2）增設排氣槽，在熔接痕的產生處設置推出桿也有利于排氣。 3）盡量減少脫模劑的使用。 4）設置工藝溢料并作為熔接痕的產生處，成型后再予以切斷去除。 5）若僅影響外觀，則可改變燒四位置，以改變熔接痕的位置?；蛘邔⑷劢雍?產生的部位處理為暗光澤面等，予以修飾。 2.4.3 銀線 銀線主要是由于材料的吸濕性引起的。因此，一般應在比樹脂熱變形溫度低 1015C 的 條件下烘干。特別是在使用自動烘干料斗時，需要根據成型周期（成 型量）及干燥時間選用合理的容量，還應在注射開始前數小時先行開機烘料。另外， 料簡內材料滯流時間過長也會產生銀線。不同種類的材料混合時，例如聚苯乙烯和 ABS 樹脂、 AS 樹脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不混合。 2.4.4 白化 白化現象最主要發(fā)生在 ABS 樹脂制品的推出部分。脫模效果不佳是其主要原因。 可采用降低注射壓力，加大脫模斜度，增加推桿的數量或面積，減小模具表面粗糙 度值等方法改善，當然，噴脫模劑也是一種方法，但應注意不要對后續(xù)工序，如燙 印、涂裝等產生不良影響。 畢業(yè)設計（論文） 9 3 模具設計方案的確定 3.1 分型面方案的確定 分型面是模具上用來取出塑件和澆注系統料可分離的接觸面稱為分型面,分型面 的選擇對模具設計方式影響最大,分型面設計是否合理對塑件質量和模具復雜程度具 有很大的影響?；旧鲜且环N分型面對應著一種模具設計方案，所以分型面的選擇 決定著模具總體的設計方案。 3.1.1 分型面的選擇原則 3 1）保證塑料制品能夠脫模。 2）使分型面容易加工。 3）盡量避免側向抽芯。 4）使側向抽芯盡量短。 5）有利于排氣。 6）有利于保證塑件的外觀質量。 7）盡可能使塑件留在動模一側。 8）盡可能滿足塑件的使用要求。 9）盡量減少塑件在合模方向的投影面積。 10）長型芯應置于開模方向。 11）有利于簡化模具結構。 3.1.2 分型面確定 分型面與開模方向垂直, 如圖 3.1 所示。定模型芯利用開模動作從塑件中抽出， 塑件內部倒扣用斜推桿來成型，整個塑件成型精度比較高。 畢業(yè)設計（論文） 10 圖 3.1 分型面形式與位置 3.2 型腔數量確定 由于生產批量大，本套模具采用一模兩腔如圖 3.2 所示。 圖 3.2 型腔排列方式 畢業(yè)設計（論文） 11 4 模具設計 4.1 注塑機選型 注射機是安裝在注射機上使用的設備，因此設計注射模應該詳細了解注射機的 技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。 注射機規(guī)格的確定主要是根據塑件的的大小及型腔的模具和排列方式，在確定 模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖 模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行 程、開模距離進行計算。根據這些參數選擇一臺和模具相匹配的注射機，倘若用戶 自己提供型號和規(guī)格，設計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己 調整或與用戶取得商量調整。 4.1.1 注射量計算 該產品為 ABS，查書設計與制造實訓 得知其密度為 1.081.10g.cm-3 收縮率為 0.4%0.7%，計算其平均密度為 1.09，平均收縮率為 0.55%，通過計算 得兩塑件體積為： V 塑=97.5 cm 3 兩塑件的質量： M 塑=106.3g 澆注系統體積： V 澆=0.955 cm 3 澆注系統質量： M 澆=1.04g 故得總體積和總質量為： V 總=98.5；M 總=107.34g 4.1.2 注射機型號的選定 根據以上的計算初步選定型號為 SZ-125/630 型臥式注射機，其主要技術參數 見表 4.1。 畢業(yè)設計（論文） 12 表 4.1 SZ-125/630 型注射機主要技術參數 4 螺桿直徑/mm 40 拉桿內間距/mm 370 x320 推動行程/mm 550 最大模具厚度/mm 300 理論容量/ 3cm140 最小模具厚度/mm 150 注射速度 /(g/s) 110 頂出桿根數 1 塑化能力/(g/s) 16.8 定位孔直徑/mm 125 額定注射壓力/MP 126 頂出中心孔直徑/mm 35 螺桿轉速/(r/min) 14200 頂出力/KN 1500 鎖模力/KN 530 球半徑 SR/mm 15 開模行程/mm 270 噴 嘴 孔直徑/mm 4.1.3 型腔數量的校核及注射機有關工藝參數的校核 6 1）型腔數量的校核 （1）由注射機料筒塑化速率校核型腔數量 （4.1） 210.861.0473KMtmn ，t 取 60s, 符合要求。7右 邊 式中 K注射機最大注射量的利用系數，非結晶型塑料一般取 0.8； M注射機的額定塑化量，改注射機為 16.8g/s； T成型周期，因塑件還比較大，壁厚，取 30s; m1兩個塑件的質量，取 106.3g ; m2澆注系統的質量，取 1.04g ; （2）按注射機的最大注射量校核型腔數量 210.841.04163nKm 畢業(yè)設計（論文） 13 符合要求。 式中 注射機允許的最大注射量，該注射機為 140g。Nm 其他符號意義與取值同前。 （3）按注射機的額定鎖模力校核型腔數量 殼體正反兩面產生的脹模力由內模殼抵消；左右兩行位壓力由導柱和前模板的 斜面抵消，取這兩處力的一半為正壓力： 21286(730)8Am 分型面合模處的作用面積： 塑料熔體對型腔的成型壓力是 ，一般是注射壓力的 30%-65%，0aMP 取平均壓力為： （4.2） 3(1865)4102型 a （4.3）12 .31().(78)FnPA型 符合要求。 2）注射機工藝參數的校核 （1）注射量的校核 注射量以容積表示最大注射容積為： 3max0.85149Vvcm 最少注射容積： in.2 而 iax3.V 符合要求。 （2）鎖模力的校核 前面計算過，符合要求。 （3）最大注射壓力的校核 注射機的額定注射壓力即為該機器的最高壓力 max126PM 應該大于注射成型所需調用的注射壓力的 即0axk 式中 ；1.254k 為 7090 ；0PaM 畢業(yè)設計（論文） 14 代入數據計算，符合要求。 3）安裝尺寸的校核 最大與最小模具厚度 模具厚度 H 應滿足 minaxH 式中 minax150,30 該套模具厚度 H=30+100+110+120+1+30=391mm 。 很明顯，選擇該注射機不能滿足模具設計的要求。 4）開模行程校核 12(50)Hm: 注射機動模板的開模行程，取 270mm，見表 4.2；H 塑件推出行程取 28.5mm；1 為包括流道凝料在內的塑件高度；250m 代值計算發(fā)現開模行程能滿足。 在這里我們選用更大的注塑機型號 G54-S200/400，可知所有的參數都滿足。 4.2 模具澆注系統設計和澆口的設計 澆注系統是引導凝料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳 壓和傳熱的功能。 4.2.1 主流道的設計 4 主流道是連接注射機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機噴嘴在同一軸 線上，斷面為圓形，具有一頂的錐度，以便熔體的流動和開模時主流到凝料的順利 拔除。 1）主流道尺寸和澆口的設計 （1）主流道的小端直徑 D =注射機噴嘴直徑+ （ 0.51） =3+（0.51） ，取 D=3.5mm 。 （2）主流道的球面半徑 SR =注射機噴嘴球頭半徑+（1 2） =15+（12） ，取 SR=16mm 。 （3）球面的配合高度 ，取 h=3mm 。35hm （4）主流道的長度 取 L=124.5mm。 畢業(yè)設計（論文） 15 主流道大端直徑 （半錐角 ）2tan6.54DL1 取 5.8m 澆口套總長 01.327.hm 2）澆口套的設計 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求比較嚴，因 而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選 用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如 T8A、T10A 等，熱處 理硬度為 50HRC55HRC,如圖 4.1 所示。 圖 4.1 主流道襯套 3）定位圈的設計與固定 由于該模具主流道比較長，定位圈和襯套設計成分體式，注射機定位孔尺寸為 ，定位圈尺寸取 ，兩者之間呈較松的間隙配合。0.125 0.2415 定位圈結構尺寸如圖 4.2 所示；定位圈和襯套的固定形式如圖 4.3 所示。 圖 4.2 定位圈 畢業(yè)設計（論文） 16 圖 4.3 主道襯套的固定形式 1-內六角螺紋； 2-定位圈；3-定模座板；4-主流道襯套；5-定模板 4.2.2 澆口的設計 采用梯形側澆口如圖 4.4， 。塑料熔體通過主流道然后到分流道流入型腔。 圖 4.4 側澆口的設置形式 4.3 成型零件工作尺寸的設計和計算 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、 成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的 沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高 的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、 剛度及較好的耐磨性能。 設計成型零件時，應根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總 體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件 的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸， 畢業(yè)設計（論文） 17 對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。 工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺 寸，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等。 ABS 的成型收縮率為 0.4%-0.7%所以平均收縮率取 s=0.55%。 塑件尺寸公差按 SJ1372-78 標準中的 5 級精度成型。 4.3.1 型芯（見圖 4.7） 圖 4.7 型芯 （1）采用臺肩固定的形式，下底面用模珂與動模壓緊。 （2）塑件的尺寸公差源自塑料成型工藝與模具設計的塑件公差數值表。 塑件尺寸 ， ， 。0.417sl0.8217sl 0.86495sh 01 .24.1()(5%)6Mldx 0 022 .58.2.6. 9sl 0.26.1()(1)77Sh 式中 s塑料的平均收縮率，ABS 為 0.55%； 塑件外徑尺寸（取 25.64mm） ；d 修正系數（取 0.75） ；x 塑件尺寸公差，見上塑料尺寸公差值； 模具制造誤差，其他誤差忽略，當尺寸小于 50mm 時， ； 4 當塑件尺寸大于 50mm 時， 。5 4.3.2 型腔（見圖 4.8） 畢業(yè)設計（論文） 18 圖 4.8 動模型腔 （1）模仁為鑲入式，通過沉頭螺釘固定在動模板上。 （2）尺寸計算。塑件的尺寸公差源自塑料成型工藝與模具設計的塑件公差 數值表 3.1。 ， ， ，01.574sL02.8617s01.152H0.298 (4.5) 151()(%)473MLx 0.25860.2220.s .1.411()(5)27H 0.250.5220.9.8Msx 式中各符號同前。 4.3.3 型腔零件剛度和強度校核 由于塑件成型部分采用模仁，再從模板上開框把模仁鑲入，用螺絲吃緊。成型 部分離模仁有滿足條件的規(guī)定距離（2025mm） ，而模仁離模板四周也有滿足條件 的規(guī)定距離，所以成型時型腔零件完全滿足強度和剛度的要求，在這里就不一一校 核。在動模板上，由于成型壓力很大部分垂直壓在其上，底部為了節(jié)約材料不打算 采用支撐板，在這里我們采用四個中托司支撐。尺寸位置大小和中托司布局請見模 具組裝圖。 4.4 模架的確定和標準件的選用 根據前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據成型零件尺寸結合標準模架， 選用結構形式為 CI3050 100 110 120 01 S。即采用數量為 1 的標準模架。 1）定模座板（350mm x 500mm、厚為 25mm） 定模座板是模具與注射機連接固定的板，材料為 45 鋼。 畢業(yè)設計（論文） 19 通過 4 個 M12 的內六角圓柱螺釘與定模固定板連接；定位圈通過 2 個 M6 的 內六角圓柱螺釘與其連接；定模座板與澆口套為 H8/f8 配合 7。 2）定模板（300mm x 500mm，厚 100mm） 用于固定型芯、導套。固定板應有一定的厚度，并有足夠強度，一般用 45 號 鋼，調質到 230HB270HB。其上的導柱和導套一端采用 H7/k6 配合，另外一段 采用 H7/f7 配合；定模板與澆口套采用 H7/m6 配合 7。 3）動模座板（350mm x500mm、厚為 30mm） 材料為 45 鋼，其上的注射機頂孔為 。50 4）動模板（300mm x 500mm，厚 110mm） 行位滑塊通過矩形導滑槽在模套中滑動，以完成側向分型和合模復位，材料為 45 鋼。其上的導柱和導柱孔為 H7/k6 配合 7。 5）墊塊(58mm x 500mm 厚 120mm) （1）主要作用 在動模座板與支撐板之間形成推出機構的動作空間，或是調節(jié)模具的總厚度， 以適應注射機的模具安裝厚度要求。 （2）結構形式 可以是平行墊塊或拐角墊塊，該模具采用平行墊塊。 （3）墊塊材料 墊塊材料為 Q235A，也可以用 HT200、球墨鑄鐵等。改套模具采用 Q235A 制造。 6）推板（180mm x 500mm，厚度 20mm） 材料為 45 鋼，其上的推板導套孔與推板導套采用 H7/k6 配合。用 M6 的內六 角圓柱螺釘與推桿固定板固定。 7）推桿固定板（180mm x 500mm，厚度 25mm） 鋼材為 45 鋼,其上的推板導套孔與推板導套采用 H7/f9 配合 7。 模架如圖（4.11）所示： 畢業(yè)設計（論文） 20 圖 4.11 模架 4.5 合模導向機構和定位機構 采用標準模架，模架本身帶有導向裝置，按模架規(guī)格選取即可。 4.5.1 導向機構的總體設計 1）導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部分，其中心至模 具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的精度，防止壓入導柱和導套后變形。 2）該導套采用 4 根導柱，其布置為等直徑導柱不對稱布置。 3）導柱安裝在支承板和模套上，導套安裝在定模固定板上。 4）為了保證分型面很好的接觸，導柱和導套在分型面處應只有承屑槽，在導 柱孔口倒角。 5）在合模時，保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致模具損壞。 6）動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。 4.5.2 導柱設計 1）采用帶頭導柱，加油槽，如圖 4.12 所示。 2）導柱長度必須比凸模端面高度高出 6mm 8mm。 3）為了使導柱能順利地進入導向孔，導柱端部常做成圓錐形的先導部分。 4）導柱的直徑應根據模具尺寸來確定，應保證有足夠的抗彎強度。 5）導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按 H7/k6 配合，導柱滑動部分按 畢業(yè)設計（論文） 21 H7/f7 或 H8/f7 間隙配合 7。 6）導柱工作部分的表面粗糙度為 0.2um。 7）導柱應具有堅硬耐磨的表面、不易折斷的內芯。多采用低碳鋼經滲碳淬火 處理或碳素工具鋼 T8A、T10A 經淬火處理，硬度為 50HRC 以上或 45 鋼經調質、 表面淬火、低溫回火、硬度為 50HRC 以上。 圖 4.12 導柱 4.5.3 導套設計 導套與安裝在另外一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，以 保證模具運動導向精度的圓套形零件。導套常用的結構形式有兩種：直導套、帶頭 導套。 1）采用帶頭導套，如圖 4.13 所示。 2）導套的端面應倒圓角，導柱孔最好做成通孔，利于排出孔內剩余空氣。 3）導套孔的的滑動部分按 H8/f7 H7/f7 的間隙配合，表面粗糙度為 0.4um。 導套外徑與模板一端采用 H7/k6 配合；另外一端采用 H7/e7 配合鑲入模板。 4）導套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，該模具中采用 T8A。 圖 4.13 導套 4.6 脫模推出機構的設計 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完 成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也常稱為推出機構。 4.6.1 脫模推出機構的設計原則 8 畢業(yè)設計（論文） 22 塑件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質量的好壞將最后 決定塑件的質量，因此，塑件的推出是不可忽視的，應遵循以下原則。 1）推出機構應近盡量設置在動模一側。 2）保證塑件不因推出而變形損壞。 3）機構簡單，動作可靠。 4）良好的塑件外觀。 5）合模時的準確復位。 4.6.2 塑件的推出機構 該套模具的塑件采用推板推出，推桿的形式為圓形。 1）推桿如圖 4.14 所示，共 8 根推桿。 圖 4.14 帶肩圓筒推桿 2）推桿應設置在脫模阻力大的地方。 3）推桿應布置均勻。 4）推桿應設在塑件強度、剛度較大的地方。 5）推桿直接與模板上的推桿空采用 H8/f8 間隙配合。 6）通常推桿裝入模具后，其端面應與型腔地面平齊或高出型腔底面 0.05mm0.10mm。 7）推桿與推桿固定板，通常采用單邊 0.5mm 的間隙，這樣可以降低加工要求， 又能在多推桿的情況下，不因各板上的推桿孔加工誤差引起軸線不一致而發(fā)生卡死 現象。 8）推桿的材料常用 T8、T10 碳素工具鋼，熱處理要求硬度 50HRC 以上，工 作端配合部分的表面粗糙度為 u=0.8um。 4.7 斜頂與抽芯機構設計 9 當在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內側或外側有孔、凹穴或凸臺時， 塑件就不能直接由推桿等推出機構推出脫模，此時，模具上成型該處的零件必須制 畢業(yè)設計（論文） 23 成可側向移動的活動型芯，以便在塑件脫模推出之前，先將側向成型零件抽出，然 后在把塑件從模內推出，否則就無法脫模。 4.7.1 側向分型與抽芯機構類型的確定 殼體內部的側凹需要用到抽芯機構，在這里運用斜頂抽芯。該塑件的側凹較淺, 所需的抽芯距不大,側凹的成型面積也不大,所以采用斜頂抽芯足夠.一般將主型芯和 滑塊位置設于動模，這樣在脫模過程中，側向分型時對塑件有限制側向移動的作用， 脫模比較順利。 4.7.2 斜頂的設計 斜頂設置在動模，有足夠的強度。斜頂中部用管位控制，底部固定在推桿固定 板上可以左右擺動。斜頂角度為 4 度。 4.7.4 各項尺寸的計算與校核 斜頂的相對位置以及脫模推出完成后的相對位置如圖所示。 圖 4.15 側向分型與抽芯分析 4.8 排氣系統設計 模板分型面上設置 1mm 深的排氣槽用于排氣，而且在成型殼體內腔的型芯上 設置了 12 推桿，排氣條件足夠。 4.9 冷卻系統的優(yōu)化設計 10 畢業(yè)設計（論文） 24 4.9.1 加熱系統 該套模具的模溫要求在 70 以下，又是小型模具，所以無需設置加熱裝置。C 4.9.2 冷卻系統 ABS 塑料注射到模具內的塑料溫度為 180 190 左右，而塑料固化后C 從模具型腔中取出時其溫度在 60 以下，熱塑性塑料在注射成型后，須對模具進 行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并可迅 速脫模。 ABS 的成型溫度和模具溫度分別為 180 190 、50 70 ，用常CC 溫水對模具進行冷卻。 1）冷卻介質 冷卻介質有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水比較多，因為冷卻水熱容量大、傳 熱系數大，成本低。用水冷卻，即使在模具型腔周圍或者內部開設冷卻水道。 2）冷卻系統的簡略計算 如果忽略模具因空氣對流、熱輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，不考慮模具 金屬材料的熱阻，可對模具冷卻系統進行初步的簡略計算。 （1）求塑料固化時每分鐘釋放的熱量 Q 查表得 ABS 單位質量放出的熱量 ，故2170/kJg10. .49QWkgjj 式中 W單位時間內注入模具中的塑料質量（kj/min） ，模具每分鐘注射 1 次。 （2）冷卻水的體積流量 (4.7)33127.490.581min()018(2)v kjqPC 式中 冷卻水的密度，為 ;3/gm 冷卻水出口溫度，取 25 ；1C 冷卻水進口溫度，取 20 ；2 C冷卻水的比熱容，為 4.187 ；/()kjg: （3）冷卻管道的直徑 為使冷卻水處于湍流狀態(tài),查資料取 d=8mm。 （4）冷卻水在管道內的流速 3220.5810.95/3()6vqmsd (4.8) 畢業(yè)設計（論文） 25 (5)冷卻水管道水孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數 查參考文獻中的表取 f =7.22,水溫為 25 時,因此C (4.9) 0.832()3.61679/()vhkjmhd: (6)冷卻管道的總傳熱面積 (4.10) 242.405.611679()QAh (7)模具上應開設的冷卻水孔數 （孔） (4.11) 45.023.14(8)(1)ndl 式中 l模珂長度，為 150mm. 4.9.3 冷卻裝置布置方案 理論上算得兩孔，型芯和型腔上各分布一方形水管，具體分布見裝配圖。 4.10 模具材料例表 表 4.7 該模具的選材及熱處理見表 零件名稱 材料牌號 熱處理 硬度 說明 型腔 718H 預硬化 36HRC-38HRC 保證加工后獲得較高的形狀和 尺寸精度,易于拋光 斜頂 T7A 淬火 52HRC-55HRC 型芯 718H 淬火 42HRC-54HRC 保證加工后獲得較高的形狀和 尺寸精度,沿脫模方向拋光 動定模座板 45 調質 230HB-270HB 墊塊 Q235 調質 230HB-270HB 支撐柱 S50C 調質 225HB-240HB 推板固定板 45 調質 230HB-270HB 主流道襯套 T10A 淬火 50HRC-55HRC 導柱導套 T10A 淬火 54HRC-58HRC 定位圈 45 調質 230HB-270HB 復位桿 45 淬火 43HRC-48HRC 畢業(yè)設計（論文） 26 5 模具裝配 5.1 塑料模具裝配的技術要求 塑料模具種類較多，結構差異很大，裝配的具體內容與要求也不同。一般注射、 壓縮和擠出模具結構相對復雜，裝配環(huán)節(jié)多，工藝難度大。其他類型的塑料模具結 構較為簡單。無論哪種類型的模具，為保證成形制品的質量，都應具有一定的技術 要求。 1）模具裝配后各分型面應貼合嚴密,主要分型面的間隙應小于 0.05mm;在模 具適當的平衡位置應裝有吊環(huán)或起吊孔;模具的外形尺寸、閉合高度、安裝固定及定 位尺寸、推出方式、開模行程等均應符合設計圖樣要求，并與所使用的設備條件相 匹配，模具應有標記，各模板應打印順序編號及加工與裝配時使用的基準標記。 2）導向或定位精度應滿足設計要求，動、定模開合運動平穩(wěn)，導向準確，無卡 阻、咬死或刮傷現象，安裝精定位元件的模具時，應保證定位精度、可靠，且不得 與導柱、導套發(fā)生干涉。 3）成型零件的形狀與尺寸精度及表面粗糙度應符合設計圖樣要求，表面不得有 碰傷、劃痕、裂紋、銹蝕等缺陷；拋光方向應與脫模方向一致，成形表面的文字、 圖案與脫模方向一致；活動成形零件或鑲件應定位可靠。配合間隙適當，活動靈活， 不產生溢料。 畢業(yè)設計（論文） 27 4）澆注系統表面光滑，尺寸與表面粗糙度符合設計要求。 5）推出機構應運動靈活，工作平穩(wěn)、可靠；推出元件不應承受側向力；既不允 許放生溢料，也不得有卡阻現象。 6）側向分型與抽芯機構應運動靈活、平穩(wěn)；斜導柱不應承受側向力；滑塊鎖挈 應固定可靠，工作時不得產生變形。 7）模具加熱元件應安裝可靠、絕緣安全、無破損，能達到設定溫度要求；模具 冷卻水道應通暢，無堵塞，連接部位密封可靠。 5.2 塑料模具裝配過程 塑料模的總裝過程因模具結構的不同而不同,但其主要的總裝配順序不變,具體 如下: 1）確定裝配基準。 2）安裝導柱導套和型芯、型腔并使間隙均勻。 3）安裝側抽芯機構和推出機構等。 4）其他零件的裝配。 5）檢驗、試模。 下面以裝配圖上的編號為準，裝配時以導柱、導套為基準件，裝配過程如下。 5.2.1 裝配動模部分 1)裝配模仁、型芯 先把圓柱型芯 12 和長方塊型芯 09 壓入動模仁 16，使 09 和 11 的底部與 16 持 平，并高出 12 有 0.01-0.02mm 的間隙，以防止型芯松動。再把動模仁 16 放入動 模板并壓平，用穿過動模板的內六角螺絲把模珂吃緊在動模板上。 2)裝配推出機構 推板放在動模固定板上，將推桿套裝在固定板上推桿孔內并穿入型芯固定板的推 桿孔內，在套裝到推板導柱上，使推板和推桿固定板重合。在推桿固定板板螺孔內 涂紅丹粉，將螺釘孔復印到推板上。然后，取下推板固定板，在推板上鉆孔攻絲后， 重新合攏并擰緊螺釘固定。裝配后，進行滑動配合檢查，經調整使其滑動靈活，無 卡阻現象。最后，將卸料板拆下，把推板放到最大極限位置，檢查推桿在型芯固定 畢業(yè)設計（論文） 28 板上平面露出的長度，將其修磨到與型芯固定板上平面平齊或低 0.02mm。 5.2.2 裝配定模部分 總裝配前澆口套、導套都已裝配結束并經驗合格。裝配時，將定模板套在導 柱上并與已裝澆口套的定模座板合攏，找正位置，用平行夾頭夾緊，以定模座板上 的螺釘孔定位，對定模板鉆錐窩，然后拆開，在定模板上鉆孔、攻絲后重新合攏， 用螺釘擰緊固定，最后鉆、鉸定位銷釘孔打入定位銷釘。 經以上裝配后，要檢查定模板和澆口套的澆道錐孔是否對正，如果在接逢處有 錯位，需要進行鉸削修整，使其光滑一致。 總 結 從老師手里拿到課題和電熱水壺的蓋子實體塑件時，雖然在學校就學過 CAD 軟件，但用起來非常不熟練，只好停下來看別人是如何設計的并查閱了很多需要用 到的圖形，然后再試著自己設計。那段時間是很痛苦的，每前進一步接觸到的都是 陌生的知識，心里沒有底；但也是快樂的，因為每天都能解決新問題學到新東西。 當我把裝配圖畫好以后，我的 CAD 繪圖技巧和速度已經飛速前進。現在想來會用繪 圖軟件跟熟練操作有段很長的距離，只有在實戰(zhàn)中才能逼著自己去努力學習掌握。 所有的圖紙都設計完成后，我就開始寫說明書，開始不知道如何著手，心里想 了很多版本但總感覺很多地方寫不出來，最后只好查閱以前的專業(yè)書和指導老師給 的資料，并參照塑料模具設計指導里面的范例把論文提綱擬好，接著就一張一 張充實內容，很多地方用到塑料成型工藝和金屬選材以及加工工藝，這些都從書上 查找，逼著自己認真看了回書。 本次畢業(yè)設計是我們大學所學知識做的一次總測驗，是鍛煉也是檢驗自己所學 并掌握運用知識的能力，是我們高等院校學生的最后的學習環(huán)節(jié)，通過這次設計， 畢業(yè)設計（論文） 29 我學到了許多原來未能學到的東西，對過去沒有掌握的知識得到了更進一步鞏固。 獨立思考，綜合運用所掌握理論知識的能力得到很大的提高，學會了從生產實際出 發(fā)，針對實際課題解決實際問題，掌握了綜合使用各種設計手冊、圖冊、資料的方 法，提高了電腦繪圖水平，也是為我們即將參加工作所做的必要準備，打下基礎， 更是我們四年機械設計制造及其自動化專業(yè)知識的一次綜合。 本次設計也暴露了我們不少的缺點和問題：對于所學知識還沒有做到仔細、認 真消化，許多方面還是只有一個大概的認識，沒有深入探討，對實際事物沒有深刻 得了解，沒有做到理論聯系實際，沒有達到對所學的知識熟練運用的水平。這也從 一個側面反映出我們設計經驗不足，思維不夠開拓，不夠靈活。從而是我得出一個 結論：無論是現在還是以后走上工作崗位，還是再深造，都應該虛心向老師和前輩 們學習，從而不斷完善自我，提高自我水平。 參考文獻 1林清安. Pro/ENGENEER 2.0 模具設計M. 北京：清華大學出版社，2004. 2林清安. Pro/ENGENEER 2.0 零件設計基礎篇M. 北京：清華大學出版社，2004. 3 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設計M.北京: 機械工業(yè)出版社，1995. 4 伍先明. 塑料模具設計指導M. 北京：國防工業(yè)出版社，2006. 5 唐志玉. 模具設計師指南M. 北京：國防工業(yè)出版社，1999. 6 塑料模設計手冊編寫組. 塑料模設計手冊M. 北京：機械工業(yè)出版社，1994. 7 廖念釗. 互換性與技術測量M. 北京：中國計量出版社，1991. 8 模具制造手冊編寫組. 模具制造手冊M . 北京：機械工業(yè)出版社,1996. 9馬金駿. 塑料模具設計M. 北京：中國科學技術出版社，1994. 10夏巨諶,李志剛.中國模具設計大典M. 北京：機械工業(yè)出版社，2002. 11張榮清. 模具制造工藝 M. 北京：高等教育出版社，2006. 畢業(yè)設計（論文） 30 致 謝 回想大學的學習生活，在這里我獲得了知識，學會了學習，也懂得了如何利用 學到的知識去為社會做貢獻,而這些都是我辛勤的老師教予我的。在此，對所有在學 習上、生活上給過我?guī)椭睦蠋煴硎局孕牡母兄x，感謝您們孜孜不倦的教導，感謝 您們教會了我如何學習、如何做人、如何做事！ 本次設計即將完成，我的心情卻無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成， 有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！ 在這里首先要感謝我的指導老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的 每個階段從課題的選擇、論文的撰寫到中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個 過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是老師仍然細心地糾正 圖紙中的錯誤。從他的身上，我學習到的不僅僅是專業(yè)知識，更重要的是他淵博的 學術知識、嚴謹的治學態(tài)度、認真負責的工作態(tài)度和待人以誠的寬廣胸懷，使我受 益匪淺，必將對我以后的學習和工作產生巨大的影響，在此向他致以誠摯的謝意！ 其次要感謝同學們給我?guī)椭椭С?在設計中遇到的困難,他們會熱心的給我排 憂解難;遇到不能解決的問題,大家一起討論. 畢業(yè)設計（論文） 31 然后還要感謝我的母校對我的大力栽培,感謝大學所有的老師，為我們打下機械 專業(yè)知識的基礎；正是因為有了這些專業(yè)知識此次畢業(yè)設計才會順利完成。 最后感謝我的父母，他們辛勤地工作才讓我有機會坐在這里享受教育,他們豁達 的性格也影響著我從容面對人生。 目錄 1 緒論 .1 1.1 我國塑料模具業(yè)發(fā)展現狀及方向 .1 1.2 PRO/E 簡介及在模具設計中的應用 .4 2 電熱水壺的蓋子設計及其成型工藝的分析 .5 2.1 塑件分析 .5 2.2 塑料的選材及性能分析 .5 2.3 ABS 塑料的注射過程及工藝 .7 2.4 ABS 的主要缺陷及消除措施 .8 3 模具設計方案的確定 .10 3.1 分型面方案的確定 .10 3.2 型腔數量確定 .11 4 模具設計 .12 4.1 注塑機選型 .12 4.2 模具澆注系統設計和澆口的設計 .15 4.3 成型零件工作尺寸的設計和計算 .17 4.4 模架的確定和標準件的選用 .19 4.5 合模導向機構和定位機構 .21 4.6 脫模推出機構的設計 .22 4.7 斜頂與抽芯機構設計9 .23 4.8 排氣系統設計 .24 4.9 冷卻系統的優(yōu)化設計 .24 4.10 模具材料例表 .26 畢業(yè)設計（論文） 32 5 模具裝配 .27 5.1 塑料模具裝配的技術要求 .27 5.2 塑料模具裝配過程 .27 總 結 .29 參考文獻 .30 致 謝 .31