注塑模具毕业设计说明书(蹇学敏)

摘要

通过对液晶电视后面板塑件的设计分析，设计出该塑件的模具。在整个模具设计过程中，涉及到了塑件的结构设计、注塑机和模架的选择及注塑机的一些重要工艺参数的校核，并详细叙述了模具设计中的分型面设计、侧抽芯结构设计、成型零件设计、斜顶机构设计、顶出机构设计和冷却系统设计。在模具设计过程中，采用了UG、AutoCAD、Moldflow等设计、分析软件和插件进行设计分析，优化了设计的参数并缩短了设计时间，提高了设计效率。通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。

关键词：注塑模具设计；侧抽芯；UG

Abstract

The plastic mold is designed after the design and analysis of the plastic part––the W alkman clamp. In the whole process, the design of the the back cover, mold flow anal ysis, the choosing of the injection machine and mold base , and the checkout of some important technics parameters of the injection machine are all referred to. In this process,parting surface design, injection system design, molding parts design, ejection system design and cooling system design are discussed detailedly. Finally, to give a brief description of the basic process of mold design. In the mold design process, the design or analysis softwares including UG, AutoCAD and Moldflow are used. Using these softwares optimizes the parameters cuts down the design time and makes the process efficient. Through the whole design process, I am able to use the popular design or analysis softwares proficiently. I learn how to choose some parameters by calculating or by means of some experiences, and I learned more knowledge of the plastic mold.

Key words:Injection mold design, Side core-pulling , UG

目录

第一章绪论 (4)

1.1 本课题的目的和意义 (4)

1.2 我国塑料模具的现状和发展趋势 (4)

第二章制件的工艺性分析 (6)

2.1 产品结构和材料性能 (6)

2.2 成型特性和条件 (7)

2.3 结构工艺性 (7)

2.4 零件体积质量估算 (8)

2.5 液晶电视后面板注塑工艺参数的确定 (9)

2.6 初选注射机的型号和规格 (10)

2.7 本章小结 (11)

第三章液晶电视后面板注塑模具的结构设计 (12)

3.1 分型面的选择 (12)

3.2 确定模具的基本结构 (12)

3.3 选取模架以及模具材料的确定 (12)

3.4 浇注系统与排气系统的确定 (13)

3.4.1浇注系统设计 (14)

3.4.2 排气系统设计 (16)

3.5 注塑模具成型零部件设计 (16)

3.5.1 模具型芯、型腔的结构设计 (17)

3.5.2 成型零部件工作尺寸的计算 (17)

3.6 合模导向机构与支撑部件的设计 (20)

3.6.1 导柱导向机构的设计 (20)

3.6.2 支撑部件的设计 (22)

3.7 顶出脱模机构与侧向抽芯机构的设计 (25)

3.7.1 脱模力的计算 (25)

3.7.2 顶杆顶出机构的设计 (26)

3.7.3 滑块与滑块槽的设计 (26)

3.7.6 斜顶机构的设计与计算 (30)

3.8注射模温度调节系统设计 (31)

3.8.1 冷却系统设计原则 (31)

3.8.2 冷却系统的简单计算 (32)

3.8.3 冷却水面积 (33)

3.9 本章小结 (34)

第四章注塑成型数值模拟与分析 (35)

4.1 注塑成型过程简介 (35)

4.2 产品最佳浇口位置分析 (35)

4.3 冷却系统建模 (36)

4.4 注塑过程CAE结果分析 (37)

4.4.1 充填时间分析 (37)

4.4.2 锁模力分析 (37)

4.4.3 填充结束时的压力分析 (38)

4.5 本章小结 (39)

第五章注塑成型有关参数的校核 (40)

5.1 注塑机参数校核 (40)

5.2 注塑机锁模力校核 (40)

5.3 模具闭合高度的校核 (40)

5.4 开模行程校核 (40)

5.5 本章小结 (41)

第六章模具的工作原理及安装 (42)

6.1 模具的工作原理 (42)

6.2 模具的安装 (42)

设计总结 (43)

致谢 (44)

参考文献 (45)

附录 (47)

第一章绪论

1.1本课题的目的和意义

随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。如今液晶电视是家庭必备的电子设备，液晶电视已经成为当前消费者的主流购买产品。而伴随着同质化日益严重，竞争愈来愈白热化，高性能低成本的高清液晶电视成为市场的必然需求。液晶电视后面板是由注塑模具生产制造出来的，所以本课题主要针对现有的液晶电视机注塑模具整体考虑后，进行优化设计与改造。通过在结构、顶出设计、生产周期方面进行技术优化，为实现高效率液晶电视注塑生产的系统化整体研究与实现提供基础。从这次毕业设计可以得到以下几方面的能力培养：1.培养我们树立正确的设计思想、设计构思和创新思维，掌握简单塑料模具设计的一般程序规范和方法。2.培养我们树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，为将来自己从事本专业工作打下一个良好的实践基础。3.培养我们进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

1.2我国塑料模具的现状和发展趋势

塑料制品在日常社会中得到广泛利用，模具技术己成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。国内注塑模在质与量上都有了较快的发展。但是与国外的先进技术相比，我国还有大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。

关于全国塑料加工业区域分布，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居前列，浙江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到70％。现在，这3个省份的不少企业已意识到塑模业的无限商机，正积极组织模具产品的开发制造。

塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具。

目前，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。2005年模具出口7.4亿美元，比2004年的4.9亿美元增长约50％，均居世界前列。2006年，我国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。除自产自用外，市场销售方面，

2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为73.5%[1]。在我国，广东、上海、浙江、江苏、安徽是主要生产中心。广东占我国模具总产量的四成，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。

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己超过50吨，最精密的注塑模具精度己达到2微米。制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，以 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，特别是汽车、家电等工业快速发展，使得注塑模的发展迅猛[2]。

整体来看我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很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。

第二章制件的工艺性分析

2.1 产品结构和材料性能

如图2.1和2.2所示为液晶电视后面板立体图，材料为PP，外观黑色，精度等级一般（7级精度）。PP塑胶原料，化学名称：聚丙烯，具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆、不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0. 90—0. 91g/cm3，是目前所有塑料中最轻的品种之一。成型性好，但因收缩率大(为1%-2.5%）。厚壁制品易凹陷，对一些尺寸精度较高零件，还难于达到要求，制品表面光泽好，易于着色。聚丙烯的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能。它有较高的介电系数，且随温度的上升，可以用来制作受热的电气绝缘制品。PP有很多有用的性能,通过添加冲击改性剂，可以提高其抗冲击性能[3]。它一直是增长最快的主要热塑性塑料，它在热塑性塑料领域内有十分广泛的应用，特别是在纤维和长丝、薄膜挤压、注塑加工等方面。

图2.1 制件外形内侧

图2.2 制件外形外侧

2.2 成型特性和条件

（1）结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。（2）流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔，凹痕，变形。（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度。料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易发生翘曲变形[4]。（4）塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。

2.3 结构工艺性

1.塑件尺寸形状大小和精度分析

制件结构图如图所示，制件为中大型壳盖件，长550.7mm，宽347.5mm，高47.3mm。制件内侧有长凸台、内侧凸台，外侧有侧孔、凹槽，形状复杂。而制件要求精度一般，采用IT7精度。

2.塑件的表面质量分析

该塑件要求外观光洁、色彩艳丽，塑件表面粗糙度无特殊要求。

3.塑件结构工艺性分析

从图纸上看，该塑件的外形为四方壳，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。由于该塑件有侧孔和内凸，所以需要考虑侧向分型抽芯装置和斜顶机构。为使塑件顺利脱模，可在塑件内部处增设1°～2°的拔模斜度。

综上所述，该塑件可采用注射成型加工。

图2.3 主视图

图2.4 A-A视图

图2.5 俯视图

2.4 零件体积质量估算

借助于UG 6.0软件，直接测量出单个塑件的体积V=584.34cm3。初选一模一腔，根据制件体积大约占总体积百分之八十计算，算得总体积大约为730.425 cm3。PP近似密度为0.91g/ cm3 ，算得近似质量为M=664.69g。

图2.6 利用UG测量制件体积

2.5液晶电视后面板注塑工艺参数的确定

塑件材料为PP，查阅相关资料可得下表数据。

表2.1 PP塑料的注射工艺参数[5]

注射机类型螺杆式

螺杆转速30～60r/min

喷嘴形式直通式

喷嘴温度170～190 ℃

料桶前端温度180～200 ℃

料桶中段温度200～220 ℃

料桶后段温度160～170 ℃

模具温度40～80 ℃

MP

注射压力70～120a

MP

保压力50～60a

注射时间0～5s

保压时间20～60s

冷却时间15～50s

成型周期40～120s 以上参数在试模时可以做适当调整。

2.6 初选注射机的型号和规格

注塑模具是安装在注射剂上进行注射成型生产的，设计注塑模具时，首先需要确定模具的结构、类型和一些基本的参数与尺寸，如模具的型腔个数、需要用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要用的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等。这些数据都与注射机的有关性能参数密切相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此必须对有关数据进行校核，并用来指导设计模具与注射机选型。

（1）计算塑件体积和重量

塑件体积：

g

V=584338.9612mm3=584.34cm3

塑件的质量计算：查有关手册，取PP的密度为ρ=0.91g/cm3,所以塑件的质量为M=V ×ρ=584.34×0.91g/cm3=664.69g。

（2）确定型腔数量

由于塑件的内孔较多，体积较大，且存在较多斜顶机构和侧抽芯机构，故不宜采用太多型腔数目，而决定采用一模一腔。

（3）确定注射成型的工艺参数

根据以上所计算的结果，可选择设备型号、规格、确定型腔数。注射机的额定注射量为Vb，每次的注射量不超过它的80%，即:

n=(0.8V

b -V

j

)/Vg (2.1)

式中 n—型腔数；

Vj—浇注系统的体积；

Vg—塑件体积。

根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积: V

j

=11.78cm3

由于该塑件外形较大，且需要比较复杂的斜顶机构和两个侧抽芯机构，因此采用一模一腔，即n=1,则:

Vb=(nVg+Vj)/0.8= 745.153

cm

（4）确定成型设备

根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、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SX—ZY-1000型螺杆式注射机。记录下SX—ZY-1000型螺杆式注射机的主要技术参数，见下表：

表2.2 SX—ZY-1000型螺杆式注射机的主要技术参数[6]

序号主要技术参数项目参数数值

1 最大注射量/cm31000

2 注射压力/MPa 121

3 锁模力/kN 4500

4 动、定模模板最大安装尺寸/（mm×mm）900×1000

5 最大模具厚度/mm 700

6 最小模具厚度/mm 300

7 注射行程/mm 260

8 喷嘴前端球面半径/mm 16

9 喷嘴孔直径/mm 11

10 定位圈直径/mm 120

11 模板最大行程/mm 700

12 最大成型面积/mm 1800

13 最大开合模行程/mm 700

14 注射速率/cm3/s 570

2.7 本章小结

本章从产品的结构与材料的分析入手，首先确定模具的基本结构形式，包括侧抽芯、斜顶个数的大致判断和成型设备的选定，初步构想产品成型方案。

第三章液晶电视后面板注塑模具的结构设计

3.1 分型面的选择

分型面是指分开模具取出制品的界面。分型面的类型、形状及位置选择的是否恰当，设计是否合理，不仅直接关系到模具结构的复杂程度，而且对制品的注射成型质量和生产操作等都有影响。

选择分型面的原则：（1）不应影响制品外观；（2）有利于制品脱落；（3）不应影响制品的尺寸精度；（4）应尽量减少模腔在分型面上的投影面积；（5）应使模具加工更加容易；（6）应尽量减小脱模斜度给制品大小端尺寸带来差异；（7）应使模具结构与注射机相适应。

根据上述原则，液晶电视后面板注塑模具的分型面如图所示：

图3.1 分型面

3.2 确定模具的基本结构

模具结构形式的确定要从模具的各个子系统及生产实际的多个方面中和进行考虑，如模具为几板模、采用什么浇注系统、有无侧抽芯及斜销机构或是其他特殊机构、是否需要对模具进行机械控制，以及定出机构和冷却系统的布置等各个方面。通过综合考虑和深入研究，我对液晶电视后面板模具结构做了如下几个结构形式的确定：（1）基于该产品较大，形状较为复杂，确定模具结构形式为一模一腔的结构；（2）考虑到产品表面粗糙度要求不高，模具结构的简化，采用两板式模具；（3）产品左侧有两个大型侧孔，需要增加两个侧向抽芯机构；（4）产品内表面有14组悬置小型凸台，而产品为壳盖件，故选择使用斜顶作为内抽芯机构，也有顶杆的作用。

3.3 选取模架以及模具材料的确定

塑料注射模架已经标准化和系列化了，因此，在设计时只需要根据塑件的结构和尺寸直接选用就可以了。选用标准模架具有一下优点：简单方便，买来即用，不用存库；降低模架成本；简化了模架的设计和制造，缩短了生产周期，提高了模具中易损坏零件的互换

性，便于模具的维修。

根据塑件和型腔的大小及成型板的要求，并考虑斜导柱的安装空间和滑块的导滑长度，以及注射机的技术参数，初选模架型号为LKM-SG 8080系列模架[7]。模具总装三维图如下所示：

图3.2 模具总装三维图

模架是根据模具尺寸经选择后从外订购，但任然需要加工后处理，如钻顶针孔、钻水道、攻丝等等。模板尺寸、材料及热处理工艺见下表。

表3.1 模板的尺寸、材料及热处理[8]

名称尺寸材料规格热处理

支撑块（mm×mm

×mm）120×800

×180

45钢GB/T12556.1-1990 调质处理，硬度

（230-270）HBS

定模板（mm×mm

×mm）800×800

×150

45钢GB/T12556.1-1990 调质处理，硬度

（230-270）HBS

动模板（mm×mm

×mm）800×800

×90

45钢GB/T12556.1-1990 调质处理，硬度

（230-270）HBS

推杆固定板（mm

×mm ×mm ）

550×800×50 45钢 GB/T4169.8-1984 调质处理，硬度（230-270）HBS 推板（mm ×mm ×

mm ）

550×800×40 45钢 GB/T4169.8-1984 调质处理，硬度（230-270）HBS 支撑板（mm ×mm

×mm ）

800×800×120 45钢 GB/T4169.8-1984 调质处理，硬度（230-270）HBS 面板（mm ×mm ×

mm ） 800×900×40 45钢 GB/T12556.1-1990 调质处理，硬度（230-270）HBS

3.4 浇注系统与排气系统的确定

3.4.1浇注系统设计

浇注系统的作用是：（1）在注塑时将熔体平稳而均衡地引入模腔，同时使腔内气体及时顺利排出。（2）冷却凝固时，将压力有效地传递到型腔各个部位，以获得形状完整、质量优良的塑件制品。

浇注系统设计原则：（1）应与塑料的成型特性相适应；（2）应有利于良好的排气；（3）熔体的流程应尽可能短；（4）防止型芯变形和嵌件位移；（5）应使浇注系统凝料与塑件易于分离；（6）便于修整浇口和保证塑件外观质量；（7）防止制品变形和翘曲；（8）合理设计冷料穴；（9）尽量减少塑料消耗。

液晶电视后面板材料为PP ，所适应的浇口形式有直接浇口、侧浇口、点浇口，而模具为一模一腔，两板式结构，故选择直接浇口。浇口位置分析在第四章有介绍。

1.主流道尺寸的设计

（1）主流道的小端直径

D=注射机喷嘴直径+（0.5～1）=2+（0.5～1），取D=2.5mm 。

（2）主流道的球面半径

R S =注射机喷嘴球头半径+（1～2）=14+（1～2）

，取R S =15.5mm 。 （3）球面的配合高度

h=3mm ～5mm,取h=3mm 。

（4）流道长度

L =150mm 。

（5）主流道大端直径

2D =D+2L αtan =12mm （半锥角 2=α ）

2.定位圈及浇口套的设计

根据上述数据和注射机的型号选择合适的浇口套和定位圈。浇口套与固定板之间的配合关系为H7/m6。

定位圈结构如图所示：

图3.3 定位圈

浇口套结构如图所示：

图3.4 浇口套

3.5 定位圈与浇口套的装配示意图

3.4.2 排气系统设计

常用排气方式：（1）利用分型面排气；（2）利用配合间隙排气；（3）开设排气槽；（4）利用排气销排气；（5）强制性排气；

排气槽设计原则：

（1）排气要迅速、完全，排气槽的排气速度要与充模速度相适应；

（2）排气槽应尽量开设在制品较厚的成型部位；

（3）排气槽应尽量开设在分型面上，但排气槽溢料产生的毛边应不妨碍制品脱模；

（4）排气槽应尽量开设在型腔中最后被充满的部位；

（5）应尽量开设在凹模一侧；

在该模具中，可以利用主分型面、侧向滑块分型面以及排气槽排气。由于该产品采用PP材料，故排气槽深度为0.01—0.02mm。排气槽的宽度w=1.5—6mm，始端槽长度小于2mm，排气槽的分布以及形状如图所示。

图3.6 排气槽分布

3.5注塑模具成型零部件设计

通常将构成模腔的所有模具零部件统称为成型零部件，主要包括动模、定模、型芯、型环等。

3.5.1 模具型芯、型腔的结构设计

根据塑件的大小和结构特点，型腔采用整体式结构，分别固定在动、定模固定板上，如图所示。其特点是结构简单、牢固可靠、不易变形，制品表面不会带有接缝的溢料痕迹。

图3.7 型芯结构示意图

图3.8 型腔结构示意图

3.5.2 成型零部件工作尺寸的计算

成型零部件中与塑料接触并决定制品几何形状的各部分尺寸，称为工作尺寸，它决定着塑件制品的相关尺寸，因此要想获得较高尺寸精度的塑料制品，就必须对成型零部件的工作尺寸进行精确的设计计算[9]。

工作尺寸又包括型腔尺寸、型芯尺寸、和中心距尺寸。它们可分别采用三种不同的方法进行设计计算。在计算之前，有必要对他们的标注形式及偏差分布做如下规定。

（1）外形尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值；

（2）内形尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值；

（3）中心距尺寸均采用双向等值正、负偏差，它们的基本尺寸均为平均值。

目前，成型零件的工作尺寸主要用两种方法计算，一种称为平均值法，另一种称为公差带法。对平均收缩率较小的塑件一般采用平均值法[10]。PP 材料的收缩率在1%-2.5%，其平均收缩率S c =1.25%。

①型腔尺寸的计算

其工作尺寸属于包容尺寸，尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。

长度方向尺寸计算公式：

σ

+???

??????? ??-+=0431）（塑K L L

（3.1） 宽度方向尺寸计算公式：

σ

+???

??????? ??-+=0431）（塑K S S

（3.2） 高度方向尺寸计算公式：

()σ

+???

??????? ??-+=0321K H H 塑

（3.3）

其中: 塑L —塑件外形最大长度方向尺寸，塑L =550.7mm ；

塑S —塑件外形最大宽度方向尺寸，塑S =347.5mm ；

塑H —塑件高度方向的最大尺寸，塑H =47.3mm

K —塑件的平均收缩率0.0125；

?—塑件的尺寸公差；

σ—模具制造公差,取塑件尺寸公差的1/3-1/6；

计算结果如下：

L=550.7(1+0.0125)-3/4×1.00=556.8mm

S=347.5(1+0.0125)-3/4×1.00=351.1mm

H=47.3（1+0.0125）-2/3×0.64=47.5mm

②型芯尺寸的计算

其工作尺寸属于被包容尺寸，尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。

长度方向尺寸计算公式：