模具毕业设计60刷座注塑模设计

毕业设计（论文）说明书

题目刷座注塑模设计

学生

系别机电工程系

专业班级材料成型控制 2班

学号

指导教师

第一章概述

毕业设计附图

名称：刷座注塑模

材料：硬PVC

技术要求

1.收缩率0.6%

2.未注公差尺寸按sj1372-78.8级

3.大批量生产。

摘要

注射成型加工质量的优劣是塑料加工业技术发展水平的标志之一，同时反映了模具设计和制造的水平。详细介绍了刷座注塑模具设计的整个过程。首先通过对塑件的结构和成型工艺分析，确定塑件的分型面与浇口结构；然后再进行模具零件设计，如成型零件、脱模机构等等。同时在整个设计过程中，还要通过计算机辅助工具CAD/CAE进行设计。重点阐述如何利用CAE软件，将注射成型中塑料熔体在型腔内充填模拟，通过对模拟结果的分析与评判，有效预防了原模具设计方案用于实际生产时可能出现的问题，以生产出合格的产品。而在结构设计方面，重点阐述了齿轮齿条抽芯机构设计要点，模具结构紧凑、合理。

关键词：注塑成型、注塑模设计、工艺分析

第一章概述

ABSTRCT

Injection molding procesing quality is the one of symbols of the quality that plastic procesing industry and technogical devlepment.also deflected the mold design and manufacturing level.Details on the entire procesing of the Brush Block Injection Mold Design.At the first,the structure of the parting line and sprue was determined based on the analysis of the structure and forming technology of the plastic.Then design for the mold parts,such as molding parts,demoulding mechanism,and so on.At the same time throughout the design process, through the computer aided design CAD and CAE tools.Details on how to use CAE tool.For simulating the filling process of plastic melts in the cavity of injection moulds. The analysis on the analog result can help effectively modify the design scheme and prevent the problems that may occur in the production And in the design of structure,The key points in designing the side core-pulling mechanism with gears and rack were stated in detail. The mould is compact in structure and effective in operation.

Keywords:Injection Molding,Design of injection mould,Technique analysis.

目录

第一章概述……………………………………………………………………………1.

1.1国际、国内塑料模具成型发展概况 (1)

1.2塑料模具设计方法主要发展方向 (3)

1.3毕业设计课题资料查询 (3)

1.4毕业设计思想简述 (7)

第二章塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 (8)

2.1成型塑料制件结构工艺性分析 (8)

2.2塑件三维CAD建模及CAE分析 (9)

2.3根据CAE分析结论进行模具工艺设计 (14)

第三章选择注射机及注射机工艺参数校核 (27)

3.1注塑机的技术规范 (27)

3.2注塑压力的核核（可计算、可应用CAE分析结论） (28)

3.3锁模力的校核 (29)

第四章模具设计 (30)

4.1确定标准注塑模架 (30)

4.2模具成型零件设计 (30)

4.3型腔成型尺寸计算 (31)

4.4型腔壁厚计算和强度校核 (34)

4.4脱模机构设计 (34)

4.5模具主要连接、定位、导向件设计 (37)

4.6模具冷却系统设计 (40)

第五章绘制模具图 (41)

5.1绘制总装结构图 (43)

5.2绘制重要零件图 (43)

5.3校对、审图 (43)

5.4模具设计的标准化问题 (44)

第六章结论 (45)

参考文献 (46)

致谢 (47)

附件A (48)

附件B (49)

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第一章概述

1.1国际、国内塑料模具成型发展概况

模具在我国古代历史上就有了记载，可以说发展的历史非常悠久，但是如今，我国的模具技术却滞后国外尤其是发达国家几十年了。继美国之后，日本成为世界上第二大模具供应国和世界上最大的模具出口国。如果在国际上分析模具统计数据，可以看到根据数据的来源不同，相应的定义与分类均有所不同。1996年的一项国与国之间模具贸易的研究显示了，美国以29.86亿美元的贸易额排名第一，日本以21.25亿美元排名第2位，德国以13.2亿美元排名第3位。根据ISTMA日本分部的报告（1998.5），日本模具贸易额在1996年达到4401.4亿日元，1997年达到5447.44亿日元。

近年来，中国塑料工业年均增长速度达到10%以上，塑料制品年产量位居世界第二。塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材、汽车、家电、电子、交通等领域发展迅猛，掀起了一股投资热潮。

行业分析塑料模具在高技术驱动和支柱产业应用需求的推动下，形成了一个巨大的产业链条，从上游的材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业，塑料模具发展方兴未艾。

汽车、摩托车工业

汽车、摩托车工业是国民经济五大支柱产业之一。2004年中国汽车产销量均已超过500万辆，业界人士甚至用“井喷”来形容。从产业经济发展规律看，中国的人均GDP水平正处于1000美元-3000美元阶段，经济学家称之为“经济起飞期”，这种内在强劲的经济内需使汽车模具潜在市场巨大。据估计，汽车、摩托车行业每年需要100多亿元的模具。而中国大型精密模具的制造能力不足，目前中高档轿车的覆盖件模具几乎全部为进口产品。大中型内外饰件塑料模具也是需求的重点。发展科技含量高的大型精密汽车覆盖件模具和大中型内外饰件塑料模具是今后的重要工作。

随着中国汽车时代的到来以及中国摩托车出口的快速增长，以塑料替代木材和金属，会使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量大增，尤其是新材料及新成型技术的出现，使得塑料制品在汽车工业中的消费量日益增加。在一定意义上说，汽车塑料制品的用量能反映一个国家汽车工业的发展水平。德国每辆汽车平均使用塑料制品已经达到了近300公斤，占汽车总消费材料的22%左右，是世界上采用汽车塑料零部件最多的国家。日本每辆汽车平均使用塑料100公斤，约占汽车材料消费总量的7.5%。如日本一

第一章概述

家公司开发销售的新型汽车，除座椅外，车顶、装潢材料、仪表盘等内饰件全部采用塑料制造。当前，汽车塑料制品的应用趋势已由普通装饰件发展到结构件、功能件，塑料原料的使用也由普通塑料（多用于汽车内饰件）扩展到强度更高、耐冲击性更好的复合材料或塑料合金。可以说，随着塑料材质及其成型技术与工艺的提高，塑料搭上飞驰的汽车，必然引来汽车塑料模具的大发展。

建筑、建材工业

建筑业是国民经济的支柱产业，今后5-10年中国建筑业会有更大的发展，将成为中国市场新的消费热点和经济增长点，并带动化学建材业的发展。由于国家已禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计2010年全国新建住宅室内排水管的80%及城市供水管的50%将采用塑料管。同时国家正在大力发展塑料门窗，预计2010年塑料门窗的普及率将达到30%-50%。

20世纪80年代以来，中国塑料门窗及给排水管件，在引进设备和技术的基础上，经过技术消化与开发迅速发展起来。“十五”期间，塑料管道、塑料门窗、新型防水材料更成为化学建材产业的发展重点。

塑料建材不仅能大量替代钢、木和传统建材，而且具有节能、节材、保护生态、改善居住环境、提高建筑功能与质量、降低建筑自重、施工便捷等优点，将在今后得到越来越多的应用，预测2005年建筑用塑料制品将达到约400万吨。

化学建材挤出模具是用于生产新型化学建材的关键工艺装备，主要包括塑料异型材挤出模具、塑料管件模具、低发泡成型挤出模具等。其技术性能的高低直接影响着新型化学建材的质量与产量。塑料异型材挤出模具主要用于生产塑料门窗型材。据资料介绍，塑料门窗在德国门窗市场的份额高达80%，其它西欧国家市场份额也达到30%～40%，中国目前正在大力推广塑料门窗。管件模具是加工难度较大的注塑模，用于生产城市建筑中塑料给排水管件。

预期塑料建材模具需求量将有较快增长，各种异型材挤出模具、塑料管材管件模具将成为模具市场新的经济增长点。

家电行业

家电行业所需模具量年增长率约为10％。一台电冰箱约需模具350副，价值约4000万元；一台全自动洗衣机约需模具200副，价值3000万元；一台空调器仅塑料模具就有20副，价值150万元；单台彩电大约共需模具约140副，价值约700万元，仅彩电

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模具每年就有约28亿元的市场。随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。汽车工业近年来增长速度惊人，因此汽车模具潜在市场巨大。每一种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元，而我国大型精密模具的制造能力不足。据介绍，目前我国高档轿车的覆盖件模具几乎全部为进口产品。有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将步提高，其发展速度将高于其他模具。

专家预言，未来模具将向大型化、高精密度、多功能复合型等方向发展，热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高，并且随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具也将随之发展。同时，由于近年来中国每年用10亿美元左右进口模具，其中精密、大型、复杂、长寿命模具占多数。从减少进口的角度出发，中国也应加快高档塑料模具的开发。

1.2塑料模具设计方法主要发展方向

模具设计长期以来依靠人的经验和机械制图来完成。自从二十世纪八十年代中国发展模具计算机辅助设计（CAD）技术以来，这项技术已获得认可，并且得到来快的发展。九十年代开始发展的模具计算机辅助工程分析（CAE）技术，现在也为许多企业应用，它对缩短模具制造周期及提高模具质量有显着的作用。一些工业发达国家的模具企业应用CAD技术，已从二维设计发展到三维设计，三维设计已达70%以上。中国大部分企业还停留在二维设计的水平上，能进行三维设计的企业还不到20%。CAE软件在国外应用已较普遍，国内应用还比较少，用於预测零件成形过程中可能发生缺陷的水平还比较低。

除了模具CAD/CAE技术之外，模具工艺设计也非常重要。计算机辅助工艺设计（CAPP）技术已开始在中国模具企业中应用。由於大部分模具都是单件生产，其工艺规程有别於批量生产的产品，因此应用CAPP技术难度较大，也难以有适合各类模具和不同模具企业的CAPP软件。为了较好地应用CAPP技术，模具企业必须做好开发和研究。虽然CAPP 技术应用和推广的难度比CAD和CAE为高，但也必须重视这一发展方向。

1.3毕业设计课题资料查询

1.3.1分析塑件结构及工艺技术要求

第一章概述

塑件二

维工程图1-1

由图可知，塑件结构属于弯管件塑件为弯管件，需要采用组合式型芯来进行抽芯工序。而且在凸台上还分布有很多盲孔还需要抽芯，为了避免进行多次斜抽芯而造成模具的复杂性，可以考虑将凸台面水平放置。这样，凸台上面的孔的抽芯方向和脱模方向相同了。此外，塑件下半部分管面设计成2～5°的锥面，是为了脱模能顺利完成。

塑件的工艺技术要求包括：

(1)塑料的材料为：硬PVC；

(2)尺寸公差按sj1372-78，8级处理；

(3)大批量生产；

1.3.2了解注塑机的技术规格。

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。在所提供的注射机规格中应包括以下内容：

(1)注射机型号及生产厂家；

(2)注射机最大注射容积(最大注射量)；

(3)注射机锁模力；

(4)注射机喷嘴球面半径及喷嘴孔径；

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(5)注射机定位孔直径；

(6)注射机拉杆内间炬；

(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)注射机开模行程及最大开距；

(10)必要时还要提供注射机顶出行程及顶出力。

1.3.3了解塑件的加工性能和工艺性能、塑料熔体流动行为，塑料在模具内可能的结晶，取向及导致的内应力。

PVC材料是一种非结晶性材料。PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。PVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数，如果此参数不当将导致材料分解的问题。PVC的流动特性相当差，其工艺范围很窄。特别是大分子量的PVC材料更难于加工（这种材料通常要加入润滑剂改善流动性），因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。PVC的收缩率相当低，一般为0.2~0.6％。它应用于供水管道，家用管道，房屋墙板，商用机器壳体，电子产品包装，医疗器械，食品包装等。

材料主要性能分述：

(1).PVC是一种分子对热不稳定的树脂，纯PVC在空气中100时就开始降解，随着温度的升高降解加剧分解出HCL，HCL又进一步促进PVC分解，所以在PVC加工中必须加入热稳定剂方可使加工得以顺利

(2).PVC耐热性差，粘度大、流动性差，容易滞留于死角中造成分解、烧焦，此外，由于熔体粘结力差，难于得到理想表面，必须加入高分子助剂。

(3).PVC抗冲击强度差，加入改性剂要求是在室温下能有高强性的高聚合物，且必须与PVC有一定互容能力形成两项结构共混物，从而改善制品的冲击强度、加工性能、耐候性能及焊接角的强度等。

PVC材料性质

英文名字：poly vingl chloride

第一章概述

密度： 1.35~1.45g/cm3

成型收缩率：0.5~0.7%

成型温度：180~210C

干燥条件：70 C 1小时

比热容： 1260J/(kg.k)

导热率： 0.210W/(m.k)

注射压力： 30~160Mpa

注射速度：一般取中低速

螺杆转速：最大速度折合线速度为0.25m/s

模具温度：30~60°C

保压力：为注射压力的40%~60%

冷却时间：10.1S

制件公差等级： SJ1372－78，8级

喷嘴孔孔径：大与5mm

1.3.4塑件收缩及补缩问题，尽量减少残余内应力和翘曲变形。

(1).由于PVC塑料中的氯乙烯极性分子易吸水，会造成充型后收缩较大，因此原料必须进行干燥，干燥温度85℃左右, 时间2小时以上;

(2).充型过程中，若充型压力和速度较大，模具各部位温度剃度变化比较大都会引起内应力的增加，因此，需选用合适的充型压力和速度，且加热，冷却系统要设置合理以减小残余内应力和翘曲变形。

1.3.5塑料对模具温度的要求

(1).由于材料的成型温度接近分解温度，故必须控制尽可能用较低的温度进行注射，同时也应尽可能的缩短注塑周期，以减少熔料在料筒内的滞留时间由于PVC本身耐热性差, 料在料筒内长时间受热, 会降解析出氯化氢使胶件变黄甚至产生黑点, 并且氯化氢对模腔有腐蚀作用, 所以要经常清洗模腔及机头死角位;

(2).模具温度尽可能低(通常运冻水, 控制模温在30-45℃), 以缩短成型周期以及减小胶件出模后变形, 必要时借助定型模` 缩水模来较正控制变形;

1.3.6模具材料

塑料模具钢的选用应根据所成型的塑料种类，被成型塑料制品的形状、尺寸、精

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度、质量及数量的不同要求，同时要考虑创造模具的条件和加工方法，选用不同类型的钢材，如渗碳钢、调质钢、高碳工具钢、耐蚀钢、低碳马氏体时效钢等。根据《塑料注射模具设计使用手册》表6.1，选择渗碳钢12GrNi2。

1.3.7模具的热量损耗，冷却水用量，生产效率

模具型腔中的温度是注塑成型中重要的因素之一，它在很大程度上决定着注塑成型周期，即生产效率。如果模具热量损耗大，则熔融塑料在型腔中的表关粘度增加，也就是流动阻力加大，这就使成型周期增加；若模具损耗热量很小，而冷却水的循环又不能使模具温度降低至熔融塑料的分解温度之下，此时，塑料将会分解，对于一些塑料分解出的气体还会对模具型腔表面腐蚀等损坏。因此，必须根据具体模具的热量损耗情况决定冷却水用量，以提高注塑成型的生产效率。

1.4毕业设计思想简述

本次毕业设计主要是利用已学的专业基础知识和专业知识来进行塑料注塑模具设计。这次的设计要求独立完成任务，达到能基本独立完成一套简单模具的设计的目的。其主要内容是注射模的成型零部件，浇注系统，导向部件，脱模机构和分型抽芯机构等等的设计。同时，在这个过程中，需要通过各种途径进行查阅有关模具的各种参数，如结构参数，成型参数，热平衡等等。然后充分利用计算机辅助工具CAD/CAE进行塑件的造型和流体模拟分析。最终设计出一副能达到使用要求的模具。

第二章塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计

第二章塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计

2.1成型塑料制件结构工艺性分析

⑴尺寸精度度分析：由1.1节可知，塑件尺寸精度等级按尺寸公差按sj1372-78，8级处理。而模具的制造精度等级比塑料制品的精度高2~3等级，因此，模具的尺寸精度等级取6级进行制造。

粗糙度：由塑料制件的粗糙度确定模具的粗糙度，查得此材料的加工粗糙度的范围为（0.2～3.2）,考虑到分型时，将塑件留在动模内，因此分型面下方即凹模型腔的粗糙度比上模的粗糙度低一级可取下模型腔的粗糙度为Ra0.8mm,上模粗糙度取Ra0.4mm。

⑵塑料制件结构设计：塑件为弯管件，因此不可避免侧向分型和抽芯，只能采用组合式型芯，并用齿轮，齿条机构进行斜抽芯，使模具结构简化。

斜度设计：为了便于脱模，选择中心线为设计基准，在塑件的下半部分采用了一段斜度的锥面，由于硬PVC属于硬材料，其斜度设为1.75°，而上模凸台部分脱模高度尺寸为（6～10）mm,因此选用斜度为2.5°。

壁厚：查得PVC材料的壁厚最大和最小允许值为（1.5～5.0mm）,塑件壁厚属均匀，在强度无法满足其强度时，可适当增加薄壁的厚度以增加起强度。由计算机辅助软件PRO/E可以检测厚度，其图见下2-2。

从上图可知，蓝色表示壁厚小于

1.5mm,因此需要适当增加其厚度以满足

工艺需要，而红色代表壁厚大于5mm,需要

说明的是，虽然图中凸台有几处大大超过

了5mm,但细心观察红色是由于切片面切

住了圆周面而形成的，因此对出现

红色的凸台可不作修改。

另外，此结构需要对一些边进行圆角

设计，以防止产生流动死角，在死角处会形成气泡，缩孔。

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2.2．塑件三维CAD建模及CAE分析

2.2.1三维CAD建模：

图2-1

上图即为塑件的三维造型图。

2.2.2塑件CAE分析

利用软件PRO/E对塑件进行了三维造型后，再进行对塑件注塑过程进行模拟，在模拟过程中，采取了两个方案进行结果对比，分析注塑工艺参数如下：

2.2.2.1最佳浇口位置分布分析

由左图右边渐变色图可知，蓝色代表浇口最

佳位置，而红色表示浇口不适合在这些位置

进行设置。

2.2.2.2最佳充型质量分布分析

第二章塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计方案1 方案2

由上图，右边渐变色，从上到下，颜色由红色变为绿色，表示充型质量逐渐变好，图左一处拐角处出现红色，说明此处充型质量中等。上图右显示渐变色代表意义与方案1相同，从图中可知，黄色和红色所占比例差不多，说明充型质量中等。

2.2.2.3温度分布分析：

方案1 方案2

从上图可知，充型时整个模腔的温度差为：170-149=21°C 从上图可知，充型时整个模腔的温度差为：170-147.9=22.1°C

2.2.2.4.成型压力分析：

方案1 方案2

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从上图可知，充型是整个模腔的压力差63.77-0=63.77mpa 从上图可知，充型是整个模腔的压力差67.83-0=67.83mpa

2.2.2.5注射压力损失分布分析

方案1 方案2

由上图：注射压力损失为：50.04mpa 由图：注射压力损失为：53.99mpa

2.2.2.6充型时间分析：

方案1 方案2

第二章塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计

从上图可知：充型时间为：1.91s 从上图可知：充型时间为：2.11s

2.2.2.7注射熔接痕分布分析

方案1 方案2

由上两个方案的熔接痕分布可知，熔接痕都分布在浇口对面的塑件表面上，且数量也差不多。

2.2.2.8注射气泡分布分析

方案1 方案2

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从上图注射气泡分布图可看出：两个方案的气泡都集中在凸缘周边的孔中，且对比可知，方

案2孔中的气泡明显比方案1气泡少。

结论：由以上熔融塑料在模具型腔中的流动行为分析可知：

1．充型质量的分析：方案1出现红色缺陷，而方案2也有，说明两种方案的充型质量差不多。

2．充型温度分析：方案1的温度差为21,方案2的温度差为22,两种方案的温度差比较相当。

3．充型压力分析：方案1和方案2的充型压力分别为：63，67mpa

可知方案1所需成型压力较小。

4．充型时间分析：方案1和方案2的充型时间分别为：1.9，2.1s,可知两种方案充型时间相差较小。

5．充型出现的熔接痕和气泡分析：从图中可知，两个方案出现的熔接痕数量和位置分布都较相似；而对于气泡的分布图可明显看出，方案1的气泡数量稍多于方案2。

通过以上比较可知，方案2的充型效果较好，特别是考虑到若采取一模多腔进行充型，那么方案1则需要的流道将会更长，不利与充型。因此决定选择方案2。

2.3．根据CAE分析结论进行模具工艺设计

第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计

根据2.2节对塑件的流动性分析，确定了浇口的位置在塑件圆周上，并采用浇口直接与主流道直接相接的浇注系统。由上节绘出的塑件三维实体结构，经分析可知：此类结构属于弯管件，因此需采用组合式型芯，上半部分型芯与上模板连接，下部分斜管道型芯留在动模上，并采用齿轮，齿条进行斜抽芯，以使模具结构简单。

2.3.1.型腔数量的决定

（型腔数必需同时满足：交货期、注塑机最大注塑质量、注塑机的塑化能力、锁模力和模板尺寸）

2.3.1.1．由交货期计算型腔数

()

m o h c t t t t N n -?=360005.1 式中 1.05——故障系数（以5％计）

N ——一副模具定货量（5210?件）

t c ——成型周期（20s ）（包括注射时间2.5s 、冷却时间10.1s ，开模取制件时

间7s ）

t h ——从定货到交货时间（5月）

t m ——模具制造时间（2月）

t o ——所在厂的每月工作时间计(600h)

所以代入相关数据得：

n = 2)

25(60036006510205.1)(3600.50=-?????=-m h c t t t t N 2.3.1.2根据注塑机最大注塑质量求型腔数

预选注塑机型号为：SZ-500/1200

错误！未找到引用源。．非聚苯乙烯塑料其最大注塑量计算：s

so o m m ρρ= 实际注塑量：o %85m m ='（注人模具时由于流动

阻力增加，加大了沿螺杆逆流量，再考虑安全系数取

为机器最大注塑能力的85％。）。