塑料骨架注塑模具设计..

摘要

注射成形是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。在综合分析塑件结构，使用要求，成型质量和模具制造成本的基础上，介绍结构简单，形状规则的塑件成型。设计成型零件部位时，应根据塑料的特性、塑件的结构和适用要求，确定型腔的总体布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统、排溢系统等。然后根据加工工艺和装配工艺的要求进行成型零部件的结构设计，计算成型零部件的工作尺寸，对关键的成型零部件进行强度和刚度校核，并采用侧向分抽芯机构，使塑件能一次成型。设计了相应的的侧向分型抽芯的注射模。最后介绍了模具的工作过程.

关键词：注射模抽芯机构模具设计

Abstract

Injection molding is plastic molding of a kind of important method, it is mainly applied to thermoplastic plastic molding and shaping a complex shape of precision plastic pieces. On analyzing the structure of plastic parts, use requirement, forming quality and mould manufacturing cost, and on the basis of simple structure, shape rules introduced the plastics molding. Design molding parts parts, should according to the characteristics of plastics, plastic pieces of structure and applicable requirements, determine the overall layout, choose mold parting surface demoulding manner, design, determine gating system, platoon excessive system, etc. And then based on the processing and assembly process requirements for molding parts structure design, calculation molding parts work size, shape of key parts were the strength and stiffness checking, and USES the lateral points core-pulling mechanism, make plastics can once moldings. Design the corresponding's side parting core-pulling of injection mould. Finally introduced the working process of the die.

Keywords:injection mould medialcoe pulling mechanism mold design

目录

摘要....................................................................... I Abstract ................................................................. II 第一章概论 (1)

1.1 设计题目 (1)

1.2 设计的目的及意义 (1)

1.3国内外发展状况 (2)

第二章塑件的工艺分析 (4)

2.1 塑件的原始材料分析 (4)

2.2 明确塑件生产批量 (5)

2.3 估算塑件的体积和重量 (5)

2.4 分析塑件的成型工艺参数 (6)

第三章确定模具结构方案 (7)

3.1脱模原理 (7)

3.2 确定型腔数量及布局形式 (7)

3.3 选择分型面 (8)

3.4确定浇注系统与排气系统 (9)

3.4.1 浇注系统形式 (9)

3.4.2 主流道设计 (9)

3.4.3 分流道设计 (9)

3.4.4 浇口的设计 (10)

3.4.5 排气系统 (10)

3.5 选择推出方式 (10)

3.6模具加热与冷却方式 (10)

第四章模具设计的有关计算 (11)

4.1型芯和型腔工作尺寸的计算 (11)

4.1.1 型腔径向尺寸的计算 (11)

4.1.2 型芯径向尺寸的计算 (11)

4.2 侧壁厚度与底板厚度的计算 (11)

4.2.1 侧壁厚度 (11)

4.2.2 推板厚度 (12)

4.3 斜导柱等侧抽芯有关计算 (12)

4.3.1 斜导柱的设计 (12)

4.3.2 斜导柱的计算 (13)

4.3.3 斜滑块的设计 (14)

4.3.4 锲紧块的设计 (14)

4.3.5 导滑条的设计 (15)

4.4 冷却与加热系统 (15)

第五章选择模架 (16)

5.1 初选注射机 (16)

5.1.1 浇注系统重量 (16)

5.2 选标准模架 (18)

第六章校核注射机 (20)

6.1 注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核 (20)

6.2 开模行程的校核 (20)

6.3 模具在注射机上的安装 (20)

第七章推出机构的设计 (21)

7.1推件力的计算 (21)

7.2 推杆的设计 (21)

7.2.1推杆的强度计算 (21)

7.2.2 推杆压力校核 (22)

7.3 推板强度计算 (22)

第八章连接件的选用 (24)

8.1 销钉的选用 (24)

8.2 螺钉的选择 (24)

第九章模具的装配 (25)

9.1 模的装配 (25)

9.2 动模的装配 (25)

结论 (26)

参考文献 (27)

致谢 (29)

第一章概论

1.1 设计题目

1.2 设计的目的及意义

本次毕业设计是为了让我们更清楚地去了解模具设计以及生产的过程，为我们即将走上工作岗位的毕业生打基础，最后，让我们在可以自己设计出模具，可以基本通过理论达到生产要求。

注射模具的设计过程要求我们学生综合知识和实践能力较强，它既是我们大学四年所学的机械制图、工程材料、公差配合与技术测量、塑料成型工艺与设备等技术基础课、专业课的综合应用，又需要我们学生了解大量的实践经验。

通过毕业设计，会使我们在下述基本能力上得到培养和锻炼：①塑料制品的设计及成型工艺的选择；②一般塑料制品成型模具的设计能力；③塑料制品的质量分析及工艺改进、塑料模具结构改进设计的能力；④了解模具设计的常用商业软件以及同实际设计的结合。

1.3国内外发展状况

国内发展状况

工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM 技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效率不高、周期长。总之，是拖了机电、轻工等行业发展的后腿。因此我们必须意识到，对模具设计的研究的目的和意义在于能够更好的认识模具工业在国民经济中的地位的重要性。因为利用模具成型零件的方法，实质上是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。利用模具生产零件的方法已经成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对保证制品质量，缩短试用周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性的意义。因此德国把模具称为“金属加工中的帝王”，把模具工业视为“关键工业”，美国把模具称为“美国工业的基石”，把模具工业视为“不可估量其力量的工业”，日本把模具说成是“促进社会富裕繁荣的动力”，把模具视为“整个工业发展的秘密”。

要使国民经济各个部门获得高速发展，加速实现社会主义四个现代化，就必须尽快将模具工业搞上去，使模具生产形成一个独立的工业部门，从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键作用。

国外模具发展情况

国外发达国家的模具厂大体分为独立的模具厂和隶属于一些大的集团公司的模具厂，一般规模都不大，但专业化程度高，生产效率极高。

国外模具企业一般不超过100人，多数在50人以下。在人员结构上，设计、质量控制、营销人员超过30%，管理人员在5%以下。我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到 25～30万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％。国内模具企业中一些私营、合资企业人员结构和国外差不多。

国外模具企业对人员素质要求较高，技术人员一专多能，一般能独立完成从工艺到工装的

设计；操作人员具备多种操作技能；营销人员对模具的了解和掌握很深。国内模具企业分工较细，缺乏综合素质较高的人员。

国外模具企业CAD/CAE/CAM的技术的应用比较广泛,逆向工程、快速原型制造铸造模具的使用也比较多。国内模具企业中一些骨干厂家在这方面和国外差距已经不大，有些已经达到国外水平。但一些中小型模具企业与国外的差距还是很大的。不过在模具材料方面，随着国外技术的引进和中国研发能力的提高，差距在逐渐缩小。

国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。在模具的价格和制造周期上，国外模具价格一般是国内模具的5-10倍，制造周期是2-3倍。在这两方面应该说国内模具企业还是具有一定竞争优势的。

第二章塑件的工艺分析

2.1 塑件的原始材料分析

图2-1塑件三维

如图2-1，该材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS塑料），是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成，收缩率 0.3%~0.8% 。

。ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。从使用性能上看，该塑料具有极好的抗冲击强度，有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。从成型性能上看，该塑料在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60℃，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60~80℃。

2.2 明确塑件生产批量

该塑件要求大批量生产。

2.3 估算塑件的体积和重量

图2-2 塑件尺寸

按照图 2-2 塑料件图示尺寸近似计算：

V总=3.14×192×17=19270.18 mm3

V1 =3.14×9.52×6=1700.31 mm3

V2 =3.14×(192-112)×6=4521.6 mm3

V3 =3.14×(192-9.5)2×8=6801.25 mm3

V4 =3.14×82×11=2210.56 mm3

所以塑件的体积为V=19270.18-1700.31-4521.6-6801.25-2210.56=4036.46mm3=4.04 cm3

塑件重量为G

=ρ·V=1.06×4.04=4.2824 g

s

式中ρ为塑料密度(ABS的密度ρ=1.04~1.07g/cm3)

2.4 分析塑件的成型工艺参数

干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为80~90C 下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。

熔化温度：210~280C；建议温度：245C。

模具温度：25~70C。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。

注射压力：500~1000bar。注射速度：中高速

第三章确定模具结构方案

3.1脱模原理

制品为骨架。该模具采用斜导柱抽心机构来实现垂直分型动作。锁紧锲与定模板做成整体，确保凹模滑块4的定位锁紧。定模板和滑块上都开设了冷却水道，模具冷却比较均匀，缩短了生产周期。

工作原理：模具分流道与侧浇口开设在垂直分型面II—II上，并由骨架凸翼腔底进料。开模时，I—I分型面分型，斜导柱5带动凹模滑块4做II—II垂直分型面分型。最后，由推板10推出塑件制品。

图3-1塑件模具图

3.2 确定型腔数量及布局形式

该塑件在注射时采用一模二件，即模具需要二个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素拟采取图图3-2所示的型腔排列方式。

图3-2塑件型腔3.3 选择分型面

确定分型面位置如图3-3

图3-3分型面

3.4确定浇注系统与排气系统

3.4.1 浇注系统形式

采用普通浇注系统，由于二型腔模，必须设置分流道，用潜伏式浇口形式从零件内部进料，利用分型面间隙排气。

3.4.2 主流道设计

根据《塑料模具设计手册》初步得XS－Z－60型注射机喷嘴的有关尺寸：

=φ4 mm；

喷嘴前端孔径：d

喷嘴前端球面半径：R

=12 mm；

根据模具主流道与喷嘴的关系

R=R

+(1~2) mm

+(0.5~1) mm

d= d

取主流道球面半径：R=13 mm；

取主流道的小端直径d=5 mm。

为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2—6o，取4o，经换算得主流道大端直径为D=φ8 mm。

3.4.3 分流道设计

a．分流道的形状和尺寸

分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速度、分流道的长度等因数来确定。本塑件的形状不复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的形状长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，查表5-40(塑料模具设计手册)得R=2.5 mm

B．分流道的表面粗糙度

由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般R

取1.6μm左右，这可增加对外层塑料熔体的阻

a

力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。

3.4.4 浇口的设计

根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用潜伏式浇口较为理想，如图 3-4。

设计时在模具结构上采取瓣合式型腔，潜伏式浇口的锥角取10?～20?

图 3-4潜伏式浇口

查表5-45(塑料模具设计手册)选尺寸为直径φ1 mm,试模时修正。

3.4.5 排气系统

该模具为小型模具，可利用分型面间隙排气，该分型面位于熔体流动的末端。

3.5 选择推出方式

选择推出机构：

该塑件为簿壁塑件，综合各个因素，选定为推板推出机构。为了防止推板刮伤凸模，推板内孔应比凸模成型部分大0.20 mm－0.25 mm，外，将凸模和推板的配合做成锥面，以防止因推板偏心而出现飞边，其单边斜度10°左右为易。

3.6模具加热与冷却方式

该模具采用电热丝加热，用水冷。

第四章模具设计的有关计算

4.1型芯和型腔工作尺寸的计算

查表《塑料模设计手册》表 1-4 塑料ABS收缩率：0.3%~0.8%。

平均收缩率： S=（0.3%+0.8%）/2=0.55%

4.1.1 型腔径向尺寸的计算

φ38：（L m）+0δz=[（1+0.0055）×38-0.26×3/4]+00.26/3=38.01+00.087φ22：（L m）+0δz=[（1+0.0055）×22-0.22×3/4]+00.22/3=21.96+00.073 φ19：（L m）+0δz=[（1+0.0055）×19-0.22×3/4]+00.22/3=18.94 +00.073

1.5:（L

m ）+

δz=[（1+0.0055）×1.5-0.12×3/4]+

0.12/3=1.42 +

0.04

型腔深度的计算：

8 ：（H

m ）+

δz=[（1+0.0055）×8-0.16×2/3]+

0.16/3=7.94+

0.053

6 ：（H

m ）+

δz=[（1+0.0055）×6-0.14×2/3]+

0.14/3=5.94+

0.047

1.5：（H

m ）+

δz=[（1+0.0055）×1.5-0.12×2/3]+

0.12/3=1.43+

0.04

4.1.2 型芯径向尺寸的计算

φ16：（L m）-0δz =[（1+0.0055）×16+0.20×3/4] -00.20/3=16.24-00.067

φ19：（L m）-0δz =[（1+0.0055）×19+0.22×3/4] -00.22/3=19.27-00.073

1.5：（L

m ）

-

δz =[（1+0.0055）×1.5+0.12×3/4] -

0.12/3

=1.6

-

0.04

型芯高度公式：

6 ：（h

m ）+

δz=[（1+0.0055）×6+0.14×2/3]

-

0.14/3

=6.13

-

0.047

11：（h

m ）

-

δz =[（1+0.0055）×11+0.18×2/3] -

0.18/3

=11.18

-

0.06

4.2 侧壁厚度与底板厚度的计算

4.2.1 侧壁厚度

该型腔为整体式。因此，型腔的强度和刚度按整体式进行计算。由于型腔壁厚计算比

较麻烦，也可以参考经验推荐数据。查《塑料成型工艺与模具设计》表6.10 型腔侧壁厚取δ=20 mm

4.2.2 推板厚度

H=0.74 pr4/E[δ]) 1/3

其中查，E=2.1×105Mpa，[δ]可取制品轴向尺寸公差的1/10，取[δ]=0.03 mm，p由表4.1取30Mpa。

H=(0.74×30×0.84 /2.1×105×0.00003) 1/3

=1.13 c m≈ 16mm

4.3 斜导柱等侧抽芯有关计算

4.3.1 斜导柱的设计

斜导柱的倾斜角α取22.5°。

Ft=2π×r×E×S×L×f/[(1+m+k)(1+f)]

Ft——脱模力（推出力）（N）

E——塑料弹性模量（N/cm2，ABS塑料为1.8～2.9×105N/cm2之间，取2.0×105N/cm2）S塑料的平均成型收缩率（mm/mm）

L包容凸模的长度（cm）

f塑料与刚的摩擦系数（ABS塑料取0.2）

m塑料的帕松比（取0.3）

k=2r2/(t2+2t r)

（t为塑料平均壁厚）

t=塑料平均壁厚(cm)

r圆柱半径(cm)

2Ft=2×2π×1.9×200000×0.0055×1.7×0.3/[（1+0.3+5.87）（1+0.2）] =1393.97（N）

查《塑料成型工艺与模具设计》表9.1 取Fw=10KN

再查表9.2 得d=16mm

4.3.2 斜导柱的计算

在斜导柱的设计中斜导柱采用了理论上最佳的斜角：22.5°，直径取16 mm。

先计算抽心距：

S抽=(R2-r2) 1/2+(2~3) mm

其中：R—塑件的大圆盘半径

r—塑件的最小的腰部外圆半径

S抽=(192-9.52) 1/2+(2~3)

≈16.45+(2~3)

=19 mm

然后在CAD里根据抽心距算出其长度，如图4-1

图 4-1斜导柱

其强度校核：

F弯=F抽/cosα

其中：

F弯—斜导柱所受的弯曲力（N）

F抽—抽拔力（N）

α—斜导柱的斜角

F弯=F抽/cosα=1393.97/cos22.5°=1508.8N

F弯

4.3.3 斜滑块的设计

斜滑块设计如图4-2

图4-2斜滑块的设计

4.3.4 锲紧块的设计

本模具采用锲紧块与定模板制成一体的整体式结构。如图4-3

图4-3 锲紧块

4.3.5 导滑条的设计

如图4-4

图4-4斜滑条

斜滑块的导滑长度不能太短，一般应保证滑块在完成抽拔动作后，留在导滑条中的长度不小于有效长度的2/3，经计算，该滑块在完成抽拔动作后留在导滑条中的长度为47.5mm，总的有效长度为65.5mm，所以导滑条的长度足够。

4.4 冷却与加热系统

该模具采用电热丝加热，冷却方式为风扇冷却。