笔盖注塑模具设计毕业设计论文

编号：

毕业设计说明书

题目：笔盖注塑模具设计

院（系）：国防生学院

专业：机械设计制造及其自动化

学生姓名：卢卫

学号：1000110107

指导教师单位：机电工程学院

姓名：曹泰山

职称：讲师

题目类型：?理论研究?实验研究?工程设计?工程技术研究?软件开发

2014年5月4日

摘要

注塑成型在整个制造业的生产中占有十分重要的地位，据估计注塑成型的制品约占模具塑料制品总产量的三分之一及以上，注塑模具在模具工业中的重要性显而易见，现在注塑模具设计和制造中的传统方法早已满足不了现代生产发展的需要，为赢得竞争市场，持续发展，模具生产必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。

在计算机技术日益发达的今天，将计算机运用于注塑模具以及制造业中已经迫在眉睫。本文主要研究的工作和成果如下：

本文具体的阐述了模具CAD/CAE的技术特点，以及先进制造模式在模具行业中的应用，在分析的国际国内模具市场，国内模具CAD/CAE的发展趋势的基础上提出以计算机应用技术为手段的辅助模具设计的新方法。主要针对注塑模具常见的成型方法进行了分析研究，以达到将注塑模具过程智能化在熟悉注塑模具设计基本知识的基础上，对系统进行分析并设计出系统的总体框架。我们运用Pro/E软件中的模具模块以及塑料仿真模块来进行对模具进行了各个系统的设计。

本论文是对笔盖注塑模具设计的一个详细的介绍，这次的笔盖模具设计我们主要采用了侧抽芯注射模。每个笔盖有一个大孔，成型需要侧抽芯。本模具采用一模十二腔，二次分型，点浇口进料，弹簧和斜导柱分别抽芯。设计的主要内容有：笔盖的设计，笔盖材料的选择，注塑机的选用、分型面、型腔布局、浇注系统、型腔尺寸计算、型芯尺寸的计算、螺纹型心、模架的选择、推出脱模机构的设计、温度调节系统和装配图与零件图的绘制等。本次设计主要是通过对塑件的形状、尺寸及其精度要求进行注射成型工艺的工艺分析、侧向分型与抽芯机构设计，重点在侧抽芯机构的设计。在这过程中分析了模具受力，推出脱模机构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计以及排气系统等，并绘制完整的模具装配总图和主要的模具零件图。设计中力求模具结构设计简单、合理、实用，使得模具结构紧凑、工作可靠，可实现全自动操作。

关键词：注塑模；一模12穴；型腔；导柱。

Abstract

Injection molding occupies a very important position in the whole manufacturingproduction, It is estimated that about one third of injection molding products mold plastic products production and more importance in the mold injection mold industry is obvious,now injection mold design and manufacture of traditional methods had failed to meet the needs of modern production development, to win the competition in the market, sustainable development, mold production must change the traditional production methods, the introduction of new technology, new thinking

This paper describes the technical characteristics of the specific mold CAD/CAE, as well as advanced manufacturing mode in the mold industry, mold on the basis of international and domestic market analysis, the domestic mold cadcae trends on the proposedapplication of computer technology as a means of secondary mold design new method. The main injection mold for forming a common method were analyzed, in order to achievethe injection molding process intelligence In the familiar basic knowledge of injection mold design based on system analysis anddesign of the overall framework of the system. We use proe software modules and plastic mold simulation module to perform a type ofmold, core pulling, each system has been designed

Daily necessity, sometimes adopt the not that high plastics of accuracy and strengths to spread to move, because the plastics has the plasticity strong, the density is small, higher than strength, the knot good luck, the chemistry stability is high, diverse characteristics of external appearance, as a result be subjected to more and more factories house and the people's fancies.The plastics industry is a newly arisen industry, is along with the development of the petroleum industry but should but living of, the plastics system piece almost have already entered each realm of the whole industry sections and people's daily lifes currently.Along with the machine industry electronics industry, aviation industry, the instrument appearance industry and usually the development of the thing industry, the plastics models the demand of make the piece more and more, the quantity request is also more and more high, this will beg model the piece of the development of the molding tool, the level of the design manufacturing also the beard is more and more high.This text also design the process to carry on elaborate to a cover molding tool.

Key words：Injection mold; Exactly 12 holes; Cavity; Guide post;

目录

引言 (1)

1 塑件总体分析 (2)

1.1 尺寸分析 (2)

1.2 材料的选择 (2)

1.3 体积及质量计算 (4)

1.3.1体积的计算 (4)

1.3.2质量及面积的计算 (4)

2 型腔数目的确定 (5)

3 成型零部件的设计 (6)

3.1 型腔、型芯工作尺寸计算 (6)

3.1.1型腔尺寸计算 (6)

3.1.2型芯尺寸计算 (6)

3.2 成型零部件的强度与刚度计算 (7)

3.2.1刚度校核 (7)

3.2.2强度校核 (7)

4 分型面的选择 (7)

5 浇注系统的设计 (9)

5.1 浇注系统的构成 (9)

5.2 浇注系统设计原则 (9)

5.3 主流道的设计 (9)

5.3.1主流道的形状设计 (9)

5.3.2主流道的尺寸设计 (10)

5.4 分流道的设计.................................................................................. 错误！未定义书签。

5.4.1分流道截面的设计原则............................................................... 错误！未定义书签。

5.4.2分流道截面的具体设计............................................................... 错误！未定义书签。

5.4.3分流道的尺寸的设计................................................................... 错误！未定义书签。

5.4.4分流道的布置形式....................................................................... 错误！未定义书签。

5.5 冷料穴的设计.................................................................................. 错误！未定义书签。

6 冷却系统的设计 .......................................................................... 错误！未定义书签。

6.1 模具温度的影响.............................................................................. 错误！未定义书签。

6.2 冷却系统主要设计原则.................................................................. 错误！未定义书签。

6.3 冷却回路尺寸的确定及布置.......................................................... 错误！未定义书签。

6.3.1水道孔径的设计........................................................................... 错误！未定义书签。

6.3.2冷却回路的布置........................................................................... 错误！未定义书签。

6.4 冷却时间计算.................................................................................. 错误！未定义书签。

6.5 用水量M的计算.............................................................................. 错误！未定义书签。

6.6 成型周期计算.................................................................................. 错误！未定义书签。

7 模具材料选择............................................................................... 错误！未定义书签。

7.1 模具满足工作条件要求.................................................................. 错误！未定义书签。

7.2 模具满足工艺性能要求.................................................................. 错误！未定义书签。

7.3 模具满足经济性要求 (12)

8 选择注射机 (12)

8.1 注射机型号选取 (12)

8.2注射机参数的校核 (15)

9 模具主要参数的计算 (16)

9.1 脱模力的计算 (16)

9.2 初始脱模力 (17)

9.3 推杆直径计算 (17)

9.4 推杆的应力校核 (18)

9.5 推板的厚度计算 (18)

9.6 推出机构的设计 (18)

9.6.1推杆的设计 (19)

9.6.2复位杆的设计 (19)

9.7 脱模方式的确定 (20)

10 模具结构设计 (20)

10.1 结构设计主要原则 (20)

10.2 模具强度的设计 (21)

10.2.1凹模的设计 (22)

10.2.2 嵌底式组合凹模侧壁强度的计算 (22)

10.2.3 支撑板的强度计算 (23)

11 排气系统的设计 (23)

11.1 排气会产生的缺点 (23)

11.2 排气方式及机构的设计 (24)

12 模架的选择 (25)

13 成型零件加工工艺规程 (26)

14 结束语 (28)

参考文献 (29)

引言

模具是我国国民经济的基础工业，是制造业的重要基础工艺装备，随着社会的不断进步、经济的不断发展，各种各样的商品被不断生产出来，其中大多数商品的生产都依赖于模具的多样化。国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑业的发展也要求模具工业的发展与之相适应。

模具在制造业中所具有的重要地位，使得模具的制造能力和技术水平已成为衡量国家制造业水平和创新能力的重要标志。近年来随着模具制造能力的不断提高，使得模具有着高精度、长寿命、高生产率、型腔形状和模具结构复杂的特点。如今模具的生产方式广乏采用CAD/CAM/CAE技术，采用高速切削加工技术，快速成型技术和快速制模技术的一系列的先进技术。模具未来的加工也向着粗加工向高速加工发展，成型表面的加工向精密、自动化发展，光整加工向自动化发展，快速成型加工技术的发展，模具CAD/CAM/CAE正向集成化、三维化、智能化和网络化发展，模具的标准化程度将不断提高。但我国模具的发展存在着一些不足：发展不平衡，工艺装备落后，组织协调能力差，供需矛盾短期难以缓解，大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足，以上的这些缺点严重阻碍了我国模具的发展，以上缺点成为我国当前模具工业首要解决的问题。随着塑料制品在社会中的用途越来越广，对塑料模具提出了更高的要求。

四年学习的结束，使自己对模具的认识有了清晰的了解。这次设计的题目是笔盖进行注塑设计，通过对塑件进行分析、对模具结构的设计和计算。通过pro/E进行造型分析，最后用Auto/CAD软件对主要的零部件与装配图进行绘制，虽然对模具的结构有一些感性的认识和理性的认识，也进行过实践和相应的课程设计，但这次设计是对四年学习的一个总结，由于缺乏真正的实践经验，使这次毕业设计的过程中遇到了很多困难，但是通过老师的指导和详细的查阅资料，以及和同学们的讨论，解决了不少的问题相信这次设计能够符合设计的要求，完成设计的任务。由于自身知识的不够完善，在设计的过程中存在着一些不足和不完善的地方，恳请老师指正。

1 塑件总体分析

1.1 尺寸分析

图1.1 笔套的截面图纸

塑件的主要技术要求：未注公差按SJ1372-78，8级;

材料采用ABS;

1.2 材料的选择

通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及原材料厂家提供的材料性能数据。对于常温工作状态下的结构件来说，要考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。综合各项因素最后选择ABS 塑料作为本次设计所使用的材料最为适合。

ABS性能ABS无毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。密度为1.05~1.18g/㎝3,收缩率为0.4%~0.9%,弹性模量值为0.2Gpa,泊松比值为0.394，吸湿性<1%，熔融温度217~237℃，热分解温度>250℃。

力学性能ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。

热学性能ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。

电学性能ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大

多数环境下使用。

ABS成型工艺ABS也可以说是聚苯乙烯的改性，比HIPS有较高的抗冲击强度和更好的机械强度，具有良好的加工性能，可以使用注塑机、挤出机等塑料成型设备进行注塑、挤塑、吹塑、压延、层合、发泡、热成型，还可以焊接、涂覆、电镀和机械加工。ABS的吸水性比较高，加工前需进行干燥处理，干燥温度为70~85℃，干燥时间为2~6h；ABS制品在加工中容易产生内应力，如应力太大，致使产品开裂，应进行退火处理，把制件放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可，ABS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，成型加压前应进行干燥处理，ABS易产节痕，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°c,而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60～80°c。

ABS注塑工艺ABS是最常用的工程塑料，广泛应用于制造齿轮、轴承、把手、泵叶轮、电视机、计算机、打字机壳体、键盘、电器仪表、储电池槽、冰箱部件等及机械工业部件、各种日用品、消费品包装等制品。ABS注塑成型温度160~220℃之间，注射压力在70~130Mpa之间，模具温度为55~75℃。

图1.2笔套的三维模型图

如图所示塑料制件材料为丙烯腈—丁二烯-----苯乙烯共聚物（ABS），查表得收缩率为：0.3%-0.8%,取值0.6%；大批量生产

1）该塑件尺寸较小，一般精度等级4，为降低成本，采用一模多腔，并不对制品进行后加工。

2）根据塑件的生产效率及为提高成型效率采用侧浇口。

3)为了方便加工和热处理,型腔与型芯采用拼镶结构.

1.3 体积及质量计算

1.3.1体积的计算

将笔套分成3个部分进行计算，如下图所示：

图1.3 面积分割图

已知：

,4.0mm h 28.5,35.0mm,h h 8.10mm,r 7.70mm,r 6.40,r 8.30mm,R 10mm,R 32132121========1mm

L 1mm,h 14==

第一部分的体积为：

)r +r r +(r h 3.14159261/3-)r +r1R1(R h 3.14159261/3=V 2112222212111?????+??? L1πr +h43.1415926+)r +r R +(R h 3.14159261/3-21212331211???????r

得V1=π21r ?L1

从而总体体积为：V=1278.483

m m 查表《塑料模设计手册之二》表1.4可知abs 塑料的密度为ρ=1.04g/cm 3

1.3.2质量及面积的计算

（1）单个塑件质量：31.041278.4810 1.3296M V g g ρ-==??=

（2）在分型面上面的投影面积为投影S =427.2882

mm

（3）曲面的整体表面积：总S =2.3820511e+03 2mm （4）曲面的平均厚度为：

mm S V L 08.12103820511.2/48.1278/3=??==-

图1.4 三维剖视图

2 型腔数目的确定

一次注射只能生产一件塑件的模具称为单型腔模具；一次注射能生产两件或两件以上塑件的模具称为多型腔模具。与多型腔模具相比较，单型腔模具具有塑件的形状和尺寸一致性好、成型的工艺条件容易控制、模具结构简单紧凑、模具制造成本低、制造周期短等特点。但是，在大批量生产的情况下，多型腔模具应是更为合适的形式，它可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。

在多型腔模具的实际设计中，确定型腔数目的方法一般有两种。一种方法是首先确定注射机的型号，再根据注射机的技术参数和塑件的技术经济要求，计算出要求选取型腔的数目；另一种方法是先根据生产效率的要求和塑件的精度要求确定型腔的数目，然后再选取择注射机或对现有的注射机进行校核。一般可以按下面几点对型腔的数目：尺寸精度等级要求一般, 根据经济性来确定型腔数目，经计算采用一模12腔

总体积及质量为：

图2.1 型腔排布图

塑件总体积

3

mm

48

.

1278

12

12?

=

?

=V

V

总

塑件总体质量

g

g

M

M955

.

15

3296

.1

12

12=

?

=

?

=

总

3 成型零部件的设计

3.1 型腔、型芯工作尺寸计算

查表《塑料模设计手册之二》表1.4塑料ABS收缩率0.3%-0.8%,取值0.6%。

型腔径向尺寸 L

m +

δz=[(1+S)Ls-（0.5-0.75）△]

+0.045 (3-1)

型腔深度尺寸 H

m +

δz=[(1+S)Hs-x△]+

δz (3-2)

型芯径向尺寸 l

m-0

δz=[(1+S)ls-（0.5-0.75）△]

+

δz (3-3)

型芯高度尺寸 H

m-0

δz=[(1+S) hs+x△]

+

δz (3-4)

式中：Ls———塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm）；

ls ———塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）；

Hs———塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）；

hs ———塑件内型深度基本尺寸的最小尺寸（mm）；

CS———塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm）；

X ——— 1/3-1/2；

△———塑件公差（mm）；

δZ ———模具制造公差，取（1/3~1/5）△。

3.1.1型腔尺寸计算

尺寸公差值/mm 计算

14 0.44 L

m +

δz =[(1+0.65%)?14-0.75?0.44]0+0.110=13.7610+0.110

3.0 0.18 L

m +

δz =[(1+0.65%)?3.5-0.75?0.18]0+0.045=2.88450+0.045

48 0.64 H

m +

δz =[(1+0.65%)?51+1/3?0.64] 0+0.16=48.5253120+0.16

3.1.2型芯尺寸计算

尺寸公差值/mm 计算

8.3 0.32 l

m-0

δz =[(1+0.65%)

?8.3-0.75?0.32]0

-0.08

=8.113950

-0.08

35 0.52 H

m-0

δz =[(1+0.65%)

?35+1/3?0.52]0

-0.13

=35.4008160

-0.13

3.2 成型零部件的强度与刚度计算

3.2.1刚度校核

δmax=EJ ph 84=3

4

23Els ph (3-5) 化简得出

s ≥1.1534

]

[δE ph 式中：E —型腔材料弹性模量；

J —梁的惯性矩

S —侧壁厚度

P —型腔内单位面积熔体压力

根据查表结果得出E=2.06×105Mpa [δ]=0.05mm P 取30Mpa,代入计 算得

结果19≥1.1534

]

[δE ph ，成立故能满足其刚度要求。 3.2.2强度校核

s ≥r ()12p

-][][-σσ (3-6) 式中： []σ—型腔材料许用拉应力为150Mpa 代入计算得出19≥r(

)12p -][][-σσ成立， 故能满足其强度要求，确定最小壁厚之后,结合模具抽芯原则,初步确定选用B 型模架,模架周边尺寸为246×249mm 。

4 分型面的选择

分型面的设计在注射模的设计中占有相当重要的位置，分型面的设计可以对塑件的质量、模具的整体结构、工艺操作的难易程度及模具的制造等都有很大的影响。

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型

位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置，形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种要素的影响。因此选择分型面时应综合分析比较，所以要根据以下几条原则选择分型面：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向上塑件的截面积最大，否则塑件无法从型腔中脱出；

（2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模。通常分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，这样有助于动模内设置的推出机构动作，否则在定模内设置推出机构往往会增加模具整体的复杂性；

（3）保证塑件的精度要求。与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具型腔内。如果塑件上精度要求较高的成型表而被分型面分割，就有可能由于合模精度的影响引起形状和尺寸上不允许的偏差，塑件因达不到所需的精度要求而造成废品；

（4）满足塑件的外观质量要求。选择分型面时应避免对塑件的外观质量产生不利的影响，同时需考虑分型面处所产生的飞边是否容易修整清除，当然，在可能的情况下，应避免分型面处产生飞边；

（5）便于模具加工制造。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面或易于加工的分型面；

（6）对成型面积的影响。注射机一般都规定其相应模具所允许使用的最大成型面积及额定锁模力，注射成型过程中，当塑件(包括浇注系统)在合模分型面上的投影面积超过允许的最大成型面积时，将会出现涨模溢料现象，这时注射成型所需的合模力也会超过额定锁模力，因此为了可靠地锁模以避免涨模溢料现象的发生，选择分型面时应尽量减少塑件(型腔)在合模分型面上的投影面积；

（7）对排气效果。分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁表面重合；

（8）对侧向抽芯的影响。当塑件需侧向抽芯时，为保证侧向型芯的放置容易及抽芯机构的动作顺利，选定分型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向，并尽量把侧向拍芯机构设置在动模一侧。

经综合思考，我们采用的是以笔套的中截面为分型面。

5 浇注系统的设计

5.1 浇注系统的构成

浇注系统通常由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。其作用是使使熔体均匀充满型腔，并使注射压力有效地传送到型腔的各个部位，以获得形状完整、质量优良的塑件。浇注系统的设计是否适当，直接影响成形品的外观、物性、尺寸精度和成形周期。

5.2 浇注系统设计原则

浇注系统的设计基本原则：

(1)分析塑料的成型性能，分析浇注系统对塑料熔体流动的影响以及在充模、保压补缩和倒流的各阶段中，型腔内塑料的温度、压力的变化情况，使设计出的浇注系统适应所用塑料的成型性能，保证塑件制品的质量；

(2)有利于型腔中气体的排出；

(3)避免塑料熔体直接冲击型芯或嵌件，以防其变形或移位；

(4)尽量缩短流程和减少拐弯，减少熔体压力和热量的损失，保证充填压力和速度，减少塑料用量，提高熔接强度；

(5)防止塑料制品的变形，设计时应注意由于冷却收缩的不均匀或多浇口进料、浇口收缩等原因引起制品的变形；

(6)浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小；

(7)浇注系统的位置应尽量与模具的中心线对称；

(8)浇口的去除、休整应方便，保证制品外观质量。

(9)浇口应设在制品壁厚的部位，以利于补缩；

(10)浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位；

(11)对于细长型心的模具，宜采用中心顶部进料方式，以免型芯受冲击变形；

(12)不要在制品中承受载荷或冲击载荷的部位设置浇口；

5.3 主流道的设计

5.3.1主流道的形状设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触出开始到分流道为止的塑料体的流动通道，主流道设计如下：

(1) 主流道设计成圆锥型,其锥角为2o～4o，对于黏度较大的熔体可以增大6o.内壁

粗糙度Ra 取1.6μm。

(2) 主流道截面设计成圆形截面加工容易，且热量损失与压力损失均不大，为常用

形式。

(3) 圆形截面主流道的直径可根据塑件的流动性良好，所以造圆形截面。

5.3.2主流道的尺寸设计

有关的尺寸计算 4/D V K π= (5-1) 式中：D 为主流道大端直径（mm ）

V 流经主流道的熔体容积（3cm ）

K 因熔体材料而异的常数

V=41.33cm / S K=1.5 得出D=6.30mm 表5-1 主流道截面直径推荐值

注射机

注塑量

10 30 60 125 250 500 1000 主流道

进口端

与出口

端的直

径

D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 聚已

烯、聚

苯乙烯

3 4.5 3.5 5 4.5 6 4.5 6 4.5 6.5 5.5 7.5 5.5 8.6 ABS 、AS 3 4.5 3.

5

5 4.5

6 4.5 6.5 4.5

7 5.5

8 5.5 8.5 聚砷、

聚碳酸

酯

3.5 5 4 5.5 5 6.5 5 7 5 7.5 6 8.5 6 9 主流道尺寸的确定：

1、

以上两个表格并根据经验公式可得主流道的进口端直径d 可取3～5.5mm ，出