本科毕业设计---烟灰缸塑料模具

东华理工大学长江学院本科生毕业设计（论文）

论文题目：基于Pro/E的制品及3D模具设计--烟灰缸

姓名：***

学号：

班级：

年级：2011级

专业：机械工程及自动化

系：机电学院

指导教师：

完成时间：2015年06月04日

作者声明

本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。

本毕业设计（论文）成果归东华理工大学长江学院所有。

特此声明。

毕业设计（论文）作者（签字）：

签字日期：年月日本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。

学位论文指导教师签名：

年月日

基于Pro/E的制品及3D模具设计Based on the Pro-e products and 3D mold design

2015年06月04日

摘要

模具是工艺装备一种特殊的形式，如今成为工业发展以及国民经济的根基。高质量、高产量、材料利用率高和低成本等特点是模具成型所具有的，正因为模具有着诸多的优点，所以目前在国民经济的各个领域里面，尤其是在家用电器领域、航天航空领域、汽车领域、拖拉机领域、仪器仪表领域、石油化工领域、机械制造领域、轻工日用品等领域得到极为广泛的应用。是一种有效且适合大量推广使用的一种制造方式。

而本课题重点是针对家用烟灰缸的塑料模具设计, 塑料烟灰缸模具有重量轻、抗腐蚀性强、不易老化、较高的强度、较长的使用寿命、清洁方便、加工方便、低廉的价格等特点。通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。

根据结构特点塑料烟灰缸使用Pro/E软件绘制零件图和模型分析，看看是其否需要侧抽芯机构。然后拟定型腔的数目和注塑机类型，根据塑件的结构特性和塑件的实际使用性能来计算并确定。然后通过对注射机的注射的压力、锁模力、注射量、模具的厚度和注射机的闭合高度等方面进行注塑机的工艺参数校核。确定成形方案：模架的选择、总体结构的设计、分型面的设计、浇注系统的设计、推出机构的设计、冷却系统的设计等。然后编制了模具的加工工艺，这样一来对于这副模具的设计就基本完成了。

关键词烟灰缸模具双分型面模具模具零件机加工

ABSTRACT

The mold is a special form of technology and equipment, has now become the foundation of the development of industry and national economy.High quality, high yield, high material utilization and low cost is a major feature of the mold, because the mold has many advantages, so at present in all areas of the national economy, especially in the field of home appliances, aerospace, automobile, tractor, field field instrumentation the field of machinery, petroleum chemical industry, light industry, manufacturing and other daily necessities widely used. Is an effective and widely used for a manufacturing method.

This paper focuses on the design of household plastic mold ashtray, ashtray plastic mold has the advantages of light weight, strong corrosion resistance, not easy aging, high strength, long service life, convenient cleaning, convenient processing, low price and recyclable etc.. Through the analysis and comparison of the process of plastic parts, the final design of an injection model.

According to the structure characteristics of the Plastic Ashtray using Pro/E software drawing and model analysis, it is no need to have a look the side core pulling mechanism. Then make the number of cavity and injection molding machine type, according to the actual performance of the structure characteristics of plastic parts and plastic parts can be calculated and determined. And then through the injection of the injection machine, the pressure of the injection molding process parameters to check the thickness and the injection molding machine clamping force, injection rate, mold closing height etc.. To determine the forming scheme: the choice of mold, the overall structure of the design, parting surface design, gating system design, the design of ejecting mechanism, the cooling system design. Then the preparation of the mold process, the design for the die so basically completed.

Keyword : mold ashtray mold design mold parts machining

目录

绪论 (1)

第一章塑件的图样 (4)

1.1 塑件的3D图样 (4)

1.2 塑件的基本尺寸 (4)

第二章塑件的分析 (6)

2.1塑件材料的选择 (6)

2.2塑料的成型性能 (6)

2.3产品结构、工艺和质量分析 (7)

2.4 塑件的塑料顾问分析 (8)

2.4.1 分析过程 (8)

2.4.2分析结论 (13)

第三章确定制品的基本参数、计算及其注塑机的选用 (19)

3.1 注塑机的选用 (19)

3.2注塑机工艺成型参数 (20)

第四章模具结构方案的确定 (22)

4.1 分型面位置确定 (22)

4.2 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式 (22)

4.3 浇注系统的设计与计算 (23)

4.3.1主流道尺寸确定 (23)

4.3.2主流道的凝料体积 (23)

4.3.3主流道浇口套形式 (23)

4.4 成型零件结构的确定 (24)

4.4.1 凹模的结构设计 (24)

4.4.2 凸模（型芯）的结构设计 (24)

4.5 排气与引气系统结构的确定 (25)

4.6 冷料穴设计 (25)

4.7模具结构形式的确定 (25)

第五章模具标准模架的选择 (27)

5.1 标准模架的组成和总类 (27)

5.2 标准模架的选择 (27)

5.2.1各模板尺寸的确定 (28)

5.2.2 导柱长度确定 (28)

5.2.3.脱模机构的设计与计算 (28)

第六章主要零部件的设计计算 (29)

6.1 成型零件工作尺寸计算 (29)

6.2 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 (30)

6.2.1 成型零件钢材的选用 (31)

6.2.2 凹模侧壁厚度计算 (31)

6.2.3 凹模底部厚度计算 (31)

6.2.4 动模垫板厚度计算 (32)

第七章脱模机构的设计与计算 (34)

7.1 推出方式的确定 (34)

7.2 脱模力的计算 (34)

7.3 推杆尺寸确定及校核 (35)

第八章模具冷却系统的计算 (36)

8. 1 冷却介质 (36)

8. 2 冷却系统计算 (36)

第九章注射机有关参数的校核 (38)

9.1 注射量的校核 (38)

9.2 注射压力的校核 (38)

9.3 锁模力校核 (38)

9.4安装部分相关尺寸的校核 (38)

9.5 开模行程的校核 (39)

第十章模具装配图 (40)

10.1模具装配简图 (40)

结论 (41)

参考文献 (42)

绪论

1、选题的依据及意义

当代生活中塑料制品已经十分普遍的进入千家万户，而塑料制品因其质量轻、价格低廉已逐步取代玻璃和陶瓷制品，同时也避免了陶瓷和玻璃易碎的特性，并且塑料制品的废弃物还可进行回收再利用。而塑料模具的应用中尤其比较广泛的是注塑模具。作为塑料模具的一种，注塑模具占据的打不份的市场需求。因此本课题以塑料烟灰缸为题材，进行塑料模具设计。

充分的运用所学知识，以及查找相应的资料，使得所学到的知识灵活运用。通过本次设计我们不仅运用所学知识同时贯穿其他专业知识，让我们巩固本专业知识的同时拓展我们的其他专业知识的互通性。更好的利用所学知识，有助于我们今后工作的帮助，同时让我们对pro-e、auto-cad等电脑软件更加熟悉。

2、塑料模具的现状

目前对中国而言，塑料加工远远不及欧美等国，甚至可以说在塑料产业这一块还是比较欠缺的，因此塑料模具的设计显得尤为重要，在这个日新月异的新时代更为重要。尽管我们与欧美国家之间存在差异，就近几十年来看，我们在塑料模具上也取得了不错的成绩。国内模具在质量和数量上取得了质的飞跃。

回顾20年前中国在塑料模具领域的默默发展，直到现在仅次于日本和欧美国家，可称之为“后起之秀，大而不强”。

并且根据数据的统计，中国以前做不了现在能制造的模具现已达到国际水平的要求。

3、塑料模具的种类与特点

塑料压塑模具：包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。压缩成型方法根据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在103°—108°），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热，高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是没有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学性能很高的树脂镜片，轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑模具制造所用材质与注射模具基本相同。

塑料挤出模具：是用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具，又叫挤出成型机

头，广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材等的加工。与其对应的生产设备是塑料挤出机，其原理是固态塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加压条件下熔融，塑化，通过特定形状的口模而制成截面与口模形状相同的连续塑料制品。其制造材料主要有碳素结构钢、合金工具等，有些挤出模具在需要耐磨的部件上还会镶嵌金刚石等耐磨材料。挤出中工工艺通常只适用热塑性塑料品制品的生产，其在结构上与注塑模具和压塑模具有明显区别。

塑料吹塑模具：是用来成型塑料容器类中空制品（如饮料瓶、日化用品等各种包装容器）的一种模具，吹塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型（俗称“注拉吹”），多层吹塑中空成型，片材吹塑中空成型等。中空制品吹塑成型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机，吹塑成型只适用于热塑料品种制品的生产。吹塑模具结构较为简单，所用材料多以碳素多则制造。

塑料吸塑模具：是以塑料板、片材为原料成型某些较简单塑料制品的一种模具，其原理是利用抽真空盛开方法或压缩空气成型方法使固定在凹模或凸模上的塑料板、片，在加热软化的情况下变形而贴在模具的型腔上得到所需成型产品，主要用于一些日用品、食品、玩具类包装制品生产方面。吸塑模具因成型时压力较低，所以模具材料多选用铸铝或非金属材料制造，结构较为简单。

高发泡聚苯乙烯成型模具：是应用可发性聚苯乙烯（由聚苯乙烯和发泡剂组成的珠状料）原料来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料的一种模具。其原理是可发聚苯乙烯在模具内能入蒸汽成型，包括简易手工操作模具和液压机直通式泡沫塑料模具两种类型，主要用来生产工业品方面的包装产品。制造此种模具的材料有铸铝、不锈钢、青铜等。

4、注塑模具设计的基本知识

1、模具型腔

通常根据最大“注塑量”确定模具型腔数目。假设注塑机的最大注射量为G，单个制品的重量M1，浇注系统的重量为M2，则N=(0.8G-M2)/M1

多型腔在模版上通常采用圆形排列、矩型排列、直线型排列以及复合排列等。尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，确保制品质量的稳定。

2、模具排气系统

注射成型时，若模具型腔跟随熔料进入的气体不能顺利排出，将会在制品上形成气孔、熔接缝、表面轮廓不清等制品缺陷。有时封闭在塑料熔体内的气体因压缩所产生的高温甚至会使制品局部烧焦，而且压缩空气会降低熔料填充的速度。在模具成型中一般利用推杆和推杆孔的配合空隙排气。

3、模具浇注系统

流道是主流道与“浇口”之间的通道。在多型腔的模具中，分流道必不可少，而在“单型腔”的模具中，则可以省去分流道以避免不必要的麻烦。

4、模具导向系统

导向机构主要起定位、导向，以及承受一定的侧压力的作用。一般注射模采用4个导柱、导套。导柱设在主型芯的四周起保护型芯的作用。

5、模具顶出系统

一般采用圆形推杆，结构简单，应用广泛。布置推杆时要考虑脱模阻力的平衡，以确保和防止制品由于推杆的纵向弯曲而造成的损坏，在肋、凸台、细小凹部要多设推杆。

5、研究方法

该设计采用注塑成型来进行设计，通过使用Pro-E软件画出制品的零件图，以及3D 图，然后采用Pro-E外挂进行模具和模架的设计，并分析采用哪种冷方式和处理计算制品的体积和重量。然后确定模具的型腔，分型面，冷却方式和顶出方式等，同时还可确定注塑机的种类及相应参数。

第一章塑件的图样

1.1 塑件的3D图样

跟据计算分析，最终采用Pro-E软件设计出的制品图样如图1-1所示：

图1-1

1.2 塑件的基本尺寸

塑件的基本尺寸如图1-2所示：

图1-2 烟灰缸总体尺寸

根据分析，烟灰缸的壁在3mm最为合适，由于是小型物品，受力几乎可以忽略，所以在这将所有壁厚都设计成等厚度。

第二章塑件的分析

2.1塑件材料的选择

1.聚苯乙烯（PS)：

具有一定的机械强度，化学稳定性及电气性能都较优良，透光性好，着色性佳，并易于成型。它的特点是差不多完全能耐水。多用于仪表外壳，骨架，仪表指示灯、灯罩，汽车灯罩。

2.聚苯乙烯改性有机玻璃（PMMA#3):

有极好的透明性。力学强度也较高，有一定的耐热性、耐寒性和耐气候性、耐腐蚀、绝缘性良好。制品尺寸稳定，成型容易。多用来制造一定透明度和强度的零件，如油标、油杯、光学镜片、透镜、设备标牌、透明管道、汽车车灯及晶体管收音机刻度盘。

3.聚丙烯塑料（PP)：

耐腐蚀性优良，力学性能高于聚乙烯，耐疲劳和耐应力开裂性能好。单收缩率较大，低温脆性大，密度为0.90-0.91g/cm3等特点，通常可用作医疗器械，家用厨具，加点零部件化工耐腐蚀零件，中小型容器和设备塑料件。

4.聚砜（PSF)：

热稳定性高，长期使用温度可达150～174℃，高于聚碳酸酯、聚偏氟乙烯等塑料。脆化温度为-100℃，具有优良的力学强度及良好的电性能，能进行一般成型加工和机械加工，尺寸稳定性高，还有良好的可电镀性，也是塑料涂金属中的一种材料。可用做高强度、耐热、耐蠕变的结构件以及耐腐蚀的零件，如汽车零件、电工和无线电零件、接触器、齿轮、凸轮、线圈骨架、示波器振子、接触器，仪器仪表零件，以及板材、管道、计算机、洗涤机等制品。

2.2塑料的成型性能

Pp塑料具有硬度高，能够承受一定的温度，是制作塑料烟灰缸的不二选择，同时pp材料还有耐腐蚀，易清洗。在成型过程中该熔料冷却较慢，吸水性能差，故可以选择非干燥，因为该熔料的流动性较好，所以在注塑时应采用较高的压力。

同时该制品在成型过程中由一定的收缩性，这就要求考虑模具冷却穴的设计。

并且该塑料不可长时间加热，因为长时间加热会使其发生分解。同时尽量避免有机溶剂的使用。有机溶剂在一定的还程度上回影响塑料的成型。

在成型工艺上，模具应保持60～68℃的范围内，喷嘴温度应保持在180～190℃范围内，中断温度应在210～230℃的范围内，后段温度应在180～200℃范围内；注塑压力在70～90MPa范围内，使用螺杆式注塑机；直通型喷嘴；注塑时间范围为3～5s；保

压时间选定为15～30s；冷却时间选定为15～30s；成型周期定位40～70s。

2.3产品结构、工艺和质量分析

（1）产品结构分析：该产品为日常生活所用的烟灰缸，结构相对简单，采用中空型6面体结构，上端面设置四个置烟槽，可同时放置四根香烟，中间收纳处采用内凹球面，这样的设计便于对烟灰的清理。四周采用切角处理，避免了其棱角突出的特点，同时使得烟灰缸更为美观。

（2）模具尺寸分析：模具尺寸根据查表得知其具有7个公差等级，代号为MT，并且其中每一个等级又分成A、B两种形式，模具活动部分不受它影响的尺寸公差为A，模具活动部分受它影响的尺寸公差为B。根据pp塑料一般成型公差等级材料的选择，选定为总体精度的MT4，无公差等级选定为MT6。

（3）表面质量分析：根据其用图，要求表面无缺陷、毛刺、斑点和焊痕等缺陷。同时材料应具有一定的强度、耐腐蚀性、抗老化等。并且对于一般的模具而言，模具的表面粗糙度一般低于制品表面粗糙度的1～2级，以便保证制品表面粗糙度的精度要求。塑件表面粗糙度Ra一般为3.2～0.2μm。且型腔表面粗糙度最好低于型芯表面粗糙度。由于加工过程之中模具型腔与型芯会受到一定的磨损，故其表面粗糙度要求高一点以便于后续打磨修复。其他各项指标见表1所示。

表1 PP塑料的部分技术指标

技术指标值

密度(g / cm^-3) 0.90～0.91

收缩率(%) 1.0～3.0

透明度半透明

比热容/(J·kg^-1·k^-1) 1930

吸水性（24小时）（%）0.01～0.03

屈服强度/MPa 37

拉伸弹性模量/GPa 1.1～1.6

抗压强度/MPa 67

弯曲弹性模量/GPa 1.45

熔点℃170～176

2.4 塑件的塑料顾问分析

2.4.1 分析过程

1.玻璃模拟

图1 2.实体模型

图2 3.塑性流动

图3