碗注塑模具设计毕业设计说明书

碗注塑模具设计毕业设计

说明书

Newly compiled on November 23, 2020

碗

的

注

射

模

具

设

计

说

明

书

设计题目：碗的注射模具设计

指导老师：xx

设计者：xxx

系别：信息控制与制造系

班级：xx

学号：xx

绪论

{一} 【模具在加工工业中的地位】

模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。

对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。

模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。

现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展[二] 【模具的发展趋势】

近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：

（1）加深理论研究

在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。（2）高效率、自动化

大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。

（3）大型、超小型及高精度

由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。

（4）革新模具制造工艺

在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。

（5）标准化

开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。

[三] 【设计在学习模具制造中的作用】

通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。

毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。

一、绪论 (2)

二、目录 (4)

一、引言 (6)

二、塑料工艺分析和模具方案确定 (7)

三、塑料的成型特性及工艺参数 (8)

四、浇注系统 (9)

五、顶出机构 (12)

六、冷却系统 (13)

七、塑件的Moldflow分析 (16)

八、模架、支承与连接零件的设计与选择 (17)

九、合模导向与定位机构的设计 (18)

十、排气系统 (20)

十一、模具总装图 (21)

十二、模具安装UG图 (22)

十三、设计总结 (23)

十四、谢辞 (24)

一、引言

随着各种性能优越的工程塑料不断开发，注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品。要高质量、经济地生产出注塑制品，必须综合考虑成型树脂、注塑模具及注塑机的问题，注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本。

注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。

传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE。

我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。塑料模是应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。

二、塑料工艺分析与模具方案确定

1 制件的分析

如下图所示，该制件为塑料碗，使用材料为PP。

图2-1制件图

图2-2制件三维图

2总装图

总装图如图2-3所示。

图2-3总装图

1.动模板

2.定模板

3.定位顶销

4.定模座板

5.浇口套

6.定位圈

7.导柱

8.导套

9.型腔 10.型芯 11.顶杆 12.固定板螺钉 13.推杆固定板螺钉 14.推板 15. 推杆固定板 16.复位杆 17.长固定螺钉 18.动模座板 19.垫块 20.支承板

三、塑料的成型特性及工艺参数

PP的材料名称是聚丙烯（百折胶）。百折胶质轻，可浮于水，它具有高的结晶度，高耐磨性，高温冲击性好，化学稳定性高，卫生性能好，无毒，耐热性高，可在100摄氏度左右使用，突出的延伸性能和抗疲劳性能。可应用于微波炉、餐具、盆、塑料桶、保温瓶外壳、编织袋等生活用品，也可用于法兰，齿轮，接头，把手等工业元件。PP的最大缺点就是容易氧化老化。可用添加抗氧化剂与紫外光吸收剂等加以克服。

收缩率：～% 熔融温度：230～275 成型温度：15～65度

比重：～成型压力：100～130Mpa 流比长：100～200

结晶性：半结晶性射速：高速注射

四、浇注系统

1 分型面的选择

选择分型面的原则：

(1)有利于脱模；

(2)有利于保证塑件的外观质量和精度要求；

(3)有利于成型零件的加工制造；

(4)分型面数目与形状通常采用平行分型面，即采用一个与注射机开模运动方向垂直的分型面；

(5)型腔方位的确定：在决定型腔在模具内的方位时，分型面的选择应尽量防止形成侧孔或侧凹，以避免采用比较复杂的模具结构；

(6)有利于侧向抽芯；

(7)考虑侧向抽拔距；

(8)应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，而将短抽拔距作为侧向分型芯或抽芯，并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯；

(9)锁紧模具的要求；

(10)有利于排气；

(11)分型面的选择应考虑注射机的技术参数。

综上所述，结合本塑件实际情况，将分型面定为如图5-1所示

图5-1 分型面

为了避免A 板和滑块有尖角产生，分型面应在边倒圆底端。

2 浇口套的选用

由于采用直接浇口，在有柄盖底部的花纹需要成型，所以交口套底面必须加工出所需要的花纹，详细数据请参见浇口套零件图，示意图如下5-2所示

图5-2 浇口套

由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触和碰撞,所以常将主流道设计成可拆卸的浇口套，材料为T10A 钢,并淬火处理到洛氏硬度50～55HRC.

T10A 钢适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动，需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，可用作不受较大冲击的耐磨零。 3 流程比的校核

在确定浇口位置及数量时，对于大型塑件还应该考虑所允许的最大流程比。因为当塑件壁厚较小，而流程较长时，不但内应力增大，而且会因为料流温度降低较多而造成注射不满，这时必须增大塑件的壁厚，或增加浇口数量、改变浇口位置，以缩短最大流程。流程比是指塑料熔体在型腔内流动的最大流程与其厚度之比。即：

1n i p i i

L B B t ==≤∑ （5-1） B ——流程比；

i L ——各段流程长度；i t ——各段流程的型腔厚度； p B ——允许的流程比，（这里塑料PP 的允许流程比为280）

所以在允许的范围内，可行。

五、顶出机构

六、冷却系统

1模具温度调节对塑件质量的影响

(1)尺寸精度对一般塑件,必须使模温较低,并保持恒定温度,以减少塑件成型收缩率的波动,提高塑件尺寸稳定性；

(2)形状精度模具型芯和型腔的各部分温差太大,会使塑件收缩不均匀导致翘曲变形,特别是对于壁厚不一致和形状复杂的塑件,常常会出现因收缩不均匀而变形的情况,因此,必须设计合适的冷却回路,使模具型腔、型芯各个部分的温度基本一致，从而使塑件各部分的冷却速度相同；

(3)力学性能对于结晶型塑料冷却速度影响其结晶度，而结晶度又影响其力学性能。冷却速度快，结晶度低，应力开裂的倾向小。一般可采用较高的熔体温度、较低的模具温度、较短的保压时间和快速填充，这样成型条件来减少塑件应力开裂的倾向。

(4)表面质量当模具的温度过低时，会使塑料熔体粘度提高，流动阻力增大，从而出现填充不满，塑件轮廓不清，或者产生熔接痕或振动痕；提高模具温度即可改善塑件表面状态，使塑件表面粗糙度降低。

2冷却系统的设计原则

(1)冷却系统的布置应先于脱模机构

(2)合理地确定冷却管道的直径中心距以及与型腔壁的距离

(3)降低进出水的温度差，普通模具的进出水温差不应超过5℃

(4)浇口处应加强冷却

(5)应避免将冷却水道开设在塑件熔接痕处

(6)冷却水路应便于加工和清理。

3冷却装置的布置如下

冷却系统

七、塑件的Moldflow分析

有限元法介绍

Moldflow软件的原理是有限元法，有限元法是力学、计算方法和计算机技术相结合的产物，由于它在解决工程技术问题时的灵活性、快速及有效性，发展非常神速，其解题范围包括了各个领域（固体力学、流体场、电磁场、温度场、声场）的数理方程；其计算机程序几乎能求解数理方程中的各类问题，是工程技术人员必备工具，是力学、机械、土木工程、水力等专业的学生的必修课。有限元法是求解复杂工程问题的一种近似数值解法，现已广泛应用到力学、热学、电磁学等各个学科，主要分析工作环境下物体的线性和非线性静动态特性等性能。

有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对象的离散化，有限元求解，计算结果的处理三部分。曾经有人做过统计：三个阶段所用的时间分别占总时间的40%~50%、5%及50%~55%。也就是说，当利用有限元分析对象时，主要时间是用于对象的离散及结果的处理。如果采用人工方法离散对象和处理计算结果，势必费力、费时且极易出错，尤其当分析模型复杂时，采用人工方法甚

至很难进行，这将严重影响高级有限元分析程序的推广和使用。因此，开展自动离散对象及结果的计算机可视化显示的研究是一项重要而紧迫的任务。

有限元分析的基本步骤和几个问题：

离散化：（1）单元怎样划分编排单元码和节点码有什么原则

（2）荷载如何移置

单元分析：（1）节点力怎样用节点位移表示

（2）如何建立以节点位移表示的节点平衡方程式

（3）怎样去求单元的内力（应力）

整体分析：如何以最快的速度、最少的时间、最好的方案解出方程组，以得到最佳（可行精度）的结果

八、模架、支承与连接零件的设计与选择

注射模中的各种固定板、垫块、支承板及模座等均称为支承零部件，它们与合模机构组装，便可构成模具的基本骨架。注射模架的作用就是用来安装和固定注射模具中的各种功能结构，因此，在设计注射模时，必须保证各种支承零部件有足够的强度和刚度。

1定模座板（650mm×550mm×35mm）

定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过8个Φ16的斜导柱与定模固定板连接，定位圈通过4个M4的内六角螺钉与其连接，定模座板与浇口套为H6/f5配合。

2定模板（550 mm×550mm×70mm）

用于固定型腔、导套、楔紧块、斜导柱。厚度经计算校核应大于12，取标准值25。采用45钢制成，调质230HB~270HB。其上的导套孔与导套一端采用H7/r6配合，另一端采用H8/h7配合；定模板与浇口套采用H6/f5配合。

3动模板（550mm×550mm×90mm）

用于固定型芯，厚度经计算采用90mm

4 动模座板（550mm×550mm×70mm）

模座是与注射机相联的模具底板，其作用是支承所有零部件、传递合模力及承受成型力。设计要点：

(1)应有一定厚度；

(2)轮廓形状和尺寸应与注射机上的动定模固定板相匹配；

(3)模座上开设的安装结构（螺栓孔、压板台阶等）必须与设备上安装的螺孔的大小和位置相适应；

(4)材料：碳钢、45钢、合金结构钢，调质230~270HBS。

九、合模导向与定位机构的设计

注射模在工作中周期性地开模、合模。当动、定模完全分开时，可依靠注射成型机的拉杆导向，但仅靠注射成型机的拉杆导向并不能保证注射模具正常工作，注射模本身必须设置导向与定位机构。导向机构的作用是：

(1)定位作用：为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失效；另外，导向机构在模具的装配过程中也起定位作用，方便模具的装配和调整；

(2)导向作用：在动定合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件；

(3)承受一定侧压力：塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定的侧压力；

(4)保持运动平稳作用：对于大、中型模具的脱模机构，有保持机构运动灵活平稳的作用。

1 导柱导向机构

考虑到塑件的精度要求和生产批量大小，故导柱要有导套配合，导套的外径与导柱的1d相等，也就是导柱的固定孔与导套的固定孔同径，两孔可以一刀加工，以保证位置精度。导柱同导套的配合都是间隙配合H7/h6或H8/f8，间隙小于，导柱装入模板多用过渡配合H7/m6或H7/r6。导柱的端部做成锥形或半球形的先导部分，使导柱能顺利进入导向孔。多采用低碳钢经渗碳淬火处理

或碳素工具钢（T8A、T10A）经淬火处理，硬度为50~55HRC[18]，以保证导柱具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯。

2 导向孔、导套的结构及要求

考虑到装配方便，把导套的前面倒一个圆角，内孔有一定锥度；为避免孔内空气无法排出而产生反压力，给导柱的进入造成阻力，合模时有较大噪声，设计时把导柱孔打通。该设计中，采用了有肩导柱和带头导套。

3 导柱布置

根据模具的大小，选用了四根等直径导柱，它们合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘有足够的距离，以保证模具的强度。

十、排气系统

1排气系统的作用及气体来源

为了防止塑件出现气泡，疏松等缺陷，在注射过程中应该将型腔中的气体排出。模具型腔中的气体来源主要有以下几个方面：

(1)浇注系统和型腔中原有的气体；

(2)塑料中的水分在注射温度下蒸发的水蒸汽；

(3)塑料熔体受热分解产生的挥发气体；

(4)熔体中某些添加剂的挥发和化学反应生成的气体；

2排气系统的设计要点

(1)保证迅速，有序，通畅，排气速度应该与注射速度相适应；

(2)排气槽设在塑料流末端；

(3)应设在主分型面凹模一侧，便于加工和修整，飞边容易脱模和去除；

(4)尽量设在塑件较厚的部位；

(5)设在便于清理的位置，以免积存冷料；

(6)排气方向应避开操作区，以防高温熔体溅出伤人；

(7)其深度与塑料流动性、注射压力以及温度有关；

在本模具中，型芯和型腔之间有较大的间隙，故不设排气槽。

十一、模具总装图

十二、模具安装UG图

设计总结

通过对碗塑料成型模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。

在模具制造的加工工艺，来编写加工工艺卡片。

在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用CAD软就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。

以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。

模具CAD技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。

总之，通过毕业设计的又一次锻炼完全清楚：充分利用CAD技术进行设计，在模具符合使要求的前提下尽量降低成本。同时在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美的模具。

谢辞

经过两个多月时间的努力，我终于完成了毕业设计。开始的时候我对一些知识不是很清楚，所以我阅读了大量和模具，机械相关的书籍，花费了很大的时间来系统地学习专业知识，在这个过程中我充实了自己，并为自己的进步感到喜悦。

很多同学在设计期间也给我答疑解惑，我由衷的感谢他们，祝福他们在之后的道路上一切顺利！