毕业设计按钮帽塑料模具设计.docx

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毕业设计按钮帽塑料模具设计

毕业设计（论文）

题目名称：

按钮帽塑料模具设计

摘要

模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料和设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

因此，模具工业已成为国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。

模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。

塑料成型加工及模具技术不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备成型机械的革新、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。

本文主要讲述了按钮帽注塑模的设计。

内容包括制品材料的选择及材料性能的分析、注射机的选用、浇注系统、成型零件、冷却系统和抽芯机构的设计等部分。

除此之外，还包括模具型腔的CAD/CAM部分，并利用先进软件将其加工部分直接生成NC文件。

本文强调利用现代计算机辅助设计制造技术，运用了Pro/E、CAXA等国内外著名软件进行辅助设计。

既保证了产品的质量，缩短了产品更新的周期

通过本次毕业设计，对我在大学阶段所学习的模具设计方面知识做了一个很好的总结和巩固，也对平时所学习的比较零散的知识做到了系统化的运用。

也发现了自己在学科仍存在很多不足，可以更好的复习和理解，同时对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。

关键词按钮帽注塑模CAD/CAM

ABSTRACT

Mouldplasticmoldingprocessisanimportanttechnologicalequipmentandrawmaterialsandequipment"benefit",mouldmanufacturingamplifiers,finalproductvalue,isoftendieworthseveraltimes,ahundredfold.Therefore,themoldindustryhasbecomethefoundationofthenationaleconomywork,calledthe"motherofindustry.Mouldmanufacturingtechnology,hasbecomeanationalproductmanufacturingtechnologyoftheimportantsymbol.Theplasticmoldingprocessandmouldtechnologynotonlywiththepolymermaterialssynthesistechnologyimprovementandinnovationofmoldingmachinerymoldingequipment,moldingprocessofpracticeandprogress,andalongwiththecomputertechnology,thenumericalsimulationtechnologyinthefieldofplasticforminganddevelopmentpenetration.

Thisarticlemainlydescribedthedesignofinjectionmouldhelmet.Contentsincludethechoiceofmaterialsandproductsofmaterialpropertiesofanalysis,injectionmachineselection,gatingsystem,formingzero

A,coolingsystemandthedesignofcore-pullingmechanismetc.Inaddition,alsoincludingthemoldCAD/CAM,andusetheadvancedsoftwarewillitsprocessingparts

DeliverytotheNCfiles.Thepaperemphasizesusingmoderncomputeraideddesignmanufacturetechnology,usingCAXAPro/E,domesticandinternationalfamoussoftwareetc.both

Ensurethequalityofproducts,butalsogreatlyimprovethemanufacturingproductivity,shortenthecycleofproductupdate.

Throughthegraduationdesign,formeintheuniversitylearningstageofmoulddesignaspectsofknowledgeisagoodsummaryandconsolidate,thepeacetimelearningisscatteredknowledgeachievedsystematicapplication.Alsofoundhimselfinsomeaspectofknowledgewithinashort,doowethegoodreviewandunderstandingofmechanicalmanufacturing,processingtechnologyisasystematicandcomprehensiveunderstanding,reachedthepurposeoflearning.

KeywordsHelmetInjectionmoldCAD/CAM

目录

引言1

第一章塑件成型的工艺性分析2

1.1塑件制品结构分析2

1.2成型工艺分析2

1.2.1精度等级2

1.2.2脱模斜度2

1.3PC的注射成型过程及工艺参数3

1.3.1注射成型过程3

1.3.2PC的注射工艺参数3

1.4PC塑料的性能分析4

1.5PC成型塑件的主要缺陷及消除措施5

1.6注射模选材5

1.7模具的工作过程6

第二章分型面结构设计7

2.1分型面的选择原则7

2.2分型面的选择方案7

2.3确定型腔数量及排列方式9

2.3.1一般确定型腔数目的四种方法9

2.3.2本设计中型腔的确定9

2.4注射机型号的确定9

2.4.1按钮帽的注射量的计算9

2.4.2选择注射机10

2.4.3注射机有关参数的校核11

2.4.4模架尺寸与注射机拉杆内间距校核11

2.5浇注系统形式和浇口的设计11

2.5.1主流道的设计11

2.5.2主流道尺寸12

2.5.3主流道衬套的形式12

2.5.4主流道冷料穴的设计13

2.5.5分主流道冷料穴的设计形截14

2.6浇口的选择原则浇口的位置14

第三章模具的试模与修模17

3.1试模17

3.2修模17

3.3模具的工作过程17

3.4设计小结18

结论19

致谢20

参考文献21

引言

模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料和设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

因此，模具工业已成为国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。

模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。

塑料成型加工及模具技术不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备成型机械的革新、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。

注射成型也称为注塑成型，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。

采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件和建筑构件，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。

据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的30％，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50％。

早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。

例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有70％被注射成型所取代。

注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。

据统计，在当前的工程塑料制品中，80％以上都要采用注射成型的方法生产。

随着塑料材料技术和注塑成型加工技术的不断进步，塑料注塑加工行业得以持续发展。

塑料加工是将原材料变为制品的关键环节，只有迅速的发展塑料加工业，才可能把各种性能

优良的高分子材料变成功能各异的制品，在国民经济的各领域发挥作用。

第一章塑件成型的工艺性分析

1.1塑件制品结构分析

图1.1塑件制品结构分析

该塑件的结构不算复杂，但是上半部分是带有凹槽的曲面，凹槽中间有一个凸棱，因为曲面的表面要求较高，所以要求模具型腔内表面制造精度高，以保证塑件表面质量。

下半部分与上半部分有一定的斜度，两边都带有长形凸棱，需要两边侧抽芯。

根据本塑件的基本结构特征尺寸大小及其使用场所，材料的来源是否充足，成本是否经济等多方面因素的综合考虑，选用PC（聚碳酸酯）塑料作为本设计的材料。

1.2成型工艺分析

1.2.1精度等级

影响尺寸精度的因素较多，如模具制造精度及其使用的磨损程度，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件制品的形状、脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等等。

在一般的生产设计过程中，为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑件使用要求的条件下，选取较低等级的公差，这样便于加工与生产。

结合本设计的具体情况，查参考文献[1]中表8.5-64查得，该塑料件尺寸精度为MT3级，对应的模具精度为IT9，由8.5-65可知，材料为PC，基本尺寸在25.0～50.0mm的塑件的最小极限为0.030mm，实用极限为0.080mm。

1.2.2脱模斜度

由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。

为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。

只有塑件高度不大、没有特殊狭窄细小部位时，才可以不设计斜度。

最小脱模斜度与塑料性能、收缩率、塑件的几何形状等因素有关。

该塑件厚约4mm，其脱模斜度查参考文献[1]中表8.5-7有塑件外表面35＇～1°，内表面30＇～50＇。

由于该塑件所用材料PC流动性差，溢边值为0.06mm左右，需提高注射压力，但压力过高则又使塑料制品开裂，所以塑件外形应放脱模斜度，一般取大于或等于2°为宜。

1.3PC的注射成型过程及工艺参数

1.3.1注射成型过程：

（1）成型前的准备对PC的色泽、细度和均匀度等进行检验。

由于PC吸湿性极小,但水敏性强，含水量不得超过0.2%，加工前必须干燥处理，否则回出现银丝、气泡及强度显著下降现象。

（2）注射过程塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却5个阶段。

（3）塑件的后处理采用红外线灯、鼓风烘箱，热处理温度100～110℃，处理时间8～12h。

1.3.2PC的注射工艺参数。

PC塑料注射工艺参数，具体数值如下表1.1所示注射工艺参数，

表1.1PC塑料注塑参数

塑料名称

PC

注射机类型

螺杆式

预热和干燥

温度t（℃）

110～120

时间r（h）

8～12

料筒温度t（℃）

前段

240~285

中段

230～280

后段

210～240

喷嘴温度t（℃）模

240～250

具温度t（℃）注射

90～110

压力p（Mpa）

80～130

成型时间（s）

注射时间

20～90

高压时间

0～5

冷却时间

20～90

总周期

40～190

1.4PC塑料的性能分析

PC的主要性能指标,具体如下表1.2所示

表1.2PC的主要主要性能标

塑料性能

单位

数值

物理性能

密度

cm3g）

1.18～1.20

质量体积

㎝3.g）

0.83

吸水率24h

230℃50%RH0.15

长时期

%

23℃浸水中0.35

折射率（折光指数

%（或n）

25℃时1.586

热性能

玻璃化温度

℃

149

熔点

℃

225～250（267）

线膨胀系数

6

计算收缩率

%

0.5～0.7

热导率

w/m.k

0.193

力学性能

屈服强度

MPa

72

抗拉强度

MPa

60

断裂伸长率

%

75（泊松比0.38）

拉伸弹性模量

MPa

2.3

抗弯强度

MPa

113

弯曲弹性模量

MPa

1.54

抗压强度

MPa

77

抗剪强度

MPa

40

化学性能

日光及气候影响

日光照射微脆化，经玻璃纤维增强后紫外线的影响减弱

液的稳定性

剂有破坏作用，在大于60℃水中发生水解作用

耐酸性及盐溶

对稀无机酸、有机酸、盐溶液和水稳定，强酸、氧化

耐碱性

弱碱影响较轻，强碱溶液、氨和氨类能引起腐蚀或分解

耐油性

对动、植物油和多数烃油及其酯类稳定，含有极性剂的某些矿物油则有影响

耐有机溶剂性

溶于氯化烃和部分酮、酯及芳香烃中，不溶于脂肪族碳氢化合物、醚和醇类

1.5PC成型塑件的主要缺陷及消除措施

1．缺陷缺料（注射量不足）、气孔、溢料飞边。

熔接痕强度低、表面强度和硬度不足。

2．消除措施加大主流道、分流道、浇口，加大喷嘴，增大注射压力，提高模具温度。

1.6注射模选材

模具材料选用原则，用于注塑模具的钢材，大致应满足如下要求：

1．机械加工性能优良：

易切削，适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工；

2．抛光性能优良：

没有气孔等内部缺陷，显微组织均匀，具有一定的使用硬度（40HRC以上）；

3．良好的表面腐蚀加工性：

要求钢材质地细而均匀，适于花纹腐蚀加工；但对一些特殊塑料；

4．耐磨损，有韧性：

可以在热交变负荷的作用下长期工作，耐摩擦；

5．热处理性能好：

具有良好的淬透性和很小的变形，易于渗氮等表面处理；

6．焊接性好：

具有焊接性，焊后硬度不发生变化，且不开裂、变形等；

7．热膨胀系数小，热传导效率高：

防止变形，提高冷却效果；

8．性能价格比合理，市场上容易买到，供货期短。

在选择注射模具钢材时，要综合考虑塑件的生产批量、尺寸精度、复杂程度、体积大小和外观要求等因素。

对于塑件生产批量大、尺寸精度要求高的场合，应选用优质模具钢。

对于结构复杂或体积比较大的塑件应选用易切削钢，外观要求高的塑件可以选用镜面钢材。

该模具的选材及热处理见下表1.3。

表1.3模具的选材及热处理

零件名称

材料牌号

热处理

硬度

说明定模板

（型腔）型芯

CR12MOV

淬火

58HRC-62HRC

淬透性好,热处理变形小,耐磨性好

瓣合模

CR12MOV

淬火

58HRC-62HRC

支承板、推杆固定板

45

调质

230HB-270HB

模套

45

淬火

43HRC-48HRC

垫块

Q235A

230HB-270HB

推板

45

调质

54HRC-58HRC

主流道衬套

T10A

淬火

43HRC-48HRC

带头导柱、导套

T8A

淬火调质

54HRC-58HRC

推杆

T8A

淬火调质

50HRC-55HRC

圈

45

淬火

50HRC-55HRC定位

拉料杆

T10A

淬火

54HRC-58HRC

1.7模具的工作过程

模具装配试模完毕后，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下。

1．对塑料PC进行烘干，并装入料斗；

2．清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热；

3．合模、锁紧模具；

4．对塑料进行预塑化，注射装置准备注射；

5．注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模；

6．脱模过程开模时由定模板11与定模座板7首先沿分型面分型，当开模到一定距离时，动、定模分开，拉料杆18将主流道凝料从浇口套22中拉出，在开模过程中，在瓣合模推杆的推动下，瓣合模一边推着塑件沿着矩形槽向上移动，同时完成侧抽芯。

当推杆推动瓣合模达到一定距离时，塑件脱离了型芯，完成了脱模过程，最后将塑件取出；

7．塑件的后处理切除塑件上的浇注系统凝料，对塑件进行调湿处理

第二章分型面结构设计

模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。

因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。

2.1分型面的选择原则

1．选在制品最大外形尺寸之处。

因为制品一般都是在最大投影面积之处分模，否则，很难脱模。

同时，应尽可能使制品留在动模一侧，有利于取出塑件。

2．避免影响塑件外观。

尤其是对表面要求较高的塑件。

3．便于浇口进料，利于成型，易于排气。

4．利于型腔加工，从而使制品精度易于保证。

5．有助于侧抽芯或便于侧抽芯；利于型腔或型芯结构的装卸和保证其强。

6．利于嵌件的安装以及活动镶件和弹性活动螺纹的安装。

7．有利于简化模具结构。

该塑件在进行塑件设计时已经充分考虑以上确定分型面的基本原则，从按钮帽实物的结构可以看出，该塑件需外侧抽芯，所以在确定分型面时，还要确定好侧抽芯结构。

外侧抽芯采用滑块侧抽芯。

2.2分型面的选择方案

分型面在制品最大外形尺寸之处，并能够保证塑件上表面曲面的质量要求，而且塑件在分型面处的表面质量无特殊要求，塑件下半部分凸棱处采用滑块侧抽芯机构，整个塑件成型精度比较高，模具结构也比较简单。

图2.1分型面的选择方案一

图2.2分型面方案二

1．如图2.1所示，此方案难以保证塑件的上表面的质量要求，上表面中心处会留有熔接痕或者飞边，影响塑件表面质量，而且不易设置抽芯机构，模具结构较复杂，塑件精度难以保证。

2．分型面的选择方案二

如图2.2所示，此种方案满足分型面在制品最大外形尺寸之处，并能够保证塑件上表面曲面的质量要求，而且塑件在分型面处的表面质量无特殊要求，塑件下半部分凸棱处采用滑块侧抽芯机构，整个塑件成型精度比较高，模具结构也比较简单。

综合比较上述两种方案，分型面采用方案二模具结构较简单，塑件成型精度可靠，因此本模具采用此方案。

2.3确定型腔数量及排列方式

型腔数量以及位置如何确定要根据塑件制品的尺寸大小、结构难易程度、生产效益等诸多因素灵活确定。

2.3.1一般确定型腔数目的四种方法

1．根据经济性确定型腔数目根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和生产原料费用，仅考虑模具加工费和塑件成。

2．根据注射机的额定锁模力确定型腔数目当成型大型平板制件时，常用这种方法。

3．根据注射机的最大注射量确定型腔数目。

4．根据制品精度确定型腔数目，一般来说，每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%，所以不是型腔的数目越多越好。

对于高精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个。

2.3.2本设计中型腔的确定。

大中型塑件和精度要求高的小型塑件一般优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可使生产效率大为提高。

该塑件上表面精度要求较高，塑件体积较小，生产批量为大量生产，两边抽芯，从模具加工成本、制品生产时的成本以及制品精度考虑，初步拟定采用一模四腔。

型腔布置形式如图2.3所示

图2.3型腔布置形式

2.4注射机型号的确定

2.4.1按钮帽的注射量的计算

查参考文献[2]得PC的密度ρ为1.20g.㎝，利用Pro/E三维软件定性测的该塑件的实际体积为1.70cm3，质量为2.04g。

浇注系统凝料体积的初步计算可按浇注系统的体积为塑件的0.6倍，即V浇=0.6V塑，由于该模具是一模四腔，所以浇注系统凝料体积为V浇=4×0.6×1.70=4.08cm3

一次总的注射量为

V实=n（V塑+V浇）

式中n—模具型腔数目，取n=4；

所以V实=4×（1.70+0.6×1.70）=10.88cm3

m=V实=1.20×10.88=13.056g

塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍～0.5倍，因此可用0.35nA1（n型腔数）来进行估算：

A1=3.14×9.6×14.75=444.62mm²

2

所以A=nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35×4×444.624=2400.97mm²锁模力是指注塑机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，即：

F锁=A·P型式中F锁——注塑机的额定锁模力（N）；

P型——模具型腔内塑料熔体平均压力，一般为注塑压力的0.3～0.65倍，通常为20～40MPa，取P型为35Mpa；

A——塑件和浇注系统在分型面的投影面积之和（mm²）；

所以Fm=A×P型=2400.97×35=84033.95N=84.03kN

2.4.2选择注射机

根据实际情况，为了保证注射机能够正常注射成型，模具所需的实际注射量应该小于注射量的公称注射量。

一般由经验公式可得公称注射量为：

V公≥V实/0.8=13.8g/cm3

根据公称注射量选择注射机，但PC材料成型优先选用螺杆式注射机，查参考文献[1]可得，初步选型号为SZ－100/60的注射机，该注射机的主要技术参数如表2.1所示:

表2.1注射机的主要技术参数

项目

SZ-100/60

拉杆内间距（mm）

280×250

结构类型

卧

移模行程（mm）

220

理论注量（cm3）

78g

最大模具厚度（mm）

300

螺杆直径mm

30

最小模具厚度（mm）

100

注射压力（M/MP）

170

锁模形式

双曲肘

注射速率（g/d）

60

模具定位孔直径mm）

55

塑化能力（g/s）

5.6

喷嘴球半径（mm）

12