带提手的桶盖注塑模具设计.docx

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带提手的桶盖注塑模具设计

摘要

模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。

如模具的CAD/CAM技术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术。

本设计介绍了该注塑模具的设计与制造方法。

该注射模采用了一模一腔的结构，其中的设计内容有塑件的工艺性分析、塑件的体积和质量计算及注射机参数的确定；结构设计：

分型面选择、型腔数确定、型腔的排列方式、浇口设计、侧向分型抽芯机构设计、推出及复位机构方式确定；型芯、型腔尺寸计算；模具加热和冷却系统计算；模具闭合高度确定；注射机有关参数的校核；如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠。

最后对模具结构与注射机的匹配进行了校核。

并用autoCAD绘制了一套模具装配图和零件图。

关键词：

塑料注射模具侧向抽芯

　Abstract

The diemakingtechnologyrapidlyexpand,hasbecomethemoderntechniqueof  manufacture the important component. For example, mold's CAD/CAM technology,mold'slaserfastformationtechnology,mold'spreciseformtechnology,mold'sultraprecisionsizingtechnology.

Thisdesignintroducedtheinjectedmold'sdesignandthemanufacturemethod.Thisinjectionmoldhasused1mold1cavitystructures.whichisdesignedaspartofthecraft-orientedestablishment:

PlasticPartsoftheProcessAnalysis,PlasticPartsofthesizeandqualityofcalculationandtheinjectionparametersset;Structuraldesign:

Surfacechoicecavitydetermination,Cavitythearrangement,gatedesign,lateraltypepullingmechanismdesign,launchandreattachedbodyidentified;Core,Cavitysizecalculation;Dieheatingandcoolingsystemcomputation;Moldclosinghighset;Injectionmachineparametersintheverification;Thedesignofsuchastructurecanbeusedtoensurereliabledie.Finally,theinjectionmoldstructureandthematchingmachinewascalibrated.Usingasetofautomappingmoldpartsandassemblyplans.

Keyword:

Plasticinjectionmoldsidecore

1引言……………………………………………………………………………

（1）

2注塑件的分析…………………………………………………………………

（2）

2.1注塑件零件图……………………………………………………………

（2）

2.2HDPE塑料概述…………………………………………………………

（2）

2.3HDPE收缩率的确定……………………………………………………（3）

2.4塑件的尺寸精度及表面质量……………………………………………（4）

2.5塑结构分析……………………………………………………………（5）

3注塑成型参数确定……………………………………………………………（6）

3.1注塑成型的工艺参数……………………………………………………（6）

3.2注塑机的选择……………………………………………………………（7）

3.3模具在注塑机上的安装尺寸校核………………………………………（8）

4分型面的确定及行腔数目的定………………………………………………（10）

4.1分型面的确定…………………………………………………………（10）

4.1.1分型面的选择原则………………………………………………（10）

4.1.2分型面的形式……………………………………………………（11）

4.1.3分型面的设计……………………………………………………（11）

4.2行腔数目的确定…………………………………………………………（11）

4.2.1初步确定行腔数目………………………………………………（11）

4.2.2根据最大注塑量确定行腔数目…………………………………（12）

5浇注系统的设计………………………………………………………………（13）

5.1交流道设计………………………………………………………………（13）

5.2分流道的设计……………………………………………………………（14）

5.3浇口设计…………………………………………………………………（14）

5.4冷料穴的设计……………………………………………………………（15）

6模具材料的选择及模架的确定………………………………………………（16）

6.1模具材料的选择…………………………………………………………（16）

6.2模架的确定………………………………………………………………（17）

6.2.1模架的确定………………………………………………………（17）

6.2.2模架的选用………………………………………………………（18）

7确定主要零件结构设计………………………………………………………（19）

7.1成型零件工作尺寸计算…………………………………………………（19）

7.1.1成型零件尺寸计算的基本内容…………………………………（20）

7.1.2行腔、型芯工作尺寸计算…………………………………………（20）

7.2斜导柱抽芯机构设计……………………………………………………（21）

7.2.1斜导柱的设计……………………………………………………（21）

7.2.2滑块的组合形式…………………………………………………（22）

7.2.3各项尺寸计算与校核……………………………………………（22）

7.3脱模机构设计……………………………………………………………（22）

7.4导向机构的设计…………………………………………………………（23）

7.4.1导柱的设计………………………………………………………（24）

7.4.2导套的设计………………………………………………………（24）

7.5顶出机构的设计…………………………………………………………（24）

8冷却系统的设计………………………………………………………………（24）

8.1温度调节对塑件的影响………………………………………………（24）

8.2对温度调节系统要求…………………………………………………（25）

8.3冷却系统的设计………………………………………………………（25）

9模具排气槽的设计……………………………………………………………（26）

10proe参数化设计……………………………………………………………（26）

11绪论…………………………………………………………………………（28）

12参考文献……………………………………………………………………（29）

13致谢…………………………………………………………………………（30）

14附录…………………………………………………………………………（32）

附录一塑料制品的公差数值表………………………………………（31）

附录二常用液压机的技术参数………………………………………（32）

附录三部分国产常用注射机的主要技术参数………………………（33）

1引言

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。

改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。

近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。

许多模具企业十分重视技术发展。

加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。

此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。

今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。

在大型模具方面已能生产48"（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。

与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。

本次毕业设计的题目是带提手的桶盖注塑模具设计。

本课题给出带提手的桶盖注塑模塑件图，要求做出生产此塑件的模具。

要完成此课题，首先要根据塑件的外形测绘出创建这个塑件的3D所需要的各个参数。

用3D软件所这个塑件做出来，并按要求把它的零件图画出来。

最后再用CAD的方法把加工此塑件的模具给做出来。

2注塑件的分析

2.1注塑件零件图

塑件零件图：

如图2-1所示

年产量：

小批量

材料：

HDPE

图2-1注塑件零件图

2.2HDPE塑料概述

高密度聚乙烯（HighDensityPolyethylene，简称为“HDPE”），是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。

原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。

PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。

某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃（四氯化碳）。

该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。

HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。

中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。

各种等级HDPE的独有特性是四种基本变量的适当结合：

密度、分子量、分子量分布和添加剂。

不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。

这些变量相结合生产出不同用途的HDPE品级；在性能上达到最佳的平衡。

这是决定HDPE特性的主要变量，虽然被提到的4种变量确实起到相互影响作用。

乙烯是聚乙烯主要原料，少数的其它共聚单体，如1一丁烯、l一己烯或1一辛烯，也经常用于改进聚合物性能，对HDPE，以上少数单体的含量一般不超过1％－2％。

共聚单体的加入轻微地减小了聚合物的结晶度。

这种改变一般由密度来衡量，密度与结晶率呈线性关系。

美国一般分类按ASTMD1248规定，HDPE的密度在0．940g／cm以上；中密度聚乙烯（MDPE）密度范围0．926～0．940g／cm。

其它分类法有时把MDPE归类于HDPE或LLDPE。

均聚物具有最高密度、最大的刚度，良好的防渗透性和最高的熔点，但一般具有很差抗环境应力开裂（ESCR）。

ESCR是PE抗由机械或化学应力所引起的开裂性的能力。

更高的密度一般改进了机械强度性，例如拉伸强度、刚度和硬度；热性能如软化点温度和热变形温度；防渗透性，如透气性或水蒸气透过性。

较低的密度改进其冲击强度和E－SCR。

聚合物密度主要是受共聚单体加入的影响，但较少程度也受分子量影响。

高分子量百分数使密度略有降低。

例如，在一个较宽分子量范围内均聚物具有不同的密度。

2.3HDPE收缩率的确定

由于影响收缩率的因素较多中，在选取收缩率时应根据塑件的具体情况区别对待，一般来说应遵循以下原则：

1）对收缩率范围较小的塑料，取平均收缩率；

2）对收缩率范围较大的塑料，可根据塑件的形状选取。

对壁厚的制品取上限，对壁薄的制品取下限；

3）应考虑注射成型中的工艺对收缩率的影响（注射压力越高，收缩率越小；注射温度越高，收缩率越大；注射时间越短，收缩率越大）；

4）当塑料的收缩率很大时，可根据有关的图表选取。

由表2-2查出HDPE的收缩率为：

1.5%-3.5%，根据收缩率选取的原则确定HDPE的收缩率为2%。

表2-2常用塑料收缩率

塑料名称

收缩率范围（%）

塑料名称

收缩率范围（%）

聚苯乙烯

0.5-0.8

聚碳酸酯

0.5-0.8

聚砜

0.4-0.8

ABS

0.3-0.8

聚甲基丙烯酸甲酯

0.5-0.7

氯化聚醚

0.4-0.6

有机玻璃

0.5-0.9

注射酚醛

1-1.2

聚苯醚

0.5-1

HDPE

1.5-3.5

2.4塑件的尺寸精度及表面质量

（1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。

该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征，尺寸精度要求相对较低，表面粗糙度要求一般，再结合其材料性能，故选一般精度等级：

6级。

（2）尺寸精度的组成及影响因素

制品尺寸误差构成为：

=

+

+

+

（2-1）

式中

——制件总的成型误差；

——塑料收缩率波动所引起的误差；

——模具磨损后所引起的误差；

——模具成型零件制造精度所引起的误差；

——模具安装，配合间隙引起的误差；

影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面：

1）模具——模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。

2）塑料材料——主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。

3）成型工艺——成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。

2.5塑件结构分析

图2-2塑件三维图

上图是本课题给出带提手的桶盖注塑模的塑件，要求做出生产此塑件的模具。

要完成此课题，首先要根据塑件的外形测绘出创建这个塑件的3D所需要的各个参数。

用3D软件所这个塑件做出来，并按要求把它的零件图画出来，最后再用CAD的方法把加工此塑件的模具给做出来。

下面对该塑件进行结构分析：

当在注射成型的塑件上与开合模方向不同的内侧或外侧有孔、凹穴或凸台时，塑件就不能直接由推杆等推出机构推出脱模，此时，模具上成型该处的零件必须制成可侧向移动的活动型芯，以便在塑件脱模推出之前，先将侧向成型零件抽出，然后在把塑件从模内推出，否则就无法脱模。

由这个塑件结构的分析可知，要把这个塑件生产出来必须要有斜导柱侧抽。

螺纹提手桶盖成型后需要脱模机构，在这里我们采用油缸带动齿条齿轮脱模，分模后，注塑机启动液压机构使油缸带动齿条运动。

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。

该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面受损伤比较小，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

3注塑成型参数确定

3.1注塑成型工艺参数

正确的注射成形工艺可以保证塑料熔体良好塑化，顺利充模、冷却与定型，从而产出合格的塑料制作。

温度、压力和时间是影响塑件注射成形的重要参数。

1）温度

注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。

喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。

对于模具的温度，在现实生产中有两种方法来保证：

火焰加热和通过打塑件来提高模具的温度。

ABS料与温度的经验数据如表3-1所示。

2）压力

注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力（塑化压力）。

注射压力指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。

其作用是克服熔体流动充模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率及对熔体进行压实。

保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。

对于流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。

背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围不超过2MPa。

3）时间

完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。

包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般不超过10s，保压时间较长一般为20~120秒，冷却时间一般为30~120min（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。

经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-1所示，另外这些基本的参数在塑件注塑的过程中根据实际需要做适当的修改。

表3-1制品成型工艺参数初步确定

特性

内容

特性

内容

注塑机类型

螺杆式

螺杆转速/（r/min）

40

喷嘴形式

直通式

模具温度

25-70

喷嘴温度/℃

180

后段温度/℃

170~190

中段温度/℃

190~200

前段温度/℃

200~220

注射压力/bar

500-1000bar

保压力MPa

50

注射时间/s

3

保压时间

5

冷却时间/s

20

其他时间/s

20

成型周期/s

50

成型收缩（%）

2%

干燥温度/℃

60~80

干燥时间/h

2

3.2注塑机的选择

1）塑件体积的计算

零件塑件的体积：

V=409.4cm

浇注系统的体积：

V2=12.5cm

塑件与浇注系统的总体积为：

V=409.4+12.5=421.9cm

2）塑件质量的计算

查手册取密度ρ=0.94g/cm

所以，塑件的重量为：

M=V×ρ=409.4cm

×0.94=384.8g

根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即：

0.8V

≧V

（3-1）

查国产注射机主要技术参数表得选用XS-ZY-1000型号注射机，其参数如下：

表3-2XS-ZY-1000型注射机主要技术参数[4]

螺杆直径/mm

85

拉杆内间距

650x550

理论容量/

1000

最小模具厚度/mm

300

注射行程/mm

260

推动行程/mm

430

注射速度/（g/s）

165

顶出杆根数

1

塑化能力/（g/s）

35

定位孔直径/mm

125

额定注射压力/MP

121

顶出中心孔直径/mm

40

螺杆转速/（r/min）

10~390

顶出力/KN

4000

锁模力/KN

4500

喷

嘴

球半径SR/mm

18

开模行程/mm

270

孔直径/mm

7.5

3.3模具在注塑机上的安装尺寸校核

1）喷嘴尺寸

由注塑机参数知：

注塑机前端的球面半径R1与模具主流道始端的球面半径R2必须吻合如下图所示

喷嘴与主流道始端的尺寸关系：

R2＝R1+（1-2）mm，而注塑机上注塑头的半径为R1＝18mm，而模具上喷嘴的半径尺寸为R2＝20mm，满足要求。

浇口流道与注塑机浇口之间的关系：

D＝d+（0.5-1）mm，而所选的“喷嘴孔直径”为4mm，而设计中所采用的喷嘴直径为8mm，满足要求。

2）定位圈尺寸校核

在注塑机上安装模具时，应将模具的定位圈装入注塑机的定位孔中，以保证模具的主流道与注塑机喷嘴准确对中。

模具定位圈与注塑机定位孔采用H9/f9的间隙配合。

图3-1　主流道结构

3）螺孔尺寸校核

图3-2　模具在注塑机上的安装方式

由上图知，选用图（a）式结构确定模具在注塑机的位置。

4）锁模力与注射压力的校核

（3-2）

式中：

--注射时型腔压力查参考文献得113MPa

--塑件在分型面上的投影面积（

）

--浇注系统在分型面上的投影面积（

）

--注射机额定锁模力，按XS-ZY-1000型注射机额定锁模力为4500KN

经计算得上试成立

5）模具厚度H与注射机闭和高度校核

注射机开模行程应大于模具开模时，取出塑件（包括浇注系统）所需的开模距离

即满足下式

（3-3）

式中：

--注射机最大开模行程，mm；

--推出距离（脱模聚居），mm；

Sk=45mm+129.23mm=174.23mm

Sk≤S=570mm条件成立

4分型面的确定和行腔数目的确定

4.1分型面的确定

4.1.1分型面的选择原则

分型面的选择原则：

（1）便于塑件脱模；

（2）在开模时尽量使塑件留在动模；

（3）外观不遭到损坏；

（4）有利于排气和模具的加工方便；

（5）对侧抽芯的影响；

（6）对排气效果。

4.1.2分型面的形式

该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。

4.1.3分型面的设计

在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。

在实际设计中，不可能全部满足选择原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。

其分型面如图4-1

图4-1分型面示意图

4.2型腔数目的确定

4.2.1初步确定行腔数目

注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：

（1）塑件的尺寸精度；

（2）模具制造成本；

（3）注塑成型的生产效益；

（4）模具制造难度。

根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的侧抽方式有两种:

一种是直接侧抽，一个是旋转侧抽所以在这里只能采用正立的形式，其他分型面和放置方法都不妥当。

且考虑到该塑件是一般日用品,查手册得塑件的经济精度推荐6级,所以初定为一模一腔最合理.排列形式如图4-2所示.

图4－2行腔排列形式

4.2.1按注塑机的最大注射量确定行腔数目

按注射机的最大注射量确定型腔数目

根据

（4