胶卷盒塑料模具设计本科毕业设计.docx

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胶卷盒塑料模具设计本科毕业设计

机电工程学院

毕业设计说明书

设计题目:

胶卷盒体塑料模具设计

目次

绪论

1.1模具工业概况………………………………………………………………

（1）

1.2我国塑料模具工业和技术现状及地区分布………………………………

（2）

1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向…………………………（6）

第二章塑料HDPE分析

2.1聚乙烯基本特性……………………………………………………………（6）

2.2聚乙烯成形特性……………………………………………………………（6）

2.3塑件的尺寸精度和表面质量分……………………………………………（7）

2.4HDPE的注射工艺参数的确定………………………………………………（7）

第三章塑料模具的总体设计…………………………………………………（8）

3.1塑件的体积质量…………………………………………………………（8）

3.2型腔布局与分型面设计…………………………………………………（10）

3.3注射机的选择……………………………………………………………（10）

3.4注射成型工艺参数的选择…………………………………………………（11）

第四章成型零件的设计………………………………………………………（15）

4.1型腔的尺寸计算…………………………………………………………（16）

4.2型腔的侧壁和底板厚度的计算……………………………………………（17）

第五章浇注系统的设计………………………………………………………（16）

5.1主流道的设计………………………………………………………………（16）

5.2分流道的设计………………………………………………………………（17）

5.3浇口的设计…………………………………………………………………（18）

第六章合模导向机构的设计…………………………………………………（19）

第七章推出机构设计…………………………………………………………（20）

第八章模具排气及温控系统的设计…………………………………………（21）

8.1温控对塑件质量的影响…………………………………………………（21）

8.2温度对生产力的影响………………………………………………………（22）

8.3模具加热和冷却系统的计算………………………………………………（22）

8.4排气系统的设计……………………………………………………………（25）

第九章模具的调试

9.1注射压力的校核……………………………………………………………（25）

9.2模具装配的主要内容………………………………………………………（26）

9.3锁模力的校核………………………………………………………………（27）

设计总结……………………………………………………………………（29）

参考文献……………………………………………………………………（30）

1绪论

1.1模具工业的概况

在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。

首先要对模具有一个整体的认识。

模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。

作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。

模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业”;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。

日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。

如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%[1]。

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。

塑料工业是一门新兴工业。

自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料[2]。

目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。

特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。

近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。

目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和[3]。

塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。

用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。

塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。

随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。

在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。

1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。

对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。

汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。

1999年，国内汽车年产量为183万辆，保有量为1500万辆，预计到2005年汽车年产量将达600万辆。

仅汽车行业就将需要各种塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。

家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。

目前，我国的彩电的年产量己超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了100万台。

家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。

到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。

其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用[1]。

1.2我国塑料模具工业和技术现状及地区分布

在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，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l8英寸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。

精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。

如天津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。

还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。

注塑模型腔制造精度可达0.02~0.05mm，表面粗糙度Ra0.2um，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10~30万次，淬火钢模达50~100万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。

成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。

气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29~34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。

如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。

热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。

但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的50~80%相比，差距较大。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGII、美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。

这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。

近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件[1]。

近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:

P20,3Cr2Mo,PMS,SMI、SMII等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。

塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。

但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距[3]。

技术比较见表1

表1:

国内外塑料模具技术比较表

项目

国内

国外

注塑模型腔精度

0.005~0.01mm

0.02~0.05mm

型腔表面粗糙度

Ra0.01~0.05um

Ra0.20um

非淬火钢模具寿命

10-60万次

10~30万次

淬火钢模具寿命

160~300万次

50~100万次

热流道模具使用率

80%以上

总体不足10%

标准化程度

70~80%

小于30%

中型塑料模生产周期

一个月左右

2~4个月

目前，全世界模具的年产值约为650亿美元，我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。

虽然近几年来，我国模具工业的技术水平己取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距[2]。

我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。

据统计，我国现有模具生产厂近2万家，从业人员约50万人，“九五”期间的年增长率为13%.2000年总产值为270亿元，占世界总量的5%。

但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。

目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具进口比例达40%以上。

因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足的进步。

近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：

大型精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加较快，其能力提高显著；“三资”及私营企业发展迅速，尤其是“三资”企业目前已成为行业的主力军；股份制改造步伐加快，等等。

从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。

目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。

江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。

我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面：

（1）国内自配率不足80％，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60％。

（2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。

（3）模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。

（4）开发能力弱，经济效益欠佳。

我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。

（5）模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。

（6）与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后[1]。

纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。

模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。

因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。

提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。

模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。

早在1989年，在国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。

1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。

所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持[1]。

在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。

在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。

我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。

1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向

在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。

模具技术的发展趋势主要是：

①CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD／CAM／CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；②PDM（产品数据管理）、CAPP（计算机辅助工艺设计管理）、KBE（基于知识工程）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系统）及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；③高速、高精加工技术的发展与应用；④超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；⑤快速成型与快速制模（RP／RT）技术的发展与应用；⑥热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用；⑦模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；⑧优质模具材料的研制及正确选用；⑨模具自动加工系统的研制与应用；⑩虚拟技术和纳米技术等的逐步应用[1]。

2塑料HDPE分析

HDPE中文名：

高密度聚乙烯

英文名：

Highdensitypolyethylene

2.1基本特性

高密度聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。

密度为0.94～0.965g/cm3,有一定的机械强度,具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，但和其他塑料相比机械强度低，表面硬度差。

聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。

聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。

其透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。

在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。

一般使用温度约在80C左右。

能耐寒，在-60oC时仍有较好的力学性能，-70c时仍有一定的柔软性。

2.2成型特性

结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。

冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。

收缩率大，方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温。

宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。

不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。

应注意选择浇口位置。

质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。

2.3塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析：

结构分析。

从零件图上分析，该零件总体形状为圆柱体，上面有压边，底面有弧度为10的凸台，还有长度为10的Z形底，属于简单的零件。

尺寸精度分析。

该零件重要尺寸有：

Ø30㎜、50㎜、1.5㎜等，精度为3级；其余为次要尺寸，尺寸精度为5级。

该零件的尺寸精度中等，对应的模具零件的尺寸精度中等偏上。

从塑件的壁厚上来看，壁厚均为1.5。

塑件较均匀，浇口设置在底部，便于熔融塑料充满型腔、塑件成形质量不受影响。

表面质量分析。

该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，没有特别的表面质量要求。

但安装、使用中其表面与人的手指接触较多，因此表面应形成自然圆角。

2）计算塑件的体积与重量计算塑件的重量是为了选用注射机及确定型腔数。

计算塑件的体积为V=14.36㎝³，查得增强聚乙烯的密度为ρ=0.94g/cm³,塑件的重量为13.5g。

2.4注射工艺参数的确定

查阅相关资料，硬质聚乙烯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。

工艺参数表

干燥条件（温度/℃）/（时间/h）

120/>4

喷嘴

形式

直通式

温度/℃

240～250

料筒温度/℃

前段

270～300

中段

——

后段

260～290

模具温度/℃

90～110

注射压力/MPa

110～140

保压压力/MPa

40～50

注射时间/s

0～5

保压时间/s

20～80

冷却时间/s

20～50

成型周期/s

50～130

成型收缩率/﹪

0.5～0.8

3、塑料模具的总体设计

3.1塑件的体积重量

计算塑件的体积与重量计算塑件的重量是为了选用注射机及确定型腔数。

计算塑件的体积为V=14.36㎝³，查得增强聚乙烯的密度为ρ=0.94g/cm³,塑件的重量为13.5g。

采用一模四件的模具结构，考虑其外形尺寸、注射时所需的压力等情况，初步选用注射机型号为XS-ZY-125

3.2型腔布局与分型面设计

3.2.1．型腔数目的确定

为了使模具与注射机的生产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种：

a）、根据经济性能确定型腔数目；

b）、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目；

c）、根据注射机的最大注射量确定型腔数目；

d）、根据制品精度确定型腔数目。

我们这里选用c），其计算过程如下：

其公式如下：

　　　　　　n2=（G-C）/V

式中：

G——注射机的公称注射量/cm3

V——单个制品的体积/cm3

　　　　C——浇道和浇口的总体积/cm3

　　生产中每次实际注射量应为公称注射量G的0.8倍。

每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.2－1）倍，现取C＝0.5V进行计算。

　　　　n2=（0.8G－0.5V）/V=（0.8×60－0.5×9.51）/9.51=4.5

对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过４个，我们因为塑件精度要求不高取n＝4。

由以上的计算可知，可采用一模四腔的模具结构。

3.2.2型腔的布局

多型腔在模板上排列形式通常有圆形、H形、直线形及复合形等，在设计时应该注意以下几点：

①尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。

②型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。

③尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸

3.2.3分型面的设计

分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，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、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择。

a）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。

b）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。

c）保证塑件的精度要求。

d）满足塑件的外观质量要求。

e）便于模具加工制造。

f）对成型面积的影响。

g）对排气效果的影响。

h）对侧向抽芯的影响。

　3.3注射机的选择

根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：

XS-ZY-125型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示：

理论注射量/cm3

125

移模行程/mm

180

螺杆直径/mm

42

最大模具厚度/mm

300

注射压力/Mp

150

最小模具厚度/mm

200

锁模力/KN

400

喷嘴球半径/mm

12

拉杆内间距/mm

290×260

喷嘴口孔径/mm

4

3.4塑件的注射工艺参数的确定

　　　根据情况ABS树酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。

　　　　注射机类型：

螺杆式

注射温度：

包括料筒温度和喷嘴温度。

　　　　料筒温度：

后段温度t1选用160℃

　　　　　　　　　中段温度t2选用180℃　

　　　　　　　　　前段温度t3选用200℃

　　　　喷嘴形式：

直通式

　　　　喷嘴温度：

选用180℃

注射压力：

选用80MP

　　　　保压力：

选用50MP

注射时间：

选用3s

保压时间：

选用20s

　　　　冷却时间：

选用20s

　　　　总周期：

50s

4成型零件的设计

所谓成型零件，指的是模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件，它包括凹模、凸模、型芯、镶块以及各种成型杆和成型环等。

成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生磨擦，因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。

此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。

设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核

4.1成型零件的尺寸设计

型芯是成型塑件外表面的成型零件。

分析胶卷盒的上下壳，其外部结构并不复杂，只是有较多的曲面，考虑各方面因素，采用整体嵌入式凹模，它能节约优质模具钢，嵌入模板后有足够的强度与刚度，使用可靠且置换方便。

型