彩笔帽注塑模设计模具设计与制造专业毕业设计说明书.docx

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彩笔帽注塑模设计模具设计与制造专业毕业设计说明书

浙江广厦建设职业技术学院

模具设计与制造专业毕业设计说明书

设计题目彩笔帽注塑模设计

学生姓名施锦达

学号021*******

指导教师齐永杰

专业模具设计与制造

年级2014级

摘要

本设计是“彩笔帽”的模具设计与制造的全部介绍，根据大量的图书参考得出了先从那下手的。

具体的就是设计内容是从零件的工艺分析开始的，根据工艺要求来确定设计的大体思路。

开始是从零件的材料选择，接下是成型参数、密度、收缩率的确定，模具种类与模具设计的关系、塑件的尺寸精度与结构、注射机的选择、模具设计有关尺寸的计算（包括模具行腔型芯的计算及其公差的确定）、浇注系统要能够自动脱模，为保了保证塑件表面质量采用侧浇口，因此选用单分型面注射模，侧浇口自动脱模结构。

模具的型腔采用一模四腔的平衡布置，浇注系统采用侧浇口成型，推出形式为推件板推出机构完成塑件的推出。

由于塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

注塑机参数的校核、模具结构设计、模具冷却、加热系统计算、注射模标准件的选用及总装技术要求等内容。

关键词：

彩笔帽；模具；单分型面；模具设计

目录

引言1

1塑件分析2

2塑料的成型特性及工艺参数3

2.1型腔数量的选择3

2.2额定锁模力的校核3

3分型面的设计5

4浇注系统设计6

4.1浇注系统的设计原则6

4.2主流道的设计6

4.3分流道及其平衡布置7

4.4浇口的设计7

4.5冷料穴的设计8

4.6定位圈和浇口套的固定9

5成型零件的设计和计算10

5.1凹模设计10

5.2凸模设计10

6导向机构设计12

6.1导柱的设计12

6.2导套的设计12

7排气系统的设计13

8冷却系统的设计14

8.1在设计冷却系统时，应从多方面考虑14

8.2冷却计算14

8.3冷却水道在定模中的位置14

9顶出系统的设计16

9.1推出机构设计16

9.2顶出行程16

10模架设计17

11装配图的绘制18

总结19

致谢20

参考文献21

引言

模具是工业生产的重要装备，是国民经济的基础设备，是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志。

模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，是工业发展的基石，被人称为“工业之母”和“磁力工业”。

模具是制造业的重要基础装备，是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。

用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不及的。

换句话说，没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品。

模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。

塑料制品具有原料来源丰富,价格低廉,性能优良等特点。

它在电脑、手机、汽车、电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，应用极其广泛。

注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。

注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

塑料注射成形工艺的最大特点是复制，能够复制出所需任意数量的可直接使用或稍作处理即可使用的制品，是一种适宜大批量生产的工艺。

虽然在设备上投入较大，但是可以生产制品的数量非常大，实属一种经济快捷的生产方式，因此得到广泛的应用和快速的发展。

过去在我国工业中，模具长期未受到重视。

改革开放以来，塑料成形、家用电器、仪表、汽车等行业进入大批量生产，模具工业有了一定的发展。

随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高。

当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来，因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密，如我们使用的电脑、手机、汽车等产品都要依靠模具。

在塑料制品的生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成形设备等都是成形优质塑件的重要条件。

我国进入实施国民经济和社会发展的第十一个五年规划期，模具工业的发展也将进入一个关键时期。

在这一时期，模具行业的主要任务是，在党中央关于把我国建设成为创新型国家的战略思想指引下，进一步推进改革，调整结构，开拓市场，苦练内功，提升水平，使我国模具工业在整体上再上一个新台阶。

不断提升模具制造水平，振兴我国装备制造业，为实现把我国建设成为制造业强国的宏伟目标而奋斗。

1塑件分析

该制品是模具生产出来的成千上万个塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。

如对制品尺寸误差进行修正，然后绘出零件的草图。

塑料彩笔帽主要几何尺寸如图所示：

图1.1塑件图

2塑料的成型特性及工艺参数

注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出的最大容积，它决定了一台注射机的所能成型塑件的最大体积。

一台注射机的最大注射量受注射成型工艺条件的影响而有些波动，因而在实际生产中常用公称注射量或是理论注射量来间接的表示注射机的加工能力。

公称注射量是指在对空注射条件下，注射机螺杆或柱塞作一次最大注射行程时注射机所能达到的最大注射量，它近似于注射机的实际能够达到的最大注射量。

所以塑件及浇注系统的总体积小于注射机最大注射量，该注射适合注射成型条件。

2.1型腔数量的选择

首先必须考虑采用单型腔还是多型腔模，并决定型腔数量的多少。

考虑的主要因数有：

现有注塑机的规格、所要求的塑件的质量、塑件成本及交货期。

起决定作用的因数很多，它既有技术方面的因数，也有生产管理方面的因数。

当尺寸精度要求很高时，应尽量减少型腔的数量。

模具成本与型腔数目的关系。

通常认为，模具中每增加一个型腔，所成型的制品的精度就会下降4％，对精度要求高的制品，随着型腔数目的增加，模具的制品精度也势必随之增加，因而导致其制造成本的加大。

该型腔数确定为一模四腔。

2.2额定锁模力的校核

选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。

注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大，所以型腔压力为注射压力的40%～70%；而有预塑装置的注射机及螺杆式注射机损失较小，所以型腔压力较大。

另外，对不同流动性的塑料，不同的喷嘴和模具结构形式，其压力损失也不一样。

一般熔料经喷嘴时其注射压力达60～80MPa，经浇注系统入型腔时则型腔压力一般为25～50MPa。

锁模力和成型面积的关系由下式确定：

（3-2）

式中：

—锁模力，kN；

—型腔压力，一般取40～50MPa；

—浇道、进料口和塑件的投影面积mm2；

计算：

A=3.14×7.5²=176mm2

×A/1000=4×50×176÷1000=35.2KN

=900KN

所以：

≧

×A/1000,公式成立

注射压力的校核

ABS成型所需注射压力

MPa

模具高度与注射机闭合高度关系的校核

（3-3）

开模行程校核（该模架有1次分型）

（H1为分型面移动距离，H2为产品顶出距离）。

3分型面的设计

分型面的设计要便于模具加工制造，应尽量选择平直的分型面，这样的分型面壁较好处理，对于分型面不在同一平面的模具，为了避免合模时动、定模两部分发生碰撞，以及减小模具制造的难度可以利用一些角度很小的角作为分型面发生变化的部位。

选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边；

保证塑件的精度要求；

满足塑件的外观质量要求；

便于模具加工制造；

对成型面积的影响；

对排气效果的影响；

对侧向抽芯的影响。

制品采用侧浇口，开模后，拉料杆拉出余料，注射机推动推件板固定板，推件板发生作用，推出塑件脱落如下图所示：

其优点是不会在产品表面留下顶出痕迹保证产品外面美观。

图3.1分型面

4浇注系统设计

4.1浇注系统的设计原则

流程要短。

减少压力和热量损失及塑料消耗量,同时缩短了充模时间。

排气良好。

使料流平稳顺利充满型腔。

防止型芯变形和嵌件位移。

防止塑件翘曲变形和表面形成冷斑、冷等缺陷。

合理选择冷料穴。

4.2主流道的设计

主流道是指连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道。

负责将塑料熔体从喷嘴引入模具,其形状、大小直接影响塑料的流速及填充时间。

为了使塑料凝料能从主流道中顺利拔出,需将主流道设计成圆锥形,具有α=2°～6°的锥角,内壁为Ra0.8μm以下的表面粗糙度,小端直径应大于喷嘴直径约0.5～1mm,凹坑半径R也应比喷嘴头半径大1～2mm,以便凝料顺利拔出。

图4.1浇口套

4.3分流道及其平衡布置

分流道是主流道和浇口之间的进料通道。

其作用是通过流道截面及方向变化使熔料平稳地转换流向,并均衡分配给各个型腔。

常见分流道的截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式,从压力损失考虑,圆形截面分流道最好。

分流道截面尺寸应按塑料制品的体积、形状、壁厚、塑料品种、注射速率、分流道长度等因素确定。

圆形截面分流道直径一般取d=2～12mm。

分流道表面不要求太光洁,表面粗糙度通常取Ra1.25～2.5μM。

本设计采用圆形分流道

本设计分流道的布置采用平衡式布置,这样一模四腔可以十字布置,使熔融塑料几乎同时到达每个型腔的进料口,这样,塑料到每个型腔的压力和温度是相同的,塑件的品质理应相同。

4.4浇口的设计

浇口又称进料口,是分流道与型腔之间的狭窄部分,也是浇注系统中最小的部分,它是塑料熔体的流速产生加速度,以利于迅速充满型腔,同时还起封闭型腔防止熔体倒流的作用,并在成型后使浇口凝料与塑件易于分离。

浇口的理想尺寸很难计算,一般可根据经验估算,浇口断面积约为分流道断面积的3%～9%,断面形状常为矩形或圆形,浇口的长度约为1～1.5mm。

在设计浇口时往往先取较大的尺寸值,以便在试模后逐步加以修正。

浇口的形式有多样:

侧浇口、点浇口、潜伏浇口和直接浇口等等。

本设计中采用侧浇口，其优点是：

开模时浇口可自动切断实现全自动成型，浇口周围残留应力小。

如下图示所示：

图4.2侧浇口

4.5冷料穴的设计

冷料穴是为了防止冷料进入浇注系统的流道和型腔,从而影响注塑成型和塑料件质量而开设的容纳注射间隔所产生的冷料井穴,本设计中冷料穴开设在主流道和分流道的交界处。

图4.3冷料穴

4.6定位圈和浇口套的固定

定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。

定位圈直经D为与注射机定位孔配合直经，应按选用注射机的定位孔直经确定。

直经D一般比注射机孔直略小，以便装模。

定位圈一般采用45号钢或Q275钢。

定位圈内六角螺钉固定在模板时，一般用两个以上的M6～M8的内六角螺钉，本设计采用两个M8螺钉固定。

浇口套的材料为T10、硬度HRC45；定位圈的材料为45钢，硬度为HRC50，尺寸结构如下图：

图4.4定位圈

5成型零件的设计和计算

5.1凹模设计

根据模具的结构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素，

定模的结构很简单，加工没有特别的困难，所以定模芯采取整体式结构，其结构见图。

图5.1凹模示意图

5.2凸模设计

成型塑件内表面的零件称凸模或型芯，主要有主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺纹型环等。

对于结构简单的容器、壳、罩、盖之类的塑件，成型其主体部分内表面的零件称主型芯或凸模，而将成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆。

主型芯的结构设计

按结构主型芯可分为整体式和组合式两种

组合式结构：

为了便于加工，形状复杂型芯往往采用镶嵌组合式结构。

这种构是将型芯单独加工后，再镶入模板中。

所以我们采取动模型芯采取镶嵌组合式结构，将型芯割开以便加工。

其型芯的结构形式另见图。

图5.2凸模示意图

6导向机构设计

6.1导柱的设计

导柱导向是指导柱与导套（导向孔）采用间隙配合使导柱在导套（导向孔）内滑动，配合间隙一般采用H7/k6级配合。

因为此塑件结构复杂，所以采用台阶式导柱。

在导柱的工作部分上开设油槽，可以改善导向条件，减少摩擦，但增加了成本，由于该模具要求不高，所以不再加油槽。

故导柱采用不加油槽的阶梯式导柱。

根据国家标准选用直径为16mm长度为85mm的导柱,材料为T8A淬硬钢。

图6.1导柱示意图

6.2导套的设计

由于导柱已选定，且该模具较小，其导柱、导套配合之间模具结构较复杂，所以采用两个导套接连使用达到模具要求，由塑料模具设计与制造可查得与之相配的导套为

型带头导套，其直径为25mm，长度为40mm。

如图所示：

图3-10导套示意图

7排气系统的设计

塑料在熔化时会产生气体，所以当塑料在充满型腔时及浇注系统内的空气，如果在型腔中不及时排除干净，可以会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等缺陷。

另一方面气体的受压产生反向压力而降低充模速度，还可能造成塑件碳化或烧焦。

注射成型时的排气可采用如下四种方式排气：

利用配合间隙排气；

在分型面上开设排气槽排气；

利用排气守排气；

强制性排气；

该模具是采用利用配合间隙排气。

其间隙值约为0.03~0.05mm.它常用于中小型的简单模具。

8冷却系统的设计

8.1在设计冷却系统时，应从多方面考虑

在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道尽可能设置在靠近型腔（型芯）表面。

在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道应安排的尽量紧密。

合理确定冷却水道孔的直径、中心距以及与型腔壁的距离，根据经验，水道孔的直径一般取8～12mm；水道管壁间距离不得超过5d，水管壁离型腔表面不得太近，亦不能太远。

一般不超过管径的3倍，以12～15mm为宜；

对于中、大型模具，由于冷却水道很长，会造成较大的温度梯度变化，导致在冷却水道末端（出口处）温度上升很高，从而影响冷却效果。

从均匀冷却的方案考虑，对冷却液在出、入口处的温差，一般控制在5℃以下，冷却水道的长度在1.2～1.5以下。

因此，对于中、大型模具，可将冷却水道分成几个独立的回路来增大冷却液的流量，减少压力损失，提高传热效率。

制品较厚的部分应特别加强冷却。

8.2冷却计算

所需冷却水量按下式计算：

（3-4）

式中

—通过模具的冷却流量（g）；

—单位时间内进入模具的塑料重量（g）；

—每克塑料的热容量（J/g）；

—出水温度（

）；

—入水温度（

）；

—热传导系数；

再由下式可求出冷却水道的直径d：

（3-5）

式中ρ——冷却液密度（g/m2）；

L——冷却水道的长度（cm）；

经计算水道直径d约为6mm，

8.3冷却水道在定模中的位置

冷却水道的位置取决于制品的形状和不同的壁厚。

原则上冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方，根据冷却系统的设计原则，冷却水道应围绕模具所成型的制品，且尽量排列均匀一致。

在模板上直接设置冷却水道同样应遵循冷却系统的设计原则，使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔，使制品在成型过程中冷却均匀。

如果模具中成型制品的部分，是以镶件方式镶入模板，其冷却水道的分布，最好采用围绕镶件的方式。

相交水道通常采用以过盈配合方式插入镶件，使冷却液改变流向。

综上所述，对本制品而言，由于形状较复杂，塑料难以充填等，需要进行均匀的冷却，才能保证产品的质量；采用循环水道冷却，使入水口和出水口的温差控制在5度以内。

本模具的冷却水道直径为6mm，并且围绕型腔布置。

具体分布如下图：

图8.1冷却水道布置图

9顶出系统的设计

9.1推出机构设计

推出机构的作用是将塑件成型后，顺利地把塑件及浇道凝料推出模外。

推出机构一般由推件板、拉料杆、推板、推件板固定板等零件组成。

在设置推出机构时，首先需要确定当模具开启后，制品的留模形式（留动模部分或留定模部分），推出机构必须是建立在制品所滞留的模具部分中。

通常，由于注塑机的推出机构设置在动模板一侧，因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的。

为了对推出机构进行位置调整和防止推出机构复位时受到异物阻碍，在动模座板上还设计了限位钉。

推出机构的设计原则：

模具的推出机构必须有足够的强度及刚度，使塑件出模后不致于变形；

推力要均匀。

推力面尽可能要大，其推力应设计在塑件承受力较大的地方如筋部、凸缘及壳体壁部等部位；

推件不应设计在零件外表面，以免影响塑件外观质量；

推出系统要动作灵敏可靠、动作平稳并便于更换于维修。

9.2顶出行程

顶出行程一般规定使被顶出的制品脱离模具5～10mm，在成型一些形状简单且脱模斜度较大的桶形制品，也可使顶出行程为制品深度的2/3。

本设计的顶出行程为12mm。

顶出机构采用推件板推出结构如图所示：

图9.1推出结构示意图

10模架设计

塑料注射模模架现已标准化和系列化了,因此,在设计时只需根据塑件的结构和尺寸直接选用即可。

塑料模的模架起装配、定位和安装作用。

动模固定板和定模固定板它们是动模和定模的基座,也是固定式塑料模与成型设备连接的模板。

因此,座板的轮廓尺寸和固定孔必须与成型设备上模具的安装板相适应。

座板还必须具有足够的强度和刚度。

150mm×200mm

垫块、推板和推板固定板彩笔帽的作用是使动模支承板与动模固定板之间形成推出机构运动的空间,或调节模具总高度以适应成型设备上模具安装空间对模具总高的要求。

彩笔帽的尺寸为28mm×150mm,推板和推板固定板的尺寸均为90mm×150mm。

具体尺寸如图所示

各板的厚度如下:

动模固定板和定模固定板根据标准选用厚度分别为20mm和20mm；

型腔座板选用厚度为40mm；

型芯座板选用厚度为30mm；

彩笔帽根据已选用的模架，选择其厚度为60mm；

推件板固定板厚度取13mm。

11装配图的绘制

模具整体设计也就是模体的设计，随着现代工业的发展，模体设计已接近标准化，可以从市场上购买相应的模体。

标准模体一般包括定模板、动模板、垫块、顶出固定板、顶板、导柱、导套、复位杆等。

标准模架有12种结构，15876种规格。

在本次设计中，浇口套、导柱、导套、顶杆、水嘴都采用标准件，可以外购。

总装图各视图如图11.1图所示：

图11.1模具装配图

总结

三年的大学生活即将结束，毕业设计作为对三年所学知识和所掌握技能的综合运用与检验。

有着非常重要的意义和作用。

在完成三年的课程学习和相应的生产实习以后，我熟练的掌握了机械制图、机械原理、机械设计、材料成型等专业基础方面的知识，并且在大二上学期进行了塑料成型工艺与模具设计这门课程的学习，对模具设计这个实践性非常强的课题，也进行了相应的课程设计和到生产现场的参观实习。

在指导老师和工厂师傅的细心讲解下，使我们对模具的一般工作原理、制造及加工工艺有了一些初步的了解。

并在图书馆借阅了大量的相关书籍和手册，在设计的过程中得到了充分的利用，对设计过程中不懂的地方，通过老师的讲解和与同学的讨论都得到了相应的解决。

本次设计主要借助于Autocad软件得以完成，这次设计，使我对这两个软件地运用更加熟练！

毕业设计作为我大学生涯中的最后一堂课，也是相当重要的一堂。

通过毕业设计检验了我大学三年的学习成果并且更加全面地巩固了大学三年所学东西。

同时也培养了我们独立自主，不怕吃苦的精神。

提高了我的动手能力和分析问题的能力。

这些为我以后的学习和工作都打下了坚实的基础，我们将受益无穷！

通过设计也让我发现了自身存在的问题，比如学习之余未能充分拓展自己的知识面、软件的运用没有向更深一层次的发展、经验缺乏、考虑问题不够全面等。

在毕业设计中我们可以吸取这些教训，加以改正这样在以后的人生路上就会走的更加的平坦！

所以毕业设计不仅是我们大学里的一堂课，更是我们每个人人生中重要的一堂课！

在这次毕业设计中无论是思想上还是能力上我都有了进一步地提高。

致谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及小组同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在论文写作过程中，得到了老师的亲切关怀和耐心的指导。

他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从课题的选择到任务的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。

多少个日日夜夜，老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀。

在此谨向老师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，有很多可敬的师长、同学、朋友给了我无穷的帮助与指导。

最后，我还要感谢三年来辛辛苦苦教导我们的老师们，这些年来一直是你们在传授我们知识、教导我们为人，谢谢你们对我的栽培！

参考文献

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[7]黄大宇，梅瑛.机械设计课程设计.长春.吉林大学出版社.2006.8

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