浴室喷头注塑模具设.docx

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浴室喷头注塑模具设

摘要

《浴室喷头注塑模模具设计》是编写者两个月以来所编写的课程说明书。

主要介绍：

注射模的整个过程，包括成型零部件、液压油缸抽芯机构，推出机构、流道等一些设计。

在论文书写过程中，通过一个月的时间对原始资料进行搜集，充分考虑模具的各种结构并和指导老师及同学之间进行讨论，最终选择了论文所写的模具结构。

本论文的资料大多是编写者结合三年所学的各方面的理论知识完成的，包括机械制图、公差与配合、工程力学、机械设计、注射模具成型、工程材料等；一部分是通过查手册所得；采用CAD绘制二维图，UG绘制3D图，还有少部分是同学之间的交流和自己三年的实习总结。

关键词：

机械设计；模具设计；CAD绘制二维图；

ABSTRACT

ThekeypointofthestructuredesignofplasticinjectionmouldwithV-beltpulleygrooveistheparting（i.e,sideaction）andeyectingmechanism.Basedontheanalysisofthetechnologacicalcharacteristicsofplasticpulley,apracticalmouldstructureispresented,involvingthedesignofcomponentsofmoldandtheirworkingprinciple.Toensurethequalityproduct,thesidepullsanddemouldingareaccomplishedbyuseofthearrester,whichpreventsthesideactionofcavitysplitsatfromthebeginningofmouldopeningtoacertaintravel,aswellasbyuseofangleslideejectingdevice.Themouldiscompactinstructure,credibleinpush-outandeasyininstalling,maintainingandoperating,Thequalityofproductisgoodandtheproductioneffciencyishigh.

Keywords:

mechanicaldesign;molddesign;CADdrawingtwo-dimensionalmap;UGdraw3Dmaps,injectionmachineselection

目录

摘要1

ABSTRACT2

目录3

第一章前言1

1.1模具在加工工业中的地位1

1.2模具的发展趋势1

1.2.1加深理论研究1

1.2.2高效率、自动化1

1.2.3大型、超小型及高精度2

1.2.4革新模具制造工艺2

1.2.5标准化2

1.4来源背景2

1.4.1目的3

1.4.2要求3

1.4.3实际意义3

1.4.4主要设计内容3

第二章材料与塑件分析4

2.1塑料制品产量和生产要求4

2.2塑料品种牌号4

2.3制品图样9

2.3.1尺寸及要求9

2.3.2根据制品尺寸几何形状进行分析9

分型面的选择10

第三章模具基本结构设计11

3.1注射机选择11

3.2模具型腔数目的计算12

3.2.1计算原理12

3.2.2制品体积12

3.2.3型腔数目确定12

3.3模架选择13

第四章成型零件尺寸及结构14

4.1聚苯乙烯的收缩率（S）14

4.2型芯尺寸及结构设计14

4.2.1型芯径向尺寸计算利用公式14

4.2.2型芯高度尺寸15

4.3型腔尺寸及结构设计15

4.3.1型腔径向尺寸15

4.3.2型腔深度尺寸16

4.3.3型腔结构16

4.3.4型腔计算17

第五章模具结构18

5.1模具结构图18

5.2模具与成型机械关系的校核18

5.2.1制品及流道体积18

5.2.2注射机的校核19

第六章浇注系统21

6.1概述21

6.2浇注系统的设计21

6.2.1主流道的设计21

6.2.2浇口的设计21

6.2.3排气糟的设计23

6.3合模导向机构的设计23

第七章推出机构25

7.1概述25

7.2推出机构25

7.3.侧向抽芯机构类型选择26

第八章支承零件30

8.1紧固件及其他附件30

8.1.1上模部分30

8.1.2下模部分31

第九章冷却系统32

9.1温度调节对塑件质量的影响32

9.2冷却系统之设计规则33

第十章模具的装配与工作过程35

10.1模具的工作过程35

结论37

参考文献38

致谢39

第一章前言

1.1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。

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。

1.2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：

1.2.1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。

1.2.2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。

1.2.3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。

1.2.4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。

1.2.5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。

1.3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。

课程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。

1.4来源背景

浴室喷头为PE塑料制品，采用注射模进行成型，这种制品结构比较简单，加工难度不大。

1.4.1目的

通过本课题的设计，能够懂得模具的整个设计过程及综合性的掌握本专业知识，能够掌握UG、CAD、Word等软件的操作方法。

1.4.2要求

设计本课题的要求的理论联系实际。

在学习好相关的设计理论知识的同时，还必须了解实践操作。

另外，设计的模具首先要能制造出来，还要有一定的使用价值。

1.4.3实际意义

通过本课题的设计，可以更好的掌握模具的整个设计过程。

在设计过程中，定会遇到许多以前没有遇到的问题，有问题就会促使自己想尽一切办法去解决，从中获得一定的知识。

把整个设计做完之后，就会对知识有个系统的了解。

另外，通过对UG、CAD、Word等软件的操作，可以有更好、更熟练的操作技能。

这些工作对我以后的人生将是一笔大财富。

1.4.4主要设计内容

本课题的设计主要包括成型零件的设计、浇注系统的设计、导向及定位部分的设计、推出与复位部分的设计、固定支承和紧固件的设计、模具结构的整体设计、工艺过程的编写及对UG、CAD、Word等软件的操作技术。

第二章材料与塑件分析

2.1塑料制品产量和生产要求

根据图纸要求，此制品为大批量生产，在生产要求上不是很高，所以在模具设计时应力求结构简单，但要能达到制品的各种要求。

2.2塑料品种牌号

聚乙烯（polyethylene，简称PE）是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。

在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。

聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-100~-70°C），化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）。

常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。

[1] 

物质性能编辑

是以乙烯单体聚合而成的聚合物。

聚乙烯乃1922年由英国ICI合成，1939年开始工业生产，在美国正式工业性生产，大战中为重要的雷达用绝缘材料和军需用品，战后，日本三井石油化学、住友化学（1958年）开始正式生产，1975年14年厂年产140.7万吨，仅次于美国。

1933年，英国卜内门化学工业公司发现乙烯在高压下可聚合生成聚乙烯。

此法于1939年工业化，通称为高压法。

1953年联邦德国K.齐格勒发现以TiCl4-Al（C2H5）3为催化剂，乙烯在较低压力下也可聚合。

此法由联邦德国赫斯特公司于1955年投入工业化生产，通称为低压法聚乙烯。

聚乙烯

聚乙烯是结晶热塑性树脂。

它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。

聚合方法决定了支链的类型和支链度。

结晶度取决件分子链的规整程度与其所经历的热历史。

聚乙烯对于环境应力（化学与机械作用）是很敏感的，耐热老化性差于聚合物的化学结构和加工条。

聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法（见塑料加工）加工。

用途十分广泛，主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。

随着石油化工的发展，聚乙烯生产得到迅速发展，产量约占塑料总产量的1/4。

1983年世界聚乙烯总生产能力为24.65Mt，在建装置能力为3.16Mt。

2011年最新统计结果，全球产能达到96Mt，聚乙烯生产的发展趋势显示，生产消费逐步向亚洲地区转移，中国日渐成为最重要的消费市场。

在核物理，天体物理，反应堆运行中运用聚乙烯作为漫化剂来测

聚乙烯

量中子。

对核物理的研究做出了自己的贡献.

化学分类编辑

聚乙烯（POLYETHYLENE，PE）是由乙烯聚合而成之聚合物，产品发展至今已有60年左右历史，全球聚乙烯产量居五大泛用树脂之首。

聚乙烯依聚合方法、分子量高低、链结构之不同，分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯。

低密度聚乙烯（LOWDENSITYPOLYETHYLENE，LDPE）俗称高压聚乙烯，因密度较低，材质最软，主要用在塑胶袋、农业用膜等。

[2] 

高密度聚乙烯（HIGHDENSITYPOLYETHYLENE，HDPE）俗称低压聚乙烯，与LDPE及LLDPE相较，有较高之耐温、耐油性、耐蒸汽渗透性及抗环境应力开裂性，此外电绝缘性和抗冲击性及耐寒性能很好，主要应用于吹塑、注塑等领域。

[2] 

线型低密度聚乙烯（LINEARLOWDENSITYPOLYETHYLENE，LLDPE），则是乙烯与少量高级

-烯烃在催化剂存在下聚合而成之共聚物。

LLDPE外观与LDPE相似，透明性较差些，惟表面光泽好，具有低温韧性、高模量、抗弯曲和耐应力开裂性，低温下抗冲击强度较佳等优点。

[2] 

LLDPE应用领域几乎已渗透到所有LDPE市场。

现阶段LLDPE和HDPE处于生命周期的成长阶段；LDPE则在1980代末逐渐进入发展成熟期，世界上已少有LDPE设备投产。

聚乙烯材料难以印刷（除非进行本体改性或表面改性），故大多是无色或浅色制品，当然又由于其具有良好的耐环境老化性能，运动场上的人造草皮大多由聚乙烯制造。

最简单的鉴别方法就是用煤气火焰（例如打火机）点燃一小块样品，样品会持续燃烧，有烟，且具有烧蜡烛的味道。

用指甲在其上划一下，有划痕的为低密度聚乙烯（LDPE），否则则是高密度聚乙烯（HDPE）。

结构特点编辑

CH2=CH2+CH2=CH2+······→—CH2—CH2—CH2—CH2······

简写：

nCH2=CH2→—[CH2—CH2]n—

聚合压力大小：

高压、中压、低压；

聚合实施方法：

淤浆法、溶液法、气相法；

产品密度大小：

高密度、中密度、低密度、线性低密度、超低密度；

产品分子量：

低分子量、普通分子量、超高分子量。

结构

聚乙烯的分子是长链线型结构或支结构，为典型的结晶聚合物。

在固体状态下，结晶部分与无定型共存。

结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度高结晶度就越大。

L.DPE结晶度通常为55%--65%，HDPF结晶度为80%-90%。

图2-1示出PE结构示意图。

　　从图中可见，PE分子均有一定的支化度。

而LDPE支化度高。

在每1000个碳原子中含有15^-25个甲基侧链以及少量的和丁基侧链，由于侧链或支链降低了分子的规整度，所以，会含大量支链的PE结晶度、密度和刚性均低。

HDPE的支化低，每1000个碳原子的主链上只有5-7个乙基侧链，故而结晶高，密度、刚性和硬度等性能均较好。

度上依赖于聚合物的分子量、支化度和结晶度，如断裂伸长率主要取决于PE密度高和结晶度大，其力学性能就好，但延展性就差，所以，了解聚合物结构会对其结构改性和其他改性有很大帮助·一般来说HDPE拉伸强度为20一25MPa，而LDPE拉伸强度仅为10-2f5MPa。

这一数值距离工程材料的拉伸强度（100-200MPa）

　　还相差很大的距离。

特点

聚乙烯为典型的热塑性塑料，是无臭、无味、无毒的可燃性白色粉末。

成型加工的PE树脂均是经挤出造粒的蜡状颗粒料，外观呈乳白色。

其分子量在1万一loa万范围内。

分子量超过10万的则为超高分子量聚乙烯fUHMWPE3。

分子量越高，其物理力学性能越好，越接近工程材料的要求水平。

但分子量越高，其加工的难度也随之增大。

聚乙烯熔点为100-130C·其耐低温性能优良。

在-60℃下仍可保持良好的力学性能，但使用温度在80~110℃。

　　聚乙烯化学稳定性较好，室温下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等溶液。

但不耐强氧化的腐蚀，如发烟硫酸·浓硝酸、铬酸与硫酸的混合液。

在室温下上述溶剂会对聚乙烯产生缓慢的侵蚀作用，而在90-100℃下，浓硫酸和浓硝酸会快速地侵蚀聚乙烯，使其破坏或分解。

　　聚乙烯在大气、阳光和氧的作用下，会发生老化，变色、龟裂、变脆或粉化，丧失其力学性能。

在成型加工温度下，也会因氧化作用，使其熔体戮度下降，发生变色、出现条纹，故而在成型加工和使用过程或选材时应予以注意。

正因为聚乙烯拥有如上特质，容易加工成型，因此聚乙烯的再生回收具有非常深远的价值。

由乙烯均聚以及与少量α-烯烃共聚制得的乳白色、半透明的热塑性塑料。

密度0.86～0.96g/cm3，按密度区分有低密度聚乙烯（也包括线性低密度聚乙烯）、超低密度聚乙烯等。

无味、无毒。

耐化学药品，常温下不溶于溶剂。

耐低温，最低使用温度-70～-100℃。

电绝缘性好，吸水率低。

物理机械性能因密度而异。

工业上低密度聚乙烯主要采用高压（110～200MPa）、高温（150～300℃）自由基聚合。

其他则用低压配位聚合，有时同一套装置可生产密度0.87～0.96g/cm3的聚乙烯产品，称全密度聚乙烯工艺技术。

聚乙烯可加工制成薄膜、电线电缆护套、管材、各种中空制品、注塑制品、纤维等。

广泛用于农业、包装、电子电气、机械、汽车、日用杂品等方面。

性能应用编辑

聚乙烯

聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，具有优越的介电性能。

易燃烧且离火后继续燃烧。

透水率低，对有机蒸汽透过率则较大。

聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高。

高密度聚乙烯熔点范围为132-135℃，低密度聚乙烯熔点较低（112℃）且范围宽。

常温下不溶于任何已知溶剂中，70℃以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶剂中。

超高压聚乙烯：

可作为工程塑料使用。

熔点140℃

熔化焓292.88J/g

印刷方面

适用于抗水、油及化学物品等性能较高的产品标签，瀚源印刷常将此材料应用于化妆品、洗发水、洗涤和其他在使用过程中有耐潮、耐挤压要求的日用化学品标签。

优异的柔软性，尤其适用于塑料袋。

也可用于因环保要求而不能使用PVC标签材料的情况。

加工方面

聚乙烯可用吹塑、挤出、注射成型等方法加工，广泛应用于制造薄膜、中空制品、纤维和日用杂品等。

应用薄膜

低密度聚乙烯广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。

也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物。

1975年以来，高密度聚乙烯薄膜也得到发展，它的强度高、耐低温、防潮，并有良好的印刷性和可加工性。

此外，还可以在纸、铝箔或其他塑料薄膜上挤出涂布聚乙烯涂层，制成高分子复合材料。

中空制品

高密度聚乙烯强度较高，适宜作中空制品。

如牛奶瓶、去污剂瓶；

2.3制品图样

2.3.1尺寸及要求

浴室喷头3D塑件图，如图2.1

图2.1

2.3.2根据制品尺寸几何形状进行分析

（1）尺寸及公差

从制品所给的尺寸及公差查《塑料模塑成型技术》表3-7为4级精度等级，查表3-8得4级精度等级为一般精度，从经济方面考虑，在模具设计时模具精度等级也应设计成一般精度等级。

（2）塑料制品的形状

此制品为浴室喷头方形制品，制品体积不大，如图2.1。

（3）塑料制品的壁厚

测量产品可知，此制品最大壁厚为2mm，最小壁厚为1mm。

壁厚均匀，但是骨位较少，它会固化或冷却速度的不同引起收缩不均匀，从而在制品内部产生内应力。

因此在模具设计时要进行冷却系统的设计及适应选择浇口。

（4）脱模斜度

所设计的制品脱模斜度为0.5°，部分位置脱模斜度为零，这样制品对型心的包紧力大，脱模时较有脱模斜度的难，生产时可喷涂脱模剂。

（5）分型面的选择

塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。

定模和动模相接触的面称分型面。

通常有以下原则：

1.分型面的选择有利于脱模：

分型面应取在塑件尺寸的最大处。

而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。

如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。

2.分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。

3.分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。

4.分型面应有利于侧向抽芯。

分型面的选择

第三章模具基本结构设计

3.1注射机选择

根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为HTF250XB.

注塑机的参数如下：

型号规格

A

B

C

螺孔直径

mm

50

55

60

22

20

18.3

理论容量

cm3

442

535

636

射出量

ｇ

402

487

579

射出速度

mm/s

124

124

124

塑料化能力

g/s

23.8

28.8

34.3

射出压力

MPa

205

169

142

螺旋回转数

r/min

0～225

锁模力

KN

2500

锁模行程

mm

540

时间间隔

mm

570×570

最大板厚

mm

570

最小板厚

mm

220

顶出行程

mm

130

顶出力

KN

52

顶出根数

9

最大泵压力

MPa

16

马达输出功率

KW

30

加热器输出功率

KW

14.85

机械外形尺寸

m

6.02×1.7×2.1

机械重量

ｔ

8.1

贮料器容量

kg

50

料筒体积

L

570

3.2模具型腔数目的计算

3.2.1计算原理

通常注射机的实际注射量为注射机最大注射量的80﹪，即

V实=Vmax×80﹪（3-1）

式中V实----制品实际所需注射量，单位cm3。

Vmax----注射机最大注射量，单位cm3。

由表3.1Vmax=535cm3

所以V实=246cm3

3.2.2制品体积

制品的结构及尺寸如图2.1，体积通过3D测量可得出：

V制=113cm3

3.2.3型腔数目确定

制品数目用n表示，利用下列公式进行计算，

n=V实/（n*V制+V流）=535/（2*113+20.4）=2.17

通过计算可以设计型腔数量。

考虑到模具排位，暂设计型腔数目为一模二腔。

3.3模架选择

根据制品尺寸大小及型腔数目，查表《模具标准应用手册》表6-15初步选用450x450模架具体结构如图3.1（a）、3.1（b）

模架型号采用CI-4545-A100-B90-C120，使用标准模架，可以降低计算量，节约成本。

图3.1（a）

图3.1（b）

第四章成型零件尺寸及结构

4.1聚苯乙烯的收缩率（S）

查《塑料制品及其成型模具设计》表0.1ABS的收缩率范围为0.4-0.6﹪，换算成平均收缩率Scp﹪

Scp﹪=（0.4﹪+0.6﹪）/2=0.5﹪（4-1）

4.2型芯尺寸及结构设计

4.2.1型芯径向尺寸计算利用公式

LM1=[ls1（1+Scp﹪）+

△]

（4-2）

制品的基本尺寸为：

252.76,90

查表公差为0.4、0.2、

将数值代入计算

LM1=[250.76（1+0.5%）+

×0.4]

=251.02

LM2=[86（1+0.5%）+

×0.2]

=86.43

4.2.2型芯高度尺寸

Hm=[hs（1+Scp%）+

△]

（4-3）

制品的基本尺寸为：

44.87

查表公差为0.1

将数值代入计算

Hm=[44.87（1+0.5%）+2/3×0.1]

=45.09

4.3型腔尺寸及结构设计

4.3.1型腔径向尺寸

型腔径向尺寸利用公式

LM=[ls（1+Scp﹪）-

△]

（4-6）

制品的基本尺寸为:

252.76，90

查表公差为0.4、0.2

将数值代入计算

LM1=[252.76（1+0.5﹪）-

×0.4]

=254.02

LM2=[90（1+0.5﹪）-

×0.2]

=90.45

4.3.2型腔深度尺寸

型腔深度尺寸利用公式

制品的基本尺寸为：

46.87

查表公差为0.1

Hm=[Hs（1+Scp%）-

△]

（4-7）