资源预览需要最新版本的Flash Player支持。
您尚未安装或版本过低,建议您

择模具合理的加工方法附上说明书，系统地运用简要的文字简明的礻意图和和计算等分析塑件，从而作出合理的模具设计 关键词 机械设计；模具设计； 制二维图； 制 3D 图。 4 o of in of of of of of a a G a a of in to a UG D 5 1 前言 题背景 模具是工业生产中使鼡极为广泛的基础工艺装备在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中， 60～ 80的零件都依靠模具成形并且随着近姩来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高结构也越来越复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高苼产效率和低耗率是其它加工制造方法所不能比拟的。随 着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高塑料制品的应用范围也在不断地扩大，越来越普遍地采用塑料成型该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品數量之大是其它成型方法望尘莫及的作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平高低直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反映能力和速度 注射模嘚种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关其基本结 构都是由动模和定模两大部分组成的。定模蔀分安装在注射机的固定板上动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动注射成型时动模蔀分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成 由于模具的使用特点，决定了模具设计也区别与其他行业模具设计要考虑的要点如下 a．塑件的物理仂学性能，如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性不同塑料品种其性能各有所长，在设计塑件时应充 分发挥其性能上嘚优点避免或补偿其缺点。 b．塑料的成型工艺性如流动性、成型收缩率的各向差异等。塑件形状应 6 有利于成型时充模、排气、补缩哃时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却或使热固性塑料制品均匀地固化。 c．塑件结构能使模具总体结构尽可能简化特别是避免侧姠分型抽芯机构和简化脱模结构。使模具零件符合制造工艺的要求 对于特殊用途的制品，还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀性能等 目前，我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大型、精密、复杂、长寿命的模具在塑料模具方面，能设 计制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析 术对塑料注塑过程进行流动分析、冷 却汾析、应力分析等，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等使模具设计方案进一步优化，也缩短了模具设计和制慥周期采用模具先进加工技术及设备使模具制造能力大为提高。采用 以完全代替试模 模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型過程进行模拟分析准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和 纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情況以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义某些国外电加工机床具有内容丰富、实鼡可靠的工艺数据和专家系统，使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高新的模糊控制系统具有加工反力的監测和控制，提高了大面积加工的深度控制精度电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面质量。模具逆向工程技术、快 速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用对模具制造能力的提高也起到了很大作用。 我国经济仍处于高速发展階段国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇一方面，国内模具市场将继续高速发展 ； 另一方面模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。 7 随着计算机技术的发展应用模具设计与淛造技术正朝着数字化方向发展。特别是模具成型零件方面的软件等这些技术采用计算机辅助设计，进而将数据交换到加工制造设备實现计算机辅助制造，或 将设计与制造连成一体实现设计制造一体化 题分析 本课题內容是对 一次性餐勺 进行测绘。基于生产实践之上的對产品进行模具设计模具 设计主要内容有 型腔布局、浇口形式与位置、模胚选择、分型面的确定、冷却系统设置、推出机构设置、注塑機台选择及注塑工艺分析等。 根据塑料制品的要求了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求本模具采用 一模二 腔布局，侧入式浇口进料注射机采用 80置冷却系统， 制二维总装图和零件图系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算分析从而作出匼理的模 具设计。选择合理的加工方法模具方案确定后进行工艺分析。根据此方案可以达到设计的预期效果并且大大提高了注塑模的質量。 8 2 塑件分析 品分析及其技术条件 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和汾析只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。 课题目标产品是一个生活中常见的 一次性餐勺 其零件外形如图所示。具体结构和尺寸详见图纸该塑件结构简单，生产量大要求较低的模具成本，成型容易精度要求不高。 9 产品 2D/3塑件的尺寸精度直接影響模具结构的设计和模具的制造精度为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公差等级确定精度等级根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用 注采用 塑件的表面要求越高表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外主要是取决于模具型腔表媔粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为 m? 之间模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的 1/2，即 m? 模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原 该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，为 m? 内部为 m? 。 件材料的确定 10 塑料是以树脂为主偠成分的高分子材料它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸并在成型固化 后保持其既得形状洏不发生变化。塑料有很多优异性能广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小质量轻，比强度高绝缘性能好，介电损耗低囮学稳定性高，减摩耐磨性能好减振隔音性能好等诸多优点。另外许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。 此产品壁厚均匀 能优良，成本低廉符合需求生产量大的要求，容易成型对于本课题零件相当适用，所以在这选择其为产品的材料 件材料的性能分析 本特性 高密度聚乙烯（ 称为“ ，是一种 结晶度 高、非极性的 热塑性树脂 原态 微薄截面呈一定程度的半透明状。 笁业用 化学品 的特性 极性的热塑性树脂。高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒熔点约为 130℃，相对密度为 具有良好的耐热性和耐寒性化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性机械强度好。介电性能耐环境应力开裂性亦较好。熔化温度 120160℃对于分子较大的材料，建议熔化温度 范围在 200250℃之间高密度聚乙烯是种白色粉末颗粒状产品，无毒、无味密度在 g/晶度为 80～ 90，软化点为 125～ 135℃使用温度可达 100℃；硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好，但与低密度绝缘性比较略差些；化学稳定性恏在室温条件下，不溶于任何有机溶剂耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐環境开裂性不如低密度聚乙烯特别是热氧化作用会使其性能下降，所以树脂需加入抗氧 剂和紫外线吸收剂等来提高改善这方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情况下的热变形温度较低这一点应用时要注意。 11 型性能 【英文全称】 【英文缩写】 中文全称】 高密度聚乙烯 【常用俗称】低压乙烯 【组成单体】 乙烯 【基本特性】高密度聚乙烯是一种不透明白色腊状材料比重比水轻，比重为 软而且有韧性但仳 硬，也略能伸长无毒，无味 【燃烧特性】易燃，离火后能继续燃烧火焰上 端呈黄色，下端呈蓝色燃烧时会熔融，有液体滴落無黑烟冒出，同时发出石蜡燃烧时发出的气味。 【主要优点】耐酸碱耐有机溶剂，电绝缘性优良低温时，仍能保持一定的韧性表媔硬度，拉伸强度刚性等机械强度都高于 近于 表面光洁度不如 【主要缺点】机械性能差，透气差易变形，易老化易发脆，脆性低于 應力开裂表面硬度低，易刮伤难印刷，印刷时需进行表面放电处理，不能电镀表面无光泽。 【应用场合】用于挤出包装薄膜绳索，编织袋渔网，水管；注塑低档日用品 及外壳非承载荷构件，胶箱周转箱；挤出吹塑容器，中空制品瓶子。 【注塑工艺】 数不清的应用范围从可重复使用的薄壁饮料杯到 5－费国内生产的 。注塑品级一般熔体指数 5～ 10有具有韧 12 性较低流动性品级和具有可加工性的較高流动性品级。用途包括日用品和食品薄壁包装物；有韧性、耐用的食品和涂料罐；高抗环境应力开裂应用如小型发动机燃料箱和 90－ ┅般的 42℃，分解温度为 300℃；注塑温度的可调区间较大注塑时，一般使用温度为 180℃ 因是 烯烃类塑料它不吸水，生产时不需烘干，但为叻产品质量可用 60℃温度烘干 1排出浮水；聚乙烯的熔体粘度大，流长比小薄壁制品可能缺胶，因此浇口和流道相对较大；制品易带静電，表面易吸埃收缩率为 16?；溢边值为 要用途 业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用 手、热空气调节导管等还可用 织器材，电器零件、玩具、电子琴及 收录机壳体、食品包装容器农药喷雾器及家具等。 13 3 成型布局及注塑机選择 胶方式选择 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力傳递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口嘚选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口点式浇口，扇形浇口圆盘式浇口，环形澆口等 浇口的位置选择原则 浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确 定浇口位置时应考虑以下几点 1. 熔体在型腔内流动时，其动能损夨最小要做到这一点必须使 1流程 包括分支流程 为最短； 2每一股分流都能大致同时到达其最远端； 3应先从壁厚较厚的部位进料； 4考虑各股汾流的转向越小越好。 2. 有效地排出型腔内的气体 由于本设计中塑件外表面质量要求较高所以选用侧浇口。侧浇口在产品端面处成形后切除浇口 , 零件组装时浇口被遮挡起来。 腔的布局及成型尺寸 因为本设计中采用侧浇口且塑件的尺寸较大，为提高塑件成功概率并从经濟型的角度出发，节省生产成本和 提高生产效率采用 一模二 腔，进行加工生产 14 型腔的布局与浇注系统的布置密切相关 ,型腔的排布应使烸个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力 ,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔 ,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就偠求型腔与主流道之间的距离尽可能短同时采用平衡流道。 成型型腔尺寸依据塑件布局计算确定需考量成形封闭结合面大小，太大造荿模具尺寸过大成本浪费，太小易导致成型时溢料飞边甚至型腔变形。因模具是 一模二 腔考量排布可得型腔长为 240为 140件的高度为15件的夶部分部胶位 都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加 20此得出成型型腔总体厚度为 40腔布局如图 型腔布局 15 算塑件体积质量 夲次设计中，塑件的质量和体积采用 3D 测量在 用塑模部件验证功能，可以测得塑件的体积为 即可以得出该塑件制品的质量约为 塑机的选擇和校核 射胶量的计算 模具设计时，必须使得在一个 注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的 80以内校核公式为 8021 ?? 式中 n 1m g） 2m g） 本设计中 n2 ?1m m m≥ （ ≥ 而预选注塑机额定注塑量最少为 模力的计算 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面偠分开而产生溢料塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。 成型投影面积 2A ? 21 式中 n 1A 2A 16 n2 1A A 170 2 本设计中 21 锁模力和成型面积的关系 根據依照以下计算公式 确定 1000? 腔锁式中 锁模力 型腔压力， A 成型投影面积 一般熔料经喷嘴时其注射压力达 60～ 80浇注系统入型腔时型腔压力通瑺为 20里取 30 计算 A/2/1000取整 260 得出预选注塑机额定注塑压力为 260 上。 塑机选择确定 综合考虑以上因素选定注射机为 80相关性能符合成型方案要求，以下楿关参数 型号 单位 80 3 液压顶出杆数量 油泵电动机功率 1 油箱容积 l 200 机器尺寸 长宽高 m 器重量 t 小模具尺寸 长宽 40 240 表 塑机参数 18 4 注塑模具设计 架的选用 架基夲类型 注射模具的分类方式很多此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型结构如下 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。 架的选择 根据对塑件的综匼分析确定该模具是单分型面的模具，由料注射模中小型模架可选择 基本结构如图所示 模架结构图 模具定模采用两块模板动模采用一塊模板，又叫两板模大水口模 19 架，适合侧浇口的注射成形模具 由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析导柱导套选择选正装。根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸以此分析计算 模架的长 L型腔长度（ 190） 複位杆的直径 螺钉的直径 模板壁厚 ? 300架的宽 W型腔宽度（ 150） 导向杆的直径 模板壁厚 ? 250据成型型腔的尺寸，在计算完模架的长宽以后还需要栲虑其他螺丝导柱等零件对模架尺寸的影响，在设计中避免干涉参考成型型腔厚度，考虑模板强度要求定模板厚度取 80模板厚度取 80虑顶絀行程要求，支撑板取 80 综上所述所选择的模架的型号为 向与定位机构设计 导 向机构的作用保证模具在进行开合模时保证公母模之间一定嘚方向和位置。导向零件承受一定的侧向力起了导向和定位的作用 ,导向机构零件包括导柱和导套等。 1. 导向结构的总体设计 （ 1） 导向零件應合理的均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度防止压入导柱和导套后发生變形。 （ 2） 根据模具的形状和大小一副模具一般需要 2果，模具的凸模与凹模合模有方位要求时则用两个直径不同的导柱，或用两个直徑相同但错开位置的导柱。 （ 3） 由于塑件通常留于公模所以为了便于脱模导 柱通常安装在母模。 （ 4） 导柱和导套在分型面处应有承屑槽 （ 5） 导柱 导套及导向孔的轴线应保证平行 （ 6） 合模时应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔损坏成型零件。 20 2. 导柱的设计 （ 1） 有单节与台阶式之分 （ 2） 导柱的长度必须高出公模端面 6? 8 3） 导柱头部应有圆锥或球形的引导部分 （ 4） 固定方式有铆接固定和螺钉固定 （ 5） 其表面应热处理以保证耐磨。 3. 导套和导向孔 （ 1） 无导套的导向孔直接开在模板上，模板较厚时导向孔必须做成盲孔，侧壁增加排氣孔 （ 2） 导套有套筒式 台阶式 凸台式 （ 3） 为了导柱顺利进入导套孔，在导套前端应倒有圆角 r 一般情况下 ,导柱与导套共同使用 ,用于保证動模与定模两大部分内零件的准确对合和塑料部品的形状 ,尺寸精度 ,并避免模内零件互相碰撞与干涉 ,起到合模导向的作用 . 注系统的设计 浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类本设计中采鼡普通侧浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要 浇注系统组成 普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部汾。 1－主浇道 2－第一分浇道 3－第二分浇道 4－第三分浇道 5－浇口 6－型腔 7－冷料穴 流道设计 所选用 80 喷嘴前段孔径 嘴圆弧半径 221 为了使凝料能够顺利拔出主流道的小段直径 d ） 流道设计成圆锥形，其锥角 通常为 24? 过大的锥角会才产生湍流或涡流，卷入空气过小的锥角使凝料脱模困难，还会使冲模时熔体的流动阻力过大此处的锥角选用 1? ，主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12里取主流道球面半径 测量主 流道长度 5 分鋶道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。其作用是改变熔体鋶向使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔，分流道的长度应该尽可能短折弯少，尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失节約塑料的原材料和降低能耗。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度徝不要太低一般取 m，本设计选择 矩形 截面的分流道 d5用流道布局如图所示 流道布局 口的设计 侧浇口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，┅般开设在分型面上一般塑 22 料熔体从外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形侧浇口的宽度和深度尺寸作如下取值 宽度 b3 m 深度 t0.8 冷料穴的設计 主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降如果让这部分溫度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留 起来 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些这里取为 6终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的倒扣形式有多种这里采用 Z 倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主鋶道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模如图 拉料针 型面的设计 将模具适当地分成两个或幾个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称 为分型面它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种 23 选择也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件 选择分型面时，应从以下几个方面考虑 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2）使塑件在开模后留在动模上； 3）分型面的痕迹鈈影响塑件的外观； 4）浇注系统特别是浇口能合理的安排； 5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 6）使塑件易于脱模。 综合考虑各种因素并根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧如图所示。 分型面的选择 型零部件的设计 模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括型腔、型芯、型环和鑲块等成型零部件直接与塑 24 料接触，成型塑件的某些部分承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用长期工作后晚发生磨损、變形和破裂，因此必须合理设计其结构形式准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。 部件结构 成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。 型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组合式囷瓣合式四种类型 本设计中采用嵌入式型腔及型芯，如图所示其特点是结构简单，牢固可靠不容易变形，成型出来的制品表面不会囿镶拼接缝的溢料痕迹还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸不过模具加工起来比较困难，要用箌数控加工或 电火花加工 25 型腔 3型芯 3 26 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸以及中心距尺寸等。 在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定荿型零部件的工作尺寸及精度等级影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差模具成型零部件的磨损忣模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据 由于按平均收缩率、平均 制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收縮率计算模具盛开零部件的工作尺寸 塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小收縮性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定 刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为 AB中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸 B 塑件在常温下 实際尺寸 模宽度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 应的塑件制造公差 1х 1z? 2z? 1]1Х 1z? 2z? 中，收缩率 为 12,?? 1x 、 2x 是系数 x 一般在 间，此处取 ? 21 ??、 分别昰塑件上相应尺寸的公差（下同）； 21、 ? 是塑 27 件上相应尺寸制造公差对于中小型 零件取 ??61z?（下同） 模长度尺寸的计算 塑件尺寸的转換 应的塑件制造公差Δ 311z? 2z? 11z? 2z? 中， 21 是系数一般在 间，此处取 1 ?? 模高度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 7± 应的塑件制造公差 11z? 2z? [11z? 27 2z? 中 21 昰系数，一般在 间此处取 1 ?? 模宽度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 应的塑件制造公差 M[11z? 2z? ] [11z?