模具毕业设计45放大镜模具的设计与制造

中文摘要注塑模具是在成型中赋予塑料以形状和尺寸的部件。模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是基本结构是一致的。模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三部分组成。其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。对此次放大镜无多大要求，它的整体尺寸不大，但要大批生产，为提高生产率，降低成本，故采用模具成批注射生产。并且该产品为放大镜要透光，所以材料采用聚苯乙烯（PS）做为材料。对于浇注系统和成型零件的设计；浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯等。此套放大镜模实现部分机械操作自动化，浇注系统采用普通流道，进行一模二腔注射。顶出机构由2条型芯和一条推杆顶出，型腔分动模型腔和定模型腔。关键词主流道冷料穴浇口型腔型芯AbstractInjectionmoldisgivenintheplasticmoldingtotheshapeandsizeofparts.Althoughthestructureofmoldspeciesandperformanceofplastics,plasticproducts,aswellastheshapeandstructureofthetypeofinjectionmoldingmachinemaybedifferentfromtheever-changing,butthebasicstructureisthesame.Mainlybydiecastingsystems,andstructuralcomponentsformingpartsofthreeparts.Gatingsystemandformingonepartindirectcontactwiththeplasticpartsandproductsasplasticsandchangeisthemostcomplexmodeling,thebiggestchangetorequiresmoothnessandaccuracyofprocessingsomeofthehighest.Thelittlemagnifyingglassontherequirementsoftheoverallsizeofit,buttoalargenumberofproduction,toincreaseproductivity,reducecosts,andthereforetheuseofinjectionmoldproductionbatch.Andtheproductisamagnifyingglasstolight,sothematerialusedpolystyrene(PS)asamaterial.Forthegatingsystemandformingpartofthedesign;gatingsystemistheplasticnozzleintothecavityfromthepreviouspartoftheflowchannel,includingthemainstreamRoad,coldcave,suchasdiversionchannelandgate.Formingpartreferstotheshapeofavarietyofproductsconstitutecomponents,includingdynamicsimulation,andthecavitymodeisscheduled,suchascore.Thismodesetstherealizationofpartofthemagnifyingglassmachineryautomation,pouringtheordinaryflowsystemtocarryoutatwo-cavityinjectionmold.Toptwofromthebodycoreandatopofaputter,dynamicmodelofsub-cavitycavitycavitymodelandtheset.Keywordsmainstreamcoldfeedgatecavitycorehole目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"中文摘要1\o"CurrentDocument"Abstract2\o"CurrentDocument"第一章塑件工艺分析4\o"CurrentDocument"1.1中国模具的发展史4\o"CurrentDocument"1.2分析塑件使用材料的种类及工艺特征6\o"CurrentDocument"1.3分析塑件的的结构工艺性6\o"CurrentDocument"1.4塑件精度确定7\o"CurrentDocument"1.5明确塑件批量生产7\o"CurrentDocument"1.6根据塑件的形状估算其体积和重量7\o"CurrentDocument"1.7确定型腔数8\o"CurrentDocument"第二章确定模具结构方案8\o"CurrentDocument"2.1确定型腔排列8\o"CurrentDocument"2.2确定分型面92.3脱模原理10\o"CurrentDocument"2.4浇注系统形式10\o"CurrentDocument"2.4.1主流道设计10\o"CurrentDocument"2.4.2分流道设计11\o"CurrentDocument"2.4.3、浇口设计11\o"CurrentDocument"2.5冷却及加热系统11\o"CurrentDocument"第三章模具设计的有关计算13\o"CurrentDocument"3.1模具主要零件的有关尺寸设计13\o"CurrentDocument"3.1.1型腔和型芯计算13\o"CurrentDocument"3.2型腔厚厚度的确定14\o"CurrentDocument"3.3确定零件结构及尺寸143.3.1定模座板设计153.3.2定模型腔固定板设计163.3.3动模型腔固定板设计173.3.4支撑板设计设计173.3.5推杆固定板设计18\o"CurrentDocument"第四章注塑机的选定19\o"CurrentDocument"4.1计算浇注系统体积19\o"CurrentDocument"4.2注塑机选定19\o"CurrentDocument"第五章校核注射机有关工艺参数22\o"CurrentDocument"5.1最大注塑量参数校核22\o"CurrentDocument"5.2锁模力校核22\o"CurrentDocument"5.3、模具厚度H与注射机闭合高度23\o"CurrentDocument"结论24\o"CurrentDocument"参考文献25\o"CurrentDocument"致谢26第一章塑件工艺分析1.1中国模具的发展史一、概述工、模具材料是工模具加工业的基础。随着我国国民经济发展和人民生活水平的提高，人们对产品的审美观，价值观也不断提高，从而对各类工、模具产品，无论是内在质量还是外表美观等方面均要求日益精臻，困此势必对工模具材料在数量上、系列上和质量上提出更高的要求。中国的模具材料从无到有，从小到大，从少到多，直到现在，无论是从钢种还是从规格、标准化、系列化等方面，都是伴随着模具制造发展而发展的。二、五十、七十年代（空白阶段）在这三十年中，由于我国推行计划经济的模式和产业结构上依照前苏联的生产方式，模具制造纯属依附于企业的一个配件加工车间。再则由于工业发展的缓慢和经济封闭，以及人民的生活水平处于很低的消费水平等诸多因素，抑制了模具制造的产业化、社会化和商品化。由此而带来了模具制造业对其所采用的材料要求不高甚至没有要求，供需关系处于有什么用什么的不合理的混乱状态。三、八十年代（发展阶段）随着改革开放和国民经济的增长，很大程度上推动了模具制造业的发展。模具制造业已走出企业禁锢的状态，十年中，我国的仿制国外新钢种的同时，还在高校、科研院所和各钢厂的配合下，自行研制开发了一批适合我国国情的模具新钢种。不仅改善了加工性能，而且还大大提高了模具的使用寿命。仿制D2钢代替Cr12MoV制造冲压模，用P20钢代替45号钢制造塑料模型芯、型腔，使模具的光洁度和寿命都有了较大的提高。用H13钢代替国外已淘汰的3CW8V制造锻模和压铸模。在冷作模具钢方面，自行开发了65Nb、O12A、CG-2、LM1-2、LD、GD、GM、DS钢等品种。其中65Nb、LD、GD及DS钢因具有良好的抗冲击性而更适合于作冷墩及原料冲裁凸模。GM钢因有良好的耐磨性特别适合于作螺纹滚丝轮，与Cr12MoV相比，寿命可提高十多倍。除上述合金钢外，还开发了GT35及DT等牌号的钢结硬质合金和YG系列的钨钻类硬硬合金以满足高寿命的要求，制造高速冲床用的模具。在塑料模具钢方面，自行开发了易切削类的5NiCa、06Ni、SM1、SM2以及PMS、CPR、PCY等钢，都是一些具有良好加工、使用性能的优良钢种，并在使用上得到用户的认可。在热作模具钢方面Y4、Y10、HM-1、GR、ER8等新品种的开发和应用彻底改变了热作模具几十年来由3Cr2W8V一统天下的局面。四、九十年代（竞争阶段）随着我国国民经济的发展和产品的更新换代，我国已成为模具和模具材料的生产大国。据1997年统计，我国年耗模具材料13万吨，其中普钢4.5吨。这说明模具这个特殊的产品在近十年中从计划经济条件下的备件逐步发展成市场经济条件下的商品，并日益被模具制造商在其质量和品牌上得到重视。而作为一个工业日趋发展，产品交替更新节奏很快的国家，其对模具的发展也更进一步地被产品生产商重视。因此，一批过去已被研制成功的系列的能适应不同工况条件和产品制造要求的模具材料的开发、试制和生产成为各大特钢厂竞争相推出和竞争的市场热点。但是，模具材料由于其规格繁多，同规格单次需求量少，市场即时采购等特点，使得各大钢厂规模性生产装备无法适应。因此纷纷寻找合适的代理商以求得规模效应。可是，众多的代理商虽然手中握有厚资，但是对于模具工况条件，材料特性以及相关热处理等问题的了解不够，都停留于普钢类方面的激列竞争。另外，国外的资深代理机构和各著名钢厂近几年来组织重兵力图挤入中国的模具材料市场。如：瑞典的NUDDEHOLM、ASSAB，以及德国的蒂森、萨斯特，日本的大同等公司都在上海乃至全国各地树起了优特钢的旗帜，但由于他们的价格过高，已逐渐显得无法展开规模销售，就连目前在国内较有名气的外资公司都在中国寻找价格低廉，品质优良的模具材料。1.2分析塑件使用材料的种类及工艺特征该材料为聚苯乙烯（PS），是一种透光性塑料，密度为1.05g/cm*，透光度达88%—92%，有优异在着色性能。制品的稳定性非常好，最高连续使用温度为60度到80度。具有一般塑料的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能；注塑压力为60-100Mpa；成型收缩率为0.5-0.8%。聚苯乙烯于1930年首先在德国工业化生产，接着1937年美国也开始商业生产，真正的发展是第二次世界大战以后，即1946年以后。当前，聚苯乙烯在世界热塑性树脂中，产量名列第四，居聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯之后。目前世界上苯乙烯系列的树脂品种已有30〜40种，牌号近100种，品级400余种，产量1100万吨/年以上，而PS占65%左右。由于聚苯乙烯的生产工艺简单，原料来源丰富，目前世界大部分国家和地区均有生产。我国的聚苯乙烯主要有中石化、中国石油和中海石油系统的各子公司引进国外公司的生产装置和工艺进行生产，还有国外的主要生产厂商在中国的合资或独资企业生产，主要供国内市场。聚苯乙烯流动性好，加工性能好，易着色，尺寸稳定性好。可用注塑、挤塑、吹塑、发泡、热成型、粘接、涂覆、焊接、机加工、印刷等方法加工成各种制件。特别适用于注塑成型，注塑成型时物料一般可不经过干燥直接使用。但为了提高制品质量，可在55°C〜70°C鼓风烘箱内预干燥1〜2h。具体加工条件大致为：料筒温度200C左右，模具温度60〜80C，注塑温度170C至220C，注塑压力比为1.6〜4.0。成型后的制品应在红外线灯或鼓风烘箱内，于70C恒温处理2〜4h。聚苯乙烯的缺点是制品具有较大的脆性，易受冲击而开裂，制品表面受摩擦而易起刮痕。在聚苯乙烯树脂中加入橡胶成分可使其耐冲击性提高5倍-10倍，但会失去透明特性。聚苯乙烯塑料广泛用于家用器皿、玩具、生活和文教用品、家电、轻工仪表的壳体、灯罩、圆珠笔杆等。发泡型的聚苯乙烯塑料用于防震、隔音材料及电冰箱衬里等。1.3分析塑件的的结构工艺性塑件尺寸不大，结构比较简单，对塑件的尺寸测量和型芯计算无多大影响，其它结构特征也符合塑件的设计要求。具体尺寸如图所示：图1-1放大镜零件图1.4塑件精度确定因考虑塑件工作要求不高,各尺寸也不大，结构简单，故先普通精度：IT4级1.5明确塑件批量生产该塑件要求批量生产。1.6根据塑件的形状估算其体积和重量使用UG或Pro/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积，当然也可根据形状进行手动几何计算得到图形的体积。通过计算塑件的体积(计算过程从略)，V1=3.14x(252-212)x7+3.14x212x4=14528.128mm3=14.5cm3V2=3.14x12x60x4=10481.353mm3=10.5cm3V3=V1+V2=25cm3式中：V1为放大镜中圆柱面的体积V2为放大镜中柄的体积V3为整个放大镜塑件的总体积可得塑件的质量为：G3=pxV3=1.05x25=26.3g式中：p塑料密度，（g/cm3）G3塑件质量，（g）1.7确定型腔数该产品需批量生产，设计的模具要有较高的注射效率，采用一模二腔的模具结构。第二章确定模具结构方案2.1确定型腔排列

型腔排列选择中，由于此次采用的是一模二腔，放大镜的结构并不是直接圆形或矩形，初步设定排列方式有二种选择：图2-1型腔的排列的二种方式因第一种排列方式的注射效率高，由此模具设计选用第一种型腔排列方式。2.2确定分型面在模具设计中分型面的选择很重要，它决定了模具的结构，应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择。如下图所示：

此次分型为一次分型，开模在分型面（上图所示）进行分模，动模型腔板和定模型腔板分开，再由推杆固定板推动推杆和型腔杆（型芯）顶出塑件和浇流道内的塑件。而后塑件自动脱落，再人工取出塑件即可。2.4浇注系统形式采用普通浇注系统，由于二型腔模，必须设置分流道，用点浇口形式从零件内部进料，利用分型面间隙排气。2.4.1主流道设计在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。为了让主流道凝料能顺利从浇口中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角为2—5。，取3°。小端直径d比注射机喷嘴直径大0.5—1mm,取值为5mm，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面大1—2mm。2.4.2分流道设计a・分流道的形状和尺寸分流道开设在定模板上，其截面形状为梯形，有经验公式h=2b/3（b为梯形大底边宽度，mm；h为梯形的高度，mm），可给h=3mm，b=3.5mm，梯形的侧面斜角a=5。一10。，底部以圆角相连。b、分流道的表面粗糙度由于分流道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要求不太低，一般噩取1.6Mm左右，这可增加对外层塑料熔体的阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层2.4.3、浇口设计浇口套可选标准件，因为注塑机的喷嘴口直径为4mm，可选取进料口直径为5mm的浇口套。此次采用的是侧浇口中的扇开浇口，取在与型腔接合处形成长L=1mm厚t=0.5mm的进料口，进料宽度为b=5mm，扇形长度为3.5mm，塑件熔体通过它进入型腔。采用扇形浇口，使塑料熔体在宽度方向上的流动得到更均匀的分配，塑件的内应力因之较小，还可避免流纹及定向效应所带来的不良影响，减少带入空气的可能性，但浇口痕迹较明显。2.5冷却及加热系统该模具注射成型时不需要太高要求，因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下计算设定模具平均工作温度为50r，用常温20r的水作为模具冷却介质，其出口温度为30r，产量为（初选每二分钟一套）1.578kg/h查表聚苯乙烯的单位热流量为65X104J/kgQ1=wQ2=1.578X65x104=102.574J/kg故冷却水体积流量：V=的60cp（T-T2）式中：V一冷却水体积流量，（m3./min）M一单位时间注射人模具内的塑料熔体的质量，（kg:：h）q一单位时间内树脂在模具内释放的热焓量，(Jkg,ABS为6~8X105J/kg)c—冷却水的比热容，(J/(kg•K))P—冷却水的密度，(kgm3)T一冷却水出口处温度，(°C)1T2一冷却水进口处温度，(C)v1.578x4x105V=60x4.2x103x1.0x103x(30-20)=2.78x10-3mmin查表可知所需的冷却水道直径比较小，所以，选直径为46的冷却水道一个型腔一条。第三章模具设计的有关计算3.1模具主要零件的有关尺寸设计3.1.1型腔和型芯计算列表中成型零件工作尺寸计算时都按平均尺寸，平均收缩率，平均制造公差和平均磨损量来计算。由塑料模具设计课程设计指导书查表2-5得：聚苯乙烯(PS)的成型收缩率为0.5-0.8%,故平均收缩率为Scp=(0.5+0.8)%/2=0.65%，考虑到工厂模具制造的条件，模具制造公差一般取8z=A/3计算如下表3-1：

表3-1型芯和型腔计算度和底板类别尺寸类型塑件尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸型腔的计算型腔径向尺寸忙0(吒峪/=[(1+$)Hs-3霄/©49.93+°.035©42©42.04+0.0313434.07+0.028型腔高度尺寸3.5(Hm、/=[(1+S)Hs-2A]-sz3.46+0.0162.52.44+0.01522.05+0.015型芯的计算型芯径向尺寸©42（匕）*顷+$吃+4北zrz©42.160-0.031型芯高度尺寸1.5(Hm)+§Z=[(1+S)HS+3A卜01.530-0.010型孔中心距50土0.32C=(C+CS%)±LMSScp250.22±0.0533.2型腔厚厚度的确定根据放大镜型腔的形状以及其合理性选择型腔壁厚和底板厚度，具体厚度见（图3-3模架图）3.3确定零件结构及尺寸经初步排祥预算预选模架为2025-AI-30-30-70模架即200X250X210mm具体尺寸如下：定模底板厚：25mm定模板厚：A=30mm动模板厚：B=30mm支撑板：30mm垫块厚度：C=70mm下模座厚：25mm模具厚度：H=25+A+B+30+C+25=210模具外形尺寸：200X250X210mm如下图所示：IE■1JXZLJ—z\/h串|-|_S图3-3模架草图3.3.1定模座板殳计tIE'lL外形尺寸：250X250X25mm；材料：45#；调质HB216-260；浇口套与板之间采用（p20H7/k6过渡配合，中间8个螺钉为M10X30，外面4个为M12X30孔距为130X160mm。如图（3-4定模痤板图）

症模型腔固定板设计外形尺寸：250X200X30mm；材料：45#；淬火50HRC；外面点的4个孔为导套（p20孔距为204X154mm；中间点的4个螺纹孔M12X30孔距为130X160mm；中间的方形为150X130mm如图（3-5定模型腔固定板）

图3-5定模型腔固定板3.3.3动模型腔固定板设计外形尺寸：250X200X30mm；材料：45#；淬火50HRC；4个为导套孔里20孔距为204X154mm；4个螺纹孔M12X30孔距为130X160mm；中间的方形为150X130mm；比定模型腔固定板多的中间2个孔为定位销◎15。如图（3-6动模型腔固定板）3.3.4支撑板设计设计外形尺寸：250X200X30mm；材料：45#；淬火50HRC；4个复位杆孔？20孔距为200X80mm；8个螺纹孔M10X30孔距；2个型腔杆孔里42间距为68X50mm；中间一个为推杆孔丁8。如图（3-7支撑板）

外形尺寸：250X120X15mm；材料:45#；调质30HRC；4个复位杆孔里20孔距为200X80mm；4个螺纹孔M8X25孔距230X98；2个型腔杆孔？42间距为68X50mm；中间一个为推杆孔？8。如下图（3-8推杆固定板）图3-8推杆固定板第四章注塑机的选定4.1计算浇注系统体积由浇注系统体积得浇注系统质量为：V=Vb+Vc=3.14X52X30+3.14x52x75=61983mm3=6.2cm3Ga=V*p=6.2x1.05=6.5g式中：匕横向浇注体积Vc纵向浇注体积浇注系统总体积Ga浇注系统总质量4.2注塑机选定注射机额定注射量Gb，每次注射量不超过最大注射量的80%即n=(0.8GbxG.)/G式中n一型腔数G.一浇注系统重量(g)Gs一塑件重量(g)Gb一注射机额定注射量(g)因n=2得：故V=2V3+Va=2x25+6.2=56.2cm3故Gm=Vmxp=56.2x1.05=59.2g再根据塑料制品的体积或质量以及塑件形状一般，塑件熔体粘度一般，所需注射压力通常为100-140MPa。查教材(塑料成型工艺与模具设计表4.2)或有关手册选定注射机型号为：XS-ZY-125注塑机的参数如下：注塑机最大注塑量：125cm3锁模力：900kN；注塑压力：120Mpa；最小模厚：200mm；开模行程：300mm；注塑机定位孔直径：100mm；喷嘴前端孔径：4mm；喷嘴球面半径：SR12mm；注塑机拉杆的间距：260X290/mmXmm。结构零件是指用于安装.定位.导向以及成型是完成各种动作的零件。导柱和导套用于动模与定模间或推出机构零件间的定位和导向。导柱导柱具有定模和动模之间的导向作用，同时也具有保护模具作用。导柱的导向部分应具有较好的滑动性能，一般应有润滑油槽。其硬度应在50HRC以上，采用铜为原料，经淬火后导柱的滑动配合部分再进行磨削加工，表面粗超度应达到RA0.63pm。导套通常在模板上镶配导套以减小导柱滑动部分的磨损。采用锡青铜为原料。推杆.复位杆及拉料杆推杆推杆用于推出塑件的杆类零件，通称为推杆。要求外观无伤痕.裂纹.及锈斑等缺陷。配合部分需进行加工，表面粗糙度达Ra0.63|jm以下。推杆前端部分淬火后的硬度达到55HRC以上。复位杆复位杆也称回程杆，它是用于使推出机构复位的杆类零件。复位杆用材料与加工要求与推杆相同。其型号与推杆同。拉料杆用于拉出主流道凝料或分流道凝料的一类杆状零件。通称为拉料杆。根据其功能作用的不同，又分为主流道拉料杆和分流道拉料杆两种。主流道拉料杆时用来从浇口套流道中拉出主流道凝料的零件。分流道拉料杆是用来拉出针点浇口并使之与模具塑件断开的杆类零件，其前端形状视树脂种类不同而异。限位钉、垫块限位钉限位钉安装在动模底板上，用以确定推板下限位置。垫块垫块用以决定推出模塑件距离，调节模具高度的一类块状零件。定位圈与浇口套定位圈定位圈的作用是使注塑机的喷嘴与模具主流道浇口套保持同心。定位图为标准型与特殊型两种。由于此模具为普通模具，因此选甲标准。第五章校核注射机有关工艺参数5.1最大注塑量参数校核注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积(包括流道及浇口凝料和飞边)通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的80%。并且此次的模具为一模二腔，所以，选用的注塑机最大注塑量应：0.8GA>2GB+GC式中：GA——注塑机的最大注塑量，g；GB塑件的体积，g该产品GB=26.3g；GC浇注系统体积，g，该产品GC=6.5g0.8GA=0.8x125x1.05=100g；2GA+GC=2x26.3+6.5=59.1g故：0.8Ga>2GB+GC此处选定的注塑机满足注射量校核要求。5.2锁模力校核Fz=P(nxA+A1)<Fp式中Fz——熔融塑料在分型面上的涨开力，N。；P——塑料熔体对型腔的成型压力，MPa，其大小一般是注射压力的80%，注射压力大小上面注塑机的参数已写；n——型腔的数量；A——单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2A1——浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2Fp——注射机的额定锁模力，N。；Fz=100x[2x(兀x25x25+12x50)+12x8]=520.0kN故：Fp=900kN>Fz；此注塑机满足锁模力要求。5.3、模具厚度H与注射机闭合高度模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和推杆间距相适应：模具长X宽〈拉杆面积；即200X250＜推杆间距（260X290）由于此次采用的是单分型面，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）所需的开模距即满足下式：S-（S-七）＞H1+H2+（5-10）mm式中S注射机最大开模行程，300mm；Sa——模具实际高度；Sb——注射机最小闭合尺寸H1——推出距离（脱模距离），15mm；H2——塑料高度（包括浇注系统在内），74mm；贝ij：H1+H2+（5—10）mm=15+74+10=109＜300mm故：此注塑机满足开模行程的较核要求。结论转眼间，马上就要毕业了，在校其间，经过了多次设计，有课程设计，测绘等。也应该具备了一定的设计经验。但面对毕业设计，我的压力还是比较大。在设计期间由于模具设计是第一次有点无从下手的感觉，上学期学过《塑料模具的设计》一课，对模具的结构不是太陌生，再加上老师的指导，数据的来源较快，画图的工作量太大，使我有些招架不